CN101831329A - 一种高稳定性水煤浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高稳定性水煤浆及其制备方法，该水煤浆含煤粉、添加剂、稳定剂及水，所述水煤浆的质量浓度为64％～70％，所述稳定剂为抗生素菌渣，其菌渣干基配入量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％，所述添加剂配入量为水煤浆质量的1.0％～2.0％，其余为水。所述抗生素菌渣为林可霉素湿菌渣，庆大霉素湿菌渣和青霉素湿菌渣。本发明在水煤浆制备过程中，配入抗生素菌渣，对水煤浆的粘度影响较小，但可显著降低水煤浆的析水率，改善水煤浆稳定性，且浆体可以长期放置，同时还可满足泵送、雾化、各种运输方式和燃烧、气化的要求。该方法成本低，不仅可以提高水煤浆稳定性，而且为解决抗生素菌渣污染环境问题开辟了一条新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种水煤浆及其制备方法，具体涉及一种高稳定性水煤浆及其制备方法。
背景技术
水煤浆是20世纪80年代初开发的一种煤基流体燃料，是一种洁净环保燃料，既保留了煤的燃烧特性，又具备了类似重油的液态燃烧应用特点，是目前中国一项现实的洁净煤技术。它由60％～70％不同粒度分布的煤、30～40％的水和小于1.5％的化学添加剂经过一定的加工工艺制成。外观像油，流动性好，贮存稳定，运输方便(火车或汽车罐车、管道、船舶)，燃烧效率高达95％以上，污染物(SO2、NOX)排放较低，约2t水煤浆可以替代1t燃油，可在工业锅炉、电站锅炉和工业窑炉等代油或煤燃用。水煤浆技术是适合我国现行阶段适宜的代油、环保节能技术。因此，在国家洁净煤计划中被列为重点高科技发展技术，在中国能源发展中具有十分重要的战略意义。
煤炭为疏水性物质，不易为水所湿润；煤浆中的煤粒很细，具有很大的比表面积，容易自发的凝结，因而煤粒与水不能密切的结合成为一种浆体。水煤浆属一种粗分散体系，很容易产生煤水分离，因此，低粘度、高质量浓度和良好的稳定性是水煤浆最为重要的性能。可见，水煤浆制备过程中，添加剂的作用尤为关键。
水煤浆技术是成熟的煤化工新技术，随着该技术的推广和发展，水煤浆的添加剂的研究和开发日益活跃，不断有新的添加剂推出。根据其用途，添加剂可分为分散剂、稳定剂及助剂。分散剂使煤浆体系各煤粒呈相互分散状，浆体粘度降低，流动性好；而稳定剂使浆体中煤粒悬浮在水中不沉淀或减慢沉降速度，二者的作用同等重要。
水煤浆的稳定剂主要是天然或合成的亲水性高分子如纤维素、多糖、羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺等以及用一些无机矿物质如某些种类的黏土等。实践中大多数有机多糖类高分子聚合物都可用作稳定剂，如Guar胶、黄原胶、Xanthan胶、等均用作稳定剂，其稳定作用主要表现为形成浆体中颗粒间桥键、纵横交错，构成空间网络式结构。
对水煤浆稳定剂的研究国外开始的最早，Saeki等研究了以聚丙烯酸钠作稳定剂与PSSNa共用对水煤浆起稳定效果。实验表明，聚丙烯酸钠的稳定效果与煤中灰分含量有关。日本タナヒル化学工业公司生产低置换度、高聚合度的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)作为水煤浆稳定剂。
中国对水煤浆稳定剂也进行了较多的研究。如程京艳，张玲等人利用一种天然聚合物和金属离子交联的稳定剂对大同煤进行了成浆性试验，结果表明该种稳定剂能够显著提升水煤浆的稳定性和粘度。
虽然国内外在水煤浆添加剂领域取得了显著的成果，但现有添加剂特别是稳定剂存在使用煤种范围窄、成本较高等问题。另外，在提高水煤浆稳定性的同时，提高了水煤浆的粘度，降低了水煤浆的流动性。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种水煤浆，其析水率低，具有较好的稳定性。此水煤浆中采用一种新的稳定剂，这种稳定剂适应性强，成本低，可使水煤浆的析水率显著降低，用其制备的水煤浆稳定性好，在提高水煤浆稳定性的同时，不会提高了水煤浆的粘度及降低了水煤浆的流动性。
本发明为实现其目的所采取的技术方案：一种高稳定性水煤浆，含煤粉、添加剂、稳定剂及水，所述水煤浆的质量浓度在64％～70％，稳定剂为抗生素菌渣，其菌渣干基配入量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％，添加剂配入量为水煤浆质量的1.0％～2.0％，其余为水。
所述抗生素菌渣为林可霉素湿菌渣，庆大霉素湿菌渣和青霉素湿菌渣。
所述添加剂为萘磺酸盐添加剂，也可为木质素磺酸盐添加剂、磺化腐植酸盐等。
本发明的另一目的在于提供高稳定性水煤浆的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)按照国标GB/T 212-2008测出煤粉及抗生素菌渣中水的百分数；
(2)取若干质量的煤粉与抗生素菌渣，其中，其菌渣干基配入量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％，；
(3)根据水煤浆质量浓度计算公式确定添加剂、软水的添加量，公式如下：
其中：
煤粉与菌渣的干基总质量＝煤粉质量×(100-Mad1)％+抗生素菌渣的质量×(100-Mad2)％
添加剂质量＝水煤浆质量×添加剂所占水煤浆质量的百分比；
式中：Mad1-煤粉的水分百分数；Mad2-抗生素菌渣的水分百分数；
-软水的添加质量；
(4)量取配置一定浓度水煤浆时所需的添加剂溶液、软水，称取煤样及抗生素湿菌渣，搅拌混合制成所设定浓度的水煤浆。
本发明制取水煤浆的性能通过以下方法加以分析并得出结论：
(1)取一定量的水煤浆，以目测法测定水煤浆流动性：采取目测法，分为三个等级：A-连续流动；B-间断流动；C-不流动；并分别用“+”、“-”号加以区分某一等级中的较好较差者；
(2)取一定量的水煤浆，以NXS-11A型旋转粘度计测定测定水煤浆的表观粘度；
(3)取一定量的水煤浆，以静置析水法和落棒实验检测出水煤浆的稳定性能：即24、48h后测量试管中析出水的高度占煤浆总高的百分率；然后用一定质量玻璃棒对静置48h后的水煤浆，测定其垂直下落至试管底部的难易程度，分为自由落棒、加压落棒、不能落棒三种情况。
(4)称取一定量的水煤浆试样，于105～110℃下干燥至恒重，干燥后的质量占原样质量的百分数作为水煤浆的实际浓度。
本发明利用药厂在制药过程中产生的抗生素菌渣尤其是林可霉素菌渣作为水煤浆的稳定剂。除此之外，庆大霉素、青霉素等抗生素菌渣均可作为水煤浆稳定剂。该稳定剂的主要性质参数及基质含量分别见表1和表2。
表1林可霉素湿菌渣性质参数
| 项目 | 湿渣含水量Mad/％ | 发热量 /Qb，ad/MJ·Kg-1 | 硫分/St，ad/％ |
| 湿菌渣 | 72.69 | 6.28 | 0.41 |
表2林可霉素渣的基质含量
| 基质含量 | 蛋白含量 /％ | TN/％ | TP(P2O5)/％ | TK(K2O)/％ | 有机质含量 /％ |
| 菌渣 | 38～40 | 5.8 | 2.6 | 1.0 | 34.6 |
本发明的有益效果：本发明是在水煤浆制备过程中，配入一种抗生素菌渣作为稳定剂，其菌渣干基配入量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％，该菌渣对水煤浆的粘度影响较小，但可显著降低水煤浆的析水率，改善水煤浆稳定性，是一种性能良好的水煤浆稳定剂。添加该菌渣的浆体可以长期放置，稳定性能有较大提高，同时还可满足泵送、雾化、各种运输方式和燃烧、气化的要求。该方法成本低，不仅可以提高水煤浆稳定性，而且为解决抗生素菌渣污染环境问题开辟了一条新的途径。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是采用刘二煤，确定制浆浓度为69％的水煤浆流变曲线图；
图2是采用刘二煤，确定制浆浓度为65％的水煤浆流变曲线图。
图3是采用百善煤，确定制浆浓度为69％的水煤浆流变曲线图；
图4是采用百善煤，确定制浆浓度为65％的水煤浆流变曲线图；
具体实施方式：
具体实施方式由应用实例对本发明作进一步说明，其中，为便于比较，将煤粉干基与菌渣的干基质量之和均定为70g，而煤粉质量与抗生素菌渣质量则通过煤粉水份百分数、抗生素菌渣水份百分数及加入抗生素菌渣的干基百分比计算出。
该稳定剂的应用之一：
制取水煤浆质量浓度为69％的高稳定性水煤浆
煤样：刘二煤；
煤粉水分百分数：1.03
添加剂种类：萘磺酸盐添加剂；
添加剂质量：水煤浆质量的1.5％；
稳定剂种类：林可霉素湿菌渣；
抗生素菌渣水分百分数：72.6
菌渣干基质量：菌渣干基质量为煤粉与菌渣干基总质量的0.25％、0.5％；
煤粉干基质量：70g-菌渣干基质量；
煤粉质量：煤粉干基质量/(1-煤粉水分百分数)；
菌渣质量：菌渣干基质量/(1-菌渣水分百分数)；
水煤浆质量：煤粉与菌渣干基总质量/制浆浓度；
软水添加质量：水煤浆质量-添加剂质量-煤粉质量-菌渣质量；
具体各组分配入量见表3：
表369％水煤浆(刘二煤)各组分质量数据表
| 菌渣干基质 量所占煤粉 与菌渣总干 基质量的百 分数/％ | 煤粉与 菌渣干 基总质 量/g | 煤粉干 基质量 /g | 菌渣干 基质量 /g | 菌渣 质量 /g | 煤粉 质量 /g | 水煤浆 质量 /g | 添加剂 质量 /g | 软水添 加质量 /g |
| 0.25 | 70 | 69.825 | 0.175 | 0.637 | 70.552 | 101.449 | 1.522 | 28.738 |
| 0.50 | 70 | 69.650 | 0.350 | 1.277 | 70.375 | 101.449 | 1.522 | 28.275 |
水煤浆性质：浆体均具有剪切变稀特性，即水煤浆表观粘度随着剪切速率的增加而降低。此外，表观粘度随着抗生素菌渣配入量的增加而增加，析水率随着抗生素菌渣的配入量的增加而降低。水煤浆呈屈服假塑性，浆体稳定一个月无硬沉淀，其详细情况见表4及图1。
表4抗生素菌渣添加量对刘二煤成浆性能的影响
该稳定剂的应用之二：
制取水煤浆质量浓度为65％的高稳定性水煤浆
煤样：刘二煤；
煤粉水分百分数：1.03
添加剂种类：萘磺酸盐添加剂；
添加剂质量：水煤浆质量的1.5％；
稳定剂种类：林可霉素湿菌渣；
抗生素菌渣水分百分数：72.6
菌渣干基质量：菌渣干基质量为煤粉与菌渣干基总质量的0.25％、0.50％，0.75％、1.00％、1.25％；
煤粉干基质量：70g-菌渣干基质量；
煤粉质量：煤粉干基质量/(1-煤粉水分百分数)；
菌渣质量：菌渣干基质量/(1-菌渣水分百分数)；
水煤浆质量：煤粉与菌渣干基总质量/制浆浓度；
软水添加质量：水煤浆质量-添加剂质量-煤粉质量-菌渣质量；
具体各组分配入量见表5：
表5 65％水煤浆(刘二煤)各组分质量数据表
| 菌渣干基质 量所占煤粉 与菌渣总干 基质量的百 分数/％ | 煤粉与 菌渣干 基总质 量/g | 煤粉干 基质量 /g | 菌渣干 基质量 /g | 菌渣 质量 /g | 煤粉 质量 /g | 水煤浆 质量 /g | 添加剂 质量 /g | 软水添 加质量 /g |
| 0.25 | 70 | 69.825 | 0.175 | 0.637 | 70.552 | 107.692 | 1.615 | 34.888 |
| 0.50 | 70 | 69.650 | 0.350 | 1.277 | 70.375 | 107.692 | 1.615 | 34.425 |
| 0.75 | 70 | 69.475 | 0.525 | 1.916 | 70.198 | 107.692 | 1.615 | 33.963 |
| 1.00 | 70 | 69.300 | 0.700 | 2.555 | 70.021 | 107.692 | 1.615 | 33.501 |
| 1.25 | 70 | 69.125 | 0.875 | 3.193 | 69.844 | 107.692 | 1.615 | 33.040 |
水煤浆性质：浆体均具有剪切变稀的特性，即水煤浆表观粘度随着剪切速率的增加而降低。此外，表观粘度随着抗生素菌渣配入量的增加而增加，析水率随着抗生素菌渣的量的增加而降低。水煤浆呈屈服假塑性，浆体稳定一个月无硬沉淀，其详细情况见表4及图2。
表6抗生素菌渣添加量对刘二煤成浆性能的影响
该稳定剂的应用之三：
制取水煤浆质量浓度为69％的高稳定性水煤浆
煤样：百善煤；
煤粉水分百分数：1.65
添加剂种类：萘磺酸盐添加剂；
添加剂质量：水煤浆质量的1.5％；
稳定剂种类：庆大霉素湿菌渣；
抗生素菌渣水分百分数：71.4
菌渣干基质量：菌渣干基质量为煤粉与菌渣干基总质量的1％、2％；
煤粉干基质量：70g-菌渣干基质量；
煤粉质量：煤粉干基质量/(1-煤粉水分百分数)；
菌渣质量：菌渣干基质量/(1-菌渣水分百分数)；
水煤浆质量：煤粉与菌渣干基总质量/制浆浓度；
软水添加质量：水煤浆质量-添加剂质量-煤粉质量-菌渣质量；
具体各组分配入量见表7：
表769％水煤浆(百善煤)各组分质量数据表
| 菌渣干基质 量所占煤粉 与菌渣总干 基质量的百 分数/％ | 煤粉与 菌渣干 基总质 量/g | 煤粉干 基质量 /g | 菌渣干 基质量 /g | 菌渣 质量 /g | 煤粉 质量 /g | 水煤浆 质量 /g | 添加剂 质量 /g | 软水添 加质量 /g |
| 0.25 | 70 | 69.825 | 0.175 | 0.612 | 70.996 | 101.449 | 1.522 | 28.319 |
| 0.50 | 70 | 69.650 | 0.350 | 1.224 | 70.819 | 101.449 | 1.522 | 27.884 |
水煤浆的成浆性和稳定性：浆体均具有剪切变稀的特性，即水煤浆表观粘度随着剪切速率的增加而降低。此外，表观粘度随着抗生素菌渣配入量的增加而增加，析水率随着抗生素菌渣的量的增加而降低。水煤浆呈屈服假塑性，浆体稳定一个月无硬沉淀，其详细情况见表8及图3。
表8抗生素菌渣添加量对百善煤成浆性能的影响
该稳定剂的应用之四：
制取水煤浆质量浓度为69％的高稳定性水煤浆
煤样：百善煤；
煤粉水分百分数：1.65
添加剂种类：萘磺酸盐添加剂；
添加剂质量：水煤浆质量的1.5％；
稳定剂种类：青霉素湿菌渣；
抗生素菌渣水分百分数：74.6
菌渣干基质量：菌渣干基质量为煤粉与菌渣干基总质量的1％、2％、3％、4％、5％、6％；
煤粉干基质量：70g-菌渣干基质量；
煤粉质量：煤粉干基质量/(1-煤粉水分百分数)；
菌渣质量：菌渣干基质量/(1-菌渣水分百分数)；
水煤浆质量：煤粉与菌渣干基总质量/制浆浓度；
软水添加质量：水煤浆质量-添加剂质量-煤粉质量-菌渣质量；
具体各组分配入量见表9：
表965％水煤浆(百善煤)各组分质量数据表
| 菌渣干基质 量所占煤粉 与菌渣总干 基质量的百 分数/％ | 煤粉与 菌渣干 基总质 量/g | 煤粉干 基质量 /g | 菌渣干 基质量 /g | 菌渣 质量 /g | 煤粉 质量 /g | 水煤浆 质量 /g | 添加剂 质量 /g | 软水添 加质量 /g |
| 0.25 | 70 | 69.825 | 0.175 | 0.689 | 70.996 | 107.692 | 1.615 | 34.392 |
| 0.50 | 70 | 69.650 | 0.350 | 1.378 | 70.819 | 107.692 | 1.615 | 33.880 |
| 0.75 | 70 | 69.475 | 0.525 | 2.067 | 70.641 | 107.692 | 1.615 | 33.369 |
| 1.00 | 70 | 69.300 | 0.700 | 2.756 | 70.463 | 107.692 | 1.615 | 32.858 |
| 1.25 | 70 | 69.125 | 0.875 | 3.445 | 70.285 | 107.692 | 1.615 | 32.347 |
| 1.50 | 70 | 68.950 | 1.050 | 4.134 | 70.107 | 107.692 | 1.615 | 31.836 |
水煤浆性质：浆体稳定性好，均具有剪切变稀的特性，即水煤浆表观粘度随着剪切速率的增加而降低。此外，表观粘度随着抗生素菌渣配入量的增加而增加，析水率随着抗生素菌渣的量的增加而降低。水煤浆呈屈服假塑性，浆体稳定一个月无硬沉淀，其详细情况见表6及图4。
表10抗生素菌渣的配入量对百善煤成浆性能的影响
综上所述，在水煤浆制备过程中，配入一种抗生素菌渣，可显著降低水煤浆的析水率，改善水煤浆稳定性，是一种性能良好的水煤浆稳定剂。
煤是我国的主要能源，随着环境保护的日益加强，洁净煤技术方兴未艾。水煤浆制备技术在煤洁净利用过程中具有重要的作用，水煤浆添加剂又是制约水煤浆质量和应用性能的关键所在，因此，我国应当加强水煤浆添加剂的研究工作，及时推出价廉、高效的添加剂，以支持国内相关行业的快速发展。
本发明低成本的抗生素菌渣作为水煤浆的稳定剂。添加少量该稳定剂，可使水煤浆的析水率显著降低，提高水煤浆的稳定性。目的在于克服现有稳定剂的不足，提供一种适应性强，低成本的水煤浆稳定剂。该稳定剂的主要性质参数及基质含量分别见表1和表2。
Claims (4)
1.一种高稳定性水煤浆，含煤粉、添加剂、稳定剂及水，其特征在于所述水煤浆的质量浓度为64％～70％，所述稳定剂为抗生素菌渣，菌渣干基配入量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％，所述添加剂配入量为水煤浆质量的1.0％～2.0％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的高稳定性水煤浆，其特征在于所述抗生素菌渣为林可霉素湿菌渣，庆大霉素湿菌渣和青霉素湿菌渣。
3.根据权利要求1所述的高稳定性水煤浆，其特征在于所述添加剂为萘磺酸盐添加剂，木质素磺酸盐添加剂和磺化腐植酸盐。
4.制备权利要求1所述的高稳定性水煤浆的制备方法，包括下述步骤：
(1)按照国标GB/T 212-2008测出煤粉及抗生素菌渣中水的百分数；
(2)取若干质量的煤粉与抗生素菌渣，其中，菌渣干基质量为煤粉干基与菌渣干基总质量的0.1％～1.5％；
(3)根据水煤浆质量浓度计算公式确定添加剂、软水的添加量，公式如下：
其中：
煤粉与菌渣的干基总质量＝煤粉质量×(100-Mad1)％+抗生素菌渣的质量×(100-Mad2)％
添加剂质量＝水煤浆质量×添加剂所占水煤浆质量的百分比；
式中：Mad1-煤粉的水分百分数；Mad2-抗生素菌渣的水分百分数；
(4)量取配置一定浓度水煤浆时所需的添加剂溶液、软水，称取煤样及抗生素湿菌渣，搅拌混合制成所设定浓度的水煤浆。
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| CN201010137853A CN101831329A (zh) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 一种高稳定性水煤浆及其制备方法 |
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| CN201010137853A CN101831329A (zh) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 一种高稳定性水煤浆及其制备方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN101831329A (zh) |
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| CN103184075A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-07-03 | 浙江丰登化工股份有限公司 | 利用抗生素发酵废渣制取工业纯氢的设备及其方法 |
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| CN101457165A (zh) * | 2009-01-14 | 2009-06-17 | 李寒旭 | 林可霉素湿菌渣与煤配合制的水煤浆 |
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2010
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| 张晔等: "淮北矿区煤与抗生素湿菌渣配合制备水煤浆的实验研究", 《选煤技术》 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100915 |