CN1109735C - 水油煤浆及其生产方法 - Google Patents

Abstract

水油煤浆燃料，由20-30%的油、7-30%的水、40-70%的煤粉、1-2%的乳化剂、1-5‰的分散型表面活性剂和1-5‰的稳定剂组成。该燃料以浆的形态存在、以雾的方式燃烧，热量大、热效率高、节约能源、不释放有害烟尘，不污染环境，运输和存储方便。可在广大城市、农村居民中推广使用，特别是在各油田和企业事业单位推广使用。具有显著的经济效益和社会效益。

Description

水油煤浆及其生产方法

本发明涉及一种人工合成的新能源、新燃料及其制造技术，特别是一种超稠原油制水油煤浆及其技术。

超稠原油是一种资源很大的天然能源，由于其成份特殊，不适合象其它的原油那样炼制各种轻质油料和石油化工产品，在市场经济的前提下，它最好的经济前途是做为燃料通过燃烧转换成电能和热能。可是由于超稠原油凝固点高，粘度大，流变性差，不能直接做为燃料来燃烧，简单的处理虽能勉强用于燃烧，但由于燃尽率低导至浪费大、热效率低，且会结炭冒烟和释放各种有害物质污染环境。煤炭更是人们所熟知的天然能源，长期以来人们主要是把煤炭做为一种不经任何处理的自然燃料来直接燃烧的，其后果不但浪费大，热效率低，问题是所释放的烟尘严重的污染了大气，破坏了自然环境，这种对大气的污染和环境的破坏已经到了危害人类生存和发展的严重程度，亟待从根本上解决。

本发明的目的是提供一种由人工合成的，以浆的形态存在，以雾的方式燃烧，热量大、效率高，节约能源，不释放有害烟尘，不污染环境的水油煤浆燃料。

本发明的又一目的，是提供一种生产水油煤浆的方法。

本发明的上述目的，是采用下述技术方案来实现的，即：

水油煤浆燃料，是由20-30％的油、7-30％的水、40-70％的煤粉、1-2％的乳化型表面活性剂、1-5‰的分散型表面活性剂和1-5‰的稳定剂配制成。

乳化型表面活性剂可采用脂肪酸失水山梨醇酯、聚氧乙烯醚等。

分散型表面活性剂可采用烃化酸废液。

稳定剂可采用聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素等。

实施例一

水油煤浆燃料，是由30％稠油、28％水、39％煤粉、2％脂肪酸失水山梨醇脂5‰的烃化酸废液、5‰羧甲基纤维素配制成。

实施例二

水油煤浆燃料，是由-35^#柴油40％、10％水、48％煤粉、1％聚氧乙烯醚、5‰的烃化酸废液、5‰聚丙烯酰胺絮凝剂配制成。

水油煤浆燃料的生产方法：

本发明的水油煤浆的生产制造过程是这样的：首先将制备好的原料煤用人工或破碎机破碎成10毫米以下的颗粒(如果原料煤的粒度为10毫米以下的面煤或者煤泥就不用这道工序)，然后将破碎好的煤装进磨煤机并同时加一定量的水进行湿磨成煤粉，煤粉的细度要达到80％-90％通过200目筛网。之后将这种经磨煤机磨制合格的带水煤粉送进浮选器进行浮选净化，通过浮选净化除去煤粉中绝大部分的灰分和硫分。经过浮选净化的煤粉要通过过滤器对其进行过滤，通过过滤来排除不合格的煤粒和其它杂质。之后对煤粉进行脱水处理，经脱水处理后的煤粉要制成相对干燥的煤粉饼以备用。以上说的是对原料煤的加工处理过程，下面说的是对超稠原油的加工处理过程，由于超稠原油在常温下为胶体状不能流动，因此加工时首先要对其进行加温使其溶化。加温后超稠原油的温度应保持在80-90℃左右，之后将温度在80-90℃的一定量的热水倒进油内，并同时将一定量的乳化型表面活性剂添加其中，经搅拌使水与油乳化交溶成油包水型的浆液。这之后将已制备好的一定量的煤粉饼和一定量的分散型表面活性剂加到这种油包水型的浆液里进行搅拌，通过搅拌使水、油、煤这三种物质相互交溶成初步的水油煤浆。之后再将这种初步的水油煤浆送到超声波细化分散装置内并同时要添加一定量的化学稳定剂，启动循环泵让初步的水油煤浆在该装置内进行反复快速的循环流动，这种流动一般要有3至4次循环即可，通过这种反复快速的循环流动让初步的水油煤浆反复的接受一定频率，一定强度的超声波照射，通过超声波照射使水珠、油珠、煤的颗粒更细更均，使水、油、煤更加均匀的交溶在一起并在化学稳定剂的作用下使水、油、煤在相当长的时期内互不脱离。至此本发明称谓的水油煤浆这种新能源，新燃料就被生产制造出来了。合格的水油煤浆产品可用储存罐和塑料袋灌装纸盒箱包装储存起来，然后根据用户和布场的需要分别通过地下管道、专用罐车和一般的各种车辆运送到用户那里燃用和市场上出售。

水油煤浆这种浆状燃料，具有水一样的流动性，油一样的易燃性，其燃尽率、热效率大于煤和油，完全可以代替各种煤炭和油类燃料供发电厂、工业锅炉，工业窑炉、民用各种大小采暖锅炉、热水炉、茶水炉等燃用。水油煤浆与煤炭燃料相比较不但其发热量、燃尽率、热效率远远大于煤炭燃料，更重要的是水油煤浆从根本上克服了煤炭燃料在燃烧时向大气里释放烟尘，污染环境的危害性，也克服了煤炭燃料在运输，装卸、存放、使用时环节多、占地多、浪费多、设备量大、劳动强度大，费用大等缺点。水油煤浆与油燃料相比较、不但完全可以像油燃烧那样通过喷嘴进行雾化燃烧，而且比油燃料的燃尽率，热效率高，至于价格就更是远远的低于油燃料，这样不但节约了大量的油类能源、保护了环境，同时也会使发电、供热等产业通过降低燃料成本而使经济效益得到显著的提高。

在常温下能保持流动的稀质油料，在制成油包水浆液时，油和水可以不用加温，将一定量水直接倒入一定量的油中搅拌即可。

附图一是本发明原料煤加工环节的工艺流程图。

附图二是本发明超稠原油加工环节的工艺流程图。

附图三是本发明的产品合成工艺流程图。

燃料在外在形态上有的为固态，如煤。有的为液态如油。有的为气态，如天然气。燃料的外在形态虽然是不同的，但各种燃料的物质属性和内在的化学成分却都是一样的，即各种燃料都是属于复杂的高分子烃类物质，都是由C(碳)、H(氢)、O(氧)、N(氮)、S(硫)、A(灰分)、W(水分)等化学成分组成的。具有同样物质属性、同样化学成分、又同样用于燃烧的各种燃料如煤和油等经过人的科学技术处理、通过改变它们的外在形态、保留和发扬它们各自的长处，摈弃和克服它们各自的短处，并利用它们相互存在的互补性来人为的安排更加合理的燃烧成分的比例，是完全可以从新合成一种更有利于人类生存和发展需要的新能源，新燃料的。本发明依据上述机理，又考虑到有机的油类液体燃料、有机的煤类固体燃料和水(从水的化学成分H₂可以燃烧，O可以助燃这个意义上说，水也是一种燃料)是地球上储存量最大、最容易得到、使用的最普遍、对节约能源和环境保护的影响也最大，因此选择了水、油、煤这几种能源物质做为本发明水油煤浆的原材料。从安全、储存、运输、节能、环保、燃烧、费用等各个方面的综合情况看，燃料的外在形态为可流动的液体形态是最为可取的，而燃料的外在形态为不能流动的固体形态是最为不可取的，所以本发明水油煤浆的外在形态设计为可流动的液体浆状形态。从方便燃烧、燃尽率、释热效率、能源节约、环境保护，劳动强度等方面考虑，通过喷嘴让燃料呈雾状燃烧是最为可取，最为高级的燃烧方式，因此本发明的水油煤浆的燃烧方式设计为用喷嘴进行雾化燃烧的方式。为了实现本发明的水油煤浆能够以浆的形态存在，以雾的方式燃烧，首先就要对原料煤那种不能流动的快状固态的外在形态进行人为的改变，这种改变的过程就是通过一系列的机械设备，按照一定的质量要求对原料煤进行一系列加工的过程。附图一是对原料煤进行一系列加工的工艺流程图，按照该工艺流程图加工完成的煤，完全可以达到本发明水油煤浆对煤的加工质量要求。该工艺流程图设计了六道工序来保证对煤的加工，由于原料煤基本上都是一些极不规则，大小不等的块状脆性固体，因此第一道工序设计为对原料煤的破碎。由于煤是一种脆性物质，因此用人工和破碎机就可很容易的将不规则的原料煤破碎成比较规则的10毫米以下的颗粒。之所以要求第一道工序要将原料煤破碎成10毫米以下的颗粒，这主要是为了保证第二道工序的磨煤机能进行正常工作所要求的规则粒度。该工艺第二道工序是通过磨煤机将第一道工序加工下来的10毫米以下的煤粒，经加一定量的水后磨制成细度为80％-90％通过200目筛网的煤粉，在显微镜下这样的煤粉乃是无数细小煤粒的组合，平均75％的煤颗粒的直径尺寸在50微米以下，最大的颗粒直径尺寸也不超过200微米。之所以要将原料煤磨制成这么规则这么细度的煤粉，原因之一是力求更加符合燃料的燃烧机理。经科学实验证明，燃料燃烧的过程即是燃料的可燃元素如碳(C)、氢(H)等和空气中的氧在相当高的温度下进行剧烈化合、放出大量热能的化学反应过程。因此在单位质量不变的前提下，通过把一大块煤变成数千甚至数万个相对独立的细小煤颗粒，这就大大的增加了一定质量的煤的外表面积，外表面积增加了，那么空气与煤的接触面也就增加了，这样就会使燃料与空气中的氧的化合程度更加剧烈了，更加彻底了，结果燃料中的可燃元素的燃尽率就会大大的提高，燃料的燃尽率提高了，放出的热量也就提高了，放出的热量提高了，燃料的热效率也就从根本上提高了，提高燃料的热效率是节约燃料，即节约能源的根本所在。在第二道工序里之所以要把煤磨制成80％-90％通过200目筛网的细度，除了上述第一个原因外还在于煤的颗粒越细越小，其自身的重量就会越轻，这样就能使煤的颗粒悬浮于水和油里，达到能与水和油一起进行流动和雾化燃烧的目的，即达到本发明水油煤浆以浆的形态存在，以雾的方式燃烧的目的。经湿磨合格的煤粉进入第三道工序即附图一中3浮选净化工序，该道工序的目的是将原料煤中绝大部分的灰分(A)和硫(S)除去。经科学实验证明80-90％通过200目筛网的煤粉经浮选净化后可以将原料煤中50％-75％的灰分(A)和40％-90％的硫(S)除去，这样就会实现本发明水油煤浆在燃烧时大大减少对大气和环境污染的目的。经浮选净化后的煤粉进入下一道工序即附图一中4的过滤工序，该工序的目的是把一些大于煤粉细度要求的煤粒和一些可能给贮运和燃烧带来困难的杂物过滤除去。经过滤后的煤粉进入下一道工序，即附图一中5脱水这道工序，目的是将煤粉中多余的水分排除，一般用真空浓缩过滤器就可容易的将多余的水排除。经脱水处理后的煤粉进入下一道工序，即附图一中6制煤粉饼这道工序，通过这道工序将煤粉制成含水量适当且清洁的饼状煤粉以备用。至此原料煤经过一系列的加工已经足以能满足生产制造本发明水油煤浆对煤的质量要求了。

附图二是对超稠原油的加工工艺流程图，由于超稠原油的凝固点高，因此在常温下呈胶体固状，在这样的情况下是很难对它进行加工改造的，因此附图二中7这道工序设计了对超稠原油进行加热，其目的是通过加热使溶化成液体。加热后的油温度应保持在80℃左右，这时的油完全呈可流动的液体状态。如果根据用户的需要以柴油煤油等轻质油的原料油、就不需要对油加热这道工序。之后进入下一道工序，即附图二中8加水和加乳化型表面活性剂这道工序，其中所加的水的温度应在80-90℃之间，所加的乳化型表面活性剂，其亲憎平衡值(HLB)应在2-6之间。之所以要向油里加一定量的水，原因之一是由于超稠原油的分子结构过于紧密、粘性大，这种情况很不利于燃烧时所需要的流变性和燃烧时可燃元素的燃尽率。因此通过向油里添加一定量的水这种天然的分散剂就可使油的分子结构得到松散、粘度得到下降。一定量的水并在表面活性剂的作用下，可使油形成油包水的形态。在燃烧过程中油珠被加热，温度不断上升，由于油的沸点比水的沸点高，这样水就会先于油而汽化，随着温度的不断升高，这种已汽化的水就会在油珠内急剧的膨胀，最后会以微爆的形式冲破油膜对它的包围和束缚，结果就把一个油珠分裂成许多个更细更小的油珠，这样就会改善燃料的雾化细度进而使燃烧效率得到提高，尤其是许许多多的油珠在燃烧室内持续不间断的微爆，飞溅，可以提高燃烧区的湍流度，这十分有利于进一步强化本发明水油煤浆的燃烧过程，使本发明水油煤浆这种燃料很容易的被彻底燃尽。本发明的水油煤浆正是通过这种彻底的燃尽来减少和消灭碳黑的生成和向外排放的。另外由于本发明水油煤浆这种燃料中水汽的存在，会导致火焰温度的下降，这样就会抑制有害物质氮氧(NO_x)化物的生成和向外排放。经科学实验证明，在油中加20％的水，这不仅有利于提高燃烧效率，有效地抑制排气冒烟，还可以实现节油12％左右；减少碳黑排放量70-80％左右；减少氮氧(NO_x)化物排放量70％左右。这对节约能源、保护大气、保护环境是十分重要十分有利的。在附图二8这道工序中不但要向油中加一定量的水，而且在加水的同时还要加一定量的乳化型表面活性剂，如脂肪酸失水山梨醇酯、聚氧乙烯醚等，这是因为水和油做为两种不同的物质，在一般的情况下它们是互不相溶的，但是如果在它们之中添加一定量的表面活性剂并通过一定的装置进行搅拌，那么就可使水分裂成许许多多细微的小水珠均匀的悬浮在油中，使水和油形成稳定均匀的油包水型乳化液。

附图三是本发明水油煤浆产品合成工艺流程图。该流程图10这道工序是通过搅拌机把一定量的附图一煤加工环节产生的煤粉饼、附图二油加工环节产生的一定量的油包水型浆液搅拌混合在一起。为了使煤颗粒能均匀而稳定的分散悬浮于水与油中，搅拌时还要添加一定量的分散型表面活性剂。其作用是分散型表面活性剂被吸附到各个煤颗粒表面后，会在各个煤颗粒的表面形成很薄一层活性剂分子和水油化膜，这样就可以大大的降低煤颗粒与水和油之间的界面张力，阻碍各个煤颗粒间可能的聚结，进而起到减小水油煤浆在流动时的内摩擦、降低粘度，使煤颗粒能在水和油中分散的均匀而稳定的作用。通过附图三10这道工序的加工，这时的水、油、煤已被搅拌混合成了初步的水油煤浆，然后进入下一道工序，即附图三11超声波处理这道工序，在这道工序里首先要向初步的水油煤浆里添加一定量的化学稳定剂，如聚丙烯酰胺絮凝剂，羧甲基纤维素等。因为这些化学稳定剂具有使水油煤浆中已分散的煤颗粒能与其周围的其它煤颗粒及周围的水和油结合成为一种较弱但又有一定强度的三维空间结构的作用，从而有效地阻止煤颗粒的沉淀和防止煤与水和油的分离。添加化学稳定剂后即可启动循环泵，让初步的水油煤浆在装有超声波设备的超声波细化分散装置里进行几个反复的快速流动，通过流动使初步的水油煤浆混合的更加均匀并接受一定频率，一定强度的超声波照射。由于超声波具有细微而强烈的粉碎作用，因此初步的水油煤浆里相对大的煤颗粒、水珠和油珠可以被粉碎的更加均匀而细腻，又由于超声波具有其它方法所达不到的分散作用，因此可以把初步的水油煤浆里的水、油，煤及表面活性剂和化学稳定剂等分散的更加均匀，更加稳定。至此初步的水油煤浆在经过了附图三11超声波处理后就被加工成了附图三12的本发明水油煤浆的产成品。水油煤浆的产成品可以即产即燃用，也可以按照附图三13这道工序用储存罐和塑料袋灌装，纸盒箱包装储存起来以备调运。

本发明水油煤浆的原材料除了水之外，原料油的品种和原料煤的品种可以根据用户的实际情况和实际需要进行选择和调配。如城市里郊区和广大农村数也数不清的众多小型用户，就可以根据他们零散分散、点多面广、燃烧设备一般不具备加热装置的特点，采用轻质的柴油，煤油等为原料油，在寒冷的冬季对于主要用于冬季采暖的众多小型用户为了防冻，原料油可以采用负号柴油。这样就会很容易的满足这类用户的需要。这样处理的水油煤浆虽然耗用了一定量的轻质油料，但从社会效益、环境保护角度看也是非常适合、非常必要的，因为这些数也数不清的众多小型用户因燃煤而释放的烟尘和有害物质正是造成大气污染，环境恶化的重要污染源，而且是最难解决的污染源，因此本发明采用轻质油料专为这些小型用户生产制造的水油煤浆在保护大气，保护环境上是具有特别重要意义的。另外由于轻质油料含氢较高，这样就可以利用含氢较少的无烟煤或者劣质煤为原料煤，使它们之间互相取长补短，这样一来就使资源大、价格廉的无烟煤、劣质煤有了用武之地。总之本发明水油煤浆的原材料虽然从总的方面确定为水、油、煤三种物质，但在具体情况，具体用户面前油的品种和煤的品种是可以灵活变更的。

本发明水油煤浆作为一种人工合成的新型燃料，其保质期设计为100天左右，即水油煤浆的产成品从出厂到燃烧的储存期最长不能超过100天，否则可能出现水、油、煤分离的状况。

本发明水油煤浆这种新能源，新然料的高位发热值由具体所采用的原料油和原料煤的固有发热值决定，一般来讲其高位发热值低于油燃料，高于煤燃料；其低位发热值不但远远高于煤燃料的低位发热值，并不比油燃料的低位发热值差多少。

Claims (6)

1、水油煤浆燃料，其特征是由20-40％的油、7-30％的水、30-70％的煤粉、1-2％的乳化剂、1-5‰的分散型表面活性剂和1-5‰的稳定剂组成。

2、根据权利要求1所述的水油煤燃料，其特征是所述的油为30％稠油、水为28％、煤粉为39％、乳化剂为2％、分散型表面活性剂为5‰、稳定剂为5‰。

3、根据权利要求1所述的水油煤燃料，其特征是所述的油为-35^#柴油40％、水为10％、煤粉为48％、乳化剂为1％、分散型表面活性剂为5‰、稳定剂为5％。

4、根据权利要求1、2或3所述的水油煤浆燃料，其特征是所述的乳化剂为脂肪酸失水山梨醇酯，也可为聚氧乙烯醚；稳定剂可采用聚乙丙烯酰胺絮凝剂，也可采用羧甲基纤维素；分散型表面活性剂可采用烃化酸废液。

5、水油煤浆燃料的生产方法，其特征在于：

A、将原料煤粉碎成10mm以下的颗粒，然后将粉碎好的100mm以下颗粒的煤粉装入磨煤机并加入适量水湿磨，磨成80-90％能通过200目筛的煤粉后，送入浮选器进行选净化，除去大部分灰分和硫分后，过滤、滤去杂质和较大的不格的煤粒，最后进行脱水处理后，制成煤粉饼备用；

B、按配比取油和水，将水放入油中，加入适量乳化型表面活性剂，经充分搅拌，形成油包水型浆液；

C、将上述煤粉饼，按配比要求加到上述的油包水型浆液中，同时按配比加入分散型表面活性剂，进行搅拌，使水、油、煤互相变溶后，送入超声波细化分散装置里，并按配比要求加入稳定剂，启动循环泵，使水、油、煤混合液充分细化和变溶后，即为水油煤浆燃料。

6、根据权利要求5所述的水油煤浆燃料的生产方法，其特征是所述的油为超稠原油，超稠原油加温，溶化后保持80-90℃左右，所述的水为80-90℃热水。