CN117680012A - 液体静态乳化搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体静态乳化搅拌装置，包含一预拌管以及一连接于该预拌管的均质乳化管，其中，该预拌管可供制订压力推动的液体原料和添加物输入，并藉由其螺旋通道预拌混合形成混合液体；该均质乳化管系于一外筒内设置复数上、下层叠并分别设有复数细密排列的均质通孔的乳化内筒，藉此让混合液体均质乳化后输出。本发明可应用于燃油类、化工类、液态食品等各类需要均质乳化的液体，特别是用于优化乳化重油、船舶燃料油、柴油、槽底油、贮油槽燃料油时，可减少燃烧不完全的状况，降低空气污染，从而换算为可计量的碳减排额度(或称碳信用carbon credit)，有助于碳减排计划。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体静态乳化搅拌装置，可将燃油类、化工类、液态食品等需要均质乳化的液体，利用预定压力推送至一预拌管以及一均质乳化管后搅拌均质乳化。例如：应用于优化船舶燃料油、乳化重油、柴油、槽底油、贮油槽燃料油......，经均质乳化后能够符合现在的COP26协议，节能减碳及碳中和。
背景技术
《联合国气候变迁纲要公约(UNFCCC)》自通过后，针对包括二氧化碳在内的氟氯碳化物等六种温室气体，定出具体减量目标，并从早年的《京都议定书(Kyoto Protocol)》一直到近年的《巴黎协议(Paris Agreement)》，联合国都持续对气候状况进行讨论应对，期望能共同遏阻全球暖化趋势。
随着国际社会对碳排放的逐渐重视，各国政府陆续采取各种减少碳排放的措施，例如规划碳交易市场、发展不排放污染物的洁净能源/绿色能源、征收船舶燃料税、欧洲碳边境税等，民间也积极推动全球再生能源倡议(RE100)、以及促进产品的碳足迹减为零而达到碳中和等等，相关的核证碳标准(Verified Carbon Standard，VCS)、清洁发展机制(Clean Development Mechanism，CDM)也应运而生，管理企业的碳排放以及制定碳减排规章，达到减少温室气体排放、控制经营环保风险以及增强企业竞争力的目的。
上述各种措施中，其中碳交易市场的应用方式，是为各市场主体的温室气体排放量设置额度上限，再以市场交易机制分配排放量额度。碳信用额(carbon credit)即是指排放1吨二氧化碳当量的温室气体的权利的任何可交易额度或许可证。二氧化碳当量(CO2e,carbon dioxide equivalent)则是测量碳足迹的标准单位，藉此把不同的温室气体对于暖化的影响程度用同一种单位表示出来，以方便计量。中国台湾预计在2023年制订碳税及交易平台。
在各种会产生温室气体的活动项目中，大型锅炉或大型船舶以燃烧燃料油维持运作，是常见的污染源。燃料油的分子量大、黏度高、杂质多，储放久后，其中水分、杂质会相对分离沉降而形成油水分离的状态，使燃料油内的成分不均匀而无法完全燃烧，甚至可能造成锅炉损坏，故成分不均匀的燃料油会影响燃烧效率，进而产生过量的温室气体，造成空气污染和油耗提升等问题，影响且加剧了温室效应。
因此，燃料油在使用前完成均质乳化作用，已经过科学证实有助于完全燃烧，例如在UNFCCC方法学编号AM0054(中国自愿减排方法学编CM-078-V01)中，说明藉由乳化油技术能够改善锅炉能源效率，达成碳减排的功效，减缓地球温室效应。
本发明人的一公告号TW039506(同US4560284或US4352572等)的曾经发明自动油水混和装置，在实际成品制造实施后，证实重油搅拌后均匀乳化，可将杂质一并均匀燃烧，具有降低燃烧污染排放、节约燃料油、延长炉膛寿命等优点，亦可免除另外添加乳化剂的需求，避免乳化剂可能导致的输油系统、喷嘴、电磁阀等所含的橡胶类零件及炉体的浸蚀损坏。
有鉴于温室效应对于环境的冲击，本发明人特制作一种液体静态乳化搅拌装置，该装置不只适用于燃油，也适合使用于化工类环氧树脂等制备塑料的液体，或者是液态食品，使液体能被均匀搅拌、均质乳化，减少会造成环境污染或对人体有害的额外添加物的剂量，例如食品类乳化剂、界面活性剂、化工类溴化物、硫化物、耐高温、耐酸碱添加物等，降低环境危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一液体静态乳化搅拌装置，其可应用于各类需要均质乳化的液体，例如：燃油、化工类制备塑料的液体，或者是液态食品，让液体原料与添加物混合时能减少添加物的剂量。特别是应用在船舶燃料油、乳化重油、柴油、槽底油、贮油槽燃料油优化等，使这种均质乳化液体作为燃料油时，能够有效符合船舶操作安全、乳化燃油品质、油槽保养，并能够减少燃烧不完全的状况，降低空气污染，不但能符合COP26协议，还能进一步换算为可计量的碳减排额度，有助于碳减排计划的施行。
为达成上述目的，本发明提供一种液体静态乳化搅拌装置，包含一预拌管以及一均质乳化管，该预拌管上游端设有一液体入料口及一添加物入料口，另一端为出料口；该均质乳化管具有一入口端连接于该预拌管的出料口，另一端为下游出口端，能够使得预定压力推动的液体原料和添加物分别进入预拌管中搅拌均匀后，再进入该均质乳化管中均质乳化后从下游出口端输出，其特征在于：
该预拌管包含一设有该液体入料口与该出料口的外管件、以及一隔离设置在该外管件内部且顶端具有该添加物入料口的内管件；
该外管件内周缘与该内管件外周缘之间具有固定间距并设有一回绕的螺旋状叶片而形成一螺旋状扰流通道；
该内管件呈空心管状，其周围设有复数个由内向外连通于该螺旋状扰流通道的添加物通孔，使液体原料通过该螺旋状扰流通道时，添加物能够经由该复数个添加物通孔进入液体原料中被均匀搅拌形成混合液体，而后由该出料口输出；
该均质乳化管包含一设置有前述入口端及下游出口端的外筒，以及复数上、下层叠在该外筒内缘的乳化内筒；
每一乳化内筒分别具有一底板、以及一间隔排列在该底板上方的上层板，使该乳化内筒的内部被分隔成一上层腔体以及一下层腔体，且该底板和上层板分别设有复数细密排列的均质通孔，使混合液体依序进入该上层腔体、下层腔体，并透过该上层板及底板的复数均质通孔输出至层叠在下方的另一乳化内筒后，能够被复数个层叠的乳化内筒进一步解析为更细小的微粒而形成均质乳化液体，最后由设置在该外筒的下游出口端输出。
藉由上述构造，本发明使得液体原料和添加物在预拌管中经过螺旋通道搅拌而形成混合液体，再由均质乳化管的复数层乳化内筒均质乳化混合液体后输出。当本发明用于燃油乳化时，可减少燃油燃烧不完全的状况，降低污染并提高火焰温度，从而换算为可计量的碳减排额度，有助于碳减排计划。
以下进一步说明各组件的实施方案，但本发明的实施方案并不限于此：
在本发明一个实施方案中，该乳化内筒的底板与上层板之间设有一纵向内环，使该下层腔体被该内环区隔成一下层外腔及一下层内腔，且该内环上设有复数细密排列的乳化通孔而使得下层外腔与下层内腔连通。
在本发明进一步的实施方案中，该上层板的复数均质通孔设置在相对于该内环外围的下层外腔的位置，使进入该上层腔体的混合液体能够通过相对应的均质通孔由上而下进入该下层外腔；
该内环上的复数乳化通孔均匀布置在其周围，使进入该下层外腔的混合液体能够通过复数乳化通孔由外而内进入该下层内腔；
该底板的复数均质通孔设置在相对于内环内围，使进入该下层内腔的混合液体能够通过相对应的均质通孔进入层叠在下方的另一乳化内筒的上层腔体。
在本发明一个实施方案中，该预拌管的扰流通道末端与该出料口之间设有至少一层扰流盘，该扰流盘具有复数供混合液体通过的扰流通孔。
在本发明一个实施方案中，该预拌管的内管件的复数添加物通孔，分别设置在该内管件的管壁顶部、底部及中间段位置。
在本发明前述实施方案中，该预拌管的液体入料口连接于一储存有液体原料的液体原料储存槽或一储存有均质乳化液体的乳化液体储存槽，并且由一控制阀控制切换该液体原料储存槽与该液体入料口连通，或者是控制切换由该乳化液体储存槽与该液体入料口连通。
在本发明进一步实施方案中，该均质乳化管的下游出口端连通于该乳化液体储存槽，且该乳化液体储存槽与该预拌管的液体入料口连通，进而形成一可以持续对均质乳化液体搅拌及乳化，从而避免均质乳化液体静置而导致油泥沉积或油水分离的循环系统。
在本发明再进一步实施方案中，该预拌管的液体入料口连通于一泵浦而以预定压力泵送液体原料或均质乳化液体。
在本发明又再进一步实施方案中，该液体原料或均质乳化液体由一加热器加热后泵送至液体入料口。
在本发明又再进一步实施方案中，该添加物为水、水蒸气或溴化物。
相较于先前技术，本发明使液体原料和添加物在预拌管中经过螺旋通道搅拌而形成混合液体，再由均质乳化管的复数层乳化内筒均质乳化混合液体，且该乳化内筒的数量、均质通孔和乳化通孔的孔径大小和分布，可由使用者结合液体成分状态进行调整，应用于燃油、化工类制备塑料的液体，或者是液态食品能够实现均质乳化，或者是减少添加物的剂量。例如：用于优化船舶燃料油、乳化重油、柴油、槽底油、贮油槽燃料油等，使得这些均质乳化液体作为锅炉燃料油时，能够有效符合船舶操作安全、乳化燃油质量、油槽保养，并能够减少燃烧不完全的状况，降低空气污染，不但能符合COP26协议，还能进一步换算为可计量的碳减排额度，帮助碳减排计划的施行。
现总结本发明所具有的改进效果如下：
1.本发明在用于燃油均质乳化时，可取代现有技术的仅利用桶槽内的螺旋叶片旋转搅拌。旋转搅拌方式具有有死角、耗电，以及生产线无法自动化控制的缺陷，更重要的是其产物品质不稳定。
2.油品采取本发明的均质乳化可以替代已知技术的添加乳化剂或界面活性剂，避免酸性油品乳化剂影响油品品质和腐蚀管路系统及炉具。
3.本发明系统架构可配合不同产品进行程序化设计，以确保操作安全、确保质量的一贯性，用于燃料储油时，使储油不分层不分离。
4.本发明应用范围广泛，可应用于各类需要均质乳化的液体，例如：燃料油、化工类制备塑料的液体，或者是液态食品，只需调整温度、压力，或孔径大小/数量，即可配合不同的产品需求，完成各种液体的均质乳化。
5.经实验，本发明方案产出的均质乳化燃油具备优异的节能减碳效果，不但有助于环保，还能够申请联合国IPCC方法学的CDM助碳中和。
附图说明
图1是本发明的液体静态乳化搅拌装置的设置位置示意图。
图2是本发明的预拌管的结构图。
图3是本发明的预拌管的立体分解图。
图4是本发明的均质乳化管的结构图。
图5是本发明的均质乳化管的乳化内筒的立体结构图。
图6是本发明的均质乳化管的结构的局部放大图。
附图标记说明：
100 液体原料储存槽
200 乳化液体储存槽
300 控制阀
400 泵浦
400B 泵浦
500 加热器
500B 加热器
1 预拌管
2 均质乳化管
10 外管件
11 液体入料口
12 出料口
13 扰流通道
14 扰流盘
15 扰流通孔
20 内管件
21 添加物入料口
22 添加物通孔
30 外筒
31 入口端
32 下游出口端
40 乳化内筒
41 底板
42 上层板
43 上层腔体
44 下层腔体
441 下层外腔
442 下层内腔
45 纵向内环
46 均质通孔
47 乳化通孔
具体实施方式
以下依据本发明的技术手段，列举出适于本发明的实施方式，并结合附图说明如下：
如图1所示，本发明提供一种液体静态乳化搅拌装置，用于各类需要均质乳化的液体。该装置包含一可供预定压力推动的液体原料和添加物经过搅拌而形成混合液体的预拌管1，以及一连接于该预拌管1的均质乳化管2，藉此使混合液体得以均质乳化后输出。
如图2、图3所示，该预拌管1包含一外管件10、以及一隔离设置在该外管件10内部的内管件20；该外管件10在相对于该预拌管1上游端设有一液体入料口11，另一端为出料口12。
该内管件20呈空心管状，其顶端相对于该预拌管1上游端设有一添加物入料口21，且该内管件20外周缘与该外管件10内周缘之间具有固定间距并设有一回绕的螺旋状叶片而形成一螺旋状扰流通道13，该扰流通道13末端与该外管件10的出料口12之间设有至少一层扰流盘14，每层扰流盘14具有复数个扰流通孔15，如图3所示，复数个扰流通孔15呈倾斜状。
该内管件20的周围设有复数个添加物通孔22，该添加物通孔22由内向外连通于该螺旋状扰流通道13，使得液体原料通过该螺旋状扰流通道13时，添加物能够经由该复数个添加物通孔22而进入液体原料中被均匀搅拌，并通过复数层扰流盘14的扰流通孔15后，形成混合液体后由该出料口12输出。
实施时，该添加物为水、水蒸气或溴化物，但也不排除添加乳化剂，其添加剂量则可藉由电磁阀、流量传感器等自动控制。此外，该复数个添加物通孔22可以布满在该内管件20的管壁，或者是如图2、图3中所示，分别设置在该内管件20的管壁顶部、底部及中间段位置。
如图1、图4-6所示，该均质乳化管2包含一外筒30、以及复数上、下层叠在该外筒30内缘的乳化内筒40，该外筒30具有一连接于该预拌管1的出料口12的入口端31，另一端为下游出口端32。
每一乳化内筒40分别具有一底板41、以及一间隔排列在该底板41上方的上层板42，使该乳化内筒40的内部被分隔成一上层腔体43以及一下层腔体44，该底板41与上层板42之间设有一纵向内环45，使该下层腔体44被该内环45区隔成一下层外腔441及一下层内腔442。
该底板41和上层板42分别设有复数细密排列的均质通孔46，该上层板42的复数均质通孔46设置在相对于该内环45外围的下层外腔441位置，使进入该上层腔体43的混合液体能够通过相对应的均质通孔46由上而下进入该下层外腔441。
该内环45周围设有复数均匀细密排列的乳化通孔47，内外连通下层外腔441与下层内腔442，使进入该下层外腔441的混合液体能够通过复数乳化通孔47由外而内进入该下层内腔442。
该底板41的复数均质通孔46设置在相对于内环45内围，使进入该下层内腔442的混合液体能够通过相对应的均质通孔46进入层叠在下方的另一乳化内筒40的上层腔体43。实施时，两相邻乳化内筒40之间设有防水垫圈以避免液体渗漏。
藉由层叠的乳化内筒40结构，使得混合液体从外筒30的入口端31进入乳化内筒40后，依序由上而下、由外而内进入该上层腔体43、下层外腔441与下层内腔442，并分别透过该上层板42及底板41的复数均质通孔46和内环45的复数乳化通孔47，输出至层叠在下方的另一乳化内筒40，逐步解析为更细小的微粒而形成均质乳化液体，最后由设置在该外筒30的下游出口端32输出，达到均质乳化的目的。
特别地，该乳化内筒40的层叠数量、复数均质通孔46和乳化通孔47的孔径大小及分布数量，可结合不同液体成分的比重、黏度及产品需求进行调整，即可单以调整温度、压力、孔径大小/数量而获得质量均一的产品，令液体加入添加物或多种液体时能均匀混合、均质乳化。例如：假设以366mm2为基础面积A，当液体静态乳化搅拌装置乳化燃料油、重油、柴油等液体时，其乳化内筒40的层叠数量、孔径大小和分布数量分别如表一、表二、表三所示：
[表一]乳化燃料油
[表二]乳化重油
[表三]乳化柴油
上述结构中，乳化内筒40的均质通孔46、乳化通孔47的孔径由上而下逐渐缩小，使得混合液体逐步解析为更细小的微粒，例如重油均质乳化后的微粒粒径为2～8μm，柴油均质乳化后的微粒粒径为0.2-0.9μm，使各种液体中的微粒与空气的接触面扩大，能够在短时间内趋近完全燃烧的状态，达到最佳的燃烧效果而减少油耗、积碳和油泥沉积状况，降低污染排放，例如减少1吨重油的油耗，则相对减少3.1吨二氧化碳当量(CO2e)，从而换算成可计量的碳减排额度，帮助于碳减排计划的施行。
本发明能够将多种液体原料均匀混和，或将添加物和液体原料均匀混和，并在混和后保持均质乳化的状态，例如PCB的环氧树脂需添加溴化物做为阻燃剂，或者是制备塑料的液体原料需添加耐酸碱、耐高温添加物时，经由液体静态乳化搅拌装置达到均质乳化，避免成分不均匀而增加原料耗损，也能使添加物以最少的剂量达到原有的功效，减少添加物的使用量。
另外，如图1所示，该预拌管1的液体入料口11连接于一储存有液体原料的液体原料储存槽100或一储存有均质乳化液体的乳化液体储存槽200，并且由一控制阀300控制切换该液体原料储存槽100与该液体入料口11连通，或者是控制切换由该乳化液体储存槽200与该液体入料口11连通。
当该均质乳化管2的下游出口端32连通于该乳化液体储存槽200时，该乳化液体储存槽200与该液体入料口11连通而形成一循环系统，进而持续对均质乳化液体搅拌及乳化，从而避免均质乳化液体静置久后而导致油泥沉积或油水分离，特别适合用于远洋船舶的燃料油。
例如，当本发明设置在船舶内时，该乳化液体储存槽200可以为锅炉的副油槽，使均质乳化液体能够输送至锅炉中燃烧，或者是输送至液体静态乳化搅拌装置中再次搅拌乳化，避免均质乳化液体储放久后造成油泥沉积或油水分离而使得液体成分不均，使存放的燃油不分层不分离，改善船舶燃料油桶槽搅拌不均匀、存在死角、费电、不适合自动化的问题。
此外，船舶储存油槽的底油、燃料油的油槽的底油、废机油等等，其成分包含水、无法燃烧的油泥、或含有饱合水的油，这些底油可加入适当比例的燃油而被均质乳化，作为另一种洁净能源而能完全燃烧，也可以获得可计量的碳减排额度。
此外，该预拌管1的液体入料口11连通于一泵浦400以及一加热器500，使液体原料或均质乳化液体能被加热器500加热，通常加热至70℃以上，再由泵浦400泵送至液体入料口11。
图1中，添加物入料口21连通于一泵浦400B以及一加热器500B，使添加物能被加热器500B加热后，由泵浦400B泵送至添加物入料口21。实施时，当添加物为水或溴化物时，通常加热至50℃以上；而当添加物为水蒸气时，则无需加热，且泵送至均质乳化管2的压力可降低、该均质乳化管2的复数乳化内筒40(另参图4)的数量也可以相对减少。
值得一提的是，本发明可应用于各类需要均质乳化的液体，例如：燃油、化工类制备塑料的液体，或者是液态食品，使得液体原料与添加物混合时能降低添加物的剂量。特别是应用于优化船舶燃料油、乳化重油、柴油、槽底油、贮油槽燃料油等，使这些均质乳化液体作为燃料油时，能够有效符合船舶操作安全、乳化燃油质量、油槽保养，并能够减少燃烧不完全的状况，降低空气污染，不但能符合COP26协议，还能进一步换算为可计量的碳减排额度，有助于碳减排计划的施行。
以上实施例说明及附图，仅为举例说明本发明的较佳实施例，并非以此局限本发明的保护范围；即凡是与本发明的目的、构造、装置、特征等近似或相雷同的，均应属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种液体静态乳化搅拌装置，包含一预拌管以及一均质乳化管，该预拌管上游端设有一液体入料口及一添加物入料口，另一端为出料口，该均质乳化管具有一入口端连接于该预拌管的出料口，另一端为下游出口端，能够使得制订压力推动的液体原料和添加物分别进入预拌管中搅拌均匀后，再进入该均质乳化管中均质乳化后从下游出口端输出，其特征在于：
该预拌管包含一设有该液体入料口与该出料口的外管件、以及一隔离设置在该外管件内部且顶端具有该添加物入料口的内管件；
该外管件内周缘与该内管件外周缘之间具有固定间距并设有一回绕的螺旋状叶片而形成一螺旋状扰流通道；
该内管件呈空心管状，其周围设有复数个由内向外连通于该螺旋状扰流通道的添加物通孔，使液体原料通过该螺旋状扰流通道时，添加物能够经由该复数个添加物通孔进入液体原料中被均匀搅拌形成混合液体，而后由该出料口输出；
该均质乳化管包含一设置有前述入口端及下游出口端的外筒，以及复数上、下层叠在该外筒内缘的乳化内筒；
每一乳化内筒分别具有一底板、以及一间隔排列在该底板上方的上层板，使该乳化内筒的内部被分隔成一上层腔体以及一下层腔体，且该底板和上层板分别设有复数细密排列的均质通孔，使混合液体依序进入该上层腔体、下层腔体，并透过该上层板及底板的复数均质通孔输出至层叠在下方的另一乳化内筒后，能够被复数个层叠的乳化内筒进一步解析为更细小的微粒而形成均质乳化液体，最后由设置在该外筒的下游出口端输出。
2.如权利要求1所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该乳化内筒的底板与上层板之间设有一纵向内环，使该下层腔体被该内环区隔成一下层外腔及一下层内腔，且该内环上设有复数细密排列的乳化通孔而使得下层外腔与下层内腔连通。
3.如权利要求2所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该上层板的复数均质通孔设置在相对于该内环外围的下层外腔的位置，使进入该上层腔体的混合液体能够通过相对应的均质通孔由上而下进入该下层外腔；
该内环上的复数乳化通孔均匀布置在其周围，使进入该下层外腔的混合液体能够通过复数乳化通孔由外而内进入该下层内腔；
该底板的复数均质通孔设置在相对于内环内围，使进入该下层内腔的混合液体能够通过相对应的均质通孔进入层叠在下方的另一乳化内筒的上层腔体。
4.如权利要求1所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该预拌管的扰流通道末端与该出料口之间设有至少一层扰流盘，该扰流盘具有复数供混合液体通过的扰流通孔。
5.如权利要求1所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该预拌管的内管件的复数添加物通孔，分别设置在该内管件的管壁顶部、底部及中间段位置。
6.如权利要求1至5任一项所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该预拌管的液体入料口连接于一储存有液体原料的液体原料储存槽或一储存有均质乳化液体的乳化液体储存槽，并且由一控制阀控制切换该液体原料储存槽与该液体入料口连通，或者是控制切换由该乳化液体储存槽与该液体入料口连通。
7.如权利要求6所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该均质乳化管的下游出口端连通于该乳化液体储存槽，且该乳化液体储存槽与该液体入料口连通，进而形成一可以持续对均质乳化液体搅拌及乳化的循环系统。
8.如权利要求7所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该预拌管的液体入料口连通于一泵浦而以预定压力泵送液体原料或均质乳化液体。
9.如权利要求8所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该液体原料或均质乳化液体由一加热器加热后泵送至液体入料口。
10.如权利要求9所述的液体静态乳化搅拌装置，其特征在于，该添加物为水、水蒸气或溴化物。
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