沥青水浆不同结构分散剂的成浆性能研究

对脱油沥青水浆中不同结构分散剂的成浆性能和分散剂用量进行了研究,并探讨了分散剂添加方法对沥青水浆的影响,提出了结构相似相容的沥青水浆的分散剂研制和选型方法以及分散剂最可几摩尔用量的概念。实验结果表明硬沥青水浆最佳分散剂应是自身改性的磺酸盐,符合沥青水浆HLB值要求。分散剂最可几用量的确定,有助于根据工业具体要求确定最佳用量,即流动性、稳定性都满足工业要求的分散剂最经济用量。所用分散剂溶于水,多段添加的湿式粉碎成浆可制取高浓度、低粘度、稳定性好的硬沥青水浆。     

金属离子在煤界面吸附对煤成浆性的影响

本文研究了六种金属离子在三种煤表面的吸附规律，研究结果表明：铜离子能够改善煤的制浆效果，即铜离子加入煤浆中，分散剂的用量降低５０％，煤浆浓度提高；钙、镁、钴、锌离子对煤的成浆性不利的原因是它们不能有效地被吸附到煤表面，游离的金属离子和分散剂发生反应，使得吸附到煤表面的分散剂相对减少，煤的成浆性变差。     

改性污泥与无烟煤成浆性的研究

采用阴离子表面活性剂萘磺酸钠甲醛缩合物、聚羧酸钠作为分散剂,考察了不同污泥用量时污泥煤浆的成浆性能。结果表明,当污泥(干基)添加量为煤质量的4%时,成浆浓度超过60%,随着污泥用量的提高,污泥煤浆的成浆浓度降低。污泥加入后,浆体的稳定性增强,污泥比例越高,产生沉淀的时间延长。当污泥(干基)添加量为煤质量的4%时,产生沉淀的时间超过160h,与使用稳定剂效果相当。使用不同添加剂制备的污泥煤浆均呈假塑性。污泥疏松的絮状结构,蜂窝状的外表面,强大的吸水性是造成污泥煤浆成浆浓度下降,稳定性增加的主要原因。     

水葫芦与神府煤共成浆性的研究

分别以甲基萘磺酸盐(MF)及改性碱木质素磺酸钠(B1)为分散剂,考查了水葫芦与神府煤的成浆性能。结果表明,当100 g煤中加入19.16 g的水葫芦时,以MF为分散剂,60%浓度水葫芦煤浆的表观黏度为1 154 mPa.s,Fe2(SO4)3改性水葫芦煤浆的表观黏度为999 mPa.s。以B1为分散剂,水葫芦煤浆的表观黏度略有提高。Fe2(SO4)3的加入减少了与水缔合的含氧官能团数量,增加了水葫芦中起降黏作用的自由水含量。水葫芦能有效的提高水煤浆的稳定性,使出现硬沉淀的时间从2 h延长到60 h,Fe2(SO4)3作用后的水葫芦可进一步提高水煤浆的稳定性,使其出现硬沉淀的时间延长到88 h以上。水葫芦中大量的亲水性含氧官能团以及纤维素等大分子是水煤浆稳定性提高的主要原因。     

煤酸浆态床异构化制对苯二甲酸

在分别使用有机高沸点分散剂联苯和联三苯的条件下,以苯甲酸锌为催化剂,进行了煤氧化产物煤酸(水溶酸WSA)钾浆态床异构化制对苯二甲酸(TPA)的研究。主要考察了反应温度、催化剂用量、分散剂用量、二氧化碳初压和反应时间对TPA产率的影响。结果表明,在催化剂存在下煤酸可以转化成TPA。单独煤酸钾异构化时,以联苯为分散剂时较佳反应条件为温度420℃、压力3MPa、催化剂苯甲酸锌用量3%、分散剂用量60%、反应时间1h、TPA收率24.1%。以联三苯为分散剂时较佳反应条件为温度380℃、压力1MPa、催化剂苯甲酸锌用量3%、分散剂用量60%、TPA收率25.2%。煤酸钾与苯甲酸(BA)钾混合异构化时,以联苯为分散剂TPA产率可达60%,以联三苯为分散剂TPA产率可达62%。采用气相色谱对反应产物进行了定性和定量分析。     

水煤浆制备过程中浆体抗搅拌性能的研究

选用两种不同类型的分散剂，考察了１１种不同变质程度煤在高浓度煤浆制备过程中的浆体抗搅拌性能。发现高浓度煤浆制备对应的最佳搅拌强度不仅与分散剂的种类有关，而且取决于煤的变质程度。浆体抗搅拌性能随制浆用煤的变质程度的提高而增强，从而使较高变质程度煤的高浓度煤浆制备需在较高的搅拌强度下进行，才能最大限度地提高煤的成浆性。相关分析表明，煤表面分布的羧基、酚羟基等亲水性基团对浆体抗搅拌性会产生重要影响，煤表面此类基团的含量较高或吸水性较强时可使高浓度煤浆制备的最佳搅拌强度大幅度降低。     

水煤制备过程中浆体抗搅拌性能的研究

选用两种不同的类型的分散剂，考察了１１种不同变质程度煤在高浓度煤浆制备的过程中的浆体抗搅拌性能。发现高浓度煤浆制备对应的最佳搅拌强度不仅与分散的种类有关，而且取决于煤的变质程度。浆体抗搅拌性能随制浆用煤的变质程度的提高而增强，从而使较高变质程度煤的高浓度煤浆制备需在较高的搅拌强度下进行，才能最大限度地提高煤的成浆性。     

煤直接液化残渣制备水渣浆成浆性的研究

以煤直接液化残渣制备了水渣浆，考察了粒径分布、搅拌时间、分散剂的用量及种类对水渣浆性质的影响。根据实验确定了制备水渣浆的最佳工艺参数：Alfred粒径分布模型（d_280~154μm、d_154~74μm、d_<74μm 质量分数分别为14%、16%、70%），搅拌时间20 min，分散剂加入量为干渣基1.0%。实验结果表明，液化残渣制备水渣浆的定黏质量分数分别为73.5%（NSF）和71.0%（SL）。分散剂萘磺酸盐甲醛缩合物（NSF）的分散降黏效果优于改性碱木质素磺酸钠（SL），而水渣浆的流变性，分散剂SL要优于分散剂NSF。     

沥青质分散剂对沥青质的稳定及缔合的影响

采用紫外－可见光谱法研究了沥青质分散剂对甲苯－正庚烷－沥青质体系中沥青质的稳定作用,通过黏度法考察了沥青质分散剂对沥青质溶液中胶束缔合度的影响。结果表明,十二醇（DAL）、十二烷基苯磺酸（DBSA）、十二烷基苯酚（DP）对沥青质都有一定的稳定作用。三种沥青质分散剂的稳定作用顺序为DBSA>DP>DAL。DAL、DP及DBSA浓度较低时（1%）对沥青质甲苯溶液黏度的影响规律相似,推迟了黏度迅速增加的拐点,即可以抑制沥青质胶束的缔合。DBSA浓度较大时,沥青质胶束没有明显的聚并,同时使得沥青质溶液的相对黏度增加明显。三种沥青质分散剂都能显著降低胶束的聚集数;三种沥青质分散剂抑制沥青质胶团聚并强弱顺序为：DBSA>DP>DAL。这与其头部官能团的酸性顺序一致。     

纤维素燃料乙醇废液与煤的成浆性能研究

提出了一种纤维素燃料乙醇废液大规模资源化利用的新方法—将纤维素燃料乙醇废液与煤共混制备废液煤浆作燃料用。借助旋转黏度计对废液煤浆(WLCS-CEF)进行流变性测定,研究了成浆浓度、废液加入量和添加剂对煤浆流变性的影响。结果表明,废液煤浆的表观黏度随成浆浓度及废液加入量的增加而增大,添加剂的加入明显改善废液煤浆的流变特性。废液中大分子量的木质素及未水解完全的纤维素和半纤维素能起到稳定煤浆的作用,同浓度下的废液煤浆比水煤浆稳定性高,且煤浆稳定性随浓度增大而增强,合适的添加剂也能改善稳定性。当选择添加剂A,成浆浓度为62%,废液添加量为煤量的2.5%时,制得的废液煤浆比较适合气化。     

Influence of Polycarboxylate Dispersants with Different Molecular Structures on the Performance of Coal Water Slurry

Polycarboxylate dispersants have variable structures and can be designed according to practical needs. Further study on the influence of molecular structures on the performance of coal-water slurry (CWS) has vital significance. A variety of polycarboxylate dispersants was designed and synthesized with different monomers. The performance of each dispersant for the low-rank China CWS (i.e., Shenfu coal) was evaluated. Results showed that sodium p-styrene sulfonate (SSS) was the most efficient monomer with better adsorption performance on the surface of coal particles and lower apparent viscosity (i.e., mole ratio of SSS and acrylic acid (AA) sodium 65:35, CWS concentration 63 wt%, dispersant dosage 0.5 wt%). Polyethylene glycol acrylate (PA) was also effective. In addition, 5 wt% cationic monomer methyl acryloyl oxygen ethyl trimethyl ammonium chloride (DMC) was introduced into the structure. The polycarboxylate dispersant with optimal molecular structure was applied in Shenfu coal. The performance of water slurry could meet the national standards well (i.e., apparent viscosity 920 mPa · s), displaying good rheological property and stability.     

分散剂分子结构特征对煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响。发现煤的成浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。就本研究所涉及的分散剂种类和煤种而言，分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服假塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和浆体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著。结果还同时表明，分散剂的高分散性能是导致浆体呈屈服胀塑性流体和弱化浆体稳定化作用的重要因素。     

中国不同变质程度煤制备水煤浆的性质研究

在相同的制浆条件下，以中国煤种资源数据库为依据，考察了24种不同地区、不同变质程度煤制备成水煤浆的成浆性、流变性及静态稳定性。结果表明,山西阳泉、山东淄博石谷、河北下花园等煤种适宜制浆，这些煤的浆体质量分数均可达到66%以上，浆体呈假塑性流体，且煤浆产生软沉淀的静态稳定性均在15 d以上；山西潞安石圪节、安徽淮南、淮北石台等煤成浆性较好，稳定性在7 d左右，浆体呈胀塑性流体；山东枣庄八一、甘肃靖远红会、河南鹤壁等煤可达到较高的煤浆质量分数，浆体流变性及稳定性均较差，其他的煤则不适宜用于制备水煤浆。     

褐煤水热提质改善水煤浆的成浆性、流变性和稳定性的实验研究

采用水热法对小龙潭褐煤进行提质处理,从煤质特性、含氧基团、表面亲水性和粒度分布等因素,探究了水热提质对褐煤水煤浆成浆浓度、流变特性以及稳定性的影响。结果表明,水热提质脱除了褐煤中的水分,氧含量降低,煤阶升高。水热提质脱除了褐煤中含氧基团,煤水表面接触角增大,褐煤表面亲水性得到改善。小龙潭褐煤颗粒粒度呈现双峰分布,水热提质后褐煤颗粒粒径减小且趋于规则。水热提质改善了水煤浆的成浆性能,成浆浓度由提质前的44.09%,最高可提升到61.94%。在相近的表观黏度下,水热提质后水煤浆的稠度系数K减小,流变指数n增大,水热提质在降低浆体黏度的同时,仍保持假塑性流体特征。水热提质降低水煤浆的析水率,延缓了浆体出现硬沉淀的时间,改善浆体的稳定性。水热提质从理化特性对褐煤进行深度改性,从而获得高浓度,假塑性以及稳定性良好的符合工业应用的水煤浆。     

全温度段裂解提质对锡盟褐煤成浆特性的影响

通过对锡盟褐煤进行涵盖高、中、低完整温度段的裂解提质,研究了裂解过程对煤质特性、成浆浓度、浆体流变特性以及稳定性的影响。对锡盟褐煤在隔绝空气条件下裂解,测量不同浓度浆体的黏度,并对剪切速率和表观黏度进行拟合得到不同浆体不同浓度的流变特性曲线,根据国标规定方法测量浆体的实际浓度以及浆体稳定性。并从裂解过程中样品表面官能团和孔隙结构变化角度分析裂解对锡盟原煤及半焦成浆特性的作用机理。实验结果表明,裂解过程可以减少样品中的含氧官能团,降低其亲水性,有利于成浆浓度的提高,成浆浓度随裂解温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势,但是裂解对浆体的稳定性有负面影响。随裂解温度的提高,含氧官能团的分解导致半焦的孔隙结构发生显著变化,平均孔径先减小后增大,比表面积和孔容积呈先增大后减小趋势。     

锯木屑与褐煤共热解生物焦的成浆性能及其流变特性

模拟外热式直立炭化炉组装热解实验平台对锯木屑、云南褐煤进行热解/共热解提质,采用成浆实验法研究了锯木屑、云南褐煤热解生物焦/半焦及其共热解生物焦的成浆性能。结果表明,热解能显著提高锯木屑、云南褐煤的成浆性能,锯木屑、云南褐煤分别在500℃下热解1.5 h,所得到的生物焦、半焦的成浆浓度分别由热解前的29.21%、54.63%提高至38.57%、60.19%。相同热解条件下,锯木屑与云南褐煤共热解生物焦的成浆性能明显优于锯木屑、云南褐煤分别单独热解混合焦(生物焦与半焦的混合物)的成浆性能。锯木屑浆、生物焦浆、共热解生物焦浆、混合生物焦浆等均从总体上表现为假塑性特性,但当锯木屑含量大于等于50%时,锯木屑与云南褐煤共热解生物焦浆的流变特性与生物焦浆类似,在剪切速率较低的条件下,具有明显的剪切变稠特性,表现出较强的胀塑性。共热解生物焦的成浆性能优于混合生物焦的原因在于云南褐煤和锯木屑在共热解过程中的协同作用整体增强了共热解生物焦的芳构化程度。     

污泥干燥预处理后与神府煤共成浆性的研究

以萘系阴离子表面活性剂为分散剂,考查了污泥干燥条件和粒径对神府煤成浆性的影响。结果表明,将污泥干燥后再制浆,明显提高了污泥煤浆的成浆浓度;升高干燥温度,有利于提高污泥煤浆的成浆浓度。干燥温度对污泥的可磨性影响较大。干燥温度越高,干燥污泥可磨性越好,球磨的污泥平均粒径越小,制得的污泥煤浆表观黏度越低;温度高于105℃,污泥的可磨性无明显差别,污泥煤浆的表观黏度亦无明显变化。污泥粒径越小,颗粒越细,一定程度上提高了煤粉的堆积效率,使污泥煤浆的表观黏度降低。     

粒径分布对水焦浆性质的影响

分析研究了不同粒径分布的石油焦成浆性及制备水焦浆的流变性和稳定性。结果表明,石油焦的成浆性较好,成浆浓度近70%,浆体的表观黏度均随浓度的增大而增大。粒径分布越宽,越有利于堆积,堆积效率越高,可制浆浓度越高,制备水焦浆的最佳药剂量越低,采用萘系分散剂制备的水焦浆呈胀塑性流型,粒径分布越宽,胀塑性越弱,利用静置观察法与Turbiscan Lab稳定性分析仪测定相结合评价水焦浆的稳定性,水焦浆的稳定性差,且粒径越大,析水率越低,沉降区的焦粉颗粒越易发生聚结,底部越易产生硬沉淀,稳定性越差。颗粒聚结是水焦浆稳定性的主要影响因素。     

Effect of Polycarboxylic Acid Used as High-Performance Dispersant on Low-Rank Coal-Water Slurry

A new polycarboxylic (PC) acid was prepared from copolymerization of 2-methyl-1-butylene alcohol polyoxyethylene ether (HPEG), acrylic acid (AA), and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and used as a high-performance dispersant in low-rank coal-water slurry (CWS). The optimized conditions are as follows: the reaction temperature is 80°C, the mole ratio of HPEG, AA, and AMPS is 1:3:0.3, and the inherent viscosity of PC polymer is 49.26 ml/g. The molecule structure of PC polymer was characterized by means of FTIR. Moreover, the apparent viscosity, static stability, and rheological property of CWS with the concentration of 63.0 and 65.0 wt% were all determined by adding PC hyper-dispersant or naphthalene sulfonate-formaldehyde (NSF) condensate dispersant at 0.5 wt% dosage. The result shows that PC dispersant has better properties than commercial NSF product in low-rank CWS. The effect was well rationalized by a combination of electrostatic repulsion force, wetting property, and steric hindrance provided by PC polymer.