專利名稱：兩性水煤漿分散劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水煤漿分散劑及其制備方法，具體涉及一種兩性水煤漿分散 劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
水煤漿是一種采用物理方法將煤流態(tài)化的新型清潔燃料，按照煤60% 70%和 水30% 40%的比例，加入少量的添加劑制備而成。它使煤炭從傳統(tǒng)的固體燃料轉(zhuǎn) 化為一種流體燃料，可以像油一樣泵送、霧化、儲存與穩(wěn)定著火燃燒。兩噸7K煤 漿可代一噸油。由于水煤漿與燃油在相同熱值下相比，其價(jià)格僅為重油的1/2左 右，以水煤漿代油具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。低粘度、高濃度和良好的流動性及穩(wěn)定 性是水煤漿最為重要的性能。然而，煤是屬于疏水性物質(zhì)，水煤漿基本上屬于粗 顆粒懸浮體，即使是易制漿煤種并具有高堆積率的粒度分布，無分散劑時往往成 漿性很差，即流動性和穩(wěn)定性均很差，嚴(yán)重限制了水煤漿技術(shù)的應(yīng)用推廣。作為 商品銷售需要儲存、輸送、外運(yùn)， 一般要求水煤槳具有很好的流動性，至少兩個 月不發(fā)生硬沉淀。因此，添加劑是水煤漿能否工業(yè)化的關(guān)鍵。
分散劑種類主要有陰離子型和非離子型。
陰離子型分散劑(l)各類取代基萘磺酸鹽縮聚物此類分散劑是目前水煤漿 添加劑市場上使用最廣泛的產(chǎn)品，NDF、 FDN就屬于此系列。其特點(diǎn)是分散性好、 減黏作用強(qiáng)、漿流型好，但漿穩(wěn)定性差，容易析水產(chǎn)生硬沉淀，而且價(jià)格偏高。 (2)聚烯烴系日本Lion公司20世紀(jì)90年代初期開發(fā)的聚苯乙烯磺酸鈉(PSS) 是此類分散劑的代表，它具有投加量少，分散性、穩(wěn)定性都優(yōu)于傳統(tǒng)分散劑的優(yōu) 點(diǎn)。這類分散劑所制得水煤漿的黏度和穩(wěn)定性都很理想，但價(jià)格較貴。(3)聚羧酸
4系此類分散劑常用不飽和羧酸單體如(甲基)丙烯酸、馬來酸鈉鹽和其他單體接 枝共聚而成，例如用丙烯酸與木質(zhì)素磺酸鈉接枝共聚得到的接枝共聚物，對水煤 漿具有分散和穩(wěn)定雙重作用。(4)腐殖酸系此類分散劑從低階煤中提取，具有分 散性能佳的優(yōu)點(diǎn)，可單獨(dú)使用，但其對金屬離子敏感，容易形成沉淀，漿的穩(wěn)定 性差，所以對制漿水質(zhì)要求較高。(5)木質(zhì)素磺酸鹽系木質(zhì)素磺酸鹽主要來自于 造紙廢液再加工，它最大的優(yōu)點(diǎn)是原料豐富、價(jià)格便宜，而且制漿穩(wěn)定性較好， 析水量少，只產(chǎn)生軟沉淀，缺點(diǎn)是制漿黏度較大，流型較粗糙，所以常和其他分 散劑復(fù)配使用。但復(fù)配法不能改變木質(zhì)素磺酸鹽的親水、親油基團(tuán)及其表面活性， 而且目前使用的復(fù)配物價(jià)格較高。
非離子型分散劑主要是聚氧乙烯醚類和聚氧乙烯/聚氧丙垸嵌段聚醚類， 這類分散劑的主要優(yōu)點(diǎn)是分子的親水親油性和相對分子質(zhì)量易于調(diào)節(jié)和控制，不 受水質(zhì)及煤中可溶物影響，不需添加穩(wěn)定劑，但價(jià)格昂貴，而且需配用消泡劑， 水煤漿的流型也不是很理想。
兩性離子分散劑是指大分子鏈上同時帶有陰、陽離子基團(tuán)的聚合物分散劑， 是在傳統(tǒng)的陰離子型分散劑的基礎(chǔ)上引入陽離子單體制備而成的兩性離子聚合 物。陽離子單體的引入，與傳統(tǒng)的陰離子型水煤漿分散劑相比，使分散劑與煤表 面的相互作用方式由單一的氫鍵吸附變?yōu)闅滏I吸附和靜電吸附的雙重作用，更能
有效的改善煤粒表面的疏水性?！睹禾哭D(zhuǎn)化》在2008年第31巻第4期發(fā)表了張光
華等的文章水煤漿兩性離子分散劑的合成及制漿性能，文章報(bào)道了一種水溶性 兩性離子聚合物分散劑。其分散劑是利用水溶液聚合法，以以a-甲基丙烯酸，丙 烯磺酸鈉，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為原料(DMC)合成的。改善了水煤漿 的各項(xiàng)性能，具有很好的降黏效果，并明顯增強(qiáng)了漿體的靜態(tài)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡單的兩性水煤漿分散劑及其制備方法，按本發(fā)明的方法制成的兩性水煤漿分散劑在保持分散劑兩性的前提下明顯改 善了煤粒表面的電荷狀況進(jìn)而改變煤表面的疏水性。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制備方法如下
1) 首先在裝有溫度計(jì)，攪拌器和油水分離器的三口燒瓶中加入70g的聚乙二 醇和0.45g的阻聚劑對苯二酚，升溫到80。C，待聚乙二醇和對苯二酚攪拌均勻后， 再依次加入30.2g的丙烯酸、2.1g的催化劑對甲苯磺酸和30.1g的帶水劑二甲苯， 繼續(xù)升溫至13(TC 15(TC,待油水分離器中不再有水生成時反應(yīng)結(jié)束，降溫至90 "C時，減壓蒸餾，除去未反應(yīng)的丙烯酸和水，催化劑和阻聚劑以無色晶體析出， 分離，得到棕黃透明的液體；
2) 將棕黃透明的液體用Na2C03溶液調(diào)到中性,然后用飽和的NaCl溶液洗滌， 再用30ml乙醚萃取，分離有機(jī)層，過濾，在低于9(TC下減壓真空干燥24h，得到 中間產(chǎn)物I;
3) 在裝有攪拌器、冷凝管、滴液漏斗和溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入24g去離 子水、28g磺酸鹽或磺酸、13.25g陽離子單體和1.3g亞硫酸氫鈉，攪拌溶解，然 后在攪拌下加熱升溫至7(TC時，開始滴加中間產(chǎn)物I的水溶液和過硫酸鹽水溶液， 所說的中間產(chǎn)物I的水溶液是由13g的中間產(chǎn)物I與25g水的混合物，過硫酸鹽水 溶液是3.2§的過硫酸鹽與3(^水的混合物，之后保溫反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢，將反應(yīng) 物冷卻至4(TC 50。C時，加入堿液中和至pH-7，得到兩性離子分散劑的聚合物溶 液。
本發(fā)明的聚乙二醇選自分子量為200 1000的聚乙二醇；磺酸鹽選自2-丙烯 酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸或苯乙烯磺酸鈉；陽離子單體選自烯丙基三甲基氯化銨或 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；堿液選自質(zhì)量濃度為30% 35%的氫氧化鈉、氫 氧化鉀或氨水；引發(fā)劑為帶有S2082--HS03—的(NH4) 2SA/NaHS03或K2SA/NaHS03氧化還 原體系。本發(fā)明合成的兩性水煤漿分散劑，其結(jié)構(gòu)式為:
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其中-
M代表氫、鈉、鉀或氨基；
A代表一x-yU1
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m為5 13
X和Y彼此獨(dú)立的代表被一個或兩個氮、氧或硫原子間隔的直鏈C2 Cs亞烴 基或支鏈C3 C8亞烴基鏈，或5或6元脂肪族環(huán)，或表示羰基。
Rj、 R2、 R3、 R4彼此獨(dú)立的代表氫、Ci Q烷基、C2 C4羥基烷基、d C4 垸氧基、苯基或被鹵素、烷氧基、烷基取代的芳香族取代基。
本發(fā)明制備合成的兩性水煤漿分散劑，在保持分散劑兩性的前提下弓l入了長 鏈基團(tuán)，可以明顯改善煤粒表面的電荷狀況進(jìn)而改變煤表面的疏7jC性，因而起到 很好的降粘效果。這一新產(chǎn)品的出現(xiàn)，不僅增加了水煤漿分散劑產(chǎn)品的種類，對 我國水煤漿分散劑的發(fā)展具有及其重要的意義；同時新的合成路線的設(shè)計(jì)成功， 不僅僅合成了這一系列的水煤漿分散劑，同時為我們以后用這種新的合成方法合 成其他新型水煤槳分散劑產(chǎn)品提供的條件。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:首先在裝有溫度計(jì)，攪拌器和油水分離器的三口燒瓶中加入70g的聚乙二醇和0.45g的阻聚劑對苯二酚，升溫到80。C,待聚乙二醇和對苯二酚攪 拌均勻后，再依次加入30.2g的丙烯酸、2.1g的催化劑對甲苯磺酸和30.1g的帶水 劑二甲苯，繼續(xù)升溫至11(TC,待油水分離器中不再有水生成時反應(yīng)結(jié)束，降溫至 90'C時，,蒸餾，除去未反應(yīng)的丙烯酸和水，催化劑和阻聚劑以無色晶體析出， 分離，得到棕黃透明的液體；
將棕黃透明的液體用質(zhì)量濃度為5%的他20)3溶液調(diào)到中性，然后用飽和的 NaCl溶液洗滌，再用30ml乙醚萃取，分離有機(jī)層，過濾，在低于9(TC下減壓真 空干燥24h，得到中間產(chǎn)物I;
在裝有攪拌器、冷凝管、滴液漏斗和溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入24g去離子 水、28g苯乙烯磺酸鈉、13.25g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和L3g亞硫酸氫 鈉，攪拌溶解，然后在不斷攪拌下加熱升溫至70'C時，開始滴加中間產(chǎn)物I的水 溶液和過硫酸銨水溶液，并在lh 2h內(nèi)滴加完畢，所說的中間產(chǎn)物I的水溶液是 由13g的中間產(chǎn)物I與25g水的混合物，過硫酸銨水溶液是3.2g的過硫酸銨與30g 水的混合物，之后保溫反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢，將反應(yīng)物冷卻至4(TC 5(TC時，緩漫 加入堿液中和至pH-7，得到兩性離子分散劑的聚合物溶液。
本實(shí)施例制備出的兩性水煤漿分散劑，其結(jié)構(gòu)式如下-
實(shí)施例2:首先在裝有溫度計(jì)，攪拌器和油水分離器的三口燒瓶中加入70g 的聚乙二醇和0.45g的阻聚劑對苯二酚，升溫到8(TC，待聚乙二醇和對苯二酚攪
<formula>formula see original document page 8</formula>拌均勻后，再依次加入30.2g的丙烯酸、2.1g的催化劑對甲苯磺酸和30.1g的帶水 劑二甲苯，繼續(xù)升溫至14(TC，待油水分離器中不再有水生成時反應(yīng)結(jié)束，降溫至 9(TC時，減壓蒸餾，除去未反應(yīng)的丙烯酸和水，催化劑和阻聚劑以無色晶體析出， 分離，得到棕黃透明的液體；
將棕黃透明的液體用質(zhì)量濃度為5W的Na2C03溶液調(diào)到中性，然后用飽和的 NaCl溶液洗滌，再用30ml乙醚萃取，分離有機(jī)層，過濾，在低于9(TC下減壓真 空干燥24h，得到中間產(chǎn)物I;
在裝有攪拌器、冷凝管、滴液漏斗和、鵬計(jì)的四口燒瓶中，加入24g去離子 水、28g的2-丙烯酰胺基-2-甲基-l-丙磺酸、13.25g烯丙基三甲基氯化銨和1.3g亞 硫酸氫鈉，然后在不斷攪拌下加熱升溫至7(TC時，開始滴加中間產(chǎn)物I的水溶液 和(NH4)2S20s水溶液，并在lh 2h內(nèi)滴加完畢，所說的中間產(chǎn)物I的水溶液是由 13g的中間產(chǎn)物I與25g水的混合物，(NH4)2S208水溶液是3.2g的0^4)^208與30g 水的混合物，之后保溫反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢，將反應(yīng)物冷卻至4(TC 5(TC時，緩慢 加入堿液中和至pH=7，得到兩性離子分散劑的聚合物溶液。
本實(shí)施例制備出的兩性水煤漿分散劑，其結(jié)構(gòu)式如下
C一NH—C(CH3)2—CH2—S03 CH2—C—CH2—CH——CH2—CH+
CH2=CH—C—0"tC2H40jC
CH2-N^~CH3 CH3
9
權(quán)利要求
1、兩性水煤漿分散劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先在裝有溫度計(jì)，攪拌器和油水分離器的三口燒瓶中加入70g的聚乙二醇和0.45g的阻聚劑對苯二酚，升溫到80℃，待聚乙二醇和對苯二酚攪拌均勻后，再依次加入30.2g的丙烯酸、2.1g的催化劑對甲苯磺酸和30.1g的帶水劑二甲苯，繼續(xù)升溫至130℃～150℃，待油水分離器中不再有水生成時反應(yīng)結(jié)束，降溫至90℃時，減壓蒸餾，除去未反應(yīng)的丙烯酸和水，催化劑和阻聚劑以無色晶體析出，分離，得到棕黃透明的液體；2)將棕黃透明的液體用Na2CO3溶液調(diào)到中性，然后用飽和的NaCl溶液洗滌，再用30ml乙醚萃取，分離有機(jī)層，過濾，在低于90℃下減壓真空干燥24h，得到中間產(chǎn)物I；3)在裝有攪拌器、冷凝管、滴液漏斗和溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入24g去離子水、28g磺酸鹽或磺酸、13.25g陽離子單體和1.3g亞硫酸氫鈉，攪拌溶解，然后在攪拌下加熱升溫至70℃時，開始滴加中間產(chǎn)物I的水溶液和過硫酸鹽水溶液，所說的中間產(chǎn)物I的水溶液是由13g的中間產(chǎn)物I與25g水的混合物，過硫酸鹽水溶液是3.2g的過硫酸鹽與30g水的混合物，之后保溫反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢，將反應(yīng)物冷卻至40℃～50℃時，加入堿液中和至pH＝7，得到兩性離子分散劑的聚合物溶液。
2、 如權(quán)利要求1所述的兩性水煤漿分散劑的制備方法，其特征在于所說的 聚乙二醇選自分子量為200 1000的聚乙二醇。
3、 如權(quán)利要求1所述的兩性水煤漿分散劑的制備方法，其特征在于所說的 磺酸鹽選自2-丙烯M基-2-甲基-l-丙磺酸或苯乙烯磺酸鈉。
4、 如權(quán)利要求1所述的兩性水煤漿分散劑的制備方法，其特征在于所說的陽離子單體選自烯丙基三甲基氯化銨或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨。
5、 如權(quán)利要求1所述的兩性水煤槳分散劑的制備方法，其特征在于所說的堿液選自質(zhì)量濃度為30% 35%的氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水。
6、 如權(quán)利要求1所述的兩性水煤漿分散劑的制備方法，其特征在于所說的過硫酸鹽為(肌)&08或K2S208。
7、 一種如權(quán)利要求1所述的兩性水煤漿分散劑的制備方法制成的兩性水煤漿 分散劑，其結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中M代表氫、鈉、鉀或者為氨基；<formula>formula see original document page 3</formula>A代表<formula>formula see original document page 3</formula>B代表 CH3 或m為5 13X和Y彼此獨(dú)立的代表可被一個或兩個氮、氧或硫原子間隔的直鏈C2 亞烴基或支鏈C3 C8亞烴基鏈，或5或6元脂肪族環(huán)，或表示羰基；R，、 R2、 R3、 R4彼此獨(dú)立的代表氫、C! Cs烷基、C2 C4羥基烷基、d 焼氧基、苯基或被鹵素、烷氧基、烷基取代的芳香族取代基。
全文摘要
兩性水煤漿分散劑及其制備方法，采用聚乙二醇和阻聚劑對苯二酚混合后再依次加入丙烯酸、催化劑對甲苯磺酸和帶水劑二甲苯，升溫反應(yīng)減壓蒸餾，得到棕黃透明的液體；將棕黃透明的液體用Na₂CO₃溶液調(diào)到中性，然后用飽和的NaCl溶液洗滌，再用30ml乙醚萃取，得到中間產(chǎn)物I；將用去離子水、磺酸鹽或磺酸、陽離子單體和亞硫酸氫鈉，攪拌溶解，然后滴加中間產(chǎn)物I的水溶液和過硫酸鹽水溶液反應(yīng)，得到兩性離子分散劑的聚合物溶液。本發(fā)明制備合成的兩性水煤漿分散劑，在保持分散劑兩性的前提下引入了長鏈基團(tuán)，可以明顯改善煤粒表面的電荷狀況進(jìn)而改變煤表面的疏水性，因而起到很好的降粘效果。
文檔編號C10L1/32GK101564663SQ200910022578
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者張萬斌, 張光華, 朱雪丹, 來智超, 鄭秀榮, 齊晶晶 申請人:陜西科技大學(xué)