1、水煤漿添加劑開發(fā)方案水煤漿水煤漿（CWS coal water slurry）是20世紀(jì)80年代初開發(fā)的一種煤基流體燃料，特點是污染低、效率高、流動性強，像油一樣易于裝卸儲存及直接霧化燃燒。它由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70 的干煤、29 的水和1 的化學(xué)添加劑構(gòu)成，這種產(chǎn)品可以替代油、氣等燃料，直接用于鍋爐和工業(yè)窯爐，有關(guān)資料顯示，2噸水煤漿可代替1噸的燃料油。我國目前制備的水煤漿按制備水煤漿原料的性質(zhì)約分為6種，如表1，水煤漿的主要技術(shù)指標(biāo)如下：濃度，65%70%；粘度，1000±200cP；煤炭最大顆粒粒徑小于0.3mm，平均粒度，3845m；硫分< 0.5 %；灰分< 9.0 %

2、 ; 揮發(fā)分，28.02 %34.53 % ；發(fā)熱量, 18.8419.26MJ/kg；穩(wěn)定性，靜止存放三個月不發(fā)生硬沉淀。表1 水煤漿品質(zhì)特性品種選用原料煤水煤漿特性用途精煤水煤漿洗精煤灰分：10%濃度：65%粘度：1000cp穩(wěn)定性：3個月發(fā)熱量：18.820.9 MJ/kg作為鍋爐代油燃料精細(xì)水煤漿超低灰精煤灰分：1%2%濃度：50%55%粘度：300cp細(xì)度：10m作為內(nèi)燃機、燃?xì)馔钙饺剂辖?jīng)濟型水煤漿原生煤泥灰分：15%25%濃度：65%68%，穩(wěn)定性：15天作鏈條鍋爐燃料浮選尾煤灰分：25%濃度：50%65%，穩(wěn)定性：35天作沸騰爐或鏈條爐燃料氣化水煤漿普通原煤灰分：25%濃度：58

3、%65%，穩(wěn)定性：12天，粘度：1000 cp，流動性較好，粒度200目占60%左右作德士古爐氣化造氣用原料環(huán)保型水煤漿制漿過程中加入脫硫劑濃度：65%，粘度：1000cp ±200 cp可提高脫硫率10%20%加入堿性有機廢液濃度：50%55%，粘度：1200 cp，穩(wěn)定性：30天適合高硫煤地區(qū)鍋爐燃用，脫硫效果好原煤水煤漿原煤灰分：20%，爐前制漿濃度：60%左右，穩(wěn)定性：1天作工業(yè)窯爐燃料水煤漿相對于油品的優(yōu)勢水煤漿作為一種代油燃料可以代替重油和原油用于鍋爐和各種窯爐燃燒。其主要優(yōu)點在于：(1) 燃燒效果好。水煤漿粘度低于重油，易于調(diào)節(jié)，最低負(fù)荷可調(diào)至40%。替代重油在鍋爐中燃

4、燒，燃燒效率達(dá)96%99%，鍋爐效率在90%左右，達(dá)到燃油等同水平，燃燒調(diào)節(jié)方便，運行穩(wěn)定可靠。(2) 環(huán)保效果明顯。由于水煤漿燃燒溫度在12001300，比燃油和粉煤溫度低100150，精煤水煤漿本身硫分和灰分低等原因，燃用水煤漿后S02和NOx排放濃度較低，另外在水煤漿制備過程中可以加入脫硫劑，達(dá)到脫硫效果，脫硫率可達(dá)40%。環(huán)境粉塵和噪音低。排渣活性好，燃燒后的灰渣可以綜合利用，作為水泥摻合料，沒有二次污染。(3)工藝上具有許多優(yōu)越性。在制漿過程中應(yīng)用濕式球磨機，磨漿溫度低(5060)，安全；精煤水煤漿含灰分低，鍋爐受熱面磨損低于燃煤，維修費用低；不需爐前備煤系統(tǒng)和備煤場，排灰灰場占地僅

5、為燃煤的1/4。(4) 改燒水煤漿投資低于改燒粉煤。水煤漿代油可充分利用原有設(shè)備，生產(chǎn)流程簡化，投資省。與改燒粉煤相比，改燒水煤漿的費用僅為改燒粉煤的1/31/2，改造時間僅為改燒粉煤的1/3，燃油鍋爐改燒水煤漿經(jīng)濟效益顯著。水煤漿特點水煤漿的制漿方法有濕法、干法和干濕混合等方式。干法有快速簡單，適合在實驗室少量制漿時采用。但大規(guī)模應(yīng)用時能耗大且容易產(chǎn)生不安全因素。現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用基本采用濕法制漿法。濕法制漿有高濃度磨礦和中濃度磨礦法，中濃度磨礦法的產(chǎn)品要經(jīng)過過濾脫水、混合調(diào)漿。這種方式技術(shù)復(fù)雜，占地大，但有利于難成漿性煤制得高濃度的水煤漿。相對于一般的燃料，水煤漿有著一下特點：(1)為利于燃燒，

6、水煤漿的含煤濃度要高，通常煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6270 。(2)為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在100 s-1剪切率及常溫下，表觀粘度不高于10001200 mPa·s。(3)為防止在貯運過程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放30 d不產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。(4)為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度。一般要求粒度上限為300m，國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煤粉粒度分布大于200目（小于74m）的質(zhì)量不少于75%，平均粒徑小于50m。使水煤漿能滿足其中單項性能并不難，但要同時滿足各項要求有許多困難，因為有些性能是相互制約的。例如，要使水煤漿中含煤濃度高，就不能多用水,水少了，又

7、會引起粘度高，流動性差；要流動性好，粘度就應(yīng)低，但粘度低又會使穩(wěn)定性變差。所以它的制備技術(shù)難度大，涉及煤化學(xué)、顆粒學(xué)、膠體學(xué)、有機化學(xué)及流變學(xué)等學(xué)科技術(shù)。水煤漿的制備條件受原料煤的性質(zhì)影響較大，不同地區(qū)的煤源的成煤年代和地質(zhì)條件不同，煤的變質(zhì)程度(碳氧質(zhì)量比)、煤表面的孔徑特征、灰分含量等相差較大，成漿性能各不相同。煤粉表面疏水性很強，加之比表面積大，很容易自發(fā)聚結(jié)成團。因此在制漿過程中須加入添加劑，通過改善煤粉表面的親水性能、增強煤粒間的靜電斥力、加大煤粉之間空間隔離位阻，以提高煤粉的成漿性能。水煤漿添加劑實驗可行性水煤漿添加劑按其功能不同可分為分散劑、穩(wěn)定劑和其它輔助藥劑，其中分散劑和穩(wěn)定

8、劑不可缺少。添加劑是水煤漿制備的關(guān)鍵技術(shù)之一，不僅直接決定著水煤漿的質(zhì)量，還影響著水煤漿成本，其費用是制漿成本的第二大因素。分散劑屬表面活性劑，主要有陰離子型、陽離子型和非離子型三類。其國際價格比為1:4:2，由于陰離子型分散劑合成較簡單，價格較便宜，所以國內(nèi)采用較為普遍，用量一般為1%左右，但它們的分散性不如非離子型，且使用效果往往受煤中可溶性鹽和水的硬度影響。非離子型分散劑（一般來說，原料為環(huán)氧乙烷）親水性好，使用時不受水質(zhì)及煤中可溶性物質(zhì)的影響。它的價格雖然較陰離子型貴，但用量較少，一般為0.5%左右。目前使用的分散劑主要有五種：1.腐殖酸鹽或腐殖酸鹽衍生物優(yōu)點是從低階煤種（不含游離腐殖

9、酸）提取，具有分散性能好，但其對金屬離子敏感，容易形成沉淀，漿體穩(wěn)定性差。2.木質(zhì)素磺酸鹽優(yōu)點是原料資源豐富，價格便宜，易得，制漿穩(wěn)定性能好，但是其原料復(fù)雜，性能不穩(wěn)定，制漿性能比較差，較難滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。3.萘系磺酸鹽，F(xiàn)DN 萘系添加劑（萘磺酸甲醛縮合物，疏水部分為萘，親水功能基團為磺酸基）。優(yōu)點是具有優(yōu)良的潤濕。分散性能，分散降粘能力強，漿體流型好，適用范圍廣，然而漿體穩(wěn)定性差，容易析水并產(chǎn)生不可逆的硬沉淀，價格偏高。4.聚羧酸系列優(yōu)點是制備的水煤漿流動性和穩(wěn)定性好，但價格較高，用于制備燃燒用水煤漿尚可，用于制備氣化用水煤漿性價比較差。5.聚烯烴系列優(yōu)點是對低灰水煤漿具有較高的分散穩(wěn)

10、定作用，但需要嚴(yán)格控制分子質(zhì)量及其分布，價格高。國內(nèi)水煤漿添加劑主要使用的為前三種，國外應(yīng)用最為廣泛的兩類水煤漿添加劑是萘磺酸鹽甲醛縮合物和聚苯乙烯磺酸鹽。穩(wěn)定劑：無機鹽，高分子有機化合物，如聚丙烯酰胺絮凝劑，羧甲基纖維素及一些微細(xì)膠體粒子（有機閏土）。輔助添加劑：消泡劑，防霉劑，調(diào)整劑，表面處理劑，促進(jìn)劑等目前已有和正在開發(fā)的水煤漿添加劑有：高縮合度萘磺酸縮合物；丙烯酸與其他丙烯酸單體共聚，分子量控制在一定的范圍；聚烯烴系列；木質(zhì)素磺酸鹽；腐殖酸鹽及磺化腐殖酸鹽系列；羧酸鹽及磷酸鹽系列；非離子分散劑-環(huán)氧乙烷系列表面活性劑等等。用量大、普適性差、穩(wěn)定性不好是現(xiàn)有水煤漿添加劑存在的問題。有資料

11、顯示，國外現(xiàn)已開發(fā)出一種非離子型分散劑作為水煤漿添加劑，其主要成分：它的疏水端具有芳烷基結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與煤粒表面的芳烴和烷烴都能很好地親合，形成牢固的吸附層；親水端是高分子聚合物，能與水很好地親合，使煤粒能均勻的分散在水中，形成穩(wěn)定的分散體系。在不使用穩(wěn)定劑的情況下，直接用這種分散劑作為添加劑使用，所制備的水煤漿濃度可達(dá)到60%70%，穩(wěn)定性可達(dá)3個月以上，表觀粘度也可降至400cp以下；使水煤漿在長距離管道輸送、儲存、霧化燃燒等方面都獲得了極佳的效果。同樣可貴的是，這種分散劑對煤種適應(yīng)性強，對水的硬度要求低，是目前較為理想的水煤漿分散劑。目前索普集團使用的煤漿添加劑合作的廠商有上海焦化廠和南

12、京合一公司生產(chǎn)代理商供應(yīng)，甲醇一期汽化爐每年消耗添加劑約為11000t，價格為2450元/噸，經(jīng)核算，如果公司自行開發(fā)添加劑，成本不超過1600元/噸，每噸節(jié)約850元，每年可節(jié)省935萬元。目前國內(nèi)較大的煤化工企業(yè)紛紛自制自供水煤漿添加劑，如：山東鳳凰、山西豐喜、上海焦化、兗礦煤化等公司下屬所有分廠。水煤漿成漿的評價方法：影響水煤漿的參數(shù)有：1）：粒度級配【100-200；200-300；300以上（目）】，研究堆積效率與粒度分布的關(guān)系，是制漿技術(shù)的基礎(chǔ)理論之一。國際上最著名的是獲美國專利的Alfred分布，這種分布雖然很有效，但是水煤漿產(chǎn)品很少符合這種分布，用它也無法判斷一種實際粒度分布堆

13、積效率的高低，更不適用于水煤漿制備中常遇到的多峰粒度分布。制備高濃度水煤漿時，要求煤炭不但應(yīng)磨至一定的細(xì)度，更重要的是它的粒度分布應(yīng)能使大小顆粒相互充填，減少顆粒間空隙?？障堵噬?，即固體占有率(稱堆積效率)高，用少量水就能使?jié){體流動。實驗可使用的煤為雙峰分布，將一定量粉碎過的原煤放入球磨機中，加入一定數(shù)目和一定級配的鋼球分別研磨，40min，3h，使用70目和200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，得到按一定粒度分布的粗煤粉和細(xì)煤粉。制漿所用煤為粗煤粉和細(xì)煤粉按照質(zhì)量比1:1混合，或者其他目數(shù)及對比。2）：pH值（89），3）：添加劑的質(zhì)量(濃度13%左右，4-1%的添加量)，方向：固體狀煤漿添加劑4）：煤制

14、情況原煤需要進(jìn)行工業(yè)分析及元素分析：1）：工業(yè)分析：Mad（水分）；Aad（灰分）；Vdaf（揮發(fā)分）；FCdaf（固定碳）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2）：元素分析：Cdaf；Hdaf; Odaf; Ndaf; Sdaf（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）評價方法：表征水煤漿的結(jié)果有：粘度，流動情況；析水率，沉淀情況,穿透率等，可用以下評價方法：1）：黏度測定：采用NDJ-1B旋轉(zhuǎn)黏度計3號轉(zhuǎn)子以60 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從水煤漿放入恒溫杯開始計時，30恒溫，5 min后開動黏度計，記錄11 min15 min的黏度值，取其平均值為該試樣的黏度值。2）：流動性測定：采用目測法，分為四級，A級為稀流體，連續(xù)流動，平滑不間斷；B級為

15、稠流體，流動連續(xù)，流體表面不光滑；C級要借助外力才能較好地流動；D級不能流動。3）：析水率：用D25 mm×250 mm 的大試管裝水煤漿，液面用液體石蠟密封，7 d后測定析水率。析水率=析水高度（cm）/水煤漿原始高度（cm）×100%4）: 穿透率：將重25.9 g的玻璃棒從液面上自由垂直下落。穿透率=插入高度（cm）/水煤漿原始高度（cm）×100%5）：水煤漿濃度：水煤漿濃度=干煤質(zhì)量（g）/干煤質(zhì)量（g）+水重（g）×100%6）：最大成漿濃度實驗，評定添加劑性能的一種指標(biāo)，在添加劑用量為1%的條件下，水煤漿表觀粘度小于1200cp=1200m

16、pa·s=1.2pa·s（100s-1），水煤漿的濃度值。具體研究內(nèi)容及實驗規(guī)劃1）：復(fù)配工藝首先對索普氣化爐所使用的原料煤進(jìn)行工業(yè)分析及元素分析，充分了解其煤種的特點，再者就目前市場上銷售的水煤漿添加劑進(jìn)行技術(shù)了解（作用機理，成分含量等），在了解其機理后可進(jìn)行有選擇的復(fù)配。：兩種煤漿添加劑成品直接混合，攪拌，調(diào)節(jié)pH值，復(fù)配后實驗其成漿效果。優(yōu)點是此方法實驗起來簡便，快速，缺點是實驗較為盲目，因各添加劑生產(chǎn)廠商對其技術(shù)的保密，不能保證會有較好的復(fù)配成果。：針對索普煤種特點，先選擇一種較為合理，成漿好的水煤漿添加劑，如目前索普所使用的添加劑，或者價格更低的添加劑。添加有機或

17、者無機鹽，表面活性劑等（木質(zhì)素磺酸鹽，萘磺酸鹽，聚氧乙烯高聚物等），并實驗其效果。2）：開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的新型水煤漿添加劑開發(fā)性價比高且具有自主產(chǎn)權(quán)適合本公司及更廣的復(fù)合型水煤漿添加劑，用于應(yīng)對氣化裝置制漿日益復(fù)雜的工況。提高漿體濃度的同時，降低煤漿粘度，提高煤漿流動性，減少成本。所用的復(fù)合型煤漿添加劑可以為聚羧酸系列添加劑，聚烯烴系列添加劑，造紙黑液綜合利用等。造紙黑液綜合利用造紙廠每年會有大量的黑液產(chǎn)出，作為廢水排放，污染環(huán)境，黑液中含有大量的木質(zhì)素，腐殖酸等，價格低廉，可綜合利用改性為水煤漿添加劑和水泥減水劑。實驗方案一：將造紙黑液調(diào)節(jié)至pH為中性，向其加入一定的磺化劑（Na2SO3）（

18、質(zhì)量比為5:1左右），100，常壓下攪拌均勻磺化，再加入一定量的醛類化合物，控制溫度為90，攪拌混合縮化至1/4體積得到濃縮液，調(diào)節(jié)pH值為8-9，加入一定量的表面活性劑，得水煤漿添加劑，最后實驗其成漿效果。實驗方案二：對黑液中的有效成分進(jìn)行提取，再經(jīng)過磺化處理，生產(chǎn)黑液添加劑。調(diào)劑黑液pH值到3左右，形成沉淀物，回收木質(zhì)素，再適度磺化（常壓操作，控制溫度為95）和縮聚（加入一定量的醛類物質(zhì)，控制溫度為90，生成高分子產(chǎn)物），提取有效成分，制造出黑液添加劑。復(fù)合水煤漿添加劑分析市面上常見并工業(yè)化的添加劑主要成分，進(jìn)行篩選按照一定的關(guān)系復(fù)配。實驗思路：30-75%的木質(zhì)素磺酸鹽，10-45%的磺酸鹽甲醛縮合物，5-15%的聚氧乙烯醚類，5-25%的磷酸鹽，0-5%的酸堿調(diào)節(jié)劑，0-2%的穩(wěn)定劑，將其各組分按一定比例調(diào)配成固態(tài)粉末狀或一定濃度的水溶液，然后加入干基煤粉重量的3%左右?？赏ㄟ^此配方，并實驗其水煤漿的性能。具體實驗方案：取50%制備好木質(zhì)素磺酸鈉，20%的磺酸鹽甲醛縮合物，10%的聚氧