CN101633857A - 一种水油煤乳化燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种水油煤乳化燃料，是由以下重量份数的原料混合制备而成：煤粉10－40份，乳化油30份。制备方法：(1)首先配置乳化油：称取20.4－26.4重量份的水和3－9重量份的柴油以及乳化剂0.6份，然后将三者混合，采用搅拌机充分搅拌至乳化状态得到乳化柴油；(2)在配置好的乳化油中加入煤粉，搅拌均匀，其中乳化油30份，煤粉30份。有益效果为：乳化燃料让参与燃烧反应的煤粉在水和油分子燃烧“爆炸”情况的帮助下增大了接触面积，能够让煤粉更完全的燃烧，提高了燃烧效能，同时乳化燃料燃烧时无黑烟产生，能达到减少污染物排放的同时，还解决了我国水煤浆技术容易分层、易产生二次污染等问题。

Description

一种水油煤乳化燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种燃料，具体涉及一种水油煤乳化燃料及其制备的方法。

背景技术

我国是能源生产和消费的大国，煤是我国的主要依靠能源，但煤的燃烧污染严重，煤炭产生的黑烟即“烟尘”会减少到达地面的太阳辐射量，从发电站向大气中排放的大量烟尘微粒，使空气变的非常浑浊，遮挡了阳光。据有关数据统计，在大工业城市烟雾不散的日子里，太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减少近40％，并且在空气污染严重的城市天天如此，导致了人和动植物因缺乏阳光而生长发育不好。

而在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这也就决定了煤炭在一次性能源中的重要地位，与石油和天然气比较而言，我国的煤炭储量相对比较丰富，在世界煤炭储量中仅次于美国而居第二位，煤炭在全国一次能源的生产和消费中比例长期占70％以上，专家预测，在本世纪前30年内，煤炭在我国一次性能源构成中仍将占主体地位。

根据我国的自身资源情况与全球倡导的环保节约问题，在煤炭方面与一个共同的交叉点——煤炭的清洁燃烧。在未来的几十年时间里，煤炭仍将在我国的能源结构中占主体地位，但是燃烧产生的大量污染物排放却远不能达到国家“十一五”环保规划的规定。现在国家推广水煤浆技术，也有使用乳化油燃烧，但是水煤浆存在着水煤容易分离产生二次水污染和运输机械容易磨损等缺点，乳化油也存在着水油分离和油多水少，不节能的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题第一方面是：为解决煤在燃烧时由于燃烧不充分从而产生黑烟污染等问题以及我国水煤浆技术存在容易水煤分离产生二次污染和运输机械容易磨损的问题，提供一种水油煤乳化燃料，提高燃烧效果，使乳化后的煤燃烧反应更充分，改善黑烟污染问题。

产生大颗粒状碳粒的根本原因是煤碳的不充分燃烧，导致产生了黑烟。而乳化油在一定的高温下油中的水会产生微爆，微爆的雾滴增加了燃料紊动的程度，使火焰面变宽变厚，容易充满燃烧容腔。将水、油和煤三者混合乳化便能更好的提高煤的燃烧效果，使乳化后的煤的燃烧反应更完全，并且由此可以改善由于煤燃烧不充分从而产生黑烟污染。

本发明所要解决的技术问题第二方面是提供上述水油煤乳化燃料的制备方法。

作为本发明第一方面的一种水油煤乳化燃料，其特征在于，由以下重量份数的原料混合制备而成：煤粉10-40份，乳化油30份。

上述一种水油煤乳化燃料，所述乳化油由水、柴油和乳化剂混合而成，其中各组分占整个水油煤乳化燃料的重量份数为：水：20.4-26.4份、柴油：3-9份、乳化剂：0.6份。

在本发明一个优选实施例中，水油煤乳化燃料的各原料重量配比为，水24.9份、柴油4.5份、乳化剂0.6份、煤粉30份。

本发明采用的乳化剂，由以下重量百分比的原料制备而成：

正癸醇10-30％  正辛醇10-20％  石油醚5-15％  正丁醇10-30％

环烷酸2-8％    油酸10-25％    甘油2-6％     氨水1-3％

司盘80 2-8％   十二烷基苯磺酸钠0.5-1.5％。

在本发明一个优选实施例中，乳化剂由以下重量百分比的原料制备而成：

正癸醇20％ 正辛醇15％  石油醚10％  正丁醇20％

环烷酸5％  油酸18％    甘油4％     氨水2％

司盘80 5％ 十二烷基苯磺酸钠1％。

上述乳化剂的制备方法是将上述重量百分比的正癸醇、正辛醇、石油醚、正丁醇倒入转速为400-400转/分的反应釜中搅拌，再常温和防火防爆的条件下搅拌融合，然后依次将上述配比的环烷酸、油酸、甘油加入搅拌，再将环烷酸、油酸、甘油加入搅拌，再将上述重量比的十二烷基苯磺酸钠、氨水、司盘80加入反应釜中搅拌20分钟后制成。

作为本发明第二方面的水油煤乳化燃料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成

(1)首先配置乳化油：称取20.4-26.4重量份的水和3-9重量份的柴油以及乳化剂0.6份，然后将三者混合，采用搅拌机充分搅拌至乳化状态得到乳化柴油；

(2)在配置好的乳化油中加入煤粉，搅拌均匀，其中乳化油30份，煤粉30份。

本发明的有益效果为：乳化燃料让参与燃烧反应的煤粉在水和油分子燃烧“爆炸”情况的帮助下增大了接触面积，能够让煤粉更完全的燃烧，提高了燃烧效能，同时乳化燃料燃烧时无黑烟产生，能达到减少污染物排放的同时，还解决了我国水煤浆技术容易分层、易产生二次污染和运输机械容易磨损的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1是本发明水油煤乳化燃料与烟煤和水煤浆的价格及燃烧值比值图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一、乳化剂的制备

实施例1

称取以下重量百分比的原料：

正癸醇10％  正辛醇10％  石油醚5％  正丁醇30％

环烷酸8％   油酸25％    甘油2％    氨水1％

司盘80 8％  十二烷基苯磺酸钠1％。

其制备方法是：将上述重量百分比的正癸醇、正辛醇、石油醚、正丁醇倒入转速为400-400转/分的反应釜中搅拌，再常温和防火防爆的条件下搅拌融合，然后依次将上述配比的环烷酸、油酸、甘油加入搅拌，再将环烷酸、油酸、甘油加入搅拌，再将上述重量比的十二烷基苯磺酸钠、氨水、司盘80加入反应釜中搅拌20分钟后制成，装桶密封，每桶装180kg。

实施例2

称取以下重量百分比的原料：

正癸醇30％   正辛醇20％  石油醚15％ 正丁醇10％

环烷酸2％    油酸10％    甘油6％    氨水3％

司盘80 2.5％ 十二烷基苯磺酸钠1.5％。

本实施例的制备工艺同实施例1。

实施例3

称取以下重量百分比的原料：

正癸醇28％   正辛醇18％  石油醚13％  正丁醇13％

环烷酸4％    油酸12％    甘油5％     氨水2％

司盘80 4.5％ 十二烷基苯磺酸钠0.5％。

本实施例的制备工艺同实施例1。

实施例4

称取以下重量百分比的原料：

正癸醇12％  正辛醇12％  石油醚7％  正丁醇28％

环烷酸7％   油酸22％    甘油3％    氨水1％

司盘80 7％  十二烷基苯磺酸钠1％。

本实施例的制备工艺同实施例1。

实施例5

称取以下重量百分比的原料：

正癸醇20％  正辛醇15％  石油醚10％ 正丁醇20％

环烷酸5％   油酸18％    甘油4％    氨水2％

司盘80 5％  十二烷基苯磺酸钠1％。

本实施例的制备工艺同实施例1。

二、乳化油的制备

实施例6

将26.4重量份的水加入反应釜中，采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速在每分钟400-500转，再将0.6重量份的乳化剂加入到反应釜中，搅拌5分钟，再将3重量份的柴油倒入反应釜中，搅拌10分钟制成30重量份的含油10％的乳化油。

实施例7

将24.9重量份的水加入反应釜中，采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速在每分钟400-500转，再将0.6重量份的乳化剂加入到反应釜中，搅拌5分钟，再将4.5重量份的柴油倒入反应釜中，搅拌10分钟制成30重量份的含油15％的乳化油。

实施例8

将20.4重量份的水加入反应釜中，采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速在每分钟400-500转，再将0.6重量份的乳化剂加入到反应釜中，搅拌5分钟，再将9重量份的柴油倒入反应釜中，搅拌10分钟制成30重量份的含油30％的乳化油。

三、水油煤乳化燃料的制备

实施例9

将实施例6制备的含油10％的乳化油倒入搅拌桶中，再倒入30重量份的煤粉，搅拌均匀即可制得水油煤乳化燃料。

实施例10

将实施例7制备的含油15％的乳化油倒入搅拌桶中，再倒入30重量份的煤粉，搅拌均匀即可制得水油煤乳化燃料。

实施例11

将实施例8制备的含油30％的乳化油倒入搅拌桶中，再倒入30重量份的煤粉，搅拌均匀即可制得水油煤乳化燃料。

下面就对比实验研究进行讨论，来详细说明本发明。

一、确定水油煤乳化燃料中乳化油的各原料的最佳重量份数

实验材料：水、油、乳化剂

实验仪器：煤炉、胶头滴管、烧杯、玻璃棒、160目过滤网

在制备乳化油时，工业上使用大型高转速的搅拌机搅拌，搅拌的时间需要很长，在没有大型高速搅拌机的情况下，可以选择使用160目过滤网代替，过滤三遍，得到的效果与大型高速搅拌机搅拌的效果相差不大，并且十分方便。

从经济角度来讲，柴油比水贵，并且在原料中尽量多的使用水，不仅能降低燃料的成本，同时还能使其增多与悬浮状态碳粒发生反应产生可燃性气体。

1、乳化油的燃烧实验：

用胶头滴管将三种不同比例的乳化油滴入煤炉中进行燃烧比较

表1：三种不同比例的乳化油的燃烧实验结果

	实施例6	实施例7	实施例8
				配置	含油10％的乳化油	含油15％的乳化油	含油30％的乳化油
燃烧效果	燃烧不良	燃烧良好，火焰较大	燃烧良好，火焰较大

实验结果：在上述的燃烧实验中发现含油10％的乳化油燃烧效果不良，含油15％和30％的乳化油燃烧较好。

2、乳化油的沉淀分层实验：

在三个空烧杯中分别加入适量含油10％、15％、30％的乳化油，长时间静置后观察其分层情况

表2：三种不同比例的乳化油的沉淀分层实验结果

	实施例6	实施例7	实施例8
				60min	不分层	不分层	轻微分层
90min	不分层	不分层	分层明显
				24h	不分层	不分层	完全分层

实验结果：上述沉淀分层实验得出：含油30％的乳化油静置后易分层，而含油10％和15％的乳化油不易分层。

实验结论：通过上述燃烧试验和沉淀分层实验得出：含油10％的乳化油燃烧效果不良；含油30％的乳化油静置后容易分层；含油15％的乳化油不易分层且燃烧效果良好，所以选用含油15％的乳化油来配置水油煤乳化燃料。

二、确定水油煤乳化燃料中乳化油与煤粉的最佳重量份数

实验材料：煤粉、含油15％的乳化油

实验仪器：碾钵、烧杯、玻璃棒、药匙、煤炉、胶头滴管

1.乳化油(含油15％)和煤粉混合后的流动性状态观察实验：

在7个空烧杯中，分别加入10g乳化油(含油15％)，再在7个烧杯中分别加入1g、2g、6g、10g、15g、25g、30g煤粉，并编号为1、2、3、4、5、6、7。

表3：乳化油(含油15％)和煤粉混合后的流动性状态比较

序号	加入煤粉质量(g/克)	液体状态	颜色
				1	1	极稀	灰白色
2	2	极稀	变深
				3	6	稀	变深
4	10	稀，但逐渐变稠	变深
				5	15	糊状	变黑
6	25	具很微弱的流动性	变黑
				7	30	几乎不具有流动性	变黑

实验结果：根据实验现象观察，每10克乳化油(含油15％)中加入煤粉1-6克，燃料的液体状态很稀；每10克乳化油(含油15％)中加入煤粉15-30克，燃料的状态很稠，几乎不具有流动性；每10克乳化油(含油15％)中加入煤粉10克，此时燃料既有较好的流动性又不是很稀的状态。

2.乳化油(含油15％)和煤粉混合后的沉淀分层实验：

(1)取两个空杯，向杯子中分别加入适量的调配好的水油煤乳化燃料(含油10g乳化油和10g煤粉)和30％乳化油，搅拌后开始静置分层实验。

(2)75分钟后，当含油30％乳化油完全分层，对其进行搅拌、过滤、静置；而水油煤乳化燃料始终保持静置状态。

(3)每隔75分钟重复上述步骤(2)中动作，共24次。(每天8:00-18:00进行实验，共3天)。

表4：水油煤乳化燃料(含油10g乳化油和10g煤粉)与含油30％乳化油的沉淀分层实验对比

实验结果：10g乳化油(含油15％)和10g煤粉配制而成的水油煤乳化燃料在静置3天后，仍然不发生分层现象，而乳化油(含油30％)很容易出现分层现象。

3.乳化油(含油15％)和煤粉混合后的燃烧实验：

(1)在4个空烧杯中分别加入30g乳化油(含油15％)；

(2)在上述4个烧杯中分别用药匙加入煤粉10g、20g、30g、40g，并依次标上序号为1、2、3、4；

(3)取一个空烧杯，只加入煤粉，并在烧杯上标上序号5；

(4)取一个空烧杯，按1∶1比例加入水和煤粉，并在烧杯上标上序号6；

(5)取一个空烧杯，按1∶1比例加入油和煤粉，并在烧杯上标上序号7；

(6)分别将上述7个烧杯内的燃料加入到煤炉内，观察其燃烧情况。

表5：各种比例的水油煤乳化燃料与煤粉、水煤浆、油煤混合剂的燃烧现象对比

烧杯序号	煤粉含量	燃烧情况	气体排放情况
				1	10g	燃烧充分，火焰中	无黑烟
2	20g	燃烧充分，火焰大	无黑烟
				3	30g	燃烧充分，火焰极大	无黑烟
4	40g	燃烧充分，火焰大	无黑烟
				5	纯煤粉30g	燃烧充分，火焰小	产生黑烟
6	水加煤30g	抑制燃烧	产生黑烟
				7	油加煤30g	燃烧不充分，极大火焰	极浓黑烟

实验结果：纯煤粉、水加煤与油加煤这3者的燃烧与乳化燃料的燃烧相比，都会产生黑烟，并且水加煤会抑制燃烧，油加煤会产生极浓的黑烟；而乳化燃料的燃烧中，30g乳化油(含油15％)中加入30g煤粉的燃烧效果最好。

实验结论：通过上述3个实验得出，乳化油(含油15％)与煤粉的混合比例为1∶1最为适宜，此时乳化燃料既有较好的流动性，便于运输、燃烧、工业使用，又不存在水煤浆技术的最大问题-容易水煤分离，产生二次污染，而且燃烧时火焰极大，不产生黑烟。

参看图1，图1为本发明水油煤乳化燃料与烟煤和水煤浆的价格及燃烧值比值图，结果如下：

(1)煤粉：

热值-21.30MJ/kg

煤粉的平均价格：960元/吨

单元人民币燃烧值为22.1875MJ/元

(2)水煤浆：

热值-19.56MJ/kg

水煤浆的平均价格：1100元/吨

单元人民币燃烧值为19.7818MJ/元

(3)水油煤乳化燃料(优选配方)：

热值-22.93MJ/kg

水油煤乳化燃料的平均价格：810元/吨

单元人民币燃烧值为28.3086MJ/元

与纯煤粉和水煤浆比较，水油煤乳化燃料的单位热值和单元人民币燃烧值都是最高，在制作本发明水油煤乳化燃料时，除了需要加入添加剂和煤油的费用外，其他原料几乎都是煤电厂必备的，方法操作简单、易懂、方便。本发明水油煤乳化燃料具有燃烧效率高，经济成本低的优势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种水油煤乳化燃料，其特征在于，由以下重量份数的原料混合制备而成：煤粉10-40份，乳化油30份。

2.根据权利要求1所述一种水油煤乳化燃料，其特征在于，所述乳化油由水、柴油和乳化剂混合而成，其中各组分占整个水油煤乳化燃料的重量份数为：水：20.4-26.4份、柴油：3-9份、乳化剂：0.6份。

3.根据权利要求2所述一种水油煤乳化燃料，其特征在于，水油煤乳化燃料的各原料重量配比为，水24.9份、柴油4.5份、乳化剂0.6份、煤粉30份。

4.一种权利要求1所述的油煤乳化燃料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：

(1)首先配置乳化油：称取20.4-26.4重量份的水和3-9重量份的柴油以及乳化剂0.6份，然后将三者混合，采用搅拌机充分搅拌至乳化状态得到乳化柴油；

(2)在配置好的乳化油中加入煤粉，搅拌均匀，其中乳化油30份，煤粉30份。

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