專利名稱：生質(zhì)水煤漿的制造方法及以該方法制造的生質(zhì)水煤漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于水煤漿的制造方法及其所制造的水煤漿，特別是關(guān)于生質(zhì)水煤漿的制造方法及其所制造的生質(zhì)水煤漿。
背景技術(shù)：
水煤漿是由煤、水及少量添加劑調(diào)配而成的漿液，為新興發(fā)展的替代燃料之一。水煤漿保留了煤的燃燒特性，并具有如石油的液體流動(dòng)性和穩(wěn)定性。由于煤炭具有儲(chǔ)量豐富和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，水煤漿的成本相對(duì)較燃料油低，而且基于流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)定、運(yùn)輸方便、安全性高、燃燒效率高與污染物(S02、NOx)排放低等特點(diǎn)，使水煤漿可替代鍋爐和窯爐中所使用的油、煤或燃?xì)獾热剂?，作為氣化原料之用。水煤漿的使用限制主要在于煤炭粒子在水煤漿中的均質(zhì)懸浮及長期儲(chǔ)存的穩(wěn)定性。已知的水煤漿配制技術(shù)一般考慮先行調(diào)制分散劑與穩(wěn)定劑等添加劑，之后再將分散劑與穩(wěn)定劑等添加劑加入含有煤炭及水等原料的球磨機(jī)中，與煤炭粒子均勻混合，以獲得品質(zhì)穩(wěn)定及煤炭粒子良好懸浮且具有分散性的水煤漿。例如圖1所示的已知水煤漿的制造方法，以木材、硫化鈉(Na2S)及水作為起始物加入反應(yīng)器(11)中，經(jīng)混合、反應(yīng)后，在過濾器(12)中除去混合物中的纖維素。該混合物再經(jīng)過干燥器(1 干燥及濃縮，進(jìn)入含有磺酸鹽溶液的反應(yīng)器(14)，進(jìn)行反應(yīng)，使該混合物中的木質(zhì)素磺酸化(sulfonated lignin)。之后，含有磺酸化木質(zhì)素的混合物在球磨機(jī) (15)中加入煤炭顆粒、穩(wěn)定劑及水，經(jīng)混合后形成已知的水煤漿。又例如中國專利公告號(hào)1194802記載的水煤漿的改性木質(zhì)磺酸鹽分散劑及其制備方法，以物理及化學(xué)變性使木質(zhì)素磺酸鹽的官能基含量、分子量及分布改變，利用變性的木質(zhì)素磺酸鹽作為分散劑及穩(wěn)定劑，制造水煤漿。再者，如美國專利US5，100, 438記載的水煤漿，添加經(jīng)由聚羧酸與聚醚二醇及脂肪族胺反應(yīng)產(chǎn)生的酯-胺產(chǎn)物作為流變添加物(rheological additives)，以獲得具有長期儲(chǔ)存穩(wěn)定性的含有高固體成份的水煤漿。其次，美國專利US5，482，517記載不使用合成添加劑的水煤漿的制造方法，包括在煤炭粉末中添加來自褐煤的腐植酸衍生物，利用煤炭粒子的羧基與添加的無機(jī)酸形成具有穩(wěn)定性的有機(jī)鐵絡(luò)合物(organic ferrum complexes)，使形成的水煤漿粒子具有良好的懸浮特性。美國專利US4，721，778也記載適合作為水煤漿添加物的磺甲基化木質(zhì)素的銨鹽， 以改善水煤漿的液體流動(dòng)性及協(xié)助維持煤炭粒子的懸浮狀態(tài)。本發(fā)明人有鑒于上述水煤漿的限制以及使用再生能源的環(huán)保概念，提出以生質(zhì)物改良水煤漿的發(fā)明構(gòu)想。所謂生質(zhì)物包括生物產(chǎn)生的有機(jī)物，例如木材、木屑等，是目前廣泛使用的再生能源。然而生質(zhì)物內(nèi)含水的問題，在已知的濕式水煤漿制造方法中無法直接混合生質(zhì)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠基本上克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的新的生質(zhì)水煤漿的制造方法，此方法不使用分散劑或穩(wěn)定劑，有效簡化工藝及降低成本。本發(fā)明的目的還在于提供上述方法制備的生質(zhì)水煤漿，其具有煤炭粒子的良好懸浮性、長期儲(chǔ)存穩(wěn)定性、及減少煤炭使用量的優(yōu)良特性。本案提供一種生質(zhì)水煤漿(biomass coal water slurry)的制造方法，包含提供一生質(zhì)物溶液，該生質(zhì)物溶液包含一生質(zhì)物材料；一堿化劑；以及一溶劑；加入過氧化氫于該生質(zhì)物溶液中；將該生質(zhì)物溶液升溫，進(jìn)行反應(yīng)；以及混合煤碳至該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液中，以獲得一生質(zhì)水煤漿。本案更提供一種生質(zhì)水煤漿，由上述的生質(zhì)水煤漿的制造方法所制造。本發(fā)明已基本解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。根據(jù)本發(fā)明所制造的水煤漿，具有煤炭粒子的良好懸浮性、長期儲(chǔ)存穩(wěn)定性、及減少煤炭使用量，并且不使用分散劑或穩(wěn)定劑， 可省略制造分散劑或穩(wěn)定劑及調(diào)配其適當(dāng)添加比例的步驟，有效簡化制備工藝及降低成本。本發(fā)明的具體實(shí)施詳細(xì)說明如下，然而以下的實(shí)施例僅用于進(jìn)一步揭露本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，不應(yīng)藉以限制本案的發(fā)明范疇。


圖1顯示已知水煤漿的制造方法，包括添加分散劑及穩(wěn)定劑的制程；圖2顯示本申請(qǐng)一實(shí)施方式的生質(zhì)水煤漿的制造方法；其中，主要組件符號(hào)說明1、11 反應(yīng)器； 2、12 過濾器；3、13 蒸發(fā)器； 4、15 球磨機(jī)；14 含磺酸鹽溶液的反應(yīng)器
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一實(shí)施方式，如圖2所示，將生質(zhì)物材料、過氧化氫及水(溶劑)加入反應(yīng)器(1)中，使其混合、反應(yīng)。反應(yīng)后的混合物注入過濾器O)中，使該混合物中的固體物質(zhì)濾出。經(jīng)過濾的上述混合物再注入蒸發(fā)器(3)中進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮。蒸發(fā)的水可再循環(huán)回到上述的反應(yīng)器(1)中，重復(fù)使用。經(jīng)蒸發(fā)、濃縮的混合物進(jìn)入球磨機(jī)(4)中，同時(shí)加入煤炭， 使該混合物與煤炭均質(zhì)混合后，形成本申請(qǐng)所述的水煤漿。本申請(qǐng)所使用的生質(zhì)物材料沒有特別限制，包括所有由生物所生產(chǎn)的有機(jī)物，例如木材、木屑、草本植物等，較佳包含木質(zhì)素(Iignin)。該生質(zhì)物材料可為干燥固體、懸浮或溶解于溶劑中。本申請(qǐng)一實(shí)施例，以所配制的生質(zhì)物溶液的總重作為基準(zhǔn)，添加5重量％以上的生質(zhì)物材料，可為5 60重量％，更佳為10 20重量％的生質(zhì)物材料。從生質(zhì)物材料較佳包含木質(zhì)素的條件來看，上述經(jīng)過濾器( 濾出的固體物質(zhì)以纖維素為主。濾出的纖維素可利用于其它用途，例如造紙、紡織等。上述過氧化氫(H2O2)的添加量可依據(jù)生質(zhì)物材料的含量適當(dāng)調(diào)配，例如以該生質(zhì)物溶液的總重作為基準(zhǔn)，添加0. 1 5重量％的過氧化氫，具體地為0. 5 5重量％的過氧化氫，但不限于此。本發(fā)明所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，更包括在堿性環(huán)境下加入上述過氧化氫。 該堿性環(huán)境可藉由加入堿性化合物，例如有機(jī)堿或無機(jī)堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、或其混合物等所形成，沒有特別限定，但以形成生質(zhì)物溶液的PH值為8 13，尤以pH值11 13 的堿性環(huán)境為佳。該反應(yīng)器(1)的反應(yīng)溫度，較佳維持在60°C以上，更佳為60 90°C，尤以80 90°C為佳。在該反應(yīng)器中的反應(yīng)時(shí)間較佳為10 20小時(shí)。在混合煤碳步驟前，還可包括一過濾步驟，以去除反應(yīng)后的該生質(zhì)物溶液中的固體物質(zhì)(例如，纖維素)。在該過濾步驟后且該混合煤碳步驟前，還可包括一蒸發(fā)及濃縮該生質(zhì)物溶液的步
馬聚ο添加的煤炭較佳為經(jīng)磨碎的煤炭顆粒。煤炭顆粒的粒徑可為已知常用的粒徑大小，例如20 200 μ m。該煤炭的添加量可占最終該生質(zhì)水煤漿的30重量％以上。本發(fā)明一實(shí)施例中，所得的生質(zhì)水煤漿的組成為60重量％的煤炭及5重量％的生質(zhì)物，以所得的生質(zhì)水煤漿的總重為基準(zhǔn)。然而，本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿的組成不限于上述比例范圍，亦可包含10 70重量％的煤炭及5 60重量％的生質(zhì)物，以所得生質(zhì)水煤漿的總重為基準(zhǔn)。本申請(qǐng)所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法的特征之一在于，在含有生質(zhì)物材料的溶液中加入過氧化氫，以降低生質(zhì)物材料中木質(zhì)素的分子量，并改變木質(zhì)素的官能基而提高分散性。再者，本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿的制造方法的特征之一在于，在堿性環(huán)境下加入過氧化氫，堿性環(huán)境可破壞木質(zhì)素中的半纖維素(hemicellulose)的結(jié)構(gòu)，提升木質(zhì)素的溶解度， 進(jìn)而提升所得水煤漿的穩(wěn)定性。因此，根據(jù)本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿的制造方法所得的水煤漿，在儲(chǔ)存2周以上仍具有煤炭粒子均質(zhì)分散的穩(wěn)定性。而且本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿在煤炭濃度60重量％時(shí)，粘度與一般水煤漿相近。以達(dá)到相同的燃燒效率來看，本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿所含煤炭量較已知者減少10 15%，可有效達(dá)到節(jié)能減碳的功效。再者，本申請(qǐng)的生質(zhì)水煤漿的制造方法，不額外添加分散劑或穩(wěn)定劑，可省略制造分散劑或穩(wěn)定劑的步驟及調(diào)配分散劑或穩(wěn)定劑的比例的步驟，有效簡化制程及降低成本。[實(shí)施例1]將6g氫氧化鈉加入400ml水溶解后，再加入40g廢木屑后配成生質(zhì)物溶液混合液體。將IOml (3. 5g)過氧化氫以滴管滴入該混合液體中，反應(yīng)溫度升至85°C，反應(yīng)16小時(shí)， 可得反應(yīng)后的溶液其具有濃度5. 6% (wt)的生質(zhì)物，pH值為9. 65。將該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液200g，加入300g研磨成通過200目(mesh)的粉煤煤碳混合，可得生質(zhì)水煤漿(a)，具有粘度362pa · s。[實(shí)施例2]將6g氫氧化鈉加入450ml水溶解后，再加入60g干燥狼尾草后配成生質(zhì)物溶液混合液體。將IOml (3. 5g)過氧化氫以滴管滴入該混合液體中，反應(yīng)溫度升至85°C，反應(yīng)16小時(shí)，可得反應(yīng)后的溶液其具有濃度7. 2% (wt)的生質(zhì)物，pH值為9. 4。將該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液200g加入300g研磨成通過200mesh的粉煤煤碳混合，可得生質(zhì)水煤漿(b)，具有粘度 984pa · S0
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[實(shí)施例3]將8g氫氧化鈉加入600ml水溶解后，再加入75g干燥狼尾草后配成生質(zhì)物溶液混合液體。將IOml (3. 5g)過氧化氫以滴管滴入該混合液體中，反應(yīng)溫度升至85°C，反應(yīng)16小時(shí)，可得反應(yīng)后的溶液其具有濃度6. 4% (wt)的生質(zhì)物，pH值為9. 6。將該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液200g，加入300g研磨成通過200mesh的粉煤煤碳混合，可得生質(zhì)水煤漿(c)，具有粘度 563pa · S。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種生質(zhì)水煤漿的制造方法，包含提供一生質(zhì)物溶液，包含一生質(zhì)物材料；一堿化劑；以及一溶劑；加入過氧化氫于該生質(zhì)物溶液中；將該生質(zhì)物溶液升溫，進(jìn)行反應(yīng)；以及混合煤炭至該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液中，以獲得一生質(zhì)水煤漿。
2.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該過氧化氫的添加量為該生質(zhì)物溶液的總重的0. 1 5重量％。
3.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該堿化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、或其混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該生質(zhì)物溶液的pH值為8 13。
5.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該生質(zhì)物材料為木材、木屑、或草本植物。
6.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該生質(zhì)物材料于該生質(zhì)物溶液中的重量％為5 60重量％。
7.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該溶劑為水。
8.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該升溫的步驟是升溫至60°C 90 "C。
9.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該生質(zhì)物溶液與該過氧化氫的反應(yīng)時(shí)間為10 20小時(shí)。
10.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，在該混合煤碳步驟前，更包括一過濾步驟，以去除反應(yīng)后的該生質(zhì)物溶液中的固體物質(zhì)。
11.如權(quán)利要求10所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中該固體物質(zhì)為纖維素。
12.如權(quán)利要求10所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，在該過濾步驟后且該混合煤碳步驟前更包括一蒸發(fā)及濃縮該生質(zhì)物溶液的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該煤炭為磨碎的煤炭顆粒。
14.如權(quán)利要求13所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該煤炭顆粒具有20 200μ m 的粒徑。
15.如權(quán)利要求1所述的生質(zhì)水煤漿的制造方法，其中，該煤炭的添加量是占該生質(zhì)水煤漿的30重量％以上。
16.一種生質(zhì)水煤漿，其是由權(quán)利要求1所述的水煤漿的制造方法所制得。
17.如權(quán)利要求16所述的生質(zhì)水煤漿，其包括10 70重量％的煤炭及5 60重量％ 的生質(zhì)物，以該生質(zhì)水煤漿的總重為基準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生質(zhì)水煤漿的制造方法，包含提供一生質(zhì)物溶液，該生質(zhì)物溶液包含一生質(zhì)物材料；一堿化劑；以及一溶劑；加入過氧化氫于該生質(zhì)物溶液中；將該生質(zhì)物溶液升溫，進(jìn)行反應(yīng)；以及混合煤碳至該反應(yīng)后的生質(zhì)物溶液中，以獲得一生質(zhì)水煤漿。本案也提供由上述制造方法所制造的生質(zhì)水煤漿。
文檔編號(hào)C10L1/32GK102465046SQ20101059689
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者徐恒文, 沈政憲, 許介寅, 謝子賢 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院