第1期(總第134期)煤化工No. 1(Total No 134)2008年2月Coal Chemical IndustryFeb.2008復合型水煤漿添加劑的合成與性能研究戴財勝楊紅波(湖南科技大學湘潭411201)摘要探討了以堿木質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,對木質素進行磺化縮聚改性,提高了此類添加劑的成漿性能,并通過正交設計實驗法確定了復合型水煤漿添加劑DCS的最佳合成工藝條件。不同煤種的成漿實驗表明,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水煤漿技術的推廣與發(fā)展。關鍵詞木質素水煤漿復合型水煤漿添加劑文章編號:1005-9598(2008)-01-004103中圖分類號:Q351.377文獻標識碼:A水煤漿是一種煤基流體燃料,由70%左右的煤中,經強堿處理的天然木質素大分子醚鍵斷裂,生成炭、30%左右的水和少量的添加劑,經一定的工藝過程較小的分子。與天然木質素相比,堿木質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。堿木質素分子中含備中的關鍵技術之一,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成本,因此研發(fā)性價比優(yōu)良的水煤漿添加劑是推廣及少量羧基,但是缺乏強親水性官能團,水溶性差,表和應用水煤漿的重要任務山面活性低③。而對木質素進行磺化是一種較好的改變木質素又稱作木素,是自然界唯一能提供可再生其表面性能的方法。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,在其側鏈引入磺酸基,反應如下:是構成植物骨架的主要成分,其在陸地植物中的含量僅次于纖維素,每年產量約600億t田,是價格低廉,HC-SO-N來源豐富的可再生資源。本文主要介紹以木質素為主150℃-200℃要原料生產復合型水煤漿添加劑(DCS)的原理和工+Na2SO3一藝,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素磺甲基化1DCs的合成木質素的磺甲基化選擇性發(fā)生在酚羥基的鄰位,側鏈不發(fā)生反應11合成原埋堿木質素存在于燒堿法或硫酸鹽制漿法的廢液HOCH2-SO,木質素木質素基金項目:本項目由湖南省教育廳科研基金資助(項目編號:04c238)收稿日期:2007-11-12作者簡介:戴財勝(1965-),男,2000年博士畢業(yè)于中國礦業(yè)大學礦物加工工程專業(yè)教授,中國煤炭學會煤化工專業(yè)委為了提高堿木質素的磺化率,可采用引發(fā)劑先行員會委員,現從事煤化工和潔凈煤技術的研究與教學工作。誘導,反應原理如下煤化工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。SO Na表1義馬煤、山西煤和婁底煤的工業(yè)分析煤種MA/%AM/%V4/%S4/%Q/MJkg1木質素磺酸鈉與甲醛縮聚反應,生成高分子量的義馬煤452126337.741.4027水煤漿添加劑,其反應機理是山西煤0.8611.8628.680.9828婁底煤0.5812.2130.1410.5627.5322實驗方法2.2.1水煤漿的制備稱取已經配好的100g煤粉(煤粉的粒度小于200目的大于80%)倒人燒杯中,準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(4)自動攪拌器在1200r/min的轉速下攪拌15min,攪拌時攪拌頭離燒杯底1cm,得到煤水混合物即水煤漿2.2.2水煤漿黏度的測定12合成工藝實驗中水煤漿黏度的測定使用NDJ-1型黏度計,1.2.1合成原料選用3號轉子,轉速為30r/min,測量時間為5min,測堿木素(木質素的質量分數45%-48%,pH值8~量溫度為25℃,測量容器為100L燒杯。9)、磺化劑A、引發(fā)劑B、聚合劑C。2.2.3水煤漿流動性的測定1.2.2實驗裝置水煤漿流動性采用目測法,根據其流動性狀,分實驗儀器:三口燒瓶、溫度計、HB-2型水浴鍋為AB、C、D4個等級;每個等級的標準是:A不間斷J1型電動攪拌裝置、電子天平、分液漏斗、移液管。流動;B間斷流動,呈稠流狀;C間斷流動,呈稀糊狀;實驗裝置示意圖如圖1所示。D不流動攪拌器2.2.4水煤漿的穩(wěn)定性測定溫度計分液漏斗將100mL水煤漿用漏斗倒人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)定性的檢測方法測其沉淀情況,確定水煤漿出現硬沉淀時的時間。23復合型添加劑DCS與綦系添加劑Ns性能比較分別用DCS和NS對成漿性能不同的義馬煤、山西煤、湖南婁底煤進行成漿性實驗,檢測所制水煤漿圖1DCS合成實驗裝置示意圖的濃度、黏度、流動性和穩(wěn)定性能,其實驗結果見下頁表2~表4。1.2.3工藝條件從表中可以明顯看出,對于同一種煤,在相同的通過正交設計實驗和煤的成漿性實驗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素制復合型水煤漿添加劑的最佳工藝條件為:件下,DS與NS相比,不僅具有與NS相同的良好的每千克堿木質素加入磺化劑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th,然后與聚合劑C100g在溫度T2優(yōu)良的復合型水煤漿添加劑。下反應h2h,得到復合型水煤漿添加劑。3主要結論2DCS性能檢測3.1實驗結果表明,DCS復合型水煤漿添加劑適應煤21煤樣的選擇種廣泛,成漿性能優(yōu)良,穩(wěn)定性好。對大部分煤種,與實驗采用成漿性能不同的有代表性的3個煤樣,萘系水煤漿添加劑Ns相比,生產相同濃度的水煤漿,2008年2月戴財勝等:復合型水煤漿潘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性能穩(wěn)定性添加劑添加劑量/%質量分數偉%黏度/mPas流動性24h析水量/a產生硬沉淀時間/d0.8表3山西煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術性能添加劑添加劑量質量分數/%黏度/mPas流動性24析水量/產生硬沉淀時間/d0.30.368.00678表4婁底煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術性能穩(wěn)定性添加劑添加劑量/%質量分數/%黏度/mPa·s流動性24h析水量/mL產生硬沉淀時間/d71DCS不僅添加劑用量少,而且穩(wěn)定性遠遠的超過系術,2004,32(3):52-53.添加劑。[2]張榮曾.水煤漿制漿技術[M].北京:科學出版社32DCS的合成工藝簡單,無氣、固和液相廢物的排996.141-152.放,屬于綠色合成化工工藝。[3]蔣挺大.木質素[M].北京:化學工業(yè)出版社(環(huán)境科學33DCS復合型水煤漿添加劑的主要生產原料為可與工程出版中心),2001.1-5.再生的木質素,工藝簡單、價格低,不僅能提高水煤漿[4]謝寶東,邱學青,王衛(wèi)星木質素改性與木質素水煤漿的質量,還能降低水煤漿的生產成本,具有極好的推添加劑[J].造紙科學與技術,2003,22(6):120-123廣應用前景和市場競爭力。[5]高潔,湯烈貴纖維素科學[M].北京:科學出版社1999.230-237參考文獻[6]潘學軍,堿木素的分離、改性和利用[J].天津造紙,[1]戴財勝,水煤漿在熱風爐上的應用[J].煤炭科學技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 throughtiator. 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 for CWS. The DCS can improve the performance ofCWS, reduce the cost of CWS, promote and develop the technology of Cws preparation.Key words lignin, coal-water slurry, composite additive for CWS