CN102465046A - 生质水煤浆的制造方法及以该方法制造的生质水煤浆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生质水煤浆的制造方法，包含：提供一生质物溶液，该生质物溶液包含：一生质物材料；一碱化剂；以及一溶剂；加入过氧化氢于该生质物溶液中；将该生质物溶液升温，进行反应；以及混合煤碳至该反应后的生质物溶液中，以获得一生质水煤浆。本案也提供由上述制造方法所制造的生质水煤浆。
Description
技术领域
本发明关于水煤浆的制造方法及其所制造的水煤浆，特别是关于生质水煤浆的制造方法及其所制造的生质水煤浆。
背景技术
水煤浆是由煤、水及少量添加剂调配而成的浆液，为新兴发展的替代燃料之一。水煤浆保留了煤的燃烧特性，并具有如石油的液体流动性和稳定性。由于煤炭具有储量丰富和价格低廉的优点，水煤浆的成本相对较燃料油低，而且基于流动性好、储存稳定、运输方便、安全性高、燃烧效率高与污染物(SO2、NOx)排放低等特点，使水煤浆可替代锅炉和窑炉中所使用的油、煤或燃气等燃料，作为气化原料之用。
水煤浆的使用限制主要在于煤炭粒子在水煤浆中的均质悬浮及长期储存的稳定性。已知的水煤浆配制技术一般考虑先行调制分散剂与稳定剂等添加剂，之后再将分散剂与稳定剂等添加剂加入含有煤炭及水等原料的球磨机中，与煤炭粒子均匀混合，以获得品质稳定及煤炭粒子良好悬浮且具有分散性的水煤浆。
例如图1所示的已知水煤浆的制造方法，以木材、硫化钠(Na2S)及水作为起始物加入反应器(11)中，经混合、反应后，在过滤器(12)中除去混合物中的纤维素。该混合物再经过干燥器(13)干燥及浓缩，进入含有磺酸盐溶液的反应器(14)，进行反应，使该混合物中的木质素磺酸化(sulfonated lignin)。之后，含有磺酸化木质素的混合物在球磨机(15)中加入煤炭颗粒、稳定剂及水，经混合后形成已知的水煤浆。
又例如中国专利公告号1194802记载的水煤浆的改性木质磺酸盐分散剂及其制备方法，以物理及化学变性使木质素磺酸盐的官能基含量、分子量及分布改变，利用变性的木质素磺酸盐作为分散剂及稳定剂，制造水煤浆。
再者，如美国专利US5,100,438记载的水煤浆，添加经由聚羧酸与聚醚二醇及脂肪族胺反应产生的酯-胺产物作为流变添加物(rheological additives)，以获得具有长期储存稳定性的含有高固体成份的水煤浆。
其次，美国专利US5,482,517记载不使用合成添加剂的水煤浆的制造方法，包括在煤炭粉末中添加来自褐煤的腐植酸衍生物，利用煤炭粒子的羧基与添加的无机酸形成具有稳定性的有机铁络合物(organic ferrum complexes)，使形成的水煤浆粒子具有良好的悬浮特性。
美国专利US4,721,778也记载适合作为水煤浆添加物的磺甲基化木质素的铵盐，以改善水煤浆的液体流动性及协助维持煤炭粒子的悬浮状态。
本发明人有鉴于上述水煤浆的限制以及使用再生能源的环保概念，提出以生质物改良水煤浆的发明构想。所谓生质物包括生物产生的有机物，例如木材、木屑等，是目前广泛使用的再生能源。然而生质物内含水的问题，在已知的湿式水煤浆制造方法中无法直接混合生质物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够基本上克服现有技术的缺陷的新的生质水煤浆的制造方法，此方法不使用分散剂或稳定剂，有效简化工艺及降低成本。
本发明的目的还在于提供上述方法制备的生质水煤浆，其具有煤炭粒子的良好悬浮性、长期储存稳定性、及减少煤炭使用量的优良特性。
本案提供一种生质水煤浆(biomass coal water slurry)的制造方法，包含：提供一生质物溶液，该生质物溶液包含：一生质物材料；一碱化剂；以及一溶剂；加入过氧化氢于该生质物溶液中；将该生质物溶液升温，进行反应；以及混合煤碳至该反应后的生质物溶液中，以获得一生质水煤浆。
本案更提供一种生质水煤浆，由上述的生质水煤浆的制造方法所制造。
本发明已基本解决上述现有技术中的问题。根据本发明所制造的水煤浆，具有煤炭粒子的良好悬浮性、长期储存稳定性、及减少煤炭使用量，并且不使用分散剂或稳定剂，可省略制造分散剂或稳定剂及调配其适当添加比例的步骤，有效简化制备工艺及降低成本。
本发明的具体实施详细说明如下，然而以下的实施例仅用于进一步揭露本发明的技术内容，不应藉以限制本案的发明范畴。
附图说明
图1显示已知水煤浆的制造方法，包括添加分散剂及稳定剂的制程；
图2显示本申请一实施方式的生质水煤浆的制造方法；
其中，主要组件符号说明：
1、11～反应器； 2、12～过滤器；
3、13～蒸发器； 4、15～球磨机；
14～含磺酸盐溶液的反应器
具体实施方式
本发明一实施方式，如图2所示，将生质物材料、过氧化氢及水(溶剂)加入反应器(1)中，使其混合、反应。反应后的混合物注入过滤器(2)中，使该混合物中的固体物质滤出。经过滤的上述混合物再注入蒸发器(3)中进行蒸发、浓缩。蒸发的水可再循环回到上述的反应器(1)中，重复使用。经蒸发、浓缩的混合物进入球磨机(4)中，同时加入煤炭，使该混合物与煤炭均质混合后，形成本申请所述的水煤浆。
本申请所使用的生质物材料没有特别限制，包括所有由生物所生产的有机物，例如木材、木屑、草本植物等，较佳包含木质素(lignin)。该生质物材料可为干燥固体、悬浮或溶解于溶剂中。本申请一实施例，以所配制的生质物溶液的总重作为基准，添加5重量％以上的生质物材料，可为5～60重量％，更佳为10～20重量％的生质物材料。从生质物材料较佳包含木质素的条件来看，上述经过滤器(2)滤出的固体物质以纤维素为主。滤出的纤维素可利用于其它用途，例如造纸、纺织等。
上述过氧化氢(H2O2)的添加量可依据生质物材料的含量适当调配，例如以该生质物溶液的总重作为基准，添加0.1～5重量％的过氧化氢，具体地为0.5～5重量％的过氧化氢，但不限于此。
本发明所述的生质水煤浆的制造方法，更包括在碱性环境下加入上述过氧化氢。该碱性环境可藉由加入碱性化合物，例如有机碱或无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、或其混合物等所形成，没有特别限定，但以形成生质物溶液的pH值为8～13，尤以pH值11～13的碱性环境为佳。
该反应器(1)的反应温度，较佳维持在60℃以上，更佳为60～90℃，尤以80～90℃为佳。在该反应器中的反应时间较佳为10～20小时。
在混合煤碳步骤前，还可包括一过滤步骤，以去除反应后的该生质物溶液中的固体物质(例如，纤维素)。
在该过滤步骤后且该混合煤碳步骤前，还可包括一蒸发及浓缩该生质物溶液的步骤。
添加的煤炭较佳为经磨碎的煤炭颗粒。煤炭颗粒的粒径可为已知常用的粒径大小，例如20～200μm。该煤炭的添加量可占最终该生质水煤浆的30重量％以上。本发明一实施例中，所得的生质水煤浆的组成为60重量％的煤炭及5重量％的生质物，以所得的生质水煤浆的总重为基准。然而，本申请的生质水煤浆的组成不限于上述比例范围，亦可包含10～70重量％的煤炭及5～60重量％的生质物，以所得生质水煤浆的总重为基准。
本申请所述的生质水煤浆的制造方法的特征之一在于，在含有生质物材料的溶液中加入过氧化氢，以降低生质物材料中木质素的分子量，并改变木质素的官能基而提高分散性。再者，本申请的生质水煤浆的制造方法的特征之一在于，在碱性环境下加入过氧化氢，碱性环境可破坏木质素中的半纤维素(hemicellulose)的结构，提升木质素的溶解度，进而提升所得水煤浆的稳定性。
因此，根据本申请的生质水煤浆的制造方法所得的水煤浆，在储存2周以上仍具有煤炭粒子均质分散的稳定性。而且本申请的生质水煤浆在煤炭浓度60重量％时，粘度与一般水煤浆相近。以达到相同的燃烧效率来看，本申请的生质水煤浆所含煤炭量较已知者减少10～15％，可有效达到节能减碳的功效。
再者，本申请的生质水煤浆的制造方法，不额外添加分散剂或稳定剂，可省略制造分散剂或稳定剂的步骤及调配分散剂或稳定剂的比例的步骤，有效简化制程及降低成本。
[实施例1]
将6g氢氧化钠加入400ml水溶解后，再加入40g废木屑后配成生质物溶液混合液体。将10ml(3.5g)过氧化氢以滴管滴入该混合液体中，反应温度升至85℃，反应16小时，可得反应后的溶液其具有浓度5.6％(wt)的生质物，pH值为9.65。将该反应后的生质物溶液200g，加入300g研磨成通过200目(mesh)的粉煤煤碳混合，可得生质水煤浆(a)，具有粘度362pa·s。
[实施例2]
将6g氢氧化钠加入450ml水溶解后，再加入60g干燥狼尾草后配成生质物溶液混合液体。将10ml(3.5g)过氧化氢以滴管滴入该混合液体中，反应温度升至85℃，反应16小时，可得反应后的溶液其具有浓度7.2％(wt)的生质物，pH值为9.4。将该反应后的生质物溶液200g加入300g研磨成通过200mesh的粉煤煤碳混合，可得生质水煤浆(b)，具有粘度984pa·s。
[实施例3]
将8g氢氧化钠加入600ml水溶解后，再加入75g干燥狼尾草后配成生质物溶液混合液体。将10ml(3.5g)过氧化氢以滴管滴入该混合液体中，反应温度升至85℃，反应16小时，可得反应后的溶液其具有浓度6.4％(wt)的生质物，pH值为9.6。将该反应后的生质物溶液200g，加入300g研磨成通过200mesh的粉煤煤碳混合，可得生质水煤浆(c)，具有粘度563pa·s。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (17)
1.一种生质水煤浆的制造方法，包含：
提供一生质物溶液，包含：
一生质物材料；
一碱化剂；以及
一溶剂；
加入过氧化氢于该生质物溶液中；
将该生质物溶液升温，进行反应；以及
混合煤炭至该反应后的生质物溶液中，以获得一生质水煤浆。
2.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该过氧化氢的添加量为该生质物溶液的总重的0.1～5重量％。
3.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该碱化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、或其混合物。
4.如权利要求3所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该生质物溶液的pH值为8～13。
5.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该生质物材料为木材、木屑、或草本植物。
6.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该生质物材料于该生质物溶液中的重量％为5～60重量％。
7.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该溶剂为水。
8.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该升温的步骤是升温至60℃～90℃。
9.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该生质物溶液与该过氧化氢的反应时间为10～20小时。
10.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，在该混合煤碳步骤前，更包括一过滤步骤，以去除反应后的该生质物溶液中的固体物质。
11.如权利要求10所述的生质水煤浆的制造方法，其中该固体物质为纤维素。
12.如权利要求10所述的生质水煤浆的制造方法，在该过滤步骤后且该混合煤碳步骤前更包括一蒸发及浓缩该生质物溶液的步骤。
13.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该煤炭为磨碎的煤炭颗粒。
14.如权利要求13所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该煤炭颗粒具有20～200μm的粒径。
15.如权利要求1所述的生质水煤浆的制造方法，其中，该煤炭的添加量是占该生质水煤浆的30重量％以上。
16.一种生质水煤浆，其是由权利要求1所述的水煤浆的制造方法所制得。
17.如权利要求16所述的生质水煤浆，其包括10～70重量％的煤炭及5～60重量％的生质物，以该生质水煤浆的总重为基准。
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