CN102229824B - 一种金属燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源燃料，特别公开了一种金属燃料及其制备方法。该金属燃料，其特殊之处在于：以可燃金属粉为基料，以脂肪醇类、烃类、水中的一种或几种为分散介质，再添加表面活性剂制备而成的燃料组合物。本发明金属燃料及其制备方法的有益效果是：以煤粉、焦粉为助燃剂提高燃料热值的同时，还优化了燃料的燃烧性能；根据燃料的用途差异，制成流体燃料或固态燃料，是一种高能量、高密度、高清洁、可再生的新型能源，可用于航空航天、航海运输、电力供暖、工业窑炉和锅炉、以及汽车等领域。

Description

一种金属燃料及其制备方法

（一）        技术领域

    本发明涉及一种能源燃料，特别涉及一种金属燃料及其制备方法。

（二）        背景技术

    历来广泛使用的日趋枯竭、不可再生的化石能源燃料，存在着能源枯竭、环境污染双重危机同步展现在人类面前，现有落后的燃烧技术、燃烧设备及燃烧方式等因素，严重制约着现代经济与社会的进步和可持续发展；积极寻求新的解决方案，采用新技术和新方法进行资源的有效开发与循环利用，寻找可再生的替代清洁能源，是人类当前面临的重大的课题；而可再生的清洁能源将成为未来世界发展的经济命脉。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种高清洁、可再生的金属燃料及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种金属燃料，其特殊之处在于：以可燃金属粉为基料，以脂肪醇类、烃类、水中的一种或几种为分散介质，再添加表面活性剂制备而成的燃料组合物。

表面活性剂为催化剂、分散剂、金属保护剂、乳化剂、稳定剂中的一种或几种；以煤粉和/或焦粉为助燃剂。

本发明金属燃料由以下重量百分比的组分制成：

可燃金属粉           0.5—80%

分散介质             2—85%

助燃剂               0—75%

催化剂               0—15% 

分散剂               1—2%

金属保护剂           0.1—2%

乳化剂               0—2%

稳定剂               0.1—2%。

本发明金属燃料其优选方案是由以下重量百分比的组分制成：

可燃金属粉           2—65%

分散介质             2—70%

助燃剂               0—65%

催化剂               0.2—10% 

分散剂               1—2%

金属保护剂           0.1—1.5%

乳化剂               0—1.5%

稳定剂               0.1—2%。

可燃金属粉为金属或合金颗粒在金属保护剂、分散剂作用下放入研磨机中，控制温度在30-65℃进行研磨，所得的粉体80—90%过325目筛，其余过120目筛。

可燃金属粉包含铁粉、铝粉、锌粉、镁粉、硼粉及铝镁合金、镁铝合金等含相同元素的合金粉为基料燃烧剂，提供主要的热量来源，其氧化物既具有催化燃烧的作用，还兼有净化燃烧尾气的作用。可燃金属粉其优选的组分重量百分比为铁10—45%、铝15—45%、镁10—45%，铝、镁可以是铝合金或镁铝合金。

可燃金属粉（如镁、铝、铁等）具有很高的燃烧焓，在燃烧过程中相互协调促进，经反复实验所得：具有高能量密度特性的金属燃料，其燃烧值可实现在7500kcal/kg—11000kcal/kg范围的可控性设计和调整；其燃烧温度可达1500K以上(如铝与铁的氧化产物发生铝热反应可产生3000K高温,并释放大量的热量，2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe)；金属粉末还起到了很好的除碳、脱硫、消氮的功效（如2Mg+CO2=2MgO+C, 2Mg+SO2=2MgO+S,Mg+S=MgS,2Al+3S=Al2S3,Fe+S=FeS,3Mg+N2=Mg3N2，3Mg+2NO=Mg3N2+O2）。

分散介质为脂肪醇类、烃类、水中的一种或几种，脂肪醇类优选低级脂肪醇甲醇、乙醇或丁醇；烃类优选的是烷烃C12-C20正构烷烃。分散介质其优选的组分重量百分比为低级脂肪醇65—85%、烷烃10—20%、水0.5—15%。

助燃剂组成是煤粉、焦粉或两者的混合物，优选的是混合物，其组成范围是：煤粉20—50%，其余为焦粉。煤粉和焦粉的制备方法为：原煤、焦炭经粉碎、润湿、超细化研磨加工，制得的粉体80—90%通过200目筛网，其余过120目筛，浮选净化脱灰、脱硫去杂，干燥失水即得。

催化剂为引燃剂和氧化剂，引燃剂优选乌洛托品，氧化剂优选为高氯酸铵和/或二氧化锰；分散剂优选为烷基磺酸盐；乳化剂优选为脂肪酸失水山梨醇脂和/或聚氧乙烯醚；稳定剂优选为甲基环戊二烯三羰基锰和/或聚异丁烯基丁二酰亚胺。

金属保护剂包括缓蚀剂和脂肪酸，其优选的组分重量百分比为环氧丙烷环氧乙烷共聚物30—50%、偏钒酸铵10—30%、硬脂酸20—50%。

本发明金属燃料的制备方法，包括如下步骤：

    （1）制备可燃金属粉；

    （2）制备助燃剂；

（3）将步骤（1）、步骤（2）制备物与组合物中其他组分混合，搅拌、均质、分散、研磨、精制即得。

本发明金属燃料及其制备方法的有益效果是：以煤粉、焦粉为助燃剂提高燃料热值的同时，还优化了燃料的燃烧性能；各固体组分分散于以脂肪醇类、烃类、水或其混合物组成的分散介质中，加入表面活性剂以提高分散体系的稳定性，加入以抗暴剂为主的稳定剂以提高燃料的安全性，加入金属保护剂用于减缓金属在各种介质及加工过程中的腐蚀，根据燃料的用途差异，制成流体燃料或固态燃料，是一种高能量、高密度、高清洁、可再生的新型能源，可用于航空航天、航海运输、电力供暖、工业窑炉和锅炉、以及汽车等领域。

（四）        具体实施方式

实施例1： 

用环氧乙烷环氧丙烷共聚物30%；偏钒酸铵30%；硬脂酸40%组成的金属保护剂，按金属：金属保护剂=100：2的要求处理好的金属粉（铁:铝:镁=1:1:0.5）20g，与煤粉100g、分散剂0.5g、液体石蜡20g、甲醇57g、乳化剂1.5g、稳定剂1g、二氧化锰0.4 g混合均匀；用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.185g/cm3的金属燃料。

实施例2：

按照实施例1的方法制取金属粉 (铁:镁铝合金:硼=1:1.5:0.01)44g、分散剂2g、甲醇61.5g、焦粉90g、稳定剂2.5g混合均匀，用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.201g/cm3的金属燃料。

实施例3：

按照实施例1的方法制取金属粉 (铁:铝=1:2)10g、分散剂2g、甲醇30g、水20g、煤粉60g、焦粉60g、液体石蜡15g、乳化剂1.5g、稳定剂1.5g混合均匀，用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.181g/cm3的金属燃料。

实施例4：

按照实施例1的方法制取金属粉 (铁:铝:镁=1:2:0.2)60g、分散剂4g、水68g、煤粉67.5g、稳定剂0.5g混合均匀，用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.333g/cm3的金属燃料。

实施例5：

按照实施例1的方法制取金属粉(镁:铝:锌=0.5:2:0.5)80g、分散剂3g、液体石蜡20g、水60g、煤粉10g、焦粉24.5g、乳化剂1.5g、稳定剂1g混合均匀，用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.391g/cm3的金属燃料。

实施例6：

按照实施例1的方法制取金属粉(镁:铝=0.1:2)50g、分散剂3g、液体石蜡117g、甲醇20g、乳化剂2g、稳定剂3g、二氧化锰5g混合均匀，搅拌均质得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.23g/cm3的金属燃料。

实施例7：

按照实施例1的方法制取金属粉 (镁:铝=0.5:2)100g、分散剂4g、液体甲醇89g、稳定剂3g、高氯酸铵4g混合均匀，搅拌均质得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g、密度1.412g/cm3的金属燃料。

实施例8：

按照实施例1的方法制取金属粉 (铁:镁铝合金=2:1)120g、分散剂5g、液体石蜡67g、稳定剂3g、二氧化锰5g混合均匀，搅拌均质得到具有颗粒均匀、有良好流变性的组合物200g，密度2.215g/cm3的金属燃料。

实施例9：

按照实施例1的方法制取金属粉 (铁:镁:铝=1:0.1:2)130g、固体石蜡15g、煤粉20g、焦粉20g、乌洛托品10g、二氧化锰5g均匀混合，用胶体磨研磨得到具有颗粒均匀的膏状体、经压实得到密度3.426g/cm3的金属燃料。

实施例中所用催化剂为引燃剂和氧化剂，引燃剂优选乌洛托品，氧化剂优选为高氯酸铵和/或二氧化锰；分散剂优选为烷基磺酸盐；乳化剂优选为脂肪酸失水山梨醇脂和/或聚氧乙烯醚；稳定剂优选为甲基环戊二烯三羰基锰和/或聚异丁烯基丁二酰亚胺。

Claims (7)

1.一种金属燃料，其特征是：以可燃金属粉为基料，以脂肪醇类、烃类、水中的一种或几种为分散介质，再添加表面活性剂制备而成的燃料组合物；脂肪醇类为低级脂肪醇；烃类为烷烃C12-C20正构烷烃；表面活性剂为分散剂、金属保护剂、稳定剂、催化剂、乳化剂中的3-5种；催化剂为引燃剂和氧化剂，引燃剂为乌洛托品，氧化剂为高氯酸铵和/或二氧化锰；分散剂为烷基磺酸盐；乳化剂为脂肪酸失水山梨醇脂和/或聚氧乙烯醚；稳定剂为甲基环戊二烯三羰基锰和/或聚异丁烯基丁二酰亚胺；金属保护剂包括缓蚀剂和脂肪酸，缓蚀剂和脂肪酸的组分重量百分比为环氧丙烷环氧乙烷共聚物30—50%、偏钒酸铵10—30%、硬脂酸20—50%；

金属燃料的各组分的重量百分比为：

可燃金属粉           0.5—80%

分散介质             2—85%              

催化剂               0—15% 

分散剂               1—2%

金属保护剂           0.1—2%

乳化剂               0—2%

稳定剂               0.1—2%。

2.根据权利要求1所述的金属燃料，其特征是：以煤粉和/或焦粉为助燃剂，助燃剂重量百分比为0—75%。

3.根据权利要求2所述的金属燃料，其特征是：由以下重量百分比的组分制成：

可燃金属粉           2—65%

分散介质             2—70%

助燃剂               0—65%

催化剂               0.2—10% 

分散剂               1—2%

金属保护剂           0.1—1.5%

乳化剂               0—1.5%

稳定剂               0.1—2%。

4.根据权利要求3所述的金属燃料，其特征是：可燃金属粉为金属或合金颗粒在金属保护剂、分散剂作用下放入研磨机中，控制温度在30-65℃进行研磨，所得的粉体80—90%过325目筛，其余过120目筛。

5.根据权利要求3所述的金属燃料，其特征是：脂肪醇类为低级脂肪醇内的甲醇、乙醇或丁醇。

6.根据权利要求3所述的金属燃料，其特征是：助燃剂煤粉和焦粉的制备方法为：原煤、焦炭经粉碎、润湿、超细化研磨加工，制得的粉体80—90%通过200目筛网，其余过120目筛，浮选净化脱灰、脱硫去杂，干燥失水即得。

7.根据权利要求3所述的金属燃料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

（1）制备可燃金属粉；

（2）制备助燃剂；

（3）将步骤（1）、步骤（2）制备物与组合物中其他组分混合，搅拌、均质、分散、研磨、精制即得。