[发明专利]一种三元共聚物水煤浆分散剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三元共聚物水煤浆分散剂及其制备方法，属于煤化工技术领域。

背景技术

水煤浆(Coal Water Mixture，简称为CWM)是将煤粉碎成一定的粒径，与水按比例混合制成的高浓度煤／水分散体系，通常由约70%的煤粉、30%的水和少量化学添加剂组成，是一种经济的、洁净的、可代替石油和天然气的液体燃料和化工原料，具有高效燃烧、低污染、运行成本低和节能环保等特点，其燃烧技术在节能降耗、减少污染排放、提高企业经济效益和社会环境效益方面具有显著效果。水煤浆应具有高浓度、低粘度和一定的稳定性，而要达到这一要求，水煤浆添加剂起到至关重要的作用。添加剂按其功能不同，有分散剂、稳定剂以及其他一些化学药剂，其中最重要的是分散剂。分散剂吸附到煤粒表面后，在煤粒表面形成一层水化膜，能显著降低溶液的表面张力，提高分散体系的稳定性。国内水煤浆分散剂种类较多，按其性质分为阴离子型、阳离子型和非离子型等三大类，其中以阴离子型的应用和研究最为广泛，已经开发的分散剂有萘系、木质素系、腐植酸系和羧酸系等，包括木质素磺酸及其盐、亚甲基萘磺酸及其盐、聚苯乙烯磺酸及其盐、腐植酸及其盐、亚甲基萘磺酸-聚乙烯磺酸-马来酸及其盐、聚脂肪族二烯烃磺酸盐、聚(甲基)丙烯酸及其盐。非离子型分散剂表面活性剂多为聚氧乙烯醚类、聚氧乙烯/聚氧丙烯的嵌段聚醚类。阳离子型水煤浆分散剂主要是脂肪族或芳香族胺盐。与阴离子型分散剂相比，非离子型和阳离子型分散剂应用和研究的比较少。 

煤化程度不同及产地不同的煤，其表面结构及性质差异很大，从而导致煤的成浆性不同。因此，需要煤质和分散剂很好的匹配，每一种分散剂都有各自适宜的煤种。对于难成浆或要求高、贮存时间长、需要长途运输的水煤浆，现有分散剂不能满足成浆性能要求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种新型三元共聚物水煤浆分散剂。

本发明的另一目的是提供上述分散剂的制备方法。

本发明还有一个目的是提供上述分散剂在水煤浆制备中的应用。

本发明实现过程如下：

结构通式（I）所示的聚合物，

其中，m为5~30，n为5~30，p为5~20，h为4~20的整数，R为H、或，X为、、-N(CH₃)₂、或-N(CH₂CH₃)₂。

上述聚合物的制备方法1：将单体丙烯酸聚乙二醇单酯、苯乙烯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三乙基氯化铵按照质量比1～2：2～3：2～5混合均匀，在引发剂存在下引发共聚合得到，R为H，X为或的聚合物。

上述聚合物的制备方法2：将单体丙烯酸聚乙二醇单酯、氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三乙基氯化铵按照质量比1～2：2～3：2～5混合均匀，在引发剂存在引发共聚合，再与三甲胺或三乙胺反应制备得到，R为或，X为或的聚合物。

上述聚合物的制备方法2：将单体丙烯酸聚乙二醇单酯、苯乙烯、甲基丙烯酰氧乙基二甲基胺或甲基丙烯酰氧乙基二乙基胺按照质量比1～2：2～3：2～5混合均匀，在引发剂存在下引发共聚合得到，R为H，X为-N(CH₃)₂或-N(CH₂CH₃)₂的聚合物。

上述方法中，引发共聚合在溶剂异丙醇水溶液中进行，引发剂为过硫酸钾。

本发明的优点与积极效果：

（1）在水煤浆制备过程中，分散剂的作用主要是提高煤表面的亲水性、增强颗粒间的静电斥力以及提供空间位阻效应。本发明在分散剂结构中引入脂肪族胺盐分子片断、聚氧乙烯醚分子片断和疏水性分子片断。疏水聚苯乙烯链吸附在煤粒表面，胺盐正电荷增强颗粒之间的排斥力，聚氧乙烯醚键上的氧与水分子形成氢键，从而形成亲水性立体膜，在固-液界面产生润湿、吸附作用，从而对体系产生分散作用。

（2）本发明制备方法制备工艺简单，容易操作；分散剂质量稳定，3次平行实验，获得了相同结果。

（3）实验表明，本发明制备的分散剂能够提高煤浓度及稳定性、降低粘度，同时具有制浆成本较低的优点，在工业化生产中具有应用价值。以陕西神府煤为例，使用0.5%分散剂（相对于干煤基），制备的水煤浆浓度可达74%。经过测试，水煤浆的表观黏度为1200 mPa.s，7天析水率为3.5，7天内无硬性沉淀，10个月内仍为软沉淀，水煤浆符合生产要求。