專利名稱：一種復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑及制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漿基燃料穩(wěn)定劑，具體是一種復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑及制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
漿基燃料是一類以漿體形式應(yīng)用的兩相或多相分散體系的化工原料或代油燃料。本發(fā)明中所指的漿劑燃料包括水煤漿、水焦?jié){、油煤漿、油焦?jié){、油水焦?jié){、油水煤漿。水煤漿、水焦?jié){是指將一定粒度分布的煤或石油焦、瀝青焦顆粒分散在水中制得的兩相分散體系；油煤漿、油焦?jié){是指將一定粒度分布的煤或石油焦、瀝青焦顆粒分散在油類中制得的兩相分散體系；油水焦?jié){、油水煤漿是將一定粒度分布的煤或石油焦、瀝青焦顆粒分散和油類在水中制得的多相分散體系。但這類分散體系是一類微米級(jí)的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，經(jīng)存放或運(yùn)輸往往會(huì)發(fā)生相分離的現(xiàn)象，即顆粒的沉淀，從而導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用困難，因此漿基燃料的穩(wěn)定性是水煤/焦?jié){能否正常使用的關(guān)鍵。隨著漿基燃料的廣泛應(yīng)用，漿基燃料的穩(wěn)定性問題越來越引起人們的重視。中國專利申請(qǐng)97103965.8提出了選用羧甲基纖維素作為穩(wěn)定劑，通過使水焦?jié){中分散介質(zhì)的粘度上升，降低水焦?jié){中焦粒子的沉降速度來提高水焦?jié){穩(wěn)定性的方法；中國專利申請(qǐng)91108299.9提出的提高水煤漿穩(wěn)定性的方法是通過改進(jìn)水煤漿的生產(chǎn)工藝，調(diào)整水煤漿的粒度分布，依靠提高水煤漿中粒子的堆積效率、增加了粒子間的相互作用力和接觸點(diǎn)來提高水煤漿的穩(wěn)定性的方法。
以上技術(shù)方案雖然分別依靠選用增稠劑改善水煤/焦?jié){分散介質(zhì)的粘度或改進(jìn)水煤漿、水焦?jié){系粒子的粒度分布等方法在改善水煤/焦?jié){的穩(wěn)定性方面取得了一些進(jìn)展，但由于選用的穩(wěn)定劑往往為有機(jī)類多糖原料，存在較易發(fā)生降解等問題，長期穩(wěn)定效果不良，加之沒能在微觀上改進(jìn)水煤漿、水焦?jié){系中粒子之間的相互作用和粒子表面的電性，因此沒能從根本上改進(jìn)水煤/焦?jié){的穩(wěn)定性。尤其是關(guān)于油焦?jié){和油水煤/焦?jié){的穩(wěn)定劑的專利還未見報(bào)道。如何克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高漿基燃料的穩(wěn)定性已成為當(dāng)今該領(lǐng)域中亟待解決的難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠顯著提漿基燃料穩(wěn)定性的復(fù)合納米穩(wěn)定劑及制備和應(yīng)用。尤其是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，得到一種可用于油焦?jié){和油水煤/焦?jié){且效果好的穩(wěn)定劑。
本發(fā)明所述的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，其特征在于該穩(wěn)定劑有纖維狀納米粒子和球狀納米粒子復(fù)合而成，粒子粒徑為10-100納米，纖維狀無機(jī)納米粒子的長徑比為30-200，纖維狀無機(jī)納米粒子和球狀無機(jī)納米粒子的質(zhì)量百分比為10∶90至90∶10。所述纖維狀納米粒子是凹凸棒土或硅灰石，所述球狀納米粒子是硅藻土或高嶺土。
兩種無機(jī)納米粒子按130∶70至70∶30，90∶10的質(zhì)量比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑更好。
本發(fā)明與粘稠類化合添加的效果亦好，如羧甲基纖維素鈉、或羧甲基淀粉鈉等。
本發(fā)明應(yīng)用是制備漿基燃料時(shí)，將煤/焦和油質(zhì)量的0.10％～1.00％的穩(wěn)定劑與其他組分一起加入制漿裝置中制得穩(wěn)定性良好的漿基燃料；或按上述投放比率，將穩(wěn)定劑加入到預(yù)制好的漿基燃料中，經(jīng)過攪拌混合，制得穩(wěn)定性良好的漿基燃料。球狀納米粒子吸附在煤/焦粒子表面，提高表面電荷，使粒子間形成較強(qiáng)的靜電排斥力，從而有效提高體系穩(wěn)定性，當(dāng)煤/焦粒子相互靠近時(shí)，由煤/焦粒子吸附納米粒子后表面形成的絨毛狀結(jié)構(gòu)之間易形成纏結(jié)，提高體系觸變性，進(jìn)而提高體系穩(wěn)定性；纖維狀粒子吸附在若干個(gè)煤焦粒子間，使粒子之間產(chǎn)生空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)使得體系穩(wěn)定性提高；球狀納米粒子吸附在煤/焦粒子表面，大大提高了粒子的比表面積，可以有效提高吸附點(diǎn)的數(shù)量和強(qiáng)度，從而使纖維狀納米粒子的空間位阻效應(yīng)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。以上幾種效應(yīng)可以顯著提高漿基燃料的穩(wěn)定性。這是因?yàn)闈{基燃料體系中，顆粒粒徑較大，不采用特殊手段，顆粒聚集和沉降將不可避免。單一的穩(wěn)定效應(yīng)很難滿足該體系的穩(wěn)定要求，需要采用多種效應(yīng)來協(xié)同提高體系的穩(wěn)定性。
采用羧甲基纖維素、或羧甲基淀粉時(shí)亦添加煤/焦和油質(zhì)量的0.01％～1.00％。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果在于1、利用納米粒子獨(dú)特的表面性能，將球狀和纖維狀納米粒子進(jìn)行復(fù)合，協(xié)同發(fā)揮多種穩(wěn)定效應(yīng)，顯著提高漿基燃料體系的穩(wěn)定性；2、納米材料性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)降解，時(shí)效性優(yōu)良；3、添加該穩(wěn)定劑不顯著提高漿基燃料的粘度；4、該穩(wěn)定劑可直接使用，操作方便，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
四

圖1本發(fā)明中復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑的生產(chǎn)流程；圖2是煤顆粒吸附球狀納米粒子的TEM照片。
圖3是煤顆粒吸附纖維狀納米粒子的TEM照片。
圖2、3是在漿基燃料中，以本發(fā)明選用的復(fù)合的球狀和纖維狀納米粒子吸附在煤粒子表面的掃描電子顯微鏡照片，可以更為明確的說明復(fù)合無機(jī)納米穩(wěn)定劑的穩(wěn)定機(jī)理。其中五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)興隆莊煤水煤漿的穩(wěn)定效果。
把長徑比為50至120的纖維狀凹凸棒土與球狀硅藻土按質(zhì)量比50∶50制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為10-40納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備興隆莊煤水煤漿為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、興隆莊煤、水和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為2.00g，1998g，931g，10.00g，磨60分鐘后制得高穩(wěn)定性的水煤漿。以兩種無機(jī)納米粒子按10∶90，30∶70，70∶30，90∶10的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.25％、0.35％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的水煤漿。分散劑采用常用的南大水煤漿添加劑NDF。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.04％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表1。從表1中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為50∶50時(shí)效果達(dá)到最佳。
實(shí)施例2復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)齊魯石化石油焦水焦?jié){的穩(wěn)定效果。
把長徑比為30至100的纖維狀硅灰石與球狀硅藻土按質(zhì)量比60∶40制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為60-100納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備興隆莊煤水煤漿為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、齊魯石化石油焦、水和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為8.00g，1992g，807g，10.00g，磨75分鐘后制得高穩(wěn)定性的水焦?jié){。以兩種無機(jī)納米粒子按20∶80，40∶60，50∶50，80∶20的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，；調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.70％、1.00％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的水煤漿。分散劑采用常用的南大水焦?jié){添加劑NDJ。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.07％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表2。從表2中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為60∶40時(shí)效果達(dá)到最佳。
實(shí)施例3復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)大同煤油煤漿的穩(wěn)定效果。
把長徑比為120至150的纖維狀凹凸棒土與球狀高嶺土按質(zhì)量比50∶50制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為40-60納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備大同煤油煤漿為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、大同煤、煤焦油和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為2.80g，1911g，1017g，8.50g，磨100分鐘后制得高穩(wěn)定性的油煤漿。以兩種無機(jī)納米粒子按10∶90，30∶70，70∶30，90∶10的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.30％、0.45％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的水油漿。分散劑采用常用的南大油煤漿添加劑NDF-4。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.035％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表3。從表3中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為70∶30時(shí)效果達(dá)到最佳。
實(shí)施例4復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)金陵石油焦油焦?jié){的穩(wěn)定效果。
把長徑比為30至70的纖維狀硅灰石與球狀硅藻土按質(zhì)量比40∶60制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為50-80納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備金陵石化石油焦油焦?jié){為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、金陵石化石油焦、渣油和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為9.00g，1971g，833g，9.00g，磨100分鐘后制得高穩(wěn)定性的水焦?jié){。以兩種無機(jī)納米粒子按20∶80，40∶60，50∶50，80∶20的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.70％、1.00％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的油焦?jié){。分散劑采用常用的南大油焦?jié){添加劑NDJ-4。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.10％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表4。從表4中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為40∶60時(shí)效果達(dá)到最佳。
實(shí)施例5復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)盤江煤油水煤漿的穩(wěn)定效果。
把長徑比為150至200的纖維狀凹凸棒土與球狀高嶺土按質(zhì)量比90∶10制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為40-60納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備盤江煤油水煤漿為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、盤江煤、柴油、水和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為1.50g，1625g，1028g，295g，4.00g，磨90分鐘后制得高穩(wěn)定性的油水煤漿。以兩種無機(jī)納米粒子按10∶90，30∶70，70∶30，90∶10的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.10％、0.15％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的水油漿。分散劑采用常用的南大水煤/油漿添加劑NDF-5。用其它水煤漿(表面活性)分散劑的效果不變，用硅藻土代替高嶺土的效果更好。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.02％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表5。從表5中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為70∶30時(shí)效果達(dá)到最佳。
實(shí)施例6復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑對(duì)金陵瀝青焦油水焦?jié){的穩(wěn)定效果。
把長徑比為30至100的纖維狀硅灰石與球狀硅藻土按質(zhì)量比80∶20制備復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，粒子粒徑為80-100納米。以使用該種穩(wěn)定劑制備金陵石化瀝青焦油水焦?jié){為例采用XMB-Φ240×330型球磨機(jī)，將穩(wěn)定劑、金陵石化瀝青焦、煤焦油和分散劑一起加入球磨機(jī)中磨礦，他們的加入量分別為2.00g，1478g，591g，880g，4.00g，磨120分鐘后制得高穩(wěn)定性的水焦?jié){。以兩種無機(jī)納米粒子按20∶80，40∶60，50∶50，80∶20的百分比例制備的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，以相同的穩(wěn)定劑添加量，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，調(diào)整上述五種穩(wěn)定劑添加率至原煤質(zhì)量的0.25％、0.35％，不改變漿產(chǎn)量重復(fù)上述試驗(yàn)，制得另外10份高穩(wěn)定性的油焦?jié){。分散劑采用常用的南大水焦/油漿添加劑NDJ-5。纖維狀凹凸棒土代替硅灰石的效果更好。
按企標(biāo)Q/3201NBJ02-1999分別測(cè)定未加入穩(wěn)定劑、加入總煤量0.06％的羧甲基纖維素鈉、使用本發(fā)明制得的水煤漿的濃度、粘度和15天靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見表6。從表6中可見，使用本發(fā)明制得水煤漿穩(wěn)定性顯著提高，與使用羧甲基纖維素鈉作為水煤漿穩(wěn)定劑相比不顯著提高水煤漿的粘度，當(dāng)兩種粒子百分比例為50∶50時(shí)效果達(dá)到最佳。
表1 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的興隆莊煤水煤漿的性能

表2 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的齊魯石油焦水焦?jié){的性能


表3 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的大同煤油煤漿的性能

表4 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的金陵石油焦油焦?jié){的性能

表5 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的盤江煤油水煤漿的性能


表6 使用復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑制備的金陵瀝青焦油水焦?jié){的性能

權(quán)利要求
1.一種復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，其特征在于該穩(wěn)定劑由纖維狀納米粒子和球狀納米粒子混合而成，粒子粒徑為10-100納米，纖維狀納米粒子的長徑比為30-200，纖維狀納米粒子和球狀納米粒子的質(zhì)量百分比為10∶90至90∶10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，其特征在于所述纖維狀納米粒子是凹凸棒土或硅灰石，所述球狀納米粒子是硅藻土或高嶺土。
3.復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑應(yīng)用其特征是制備漿基燃料時(shí)，將煤/焦或與油質(zhì)量的0.10％～1.00％的權(quán)利要求1至2之一所述穩(wěn)定劑與其他組分一起加入制漿裝置中制得的漿基燃料；或按上述投放比率，將穩(wěn)定劑加入到預(yù)制好的漿基燃料中，經(jīng)過攪拌混合，制得穩(wěn)定性良好的漿基燃料。
4.復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑的制備，其特征是原料破碎后經(jīng)浮選或重選后再經(jīng)球磨或粉磨后混合而得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合納米漿基燃料穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑由纖維狀納米粒子和球狀納米粒子復(fù)合而成，粒子粒徑為10－100納米，纖維狀納米粒子的長徑比為50－200，纖維狀納米粒子和球狀納米粒子的質(zhì)量百分比為10∶90－90∶10。本發(fā)明有益效果在于1.利用納米粒子獨(dú)特的表面性能，將球狀和纖維狀納米粒子進(jìn)行復(fù)配，協(xié)同發(fā)揮多種穩(wěn)定效應(yīng)，顯著提高水煤/焦?jié){的穩(wěn)定性；2.材料性質(zhì)穩(wěn)定，不降解，時(shí)效性優(yōu)良；3.添加該穩(wěn)定劑不顯著提高漿基燃料的粘度；4.該穩(wěn)定劑可直接使用，操作方便，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C10L1/32GK101058755SQ200710020619
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者胡柏星, 劉靖, 何其慧, 蔡軍, 潘毅, 沈健 申請(qǐng)人:南京大學(xué)