水煤浆新型改性添加剂的实验研究

煤炭加工与综合利用COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.4,2013水煤浆新型改性添加剂的实验研究石磊,贾传凯,郝峡(浙江煤科清洁能源有限公司,浙江嘉兴314511)摘要:实验对比分析了新型萘系改性添加剂与三元复配添加剂(减水剂、碱木素、纯碱)所制水煤浆的性能特点;改性萘系减水剂制备水煤浆的分散性、稳定性更好一些,可制得假塑性流体煤浆,而且降低了吨浆消耗量,节约了成本,提髙了经济效益。关键词:水煤浆;萘系改性添加剂;分散性;触变性;稳定性中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:10058397(2013)04006403水煤浆是20世纪70年代末石油危机中发展油一样泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。水煤起来的一种新型低污染煤基流体燃料,又被称为浆经长距离管道输送到终端后可以直接燃用,储液态煤炭产品,国际上称为CwM( Coal water运过程全封闭,既减少损失又不污染环境,是解Mixture)或CWF( Coal Water Fuel)。水煤浆是由决我国煤炭运力不足的一项重要运输方式。65%~75%不同粒度分布的煤、25%~35%的水水煤浆是一种颗粒悬浮体,煤炭颗粒属于疏和约1%的添加剂,经过一定加工工艺制成的混水性物质,因此要使制备的水煤浆在静态时有较合物。水煤浆不仅可以代替燃料油,还可以代替大粘度,防止沉淀;动态时,有较低粘度,便于燃煤用于工业锅炉、电站锅炉、工业加热炉和窑泵送,雾化燃烧,从实际情况来看,即使是易成炉。燃用水煤浆与直接烧煤相比,具有燃烧效率浆煤种,若不加入化学添加剂,也不可能制成理高、负荷易调控、节能和环境效益好等显著优想的水煤浆。添加剂是制备水煤浆的关键技术之势,是重要的洁净煤技术之一。水煤浆可以像石直接影响水煤浆的性能和生产成本,因此研究开发性价比较高的水煤浆添加剂是改善和提高收稿日期:20130708作者简介:石磊(1987—),男,河北保定人,2012年毕水煤浆技术的重中之重。业于北京化工大学(北京)应用化学专业,理学学士,浙江煤科浙江煤科清洁能源公司目前使用的水煤浆添清洁能源有限公司助理工程师。加剂有三元复配添加剂和新型改性萘系添加剂。(3)下游装置对合成气的要求。如对于生产程和激冷流程。废锅流程系统副产蒸汽,能效SNG的装置,粗煤气中含有较多的CH4,则对生高,但系统复杂,投资高,对煤质要求高,对操产有利。此外,合成气中惰性气体过高也会影响作人员要求也高,运行条件较为苛刻。激冷流程到后序装置的操作性能。系统相对简单,投资低,运行操作较宽松,运行(4)气化装置运行的可靠性和业绩。气化装可靠,但系统不副产蒸汽,相对能效较低,后续置占全厂的总投资比例较高,因此应选择性能可的变换系统耗蒸汽少。靠、具有良好业绩的气化装置。从工程成熟性、运行可靠性和操作稳定性上来(5)环境影响。选择清洁、三废排放少的气看,鲁奇碎煤加压气化、水煤浆气化、 Shell气化炉化工艺。目前较为成熟,运行可靠性较高;而GSP粉煤气化从煤种适应性上看,鲁奇碎煤加压气化适用和HT-L粉煤气化的工业化业绩相对较少。于块煤气化,其他气化技术可使用末煤;水煤浆从环保中国煤化工Shel气化加压气化技术要求煤的灰熔点要低于1400℃。炉、GSP粉CNMHG七更为环保从流程上看,这些煤气化技术可分为废锅流而鲁奇碎煤邡化及八处理度权大。2013年第4期石磊,等:水煤浆新型改性添加剂的实验研究65三元复配添加剂主要是根据当前使用的制浆煤种于使用复配添加剂制得的煤浆。同时经对比可以性质,将粉状减水剂、碱木素和纯碱进行适当配看出,在达到比较好的流动性和粘度时,应用复比而成的一种水煤浆添加剂。新型改性萘系添加配添加剂,最佳用药比例为0.85%,而采用改性剂则是将工业萘、硫酸、高性质碱和清水进行高萘系减水剂,最佳用药比例仅为0.75%。因此,精度合成的一种新型萘系减水剂,相对于普通的在实际生产中使用改性萘系减水剂的用量至少比萘系添加剂,其各方面性质都有很大提高。使用复配型添加剂低0.1个百分点,这对于企业经过实验研究和工业性生产,发现三元复配长远经济效益是非常可观的。添加剂的分散效果有一定局限性,导致所制煤浆表1成浆浓度为64.5/%时减水剂用量的流动性和稳定性较差,在生产中必须通过增加对水煤浆成浆性的影响添加剂用量来保证水煤浆的流动性和稳定性。因添加剂类别用量/%表观粘度/mPa·s此,公司研发了新型改性萘系添加剂,在所要求的浓度下,可以减少添加剂的比例,且煤浆的粘复配添加剂1263度、稳定性等性能都得到提高,通过生产验证,(只用减水剂)1678流新型改性萘系添加剂取得了良好的应用效果。无法显示断流1.001添加剂性能的对比试验改性萘系制浆实验仪器与设备添加剂0.651428实验室制水煤浆所用仪器设备包括:CJ-11759型制样粉碎机、XMQ小型球磨机、JB90-D型强注:表观粘度是在100s条件下所测结果。力电动搅拌机、精密电子天平、NXS-4C型水煤浆粘度计和LS-cwm型激光粒度分析仪。2.2水煤浆触变性实验1.2水煤浆制备实验触变性是水煤浆的又一力学特性,即在剪切先将煤样加入到粉碎机中破碎到小于3mm应力作用下,水煤浆网状结构体系被破坏和恢复然后使用缩分法缩分并称取一定的煤样,加入事的效应。触变性与水煤浆的生产储存运输等密切先量好的水,分别与不同配比浓度和不同类型的相关,一般来说触变性越好,对水煤浆的应用就添加剂混合,放进球磨机中研磨。一段时间后,越有利。在水煤浆使用过程中,用户希望储存水将制备好的水煤浆样品倒入烧杯中,用强力电动煤浆时有良好的结构化特性,但给以外力产生剪搅拌机搅拌剪切一段时间,最后取样,分别测定切或被搅拌、泵送、触动时,能迅速降低粘度而水煤浆的浓度、表观粘度和粒度。设定浓度为又具有良好的流动性,一旦剪切或外力消除或减64.5%,要求表观粘度小于1200mPa·s。小,流体本身即开始恢复原有的结构,即具有假塑性的水煤浆,因为假塑性对水煤浆的泵送及燃2实验结果与讨论烧都很有利。实验分别采用复配添加剂和改性萘在煤样、水分等参数相同的条件下,用改性系添加剂制成适宜浓度的水煤浆,然后在不同剪萘系添加剂和三元复配添加剂分别与相同煤样进切速率下测定其表观粘度,结果见表2和图1。行成浆性实验。由表2和图1可以看出,用改性添加剂制成2.1添加剂用量测定的水煤浆,在相同剪切速率下的表观粘度均比用添加剂用量的多少不仅对水煤浆性质影响较复配添加剂制得的水煤浆表观粘度要低。虽然两大,而且与水煤浆的生产成本息息相关。加入不种添加剂制得水煤浆的表观粘度均随着剪切速率同量添加剂对水煤浆成浆性的影响见表1。的增大而降低,均表现出一定的屈服假塑性,有从表1可以看出,在水煤浆成浆浓度要求一利于水煤烧,但很明显定的情况下,两种添加剂同等加人量条件下,使地看出中国煤化用改性萘系添加剂制备水煤浆的粘度和流动性优具优势。CNMH水煤浆性能更煤炭加工与综合利用2013年第4期表2触变性平行实验结果现优越。15d的实验观察表明,改性萘系减水剂剪切速率406表观粘度、流动性、稳定性均良好,未发生沉淀。2072178157314291349表3水煤浆稳定性试验复配添加剂211417715651454137921191835160714381315添加剂表观粘添加剂表观粘度/210l1798158l14401347用量/%度/ma,流动性稳定性时间dPal9791762153313541247复配085良好改性萘系添加剂2075176114941331175添加剂0.851103良好微量软沉淀10209218241520131511970.851141良好4-5mm软沉淀1520481782151613341206改性萘系0.751127良好未沉淀注:水煤浆浓度为64.5%。0.75113l良好未沉淀添加剂0.751153良好未沉淀2500[2101200从表3还可以看出,复配添加剂的加入量比17821516改性添加剂要增加0.1个百分点,但表现出的结100013341206果却和改性萘系添加剂相差甚微,总体来看,用改性萘系添加剂所制得水煤浆的稳定性优于用三一改性萘系元复配添加剂所制得的水煤浆剪切率s2.4添加剂的成本比较图1不同添加剂的水煤浆表观粘度与剪切率的关系水煤浆添加剂的费用在水煤浆成本中占了很大比例,因此添加剂消耗量及其价格的高低对水2.3水煤浆的稳定性实验煤浆生产企业至关重要,以实际生产消耗的吨浆水煤浆是一种固液两相混合物,其中的煤颗成本作为指标,各组分价格按市场价格计算,结粒由于重力作用很容易发生固液分离或沉淀,煤果见表4。颗粒沉淀会造成水煤浆浓度空间分布不均匀,并表4添加剂成本比较且沉淀后难以处理。水煤浆的稳定性是指在水煤添加剂添加剂用量/%屯浆成本/元浆中的固体颗粒保持均匀分散悬浮状态的性质,复配添加剂0.8531.0改性茶系添加剂0.70是表征煤浆颗粒抗沉降的能力。稳定性强的水煤浆在储存和运输过程中不会发生硬沉淀,当发生从表4可以看出,用改性萘系添加剂后,添加软沉淀时,沉淀物经搅拌即可恢复原态。工业应剂用量降低了0.1个百分点,吨浆成本下降了95用上要求不允许出现板结状硬沉淀。元,制浆成本大幅度下降,经济效益大幅度提高。分别用复配添加剂和改性萘系添加剂制取定量的水煤浆,将所制得的水煤浆储存于烧杯内3结论加上保鲜膜封存,采用插棒法来探测煤浆的沉淀1)使用新型改性萘系添加剂制得的水煤浆性状态,每天观察一次,直到烧杯底部出现不可恢质得到了大幅度提高,因添加剂的分散性能较好,复的硬沉淀的存放天数即为水煤浆的稳定性指最佳用药量由085%降至07%,甚至更低,所制标,实验结果见表3。得的水煤浆稳定性明显提高,触变性也有了很大改从表3可以看出,随着储存天数的延长,两善,有利于水煤浆的储存、运输和燃烧。种添加剂制得水煤浆的表观粘度均有所增加,但2)新型恭系添加剂比三元复配添加剂的吨幅度很小。在此存放时间中,水煤浆的流动性均浆成本降低了9.5元,按照年产50万t水煤浆计良好,而对于稳定性来说,从表3中很清晰地看算,直接经济效益475万元。另外,水煤浆的质到当到达第10d时,用复配添加剂制得的水煤浆量也有所提已经开始出现微量沉淀,而到第15d时已经出现少,使得沉中国煤化工中沉淀物减万元,企业将近5mm的软沉淀,而此时改性萘系添加剂则表经济效益非CNMHG