CN102876408B - 提高水焦浆稳定性的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料制备与高效利用，旨在提供一种提高水焦浆稳定性的方法和装置。该方法是向水焦浆中加入起泡剂并完成初步混合均匀；利用设于储罐或搅拌罐底部的气泡发生装置向水焦浆中喷射空气并形成直径为0.5～1mm的微小气泡。该装置是在储罐或搅拌罐的底部设有气泡发生装置。本发明采用的气泡装置和方法简单易行，大幅度提高水焦浆的稳定性，同时对浆体具有搅拌作用，适用范围广。采用的起泡剂价格低廉，容易获得。此外，拥有大量微小气泡的水焦浆更有利于管道输送和雾化燃烧。
Description
技术领域
本发明属于燃料制备与高效利用领域，具体涉及一种水焦浆提高稳定性的方法和装置。
背景技术
水焦浆是一种由石油焦、水和化学添加剂组成的浆状液体燃料，其流动特性类似重油，是一种新型的代油燃料，可以作为电站锅炉、工业炉窑的动力燃料和气化炉的气化燃料。
石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的产品。从外观上看，石油焦为形状不规则的黑色块状（或颗粒），具多孔隙结构，有金属光泽。石油焦含碳量约在90%左右，具有热值高的特点，因此可用作燃料。目前燃料型石油焦多采用循环流化床技术，但投资和运行费用相当高。
由煤、水和添加剂制成的水煤浆是一种新型的代油燃料，能像油一样保存、输送和雾化燃烧，并具有燃烧效率高、污染物排放低等优点，已在我国较好推广应用。随着水煤浆技术的发展，用石油焦制浆也受到人们的广泛关注，即由60-70%左右的石油焦、30-40%左右的水和0.5-1%左右的添加剂混合制成水焦浆。水焦浆秉承了水煤浆的优点，是一种清洁高效的代油液体燃料。
衡量水焦浆燃料优劣的指标有水焦浆的成浆性（浓度）、水焦浆稳定性和流变性。国内外已有学者对水焦浆的成浆性、水焦浆稳定性和流变性以及影响水焦浆性质的因素进行研究，如石油焦固有的理化特性、粒度分布以及添加剂与石油焦的匹配性等。
研究和应用结果表明，水焦浆的成浆浓度较高，可以达到70%，并具有较好的流动特性，是一种较好的动力燃料和气化燃料，但水焦浆的稳定性较差，有些水焦浆在几小时或一天内就会出现沉淀现象，与3个月内不发生硬沉淀的基本要求相差甚远，严重阻碍了水焦浆燃料的发展和进一步推广应用。
因此，如何低成本有效提高水焦浆燃料的稳定性具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有水焦浆制备或储存工艺中的不足，提供一种用于水焦浆制备厂或应用厂在水焦浆储存过程中提高稳定性的方法和装置。
为解决技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
提供一种提高水焦浆稳定性的方法，是向水焦浆中加入起泡剂并完成初步混合均匀，起泡剂为阴离子表面活性剂且占混合物的质量百分比为0.03%-0.05%；利用设于储罐或搅拌罐底部的气泡发生装置向水焦浆中喷射空气并形成直径为0.5～1mm的微小气泡。
本发明中，所述起泡剂是十二烷基硫酸钠或α-烯基磺酸钠中的至少一种。
本发明中，所述的水焦浆由质量百分比组成为60～70%的石油焦、30～40%的水和0.5～1%的添加剂组成，添加剂为木质素磺酸盐。
本发明中，所述起泡剂是在水焦浆制备过程中加入水焦浆，或者加入至储罐或搅拌罐里的水焦浆中。
本发明中，所述喷射空气并形成气泡的操作为间断运行，每次运行的时间为20～30分钟。
本发明中，所述气泡发生装置包括布置在罐底的多组排管或圈管，排管或圈管之间通过连接管相通；排管或圈管的进气口接至压缩机，由压缩机提供0.1～0.4MPa的压缩空气。
本发明中，所述排管布置于截面为方形或矩形的储罐或搅拌罐的罐底；所述圈管布置于截面为圆形的储罐或搅拌罐的罐底。
本发明中，所述圈管或排管上开有若干组用于喷射空气的小孔，每3个小孔为一组；各组小孔位于圈管或排管的同一截面上，其中位于中间的小孔朝着正上方开设，相邻小孔之间的径向夹角为20～30°。
本发明进一步提供了一种用于实现前述方法的装置，包括用于盛装水焦浆的储罐或搅拌罐，在储罐或搅拌罐的底部设有气泡发生装置；该气泡发生装置包括布置在罐底的多组排管或圈管，排管或圈管之间通过连接管相通；排管或圈管的进气口接至压缩机，由压缩机提供0.1～0.4MPa的压缩空气；所述圈管或排管上开有若干组用于喷射空气的小孔，每3个小孔为一组；各组小孔位于圈管或排管的同一截面上，其中位于中间的小孔朝着正上方开设，相邻小孔之间的径向夹角为20～40°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用压缩空气通过设置简单的气泡发生装置，使水焦浆中充满微小气泡，增加浆液中固相颗粒的向下移动位阻，提高浆体燃料的稳定性。
本发明采用的气泡装置和方法简单易行，不改变水焦浆原有性质，微小气泡悬浮在浆液中能有效减缓固相颗粒物的沉淀，大幅度提高水焦浆的稳定性，同时对浆体具有搅拌作用。作用效果与水焦浆的燃料种类、添加剂等关系不大，因此适用范围广。采用的起泡剂为常用的十二烷基硫酸钠和α-烯基磺酸钠等阴离子表面活性剂，价格低廉，容易获得。此外，拥有大量微小气泡的水焦浆更有利于管道输送和雾化燃烧。
附图说明
图1 水焦浆的析水率随吹气时间的变化。
图2 水焦浆的倒出率随吹气时间的变化。
图3 水焦浆的析水率随起泡剂含量的变化。
图4 水焦浆的倒出率随起泡剂含量的变化。
图5为本发明中水焦浆稳定方法和装置的示意图。
图6为圈管形式的气泡发生装置示意图。
图7为排管形式的气泡发生装置示意图。
图8为气泡发生管上的出气小孔分布示意图。
附图标记：1水焦浆、2储罐或搅拌罐、3气泡、4气泡发生装置（管圈或管排）、5连接管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施进行说明。
用于实现水焦浆稳定的装置包括用于盛装水焦浆1的储罐或搅拌罐2，在储罐或搅拌罐2的底部设有气泡发生装置4；该气泡发生装置4包括布置在罐底的多组排管或圈管，排管或圈管之间通过连接管5相通；排管或圈管的进气口接至压缩机，由压缩机提供0.1～0.4MPa的压缩空气；所述圈管或排管上开有若干组用于喷射空气并形成气泡3的小孔，每3个小孔为一组；各组小孔位于圈管或排管的同一截面上，其中位于中间的小孔朝着正上方开设，相邻小孔之间的径向夹角为20～30°。
在气泡发生装置4工作前，水焦浆1中必须已加入起泡剂十二烷基硫酸钠或α-烯基磺酸钠，并且和原浆液初步混合均匀。起泡剂的加入可在水焦浆制备厂完成，也可以在终端用户的炉前输送***或储罐或搅拌罐2里加入。当罐内盛有含起泡剂的水焦浆后，启动压缩机，使压缩空气进入气泡发生装置4，并利用其小孔使压缩空气喷射入浆液中，在起泡剂的配合下，会在浆液里形成大量微小的气泡。这样气泡均匀悬浮分布在水焦浆1中，通过位阻效应，有效减缓固相颗粒物的沉淀，提高水焦浆的稳定性。
喷射入浆液中的压缩空气除形成气泡外，对水焦浆1还具有搅拌匀化作用，提高水焦浆1的流动性。
气泡发生装置4为定期运行，时间可根据水焦浆1的质量和用户的储存时间要求确定，每次运行时间为20-30分钟。
本发明的应用实例：
实验选用金山石化石油焦制备水焦浆，石油焦特性分析如表1所示。
表1 石油焦的工业分析和元素分析
制备的水焦浆使用木质素磺酸盐分散剂，选用两种阴离子表面活性剂：十二烷基硫酸钠（K12）和α-烯基磺酸钠（AOS）作起泡剂。采用析水率和倒出率（测试水焦浆稳定性的国家标准）作为评价方法。析水率：制备好的水焦浆在经过一定时间后，表面会析出一层清水，这部分清水与水焦浆中总水量的比值，析水率越低，稳定性越好；倒出率：制备好的水焦浆在经过一定时间后，从瓶中能自由倒出的数量与水焦浆总量比值，倒出率越高，稳定性越好。
由图1和图2可见，水焦浆制备好15天后，无气泡水焦浆的析出率约为7%，而气泡水焦浆最小析水率可降至4%左右；无气泡水焦浆的倒出率只有30%而气泡水焦浆最大倒出率可提高至80%以上。
起泡剂为阴离子表面活性剂，占混合物的质量百分比为0.03%-0.05%。但由图3和图4可见，无论使用那种起泡剂，在含量为0.03%时稳定性最好。说明加入过多的起泡剂对浆体稳定性并没有帮助，过多的起泡剂会产生过于密集的起泡，气泡间容易相互结合，形成体积较大的不稳定气泡。
Claims (5)
1.一种提高水焦浆稳定性的方法，其特征在于，向水焦浆中加入起泡剂并完成初步混合均匀，起泡剂为阴离子表面活性剂且占混合物的质量百分比为0.03％-0.05％；利用设于储罐或搅拌罐底部的气泡发生装置向水焦浆中喷射空气并形成直径为0.5～1mm的微小气泡；
所述的水焦浆由质量百分比组成为60～70％的石油焦、30～40％的水和0.5～1％的添加剂组成，添加剂为木质素磺酸盐，各组分的含量之和为100％；
所述起泡剂是十二烷基硫酸钠或α-烯基磺酸钠中的至少一种；是在水焦浆制备过程中加入水焦浆，或者加入至储罐或搅拌罐里的水焦浆中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射空气并形成气泡的操作为间断运行，每次运行的时间为20～30分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气泡发生装置包括布置在罐底的多组排管或圈管，排管或圈管之间通过连接管相通；排管或圈管的进气口接至压缩机，由压缩机提供0.1～0.4MPa的压缩空气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排管布置于截面为方形或矩形的储罐或搅拌罐的罐底；所述圈管布置于截面为圆形的储罐或搅拌罐的罐底。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述圈管或排管上开有若干组用于喷射空气的小孔，每3个小孔为一组；各组小孔位于圈管或排管的同一截面上，其中位于中间的小孔朝着正上方开设，相邻小孔之间的径向夹角为20～40°。
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