一种无氯煤炭运输储存防冻剂的制作方法

[0001]
本发明涉及煤炭储存运输领域，具体涉及一种无氯煤炭运输储存防冻剂。


背景技术：

[0002]
煤炭在运输或者储存之前，出于提高热效率以及安全方面考虑会进行洗煤过程也叫选煤，是对煤炭的精处理，这就导致处理好的煤炭含水量较高，一般可以达到6.5％～14％。研究表明煤的含水量高于8％时其冻黏强度较大，特别是在我国冬季较为寒冷的北方地区；导致在运输煤炭过程中发生煤水冻结和难以装卸等问题，严重降低了煤炭运输效率。
[0003]
为解决这一问题，国内外尝试过的方法如振动法、爆破法、电加热法和结冻库法等，但都存在效果、操作性和成本方面的缺陷。目前领域内较为常用的措施是在煤炭表面喷洒可以有效降低水凝固点的防冻剂。氯化钙因降凝效果好，售价低廉而常被作为煤炭防冻剂的无机降凝组分。公开号为cn101381594a的中国专利公开了一种煤炭防冻剂，该防冻剂的组分及配比为：羧甲基纤维素钠1～3重量份；氯化镁5～15重量份；氯化钙5～15重量份；硼酸0.05～0.2重量份；水75～80重量份。该防冻剂的配置方法包括如下步骤：(1)在1号反应釜中加入1/2组分水，常温常压下慢慢加入羧甲基纤维素钠并搅拌均匀直至全部溶解备用；(2)在2号反应釜中加入剩余的1/2组分水，常温常压下慢慢加入氯化钙、氯化镁和硼酸并搅拌均匀直至全部溶解备用；(3)将预先配置好的1号和2号反应釜中的溶液置于3号反应釜中常温搅拌20分钟即可得到该防冻剂。虽然凝固点显著降低，但氯化物的过量加入不仅会造成煤质氯含量超标影响煤炭出口，而且会导致煤炭燃烧过程中有害污染物质的排放，更会加快运输和燃烧设备的腐蚀速率减少装置寿命。因此开发含氯量低甚至无氯的煤炭运输防冻剂是环境保护和降低成本的共同要求。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种无氯煤炭运输储存防冻剂。
[0005]
这种无氯煤炭运输储存防冻剂，包括：水溶性无机降凝组分、水溶性有机降凝组分、金属缓蚀剂、增稠剂和水。
[0006]
作为优选，所述防冻剂中水溶性无机降凝组分的质量百分数为30～40％，水溶性有机降凝组分的质量百分数为10～25％，金属缓蚀剂的质量百分数为0.5～2％，增稠剂的质量百分数为10～20％，水的质量百分数为30～40％。
[0007]
作为优选，水溶性无机降凝组分为四水硝酸钙、六水硝酸镁、硝酸钠、亚硝酸钠、钙镁醋酸盐、醋酸钠、甲酸钠、碳酸钠和硅酸钠中的一种或多种混合物。
[0008]
作为优选，水溶性有机降凝组分为丙三醇、丁二醇、甲醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、丙二醇、己二醇、木糖醇、聚丙二醇和山梨糖醇中的一种或多种混合物。
[0009]
作为优选，金属缓蚀剂为硼砂、钼酸钠、亚硝酸钠和苯并三氮唑中的一种或多种混合物。
[0010]
作为优选，增稠剂为脂肪醇类、脂肪酸类、烷醇酰胺类、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、
peg-150二硬脂酸酯、氧化胺、膨润土、硅酸铝、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、水溶性聚氨酯类、聚葡萄糖、果胶、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚乳糖、低聚木糖和大豆低聚糖中的一种或多种混合物。
[0011]
这种无氯煤炭运输储存防冻剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012]
步骤1、取一半体积的水置于a容器中，加入水溶性有机降凝组分和增稠剂，充分搅拌直至完全溶解；如果水溶性有机降凝组分中包含高分子聚合物，则搅拌至完全溶胀；
[0013]
步骤2、取另一半体积的水置于b容器中，加入水溶性无机降凝组分和金属缓蚀剂，充分搅拌直至完全溶解；
[0014]
步骤3、将a容器和b容器中配好的溶液加入到c容器中，继续充分搅拌直至完全互溶；将配制完成的无氯煤炭运输储存防冻剂灌装。
[0015]
作为优选，步骤3中充分搅拌的时长为30min以上。
[0016]
本发明的有益效果是：本发明针对常用煤炭防冻剂中氯盐含量过高的情况，提供了一种无氯煤炭运输储存防冻剂；通过增加水溶性有机降凝成分的含量来弥补因氯盐缺失带来的降凝效果不足的问题，起到有效降低凝固点的作用；经过对成分和加料比例的调整，使得凝固点维持在-30℃～-45℃范围内；经过筛选最终确定了增稠剂的种类和加入量，使得防冻剂拥有更高的黏度和更强的挂壁性，大大提高了防冻剂的防冻效果和利用率。同时达到零氯添加，防冻剂的组成成分在煤炭燃烧反应后均不会产生有毒性气体和污染性物质，属于环境友好型添加剂。本发明通过金属腐蚀试验证明，该煤炭防冻剂对钢材质、铜材质和铝材质的设备无腐蚀性，减缓燃烧设备的腐蚀速率，降低了设备的维护和保养成本。本发明通过对喷洒煤炭防冻剂前后的无烟煤标样热值进行测量，发现煤炭的放热量不会受到影响。
具体实施方式
[0017]
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0018]
本发明针对常用煤炭防冻剂中氯盐含量过高的情况，提供了一种无氯煤炭运输储存防冻剂；不仅起到有效降低凝固点的作用，同时达到零氯添加，减缓运输和燃烧设备的腐蚀速率；此外由于增稠剂组分的引入进一步减缓防冻剂沿车厢内壁以及煤块间隙向下流淌的速度，提高了防冻剂的防冻效果和利用率。
[0019]
实施例1：
[0020]
按照各组分质量百分数称取物料：向a容器中加入水溶性有机降凝组分(聚乙二醇20％)和增稠剂(羟乙基甲基纤维素5％)，再加入水20％，室温溶胀2小时后，再加热至45℃，充分搅拌30min至完全溶解备用；向b容器中依次加入金属缓蚀剂(苯并三氮唑1％，硼砂0.5％)、水溶性无机降凝组分(醋酸钠20％，甲酸钠13.5％)，再加入水20％，充分搅拌20min至完全溶解。最后将a容器和b容器中的溶液充分混合再次搅拌10min即得到本发明所述煤炭防冻剂。
[0021]
实施例2：
[0022]
按照各组分质量百分数称取物料：向a容器中加入水溶性有机降凝组分(聚乙烯醇
20％)和增稠剂(羟乙基甲基纤维素5％)，再加入水20％，室温溶胀2小时后再加热至45℃充分搅拌30min至完全溶解备用；向b容器中依次加入金属缓蚀剂(苯并三氮唑1％，硼砂0.5％)、水溶性无机降凝组分(醋酸钠20％和甲酸钠13.5％)，再加入水20％，充分搅拌20min至完全溶解。最后将a容器和b容器中的溶液充分混合再次搅拌10min即得到本发明所述煤炭防冻剂。
[0023]
实施例3
[0024]
按照各组分质量百分数称取物料：向a容器中加入水溶性有机降凝组分(丙三醇20％)和增稠剂(脂肪酸聚氧乙烯醚硅酸钠5％)，再加入水20％，室温溶胀2小时后再加热至45℃充分搅拌30min至完全溶解备用；向b容器中依次加入金属缓蚀剂(苯并三氮唑1％、硼砂0.5％)、水溶性无机降凝组分(硅酸钠20％和甲酸钠13.5％)，再加入水20％，充分搅拌20min至完全溶解。最后将a容器和b容器中的溶液充分混合再次搅拌10min即得到本发明所述煤炭防冻剂。
[0025]
实施例4
[0026]
按照各组分质量百分数称取物料：向a容器中加入水溶性有机降凝组分(己二醇20％)和增稠剂(脂肪酸聚氧乙烯醚硅酸钠5％)，再加入水20％，室温溶胀2小时后再加热至45℃充分搅拌30min至完全溶解备用；向b容器中依次加入金属缓蚀剂(苯并三氮唑1％、硼砂0.5％)、水溶性无机降凝组分(硅酸钠20％和甲酸钠13.5％)，再加入水20％，充分搅拌20min至完全溶解。最后将a容器和b容器中的溶液充分混合再次搅拌10min即得到本发明所述煤炭防冻剂。
[0027]
实施效果：
[0028]
对上述实施例1至实施例4中四种配方和配比的煤炭防冻剂进行了一些列性能方面的测试，包括凝固点、黏度、含氯量和金属腐蚀情况的测试；其测试结果见下表1。
[0029]
表1煤炭防冻剂常规性能测试表
[0030]
项目实施例1实施例2实施例3实施例4实验标准凝固点/℃-43.2-45.4-39.1-40.6sh/t 0090-1991黏度(25℃)mpa.s7.828.138.548.65gb/t 5561-2012含氯量/mg/kg0000dl/t 433-2015
[0031]
通过表1首先发现实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂均能有效降低凝固点，能够良好解决我国北方地区冬季煤炭运输的需求；其次，实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂均具有良好的黏度，因此在实际应用环境中也相应地具有较好煤表面附着能力和车厢挂壁能力，提高了防冻剂的利用效率；最后发现实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂的含氯量均为0，总的来说实现了无氯降凝的预期目的。
[0032]
进一步对防冻剂的金属腐蚀性进行测试：分别取得尺寸为5cm
×
5cm
×
2mm的铁片、铝片和铜片各四块，分别浸没于实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂中；三周时间后取出观察金属片腐蚀情况，测试结果见下表2。
[0033]
表2煤炭防冻剂金属腐蚀性能测试表
[0034]
材质实施例1实施例2实施例3实施例4铁片无腐蚀无腐蚀无腐蚀无腐蚀铝片无腐蚀无腐蚀无腐蚀无腐蚀
铜片无腐蚀无腐蚀无腐蚀无腐蚀
[0035]
通过表2发现实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂对煤炭储存运输以及燃烧过程中接触到的金属材质均无腐蚀性，可有效降低设备的维护和保养成本。
[0036]
进一步，对喷洒防冻剂前后的煤炭燃烧放热情况进行了探索，即防冻剂的引入是否会导致煤炭因燃烧不充分以及终产物改变等原因降低热值。具体操作为：采用氧弹燃烧法来测定煤炭的热值，煤样品采用gbw11112i标准无烟煤，苯甲酸采用gbw(e)130035标样，实验方法采用gb/t 213-2008进行测试。准确称取五份标准无烟煤各约1g左右，记录数值，前四份分别用移液枪各加入50μl的实施例1至实施例4制备的煤炭防冻剂样品，第五份无任何添加，装入氧弹时将样品轻轻压实，将氧弹拧紧后，向含空气的氧弹中充入高纯氧气至3.0mpa，然后将氧弹放入设备中点火测量并记录结果，其记录结果如下表3：
[0037]
表3煤炭涂抹防冻剂后热值测量情况
[0038] 燃烧样1燃烧样2燃烧样3燃烧样4参比样热值/j
·
g-1
28806.9528789.6628612.2128534.6727758.35
[0039]
通过上表3发现由于煤炭燃烧过程中，防冻剂自身有机组分同时燃烧放热，因此四份涂抹防冻剂后的煤炭燃烧样热值较参比样均有一定程度提高，该测试结果说明防冻剂的引入不会影响煤炭自身燃烧的热释放量。

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