本發(fā)明屬于環(huán)保節(jié)能用添加劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維素基水煤漿添加劑及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水煤漿(CWM，coal water slurry)是一種依靠添加劑(高效添加劑和穩(wěn)定劑)和水將煤制成水煤漿，可以霧化、貯存和穩(wěn)定著火燃燒，它是一種低污染、高效率、可管道輸送的煤基流體燃料。它改變了煤的傳統(tǒng)燃燒方式，具有巨大的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢。水煤漿可以作為一種原油替代燃料，能節(jié)省大量原油資源，對于我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、供應(yīng)和社會可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。
水煤漿技術(shù)具體包括水煤漿制備、儲運(yùn)、燃燒、添加劑合成等關(guān)鍵技術(shù)，是一項涉及多部門、多門學(xué)科的系統(tǒng)技術(shù)，是當(dāng)今潔凈煤綜合利用技術(shù)的重要組成部分。水煤漿添加劑是影響水煤漿性能和質(zhì)量的關(guān)鍵，也影響水煤漿的生產(chǎn)成本。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：目前我國普遍使用的水煤漿添加劑商品種類主要以萘系、腐殖酸系、木質(zhì)素系、丙烯酸系以及相關(guān)復(fù)合型添加劑為主，其中應(yīng)用比較廣泛的為萘系水煤漿添加劑，但仍然存在添加劑所適用煤種范圍窄、成本高等問題。所以開發(fā)性能比高的水煤漿添加劑，是目前水煤漿技術(shù)的一個關(guān)鍵課題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種纖維素基水煤漿添加劑及其制備方法與應(yīng)用。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種纖維素基水煤漿添加劑，所述纖維素基水煤漿添加劑組分按質(zhì)量比例由纖維素90％～95％、磺化劑3％～6％、二元酸2％～4％組成。
本發(fā)明另一目的在于提供一種纖維素基水煤漿添加劑的制備方法,纖維素基水煤漿添加劑的制備方法以纖維素為起始原料，采用一鍋法與磺化劑發(fā)生磺化反應(yīng)；
再與二元酸進(jìn)行酯化反應(yīng),得到所述水煤漿添加劑。
進(jìn)一步，所述纖維素為棉短絨纖維素、植物秸稈纖維素中的一種；所述磺化劑為氨基磺酸、2-氨基-5-萘酚-7-磺酸和2-氨基-8-萘酚-6-磺酸中的一種；所述二元酸為乙二酸、丙二酸和丁烯二酸中的一種。
進(jìn)一步，為了便于計量，以下磺化和酯化反應(yīng)的配比為摩爾比。
所述磺化反應(yīng)中，所述起始原料與所述磺化劑的摩爾比為1∶1.5～3.2；所述酯化反應(yīng)中，所述起始原料與所述酯化劑的摩爾比為1∶1.1～1.5；所述磺化反應(yīng)的溫度為110～130℃；磺化反應(yīng)的時間為5～8小時；所述酯化反應(yīng)的溫度為100～130℃；酯化反應(yīng)的時間為5～8小時。一鍋法反應(yīng)，避免在磺化反應(yīng)后的產(chǎn)物提純，這樣可以縮短工藝流程，降低產(chǎn)品成本。
進(jìn)一步，所述起始原料與所述磺化劑的摩爾比優(yōu)選1∶2.5；所述起始原料與所述酯化劑的摩爾比優(yōu)選1∶1.2；：所述磺化反應(yīng)的溫度優(yōu)選120℃；磺化反應(yīng)的時間優(yōu)選6小時；所述酯化反應(yīng)的溫度優(yōu)選120℃；酯化反應(yīng)的時間優(yōu)選6小時；
縮聚反應(yīng)的時間為4小時。
進(jìn)一步，所述纖維素基水煤漿添加劑的制備方法還包括所得水煤漿添加劑的去除未反應(yīng)的物質(zhì)和對所得水煤漿添加劑進(jìn)行干燥。
本發(fā)明另一目的在于提供一種上述纖維素基水煤漿添加劑在制備水煤漿中的應(yīng)用方法，所述應(yīng)用方法包括：將添加劑與水配成任意百分濃度的水溶液；
然后與煤粉混合研磨攪拌均勻；所述添加劑與煤粉混合比例，以固體粉狀添加劑質(zhì)量計，為干基煤粉質(zhì)量的0.3％～1.0％。
本發(fā)明另一目的在于提供一種復(fù)配有上述纖維素基水煤漿添加劑的萘磺酸系煤漿添加劑。
本發(fā)明另一目的在于提供一種復(fù)配有上述纖維素基水煤漿添加劑的聚羧酸系煤漿添加劑。
本發(fā)明另一目的在于提供一種復(fù)配有上述纖維素基水煤漿添加劑的木質(zhì)素磺酸鹽系煤漿添加劑。
本發(fā)明提供的纖維素基水煤漿添加劑一方面產(chǎn)品性能好，可生物降解，毒性低；另一方面，原料來源易得，價廉。性價比高。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上選擇磺酸基和羧基的強(qiáng)添加性優(yōu)勢，結(jié)合了纖維素上的多羥基與水分子有氫鍵作用以及纖維素分子上長碳鏈的空間位阻作用，從而使所制備的水煤漿具有添加性能好、適用性強(qiáng)和與其他外加劑相容性好的特點(diǎn)。
本發(fā)明原料易得而且廉價，所以所合成的添加劑可適當(dāng)調(diào)整投料比的方法，制取滿足不同煤種、不同煤級配比的水煤漿所需的添加劑。本發(fā)明合成的添加劑不僅能單獨(dú)用于制備水煤漿，而且能與其它類型的添加劑，如萘磺酸系、聚羧酸系和木質(zhì)素磺酸鹽系等陰離子表面活性劑復(fù)配使用，且可通過調(diào)節(jié)生產(chǎn)條件，制備適合不同種類煤的添加劑。利用該水煤漿添加劑制備所得水煤漿，固含量在63％～70％之間，是一種易流動、清潔的水煤漿，完全符合國家水煤漿標(biāo)準(zhǔn)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例提供的纖維素基水煤漿添加劑的制備方法流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)描述。
本發(fā)明實施例提供的纖維素基水煤漿添加劑，所述纖維素基水煤漿添加劑組分按質(zhì)量比例由纖維素90％～95％、磺化劑3％～6％、二元酸2％～4％組成。
如圖1所示，本發(fā)明實施提供的纖維素基水煤漿添加劑的制備方法,纖維素基水煤漿添加劑的制備方法包括：
S101：以纖維素為起始原料，采用一鍋法與磺化劑發(fā)生磺化反應(yīng)。
S102：再與二元酸進(jìn)行酯化反應(yīng),得到所述水煤漿添加劑。
進(jìn)一步，所述纖維素為棉短絨纖維素、植物秸稈纖維素中的一種；所述磺化劑為氨基磺酸、2-氨基-5-萘酚-7-磺酸和2-氨基-8-萘酚-6-磺酸中的一種；所述二元酸為乙二酸、丙二酸和丁烯二酸中的一種。
進(jìn)一步，所述磺化反應(yīng)中，所述起始原料與所述磺化劑的摩爾比為1∶1.5～3.2；所述酯化反應(yīng)中，所述起始原料與所述酯化劑的摩爾比為1∶1.1～1.5；所述磺化反應(yīng)的溫度為110～130℃；磺化反應(yīng)的時間為5～8小時；所述酯化反應(yīng)的溫度為100～130℃；酯化反應(yīng)的時間為5～8小時。
進(jìn)一步，所述起始原料與所述磺化劑的摩爾比優(yōu)選1∶2.5；所述起始原料與所述酯化劑的摩爾比優(yōu)選1∶1.2；：所述磺化反應(yīng)的溫度優(yōu)選120℃；磺化反應(yīng)的時間優(yōu)選6小時；所述酯化反應(yīng)的溫度優(yōu)選120℃；酯化反應(yīng)的時間優(yōu)選6小時；
縮聚反應(yīng)的時間為4小時。
進(jìn)一步，所述纖維素基水煤漿添加劑的制備方法還包括所得水煤漿添加劑的去除未反應(yīng)的物質(zhì)和對所得水煤漿添加劑進(jìn)行干燥。
本發(fā)明實施例提供一種上述纖維素基水煤漿添加劑在制備水煤漿中的應(yīng)用方法，所述應(yīng)用方法包括：將添加劑與水配成任意百分濃度的水溶液；
然后與煤粉混合研磨攪拌均勻；所述添加劑與煤粉混合比例，以固體粉狀添加劑質(zhì)量計，為干基煤粉質(zhì)量的0.3％～1.0％。
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
實施例1
把裝有電動攪拌、冷凝器、加料漏斗和溫度計的四口燒瓶置在油浴上。稱取1.0摩爾纖維素投入四口燒瓶內(nèi)。加入250mlDMF、2.5mol氨基磺酸、1.2mol丁烯二酸,在120℃下反應(yīng)6小時?；腔王セ磻?yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫。用乙醇和丙酮多次洗滌，放入烘箱80℃條件下烘干，干燥后取出趁熱研成粉末，得樣品1#。
用樣品1#做制漿試驗，試驗步驟如下：(1)將試驗煤樣破碎至小于3mm，備用；(2)設(shè)計煤漿濃度，稱取煤樣、水及合成添加劑樣品，放入XMB-240×300球磨機(jī)中磨制一定時間，取出后剪切10分鐘；(3)采用烘箱在105～110℃下測定煤漿濃度、NXS-4C水煤漿粘度計測定粘度，所得結(jié)果如表1所示。
表1、1#添加劑樣品制漿試驗結(jié)果
說明：本實驗選用成漿難易程度不同的四種煤作為實驗煤種，哈密三塘湖煤屬于易成漿濃度，準(zhǔn)東煤屬于中等難易程度成漿煤種，伊犁煤屬于難成漿煤種，而石河子褐煤屬于極難成漿煤種。在添加劑產(chǎn)量為0.5％(對干煤)的條件下，四種煤的定粘(＜1200mPa·s)最高成漿濃度分別為69.2％、65.3％、63.5％和55.8％，這說明在實施例1條件下(各反應(yīng)參數(shù)均取最佳值)合成的1#添加劑樣品具有良好的添加性和廣泛的適應(yīng)性。
實施例2
把裝有電動攪拌、冷凝器、加料漏斗和溫度計的四口燒瓶置在油浴上。稱取1.0摩爾纖維素投入四口燒瓶內(nèi)。加入250mlDMF、2mol氨基磺酸、1.1mol丁烯二酸,在120℃下反應(yīng)5小時。磺化和酯化反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫。在乙醇和丙酮洗滌，放入烘箱80℃條件下烘干，干燥后取出趁熱研成粉末，得樣品2#。
用樣品2#做制漿試驗，所得結(jié)果如表2所示。
表2、2#添加劑樣品制漿試驗結(jié)果
說明：由表2可知，在實施例2條件下，四種煤的定粘最高成漿濃度分別為68.2％、64.7％、62.4％和53.6％，與實施例1相比，濃度降低1～2個百分點(diǎn)，這說明2#添加劑樣品具有較好的添加性，但與最佳條件下合成的1#添加劑樣品性能有一定的差距。
實施例3
把裝有電動攪拌、冷凝器、加料漏斗和溫度計的四口燒瓶置在油浴上。稱取1.0摩爾纖維素投入四口燒瓶內(nèi)。加入250mlDMF、1.8mol氨基磺酸、1.1mol丁烯二酸,在120℃下反應(yīng)7小時?；腔王セ磻?yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫。在乙醇和丙酮洗滌，放入烘箱80℃條件下烘干，干燥后取出趁熱研成粉末，，得樣品3#。
用樣品3#做制漿試驗，所得結(jié)果如表3所示。
表3、3#添加劑樣品制漿試驗結(jié)果
說明：由表3可知，在實施例3條件下，四種煤的定粘最高成漿濃度分別為68.4％、65.1％、62.3％和54.6％，與實施例1相比，濃度降低1個百分點(diǎn)左右。這說明3#樣品與1#樣品相比，性能有所降低，但仍能滿足制漿要求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。