專利名稱：油包水型乳化燃料油的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水分散在重油中的油包水型乳化燃料油，更具體為涉及有助于節(jié)能和降低二氧化碳的排放以阻止全球變暖的油包水型乳化燃料油。
作為乳化燃料油的常規(guī)生產(chǎn)方法來說，已有人提出了一種使用表面活性劑作為乳化劑將水分散在重油中的方法。就乳化方法而言，已知的就有靜態(tài)混合器法、水噴射進入油法、機械攪拌法、超聲波法等。
當表面活性劑用作乳化劑時，乳化很簡單。但是，在熱貯存階段水傾向于從乳化燃料油中部分分離出來。如果產(chǎn)生分離水，當該乳化燃料油燃燒時就會不利地引起某種麻煩。因此，盡管已對乳狀燃料油作過許多研究，但是乳化燃料油過去在實際中的應用只是嘗試性的。另外，水的最大添加比例為10％，通常小于或等于百分之幾，還未嘗試使用比這更大的添加量，因為它易于引起某種麻煩。因此，不能如期望的那樣獲得相當大的節(jié)能的經(jīng)濟效應。
另外，作為重油來說，這里就有各種重油諸如A重油、B重油、C重油以及含有豐富的瀝青質(zhì)、重金屬、樹脂的重殘油。但是，最近一種強烈的要求就是只打算將C重油和如比C重油更重的殘油之類的重油采用鍋爐或其他類似的東西等進行燃燒，其它種類的重油應該用于其它用途。
但是，在C重油和如比C重油更重的重殘油按上述的常規(guī)方法使用水和表面活性劑來進行分散時，水和重油的分離傾向變得更強烈，實際應用也就相當困難。
鑒于前面提到的情況，本發(fā)明人提出了乳化燃料油的一種生產(chǎn)方法，即將有碳組分分散于其中的水在重油中進行分散和乳化以改進上述常規(guī)的乳化燃料油(參考JP-A6-145675)。
本發(fā)明的目標是提供一種與這種常規(guī)技術(shù)相比得到進一步改善的具有均勻的水滴分散性、燃燒效率、降低二氧化碳排放等的乳化燃料油。更具體而言，本發(fā)明提供了一種乳化燃料油，它具有良好的燃燒效率并能減少二氧化碳的排放，水向重油的乳化-分散簡單又安全，所產(chǎn)生的乳化燃料油在很長一段時間內(nèi)都是穩(wěn)定的不會引起水的分離、析出或諸如此類情況，與常規(guī)的乳化燃料油相比，它可含有豐富的水。


圖1采用圖解法說明了水顆粒在本發(fā)明的乳化燃料油中的周邊狀況。
圖2采用圖解法說明了水顆粒在使用常規(guī)的表面活性劑制備的乳化燃料油中的周邊狀況。
在乳化燃料油中，將20-45％(體積)的水/碳混合物組分與100％(體積)的重油混合。分散和乳化于重油中的水顆粒的直徑為大于20μm到35μm，當與100％(體積)的重油相混合的水/碳混合物的比例為20-35％(體積)時，攪拌和分散水/碳混合物使得分散的水顆粒的直徑為25μm到35μm，當比例為35-45％(體積)時，水顆粒的直徑為大于20μm到25μm，并且水顆粒均勻分散于重油中。
在下文中對本發(fā)明作詳細的描述。
在本發(fā)明中，所使用的水/碳混合物組分是采用分散劑和保護性膠體將碳細顆粒分散在水中而制備的。作為碳細顆粒來說，可用碳黑、燈黑、火炬煙黑、煙灰等。通過適當使用保護性膠體諸如膠和明膠和分散劑諸如萘甲醛縮合物磺酸鹽將碳細顆粒分散在水中而制備的印度墨水優(yōu)選為本發(fā)明的水/碳混合物組分。正如后面所述，優(yōu)選使用含有顆粒直徑在特定范圍內(nèi)的碳細顆粒的印度墨水。另外，可以使用通過研磨墨棒(通過燈黑、火炬煙黑、煙灰或其它與膠凝結(jié)而制備)進入水中得到印度墨水。此外，也可使用通過以下方法來制備的其它適用的墨適當采用保護性膠體諸如膠、明膠和分散劑諸如萘甲醛縮合物磺酸鹽或其它對碳細顆粒諸如碳黑、燈黑、火炬煙黑和煙灰進行分散，用球磨機和輥對碳細顆粒進行分散或用水將它加以稀釋。
優(yōu)選直徑為大約0.01-0.3μm的小的碳細顆粒。通過攪拌和分散重油中的物質(zhì)，其中采用分散劑和保護性膠體對碳細顆粒進行分散，吸附了保護性膠體的碳細顆粒包圍水顆粒的界面，重油組分中具有高分子極性的重油部分包圍碳細顆粒，在水顆粒的周圍就形成了一個牢固的界面。這樣就生成了油包水型的乳化燃料油。
順便提一句，本發(fā)明中使用的水不受特別的限制。可以使用普通的城市用水，工業(yè)用水或類似用水，此外，也可使用井水，河水，潮濕的土壤水和海水。
在本發(fā)明的乳化燃料油中，與100％(體積)的重油相混合的水/碳混合物組分的范圍為20-45％(體積)。分散和乳化于重油中的水顆粒的粒徑為大于20μm到35μm。另外，在本發(fā)明的乳化燃料油中進行攪拌和分散使得水/碳混合物組分與重油的混合比例為20-35％(體積)的情況下，水顆粒的粒徑為25μm到35μm，在水/碳混合物組分與重油的混合比例為35-45％(體積)的情況下，水顆粒的粒徑為大于20μm到25μm。
也就是說，當重油的混合比例在上述范圍內(nèi)提高時，水顆粒的粒徑變大，相反，當重油的混合比例在上述范圍內(nèi)降低時，水顆粒的粒徑變小。因此，通過確定重油與水/碳混合物組分的混合比例以及水顆粒的顆粒尺寸，可以使水顆粒均勻分散在重油中，吸收了保護性膠體的碳細顆粒包圍上面提到的水顆粒界面，而重油中的高分子和極性重油部分包圍它們從而形成環(huán)繞水顆粒的牢固界面。這樣，便生成油包水型乳化燃料油。
在前面提到的范圍內(nèi)的水顆粒的粒徑在水/碳混合物組分的混合比例小到20-35％(體積)的情況下可通過降低攪拌頻率和縮短攪拌時間而得到。另一方面，在前面提到的范圍內(nèi)的水顆粒的粒徑在水/碳混合物組分的混合比例高達35-45％(體積)的情況下可通過提高攪拌頻率和延長攪拌時間而得到。
本發(fā)明中乳化燃料油的最好的實施例為30％(體積)的水/碳混合物組分與100％(體積)的重油相混合，進行攪拌和分散使得分散和乳化于重油中的水顆粒具有30μm左右的粒徑以便于水顆粒均勻分散于重油中。
這種油包水型的狀態(tài)特別穩(wěn)定，重油和水經(jīng)長時間之后也不會分離或析出。
本發(fā)明中的油包水型的狀態(tài)可以使用圖例加以描述。
圖1用圖解法說明了本發(fā)明的乳化燃料油中水顆粒的周邊狀況。分散在重油中的水顆粒1的周邊(界面)被含有豐富的保護性膠體諸如膠的水相2所包圍，碳細顆粒3吸附在水相2的整個表面上，重油組分中具有高分子和極性的重油部分4包圍這個界面，從而在水顆粒1的周圍形成一個牢固的界面。順便提一句，這種乳化燃料油的基相為重油相5。
圖2用圖解法說明了采用常規(guī)的表面活性劑制備的乳化燃料油中的水顆粒的周邊狀況。在這種情況下，重油11以細顆粒的形式分散在水顆粒10的外表面。作為經(jīng)本發(fā)明者的實驗證實的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)經(jīng)長期貯存后重油和水組分發(fā)生分離。
因為本發(fā)明的乳化燃料油是一種具有這種形態(tài)的油包水型乳化燃料油，所以它的優(yōu)點在于水顆?？稍谥赜椭斜３址€(wěn)定并具有相當高的燃燒效率。
接著，將對使用本發(fā)明的乳化燃料油進行的燃燒作描述。
當采用燃燒器燃燒本發(fā)明乳化燃料油時，從燃燒器噴射而出的油滴經(jīng)加熱而燃燒。同時，油滴中的水顆粒經(jīng)受輻射熱，也被迅速加熱，并爆炸般地立即汽化為蒸汽(蒸汽的體積大約為水的1000倍)。這時，油滴通過水顆粒汽化為蒸汽變?yōu)殪F狀微粒(這種現(xiàn)象被稱之為微爆炸)，因此，傳熱和蒸發(fā)以及汽化都很迅速。于是，與氧氣反應就變得容易，并且很容易燃燒，因此可以保持很好燃燒狀態(tài)。
在本發(fā)明中，使用的是一種分散于重油中的水碳混合物組分，它是按照水的0.3-0.001％(重量)這一比例將碳細顆粒添加到水中作為碳細顆粒并與水混合而制備的。通常，它大約為0.1-0.01％(重量)。這些比例的變化取決于乳化燃料油的重油的質(zhì)量、濕度或貯存期或其它。
因為它是從使用一個相當小的量開始的，優(yōu)選方案是預先制備一種低密度的水碳混合物組分(在下文被稱為分散液)，當使用本發(fā)明的乳化燃料油時，將預定量的這種分散液添加到水中。
另外，在本發(fā)明中當碳細顆粒分散在水中時，作為所用的分散劑和保護性膠體來說，下面作了推薦。
就分散劑來說，存在例如萘甲醛縮合物磺酸鹽、芳烴多環(huán)縮合物磺酸鹽、三嗪基分散劑、木質(zhì)素基分散劑。就保護性膠體來說，存在例如膠、明膠、白蛋白、酪蛋白堿金屬鹽、羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺。
本發(fā)明中使用的重油是JIS K 2205所指定的重油如C重油以及比C重油更重的重油如重殘油。也就是說，它是一種除A重油和B重油之外如含有豐富的瀝青質(zhì)、樹脂、重金屬的所謂殘油的重油。
另外，在本發(fā)明中，重油的乳化溫度并不受特別的限制，即使在正常溫度甚至重油的質(zhì)量存在差異的情況下，它也能被乳化。
就水/碳混合物組分的溫度來說，可使用室溫。雖然它可以被加熱，但是沒加熱通常也能達到良好的乳化。
為使水/碳混合物組分分散和乳化于重油中，在普通的攪拌設(shè)備下將兩者進行攪拌和混合就夠了。也可將重油和水/碳混合物組分投入諸如帶有合適攪拌器的混合槽并將它們加以攪拌和混合。
可應用不同類型的攪拌-混合設(shè)備。例如，可以使用不同類型的攪拌-混合設(shè)備諸如活葉式、槳式、螺旋槳式、螺旋式、螺旋帶式。
就使用攪拌-混合設(shè)備將水/碳混合物組分混合和分散于重油中的方法來說，可應用將水/碳混合物組分迅速添加到重油中并從而對它們進行混合的方法或者逐步添加水/碳混合物組分的方法。或者，重油和水/碳混合物組分同時添加并混合。
關(guān)于這樣得到的乳化燃料油，對分散和乳化于C重油中的水顆粒的粒徑進行了測量。在水的比例為20％的情況下直徑為大約35μm，在水的比例為30％的情況下直徑為大約30μm，在水的比率為45％的情況下直徑為大約21μm。
其次，所得的一系列乳化燃料油按表1所示條件以燃燒速率150升/小時燃燒。順便提一句，將乳化燃料油投入500ml的測量圓筒，放置在溫度40-50℃和室溫下，水的分離和析出的出現(xiàn)可分別從乳狀燃料油的顯微測量以及一周和一月后測量圓筒的外觀檢測出來，但沒有發(fā)現(xiàn)水的分離或析出，水的分散狀況良好。
最后，將如上所述得到的乳化燃料油使用已知的鍋爐進行燃燒測試。結(jié)果見表1所示。
這些乳化燃料油保持穩(wěn)定燃燒，這是毫無疑問的。另外，從表1的結(jié)果可以清楚看到，它們?nèi)紵幕鹧鏈囟扰c水的比率為0％時相比幾乎沒有差異，可以認為它們的燃燒性是優(yōu)良的。甚至可以認為即使增加水使顆粒數(shù)量減少也不會發(fā)現(xiàn)火焰溫度的降低。
表1

表2

工業(yè)應用按照本發(fā)明的乳化燃料油，在熱平衡看來它是最好的，因為它的火焰溫度與沒有添加水的重油燃燒相比沒有變化。另外，因為燃燒用油的體積減少，排出的二氧化碳(CO2)也相應減少，因此，優(yōu)選所述乳化燃料油以阻止全球變暖。
而且，本發(fā)明的乳化燃料油具有良好及穩(wěn)定的水分散狀況且沒有水的分離和析出，因此，可以長期貯存。
權(quán)利要求
1．油包水型乳化燃料油，它是采用分散劑和保護性膠體將碳細顆粒分散在水中生成水/碳混合物并將水/碳混合物分散和乳化于重油中而制備的，所述乳化燃料油含有100％(體積)的重油和20-45％(體積)的水/碳混合物，水以直徑為大于20μm到35μm的顆粒的形式均勻分散和乳化于重油中，當與100％(體積)的重油相混合的水/碳混合物的量為20-35％(體積)時，分散的水顆粒的直徑為25-35μm，而當所述量為35-45％(體積)時，它們的直徑為大于20μm到25μm。
2．按照權(quán)利要求1的油包水型乳化燃料油，其中吸附了保護性膠體的碳細顆粒包圍水顆粒的界面，重油組分中具有高分子和極性的重油包圍碳細顆粒的周邊從而形成一個環(huán)繞水顆粒的堅固界面。
3．按照權(quán)利要求2的油包水型乳化燃料油，其中30％(體積)的水/碳混合物組分與100％(體積)的重油混合，分散和乳化于重油中的水顆粒經(jīng)攪拌和分散從而獲得大約30μm的粒徑，并且水顆粒均勻分散于重油中。
4．按照權(quán)利要求1-3中任一項的油包水型乳化燃料油，其中碳細顆粒的粒徑為0.01-0.3μm。
全文摘要
油包水型乳化燃料油,是采用乳化劑和保護性膠體將碳細顆粒分散在水中生成水/碳混合物并將水/碳混合物分散和乳化于重油中而制備的。這種乳化燃料油由100%(體積)的重油和20－45%(體積)的水/碳混合物組成,水以直徑超過20μm但不超過35μm的顆粒的形式均勻分散和乳化于重油中。當與100份(重量)的重油混合的水/碳混合物的量為20－35%(體積)時,分散水顆粒的直徑為25－35μm,而當所述量為35－45%(體積)時,它們的粒徑為20－25μm。乳化燃料油的火焰溫度等于不含水的重油的火焰溫度,因此在熱平衡中極其有利。而且,乳化燃料油對阻止全球變暖是有效的,因為燃燒油量的減少導致所排出的CO
文檔編號C10L1/32GK1314936SQ98814218
公開日2001年9月26日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月3日
發(fā)明者島田善成 申請人:株式會社吳竹精升堂, 島田善成, 島田忠直