用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂及水煤浆

摘要

本发明涉及水煤浆添加剂及水煤浆制备技术领域，是一种用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂及水煤浆，该用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂是将适宜分子量大小的磺化接枝腐殖酸共聚物，复配一定比例的木质素磺酸盐，并添加一定比例的黏度调节剂混合得到；水煤浆是将水煤浆添加剂、煤和水按一定比例混合得到。本发明提供了一种适用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂，其价格低廉、性价比高，使用本发明水煤浆添加剂制备得到的水煤浆具有成浆浓度高、黏度低、流动性佳和稳定好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及水煤浆添加剂及水煤浆制备技术领域，是一种用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂及水煤浆。

背景技术

水煤浆是由不同粒度的煤、添加剂和水经过一定的工艺流程加工而成，具有很好的流动性与稳定性，可以像油一样储藏、输送，也可以通过泵送使之雾化达到稳定燃烧的效果。所以，水煤浆是一种比较理想的洁净燃料，能广泛使用于各种锅炉作为燃料，也可作为气化原料应用于合成氨、合成甲醇等气化行业。

低阶煤存在成浆浓度低，浆体性能差等问题，这是因为低阶煤内部具有发达的空隙和含氧官能团，在成浆过程中，会将水分以化学或物理的形式吸附在煤孔隙表面形成难以去除的结合水，而孔隙中吸附了大量的水，使得煤浆中能够自由流动的水分大大减少，最终造成水煤浆成浆浓度低，同时，其成浆流动性、稳定性较差，难以满足工业上要求的性能。另外煤种的不同，煤样的氧化状况、疏水性能也有着一定的差异，煤质特性存在的差异造成实际的制浆性能有着明显的区别。因此，寻求一种适合低阶煤成浆的水煤浆添加剂，以制备出高浓度、性能优良的水煤浆，对拓展低阶煤制浆的工业生产，对水煤浆技术的工业和煤炭资源的高效利用具有重要的意义。

水煤浆在制备过程中要加入化学添加剂，添加剂的作用主要是改变煤粒的表面性质，使其能够在水中很好的分散，从而形成一种均匀稳定的浆体，并使煤浆具有良好的流动性和稳定性。因此，添加剂在水煤浆制浆技术中占有重要作用，是水煤浆技术的核心技术之一。而选择一种能够与低阶煤制浆相适应的，且性能优良、价格低廉的添加剂则显得更为重要。

目前，国内外水煤浆添加剂的种类很多，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物、腐殖酸盐、聚羧酸类、聚醚类等几大类，而工业上应用较多的是木质素磺酸盐和萘磺酸盐甲醛缩合物，或者将二者复配使用，其中多以木质素类添加剂为主。木质素类添加剂兼具分散性和稳定性两种功能，但其分散性相对较弱，且由于原材料和工艺的不同，分散性能不稳定，其在作用于易于成浆的煤时，没有问题，但在用于低阶煤时，就存在分散性差、成浆浓度低，粘度高，流动性和稳定性差的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂及水煤浆，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有水煤浆添加剂存在的成浆浓度低，粘度高，流动性和稳定性差的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份数计包括磺化接枝腐殖酸共聚物50份至99份、木质素磺酸盐0份至50份和黏度调节剂0.1份至20.0份。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份数计包括磺化接枝腐殖酸共聚物65份至99份、木质素磺酸盐10份至35份和黏度调节剂0.1份至5.0份。

上述磺化接枝腐殖酸共聚物的固含量为10%至30%，重均分子量为2万至8万,磺化接枝腐殖酸共聚物为腐殖酸-木质素接枝共聚物。

上述黏度调节剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠和羟丙基甲基纤维素中的一种以上。

上述黏度调节剂在室温下配成1%的溶液后，其黏度值为100mPa•s至1000mPa•s。

上述黏度调节剂在室温下配成1%的溶液后，其黏度值为200mPa•s至600mPa•s。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂0.15%至2.00%，煤55%至70%和余量的水。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述煤为牧场煤、义马煤和宝平煤中的一种以上。

上述煤为质量比为4:1牧场煤和义马煤的混合物。

上述煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0%至0.5%，煤粉粒度级配为14目至40目占比2%至20%，煤粉粒度级配为40目至80目占比20%至28%，煤粉粒度级配为80目至200目占比18%至26%，煤粉粒度级配为200目至325目占比10%至15%，煤粉粒度级配为＜325目占比25%至36%。

上述煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%。

本发明水煤浆添加剂是选用具有适宜分子量大小的磺化接枝腐殖酸共聚物，复配一定比例的木质素磺酸盐，并添加一定比例的黏度调节剂混合得到的。由于具有一定分子量大小的磺化腐殖酸共聚物吸附在煤粉颗粒表面，与煤粉颗粒表面及孔隙内部的疏水/亲水基团结合形成吸附层，而磺化腐殖酸共聚物结构上的亲水基团则分布在水中，从而改变了固相煤粉与液相水两相界面之间的物化性质和作用力以及煤粉颗粒间的作用力，使煤粉在水相中的分散性得到有效提高，进而有效提高低阶煤的成浆浓度，通过调节磺化接枝腐殖酸共聚物的加入量、复配一定比例的木质素磺酸盐及加入合适的黏度调节剂可以使低阶煤达到较高的成浆浓度，并具有良好的流动性和稳定性。

本发明提供了一种适用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂，其价格低廉、性价比高，使用本发明水煤浆添加剂制备得到的水煤浆具有成浆浓度高、黏度低、流动性佳和稳定好的特点。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份数计包括磺化接枝腐殖酸共聚物50份至99份、木质素磺酸盐0份至50份和黏度调节剂0.1份至20.0份。

本发明中，磺化接枝腐殖酸共聚物为中国专利申请号为201911425871.7专利名称为木质素-腐殖酸基分散剂及其制备方法公开的木质素-腐殖酸基分散剂，木质素磺酸盐是从生物质基玉米芯提取磺化得到的产物。

实施例2：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份数计包括磺化接枝腐殖酸共聚物65份至99份、木质素磺酸盐10份至35份和黏度调节剂0.1份至5.0份。

实施例3：作为上述实施例的优化，磺化接枝腐殖酸共聚物的固含量为10%至30%，重均分子量为2万至8万，磺化接枝腐殖酸共聚物为腐殖酸-木质素接枝共聚物。

实施例4：作为上述实施例的优化，黏度调节剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠和羟丙基甲基纤维素中的一种以上。

实施例5：作为上述实施例的优化，黏度调节剂在室温下配成1%的溶液后，其黏度值为100mPa•s至1000mPa•s。

实施例6：作为上述实施例的优化，黏度调节剂在室温下配成1%的溶液后，其黏度值为200mPa•s至600mPa•s。

实施例7：该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂0.15%至2.00%，煤55%至70%和余量的水。

实施例8：作为上述实施例的优化，煤为牧场煤、义马煤和宝平煤中的一种以上。

实施例9：作为上述实施例的优化，煤为质量比为4:1牧场煤和义马煤的混合物。

实施例10：作为上述实施例的优化，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0%至0.5%，煤粉粒度级配为14目至40目占比2%至20%，煤粉粒度级配为40目至80目占比20%至28%，煤粉粒度级配为80目至200目占比18%至26%，煤粉粒度级配为200目至325目占比10%至15%，煤粉粒度级配为＜325目占比25%至36%。

实施例11：作为上述实施例的优化，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%。

实施例12：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份计包括腐殖酸-木质素接枝共聚物（固含量为10%，重均分子量为2万）65份、木质素磺酸钠15份和羧甲基纤维素钠1份，按下述方法得到：方法一，当各原料为液体时，将所需量的腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸钠和羧甲基纤维素钠进行混合，然后，加水，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液；方法二，当各原料为干粉时，先将腐殖酸-木质素接枝共聚物和木质素磺酸钠进行混合，加水溶解配成30%的混合物溶液，再将所需量羧甲基纤维素钠加水溶解配成1%的羧甲基纤维素钠溶液（黏度值为200mPa•s），将混合物溶液和羧甲基纤维素钠溶液混合，然后，根据原料干基重量份配比，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液。

该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂0.15%，煤（采用牧场煤）55%和余量的水，按下述方法得到：第一步，煤的前处理：首先，将煤破碎至2cm左右，并置于鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，然后，称量一定量烘干后的煤于磨煤粉碎机的料钵当中，设置磨制时间，通过调整加入料钵中煤块质量与磨煤时间来调节磨出的煤粉的粒度，最后，使磨制的煤粉具有合适的粒度级配，其中，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%；第二步，一边用玻璃棒搅拌，一边向所需量的煤中加入质量浓度为10%的水煤浆添加剂溶液（水煤浆添加剂干基重量百分数为0.15%）和余量的水，最后，充分搅拌，得到水煤浆。

实施例13：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份计包括腐殖酸-木质素接枝共聚物（固含量为30%，重均分子量为8万）65份、木质素磺酸钠15份和羟甲基纤维素钠1份，按下述方法得到：方法一，当各原料为液体时，将所需量的腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸钠和羟甲基纤维素钠进行混合，然后，加水，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液；方法二，当各原料为干粉时，先将腐殖酸-木质素接枝共聚物和木质素磺酸钠进行混合，加水溶解配成30%的混合物溶液，再将所需量羟甲基纤维素钠加水溶解配成1%的羟甲基纤维素钠溶液（黏度值为600mPa•s），将混合物溶液和羟甲基纤维素钠溶液混合，然后，根据原料干基重量份配比，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液。

该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂2%，煤（采用义马煤）70%和余量的水，按下述方法得到：第一步，煤的前处理：首先，将煤破碎至2cm左右，并置于鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，然后，称量一定量烘干后的煤于磨煤粉碎机的料钵当中，设置磨制时间，通过调整加入料钵中煤块质量与磨煤时间来调节磨出的煤粉的粒度，最后，使磨制的煤粉具有合适的粒度级配，其中，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%；第二步，一边用玻璃棒搅拌，一边向所需量的煤中加入质量浓度为10%的水煤浆添加剂溶液（水煤浆添加剂干基重量百分数为2%）和余量的水，最后，充分搅拌，得到水煤浆。

实施例14：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份计包括腐殖酸-木质素接枝共聚物（固含量为20%，重均分子量为6万）65份、木质素磺酸钠15份和羧甲基淀粉钠1份，按下述方法得到：方法一，当各原料为液体时，将所需量的腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸钠和羧甲基淀粉钠进行混合，然后，加水，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液；方法二，当各原料为干粉时，先将腐殖酸-木质素接枝共聚物和木质素磺酸钠进行混合，加水溶解配成30%的混合物溶液，再将所需量羧甲基淀粉钠加水溶解配成1%的羧甲基淀粉钠溶液（黏度值为400mPa•s），将混合物溶液和羧甲基淀粉钠溶液混合，然后，根据原料干基重量份配比，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液。

该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂1%，煤（采用宝平煤）60%和余量的水，按下述方法得到：第一步，煤的前处理：首先，将煤破碎至2cm左右，并置于鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，然后，称量一定量烘干后的煤于磨煤粉碎机的料钵当中，设置磨制时间，通过调整加入料钵中煤块质量与磨煤时间来调节磨出的煤粉的粒度，最后，使磨制的煤粉具有合适的粒度级配，其中，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%；第二步，一边用玻璃棒搅拌，一边向所需量的煤中加入质量浓度为10%的水煤浆添加剂溶液（水煤浆添加剂干基重量百分数为1%）和余量的水，最后，充分搅拌，得到水煤浆。

实施例15：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份计包括腐殖酸-木质素接枝共聚物（固含量为20%，重均分子量为6万）65份、木质素磺酸钠15份和羟丙基甲基纤维素1份，按下述方法得到：方法一，当各原料为液体时，将所需量的腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸钠和羟丙基甲基纤维素进行混合，然后，加水，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液；方法二，当各原料为干粉时，先将腐殖酸-木质素接枝共聚物和木质素磺酸钠进行混合，加水溶解配成30%的混合物溶液，再将所需量羟丙基甲基纤维素加水溶解配成1%的羟丙基甲基纤维素溶液（黏度值为400mPa•s），将混合物溶液和羟丙基甲基纤维素溶液混合，然后，根据原料干基重量份配比，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液。

该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂1%，煤（采用质量比为4:1牧场煤和义马煤的混合物，将单样煤进行前处理，磨好后按质量比4:1进行混合）60%和余量的水，按下述方法得到：第一步，煤的前处理：首先，将煤破碎至2cm左右，并置于鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，然后，称量一定量烘干后的煤于磨煤粉碎机的料钵当中，设置磨制时间，通过调整加入料钵中煤块质量与磨煤时间来调节磨出的煤粉的粒度，最后，使磨制的煤粉具有合适的粒度级配，其中，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%；第二步，一边用玻璃棒搅拌，一边向所需量的煤中加入质量浓度为10%的水煤浆添加剂溶液（水煤浆添加剂干基重量百分数为1%）和余量的水，最后，充分搅拌，得到水煤浆。

实施例16：该水煤浆添加剂，原料按照（干基）重量份计包括腐殖酸-木质素接枝共聚物（固含量为20%，重均分子量为6万）67份木质素磺酸钠33份和羟丙基甲基纤维素1份，按下述方法得到：方法一，当各原料为液体时，将所需量的腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸钠和羟丙基甲基纤维素进行混合，然后，加水，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液；方法二，当各原料为干粉时，先将腐殖酸-木质素接枝共聚物和木质素磺酸钠进行混合，加水溶解配成30%的混合物溶液，再将所需量羟丙基甲基纤维素加水溶解配成1%的羟丙基甲基纤维素溶液（黏度值为400mPa•s），将混合物溶液和羟丙基甲基纤维素溶液混合，然后，根据原料干基重量份配比，配成质量分数为10%的水煤浆添加剂溶液。

该水煤浆，原料按照（干基）重量百分数计包括水煤浆添加剂1%，煤（采用宝平煤）60%和余量的水，按下述方法得到：第一步，煤的前处理：首先，将煤破碎至2cm左右，并置于鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，然后，称量一定量烘干后的煤于磨煤粉碎机的料钵当中，设置磨制时间，通过调整加入料钵中煤块质量与磨煤时间来调节磨出的煤粉的粒度，最后，使磨制的煤粉具有合适的粒度级配，其中，煤的煤粉粒度级配为≥14目占比0.3%，煤粉粒度级配为14目至40目占比16%，煤粉粒度级配为40目至80目占比25%，煤粉粒度级配为80目至200目占比19%，煤粉粒度级配为200目至325目占比13.7%，煤粉粒度级配为＜325目占比26%；第二步，一边用玻璃棒搅拌，一边向所需量的煤中加入质量浓度为10%的水煤浆添加剂溶液（水煤浆添加剂干基重量百分数为1%）和余量的水，最后，充分搅拌，得到水煤浆。

对比例1：水煤浆按照本发明实施例12（煤采用的是牧场煤）的制备方法进行，其中，水煤浆添加剂为木质素磺酸钠，其余步骤均相同。

对比例2：水煤浆按照本发明实施例12（煤采用的是牧场煤）的制备方法进行，其中，水煤浆添加剂为腐殖酸-木质素接枝共聚物，其余步骤均相同。

对比例3：水煤浆按照本发明实施例12（煤采用的是牧场煤）的制备方法进行，其中，水煤浆添加剂为重量比为10:1的腐殖酸-木质素接枝共聚物和粘度调节剂（羟丙基甲基纤维素），其余步骤均相同。

实施例17：将本发明实施例12至实施例16制备的水煤浆和对比例1至对比例3制备的水煤浆采用GB/T18856.2-2008《水煤浆试验方法》进行煤浆性能测试，测试结果如表1所示，由表1可知，本发明实施例12至实施例16制备的水煤浆具有浆体浓度高，黏度低，流动性佳和稳定性好的特点。本发明对比例1、对比例2、对比例3和实施例12所采用的煤为牧场煤，将本发明对比例1分别与对比例2、对比例3和实施例12进行对比，可以看出，对比例2、对比例3和实施例12的煤浆浓度均高于对比例1的煤浆浓度，说明选用含腐殖酸-木质素接枝共聚物的水煤浆添加剂相比单独使用木质素磺酸钠作为水煤浆添加剂制备的水煤浆，其煤浆浓度有所提高，且提高了2.6%至2.9%，将水煤浆应用在汽化炉上，由于提高了水煤浆的煤浆浓度，从而提高了汽化炉的汽化效率，提高了汽化炉的产能。

将本发明对比例1分别与对比例2、对比例3和实施例12进行对比，可以看出，对比例2、对比例3和实施例12的煤浆黏度均低于对比例1，因此，选用含腐殖酸-木质素接枝共聚物的水煤浆添加剂比单独使用木质素磺酸钠作为水煤浆添加剂制备的水煤浆，其煤浆黏度有所降低，说明选用含腐殖酸-木质素接枝共聚物的水煤浆添加剂能提高煤颗粒在水煤浆浆体中的分散性。

将本发明实施例12分别与对比例1、对可比例2和对比例3进行对比，可以看出，对比例1至对比例3的煤浆稳定性差，水煤浆浆体静置24h后有软沉淀，相比对比例3，本发明实施例12的水煤浆添加剂中还含有粘度调节剂，说明粘度调节剂可以有效降低软沉淀的量。因此，本发明水煤浆添加剂将腐殖酸-木质素接枝共聚物、木质素磺酸盐和黏度调节剂按照一定比例复配后，相比对比例2（水煤浆添加剂仅含有腐殖酸-木质素接枝共聚物），水煤浆的煤浆浓度虽然有0.2%的降低，但是浆体稳定性很好，静置24h后，无沉淀产生。

综上所述，本发明提供了一种适用于低阶煤制浆的水煤浆添加剂，其价格低廉、性价比高，使用本发明水煤浆添加剂制备得到的水煤浆具有成浆浓度高、黏度低、流动性佳和稳定好的特点。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。