CN114540094B - 一种固体蜡基燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体蜡基燃料以及其制备方法，按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中混合，加热容器至110℃‑140℃，使混合物完全熔化，接着加入乌洛托品，最后加入纤维后，继续充分搅拌使之充分混合，过程中逐渐降低温度至75℃‑85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺搅拌混合，继续降温搅拌，直至成糊状，根据需求压铸成型冷却脱模即可。最终获得一种燃烧热值高，制造成本低廉，结构稳定不易碎，耐储存，方便运输携带，燃烧时无毒无异味的固体蜡基燃料。

Description

一种固体蜡基燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种蜡基燃料，尤其涉及一种以费托蜡和PE蜡为主要成分的高热值固体燃料。
背景技术
不论是居家，还是外出旅行，不论是日常生活，还是应急救灾，都需要燃料来照明取暖和加热烹煮。常见的燃料可以分成固态燃料和液态燃料两大类，而常用的液态燃料有常见的醇类燃料、煤油和柴油等化石燃料。虽然醇类燃料比较清洁，但有易燃的风险，且燃烧热值较低；而汽油煤油尽管单位热值比醇基燃料要高不少，但是对储存的容器有比较高的要求，所以对储存和运输的要求比较高。因此，安全可靠，成本低廉，环境友好型燃料成为未来发展的重要方向。
固体燃料相较于液体燃料，更加方便运输和储存。现有的固体燃料块常常以醇类物质为基础，通过添加固化剂溶液进行固化，如中国专利(申请号：CN110194973A)中燃料组成含有大量水，导致单位热值偏低，而且添加了大量重金属粉末，不仅成本高昂，而且燃烧产物灰分过多，污染严重；又如中国专利(申请号：CN104711063B)，以乙醇和聚乙二醇为主要成分，而且添加过多水分和硅藻土，导致单位热值较低，而且灰分较多，且原料组成过多，边际效用递减，生产成本高。
蜡基燃料是个很好的方向，中国专利(申请号：CN101724511B)以费托蜡为基础，但只是进行精炼后制成蜡烛，在使用面上太过狭隘。又如中国专利(申请号：CN105038895B)，实质是燃烧六亚甲基四胺，石蜡只占3％-10％，起粘合作用，导致成本较高，且燃烧热值较低。
现有固体醇基燃料块和单纯六亚甲基四胺燃料的热值较低问题，以及现有的蜡基燃料成分单一，使用范围窄(大多数只能制成蜡烛)，以及在燃烧过程中不能够充分燃烧的问题。
因此，需要燃烧热值高，成本低廉，方便储存和运输的燃料，而蜡基燃料如何充分燃烧，且在燃烧过程中不因熔化而到处流淌，成为需要面对的主要问题。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种固体蜡基燃料及其制备方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种固体蜡基燃料，按照质量百分数，包括如下组分：
蜡基材料:75％-80％；
乌洛托品:10％-15％；
三噁烷:5％-10％；
硬脂酸:2％-7％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物:1.5％-3.5％；
环戊二烯基铁及其衍生物:0.01％-0.15％；
以及纤维：添加为上述物质总质量的5％-10％。
进一步的，所述蜡基材料包括费托蜡和PE蜡，主要是利用工业提纯后的低熔点，低硬度的切出物为主，其价格更加低廉，本身用途范围较窄，为了提高最后产品性能，可以取相应高熔点费托蜡和PE蜡进行混合配置。
进一步的，所述纤维可以是棉纤维、麻纤维，或者回收废品生产的植物纤维；为了在生产中充分混合，需要将纤维提前粉碎切短。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡、硬脂酸、环戊二烯基铁及其衍生物于容器中混合；
S2.加热容器至110℃-140℃，使混合物完全熔化；
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与上述混合物充分混合，搅拌20-30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状；
S5.最后根据需求，挤出混合物，压入模具成型，待冷却即可制得固体蜡基燃料。
进一步的，在步骤S4中，纤维需要提前粉碎切短。
为了提高蜡基燃料的燃烧效率，同时减少烟尘、一氧化碳和碳颗粒的排放，因此，还需要在费托蜡和PE蜡中添加少量的环戊二烯基铁及其衍生物。环戊二烯基铁及其衍生物的消烟助燃作用发现较早，无论是添加在固体燃料、液体燃料或气体燃料中，都能发挥这种效应，尤其对于在燃烧时产生烟大的烃类，其效果更为显著；然而，环戊二烯基铁及其衍生物在燃烧过程中，分解生成的金属阳离子，能有效地降低蜡基燃料分子C-H键的活化能同时向烃(R)、C和CO传递氧，促进了蜡分子的扩散和氧化，加速碳粒氧化，从而有效地抑止碳烟生成，从而降低了烟尘的排放。
为了增加蜡蒸汽与氧气的接触，添加量少量偶氮二甲酰胺及其衍生物，使燃料在燃烧的同时能够分散蓬松，同时也避免了少量费托蜡受热滴落。
同时通过添加少量硬脂酸，不仅使燃烧更加充分，而且使原料各分子间结合更加紧密，从而使成品在浇注冷却的过程中分散更加均匀，不易出现分层现象。也是偶氮二甲酰胺及其衍生物发挥作用的催化促进剂。
少量三噁烷和乌洛托品的添加，不仅增加了燃料块的力学性能，也能改善燃料块的燃烧效果，使燃料块燃烧更加充分，且不易熄灭。
本发明的有益效果是：
1、相较于固体醇类燃料热值不到30000KJ/Kg，以及固体六亚甲基四胺燃烧热值不到30000KJ/Kg，固体蜡基燃料燃烧热值高达47550KJ/Kg，单位质量含能远超过常见的固体醇基类燃料和单纯的六亚甲基四胺。
2、使用的蜡基材料，主要为工业生产中切出的低熔点低硬度的尾蜡和合成气中的副产物，价格相较于石蜡便宜不少，同时价格相较于单纯的六亚甲基四胺也有优势；本发明蜡基燃料组成原料品种较少，工艺简单，也降低了成本。
3、相较于固体醇类燃料会挥发减少，本发明可以长时间储存，且质量不减少；本发明添加了纤维，既起到避免燃烧过程中蜡熔化流淌问题，也起到增强本身结构强度的问题，使得不易碎裂，方便储存和运输。
4、添加少量乌洛托品和三噁烷既增加了燃料的力学性能，又使点燃和燃烧过程更加简单充分，相较于传统简单蜡燃烧，因为加入了有机金属盐，环戊二烯基铁及其衍生物在燃烧过程中分解生成的金属阳离子，能有效地降低蜡基燃料分子C-H键的活化能同时向烃(R)、C和CO传递氧，促进了蜡分子的扩散和氧化，加速碳粒氧化，从而有效地抑止碳烟生成，从而降低了烟尘的排放，更加清洁。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例一
一种高热值蜡基固体燃料，按照质量百分数，包括以下组分：
TP-52B蜡：43.93％；
TS-5100蜡：33％；
乌洛托品：10.5％；
三噁烷：5％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物：1.5％；
硬脂酸：6％；
环戊二烯基铁及其衍生物：0.07％；
最后，再加总质量7％的植物短纤维。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中搅拌混合25分钟；
S2.接着，加热容器至120℃，使混合物完全熔化，熔化过程中保持搅拌，避免沉淀；
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.最后加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与之充分混合,搅拌30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状；
S5.挤出混合物，压入模具成型，缓慢待冷却至室温即可制得固体蜡基燃料，最后用塑料模封装。
实施例二
一种高热值蜡基固体燃料，按照质量百分数，包括以下组分：
TP-52B蜡：37.95％；
TS-5100蜡：38.5％；
乌洛托品：15％；
三噁烷：5％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物：1.5％；
硬脂酸：2％；
环戊二烯基铁及其衍生物：0.05％；
最后，再加总质量7％的植物短纤维以及1％的硝化纤维素。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中搅拌混合25分钟；
S2.接着，加热容器至120℃，使混合物完全熔化，熔化过程中保持搅拌，避免沉淀；
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.最后加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与之充分混合,搅拌30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状；
S5.挤出混合物，压入模具成型，缓慢待冷却至室温即可制得固体蜡基燃料，最后用塑料模封装。
实施例三
一种高热值蜡基固体燃料，按照质量百分数，包括以下组分：
TP-52B蜡：37.91％；
TS-5100蜡：39％；
乌洛托品：12％；
三噁烷：8％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物：1.5％；
硬脂酸：1.5％；
环戊二烯基铁及其衍生物：0.09％；
最后，再加总质量8％的植物短纤维，1％的硝化纤维素。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中搅拌混合25分钟，
S2.接着，加热容器至120℃，使混合物完全熔化，熔化过程中保持搅拌，避免沉淀，
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.最后加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与之充分混合，搅拌30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状，
S5.挤出混合物，压入模具成型，缓慢待冷却至室温即可制得固体蜡基燃料，最后用塑料模封装。
实施例四
一种高热值蜡基固体燃料，按照质量百分数，包括以下组分：
TP-52B蜡：80％；
TS-5100蜡：12％；
三噁烷：5％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物：1.5％；
硬脂酸：1.45％；
环戊二烯基铁及其衍生物：0.05％；
最后，再加总质量7％的植物短纤维，1％的硝化纤维素。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中搅拌混合25分钟，
S2.接着，加热容器至120℃，使混合物完全熔化，熔化过程中保持搅拌，避免沉淀，
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.最后加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与之充分混合,搅拌30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状，
S5.挤出混合物，压入模具成型，缓慢待冷却至室温即可制得固体蜡基燃料，最后用塑料模封装。
实施例五
一种高热值蜡基固体燃料，按照质量百分数，包括以下组分：
TP-52B蜡：75％；
TS-5100蜡：15％；
三噁烷：5％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物：1.5％；
硬脂酸：3.45％；
环戊二烯基铁及其衍生物：0.05％；
最后，再加总质量7％的植物短纤维，1％的硝化纤维素。
一种固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡，硬脂酸，环戊二烯基铁及其衍生物于容器中搅拌混合25分钟，
S2.接着，加热容器至120℃，使混合物完全熔化，熔化过程中保持搅拌，避免沉淀，
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.最后加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与之充分混合,搅拌30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状，
S5.挤出混合物，压入模具成型，缓慢待冷却至室温即可制得固体蜡基燃料，最后用塑料模封装。
表1是实施例1至5制备出的产品燃烧后的性状
颜色/硬度 燃烧状态 挥发性 灰分成分
实施例一 白色微黄固体，含有纤维，较硬不易碎裂 火焰旺盛稳定，无烟无毒 不易挥发 微量的三氧化二铁，少量碳黑
实施例二 白色微黄固体，含有纤维，较硬不易碎裂 火焰旺盛稳定，无烟无毒 不易挥发 微量的三氧化二铁，少量碳黑
实施例三 白色微黄固体，含有纤维，较硬不易碎裂 火焰旺盛稳定，无烟无毒 不易挥发 微量的三氧化二铁，少量碳黑
实施例四 白色微黄固体，含有纤维，较硬不易碎裂 火焰旺盛稳定，无烟无毒 不易挥发 微量的三氧化二铁，少量碳黑
实施例五 白色微黄固体，含有纤维，较硬不易碎裂 火焰旺盛稳定，无烟无毒 不易挥发 微量的三氧化二铁，少量碳黑
表2是实施例1至5制备出的产品的燃烧值
第一次燃烧热值/10g 第二次燃烧热值/10g 第三次燃烧热值/10g 平均燃烧热值
实施例一 435.4KJ 433.72KJ 439.33KJ 442.33KJ
实施例二 430.3KJ 429.79KJ 431.22KJ 430.44KJ
实施例三 420.2KJ 423.71KJ 421.43KJ 421.78KJ
实施例四 440.3KJ 439.1KJ 439.57KJ 439.7KJ
实施例五 419.1KJ 420.2KJ 418.23KJ 419.2KJ
从表1和2中可以看出，该蜡固体燃料多次燃烧之后仍具有高燃烧热值，并且本产品成本低，方便携带储存，抑止碳烟生成，降低了烟尘的排放，更加清洁等优点，适合作为应急物资和日常生活使用储存。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种固体蜡基燃料，其特征在于，按照质量百分数，包括如下组分：
蜡基材料:75％-80％；
乌洛托品:10％-15％；
三噁烷:5％-10％；
硬脂酸:2％-7％；
偶氮二甲酰胺及其衍生物:1.5％-3.5％；
环戊二烯基铁及其衍生物:0.01％-0.15％；
以及纤维：添加为上述物质总质量的5％-10％；
固体蜡基燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按照组分称取相应质量的费托蜡和PE蜡、硬脂酸、环戊二烯基铁及其衍生物于容器中混合；
S2.加热容器至110℃-140℃，使混合物完全熔化；
S3.按照比例系数加入乌洛托品，并保持混合物充分搅拌混合；
S4.加入纤维，继续充分搅拌，使纤维与上述混合物充分混合，搅拌20-30分钟，降低温度至75℃-85℃，添加三噁烷和偶氮二甲酰胺及其衍生物搅拌混合，继续降温搅拌，使混合物呈现半糊状；
S5.最后根据需求，挤出混合物，压入模具成型，待冷却即可制得固体蜡基燃料。
2.根据权利要求1所述的固体蜡基燃料，其特征在于，所述纤维为棉纤维、麻纤维、植物纤维、硝酸纤维素的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的固体蜡基燃料，其特征在于，在步骤S4中，纤维需要提前粉碎切短。
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