專利名稱：一種制備乳化燃油的乳化劑及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備乳化燃油過程中添加的乳化劑及其合成方法，特別涉及重油與水乳化過程中添加的乳化劑及其合成方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，乳化燃油中的燃油是指鍋爐重質(zhì)燃料油，一般是指重油或渣油。鍋爐重質(zhì)燃料油是石油末端餾份，主要成分是多環(huán)狀烴、多芳香烴、正構(gòu)烷烴和高稠環(huán)數(shù)的非烴化合物。比重約為0.89，平均分子量約750，低位發(fā)熱值約為40000千焦。鍋爐重質(zhì)燃料油與水制備成連續(xù)相為油、分散相為水的油包水型乳化燃油，是一種新的鍋爐燃料，鍋爐燃燒乳化燃油，通過水的微爆作用、水煤氣反應(yīng)促進了重油化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)換，使運行鍋爐過?？諝庀禂?shù)降低，減少排煙熱損失，提高爐效，達到節(jié)油降污的作用。
我國自七十年代開始研究重油乳化技術(shù)。乳化燃油是由重質(zhì)燃油與水組成的，其中水以液珠形式均勻地分散在燃油中。將水分散在燃油中需對體系施加機械能，通常采用機械攪拌法，由于燃油與水是兩種不同性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，乳化油體系存在著很大的相界面和界面能，是熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系。為使體系趨向穩(wěn)定，就必須降低體系的界面能，因此分散在油中的小水珠合并成大液塊是體系減小相界面、降低界面能的一種自發(fā)趨勢。這種自發(fā)趨勢就是我們常見到的乳化油破乳、分層的原因。因此制備乳化燃油過程中為了提高乳化燃油的穩(wěn)定性，滿足乳化燃油在生產(chǎn)、運輸、罐儲、燃燒條件下不破乳、不分層，都要添加一些乳化劑。但至今尚未實現(xiàn)燃油乳化的工業(yè)化及乳化燃油的商品化，其主要原因是技術(shù)上沒有解決乳化劑用量大，成本高和乳化燃油動態(tài)穩(wěn)定性差的問題，造成燃油乳化技術(shù)難以推廣、應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種制備乳化燃油過程中添加的新的乳化劑及其合成方法。
本發(fā)明所述乳化劑是陰離子型表面活性劑，具有親水的磷?；陀H油的烷基結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為RH4P3O10、RH3P2O7、RH2PO4、(R)2H3P4O13、(R)2H2P3O10、(R)2HP2O7和(R)2HPO4的磷酸酯或多聚磷酸酯，或它們的混合物。其中主要成分是化學(xué)式為RH4P3O10的多聚磷酸單辛酯，其含量大于或等于乳化劑重量的40％，R是C1-C8的直鏈烷基或支鏈烷基。在制備乳化燃油的過程中，先將水與乳化劑混合溶解制成乳化劑水液，其中，當(dāng)乳化劑為多聚磷酸單辛酯，且其純度大于或等于99％時，乳化劑與水的重量比為3∶10000；當(dāng)乳化劑為多聚磷酸單辛酯，且其純度大于或等于45％并且小于99％時，乳化劑與水的重量比為2∶1000，然后燃油與上述乳化劑的水液按比例混合，所述混合是指間歇式攪拌混合、連續(xù)式泵混合或連續(xù)式噴霧混合等方式，燃油與乳化劑水液的混合重量比例為95∶5-70∶30。
添加本發(fā)明乳化劑制備的乳化燃油，電子顯微錄像儀觀察是連續(xù)相為油、分散相為水的油包水型乳化燃油。分散相水的粒徑為1-15μm，集中分布在5-7μm之間，經(jīng)過高溫老化試驗、熔凍試驗、振蕩試驗，分散相水的粒徑與分布無明顯變化，說明乳化油有較好的動態(tài)穩(wěn)定性，可以長期存放，在乳化燃油制備、罐儲、運輸、燃燒條件下不破乳、不分層。
鍋爐燃燒添加本發(fā)明乳化劑制備的乳化燃油，在不同鍋爐進行熱工測試，當(dāng)鍋爐負荷為80％的條件下，對比測試節(jié)油率達到7.9％-13.43％，過?？諝庀禂?shù)下降0.14-0.37；環(huán)保測試鍋爐排放煙氣中的有害污染物濃度降低最高達52％。
本發(fā)明所述乳化劑是分步制備的，所用物料為正磷酸、五氧化二磷、辛醇(或乙醇、丁醇)、甲醇。乳化劑的制備主要包括四個過程1.正磷酸與五氧化二磷作用形成多聚磷酸；2.五氧化二磷與水作用形成多聚磷酸；3.磷酸或多聚磷酸與醇酯化得到磷酸酯或多聚磷酸酯；4.加入甲醇調(diào)配搖勻。
以使用辛醇為例，制備過程的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為1.
2.
3.
以辛醇為例，所述乳化劑一般合成方法如下(除非另有說明，本文中的所有比例均是重量比)在具有外夾套的反應(yīng)釜中加入適量的正磷酸，開動攪拌器，通過一個封閉的進料裝置喂入計算量的五氧化二磷(正磷酸與五氧化二磷的摩爾比為5∶2，由于正磷酸含水純度不同，加上第3步反應(yīng)生成水，在計算五氧化二磷投入量時，還應(yīng)加上按照五氧化二磷與水的摩爾比3∶5的量)，喂入速度以無過量塊狀物聚集為宜。維持反應(yīng)溫度70-90℃，待加料完畢，繼續(xù)攪拌數(shù)小時，得多聚磷酸。當(dāng)溫度降至30-40℃時，緩慢加入辛醇(多聚磷酸與辛醇摩爾比1∶1)，維持反應(yīng)溫度60-70℃，持續(xù)攪拌3小時，得多聚磷酸單辛酯。溫度降至30℃以下，加入甲醇(甲醇與多聚磷酸單辛酯重量比為0-1∶1)，濾去雜質(zhì)，即得重油乳化劑。
所述重油乳化劑技術(shù)指標(biāo)
實施例一制備乳化劑取100ml錐形燒瓶1只，加入7.54克純度為85％的正磷酸，取9.58克試劑級五氧化二磷，緩慢加入燒瓶中，邊加入邊搖均，及水冷卻至70-90℃，投料完畢后將燒瓶置于水浴恒溫箱中恒溫3小時；將溫度降至30-40℃，加入8.3克辛醇，搖均，置于水浴恒溫箱中，溫度控制在60-70℃持續(xù)3小時；出恒溫箱自然降溫至30℃以下，加入24.6克甲醇，搖均，即得酯含量大于45％的50克重油乳化劑。
實施例二制備含水15％乳化重油取2000ml玻璃燒杯1只，加入稱量后的燃料重油850ml，放至水浴恒溫箱中加熱至70℃；取新鮮水加熱至70℃，用量筒計量150ml，加入乳化劑0.3克，搖均，緩慢倒入盛有燃料重油的燒杯中，邊倒入邊攪拌(攪拌速度120轉(zhuǎn)/分)，約5分鐘得含水15％乳化重油。
權(quán)利要求
1.一種乳化重油的乳化劑，其特征在于所述乳化劑是陰離子型表面活性劑，具有親水的磷酰基和親油的烷基結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為RH4P3O10、RH3P2O7、RH2PO4、(R)2H3P4O13、(R)2H2P3O10、(R)2HP2O7和(R)2HPO4的磷酸酯或多聚磷酸酯，或它們的混合物，R是C1-C8的直鏈烷基或支鏈烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的乳化劑，其特征在于化學(xué)式為RH4P3O10的多聚磷酸酯的含量大于或等于乳化劑重量的40％，其中R是C8的直鏈烷基或支鏈烷基。
3.一種制備乳化重油的乳化劑的方法，其特征在于包括下列步驟(1)正磷酸與五氧化二磷作用形成多聚磷酸，(2)五氧化二磷與水作用形成多聚磷酸，(3)磷酸或多聚磷酸與醇進行酯化得到磷酸酯或多聚磷酸酯，(4)加入甲醇調(diào)配搖勻，其中正磷酸與五氧化二磷摩爾比為5∶2，五氧化二磷與水摩爾比為3∶5，多聚磷酸與醇摩爾比為1∶1，甲醇與多聚磷酸單酯的重量比為0-1∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于其中步驟(3)中的醇是辛醇。
5.權(quán)利要求1的乳化劑用于乳化重油的用途，其特征在于先將乳化劑與水按重量比3∶10000至2∶1000的比例混合溶解制成乳化水劑，然后將燃油與乳化水劑按重量比95∶5至70∶30混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的用途，其中乳化劑是多聚磷酸單辛酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乳化重油的乳化劑,其特征在于所述乳化劑是陰離子型表面活性劑,具有親水的磷酰基和親油的烷基結(jié)構(gòu),其化學(xué)式為RH
文檔編號C10G31/08GK1270204SQ0010764
公開日2000年10月18日 申請日期2000年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月22日
發(fā)明者頓富溪 申請人:大慶開發(fā)區(qū)南垣三維能源技術(shù)開發(fā)有限公司