利用煤粉柴油油浆为原料的工业锅炉液体燃料及其制备方法

摘要

本发明涉及利用煤粉柴油油浆为原料的工业锅炉液体燃料及其制备方法，属液体燃料及其制备方法类。现技术中由于油田使用重油燃料锅炉能源短缺，成本高，为此目的，本发明采用煤粉、柴油、油浆、分散剂合成的三远混合流体燃料，使油浆及煤粉充分燃烧，提高了煤的利用率，又可代替油田热注锅炉使用的重油，该液体燃料油具有污染低，效率高，流动性强，装卸储存及直接雾化特点，不仅符合再生能源战略，还可缓解原油相对短缺的局面，由于本发明使用方便，无需对现有锅炉进行改造，即可使用，因此，可广泛用于工业锅炉燃烧。

说明书

技术领域：

本发明涉及利用煤粉柴油油浆为原料的工业锅炉液体燃料及其制备方法，属液体燃料及其制备方法类。

背景技术：

随着国民经济的发展，石油短缺问题日益突出，目前在油田大多数的热注锅炉仍然以重油、乳化油作为主要的燃料，这些燃料具有很高的附加值，如果进一步提炼可以合成多种有实用价值的产品。把这些物质作为燃料无疑造成巨大的浪费。据1992年世界能源资源统计报道，目前世界上煤的储藏量大大超过油的储藏量，石油的开采只能持续30～40年，而煤的开采仍可持续200～300年，但煤的直接燃烧利用不仅效率低，而且严重污染环境。水—油混合物和煤—水混合物虽然可通过管道输送以取代燃油作为锅炉燃料，但是水—油混合物的粘度偏高，节省油的数量不大；而煤—水混合物的热值较低；更严重的是这两种代油燃料中煤粉的颗粒大、灰分高、使得它们无法直接用于热注锅炉。本发明所采用煤粉为主料，燃料油为辅制成的液体燃料。不但降低了单位热量的原材料成本，而且常温下具有很好的流动性，运输过程中也无须拌热。从长远看，具有很高的经济价值和社会价值，此液体燃料及其制配方法，经查中国专利及其它文献未见报导。

发明内容：

本发明的目的便是为了克服上述缺点，而提供利用煤粉柴油油浆为原料的工业锅炉液体燃料及其制备方法，本发明将油浆、煤、柴油三元混合为流体燃料，燃烧时油浆及煤粉充分燃烧，能提高煤的利用率，又可做为燃料油煤浆替代油田热注锅炉中广泛使用的重油等燃料，该液体燃料油具有污染低、效率高、流动性强，使用时，可直接雾化燃烧特点。

本发明技术方案：

为实现本发明提出的任务，本发明所述的工业锅炉液体燃料组分配比(质量)为煤粉：50-60％，最佳质量：53％，柴油：5-10％，最佳质量：5％，油浆：30-40％，最佳质量：40％，分散剂0.5-3.0％，最佳质量：2％。

利用煤粉柴油油浆为原料的工业锅炉液体燃料制备方法是将油浆、分散剂及柴油在常温、常压下混合后放入容器罐内进行均匀调合，然后分批次往容器内加入粒度煤粉，经搅拌至一定粘度(即1000-1800MPa·S的涡流状态下)时即制成产品。

分散剂为两种化合物复合而成，即由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复合物，两种化合物体积分数分别为70-92％和8-30％或80-97％和3-20％。

所述的柴油为国标标准柴油、油浆采用了炼厂催化后的副产品低值燃料，煤粉为据有一定粒度的燃烧煤，粒度最佳范围：76-500目为最佳值。

本发明与现有技术相比具有的优点是：

本发明的助剂材料是一种以低浓度状态存在于体系中能够吸附在界面上，并能显著降低其界面张力最终能使体系形成均匀的一种物质，由于本发明中使用的原料其化学组分存在着较大差异，煤粉与油浆、柴油间的相溶性不是很好，因此，用添加助溶剂油浆来改善它们之间的相溶性，而助溶剂包含亲水基和亲油基的两亲分子，能在它们之间起到一种纽带作用，使燃料具有良好的相溶性，因此该液体燃料在使用中可以长时间不分层。

另外本发明中使用的油、煤浆其基本性能与市场上销售的煤焦油相当，但在热值要比煤焦油高，且成本低。

所述的油浆为炼厂原油经催化后的低值副产品，该产品已不能再进行深加工，使用后可变废为宝。

综上所述，本发明采用煤粉、油浆、柴油为主料添加油浆和少量的添加剂复配而成的液体燃料，使用时油浆及煤粉可充分燃烧，不但提高了煤利用率。还降低了单位热量原材料成本，另外，本产品在常温下具有较好的流动性，运输过程也无需拌热，具有很高经济和社会效益，可替代热注锅炉广泛使用的燃料油，燃烧时具有效率高、流动性强、又可直接雾化的燃烧特点。

具体实施方式：

本发明由以下实施例给出，下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本发明所选用的原材料组分配比(质量)煤粉：50-60％，最佳质量：53％，柴油：5-10％，最佳质量：5％，油浆：30-40％，最佳质量：40％，分散剂0.5-3.0％，最佳质量：2％。

按上述各组分配制成本发明的液体燃料方法是：

将油浆分散剂及柴油在常温常压下按所给定的比例装入容器罐内，进行调合均匀，然后往容器罐内分批次加入研磨到一定粒度的煤粉，再充分搅拌至粘度1000-1800MPa·S的涡流状态下时即制成产品。

分散剂为两种化合物复合而成，即由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复合物，两种化合物体积分数分别为70-92％和8-30％或80-97％和3-20％。

所述的柴油为国标标准柴油、油浆采用了炼厂经催化后的副产品低值燃料，煤粉为据有一定粒度的燃烧煤，粒度最佳范围：76-500目为最佳值。

实施例2：

1、分散剂种类的筛选

所述的分散剂主要作用是改变煤粒表面的亲油性，增强静电斥力，促进煤粒均匀的分散在油浆和柴油的复合体系中，防止煤粒聚结，提高水煤浆的流动性。通过对煤粉和油浆的特性选用以下阴离子和非离子分散剂(阳离子表面活性剂很少用作分散剂)做为主要的研究对象。将煤粉(200目)55％，油浆35％，柴油8％，分散剂2％在室温下充分混合至浆状，测试体系的表观粘度和稳定性具体结果如下表：

  序  号  分散剂种类  分散剂加入量  稳定  性  表观粘度  (mPa.s)  非离子表面  活性剂  阴离子表面活  性剂  非离子  表面活  性剂  阴离子  表面活  性剂  1  聚氧乙烯系  列  0.5％  不分  层  1600  2  聚氧乙烷系  列  0.5％  不分  层  1550  3  聚萘磺酸盐系  列  1.5％  分层  1200  4  木质素磺酸盐  1.5％  不分  层  1800  5  腐植酸盐系列  1.5％  分层  1600  6  聚烯烃系列  1.5％  分层  1400  7  NDF  1.5％  不分  层  1300  8  PSS和PSA共  聚物  1.5％  不分  层  1250  9  羧酸及磷酸盐  系列  1.5％  分层  1650  10  聚氧乙烷系  列  聚萘磺酸盐系  列  0.5％  1.5％  不分  层  1050  11  聚氧乙烷系  列  NDF  0.5％  1.5％  不分  层  1100  12  聚氧乙烷系  列  PSS和PSA共  聚物  0.5％  1.5％  不分  层  1000

注：表中稳定性为该产品体系在室温下静至48小时看是否分层

通过结果可以看出非离子表面活性剂在具有分散性能的同时还具有很好的稳定性能，阴离子表面活性剂具有很好的分散性，考虑整个体系的稳定性、流动性和成本，选定非离子表面活性剂，聚氧乙烷系列阴离子表面活性剂，聚萘磺酸盐系列及NDF和PSS和PSA共聚物作为主、辅分散剂。

2、分散剂质量份数的确定

将煤粉(200目)55％，油浆35％，柴油8％在室温下充分混合在加入不同质量份数的分散剂PSS和PSA共聚物，测试体系的表观粘度具体结果如下表：

  序号  分散剂质量分数(％)  表观粘度(mPa.s)  1  0.1  2000  2  0.5  1550  3  1.0  1400  4  1.5  1350  5  2.0  1200  6  2.5  1150  7  3.0  1100  8  3.5  1080

实验结果表明，随着分散剂量的增大，同样比例油煤浆的粘度不断缩小，当分散剂量大于3％时，粘度的变化趋于不变。故分散剂的质量分数定为0.5～2.0之间为宜。

3、煤粉质量份数的确定

将油浆35％，柴油8％和2％的分散剂阴离子表面活性剂：PSS和PSA共聚物充分混合，加入不同质量份数煤粉(200目)，测量体系的粘度和稳定性实验结果见下表：

  序号  煤粉质量分数(％)  表观粘度(mPa.s)  1  40  500  2  45  600  3  50  800  4  55  1200  5  60  1800  6  65  8000  7  70  20000  8  75  无发测量

实验结果表明当煤粉的质量份数大于60％时产品的粘度显著增大，当质量份数大于70％时体系不再具有流动性，考虑到现场的实际应用和成本，煤粉的质量份数在53～60是最佳选择。

4、煤粉粒度的确定

煤粉的粒度直接影响着油煤浆体系的粘度和稳定性，煤粉的粒度越细，分散效果越好，但粒度过细又增加了体系的自由能，使煤粉在体系内不能有效堆积，增大了体系的粘度。煤粉的粒度太大又直接影响体系的分散性，最终导致体系很不稳定。为了解决这一矛盾采用不同粒度的煤粉，这样即可降低体系的粘度又可以提高体系的稳定性。实验结果表明，粒度范围在(500目～76目)之间，但低于150目煤粉在体系内的质量份数应小于10％。

5、柴油质量份数的确定

油浆是由饱和烃、芳烃、胶质、沥青质和催化剂颗粒组成，本身具有一定的粘度，煤粉又属于多孔物质，不容易分散，为了更好的保证体系具有好的流动性和稳定性，配制时要加入一定质量分数的柴油做分散剂，即保证质量，又降低成本，根据实验结果质量份数在5-8之间油浆可以较好地分散煤粉，使体系具有较低的粘度和良好稳定性能。

实施例3：

6、制备方法：

将油浆、分散剂及柴油在常温常压下按所给定的比例进行调和，在封闭条件下调和均匀后，分批次加入研磨到一定粒度的煤粉，充分搅拌至涡流闭和后即可。

实施例4：

本发明与油煤浆的燃烧性能对比表：

本发明中油煤浆与重油、水煤浆和煤焦油四种常用的性能和单位发热量具体对比结果见下表：

  项目  单位  本发明液体燃料  重油  水煤浆  煤焦油  单位发热量  kJ/kg  21159～23574  24934～26771  18631～21665  20259～22353  表观粘度  mPa.s  1000  2430  800～1200  1500  密度  kg m³  1.13  0.9628  1.25  1.08  灰分  Wt％  3～4  0～2  6～8  8～10  燃烧硫分  Wt％/煤  0.15  0.1  0.3  0.2

表中看出本发明的液体燃料在燃烧指标近似重油，但成本及经济价值远低于重油。