一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法，其特征在于，向所述液体燃料或气体燃料中掺入灰分含量<3wt％且全硫含量<0.6wt％且平均粒径<500微米的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒。所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒是以碳质材料源经过微矿分离技术分离出低灰超细固体碳质材料颗粒后，又视情况需要再经过脱硫技术脱硫所得到的。本发明专利技术的方法最高可将液体燃料的单位体积下的能量密度提高至1.4倍，将气体燃料单位体积下的热值提高至4倍。

【技术实现步骤摘要】
一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法
本专利技术属于燃料添加剂领域，具体涉及一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法。
技术介绍
液体燃料和气体燃料是各种锅炉(包括热电厂、化工厂、供暖企业的各种工业锅炉)、内燃机(包括车用内燃机、船用内燃机和航空推进器)的主要燃料来源。人们希望提高这些燃料的燃料密度，以便提高发热或做功效率，提高运输工具的单位燃料储箱所对应的航行里程，以及减少单位热值下的燃料运输成本。现有的提高液体燃料和气体燃料的办法包括使用具有更高密度或者更高单位发热量的燃料，但燃料的密度和单位发热量的提高受制于燃料本身化学性质的束缚，是有其极限的。一种提高液体燃料或气体燃料密度的方法是向其中加入诸如超细铝粉之类的高能固体材料，但超细铝粉价格昂贵且容易自燃或爆炸，并不安全，因此仅适合应用于成本不敏感型的军工领域或者航空航天燃料领域，而不适合更为广阔的民用工业领域。人们希望有更好的办法来提供液体燃料和气体燃料的能量密度。本专利技术旨在解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法，该方法包括，向所述液体燃料或气体燃料中掺入灰分含量<3wt％且全硫含量<0.6wt％且平均粒径<500微米的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒。其中，当掺入液体燃料中时，所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒与液体燃料的质量比例控制为1:99～40:60，优选20:80～30:70，具体质量比例取决于前者在后者中的分散悬浮性能、所使用的分散剂种类和数量和所要求的能量密度目标值等，以所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒能稳定悬浮在液体燃料中为准。其中，当掺入气体燃料中时，所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒的粒径优选小于400微米，更优选小于300微米，还更优选小于200微米，进一步优选小于100微米，仍进一步优选小于50微米，最优选小于5微米。具体粒径将取决于气体燃料在输送管路中的流速，流速越大，则可以掺入的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒的粒径越大或者可掺入量越多，以所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒能稳定悬浮在气体燃料中并随气体燃料输送为准。当使用液体燃料时，还向所述液体燃料中加入分散剂，所述分散剂为具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，优选为松醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、辛醇、醚醇或酯类物质；所述分散剂的添加量为所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒的0.1～5wt％。分散剂的作用在于通过改进所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒与液体燃料中的表面性质而改善前者在后者中的悬浮稳定性。优选地，所述液体燃料选自烃类燃料、醇类燃料、醚类燃料、肼类燃料或水煤浆，以及任何其他液体燃料。其中所述烃类燃料包括汽油、柴油、煤油、重质油、渣油等常规石油基燃料，也包括高密度喷气燃料例如各种双环、螺环等类具有分子内张力的烃类燃料等。所述醇类燃料包括甲醇、乙醇等。所述醚类燃料包括甲醚、乙醚、乙二醇单甲醚等醚类燃料。所述肼类燃料包括肼、二甲肼等燃料。其中所述柴油优选为船用柴油，所述重质油和渣油是石油炼化行业中生产的低端燃料油，通常可用于常规锅炉中作为燃料使用。优选地，所述气体燃料选自天然气、煤基燃气、煤层气、沼气、油田伴生气或油制气。优选地，本专利技术中所使用的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒经过包含如下步骤的加工工艺得到：A、将包含不可燃矿物质和含碳-氢的可燃物的碳质材料源在水中湿磨至颗粒物的平均粒径小于500微米，在继续湿磨的过程中加入添加剂在水煤浆中使其充分混合分散均匀，得到含有添加剂的微纳水煤浆；B、向所述含有添加剂的微纳水煤浆中通入直径小于200微米的微气泡，其中黏附了所述添加剂的矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，其中含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，由此实现含碳-氢的可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离；C、根据步骤B得到的含碳-氢的可燃物颗粒的全硫含量，如果全硫含量<0.6wt％，则直接将步骤B得到的含碳-氢的可燃物颗粒分离出来后作为所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒；如果全硫含量>0.6wt％，将包含所述含碳-氢的可燃物颗粒的上浮物流浓缩后进行湿法脱硫，然后实施固液分离，将脱硫后的所述含碳-氢的可燃物颗粒分离出来，即得到所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒；或者，将包含所述含碳-氢的可燃物颗粒的上浮物流浓缩后在300-700℃下在惰性气体或贫氧气体条件下进行喷雾干燥并进行热解脱硫，即得到所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒；或者，将包含所述含碳-氢的可燃物颗粒的上浮物流脱水后成型造粒，然后将成型颗粒在300-700℃下进行热解脱硫，并再次粉碎至平均粒径<500微米，即得到所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒。优选地，所述湿法脱硫包括以下方式之一：A、添加脱硫剂脱硫，在温度150-400℃和压力0.5-25MPa的条件下向上浮物流中加入选自脱硫剂，所述脱硫剂选自过氧化氢、次氯酸钠、氧气、四氯乙烯、碳酸钠或氧化钙；B、高压水煮脱硫；C、氧化脱硫；D、微生物脱硫。其中，所述碳质材料源选自煤矸石、褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦、油页岩或煤液化残渣。为了简化起见，将步骤A中这些碳质材料源被磨碎后与水的混合物统称为“水煤浆”。由于经过上述步骤A和步骤B后，碳质材料源中所包含的不可燃矿物质和含碳-氢的可燃物能够各自以超细颗粒形式几乎完全彼此分离开，故将该步骤A和步骤B合称为“微矿分离技术”。优选地，步骤A中所述添加剂为亲水性纳米颗粒、捕收剂或表面活性剂，其中所述亲水性纳米颗粒为硅铝酸盐纳米颗粒，优选为通过将步骤B所分离出来的矿物质颗粒进一步研磨至纳米尺度范围而制得；其中所述捕收剂为有机硫代化合物.优选为碱金属的烷基二硫代碳酸盐；其中所述表面活性剂为具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，优选为松醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、辛醇、醚醇、酯类物质。这些所述表面活性剂的作用在于定向吸附于水-空气界面，降低水溶液的表面张力，使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。优选地，步骤A中的所述添加剂中还包括：pH值调整剂，例如石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸；和，絮凝剂，例如聚丙烯酰胺和淀粉。优选地，在步骤A中将所述碳质材料源粉碎成平均粒径小于500微米、优选小于400微米、优选小于300微米、优选小于200微米、优选小于100微米、优选小于50微米、优选小于20微米、优选小于10微米的颗粒，优选小于5微米的颗粒物。在步骤B中所述微气泡的直径为数微米至200微米，优选为数微米至数十微米，更优选所述微气泡的直径在碳质材料源颗粒的平均粒径的50％至200％范围内。优选地，步骤A中的所述添加剂中还可以包括：pH值调整剂和絮凝剂。其中所述pH调节剂例如石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸，其作用在于调节微纳水煤浆的酸碱度，用以控制矿物表面特性、矿浆化学组成以及其他各种药剂的作用条件，从而改善浮选效果；其中所述絮凝剂例如聚丙烯酰胺和淀粉，其作用在于使矿物细颗粒聚集成大颗粒，以加快其在水中的沉降速度；利用选择性絮凝进行絮凝-脱泥及絮凝-浮选。其中，在步骤A中将所述煤或煤矸石被粉碎成平均粒径小于500微米、优选小于400微米、优选小于300微米、优选小于200微米、优选小于100微米、优选小于50微米、优选小于20微米、优选小于10微米的颗粒，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法，其特征在于，向所述液体燃料或气体燃料中掺入灰分含量<3wt％且全硫含量<0.6wt％且平均粒径<500微米的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种提高液体燃料或气体燃料能量密度的方法，其特征在于，向所述液体燃料或气体燃料中掺入灰分含量<3wt％且全硫含量<0.6wt％且平均粒径<500微米的低硫低灰超细固体碳质材料颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当掺入液体燃料中时，所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒与液体燃料的质量比例控制为1:99～40:60，优选20:80～30:70；当掺入气体燃料中时，所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒的粒径优选小于400微米，更优选小于300微米，还更优选小于200微米，进一步优选小于100微米，仍进一步优选小于50微米，最优选小于5微米。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当使用液体燃料时，还向所述液体燃料中加入分散剂，所述分散剂为具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，优选为松醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、辛醇、醚醇或酯类物质；所述分散剂的添加量为所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒的0.1～5wt％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体燃料选自烃类燃料、醇类燃料、醚类燃料、肼类燃料或水煤浆；所述气体燃料选自天然气、煤基燃气、煤层气、沼气、油田伴生气或油制气。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒经过包含如下步骤的加工工艺得到：A、将包含不可燃矿物质和含碳-氢的可燃物的碳质材料源在水中湿磨至颗粒物的平均粒径小于500微米，在继续湿磨的过程中加入添加剂在水煤浆中使其充分混合分散均匀，得到含有添加剂的微纳水煤浆；B、向所述含有添加剂的微纳水煤浆中通入直径小于200微米的微气泡，其中黏附了所述添加剂的矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，其中含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，由此实现含碳-氢的可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离；C、根据步骤B得到的含碳-氢的可燃物颗粒的全硫含量，如果全硫含量<0.6wt％，则直接将步骤B得到的含碳-氢的可燃物颗粒分离出来后作为所述低硫低灰超细固体碳质材料颗粒；如果全硫含量>0.6wt％，将包含所述含碳-氢的可燃物颗粒的上浮物流浓缩后进行湿法脱硫，然后实施...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科，吴昌宁，翁力，
申请(专利权)人：深圳瑞科天启科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44