[发明专利]一种酚水水煤浆用木质素系分散剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及酚水水煤浆分散剂，特别是涉及一种酚水水煤浆用木质素系分散剂及其制备方法与应用。

背景技术

水煤浆（Coal Water Slurry，简称CWS）是一种新型的洁净煤基液体燃料，在当下能源短缺和环境污染问题日益加剧的情况下，水煤浆受到了越来越多的关注。水煤浆技术是采用一定粒度组成的煤（约60～70%）、水（约30～40%）和少量添加剂制成的液态化新型燃料。它既保持了煤炭原有的理化性能，又能像石油一样具备良好的流变性、触变性和稳定性，可以泵送、雾化燃烧，提高了燃烧的效率。

近年来，为了降低燃料成本，水煤气发生炉因其燃烧效果好、成本比燃油低，广泛应用于冶金、机械、化工、陶瓷等行业。然而，煤气发生炉会产生大量的酚水，每天每台炉产生酚水的量约为10吨。酚水是一类由酚类物质、硫化物、氰化物等组成的工业废水，其中酚类物质以一元酚为主，以苯酚含量最高，其次还有间对甲苯酚，属于难处理的工业废水之一。酚水对人体、水生动物及农作物都是有害的，因其成分复杂、含剧毒物质，浓度低（在300‐1000mg/L之间），回收价值低，用传统的办法很难将这些污染物处理好。如若直接将酚水排放到江河中，将会造成严重的环境污染，因而酚水成为了相关企业进行清洁生产的主要障碍之一，同时也成为水煤气发生炉使用的瓶颈。近几年来，如何彻底治理含酚废水，一直是困扰煤气站的环保难题。而通过利用煤气发生炉所产生的酚水取代清水制备成酚水水煤浆，将是酚水资源化利用的有效途径之一。因为水煤浆的燃烧温度一般为1100～1300℃，在此温度下酚水中的酚类物质及其它有机物会剧烈地燃烧并分解成H₂O和CO₂，从而达到治理含酚废水的目的，此外，在提供一种理想代油燃料的同时，又能够节约清水的用量，经济效益与环保效益显著。

影响水煤浆性能的主要因素首先在于原料煤的选用，一般情况下，煤种不同，制浆的难易程度有较大差别。研究发现对于中高等变质程度的煤更容易获得高性能的水煤浆，而煤阶如果越低，煤的O/C比值越高，内在水分越高，亲水官能团越多，孔隙越发达，哈氏可磨性指数HGI越低，煤中所含可溶性高价金属离子越多，煤的制浆难度就越大。对于酚水水煤浆，一般是利用煤气发生炉产生的煤粉制备成水煤浆，由于气化用煤大多选择的是低阶动力煤，煤种单一，无法采用配煤制浆，因而增大了制浆的难度。

其次，许多研究和生产表明，分散剂是影响水煤浆性能的关键因素。因为水煤浆是热力学不稳定体系，低粘度、高浓度、良好的流动性及稳定性是水煤浆最为重要的性能，煤是疏水性物质，添加分散剂后，可以通过分散剂在煤粉颗粒上的吸附作用改变煤水界面性质，将大量游离水释放出来，增强煤粉颗粒在水溶液中的分散，使制得的水煤浆具有良好的流变性和稳定性，因此，分散剂是其关键技术之一。

目前，国内外水煤浆分散剂的主要种类有：①萘磺酸盐甲醛缩合物；②丙烯酸与其他丙烯酸单体共聚；③聚烯烃系列；④木质素磺酸盐；⑤羧酸及磷酸盐系列；⑥腐植酸及磺化腐植酸系列；⑦非离子分散剂。性能优异的水煤浆分散剂多采用石油产品合成，而原油价格的持续上涨和石化资源的日益短缺，使得水煤浆的制浆成本较高。我国京西水煤浆厂曾采用瑞典的非离子型添加剂，每吨水煤浆的添加剂费用高达24美元；兖日制浆厂选用日本阴离子型添加剂，吨浆添加剂费用为14美元。这种价格明显增加了水煤浆的成本，也限制了其推广应用。目前国内规范的水煤浆厂使用的添加剂以萘系分散剂为主，具有分散性能好的优点，但是存在对水煤浆稳定性差、适应性较窄和价格较贵、难以适用于低阶煤制备水煤浆的要求等缺点，同时其原料来自石油或煤，属不可再生的资源，并具有毒性；而小型的水煤浆厂使用的添加剂以磷酸盐和腐殖酸类分散剂为主，虽然成本较低，但分散性能差、水煤浆制浆浓度较低，一般与其他高效分散剂复配使用。

由于酚水的特性与清水不同，酚水水煤浆的成浆性能主要取决于分散剂的种类和用量，如果选择不当，含酚废水中的某些化学物质便会与分散剂发生反应，从而降低了水煤浆的成浆浓度。目前使用的酚水水煤浆分散剂主要以萘系分散剂为主并复配无机盐类分散剂，制备的水煤浆成浆浓度较低，一般低于55％，稳定性差，难以满足生产需求，且萘系分散剂的主要原料是石油化学品，毒性较大，成本较高。