宋肖盼 ， 龐偉玲 ， 楊星波 ， 劉銳杰

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)　453731)

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三種不同的水煤漿添加劑性能對(duì)比

宋肖盼 ， 龐偉玲 ， 楊星波 ， 劉銳杰

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化試驗(yàn)，對(duì)比分析了三種不同性質(zhì)的高效水煤漿添加劑，找到了一種比較適合的添加劑，并確定了添加劑的用量，配得的煤漿濃度接近63.0%，得出最有利于制作氣化爐所使用的水煤漿添加劑性能指標(biāo)，從而提高氣化效率，達(dá)到降低消耗的目的。

水煤漿 ； 添加劑 ； 穩(wěn)定性

0　前言

水煤漿是一種經(jīng)濟(jì)、潔凈、可替代石油和天然氣的液體燃料和化工原料，也可緩解石油資源的緊缺，同時(shí)還減少了SO2和NOx的排放量，環(huán)境污染小，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

高濃度制漿工藝的特點(diǎn)是由約65%的煤、35%的水和少量的添加劑一起加入磨煤機(jī)，通過(guò)物理加工而成，是一種新型煤基流體燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有流動(dòng)性和穩(wěn)定性，可以?xún)?chǔ)存、泵送、霧化和穩(wěn)定燃燒。高濃度的配制漿工藝之一的特點(diǎn)是將粗磨和細(xì)磨的煤漿按一定比例混合，制得粒度分布較好的煤漿供氣化工段使用。

1　添加劑

1.1添加劑的作用

高濃度水煤漿(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CWM)性能中，最為重要的是低黏度和良好的穩(wěn)定性。然而，煤炭屬疏水性物質(zhì)，CWM又是粗顆粒懸浮體。因此，即使是易制漿煤種并具有高堆積率的粒度分布，無(wú)添加劑也不可能制成所希望的CWM。

添加劑的重要作用在于改變煤粒的表面性質(zhì)，促使顆粒在水中分散，使?jié){體有良好的流變特性和穩(wěn)定性。此外，還要借助添加劑調(diào)節(jié)漿的酸堿度，消除有害因素(如氣泡、有害成分等)。

1.2添加劑的分類(lèi)

根據(jù)作用不同，可將添加劑分為分散劑、穩(wěn)定劑和助劑三大類(lèi)，其中前兩種最為常用。

河南心連心化肥有限公司四分公司氣化使用的水煤漿添加劑為磺酸鹽類(lèi)的分散劑，本次試驗(yàn)對(duì)比的三種水煤漿添加劑都是磺酸鹽類(lèi)的分散劑，都是陰離子表面活性劑。

1.3分散劑的作用機(jī)理

1.3.1提高煤表面的親水性

煤主要是疏水性物質(zhì)，在水中具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，極易團(tuán)聚，把本來(lái)就有限的水包裹在粒間縫隙里，從而使體系黏度高，無(wú)流動(dòng)性。分散劑分子通過(guò)其疏水基和煤表面集合，以親水基朝水的定向排列方式，把水分子吸附在煤粒表面，變疏水性為親水性。借水化膜將煤粒隔開(kāi)，減小煤粒間阻力，從而達(dá)到降低黏度的作用。

1.3.2增強(qiáng)煤粒間的靜電斥力

DVLO理論認(rèn)為，膠體顆粒穩(wěn)定分散的先決條件是粒間的靜電斥力超過(guò)粒間的范德華引力。煤粒本身是中性粒子，吸附離子型分散劑以后，各煤粒表面即帶有相同的電荷，成為帶電粒子，煤粒之間就會(huì)產(chǎn)生靜電排斥力，當(dāng)這種斥力大于范德華引力時(shí)，就可以防止煤粒之間相互聚集沉淀，促使煤粒分散在水中。

2　性能對(duì)比

2.1試驗(yàn)依據(jù)

本試驗(yàn)根據(jù)GB18855-2008《水煤漿技術(shù)條件》及GB18856-2008《水煤漿試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)定。所用的水煤比為1∶4.2，添加劑1#、2#、3#加入量分別為煤質(zhì)加入量(質(zhì)量比)的0.1%、0.15%、0.2%。

2.2原料煤的性質(zhì)

表1　原料煤的性質(zhì)

注：數(shù)據(jù)為2016年1-3月份煤平均值。

2.3水煤漿制漿方法和工藝流程

制漿方法有干法制漿和濕法制漿兩種。為了達(dá)到目前工業(yè)化的制漿工藝標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)選用濕法制漿。稱(chēng)取一定量初步粉碎的煤粒，按比例加水及添加劑，用棒磨機(jī)進(jìn)行磨制。整個(gè)制漿過(guò)程如下：①煤粒的制備：工業(yè)大型破碎機(jī)將塊煤進(jìn)行初步破碎成煤粒。②取樣：每個(gè)樣品稱(chēng)取3 kg的原煤煤粒。③配比：分別按煤加入量的0.1%、0.15%、0.2%比例(質(zhì)量比)加入1#、2#、3#添加劑，按1∶4.2的比例加入水制得樣品。④磨制：將配好的物料一起裝入Ф400 mm×600 mm規(guī)格的棒磨機(jī)(預(yù)先洗過(guò)烘干)，磨制1 h(因1 h時(shí)煤粒的分布較為合理)。

2.3.1水煤漿濃度的計(jì)算

先稱(chēng)量干燥的稱(chēng)量瓶質(zhì)量m1，取充分?jǐn)嚢杈鶆虻乃簼{試樣置于預(yù)先干燥并稱(chēng)量過(guò)的稱(chēng)量瓶中，迅速加蓋，稱(chēng)量其質(zhì)量m2；將稱(chēng)量瓶和瓶蓋放入預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到105～110 ℃的干燥箱中，在鼓風(fēng)條件下，干燥1 h。從干燥箱中取出稱(chēng)量瓶，立即蓋上蓋，放入裝有CaCl2干燥劑的干燥器中，冷卻至室溫稱(chēng)量其質(zhì)量m3。

分析結(jié)果：

c%=(m3-m1)/(m2-m1)×100%

2.3.2水煤漿黏度的測(cè)量

作為煤漿，通常用剪切速率100 s-1時(shí)的黏度來(lái)作為煤漿的黏度。

測(cè)量黏度方法為：將黏度測(cè)定儀的轉(zhuǎn)筒內(nèi)裝入適量水煤漿，在規(guī)定的條件下，內(nèi)筒以一定角速度旋轉(zhuǎn)，由測(cè)定旋轉(zhuǎn)過(guò)程中圓筒所受的黏性力矩而得出相應(yīng)剪切速率下的表觀黏度。

即：f=ηD

其中：η為黏度。

2.3.3水煤漿穩(wěn)定性的測(cè)定

水煤漿的穩(wěn)定性是表征水煤漿質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它是指水煤漿在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中，可保持其物性均勻的一種性質(zhì)。由于水煤漿是固、液兩相體，且屬于粗分散體系，因此產(chǎn)生固、液分離、生成沉淀物在所難免。只要有沉淀出現(xiàn)，水煤漿在層間沿高度必將存在濃度差，或者出現(xiàn)分層現(xiàn)象。上層會(huì)出現(xiàn)析水，這表明水煤漿的穩(wěn)定性不好。目前，測(cè)定水煤漿穩(wěn)定性的方法為容積觀察法，就是配制一定的漿體靜置觀察是否生成硬沉淀(通過(guò)攪拌不可能使水煤漿重新恢復(fù)均勻狀態(tài)的沉淀)，并以上層析水量的多少來(lái)衡量水煤漿的穩(wěn)定性。析水量越大則穩(wěn)定性越差。

2.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4.1濃度、黏度、pH值和粒度

水煤漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2中可以看出：①在添加劑比例相同情況下，2#添加劑的煤漿濃度較高，而3#添加劑的煤漿濃度最低。②煤漿的表觀黏度隨著濃度的增加而增加，表觀黏度1 000 mPa·s以下時(shí)最高濃度可以配到接近63%。但1#添加劑的煤漿黏度很高，2#相對(duì)較低，3#黏度最低。當(dāng)添加劑加入量達(dá)到0.2%時(shí)，煤漿濃度反而發(fā)生下降。③煤漿粒度較均勻。

表2　水煤漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4.2添加量對(duì)漿體穩(wěn)定性的影響

水煤漿漿體靜態(tài)穩(wěn)定性與添加劑添加量的關(guān)系(穩(wěn)定性以20 d的吸水量表示)，如表3所示。

表3　添加量與靜態(tài)穩(wěn)定性(析水量)的關(guān)系　　mL

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加劑的添加量對(duì)漿體的穩(wěn)定性有影響。水煤漿漿體的穩(wěn)定性隨著添加劑添加量的增加而變差。主要是因?yàn)樘砑觿┨砑恿康脑黾邮蛊鋵?duì)煤顆粒的分散作用增強(qiáng)，對(duì)漿體起到一定的降黏作用，漿體的穩(wěn)定性變差。

2.5水煤漿添加劑的最終配方確定

綜合考慮以上的試驗(yàn)結(jié)果和添加劑的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于我公司使用的塊煤煤質(zhì)設(shè)計(jì)如表4的配方。該配方經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，具有較好的效果。

表4　水煤漿添加劑實(shí)驗(yàn)配方

水煤漿的性能：添加劑添加量為0.15%；煤漿濃度設(shè)計(jì)值62%，實(shí)測(cè)62.72%；煤漿黏度為854.2 mPa·s；抗攪拌能力>60 min；穩(wěn)定性為22 d(軟沉淀8%)。水煤漿的消耗對(duì)比如表5所示。

表5　水煤漿的消耗對(duì)比

注：數(shù)據(jù)為2016年1-2月份發(fā)氣量平均值。

從表5可以看出，2#添加劑的煤漿流量適中，對(duì)比比氧耗、比煤耗都較低，且有效氣(CO+H2)含量明顯較高，氣化效果較好。

3　總結(jié)

添加劑的分子結(jié)構(gòu)特征及取代基是影響水煤漿各性能的主要因素。在選取的三種添加劑中，2#添加劑制得的水煤漿在工業(yè)使用中比氧耗、比煤耗較低，有利于煤氣化節(jié)能降耗，公司研制的專(zhuān)用添加劑較為合適。添加劑的摻入量對(duì)水煤漿各性能有一定的影響，摻入量太小，不利于成漿；摻入量太大，則穩(wěn)定性不好。另外，摻入量大將增加生產(chǎn)成本。因此選用0.15%的添加量較為合適。

1003-3467(2016)07-0038-03

2016-05-05

宋肖盼(1985-)，男，助理工程師，從事新型氣化技術(shù)的研究工作，電話：18790526350。

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