CN108559556B - 环保锅炉燃料油 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型环保锅炉燃料油,该燃料油由100重量份的燃料主成分组成,所述燃料油还包括1‑10重量份的水、1‑10重量份的表面活性剂、1‑5重量份的水溶性碱性有机物以及0.01‑1重量份的有机络合剂。本发明将生物质裂解油采用有机络合剂络合金属离子,有个金属络合物不溶于水,金属离子进入有机相中。采用水溶性碱性有机物中和过量的酸,大大减少了油包水体系中水中金属离子和酸性离子的含量,有利于水颗粒在高温下的迅速气化,从而提高燃烧效率。

Description

环保锅炉燃料油
技术领域
本发明涉及新型环保锅炉燃料油。
背景技术
中国目前生产的重油不能满足需求,虽然有发现新的油田,但国内有些大的油田己处于开采的末期。90年代中期以后,我国己成为石油纯进口国。以2002年为例,我国石油产量为1.68亿吨,需求量为.245亿吨,石油进口量为亚洲第一。2003年上半年,我国进口4380万吨石油,全年估计进口量突破8000万吨,达到了总需求量近30%的水平,据专业人士估计,到2010年,我国有一半的石油将依赖进口;20加年,80%的原油依赖进口,中国正日益成为石油进口大国。而由于对环境的要求越来越高,在很多地方,主要是一些大城市中,燃煤锅炉被禁用,从而更加增加了燃料油的需求量。现在国际形势日渐复杂,重要的产油国家很多处于社会动荡中。燃料油也是一种很重要的战略物资。
目前锅炉上使用的燃料主要是石化柴油,随着石化燃料的不断减少,其成本在不断的攀升,廉价的燃料主成分中均含有大量的酸性物质、沥青质、大分子有机化合物和金属离子,造成燃烧过程中燃烧不完全。因此寻找新型环保锅炉燃料油意义重大。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了新型环保锅炉燃料油,所述燃料油由100重量份的燃料主成分组成,所述燃料油还包括1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物以及0.01-1重量份的有机络合剂。
作为一种优选的技术方案,所述水溶性碱性有机物选自吡啶、二乙醇胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种或几种。
作为一种优选的技术方案,所述有机络合剂选自儿茶素、没食子儿茶素、儿茶素没食子酸酯、咖啡酰奎宁酸、阿魏酰奎宁酸、二咖啡酰奎宁酸、茶多酚、苹果多酚、多巴酚丁胺、蔓越橘多酚中的一种或几种。
作为一种优选的技术方案,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。
作为一种优选的技术方案,所述阴离子表面活性剂选自木质素磺酸盐,木质素磺酸和萘磺酸或其盐的甲醛水缩合物和萘基磺酸盐的甲醛水缩合物中的一种或几种。
作为一种优选的技术方案,所述阳离子表面活性剂选自烷基胺盐、烯基胺盐、季胺盐、烷基三甲铵内酯、烯基三甲胺内酯、聚胺盐。
作为一种优选的技术方案,所述燃料油还包括燃料主成分1-5wt%的木质纤维,所述木质纤维素是指由纤维素及半纤维素、和木质素构成的有机化合物。
作为一种优选的技术方案,所述生物燃料中木质素、纤维素和半纤维素的总量为1-5wt%。
作为一种优选的技术方案,所述燃料主成分还包括溶剂,所述溶剂可以选择石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯类中的一种或几种。
新型环保锅炉燃料油的制备方法,包括以下步骤:
将燃料主成分1-5wt%的木质纤维素研磨成0.1-5微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分后,在50-70摄氏度下高速分散1-30分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.01-1重量份的有机络合剂,混合均匀,静置1-3小时后,加入1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。
廉价的燃料主成分中均含有大量的酸性物质、沥青质、大分子有机化合物和金属离子,造成燃烧过程中燃烧不完全。燃料中含有较多的烯烃、二烯烃、芳烯等不饱和化合物,这些不饱和化合物极不稳定,尤其是二烯烃,在高温下受热后易发生脱氢环化和聚合反应,形成大分子有机化合物。燃料中的S、N等杂原子含量较高,杂原子如在芳香环的侧链上,在金属离子的催化下,可经π-π共轭和氢键作用增进芳香片层间的作用力,促进沥青质分子间缔合,促进脱氢、缩合反应。本发明将生物质裂解油采用有机络合剂络合金属离子,由于选用特别的络合剂得到金属络合物不溶于水,金属离子进入有机相中。采用水溶性碱性有机物中和过量的酸,大大减少了油包水体系中水中金属离子和酸性离子的含量,有利于水颗粒在高温下的迅速气化,从而提高燃烧效率。此外,本发明还加入了少量的木质纤维素,木质纤维素的引入在水气化时,可以进一步降低被炸裂后油颗粒的粒径,增加了与空气的接触面积,提高燃烧效率,减少积碳的产生。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定,本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时,以本说明书中的定义为准。
新型环保锅炉燃料油,所述燃料油由100重量份的燃料主成分组成,所述燃料油还包括1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物以及0.01-1重量份的有机络合剂。
作为一种优选的实施方式,所述水溶性碱性有机物选自吡啶、二乙醇胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种或几种。
作为一种优选的实施方式,所述有机络合剂选自儿茶素、没食子儿茶素、儿茶素没食子酸酯、咖啡酰奎宁酸、阿魏酰奎宁酸、二咖啡酰奎宁酸、茶多酚、苹果多酚、多巴酚丁胺、蔓越橘多酚中的一种或几种。
阴离子表面活性剂
作为一种优选的实施方式,在本发明中可以应用的阴离子表面活性剂包括:
芳香环化合物的磺酸盐,如萘磺酸盐,烷基萘磺酸盐,烷基酚磺酸盐和烷基苯磺酸盐。或芳香环化合物磺酸盐的甲醛水(甲醛)缩合物,其中甲醛的平均缩合度为1.2~100,而其中磺酸盐可以是铵盐,低级胺盐,如单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙醇胺盐和三乙基胺盐;以及碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐和钙盐。
木质素磺酸,其盐,或其衍生物,木质素磺酸和芳香化合物的磺酸,如萘磺酸和烷基萘磺酸,及其盐的甲醛水(甲醛)缩合物,其中木质素磺酸盐和芳香化合物的磺酸盐举例有铵盐,低级胺盐,如单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙醇胺盐和三乙基胺盐;和碱金属或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐和钙盐,其中甲醛的平均缩合度为1.2~50,优选地2~50。在木质素中,如被一个或更多的羰基置换的改性木质素,在高温下有良好的性能,可以使用。
聚苯乙烯磺酸或其盐类,苯乙烯磺酸和其它可共聚单体的共聚物,或其盐类,其中的数均分子量为500~500,000,优选地为2,000~100,000,其中的盐举例有铵盐,低级胺盐,如单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙醇胺盐和三乙基胺盐;和碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐,和钙盐。有代表性的共聚单体包括丙烯酸,甲基丙烯酸,乙烯基乙酸酯,丙烯酸酯,烯烃,烯丙醇和其环氧乙烷加成化合物,以及丙烯酰胺甲基丙基磺酸。
二聚环戊二烯磺酸或其盐的聚合物,其中聚合物的数均分子量为500~500,000,优选地2,000~100,000,而其中的盐举例有铵盐,低级胺盐如单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙胺盐和三乙基胺盐;和碱金属盐和碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐和钙盐。
作为一种优选的实施方式,在分子中有一个或两个亲水基团的阴离子表面活性剂,选自以下几类:
含4~18个碳原子的醇的硫酸酯盐,包括铵盐,低级胺盐,单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙胺盐和三乙基胺盐,如碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐和钙盐。它们中有代表性的例子包括十二烷基硫酸钠和辛基硫酸钠。
烷基磺酸,烯基磺酸和/或烷基芳基磺酸,每个有4~18个碳原子,或它们的盐,其中的盐举例有铵盐,低级胺盐如单乙醇胺盐,二乙醇胺盐,三乙醇胺盐,和三乙基胺盐,和碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐,和钙盐。它们中有代表性的例子包括十二烷基磺酸钠,丁基萘磺酸钠和十二烷基磺酸钠。
在分子中有一个或更多活性氢原子的化合物,或其盐类的烯化氧加成化合物的硫酸盐或磷酸盐,其中的盐举例有铵盐,或碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐,镁盐和钙盐。它们中有代表性的例子包括聚氧乙烯(3mol)壬基苯基醚的硫酸酯钠盐和聚氧乙烯(3mol)十二烷基醚磷酸酯钠盐。
含4~22个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸的磺基烷珀酸酯盐,其中的盐举例有铵盐,碱金属盐,如钠盐和钾盐。它们中有代表性的例子有二辛基磺基琥珀酸酯钠,二辛基磺基琥珀酸酯铵和二丁基磺基琥珀酸酯钠。
烷基二苯基醚二磺酸或其盐,其中的烷基有8~18个碳原子,其中的盐举例有铵盐,或碱金属盐或碱土金属盐如钠盐,钾盐,镁盐,和钙盐。
松脂(或树脂酸)或其盐类,其中的盐举例有铵盐,和碱金属盐,如钠盐和钾盐。它们的实例包括含松浆松脂和一种高级脂肪酸的混合松浆酸和其盐类。
每分子有4~18个碳原子的烷基脂肪酸或烯基脂肪酸或其盐类,其中的盐举例有铵盐,碱金属盐,如钠盐和钾盐。
具有4~22个碳原子的烷基α-磺基脂肪酸酯盐和其衍生物,其中的盐举例有铵盐,或碱金属盐或碱土金属盐,如钠盐,钾盐和镁盐。
在上述的阴离子表面活性剂中优选的是木质素磺酸盐,木质素磺酸和萘磺酸或其盐的甲醛水缩合物和萘基磺酸盐的甲醛水缩合物。
阳离子表面活性剂
作为一种优选的实施方式,在本发明中可以使用的阳离子表面活性剂包括:烷基胺盐、烯基胺盐、季胺盐、烷基三甲铵内酯、烯基三甲胺内酯、聚胺盐。在本发明中具有HLB值(亲水亲油平衡值)范围为13~19的阳离子表面活性剂。
生物燃料
生物燃料是指通过生物资源生产的燃料乙醇、生物燃油和航空生物燃料,可以替代由石油制取的汽油和柴油,是可再生能源开发利用的重要方向。所谓的生物资源是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质。它包括植物、动物和微生物,不同于石油、煤炭、核能等传统燃料,这些新兴的燃料是可再生燃料。
目前生物燃油作为一种可替代柴油的燃料被研究得较多。生物燃油即脂肪酸甲酯是一种含氧清洁燃料,由于其具有燃烧率高、污染少,可再生等优点,为人们所关注。目前生物燃油主要是用化学法生产,即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂和高温(230~250℃)下进行转酯化反应,生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。
作为一种优选的实施方式,本发明优选的生物燃料含有木质纤维素。木质纤维素是指由结构性多糖的纤维素及半纤维素、和木质素构成的有机化合物。生物燃料中木质素成分、纤维素成分和半纤维素成分的总量为1-5wt%。
作为一种优选的实施方式,木质纤维素可以由以下植物获得:小麦、大米、玉米、大豆、大麦、高粱、甘蔗、马铃薯、木薯、甜菜等食作物残渣,椰子、向日葵、油菜籽、南洋油桐、花生、蓖麻等油脂作物残渣,阿莱曼草(AlemanGrass)、芦竹、刺菜蓟、洋麻、芒草、白杨、牛尾草、象草、天竺草、柳树、柳枝稷等能源作物,林区废料、间伐材、工厂残废料等林产品废弃物,建筑废材、剪枝残渣、废纸等废弃物和一般废弃物。
作为一种优选的实施方式,本发明的燃料主成分还包括溶剂,溶剂可以选择石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯类中的一种或几种。
作为一种优选的实施方式,可以选择正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十二烷以及它们的异构体、环戊烷、环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、异丙基苯、萘、蒽、联苯、甲醇、乙醇、二乙二醇、1-丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇、1-己醇、环己醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚甘油、苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、乙醚、乙丙醚、乙丁醚、丙酮、甲乙酮、二乙基酮、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯等。
新型环保锅炉燃料油的制备方法,包括以下步骤:
将燃料主成分1-5wt%的木质纤维素研磨成0.1-5微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分后,在50-70摄氏度下高速分散1-30分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.01-1重量份的有机络合剂,混合均匀,静置1-3小时后,加入1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。
在下文中,通过实施例对本发明进行更详细地描述,但应理解,这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明,所用原料都是市售的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
实施例1
在100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)中加入0.5重量份的阿魏酰奎宁酸,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、2重量份的吡啶,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值9156大卡/kg、灰分0.20m/m%,残炭2m/m%。
实施例2
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.05重量份的茶多酚,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的季胺盐表面活性剂、1重量份的二乙醇胺,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值9423大卡/kg、灰分0.22m/m%,残炭5m/m%。
实施例3
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的阿魏酰奎宁酸,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的吡啶,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值9211大卡/kg、灰分0.23m/m%,残炭6m/m%。
实施例4
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的儿茶素没食子酸酯,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值11243大卡/kg、灰分0.12m/m%,残炭3m/m%。
对比例1
与实施例4相同,但不加入0.02重量份的儿茶素没食子酸酯。
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值8133大卡/kg、灰分0.31m/m%,残炭8m/m%。
对比例2
与实施例4相同,但不加入0.3重量份的1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的儿茶素没食子酸酯,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值8234大卡/kg、灰分0.29m/m%,残炭8m/m%。
对比例3
与实施例4相同,但不加入0.02重量份的儿茶素没食子酸酯和0.3重量份的1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值7459大卡/kg、灰分0.32m/m%,残炭8m/m%。
对比例4
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的儿茶素没食子酸酯,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的氢氧化钠,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值7413大卡/kg、灰分0.32m/m%,残炭13m/m%。
对比例5
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的EDTA,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值7489大卡/kg、灰分0.38m/m%,残炭13m/m%。
对比例6
将燃料主成分2wt%的木质纤维素研磨,过筛得到0.1-1微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分(60重量份的重油和40重量份的煤焦油)后,在60摄氏度下高速分散20分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.02重量份的EDTA,混合均匀,静置2小时后,加入5重量份的水、6重量份的木质素磺酸盐表面活性剂、0.3重量份的氢氧化钠,高速分散得到新型环保锅炉燃料油。配制出的新型环保锅炉燃料油实测数据如下:热值7811大卡/kg、灰分0.37m/m%,残炭12m/m%。
可以看出,本发明的锅炉燃料炉具有很好的燃烧效率。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰,均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (6)

1.环保锅炉燃料油,其特征在于,所述燃料油由100重量份的燃料主成分组成,所述燃料油还包括1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物以及0.01-1重量份的有机络合剂,所述燃料油还包括1-5重量份的木质纤维素,所述木质纤维素是指由纤维素、半纤维素和木质素构成的有机化合物,所述有机络合剂选自儿茶素没食子酸酯、阿魏酰奎宁酸中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的环保锅炉燃料油,其特征在于,所述水溶性碱性有机物选自吡啶、二乙醇胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的环保锅炉燃料油,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的环保锅炉燃料油,其特征在于,所述阴离子表面活性剂选自木质素磺酸盐、木质素磺酸的甲醛水缩合物、木质素磺酸盐的甲醛水缩合物、萘磺酸的甲醛水缩合物和萘基磺酸盐的甲醛水缩合物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的环保锅炉燃料油,其特征在于,所述燃料主成分还包括溶剂,所述溶剂选自石蜡、环状烃、芳香烃、醇类、酚类、醚类、酮类、酯类中的一种或几种。
6.环保锅炉燃料油的制备方法,包括以下步骤:
将1-5重量份的木质纤维素研磨成0.1-5微米的粉末;
将木质纤维素加入至100重量份的燃料主成分后,在50-70摄氏度下高速分散1-30分钟,得到木质纤维素燃料;
在木质纤维素燃料中加入0.01-1重量份的有机络合剂,混合均匀,静置1-3小时后,加入1-10重量份的水、1-10重量份的表面活性剂、1-5重量份的水溶性碱性有机物,高速分散得到环保锅炉燃料油;
所述木质纤维素是指由纤维素、半纤维素和木质素构成的有机化合物,所述有机络合剂选自儿茶素没食子酸酯、阿魏酰奎宁酸中的一种或两种。
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