專利名稱:含聚(烯化氧)表面活性劑和羥烷基半乳甘露聚糖的煤-水混合物的制作方法
本發(fā)明涉及具有理想流動性和穩(wěn)定性的煤-水混合物。更具體地說，本發(fā)明涉及由聚(烯化氧)表面活性劑和半乳甘露聚糖的羥烷基醚組成的煤-水混合物。
美國專利No.4，242，098發(fā)表了在煤水漿中使用水溶性聚合物，如羥丙基瓜耳膠或羧甲基羥丙基瓜耳膠，使得高固體含量的煤水漿有可能被壓出、泵送和運(yùn)輸。
美國專利第4，441，889號發(fā)表了既含呫噸膠(xan than gum)又含瓜耳膠并有非離子型表面活性劑的穩(wěn)定煤-水混合物。專利發(fā)表了包括乙氧基化的烴基酚，乙氧基化、丙氧基化的丙二醇，和乙氧基化、丙氧基化的亞烷基二胺在內(nèi)的多種非離子型表面活性劑的實例。
本發(fā)明涉及的煤-水混合物包括a)來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)表面活性劑;b)由半乳甘露聚糖的羥烷基醚組成的聚合物穩(wěn)定劑。本發(fā)明也涉及上述煤-水混合物的制備方法，包括ⅰ)由粉粒狀煤、水、和來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)表面活性劑形成混合物;ⅱ)向所得混合物中添加由半乳甘露聚糖的羥烷基醚組成的穩(wěn)定劑;ⅲ)攪拌所得制品，形成均勻的混合物。
本發(fā)明的煤-水混合物是煤和含聚(烯化氧)表面活性劑的水基液體和改性的聚糖穩(wěn)定劑的混合物?！懊骸边@一詞是用來指市場上可買到的不同種類與品位的煤的通稱。優(yōu)先選用煤的具體實例有有來自西弗吉尼亞州的低揮發(fā)分煙煤，來自肯塔基州、俄亥俄州或亞利桑那州的高揮發(fā)分煙煤，和來自蒙大拿州的次煙煤，它們都可用于本發(fā)明的實施。無煙煤、半無煙煤、中與高揮發(fā)分煙煤和褐煤也可用于本發(fā)明。
供本發(fā)明使用的煤，可呈干態(tài)或濕態(tài)，并與流體混合形成煤一流體漿。供制造微粒粒級用的煤，最好先用已知方法濕磨，以防粉塵與爆炸事故。濕磨煤粉既可與全部水共同攪拌，也可與足夠的過量水混合制成容易在管道中泵抽的水漿，當(dāng)再與粗粉化煤粉混合時就形成煤-水漿。
在一個最佳的實施方案中，先把本發(fā)明的煤-流體漿用的煤粉化。在本說明書中使用的“粉煤”(或“p.c.”)一詞，是指已研磨到稠度約為40目×0的煤。 參見《理化手冊》第51版，CRC出版公司，俄亥俄，克利弗蘭，1970-71，第F-199頁，其內(nèi)容合并于此以供參考。
鑒于煤在研磨時破碎的方式，煤粉粒是呈不規(guī)則形狀的。但其整體(或最大的兩邊間厚度)的亞篩型的松散粉粒會越過篩網(wǎng)的特定網(wǎng)目。松散粉粒的大小可用球徑表示。這里用的“球徑”一詞的定義為從16目(1.18mm)到1400目(0.038mm)的美國篩眼孔徑或折合成微米單位，煤或煤-水漿試樣的粉粒能穿過這樣的篩眼。比200目更細(xì)的粉粒，其粒徑可用mm表示，可用細(xì)篩、沉降測定儀、或掃描電子顯微鏡(SEM)來測量。在一最佳實施方案中，約85%到約90%粉粒的粒徑小于200目。
各種煤的混合物也可用于本發(fā)明的水漿中。下面為了舉例說明而不是對本發(fā)明加以限制，我們可以用含小于約30%(重量)可揮發(fā)烴的粗煤粉(如無煙煤或低揮發(fā)分煙煤)，和含大于約35%(重量)可揮發(fā)烴的細(xì)煤粉(如褐煤或高揮發(fā)分煙煤)的混合物。我們也可以用兩種或多種上述粗煤粉和一種上述細(xì)煤粉的混合物，也可以用一種上述粗煤粉和兩種或多種上述細(xì)煤粉的混合物，也可以用兩種或多種上述粗煤粉和兩種或多種上述細(xì)煤粉的混合物。
本發(fā)明的水漿包括一種或多種水基液體。用于本說明書中的“液體”一詞，是指水、和與水混溶的醇類。供本發(fā)明水漿用的水基液體應(yīng)至少執(zhí)行兩項功能-填充含碳固體物料的隙孔和為減少粉粒間的碰撞而提供載體。因此，優(yōu)先選用的水基液體是一種載體水基液體。
在一最佳實施方案中，用于本發(fā)明水漿中的水基液體是載體水。用于本說明書中的“載體水”是指分散在煤粉粒間的并鄰接粉粒邊界層的自由水的主要部分，而不同于結(jié)合水。“結(jié)合水”一詞是指保留在“結(jié)合水層”上的水，這在Kirk-Othemer編的《化工大全》第2版第22卷第90-97頁(在第91頁)上有定義和舉例說明。
在本發(fā)明煤-水漿中用作“載體水”的水可以是任何能得到的水，如礦泉水、井水、河水或湖水，或者是礦物鹽含量低的淡化海水，這種淡化海水使結(jié)合水層和載體水界面的電化學(xué)性能得以按照本發(fā)明加以控制，同時，研磨設(shè)備、管道和加熱爐的腐蝕也會減至最小并得到控制。
當(dāng)向粉碎的含碳粉料中添加水，如果粉料被水“潤濕”時，則與周圍的“自由水”或整體水結(jié)構(gòu)不同的表面水膜會吸附在每一粉粒上。此膜被稱作“半鋼性”或“結(jié)合水”膜。此膜的厚度隨表面的固有電勢而定，可以是幾個分子層的厚度。
在另一實施方案中，水和與水混溶的醇類的混合物是本發(fā)明水漿中的水基液體。這種醇類與水可完全混溶或部分混溶，如甲醇、乙醇、正丙醇，異丙醇、叔丁醇、甘油等。下面為舉例說明而不是對本發(fā)明加以限制，我們可以用約1%到約49%(體積)的醇和約51%到99%(體積)的水組成的混合物。在一個最佳實施方案中，混合物含約1%到約15%(體積)醇，其余主要是水。醇最好是液態(tài)的與水可混溶的，分子中含約1到約10個碳原子，如甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、甘油等。
高固體含量的煤水漿，特別是煤水漿的管道輸送是眾所周知的。高固體含量的煤水漿的定義，通常是以煤-水混合物的重量為基數(shù)，含有約50%到約80%(重量)的粉粒煤。本發(fā)明的煤水漿可含約50%到約80%(重量)的粉粒煤，但最好含約65%到約70%(重量)的粉粒煤。
在本發(fā)明中適用的聚(烯化氧)表面活性劑是一長鏈有機(jī)化合物或其混合物，分子鏈中有來自環(huán)氧乙烷的明顯親水段和來自高級烯化氧的明顯疏水段。當(dāng)以約0.1%(重量)或高于此的含量加到水溶液中，生成具有表面張力低于50達(dá)因/厘米的水溶液。適宜的表面活性劑實例有如環(huán)氧乙烷與高級烯化氧(如環(huán)氧丙烷)的水起始的嵌段共聚物。具體實例包括BASF公司商名Pluronic的環(huán)氧乙烷的嵌段共聚物。
半乳甘露聚糖的羥烷基醚是本發(fā)明煤-水混合物中的另一主要組分。在本發(fā)明中實用的是一種聚糖-半乳甘露聚糖。這種聚糖通過其自由羥基與下列嵌段共聚物作用而被醚化，由烯化氧、低級鏈烷醇(如甲醇)起始的環(huán)氧乙烷和高級烯化氧的嵌斷共聚物，由高級烯化氧、低級二元醇(如乙二醇或丙二醇)起始的環(huán)氧乙烷和高級烯化氧的嵌斷共聚物等。
半乳甘露聚糖是由半乳糖和甘露糖重復(fù)單元組成的。半乳甘露聚糖的來源包括豆科植物的種子，如瓜耳樹種子和刺槐豆的胚乳。
較好的羥烷基醚是羥烷基瓜耳膠，如羥丙基瓜耳膠和羥乙基瓜耳膠。這兩種膠一般通過烯化氧，如環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷分別與瓜耳膠發(fā)生堿催化反應(yīng)來制備?！鞍肴楦事毒厶堑牧u烷基醚”一詞，也包括混合衍生物。如其中既用烯化氧又用第二醚化劑來醚化的半乳甘露聚糖。合適的第二醚化劑包括第二烯化氧和/或烷基化劑，如氯化甲烷之類的烷基鹵。用這種第二醚化劑會生成混合的半乳甘露聚糖的羥烷基醚。為了不致使半乳甘露聚糖的羥烷基醚性能變劣，第二醚化劑的用量應(yīng)加以控制。例如，適用于本發(fā)明的半乳甘露聚糖的羥烷基醚，具有的羥丙基摩爾取代(m.s.)度范圍在水系統(tǒng)中為約0.02到約3.0，在醇系統(tǒng)中為約0.2到約4.0;具有的甲基摩爾取代度范圍為約0.01到約2.0。
羥烷基醚衍生物的混合物也當(dāng)然可用，如羥丙基瓜耳膠和羥乙基瓜耳膠的混合物和羥丙基瓜耳膠和羥丙基甲基瓜耳膠的混合物都可在本發(fā)明中應(yīng)用。
半乳甘露聚糖的羥烷基醚以一定份量添加到煤-水混合物中，使煤-水混合物中醚化半乳甘露聚糖的總濃度(以煤水-混合物的重量為基數(shù))從約0.02%到約0.2%不等。
當(dāng)制備本發(fā)明的煤-水混合物時，最好在加穩(wěn)定劑之前，先把非離子型表面活性劑加到含碳水漿中以防止煤粉粒表面和作為穩(wěn)定劑的改性聚糖聚合物間的相互作用;否則，便可發(fā)生這種作用。
更具體地說，在制備本發(fā)明的煤-水混合物時，首先把表面活性劑及其它想要添加的助劑，如常規(guī)的消泡劑等加到水中，在低速攪拌的條件下(如約500rpm到約1，500rpm，最好是約1，000rpm)攪拌一段時間，時間范圍約30秒到約3分鐘，最好是約1分鐘。把含水混合物注入含有粗磨煤(例如最大粒徑1/4英寸)的球磨機(jī)中。煤的數(shù)量(以注入球磨機(jī)的煤、水、化學(xué)制品等總物料的百分?jǐn)?shù)的形式)可從50%到75%不等，常用的是70%。與被研磨物料的量有關(guān)的球徑和裝入量，是根據(jù)通常技術(shù)實踐來決定的，如決定其它研磨參數(shù)(例如轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動持續(xù)時間)一樣。為了使研磨保持恒定的粒徑分布，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)研磨參數(shù)來補(bǔ)償由于煤種和/或化學(xué)添加劑造成的差別。
濕磨法制成煤-水混合物之后，加水使其中所含的固體達(dá)到預(yù)期的含量。借助輕度攪拌，最好把聚合物穩(wěn)定劑以粉末形式加到混合物中，以3-4000r.p.m.的速度攪拌30-40分鐘。過了這段時間，聚合物就完全溶解。最后，加入溶液或粉末狀防腐劑(如甲醛)。
另一高固體含量、流動性的煤-水混合物的制備方法，是把粉化煤分散在由下列組分組成的溶液中。這些組分是表面活性劑、水，需要時還可有，如消泡劑或PH調(diào)節(jié)劑等其它加工助劑。粉化煤通常研磨到有75%-90%通過泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩200目。借助優(yōu)先選用的方法，在筒式容器中嵌入相隔90°的4塊檔板，同時四漿高速攪拌機(jī)以500-1500r.p.m.的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。檔板尺寸是與容器的幾何形狀有關(guān)，并符合標(biāo)準(zhǔn)工程原理。把粉化煤緩緩添加到被攪拌的溶液中，當(dāng)全量注入后，再追加攪拌15-60分鐘。然后在輕度攪拌下(2-400r.p.m.)添加聚合物穩(wěn)定劑，并使之完全溶解。
這里使用的代表性的攪拌或分散裝置包括，例如，Premiere研磨公司的“Hi-Vispersator”高速分散機(jī)。
當(dāng)然，上面指出的停留時間，混合速度等參數(shù)都應(yīng)隨具體加工要求(如組分體積、裝置尺寸、攪拌效率等)而變化。因此，本發(fā)明的這些加工要求條件可隨著操作的規(guī)模，如中間工廠、工廠等作相應(yīng)的調(diào)整。如上所示，可以加到煤-水混合物中的添加劑包括消泡劑、鹽類、堿類、或其它調(diào)節(jié)劑，還有這些物料的供應(yīng)。通?？捎玫南輨┦浅Ｒ?guī)的、包括含有硅膠和非硅膠的制品。市場上可買到的適用于本混合物的消泡劑是由Colloids公司供應(yīng)的COLLOID
-6910。這一制品通常是由含礦物油、酰胺和酯的混合物組成的。
在制備本發(fā)明的制品時，非離子型表面活性劑與水的重量比為約0.1∶40到約1∶25。在最佳實施方案中，要添加消泡劑來邦助配制。消泡劑與水的重量比為約1∶25到約0.01∶40。然后，粉化煤以約65份重煤對約75份重上述混合物的比例與水混合得到流動性的液體。然后可以加入上述份量的醚化半乳甘露聚糖，在粉粒沉降和床層堆積方面穩(wěn)定這一混合物。也可以混合物總重量的約0.1到約0.3份重的比例添加其它助劑，如鹽類或堿類、抗菌劑(如甲醛)等、粘度穩(wěn)定劑(如氨)等，以進(jìn)一步邦助粉煤的分散并提供其它有利條件。
實施例1開始時不加甲醛或羥丙基半乳甘露聚糖，制成煤-水混合物。通過把下列物料按所示比例注入球磨機(jī)來制備粗制的煤-水混合物，并研磨到有83%(重量)的粉粒能通過泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩200目為止。將下列重量百分?jǐn)?shù)的組分混合表1煙煤(匹茲頓泥炭＃1，1/4英寸，最大粒徑) 70%(重量)乙氧基化壬基酚表面活性劑(Igepal
CO-990;GAF公司) 0.55%(重量)烴基消泡劑 0.30%(重量)水 29.15%(重量)
當(dāng)研磨已使粒徑減小到所述值以后，將物料分成4等分，每份試樣中各加0.05%(重量)的甲醛作為防腐劑。向3份試劑中按下面表2所示的量添加羥丙基半乳甘露聚糖(Galactasol 416;Henkel公司)。
用Haake Rv 12 Rotovisco流變儀來測定初始表觀粘度，(在剪切設(shè)定57.6S-1時剪切應(yīng)力除以剪切率)。表觀粘度測定后，全部4個試樣都放在環(huán)境條件下的靜態(tài)貯罐中8周時間。經(jīng)過這一靜態(tài)貯存期后，借助插入-6英寸金屬機(jī)工規(guī)尺測量聚集在試樣瓶底部的硬堆積沉積物的量。用手輕壓使規(guī)尺穿透水漿直達(dá)硬堆積的沉積物表面時，從規(guī)尺上讀出穿透深度。用總試樣深度的百分?jǐn)?shù)來表示沉積物的量(ho-h)/ho×100克，式中ho＝容器中試樣總深度，h＝非沉積和松散堆積的物料的深度。
表2羥丙基半乳甘露 表觀粘度(CPS) 粘度測定后8周聚糖的%濃度 的初始讀數(shù) 的沉積物%0.0 456 70.40.05 1070 48.10.075 1980 18.80.1 2700 5.0實施例2開始時不加甲醛或羥丙基半乳甘露聚糖，制成煤-水混合物。通過把下列物料按所示的比例注入球磨機(jī)來制備粗制的煤-水混合物，并研磨到有83%(重量)的粉粒能通過泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩200目為止。將下列重量百分?jǐn)?shù)的組分混合表3煙煤(匹茲頓泥炭＃1，1/4英寸，最大粒徑) 70%(重量)環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷嵌段共聚物表面活性劑 0.45%(重量)烴基消泡劑(COLLOIDS
691;Colloids公司) 0.3%(重量)水 29.25%(重量)當(dāng)研磨已使粒徑減小到所述值以后，將物料分成4等份，每份試樣中各加0.05%(重量)的甲醛作為防腐劑。向3份試樣中按下面表4所示的量添加羥丙基半乳甘露聚糖(Galactasol 416;enkel公司)。
用Haake Rv 12 Rotovisco流變儀來測定初始表觀粘度(在剪切設(shè)定57.6S-1時剪切應(yīng)力除以剪切率)。表觀粘度測定后，全部4個試樣都放在環(huán)境條件下的靜態(tài)貯罐中8周時間經(jīng)過這一靜態(tài)貯存期后，用-6英寸金屬機(jī)工規(guī)尺測定聚集在試樣瓶底部的硬堆積沉積物的量。用手輕壓使規(guī)尺穿透水漿直達(dá)硬堆積的沉積物表面，從規(guī)尺上讀出穿透深度。用總試樣高度的百分?jǐn)?shù)來表示沉積物的量(ho-h)/ho×100克，式中ho＝容器中試樣的總深度，h＝非沉積和松散堆積的物料的深度。
表4羥丙基半乳甘露 表觀粘度(CPS) 粘度測定后聚糖的%濃度 的初始讀數(shù) 8周的沉積物%0.00 965 61.210.05 2220 7.20.075 2830 0.00.10 5540 0.0
權(quán)利要求
1.一種煤-水混合物，其特征是a)來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)表面活性劑；b)含半乳甘露聚糖的羥烷基醚的聚合物穩(wěn)定劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中表面活性劑的量足以潤濕存在于混合物中的煤粉粒，其中穩(wěn)定劑的量就粉粒沉降和床層堆積來說足以穩(wěn)定煤水混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中的煤是粉化煤。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中煤的存在量約為50%到約80%(重量)(以煤水混合物為基數(shù))。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中的高級烯化氧表面活性劑是環(huán)氧丙烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中表面活性劑是乙氧基化的、丙氧基化的丙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中半乳甘露聚糖的羥烷基醚是羥丙基醚。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中半乳甘露聚糖的羥烷基醚是瓜耳膠的羥烷基醚。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中穩(wěn)定劑是羥丙基瓜耳膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1的制品，其特征是其中穩(wěn)定劑是羥丙基甲基瓜耳膠。
11.制備煤-水混合物的方法，此方法包括ⅰ)由粉粒狀煤、水、和來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)表面活性劑形成的混合物;ⅱ)向制得的混合物中添加穩(wěn)定量的含半乳甘露聚糖的羥烷基醚的穩(wěn)定劑;ⅲ)攪拌所得到品，形成均勻的混合物。
12.一種輸送或泵送煤-水混合物的改進(jìn)方法，是在煤-水混合物中加入a)來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)表面活性劑;b)含半乳甘露聚糖的羥烷基醚的穩(wěn)定劑。
專利摘要
本發(fā)明提供一種含有來自環(huán)氧乙烷的親水段和來自高級烯化氧的疏水段組成的聚(烯化氧)作表面活性劑、半乳甘露聚糖的羥烷基醚作穩(wěn)定劑的煤-水混合物。具體實例分別包括乙氧基化、丙氧基化的丙二醇和羥丙基瓜耳膠。使用這種表面活性劑和穩(wěn)定劑時，含有50％到80％顆粒煤的煤-水混合物對粉粒沉降和床層堆積表現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)定性。本發(fā)明也提供制備方法，在煤、水、表面活性劑形成的混合物中加入穩(wěn)定劑，制成穩(wěn)定的均勻混合物。有極好的管道運(yùn)輸穩(wěn)定性。
文檔編號C10L10/18GK86104739SQ86104739
公開日1987年4月22日 申請日期1986年7月17日
發(fā)明者羅伯特·E·阿奎特, 道·M·蘭寧格 申請人:亨凱爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan