水煤浆添加剂及其制备方法以及基于该添加剂的水煤浆 【技术领域】
本发明属于煤炭能源应用领域，涉及一种新型煤基流体燃料用的添加剂，尤其是一种水煤浆添加剂及其制备方法以及基于该添加剂的水煤浆。
背景技术
我国煤炭资源丰富，油气匮乏，煤炭在能源结构中仍占主导地位，因此发展洁净煤技术，提高我国煤炭利用率，减少煤炭燃烧带来的环境污染，需要大力发展大规模煤气化技术。
水煤浆(CWS)是60％～70％具有一定粒度级配的煤粉和30％～40％的水及少量添加剂的混合物。水煤浆是一种新型煤基流体燃料，被称为液态煤炭产品，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，可以泵送、储存、雾化、稳定着火和充分燃烧，可直接用于工业锅炉和民用锅炉。水煤浆的燃烧率可以达到99％，对大气的污染极小。它的价格大大低于液化气、天然气、城市煤气和重油。国家计委制定的“十五”发展纲要中，明确将水煤浆作为重点发展的新型燃料。总之，发展水煤浆技术，不但可高效、低污染地利用煤炭，而且还可节约用油，是一项具有重大意义的、带有方向性的低污染代油技术，特别适合我国多煤少油的国情。
煤是一类复杂有机聚合物，而水是极性化合物，两者的相容性差，它们的混合热力学不稳定，煤颗粒极易团聚，必须加入添加剂才能够制得理想的水煤浆。水煤浆添加剂主要包括分散剂和稳定剂，其中分散剂属于种类繁多的表面活性剂中的一类，分散剂的结构特征和作用状态的差别对复合煤粒间的相互作用产生明显的影响，分散剂的加入可以提高煤表面的亲水性、电动势性质及表面积等状态，使水分子吸附在煤粒的表面，在煤粒周围形成一层水化膜，将煤粒隔开，减少了煤粒间的阻力，改善了水煤浆的流动特性，达到降低其表观粘度的作用。稳定剂主要是天然和人工合成的高分子聚合物，它的作用是防止煤浆在储存与运输过程中产生硬沉积。
水煤浆分散剂均为表面活性剂，表面活性剂中的疏水基多为烷烃与芳烃，亲水基有羟基(OH)、羧基(COOH)、磺酸基(SO
3)、磷酸基(PO
3)、铵基(NH
4+)、氧乙烯基(OCH
2CH
2)等。水煤浆分散剂的疏水基多选择与煤结构相近的芳烃，可以更好地在煤表面吸附。
目前，作为水煤浆分散剂的表面活性剂主要有：高缩合度萘磺酸缩合物；丙烯酸与其它丙烯酸单体共聚，分子量控制在一定的范围；聚烯烃系列：如马来酸与各类环戊二烯的聚合物钠盐，聚苯乙烯磺酸盐系列；木质素磺酸盐；腐殖酸盐及磺化腐殖酸盐系列；羧酸盐及磷酸盐系列，如多环多元羧酸、聚羧酸盐、多聚磷酸盐、羟基苯甲酸聚合物钠盐等。另外还有一些是非离子分散剂：如环氧乙烷系列表面活性剂等。
水煤浆添加剂不仅直接决定着水煤浆的质量，还影响着水煤浆成本，其费用是制浆成本的第二大因素。所以添加剂的配方对水煤浆的成本有重要的影响。虽然我国在水煤浆研究方面作了较多的研究，但仍存在所适用煤种范围窄、成本较高、浓度低、稳定性差等问题。因此，开发廉价、质优的水煤浆添加剂对加快水煤浆技术的发展和推广应用具有重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种水煤浆添加剂及其制备方法以及基于该添加剂的水煤浆，该种添加剂利用现有组分进行合理组合，并通过容易实现的制备方法制备出的添加剂，使得该种添加剂具有适用煤种范围宽、成本低的特点，并且利用该种添加剂生产的水煤浆稳定好，储存时间长。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种水煤浆添加剂，包括分散剂、稳定剂和pH调节剂，各种组分所占的质量百分比是：分散剂55-90％，稳定剂5-44％，pH调节剂0.1-5％；所述分散剂是聚苯乙烯磺酸盐和聚丙烯酸盐中的一种或多种混合物；所述稳定剂是阿拉伯胶；所述pH调节剂是硫酸、硝酸、氢氧化钠或氢氧化钾。
进一步，上述聚苯乙烯磺酸盐为聚苯乙烯磺酸钠。上述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠。上述分散剂是聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物，其中聚苯乙烯磺酸钠的质量百分含量为35-75％；聚丙烯酸钠的质量百分含量为25-65％。
本发明还提供一种以上所述水煤浆添加剂的制备方法，按照重量百分比分别称取分散剂、稳定剂和pH调节剂，在室温下依次将分散剂、稳定剂和pH调节剂加到容器中，配成质量浓度为10-45％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
基于以上所述添加剂，本发明提供一种水煤浆，首先称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的0.5～1.2％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆5～10min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
本发明的水煤浆添加剂具有良好的分散性和稳定性，且制备添加剂所用的原料来源广泛、价格低廉，并且该种水煤浆添加剂的制备方法简单、容易实现，并且该种方法生产的添加剂适用煤种范围宽、成本较低、浓度低、稳定性好。利用本发明的添加剂制备的水煤浆在25℃，剪切速率为100S
-1时，表观黏度为760mPa.s，可稳定贮存30天以上。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
(1)按照质量比选定水煤浆添加剂的组分：
分散剂选用聚苯乙烯磺酸盐中的聚苯乙烯磺酸钠，稳定剂选用阿拉伯胶，pH调节剂选用硫酸，各种组分所占的质量百分比是：聚苯乙烯磺酸钠55％，阿拉伯胶44％，硫酸1％。
(2)制备水煤浆添加剂：
按照(1)中各组分的质量百分比分别称取聚苯乙烯磺酸钠、阿拉伯胶和硫酸，在室温下依次将聚苯乙烯磺酸钠、阿拉伯胶和硫酸加到容器中，配成质量浓度为30％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
(3)采用以上添加剂制备的水煤浆：
所述水煤浆是：称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的0.5％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆5min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
实施例2
(1)按照质量比选定水煤浆添加剂的组分：
分散剂选用聚丙烯酸盐中的聚丙烯酸钠，稳定剂选用阿拉伯胶，pH调节剂选用硝酸，各种组分所占的质量百分比是：聚丙烯酸钠90％，阿拉伯胶5％，硝酸5％。
(2)制备水煤浆添加剂：
按照(1)中各组分的质量百分比分别称取聚丙烯酸钠、阿拉伯胶和硝酸，在室温下依次将聚丙烯酸钠、阿拉伯胶和硝酸加到容器中，配成质量浓度为25％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
(3)采用以上添加剂制备的水煤浆：
所述水煤浆是：称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的0.5％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆5min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
实施例3
(1)按照质量比选定水煤浆添加剂的组分：
分散剂选用聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物，稳定剂选用阿拉伯胶，pH调节剂选用氢氧化钠，各种组分所占的质量百分比是：聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物80％，阿拉伯胶19.9％，氢氧化钠0.1％。以上聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物中，聚苯乙烯磺酸钠的质量百分含量为35％；聚丙烯酸钠的质量百分含量为65％。
(2)制备水煤浆添加剂：
按照(1)中各组分的质量百分比分别称取聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钠，在室温下依次将聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钠加到容器中，配成质量浓度为10％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
(3)采用以上添加剂制备的水煤浆：
所述水煤浆是：称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的1.2％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆10min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
实施例4
(1)按照质量比选定水煤浆添加剂的组分：
分散剂选用聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物，稳定剂选用阿拉伯胶，pH调节剂选用氢氧化钾，各种组分所占的质量百分比是：聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物60％，阿拉伯胶37％，氢氧化钾3％。以上聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物中，聚苯乙烯磺酸钠的质量百分含量为75％；聚丙烯酸钠的质量百分含量为25％。
(2)制备水煤浆添加剂：
按照(1)中各组分的质量百分比分别称取聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钾，在室温下依次将聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钾加到容器中，配成质量浓度为35％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
(3)采用以上添加剂制备的水煤浆：
所述水煤浆是：称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的1％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆8min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
实施例5
(1)按照质量比选定水煤浆添加剂的组分：
分散剂选用聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物，稳定剂选用阿拉伯胶，pH调节剂选用氢氧化钾，各种组分所占的质量百分比是：聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物70％，阿拉伯胶28％，氢氧化钾2％。以上聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物中，聚苯乙烯磺酸钠的质量百分含量为40％；聚丙烯酸钠的质量百分含量为60％。
(2)制备水煤浆添加剂：
按照(1)中各组分的质量百分比分别称取聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钾，在室温下依次将聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酸钠的混合物、阿拉伯胶和氢氧化钾加到容器中，配成质量浓度为45％的水溶液即得所述的水煤浆添加剂。
(3)采用以上添加剂制备的水煤浆：
所述水煤浆是：称取干基煤粉和添加剂，其中称取的添加剂重量是干基煤粉重量的0.8％，加入水，然后采用2500转/分的速度匀浆8min，制成浓度为68％的水煤粉浆。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。