水煤浆技术和水煤浆添加剂

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t CWM /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Snamprogetti公司和Enichem Anic 公司先后建起了2座10万t CWM/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t CWM/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t CWM/a 抚顺水煤浆实 验厂和3万t CWM/a 八一水煤浆厂。
谢谢！
350
300
实验点
250
200
150
100
50
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
3.3 水煤浆添加剂
4 CWM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
Buoyancy NDF Interface Coal particle
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t CWM /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
式中 τ —剪切应力； τ y—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+ Κrn
τ-τy =ηz +[(η0-ηx) ]/{1+[(η0-ηx)/B]}
6.5 亲水基团的数量
NDF’ Sulfonation/（%） blank 50 70 95

d S
/N.m -1

p S
/N.m -1

/N.m -1

p S
/

153.93 139.79 87.85 54.38
118.56 120.16 99.84 85.11
272.49 259.95 187.69 139.49
/d
Measurements
NDF-01 Yellow liquid 25.1 9.0 0.1 1.154 0.50
NDF-02 Brown liquid 25.0 9.0 0.2 1.200 0.58
g/cm3

0.08
0.18
0.16 no hard precipitation
0.18 no hard precipitation 0.16
water
Gravity
煤粒子在水中受到合力为：
4R3 c g －R3 ( 3 Cos－Cos3 ) w g－K C＝6 cw R Cos 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。
Flow Property
0 4,000 20,000 200,000
bad good excellent not good
6.4 亲水基团的种类
800
The apparent viscosity / ,cp
700 600 500 400 300 200 50 55 60 65 70 75 80
The amount of Sulfonated styren / %
8
Dynamic stability（mean rate of settling 69 1 CWM with additive in 24h at 30Hz, 1mm Amplitude）
/h
0.15
For reference: The above sample of coal is Dongtan coal with the same diametrical distribution.
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τ y和B的表 达式，即有：屈服应力τ y服从下列公式：
τ y=C[Ψ /（Ψ m-Ψ ）][(ρ s-ρ l)gDΨ ](Κ DsΨ /ξ )
C—无量纲常数； Ψ —固体物浓度； Ψ m—最大填充浓度； ρ s—固体密度； ρ l—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。 式中
( CH
CH
CH CH) CH CH ( CH CH ) ) ( n l m
2 2 2
COONaCOONa SO3Na CH2
(
SO3Na CH2 SO3Na
)k
6 水煤浆添加剂的性能 6.1 与煤的相互作用
6.2 用量
2000
The apparent viscosity / cp
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 0.0
7 结论
7.1 NDF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 / 水界面张力及其各分量大小适中，保 证煤粒子相对稳定地分散在水中，制得合格的 CWM 。 7.4 对于 NDF 来讲，当分子量一定时，亲水基团的种 类是影响 CWM 的成浆性能的主要因素；同时，亲水 基团的数量也起着重要的影响作用。 7.5 煤中的高价金属影响CWM的成浆性和稳定性。
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 制的一类煤浆添加剂（简称NDF）。
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（Coal Water Mixture, 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。
0.1
0.2
0.3
0.4
The amount of NDF / %
6.3 分子量
Tab.1 Relationship between the molecular weight of NDF and the apparent viscosity of CWM
Molecular Weight
the Apparent Viscosity of CWM（cp,25C,100s-1） 660 460 2900
0.435 0.462 0.532 0.610
The apparent viscosity / cp
1200
1000
800
600
400
200
0 40 50 60 70 80 90 100
The sulfonation / %
6.6 金属离子的价态和浓度
1800
The apparent viscosity / cp
1650
1500
1350
1200
1050
900 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
The concentration of metal ion / %
Tab.1: The properties of NDF and of CWM with NDF
No. 1 2 3 4 5 6 Items State Solid extent pH（25 aqueous liquid） extent of insoluble substance density（25 aqueous liquid） Flowability（the amounts of additive vs. the amounts of coal when the viscosity of 69.0 1.0% CWM reaches 1300 200 cp, 100s-1, at 25℃ , ） （the amounts of additive vs. the amounts of coal when the viscosity of 65.0 1.0% CWM reaches 1000 200 cp, 100s-1, at 25℃ , ） 7 Rest stability（mean rate of settling 69 1 CWM with additive in 7d）