CN104164272A - 一种能源燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能源燃料，包括以下质量分数的组分：甲醇：45～65％；甲酸甲酯：5～15％；高锰酸钾：5～15％；二茂铁：5～20％；硝酸铁：4～6％；高氯酸钠：3～10％。本发明提供的能源燃料在燃烧瞬间能够自身放出巨大的热能，使煤炭更容易燃烧；并且由于本发明提供的能源燃料为W-O-W体系，在高温下易产生微爆，使煤炭的反应活化中心成数量级的增长，极大地加快了反应的速度，提高了燃烧的效率。进一步的，本发明提供的能源燃料还有固硫降尘和除焦的作用，可降低硫化物对空气的污染，同时还能够改善锅炉底部结焦的情况。本发明还提供了一种能源燃料的制备方法。

Description

一种能源燃料及其制备方法

技术领域

本发明属于煤炭能源技术领域，尤其涉及一种能源燃料及其制备方法。

背景技术

我国是世界能源生产和消费大国，煤炭资源丰富，其储量居世界前列，作为三大化石燃料之一，煤炭既是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。在石油资源的紧缺和全球能源危机进一步深化的今天，煤炭资源的综合利用及煤化工行业的发展管理，再一次成为能源界的热点话题。

煤炭属于非再生能源，随着工业的发展，煤炭资源越来越紧张。近两年来，我国煤炭价格一路飙升。煤炭价格大幅上涨形成企业现实的成本压力，政府的大力推进及整个国家产业结构向集约性经济转型等诸多因素形成合力，节能减排已成为时代热点。

煤炭开采后的利用方向主要有以下五个方面：首先，煤炭是常用的燃料，是工业和民用都不可缺少的能源物质；第二：炼焦。炼焦即煤的高温干馏，其过程是将煤隔绝空气加强热。炼焦得到的主要产品有焦炭、煤焦油，焦炉气，粗氨水，粗苯等。其中焦炭主要用于冶金行业；第三：煤的气化，即为常说的煤变气，是把煤中有机物转化为可燃气体的过程，主要是生产工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气；第四：煤的液化，即为煤变油，是把煤转化成液体燃料的过程，在高温高压下使煤和氢气作用生成液体燃料，其产物经进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主；最后是煤的低温干馏，低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

以上五个方面的应用中，煤作为燃料的应用最为广泛，在煤燃烧时通常会添加一些燃煤添加剂，以提高煤炭的燃烧利用率。虽然现有的燃煤添加剂也有一定的节煤作用，但效果并不明显，一般节煤率都在2％～3％左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能源燃料及其制备方法，本发明提供的能源燃料能够提高煤炭的燃烧效率，节约煤炭的使用量。

本发明一种能源燃料，包括以下质量分数的组分：

甲醇：45～65％；甲酸甲酯：5～15％；高锰酸钾：5～15％；二茂铁：5～20％；硝酸铁：4～6％；高氯酸钠：3～10％。

优选的，所述能源燃料的密度为0.9～2.0g/cm³。

优选的，所述能源燃料的pH值为6.5～7.5。

优选的，所述能源燃料还包括正戊烷；

所述正戊烷的质量分数为3～10％。

优选的，所述能源燃料还包括吐温-80；

所述吐温-80的质量分数为3～8％.

优选的，所述能源燃料还包括乙醇；

所述乙醇的质量分数为3～10％。

优选的，所述能源燃料还包括油类；

所述油类的质量分数为9～30％。

优选的，以每吨标煤的用量计，所述能源燃料的用量为10～15kg/吨。

本发明提供一种能源燃料的制备方法，包括以下步骤：

将45～65％的甲醇、5～15％的甲酸甲酯、5～15％的高锰酸钾、5～20％二茂铁、4～6％的硝酸铁和3～10％的高氯酸钠混合，得到能源燃料。

本发明提供了一种能源燃料，包括以下质量分数的组分：甲醇：45～65％；甲酸甲酯：5～15％；高锰酸钾：5～15％；二茂铁：5～20％；硝酸铁：4～6％；高氯酸钠：3～10％。本发明提供的能源燃料在燃烧瞬间能够自身放出巨大的热能，使煤炭更容易燃烧；并且由于本发明提供的能源燃料为W-O-W体系，在高温下易产生微爆，使煤炭的反应活化中心成数量级的增长，极大地加快了反应的速度，提高了燃烧的效率。

进一步的，本发明提供的能源燃料还有固硫降尘和除焦的作用，可降低硫化物对空气的污染，同时还能够改善锅炉底部结焦的情况。

具体实施方式

本发明提供了一种能源燃料，包括以下质量分数的组分：甲醇：45～65％；甲酸甲酯：5～15％；高锰酸钾：5～15％；二茂铁：5～20％；硝酸铁：4～6％；高氯酸钠：3～10％。

本发明提供的能源燃料能够加快煤炭活化中心的反应的速度，提高煤炭燃烧的效率。

在本发明中，所述能源燃料的密度优选为0.9～2.0，更优选为1.0～1.8g/cm³，最优选为1.2～1.6g/cm³；所述能源燃料的pH值优选为6.5～7.5，更优选为6.7～7.2。

本发明提供的能源燃料包括甲醇，所述甲醇的质量分数为45～65％，优选为50～60％，更优选为52～58％；所述甲醇的热值为19.7MJ/kg。在本发明中，所述甲醇能够降低燃烧过程中的发烟量，提高环境中氧含量50％左右，在燃烧过程中，所述甲醇发生如式1所示的反应：

CH₃OH(l)+O₂(g)→CO₂(g)+2H₂O(g)    式1；

如式1所示的反应为放热反应，ΔH＝-725.76KJ/mol。

本发明提供的能源燃料包括甲酸甲酯，所述甲酸甲酯的质量分数为5～15％，优选为7～13％，更优选为8～11％；所述甲酸甲酯的热值为16.3MJ/kg。在本发明中，所述甲酸甲酯的沸点低，挥发性大，极易燃，可释放出大量的热，是煤炭更容易燃烧。在燃烧过程中，所述甲酸甲酯发生如式2所示的反应：

C₂H₄O₂(g)+O₂(g)→2CO₂(g)+2H₂O(g)   式2；

如式2所示的反应为放热反应，ΔH＝-978.76KJ/mol。

本发明提供的能源燃料包括高锰酸钾，所述高锰酸钾的质量分数为5～15％，优选为7～13％，更优选为8～12％，在本发明中，所述高锰酸钾发生如式3所示的反应：

2KMnO₄→K₂MnO₄+MnO₂+O₂(g)   式3

在本发明中，所述高锰酸钾作为强氧化剂，可加速水分子裂解，提高燃烧值；并且所述高锰酸钾在分解过程中释放出大量的氧气，可以起到助燃的作用。

本发明提供的能源燃料包括二茂铁，所述二茂铁的质量分数为5～20％，优选为8～18％，更优选为10～15％，本发明对所述二茂铁的来源没有特殊的限制，可采用所述二茂铁的市售商品，也可按照本领域技术人员熟知的制备二茂铁的技术方案自行制备。在本发明中，所述二茂铁为助燃剂，同时也能够起到消烟剂的作用。

本发明提供的能源燃料包括硝酸铁，所述硝酸铁的质量分数为4～6％，优选为4.5～5.5％，更优选为4.8～5.2％，在本发明中，所述硝酸铁能够在煤炭燃烧时能够剧烈的燃烧，发挥助燃的作用。

本发明提供的能源燃料包括高氯酸钠，所述高氯酸钠的质量分数为3～10％，优选为4～9％，更优选为5～8％，在本发明中，所述高氯酸钠发生如式4所示的反应：

NaClO₄→NaCl+O₂(g)   式4；

在本发明中，所述高氯酸钠具有强氧化性，在燃烧过程中释放出大量的氧气，促进了煤炭的燃烧。

本发明提供的能源燃料优选还包括正戊烷，所述正戊烷的质量分数优选为3～10％，更优选为4～9％，最优选为5～8％；所述正戊烷的热值为48.8MJ/kg。在本发明中，所述正戊烷发生如式5所示的反应：

C₅H₁₂+O₂(g)→2CO₂(g)+2H₂O(g)  式5；

在本发明中，如式5所示的反应为放热反应，ΔH＝-3506.1KJ/mol，所述正戊烷在燃烧时能够释放出大量的能量，减少了煤炭燃烧时需要提供的热量，加快煤炭的燃烧速度，促进煤炭的充分燃烧。

本发明提供的能源燃料优选还包括吐温-80，在本发明中，所述吐温-80能够起到表面活性剂的作用，在燃烧过程中能够渗透到煤炭空隙中，使催化和助燃作用在煤炭内层发生，从而使煤炭的着火和燃烧更易进行。所述吐温-80的质量分数优选为3～8％，更优选为4～7％，最优选为5～6％，本发明对所述吐温-80的来源没有特殊的限制，采用吐温-80的市售商品即可。

本发明提供的能源燃料优选还包括乙醇，所述乙醇能与空气混合形成可燃性混合物，使煤炭更容易燃烧。在本发明中，所述乙醇的质量分数优选为3～10％，更优选为4～9％，最优选为5～8％；所述乙醇的热值为26.8MJ/kg；所述乙醇在煤炭燃烧时发生如式6所示的反应：

C₂H₅OH+3O₂(g)→2CO₂(g)+3H₂O(g)   式6；

在本发明中，如式6所示的反应为放热反应，ΔH＝-1367.1KJ/mol，所述乙醇在燃烧时能够释放出大量的热量，促进煤炭的燃烧。

本发明提供的能源燃料优选还包括油类，所述油类在燃烧时能够释放出大量的热量，促进煤炭的燃烧。在本发明中，所述油类的质量分数优选为9～30％，更优选为10～25％，最优选为12～23％；所述油类优选为煤油、煤焦油和植物油中的一种或几种。在本发明中，所述煤油的热值为46MJ/kg；所述煤焦油的热值为37.8MJ/kg；所述植物油的热值为39MJ/kg。在本发明中，所述油类在燃烧时发生如式7所示的反应：

油类+O₂(g)→CO₂(g)+H₂O(g)  式7。

本发明还提供了一种能源燃料的制备方法，包括以下步骤：

将45～65％的甲醇、5～15％的甲酸甲酯、5～15％的高锰酸钾、5～20％二茂铁、4～6％的硝酸铁和3～10％的高氯酸钠混合，得到能源燃料。

在本发明中，所述甲醇、甲酸甲酯、高锰酸钾、二茂铁、硝酸铁和高氯酸钾的来源和用量与上述技术方案中甲醇、甲酸甲酯、高锰酸钾、二茂铁、硝酸铁和高氯酸钾的用量一致，在此不再赘述。

本发明优选将45～65％的甲醇、5～15％的甲酸甲酯、5～15％的高锰酸钾、5～20％二茂铁、4～6％的硝酸铁和3～10％的高氯酸钠进行搅拌，使各原料混合，得到能源燃料。在本发明中，所述搅拌的速度优选为2500～3200r/min，更优选为2600～3100r/min，最优选为2800～3000r/min；所述搅拌的时间优选为15～30min，更优选为20～25min。本发明对所述搅拌所用的设备没有特殊的限制，具体的，在本发明的实施例中，可采用高速搅拌机。

得到能源燃料后，本发明将能源燃料与煤炭混合，进行燃烧。在本发明中，以每吨标煤的用量计，所述能源燃料的用量优选为10～15kg/吨，更优选为11～14kg/吨，最优选为12～13kg/吨。结果表明，使用电站锅炉可节煤5～10％，使用工业锅炉可节煤6～15％。

本发明提供了一种能源燃料，能源燃料本身与氧气反应能够释放出大量的燃烧热，同时，表面活性剂等试剂由于渗透到煤炭空隙中甚至与碳分子紧密连接使煤的着火点降低，加速煤热解过程中各种结合键的断裂，促进碳及不完全反应物质的充分燃烧；并且，由于产品的W-O-W体系，在高温下易产生微爆，使碳的反应活化中心成数量级的增长，极大地加快了反应的速度，从而提高煤炭的利用率，节约了能源。

另外，本发明提供的能源燃料能够使煤层在燃烧过程中膨胀升高，不易结焦，同时使空气更易流通，促进了充分燃烧，同时炉渣中的含碳量减少，达到除焦的目的。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种能源燃料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将100kg甲醇、20kg的甲酸甲酯、20kg的高锰酸钾、30kg的二茂铁、10kg的硝酸铁和20kg的高氯酸钾在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌20min后，得到能源燃料；

将200kg本实施例得到的能源燃料和20吨标煤混合，在工业锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了500大卡，节能效果为10％。

实施例2

将115kg甲醇、25kg的甲酸甲酯、12.5kg的正戊烷、10kg的乙醇、25kg的高锰酸钾、37.5kg的二茂铁、12.5kg的硝酸铁和12.5kg的高氯酸钾在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌20min后，得到能源燃料；

将250kg本实施例得到的能源燃料和20吨标煤混合，在工业锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了550大卡，节能效果为15％。

实施例3

将180kg甲醇、15kg的甲酸甲酯、9kg的正戊烷、15kg的煤油、9kg的煤焦油、9kg的植物油、9kg的乙醇、15kg的高锰酸钾、15kg的二茂铁、15kg的硝酸铁和9kg的高氯酸钾在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌30min后，得到能源燃料；

将300kg本实施例得到的能源燃料和20吨标煤混合，在电站锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了400大卡，节能效果为8％。

实施例4

将160kg甲醇、20kg的甲酸甲酯、9kg的正戊烷、25kg的煤油、9kg的煤焦油、9kg的植物油、9kg的乙醇、15kg的高锰酸钾、20kg的二茂铁、15kg的硝酸铁和9kg的高氯酸钾在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌30min后，得到能源燃料；

将300kg本实施例得到的能源燃料和20吨标煤混合，在电站锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了510大卡，节能效果为11％。

实施例5

将120kg甲醇、23kg的甲酸甲酯、13kg的正戊烷、10kg的乙醇、26kg的高锰酸钾、37.5kg的二茂铁、13kg的硝酸铁和12.5kg的高氯酸钾在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌20min后，得到能源燃料；

将255kg本实施例得到的能源燃料和20吨标煤混合，在工业锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了530大卡，节能效果为14％。

比较例1

将100kg高锰酸钾、50kg高氯酸钾和50kg的二茂铁在高速搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为2800r/min，搅拌20min后，得到节煤剂。

将200kg本比较例得到的节煤剂和20吨标煤混合，在工业锅炉中进行燃烧，结果表明，煤炭的热值提高了100大卡，节能效果为3％.

由上述实施例和比较例可以看出，本发明提供的能源燃料节能高达15％，煤炭的热值最高提高了550大卡，远远高于比较例1中现有的节煤剂的节能效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种能源燃料，包括以下质量分数的组分：

甲醇：45～65％；甲酸甲酯：5～15％；高锰酸钾：5～15％；二茂铁：5～20％；硝酸铁：4～6％；高氯酸钠：3～10％。

2.根据权利要求1所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料的密度为0.9～2.0g/cm³。

3.根据权利要求1所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料的pH值为6.5～7.5。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料还包括正戊烷；

所述正戊烷的质量分数为3～10％。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料还包括吐温-80；

所述吐温-80的质量分数为3～8％。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料还包括乙醇；

所述乙醇的质量分数为3～10％。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的能源燃料，其特征在于，所述能源燃料还包括油类；

所述油类的质量分数为9～30％。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的能源燃料，其特征在于，以每吨标煤的用量计，所述能源燃料的用量为10～15kg/吨。

9.一种能源燃料的制备方法，包括以下步骤：

将45～65％的甲醇、5～15％的甲酸甲酯、5～15％的高锰酸钾、5～20％二茂铁、4～6％的硝酸铁和3～10％的高氯酸钠混合，得到能源燃料。