神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應用

2006年8月Aug.2006第29卷第4期arge Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol, 29 No, 4神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應用李耀東上海焦化有限公司,上海200241)擴要主要介紹水煤漿添加劑的作用機理和發(fā)展現狀具體介紹神府煤制漿添加劑的篩選工作。采用傳統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(jìn)行試驗試驗結果表明,FP-2添加劑對神府煤制漿具有最佳的性?xún)r(jià)比這一結果在生產(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(lèi)號:Q113.24文獻標識碼:A文章編號1002-5782006)40268-04概述成本德士古水煤漿加壓氣化(現更名為CE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(jiǎn)單等特點(diǎn)。自20世紀90年2.1提高煤表面的親水性1代初引入我國后發(fā)展十分迅速被廣泛應用于化添加劑是一種可促進(jìn)分散相(水煤漿中的煤肥和甲醇工業(yè)目前國內的相關(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氫化合物,屬疏濃度的高低直接影響到德士古裝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(jìn)而影響到合成氣及后續產(chǎn)品的角大小分成4類(lèi)。接觸角為零者稱(chēng)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(chēng)弱親水性煤炭A0°~90者稱(chēng)疏每1m合成氣的氧耗約增加o.005m3煤耗也將水性煤炭超過(guò)90者稱(chēng)強疏水性煤炭。各種煤相應增加約0.00kg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大的。在實(shí)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(shí)降煤種接觸角(°)煤種接觸角(°)低煤漿的黏度提高其流動(dòng)性。不同的添加劑往長(cháng)焰煤瘦煤貧煤往對水煤漿的成漿濃度有著(zhù)較大的影響同時(shí)其肥煤無(wú)煙煤自身的價(jià)格也相差很大。正因為以上原因盡管86~90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(jìn)工作一直沒(méi)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某粒表面即使濕潤。其巨大的表面積也會(huì )促使它過(guò)程復雜勞動(dòng)強度比較大且原料中雜質(zhì)較多,們聚集到一塊無(wú)法分散均勻容易堵塞計量泵最終于1998年為本公司技術(shù)中心開(kāi)發(fā)的WCS-AC所取代。WCS-AC雖然成漿濃收稿日期2006-03-27到修改稿日期2006-07-24。作者簡(jiǎn)介李耀東男,1974生工程師。1995年畢業(yè)于華東第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應用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(dòng)的自由度受限吸附分子的熵端是由碳氫化合物構成的非極性的親油基,另減少,所以顆粒有再次分開(kāi)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合吸附在煤粒表面上將當分散劑為大分子時(shí)被吸附分子有較長(cháng)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顆粒相互接使煤粒的疏水表面轉化為親水,可形成一層水化近時(shí)產(chǎn)生較強的排斥力導致煤粒分散懸浮。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。面張力使潤濕接觸角降至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(kāi)減少煤粒間的阻力從而達到降低黏制漿并測定其多項物化性質(zhì)31發(fā)現惟有吸附膜度的作用。添加劑應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(jiàn)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(zhù)名的DVLO理論認為21,膠體顆粒穩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(guò)粒間的范氏用量,%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,%67.4外還能增強其靜電斥力進(jìn)一步使煤粒分散于水潤濕平衡高度/cm電動(dòng)電位/×200×10-6mV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/×10mgg-16,43電動(dòng)電位的影響曲線(xiàn)平衡吸附膜厚度/×10總之高效水煤漿分散劑的特點(diǎn)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常用添加劑添加劑按離解程度可分為離子型與非離子型分散劑濃度,x10兩大類(lèi)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(dòng)電位關(guān)系曲線(xiàn)型、陽(yáng)離子型和兩性型3類(lèi)。兩性型是指當溶液圖1說(shuō)明雖然兩種藥劑組分和結構很相似,呈堿性時(shí)顯示陰離子特性是呈酸性時(shí)顯示陽(yáng)離子但對煤粒電動(dòng)性質(zhì)的影響差別很大。1號藥劑使特性。陰離子、非離子、陽(yáng)離子及兩性添加劑的國負電位略有增大,加量超過(guò)1×10-4時(shí)就達到平際價(jià)格比為1234。我國非離子型添加劑的價(jià)衡2號藥劑經(jīng)甲醛縮合后分子量增大,可使負電格較這個(gè)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(guò)1×10-“時(shí)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?？梢?jiàn)隨分子量增大吸磺酸鹽、磺化腐植酸鹽等。附量增高負電性增強因而2號藥劑是水煤漿良3.1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空間隔離位阻效應溶于水,%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,它廣并能和各類(lèi)分散劑混合使用。制備時(shí),將萘因受到表面電場(chǎng)的吸引而呈定向排列。當顆粒相(精萘或工業(yè)萘在160℃條件下用硫酸磺化甲互靠近時(shí)水化膜受擠壓變形引力則力圖恢復原醛縮合燒堿中和、干燥即可來(lái)的定向這樣就使水化膜表現出一定的彈性使3.2木質(zhì)素磺酸鹽702006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(lèi)添加劑最大優(yōu)點(diǎn)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(jià)格便宜且漿的穩定性好。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(diǎn)是雜質(zhì)含量大,因此,良好的穩定性和成漿性,用量為煤重的0.5%左除易制漿煤種外通常不能單獨應用磺化木質(zhì)素。右缺點(diǎn)是價(jià)格比較貴尤其是近幾年石油大幅漲3.3磺化腐殖酸鹽價(jià)以后其價(jià)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(jìn)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(shí)還用甲醛縮合。反應物經(jīng)沉淀、過(guò)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(lèi)添加3.7非離子型分散劑7劑的許多特點(diǎn)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(lèi)產(chǎn)物主缺點(diǎn)是漿的穩定性較差。要優(yōu)點(diǎn)是親水親油性和分子量易調節、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(jià)格昂貴。用量一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?；撬?、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(wàn)。用量4添加劑篩選試驗為煤重的0.5%左右。原料煤的分析數據見(jiàn)表3。表3原料煤的工業(yè)分析和元素分析數據灰分,%水分,%揮發(fā)分,%固定碳,%發(fā)熱量/kJkg1C,%H,%S,%N+O2,%灰熔點(diǎn)/℃6.3267.26.6111404.1添加劑的選擇表47種添加劑的成漿性能試驗結果在兼顧添加劑的性能、價(jià)格和使用的方便性添加劑型號 WCS-AC TCO1 TC2MM2FP1的情況下選取7種添加劑進(jìn)行神府煤的成漿試濃度,%61.561,861,360.059.861.462,4TC01、02屬于非離子型MM屬于木質(zhì)素磺酸流率,0.8751.0251.1501.1251,250.9500.925驗這7種添加劑中wCS-AC屬于聚丙烯酸酯類(lèi)黏度/P4s析1.41.00.72.12.01.8好好較好較好較好好好添加劑加量,%0.60.60.80.80.60.60.6鹽、FP-、FP2屬于木質(zhì)素磺酸鹽與萘磺酸鹽的復4.3試驗結果分析配型添加劑?；腔乘猁}類(lèi)添加劑主要來(lái)源于從實(shí)驗室試驗結果看,wCS-AC、TCO1、FP1和造紙廢液成漿濃度一般較低且用量較大運輸FP2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。度達到61.4%以上煤漿的流動(dòng)性較好,反映煤4.2成漿試驗方法和數據漿穩定性的24h沉降析水率達到2%以下,滿(mǎn)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(dòng)性也差一些。在前面4種添加劑粒度分布:14-40目1.4%,40-100目中僅從成漿濃度看,又以TCo1和FP2為最佳,23.1%100~200目297%,200~325目9.7%,WCs-AC和FP-1稍遜,而對比To1和HP2前者<325目36.1%。在制漿試驗中采用傳統的干沉降析水率較好后者流動(dòng)性較佳。磨濕配法制漿即取2kg原料煤在小球磨機內干從添加劑的加量看,上述7種添加劑的適宜曆數十分鐘磨機的轉速可調具體的研磨時(shí)間根加量均在0.6%~0.8%即在該加量時(shí)幾種添加據經(jīng)驗而定),研磨得到的煤粉再用14目的絲網(wǎng)劑均能在保證流動(dòng)性的前提下取得較佳的成漿濃第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應用271濃度的下降。本相同。如以FP2替代WCS-AC,每年可降低成從價(jià)格方面比較,rCo1屬于非離子型添加本約450萬(wàn)元;煤漿濃度提高后煤耗和氧耗的降劑價(jià)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(wàn)元。合計每年可降低成本877.5萬(wàn)元,經(jīng)濟效3000t以上,如選用前者,以每噸添加劑4000元益非?？捎^(guān)。計每年多支出的費用要高達600萬(wàn)元。從性?xún)r(jià)比綜合考慮,最終選擇FP2作為替代產(chǎn)品應用5工業(yè)裝置實(shí)際使用情況及結論于德士古水煤漿氣化裝置。從工業(yè)裝置的實(shí)際使用情況看,FP2的成漿FP2和原先使用的wCS-AC對比從添加劑性能基本令人滿(mǎn)意各項指標與實(shí)驗室結果相當的單價(jià)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據。表5典型的煤漿分析數據(2006-03-23)取樣點(diǎn)取樣時(shí)間濃度,%黏度/Pa粒度粒度8~14粒度14~40粒度40~200粒度200~325粒度>8目目,%目,%>325目,%1*屠機6l.60.82500.3磨機1*磨機15m062,02*厝機1500從表5分析數據看,盡管實(shí)際生產(chǎn)中使用的際工業(yè)生產(chǎn)制漿設備是棒曆機,與實(shí)驗室試驗時(shí)使用的球磨參考文獻機在出料粒度上有所不同(主要反映在8~14目張榮曾水煤漿制漿技術(shù).北京科學(xué)出版社,1996.141-159和<325目2個(gè)區間)總體上要比實(shí)驗室中的分2曾凡.水煤漿添加劑.選煤技術(shù),J995(2)41-45布粗一些但煤漿的濃度仍達到615%以上,比3羅秋良曾凡張榮曾,水煤漿添加劑分子結構與成漿性能以前可增加1%以上煤漿黏度可穩定地控制在的研究.煤炭學(xué)報199382)89~920.800~1.000Pas。由于添加劑成分的改變,原4李永昕孫成功李寶慶等水煤漿添加劑研究評述.煤炭轉料的成本大大降低而添加量基本保持不變噸漿化1997201)8~12添加劑成本比以前要降低一半。從性?xún)r(jià)比綜合考5范麗娟,水煤漿添加劑的研究進(jìn)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)46-48曉春.水煤漿添加劑及其研究進(jìn)展.煤化工2004(6):15漿成漿濃度和性能較好在價(jià)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到此7羅秋良,非離子型水煤漿添加劑的研究進(jìn)展,選煤技術(shù)次篩選的預期目標,可替代原有的添加劑用于實(shí)1996(6)39~4SELECTION AND INDUSTRIAL APPLICATION OFCOAL-WATER SLURRY ADDITIVES FOR SHENFU COALL i YaodongShanghai Coking 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 coal size ratio using different additives The experiment results indicate that additive FP-2 has optimal performance/price ratio that has been provedin industrial plantKey words Shenfu coal coal-water slurry additives slurry concentration selection