Влияние лигносульфонатов на процесс получения текучих высококонцентрированных гидросуспензий газового угля тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

НАЩОНАЛША АКДДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ 1НСТИТУТ ШЮКДНО* ХШ* ТА ХПШ ЕОДИ 1м.А.В.ДУМАНСЪКОГО

I

На права:: рукошсу

Для службового корнетушш

Прим. Я Я У

ДЕГТЯРЕНКО Тетлна Драгомир^вна

ШЛИВ лтюслмонлпв НА ПРОЦЕС 0ДЕР2А1ШЯ ТЕКУЧИХ ВИСОКОКОНЦЕНТГОВАШХ Г1ДР0СУСИЮ31Й ГАЗОВОГО ЕУГ1Л1Я

02.00.11 - колоХдна х1м1я

АВТОРЕФЕРАТ

дисергацИ на здобугтя вченого ступеая кандидата х!м1чних наук

Кя1в - 1994 р.

Дисортац1ею е рукопис

. *Ч>бота виконш1а в 1нститут1 колоТдноК xiMi'i та х1мП води 1м. А.ВДуманського HAH Украши

.Науковий кор!ишк:

Кандидат х1м1чних наук, ст.н.с. А.С.Ыакаров Науковий консультант:

Доктоп xiuiqimx наук, професор В.ЮЛретшшик 0ф1цШ1 опоненти:

Доктор х!м1чних наук, професор Ю.Ф.ДеКнега Кандидат техн1чних наук, професор В.Я.Круглицька

üpoBiwm оргий зац1я:

1нститут зико-орган i чаоI xiMi'i та вуглех1мП НАНУкрахни, м. Донецьк

Захнот в!дбудвться ге£>6/£9с 1994р. о год.

на зас1даш1 специал1зовано! вченох ради Д 01.55.01 1истнтуту колоi'дноI xiMil' та xiMii води 1м. А.В.Думанського HAH Укра'пш за адресов; 252142, м. Khib, пр-кт Вернадського, 42

8 дисергац!ею ыохна ознайомитись у 01бл1отец1 1нституту

Автореферат роз1слшшй Г/их-б/С^л, 1994 р.

" ВченяЯ секратар Г**

спец1ал1зовдно! вченоК ради

доктор х!м1ч1шх наук, професор ** \ В.Ю.Тремшник

ЗЛГЛЫЛЛ ХЛРАКтеРИСТЖЛ РОБОТИ

Лктуаль'.исть тега. В зв'лзку ¡з скорочсшшм запаяв нафтч та збмьшенням вартосп П добувашш створония р^зних вид1в па-лива з використаннид гугилл стае актуашюп иеуково-технишою проблемою. Поряд з пшлш напрямками проводят-ьсл роботи по с, во-ренню нового виду р!дкого налива - висококопцентрованих водову-гчльних суспенз1й (ВВЕС), як! являять. собою сукш дисперсного ву-г1лля, води та хпичпих добавок.

Св1това практика викорпсташы ВВЕ'.! як зашшшка котельного налива показала, г>о вони вдв1'п дешпвш! в1д мазуту. ¡.1аючи влготп--вост1 ршшго паллва, ВВБС придптнх для транспортутнгя по трубопроводах на велши в!дстан1 "а спалепня в котлоагрсх'атах без по-переднього знсводгеннл. Кр1м того, особллвост! горшнл ВВВС дають п1дставу вддчести 1х до еколо1ччно чистих вн,;ив налива.

В Украип, де шдчуваеться дефищт традицШшх енергоносив ' - нафти та газу, впкорпстання альтернативного виду налнва - внео-коконцентрованих водовухчлышх суспенгип с ваздлвою народнст'осг1о-дарською падачею. В зв'язку з цим в Постанош ПрезидП' ЛИ Украпш вказана проблема вданчена серед иршритетних нанряшив' розвптку енергстикп в крахи К

иайбиьш складним завданням при створсшн1 водову1чльного налива с проблема добору хйпчних реагент1в - стаб1л1за^ор1Е та пла-стиф1катор1в, як! здапи иадатн систели леобхини реологхч;п вла-стивостх та стаб1лынсть. До педавнього часу ця проблема росв'я-зузалась елшрично для кожного виду вугхлля. Щлеспрямоване регу- ■ люваипя та прогиозуванпя властивостей водовугхлышх суспензий при IX створенн1, транснортуван1П га збер1ганн1 в нрисутносп тих чи 1нших х11.ичних рсах'енпв моиишв! тиьки на основх використання принцип1в ф1зико-х1.м1чно1 меха1пки диснерснпХ систем.

II¡ль роботи: дослЦкепия законом 1рностэй повед'нки шеококоп-центрованих водовуНлышх суспензП! в присутност1 .лтюсульЯоиа-т1в (ЛС) та розробка мето/ив регулювання '¿х реолог1чшх та ф1 зл-ко-х1шчних влас твое гей.

Наукова новизна роботи полягйе в тому, що: - вперше проведено систематична дослиження реолог!чних та ф1зико-х1/.ичних властивостей водовугиьних суспенз!й з газового вуг1лля в присутнос?! л1гносульфонаг1в з урахузанням складу дисперсно'!' фази та природа П поверхлх;

- показано впяив модифмованих лшюсуль$онаг1в та луншого компоненту па власт;:вост1 БВВС. Встаноачено, що в задехност! вщ БольноеТ1 вухчлля, гллыисть та спос1б введения лужного компоненту для одержалня системи з необхЦнимя властивостями повшш1 бути р!знимл;

- розиоблено методику одержанпя водовутчльних суспехЫй в лаборатор"иу. умовах мокрим та сухим способами, а такок експрес-методику ви значения ссдимектацН'шо! сгПжостх концвнтрованих систем;

- вперше розгляьуто вплив хШчних добавок на ступшь та характер контактно!.эзавмодН' м!» частниками дисперсно!-фази ВВВС

в залех-чосг! в1д !х природ» та розг.ир1в, виявлено взаемозв»язок мхк рсологДчними а*астивостями водовуг1льних суспензШ та фгзико-х1м1чшили характеристиками твердо! £ази ВВВС;

- досл!дкено 'адсорбцш л1гносульфонапв на поверхи! дисперсно! фази ВВВС, пропоновштэ механ!зм д*У ДС як poзpiджyвaчiв та стабШзатор1в водовугшлшх сусаензН! та методи регулювання параметр^ ВВЕС в присутносг! лтюсульфэнатхв.

Практична ц^шисть. Результати проведених дослхджень дозволя-ють блище п1д1йти до розум1ння мехахх1зм1в розрдаення. та стабхд1-зацП висококонцен"рова1шх водовуплыхих суспензИ! з метою цие-спрямованого добору виду та к!лькост1 х1мхчних реагент1в, як! на-дають систем! необх1дн1 властивостк

В результат! проведених досглджень розроблен1 рекомэндацп по виготовлешш та шкористанню ново1-пластиф1куючо! добавки для ВВВС на основ! л ¿гносульфонат1в, яка е альтернативною диспергато-ру НФУ, що був закладений в проект першого в СНД вуглепроводу Бе-лово-Новосиб1рсыи Розроблена добавка, яка захищена авторсьшш евх-дотством, усп1шю пройшла дослхдно-промислов1 шпробування на вка-заному вуглепровод!.

Основ»1 науковх положения, що виносяться на захист;

- експер»лдентальн! результати дослхджень реолог1чних, $1зико-х!м1чних властивостей та седиментац1йно! ст1йкост! висококонцент-рованих водовуг1льних суспензШ в присутносг! л1гносульфонат1в;

- досл1дкеная взаемозв'язку'реолог!чних характеристик га ста-биьност! ВВЕС з добавкою л1гносульфонат!в ¡з ф13ико-х!м1чними. властивостями повархн! та ступеней 1 характером конгактних взавмо-

д1Й частинок дисперснох фази систд'м; £ .

- метод регулювання зласги£< с та Л ВБР^ в присутносп ЛС за ' допомогою зи1 ни к1лы'.ост1 та способу введения дугиIого компоненту в зал опишет^ В1д складу дисперсно!' £ази;

- досл1джсш!я вплмву дисперсно! 4ази га природа 11 поверий на реологии властивост1 та сгШисть водову!чльних суспонзМ, рекомеидаци способ1в одержашт БЬЮ з вугилл р1зно1 ьольпосп;

- законом¡раост1 адсорбцхI л1гносульфопат1в на поЕсрхн 1 твердо! Фази ББВЗ та 11 роль при створсшп систем з необх1дн,п.и реолог:чнимл власгквостями;.

- методика влготовления ЬВВО в лабораториях уыовах сухим I иокрим способом, експрес-методика визначення селимегтацШо! стШост! концептрованих суспепзП).

Апробац1я роботи. Результата дисертацШю! робота доповхда-лись та обговорхгаались на 71 Республи<анськ1и конфереицП з ф1-зикохпШ, тоаюлог11 одержашш та Епкорнстання прошен и ^ рвдш, дйспсрсних систем га тампонаташх розчшив (м.1вано-Франк1ЕСьк, 1905 р.), Бсесо>131ий пауково-техшчн! Л конфереицП' "Гидротранс-порт-36" (м.Москва. 1У36 р.), Всесоюзному паук о лому ссшпар! "Использование лш'носул1)'1опатов в народном хозяйство" (м.Пермь, 1УС7р.) Республшапськолу сс;пнар1 "Ф1знко-х1лична моханп<а I Б1брац11',и1 методи на служб! техничного прогресу" (м.Одеса, 1У37 р.), У11 Всесоюзна кон^еренци з поБсрхнепо-акмвних речовин та сировшш для 1'х виробнкцтва («.Белгород, ГлЗб р.), У БсесоюзнН! конйерен-ц1I з хп.и 1 та технолог! 1 твердого налива (;л.!.1осква, 1%Б р.), Бсевопзному семпгар! "Использование гидрогошшва в судовых и промышленных установках" («.Севастополь, IУ р.), Геспублпон-г сыпи науков!¿: сжол1 "Вибротехнология-09" (м.Одеса, р.),

наукових контореиц1ях 1КХХБ ш.А.В.Думанського (м.Шпв, 1>36 р., 1988 р.), ВсесоюзкИ! кон'Херсн'ди "Коллхшдно-хиличсские прблемы экологии" (мЛ.Паськ, 1УУ0 р.), НауковП! конферешШ "Коллоидная химия и физико-химическая механика природных дисперсных систем" (м.Одеса, 1УУЗ р.)

Публ1кан11. За магер1алаш дисертацП опубл1ковано 18 науко-вих статей, 25 таз!в доповдай, одержано 12 авгорських св1доцгв на винаходи.

Структура та об'с;.1 дисертацП. Робота складасться ¡з вегупу, 5 глав, внсповкЛв га додатку. Матер 1ал дисертацп вякладений на 134 сгоршках ыаикшодрукованого тексту, включаючи 19 машэшив, .

10 габлнць та список штопано! литератур«, то м1стть 157 назв В1тчпзшших та закордонних автор!в.

оскошй аист гоботи

У bct.yni обх'рунтовано акгуалыйсть теми дослдаешш, сйорму-льован! шль, иаукова новизна та пракгичча цшнхсть роботи.

В nbQMiil глахп приведено стислий огляд лхтерагури, що в1до-бражач сучасаi уявлення про структуру та властивостх вдсококонцен-тровапих водовухчлышх суспензП!. Приводен! ьлмоги до BBBG, що при-значен i для Г1дротранспорту та прямого спаленпя в енергетичних установках, постагченх задач: що до створешш внсококонценгрованих вод'овугхльних суснензхй з 'точки зору «Í3HKo-xÍMÍ4Ho'i MexaHÍKii дисперсиях систем. Розглянуто питания про властивоот1 твердо'1 5ази БВБС, яка включае як органхчну, так i мпхеральну складову; дано анал1з характеристикам та способам моднф1кувшшя лтшсульфонатчв в зв'чзку э перспективою 'ix використашт в hkoctí компоненту ВЬЕС. Приведено огляд л!тератури ввдюсно проблеми вибору xímí4iihx реагентов до шсококонцеитрованих водовуг1дышх суспензий. Недивля-чись на те, що в патенпйй л1тератур1 представлено дуке широкий спектр xiMÍ4Hiix речовин, як i можна викорисгов.'взти в якосг i добавок до ВЕВС, майже в ycix випадг.ах Bii6ip peavenriB був випадковим для даного виду вуг1лдя. В розглянутих роботах ¡ie проел дауеться наукошИ П1ДХ1Д до викориотання ^еагенпв з метою створенпя дис-псрсних систем з задании» власти во с тили та мокдив1стю iix рвгулю-вання.

В друг i ii глав i приведено характеристику o6'gktíb дослхдкення, списанi метода вивчення реолог1чних та фхзико-хшхчних властивос-1'зй ди.спорсних систем, що доелiджувались.

В зв'язну з розв'язаннгм проблеми створення-висококонцентро-ваних Еодовугхлышх оуспензИ; для вуглепроводу Белово-НовосибipcbK об'ектом досдхдженнл було газове вугхлдя Беловеького родовища Кузбасу. Bjikoctí вихщюго реагенту застосовували лшюсульфонаг Сульф1тно1 варки на натрхевхй основ! Солисамського 1ДШ.

Для одержадня водовугхльиих cycnenaiil макспмально'1 концентра-yii твердо! фази г.ри задан i ¿i b«h3Koótí необх1дно забезпечити най-б1льш ьйльне пакувшшя часганок в систем!. Ця складна техн1чна задача зал ежить як ввд Е.хастивостей вуг!лля, так i ввд kubkoctí та b'hlxoctí cycnen3ii породи ra киькост1 xímí4hhx добавок, тощо. Ьллив такох к1лькостх (|актор?в на прсцес содержания ЕВВС не

Д03Е.)ЛЯ5 рОЗроб„ТИ yili В^рСГЛЫШЧ реЗЩМ Ю.МСЛу . Б ЗВ'ЯЬКу 3 ЦИМ

пропш:оваио методику, за якою гЛ.лбчрали рмим роботи куль^вого

млина при no;ipidiiciii!i вуИлля марки "Г" (клас 0-2 ш), Загальну масу мелючих ти визначагл, виходя'и з оптимального заповнсннп об'ему шшна сталт.ншдп кулями i - 0,3. Для всталовлоння оптимального сл1ВВ1,цношс1шя крушшх та др1бних куль досл1лг:увалл шллв цього параметру на ефекпшисть нодрхбненпя вугьтлл га роппо/ил частинок за poavtipawi. Ефектпвн ¡сгь подрidiicimn вугилл оцвпивали за ступеней лодрхблегшя С1 ) при фц-.совако^у 4aci г.смелу:

deep > КсЧРс'г та deep - ссред:ш1 juaueTp шматка в cyt.u-

rni до та п^ля подрхбнеиня, та по диферелгиалытм кривим розпод1~

лу частинок за розг.ираг.ш: (г), де лт - маса члстинск

далого класу, д1" - интервал роз:л!рis частилок далого класу.

Бсталовлело, то онтимальле спiвзiдношеипя круллих та др1<5пих куль

складае. С = 18-20. Для одержанлл максимальноi' концентра^ i

ТЕсрдог фази в систем! вугиля-вода в'.пиачали серод!И роз^'ри

крупно! та др1бло1 чракцП! та cniBBi/pimciiitn Mi к ними. Показано,

що для Bcix дослшкших айввшю'день (npiM -f— =1) максимуми ■

<' иг

Щ1ЛЫЮСП улакувалия частинок припадають на лютеш, d яких об»емка доля кругншх частинок jiopininoc 0,70. В зв'язку з цнм олмвгпдно-шення :пк крупною та дрябло» о.ракиДями вуг1ллл прислали 2:1. При цьому po3Mip частинок крупно! «JpaKuii в 10-12 раз!в белыми!, ни: flpitfiiox.

- В умовах безаерервного" виробницта-прошелових cycneiisiii од-Hi ею з основних характеристик ocTaiuiix е час виникнення в лих осаду. Але для сгабШзовалих конценярованих систем nepiai озлаки со- ' дилелтацШого руШування спостер1гаються через 10-40 д1б, в той час як трпвалхсть тралепортувалня по трубах складае до 30 Д1б. Тому влникла необхвдисть ш вида о i достов5рно визначати седимента-цШ1у OTiliKicTb систем з метою ..роиюзування i'x псведшки в умо-вах безперервного виробннцтва та гiflpoтранспорту. Пропйловано методику визначення седиментац! ilnoi ciiiJKocri концентрованих дисперсиях систем, яка засновала на встановленхй залежносН nix часом ваникнешш осаду або границi розшарування у висококонцентровэних cycneH3iii га розведелих систем, що шготовлеи1 з них. Припоновано аналничний вираз, що пов'язуе седиментацШи criteocTi cycueiiaifl з i'x концентрашями. Методика дозволле достатньо шшдко та досто-Bipno визлачати cTiflKicib висококонценгрованих суспенз!й, викори-стовуючл розведен! систаш, у яких час виникнення осаду або гра-нищ розшарувалня ластае на 1-2 порядки швидше.

В трет if, Tviani приводен! результата дослдаень реолохччних та ф1зико-х1м1чних лластпвостей водовут!лышх сусиенз!й в присут-Hocii лшхосульаонатхв'рхзнкх вид is. Проведено вивчення розр1д-кувальноУ та стабШзуючох дх! лпчюсульионатхв, модифхкування яких проводили но двом напрямкам: шляхом введения до лшюсульфо-нового лолшлелсу додаткових (£ушщ1ональт;х г'рул за рахунок нхтру-вання га окисления-JIC, та переведения,« лхгиосульфонатхв в шшу основ" за валентнхстл Kariona. Досл1джено зплив рН середовища на ефскишисть ди лшюсульфонат1в нй водовугыый системи. Поряд з реологхчшши дос'лдаеннями ВЕЮ проводили оцишу вшшву ЯС на ii3HKo-xi).U4iii вле"тивойт1. повсрхн1 вутЪшя. Для цього вш.ирюва-ли теплота змочувашш водой та контактну р1зницю nommianiB ву-гхлышх дисперсН! до та пхсля обробки вцщовхдшши роэчинаш ре-ai'eiiTiB. Гезультати експеримеипв приведено в табл.1.

Встановлено. що замша л/at в молекулi JIC на катхони шщо! валет-рост! (Са , АГ3*) noripiuye дш реагенту як розрхджувача. Внняткг« с ^ерохрояЬ-носульфонат (ФХЛ.С), який являе собою складник коло1ДНИй агрегат i змпгдс cboi властиBocri пластификатора га стабШзатора в залежносп в1д сгиввщюшення кхлькостх кат1-OHin зал i за i хром/. Шгровшп ДС гначно riprnc розрхджують BBBG та менше змшшть $i3MKo-xiMi4Hi властивосп П поворхн1. Окисления лтюсульфонапв приводить до зменшення молекуллрнох маси та утворення нових активних груп, що мхстять кисень, збшшуючи тим самим ефектииисть JIG як поникува'ив в'язкостх ВВВС.

UiitaBi результата одержано при дослщжешп поведшки jtirno-сульфонапв у склад! багатокомпонентних добавок та зпаходженнх склад 1в, де забрзнечуеться cimepria'.i дхУ шххдннх компоненпв на властивост1 ВВВС. 3 щею метою дослдаували вплпв понижувач!в в'я-зкост! (при хх використанш у склад1 двох- або трикомлонентних добавок) на електричп! та г1дроф1льнх властивост! новерхнх части-нок вугилля, а також на ефактивну в'язк!сть водовуг1лышх суспен-sifi. Дослдаення проводили за методикою планування експерименту на симплекс-гратчастому плаха з побудуванням стагистичних моделей на д1аграмах склад-властив!сть. В якост! не залегших фактор i в бу-ло обрано: л1гнооульфонат натр!» (JIC), трипол!фосфат натр in (ТШ, вуглелужний реагент (ШГ) га пол 1метиленн афталiн сульфонат натр1ю (ИФУ). Показано, що при парному вгедешй до складу ВВВС розгллну-Ti peaxjHTii послаблюють свор ро-ф!джушльну. дгю незалевдо вед

I Ï'i-O

aJ-H'M Е- H rt W О aî

я ta ¡i

ääS

о ti к

У и;

о ■*•

<i> m i f* i

«i Я о

га п

Oí r¡ J\ 05 О II

••• о

Д Cd я' П N -»-» о

и п г: о

ЧО*,"?,

omoj

П.Р)

о. о, о.

О И M

О О 'J о о о

О СО О О TV и) со см ы (M ej ci

S

СЗ.О t-t .1

д., Sí О —i г: о ï"î :ij a; I ri e

о E« о

я! о г: м .-,• .'-Я

Г1 Cl.

О м

r->

a, 51 ш cj M-O M о rf i=( и, cd :-<:

nj n) t -, з; i:i са

S il M SÍJ^F*

o.r-

r-' c] t

мок»

rt .1 l'J о о F-i :rî ni

■S?

I-'l П

У

п

о \

I-Í !1

8%

П a

S,

rt.4 ли

« ai й 0J cl ■o^ СЗ o ti

fi

«ai 3

Cl ri

a о о Ж ГСП

О О о m -t* о i i СО (О

I' О -1" M' I—I Ol INJ и С-OJ 1-1 14

•Tf л о in со -а* -О i' 7\ vo о [> с- со

(О '-I О О О СМ О О 1-1

ч СО »О чо Г-- CJ СО (О <о С^- í^ 3"» I—I (Ni О (i") in Ы Ы СМ I "I ! -I I - I l-l I '

'Л 1.1 И ü 'П л О N и •А СМ LÜ О 1-1 -» IM СО ^

О IA 1Л 'О 'А т* !П

и 1-1 и in и.и м

I I о>

О v0

|А о >0' СМ

1-1 О I г» с--Cl И IA

'П CJ in tn о л м о

M H H M l-l l-l l-l

о (а о in о о m p

1A C- CM О W qi О î>

ri

ai

л 'i 1-1

r<

<J

о

г- c. ,1 1Г

CM CM

n

13 ■o о tl

т> о,1 см-voi

'•>

*pl 1—I l-l l¡

Го

•о

О—" Г)

-4* í> H 4 l-l l-l CM l-l H l-l l-I H M 1-1

- - - -1

. m

ri О

О IT«

u

о и;

сs а

Й н> > о - — сз -г. <■ t-; ^

« О О О О О О О О

м ¡r¡ i-tj « ц i-: нз 1=1 о ix:

tn

«! \ ;

О

t--;. oí ей

ai о

Й

л

^ S: ^

m

9 Я fi d a) о o, a, СО t4

О l-l

iq

масового сгиввхдиошения компонеит1в комплексно! добавки.^ При ви-користаша трикокионентних розрдаулалышх композицхй cuocTepi-галм значцу синергетичну дм шгредхентхв як в систем! Л.С+ТПФ+ +ШР, так i в систем! ЛС+ШР+НФУ в границях певних штервал1в, дв сп1вв1дгэшвп1я Mix ЛС та ВНР приблизно складае 1:1, а масова доля П[Ф або НФУ не менша, нш 33$. Результата эксперимент показали, що використання лшюсульфопа^в у складi багатокомпонент-ши добавок недоцхльне Hi з економхчно!, Hi з технологично! точки зору. , ■ *

Иайлростшш способом гйдвшцоння еу-ективносп Дi! лшюсуль-фонат1в як понигувачГв в'язкосп водовугишшх суспенз!й е введения до складу добавки лужпого компоненту. П даищення активное^ JIC в водовугихышх системах при вввдснн i лугу пояснюеться послабления/.! та розривом зв'чзк1в Mi»: окрсмими макромолекулами всерёдин! acouiarin при пс1-гграл1заци кислих труп лхгносульфонового комплексу та зростапиям кхлькост1 активних груп, що м1стять кисень.

Однак, пэдальш дослхди хюказали, що роль лухшого компоненту поллгае тапок: в п1дготовц1 noBepxni твердо! <1ази та полегшеши адсорбдх! на них молекул та "ioiiiB лшюсульфонату. Так, було по-Mi4sno, що реологии характеристики ЕВВС покращуюгьсп в бхльиий Mipi, якщо компонент комплексно! добавки ЛСУ (JIC+f/aOH) вводити не одпочасно, а в пев1Пй посл1довност1, а сама, додавати ЛС nic-ля попереднього введения лугу. Особливо де мае значения при при-готуваши ВВВС способом мокрого помелу, коли при руйнувачн1 твердо! фази вхдкриваються xioBi noBepxixi.

Таблица 2

Вплив способу введення xiMi4irax реагентов на psonoriqui характеристики водовухчлыхих суснензП! .

Добавка

Bf,iicT добавки :Рфективна мае.5? В1Д сухо-:в'язк1сть го вухпллл :ВВВС при : _______: Э с"1 .Па.с:

Гранична статична напруга зеуву, Па

tfeQH WaOII+ЛС разом ЛС Wa

ЛС Wat аОН послхд. WaOii+ЛС А/а поелдд. Ж

0,25 0,25+0,75

0,75 0,75+0,25 0,25+0,75 1,00

10,64 10 .,05

0.90

1./-5 1,82 0,83 1,36

224,0 218,0 20,5 33,3.

40.8

10.9 31,1

Введения добавки лшюсульфонату з певною киыистю лужного. компоненту до ВВЕС на основ! вухчлля середньо! зольносп (I0-80/O знижус в'язк1сть, забеспачуе стаб1льн1сть та зборежвння реолог1ч-них характеристик суспензП протягом тривалого часу. Седимента-ц!Ана CTiiiKicTb таких систем пояснюетьсл тим, то за рахунок pi3-ho'í твердост! органi4iiox та митрально! складових вутчллл при помел! реал1зуеться б1модалышй граиулометричний склад твердо! фази. Др1б1И частники глин и утворюють коагуляцхйну структуру в вигляд1 npocTopoBo'i ciiKH навколо крупних чаотинок вугшш, нзро-шкоджутачи тим самим седиментацП ocTaimix. Kpynui частички вуил-ля, в свою чергу, "роэбавляючи" коагуляцхйну отругтуру др1бш:х частинок, запоб1гаюгь i'x подальшому зближенню та утворешш киль-них агрех'чшв. KpiM того, при дi i" лугу на oprani4ny складову дисперсно!" Фази ВВВС вадбуваеться вилучсння гумпшвих речовин, якi вдаграють роль стабпйзатор1в сисгеми вуг1лля-вода.

В четвсртШ глав1 дослужено впллв характеристик дисперсно! фази на реолог1ч1й власгпвосп та стИ'шсть ВВВС в присутност! лшюсульЗонат1в. Встановлено, що при bjaíctí глинисто i' складово! в вугмл! >ь%, вона в 3iia4iiiü í.iipi визначае piBenb основних вла-стивостой водовугмышх cycneii3iü, a саме Г1дрофллыпсть та но-тенщал поверхнх частинок, характер та CTyniiib дп на них xímí4-них peareiiTÍB, а також реолог!чну 'поведшку суспензП в цпхому.

В умовах крупнотой' з ого виготовлення BBBG при песмпших ви-ipari xiMi4imx peareHTÍB та концентрацГ! твердоí фази вщшчаеть-ся зпачна змша р1вня реолог1чних властивостей дисперсно! сисгеми за рахунок поливания вшсту та складу миюралъно! частини ву-гмля. Для сарощсиня технологи' одержашш ВВБС з вугвдш, то мае 3Mimiy золыйсть, nponaiioBano cnocid одержання водовухчлышх суспензП шляхом мокрого помелу в присутност! лшюсульфонату та лужного компоненту. При цьому реолог1ч1П параметри систеш шдтри мугаться в задонкх гранпцях за рахунок змлш Kiflbrocri та .сп:вв1д-ношешш XÍMÍ4HHX peareHTÍB в залежносп в1д зольносп вухмлля.

Дуже складку задачу являс собою створення стабишшх ВВВС на ochobí збаггченого та низькозольного вугмля. Исрга за все, цо пов'язано з тшд, що при одностадПШй технолог!'* помелу такого вушлля-бхмодалышй характер розподиу частинок за ponMipai.ui не реал!зуеться (мач.1).

дт А Г

1Лал.1. Ди Ференц ¡алый крив! розпод1лу частинок твердо! фази па розм1рами:

1 - суспенз1я з вуг1лля {Р?=1Ъ%), ■• одержана за одностадШою технолог! ею; -

2 - суспенз1я з вуг1ллл (А =2,4$) одержана за односгадШою технолог! ею;

3 - суспенз!я з вуг1лля ^=2,4$) одержана за двостадШою технолог! ею.

г5 50 75- 100 Г> мкм

В зв'язку з цим було пропбновано виготовлення ВВВС з низько-зольного вуг'лля за.двостадШюю технолог1ею. На перипй сгадП готували високодисперсну суспензш з масовою долею вуг1лля 40%. На другхй стад!! до ц1е! суспеизИ вводили подр!бнене вуг!лля до масово! долг твердо! фази в систем1 (60-61)5?, а також х1м1ч!П реагенти. При введена! на друг!Я стад!! помелу 1,0$ (на сухе ву-гхлля) ЛС одержали к!нцевий продукт з-в'язк^тю 1,83 Па.с при ]) = Э с"-1-. Зниження в'язкост! досягаеться при введеннх на друг1й стад!! разом з ЛС гЦроксиду натрш г.киькост! 0,25$ в1д маси сухого вугЬля. Цей ефекг ножа бути зумоЕлений видиенням гум!-нових речовин га зростанням активност! л!гносулх4онового комплексу в лужному оередовищи Л¡гносулъфонат, введений на другН'1 ста-д!I помелу д!е аабагато ефективниче, якщо помел на перипй стади проводити в приеутност! незначно! юлькосп //аОН. Пдроксид натрш штенсш^куе помел др!бнох фракцп, сприяб видиенню гумат!в га П1дготовлюе иоверхню вуплля для адсорбцп' лшюсульфэнагу. При двостадШйй схем! помелу низькозольного вуггчля реал!зуеться бшодалышй характер розпод1лу частинок за розшрами (мал.1). За . реиунок цього суспенз!! з низькозольного вугхлля, одерл'лл 1 за дво-сгадНШою гехнолог!ею маюгь достатню седнме^тацШху стШисть.

Результатами досладжень реолог!чних характеристик водовуг!ль-них суспенз1й на основ! окисленого вутхлля показано, що нав1гь незначнд окисления поверхнх вшишкае пвдвшцекня в'язкост! та ут-ворення щшьних осад!в при збер!ганн1.

Проведено доел Жженая ярс-цссав пзасмодП частшюк твердо! фази БВЮ з часом та вплив па ступень та характер цхе! взаемодП х1м1чних ррагелт!в. Биходячи з бимодального гранулометричного" складу ВВВС, вивчали взаемодш крупно! (100-200) мкм та др1бно! (>20 мкм) фракцНЗ. Дослдоення проводили на моделышх системах крупна фракщя (к.ф.) збагач'еного вугхлля - др1бна ф^акцхя (д.ф.) збагаченого вугЪшя (Л ?1,5;2)-та к.ф. - др1бна фракщя минерально! складово! (ар.), яка являв собою аргШт. Енасдхдок того, що в вод0вуг1лышх суснензхял мають шеце ^актори, пов'дзлш хз вза-емод1ею велико! кхлькостч частинок, кон так ип взаемс,;П оцпшвали за змхною концентрацП др1бно! фракцП в залежное гI шд концентрацП крупно! фракци. Для цього було введено величину коефвдента

налипания: , де М0- концентрация крупно!-фракцП,лС -

- зм1на концентрацП др 161101 фракцП. Остановлено, що величина Им для водних дисперспих систем розташовуегься в ряд: Д.ф.+ ар.т-ж.ф.+Д.ф. > к.ф.+ар., тобто в вод1 в бмьиий м1рх впасмодноть частники близыи за'розм1рами та природою. На мал.2.' показано вплив х1м1чних реагатв на взаемодш частшюк дисперсно! фази

П'ята глава присвячена викладенпю результатов дослМжень ад-сорбц1! лшюсульфонапв на поверххи твердо! фази ВВВС, встанов-лешчо взаемозв'язку Мж величиною адсорбцП та реолог1чними хара-

ктеристиками ! стхйкхсгю ВВВС, з'ясуванню впливу лужного компоненту на характер та ступ1нь адсорбцШо'1 взаемодП ЛС з поверхнею. Можна ввакати, що адсорбд1я-л1гносуль$онату на вуг1лл1 в!дбуваеть-ся в основному молекулярно, але в кислому середовииЦ моюшва ад-сорбц1я аншпв, про що ов1дчить деяке лГдвищення рН розчину одра-зу ж пхсля адсорбцП. Адсорбцхя ЛС на мшералыпй час тин I вугиля в1дбувабгься за ¡онообмпшим механизмом.

-Б процсс1 дослдаень встановлено, що е^ект розрЦження в1д-буваеться при наявност1 бхльного л1гносулх4онату в дисперсШюму середовшць Як т1льки весь реагент зв'язуеться поверхнею вуг1лля, в1дбуваеться значне загуснення системи. Але внаслвдоч "моза1чност1" поверхн1 вугхллл, необидно, щоб частина молекул ЛС гхдрофШзу-вала Г1дро$ос5н1 д1лянки частинок. Як правило, м1цнхше адсорбують-, ся молекули високомолекулярно1 ^ракцИ л!гносулы|онату, як1 I в1-д1грають роль.стабШзатора ЬЗВС, низькомолекулярна Фрадая лиша-сться в дисперсШому середовищ!, забезпечуючи текуч1сть системи.

Для з'ясування ролх лужного компоненту в процесах виготовлен-ня ВВВС дослщнували адсорЙц!ю лп'носульфона^в на вуг1лл1, оброб-леному рхзною кш>к1етю шдроксиду натрш (мал.З.)

А-'0"2 г/кг

Мал. 3. 1зотерми адсорбцП л1гносульфонату на ниэькозоль-ному вугхлл! (А =1,5$)!

вуг1лля необроблене: I - з розчину ЛС, 2 - з розчину ЛСУ; вуплля, оброблене л/аОН при помел I (0,1$ бхд маси вугхлля): 3 - .з розчину ЛС, 4-з розчину

вутхляя, оброблене д/аОН (0,5% В1Д маси вуг1лля): 5 - з розчину ЛС, б - з розчину ЛСУ

с.кг/п3;

Шсля обройки вуг1лля невеликою к!льк1стю лугу (0,1$ в1д маси твердо! фази) при помел! адсорбщя лхгиосульфонату на поверхн1 вуг1лля зменшуеться, що пов'язано з нейграл1зац1ею активних ценг-р!в поверхн1, по яким може проходити адсорбщя. Але п!сля обробки б1лыиою кхлыистю лугу (0,5^) адсорбц!я лхгносуль$онату зростае"

Це пояснюеться тим, що при обробц! лугом в процес1 штен-сивного мехшпчного впливу вухплля ..абувае властивост1 шионооб-м1шшка. При цьому зб1льшуеться хилыисть основних чентр!в, I адсорбц1я починае проходити за аншюобмпшим мехшпзмом. Щ при-пугсення п1дтверджуються даиими потснц1оме тричного титрування. Лхгносульфшати з розчину ЛСУ (ри=11,2) на всхх зразках, що дос-лЦжувались, адсорбувались менше в нор1внях'.ш з кислим лшюсуль-Фонатом, шасл!док того, що частина гвдроксильних шив нейтрал1-зуе кислЬгрупи лшюсульфонового комплексу, а га частина ОН-шив, що залишаегься в дисперсхйному середовдпи, сприяе припиченню ан1-опиого обмхну Л.С з поверхнию.

В результат! проведених дослдаень виявлено найкращий склад та спос1б вйедення уЛм1чно'1 добаЕки на основ1-лхгносульфонапв для одержання ВВВС за одностадийною технолог1ею'(для вугхлля се-редньо'! та високоК зольностО та двостадП1пою тохнолог1ею (для низькозолыюго вутиля),

В И С Н О В К И

1. Показано,, що лтюсульфонати значно покращують реолопчн! властивосп та седимеитацМшу стНШсть висококопцентрованих во-довугтних суспеизхй. Х1|.ичпе модифшування л1гносульфэнат1в шляхом зам!ни катюну, введения фуныионалышх груп або змпш молекулярно? маси е ефектившш способом одержання добавки до ВВШ з левннш властивостями.

2. При дослхдвдши впливу комплексних добавок, як1 мхстять лшюсульфонаг, на властивост1 водовугхлышх суспензП} встанов-лбио, що при парному введеНнх реагента зшгаують свою розрадкузаль-пу Д1ю незалежно В1д масрвих спхзвхдношень компонентов. Для тр :-компонентних склад1в знайденх штервали сп1вв!дно1"ень 1нгред1ен-тхв, де досягаеться IX спйка синергетнчна Д1я.

3. Введения лужного-компоненту до складу добавки на основ! лтюсульфокапв нокраиуе реолог!ч1Л характеристики та стабхль-1йсть ЕВВС, якх виготовле.и з газового вугчлля счредньох зольнос-тI- Це пов'язано як ¡з зб1лкленням активноет! лшюсульфонового. комплексу, таи 1 1з змшою властивостей поверх1И вуг!лля п¡д дхею лугу. Пептизуюча д!я лугу на мпш^альиу складов/ сприяе бшд ¡и-тенсивному подтибненню останныи з утворлшям копгуляцН'по! структур»!, що гПдЕИпус седпкепгацН'лу та агрех-амвиу ст'Як!сть систечк.

4. Встаьонлено, що зн'ачну роль в формуваши р!вня реологхч-них влас ти вое те й БВВС вхд1грае зольн1сть вугпхля та х!м1я поверхн! дисперсно! фази. Регулювання кллькосг! та способу введения лунного компоненту в залаяшост! в1д влосгивостей вуг1лля та к1ль-кост1 лшюсульфонату дае змогу одержати систему з необх1дними реолог1чними параметрами. Показано моюшв1сть створення седимен-тацН1но с.тШшх водовут1лы1их суспехшй з вугмлля'рхзно! зольностЬ

5. ЕФяктиврЛсть д11 лтюсульфонапв як розр1джувач1в та стабШзатор1в ВВВС пов'язана з адсорбцией лхгносульфонового комплексу на частинках твердо! фази. При адсорбцП на поверхн! л1г-носульфонати згпнюють !! гхдроф1лыисть та електришп властивость Показано, що в результат! адсорбци реагенту змшюеться ступпхь-взасмоди м1ж частниками твердо! фази ВВВС, причому характер ц1б1 змиш р1зний для оргшично! та мшерально! частин вугхлля та за-лежить в1д сп!вв!дношення розм1рхв частинок, що взасмодшть. Характер та величина адсорбцП л1гносульфонаг1в на частинках вугхл-ля заложить В1Д зольност1 останнього, його попередньо! обробки

та рН дисперс!иного середовища.

6. Встановлено, що для забезпечення максимального ефекту розр1джешш необх1дно, щоб на поверхш вуг:лля адсорбувалась лише певна "астина лшюсудьфонагу, яка необхщт для ИдрофШзацх! поверхнI вуг1лля, що мае "мозах'чну" структуру. Найб!льш мхцно зв'язуються поверхнею вугшхя високомолекулярн! фракцП лтюсуль-фонату, як1 при створеши ВВВС вдаграють роль стаб1л1затору. Низькомолекулярна фракшя реагенту заишавгься в розчин! у вхль-ному стан1, „абеэпечуючи тим самим текучхсгь системи. Таким чином, в процев1 створення ВВВС в присугноегI лхгносульфонагхв мае мхеце природне фракц1ювання останн1х, тобто ун1версальн1сть лшюсуль-фонапв як добавки до ВВВС пояснюегь-я !х пол1дисперсн1стю.

7. Пропоновано методику оде ржания ВВВС сухим та мокрим способом та експрес-методику визначення седиментацШхо! сгШост! ви-сококонценгрованях дисперсиях систем. На основ1 провадених ексле-римент1в розроблена ххм1чна добавка для висококонц^нгрованих водо-вугиьних суспенз1й - ЛСУ, яка усп шю пройшла дослхдно-промисло-вх випробування в якоегх альтернативно! добавки на вуглепровод1 Белово-Новосиб!рськ при сгворених ВВВЗ на ослов! газового вугхлля

' Кузбасу.

OcHOBiii положения i результата дисертацН опубл1кован1 в слхдуючих роботах:

1. Влияние добавок ПАВ на свойства высококонцентрированных водоуголышх суспензий для магистрального гидротранспорта/ А.С.Макаров, Т.Д.Дегтяренко, Б.П.Олофинский и др.// Химия твер-. дого топлива. - 19Б7. -ЯЗ. -С.26-29.

2. Макаров A.C., Васильев В.В., Дегтяренко Т.Д. Влияние-лиг-носульфонатов на свойства ВВЮ. В сб. Методы регулирования структурно-реологических свойств и коррозионной активности 3UC0K0-концентрированных дис;:ерсних систем. -М. :ВНИШИгидротрубопровод, I98G. -т. -С.0-15.

3. Свойства высококонцентрировашшх водоуголышх суспензий

с добавкой лигносульфоната л щелочного компонента/ Т.Д.Дегтярен- , ко, В.А.Завгородний, В.В.Васильев, A.C.Макаров// Химия твердого топлива. -1988.-JS. - С.81-86.

4. Влияние различных добавок на реологические характеристики высококонцентрированных водоуголышх суспензий/В.В.Васильев,

Т.Д.Дегтяренко, В.Ю.Трзтинпик и др.// Химия твердого топлива.-1980. -Й2. -С Л23-127.

5. Макаров A.C., Олофшський О.П., Дегтяренко Т.Д. Ф*зико-xiMi4Hi основ;! одержшня висококонцентрованих водовугЪшшх су-cneH3ifl // Bich. АН УССР. -1989. -Я2. -С.66-75.

6. Особенности получения высококонцентрировшпшх водоуголь-ных суспензий из малозольных углей/ Т.Д .Дегтяренко, В.А.Завгородний, А.С.Макаров, А.В.Гамера// Химия твердого топлива. -1989. -«5. -С. 99-103.

7. Дегтяренко Т.Д., Ларина Л.А. Использование тонкого измельчения в процессе получения ВВВС из углей низкой зольности. В сб. Вибротехнология-89, Одесса. -1989. -С.5-8.

8. Взаимодействие частиц в водоуголышх суспензиях/ Т.Д.Дегтяренко, А.С.Макаров, В.А.Завгородний и др.// Хими." твердого топлива. -1990. -Кб. -С.125-128.

9. Адсорбция лигносульфонатов на поверхности частиц твердой фазы шсококонцегтрировшших водоуголышх суспензий / Т.Д.Дегтя-ренко, В.А.Завгородний, А. С .Макаров, С .Д.Борук.7/"ЬйдаГтвордого "топлива. - 1990. -№1. -С. 52-97.

'10. Влияние природы твердой фазы на Формирование водоуголышх суспензия/ А.С.Макаров, Г.Д.Дегтярыко, В.Ю.Третшшик и др.// Фл-зичо-химическая механика и лыфильпость дисперсны" систем.-Киев: Наумова думка, IS9I. -Вьл.,12. - С.70-77

11. Дегтяренко Т.Д., Завгородний В.А. Взаимодействие частиц в процессе спешивания компонентов водоугольных суспензий. В сб. Еибротехнологил-91, Одесса. -1991. -С.28-32.

12. Влияние некоторых ПАВ на поверхностные свойства и межчастичное взаимодеъствиа ультрадислерсных порошков /Т.Д.Деггяренко, А.С.Макаров, В.Ю.Третинник и др.// Коллоид.жури. -1993.-T.55.JH. - С.50-55.

13. A.c. И422658. Добавка к водоугольной суспензии/ А.С.Макаров, В.В.Васильев, Т.Д.Дегтяренко и др. -Опубл.OB.05.08.

14. A.c. if 1460989. Способ получения водоутольной суспензии/ А.С.Макаров, В.В.Васильев, Т.Д.Дегтяренко и др. -Опубл.22.10.88.

15. A.c. й I5I2II7 Способ потучения водоутолыгй суспензии/

A.С.Макаров, В.А.Завгородний, Т.Д.Дегтяренко и др.-0публ.01.06.89

16. A.c. JÜ559693. Способ получения водоугольной суспензии п устройство для его осуществления/ В.А.Завгородний, Т.Д.Дегтяренко, А.С.Макаров и др. -0иубд.22.12.89.

Г7. A.c. № 1545606. Добавка для водоутольной суспензии/

B.А.Завгородний, Л.С.Макаров, Т.Д.Дегтяренко и др. -Опубл.22.10.89

18. A.c. К 1669180. Способ получения добавки к водоутольной суспензии/ В.А.Завгсподний, З.П.Еасильева, Т.Д.Дегтяренко и др.-Опубл. 08.04.91. »*

19. П.р. на заявку № 48370I8I25 МКИ5 001 15/10. Способ определения седиментоционяой устойчивости/ А.В.Гамера, В.А.Завгородний, А.С.Макаров, Т.Д.Дегтяренко, Н.В.Полищук от 08.06.92