水油煤漿及其生產方法
2023-05-31 16:53:26
專利名稱：水油煤漿及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種人工合成的新能源、新燃料及其製造技術，特別是一種超稠原油制水油煤漿及其技術。
超稠原油是一種資源很大的天然能源，由於其成份特殊，不適合象其它的原油那樣煉製各種輕質油料和石油化工產品，在市場經濟的前提下，它最好的經濟前途是做為燃料通過燃燒轉換成電能和熱能。可是由於超稠原油凝固點高，粘度大，流變性差，不能直接做為燃料來燃燒，簡單的處理雖能勉強用於燃燒，但由於燃盡率低導至浪費大、熱效率低，且會結炭冒煙和釋放各種有害物質汙染環境。煤炭更是人們所熟知的天然能源，長期以來人們主要是把煤炭做為一種不經任何處理的自然燃料來直接燃燒的，其後果不但浪費大。熱效率低，問題是所釋放的煙塵嚴重的汙染了大氣，破壞了自然環境，這種對大氣的汙染和環境的破壞已經到了危害人類生存和發展的嚴重程度，亟待從根本上解決。
本發明的目的是提供一種由人工合成的，以漿的形態存在，以霧的方式燃燒，熱量大、效率高，節約能源，不釋放有害煙塵，不汙染環境的水油煤漿燃料。
本發明的又一目的，是提供一種生產水油煤漿的方法。
本發明的上述目的，是採用下述技術方案來實現的，即水油煤漿燃料，是由20-30％的油、7-30％的水、40-70％的煤粉、1-2％的乳化型表面活性劑、1-5‰的分散型表面活性劑和1-5‰的穩定劑配製成。
乳化型表面活性劑可採用脂肪酸失水山梨醇酯、聚氯乙烯醚等。
分散型表面活性劑可採用烴化酸廢液。
穩定劑可採用聚丙烯醯胺絮凝劑、羧甲基纖維素等。
實施例一水油煤漿燃料，是由30％稠油、28％水、39％煤粉、2％脂肪酸失水山梨醇脂、5‰的烴化酸廢液、5‰羧甲基纖維素配製成。
實施例二水油煤漿燃料，是由-35#柴油40％、10％水、48％煤粉、1％聚氯乙烯醚、5‰的烴化酸廢液、5‰聚丙烯醯胺絮凝劑配製成。
水油煤漿燃料的生產方法本發明的水油煤漿的生產製造過程是這樣的首先將製備好的原料煤用人工或破碎機破碎成10毫米以下的顆粒(如果原料煤的粒度為10毫米以下的面煤或者煤泥就不用這道工序)，然後將破碎好的煤裝進磨煤機並同時加一定量的水進行溼磨成煤粉，煤粉的細度要達到80％-90％通過200目篩網。之後將這種經磨煤機磨製合格的帶水煤粉送進浮選器進行浮選淨化，通過浮選淨化除去煤粉中絕大部分的灰分和硫分。經過浮選淨化的煤粉要通過過濾器對其進行過濾，通過過濾來排除不合格的煤粒和其它雜質。之後對煤粉進行脫水處理，經脫水處理後的煤粉要製成相對乾燥的煤粉餅以備用。以上說的是對原料煤的加工處理過程，下面說的是對超稠原油的加工處理過程，由於超稠原油在常溫下為膠體狀不能流動，因此加工時首先要對其進行加溫使其溶化。加溫後超稠原油的溫度應保持在80-90℃左右，之後將溫度在80-90℃的一定量的熱水倒進油內，並同時將一定量的乳化型表面活性劑添加其中，經攪拌使水與油乳化交溶成油包水型的漿液。這之後將已製備好的一定量的煤粉餅和一定量的分散型表面活性劑加到這種油包水型的漿液裡進行攪拌，通過攪拌使水、油、煤這三種物質相互交溶成初步的水油煤漿。之後再將這種初步的水油煤漿送到超聲波細化分散裝置內並同時要添加一定量的化學穩定劑，啟動循環泵讓初步的水油煤漿在該裝置內進行反覆快速的循環流動，這種流動一般要有3至4次循環即可，通過這種反覆快速的循環流動讓初步的水油煤漿反覆的接受一定頻率，一定強度的超聲波照射，通過超聲波照射使水珠、油珠、煤的顆粒更細更均，使水、油、煤更加均勻的交溶在一起並在化學穩定劑的作用下使水、油、煤在相當長的時期內互不脫離。至此本發明稱謂的水油煤漿這種新能源，新燃料就被生產製造出來了。合格的水油煤漿產品可用儲存罐和塑膠袋灌裝紙盒箱包裝儲存起來，然後根據用戶和布場的需要分別通過地下管道、專用罐車和一般的各種車輛運送到用戶那裡燃用和市場上出售。
水油煤漿這種漿狀燃料，具有水一樣的流動性，油一樣的易燃性，其燃盡率、熱效率大於煤和油，完全可以代替各種煤炭和油類燃料供發電廠、工業鍋爐，工業窯爐、民用各種大小採暖鍋爐、熱水爐、茶水爐等燃用。水油煤漿與煤炭燃料相比較不但其發熱量、燃盡率、熱效率遠遠大於煤炭燃料，更重要的是水油煤漿從根本上克服了煤炭燃料在燃燒時向大氣裡釋放煙塵、汙染環境的危害性，也克服了煤炭燃料在運輸，裝卸、存放、使用時環節多、佔地多、浪費多、設備量大、勞動強度大，費用大等缺點。水油煤漿與油燃料相比較、不但完全可以像油燃燒那樣通過噴嘴進行霧化燃燒，而且比油燃料的燃盡率，熱效率高，至於價格就更是遠遠的低於油燃料，這樣不但節約了大量的油類能源、保護了環境，同時也會使發電、供熱等產業通過降低燃料成本而使經濟效益得到顯著的提高。
在常溫下能保持流動的稀質油料，在製成油包水漿液時，油和水可以不用加溫，將一定量水直接倒入一定量的油中攪拌即可。
附圖一是本發明原料煤加工環節的工藝流程圖。
附圖二是本發明超稠原油加工環節的工藝流程圖。
附圖三是本發明的產品合成工藝流程圖。
燃料在外在形態上有的為固態，如煤。有的為液態如油。有的為氣態，如天然氣。燃料的外在形態雖然是不同的，但各種燃料的物質屬性和內在的化學成分卻都是一樣的，即各種燃料都是屬於複雜的高分子烴類物質，都是由C(碳)、H(氫)、O(氧)、N(氮)、S(硫)、A(灰分)、W(水分)等化學成分組成的。具有同樣物質屬性、同樣化學成分、又同樣用於燃燒的各種燃料如煤和油等經過人的科學技術處理、通過改變它們的外在形態、保留和發揚它們各自的長處，擯棄和克服它們各自的短處，並利用它們相互存在的互補性來人為的安排更加合理的燃燒成分的比例，是完全可以從新合成一種更有利於人類生存和發展需要的新能源，新燃料的。本發明依據上述機理，又考慮到有機的油類液體燃料、有機的煤類固體燃料和水(從水的化學成分H2可以燃燒，O可以助燃這個意義上說，水也是一種燃料)是地球上儲存量最大、最容易得到、使用的最普遍、對節約能源和環境保護的影響也最大，因此選擇了水、油、煤這幾種能源物質做為本發明水油煤漿的原材料。從安全、儲存、運輸、節能、環保、燃燒、費用等各個方面的綜合情況看，燃料的外在形態為可流動的液體形態是最為可取的，而燃料的外在形態為不能流動的固體形態是最為不可取的，所以本發明水油煤漿的外在形態設計為可流動的液體漿狀形態。從方便燃燒、燃盡率、釋熱效率、能源節約、環境保護，勞動強度等方面考慮，通過噴嘴讓燃料呈霧狀燃燒是最為可取，最為高級的燃燒方式，因此本發明的水油煤漿的燃燒方式設計為用噴嘴進行霧化燃燒的方式。為了實現本發明的水油煤漿能夠以漿的形態存在，以霧的方式燃燒，首先就要對原料煤那種不能流動的快狀固態的外在形態進行人為的改變，這種改變的過程就是通過一系列的機械設備，按照一定的質量要求對原料煤進行一系列加工的過程。附圖一是對原料煤進行一系列加工的工藝流程圖，按照該工藝流程圖加工完成的煤，完全可以達到本發明水油煤漿對煤的加工質量要求。該工藝流程圖設計了六道工序來保證對煤的加工，由於原料煤基本上都是一些極不規則，大小不等的塊狀脆性固體，因此第一道工序設計為對原料煤的破碎。由於煤是一種脆性物質，因此用人工和破碎機就可很容易的將不規則的原料煤破碎成比較規則的10毫米以下的顆粒。之所以要求第一道工序要將原料煤破碎成10毫米以下的顆粒，這主要是為了保證第二道工序的磨煤機能進行正常工作所要求的規則粒度。該工藝第二道工序是通過磨煤機將第一道工序加工下來的10毫米以下的煤粒，經加一定量的水後磨製成細度為80％-90％通過200目篩網的煤粉，在顯微鏡下這樣的煤粉乃是無數細小煤粒的組合，平均75％的煤顆粒的直徑尺寸在50微米以下，最大的顆粒直徑尺寸也不超過200微米。之所以要將原料煤磨製成這麼規則這麼細度的燃粉，原因之一是力求更加符合燃料的燃燒機理。經科學實驗證明，燃料燃燒的過程即是燃料的可燃元素如碳(C)、氫(H)等和空氣中的氧在相當高的溫度下進行劇烈化合、放出大量熱能的化學反應過程。因此在單位質量不變的前提下，通過把一大塊煤變成數千甚至數萬個相對獨立的細小煤顆粒，這就大大的增加了一定質量的煤的外表面積，外表面積增加了，那麼空氣與煤的接觸面也就增加了，這樣就會使燃料與空氣中的氧的化合程度更加劇烈了，更加徹底了，結果燃料中的可燃元素的燃盡率就會大大的提高，燃料的燃盡率提高了，放出的熱量也就提高了，放出的熱量提高了，燃料的熱效率也就從根本上提高了，提高燃料的熱效率是節約燃料，即節約能源的根本所在。在第二道工序裡之所以要把煤磨製成80％-90％通過200目篩網的細度，除了上述第一個原因外還在於煤的顆粒越細越小，其自身的重量就會越輕，這樣就能使煤的顆粒懸浮於水和油裡，達到能與水和油一起進行流動和霧化燃燒的目的，即達到本發明水油煤漿以漿的形態存在，以霧的方式燃燒的目的。經溼磨合格的煤粉進入第三道工序即附圖一中3浮選淨化工序，該道工序的目的是將原料煤中絕大部分的灰分(A)和硫(S)除去。經科學實驗證明80-90％通過200目篩網的煤粉經浮選淨化後可以將原料煤中50％-75％的灰分(A)和40％-90％的硫(S)除去，這樣就會實現本發明水油煤漿在燃燒時大大減少對大氣和環境汙染的目的。經浮選淨化後的煤粉進入下一道工序即附圖一中4的過濾工序，該工序的目的是把一些大於煤粉細度要求的煤粒和一些可能給貯運和燃燒帶來困難的雜物過濾除去。經過濾後的煤粉進入下一道工序，即附圖一中5脫水這道工序，目的是將煤粉中多餘的水分排除，一般用真空濃縮過濾器就可容易的將多餘的水排除。經脫水處理後的煤粉進入下一道工序，即附圖一中6制煤粉餅這道工序，通過這道工序將煤粉製成含水量適當且清潔的餅狀煤粉以備用。至此原料煤經過一系列的加工已經足以能滿足生產製造本發明水油煤漿對煤的質量要求了。
附圖二是對超稠原油的加工工藝流程圖，由於超稠原油的凝固點高，因此在常溫下呈膠體固狀，在這樣的情況下是很難對它進行加工改造的，因此附圖二中7這道工序設計了對超稠原油進行加熱，其目的是通過加熱使溶化成液體。加熱後的油溫度應保持在80℃左右，這時的油完全呈可流動的液體狀態。如果根據用戶的需要以柴油煤油等輕質油的原料油、就不需要對油加熱這道工序。之後進入下一道工序，即附圖二中8加水和加乳化型表面活性劑這道工序，其中所加的水的溫度應在80-90℃之間，所加的乳化型表面活性劑，其親憎平衡值(HLB)應在2-6之間。之所以要向油裡加一定量的水，原因之一是由於超稠原油的分子結構過於緊密、粘性大，這種情況很不利於燃燒時所需要的流變性和燃燒時可燃元素的燃盡率。因此通過向油裡添加一定量的水這種天然的分散劑就可使油的分子結構得到鬆散、粘度得到下降。一定量的水並在表面活性劑的作用下，可使油形成油包水的形態。在燃燒過程中油珠被加熱，溫度不斷上升，由於油的沸點比水的沸點高，這樣水就會先於油而汽化，隨著溫度的不斷升高，這種已汽化的水就會在油珠內急劇的膨脹，最後會以微爆的形式衝破油膜對它的包圍和束縛，結果就把一個油珠分裂成許多個更細更小的油珠，這樣就會改善燃料的霧化細度進而使燃燒效率得到提高，尤其是許許多多的油珠在燃燒室內持續不間斷的微爆，飛濺，可以提高燃燒區的湍流度，這十分有利於進一步強化本發明水油煤漿的燃燒過程，使本發明水油煤漿這種燃料很容易的被徹底燃盡。本發明的水油煤漿正是通過這種徹底的燃盡來減少和消滅碳黑的生成和向外排放的。另外由於本發明水油煤漿這種燃料中水汽的存在，會導致火焰溫度的下降，這樣就會抑制有害物質氮氧(NOx)化物的生成和向外排放。經科學實驗證明，在油中加20％的水，這不僅有利於提高燃燒效率，有效地抑制排氣冒煙，還可以實現節油12％左右；減少碳黑排放置70-80％左右；減少氮氧(NOx)化物排放量70％左右。這對節約能源、保護大氣、保護環境是十分重要十分有利的。在附圖二8這道工序中不但要向油中加一定量的水，而且在加水的同時還要加一定量的乳化型表面活性劑，如脂肪酸失水山梨醇酯、聚氧乙烯醚等，這是因為水和油做為兩種不同的物質，在一般的情況下它們是互不相溶的，但是如果在它們之中添加一定量的表面活性劑並通過一定的裝置進行攪拌，那麼就可使水分裂成許許多多細微的小水珠均勻的懸浮在油中，使水和油形成穩定均勻的油包水型乳化液。
附圖三是本發明水油煤漿產品合成工藝流程圖。該流程
圖10這道工序是通過攪拌機把一定量的附圖一煤加工環節產生的煤粉餅、附圖二油加工環節產生的一定量的油包水型漿液攪拌混合在一起。為了使煤顆粒能均勻而穩定的分散懸浮於水與油中，攪拌時還要添加一定量的分散型表面活性劑。其作用是分散型表面活性劑被吸附到各個煤顆粒表面後，會在各個煤顆粒的表面形成很薄一層活性劑分子和水油化膜，這樣就可以大大的降低煤顆粒與水和油之間的界面張力，阻礙各個煤顆粒間可能的聚結，進而起到減小水油煤漿在流動時的內摩擦、降低粘度，使煤顆粒能在水和油中分散的均勻而穩定的作用。通過附圖三10這道工序的加工，這時的水、油、煤已被攪拌混合成了初步的水油煤漿，然後進入下一道工序，即附圖三11超聲波處理這道工序，在這道工序裡首先要向初步的水油煤漿裡添加一定量的化學穩定劑，如聚丙烯醯胺絮凝劑，羧甲基纖維素等。因為這些化學穩定劑具有使水油煤漿中已分散的煤顆粒能與其周圍的其它煤顆粒及周圍的水和油結合成為一種較弱但又有一定強度的三維空同結構的作用，從而有效地阻止煤顆粒的沉澱和防止煤與水和油的分離。添加化學穩定劑後即可啟動循環泵，讓初步的水油煤漿在裝有超聲波設備的超聲波細化分散裝置裡進行幾個反覆的快速流動，通過流動使初步的水油煤漿混合的更加均勻並接受一定頻率，一定強度的超聲波照射。由於超聲波具有細微而強烈的粉碎作用，因此初步的水油煤漿裡相對大的煤顆粒、水珠和油珠可以被粉碎的更加均勻而細膩，又由於超聲波具有其它方法所達不到的分散作用，因此可以把初步的水油煤漿裡的水、油，煤及表面活性劑和化學穩定劑等分散的更加均勻，更加穩定。至此初步的水油煤漿在經過了附圖三11超聲波處理後就被加工成了附圖三12的本發明水油煤漿的產成品。水油煤漿的產成品可以即產即燃用，也可以按照附圖三13這道工序用儲存罐和塑膠袋灌裝，紙盒箱包裝儲存起來以備調運。
本發明水油煤漿的原材料除了水之外，原料油的品種和原料煤的品種可以根據用戶的實際情況和實際需要進行選擇和調配。如城市裡郊區和廣大農村數也數不清的眾多小型用戶，就可以根據他們零散分散、點多面廣、燃燒設備一般不具備加熱裝置的特點，採用輕質的柴油，煤油等為原料油，在寒冷的冬季對於主要用於冬季採暖的眾多小型用戶為了防凍，原料油可以採用負號柴油。這樣就會很容易的滿足這類用戶的需要。這樣處理的水油煤漿雖然耗用了一定量的輕質油料，但從社會效益、環境保護角度看也是非常適合、非常必要的，因為這些數也數不清的眾多小型用戶因燃煤而釋放的煙塵和有害物質正是造成大氣汙染，環境惡化的重要汙染源，而且是最難解決的汙染源，因此本發明採用輕質油料專為這些小型用戶生產製造的水油煤漿在保護大氣，保護環境上是具有特別重要意義的。另外由於輕質油料含氫較高，這樣就可以利用含氫較少的無煙煤或者劣質煤為原料煤，使它們之間互相取長補短，這樣一來就使資源大、價格廉的無煙煤、劣質煤有了用武之地。總之本發明水油煤漿的原材料雖然從總的方面確定為水、油、煤三種物質，但在具體情況，具體用戶面前油的品種和煤的品種是可以靈活變更的。
本發明水油煤漿作為一種人工合成的新型燃料，其保質期設計為100天左右，即水油煤漿的產成品從出廠到燃燒的儲存期最長不能超過100天，否則可能出現水、油、煤分離的狀況。
本發明水油煤漿這種新能源，新然料的高位發熱值由具體所採用的原料油和原料煤的固有發熱值決定，一般來講其高位發熱值低於油燃料，高於煤燃料；其低位發熱值不但遠遠高於煤燃料的低位發熱值，並不比油燃料的低位發熱值差多少。
權利要求
1.水油煤漿燃料，其特徵是由20-30％的油、7-30％的水、40-70％的煤粉、1-2％的乳化劑、1-5‰的分散型表面活性劑和1-5‰的穩定劑組成。
2.根據權利要求1所述的水油煤燃料，其特徵是所述的油為30％稠油、水為28％、煤粉為39％、乳化劑表面活性劑為2％、分散型表面活性劑為5‰、穩定劑為5‰。
3.根據權利要求1所述的水油煤燃料，其特徵是所述的油為-35#柴油40％、水為10％、煤粉為48％、乳化劑表面活性劑為1％、分散型表面活性劑為5‰、穩定劑為5％。
4.根據權利要求1、2或3所述的水油煤漿燃料，其特徵是所述的乳化劑為脂肪酸失水山梨醇酯，也可為聚氯乙烯醚；穩定劑可採用聚乙丙烯醯胺絮凝劑，也可採用羧甲基纖維素；分散型表面活性劑可採用烴化酸廢液。
5.水油煤漿燃料的生產方法，其特徵在於A、將原料煤粉碎成10mm以下的顆粒，然後將粉碎好的100mm以下顆粒的煤粉裝入磨煤機並加入適量水溼磨，磨成80-90％能通過200目篩的煤粉後，送入浮選器進行選淨化，除去大部分灰分和硫分後，過濾、濾去雜質和較大的不格的煤粒，最後進行脫水處理後，製成煤粉餅備用；B、按配比取油和水，將水放入油中，加入適量乳化型表面活性劑，經充分攪拌，形成油包水型漿液；C、將上述煤粉餅，按配比要求加到上述的油包水型漿液中，同時按配比加入分散型表面活性劑，進行攪拌，使水、油、煤互相變溶後，送入超聲波細化分散裝置裡，並按配比要求加入穩定劑，啟動循環泵，使水、油、煤混合液充分細化和變溶後，即為水油煤漿燃料。
6.根據權利要求5所述的水油煤漿燃料的生產方法，其特徵是所述的油為超稠原油，超稠原油加溫，溶化後保持80-90℃左右，所述的水為80-90℃熱水。
全文摘要
水油煤漿燃料,由20—30%的油、7—30%的水、40—70%的煤粉、1—2%的乳化劑、1—5‰的分散型表面活性劑和1—5‰的穩定劑組成。該燃料以漿的形態存在、以霧的方式燃燒,熱量大、熱效率高、節約能源、不釋放有害煙塵,不汙染環境,運輸和存儲方便。可在廣大城市、農村居民中推廣使用,特別是在各油田和企業事業單位推廣使用。具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號C10L1/32GK1236806SQ99112720
公開日1999年12月1日 申請日期1999年3月3日 優先權日1999年3月3日
發明者蘇宏文, 蘇哲, 於苗, 蘇暢, 方玲 申請人:蘇宏文