本发明涉及水煤浆添加剂技术领域，具体涉及一种梳型水煤浆添加剂及其制备方法。
背景技术：
能源一直以来都是世界进步和发展的基石，煤炭、石油和天然气是几种常规能源形式。我国的总能源消费中石油占22.5％、煤炭占72.9％、其它能源占4.6％。中国是一个煤多油少的国家，石油资源相对贫乏，煤炭资源储量较为丰富，在将来的几十年里，煤炭在中国将继续发挥主要能源的作用，然而煤炭的直接燃烧利用却导致了较低的利用效率及严重的气候恶化和环境污染。
综合考虑能源安全和环境问题，洁净利用煤炭资源日益受到重视。洁净煤技术被提上日程也已有30～40年的历史了，并且为实现进一步提高煤炭的利用率、达到环境保护标准、提高煤炭经济利用价值的要求，主要有以下三个方面的改进：通过提高碳的回收利用来减少温室气体二氧化碳的排放量；改进燃烧技术从而提高煤炭的有效利用率；控制二氧化硫、氮氧化物、固体颗粒物等环境污染物的排放。当今世界面临石油危机，开始研究新型能源替代品，水煤浆便是其替代品之一。
近年来，国内外在水煤浆添加剂方面做出了诸多研究，一系列具有竞争力的产品也随之而出。国外nippon油酯公司、花王公司、雄师公司等在水煤浆分散剂的研制和应用上比较突出的。日本研究人员开发的一系列性能良好的分散剂，如聚苯乙烯磺酸钠(pss)、萘磺酸盐聚合物(nsf)等，并已应用在工业化生产中。美国的国家酿酒公司合成了一种非离子型分散剂作为水煤浆分散剂，其可使所制备的水煤浆浓度达到70％，稳定性和流动性均非常理想。国内南京大学开发的水煤浆ndf分散剂适用煤种宽，性能好。江苏省昆山市迪昆精细化工公司合成的水煤浆添加剂，其某些性能甚至超过日本同类产品。淮南矿业集团合成材料有限责任公司开发的hnf可以同时兼顾水煤浆的分散性和稳定性。
我国煤炭资源总量丰富，全国煤炭保有资源储量15663.1亿吨，低阶煤占50％以上。现有制浆技术中，低阶煤难以制备高浓度的水煤浆。且用于水煤浆的分散剂主要有萘磺酸甲醛缩合物、木质素系、腐殖酸系、磺化丙酮甲醛缩合物和非离子分散剂等。然而，这些分散剂中的大多数是以石油产品为原料的，不仅价格较高，而且容易产生环境污染。而且它们成浆浓度不高，一般用低阶煤和不成熟煤成浆浓度在59到61之间。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种梳型水煤浆添加剂及其制备方法，通过分子结构设计、根据自由基聚合原理制梳型水煤浆添加剂。该分散剂具有原料易得、绿色环保、价格低廉、分散性好等优点，已经在某些地区的低阶煤样中浆体浓度达到63-67％，比市场上浆体浓度提高了2-3％。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体210-320份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1-40份、α-甲基苯乙烯磺酸3-5份、丙烯酸30-150份、引发剂1-5份、分子量调节剂1-8份。
进一步的，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或两种以任意比例混合。
进一步的，分子量调节剂为次磷酸钠、次磷酸钾、亚硫酸氢钠、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇中的一种或两种以任意比例混合。
进一步的，马来酸山梨醇酯单体的制备方法为：将马来酸酐、山梨醇加入到反应釜中，并加入催化剂，抽真空后磁力搅拌器搅拌，缓慢加热升温至80℃-95℃，恒温反应2-6h，每隔30min检测一次其酯化度，待酯化度到达要求后降温，结束反应，得到马来酸山梨醇酯单体。
进一步的，马来酸酐与山梨醇的质量比为1-3：1。
进一步的，催化剂为硫酸、磷酸、对甲苯磺酸中的一种或多种，所述催化剂用量为马来酸酐质量的2-3.0％。
上述梳型水煤浆添加剂的制备方法，包括以下步骤：在65-85℃条件下，向反应釜中加入马来酸山梨醇酯单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、α-甲基苯乙烯磺酸配置成一定浓度的水溶液，溶解搅拌均匀，向反应釜中滴加丙烯酸、引发剂、分子量调节剂的水溶液进行自由基共聚反应，反应完成后保温，最终用氢氧化钠水溶液调节ph，即得水煤浆添加剂。
(三)有益效果
本发明提供了一种梳型水煤浆添加剂及其制备方法，其有益效果如下：
1、本发明的水煤浆添加剂的反应条件为常温自由基聚合反应，反应条件易于控制，生产工艺简单，无“三废”排出。
2、本发明的水煤浆添加剂在较低掺量下有较好的分散性。
3、本发明的水煤浆添加剂能够明显提高水煤浆浆体浓度。
4、本发明的水煤浆添加剂能够延长浆体稳定时间，稳定性良好。
5、本发明的水煤浆添加剂特别适用于挥发分高的煤种。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体320份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1份、α-甲基苯乙烯磺酸3份、丙烯酸30份、过硫酸铵2.5份、巯基丙酸水溶液1份、
上述马来酸山梨醇酯单体的制备方法为：将200份马来酸酐、100份山梨醇加入到反应釜中，并加入6份对甲苯磺酸，抽真空后磁力搅拌器搅拌，缓慢加热升温至90℃，恒温反应4h，每隔30min检测一次其酯化度，待酯化度到达要求后降温，结束反应，得到马来酸山梨醇酯单体。
上述梳型水煤浆添加剂的制备方法，包括以下步骤：在65-85℃条件下，向反应釜中加入马来酸山梨醇酯单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、α-甲基苯乙烯磺酸配置成一定浓度的水溶液，溶解搅拌均匀，向反应釜中滴加丙烯酸、引发剂、分子量调节剂的水溶液进行自由基共聚反应，反应完成后保温，最终用氢氧化钠水溶液调节ph，即得水煤浆添加剂。
实施例2：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体290份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10份、α-甲基苯乙烯磺酸4份、丙烯酸60份、过硫酸铵2.5份、巯基乙酸3份、
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
实施例3：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体290份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸12份、α-甲基苯乙烯磺酸5份、丙烯酸60份、过硫酸钾2.5份、次磷酸钠5份。
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
实施例4：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体270份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20份、α-甲基苯乙烯磺酸3份、丙烯酸80份、过硫酸钾4份、7份次磷酸钠和1份亚硫酸氢钠。
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
实施例5：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体250份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20份、α-甲基苯乙烯磺酸3份、丙烯酸100份、过硫酸铵5份、2份巯基丙酸和3份次磷酸钠。
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
实施例6：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体230份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸40份、α-甲基苯乙烯磺酸3份、丙烯酸120份、过硫酸铵1份、1份巯基丙酸和3份次磷酸钠。
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
实施例7：
一种梳型水煤浆添加剂，该水煤浆添加剂原料包括以下重量份的组分：马来酸山梨醇酯单体210份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸30份、α-甲基苯乙烯磺酸3份、丙烯酸150份、过硫酸铵2份、2份巯基丙酸和5份次磷酸钠。
上述马来酸山梨醇酯单体以及该梳型水煤浆添加剂的制备方法同实施例1。
试验方法及结果分析：
根据gb/t18856.5-2008水煤浆试验方法第5部分:稳定性测定中载录的方法以及平常实验的经验。
采用本发明实施例1-7中合成的水煤浆添加剂与市售普通水煤浆添加剂，水煤浆添加量为干煤总量的1.5‰，使用小型球磨机湿磨工艺，对比浓度、粘度、流动性(扩展度)、析水率。具体实验方法如下。
一、浓度实验：
1、实验仪器
卤素水分测定仪
2、实验步骤
①接通实验仪器电源，烘干托盘。
②取3-5g水煤浆样品置于托盘上，按开始键开始测试。
③读取数值a，水煤浆浓度为w＝100％-a
二、粘度实验：
1、实验仪器
美国brookeield博勒飞dv1粘度计、150ml烧杯。
2、实验步骤
①接通实验仪器电源，调整水平并自动调零。
②取相同量的样品置于150ml烧杯中，保证测量的样品温度、质量。把烧杯放入仪器下方，使转子进入样品中，到转子上的刻度线为止，按开始键开始测试。
③用62#转子在剪切速度位20的速度下测量样品的粘度。比较粘度必须在相同的仪器、转子、速度、容器、温度以及测试时间下进行。
三、流动性实验：
1、实验仪器
a.截锥圆模：上口直径36mm，下口直径60mm，高度为60mm，内壁光滑无接缝的金属制品；
b.玻璃板(400×400mm，厚5mm)；
c.钢直尺，(300mm)
d.刮刀；
2、实验步骤
①将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板，截锥圆模，搅拌器及搅拌锅均使其表面湿而不带水渍。
②将截锥圆模放在玻璃板的中央，并用湿布覆盖待用。
③将水煤浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方面提起任水煤浆在玻璃板上流动，至不流动为止，用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水煤浆流动度。
四、析水率：
1、实验仪器：比色管、百分之一天平。
2、试验步骤
将制好的水煤浆放入100ml的比色管中称得水煤浆的质量a，将其静置一定时间(t)，用胶头滴管吸出表面析水，称得其析水质量为b，按下式计算其析水率。
析水率＝b/a×100％
选择分别由神木煤、乌审旗图克煤、赛蒙特尔煤、新疆煤和内蒙煤中的一种或几种组成的配煤。其煤质特性及结果见下表1、表2和表3。
表1：
表2：
表3：
由表1-3可知，实施例1-7制备的水煤浆添加剂与市售普通水煤浆添加剂(萘磺酸甲醛缩合物及木质素磺酸盐)相比，煤种适应性良好，一般均具有较高的分散能力，可做高浓度的水煤浆，粘度低、稳定性好，具有良好的流动性，其中实施例2和3有更加优异的性能，最值得推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。