CN1860210A - 乳化燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的乳化燃料通过将约55％到99％重量百分比的重油混合物、45％到10％重量百分比的水、以及0.3％到0.8％重量百分比的催化剂进行乳化而制备。所述催化剂由1∶1的苛性钠(氢氧化钠)和二氯化钙组成。氯化钙可以部分用硫酸钙代替。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳化燃料，其通过向普通重油例如船用燃料油C和石油中加水而制备。更具体地说，本发明涉及一种用作替代能源燃料的乳化燃料，其是通过向重油加水之后用催化剂乳化这种普通重油而制备的。
背景技术
为了节约能源和防止空气污染，世界范围内在减少燃料中硫的含量以及将固体燃料转化为液体或气体燃料方面做出了大量的努力和开发工作。特别地，由石油燃料引起的空气污染非常严重，因为其对生态系统产生有害影响。虽然通过所建立或缔约的WTO(世界贸易组织)、OECD(经济合作和发展组织)和GR(绿色回合，Green Round)存在无形的贸易壁垒，但是对于合适的替代燃料的开发还不够。
在欧洲，从大约1950年以来就已经研究通过向燃料油加水而制成乳化燃料，并接着开始进行提高可燃性和节约燃料的试验。最近，在美国和日本有大量关于乳化燃料的研究。
在第二次世界大战期间，利用加水的航空汽油可使飞机发动机产生更强的输出功率。通过研究和试验乳化燃料，在减少空气污染和提高燃烧效率方面存在许多可能。
发明目的
本发明的目的在于提供一种新的乳化燃料，该乳化燃料在降低能源消耗和防止环境污染方面具有良好效果，其是通过向用于工业锅炉或熔炉的普通燃料油(重油)中加水进行乳化而达到的。
本发明的另一目的在于提供一种乳化燃料，其通过将含于重油中的油渣极小地溶解，将加水(以超细粒子存在)制成的乳化燃料油燃烧，然后通过氢气反应和微爆促进完全燃烧而防止空气污染并获得商业利益。
本发明的另一目的在于提供一种乳化燃料，其可通过降低过大的空气比(air rate)来阻止形成烟、尘、一氧化碳、碳氢化合物等而防止空气污染并节省燃料，并且可以减小SO2向SO3的转化率，以及将燃烧火焰变为白热而增加辐射热。
本发明的又一目的在于提供一种制备乳化燃料的方法。
本发明其他目的和优点将通过随后的披露内容和所附的权利要求而显而易见。
发明内容
根据本发明的乳化燃料是通过将约55％到99％重量百分比的重油混合物、10％到45％重量百分比的水、以及0.3％到0.8％重量百分比的催化剂进行乳化而制备的。该催化剂是由1∶1的苛性钠(氢氧化钠)和二氯化钙组成。氯化钙可以部分用硫酸钙代替。
具体实施方式
根据本发明的乳化燃料源于韩国一些农业区通常用作冬季燃料的绿色松叶(的启示)。该绿色松叶含有90％的水和10％的松油以及其他微量的易燃有机物。由于绿色松叶可以很旺地燃烧并且在燃烧过程中具有高的热效率，所以它们适合用于韩国地热系统(地板供暖)。
正是由于绿色松叶含有10％的松油和90％的水，所以本发明的乳化燃料可以通过用水乳化普通重油如船用燃料油C而制备。同样，本发明中的催化剂化合物是由于氢氧化钠具有能溶于水中的油的性质以及钙或含钙的盐卤可以固化蛋白质的性质而发明的。本发明中通过使用这种催化剂化合物，就可乳化重油和水的混合物。
例如，绿色松叶(其中10％的松油溶解在90％的水中)易于燃烧并具有良好效率。但是，对于50％的水渗入完全干枯的松叶的情形，松叶却不能被点燃。原因是渗入的50％的水只是以水单独存在，而不是像绿色松叶中那样为松油和水的可溶化合物。
根据本发明在催化剂存在下，将重量百分比为10％到45％的水和重量百分比为55％到90％的重油如船用燃料油C和石油进行混合而制备的化合物，是一种不同于水的易燃物质。催化剂的分子结构包括亲油(烃基)部分和亲水部分，也就是说，催化剂同时具有疏水基和亲水基。因此，在油层和水层之间，由于催化剂具有疏水基和亲水基，通过吸引力而疏水分子贴近油层、亲水分子贴近水层。结果，乳化作用发生从而通过表面活性改变水和油的界面或表面特性。
本发明的催化剂由氢氧化钠和二氯化钙组成。二氯化钙可以部分用硫酸钙代替。将50％的氢氧化钠水溶液通过网纱慢慢加入到50％的二氯化钙中，由于氢氧化钠和二氯化钙之间的化学相互作用而析出形态像增稠剂的白色化合物。在具有良好透水性的丝网(netting thread)上干燥该化合物，该化合物就变成无味的细粉。
根据本发明的乳化燃料是通过将重量百分比为55％到90％的重油(如船用燃料油C和石油)和重量百分比为45％到10％的水混合，并加入重量百分比为0.3％到0.8％的催化剂进行乳化而制备的。将重量百分比为45％到10％的水和催化剂加入燃料油中，水就变成具有小于10微米直径的微小液滴而水在油中变成水滴。随着包含在喷射出的油滴中的水滴在熔炉中加热和膨胀，水滴极为迅速地蒸发，乳化燃料向各个方向分散进而可促进燃料的完全燃烧。
总体地说，超微粒大小的乳化燃料能通过减少过多的水量和增加接触表面积而燃烧完全。而通过由水蒸发引起的潜热而导致的火的冷却反应、以及水与碳的反应可导致碳燃烧的效率降低。同样，其化学和物理反应降低了NOx和碳氢化合物的含量。乳化燃料作为胶体具有优良的燃料供应喷射性。
当含有油和水滴的乳化燃料燃烧时，随着高温下的加热和迅速膨胀，包含在油滴中的水滴爆裂并蒸发。然后水滴连续爆裂，周围的燃料成微粒状向各个方向分散。因此，连续的微小爆炸反应致使燃料完全燃烧。
乳化燃料的水滴具有约10微米的直径，10％到30％的水，以及在油滴中的许多微米级水滴。例如，当含水量为20％的乳化燃料的油滴的直径为50微米时，直径为3微米的水滴的数量大约为900。
在液化石油气体中，燃烧气体包括19％到20％的水，而这和乳化燃料相类似。本乳化燃料的燃烧效率比液化石油气体的燃烧效率还高。
水的化学反应式是 ，而这也是水煤气的反应。水分子与燃料油在高温下进行反应然后产生CO和氢(H)。因为碳减少，燃烧效率提高。
在燃烧中生成的经氧化的氮几乎都是NO和NO2。NO和NO2都被表示为NOx。具有均匀粒子的乳化燃料中的水通过体积比20％到30％的水的汽化潜热而防止产生局部高温区并降低燃烧温度。因而，水粒子通过吸热阻止NOx的产生，并且通过碳粒子和水气(watergas)的反应阻止局部高温区的产生。该NOx的降低防止了空气污染。
当本发明的乳化燃料应用于家庭或工业锅炉时，NOx的产生可减少40％到75％。粒子大小的水滴的膨胀表面积有利于与空气接触，并实现用较少的空气量的完全燃烧，并在实际上减少了多于50％的烟。同时，也减少了烟尘的浓度。多数情况下，加入50％的水可将烟尘浓度降低一半。本发明的乳化燃料因为烟的显著降低而能够减少污染，并且因为过大的空气比的降低而能够减少30％的能源燃料。
一般地，在游离碳(floating carbons)存在下，气体燃料燃烧时具有透明火焰而重油燃烧时具有透明和黄色火焰。但是，本发明乳化燃料燃烧时具有的火焰像气体燃料一样。
向燃料油中加水，燃烧气体的量以所加水重量的22.4/18(Nm3/kg)倍增加。当基于1.2倍的煤油在空气中燃烧加入30％到50％的水时，火焰温度降低约100℃。但是，由于燃烧气体的量增大，所以传热效果没有降低。由液化燃料(例如LPG液化石油气或LNG液化天然气)的燃烧所产生的燃烧气体包括约13％的水。通过向燃料加入水，水的含量变为16到17％。乳化燃料没有腐蚀问题，因为与乳化燃料含水量相似的液化燃料没有这种问题。虽然在加水时会发生少量热损失，但是由于空气比、烟、污染物等的降低以及可以防止产生NOx的效果可使热效率增加。
乳化燃料在燃烧器中强烈地分散并且由于具有超微粒子和水的油滴的燃烧火焰变成单火焰从而燃烧速度变得更快。由于燃料变成更细的粒子并接着再次分散，所以水粒子通过高温连续爆裂。因此，可通过形成同全部粒子气体一样的燃烧火焰而实现完全燃烧。
本发明通过参照下面的实例可以更好地被理解，这些实例只用于说明目的而不以任何方式限制本发明在所附权利要求书中限定的范围。在下面的实例中，所有组分和百分数除另有说明外均按重量百分比计算。
实例
实例1
将包含低于0.5％的硫磺的60％重量百分比的船用燃料油C和40％重量百分比的水混合之后，加入基于整个组合物重量的0.5％重量百分比的催化剂化合物。催化剂化合物由1∶1的苛性钠和二氯化钙组成。通过使用乳化剂将混合物进行乳化而制备本乳化燃料。
实例2
除了使用70％重量百分比的船用燃料油C和30％重量百分比的水外，实例2进行试验的方式与实例1相同。
对比实例1
不使用水而使用1.0％重量百分比的硫制备乳化燃料。
对比实例2
不使用水而使用少于0.5％重量百分比的硫制备乳化燃料。
试验是在使用带烟囱的组装式锅炉在升负荷速度大于90％下连续操作进行的。对乳化燃料和空气污染物进行分析，并且测定供油、废气等的体积。关于实例1和2以及对比实例1和2的分析结果记录在下表1中，而其性能记录在下表2中。表中数据表明根据本发明的乳化燃料(如实例1和2)具有良好的结果和性能。
表1
| 分析项目 | 单位 | 实例 | 对比实例 | |||
| 1 | 2 | 1 | 2 | |||
| 高卡值 | Kcal/kg | 8,940 | 9,720 | 10,300 | 10,520 | |
| 含水量 | Vol.％ | 12.0 | 7.0 | 3.2 | 低于0.05 | |
| 动态粘滞度 | 40℃，cSt | 385 | 308 | 308 | 287 | |
| 残留碳粉 | Wt，％ | 3.94 | 5.11 | 7.21 | 6.53 | |
| 比重 | 15/4℃ | 0.9559 | 0.9496 | 0.9541 | 0.9453 | |
| 灰分含量 | Wt，％ | 0.29 | 0.21 | 0.013 | 0.002 | |
| 含硫量 | Wt，％ | 0.41 | 0.42 | 0.77 | 0.49 | |
| 金属含量 | 镉(Cd) | ppm | - | - | - | - |
| 铅(Pd) | ppm | - | - | - | - | |
| 铬(Cr) | ppm | - | - | 低于1 | - | |
| 砷(As) | ppm | - | - | - | - | |
| 钙(Ca) | ppm | 20 | 49 | 2 | - | |
| 镁(Mg) | ppm | 26 | 12 | 低于1 | 低于1 | |
| 磷(P) | ppm | - | - | - | - | |
| 锌(Zn) | ppm | 1 | 1 | 1 | 1 | |
表2
| 检测项目 | 单位 | 实施例 | 对比实施例 | |||
| 1 | 2 | 1 | 2 | |||
| 燃料消耗 | L/hr | 260 | 259 | 247 | 249 | |
| 供油温度 | ℃ | 89 | 89 | 89 | 89 | |
| 燃料油比重 | 15/4℃ | 0.9559 | 0.9496 | 0.9453 | 0.9541 | |
| 转化的燃料消耗 | kg/hr | 236 | 233 | 222 | 226 | |
| 供水流率 | L/hr | 2,982 | 3,074 | 3,134 | 2,880 | |
| 供水温度 | ℃ | 17 | 20 | 19 | 20 | |
| 供水比重 | kg/m3 | 998.7 | 998.2 | 998.4 | 998.2 | |
| 转化蒸汽 | kg/Hr | 2.978 | 3.068 | 3.129 | 2.875 | |
| 蒸汽压力 | kg/cm2 | 3.2 | 3.2 | 3.3 | 3.2 | |
| 锅炉出口温度 | ℃ | 244 | 252 | 244 | 240 | |
| 废气(在多管旋分分离器出口处) | 气体温度 | ℃ | 228 | 238 | 217 | 220 |
| O2含量 | ％ | 2.82 | 2.14 | 2.69 | 2.85 | |
| 定压力 | mmH2O | -1.5 | -1.5 | -1.0 | -1.3 | |
| 动压力 | mmH2O | 5.3 | 5.1 | 5.2 | 5.2 | |
| 气体密度 | kg/m3 | 0.708 | 0.695 | 0.721 | 0.720 | |
| 气体速度 | m/sec | 10.18 | 10.08 | 10.02 | 10.00 | |
| 管道横截面积 | m2 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | |
| 气体流速 | m3/hr | 5,860 | 5,810 | 5,770 | 5,760 | |
| Nm3/hr | 3,190 | 3,100 | 3,210 | 3,190 | ||
本发明可提供一种在降低能量消耗和防止环境污染方面具有良好效果的乳化燃料，该乳化燃料通过向用于工业锅炉或熔炉的普通燃料油中加水的方法将燃料进行乳化而制备。同样，该乳化燃料能够通过将重油中含的油渣极小地溶解、燃烧由添加的超微粒形式存在的水制成的乳化燃料油以及通过氢气反应和微爆促进完全燃烧而防止空气污染并且获得商业利益。
虽然本发明是参照具体说明的实施例来描述的，但是本发明并不受实施例限制而是受所附权利要求书限制。应该理解，在不脱离本发明的精神和范围内，本领域技术人员能够改变和修改实施例。
Claims (14)
1.一种乳化燃料，包括55％到90％重量百分比的重油，45％到10％重量百分比的水，以及少量催化剂。
2.根据权利要求1所述的乳化燃料，其中，所述催化剂是通过将苛性钠和二氯化钙混合而制备的。
3.根据权利要求2所述的乳化燃料，其中，所述催化剂包括50％重量百分比的苛性钠和50％重量百分比的二氯化钙。
4.根据权利要求2所述的乳化燃料，其中，所述氯化钙用硫酸钙部分地代替。
5.根据权利要求1所述的乳化燃料，其中，所述催化剂的重量百分比为0.3％到0.8％。
6.根据权利要求1所述的乳化燃料，其中，所述重油是船用燃料油C或石油。
7.一种制备乳化燃料的方法，包括以下步骤：
将包括55％到99％重量百分比的重油、45％到10％重量百分比的水和少量催化剂进行混合；以及
将该混合物用乳化剂进行乳化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述催化剂是通过将苛性钠和二氯化钙混合而制备的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述催化剂包括50％重量百分比的苛性钠和50％重量百分比的二氯化钙。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，用硫酸钙代替部分所述氯化钙。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述催化剂的重量百分比为0.3％到0.8％。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述重油是船用燃料油C或石油。
13.一种通过乳化重油和水的混合物而制备乳化燃料的催化剂组合物，所述组合物包括50％重量百分比的苛性钠和50％重量百分比的二氯化钙。
14.一种通过乳化重油和水的混合物而制备乳化燃料的催化剂组合物，所述组合物包括50份重量的苛性钠以及50份重量的二氯化钙和硫酸钙的混合物。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2003/002106 WO2004036579A1 (en) | 2002-10-15 | 2003-10-13 | Information storage medium with data structure for multi-angle and apparatus therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1860210A true CN1860210A (zh) | 2006-11-08 |
Family
ID=37298723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200380110527XA Pending CN1860210A (zh) | 2003-10-13 | 2003-10-13 | 乳化燃料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1860210A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108456123A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-28 | 张晓成 | 高能剂制备方法、高能剂及烟火药及其爆竹安全生产方法 |
-
2003
- 2003-10-13 CN CNA200380110527XA patent/CN1860210A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108456123A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-28 | 张晓成 | 高能剂制备方法、高能剂及烟火药及其爆竹安全生产方法 |
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