2006年8月Aug.2006第29卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol, 29 No, 4神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用李耀東(上海焦化有限公司,上海200241)摘要主要介紹水煤漿添加劑的作用機理和發(fā)展現(xiàn)狀具體介紹神府煤制漿添加劑的篩選工作。采用傳統(tǒng)的干磨濕配法制漿完全相同的粒度配比對不同添加劑的成漿進行試驗,試驗結(jié)果表明,FP-2添加劑對神府煤制漿具有最佳的性價比這一結(jié)果在生產(chǎn)裝置上得到最終驗證。關(guān)鍵詞神府煤水煤漿添加劑成漿濃度篩選中圖分類號:rQ113.24文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號〗1002-5783x2006)1-0268-04概述成本。德士古水煤漿加壓氣化現(xiàn)更名為GE氣化)工藝是第二代的煤氣化工藝具有工藝成熟、生產(chǎn)2水煤漿添加劑的作用機理能力大和操作相對簡單等特點。自20世紀(jì)90年2.1提高煤表面的親水性代初引入我國后發(fā)展十分迅速被廣泛應(yīng)用于化添加劑是一種可促進分散相(水煤漿中的煤肥和甲醇工業(yè)目前國內(nèi)的相關(guān)裝置已有十幾套。粒在分散介質(zhì)(水煤漿中的水)中均勻分散的化在德土古水煤漿加壓氣化工藝中,主原料水煤漿學(xué)藥劑。煤炭主體是非極性的碳?xì)浠衔飳偈铦舛鹊母叩椭苯佑绊懙降率抗叛b置的消耗主要水性物質(zhì)。煤炭的潤濕性可按水在其表面的接觸是氧耗和煤耗)進而影響到合成氣及后續(xù)產(chǎn)品的角大小分成4類。接觸角為零者稱強親水性煤某成本。對于同一種煤種煤漿濃度每降低0.5%,炭小于40者稱弱親水性煤炭°~90者稱疏每1m3合成氣的氧耗約增加o.005m3煤耗也將水性煤炭:超過90°者稱強疏水性煤炭。各種煤相應(yīng)增加約0.005kg因此成漿濃度的高低對合炭表面的接觸角如表1所示。成氣成本的影響還是相當(dāng)大的。在實際生產(chǎn)中表1煤炭表面的接觸角主要利用添加劑提高水煤漿的成漿濃度,同時降煤種接觸角(°)煤種接觸角A°)低煤漿的黏度提高其流動性。不同的添加劑往長焰煤瘦煤貧煤往對水煤漿的成漿濃度有著較大的影響同時其肥煤無煙煤自身的價格也相差很大。正因為以上原因盡管頁巖上海焦化有限公司的德士古裝置從1995年就投從表1可以看出,各種煤炭的表面均屬疏水入使用但對添加劑的篩選和改進工作一直沒有性質(zhì)。另外,水的表面張力大,而煤炭表面張力停止。小,只有降低水的表面張力增大煤炭表面張力德士古裝置投產(chǎn)之初使用的水煤漿添加劑即減少固液間的界面張力,才能達(dá)到充分濕潤。是木質(zhì)素磺酸鈉后由于成漿濃度偏低原料配制煤HH中國煤化工的表面積也會促使它過程復(fù)雜勞動強度比較大且原料中雜質(zhì)較多,們CNMHG勻。容易堵塞計量泵最終于1998年為本公司技術(shù)中收稿日期2006-03-27收到修改稿日期2006-07-24。心開發(fā)的wCS-AC所取代。WCS-AC雖然成漿濃作者簡介李耀東男,1974生江工程師年畢業(yè)于華東度稍高,且由于是液體,調(diào)配比較方便原料也十理工大學(xué)化學(xué)工程系化工工藝專業(yè)現(xiàn)為上海焦化有限公司生產(chǎn)分干凈但其較高的價格由此造成了高昂的噸漿部經(jīng)理助理。聯(lián)系電話-64343649-3058第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用269制漿用分散劑都是一些兩親的表面活性劑,層分散劑分子運動的自由度受限吸附分子的熵端是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的非極性的親油基,另減少,所以顆粒有再次分開的傾向,避免顆粒聚端是親水的極性基非極性的疏水端極易與碳集氫化合物的煤炭表面結(jié)合吸附在煤粒表面上將當(dāng)分散劑為大分子時,被吸附分子有較長的另一端親水基朝外引入水中。極性基的強親水性親水鏈在煤表面形成三維水化膜當(dāng)顆粒相互接使煤粒的疏水表面轉(zhuǎn)化為親水,可形成一層水化近時產(chǎn)生較強的排斥力導(dǎo)致煤粒分散懸浮。該膜。有效降低水的表面張力和提高煤粒表面的表斥力即為空間隔離位阻或立體障礙,面張力使?jié)櫇窠佑|角降至50以下。借水化膜將中國礦大曾凡教授等人用典型的3種分散劑煤粒隔離開減少煤粒間的阻力從而達(dá)到降低黏制漿并測定其多項物化性質(zhì)31發(fā)現(xiàn)惟有吸附膜度的作用。添加劑應(yīng)有很好的水溶性但絕非對厚度和其效能有極好的相關(guān)性,見表2。其中聚煤的潤濕性越好降粘效果越佳。潤濕劑、滲透劑醚型分散劑的潤濕性和靜電排斥效應(yīng)都不及其他能使煤粒變得極為親水(接觸角等于零),但它們兩種但其吸附膜厚度則遠(yuǎn)大于其他藥劑。這就決不能作水煤漿分散劑使用。是立體障礙的作用。2.2增強煤粒間的靜電斥力表2水煤漿分散劑與物化性質(zhì)的關(guān)系著名的DⅥLo理論認(rèn)為21,膠體顆粒穩(wěn)定分項目萘磺酸鹽甲聚醚型聚羧酸型醛縮合物添加劑添加劑散的先決條件是粒間的靜電斥力超過粒間的范氏用量,%0.730.64引力。離子型分散劑除能改善煤表面的親水性最大制漿濃度,%外還能增強其靜電斥力進一步使煤粒分散于水潤濕平衡高度/82電動電位/x200×10-6mV介質(zhì)中。圖1是2種萘磺酸鹽用量對神府煤表面最大吸附量/x106,43電動電位的影響曲線。平衡吸附膜厚度/×10-0m>200總之高效水煤漿分散劑的特點是有效地吸附在煤表面提高煤的親水性并能在煤表面形成雙電層和立體障礙。3常用添加劑1012添加劑按離解程度可分為離子型與非離子型分散劑濃度,x104兩大類4。離子型又可按電荷的屬性分為陰離子圖1萘磺酸鹽用量與煤表面電動電位關(guān)系曲線型、陽離子型和兩性型3類。兩性型是指當(dāng)溶液圖1說眀雖然兩種藥劑組分和結(jié)構(gòu)很相似,呈堿性時顯示陰離子特性呈酸性時顯示陽離子但對煤粒電動性質(zhì)的影響差別很大。1號藥劑使特性。陰離子、非離子、陽離子及兩性添加劑的國負(fù)電位略有增大加量超過1×10-4時就達(dá)到際價格比為1234。我國非離子型添加劑的價衡2號藥劑經(jīng)甲醛縮合后分子量增大,可使負(fù)電格較這個比例還高。所以制漿分散劑多選擇陰離位迅速增大濃度超過1×10-4時才趨于平衡,平子型。陰離子型添加劑主要有萘磺酸鹽、木質(zhì)素衡電位約為前者的2倍。可見隨分子量增大吸磺酸鹽、磺化腐植酸鹽等。附量增高負(fù)電性增強因而ρ號藥劑是水煤漿良3.Ⅰ萘磺酸鹽5好的減粘劑典型的萘磺酸鹽是萘磺酸鈉甲醛縮合物,易2.3空間隔離位阻效應(yīng)溶于水1%水溶液的pH值為7~9。適用范圍水化膜中的水與體系中的自由水不同,它廣中國煤化工使用。制備時,將萘因受到表面電場的吸引而呈定向排列當(dāng)顆粒相(精CNMHG件下用硫酸磺化甲互靠近時水化膜受擠壓變形,引力則力圖恢復(fù)原醛縮合燒堿中和、干燥即可。來的定向這樣就使水化膜表現(xiàn)出一定的彈性使3.2木質(zhì)素磺酸鹽煤粒均勻分散。由于顆粒表面的分散劑具有一定木質(zhì)素磺酸鹽主要來自造紙廢液。將亞硫酸的厚度當(dāng)2個帶吸附層的顆粒相互重疊時吸附鹽法造紙廢液濃縮、干燥后即可直接應(yīng)用。由堿2702006年第29卷法造紙廢渣濃縮得到的堿性木質(zhì)素還需經(jīng)磺化、3.5聚丙烯酸酯系列δ濃縮和干燥。此類添加劑最大優(yōu)點是原料豐富,主要有丙烯酸與苯乙烯聚合物鈉鹽、丙烯酸易于加工價格便宜且漿的穩(wěn)定性好。一般用量與丙烯酸胺共聚物鈉鹽和聚丙烯磺酸鹽等。具有為干煤的1%~2%。缺點是雜質(zhì)含量大因此良好的穩(wěn)定性和成漿性,用量為煤重的0.5%左除易制漿煤種外通常不能單獨應(yīng)用磺化木質(zhì)素。右缺點是價格比較貴尤其是近幾年石油大幅漲3.3磺化腐殖酸鹽價以后其價格更讓人難以承受。將草炭、褐煤或風(fēng)化煙煤等用堿在1500℃溫3.6羧酸鹽及磷酸鹽系列度下抽提再用硫酸亞鐵或硫酸等進行磺化必要主要有多環(huán)多元羧酸、聚羧酸鹽、多聚磷酸鹽時還用甲醛縮合。反應(yīng)物經(jīng)沉淀、過濾除渣后再和羥基苯甲酸聚合物鈉鹽等濃縮、干燥即可得棕黑色的固體產(chǎn)物。此類添加3.7非離子型分散劑7劑的許多特點和木質(zhì)素相似。但其分散性能更水煤漿用的非離子型添加劑分子的親水端佳,可單獨使用,添加量約1%~1.5%。其主要是聚氧乙烯鏈或再配以少許磺酸基。這類產(chǎn)物主缺點是漿的穩(wěn)定性較差。要優(yōu)點是親水親油性和分子量易調(diào)節(jié)、控制不受3.4聚烯烴磺酸鹽水質(zhì)及煤中可溶性物影響但價格昂貴。用量聚烯烴磺酸鹽屬聚合物電解質(zhì),是以苯乙烯般為煤的0.5%以上磺酸、α甲基苯乙烯磺酸或苯乙烯、丁二烯、乙烯等為原料共聚而成的產(chǎn)物分子量1~2萬。用量4添加劑篩選試驗為煤重的0.5%左右。原料煤的分析數(shù)據(jù)見表3。表3原料煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)灰分,%水分,%揮發(fā)分,%固定碳,%發(fā)熱量八kJkg1C,%H,%S,%N+O2%灰熔點/℃T267.212.711824.1添加劑的選擇表47種添加劑的成漿性能試驗結(jié)果在兼顧添加劑的性能、價格和使用的方便性添加劑型號WCs-ACTC01TC02M1M2FP1FP2的情況下選取7種添加劑進行神府煤的成漿試濃度%61.561.861.360.059.861.462.4驗這7種添加劑中wCsS-AC屬于聚丙烯酸酯類黏度/Ps0.8751.0251.1501.1251.2500.9500.9224h析水率,%1.41.00.72.1TC0l、02屬于非離子型、M1、M2屬于木質(zhì)素磺酸流動性好好較好較好較好好好添加劑加量鹽、FP1、FP2屬于木質(zhì)素磺酸鹽與萘磺酸鹽的復(fù)4.3試驗結(jié)果分析配型添加劑?；腔乘猁}類添加劑主要來源于從實驗室試驗結(jié)果看, WCS-AC、TC01、FP1和造紙廢液成漿濃度-般較低且用量較大運輸P2對神府煤而言具有較佳的成漿性能成漿濃和使用都比較麻煩故篩選試驗未作考慮。度達(dá)到61.4%以上,煤漿的流動性較好,反映煤4.2成漿試驗方法和數(shù)據(jù)漿穩(wěn)定性的24h沉降析水率達(dá)到2%以下滿足不同的粒度分布對煤漿成漿濃度有較大影德士古水煤漿加壓氣化對水煤漿質(zhì)量的要求。響為排除粒度分布對試驗結(jié)果的影響在對不同M和M2相對要差一些成漿濃度約低2%沉降添加劑的成漿試驗中采用完全相同的粒度分布。析水率和流動性也差一些。在前面4種添加劑粒度分布:14-40目1.4%,40-100日目中僅從成漿濃度看又以TC和FP2為最佳23.1%100~200目297%200~325目9.7%, WCS-AC和FP1稍遜而對比Tol和FP2,前者<325目36.1%。在制漿試驗中,采用傳統(tǒng)的干中國煤化工性較佳。曆濕配法制漿即取2kg原料煤在小球磨機內(nèi)干CNMHG述7種添加劑的適宜磨數(shù)十分鐘磨機的轉(zhuǎn)速可調(diào)具體的研磨時間根加量均在0.6%~0.8%即在該加量時幾種添加據(jù)經(jīng)驗而定),研曆得到的煤粉再用14目的絲網(wǎng)劑均能在保證流動性的前提下取得較佳的成漿濃進行過篩過篩得到的煤粉可直接用于煤漿的調(diào)度。添加劑加量再提高對煤漿濃度和流動性沒試。經(jīng)過對上述添加劑的對比試驗結(jié)果見表4。有明顯影響對某些添加劑來說甚至?xí)斐沙蓾{第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用271濃度的下降。本相同。如以FP-2替代wCS-AC,每年可降低成從價格方面比較,To1屬于非離子型添加本約450萬元;煤漿濃度提高后煤耗和氧耗的降劑價格明顯高于FP2約為后者的2倍。由于上低以提高1%的濃度計,每年可降低成本427.5海焦化有限公司一年的水煤漿添加劑用量在萬元。合計每年可降低成本877.5萬元,經(jīng)濟效3000t以上,如選用前者,以每噸添加劑4000元益非?？捎^。計每年多支出的費用要高達(dá)600萬元。從性價比綜合考慮最終選擇FP2作為替代產(chǎn)品,應(yīng)用5工業(yè)裝置實際使用情況及結(jié)論于德士古水煤漿氣化裝置。從工業(yè)裝置的實際使用情況看,FP2的成漿FP-2和原先使用的wCS-AC對比從添加劑性能基本令人滿意名項指標(biāo)與實驗室結(jié)果相當(dāng)?shù)膯蝺r看,后者比前者約貴1500元/t,而加量基表5是幾組典型的煤漿分析數(shù)據(jù)表5典型的煤漿分析數(shù)據(jù)(2006-03-23)取樣點取樣時間濃度黏度/Pas粒度粒度8~14粒度14-40粒度40-200粒度200~325粒度目,%325目,%1*曆機706l.60.82502*曆機0.9251*磨機15062.02*磨機0.975從表5分析數(shù)據(jù)看盡管實際生產(chǎn)中使用的際工業(yè)生產(chǎn)。制漿設(shè)備是棒磨機盧與實驗室試驗時使用的球磨參考文獻(xiàn)機在出料粒度上有所不同(主要反映在8~141張榮曾水煤漿制漿技術(shù).北京科學(xué)岀版社.196.141-15和<325自2個區(qū)間),總體上要比實驗室中的分曾凡.水煤漿添加劑,選煤技術(shù),J995(2)#1~45布粗一些但煤漿的濃度仍達(dá)到61%以上,比3羅秋良曾凡張榮曾,水煤漿添加劑分子結(jié)構(gòu)與成漿性能以前可增加1%以上煤漿黏度可穩(wěn)定地控制在的研究.煤炭學(xué)報993182)89~920.800~1.000Ps。由于添加劑成分的改變,原4李永盺孫成功李寶慶等.水煤漿添加劑研究評述.煤炭轉(zhuǎn)料的成本大大降低而添加量基本保持不變噸漿化,9972(1)8~12添加劑成本比以前要降低一半。從性價比綜合考范麗娟水煤漿添加劑的研究進展.日用化學(xué)工業(yè)200232察FP2添加劑在性能上非常適用于神府煤制1)46~486王曉春,水煤漿添加劑及其研究進展.煤化工204(6):15漿成漿濃度和性能較好在價格上也比以往的添加劑有大幅度的下降因此該添加劑完全達(dá)到此7羅秋良,非離子型水煤漿添加劑的研究進展,選煤技術(shù)次篩選的預(yù)期目標(biāo),可替代原有的添加劑用于實996(6)39-41SELECTION AND INDUSTRIAL APPLICATION OFCOAL-WATER SLURRY ADDITIVES FOR SHENFU COALYaodongShanghai Cohing and Chemical Co. Lid. Shanghai 200241)Abstract Presents the action principle and development status of coal-water slurry additivesand their selection for Shenfu coal in detail. Prepare coal-water slurry with conventional dry grindingand wet mixing method under the condition of same coperiment results indicate that additive FP-2 has optimallHH中國煤化工ent additives. TheCNMHG hat has been provedin industrial plantKey words Shenfu coal coal-water slurry additives slurry concentration selection