新型低COD支架液压液的研究制备.pdf

★洁净利用与深加工★ 移动扫码阅读 引用格式侯建涛,杨正凯􀆱新型低C O D支架液压液的研究制备 [J]􀆱中国煤炭,２ ０ ２ ０,４ ６８ １ ０ ０－１ ０ ４ 􀆱 H o uJ i a n t a o,Y a n gZ h e n g k a i 􀆱R e s e a r c ha n dp r e p a r a t i o no f an e wt y p eo f l o wC O Ds u p p o r th y d r a u l i c f l u i d[J] 􀆱C h i n aC o a l,２ ０ ２ ０,４ ６８ １ ０ ０－１ ０ ４ 􀆱 基金项目中国煤炭科工集团面上项目 ２ ０ １ ８M S ０ ０ ４ 新型低C OD支架液压液的研究制备 侯建涛１, ２ 杨正凯３,４ １ 􀆱煤炭科学技术研究院有限公司矿用油品分院,北京市朝阳区,１ ０ ０ ０ １ ３; ２ 􀆱煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京市朝阳区,１ ０ ０ ０ １ ３; ３．煤炭科学技术研究院有限公司,北京市朝阳区,１ ０ ０ ０ １ ３; ４．中国矿业大学 北京能源与矿业学院,北京市海淀区,１ ０ ０ ０ ８ ３ 摘 要 为了降低支架传动介质的化学需氧量 C O D ,减少有机排放,需要控制体系 添加剂加入量,同时考虑到生物降解性能,研究制备了一种新型低化学需氧量支架液压液. 该支架液压液以肖顿 鲍曼缩合方法制备的多功能有机羧酸谷氨酸醇胺盐为主添加剂,复配 脂肪醇聚氧乙烯醚类乳化剂、聚醚类消泡剂调和制得,其各项指标均符合煤炭行业标准通过 条件,配制的工作液化学需氧量仅为６ 􀆱 ０ ４１ ０ ３ m g /L.排放废液经常规 “ 水解酸化＋A/O” 处理工艺进行工业性降解试验,各段工艺能够高效运行且保持稳定,化学需氧量指标逐步降 低,且能够利用 “ 水解酸化＋A/O”处理工艺进行有效降解,此种新型低化学需氧量支架 液压液具备良好的节能减排效果. 关键词 低C O D 液压支架 液压液 降解性能 中图分类号 T D ３ ５ ５ 文献标识码 A R e s e a r c ha n dp r e p a r a t i o no fan e wt y p eo f l o wC O Ds u p p o r th y d r a u l i c f l u i d H o uJ i a n t a o １,２, Y a n gZ h e n g k a i ３,４ １ 􀆱 M i n eO i lP r o d u c t sB r a n c ho fC h i n aC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t e,C h a o y a n g,B e i j i n g１ ０ ０ ０ １ ３,C h i n a; ２ 􀆱S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fC o a lR e s o u r c e sH i g h Ｇ E f f i c i e n tM i n i n ga n dC l e a nU t i l i z a t i o n,C h a o y a n g,B e i j i n g１ ０ ０ ０ １ ３,C h i n a; ３ 􀆱 C o a lR e s e a r c hI n s t i t u t eC o 􀆱,L e d 􀆱,C h a o y a n g,B e i j i n g１ ０ ０ ０ １ ３,C h i n a; ４ 􀆱 S c h o o l o fE n e r g ya n dM i n i n gE n g i n e e r i n g,C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g配方体系应优先考虑支 化度小的、线形分子结构,该结构更容易发生生物 降解[ １ ２];避免使用乙二胺四乙酸 E D T A作为 络合剂,乙二胺四乙酸 E D T A虽然本身对生物 无毒性,但自然条件下较难降解[ １ ３],因此应尽量 避免使用,而优先选择属于最易降解的物质之一的 具有络合作用基团的氨基酸衍生物. ２ 多功能添加剂合成 有机羧酸衍生物环境友好、来源广泛且容易制 备,不同结构表现出良好的防锈或润滑等功能,特 别是氨基酸类衍生物,因此可选用合适官能团制备 多功能添加剂.选择具有络合作用的谷氨酸盐,利 用化学反应接入有机羧酸链后,得到酰基谷氨酸, 再与三乙醇胺中和,得到相应的酰基氨基酸醇胺 盐,使其具备多功能[ １ ４]. 笔者从有机羧酸中选择了辛酸及植物油酸,选 用 液压支架用乳化油、浓缩油及其高含水液压 液 MT/T ７ ６ － ２ ０ １ １ 标 准 规 定 的 硬 度 为 ５ ０ ０m g /L的人工硬水,分别配制了质量分数为 １％的辛酰谷氨酸醇胺盐及油酰谷氨酸醇胺盐的水 溶液,主要考察其防锈性、润滑性及耐硬水性能, 其中防锈性选用MT/T ７ ６－２ ０ １ １标准规定的铸铁 点滴试验方法,润滑性选用四球试验机评价,耐硬 水性能通过外观观察,酰基谷氨酸醇胺盐水溶液性 能对比见表１. 表１ 酰基谷氨酸醇胺盐水溶液性能对比 助剂选择外观 p H 值铸铁试验 PB值/N 摩擦系数 辛酰谷氨酸醇胺盐澄清液,无沉淀,无析皂 ８ 􀆱 ５ 无锈蚀 １ ９ ６０ 􀆱 １ ６ ７ 油酰谷氨酸醇胺盐乳状液,无沉淀,无析皂 ８ 􀆱 ５ 无锈蚀 ５ ０ ９０ 􀆱 ０ ９ ０ 由表１可以看出,２种助剂都具有较好的防锈 性能,这是因为其分子中含有很强的极性基团,在 金属表面定向吸附形成吸附膜,阻止金属腐蚀,可 以作为体系防锈组分;润滑性显示合成的酰基谷氨 １０１ 新型低C O D支架液压液的研究制备 酸醇胺盐都有一定的抗磨和减摩特性,烷基链增长 抗磨特性变好,油酰谷氨酸醇胺盐的润滑性优于辛 酰谷氨酸醇胺盐,可以作为体系润滑组分;同时, ２种酰基谷氨酸醇胺盐水溶液外观稳定,无沉淀及 析皂现象,耐硬水性能良好. 反应利用肖顿 鲍曼缩合方法,分别制得水溶 性添加剂辛酰谷氨酸醇胺盐及油酰谷氨酸醇胺盐, 反应主要分３步,酰基氨基酸醇胺盐反应式如图１ 所示. 图１ 酰基氨基酸醇胺盐反应式 综上所述,合成的辛酰谷氨酸醇胺盐及油酰谷 氨酸醇胺盐均具有良好的防锈性、润滑性及耐硬水 性能,是优良的新型水溶性多功能添加剂,涵盖了 支架传动介质的主要性能,其分子中又含有易于生 物降解的酰胺键,安全性好,因此属于环境友好的 水基添加剂. ３ 辅助添加剂选择 ３ 􀆱 １ 乳化剂选择 乳化剂具有对钙皂的分散能力,可以提高体系 的稳定性,适宜的种类可达到体系增容的目的,减 少添加剂用量.在选取上可以优先考虑支化度较小 的线形分子结构,因为乳化剂一般为表面活性剂, 如其疏水基团尾端支化度较大,将增大立体障碍, 导致生物降解性能降低.脂肪醇聚氧乙烯醚类来源 广泛,属非离子表面活性剂,为线形分子结构,支 化度较小,符合降解速度与表面活性剂结构的关 系,易生物降解. ３ 􀆱 ２ 消泡剂选择 以上体系组分属于表面活性剂,而体系中含有 表面活性剂,会使其表面张力降低,有利于泡沫的 形成[ １ ５].因此需要选择适宜的消泡剂,将传动介 质循环工作时的泡沫控制在合理的范围内,所选消 泡剂要与上述体系有良好的配伍性,且不影响其外 观[ １ ６－１ ７],笔者选用分散性较好的聚醚类消泡剂. ４ 产品制备 笔者研究的新型液压液制备主要组分选择如 下润滑助剂选用合成的多功能油酰谷氨酸醇胺 盐、合成的辛酰谷氨酸醇胺盐复配油酰谷氨酸醇胺 盐起缓蚀作用,乳化稳定剂选择脂肪醇聚氧乙烯 醚,消泡 剂 选 择 聚 醚 类.利 用 正 交 试 验 得 到 低 C O D液压支架用液压液体系组分见表２. 表２ 低C O D液压支架用液压液体系组分 序号添加剂质量分数/％ １ 油酰谷氨酸醇胺盐 ３５ ２ 辛酰谷氨酸醇胺盐 ６７ ３ 脂肪醇聚氧乙烯醚 １２ ４ 稳定剂 １２ ５ 铜缓蚀剂 ０ 􀆱 １ ６ 聚醚消泡剂 ０ 􀆱 １ ７ 水 ８ ６８ ９ 产品制备过程为调和反应,即在含有少量络合 剂的水中,依次加入合成多功能添加剂、乳化稳定 剂,加热搅拌至６ ０℃,待各助剂充分溶解后,降 温至３ ５ ℃４ ０ ℃,加入消泡剂继续搅拌１ ５m i n 后过滤,即可制得低C O D液压支架用液压液 以 下简称 “ 低C O D液压液” . ５ 性能评价 ５ 􀆱 １ 理化性能 理化性能检测参照煤炭行业标准 液压支架用 乳化油、浓缩油及其高含水液压液 MT/T ７ ６－ ２ ０ １ １ 进 行, 选 取 配 液 浓 度 为５％、 硬 度 为 ２ ５ ０m g /L的人工硬水进行配液. 结果显示低C O D液压液的各项指标均符合煤 炭行业标准MT/T ７ ６－２ ０ １ １的通过条件,主要指 标能够满足液压支架的使用要求,低C O D液压液 主要理化指标如下低C O D液压液无析出物、铸 铁２ ４h无锈、１ ５号钢无锈蚀且６ ２号铜无色变、丁 晴橡胶体积变化率为４ 􀆱 ４ ３％、PB值为４ ７ １ N、消泡 性泡沫残留为０. ５ 􀆱 ２ C O D的检测 C O D的检测采用重铬酸盐法 [１ ８],支架传动介 质一般与水配成质量分数为５％的高含水液压液作 为工作液,因此选用去离子水.委托 “ 谱尼测试集 ２０１ 中国煤炭第４ ６卷第８期２ ０ ２ ０年８月 团股份有限公司”检测了低C O D液压液的化学需 氧量,并且在相同条件下与业内代表性浓缩液及乳 化油产品进行了比较检测.结果显示低C O D液压 液的C O D仅为６ 􀆱 ０ ４１ ０ ３ m g /L,低于代表性浓缩 液的２ １ 􀆱 ６１ ０ ３ m g /L,更远低于国外某品牌乳化 油的８ ３１ ０ ３ m g /L,可有效降低 有机污染物 的 排放. ６ 降解工业性试验 低C O D液压液能够满足液压支架的应用条 件,具有较低的C O D,可有效降低有机污染物的 排放,为了验证产品工作液排放后的生物降解程 度,在郑州煤矿机械集团股份有限公司污水处理厂 进行了工作液后处理降解试验,采用 “ 水解酸化＋ A/O”处理工艺,试验工艺流程如图２所示. 图２ 试验工艺流程 水解酸化工艺主要是在大量水解细菌、酸化菌 作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物,将大 分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程, 从而改善废水的可生化性;A/O处理工艺是改进 的活性污泥法,由缺氧和好氧两部分反应组成,流 程的特点是前置反硝化,硝化后的部分出水回流到 反硝化池,以提供硝酸盐,工艺除了使有机污染物 得到降解之外,还具有一定的脱氮除磷功能[ １ ９－２ ０]. 试验将低C O D液压液工作废液匀速进入水解 酸化池内,并通过循环管道依次流经反硝、硝化 一、硝化二、硝化三、硝化四,最终通过沉淀池排 出,不同试验时间的C O D值变化情况见表３. 表３ 不同试验时间的C O D值变化情况 m g /L 试验时间水解酸化反硝化硝化 第１天 ５ ３ ７ ３５ １ ０ ２１ ０ ８ 􀆱 ３ 第５天 ５ ２ ３ ２２ １ ５ ２１ ４ ７ 􀆱 ７ 第１ ０天 ５ １ １ ３１ ３ ５ ４１ １ ７ 􀆱 ７ 第２ ０天 ５ １ ０ ７１ ３ ８ ０１ ０ ５ 􀆱 ５ 由表３可以看出,试验初期 第１５天进 水对各个池内的细菌形成了一定的冲击,迫使细菌 快速适应产品并进行降解;后期 第１ ０２ ０天 , 各池内细菌已经几乎适应了的冲击,C O D的降解 性能也逐渐趋于稳定.随着水解酸化、反硝化及几 段硝化处理后,低C O D液压液工作液化学需氧量 指标逐步降低,各段工艺能够高效运行且保持稳 定,经 过 最 后 一 步 硝 化 处 理 后,C O D可 降 至 ２ ０ ０m g /L以下,低C O D液压液工作液能够利用 “ 水解酸化＋A/O”处理工艺进行降解. ７ 结论 １以制备的水溶性多功能助剂辛酰谷氨酸醇 胺盐及油酰谷氨酸醇胺盐为基础,研制了新型低 C O D液压支架用液压液,各项指标均符合煤炭行 业标准MT/T ７ ６－２ ０ １ １的通过条件,主要指标能 够满足液压支架使用要求,适合在液压支架系统中 应用. ２工作液化学需氧量仅为６ 􀆱 ０ ４１ ０ ３ m g /L, 可有效降低应用过程中有机污染物的排放,减轻矿 企特别是煤机企业废液处理负担,产品的推广使用 符合节能减排、低碳环保的要求. ３工作废液经常规 “ 水解酸化＋A/O”处 理工艺,各段工艺能够高效运行且保持稳定,化学 需氧量指标逐步降低,低C O D液压液能够利用 “ 水解酸化＋A/O”处理工艺有效降解,避免环境 污染. 参考文献 [ １] 曾拥军􀆱液压支架用乳化油、浓缩液的现状及发展 趋势 [ J]􀆱石油商技,２ ０ １ ０,２ ８２ １ ２－１ ５ 􀆱 [ ２] 李谨,黄莉云,曹长盛􀆱煤矿支架液压液的选择和 使用 [ J]􀆱合成润滑材料,２ ０ １ ６,４ ３３ ３ ９－４ ２ 􀆱 [ ３] 王超􀆱矿用液压支架浓缩液的现状与展望 [J]􀆱内 蒙古煤炭经济,２ ０ １ ５ ８ ２ ２－２ ５ 􀆱 [ ４] 王进,王玉超􀆱液压支架用液压液的研究现状及发 展研究 [ J]􀆱煤炭与化工,２ ０ １ ４,３ ７１ ０ １ ７－１ ９ 􀆱 [ ５] 张曙光,孔令坡,白飞飞,等􀆱基于平煤水质的液 压支架用浓缩液的研制 [ J]􀆱煤矿机械,２ ０ １ ９,４ ０ ５ ２ ７－２ ８ 􀆱 [ ６] 韩勇,杜勇,王玉超,等􀆱环保型矿用浓缩液的研 究与应 用 [J]􀆱煤 炭 科 学 技 术,２ ０ ０ ９,３ ７ ６ １ １ ９－１ ２ ２ 􀆱 [ ７] 赵玉玲,孔令坡,谢恩情,等􀆱微乳型液压支架用 乳化油H F A E １ ０ ５的研制及应用 [J]􀆱煤炭科学 技术,２ ０ １ ３,４ １ ８ ２ ６ ６－２ ６ ７ 􀆱 [ ８] 韩泰然,孔令坡􀆱绿色新型液压支架传动介质的研 究应用 [ J]􀆱洁净煤技术,２ ０ １ ９S ２ ９ ５－９ ８ 􀆱 [ ９] 许海霞,王义民,姚元书,等􀆱新型合成液压支架 ３０１ 新型低C O D支架液压液的研究制备 用浓缩液的研究 [J]􀆱煤炭学报,２ ０ ０ ４,２ ９ ４ ４ ８ ７－４ ９ １ 􀆱 [ １ ０] 白飞飞,王玉超,侯建涛,等􀆱煤矿用浓缩液与橡 胶相 容 性 研 究 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􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 我国在产千万吨级煤矿已达５ ２处 据中国煤炭工业协会调查统计,截至目前,我 国已建成千万吨级煤矿５ ２处,核定生产能力８ 􀆱 ２ １ 亿t/a,约占全国生产煤矿总产能的１/５. 从地域分布看,５ ２处千万吨矿井分布在７个 省 自治区 ,１ ４个地市 州 .从省 区看, 内蒙古自治区２ １处,产能３ 􀆱 ９ １亿t/a;陕西省１ ５ 处,产 能２ 􀆱 １亿t/a; 山 西 省８处, 产 能 １ 􀆱 ３ ３亿t/a;新疆维吾尔自治区３处,产能３ ０ ０ ０ 万t/a;宁夏回族自治区２处,产能２ ４ ０ ０万t/a; 安徽省２处,产能２ ３ ３ ０万t/a;云南省１处,产能 １ ０ ０ ０万t/a.从地市看,榆林市１ ５处,产能２ 􀆱 １ ０ 亿t/a;鄂尔多斯市１ １处,产能２ 􀆱 ０ ６亿t/a;朔州 市６处,产能９ ２ ０ ０万t/a. 从矿井类型和规模看,５ ２处千万吨矿井中, 井工煤矿３ ３处,产能４ 􀆱 ６ ７亿t/a;露天煤矿１ ９ 处,产能３ 􀆱 ５ ４亿t/a.其中,产能超过３ ０ ０ ０万t/a 煤矿３处,全部为露天煤矿,分别是神华准能哈 尔乌素露天矿 ３ ５ ０ ０万t/a 、神华宝日希勒露天 煤矿 ３ ５ ０ ０万t/a 、神 华 准 能 黑 岱 沟 露 天 矿 ３ ４ ０ ０万t/a .产能在２ ０ ０ ０３ ０ ０ ０万t/a煤矿９ 处,其中井工煤矿３处,分别是中国神华补连塔煤 矿 ２ ８ ０ ０万 t/a 、 同 煤 大 唐 塔 山 煤 矿 ２ ５ ０ ０万t/a 、 中 国 神 华 布 尔 台 煤 矿 ２ ０ ０ ０万t/a . 从煤企分布看,中央企业有千万吨煤矿３ ６处, 省属及地方国有企业１ ３处,民营企业３处.中央 企业中,国家能源集团１ ９处、中煤集团６处、国 家电投集团５处;省属国有企业中,陕煤集团５ 处、同煤集团３处、兖矿集团２处、淮河能源集 团１处. ４０１ 中国煤炭第４ ６卷第８期２ ０ ２ ０年８月