三种不同的水煤浆添加剂性能对比

宋肖盼 ， 庞伟玲 ， 杨星波 ， 刘锐杰

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡　453731)



三种不同的水煤浆添加剂性能对比

宋肖盼 ， 庞伟玲 ， 杨星波 ， 刘锐杰

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡453731)

通过一系列的实验和工业化试验，对比分析了三种不同性质的高效水煤浆添加剂，找到了一种比较适合的添加剂，并确定了添加剂的用量，配得的煤浆浓度接近63.0%，得出最有利于制作气化炉所使用的水煤浆添加剂性能指标，从而提高气化效率，达到降低消耗的目的。

水煤浆 ； 添加剂 ； 稳定性

0　前言

水煤浆是一种经济、洁净、可替代石油和天然气的液体燃料和化工原料，也可缓解石油资源的紧缺，同时还减少了SO2和NOx的排放量，环境污染小，具有较好的社会和经济效益。

高浓度制浆工艺的特点是由约65%的煤、35%的水和少量的添加剂一起加入磨煤机，通过物理加工而成，是一种新型煤基流体燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有流动性和稳定性，可以储存、泵送、雾化和稳定燃烧。高浓度的配制浆工艺之一的特点是将粗磨和细磨的煤浆按一定比例混合，制得粒度分布较好的煤浆供气化工段使用。

1　添加剂

1.1添加剂的作用

高浓度水煤浆(以下简称CWM)性能中，最为重要的是低黏度和良好的稳定性。然而，煤炭属疏水性物质，CWM又是粗颗粒悬浮体。因此，即使是易制浆煤种并具有高堆积率的粒度分布，无添加剂也不可能制成所希望的CWM。

添加剂的重要作用在于改变煤粒的表面性质，促使颗粒在水中分散，使浆体有良好的流变特性和稳定性。此外，还要借助添加剂调节浆的酸碱度，消除有害因素(如气泡、有害成分等)。

1.2添加剂的分类

根据作用不同，可将添加剂分为分散剂、稳定剂和助剂三大类，其中前两种最为常用。

河南心连心化肥有限公司四分公司气化使用的水煤浆添加剂为磺酸盐类的分散剂，本次试验对比的三种水煤浆添加剂都是磺酸盐类的分散剂，都是阴离子表面活性剂。

1.3分散剂的作用机理

1.3.1提高煤表面的亲水性

煤主要是疏水性物质，在水中具有热力学不稳定性，极易团聚，把本来就有限的水包裹在粒间缝隙里，从而使体系黏度高，无流动性。分散剂分子通过其疏水基和煤表面集合，以亲水基朝水的定向排列方式，把水分子吸附在煤粒表面，变疏水性为亲水性。借水化膜将煤粒隔开，减小煤粒间阻力，从而达到降低黏度的作用。

1.3.2增强煤粒间的静电斥力

DVLO理论认为，胶体颗粒稳定分散的先决条件是粒间的静电斥力超过粒间的范德华引力。煤粒本身是中性粒子，吸附离子型分散剂以后，各煤粒表面即带有相同的电荷，成为带电粒子，煤粒之间就会产生静电排斥力，当这种斥力大于范德华引力时，就可以防止煤粒之间相互聚集沉淀，促使煤粒分散在水中。

2　性能对比

2.1试验依据

本试验根据GB18855-2008《水煤浆技术条件》及GB18856-2008《水煤浆试验方法》进行试验和测定。所用的水煤比为1∶4.2，添加剂1#、2#、3#加入量分别为煤质加入量(质量比)的0.1%、0.15%、0.2%。

2.2原料煤的性质

表1　原料煤的性质

注：数据为2016年1-3月份煤平均值。

2.3水煤浆制浆方法和工艺流程

制浆方法有干法制浆和湿法制浆两种。为了达到目前工业化的制浆工艺标准，本实验选用湿法制浆。称取一定量初步粉碎的煤粒，按比例加水及添加剂，用棒磨机进行磨制。整个制浆过程如下：①煤粒的制备：工业大型破碎机将块煤进行初步破碎成煤粒。②取样：每个样品称取3 kg的原煤煤粒。③配比：分别按煤加入量的0.1%、0.15%、0.2%比例(质量比)加入1#、2#、3#添加剂，按1∶4.2的比例加入水制得样品。④磨制：将配好的物料一起装入Ф400 mm×600 mm规格的棒磨机(预先洗过烘干)，磨制1 h(因1 h时煤粒的分布较为合理)。

2.3.1水煤浆浓度的计算

先称量干燥的称量瓶质量m1，取充分搅拌均匀的水煤浆试样置于预先干燥并称量过的称量瓶中，迅速加盖，称量其质量m2；将称量瓶和瓶盖放入预先鼓风并已加热到105～110 ℃的干燥箱中，在鼓风条件下，干燥1 h。从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入装有CaCl2干燥剂的干燥器中，冷却至室温称量其质量m3。

分析结果：

c%=(m3-m1)/(m2-m1)×100%

2.3.2水煤浆黏度的测量

作为煤浆，通常用剪切速率100 s-1时的黏度来作为煤浆的黏度。

测量黏度方法为：将黏度测定仪的转筒内装入适量水煤浆，在规定的条件下，内筒以一定角速度旋转，由测定旋转过程中圆筒所受的黏性力矩而得出相应剪切速率下的表观黏度。

即：f=ηD

其中：η为黏度。

2.3.3水煤浆稳定性的测定

水煤浆的稳定性是表征水煤浆质量的一项重要指标。它是指水煤浆在运输和储存过程中，可保持其物性均匀的一种性质。由于水煤浆是固、液两相体，且属于粗分散体系，因此产生固、液分离、生成沉淀物在所难免。只要有沉淀出现，水煤浆在层间沿高度必将存在浓度差，或者出现分层现象。上层会出现析水，这表明水煤浆的稳定性不好。目前，测定水煤浆稳定性的方法为容积观察法，就是配制一定的浆体静置观察是否生成硬沉淀(通过搅拌不可能使水煤浆重新恢复均匀状态的沉淀)，并以上层析水量的多少来衡量水煤浆的稳定性。析水量越大则稳定性越差。

2.4实验数据

2.4.1浓度、黏度、pH值和粒度

水煤浆试验数据如表2所示。

从表2中可以看出：①在添加剂比例相同情况下，2#添加剂的煤浆浓度较高，而3#添加剂的煤浆浓度最低。②煤浆的表观黏度随着浓度的增加而增加，表观黏度1 000 mPa·s以下时最高浓度可以配到接近63%。但1#添加剂的煤浆黏度很高，2#相对较低，3#黏度最低。当添加剂加入量达到0.2%时，煤浆浓度反而发生下降。③煤浆粒度较均匀。

表2　水煤浆试验数据

2.4.2添加量对浆体稳定性的影响

水煤浆浆体静态稳定性与添加剂添加量的关系(稳定性以20 d的吸水量表示)，如表3所示。

表3　添加量与静态稳定性(析水量)的关系　　mL

实验结果表明，添加剂的添加量对浆体的稳定性有影响。水煤浆浆体的稳定性随着添加剂添加量的增加而变差。主要是因为添加剂添加量的增加使其对煤颗粒的分散作用增强，对浆体起到一定的降黏作用，浆体的稳定性变差。

2.5水煤浆添加剂的最终配方确定

综合考虑以上的试验结果和添加剂的优点，对于我公司使用的块煤煤质设计如表4的配方。该配方经过实际应用，具有较好的效果。

表4　水煤浆添加剂实验配方

水煤浆的性能：添加剂添加量为0.15%；煤浆浓度设计值62%，实测62.72%；煤浆黏度为854.2 mPa·s；抗搅拌能力>60 min；稳定性为22 d(软沉淀8%)。水煤浆的消耗对比如表5所示。

表5　水煤浆的消耗对比

注：数据为2016年1-2月份发气量平均值。

从表5可以看出，2#添加剂的煤浆流量适中，对比比氧耗、比煤耗都较低，且有效气(CO+H2)含量明显较高，气化效果较好。

3　总结

添加剂的分子结构特征及取代基是影响水煤浆各性能的主要因素。在选取的三种添加剂中，2#添加剂制得的水煤浆在工业使用中比氧耗、比煤耗较低，有利于煤气化节能降耗，公司研制的专用添加剂较为合适。添加剂的掺入量对水煤浆各性能有一定的影响，掺入量太小，不利于成浆；掺入量太大，则稳定性不好。另外，掺入量大将增加生产成本。因此选用0.15%的添加量较为合适。

1003-3467(2016)07-0038-03

2016-05-05

宋肖盼(1985-)，男，助理工程师，从事新型气化技术的研究工作，电话：18790526350。

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