【摘要】：我國(guó)煤炭資源豐富,石油和天然氣資源相對(duì)短缺。如果塊煤不經(jīng)加工,直接用作燃燒,不僅煤炭的利用效率較低,而且會(huì)嚴(yán)重污染空氣,產(chǎn)生粉塵,對(duì)人類的健康造成巨大威脅。水煤漿技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)塊煤直接燃燒,它更加清潔和高效。我國(guó)能源戰(zhàn)略中就有如何更好的開(kāi)發(fā)利用水煤漿技術(shù)。要制備高濃度,低黏度的優(yōu)質(zhì)水煤漿,分散劑是關(guān)鍵。所以分散劑的研究對(duì)水煤漿的綜合利用很有意義。目前,市場(chǎng)上最常見(jiàn)的水煤漿添加劑有萘磺酸甲醛縮聚合物,還有木質(zhì)素系和聚羧酸鹽系分散劑,但這些分散劑優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)都很明顯。例如,萘系分散劑生產(chǎn)過(guò)程中污染嚴(yán)重,所制得的漿體穩(wěn)定性差;聚羧酸鹽分散劑相對(duì)于其他分散劑表現(xiàn)出價(jià)格相對(duì)較高,且合成工藝復(fù)雜;木質(zhì)素系分散劑相比其他分散劑存在制漿黏度高,流動(dòng)性差等缺陷。腐植酸(HA)系分散劑因?yàn)槌杀据^低、來(lái)源廣泛、分散性也比木質(zhì)素系好很多,而被各行各業(yè)廣泛利用。然而目前對(duì)HA的研究,只有簡(jiǎn)單的化學(xué)改性,比如用磺化劑和硝化劑進(jìn)行磺化和硝化反應(yīng),利用甲醛(HCHO)溶液和無(wú)水亞硫酸鈉(Na_2SO_3)進(jìn)行磺甲基化反應(yīng),只是簡(jiǎn)單的提高HA分散劑的親水性和分散性,但仍然存在很多重要問(wèn)題,比如分子鏈不夠規(guī)整,相對(duì)分子質(zhì)量比較小,所制得的水煤漿穩(wěn)定性也不好。為了克服上述問(wèn)題,通過(guò)對(duì)其他分散劑結(jié)構(gòu)研究,對(duì)腐植酸分子進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用聚合反應(yīng)對(duì)HA分子進(jìn)行化學(xué)改性,合成了既具有萘系那樣優(yōu)異的分散性,又具有像木質(zhì)素那樣超強(qiáng)穩(wěn)定性的HA分散劑。首先以HA、Na_2SO_3、HCHO溶液、β-萘磺酸鈉、4-氨基苯磺酸鈉為原料,利用磺甲基化和聚合反應(yīng)合成了兩種HA聚合物分散劑(HBNS和HSP),并對(duì)其合成工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。HBNS的優(yōu)化工藝條件為:Na_2SO_3用量30%、β-萘磺酸用量為35%、HCHO用量為40%;HSP的優(yōu)化工藝條件為:Na_2SO_3用量25%、4-氨基磺酸鈉用量30%、HCHO用量35%。然后采用FT-IR、XPS、XRD、TGA、DSC、SEM、GPC對(duì)兩種水煤漿分散劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。將其用于榆林煤制漿,對(duì)其分散劑的應(yīng)用性能測(cè)試。結(jié)果表明,當(dāng)HBNS分散劑的添加量為0.5 wt%,此時(shí)水煤漿的黏度最低為513 mPa·s,最高制漿濃度為68 wt%,水煤漿體系的不穩(wěn)定性指數(shù)為0.2915,靜置7天的析水率為5.25%,飽和吸附量為3.966mg/g;HSP分散劑的最佳添加量為0.6%wt%,水煤漿黏度為497 mPa·s,最高制漿濃度為67 wt%,水煤漿體系的不穩(wěn)定性指數(shù)為0.3180,靜置7天的析水率5.87%,飽和吸附量為3.765 mg/g。與市場(chǎng)上銷售的常見(jiàn)的分散劑做制漿性能對(duì)比,結(jié)果表明新制備的HA水煤漿分散劑的成漿性和萘系不分伯仲,但制備的水煤漿的穩(wěn)定性比萘系分散劑卻高出很多;而且新制備的HA水煤漿分散劑不管是從成本,還是效果上都比現(xiàn)面市場(chǎng)上銷售的水煤漿分散劑應(yīng)用性能更強(qiáng)。人們一直在探究,分散劑結(jié)構(gòu)和水煤漿的性能到底如何相互影響。由于HA分散劑對(duì)可溶性的金屬離子礦物質(zhì)很敏感,所以又探究常見(jiàn)的金屬離子對(duì)HA分散劑的分散性的影響,由結(jié)果可知,對(duì)于不同的金屬離子,金屬離子濃度越高,金屬離子的價(jià)態(tài)越高,對(duì)其HA作分散劑制備的水煤漿的成漿性影響越大。總之,本論文合成了兩種具有高分散性,低成本的HA水煤漿分散劑。探索了HA的基本單元結(jié)構(gòu)和其結(jié)構(gòu)上各個(gè)官能團(tuán)與煤分子之間的作用關(guān)系,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論知識(shí)查找,詳細(xì)對(duì)其作用的基本原理進(jìn)行了解釋和說(shuō)明。本論文對(duì)HA分散劑和水煤漿的研究具有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ536
【圖文】：

陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文高利用效率，低污染的液態(tài)燃料，一出現(xiàn)就受人們青睞。水煤漿是由 6的煤粉和 29%~34%的水，還有小于 1%的化學(xué)添加劑，經(jīng)過(guò)一定的加煤基燃料[16,17]。，世界各國(guó)煤化工企業(yè)的水煤漿加工工藝都大同小異，主要程序是挑的煤，什么產(chǎn)地的煤。洗煤，去除煤炭中的煤矸石和其他雜質(zhì)。磨煤粒徑的煤粉。然后加入水和化學(xué)添加劑混合，機(jī)械攪拌配成所需要的水煤漿工藝流程圖。

1]。HigeruMaeda 利用三聚磷酸鈉分別與 NSF 和木德國(guó)科學(xué)家研究了多種水煤漿分散劑復(fù)配，實(shí)驗(yàn)效其某研究人員發(fā)現(xiàn)，不同的分散劑會(huì)影響不同的水優(yōu)秀的科研人員在這一方面探索，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也都不多的血和汗。胡文莉[44]等以木質(zhì)素磺酸鈉為原料，定性優(yōu)良的水煤漿。趙方[45]等以淀粉為主鏈，以苯液聚合法制備新型的水煤漿分散劑。劉龍[46]以 HA由基聚合法制備的分散劑，實(shí)驗(yàn)效果理想。李元苯乙烯磺酸鈉為單體合成一種梳型聚羧酸鹽分散劑高達(dá) 68%。張光華[48]等以檸檬酸、丙烯酸、聚乙二，又通過(guò)自由基聚合反應(yīng)合成檸檬酸酯型水煤漿分穩(wěn)定性俱佳。煤漿體系中，可以把體系中的煤的表面進(jìn)行改性，方式存在于體系中。Geniy V[49]研究了水煤漿影響常使用中，提供了借鑒作用。其實(shí)驗(yàn)裝置圖，如圖

腐植酸的化學(xué)改性及其對(duì)煤粒的分散性能研究實(shí)驗(yàn)裝置方案：1 石英柱體；2 鼓風(fēng)機(jī)；3 空氣加熱器；4 熱電偶；5 低慣性熱；6 迷你機(jī)器人臂；7 水煤漿 P 液滴；8 高速攝像頭；9 互相關(guān)相機(jī)；10 激光；光發(fā)生器；12 激光和互相關(guān)同步器； 13 電腦；14 溫度記錄儀；15 熱像儀；16 管道 排氣通風(fēng)。目前，人類生存環(huán)境變的越來(lái)越差，人們對(duì)天然大分子改性研究越來(lái)越多，也得較為滿意的結(jié)果。黨彤彤等[50]對(duì) HA 磺甲基化工藝進(jìn)行了優(yōu)化和研究。張光華[51]等備了一系列 HA 分散劑，對(duì)比其對(duì)水煤漿的流變性能影響。2.2 分散劑的作用機(jī)理分散劑顧名思義，在水溶液中起分散作用的物質(zhì)，分散劑大多數(shù)為表面活性劑。劑在結(jié)構(gòu)上都具有親水和親油的結(jié)構(gòu)。疏水端可以與煤表面的疏水區(qū)域產(chǎn)生緊密結(jié)分散劑的親水端朝外，伸到自由水中，增強(qiáng)煤表面的親水區(qū)域，降低其表觀黏度[5散劑可以促使煤表面形成一種水化膜，水化膜會(huì)有效阻止煤顆粒自聚。分散劑的作理主要包括潤(rùn)濕作用，改變煤顆�；蛘咂渌w粒的靜電作用力和增大分散劑的空間使其更加穩(wěn)定[53]。

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本文編號(hào)：2805644