貴州老鷹山煤制水煤漿的研究

笫32卷第4期貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol 32 No 42003年8月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TFCHNOLOXYAugust 2003Natural Science Edition)文章編號:1009-0193200304-0020-04貴州老鷹山煤制水煤漿的研究敖先權周素華2曾祥欽(1貴州工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院貴州貴陽(yáng)5500032.貴州工業(yè)大學(xué)科研處貴州貴陽(yáng)550003)摘要采用正交設計法選取制取水煤漿所適用的添加劑配方及最佳粒度分布結果表明用改性木質(zhì)素磺酸鈉和貴州老鷹山煤能制取高濃度水煤漿。關(guān)鍵詞水煤漿添加劑改性木質(zhì)素磺酸鈉正交設計中圖分類(lèi)號:rQ536.9TQ533.3文獻標識碼0引言能源是貴州經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)我省能源結構中煤炭占95%以上全省煤炭資源豐富煤種齊全極具有資源優(yōu)勢但匱乏石油以煤代油已經(jīng)成為一種必然。水煤漿CwS胙作為一種新型燃料具有良好旳流動(dòng)性和穩定性具有代油、節能、環(huán)保、綜合利用等優(yōu)點(diǎn)是以煤代油技術(shù)中最具競爭力的一項技術(shù)因此它有著(zhù)非常廣闊的發(fā)展前景1其研究應用逐步在我國得到發(fā)展和推廣但貴州至今還沒(méi)有水煤漿的生產(chǎn)和應用影響水煤漿性質(zhì)的因素很多煤質(zhì)特性煤粉粒度分布添加劑種類(lèi)及其與煤種的相匹配性是決定煤成漿性和流變性的三大主要因素其中煤質(zhì)是首要因素21這取決于包括礦物質(zhì)含量及組成在內的煤表面物理的和化學(xué)的結構與性質(zhì)。對具體煤種冋通過(guò)對各種粒度級煤進(jìn)行最優(yōu)化組合和選擇與之相匹配的添加劑最大限度地提高水煤漿濃度和降低粘度3但要與成本及其它因素作綜合考慮選擇一種既高效又經(jīng)濟的添加劑。本研究旨在對貴州老鷹山煤選取合適的添加劑配方為貴州水煤漿的開(kāi)發(fā)利用提供參考。煤質(zhì)分析煤樣為貴州老鷹山煤礦第十一層原煤其煤質(zhì)分析見(jiàn)表μ4表1煤質(zhì)分析工業(yè)分析ad%元素分析daf/%Stad/% Qba/Mj kgHGI1.419.2030.7880.833.741.093.460.2731.43由表1可知該煤硫分含量較低熱值與揮發(fā)分髙分析基水分較低可磨性指數高適合制備高濃度水煤漿。由煤炭成漿性判別指標D=7.5+0.5×Mad-0.05×HGI及C=77-1.2×Ⅸ%川算可知51:D3.94匯C=72.27%可制漿的最高濃度為72.27%2添加劑的制備及性能2.1改性木質(zhì)素磺酸鈉GX的制備經(jīng)優(yōu)化選擇4]計量下將硫酸鹽木質(zhì)素溶于堿性水溶液后加入三口瓶再加入磺化劑調節反應液pH為12反應溫度為50-60℃反應時(shí)間為3小時(shí)。反應結束后用乙醇進(jìn)行沉淀、分離、提純然后將合成的樣品進(jìn)行干燥粉碎后密封保存。其主要工藝流程見(jiàn)圖1第4期敖先權等潰州老鷹山煤制水煤漿的研究木質(zhì)素+磺化劑反應—→沉淀分離—→千燥—→產(chǎn)品圖1木質(zhì)素制取水煤漿添加劑工藝流程圖2.2GX的制漿性能比較為了對比添加劑的制漿性能和漿體穩定性選用了常用的萘系(萘磺酸甲醛縮合物Ⅻ和丙烯酸系(丙烯酸及丙烯酸酯共聚物)加劑做制漿試驗這兩種添加劑皆為目前公認的使用效果較好的工業(yè)添加劑考查在不加其它穩定劑的情況下添加劑本身對漿體結構的影響其實(shí)驗結果見(jiàn)表2表2幾種添加劑的制漿性能比較表3因子編碼名稱(chēng)萘系丙烯酸系因子x1X2Xx2濃度/%水平粘度/mP9451.50.015目測流動(dòng)性好好好0.01024h后析水率/mt%2.04h后漿體結構少量軟沉淀無(wú)沉淀無(wú)沉淀0.50.005根據工業(yè)應用水煤漿的要求5實(shí)驗結果表明Gⅹ的降粘效果較好但其穩定性稍差。3實(shí)驗設計及結果3.1設計方案影響水煤漿性能的主要因素除煤質(zhì)本身外還有粒度、添加劑種類(lèi)及用量經(jīng)我們研制的GX具有較好的分散性但其穩定性稍差。為了制取高濃度、低粘度及穩定性較好的水煤漿在配方中少量加入一種表面活性劑JX它可以大大改善漿體的穩定性但會(huì )引起水煤漿粘度的急劇增大綜合考慮到這些因素為了尋求最佳的粒度分布及添加劑配方采用三因子一次回歸正交試驗確定最佳工藝參數。經(jīng)理論上的分析及初步實(shí)驗煤粒的組成按粗細比例配比即把煤樣磨成粉后過(guò)200目的篩篩下部分為細粒部分用比重計法測量其粒度分布6通過(guò)調節使小于325目的占30%篩上部分再過(guò)40目、60目、100目的篩然后按40-60目10%60-100目40%,100-200目50%組成粗的部分。把粗細兩部分按一定比例混合起來(lái)后以小于200目的煤粒所占比例作為一個(gè)因子另外GX及JX的加入量作為兩個(gè)因子考慮水煤漿的粘度 Y ( mPa s汲穩定性Y<天溈為指標變量穩定性以水煤漿產(chǎn)生沉淀表層產(chǎn)生析水的時(shí)間以天數計)作指標。因子編碼見(jiàn)表3其中Ⅺ1是小于200目的煤粒占所用煤的質(zhì)量百分比(wt%);}2是GX加入量漿基t%);3是JX加入量漿基vt%)實(shí)驗方案及結果見(jiàn)表4.表4設計方案及實(shí)驗結果指標變量Y試驗號XIXiX,XXXX21620124819451250820973貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2003年3.2方差分析表5三因子一次回歸正交設計方差分析誤差來(lái)源XIXXIX2X3回歸系數210-92,523310.512.5-32.59.62.370.370.1Y方差QY2352800845043431212508450583215,13I.130.13Y11.45F值Y試驗結果經(jīng)方差分板表5得回歸方程:Y1=1327+210X1-92.5X2+233X3-10.5X1X2+12.5X1X3-32.5X2X32=9.6+2.37X1+0.63X2+1.37X3-0.12X1X2-0.37X1X3+0.37X2X3對所得回歸方程進(jìn)行F檢驗FI(Q1+Q2+…+Q6)6=24.75剩24.75>F0.26)=8.98同理可得F2=87.66>F0.6,)=58.2通過(guò)F檢驗回歸方程有一定顯著(zhù)性,說(shuō)明在試驗范圍內實(shí)驗數據可信得到的回歸方程能較好擬合試驗結果。3.3最佳配方的確定為了尋找最優(yōu)配方根據工業(yè)應用水煤漿的性能要求對性能指標Y1和Y2限制范圍并要求通過(guò)編制程序用計算機求解找出了22個(gè)能滿(mǎn)足上面這些約束條件的配方如表6所示從計算的結果來(lái)看粒徑小于200目的比例為66%-72%分散劑的量1.25%-1.45%之間穩定劑的量在0.005%-0.007%之間其成漿性能較好。表6優(yōu)化配方計算結果變量組合預測性能序號變量組合序號預測性能0.9119810.140.9.50.70.819010.030.60.90.80.80.8118310.05140.798100.50117610.080.711910.50.9100.70.7118510.260.60.8790119410.1170.70.81178100.60.7116610.0.70l19910.420.60.70.9118710.1490.70.990.60.1.0115910.020.70.911920.450.60.80.9118010.16567890120.80.811910.60.9-1.0115210.040.8l19010.563.4結果驗證對其中的5個(gè)配方進(jìn)行驗證它們的預測值與實(shí)驗值見(jiàn)表7,可以看出預測值與實(shí)驗值吻合。這5個(gè)第4期敖先權等潰州老鷹山煤制水煤漿的研究表7優(yōu)化配方驗證結果變量組合粘度穩定天數十算值試驗值計算值試驗值0.50.80.6116610.000.711860.71.01190112010.56結論1.采用正交設計法擬合出了水煤漿粘度及穩定性與其主要因素即添加劑和粒度分布的回歸方程。2.通過(guò)計算機程序設計優(yōu)化了添加劑配比及粒度分布3貴州老鷹山煤適合制備高濃度水煤漿因本文制備的Gⅹ作添加劑制備岀的水煤漿濃度可達69%經(jīng)密閉保存3個(gè)月后表層有少量析水底部有少量軟沉淀經(jīng)攪拌后可再生其性能達到工業(yè)應用要求。參考文獻[1]鞏學(xué)剛對水煤漿市場(chǎng)發(fā)展前景的探討J中國煤炭2002283)30-32[2]呂玉庭周?chē)瓍芜B根.經(jīng)濟型水煤漿的研究與應用J]煤炭技術(shù)2001201)43-4[3]曾凡.水煤漿添加劑J]選煤技術(shù)995301)44-49[4]敖先權磺化改性木素在水煤漿中的分散作用研究D]成都四川大學(xué)2002[5]張榮曾.水煤漿制漿技札M]北京科學(xué)出版社,1996[6]敖先權曾祥欽水煤漿中超微細顆粒粒度的測定J]貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報200l3((5)了0-73Coal Water Slurry Preparation with Laoyingshan Raw Coalin guizhou provinceAO Xian-quan'ZHOU Su-hua2 ZENG Xiang-qin(1. College of Chemical and Biological Engineering ,GUT ,Guiyang 550003, China 12. Division of Scientific Research GUT Guiyang 550003 China)Abstract: This paper deals with the coal water slurry( CWS)additive prescription and the optimal sizedistribution by the orthogonal experiment method. The results indicate that high concentration CWS canbe made from Laoyingshan raw coal in Guizhou Province by using modified sodium lignosulfonate as add itiKey words coal water slurry additives imodified sodium lignosulfonate orthogonal experiment