专利名称：一种煤沥青燃料油乳化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于乳化剂制备及应用技术领域，具体涉及一种煤沥青燃料油乳化剂及其制备方法。
背景技术：
由于石油资源的短缺使得很多工业炉窑由燃重油改为燃烧煤沥青燃料油。如玻璃企业经过对烧嘴的改进已成功地利用煤沥青燃料油替代重油用于玻璃炉窑，但在环境方面特别是燃烧不完全仍存在问题。煤焦油燃料油其粘度大，直接燃烧雾化困难。同时由于其含有大量缩合芳环结构，燃烧过程容易积碳。引入乳化燃烧技术则可大大改善其燃烧性能，使得燃料油燃烧更完全，伴随燃烧过程的水蒸气气化反应，可以避免积碳的生成；同时，燃烧过程由于乳液“微爆”而超雾化，大大加快了燃烧速度，减少了物理上的不完全燃烧和排烟损失，提高了燃烧效率，并能环境友好。煤沥青乳化燃料油制备的关键是乳化剂的开发。目前有关石油沥青及重油乳化剂较多，但不适用于煤沥青燃料油，因为煤沥青与石油沥青的结构差异较大，煤沥青以缩合芳环结构为主，石油沥青含大量脂肪结构。
发明内容
本发明提供一种煤沥青燃料油乳化剂及其制备方法。
本发明煤沥青燃料油乳化剂主要以煤焦油馏分为主要原料，由煤焦油馏分经磺化、水解、甲醛缩合、中和后经干燥制得。
该乳化剂主要由煤焦油馏分、硫酸、甲醛和氢氧化钠经合成而得，其中各原料按质量份数计分别为煤焦油馏分100份，浓硫酸30-100份，甲醛7-30份，氢氧化钠30-40份。
具体制备方法是如下(1)磺化称取一定量煤焦油馏分加热至140-160℃，在带回流的条件下缓慢滴加浓硫酸，在160-180℃区域保温1.5-2小时进行磺化反应。
煤焦油馏分磺化时温度应在160℃-180℃之间，过高会使反应磺化过度，甚至溶液固化结块。
煤焦油馏分是煤焦油蒸馏所得的萘油、洗油和蒽油三种中的任一馏分，浓硫酸是工业级95％或98％硫酸。
(2)水解磺化结束后冷却反应物至120-140℃，加入水搅拌水解30-40分钟，控制溶液的PH为2.8左右。
因为磺酸基的位置会影响乳化效果，可采用水解方法将易于水解的亲水效果较差的磺酸基除去。
(3)缩合水解结束后滴加37％甲醛水溶液，控制反应温度110-130℃，缩合反应1.5-2.5小时。
由乳化剂分子量较大具有较好乳化性能的原理可知，生成的单分子亲油基团通过胶联剂甲醛缩合为更大分子量的乳化剂，使其具有更佳的乳化效果。
(4)中和控制中和反应温度在120℃，向缩合产物加入配制好的30％NaOH水溶液，将反应产物中和为中性。
由硫酸用量折算出硫酸的摩尔数，按照H2SO4∶NaOH＝1∶2的比例，得到中和用NaOH，配制所需要的30％NaOH水溶液。
(5)干燥将中和产物经干燥后制得煤沥青燃料油乳化剂。
采用煤焦油馏分作为乳化剂的亲油基，因而对煤焦油沥青具有很好的亲合性，所制得的煤沥青燃料油乳液稳定性较高，应用于煤沥青燃料油的乳化效果较好，形成油包水(W/O)型乳液，所得乳液的稳定性好。
该煤沥青燃料油乳化剂的具体乳化过程如下1、胶体磨法称取一定量的煤沥青燃料油加热至所140℃，称取一定量的乳化剂及稳定剂加到定量水中，搅拌使乳化剂溶解，调整至规定的PH值，并将水溶液加热至90℃，然后加入到事先经预热的胶体磨中，启动胶体磨，然后缓慢加入备好的煤沥青燃料油，研磨3min，放出乳液即为乳化煤沥青燃料油。测定乳液的稳定性和黏度，对乳液性质进行表征。
采用煤焦油馏分作为乳化剂的亲油基，因而对煤焦油沥青具有很好的亲合性，所制得的煤沥青燃料油乳液稳定性较高。
2、搅拌法称取一定量的乳化剂溶于水中，加热搅拌使其溶解保持温度为80℃；另称取一定量的煤沥青燃料油，加热120℃，搅拌沥青燃料油1分钟后缓慢加入乳化剂水溶液，继续搅拌并保持一定温度80～90℃，搅拌60分钟后放出乳液即为乳化煤沥青燃料油。测定乳液的稳定性和黏度，对乳液性质进行表征。
3、静态混合器法这是一种连续制备乳化煤沥青燃料油的方法。温度约为120℃的煤沥青燃料油泵入静态混合器，在此与一定流量80℃乳化剂水溶液混合经过静态混合器，送入煤沥青燃料油乳液贮槽。乳化剂水溶液的浓度控制乳化剂量为煤沥青燃料油的0.5～1.2％，乳液含水10～30％。
本乳化剂主要原料为煤焦油馏分，与煤沥青燃料油的亲合性好，乳化剂的成本低，性能价格比高，可以应用到所有燃烧煤沥青燃料油的炉窑，具有明显的节能和环保效果。
具体实施例方式
实施例1(1)称取100g的煤焦油馏分加热至140℃，在带回流的条件下缓慢滴加80g硫酸，在160-180℃区域保温2小时进行磺化反应。
(2)磺化结束后冷却反应物至140℃，加入75g水搅拌水解40分钟，控制溶液的PH为2.8。
(3)水解结束后滴加18g甲醛(37％水溶液)，控制反应温度110℃，缩合反应2小时。
(4)缩合反应结束后降低反应温度至120℃加入NaOH(30％水溶液)中和至中性。
(5)将上述中和产物干燥后即得到煤沥青燃料油乳化剂产品A1。
实施例2(1)称取100g的煤焦油馏分加热至160℃，在带回流的条件下缓慢滴加70g硫酸，在160-180℃区域保温2小时进行磺化反应。
(2)磺化结束后冷却反应物至140℃，加入60g水搅拌水解30分钟，控制溶液的PH为2.8。
(3)水解结束后滴加20g甲醛(37％水溶液)，控制反应温度130℃，缩合反应1.5小时。
(4)缩合反应结束后降低反应温度至120℃加入NaOH(30％水溶液)中和至中性。
(5)将上述中和产物干燥后即得到煤沥青燃料油乳化剂产品A2。
实施例3(1)称取100g的煤焦油馏分加热至150℃，在带回流的条件下缓慢滴加100g硫酸，在160-180℃区域保温1.5小时进行磺化反应。
(2)磺化结束后冷却反应物至130℃，加入100g水搅拌水解30分钟，控制溶液的PH为2.8。
(3)水解结束后滴加28g甲醛(37％水溶液)，控制反应温度110℃，缩合反应2.5小时。
(4)缩合反应结束后降低反应温度至120℃加入NaOH(30％水溶液)中和至中性。
(5)将上述中和产物干燥后即得到煤沥青燃料油乳化剂产品A3。
实施例4(1)称取100g的煤焦油馏分加热至150℃，在带回流的条件下缓慢滴加58g硫酸，在160-180℃区域保温1.5小时进行磺化反应。
(2)磺化结束后加入冷却反应物至130℃，加入50g水搅拌水解30分钟，控制溶液的PH为2.6。
(3)水解结束后滴加8g甲醛(37％水溶液)，控制反应温度130℃，缩合反应1.5小时。
(4)缩合反应结束后降低反应温度至120℃加入NaOH(30％水溶液)中和至中性。
(5)将上述中和产物干燥后即得到煤沥青燃料油乳化剂产品A4。
实施例5(1)称取100g的煤焦油馏分加热至150℃，在带回流的条件下缓慢滴加35g硫酸，在160-180℃区域保温2小时进行磺化反应。
(2)磺化结束后加入冷却反应物至120℃，加入40g水搅拌水解30分钟，控制溶液的PH为2.4。
(3)水解结束后滴加7g甲醛(37％水溶液)，控制反应温度120℃，缩合反应1.5小时。
(4)缩合反应结束后降低反应温度至120℃加入NaOH(30％水溶液)中和至中性。
(5)将上述中和产物干燥后即得到煤沥青燃料油乳化剂产品A5。
以上实施例制备的乳化剂应用于煤沥青燃料油的乳化效果见表1。
表1乳化剂对煤沥青燃料油的乳化效果
*乳液稳定性是指乳液室温贮存于稳定管24小时后稳定管上下乳液含水量水之差，因而稳定性数值越小表明乳液的稳定性越高。具体方法参见石油化工行业标准SH/J0099.5-92石油沥青乳液室温稳定性测定标准。
由表1煤沥青燃料油的乳化效果可以看出，所制得的5例乳化剂在加入量为0.7～1％(占燃料油质量)，乳液含水量为10～30％的较大范围内，可以得到稳定的煤沥青燃料油乳液。由于所制得的煤沥青燃料油乳液属于油包水(W/O)型，因而所得乳液的黏度与原来的燃料油相近。由此制得的乳化燃料油可以直接进入喷枪入炉燃烧，节能和环保效果明显。
权利要求
1.一种煤沥青燃料油的乳化剂，其特征在于该乳化剂由煤焦油馏分经磺化、水解、甲醛缩合、中和后经干燥制得，主要原料由煤焦油馏分、硫酸、甲醛和氢氧化钠，其中各原料按质量份数计分别为煤焦油馏分100份，浓硫酸30-100份，甲醛7-30份，氢氧化钠30-40份。
2.根据权利要求1所述乳化剂的制备方法，其特征在于该制备方法是按照以下步骤进行的(1)磺化称取一定量煤焦油馏分加热至140-160℃，在带回流的条件下缓慢滴加浓硫酸，在160-180℃区域保温1.5-2小时进行磺化反应；(2)水解磺化结束后冷却反应物至120-140℃，加入水搅拌水解30-40分钟，控制溶液的PH为2.8左右；(3)缩合向水解产物滴加37％甲醛水溶液，控制反应温度110-130℃，缩合反应1.5-2.5小时；(4)中和向缩合产物加入配制好的30％NaOH水溶液，控制中和反应温度在120℃，将反应产物中和为中性；(5)干燥将中和产物经干燥后制得煤沥青燃料油乳化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于煤焦油馏分是煤焦油蒸馏所得的萘油、洗油和蒽油三种中的任一馏分，浓硫酸是工业级95％或98％硫酸。
全文摘要
本发明提供一种煤沥青燃料油乳化剂及其制备方法，属于乳化剂制备及应用技术领域。该乳化剂是由煤焦油馏分经磺化、水解、甲醛缩合、中和后经干燥制得。采用煤焦油馏分作为乳化剂的亲油基，磺酸盐为亲水基，其亲油基结构同煤沥青结构相似，因而对煤焦油沥青具有很好的乳化性能，所制得的煤沥青燃料油乳液稳定性较高。该乳化剂具有原料易得、成本低廉、对煤沥青燃料油乳化效果好等特点，性能价格比高，可以应用到所有燃烧煤沥青燃料油的炉窑，具有明显的节能和环保效果。
文档编号B01F17/00GK1775915SQ200510122729
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者水恒福, 周华 申请人:安徽工业大学