水煤浆添加剂的作用机理研究.docx

水煤浆添加剂的作用机理研究【摘要】水煤浆是由约65%的煤、35%的水和少量的添加剂通过物理加工而成是一种新型煤基流体燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性又具有石油一样的流动性和稳定性可以储存、泵送、雾化和稳定燃烧。水煤浆生产过程中首先是对原煤进行破碎再经机械（湿法或干法）研磨成一定粒径分布的煤粉分散于水介质中制成水煤浆。由于它是一种粗颗粒悬浮体在水中极易形成沉淀。即使是很易成浆的煤种不加入化学添加剂要制成所希望的水煤浆也是不可能的。水煤浆添加剂的主要作用在于改变煤颗粒的表面性质促使颗粒在水介质中均匀分散且不易产生沉淀。使水煤浆在正常使用中具有较低的粘度、较好的流动性。一般用量占煤炭总量的0.5～1%之间。【关键词】水煤浆添加剂；稳定燃烧；化学添加剂；综合效益；可持续发展0引言中国是一个缺油、少气、煤炭资源相对丰富的国家。煤炭资源在中国能源消费中占70%左右作为一次能源占主导地位的状况在相当长的时期内难以改变。但是传统的使用方法具有灰渣多、污染大、运输困难、燃烧发热率不高等缺点。水煤浆技术的应用就是针对这一缺点对煤炭资源进行深度加工、合理利用的重大改革。水煤浆是一种经济、洁净、可替代石油和天然气的液体燃料和化工原料代替油和燃气在供热、化工合成气、发电、工业窑炉等领域得到了广发的应用；具有燃烧效率高、负荷调整便利、节能、减少环境污染、改善劳动条件等优点。其最重要的是减少了二氧化硫和粉煤灰的排放量避免了酸雨的形成环境污染小具有极高的社会和经济效益。1水煤浆添加剂的分类与作用1.1水煤浆添加剂的分类水煤浆添加剂按其功能不同可分为分散剂、稳定剂和一些辅助化学药剂（如消泡剂、PH调整剂、防霉剂、表面活性剂及表面促进剂等多种）。其中分散剂最为重要。1.2分散剂水煤浆分散剂按照溶于水后的解离程度可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型（即当溶液呈碱性时显示阴离子特性；成酸性时显示阳离子特性）。它们之间的市场价格比通常为1：3：2：4。出于经济性因素考虑制备水煤浆时在保证技术可行的前提下目前国内外研制及筛选出的水煤浆分散剂主要为阴离子型和非离子型。其中主要有萘系、腐植酸系、木质素系、聚烯烃系、丙烯酸系以及针对不同煤种而研制开发出相关的复配产品。1.3分散剂的作用水煤浆在制备过程中分散剂能使煤的颗粒均匀的分散在水中可以改变煤粒的表面性质使水煤浆具有良好的流动性和稳定性。具体有以下三方面的作用。1.3.1可以提高煤颗粒表面的亲水性煤炭的主体是有机质它是结构十分复杂的大分子碳氢化合物其表面具有强烈的疏水性不易为水所润湿。水是一种强极性溶剂煤不溶于水。水煤浆不是化学意义上的溶液而是通过分散剂等添加剂的作用将煤粒均匀分散在水相中形成的一种悬浊液。煤碳的润湿性按水在煤表面的接触角大小可将煤划分为四类。接触角为0的为强亲水性煤；接触角小于40度的为弱亲水性煤；接触角为40---90度的为疏水性煤；接触角为大于90度的为强疏水性煤。各种煤炭表面的接触角如表1所示。从表1可以看出各种煤炭的表面均属疏水性质。另外水的表面张力大而煤炭表面张力小只有降低水的表面张力增大煤炭表面张力即减少固液间的界面张力才能达到充分润湿。煤粒表面即使润湿其巨大的比表面积在水中也很容易自发的彼此聚结这就使煤粒与水不能密切结合成一种浆体在较高浓度时只会形成一种湿的泥团。水煤浆分散剂则是一种两亲分子由疏水基和亲水基两部分构成。分散剂分子通过其疏水基与煤粒表面结合以亲水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面使煤粒表面由疏水转化为亲水形成水化膜有效降低水的表面张力和提高煤粒表面的张力并将煤粒隔开阻止煤粒间相互聚集而沉淀。1.3.2可以增强煤粒间的静电斥力著名的DVLO理论认为胶体颗粒稳定分散的先决条件是粒间的静电斥力超过粒间的范德华引力。煤粒本身是中性粒子吸附离子型分散剂以后各煤粒表面即带有相同电荷成为带电粒子煤粒之间就会产生静电排斥力当这种斥力大于范德华引力时就可以防止煤粒相互聚集沉淀促使煤粒分散在水中。1.3.3空间隔离位组效应制备水煤浆时使用的分散剂为有机大分子时被吸附分子有很长的亲水链在煤表面形成三维水化膜。水化膜中的水与体系中的“自由水”不同它因受到表面的吸引力而定向排列。当颗粒相互靠近时水化膜受到挤压变形引力则力图恢复原来的定向这样就使水化膜表现出一定的弹性使煤粒均匀分散且颗粒表面的分散剂有一定的厚度当两个带吸附层的颗粒相互重叠时由于吸附层分散剂分子运动的自由度受到阻碍吸附的熵减少因为体系的熵总是朝着增加方向发展向混乱度增大的方向发展即熵增大原理所以相互重叠的颗粒有