[发明专利]一种低阶煤基高效减水剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种低阶煤基高效减水剂的制备方法，属于低阶煤资源化利用和精细化工技术领域。本发明以褐煤和次烟煤等低阶煤为原料，经亚硫酸盐磺化获得磺化煤，然后通过磺化煤液相氧化裂解得到磺化煤基腐殖酸，最后将所得磺化煤基腐殖酸经甲醛缩聚合成煤基腐植酸高效减水剂。本发明所提供的以褐煤、次烟煤等低阶煤为原料的高效减水剂合成方法，具有磺化煤基腐殖酸和减水剂收率高、成本低、工艺清洁等特点，所合成的煤基腐殖酸减水剂具有良好的分散、减水、保坍性能，减水效果优于市售萘系高效减水剂。在掺量0.4％的条件下，减水率最高可达24.5％，水泥初始净浆流动度为162mm，砂浆流动度为305mm，2h砂浆流动度损失率为6.9％。

技术领域

本发明涉及低阶煤磺化及煤基腐植酸高效减水剂的制备方法，属于低阶煤资源化利用和精细化工技术领域。

背景技术

我国低阶煤资源丰富，占已探明煤炭储量的47％左右，其中褐煤保有储量达1300亿t，约占煤资源13％。低阶煤变质程度低，H/C和O％高，由此导致低阶煤水分、挥发分和化学反应性高，发热量和热稳定性差，易自燃。此外，我国大部分褐煤灰含量高。以燃烧发电为主的低阶煤利用效率低、环境污染大。因此，基于低阶煤富氢、高氧、易反应的结构和性质特点，开发煤基精细化学品不仅可以实现低阶煤的资源化利用，而且能够缓解石油资源不足。在混凝土外加剂、采油助剂、水煤浆分散剂等大宗精细化学品生产领域具有巨大的潜在应用前景。

煤基腐殖酸生产是低阶煤资源化利用的重要途径之一。然而，利用碱溶液萃取低阶煤，分离出原生腐殖酸的传统方法，因煤中原生腐殖酸含量限制(一般褐煤中腐殖酸含量10～30％)腐殖酸收率低、成本高、污染严重。同时，缺少煤基腐殖酸高值化利用途径也是限制煤基腐殖酸生产的重要因素。然而，褐煤腐植酸芳香结构含量高，尤其是稠环结构含量显著高于其他天然腐植酸。所以，褐煤腐植酸具有良好的化学衍生活性，适合于制备重金属吸附剂、水处理剂、矿物烧结剂等精细化工产品。近年来，在Ashtari等(Energyfuels:2016,30,6,4596)提出的石油焦液相氧化裂解技术基础上，发明人针对低阶煤开展了液相氧化裂制备煤基腐殖酸的研究，在较低温度(80-160℃)和低碱/煤比(0.2-0.5)条件下，实现了褐煤高效转化，腐殖酸收率最高可达到80％，并且CO₂收率低(Solid Fuel Chemistry:2021)。

减水剂是用途最广、使用量最高的混凝土外加剂。在混凝土中减水剂的掺入量为3％左右，约占混凝土外加剂的67％。混凝土减水剂主要包括第一代木质素磺酸盐类减水剂、第二代萘系芳香族磺酸盐类高效减水剂和第三代聚羧酸盐类高性能减水剂。目前，建筑行业常用的减水剂是萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂。萘系减水剂主要以工业萘为原料，经磺化、水解和碱中和等反应合成，具有操作简单、工艺成熟、成本低、减水率高等优点，但是坍落度损失大。同时，工业萘成本高、来源有限，且浓硫酸磺化过程污染较大。聚羧酸高性能减水剂主要通过马来酸酐、丙烯酸等有机酸(酐)与甲醛、丙酮和环氧乙烷等共聚合成。通过聚合形成大分子水溶性树脂磺酸盐和羧酸盐，赋予高的分散性能，具有良好减水和坍落度保持能力。然而，聚羧酸系高性能减水剂生成原料主要来自于石油化工，合成工艺复杂、成本较高。同时，该系列减水剂的水泥适应性和敏感性问题较突出。