专利名称：：重油—水悬胶燃料及其制备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种重油——水悬胶燃料及其制备方法，提供了一种在低于重油凝固点温度下具有良好流动性的燃料。重油具有热值高、灰分低、挥发分高、燃点较煤低、价格较廉等特点，是有色金属冶炼、钢锭加热炉及多种工业窑炉的常用燃料。由于重油粘度大、凝固点高，因此在贮运和使用时必需备有锅炉、蒸汽管道或电加热装置，以便重油加热保温维持液态。这样，增加了附属设备的投资、维护，成本上升、工作量加大，还必须消耗能源并造成重油中低沸程物质的挥发损耗。为了改善重油在常温下的粘度和燃烧状况，国内外已发展了很多技术，例如日本特开平4-20593、4-20594、1-313594等，一般是在重油中加入水和乳化剂，加热乳化，形成有粒径1-100μm分散相的油包水或水包油乳液，在乳化后直接进入燃烧器以改善重油的燃烧状况，或改善乳化剂品种和增大用量，使重油乳液在常温下有较低的粘度和较长时间的稳定性。但所有一切措施都只限于使重油成为乳化油，乳化油在热力学上是一个不稳定的体系，况且总是在重力场下使用，重力加速了这种不稳定性，数天后会逐渐出现乳界面、油水界面而破乳。一旦出现油水分层，就会导致燃烧不稳定，运行设备易发生故障。改善了的乳化油在30℃以上能流动，保存期可以长达一个月，还是存在很大的局限性。为了解决重油乳化液稳定性低和30℃以下流动性不好的问题，本发明首创一种与重油乳化液形态不同的，在低于重油凝固点的温度下仍具有良好流动性和稳定性的重油——水悬胶燃料及其制法。本发明用高剪切或喷雾方法把重油粉碎成粒径0.1～100μm的微粒，作为分散相均匀分布于水基连续相中，再针对乳化油不稳定的因素——界面张力和重力，在重油加水、乳化剂于50～95℃乳化过程中，添加了第三类物质——常温下有0.05～5％水溶性的极性有机物，使体系中界面张力变成零，成为热力学上非常稳定的微乳油，经冷却转化得重油——水悬胶燃料，达到了本发明目的。本发明重油——水悬胶燃料的特征在于含有24～70％(重量)作为连续相的水，29～75％(重量)作为分散相的重油，0.01～3.0％(重量)适用于重油形成水包油乳液的乳化剂和0.01～5.0％(重量)作为辅助表面活性剂的极性有机物，所述的极性有机物在常温下有0.05～5％的水溶性，总成分为100％，所述分散相在常温下为粒径0.1～100μm的微粒。本发明所述的乳化剂是一切适用于重油形成水包油乳液的乳化剂，例如(a)阴离子型表面活性剂∶羧酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂；(b)阳离子型表面活性剂∶烷基丙烯二胺类表面活性剂、季胺盐类表面活性剂；(c)亲水——亲油平衡值(HLB)在8～20范围内的非离子型表面活性剂。可以选取上述一种或一种以上的表面活性剂作为本发明乳化剂，从提高稳定性和降低成本的角度考虑，可以由(a)和(c)按(a)∶(c)＝2∶98～75∶25(重量比)或者(b)和(c)按(b)∶C＝2∶98～75∶25(重量比)组成本发明乳化剂，所述的(a)、(b)、(c)可以分别选用一种或一种以上的物质。上述乳化剂的使用详见实施例，其总含量占本发明总成分的0.01～3％(重量)。本发明所述的辅助表面活性剂就是本发明添加的第三类物质，旨在克服水和乳化剂在重油乳化过程中的界面张力和重力，使界面张力变成零，此时分散相粒子的平均粒径在0.1μm以下，这种过程称为微乳过程，形成的乳化油为微乳油，由于界面张力为零，因而在热力学上是稳定状态，长时间放置而不产生破乳现象。本发明所用的辅助表面活性剂是极性有机物，其特点是应有极限水溶性，在室温下应有0.05～5％的水溶性。最好选用醇类(例如戊醇、异丙醇等高、低级脂肪醇及其他)、胺类(例如二乙醇胺、异丙醇胺等)、酸类中之一种或一种以上的物质。此外，还可以选用其他的极性有机物例如醚、酯、酮和有4～8个碳原子的有机化合物(含有两个或多个羟基、环氧基、醛基、氨基、氯代基和类似基团)中之一种或一种以上物质，详见实施例。上述辅助表面活化剂的总含量占本发明总成分的0.01～5.0％(重量)。本发明重油——水悬胶燃料中还可以加入0～0.1％的乙二醇单醚(例如乙二醇单甲醚、乙醇单乙醚等)和丙三醇，按乙二醇单醚∶丙三醇＝7∶3～9∶1(重量比)组合作为防冻剂，使该燃料在0℃以下的温度也能保持良好的流动性。如果丙三醇已作为本发明的辅助表面活性剂，这里可以不再加入。本发明重油——水悬胶燃料中，所述的重油可以用常温下为固态或高粘度的碳氢化合物代替。本发明重油——水悬胶燃料的制备方法是①将29～75％(重量)的重油和24～70％(重量)的水分别预热至50～95℃，然后把0.01～3.0％(重量)的乳化剂和0.01～5.0％(重量)的辅助表面活性剂加入水中，用高剪切机(转速15000r/min以上)充分搅拌混合溶解后，加入上述重油，继续进行高剪切乳化，形成微乳油；或可用下述方法把0.01～3.0％(重量)的乳化剂和0.01～5.0％(重量)的辅助表面活性剂加入24～70％(重量)的水中，搅拌溶解，然后把29～75％(重量)预热至75～95℃的重油用油泵泵至雾化喷咀(要求喷出雾滴直径约为0.1～50μm)，直接喷入水中，并不断搅拌，制成微乳油；②将①制成的微乳油冷至常温，使微乳油中的微油滴凝固成小微粒，制成常温悬胶液。本发明制备方法中所述的乳化剂是一切适用于重油形成水包油乳液的乳化剂，所述的辅助表面活性剂为常温下有0.05～5％水溶性的极性有机物，详细的均如前所述；在添加上述二种物质时还可加入0～0.1％乙二醇单醚(例如乙二醇单甲醚、乙二醚单乙醚等)和丙三醇按7∶3～9∶1(重量比)组合作为防冻剂。本发明重油——水悬胶燃料在温度0℃以上具有良好的流动性，粘度为0.2～0.9Pa·s，3-6个月内不分层，加入防冻剂后温度在0℃以下都不冻结，并保持良好的流动性。由于本发明燃料水与重油均匀混合，重油被粉碎成平均粒径达微米级的极小微粒，极有利于燃烧进行，使燃烧更充分彻底。重油燃烧中裂解产生的残炭由于有水蒸汽存在可产生水煤气反应而生成CO和H2，从而一方面可降低火焰中心的温度，另一方面又使燃烧更完全，使燃烧效率进一步提高；同时也减少了烟尘、NOx及CO的排放量。除重油外，一切在常温下为固态或高粘度的碳氢化合物如蜡及沥青等，均可用上述方法制成悬胶燃料。本发明制备方法中所述的重油可以用常温下为固态或高粘度的碳氢化合物代替。下面给出本发明实施例，本发明所使用的乳化剂和辅助表面活性剂当然不限于实施例。实施例一把重油和水分别加热至75℃，把表面活性剂和辅助表面活性剂加入热水中，在高速剪切机(转速15000r/min)中充分搅拌混合溶解，然后再把已加热的重油加入进行高速乳化，形成微乳液，然后通过冷却器冷却至室温，形成悬胶液。本实施例中所用的重油、水、表面活性剂、辅助表面活性剂的使用和占总成分百分比如下表，各总成份分别为100％实施例二分别将表面活性剂、辅助表面活性剂按下表比例加入水中，搅拌溶解。加热重油至95℃，用油泵将重油泵至雾化喷咀，直接把油雾喷入水中并不断搅拌，要求雾化后喷咀喷出雾滴的直径在0.1μm～50μn的范围，冷却后可得到重油——水悬胶液。在实施例中重油、水、表面活性剂和辅助表面活性剂的使用和占总成份的重量百分比见下表，各总成份分别为100％。</tables>上面实施例均为常温下保存3个月后于25℃时测定的状况实施例三把占总成份70％(重量)的重油，点总成份24.4％(重量)的水，占总成份0.5％(重量)的分子量3.5万聚氧乙烯——聚氧丙烯——聚氧丁烯嵌段型聚醚，占总成份0.05％(重量)的Span20，占总成份0.05％(重量)的辛胺，占总成份5％(重量)的戊醇分别加热至50℃，然后混合，搅拌，再放入高速剪切机(15000r/min)中乳化，形成微乳液，冷却至15℃，形成悬胶液，15℃条件下保存3个月测定物性，此悬胶燃料不分层，粘度为0.45Pa·s。本实施例总成分为100％。实施例四上例中各组分(除戊醇为4.9％(重量)外，其余与上例相同比例)分别预热至70℃，然后如上例混合搅拌，再将0.09％(占总重量)的乙二醇单乙醚和0.01％的丙三醇分别加入，高速剪切乳化，然后冷至零下-5℃保存3个月后测定粘度为0.56Pa·s。实施例五将常温下粘性的碳氢化合物妥尔油70％(总重量计，下同)，水25％，分别加热至50℃，加入十二烷基硫酸钠1.7％，月桂醇聚氧乙烯醚0.8％，戊醇2.5％，进行搅拌混合，然后再高速(15000r/min)剪切乳化，制得的乳状液冷却至常温，形成悬胶液，3个月30℃时测定其粘度为0.21Pa·s。实施例六将熔点为75～95℃的石蜡(C35～50的烃蜡)70％(总重量计，下同)，水25％，十二烷基硫酸钠2％，壬基酚聚氧乙烯醚(HLB＝15)0.5％，戊醇2.5％分别预热，在95℃时进行搅拌混和，然后进行高速剪切乳化，形成乳状液后冷至常温，3个月后30℃时测定其粘度为0.30Pa·s。实施例七将沥青69.0％(总重量计，下同)，水28％，牛脂丙烯二胺1.5％，烷基酚聚氧乙烯醚(HLB＝13)0.5％，戊醇1％，分别预热，在90℃时进行搅拌混和，然后进行高速乳化，形成乳状液、冷至常温，3个月后30℃时测定其粘度为0.21Pa·s。上述各实施例总成分为100％。权利要求1.一种重油——水悬胶燃料，其特征在于含有24～70％(重量)作为连续相的水，29～75％(重量)作为分散相的重油，0.01～3.0％(重量)适用重油形成水包油乳液的乳化剂和0.01～5.0％(重量)作为辅助表面活性剂的极性有机物，所述的极性有机物在常温下有0.05～5％的水溶性，总成份为100％，所述分散相在常温下为粒径0.1～100μm的微粒。2.根据权利要求1所述的重油——水悬胶燃料，其特征在于所述的重油用常温下为固态或高粘度的碳氢化合物代替。3.根据权利要求1所述的重油——水悬胶燃料，其特征在于所述的乳化剂是(a)阴离子型表面活性剂∶羧酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂；(b)阳离子型表面活性剂∶烷基丙烯二胺类表面活化剂、季胺盐类表面活性剂；(c)亲水——亲油平衡值(HLB)在8～20范围内的非离子型表面活性剂，上述乳化剂中之一种或一种以上。4.根据权利要求3所述的重油——水悬胶燃料，其特征在于所述的乳化剂是(a)和(c)按(a)∶(c)＝2∶98～75∶25(重量比)或(b)和(c)按(b)∶(c)＝2∶98～75∶25(重量比)组成，所述的(a)、(b)、(c)分别为一种或一种以上物质。5.根据权利要求r所述的重油——水悬胶燃料，其特征在于所述的作为辅助表面活性剂的极性有机物是醇类、胺类、酸类、醚、酮、酯和有4～8个碳原子的有机化合物(含有两个或多个羟基、环氧基、醛基、氨基、氯代基和类似基团)中之一种或一种以上的物质。6.根据权利要求1所述的重油——水悬胶燃料，其特征在于还含有0～0.1％(重量)作为防冻剂的乙二醇单醚和丙三醇，按乙二醇单醚∶丙三醇＝7∶3～9∶1组合。7.一种制备权利要求1、3、4、5或6所述的重油——水悬胶燃料的方法，其特征在于①将重油和水分别预热至50～95℃，然后把乳化剂和辅助表面活性剂加入水中，用高剪切机(转速15000r/min以上)充分搅拌混合溶解后，加入上述重油，继续进行高剪切乳化，形成微乳油；②将①制成的微乳油冷却至常温，使微乳油中的微油滴凝固成小微粒，制成常温悬胶液。8.一种制备权利要求1、3、4、5或6所述的重油——水悬胶燃料的方法，其特征在于①把乳化剂和辅助表面活化剂加入水中搅拌溶解，然后把预热至50～95℃的重油用油泵泵至雾化喷咀(要求喷出雾滴直径约为0.1～50μm)，直接喷入水中并不断搅拌，制成微乳油；②将①制成的微乳油冷却至常温，使微乳油中的微油滴凝固成微粒，制成常温悬胶液。9.根据权利要求7、8所述的制备权利要求1、3、4、5或6所述的重油——水悬胶燃料的方法，其特征在于所述的重油可以用常温下为固态或高粘度的碳氢化合物代替。全文摘要本发明涉及一种重油—水悬胶燃料及其制备，其特征是用高剪切或喷雾方法把重油粉碎成粒径0.1～100μm的微粒，作为分散相均匀分布于水基连续相中，并在50～95℃加乳化剂乳化过程中，添加了第三类物质——常温下有0.05～5％水溶性的极性有机物，使体系成为热力学上稳定的微乳油，经冷却转变成水悬胶液。该燃料在低于重油凝固点的温度下流动性好，粘度为0.2～0.9Pa·s；稳定性好，3～6个月内不分层，并有很好的燃烧性能。本发明制备方法还适用于一切常温下为固体或高粘度的碳氢化合物如蜡、沥青等以制成常温下具有良好流动性的悬胶燃料。文档编号C10L1/00GK1152607SQ95114269公开日1997年6月25日申请日期1995年12月18日优先权日1995年12月18日发明者李蒙俊,陈恩申请人:中国科学院广州能源研究所