一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202311824406.7 | 申请日 | 2023-12-28 | 公开(公告)号 | CN117866148A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 兖矿煤化工程有限公司; | 发明人 | 刘杰; 牟建; 李亚雯; 赵开封; 臧涛; 高东; 苟桂民; 王祥; 苏显勇; 刘金丽; 李金龙; 谢颂升; 曹伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 煤 化工技术领域，公开了一种低阶煤适用的 水 煤浆添加剂及其制备方法，该方法包括以下步骤：分别取丙 酮 与甲 醛 ，并以氢 氧 化钠作为催化剂，添加至反应容器中，升温至50‑80℃，反应2‑4h，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物；取苯乙烯与亚 硫酸 ，加水溶解后在50‑80℃的 温度 下反应4‑8h，得到亚硫酸酯；添加 氧化剂 ，将亚硫酸酯氧化得到苯乙烯磺酸；将磺化丙酮‑甲醛缩聚物与苯乙烯磺酸钠接枝共聚，得到所述水煤浆添加剂。本发明的原料容易获取并且制备出的水煤浆添加剂能够对低阶煤种进行有效的提浓。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低阶煤适用的水煤浆添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及煤化工技术领域，特别是涉及一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法。 背景技术[0002] 目前，煤化工气化工艺主要采用的是气流床气化工艺，而水煤浆气化工艺是气流床气化工艺中使用最为广泛的一种，该气化工艺中为了使水煤浆在正常使用中有较低的粘度，较好的流动性，较高的稳定性，在制备水煤浆过程中添加少量的水煤浆添加剂是必不可少的，添加剂的用量根据煤种的成浆性能则不尽相同。对于煤化程度较高的煤种而言，添加市面上普通型水煤浆添加剂，成浆性能够满足要求。 [0003] 但是近几年来煤化工企业为了降低生产成本大量使用煤化程度较低的低阶煤种，该煤种内水普遍较高，一般内水在5%以上，其成浆性能较差，表现为制浆浓度低，造成发气产能低，这种情况下，添加市面上普通型水煤浆添加剂已经无法满足生产需求。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提出了一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法，以解决现有水煤浆添加剂无法对低阶煤种进行有效提浓，从而满足生产需求的问题。 [0005] 一方面，本发明提出的一种低阶煤适用的水煤浆添加剂的制备方法，包括以下步骤：分别取丙酮与甲醛，并以氢氧化钠作为催化剂，添加至反应容器中，升温至50‑80℃，反应2‑4h，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物； 取苯乙烯与亚硫酸，加水溶解后在50‑80℃的温度下反应4‑8h，得到亚硫酸酯；添加氧化剂，将亚硫酸酯氧化得到苯乙烯磺酸； 将磺化丙酮‑甲醛缩聚物与苯乙烯磺酸钠接枝共聚，得到所述水煤浆添加剂。 [0006] 进一步地，丙酮与甲醛反应的摩尔比为1：2，氢氧化钠的添加量为丙酮质量的10%；苯乙烯与亚硫酸的反应摩尔比为1：（1‑2）。 [0007] 进一步地，所述氧化剂包括：氧气、过氧化钠和过氧化氢中的任意一种。 [0008] 进一步地，所述接枝共聚开始前，通过添加稀盐酸或氢氧化钠调节pH至7‑9，随后添加分散剂开始反应；所述接枝共聚在机械搅拌下，温度为60℃的环境中进行。 [0010] 另一方面，本发明还提出了一种采用上述方法制备而成的水煤浆添加剂。 [0011] 再一方面，本发明还提出了一种包含上述方法制备而成的水煤浆添加剂的水煤浆。 [0012] 进一步的，该水煤浆包括：1‑6wt％的所述水煤浆添加剂、65‑75wt％的煤和余量的水。 [0013] 本发明公开了一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：通过丙酮与甲醛的反应、亚硫酸酯的制备和苯乙烯磺酸的氧化，最终实现了水煤浆添加剂的制备，制备方法相对简单易行，原材料容易获取。由于所得的水煤浆添加剂包含磺化丙酮‑甲醛缩聚物与苯乙烯磺酸钠接枝共聚，具有高效提浓性能。在水煤浆制备过程中，使用该添加剂可以提高煤浆浓度1‑2个百分点，改善水煤浆的流动性和稳定性。 实施方式 [0014] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0015] 本发明实施例提供了一种低阶煤适用的水煤浆添加剂及其制备方法，包括以下步骤：分别取丙酮与甲醛，并以氢氧化钠作为催化剂，添加至反应容器中，升温至50‑80℃，反应2‑4h，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物； 取苯乙烯与亚硫酸，加水溶解后在50‑80℃的温度下反应4‑8h，得到亚硫酸酯；添加氧化剂，将亚硫酸酯氧化得到苯乙烯磺酸； 将磺化丙酮‑甲醛缩聚物与苯乙烯磺酸钠接枝共聚，得到水煤浆添加剂。 [0016] 需要说明的是，磺化丙酮‑甲醛缩聚物的制备中，甲醛和丙酮在氢氧化钠催化下发生缩聚反应，形成α,β‑不饱和羰基化合物。活性羰基反应形成的中间体在氢氧化钠的存在下进行缩聚，形成磺化丙酮‑甲醛缩聚物。磺基的引入源于氢氧化钠对羰基的催化作用，使得缩聚物中含有磺基官能团。磺化丙酮‑甲醛缩聚物具有极性官能团，提高了添加剂与水和煤之间的相互作用能力，改善了添加剂的水溶性，有利于在水煤浆中的均匀分散。 [0017] 苯乙烯磺酸的制备中，苯乙烯和亚硫酸反应生成亚硫酸酯，通过添加氧化剂（如氧气），亚硫酸酯被氧化为苯乙烯磺酸。苯乙烯的不饱和结构有助于氧化反应的进行。苯乙烯磺酸是一种含有磺基的有机酸，其引入提高了添加剂的亲水性和分散性。磺基的引入改善添加剂在水性系统中的分散性和稳定性，有助于水煤浆的均匀分散。 [0018] 接枝共聚反应中，磺化丙酮‑甲醛缩聚物与苯乙烯磺酸钠共聚，可能通过缩聚物中的羰基与苯乙烯磺酸钠中的磺基进行共聚。磺基和苯环的相互作用可能形成复杂的分子结构，提高了共聚物的性能。共聚物形成网络结构，磺基和苯环的相互作用提高了添加剂的吸附性能。共聚物还具有高效提浓性和分散性，能够改善水煤浆的稳定性和流动性。 [0019] 在其中一些实施例中，丙酮与甲醛反应的摩尔比为1：2，氢氧化钠的添加量为丙酮质量的10%；苯乙烯与亚硫酸的反应摩尔比为1：（1‑2）。 [0020] 可以理解的是，丙酮与甲醛反应的摩尔比为1：2，氢氧化钠的添加量为丙酮质量的10%，作用在于，选择1：2的摩尔比是为了保持丙酮和甲醛的适当平衡，以形成特定的缩聚物。此摩尔比的选择有助于优化反应的产物，确保形成具有磺基的磺化丙酮‑甲醛缩聚物。 氢氧化钠的添加，其作用在于，氢氧化钠的存在有助于催化丙酮和甲醛的缩聚反应。恰当的氢氧化钠添加量可能提高反应速率和选择性，确保生成具有理想性质的缩聚物。苯乙烯与亚硫酸的反应摩尔比为1：（1‑2），其作用在于，选择1：（1‑2）的摩尔比是为了在反应中引入足够的亚硫酸，而避免过量的亚硫酸。适当的摩尔比能确保苯乙烯与亚硫酸充分反应，形成亚硫酸酯，为后续氧化步骤提供合适的反应物，并有助于提高反应的效率、选择性和产物的质量，从而影响最终水煤浆添加剂的性能。 [0021] 在其中一些实施例中，氧化剂包括：氧气、过氧化钠和过氧化氢中的任意一种。 [0022] 需要说明的是，本发明实施例包括但不限于上述氧化剂，添加氧化剂的作用是促使苯乙烯亚硫酸酯的氧化反应，只要能够使苯乙烯亚硫酸酯能够成功被氧化为苯乙烯硫酸，那么理论上都是可以使用的，但上述氧化剂在氧化苯乙烯亚硫酸酯的同时，还不会引入其他杂质元素。具体而言，氧化剂在反应中起到提供氧原子的作用，使亚硫酸酯分子发生氧化，产生苯乙烯磺酸。苯乙烯磺酸是水煤浆添加剂的重要组成部分，具有改善水煤浆性质的功能。在制备水煤浆添加剂的整个合成过程中，氧化剂的添加确保了苯乙烯亚硫酸酯的氧化步骤能够高效进行，生成所需的苯乙烯磺酸。 [0023] 在其中一些实施例中，接枝共聚开始前，通过添加稀盐酸或氢氧化钠调节pH至7‑9，随后添加分散剂开始反应； 接枝共聚在机械搅拌下，温度为60℃的环境中进行。 [0024] 需要说明的是，pH的调节和适宜的机械搅拌条件有助于提高反应的效率和产物的质量。分散剂的添加和搅拌条件提高反应的均匀性，确保共聚物的均匀性和稳定性。60℃的温和条件有利于反应的进行，同时减少不必要的能量消耗。 [0025] 在其中一些实施例中，分散剂为萘磺酸盐分散剂、脂肪族分散剂、煤焦油分散剂、聚羧酸分散剂和氨基分散剂中的任意一种。 [0026] 需要说明的是，萘磺酸盐分散剂采用工业萘、甲醛、浓硫酸和液碱为主要原料在一定反应条件下制备而成，其疏水部分为萘，功能基团为磺酸基。本发明实施例使用的萘磺酸盐分散剂主要成分为市售HJ萘干粉、JX萘干粉、FDN‑C、FDN‑SCC。脂肪族系分散剂采用丙酮、甲醛、亚硫酸钠和液碱为主要原料在一定反应条件下制备而成的一类脂肪族高分子聚合物，具有亲水的磺酸基团，形成一端亲水，一端憎水的具有表面活性基分子特征的高分子分散剂。本发明实施例使用的脂肪族系分散剂为市售HJ脂肪族。煤焦油系分散剂，市售煤焦油系分散剂主要是将230℃‑300℃馏分的煤焦油经净化、磺化、缩聚、中和制备出的添加剂。本发明实施例使用的煤焦油系分散剂为市售WMF。聚羧酸系列高分子分散剂可根据实际需要改变其分子量、分子结构，从而能广泛应用于不同的水煤浆中。其主链分子的疏水性和侧链的亲水性及侧基的存在，提供了一定的立体稳定作用。本发明实施例使用的聚羧酸系分散剂为自主合成聚羧酸分散剂。在聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、去离子水的混合液中滴加丙烯酸的水溶液A和过硫酸铵、巯基乙酸的水溶液B，将A置于四口烧瓶内，同时滴入B、C两种混合液，滴加时间为3h，反应完成后保温2h，用氢氧化钠水溶液（32%）调节pH值至6‑7，即得水煤浆添加剂，获得聚羧酸系分散剂GCGS‑J。氨基磺酸盐系分散剂主要以氨基苯磺酸和酚类物质为聚合单体，在水中与甲醛加热聚合而成。其疏水部分为烷基苯和氨基笨，功能基团为磺酸基。本发明实施例使用的氨基磺酸盐系分散剂为市售HJ氨基。 [0027] 下面将列举本发明下的部分实施例和测定数据以阐述本发明的显著的进步：实施例 [0028] 制备磺化丙酮‑甲醛缩聚物：取10M丙酮和5M甲醛。添加10%丙酮质量的氢氧化钠作为催化剂至反应容器中，升温至70℃，反应持续3小时，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物。 [0029] 制备亚硫酸酯和苯乙烯磺酸：取5M苯乙烯和3M亚硫酸，在水中溶解后在60℃的温度下反应6小时。添加适量氧气作为氧化剂，将亚硫酸酯氧化为苯乙烯磺酸。 [0030] 接枝共聚：在反应开始前，调节pH至8，添加分散剂，选择煤焦油分散剂，在机械搅拌下，温度维持在60℃，反应结束，得到水煤浆添加剂。实施例 [0031] 制备磺化丙酮‑甲醛缩聚物：取8M丙酮和4M甲醛。添加10%氢氧化钠作为催化剂至反应容器中，升温至60℃，反应持续2小时，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物。 [0032] 制备亚硫酸酯和苯乙烯磺酸：取6M苯乙烯和2.5M亚硫酸，在水中溶解后在50℃的温度下反应4小时。添加适量氧气作为氧化剂，将亚硫酸酯氧化为苯乙烯磺酸。 [0033] 接枝共聚：在反应开始前，调节pH至7，添加分散剂，选择煤焦油分散剂，在机械搅拌下，温度维持在65℃，反应结束，得到水煤浆添加剂。实施例 [0034] 制备磺化丙酮‑甲醛缩聚物：取12M丙酮和6M甲醛。添加10%丙酮质量的氢氧化钠作为催化剂至反应容器中，升温至80℃，反应持续4小时，得到磺化丙酮‑甲醛缩聚物。 [0035] 制备亚硫酸酯和苯乙烯磺酸：取4M苯乙烯和2M亚硫酸，在水中溶解后在70℃的温度下反应8小时。添加适量氧气作为氧化剂，将亚硫酸酯氧化为苯乙烯磺酸。 [0036] 接枝共聚：在反应开始前，调节pH至9，添加分散剂，选择煤焦油分散剂，在机械搅拌下，温度维持在70℃，反应结束，得到水煤浆添加剂。 [0037] 水煤浆的制备将实施例1‑3得到的水煤浆添加剂，与作为对比例的市售GT木浆木钠水煤浆添加剂，分别与相同批次的陕蒙低阶煤和水混合，得到通过实施例1‑3与对比例制备得到的共四种水煤浆。其中，水煤浆添加剂为2wt%，陕蒙低阶煤为75wt%，水为23wt%。 [0038] 对上述实施例1‑3与对比例进行成浆浓度、成浆粘度进行检测，检测结果见表1表1 检测结果记录表 [0039] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈