CN110804139A - 一种梳型水煤浆分散剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种梳型水煤浆分散剂及其制备方法与应用，梳型水煤浆分散剂包括以下重量份原料：马来酸酐10‑50份、双氧水2‑4份、去离子水380‑550份、3M 0.5‑1.5份、单体220‑350份、VC 0.5‑2份、甲基丙烯酸15‑27份、羟乙酯5‑10份、液碱5‑18份。本发明利用马来酸酐代替部分聚醚单体改性梳型水煤浆分散剂，产品中含有较多的羟基、羧基、羰基、以及酯基、磺酸基、聚氧乙烯基等活性基团作用于水煤浆颗粒，增强了水煤浆的分散效果，为水煤浆分散剂的研究开辟了新的方向。

Description

一种梳型水煤浆分散剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及水煤浆添加剂技术领域，具体涉及一种梳型水煤浆分散剂及其制备方法与应用。

背景技术

水煤浆出现在21世纪70年代末国际石油危机时期，是一种计划代替石油的煤炭利用高新技术产品，它主要组成部分为60-70％左右的煤炭、30％-40％左右的水和少量水煤浆添加剂，具有良好的流动性和稳定性且其外观与重油类似。水煤浆技术是将固态的煤经物理过程转化成为液态的煤基燃料，它既具备良好的燃烧特性，又拥有重油的部分优点，因此它可以代替重油应用到发电等行业，总体来说水煤浆是一种制备过程简单、易于运输储存、安全可靠的新型代油清洁燃料。分散剂是水煤浆制备过程中的重要添加剂，主要作用在于改变煤水界面性质，促使煤粒在水中分散，使煤体具有良好的流变性。

分散剂的种类主要有阴离子型、阳离子性和非离子型，常用的主要有阴离子型和非离子型。阴离子型分散剂又可分为合成有机高分子分散剂和天然高分子改性分散剂两大类。其中天然高分子改性分散剂主要有木质素系分散剂和腐殖酸系分散剂；合成有机高分子分散剂主要有萘磺酸盐系、聚烯烃磺酸系、聚羧酸盐系等。腐殖酸系列分散剂的特点是分散性能强，可单独使用，但成浆的稳定性和亲水性差。木质素磺酸盐系列分散剂的优点是来源广泛，稳定性较好，缺点是制浆粘度较大，浆流动性不好。各类取代基的萘磺酸盐聚合物系列的特点是食用范围广，分散性好，减黏作用强，但浆体稳定性差。聚烯烃系列分散剂对低灰水煤浆具有较好的分散稳定性，但需要严格控制分子质量及其分布。聚羧酸系列分散剂，如多环多元羧酸、聚羧酸盐、多聚磷酸盐和羟基苯甲酸聚合物钠盐等，兼有分散和稳定双重作用，但浆体流动性不好。非离子型分散剂主要是聚氧乙烯系列和聚氧乙烷系列，这类分散剂的优点是分子的亲水亲油性和相对分子质量易于调节和控制，捕收水质和煤中可溶物影响，无需添加稳定剂，但需配用消泡剂，适宜制备高浓度水煤浆。

水煤浆分散剂作为水煤浆技术的重要原料之一，目前任然存在生产和使用成本较高、分散效果不理想、稳定性和亲水性差等问题，所以寻找和研制出新型水煤浆分散剂的合成方法和新的水煤浆分散剂的合成原料，对推动我国的水煤浆技术的跨越式发展具有积极意义。

发明内容

本发明目的是为了弥补已有技术缺陷，提供一种梳型水煤浆分散剂及其制备方法与应用，所得梳型水煤浆分散剂分散效果好、稳定性高。

为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：

本发明提供了一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐10-50份、双氧水2-4份、去离子水380-550份、3M 0.5-1.5份、单体220-350份、VC 0.5-2份、甲基丙烯酸15-27份、羟乙酯5-10份、液碱5-18份。

优选地，双氧水的浓度为25-30wt％，碱液为氢氧化钠溶液，浓度为25-35wt％。

优选地，3M为3-巯基丙酸，单体为甲基丙烯基聚氧乙烯醚。

优选地，包括以下重量份原料：马来酸酐30份、27wt％双氧水3份、去离子水500份、3-巯基丙酸1份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚300份、VC 0.7份、甲基丙烯酸23份、羟乙酯6.5份、32wt％氢氧化钠溶液13份。

优选地，包括以下重量份原料：马来酸酐50份、28wt％双氧水2.5份、去离子水510份、3-巯基丙酸0.9份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚290份、VC 0.66份、甲基丙烯酸18份、羟乙酯7份、30wt％氢氧化钠溶液18份。

本发明还提供了一种梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为130-170份的去离子水、3M、和VC混合均匀，B料为60-100份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入单体、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入双氧水，继续搅拌8-12min，向反应器内滴入A、B料；

(3)滴加A、B料后继续反应0.5-1.5h，加入液碱，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

优选地，步骤(2)中A料2-5h滴毕，B料1.5-4h滴毕。

本发明还提供了一种梳型水煤浆分散剂在制备水煤浆中的应用，其特征在于，所述梳型水煤浆分散剂可单独作用于水煤浆，也可与其他分散剂、纯碱按照一定的比例复配后使用。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用马来酸酐代替部分聚醚单体改性梳型水煤浆分散剂，产品中含有较多的羟基、羧基、羰基、以及酯基、磺酸基、聚氧乙烯基等活性基团作用于水煤浆颗粒，增强了水煤浆的分散效果，为水煤浆分散剂的研究开辟了新的方向。

2、本发明是利用马来酸酐作为小单体代替了部分聚醚单体，为梳型水煤浆分散剂找到了新的原料来源、且利于水煤浆的分散性和稳定性。

3、本发明产品因马来酸酐接枝的羧基，很容易与煤粒表面形成氢键，同时也达到降低了煤粒表面的疏水性，从而使水煤浆的粘度降低。

4、本发明产品与不加马来酸酐的梳型水煤浆分散剂相比比分散性好，且其稳定性、适应性较好。

5、本发明制备的水煤浆生产成本低，能够单独作用于水煤浆起到良好的分散作用，并且若将其与其他分散剂(如萘系减水剂、脂肪族类减水剂、木质素等)、纯碱等按照一定的比例复配后使用其分散效果及产品的适应性、稳定性能够比单独使用时仍有很大的提高。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐30份、27wt％双氧水3份、去离子水500份、3-巯基丙酸1份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚300份、VC 0.7份、甲基丙烯酸23份、羟乙酯6.5份、32wt％氢氧化钠溶液13份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为130份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为70份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入27wt％双氧水，继续搅拌10min，向反应器内滴入A、B料，A料3.5h滴毕，B料3h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应1h，加入32wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

实施例2

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐50份、28wt％双氧水2.5份、去离子水510份、3-巯基丙酸0.9份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚290份、VC 0.66份、甲基丙烯酸18份、羟乙酯7份、30wt％氢氧化钠溶液18份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为150份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为80份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入28wt％双氧水，继续搅拌8-12min，向反应器内滴入A、B料，A料4.5h滴毕，B料4h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应1h，加入30wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

实施例3

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐40份、25wt％双氧水2份、去离子水500份、3-巯基丙酸1份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚300份、VC 1.5份、甲基丙烯酸20份、羟乙酯8份、30wt％氢氧化钠溶液15份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为130份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为100份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入25wt％双氧水，继续搅拌8min，向反应器内滴入A、B料，A料3h滴毕，B料2h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应0.5h，加入30wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

实施例4

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐25份、30wt％双氧水3份、去离子水550份、3-巯基丙酸1.5份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚300份、VC 1.5份、甲基丙烯酸22份、羟乙酯8份、35wt％氢氧化钠溶液10份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为150份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为90份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入30wt％双氧水，继续搅拌12min，向反应器内滴入A、B料，A料5h滴毕，B料2.5h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应1.5h，加入35wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

实施例5

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐40份、27wt％双氧水2份、去离子水500份、3-巯基丙酸1.5份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚330份、VC 1.2份、甲基丙烯酸20份、羟乙酯5.5份、25wt％氢氧化钠溶液18份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为130份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为80份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入27wt％双氧水，继续搅拌8min，向反应器内滴入A、B料，A料2h滴毕，B料1.5h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应1.5h，加入25wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

实施例6

一种梳型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：马来酸酐50份、28wt％双氧水3份、去离子水550份、3-巯基丙酸1.5份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚320份、VC 1.8份、甲基丙烯酸24份、羟乙酯9份、33wt％氢氧化钠溶液12份。

上述梳型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为160份的去离子水、3-巯基丙酸、和VC混合均匀，B料为100份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入甲基丙烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入28wt％双氧水，继续搅10min，向反应器内滴入A、B料，A料4.5h滴毕，B料3h滴毕；

(3)滴加A、B料后继续反应1h，加入33wt％氢氧化钠溶液，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

性能检测

将实施例1-6所得梳型水煤浆分散剂(Mo-1、Mo-2...Mo-6)应用到青海盐湖煤水煤浆，将所得梳型水煤浆分散剂或者其与其他分散剂复配后的混合水煤浆分散剂以水溶液形式加到水和煤中，其掺量为煤的0.1-0.5％，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标。并选择市面上常用的分散剂萘磺酸盐甲醛缩合物(NX)和木质素磺酸钠(SL)作为对照组，在掺量一致的条件下检测浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标。

一、检测方法

1、粘度检测

(1)实验仪器

BROOKEIELD博勒飞DV1粘度计、150ml烧杯、卤素水分测定仪。

(2)检测方法

接通实验仪器电源，调整水平并自动调零；取相同量的样品置于150ml烧杯中，保证测量的样品温度、质量。把烧杯放入仪器下方，使转子进入样品中，到转子上的刻度线为止，按开始键开始测试；用62#转子在剪切速度位20的速度下测量样品的粘度。对比粘度时必须在相同的仪器、转子、速度、容器、温度以及测试时间下进行。

2、流动性检测

(1)实验仪器

截锥圆模(上口直径36mm，下口直径60mm，高度为60mm，内壁光滑无接缝的金属制品)。

(2)检测方法

将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板，截锥圆模，搅拌器及搅拌锅均使其表面湿而不带水渍；将截锥圆模放在玻璃板的中央，并用湿布覆盖待用；将水煤浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方面提起任水煤浆在玻璃板上流动，至不流动为止，用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水煤浆流动度。

3、稳定性检测

(1)实验仪器

150ml烧杯、电子天平、保鲜膜、300mm直尺、计时器。

(2)检测方法

称取150g水煤浆于150ml烧杯中，用封口膜将其完全密封，在室温下放置，在24h内分别测定其10×200mm玻璃棒在10s、5min下的深度(h1和h2)，并同时测其实际深度(H)，按下式计算其软沉淀率和硬沉淀率：软沉淀率＝(H-h1)/H×100％；硬沉淀率＝(H-h2)/H×100％。以沉淀率表征水煤浆体系的稳定性，沉淀率越低，水煤浆稳定性越好。

二、检测数据及数据分析

1、将实施例1所得梳型水煤浆分散剂(Mo-1)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-1固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表1所示：

表1 Mo-1水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表1中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-1本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-1与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-1单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-1可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

2、将实施例2所得梳型水煤浆分散剂(Mo-2)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-2固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表2所示：

表2 Mo-2水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表2中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-2本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-2与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-2单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-2可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

3、将实施例3所得梳型水煤浆分散剂(Mo-3)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-3固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表3所示：

表3 Mo-3水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表3中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-3本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-3与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-3单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-3可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

4、将实施例4所得梳型水煤浆分散剂(Mo-4)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-4固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表4所示：

表4 Mo-4水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表4中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-4本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-4与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-4单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-4可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

5、将实施例5所得梳型水煤浆分散剂(Mo-5)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-5固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表5所示：

表5 Mo-5水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表5中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-5本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-5与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-5单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-5可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

6、将实施例6所得梳型水煤浆分散剂(Mo-6)与NX和SL复配，其中NX固含88wt％，SL固含44wt％，Mo-6固含41wt％，在磨煤时间为90s、分散剂掺量为0.35％条件下，测量水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性等各项指标，结果如下表6所示：

表6 Mo-6水煤浆浓度、粘度、扩展度、稳定性对比

从表6中可以看出，在其他实验条件一致，分散剂掺量相同的情况下，Mo-6本身有较明显的分散性，分散性比SX、SL的分散效果还好些，制得的水煤浆稳定性较好、粘度低，Mo-6与SL、NX、SL+NX复配后效果均比Mo-6单独使用效果更好，均比常用SL、NX、SL+NX复配后的分散效果好。但此数据表格仅局限于此次复配混合的比例所得结果，Mo-6可以与多种分散剂及纯碱等按不同比例复配混合，所得分散性也不同。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种梳型水煤浆分散剂，其特征在于，包括以下重量份原料：马来酸酐10-50份、双氧水2-4份、去离子水380-550份、3M 0.5-1.5份、单体220-350份、VC 0.5-2份、甲基丙烯酸15-27份、羟乙酯5-10份、液碱5-18份。

2.根据权利要求1所述的梳型水煤浆分散剂，其特征在于，所述双氧水的浓度为25-30wt％，碱液为氢氧化钠溶液，浓度为25-35wt％。

3.根据权利要求1所述的梳型水煤浆分散剂，其特征在于，所述3M为3-巯基丙酸，单体为甲基丙烯基聚氧乙烯醚。

4.根据权利要求1所述的梳型水煤浆分散剂，其特征在于，包括以下重量份原料：马来酸酐30份、27wt％双氧水3份、去离子水500份、3-巯基丙酸1份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚300份、VC 0.7份、甲基丙烯酸23份、羟乙酯6.5份、32wt％氢氧化钠溶液13份。

5.根据权利要求1所述的梳型水煤浆分散剂，其特征在于，包括以下重量份原料：马来酸酐50份、28wt％双氧水2.5份、去离子水510份、3-巯基丙酸0.9份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚290份、VC 0.66份、甲基丙烯酸18份、羟乙酯7份、30wt％氢氧化钠溶液18份。

6.如权利要求1-5任意一项所述的梳型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)配置A、B料：A料为130-170份的去离子水、3M、和VC混合均匀，B料为60-100份的去离子水、甲基丙烯酸和羟乙酯混合均匀；

(2)于反应器中加入单体、马来酸酐和剩余的去离子水，搅拌混合均匀后加入双氧水，继续搅拌8-12min，向反应器内滴入A、B料；

(3)滴加A、B料后继续反应0.5-1.5h，加入液碱，调节pH值为6-7，得到梳型水煤浆分散剂。

7.根据权利要求6所述的苯乙烯磺酸钠改性梳型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中A料2-5h滴毕，B料1.5-4h滴毕。

8.如权利要求1-5任意一项所述的梳型水煤浆分散剂在制备水煤浆中的应用，其特征在于，所述梳型水煤浆分散剂可单独作用于水煤浆，也可与其他分散剂、纯碱按照一定的比例复配后使用。