水煤浆分散剂研究进展

水煤浆 ( CWS)是一种新型煤基液体燃料 .分散剂是水煤浆添加剂中的主要组分 ,是决定水煤浆性能的关键 .对水煤浆工业中普遍使用的阴离子型分散剂包括萘系、聚烯烃系、聚羧酸系、腐殖酸系和木质素磺酸盐系分散剂进行了评述 ,对非离子型分散剂和复配分散剂作了介绍 ,探讨了分散剂的分子结构对煤浆的流变性和静态稳定性的影响 ,并对水煤浆分散剂的研究开发与工业应用前景作了展望 .     

环氧磺化酚醛树脂水煤浆分散剂的合成及应用

以苯酚为原料,通过硫酸磺化与甲醛聚合,再经环氧氯丙烷接枝等反应合成出一种环氧氯丙烷改性磺化酚醛树脂水煤浆分散剂.合成条件为n(苯酚)∶n(浓硫酸)∶n(甲醛)∶n(环氧氯丙烷)=1∶1∶0.7∶1.5,催化剂含量为苯酚质量的0.5%,磺化温度为100℃,聚合温度为65℃.通过静态接触角、流变性及稳定性等测试,研究了分散剂对陕西神华煤的成浆特性,并通过与木素-萘磺酸盐分散剂对比,发现此环氧磺化酚醛树脂分散剂可有效改善煤表面的亲水性,分子中的环氧链能牢固地结合煤表面的疏水基团,并提供了一定的空间位阻效应,有效阻隔了煤粒间的聚集,使煤粒得到均匀分散,起到了降低水煤浆黏度、提高稳定性的作用.     

水煤浆两性离子分散剂的合成及制浆性能

以α-甲基丙烯酸、丙烯磺酸钠和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料(DMC),合成两性离子分散剂,用于水煤浆制浆,考察浆体的成浆性、流变性及静态稳定性,研究发现,两性离子分散剂改善了水煤浆的各项性能,具有很好的降黏效果,并明显增强了浆体的静态稳定性;当阴、阳离子单体质量比为3:1时,浆体表现出最好的流变特性,且浆体表观黏度最低,由此可见,两性离子分散剂具有良好的应用价值.     

不同水煤浆添加剂与煤之间的相互作用规律(Ⅱ)复合煤颗粒间的相互作用对CWM表观黏度的影响

用14种不同变质程度的煤与12种分散剂成浆,测定168个CWM的表观黏度.结果表明,对同种煤,不同分散剂产生不同的分散降黏效果;对不同煤,同种分散剂的分散降黏效果也不同.通过研究CWM相对表观黏度与煤体积浓度的关系,发现Frankel方程中的k不仅与颗粒的几何分布有关,而且与煤质特性紧密相关,建立了k与煤质关系的经验方程,分析了复合煤粒间的相互作用对CWM表观黏度的影响.     

马来海松酸醇酰胺的合成及其对神华煤分散作用的研究

以松香为原料,与顺丁烯二酸酐加成,再经二乙醇胺改性得到一种多元环状结构的马来海松酸醇酰胺水煤浆分散剂。分散剂含有多个醇酰胺链段,能使水很快润湿煤表面。结合水煤浆在不同浓度、pH、转速等条件下的流变行为和Zeta电位,讨论了分散剂对陕西神华煤成浆性的影响,初步探讨了该分散剂与煤粒的作用机理。研究认为分散剂加入后,以疏水基团与煤表面相连,亲水基团与水相连,并通过亲水链段的空间位阻效应,有效阻隔了煤粒间的聚集,使煤粒得到均匀分散,达到了降低水煤浆粘度,提高稳定性的作用。     

两种不同羧酸单体的两性聚羧酸盐水煤浆分散剂的制备及性能对比

以烯丙基醇聚氧乙烯醚500（APEG-500）、羧酸单体 （丙烯酸和衣康酸）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）等为原料,合成了具有不同羧酸单体的两性聚羧酸盐水煤浆分散剂。采用FTIR、1HNMR对分散剂的结构进行表征,并结合水煤浆黏度、XPS、Zeta电位、接触角、稳定性等测试,讨论了不同羧酸单体对分散剂的分散性能的影响,探究了分散剂与煤粒表面的作用机理。结果表明：当DMDAAC用量为单体质量之和的6.0%时 ,两性聚羧酸盐分散剂对水煤浆的表观黏度降低效果优于阴离子型的聚羧酸盐分散剂;羧酸单体为衣康酸的分散剂性能更优,使陕西榆林煤最大固体质量分数达到66.5%,Zeta电位由-20.8 mV变化到-31.9 mV,吸附膜厚度和饱和吸附量分别为2.56 nm和3.23 mg/g,对煤粒的润湿性更好,浆体的稳定性显著提高,表明双羧基比单羧基更能提高分散剂性能。     

两性离子分散剂的制备及用于水煤浆制浆性能的研究

以α-甲基丙烯酸、丙烯磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料,设计合成一种两性离子分散剂,采用红外光谱、凝胶色谱、X射线衍射、热重分析等方法对其特性进行了分析考察。研究了其对于水煤浆制浆性能的影响,实验发现,两性离子分散剂具有很好的降黏效果,可使浆体具有很好的流变特性,并明显增强了浆体的静态稳定性。     

水焦浆流变特性的影响因素研究

用石油焦与3种不同的分散剂成浆,研究几种因素对水焦浆流变特性的影响。结果表明水焦浆的流变特性主要取决于石油焦本身的性质。其次对其有影响的因素主要是粒度和分散剂种类,粒度越小越容易形成胀塑性流体,分散剂不同流变特性会有所不同。除此之外,分散剂的用量、浆体浓度对流变特性的影响不是很大。     

新型腐殖酸分散剂及其对水煤浆的分散性能研究

以腐殖酸、无水亚硫酸钠、甲醛、β-萘磺酸钠为主要原料,通过磺甲基化和缩聚反应,制备出一种新型的腐殖酸分散剂HBNS,将其应用到榆林煤制浆中,考察水煤浆的成浆性能、稳定性及HBNS与煤粒复合体系的Zeta电位。结果表明,HBNS的分散性、稳定性均优于传统的腐殖酸分散剂,当其用量为0. 5%时,可获得浓度高达68%的水煤浆,浆体表观黏度为632 mPa·s,水煤浆的流动度为123 mm;静止7 d时,水煤浆的析水率为5. 7%,析水较少,且浆体底部为软沉淀; Zeta电位的绝对值随着HBNS添加量的增加而增大,水煤浆体系的稳定性明显增强。     

不同降解方式对淀粉基水煤浆分散剂性能的影响

分别采用氧化法(H₂O₂为氧化剂)、酸解法(HCl)两种不同的方式制备降解淀粉,在相同的实验条件下,以丙烯酸(AA)、苯乙烯磺酸钠(SSS)为单体,H₂O₂-Fe²⁺为引发剂,通过自由基聚合反应制备3种淀粉基水煤浆分散剂。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)对产物的分子结构、相对分子质量及分布进行了表征和分析。将3种分散剂应用于彬长煤制浆,考察对比了浆体的表观黏度、分散剂最佳添量、最大制浆浓度、流变性、Zeta电位、吸附特性及静态稳定性等。结果表明,经氧化降解制备的淀粉基水煤浆分散剂在最佳添加量0.4%(质量分数)时,水煤浆最大制浆浓度可达到67%,表观黏度为906mPa·s,煤粒表面的Zeta电位由–12.1mV变化到–47.3mV,相较于由玉米淀粉及酸降解淀粉制备的水煤浆分散剂对彬长煤具有更好的降黏、分散、稳定作用。     

新型腐殖酸分散剂及其对水煤浆的分散性能研究

以腐殖酸、无水亚硫酸钠、甲醛、β-萘磺酸钠为主要原料,通过磺甲基化和缩聚反应,制备出一种新型的腐殖酸分散剂HBNS,将其应用到榆林煤制浆中,考察水煤浆的成浆性能、稳定性及HBNS与煤粒复合体系的Zeta电位。结果表明,HBNS的分散性、稳定性均优于传统的腐殖酸分散剂,当其用量为0. 5%时,可获得浓度高达68%的水煤浆,浆体表观黏度为632 mPa·s,水煤浆的流动度为123 mm;静止7 d时,水煤浆的析水率为5. 7%,析水较少,且浆体底部为软沉淀; Zeta电位的绝对值随着HBNS添加量的增加而增大,水煤浆体系的稳定性明显增强。     

三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性能的影响

针对煤粉中含有的高价金属离子会降低水煤浆的成浆性问题,采用了三聚磷酸钠作为金属离子调节剂与几种阴离子型分散剂复配后,进一步提高分散降黏性能.通过测定分散剂在煤粒表面的吸附量、Zeta电位及吸附层厚度,揭示了三聚磷酸钠对脂肪族分散剂(SAF)、木质素系分散剂(GCL3S)及萘系分散剂(FDN)的分散协同增效作用机理.结果表明,三聚磷酸钠与SAF复配同时增加了煤粒之间的静电排斥力和空间位阻,使分散剂在煤粒表面的Zeta电位和吸附层厚度均增大;与GCL3S复配主要增加了煤粒之间的静电排斥作用;对FDN是通过增加分散剂在煤粒之间的空间位阻效应,促进分散降黏性能的提高.     

水煤浆分散剂作用机理及常用分散剂种类

水煤浆成浆性、黏度、流变性及稳定性除了与煤质本身的性质存在匹配关系外,还与分散剂种类、结构及性能密不可分。在对水煤浆使用优势分析的基础上,详述了分散剂作用机理及制取水煤浆常用的萘系分散剂、木质素系分散剂、腐殖酸系分散剂及聚羧酸系分散剂的分子结构和各自在使用过程中的优缺点。同时指出了水煤浆使用方向,利用复配增效作用,提出了发展我国水煤浆技术的长远策略:研究开发新型水煤浆分散剂,并将其与其他分散剂复配,对水煤浆的进一步开发和应用有十分重要的意义,达到廉价、高效的目的。     

水煤浆分散剂研究进展

水煤浆气化和燃烧技术是洁净煤技术的重要组成部分,提高水煤浆质量对实现煤炭资源的清洁高效利用具有重大的环境和经济价值,其中水煤浆分散剂是影响制备水煤浆质量的主要因素之一,开发新型高效的水煤浆分散剂一直是研究的热点。以腐植酸磺酸盐和木质素磺酸盐为代表的常规分散剂具有明显的制浆成本优势,但水煤浆浆体的稳定性较差且表观黏度较高,不适合长时间存储或长距离运输;以萘型和聚羧酸型为代表的分散剂在上述两方面显著优于前2种,但吨浆成本较高,虽然通过几种分散剂的复配可以在一定程度上弥补上述不足,但利用化学改性提高分散剂性能的研究从未间断,如增加羧基、羟基、磺酸基等亲水性官能团或聚合接枝不同结构类型的侧链结构的方式以增强分散剂性能。通过分析上述研究成果,发现虽然一段时间内水煤浆分散剂仍以复配型的木质素型和萘型分散剂为主,但利用低成本的改性剂对聚羧酸型和非离子型分散剂进行改性是未来的研发重点,有望实现高性能低成本分散剂的突破,此外,利用改性天然产物或废弃物获得水煤浆分散剂也是重要的研究方向,具有一定的环保和循环经济意义。     

超声辐照前后煤浆粒度分布变化研究

选用红会、大同及兖州煤制备水煤浆,考察了超声辐照前后煤浆粒度分布变化,并研究了超声辐照前后粒度分布变化对煤浆表观粘度、流变物质及静态稳定性影响,在超声辐照强度为８０Ｗ／ｃｍ＾２,频率为２０ｋＨｚ的条件下,超声辐照导致煤浆中１００μｍ以下的细级煤粒的比例明显增加,实验结果表明,超声辐照对煤浆具有很强的分散作用,在一定的粒度范围,细级煤粒的增加有利于煤浆流变性能的改善,同时细级煤粒的增加是煤浆静态 稳     

水煤浆分散剂的发展动向

介绍了水煤浆分散剂的分散机理、种类以及性能特点,分析和论述了国内外水煤浆添加剂的发展动向,在此基础上,指出了开发新型高分子聚合物分散剂以及不同分散剂之间的复配,是今后水煤浆分散剂研究的方向。     

分散剂β-萘磺酸盐甲醛缩聚物对低阶煤制水煤浆成浆性的研究

低阶煤制备水煤浆成浆性能受到多方面因素影响,其中煤自身结构性质、自由水和电荷作用三者影响较大。分析了神木煤、哈密煤、榆林煤的微观结构,测试了分散剂β-萘磺酸盐甲醛缩聚物在3种煤上的吸附规律、分散剂不同掺量下煤中束缚水释放为自由水的量,研究了分散剂吸附量与束缚水释放量及水煤浆成浆性能之间的关系。结果表明:分散剂在低阶煤上的吸附量与比表面积不呈正相关;随着分散剂吸附量提高,变质程度偏高的煤质中自由水释放量快速下降,孔隙结构较多的煤质中则可能抑制自由水释放;低浓度分散剂吸附时,由电荷斥力和释放自由水同时作用提高成浆性能,高浓度分散剂吸附时,主要依靠电荷斥力提高成浆性能,自由水起次要作用;低阶煤制备水煤浆在表观黏度为500 mPa·s～1 000 mPa·s内均符合Bingham流体特征。     

煤层压裂用悬浮分散剂BC-11的研究

对煤层压裂用悬浮分散剂BC-11进行了煤粉悬浮率、煤浆静态稳定性、润湿性、配伍性、驱替模拟以及甲烷气吸附影响实验。结果表明,BC-11浓度为0.3%时,悬浮率可达40%,煤浆静态稳定在72 h以上,且有利于煤层气的解吸,适合煤层各种压裂液体系。     

煤层压裂用悬浮分散剂BC-11的研究

对煤层压裂用悬浮分散剂BC-11进行了煤粉悬浮率、煤浆静态稳定性、润湿性、配伍性、驱替模拟以及甲烷气吸附影响实验。结果表明,BC-11浓度为0.3%时,悬浮率可达40%,煤浆静态稳定在72 h以上,且有利于煤层气的解吸,适合煤层各种压裂液体系。     

聚酰胺双梳型两性水煤浆分散剂的制备与性能研究

以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DM)和氯化苄为原料,通过季铵化反应生成阳离子单体DMB。再以DMB、苯乙烯磺酸钠(SSS)、丙烯酰胺(AM)、N-羟甲基丙烯酰胺(N-MA)等为功能单体,通过自由基聚合反应制备两种不同酰胺基团的双梳型两性水煤浆分散剂PHASD和PHNSD。通过水煤浆成浆性能、XPS、接触角、稳定性等测试,考察两种分散剂的分散性能。结果表明,含有N-MA的PHNSD的分散、降黏效果明显优于PHASD;当PHNSD用量为0.5%时,榆林煤最大成浆浓度可达到66.1%,吸附膜厚度达到1.91 nm,煤/水界面接触角显著降低,浆体的稳定性最佳。