CN104449888A

CN104449888A - 一种硝基化煤焦油含醇燃料及其制备方法

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Publication number: CN104449888A
Application number: CN201410546363.5A
Authority: CN
Inventors: 王根俊; 徐崇贵; 蒙亮晓; 周厚宇; 钱蕾; 王小侠
Original assignee: GUIZHOU QIANSHENG ENERGY INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: GUIZHOU QIANSHENG ENERGY INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: CN104449888B

Abstract

本发明涉及燃油技术领域，尤其是一种硝基化煤焦油含醇燃料及其制备方法，通过原料油、催化剂、硝酸溶液、醇、尿素进行配比，并结合工艺步骤中的工艺参数以及控制各种原料加入的顺序以及时机，使得原料油中的性能得到准确的改性，进而改善了油的运动粘度，水分质量百分含量以及醇物质的含量，进一步的提高了原料油的性能；并且相比纯醇以及传统的含醇燃料来说，其运动粘度较优，含水量较低，燃烧后烟尘排放量较少，能够被较大程度的完全燃烧，提高了燃料的燃烧值，降低了能源的消耗。

Description

一种硝基化煤焦油含醇燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃油技术领域，尤其是一种硝基化煤焦油含醇燃料及其制备方法。

背景技术

煤焦油分为高温和中低温焦油两大类。本领域技术人员了解煤焦油及其初加工的系列品，其理论燃烧热值和汽、柴油相比要低10～20％。在实际应用中由于燃烧工况差，其实际释放的热值大打折扣，为此也有人为此做出了研究。即采用加氢还原的方式将煤焦油这种较大分子的还原成低分子油，进而使得煤焦油的质量得到较大程度的提高，提高了煤焦油的燃烧热值，进而使得煤焦油能够被充分燃烧，进而降低了能源的浪费；但是，由于加氢工艺条件苛刻，设备投资巨大，难以处理国内存贮的大量焦油；也使得对煤焦油的处理成本较大，为此大多数直接应用煤焦油以及煤焦油系列产品的初加工产品来进行燃烧应用，而这种直接燃烧应用难以达到完全燃烧，进而造成大量的能源浪费；同时，煤焦油储存由于其化学成分复杂，易挥发，进而使得空气、水体遭受严重的污染；并且在直接燃烧过程中，将会导致大量的烟尘排放，使得燃烧炉内的水冷壁管和省煤器外表面积碳造成换热强度下降。而目前现有技术中，除了加氢还原以外，还有加氧方法，但是，对于采用加氧处理方法也存在着较为苛刻的条件，主要是采用硝基化处理而接枝硝基在煤焦油中的复杂化合物中，这种工艺需要了解煤焦油中的成分能否与硝基进行接枝反应，进而需要对化学反应的技术参数以及原料配入时间进行准确控制，进一步的提高了对煤焦油处理的难度，增大了煤焦油处理成本；同时，获得的燃料的完全燃烧程度依然不高，仍然会造成大量的烟尘排放，进而造成原料能源的散失与浪费。

为此，本研究人员基于上述技术问题，从煤焦油以及采用煤焦油为原料进行初加工获得的油品出发，通过硝基化、中和反应、醇化，沉降等技术的结合应用，并在工艺中准确控制原料加入的顺序以及加入时机，进而为煤焦油的改性处理提供了一种新选择。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种硝基化煤焦油含醇燃料及其制备方法。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种硝基化煤焦油含醇燃料，该燃料的运动粘度为2.6-4.1mm²/s、水分质量百分含量为0.6-1.9％、醇质量百分含量为25-46％。

该燃料的运动粘度为3.35mm2/s、水分质量百分含量为1.2％、醇质量百分含量为35％。

所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油360-515份、催化剂3-8份、硝酸溶液5-60份、氢氧化钠溶液0-400份、醇0-300份、尿素0-8份；其中氢氧化钠溶液、醇、尿素三种原料中，只能一种原料为0份。

所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油515份、催化剂8份、硝酸溶液25份、氢氧化钠溶液15份、醇255份、尿素5份。

所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油500份、催化剂6份、硝酸溶液60份、氢氧化钠溶液400份、尿素8份。

所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油500份、催化剂3份、硝酸溶液32份、氢氧化钠溶液30份、醇150份。

所述的原料油为煤焦油、以煤焦油为原料初加工得到的洗油，蒽油，酚油和轻油以及页岩油中的一种。

所述的硝酸溶液为质量百分含量是60～95％的工业硝酸；所述的醇为乙醇、甲醇中的一种；

所述的乙醇是质量百分含量为95％～99.9％的工业乙醇或燃料级乙醇中的一种；

所述的甲醇是质量百分含量为95～99.9％的工业甲醇。

所述的催化剂为六水硝酸镁、硝酸钠、氯酸钠中的一种。

该硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为-5℃-19℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在50-60min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为80-90r/min，搅拌10-15min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌5-10min，使得反应釜内的温度由-5℃-25℃升温到50-70℃后，停止搅拌，硝基化2-4h，并调整温度为20-30℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为60-80r/min，待加入完成之后，持续搅拌5-60min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。

本发明本着不探索焦油中脂肪烃，多环芳烃、蒽类、芴类、和菲类等上千种化合物在和硝酸反应后生成何种硝基化合物，也不追求焦油中有机物在硝化之后生成的硝基化合物总量要高。唯一衡量的指标是硝基化后煤焦油同一定比例的甲醇、乙醇掺混得到硝基化煤焦油含醇燃料在实际应用中能够提高燃烧效率并达到减少碳烟排放量的目的。

选择硝基化法的原因是该反应可在常温以及零度以下的环境条件进行，通过硝基化反应释放的反应热维持一定的温度和反应速度。生成一部分硝基化合物有利于煤焦油充分燃烧即可。硝基化的设备采用通用的搪玻璃反应器和配套的辅助设备，经过硝基化的煤焦油在辅助设备包括循环水冷却***、回流冷凝器、输送泵和过滤器，在滤后进入调和罐加入醇类物质中和剂和还原剂后即得硝基化煤焦油含醇燃料。下脚料沥青质收集后送往碳素厂加工碳素制品。进而达到减少污染源，降低废物排放，使得在改变煤焦油性能的前提下，进一步的避免了废弃物的排放。

尿素可起到部分消除有害气体氧化氮(NOx)使其还原为无害的氮气(N2)的作用。

醇类指甲醇和乙醇，将醇类物质在硝基化煤焦油中添加一定比例后可起到调解产品粘度的作用。

与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：

①通过原料油、催化剂、硝酸溶液、醇、尿素进行配比，并结合工艺步骤中的工艺参数以及控制各种原料加入的顺序以及时机，使得原料油中的性能得到准确的改性，进而改善了油的运动粘度，水分质量百分含量以及醇物质的含量，进一步的提高了原料油的性能。

②本发明的含醇燃料相比纯醇以及传统的含醇燃料来说，其运动粘度较优，含水量较低，燃烧后粉尘排放量较少，能够被较大程度的完全燃烧，提高了燃料的燃烧值，降低了能源的消耗。

③本发明的含醇燃料的制备工艺简单，技术指标单一，制作成本低廉。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种硝基化煤焦油含醇燃料，该燃料的原料成分，以重量份计为原料油360kg、催化剂3kg、硝酸溶液5kg、醇300kg、尿素8kg。

所述的原料油为煤焦油。

所述的硝酸溶液为质量百分含量是60％的工业硝酸；所述的醇为乙醇；

所述的乙醇是质量百分含量为95％的工业乙醇；

所述的催化剂为六水硝酸镁。

该硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为-5℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在50min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为80r/min，搅拌10min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌5min，使得反应釜内的温度由-5℃升温到50℃后，停止搅拌，硝基化2h，并调整温度为20℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为60r/min，待加入完成之后，持续搅拌5min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。

检测结果为：该燃料的运动粘度为3.35mm2/s、水分质量百分含量为1.2％、醇质量百分含量为35％。

实施例2

一种硝基化煤焦油含醇燃料，该燃料的原料成分，以重量份计为原料油515kg、催化剂8kg、硝酸溶液60kg、氢氧化钠溶液400kg、醇300kg。

所述的原料油为以煤焦油为原料初加工得到的洗油。

所述的硝酸溶液为质量百分含量是95％的工业硝酸；所述的醇为甲醇；

所述的甲醇是质量百分含量为95％的工业甲醇。

所述的催化剂为硝酸钠。

该硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为19℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在60min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为90r/min，搅拌15min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌10min，使得反应釜内的温度由25℃升温到70℃后，停止搅拌，硝基化4h，并调整温度为30℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为80r/min，待加入完成之后，持续搅拌60min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。

检测结果为：该燃料的运动粘度为2.6mm²/s、水分质量百分含量为0.6％、醇质量百分含量为25％。

实施例3

一种硝基化煤焦油含醇燃料，该燃料的原料成分，以重量份计为原料油515kg、催化剂8kg、硝酸溶液25kg、氢氧化钠溶液15kg、醇255kg、尿素5kg。

所述的原料油为以煤焦油为原料初加工得到的蒽油。

所述的硝酸溶液为质量百分含量是70％的工业硝酸；所述的醇为乙醇；

所述的乙醇是质量百分含量为99.9％的燃料级乙醇；

所述的催化剂为氯酸钠。

该硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为10℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在55min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为85r/min，搅拌13min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌8min，使得反应釜内的温度由20℃升温到60℃后，停止搅拌，硝基化3h，并调整温度为25℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为70r/min，待加入完成之后，持续搅拌35min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。

检测结果为：该燃料的运动粘度为4.1mm2/s、水分质量百分含量为1.9％、醇质量百分含量为46％。

实施例4

一种硝基化煤焦油含醇燃料，该燃料的原料成分，以重量份计为原料油500kg、催化剂6kg、硝酸溶液60kg、氢氧化钠溶液400kg、尿素8kg。

所述的原料油为以煤焦油为原料初加工得到的酚油。

所述的硝酸溶液为质量百分含量是80％的工业硝酸；所述的醇为甲醇；

所述的甲醇是质量百分含量为99.9％的工业甲醇。

所述的催化剂为六水硝酸镁。

该硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为15℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在57min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为83r/min，搅拌11min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌9min，使得反应釜内的温度由13℃升温到57℃后，停止搅拌，硝基化3.5h，并调整温度为27℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为77r/min，待加入完成之后，持续搅拌55min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。

检测结果为：该燃料的运动粘度为3.1mm²/s、水分质量百分含量为1.1％、醇质量百分含量为29％。

实施例5

一种硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，取焦化厂脱水高温焦油515千克泵入反应釜中，在环境温度19℃的条件下，加入六水硝酸镁8千克，开启搅拌器，边搅拌边加入含量为60％的工业硝酸25千克，加入完毕后持续搅拌5分钟。使得釜内温度由19℃升温至70℃，停止搅拌，硝化2小时后，再开启搅拌器，边向其中采取边搅拌边加氢氧化钠饱和甲醇溶液按照3:1混合配制的混合溶液20千克，调整釜液PH值呈中性，再向反应釜中补加质量百分含量为98.9％的工业甲醇250千克、尿素5千克，搅拌1小时后，沉降10分钟，并排出下方软沥青50千克，获得煤焦油含醇燃料790千克。

检测：运动粘度3.0mm2/s、水分1.2％、甲醇含量38％。

将其应用于柴油灶燃烧试验，结果为火力猛，无味、无烟。

实施例6

一种硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，取焦化厂煤焦油初加工脱萘洗油500千克，泵入反应釜中，加入六水硝酸镁6千克，开启搅拌器，在1小时内分三次加入质量百分含量为60％的硝酸60千克。调整反应温度在5分钟内由25℃升温至50℃，待反应5小时后，将温度降至30℃。测定硝基化后的洗油，结果显酸性，再向其中加氢氧化钠饱和溶液400千克调整至中性，再向其中加入尿素8千克，开启搅拌器搅拌10分钟后，沉降10min，滤除渣子，得到洗油含醇燃料968千克。

检测：运动粘度2.8mm2/s、甲醇含量46％、水分1.9％。

在电站应用试验：和原来燃用洗油相比具有无黑烟，火焰亮度高，用光学高温计测和使用普通洗油相比，温度高出40～70℃。反应炉内积碳明显减少，动力车间异味减少。

实施例7

一种硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，取中低温焦油500千克在环境温度0℃的条件下泵入反应釜中，加入六水硝酸镁3千克，开启搅拌器，在1小时内分三次加入质量百分含量为90％的浓硝酸32千克。调整反应釜升温至51℃，待反应4小时后，调整反应釜降温至20℃，泵入氢氧化钠饱和乙醇溶液180千克，使釜液转为中性，加入尿素6.2千克，搅拌5分钟，过滤，得煤焦油含醇燃料680千克。

检测：运动粘度4.1mm2/s、水分0.6％、乙醇含量25％。

使用小型试验炉，并采用烧咀喷入炉内，用光学高温计在人孔处观察，火焰平均温度在1750℃，排烟孔无烟、无异味。

实施例8

一种硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，取蒽油360千克泵入反应釜，并加氯酸钠3千克，开启搅拌器，边搅拌边慢慢滴入质量百分含量为90％的硝酸5千克；调整反应釜温度由-5℃升至50℃。反应2小时，并调整釜温降至20℃，再加入甲醇300千克，搅拌10分钟，过滤，得煤焦油含醇燃料650千克。

检测：运动粘度2.6mm2/s、水分1.2％、甲醇含量45％。

在城市中心浴室锅炉使用，无烟无味，可替代柴油，比烧甲醇更廉价。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述，并不是对本发明的技术方案做进一步的限制，本领域技术人员在此基础上做出的非突出的实质性特征和非显著的进步，均属于本发明的保护范畴。

Claims

1.一种硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，该燃料的运动粘度为2.6-4.1mm²/s、水分质量百分含量为0.6-1.9％、醇质量百分含量为25-46％。

2.如权利要求1所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，该燃料的运动粘度为3.35mm²/s、水分质量百分含量为1.2％、醇质量百分含量为35％。

3.如权利要求1或2所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油360-515份、催化剂3-8份、硝酸溶液5-60份、氢氧化钠溶液0-400份、醇0-300份、尿素0-8份；其中氢氧化钠溶液、醇、尿素三种原料中，只能一种原料为0份。

4.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油515份、催化剂8份、硝酸溶液25份、氢氧化钠溶液15份、醇255份、尿素5份。

5.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油500份、催化剂6份、硝酸溶液60份、氢氧化钠溶液400份、尿素8份。

6.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的燃料的原料成分，以重量份计为原料油500份、催化剂3份、硝酸溶液32份、氢氧化钠溶液30份、醇150份。

7.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的原料油为煤焦油、以煤焦油为原料初加工得到的洗油，蒽油，酚油和轻油以及页岩油中的一种。

8.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的硝酸溶液为质量百分含量是60～95％的工业硝酸；所述的醇为乙醇、甲醇中的一种；所述的乙醇是质量百分含量为95％～99.9％的工业乙醇或燃料级乙醇中的一种；所述的甲醇是质量百分含量为95～99.9％的工业甲醇。

9.如权利要求3所述的硝基化煤焦油含醇燃料，其特征在于，所述的催化剂为六水硝酸镁、硝酸钠、氯酸钠中的一种。

10.如权利要求1-9任一项所述的硝基化煤焦油含醇燃料的制备方法，其特征在于，按配比取原料份，将原料油泵入反应釜中，调整温度为-5℃-19℃，并向其中加入催化剂，其中催化剂加入时间为在50-60min加入完成，并将其分成3次加入，再开启搅拌机，调整搅拌机的搅拌速度为80-90r/min，搅拌10-15min后，再向其中加入硝酸溶液，恒速搅拌5-10min，使得反应釜内的温度由-5℃-25℃升温到50-70℃后，停止搅拌，硝基化2-4h，并调整温度为20-30℃后，再向其中依次加入氢氧化钠溶液、醇、尿素中的两种或者三种物质之后，并采用边加入边搅拌的方式加入，其中搅拌的速度为60-80r/min，待加入完成之后，持续搅拌5-60min后，对其沉降10min后，过滤，获得滤渣和滤液，滤渣作为碳素厂生产原料；滤液即为硝基化煤焦油含醇燃料。