第1期(總第134期)煤化工No. 1(Total No 134)2008年2月Coal Chemical IndustFeb.2008復(fù)合型水煤漿添加劑的合成與性能研究戴財(cái)勝楊紅波(湖南科技大學(xué),湘潭411201)摘要探討了以堿木質(zhì)素為主要原料合成水煤漿添加劑的原理。采用在引發(fā)劑的作用下,對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行磺化縮聚改性,提高了此類添加劑的成漿性能,并通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法確定了復(fù)合型水煤漿添加劑DCS的最佳合成工藝條件。不同煤種的成漿實(shí)驗(yàn)表明,DCS除具有萘系水煤漿添加劑的良好的分散性能外,還具有良好的穩(wěn)定性能,是一種性能優(yōu)良的復(fù)合型水煤漿添加劑。DCS添加劑可以提高水煤漿的成漿性能,降低其制漿成本,促進(jìn)水煤漿技術(shù)的推廣與發(fā)展。關(guān)鍵詞木質(zhì)素水煤漿復(fù)合型水煤漿添加劑文章編號(hào):10059598(2008)-01-0041-03中圖分類號(hào):0351.377文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A水煤漿是一種煤基流體燃料,由70%左右的煤中,經(jīng)強(qiáng)堿處理的天然木質(zhì)素大分子醚鍵斷裂,生成炭、30%左右的水和少量的添加劑,經(jīng)一定的工藝過程較小的分子。與天然木質(zhì)素相比,堿木質(zhì)素具有平均制備而成。它既保持了煤炭原有的特性,又具有和石分子量較低、有明顯的多分散性、酚羥基和甲氧基含油一樣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。水煤漿添加劑是水煤漿制量較高、醇羥基含量較低等特點(diǎn)。堿木質(zhì)素分子中含備中的關(guān)鍵技術(shù)之一,它直接影響水煤漿的性能和生有芳香環(huán)和C3脂肪鏈組成C的單元疏水骨架和羥基產(chǎn)成本,因此研發(fā)性價(jià)比優(yōu)良的水煤漿添加劑是推廣及少量羧基,但是缺乏強(qiáng)親水性官能團(tuán),水溶性差,表和應(yīng)用水煤漿的重要任務(wù)。面活性低。而對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行磺化是一種較好的改變木質(zhì)素又稱作木素,是自然界唯一能提供可再生其表面性能的方法8。若以NaSO3為磺化劑,在較高芳基化合成物的非石化資源,它和纖維素、半纖維素的溫度下,在其側(cè)鏈引入磺酸基,反應(yīng)如下:是構(gòu)成植物骨架的主要成分,其在陸地植物中的含量?jī)H次于纖維素,每年產(chǎn)量約600億t團(tuán)2,是價(jià)格低廉來源豐富的可再生資源。本文主要介紹以木質(zhì)素為主150℃-200℃要原料生產(chǎn)復(fù)合型水煤漿添加劑(DCS)的原理和工Na2SO3藝,并探討了DCS在水煤漿制備中的分散性能和水煤漿的穩(wěn)定性能。S03和C=0在低溫下就可使堿木質(zhì)素磺甲基化。1DCs的合成木質(zhì)素的磺甲基化選擇性發(fā)生在酚羥基的鄰位,側(cè)鏈不發(fā)生反應(yīng):11合成原埋堿木質(zhì)素存在于燒堿法或硫酸鹽制漿法的廢液HOCH2-S木質(zhì)素木質(zhì)素基金項(xiàng)目:本項(xiàng)目由湖南省教育廳科研基金資助(項(xiàng)目編號(hào):04C238)收稿日期:2007-11-12中國(guó)煤化工Meg作者簡(jiǎn)介:戴財(cái)勝(1965-),男,2000年博士畢業(yè)于中國(guó)礦CNMHGH業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè),教授,中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤化工專業(yè)委為了提高堿木質(zhì)素的磺化率,可采用引發(fā)劑先行員會(huì)委員,現(xiàn)從事煤化工和潔凈煤技術(shù)的研究與教學(xué)工作誘導(dǎo),反應(yīng)原理如下:2008年第1期分別是成漿性能差的義馬煤、成漿性能中等的山西煤+磺酸鹽引發(fā)劑和成漿性能良好的湖南婁底煤,其工業(yè)分析見表1。表1義馬煤、山西煤和婁底煤的工業(yè)分析煤種M=/%A=/%V*/%S/%Qmx/MJkg木質(zhì)素碳酸鈉與甲醛縮聚反應(yīng)生成高分子量的義馬煤45212.63:141422水煤漿添加劑,其反應(yīng)機(jī)理是山西煤0.8611.8628.680.9828.84婁底煤0.5812.2130.1410.5627.53HCHO22實(shí)驗(yàn)方法OMe2.2.1水煤漿的制備稱取已經(jīng)配好的100g煤粉(煤粉的粒度小于200目的大于80%)倒入燒杯中,準(zhǔn)確量取一定量的添加劑,在攪拌的情況下,加入所制濃度需要的水,然后用自動(dòng)攪拌器在1200r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌15min,攪拌時(shí)攪拌頭離燒杯底1cm,得到煤水混合物即水煤漿。2.2.2水煤漿黏度的測(cè)定12合成工藝實(shí)驗(yàn)中水煤漿黏度的測(cè)定使用NDJ-1型黏度計(jì)1.2.1合成原料選用3號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為30r/min,測(cè)量時(shí)間為5min,測(cè)堿木素(木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%-48%,pH值8~量溫度為25℃,測(cè)量容器為100mL燒杯9)、磺化劑A、引發(fā)劑B、聚合劑C。2.2.3水煤漿流動(dòng)性的測(cè)定1.2.2實(shí)驗(yàn)裝置水煤漿流動(dòng)性采用目測(cè)法,根據(jù)其流動(dòng)性狀,分實(shí)驗(yàn)儀器:三口燒瓶、溫度計(jì)、HB2型水浴鍋、為A、B、C、D4個(gè)等級(jí);每個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)是:A不間斷J1型電動(dòng)攪拌裝置、電子天平、分液漏斗、移液管。流動(dòng)B間斷流動(dòng),呈稠流狀C間斷流動(dòng),呈稀糊狀;實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。D不流動(dòng)拌器2.2.4水煤漿的穩(wěn)定性測(cè)定溫度計(jì)分液漏斗將100L水煤漿用漏斗倒入100mL的量筒里,用保鮮膜密封,觀察24h析水情況。然后每天開封,采用恒溫水浴鍋水煤漿靜穩(wěn)定性的檢測(cè)方法測(cè)其沉淀情況,確定水煤漿出現(xiàn)硬沉淀時(shí)的時(shí)間。23復(fù)合型添加劑DCS與綦系添加劑NS性能比較分別用DCS和NS對(duì)成漿性能不同的義馬煤、山西煤、湖南婁底煤進(jìn)行成漿性實(shí)驗(yàn),檢測(cè)所制水煤漿圖1DCS合成實(shí)驗(yàn)裝置示意圖的濃度、黏度、流動(dòng)性和穩(wěn)定性能,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下頁(yè)表2~表41.2.3工藝條件從表中可以明顯看出,對(duì)于同一種煤,在相同的通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和煤的成漿性實(shí)驗(yàn),確定了由制漿工藝條件、相同的添加劑用量和水煤漿濃度的條堿木質(zhì)素制復(fù)合型水煤漿添加劑的最佳工藝條件為:件下,DCS與NS相比,不僅具有與NS相同的良好的每千克堿木質(zhì)素加入磺化劑A200g,引發(fā)劑B50g,在分散效果,還具有良好的穩(wěn)定性能,DCS是一種性能溫度T下反應(yīng)th,然后與聚合劑C100g在溫度T2優(yōu)良的復(fù)合型水煤漿添加劑。下反應(yīng)h2h,得到復(fù)合型水煤漿添加劑。中國(guó)煤化工2DCS性能檢測(cè)3.1CNMH〔漿添加劑適應(yīng)煤21煤樣的選擇種廣泛,成漿性能優(yōu)良,穩(wěn)定性好。對(duì)大部分煤種,與實(shí)驗(yàn)采用成漿性能不同的有代表性的3個(gè)煤樣,萘系水煤漿添加劑N相比,生產(chǎn)相同濃度的水煤漿2008年2月戴財(cái)勝等:復(fù)合型水煤漿添加劑的合成與性能研究表2義馬煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩(wěn)定性添加劑添加劑量%質(zhì)量分?jǐn)?shù)/黏度/mPa5流動(dòng)性24析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)表3山西煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩(wěn)定性添加劑添加劑量偉%質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%黏度/mPa·s流動(dòng)性24h析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)間/d68.00DCS0.3678表4婁底煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩(wěn)定性添加劑添加劑量/%質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%黏度/mPa流動(dòng)性24h析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)間/d71.0069DCS不僅添加劑用量少,而且穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過桊系術(shù),2004,32(3):52-53添加劑。[2]張榮曾.水煤漿制漿技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社32DCS的合成工藝簡(jiǎn)單,無氣、固和液相廢物的排1996.141-152放,屬于綠色合成化工工藝[3]蔣挺大木質(zhì)素[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社(環(huán)境科學(xué)33DCS復(fù)合型水煤漿添加劑的主要生產(chǎn)原料為可與工程出版中心),2001.1-5.再生的木質(zhì)素,工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低,不僅能提高水煤漿[4]謝寶東,邱學(xué)青,王衛(wèi)星木質(zhì)素改性與木質(zhì)素水煤漿的質(zhì)量,還能降低水煤漿的生產(chǎn)成本,具有極好的推添加劑[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2003,2(6):120-12廣應(yīng)用前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。[5]高潔,湯烈貴纖維素科學(xué)[M].北京:科學(xué)出版杜參考文獻(xiàn):[6]潘學(xué)軍,堿木素的分離、改性和利用[J].天津造紙,[1]戴財(cái)勝,水煤漿在熱風(fēng)爐上的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技1991,21(4):73-75Preparation and Property of Composite Additives for Coal Water SlurryDai Caisheng and Yang HongboCollege of Chemical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201)Abstract The principle of synthesizing additive, mainly made from lignin, for coal-water slurry( CWS)was studiedThe progress in lignin chemical modification was reviewed as well by sulfonation and condensation reaction throughinitiator. The best technological process of the additive-DCS is determined by orthogonal experimental method.Theproperties of DCS are examined using different coals. The result reveals that its dispersion and the stability are better thannaphthalene. The consequence indicates that DCs is a fine additive fo中國(guó)煤化工 he performance ofCWS,reduce the cost of CWS, promote and develop the technology of CCNMHGKey words lignin, coal-water slurry, composite additive for CW