水煤浆技术和水煤浆添加剂

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1、水煤浆技术和水煤浆添加剂沈健南京大学表面和界面化学工程技术研究中心1水煤浆（CoalWaterMixture,简称CWM)2水煤浆技术发展简况60年代，前苏联开始研究开发CWM输送技术。1957年建立了米拉-新林斯卡全长61km、年运量180万t输CWM管线。70年代后期，美国开始研究开发CWM燃烧技术。1981年日本开始研究开发CWM技术。1981年我国开始CWM的研究研究。1984年瑞典建成世界上第一座25万tCWM/a的大型工业化制浆厂。1985年日本开始大规模生产CWM。1985.08.-1986.10.在勿来电厂连续3200h，烧CWM10.8万t。1985年意大利S

2、namprogetti公司和EnichemAnic公司先后建起了2座10万tCWM/a的制浆厂。1989年前苏联和意大利Snamprogetti公司合资建成一项投资2.1亿卢布，包括1座500万tCWM/a的制浆厂、两根直径0.53m、长260km的输浆管线和6座200MW电站锅炉改烧CWM的工程。80年代我国分别建成5万tCWM/a抚顺水煤浆实验厂和3万tCWM/a八一水煤浆厂。1992年中国分别采用瑞典Carbogel和日本日挥的制浆技术建成25万tCWM/a的京西制浆厂和兖日水煤浆有限公司。1994年中国鲁南化肥厂建成以CWM为原料，12万t合成氨/a装置。1996年中国

3、渭河化肥厂采用美国德士古和日本宇部的技术建成以CWM为原料，30万t合成氨、52万t尿素/a装置。3影响CWM成浆性能的因素3.1煤种表面组成表面形貌内水含量矿物质种类和含量3.2煤粒子的粒径和粒径分布τ=τy+Κrn式中τ—剪切应力；τy—屈服应力；r—剪切速率；Κ和n—经验常数。当n=1时，即为宾汉流的表达式；当τy=0时，则是塑性流的表达式。τ-τy=ηz+[(η0-ηx)]/{1+[(η0-ηx)/B]}式中η0—低剪切速率下的粘度；ηz—高剪切速率下的粘度；B—流动参数。根据对所得到的实验结果的分析和论证，获得了τy和B的表达式，即有：屈服应力τy服从下列公式：τy=

4、C[Ψ/（Ψm-Ψ）][(ρs-ρl)gDΨ](ΚDsΨ/ξ)式中C—无量纲常数；Ψ—固体物浓度；Ψm—最大填充浓度；ρs—固体密度；ρl—流体密度；g—重力加速度；D—颗粒的几何平均尺寸；Κ—活性表面积的指标，定义为形成悬浮液的颗粒总表面积（设为球型）与颗粒总体积之比；Ds—颗粒平均粒度的表面积；ξ—颗粒的平均形状系数，定义为体积相等的球型颗粒与非球型颗粒两者的表面积之比。3.3水煤浆添加剂4CWM的稳定模型和水煤浆添加剂的作用机理煤粒子在水中的受力示意图吸附水煤浆添加剂的煤粒子在水中的受力示意图煤粒子在水中受到合力为：4R3cg－R3(3Cos－Cos3)wg－KC

5、＝6cwRCosSin式中R为煤粒子的半径；c和w分别为煤和水的密度；g为重力加加速度常数；K为相互作用系数，量纲为N/浓度；C为CWM的煤浓浓度；cw为煤水界面张力，量纲为N/m；为水在煤表面的接触角。5水煤浆添加剂的种类5.1阳离子型5.2非离子型多为聚氧乙烯聚氧丙烯的嵌段聚醚，如瑞典Carbogel公司1975年开发的环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚，聚乙烯多胺烷基环氧化合物。5.3阴离子型5.3.1木质素磺酸及其盐5.3.2腐植酸盐及其盐5.3.3亚甲基萘磺酸及其盐日本花王公司开发的一种水煤浆添加剂。5.3.4聚苯乙烯磺酸及其盐日本Lion公司在80年代中期开发的

6、一种水煤浆添加剂。5.3.4聚脂肪族二烯烃磺酸盐日本合成橡胶公司研制的一种水煤浆添加剂。5.3.5聚（甲基）丙烯酸及其盐日本触媒公司80年代末生产的一种水煤浆添加剂。5.3.6亚甲基萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸及其盐南京大学表面和界面化学工程技术研究中心1993年研制的一类水煤浆添加剂（简称NDF）。6水煤浆添加剂的性能6.1与煤的相互作用6.2用量6.3分子量Tab.1RelationshipbetweenthemolecularweightofNDFandtheapparentviscosityofCWMMolecularWeighttheApparentViscosityo

7、fFlowPropertyCWM（cp,25C,100s-1）0bad4,000660good20,000460excellent200,0002900notgood6.4亲水基团的种类6.5亲水基团的数量6.6金属离子的价态和浓度7结论7.1NDF具有对煤种适应性强、用量少和分散性好等优点。用其制得的水煤浆浓度高、成本低和稳定性好。7.2吸附在煤表面的NDF，改善了煤水间的相容性，NDF的最佳用量为千分之二。7.3可以通过调节NDF的分子量、磺化率和羧基含量使NDF处理煤/水界面张力及