燃油组合物和方法与流程

本发明属于源自固体烃类材料和/或固体碳质材料与液体烃的组合产物领域，特别是煤与燃油的组合产物领域，以产生可用作燃料的组合产品。具体而言，本发明属于将固体烃例如煤引入至燃油中以使固体烃升级并替换一部分燃油的领域。

背景技术：

煤粉和超细粉(包括微粉)是在采矿和制备过程中由较大块煤产生的小颗粒煤。虽然煤粉保持与煤相同的能量潜力，但是它们通常被认为是废品，因为产物的颗粒性质使其难以销售和运输。因此，煤粉通常作为煤矿周围的弃土被丢弃并形成大的废物堆，其需要仔细的未来管理以避免环境污染或甚至对人类生命的威胁，如1966年在南威尔士的aberfan灾难中所显示的。

然而，煤粉确实提供了廉价和丰富的特别是富含碳的烃供应。已知将煤粉在水中的浆料添加到燃油中，以升级煤粉产品并降低每单位体积的混合燃油的成本(参见例如us5096461、us5902359和us4239426)。然而，在其天然状态下，煤粉通常含有显著水平的成灰组分，这将使其不适于与燃油直接混合。此外，对于在燃油中使用，煤粉中存在的水的量(约35质量％或％m)也是不合要求的。选择具有低矿物质含量的煤粉是改善这些问题的一种可能。合适的煤粉可以通过粉碎和研磨具有固有的低矿物质含量(例如＜5％m)的煤层来制造，然而，这实质上大大限制了可以利用的煤的类型。

先前已有对将煤转化为液体烃产物的方法的研究：这些方法主要涉及在高于400℃的温度下在压力下在氢气或氢供体溶剂例如四氢化萘(1，2，3，4-四氢萘)存在下用溶剂萃取煤。这在中国内蒙古鄂尔多斯的伊金霍洛旗产生了几个中试规模的开发和至少一个使用神华工艺的大规模运行工厂，然而，这种方法的开发涉及非常大的资本投资和高的相关运行成本。

燃油是衍生自原油的较高馏分产物。术语“燃油”涵盖沸点高于汽油产品的一系列石油等级。通常的燃油是残渣燃油(rfo)和船用燃油(mfo)。

燃油被归类为化石燃料并且是不可再生的能源。此外，尽管原油价格相当不稳定，但由其获得的精炼产品总是相对昂贵的。非常需要这样一种方法，其中可以使燃油与较低成本烃源例如煤混合以扩展原油的有限储量以及所得精炼馏出物产物。

根据本文提供的教导，本发明的这些和其他用途、特征和优点对于本领域技术人员应当是明显的。

us2590733和de3130662涉及将rfo-煤分散体用于为使用rfo设计的燃烧器/锅炉的用途。对于us4265637、us4251229、us4511364、jps5636589、jps6348396、de3130662、us5503646、us4900429和jps2000290673，us2590733和de3130662利用在粉煤范围内(＜200微米或＜200μm)或甚至更大的不适于通过燃料过滤器的粗粒度。

us4417901和us4239426专注于高得多的煤负载：30-70％。

us5096461、us5902359、us4511364和jps2000290673具体涉及煤-油-水分散体。

us4389219、us4396397、us4251229、jps54129008和jps5636589包括或说明了可使得到的燃油-煤混合物的性质超出规格的稳定添加剂。

us4090853a和ca1096620a1，以及clayfield，e.etal.，colloilmanufactureandapplication(fuel，1981，60，865)具体涉及悬浮在燃油和水中的较粗颗粒(＜500μm)。

us8177867b2和nunez，g.a.etal.，colloidalcoalinwatersuspensions(energyandenvironmentalscience，20103(5)，629)具体涉及具有20-80％的小于1微米尺寸的颗粒的胶体水包煤浆料。

技术实现要素：

因此，在第一方面，本发明提供了一种燃油组合物，其包含：

(i)固体烃类材料和/或固体碳质材料，其中所述材料为颗粒形式，并且其中至少约90体积％(％v)的颗粒具有不大于约20μm(微米)的直径；和

(ii)液体燃油；

其中固体烃类材料和/或固体碳质材料以燃油组合物的总质量的至多约30％m(30重量％)的量存在。

通常，固体烃类材料和/或固体碳质材料包括煤；任选地，煤是包含颗粒的微粉煤，其中通常至少95％v，任选98％v，合适地99％v的颗粒具有不大于约20μm的直径。

根据本发明的具体实施方案，固体烃类材料和/或固体碳质材料在与液体燃油合并之前进行脱水。

在本发明的另一个实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料在与液体燃油合并之前经受脱灰步骤。

在本发明的替代实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料包括脱水的超细煤制品，其包含低固有含灰量。

当固体烃类材料和/或固体碳质材料包含低固有含灰量时，合适地，含灰量小于煤制品的约20％m，任选地小于约15％m，合适地小于约10％m，或小于约5％m，或小于约2％m，或小于1％m。

根据本发明的具体实施方案，液体燃油选自以下组中的一种：船用柴油；用于固定用途的柴油和煤油；船用燃油；残渣燃油和重燃油。合适地，液体燃油符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的主要规格参数或者通过其定义：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。或者，液体燃油符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的多个主要规格参数：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。合适地，液体燃油符合选自以下组中的燃油标准：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。

在本发明的实施方案中，术语“主要规格参数”是指选自以下组中的参数：100℃时的粘度；50℃时的粘度；40℃时的粘度；15℃时的密度；含灰量；含硫量；水；沉淀；闪点和倾点。

在本发明的实施方案中，术语“主要规格参数”是指选自以下组中的两个或更多个参数，合适地2、3、4、5、6、7、8、9或10个参数：100℃时的粘度；80℃时的粘度；50℃时的粘度；40℃时的粘度；15℃时的密度；含灰量；含硫量；水；沉淀；闪点和倾点。

在本发明的一个实施方案中，包含固体烃类材料和/或固体碳质材料和液体燃油两者的燃油组合物符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的主要规格参数：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。或者，包含固体烃类材料和/或固体碳质材料和液体燃油两者的燃油组合物符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的多个主要规格参数：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。合适地，包含固体烃类材料和/或固体碳质材料和液体燃油两者的燃油组合物符合选自以下组中的燃油标准：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。

根据本发明的具体实施方案，固体烃类材料和/或固体碳质材料以燃油组合物总质量的至多约20％m，合适地约15％m，任选约10％m的量存在。

在本发明的一个实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料以燃油组合物总质量的至少约0.01％m，合适地至少约0.10％m，任选约1％m的量存在。

在本发明的一个具体实施方案中，燃油组合物包含悬浮液形式的固体烃类材料和/或固体碳质材料。通常，悬浮液稳定至少1小时，任选地至少24小时，合适地至少72小时。在本发明的一个实施方案中，悬浮液稳定超过72小时。

本发明的第二方面提供了一种制备燃油组合物的方法，该方法包括将固体烃类材料和/或固体碳质材料与液体燃油合并，其中所述材料是颗粒形式，并且其中至少约90％v的颗粒具有不大于约20μm的直径；并且其中固体烃类材料和/或固体碳质材料以燃油组合物的总质量的至多约30％m(30质量％)的量存在。

在本发明的第二方面的一个实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料分散在液体燃油中。适当地，通过选自以下组中的方法实现分散：高剪切混合；超声混合，或其组合。

在本发明的第二方面的一个实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料包括煤。

在本发明的第二方面的一些实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料在与液体燃油合并之前进行脱水。任选地，使固体烃类材料和/或固体碳质材料在与液体燃油合并之前经受脱矿物质/脱灰步骤。适当地，脱矿物质是通过泡沫浮选技术进行。

在本发明方法的一些实施方案中，固体烃类材料和/或固体碳质材料经受粒度减小步骤。可以通过任何合适的方法实现粒度减小。适当地，通过选自以下组中的方法实现粒度减小：研磨、碾磨、粉碎、高剪切研磨或其组合。

在本发明的一个实施方案中，液体燃油选自以下组中的一种：船用柴油；用于固定用途的柴油和煤油；船用燃油；残渣燃油和重燃油。或者或另外，液体燃油符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的主要规格参数或者通过其定义：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。或者，液体燃油符合选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的多个主要规格参数：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。合适地，液体燃油符合选自以下组中的燃油标准：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。

本发明的第三方面包括用于改变液体燃油的等级的方法，该方法包括向燃油中添加固体烃类材料和/或固体碳质材料，其中材料为颗粒形式，并且其中至少约90％v的颗粒具有不大于约20μm的直径。合适地，液体燃油的等级由选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的主要规格参数来定义：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd975-14；astmd396；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。或者，液体燃油由选自以下组中的一种或多种燃油标准所包括的多个主要规格参数来定义：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd975-14；astmd396；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。合适地，液体燃油由选自以下组中的燃油标准来定义：iso8217：2010；iso8217：2012；astmd396；astmd975-14；bs2869：2010；gost10585-99；gost10585-75和等同的中国标准。

应当理解，本发明的特征可包括以上未明确列举的其他组合。

附图说明

通过参考附图进一步说明本发明，其中：

图1显示了rfo-煤混合物的密度和微粉煤浓度之间的关系。

图2显示了rfo-煤混合物的粘度和微粉煤浓度之间的关系。

图3显示了rfo-煤混合物的闪点和微粉煤浓度之间的关系。

图4示出了用于测量rfo中的微粉煤分散体的装置。

具体实施方式

本文引用的所有参考文献通过引用整体并入。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在具体实施方案中，本发明涉及制备和混合脱矿物质、脱水(de-watered)/脱水(dehydrated)的煤粉(在工业中通常称为“细粉”，其适当地选自“微粉”(通常粒度＜20μm))和燃油以产生组合的混合产物。本发明构思进一步延伸到混合燃油产品的用途，包括制备基于混合燃油产品的燃料。

在进一步阐述本发明之前，提供以下多个定义，其将有助于理解本发明。

如本文所使用的，术语“包括”是指必须包括任何所述的要素，并且也可以任选地包括其他要素。“基本上由...组成”是指必须包括任何所列举的要素，排除明显会影响所列要素的基本和新颖特性的要素，并且可任选地包括其他要素。“由......组成”是指排除未列出的所有要素。由这些术语中的每一个所限定的实施方案落入本发明的范围内。

术语“煤”在本文中用于表示容易燃烧的沉降矿物衍生的固体碳质材料，其包括但不限于硬煤，例如无烟煤；烟煤；次烟煤(sub-bituminouscoal)；和褐煤(browncoal)(包括褐煤(lignite))(如iso11760：2005和等同的中国标准中所定义的)。

燃油的定义随地理而不同。如本文所使用的，燃油可以涉及：

·bs2869：2010+a1：2011用于农业、家用和工业用发动机和锅炉用燃油-规范和等同的中国标准中定义的含残渣的燃烧器燃料(burnerfuels)，用于固定用途的中间馏分燃料和煤油型燃烧器燃料；

·燃油等级，其旨在各种气候和操作条件下用于各种类型的燃油燃烧设备，如在astmd396-15c，燃油标准规范(standardspecificationforfueloils)，gost标准10585-99和10585-75以及等同的中国标准中规定的；

·柴油燃油等级4-d，其在基本恒定速度下需要持续负载的应用中的低和中速柴油发动机中使用，如astmd975-14，柴油燃油标准规范(standardspecificationfordieselfueloils)以及等同的中国标准中规定的；和

·船用残渣燃油(rfo)和船用馏分燃料，如iso8216-1：2010石油产品；燃料(f类)分类，第1部分：船用燃料类别和iso8217：2012石油产品；燃料(f类)，船用燃料规范；以及等同的中国标准中规定的。

如上所述的燃油的同等等级可用于世界的其他国家。

如本文所用，术语“灰分”是指在大多数类型的化石燃料，特别是在煤中发现的无机(例如非烃)组分。灰分被包含在煤燃烧后剩余的固体残余物中，有时称为飞灰。由于煤的来源和类型是高度可变的，所以灰分的组成和化学性质也高度可变。然而，通常的含灰量包括几种氧化物，例如二氧化硅、氧化钙、氧化铁(iii)和氧化铝。根据其来源，煤可进一步包括微量的可包含在后续的灰分中的一种或多种物质，例如砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、汞、钼、硒、锶、铊和钒。

如本文所用，术语“脱灰煤”是指具有比其自然状态的成灰组分的比例更低的煤。相关术语“脱矿物煤”在本文中用于指与其自然状态相比具有减少的无机矿物比例的煤。术语“脱灰煤”和“脱矿物煤”也可以用于分别指具有低的天然存在的成灰组分或矿物比例的煤，术语“低灰煤”也是如此。

如本文所用，术语“煤细粉”是指颗粒形式的煤，其最大粒度通常小于1.0mm。术语“煤超细粉”或“超细煤”或“超细粉”是指具有通常小于0.5mm的最大粒度的煤。术语“煤微粒”或“微粉煤”或“微细粉”是指具有通常小于20μm的最大粒度的煤。

本文使用的术语“粉煤”是指已经粉碎成细粉的煤。粒度通常较大，大约＜200μm，并具有不均匀的宽分布。

本文使用的术语“烃类材料”是指含有烃的化石有机物；烃是基本上由元素氢和碳组成的有机化合物。

本文所用的术语“碳质材料”是指主要包含碳的材料，其源自有机物的热解并且包括焦炭、活性炭和炭黑。

本文所用的术语“炭黑”是指通过气体或液体烃，特别是石油产品的不完全燃烧或热分解而制备的基本上纯元素碳的细碎形式。

本文所用的术语“活性炭”是指通过热解和活化步骤的各种组合由诸如坚果壳、木材和煤的材料加工而得的非常多孔的碳。活化包括在没有空气的情况下用蒸汽、二氧化碳或氧气对热解的材料进行高温处理，或随后用某些特定的酸，碱或盐浸渍。

本文所用的术语“分散剂添加剂”是指加入到混合物中以促进分散或使分散颗粒保持在悬浮液中的物质。

如本文所用，术语“含水量”是指样品中水的总量，并且表示为浓度或质量百分比。当该术语是指煤样品中的含水量时，其包括煤的固有或残留含水量，以及已经从环境中吸收的任何水或水分。如本文所用，术语“脱水煤”是指具有低于其天然状态的水的比例的煤。术语“脱水煤”也可以用于指水的天然存在比例低的煤。

燃油是昂贵且不可再生的能源。煤粉通常被认为是废品，并且在大量供应中可廉价获得。本发明解决的问题是提供一种混合燃油，其比目前的替代品更便宜，但仍满足所需的产品和排放标准，以使其能够用于为燃油设计的燃烧器和锅炉。非汽车用燃油包括船用和固定用途(例如发电站和工业，商业和住宅用途)二者的锅炉和发动机。这些燃料现在被严格限定以保护更复杂的燃烧器，并且需要锅炉设备控制以限制锅炉排放。不同规范适用于不同技术，并且这些规范可以根据使用的地区或国家而变化。来自一些广泛使用的规范的主要参数如下表1a、1b和1c所示。这包括中国使用的重质燃油的国际贸易规范的详细信息(s&pglobalplattsmethodologyandspecifications(guide：chinafueloil)。

通过指定含灰量，在大多数燃油等级中控制矿物质含量。对于这些燃油等级的含灰量的限制从0.01％m(船用馏分燃油)变化至0.15％m(marinerfo级rmk和astmd396重质燃油5号)。因此，可以添加到燃油中并落入规格内的微粉煤(例如具有1％含灰量的煤)的比例可以从船用馏分燃油(也称为船用柴油)中的＜1％m显著变化至astmd396hfono.5中的＜15％m，并且不受astmd396hfono.6的约束。为了这些计算的目的，假定燃油的含灰量接近于零。因此，重要的是尽可能有效地使微粉煤脱矿物质。

考虑到上述情况，由于大多数煤中矿物质的可察觉的丰度，技术人员对于在燃油中使用煤存在技术上的偏见。

对含水量的限值从0.3％m(例如船用rfo等级rma)变化至1％m(ukbs2869rfo燃烧器燃料等级g和h)。astmd396规定了水和沉降物，最粘的hfo级6号对水和沉降物的限值为2％m。因此，可添加至燃油中并保持在规范范围内的微粉煤(例如具有2％m含水量的煤)的比例可以从船用rfo等级rma中的＜15％m显著变化至ukbs2869rfo燃烧器燃料等级g和h中的＜50％m。因此，重要的是尽可能有效地对煤进行脱水。

鉴于上述，除其他考虑因素外，由于需要保持低含水量，本领域技术人员将不会考虑将煤掺入燃油中。

可以加入到燃油中的微粉煤(例如具有0.5％m的含硫量)的比例仅受到含硫量限值低于0.5％m的那些燃油规范限制。

大多数燃油规范允许含硫量在1％m或更高；在这些情况下，微粉煤添加是有益的，并且将降低燃料含硫量和从使用含有微粉煤的燃油的燃烧装置排出的相关硫氧化物。对于以下所示的燃油规范，微粉煤添加的水平仅受排放控制区(emissioncontrolareas)中供应的船用rfo中含硫量的限制，并且在这种情况下小于20％m。

当煤粉处于其自然状态时，通过与燃油混合来升级煤粉是已知的。然而，在它们的天然状态下，煤粉通常含有一定水平的成灰组分和硫，这将使得它们不适合与燃油混合，这些燃油必须满足一系列的当前燃油规范和排放限制，以在为燃油设计的燃烧器和锅炉中有效地操作。此外，煤粉中存在的水量(约35％m)和高矿物质含量对于燃油的应用而言也是不期望的。

迄今为止，还不能经济地生产能满足燃油规范的煤-燃油混合物，该燃油规范要求非常低的矿物质含量和与“超细”煤有关的主要＜10μm(优选主要＜2μm)，即远小于500微米上限的粒度。

迄今公布的关于煤粉在燃油中的分散体的信息没有解决在燃油锅炉中使用的适用性问题，只是经常通过使用含有煤和燃油的燃料-水乳液来降低了自燃风险(特别是对于褐煤)，经由改进的可泵送性简化了运输并且改善了燃煤锅炉中的燃烧。

最近开发的煤粉加工已可获得具有低含水量(＜15％m，优选＜3％m)和低含灰量(＜10％m，优选＜2％m)的微粉煤产品。脱矿物质的过程还通过除去黄铁矿对含硫量具有有益的影响。煤粉的脱矿物质和脱水通常通过特别设计的用于超细粉和微细颗粒的泡沫浮选分离与机械和热脱水技术的组合来实现。在us2015/0184099中提供了用于生产脱水煤超细粉的典型方法，其描述了振动辅助真空脱水工艺。脱水煤粉还可以包含在烃溶剂中的煤细颗粒的饼提供，水已通过使用一种或多种亲水性溶剂除去。煤粉中矿物灰分含量的降低描述在例如以下文献中：us4537599、us20110174696a1、us2016/082446和osborned.etal.，twodecadesofjamesoncellinstallationsincoal，(17thinternationalcoalpreparationcongress，istanbul，1-6october2013).

或者，某些煤层产生具有合适灰分和潜在含水量的煤。对这种煤进行合适的处理以生产所需粒度的煤粉也适用于本发明。

令人惊奇地发现，脱水的和脱矿物质的煤微粉产品特别适合于提供这样的混合燃油，其通过具有可接受水平的水、矿物质、硫和粒度，仍然能够满足在设计用于燃油的固定式和船用锅炉中使用的所需规格。

本发明将脱矿物质，脱水的微粉煤的固体颗粒物质混合(即悬浮或分散)在燃油中。这不仅升级了煤细粉产品并降低了重质燃油的总成本，而且还保持了所期望的排放特性(即低灰分，低硫排放)和令人满意的锅炉操作性。可与燃油混合的微粉煤的量通常由微粉煤中的成灰组分，水以及硫的含量决定。该概念已经通过在残渣燃油中10％m的煤微粉的混合物得到证明。混合煤粉的量可以远远超过混合物的10％m，例如高达30％m、40％m、50％m、60％m或更高。

由于微粉煤的细颗粒性质，已经发现在环境温度下，在长期储存(超过几个月)的情况下，固体没有明显的沉降。该颗粒还可通过在利用燃油例如残渣燃油、船用柴油、柴油加热燃料和煤油加热燃料的系统中使用的过滤器。

适于与燃油混合的煤细粉的任何粒度都认为包括在本发明中。合适地，煤细粉的粒度在超细粉范围内。最合适地，煤细粉的粒度在微细粉范围内。具体地，最大平均粒度可以为至多约50μm。更合适地，最大平均粒度可以为至多约40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。最小平均粒度可以为0.01μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2μm或5μm。

颗粒尺寸的另一种测量方法是引用最大粒度和低于该粒度的样品体积比例的百分比值或“d”值。对于本发明，认为适于与原油一起蒸馏的任何粒度的煤粉包括在本发明中。合适地，煤细粉的粒度在超细粉范围内。最合适地，煤细粉的粒度在微细粉范围内。具体地，最大粒度可以为至多约50μm。更合适地，最大粒度可以为至多约40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。最小粒度可以是0.01μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2μm或5μm。任何“d”值可以与这些粒度相关联。适当地，与任何上述最大粒度相关的“d”值可以是d99、d98、d95、d90、d80、d70、d60或d50。

制备准备分散至燃料中的平均粒度＜5μm的脱水的低灰分煤颗粒需要泡沫浮选、破碎、研磨和混合步骤的组合。该程序可以根据来源是煤粉沉积物还是生产煤而不同。对于煤粉沉积物，可以在泡沫浮选之前进行粗磨，然后在脱水步骤之前将煤以湿法细磨至显著低于工业规范的尺寸。对于低灰分生产的湿煤，粉碎和粗磨也需要随后的不常用于煤的湿法研磨技术，并最终脱水。对于具有低的原位含水量的低灰分煤，可以进行干法粉碎和研磨，随后除去极少的水或不除去水。

这种技术升级了煤粉产品。原油的总成本降低，每单位馏出物产物的原油量也减少。

可与原油混合的微粉煤的量为至少1wt％、合适地至少5wt％、通常约10wt％、至多70wt％、合适地至多60wt％、任选地至多50wt％。

本发明通过以下非限制性实施例进行进一步说明。

实施例

实施例1a-煤细粉的脱矿物质和脱水可以通过特别设计用于超细粉和微细粉颗粒的泡沫浮选分离与机械和热脱水技术的组合来实现。

筛选煤浆料，收集在罐中，并使用受控的剂量率加入泡沫浮选剂。填充有工艺用水和来自封闭式空气压缩机的过滤空气的微粒分离器用于从亲水性矿物材料中分离疏水性碳材料。含有碳颗粒的泡沫从罐中溢出，并且这种泡沫被收集在开口的顶部沟槽中。矿物浆料保留在分离罐中，直到排出；而脱矿物质的煤浆料被脱气，随后泵送至造粒步骤。如果需要，可以通过各种已知的研磨技术，包括其中使用烃油作为研磨助剂的研磨技术，实现进一步的煤粒度减小。

脱矿物质的微粉煤浆料的机械脱水通过旋转真空鼓式过滤器或压滤机进行。所得的微粉煤湿饼可以在干燥前热干燥或机械干燥成粉末形式，或造粒。对于造粒，将特定的改性剂加入到在混合器中的滤饼中以优化造粒，并且将改性的滤饼输送到挤出机，在其中将其压制成粒料。然后通过封闭式传送带和斗式提升机将脱矿物质的煤粒料输送到垂直颗粒干燥器中进行热干燥，其中将氧气贫化的热处理空气直接吹过微粉煤颗粒。

实施例1b-通过在湿介质中研磨较大块体和煤颗粒来获得煤微粒

煤的类型可以基于煤的有利性质如低含灰量或含水量或易于磨碎性(例如高的哈氏可磨性指数)来选择。通过各种标准的在湿介质中破碎和研磨的尺寸减小技术，随后脱水来获得煤微粉。

1.例如通过高压研磨辊磨机或颚式破碎机进行粉碎以将生产的经洗涤的湿煤(例如，表4中的煤d或煤f)从50mm左右减小到约6mm：合适的设备由以下供应商制造：metsocorporation，fabianinkatu9a，pobox1220，fi-00130helsinki，fin-00101，finland或mclanahancorporation，200wallstreethollidaysburg，pa16648，usa。

2.使用合适的球磨机、棒磨机或搅拌介质破碎机生产湿的＜6mm的浆料并减少至40μm：合适的设备由metsocorporation制造。

3.使用纳米磨机(桩式磨机(pegmill)或水平圆盘磨机)将＜40μm的浆料减小至＜1μm左右：合适的设备由netzsch-feinmahltechnikgmbh，sedanstraβe70，95100selb，germany制造。isamill也可用于通过磨擦和磨损将粒度减小至＜5μm或更小：这些研磨机是广泛可获得的，但现在已不再生产。

4.用管式压机通过膜或垂直板压力过滤器在高压下操作，从约50％m脱水至＜20％m左右：合适的设备由metsocorporation制造。备选的脱水方法包括振动辅助的真空脱水(在us2015/0184099中描述)和如由mclanahancorporation制造的压滤机。

5.通过以下脱水至＜2％m：

a.热干燥，例如流化床、旋转、闪蒸或带式干燥器：合适的设备由以下公司制造，例如arvosgroup，raymondbartlettsnowdivision.4525weaverpky.warrenville，illinois60555，usa和swisscombitechnologygmbh，taubenlochweg1，5606dintikon，switzerland。

b.用醇、醚或酮进行溶剂脱水技术，如us3327402、us4459762和us7537700中所述。

实施例1c-通过在干燥状态下研磨较大的块体和煤颗粒来获得煤微粒

通过在干燥状态下的标准粉碎、研磨和磨碎尺寸减小技术获得煤微粉。

1.用颚式破碎机将干燥的原始煤层的煤粉碎至＜30mm的尺寸。

2.使用具有分级器的球磨机或使用离心磨机(例如lopulco磨机，其是广泛可获得的，如果不再生产的话)将干燥的煤从＜30mm粉碎至＜45μm左右的尺寸：合适的设备由以下公司制造：loeschegmbh，hansaallee243，40549düsseldorf，germany和britishremaprocessequipmentltd，foxwoodclose，chesterfield，s419rn，u.k.

3.用空气微粉磨(或喷射磨)减小至＜1μm左右：合适的设备由britishrema制造。

实施例1d：通过用燃油或类似的油产品研磨干煤获得微粉煤-燃油饼

通过在netzsch实验室搅拌球磨机“labstar”设备中用约4升燃油作为流体介质研磨4kg干煤(例如，表4中的煤d)来获得在燃油中的微粉煤的饼。使用实施例5中所述的稀释法通过激光散射获得燃油饼中的煤颗粒的粒度分布。

实施例2-可通过高剪切混合各种形式的微粉煤来实现微粉煤在燃油中的分散。

干燥的微粉煤粉末(例如表4中的煤样品1、3、4b、8和5)，干燥的微粉煤颗粒或与烃油混合的滤饼形式的微粉煤使用高剪切混合器在容器中解聚并分散在燃油中，并且如果需要的话，与添加剂混合以辅助分散。任选地，容器可装配有超声波能力以诱导空化从而增强解聚作用。剪切混合在环境温度下或对于更粘稠的燃油而言在通常至高50℃的高温下进行。合适的剪切混合器由以下公司制造：charlesross&sonco.710oldwilletspath，hauppauge，ny11788，usa，silversonmachinesinc.，355chestnutst.，eastlongmeadow，ma01028，usa，netzsch-feinmahltechnik或britishrema。

该过程通常在蒸馏装置、油库或燃料补给装置、发电厂或工业过程现场进行。得到的燃油/微粉煤分散体可以储存在具有搅拌和加热设备的油箱中，其在环境温度下稳定几个月，或在升高的温度下稳定较短的时间段。该产品还可以立即输送至最终用户的燃烧设备。

实施例3-微粉煤与燃油的混合物的性质

已将三种燃油(两种rfo样品和一种船用馏出物，即船用柴油)与微粉煤样品混合，并且针对一系列规范参数获得一组分析测试结果，参见表2。已经测试了四种微粉煤样品：样品1、3、4b和8，全部来自相同的一般的美国低挥发性烟煤源。表2给出了表征测试结果。微粉煤样品主要在粒度和含灰量方面不同：

·样品1的含灰量(13.8％m)最高；

·样品4b具有比样品1稍低的含灰量(7.0％m)；

·样品3具有比样品1低得多的含灰量(4.5％m)，并且具有6.2μm的平均粒度；

·样品8的含灰量(1.6％m)和平均粒度(1.8μm)均最低。

通过添加表2中的所有四种微粉煤样品观察到密度(图1)和粘度(图2)二者的增加。以密度增加更快排序是样品3＞样品4b＞样品8；这可能与粒度变化有关。然而，样品3和8之间的粘度增加速率几乎没有差别，表明煤粒度从6.2μm降至1.8μm的平均直径对粘度具有令人惊讶的微弱影响。样品4b的粘度增加小于其它两种煤的粘度增加，这可能归因于该煤的较高含灰量。

图1和图2还示出了各种等级的船用rfo的密度和粘度限值。来自微粉煤添加的密度和粘度的增加的影响大致对应于相邻燃油级别之间的密度和粘度差异(表1)。已经令人惊讶地发现，添加10％m的微粉煤仅将燃油等级改变为下一个最重燃油等级。因此，作为rmk380等级的rfo-ii在添加5％的微粉煤3或微粉煤8时变为rmk700。当密度超过1010kg/m³且粘度超过700mm²/s时，应用rfo-微粉煤至船用设备和固定设备变得更受限制，并且在确定实际可容纳的微粉煤的最大量时，特定微粉煤密度和粘度的增加速率可能变得比含灰量更重要。

虽然微粉煤添加到rfo会增加粘度，一个出乎意料和积极的发现是，rfo的倾点相对不受微粉煤添加的影响，见表3。注意，rfo倾点测定的重复性和再现性分别是2.6℃和6.6℃，因此3℃或9℃的值与6℃没有显著差异。因此，样品3和样品4b在10％m的浓度下都没有显著影响倾点。然而，添加10％m和15％m的最小粒度的煤样品8确实产生了12℃的略高的倾点。类似地，船用柴油的倾点不受1％的微粉煤添加的影响。

通过将微粉煤与基础燃料混合，rfo和船用柴油的闪点得到改善(即值更高)，参见表3和图3。添加5％m的煤样品3或8使rfo-ii的闪点分别增加15℃和12℃，并且证明了10％m的煤样品3或8和15％m的煤样品8进一步增加了闪点。类似地，通过加入仅1％的微粉煤样品1(未示出)使闪点提高9℃。这种操纵混合的煤-燃油闪点的能力可用于在非混合燃油不在所需规范内时使其落入规范内。目前没有可商购的可以可预测的方式调节闪点的燃料添加剂。

通过添加微粉煤，可以改进总酸值(tan)(rfo酸度的测量)，参见表3，即使从所有所测试的混合物中没有观察到一致的改进。在这两种情况下，tan都不会因微粉煤的添加而劣化。一方面，当浓度从0增加至5％m至10％m时，煤3使rfo-ii的tan值逐渐地从0.3减少至0.12至0.01mgkoh/g燃料。然而，通过添加5％m的煤8使tan从0.3显著减少至0.03mgkoh/g燃料，而添加10％m和15％m分别获得0.5和0.26mgkoh/g燃料值，其与单独使用基础燃料相当。

实施例4.rfo-微粉煤混合物的分散稳定性

设计了不锈钢装置用于测试微粉煤样品在rfo中的分散，参见图4。包括三个端口以在混合容器底部上方15、30和45cm处取出样品。将装置预热至80℃，因为所测试的rfo在25℃下太粘稠而不能分散微粉煤。将10％m空气干燥的微粉煤和rfo的混合物加上燃油分散剂添加剂在8,000至9,000rpm下剪切混合10至60分钟的不同时间间隔，然后在80℃下静置1小时至7天。从每个取样口取出分散的液体并热过滤通过烧结物以收集固体材料，根据ip375称重固体材料的重量。固体在顶部，中间和底部样品中浓度相同表明分散良好。在一些情况下，在混合容器的实际底部进行另外的测量。一系列对rfoii和煤样品3的混合物的分散测试结果在表4中给出。

结果表明，可以生产10％m的微粉煤在rfo中的分散体。如果通过与分散剂添加剂剪切混合60分钟来制备，这些分散体在80℃的高温(试验编号10)下稳定达4天。即使在80℃下储存7天后，混合物中超过80％的颗粒仍然保持分散(试验编号11)。如果仅进行10分钟混合，则获得24小时的更短的稳定性时间(试验编号1-4)。

包含专有的分散剂添加剂改善了分散性。在不混合分散剂添加剂(试验编号9)的情况下重复2天的储存实验(试验编号8)。在后一种情况下，观察到在顶部、中间和底层中颗粒浓度小的但显著的下降。

实施例5.柴油-微粉煤混合物的分散稳定性

将1％m的微粉煤和船用柴油的混合物以及燃油分散剂添加剂在11,000rpm下在100ml玻璃样品瓶中剪切混合20分钟，然后在环境温度下静置1小时和24小时。然后在超声波浴中重复。在沉降1小时后，通过eppendorf移液管从样品顶部(第一)和底部(第二)取出10ml的燃料-煤颗粒悬浮液的等分试样。使用烧结玻璃buchner烧瓶将每个等分试样通过预称重的0.8μm的硝酸纤维素膜过滤器真空过滤。在重新称重之前，在最少24小时的干燥时间后，用正庚烷洗涤固体残余物+过滤器四次，以确定每个等分试样中未溶解的固体质量，并因此确定分散体的均匀性。

结果(见表4)显示可以产生稳定至少1小时的1％m的微粉煤在船用柴油中的分散体(试验编号12)。如果在超声波浴中发生剪切混合，则获得更均匀的分散体(测试编号14)。

鉴于上述，已经令人惊讶地发现，可以工程化煤粉以获得具有足够低的矿物质含量、水分含量、含硫量和粒度以满足那些燃油规范，并且其还可以分散在燃油中以提供稳定至少48小时的分散体。此外，制备了一种稳定的(如果相对短期的)，具有1.0％m的煤负载的煤粉颗粒在船用燃料中的悬浮液，其远小于rfo的粘度。源于混合在1％的微粉煤中，船用柴油的闪点的改进也是出人意料的。

基于上述结果，本发明表现出在以下方面的工业应用：

·升级煤粉，使得在燃油中的混合比例高达30％时，所得到的燃油和微粉煤的混合物能够适合用作满足燃油规范的主要性质限值(例如灰分、水、密度、粘度和热值)的混合物。

·对于那些含硫量超过微粉煤的燃油，减少这些等级的燃油的含硫量。

·一种提高燃油密度和粘度的方法，例如添加约10％m的微粉煤可将燃油等级改变为下个最重燃油等级。

·通过引入更低成本的混合组分，降低燃油的使用，同时提供等同的性能。

·由于混合在微粉煤中，改进了船用柴油和rfo的闪点。

虽然本文已经详细公开了本发明的具体实施方案，但是这仅是通过示例的方式进行并且仅出于说明的目的。上述实施方案并不旨在限制本发明的范围。发明人预期，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种替换、更改和变型。