第3期煤質(zhì)技術(shù)2010年5月神華煤高效水煤漿添加劑的研制王國房(煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院,北京100013)摘要:根據(jù)神華煤的煤質(zhì)特征及成漿性特點篩選和確定添加劑的類型,通過優(yōu)化磺化劑用量、磺化溫度、磺化水解酸度、甲醛用量及縮合時間等反應(yīng)條件最終研制出分散性優(yōu)良的、性價比高的神華煤專用高效水煤漿添加劑。關(guān)鍵詞:神華煤;水煤漿;添加劑;黏度中圖分類號:TQ534.4文敝標(biāo)識碼:B文章編號:1007-7677(2010)03-000403The research of high efficiency additives for coal water slurry preparation with Shenhua CoalWANG Guo-fangBeijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)Abstract: The type of additive was selected and determined according to the coal characteristics and slurry ability of Shenhua coalthe reaction condition including sulfonating agent dosage sulfonated temperature the acidity of hydrolysis, formaldehyde dosageand the time of condensation were optimized and the special high efficiency additives for superior dispersing property and higherratio of performance to price for Shenhua coal water slurry was manufactured finally.ls: Shenhua coal; coal water slurry: additives; viscosity神華煤屬于低灰、特低硫、特低磷、中高發(fā)熱1.2合成試驗主要步驟量的優(yōu)質(zhì)動力煤,因其變質(zhì)程度較低、孔隙度發(fā)(1)將計量的原料放入四口瓶中,邊攪拌邊加達(dá)、親水性較強(qiáng),難以制備出高濃度、低黏度的水熱至120℃左右煤漿,但由于神華煤親水性強(qiáng),所制的水煤漿穩(wěn)定(2)在120℃左右加入計量的硫酸。加入硫酸性較好。后,繼續(xù)升溫到至120℃~160℃,開始計磺化時與中高變質(zhì)程度的煤相比,神華煤表面富含極間,磺化至規(guī)定時間后,停止加熱,使物料冷卻。性含氧官能團(tuán),通常可與水形成牢固的氫鍵,增強(qiáng)(3)溫度降至120℃以下時,加水水解,水解了對水的親和力,從而使?jié){的黏度升高,即為神華時間0.5h,水解結(jié)束時,通過加熱或加酸調(diào)整酸煤成漿性較差的主要矛盾所在。該研究試圖通過煤度到20%~30%。粒表面阻隔消除水與煤表面氧的結(jié)合,達(dá)到降黏的(4)冷卻到90℃開始加入甲醛,甲醛在2h內(nèi)目的。分2~3次加完,當(dāng)縮合溫度到100℃左右時,即根據(jù)以上分析,該研究選擇了與神華煤表面結(jié)可計算縮合反應(yīng)時間,直至規(guī)定的縮合時間。構(gòu)特征相匹配的添加劑原料,并優(yōu)化了磺化劑用(5)達(dá)到規(guī)定的反應(yīng)時間后,停止加熱,使物量、磺化溫度、磺化水解酸度、甲醛用量及縮合時料冷卻,溫度降至60℃左右,邊攪拌邊緩慢加入間等關(guān)鍵反應(yīng)條件,使制成的添加劑對神華煤具有NaOH,到中和快要結(jié)束時,要經(jīng)常用pH試紙測良好的降黏作用。定pH值,當(dāng)pH值為7~9時,認(rèn)為中和過程結(jié)試驗過程束,即可制得多環(huán)芳烴磺酸鈉縮合物液體產(chǎn)品。1.3煤漿性能評價試驗1添加劑合成工藝路線按制漿濃度的要求,稱取定量200g具有良好添加劑合成工藝路線如圖1所示。級配的煤粉與相應(yīng)量的水、添加劑,在燒杯中逐步多環(huán)芳烴原料120℃~160c00℃~120c190℃~10c160℃~70℃170℃~80℃圖1添加劑合成工藝路線第3期煤質(zhì)技術(shù)010年5月攪拌混合成漿,成漿后釆用J2型電動攪拌器攪2磺化溫度對產(chǎn)品性能的影響拌20min,用NXS4C型黏度計測量黏度,101A原料水煤漿性能型電熱鼓風(fēng)干燥箱105℃下測量其所含水分,計算原料/硫酸/溫度/時間/實測濃流黏度出水媒漿濃度。2試驗結(jié)果與分析1.001.44120365.2連續(xù)流動13401.001.44130365.3連續(xù)流動該試驗所確定合成的工藝過程,主要包括磺化1.001.44135365.2連續(xù)流動880365.1連續(xù)流動1040和縮合兩主要階段。試驗研究內(nèi)容主要包括磺化劑1.001.44153653向斷流動1520濃硫酸的用量、磺化溫度和時間、水解酸度、縮合劑甲醛用量、縮合反應(yīng)時間等影響因素的試驗分從表2數(shù)據(jù)可以看出:磺化反應(yīng)當(dāng)溫度偏低析,并篩選出最佳反應(yīng)工藝技術(shù)參數(shù)。時,反應(yīng)速度進(jìn)行較慢,反應(yīng)不完全,磺化度低,為保證合成實驗結(jié)果具有可對比性,選用水煤樣品性能較差。當(dāng)升高溫度時,反應(yīng)速度加快,磺漿定濃黏度、流動性指標(biāo),研究添加劑合成反應(yīng)各化轉(zhuǎn)化率提高,樣品性能變好。當(dāng)繼續(xù)升高溫度種因素對水煤漿性能的影響。時,將有副反應(yīng)二磺化發(fā)生12),導(dǎo)致后期縮合難度2.1磺化劑用量對產(chǎn)品性能的影響大,樣品性能反而降低,說明磺化度是在一定范圍磺化反應(yīng)中的原料配合比、磺化反應(yīng)溫度和時內(nèi)隨溫度增加,漿體流動性有明顯改善,超過一定間是影響磺化度的重要因素。在其他工藝條件不范圍后,流動性能有變差趨勢。實驗表明:磺化溫變情況下,改變磺化劑用量,測定水煤漿黏度,觀度在130℃~135℃,時間3h為宜。察流動性?；腔瘎┝蛩嵊昧繉λ簼{產(chǎn)品性能的影2.3磺化水解酸度對產(chǎn)品性能的影響響結(jié)果見表1。水解酸度是影響聚合度的重要因素,酸在介質(zhì)中是縮合劑的作用,不同水解酸度的合成試驗結(jié)果1磧化劑硫酸用量對水煤漿產(chǎn)品性能的影響見表3。原料配合比表3水解酸度對產(chǎn)品性能的影響水煤漿性能原料縮合反應(yīng)水水媒漿性能原料/mol硫酸/mol實測濃度/%流動性黏度/mPa·s原料/mo甲醛/m解酸度/%實測濃度/%黏度/mPa1.00l.1565.1間斷流動>1800連續(xù)流動0.9526.631.00652連續(xù)流動87030.8065.21.001.6065.2連續(xù)流動10631.000.9從表3數(shù)據(jù)可以看出:水解酸度較低時,反應(yīng)如表1數(shù)據(jù)所示:磺化劑用量在1.29mol~物料稀易攪拌,煤漿黏度增大,隨酸度上升物料黏1.44mo比之間時所得樣品具有較好的性能指標(biāo)。度增加變稠,煤漿黏度下降,再增加酸度時,物料主要是因為磺化反應(yīng)生成水,使磺化劑濃度不斷降更加黏稠,不易攪拌,煤漿黏度呈上升趨勢,酸使低,當(dāng)降至一定濃度時磺化反應(yīng)就停止了。磺化劑甲醛分子活化后,才能把主體結(jié)構(gòu)連接起來,因而不足,反應(yīng)進(jìn)行不完全,產(chǎn)物收率低,進(jìn)一步聚合H·的濃度愈高愈好,但超過一定范圍后,可使物時形成的產(chǎn)物分子量低,樣品分散性差,因為起分料過早地變黏稠難于攪拌,不利反應(yīng)正常進(jìn)行;另散作用的主要基團(tuán)是磺酸根,而磺化劑不足無疑會外,酸度低時,參加反應(yīng)的物料濃度低,降低縮合使分子中引入的磺酸根數(shù)量減少?；腔瘎┯昧刻叻磻?yīng)速度延長反應(yīng)時間。試驗結(jié)果說明縮合反應(yīng)最時,副反應(yīng)增多,雜質(zhì)增加,成本增高,磺化劑用佳水解酸度在285%~295%為宜量在1.00:(1.29~1.44)mol比為宜。2.4甲醛用量、反應(yīng)時間對聚合度及煤漿性能的22磺化溫度對產(chǎn)品性能的影響影響恒定磺化原料配比和反應(yīng)時間改變磺化溫度的縮合劑的用量根據(jù)縮合反應(yīng)的化學(xué)計算式來決試驗結(jié)果見表2。定3,甲醛的用量可根據(jù)磺化物的生成量來確定,第3期煤質(zhì)技術(shù)2010年5月而磺化物的量又可根據(jù)前面磺化反應(yīng)時原料多環(huán)芳0.6%~0.7%時煤漿表觀黏度值基本不變,用量大烴用量來確定。顯然,甲醛用量的多少,可以決定于0.8%時黏度略有增加?；撬峥s合物的聚合度n,而聚合度n的大小將會直綜上所述,神華煤制漿的最佳添加劑用量為接影響到添加劑的分散降黏效果。0.6%~0.7%(干煤基)。縮合反應(yīng)是個親電取代反應(yīng),縮合度的大小對水煤漿的流變性、表觀黏度、穩(wěn)定性都有很大的影3結(jié)語響“。甲醛用量和聚合反應(yīng)時間的實驗結(jié)果見表4。(1)針對神華煤表面富含極性含氧官能團(tuán)、親4甲醛用量,反應(yīng)時間對聚合度及煤漿性能的影響水性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特點,選用與其相匹配的多環(huán)芳烴為原料縮聚條件水媒漿性能原料,合成水煤漿添加劑工藝技術(shù)是可行的,用于原料/甲醛/酸度/溫度/時間/實測濃黏度神華煤制漿濃度可達(dá)65%以上,其制漿性能好于h度/%mPa:s市場同類產(chǎn)1.000.9228.8595~2(2)經(jīng)優(yōu)化工藝技術(shù)條件后,確定添加劑合成1.000.9529.7095~1控制參數(shù)及控制指標(biāo)見表6。1.001.0029.4795~10165.3表6添加荊合成控制參數(shù)及控制指標(biāo)1.001.0029.2295~101565.286控制參數(shù)1.001.0529.3195~101665.180原料:磺化劑:甲醛(摩爾比)1.00:1.44:1.001.001.2029.6195~1016堿化溫度/C135±2磺化時間/h從表4數(shù)據(jù)分析可知:添加劑制漿性能在一定水解酸度/%28.5~29.5范圍內(nèi)隨甲醛用量增加,反應(yīng)時間延長,水煤漿黏縮聚溫度/℃95~101度呈逐漸降低趨勢,物料狀態(tài)逐漸變稠,當(dāng)超過一定縮案時間/h穩(wěn)定終點pH值7~9范圍后,繼續(xù)增加甲醛用量,物料狀態(tài)呈黏稠,不易攪拌,水煤漿黏度增加。影響聚合度的因素為甲醛用(3)如建廠規(guī)模為1萬t/a,根據(jù)目前原材料量、水解酸度、縮合溫度和時間,反映各因素的最市場價格、原材料消耗以及其它費用進(jìn)行估算,神佳狀態(tài)目前只能用煤漿的黏度指標(biāo)來表示。試驗結(jié)華煤高效水煤漿添加劑產(chǎn)品成本在4000元/t左果表明:最佳聚合工藝指標(biāo)或參數(shù)為:甲醛用量在右,如按添加量0.7%(干煤基)計算,水煤漿的1.00:(0.95~1.0)mol比,溫度95℃~101℃添加劑成本為18元/t水煤漿,性價比高于市場同時間6h。類產(chǎn)品25合成添加劑最佳用量試驗參考文獻(xiàn)采用合成的神華煤高效水煤漿添加劑,按設(shè)計制漿濃度為65%,煤種為神華1ˉ2煤和保德配煤[1]陳啟厚,陳忠祥,多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑的合威(4:1)進(jìn)行制漿試驗,水煤漿表觀黏度隨添加劑[].陜西化工,2000,29(2)用量的變化情況見表5。[2]李宗石,表面活性劑合成與工藝(第二版)[M]表5合成添加劑用量對表觀黏度的影響北京:中國工業(yè)出版社,1995[3]童興龍,王家蒙,高效減水劑亞甲基蔡磺酸鈉縮聚物的濃度/%添加劑用量(干煤基)/%表觀黏度/mPa·s研制[],寧波高等?？茖W(xué)校學(xué)報,1996,8(1)65.21475[4]徐江華,房秀敏,江明.磺酸甲醛縮合物的合成及其在水煤漿添加劑中的應(yīng)用[J].淮南礦業(yè)學(xué)院65.165.2學(xué)報,1996,16(3)65.2作者簡介:王國房(1979-),男,河北商城人,碩士,工程師,2004年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)(北京),主要從事水煤漿添加劑由表5數(shù)據(jù)可以看出:合成添加劑具有很好的技術(shù)的研究。降黏效果,隨著添加劑加入量(0.2%~0.6%)的增加,水煤漿表觀黏度明顯降低。當(dāng)添加劑用量為(收稿日期:2010-03-30)