乳化燃料 【发明领域】
本发明涉及一种乳化燃料。更具体地讲，本发明涉及一种乳化燃料，其特征在于，它是由可燃燃料与含有使燃料充分燃烧的特殊组分的水混合而制得的。
【发明背景】
到目前为止，国内工业所用的燃料多数为船用油或石油。但是，当所述的燃料燃烧时，污染物如NOx、SOx、CO或灰尘便被排放出来从而污染环境。
因此，政府鼓励使用高质量的燃料如煤气、煤油或汽油以减少空气污染，并且到目前为止，已有法律规定使用高质量燃料。此外，新型替代燃料或装置的开发及研究降低空气污染的各种方法也在全面地进行着。
但是，这些高质量燃料的缺点在于价格比较昂贵，且也不能有效地减少污染物排放量。此外，高质量燃料在能量节约方面也没有特别的贡献。
最近，一种将可燃燃料与水混合得到的乳化燃料被开发出来，可用于治理空气污染，而且已经被证明在节约能量及防止污染方面有显而易见的贡献。
在燃烧时，乳化燃料具有以下的优点。通过将可燃燃料与水混合可制得两种乳化燃料，一种是油中含有微小水滴的水-油型，另一种是水中含有微小油滴的油-水型。水-油型一般作为燃烧用的乳化燃料。水-油型燃料在燃烧时，蒸汽将油分裂成极小的油滴从而增加油的表面面，由于增加了水和空气之间的接触面，水-油型燃料能够完全充分地燃烧。
但是为了得到所述的效果，乳化燃料必须由可燃燃料与水以最适宜比率在稳定的环境下保存。特别是，当锅炉的燃烧负荷量处于波动时，需要将设备中的燃料与水的混合比率控制在最佳水平。
发明简述
本发明地目的是提供这样一种乳化燃料，它能减少燃料充分燃烧时排放出的污染物的量，如氧化氮，由于高效燃烧也节约了能量，并且可用于小型、中型及大型锅炉而不用特殊设备保持可燃燃料与水固定的混合比。
本发明涉及一种乳化燃料，其特征在于，它是通过可燃燃料与含量为10至50wt％混合物混合得到的，该混合物中每100重量份水混合0.01至1.0重量份的阴离子表面活性剂，0.01至0.5重量份的聚环氧乙烷及0.001至0.2重量份的mathothyl。发明详述
本发明的乳化燃料，其特征在于，它是通过可燃燃料与含量为10至50wt％混合物混合得到的，该混合物中每100重量份水混合0.01至1.0重量份的阴离子表面活性剂，0.01至0.5重量份的聚环氧乙烷及0.001至0.2重量份的mathothyl，以减少燃烧中最优化燃料排放的污染物量，由于燃烧的高度充分也节约了能量，并且可以很容易地应用于小型、中型及大型锅炉，而不用特殊设备保持可燃燃料与水固定的混合比。
许多实验已经证明在充分燃烧时水的生成物和燃烧中产生的氧化氮及灰尘的数量都由此明显地减少了。
乳化燃料中的水具有下述作用：
当水加到燃料如煤油、汽油、船用油或废油中时，两种液体中的一种分散进入另一种液体中，从而产生乳化。
由于适当的混合乳化是在稳定的条件下形成的，燃烧前水和油的分离并不是关键。此外，由于水的沸点是100℃，油的沸点是300℃，蒸汽的作用是将油分裂成极小的油滴以增加油的表面面，从而提高油和氧之间的氧化作用率。最终，燃烧是最充分的。
进一步地，所述的乳化燃料通过充分燃烧降低造成空气污染的主要因素氧化氮的排放。这就是说，在燃烧时较少的氧气被聚集在一起，并且在高温时燃烧的煤气停留的时间越短，燃烧中排放的氧化氮就越少。在此，由于粒状的水份均匀地包含在乳化燃料中，所述的燃料限制燃烧中局部区域内高温的形成，更进一步地，20-30％的水份通过蒸发潜热可降低燃烧温度。因此，通过防止局部区域内的高温，乳化燃料限制氧化氮的生成。
存在于水中的阴离子表面活性剂起到了乳化添加剂的作用，以增强加入水中的化学制品的分散及渗入。0.01至1.0重量份的阴离子表面活性剂可用于获取此效果。
阴离子表面活性剂的具体实例可为萘磺酸烷基酯、磺基琥珀酸二烷基酯、苯磺酸烷基酯、磺基乙酸烷基酯、α-烯属磺酸酯、N-酰甲基牛磺酸钠、烷基醚磷酸酯、磷酸烷基酯、酰基肽、烷基醚羧酸酯、N-acylaminoaxid、脂肪醇硫酸酯、烷基醚硫酸酯或聚氧乙烯烷基苯基硫酸酯。阳离子表面活性剂以及阴离子表面剂都可以使用。
水中含有的聚环氧乙烷起了可溶性树脂的作用，以增强淤积物的可燃性和分散性。0.01至0.5重量份的聚环氧乙烷可用于获取此效果。它的通式为，OH(CH2CH2O)nCH2CH2OH，其中n超过300，优选300-800，更优选400-600。
包含在水中作为纤维素醚的Mathothyl是由将苛性苏打、二氯甲烷及聚环氧乙烷等与纤维素进行反应而形成的，可降低乳化燃料的粘度。由于粘度降低了，乳化燃料在燃烧中很容易被喷出炉外，从而增强了它的可燃性。
结果，本发明的乳化燃料是与含有阴离子表面活性剂、聚环氧乙烷及Mathothyl的水混合而成的，不用控制燃料和水的混合比燃料也是稳定化的，从而使燃烧达到最佳化。
本发明将通过下述实施例进行更详尽的描述。实施例1
将5g萘磺酸烷基酯作为阴离子表面活性剂的、1l水、2.5g聚环氧乙烷(OH(CH2CH2O)nCH2CH2OH，n＝500)及8gMathothyl混合，并在0℃以上的温度下保存5小时。然后，将含量为23wt％的生成混合物与煤油混合，以制备本发明的乳化燃料。
制得的乳化燃料在如表1所示的温度下燃烧。用BACHARACHMODEL CA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，并测量了O2、CO2、氮氧化物(NO，NO2和NOX)及CO的浓度，结果示于表1。实施例2
除了用萘磺酸烷基酯作为阴离子表面活性剂制备乳化燃料外，仍使用实施例1的方法及如表1所示的温度。用BACHARACH MODELCA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，并测量了O2、CO2、氮氧化物(NO，NO2和NOx)及CO的浓度，结果示于表1。实施例3
除了聚环氧乙烷(OH(CH2CH2O)nCH2CH2OH)中n的值为600外，仍使用实施例1的方法及如表1所示的温度。用BACHARACH MODELCA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，并测量了O2、CO2、氮氧化物(NO，NO2和NOX)及CO的浓度，结果示于表1。实施例4至6
按百分比分别为20wt％、25wt％、30wt％的比率将按实施例1的方法得到的混合物与煤油混合制备乳化燃料，使该乳化燃料按如表1所示的温度燃烧。用BACHARACH MODEL CA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，并测量了O2、CO2、氮氧化物(NO，NO2和NOX)及CO的浓度，结果示于表1。对比实施例1至6
将现有的汽油按如表1所示的温度燃烧。用BACHARACH MODELCA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，结果示于表1。
表1 燃料 种类 燃烧 温度 (℃) O2 (％) CO2 (％) pCO pNO pNO2 pNOx实施例1 E1) 478.2 7.4 7.6 53 50 1 50实施例2 E1) 465.6 5.7 8.5 7 62 0 62实施例3 E1) 474.7 3.8 9.6 20 56 0 56实施例4 E1) 474.1 2.8 10.2 11 68 0 68实施例5 E1) 457.1 5.0 8.9 5 63 0 63实施例6 E1) 455.2 3.5 9.8 4 69 0 69对比实施例1 K2) 444.4 3.1 10.0 5 163 0 164对比实施例2 K2) 447.4 3.2 9.9 3 167 0 167对比实施例3 K2) 454.1 5.0 8.9 2 153 0 153对比实施例4 K2) 443.6 2.7 10.2 5 159 0 159对比实施例5 K2) 430.0 1.3 11.0 43 142 0 142对比实施例6 K2) 439.1 2.4 10.4 5 142 0 156
1)乳化燃料
2)煤油实施例7至11
7g萘磺酸烷基酯作为阴离子表面活性剂、1l水、2.5g聚环氧乙烷(OH(CH2CH2O)nCH2CH2OH，n＝500)及0.8g Mathothyl混合，并在0℃以上的温度下保存5小时。然后，将含量为25wt％的生成混合物与煤油混合以制备本发明的乳化燃料。
制得的本发明的乳化燃料在如表2所示的燃烧。用BACHARACHMODEL CA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，并测量了O2、CO2、过剩空气、氮氧化物(NOX)及CO的浓度，结果示于表2。实施例12至14
将实施例7至11的方法制备的含量为23wt％的混合物与汽油混合制备乳化燃料。制得的乳化燃料在如表2所示的温度下燃烧。用BACHARACH MODEL CA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，结果示于表2。对比实施例7至12
将只包含汽油的燃料按如表2所示的温度燃烧。用BACHARACHMODEL CA300NSX测量燃烧时气体排放的成分，结果示于表2。
表2 燃料 种类 燃烧 温度 (℃) O2 (％) 过剩 空气 (％) CO2 (％) CO (ppm) NOx (ppm)实施例7 E1) 492 2.7 13 13.6 16 56实施例8 E1) 509 3.1 16 13.3 22 56实施例9 E1) 499 2.1 10 14.0 18 54实施例10 E1) 509 2.4 12 13.8 19 54实施例11 E1) 511 2.6 13 13.7 19 53实施例12 E1) 489 2.9 14 13.4 16 57实施例13 E1) 498 3.3 17 13.1 14 57实施例14 E1) 492 2.5 12 13.7 25 50对比实施例7 G2) 473 2.8 14 13.5 24 120对比实施例8 G2) 470 2.5 12 13.7 22 117对比实施例9 G2) 482 3.6 19 12.9 9 129对比实施例10 G2) 483 3.4 18 13.1 9 132对比实施例11 G2) 493 4.8 27 12.0 11 120对比实施例12 G2) 475 2.7 13 13.6 16 126
1)乳化燃料
2)汽油
如表1和2所示，与使用煤油或汽油相比，使用乳化燃料燃烧时氮氧化物(NOx)的排放量惊人地减少了。但是，在两种情况下CO的排放量几乎相同。试验例1
比较实施例1的乳化燃料的燃烧与煤油或汽油单独燃烧(对比实施例1)的效率，并分析它们的热值。热值是以用于平衡锅炉所用的水量的用水量和蒸汽生成量来计算的。结果示于表3。试验例2
如实验例1，分析实施例12中乳化燃料的燃烧和汽油单独燃烧(对比实施例7)的热值。结果示于表3。
表3 实施例1 对比实施例1 实施例12 对比实施例7 所用的燃料量 (1/H) 35 25 40 27.3 所用的水量 (汽化量)(1/H) 195 166 270 225 1升燃料产生的 水汽化量(1) 7.23 (5.57)* 6.64 8.77 (6.75)* 8.24
*实施例1和12括号中的值是指不计包含在乳化燃料中的水量在内的水蒸汽的量。但是，由于实施例1和12中有含量为23wt％的水，水蒸汽的量是以转化为煤油中的相同量来计算的。
如表3所示，当用煤油中的相同量比较实施例1和对比实施例1时，实施1中的水蒸汽至少比对比实施例1中的水蒸汽多0.85l。因此，可知实施例1中的热值更高。
以同样方法，当用煤油中的相同量比较实施例12和对比实施例7时，实施例12中的水蒸汽至少比对比实施例7中的水蒸汽多0.75l。因此，可知实施例12中的热值更高。
其结果是，本发明的乳化燃料显示了很高的燃烧效率，可节约煤油和汽油。实施例15
对比乳化燃料和现有的船用油的燃烧效率，分析蒸汽的生成量(热值)和排放出的气体成分。
在此情况下，将实施例1中含量为20wt％的混合物与船用油混合以制备乳化燃料。
排放的气体成分用BACHARACH MODE C300NSX来测量，且以用于平衡锅炉热耗所生成的蒸汽量的用水量来计算热值。
气压与大气压相等，供应锅炉的水是通过保持相等的蒸汽生成量和用水量以供水阀来控制并保持恒定的水位。
供应燃烧的燃料是以1批(8至24小时)的燃料总量和燃烧的全部时间来计算的。
供应的燃料量是通过校核每一时间单位的使用量由安装带有刻度的燃料箱将燃料供应到泵。
但是，在一些情况下需注意，如冬天时防止冰冻的加温过程和使用耐腐蚀的泵，因为乳化燃料中含水。结果示于表4和5。实施例16
除用汽油代替船用油使用外，沿用实施例15的过程。结果示于表4和5。实施例17
除用煤油代替船用油使用外，沿用实施例15的过程。结果示于表4和5。
表4 项目 允许的排放 标准 实施例15 实施例16 实施例17 B1) E2) R3) (％) G4) E2) R3) (％) K5) E2) R3) (％) 烟 - 1 1 - 1 1 - 1 1 - CO 350ppm 110.0 57.3 47.9 34.2 16.5 51.7 25.6 19.1 25.3 灰尘 40-150 (mg/Sm) 154.3 66.5 56.9 89.2 6.5 92.7 5.2 1.6 69.2 SOx 低于0.3％ 180ppm 124.1 99.6 19.7 7.4 6.1 17 4.6 3.0 34.7 NOx 低于 250ppm 201.1 173 14.0 88.5 57.8 34.6 81.8 36.3 55.6 1)船用油 2)乳化燃料 3)降低的百分率 4)汽油 5)煤油
表5 实施例15 实施例16 实施例17 B1) E2) G3) E2) K4) E2) 输入燃料量 (kg/30分钟) 13.58 14.69 13.02 14.01 10.00 12.76 供应的水量 (kg/30分钟) 105.20 111.79 109.44 108.86 100.25 114.98 净输入燃料量 (kg/30分钟) 11.99 11.11 9.96 蒸汽蒸发值 (kg/30分钟) 7.74 9.32 8.41 9.76 10.02 11.54 燃料减少百分率 (％) 20.41 16.4 15.16
1)船用油 2)乳化燃料
3)汽油 4)煤油
5)除去燃料中的水含量的净燃料量
如表4所示，与单独使用船用油、汽油及煤油的情况相比，使用船用油、汽油及煤油作为原油的本发明所述的乳化燃料的CO、灰尘、NOx及SOx的生成率明显地减少了。
从而，如表5所示，分别与使用船用油、汽油或煤油相比，本发明的乳化油提高了热值而节约了燃料。
已经发现本发明的乳发燃料具有许多优点，它能减少造成空气污染的主要因素污染物量，特加是氮氧化物的量。同时由于上述的乳化燃料能完全燃烧而限制了煤灰、烟等的生成。
如此限制的结果是，在燃烧室中依附于电热表面的煤灰减少了，提高了电热表面的热传递效果，降低了排放出的燃烧气体的温度，增加了锅炉的热效率。此外，因为高的燃烧效能，在能量节约方面也是卓有成效的。本发明的乳化燃料可方便地用于小型、中型及大型锅炉，而不用特殊设备为保持燃料的最佳状态控制燃料油与水的混合比。