孫美潔， 鄭劍平， 王 浩， 王 楠， 孫陽陽， 楚天成

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100083)

?

利用Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀研究水焦?jié){的穩(wěn)定性

孫美潔， 鄭劍平， 王 浩， 王 楠， 孫陽陽， 楚天成

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100083)

采用靜置觀察法與Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀相結(jié)合研究了粒度分布、分散劑和黏土礦物對水焦?jié){(PCWS)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，PCWS中焦粉粒度越大，沉降末速越大，穩(wěn)定性越差，但成漿濃度較高。木質(zhì)素系分散劑能夠使得復(fù)合焦粒通過氫鍵作用形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地阻止焦粒間的聚結(jié)，顯著提高水焦?jié){的穩(wěn)定性；蒙脫石在水中易于細(xì)分散并吸水膨脹，使焦粒的密度逐漸接近于水的密度，阻礙焦粒的沉降，進(jìn)而提高水焦?jié){的穩(wěn)定性。選擇平均粒度為41.47 μm的石油焦粉，采用木質(zhì)素系分散劑配以少量蒙脫石作為添加劑，制備的水焦?jié){濃度可達(dá)66.60%，靜置15 d內(nèi)既不產(chǎn)生沉淀，又不發(fā)生析水分層，TSI值僅為0.1左右，具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性，有利于水焦?jié){的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

石油焦； 水焦?jié){(PCWS)； 粒度分布； 分散劑； 黏土礦物； 穩(wěn)定性

石油焦是石油加工過程中延遲焦化的副產(chǎn)品，具有水分低、灰分低、發(fā)熱量高等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。隨著我國原油深加工的發(fā)展，石油焦的產(chǎn)量逐年增加，實(shí)現(xiàn)石油焦的清潔有效利用成為一個(gè)重要的研究課題。將石油焦制備成便于泵送、霧化和燃燒的液體燃料——水焦?jié){，是合理利用石油焦的有效途徑[6-9]。但石油焦與煤的結(jié)構(gòu)和組成不同，親水性較差，密度較大，真密度約為2.14 g/cm3，制備的水焦?jié){穩(wěn)定性較差[10]，短時(shí)間內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生沉淀，制約了水焦?jié){的發(fā)展和利用。目前，針對水焦?jié){穩(wěn)定性的研究報(bào)道還很少，而且主要采用傳統(tǒng)靜置觀察的方法，采用先進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)研究水焦?jié){的穩(wěn)定性迫在眉睫[11]。

筆者將靜置觀察法和TurbiscanLab穩(wěn)定性分析儀法相結(jié)合，考察了粒度分布、分散劑及黏土礦物對水焦?jié){的穩(wěn)定性的影響，并進(jìn)行分析評價(jià)，以期尋找合理的粒度分布以及適宜的分散劑及黏土礦物，既能提高水焦?jié){的穩(wěn)定性，又能保證較高的制漿濃度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

以某廠石油焦作為研究對象。該石油焦的碳含量與發(fā)熱量較高，而水分和灰分含量都很低[12]，經(jīng)計(jì)算氧含量也很低，不足1.39%，有利于制備高濃度的燃料型水焦?jié){。

石油焦經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎至0～3 mm后給入球磨機(jī)磨制不同的時(shí)間，得到粗樣和細(xì)樣，二者平均粒度分別為68.06 μm和14.88 μm。然后按照設(shè)定的質(zhì)量配比1∶9、3∶7和5∶5混合，得到平均粒度分別為20.20 μm、30.83 μm和41.47 μm的樣品，記為樣品a、b和c，它們的粒度分布列于表1。

表1 石油焦樣品的粒度分布

分散劑KY33、LS、HAS分別屬于萘系分散劑、木質(zhì)素系分散劑和腐植酸系分散劑。黏土礦物包括伊利石、蒙脫石和高嶺石，純度均在99%左右，平均粒度分別為4.24 μm、3.84 μm 和3.81 μm。

將石油焦樣品制備成水焦?jié){，并測試其性能[12-16]，以表觀黏度為1200 mPa·s的水焦?jié){的濃度作為可制漿濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 石油焦粒度分布對水焦?jié){體系穩(wěn)定性的影響

KY33分散劑與石油焦樣品a、b和c制漿的可制漿濃度分別為66.61%、67.90%和69.17%。調(diào)節(jié)KY33用量分別為1.3%、0.4%和0.2%，將樣品a、b和c制備成3個(gè)黏度相近的水焦?jié){樣品A、B和C，分成兩組分別采用靜置觀察法和穩(wěn)定性分析儀法評價(jià)其穩(wěn)定性。靜置觀察法發(fā)現(xiàn)，靜置6 h后底層均產(chǎn)生少量的軟沉淀，樣品C產(chǎn)生的軟沉淀量相對較多；3樣品析出硬沉淀的時(shí)間分別為84、72和48 h，靜置7 d后頂部均產(chǎn)生了析水分層。穩(wěn)定性分析儀測得的水焦?jié){7 d內(nèi)背散射光通量的掃描圖示于圖1。

圖1 不同粒度水焦?jié){樣品的背散射光譜

從圖1可以看出，樣品瓶的底部邊界為1 mm處，樣品A的34.6～42.2 mm、樣品B的38.3～44.2 mm和樣品C的38.7～42.7 mm部分為澄清區(qū)，中間部分為沉降區(qū)[14]。樣品A沉降區(qū)的背散射光通量BS不隨時(shí)間變化，表明水焦?jié){的焦粉顆粒沒有發(fā)生顆粒間的聚結(jié)，而只是整體的下移；樣品B沉降區(qū)24～38.3 mm部分及樣品C的整個(gè)沉降區(qū)的背散射光通量BS呈梯度式減弱，表明焦粉顆粒間發(fā)生了聚結(jié)，產(chǎn)生了差異沉降。將軟件分析設(shè)計(jì)的閥值為峰高度的1/10，根據(jù)圖1可以得到靜置7 d粒度分布對水焦?jié){樣品澄清區(qū)的影響，結(jié)果列于表2。選取3個(gè)樣品沉降區(qū)的30～30.1 mm部分作為考察區(qū)域，靜置7 d內(nèi)水焦?jié){中焦粉顆粒粒徑隨時(shí)間的變化示于圖2。經(jīng)穩(wěn)定性分析儀的軟件對BS值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析，得到的水焦?jié){體系的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化示于圖3。

表2 7 d內(nèi)粒度分布對水焦?jié){澄清區(qū)的影響

圖2 不同粒度水焦?jié){樣品靜置7 d內(nèi)焦粉的平均粒徑變化量(D)

圖3 不同粒度水焦?jié){樣品穩(wěn)定性指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化

從表2可見，對水焦?jié){澄清區(qū)，粒度越細(xì)，水焦?jié){越晚發(fā)生沉降分層，平均沉降速率越高，析水率越高，穩(wěn)定性越差。從圖2可以看出，樣品A的平均粒徑逐漸降低，表明顆粒保持分散狀態(tài)，沒有發(fā)生聚結(jié)現(xiàn)象，僅因密度高而發(fā)生重力沉降；樣品B 靜置1 d內(nèi)焦粉顆粒的平均粒徑增大，顆粒間產(chǎn)生聚結(jié)，聚結(jié)作用較弱，增大幅度較小，1 d后部分顆粒聚結(jié)體分散開，平均粒徑減小，而后趨于平緩；樣品C靜置1 d內(nèi)平均粒徑大幅度增大，1 d后緩慢增大。表明粒度越大，焦粉顆粒間的疏水作用和范德華作用力越占有優(yōu)勢[16]，發(fā)生重力沉降后越易產(chǎn)生聚結(jié)，穩(wěn)定性相對越低。從圖3可以看出，3個(gè)樣品均未產(chǎn)生硬沉淀的2 d內(nèi)，樣品A的穩(wěn)定性最好，B次之，C的穩(wěn)定性最差，表明粒度越細(xì)，水焦?jié){的穩(wěn)定性越好。主要是因?yàn)榱６仍郊?xì)，靜置過程中水焦?jié){整體的沉降末速越小，沉降分層開始越晚，加之萘系分散劑KY33作用于石油焦粉表面，將強(qiáng)疏水表面充分改性為親水表面，使石油焦粉、水和分散劑之間相互作用形成穩(wěn)定的固-液膠體結(jié)構(gòu)，阻礙了焦粒間因重力沉降而引起的深度聚結(jié)，從而使水焦?jié){漿體具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性[17]。

2.2 分散劑對水焦?jié){體系穩(wěn)定性的影響

樣品a制備的水焦?jié){A穩(wěn)定性相對較好，但可制漿濃度較低，且粒度越細(xì)，分散劑用量越高，實(shí)際生產(chǎn)過程中相應(yīng)的磨礦功耗較大，不利于工業(yè)生產(chǎn)，因此采用制漿濃度較高、粒度較大、用藥量少的樣品c進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以期提高其制備的水焦?jié){的穩(wěn)定性。采用KY33、LS和HAS 3種分散劑分別與石油焦粉樣品c混合制漿，為降低藥劑量的影響，取藥劑量為石油焦干粉質(zhì)量的1.2%，制備了3個(gè)黏度相近的水焦?jié){樣品D、E、F，分析評價(jià)它們的穩(wěn)定性。靜置觀察法結(jié)果表明，樣品D靜置14 h后便產(chǎn)生了少量的硬沉淀，7 d后頂部產(chǎn)生了明顯的析水分層；樣品E靜置24 h后產(chǎn)生少量軟沉淀，7 d后產(chǎn)生少量硬沉淀，頂部未發(fā)生析水分層；樣品F靜置24 h后底部有少量軟沉淀，84 h后產(chǎn)生硬沉淀，7 d后頂部產(chǎn)生明顯的析水層?？梢奓S制備的水焦?jié){穩(wěn)定性最好，HAS的次之，KY33的相對較差。圖4為穩(wěn)定性分析儀測定的水焦?jié){樣品靜置7 d內(nèi)BS的掃描圖。

圖4 不同分散劑的水焦?jié){樣品的背散射光譜

根據(jù)圖4分別對樣品D、E、F劃分澄清區(qū)和沉降區(qū)。樣品D的37.86～45.51 mm為澄清區(qū)，低于37.86 mm部分為沉降區(qū)；樣品E的整個(gè)區(qū)域均為沉降區(qū)；樣品F的38.34～44.26 mm為澄清區(qū)，低于38.34 mm部分為沉降區(qū)。3個(gè)樣品澄清區(qū)的高度分別為7.65、0和5.92 mm，即從析水澄清的角度看，采用LS作為分散劑制備的水焦?jié){析水率最低，穩(wěn)定性最好，HAS的次之，KY33的最差。對于沉降區(qū)，樣品D的BS值隨靜置時(shí)間的延長呈梯度式遞增，表明石油焦粉顆粒間沒有發(fā)生聚結(jié)，只是水焦?jié){漿體整體的沉降；樣品E和F的BS值隨靜置時(shí)間的延長呈梯度式減弱，表明顆粒間發(fā)生了聚結(jié)，產(chǎn)生了差異沉降，顆粒濃度呈梯度式遞增。選取水焦?jié){漿體沉降區(qū)的22.5～22.6 mm部分作為考察區(qū)域，得到靜置7 d內(nèi)焦粉顆粒的平均粒徑變化和穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化，結(jié)果分別示于圖5、圖6。

圖5 不同分散劑的水焦?jié){樣品靜置7 d內(nèi)焦粉的平均粒徑變化量(D)

圖6 不同分散劑的水焦?jié){樣品穩(wěn)定性指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化

從圖5可以看出，靜置過程中，樣品D的平均粒徑逐漸降低，表明焦粉顆粒呈分散狀態(tài)，未產(chǎn)生聚結(jié)現(xiàn)象，僅因密度高而發(fā)生重力沉降， KY33具有良好的分散作用，能夠有效地阻止焦粒間的聚結(jié)；靜置1 d內(nèi)樣品E和F的平均粒徑迅速增大，1 d后緩慢增大或基本保持不變。從圖6可以發(fā)現(xiàn)，靜置2 d內(nèi)，樣品E的整體穩(wěn)定性最好，D次之，F(xiàn)的穩(wěn)定性最差。木質(zhì)素系分散劑的親水基與疏水基呈立體間隔分布[18]，且分子中有大量羥基，使得復(fù)合焦粒能夠通過氫鍵作用連接成一定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，吸附膜厚度大，產(chǎn)生的直接機(jī)械阻力和彈性阻力大，能夠有效阻止焦粒間的深度聚結(jié)，所以易形成具有良好靜態(tài)穩(wěn)定性的漿體；萘系分散劑的親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)呈線型間隔分布，主要以臥式多點(diǎn)方式吸附在焦粒表面上，焦粒間不能通過氫鍵締合作用形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備的漿體穩(wěn)定性相對較差[17]；腐植酸系分散劑制備的漿體穩(wěn)定性都較差[19]，加之實(shí)驗(yàn)中制備的漿體用藥量相對較少，分散劑吸附在焦粒表面產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)較小，焦粒間的疏水作用和范德華作用力占優(yōu)勢，焦粒聚結(jié)現(xiàn)象明顯，穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

2.3 黏土礦物對水焦?jié){體系穩(wěn)定性的影響

采用LS分散劑制備的水焦?jié){樣品E的穩(wěn)定性相對較好，但靜置7 d后產(chǎn)生了少量硬沉淀，為進(jìn)一步提高水焦?jié){的穩(wěn)定性，保持樣品E的石油焦粉及分散劑量不變，向其中添加1%的黏土礦物(伊利石、蒙脫石和高嶺石)制備得到3個(gè)黏度相近的水焦?jié){樣品G、H和I，分析評價(jià)它們的穩(wěn)定性。靜置觀察法發(fā)現(xiàn)，7 d后3個(gè)樣品均沒有產(chǎn)生沉淀和析水層，靜置15 d后樣品G和H仍未產(chǎn)生沉淀，樣品I底部產(chǎn)生少量軟沉淀，水焦?jié){的穩(wěn)定性得到顯著提高。圖7為穩(wěn)定性分析儀測定的水焦?jié){樣品G、H和I靜置15 d內(nèi)BS的掃描圖。

圖7 水焦?jié){樣品G、H和I的背散射光譜圖

從圖7可以看出，3個(gè)樣品均沒有產(chǎn)生析水澄清，所以整個(gè)樣品區(qū)域均為沉降區(qū)。樣品G和I的BS值隨靜置時(shí)間的延長呈梯度式降低，表明焦粉顆粒間發(fā)生了聚結(jié)，產(chǎn)生了差異沉降，而樣品H的BS值基本不隨靜置時(shí)間變化，顆粒間沒有發(fā)生聚結(jié)，只是漿體整體發(fā)生沉降。選取水焦?jié){漿體沉降區(qū)的25.0～25.1 mm部分作為考察區(qū)域，得到靜置15 d內(nèi)焦粉顆粒的平均粒徑變化和穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化，結(jié)果分別示于圖8、圖9。

圖8 添加不同黏土礦物的水焦?jié){樣品的焦粉平均粒徑變化量(D)

圖9 添加不同黏土礦物的水焦?jié){樣品穩(wěn)定性指數(shù)TSI隨時(shí)間的變化

從圖8可以看出，水焦?jié){樣品G和I的平均粒徑1 d內(nèi)迅速增大，而后緩慢增大或基本保持不變，表明焦粒間發(fā)生了聚結(jié)，且樣品I的聚結(jié)程度較大；樣品H的平均粒徑隨靜置時(shí)間的延長而逐漸降低，表明焦粉顆粒保持分散狀態(tài)，顆粒間沒有發(fā)生聚結(jié)，只是整體的下移，且粒徑較大的顆粒沉降速率較快，即蒙脫石具有良好的分散作用，能有效阻止焦粒間的聚結(jié)。從圖9可以發(fā)現(xiàn)，靜置15 d內(nèi)，3個(gè)樣品的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)均較低，且均沒有產(chǎn)生硬沉淀，所以整體穩(wěn)定性較好，其中樣品H的整體穩(wěn)定性最好，G次之，I的穩(wěn)定性相對較差。蒙脫石在水中易于細(xì)分散，能夠均勻地分布在水焦?jié){漿體中，而且會(huì)發(fā)生吸水膨脹，使得焦粒的密度逐漸向水的密度接近，相當(dāng)于增大了漿體體系中介質(zhì)的密度，從而使焦粒不易下沉[20]，所以添加蒙脫石后，水焦?jié){的穩(wěn)定性得到顯著提高，靜置15 d后不產(chǎn)生沉淀和析水分層，穩(wěn)定性指數(shù)TSI僅為0.1左右；伊利石和高嶺石雖然在水中也易于細(xì)分散，但分布不均勻，主要分布于漿體的底部，所以對水焦?jié){的穩(wěn)定性優(yōu)化作用相對較弱。

3 結(jié) 論

(1) 石油焦粉粒度分布對水焦?jié){的穩(wěn)定性有一定的影響。粒度越細(xì)，靜置過程中水焦?jié){整體的沉降末速越小，沉降分層開始越晚，越不易發(fā)生聚結(jié)，穩(wěn)定性越好。

(2) 分散劑的種類對水焦?jié){的穩(wěn)定性有顯著的影響，主要與分散劑的結(jié)構(gòu)、組成及在焦粒表面的作用方式有關(guān)。木質(zhì)素系分散劑分子中含有大量羥基，使得復(fù)合焦粒能夠通過氫鍵作用形成一定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效阻止焦粒間的聚結(jié)，顯著提高水焦?jié){的穩(wěn)定性。

(3) 黏土礦物有利于提高水焦?jié){的穩(wěn)定性，特別是在水中易于細(xì)分散的蒙脫石，能夠均勻分布于漿體中，且發(fā)生吸水膨脹后使得焦粒的密度向水介質(zhì)的密度接近，進(jìn)一步阻礙焦粒的沉降，從而提高水焦?jié){的穩(wěn)定性。

(4) 選擇粒度較大的石油焦粉，采用木質(zhì)素系分散劑配以少量的蒙脫石黏土礦物作為添加劑，能夠制備出濃度高、穩(wěn)定性好的水焦?jié){，促進(jìn)水焦?jié){的大規(guī)模工業(yè)化利用。

[1] 趙冰，周志杰，丁路，等. 快速熱處理石油焦與煤的微觀結(jié)構(gòu)變化及氣化活性分析[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2013， 41(1)： 40-45.(ZHAO Bing, ZHOU Zhijie, DING Lu, et al. Changes in the microstructure and gasification reactivity of petroleum coke and coal samples after rapid pyrolysis[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2013, 41(1): 40-45.)

[2] 吳勇平， 高夫燕， 劉建忠. 水焦?jié){技術(shù)的研究進(jìn)展與討論[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2014， (7)： 10-14.(WU Yongping, GAO Fuyan, LIU Jianzhong. Progress and discussion in the technology of petroleum coke water slurry[J].Applied Energy Technology, 2014, (7): 10-14.)

[3] 柳宇， 許桂英， 宋健斐， 等. 石油焦對生物質(zhì)氣化中焦油裂解的影響[J].化工學(xué)報(bào)，2010， 61(9)： 2494-2498.(LIU Yu, XU Guiying, SONG Jianfei, et al. Effect of petroleum coke on tar cracking in biomass gasification process[J].CIESC Journal, 2010, 61(9): 2494-2498.)

[4] 王貴金， 郭大亮， 袁洪友， 等. 黑液與石油焦共熱解及其產(chǎn)物特性研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2014， 42(5)： 545-551.(WANG Guijin, GUO Daliang, YUAN Hongyou, et al. Co-pyrolysis behaviors and products characteristics of black liquor and petroleum coke[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2014, 42(5): 545-551.)

[5] 展秀麗. 石油焦成漿特性及不同添加物對石油焦氣化反應(yīng)活性的影響研究[D].上海： 華東理工大學(xué)， 2011.

[6] 紀(jì)麗媛， 黃勝， 吳詩勇， 等. 原煤與石油焦共氣化反應(yīng)特性[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2014， 30(3)： 493-500.(JI Liyuan, HUANG Sheng, WU Shiyong, et al. Co-gasification characteristics of petroleum coke and coal[J].Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2014, 30(3): 493-500.)

[7] 李明， 李偉東， 李偉峰， 等. 污泥與石油焦的共成漿性[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2008， 24(6)： 663-668.(LI Ming, LI Weidong, LI Weifeng, et al. Co-slurry ability of sewage sludge and petroleum coke[J].Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2008, 24(6): 663-668.)

[8] 楊國軍. 水焦?jié){的制備及應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2008， (3)： 33-35.(YANG Guojun. Preparation and application of PCWS[J].Coal Processing & Comprehensive Utilization, 2008, (3): 33-35.)

[9] 高夫燕， 劉建忠， 王傳成， 等. 石油焦的成漿性及水焦?jié){的流變性和穩(wěn)定性[J].化工學(xué)報(bào)，2010， 61(11)： 2912-2918.(GAO Fuyan, LIU Jianzhong, WANG Chuancheng, et al. Slurry ability of petroleum coke and rheological characteristics and stability of PCWS [J].CIESC Journal, 2010, 61(11): 2912-2918.)

[10] 高夫燕.基于石油焦的漿體燃料制備及特性研究[D].杭州： 浙江大學(xué)， 2013.

[11] 展秀麗， 劉鑫， 徐少特， 等. 灰渣對石油焦?jié){穩(wěn)定性的影響研究[J].化學(xué)工程， 2010， 38(3)： 86-90.(ZHAN Xiuli, LIU Xin, XU Shaote, et al. Effect of coal slag on stability of petroleum coke water slurry[J].Chemical Engineering(China), 2010, 38(3): 86-90.)

[12] 孫美潔， 鄭劍平， 楚天成， 等. 分散劑對水焦?jié){性質(zhì)的影響[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)， 2016, 32(5): 935-942.(SUN Meijie, ZHENG Jianping, CHU Tiancheng, et al. Effect of dispersants on the properties of PCWS[J].Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2016, 32(5): 935-942.

[13] 張榮曾. 水煤漿制漿技術(shù)[M].北京： 科學(xué)出版社， 1996.

[14] 張小軍，馮建國，劉尚鐘，等. 利用多重光散射技術(shù)研究吡蟲啉懸浮劑的物理穩(wěn)定性[J].光譜學(xué)與光譜分析，2013， 33(2)： 423-427.(ZHANG Xiaojun, FENG Jianguo, LIU Shangzhong, et al. Physical stability of imidacloprid suspension concentrate studied by the multiple light scattering technique[J].Spectroscopy and Spectral Analysis, 2013, 33(2): 423-427.)

[15] 李朋偉， 楊東杰， 樓宏銘， 等. 利用分散穩(wěn)定性分析儀研究水煤漿的穩(wěn)定性[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2008， 36(5)： 524-529.(LI Pengwei, YANG Dongjie, LOU Hongming, et al. Study on the stability of coal water slurry using dispersion-stability analyzer[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2008, 36(5): 524-529.)

[16] 孫美潔， 徐志強(qiáng)， 涂亞楠， 等.基于多重光散射原理的水煤漿穩(wěn)定性分析研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015， 40(3)： 659-664.(SUN Meijie, XU Zhiqiang, TU Ya’nan, et al. Research on the stability of CWS based on the multiple light scattering principle[J].Journal of China Coal Society, 2015, 40(3): 659-664.)

[17] 鄒立壯， 朱書全， 支獻(xiàn)華， 等. 不同水煤漿添加劑與煤之間的相互作用規(guī)律研究——分散劑用量對水煤漿流變特性的影響(Ⅳ)[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004， 33(4)： 370-374.(ZOU Lizhuang, ZHU Shuquan, ZHI Xianhua, et al. Study of interaction features between different CWS dispersants and coals——Effect of dispersant dosage on CWS rheological behavior(Ⅳ)[J].Journal of China University of Mining & Technology, 2004, 33(4): 370-374.)

[18] 鄒立壯， 朱書全， 王曉玲， 等. 不同水煤漿分散劑與煤之間的相互作用規(guī)律研究(Ⅵ)分散劑對水煤漿靜態(tài)穩(wěn)定性的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2005， 28(2)： 42-47.(ZOU Lizhuang, ZHU Shuquan, WANG Xiaoling, et al. Study on the interaction characteristics between different CWS dispersants and coals part(Ⅵ) Effect of dispersants on the static stability of CWS[J].Coal Conversion, 2005, 28(2): 42-47.)

[19] 鄒立壯， 朱書全， 王曉玲， 等. 不同水煤漿分散劑與煤之間的相互作用規(guī)律研究Ⅺ分散劑改性煤粒的界面性質(zhì)及其對CWS性質(zhì)的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2006， 34(2)： 160-165.(ZOU Lizhuang, ZHU Shuquan, WANG Xiaoling, et al. Study on the interaction between different CWS dispersants and coals Ⅺ Interface properties of dispersant-modified coal particles and its effect on the properties of CWS[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2006, 34(2): 160-165.)

[20] 張光華， 劉龍， 韓文靜， 等. 腐植酸系分散劑合成條件及對水煤漿黏度的影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012， 40(7)： 120-124.(ZHANG Guanghua, LIU Long, HAN Wenjing, et al. Synthesis conditions of humic acid series dispersant affected to viscosity of coal water mixture[J].Coal Science and Technology, 2012, 40(7): 120-124.)

[21] 劉紅纓， 朱書全， 王奇. 礦物對水煤漿穩(wěn)定性的影響研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004， 33(3): 283-286.(LIU Hongying, ZHU Shuquan, WANG Qi. Influence of minerals on stability of coal waterslurry[J].Journal of China University of Mining & Technology, 2004, 33(3): 283-286.)

Study on the Stability of Petroleum Coke Water Slurry by Using Turbiscan Lab Stability Analyzer

SUN Meijie， ZHENG Jianping， WANG Hao， WANG Nan， SUN Yangyang， CHU Tiancheng

(SchoolofChemical&EnvironmentalEngineering(Beijing),ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)

The effects of particle size distribution, dispersants and clay minerals on the stability of petroleum coke water slurry (PCWS) were studied by the methods of the combination of static observation and Turbiscan Lab stability analyzer. The results showed that particle size distribution, dispersants and clay minerals all have certain influence on the stability of PCWS. The larger the particle size is, the greater the sedimentation velocity is, and then the worse the stability of PCWS becomes, the higher the solid concentration is. Lignin series dispersants can make the compounded coke particle form a three-dimensional network structure through hydrogen bonding interaction, which can effectively prevent the coalescence of coke particle, to improve the stability of the PCWS significantly. Montmorillonite is easy to disperse in water and swell, making the density of coke particle close to the density of water gradually, which can obstruct the settlement of coke particle, to improve the stability of the PCWS. With the petroleum coke powder of the average particle size of 41.47 μm and lignin series dispersants and a small amount of montmorillonite as addictives, the solid concentration of PCWS can be up to 66.60%, and the stability is good enough without any precipitation and drainage layer in 15 d, with the TSI value of just about 0.1. The research result is beneficial to the large-scale industrial application of PCWS.

petroleum coke; PCWS; particle size distribution; dispersants; clay minerals; stability

2015-07-13

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51274208)和國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51504261)資助

孫美潔，女，博士，從事水煤漿制備技術(shù)的研究；Tel： 010-62339169；E-mail： 838580743@qq.com

1001-8719(2016)06-1164-07

TQ517.4

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2016.06.012