煤焦油蒸餾殘留物制備燃料油的性能研究

1、本科畢業(yè)論文題目：煤焦油蒸餾殘留物制備燃料油的性能研究學(xué) 院:化學(xué)工程與技術(shù)專 業(yè):化學(xué)工程與工藝學(xué) 號:200922146014學(xué)生姓名:曾偉指導(dǎo)教師:梁文懂日 期:二一三年六月武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要利用煤焦油瀝青乳化制備燃料油，可拓展煤焦油瀝青綜合利用的途徑，為煤瀝青深加工的工藝選擇提供依據(jù)。本研究在分析煤瀝青軟化點(diǎn)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選用羥基乙叉二膦酸（HEDP）作為穩(wěn)定劑和乳化劑，考查了HEDP的適宜加入比例、摻水比例、乳化溫度以及攪拌轉(zhuǎn)速等條件對煤焦油瀝青乳化液的穩(wěn)定性、流動性的影響，對乳化機(jī)理進(jìn)行了初步分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：HEDP在乳化過程中，同時(shí)兼有乳化劑和穩(wěn)定劑雙重作用，可使

2、乳化液黏度減小，并保持穩(wěn)定狀態(tài)。HEDP的適宜加入量在0.10.2%之間，超過0.2%，在增加成本的同時(shí)，對乳化液的流動性和穩(wěn)定性能并無明顯的改善；煤瀝青的加入量對流動性影響顯著，存在適宜的加入量；水的加入可形成油包水結(jié)構(gòu)，有利于降低乳化液的黏度，并提高其穩(wěn)定性；適量摻雜二蒽油可以降低乳化時(shí)間并提高乳化燃料的穩(wěn)定性能。通過單因素試驗(yàn)，得到的最佳制備條件為：水的加入量為15%，HEDP加入量為0.14%，煤瀝青加入量為8%，此時(shí)所制備的乳化液穩(wěn)定性和流動性均較佳。關(guān)鍵詞：煤瀝青； HEDP；乳化；性能 AbstractEmulsion preparation of fuel oil from c

3、oal tar pitch can expand the approaches of comprehensive utilization of coal tar pitch and provide the basis for coal tar pitch deep processing technology choice.This study based on the analysis of the coal tar pitch softening point index, selects the hydroxy ethidene phosphonic acid (HEDP) as a sta

4、bilizer and emulsifier, examines the suitable adding ratio of HEDP, water blending ratio, emulsifying temperature and stirring speed and other conditions influence on the stability and liquidity of the emulsion. And the emulsification mechanism has carried on the preliminary analysis.Experimental re

5、sults show that HEDP in the process of emulsification, act as the emulsifier and the stabilizer at the same time, can reduce the viscosity of the emulsion and maintain a stable state. Suitable adding level of HEDP was between 0.1 0.2%, when it is more than 0.2%, there was an increase in costs on the

6、 contrary, the liquidity and stability of the emulsion has no obvious improvement; The dosage of the added coal tar pitch has significant effects on the liquidity, and there exists a suitable dosage; The addition of water will form water-in-oil structure, which can lower the viscosity of emulsion, a

7、nd improve its stability; A suitable dosage of doping anthracene oil can reduce the emulsifying time and improve the stable performance; After the single factor experiment, the optimum preparation conditions is found. That is water addition amount of 15%, HEDP addition amount of 0.14%, and 5% for th

8、e amount of coal tar pitch, the preparation of the emulsion stability and liquidity are better.Key words：Coal tar pitch; HEDP; Emulsification; Properties目 錄1 文獻(xiàn)綜述11.1 引言11.2 煤瀝青簡介11.2.1 煤瀝青性質(zhì)與組成11.2.2 煤瀝青的應(yīng)用研究現(xiàn)狀11.3 煤焦油的乳化過程21.3.1 瀝青乳化機(jī)理21.3.2 瀝青乳化液的流動特性21.4 穩(wěn)定劑的選擇41.5 穩(wěn)定劑HEDP簡介51.5.1 HEDP的性質(zhì)51.5.2

9、HEDP的應(yīng)用51.6 試驗(yàn)研究目的、方法及路線51.6.1 研究目的61.6.2 研究方法與研究路線62 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法72.1 試驗(yàn)設(shè)備與試劑72.1.1 主要設(shè)備與試劑72.1.2 試劑72.2 試驗(yàn)方法82.2.1 煤瀝青軟化點(diǎn)測試82.2.2 乳化試驗(yàn)條件92.2.3 測試穩(wěn)定劑加入量變化對乳化液性能影響92.2.4水加入量變化對乳化液性能影響102.2.5 煤瀝青加入量變化對乳化液性能影響113 試驗(yàn)結(jié)果與分析123.1 穩(wěn)定劑加入量對乳化液性能影響123.2 水加入量對乳化液性能影響133.3 煤瀝青加入量對乳化液性能影響134 結(jié)論及建議15參考文獻(xiàn)16致 謝17171 文

10、獻(xiàn)綜述1.1 引言能源是人類賴以生存和發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源。在科技日益發(fā)展的今天，它已經(jīng)成為人們密切關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。煤焦油蒸餾殘留物制備燃料油，可以減少對環(huán)境的污染，是當(dāng)今在資源短缺的情況下發(fā)展起來的新型節(jié)能環(huán)保燃料1。煤焦油乳化技術(shù)是以價(jià)格低廉的煤焦油為主要原料，通過加入穩(wěn)定劑，摻水乳化，適當(dāng)?shù)恼{(diào)解處理，制備出符合要求，適用于燃燒的燃料油2,3。煤瀝青是煤焦油的蒸餾殘留物，如果能將煤瀝青或煤焦油乳化，作為重油的替代燃料料，則可實(shí)現(xiàn)煤瀝青的綜合利用，并減低煤焦油深加工中的污染負(fù)擔(dān)。1.2 煤瀝青簡介1.2.1 煤瀝青性質(zhì)與組成煤焦油深加工的產(chǎn)品之，為多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，常溫時(shí)為黑色高黏

11、度半固體或固體。煤瀝青在炭素工業(yè)中作為黏結(jié)劑和浸漬劑使用，其性能對炭素制品生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量影響極大。煤瀝青的組成十分復(fù)雜，20世紀(jì)80年代末已查明的化合物有70余種，其中大多數(shù)為3個環(huán)以上的高分子芳香族碳?xì)浠衔?，以及多種含氧、氮、硫等元素的雜環(huán)有機(jī)化合物和無機(jī)化合物，還有少量直徑很小的炭粒。煤瀝青在常溫下是體積密度為1.251.35g/cm3的黑色固體，加熱到定溫度即呈軟化狀態(tài)，根據(jù)軟化點(diǎn)的不同，中國焦化企業(yè)生產(chǎn)4種規(guī)格的瀝青4：(1)低溫瀝青(軟瀝青)，環(huán)球法軟化點(diǎn)為3575：(2)中溫瀝青，環(huán)球法軟化點(diǎn)為7595；(3)高溫瀝青(硬瀝青)，環(huán)球法軟化點(diǎn)為95120；此外，根據(jù)用戶要求，

12、焦化廠可生產(chǎn)軟化點(diǎn)為120250特高溫瀝青；(4)改質(zhì)瀝青。1.2.2 煤瀝青的應(yīng)用研究現(xiàn)狀對煤瀝青的研究主要集中在碳材料和耐火材料粘結(jié)劑、浸漬劑瀝青、煤瀝青針狀焦、碳纖維、筑路及建筑材料、煤瀝青的化學(xué)改性等方面5以及輕質(zhì)化6。煤瀝青也可直接燃燒，但是直接燃燒時(shí)由于其縮合芳環(huán)結(jié)構(gòu)以及黏度高等特點(diǎn)使得難以燃燒完全，產(chǎn)生大量黑煙，造成環(huán)境污染。隨著環(huán)保要求的提高，煤瀝青直接燃燒利用受到了限制。因此，將煤瀝青乳化制備燃料油具有重要的應(yīng)用前景。1.3 煤焦油的乳化過程煤焦油加水乳化的過程7一般是將溶有乳化劑的水加入煤焦油中攪拌，水會分成細(xì)小液滴，產(chǎn)生新的油水兩相的界面。乳化劑膠束在水中無論是那種形態(tài)存

13、在，由于親油基與水的相斥性，都是親水基向外與水接觸，親油基聚合在一起被親水基保護(hù)起來。當(dāng)溶液加入煤焦油中后出現(xiàn)了油相，在油水界面上的膠束由于油相的作用，原來的平衡被打破。被打破的膠束中的乳化劑分子將重新排列，乳化劑分子中的親油基與油相溶而與水相斥，所以親油基將會在油的吸引力和水的排斥力的共同作用下嵌入煤焦油中，而乳化劑分子中的親水基依然和水相連。這樣在油水兩相的界面上就會有規(guī)律的分布著乳化劑的分子，最終油相、水相對乳化劑分子的作用及油水兩相的界面張力將會穩(wěn)定，完成了煤焦油的乳化，形成油包水型乳化液。當(dāng)然，乳化時(shí)乳化劑分子的移動、結(jié)合情況是很復(fù)雜的。但乳化劑分子的最大特點(diǎn)是分別擁有親水基和親油基

14、，使得乳化劑分子的一部分會與油相吸而與水相斥（親油基）,另一部分會與水相吸而與油相斥（親水基）。這樣，最穩(wěn)定的情況就是乳化劑分子中的親油基與油結(jié)合而親水基和水結(jié)合，乳化劑分子被吸附在油水兩相的界面上。由于乳化劑分子在油水界面上的作用，使得油水的界面張力降低。使水滴在煤焦油中不但變得比原來穩(wěn)定，也使得在相同攪拌功耗時(shí)的水滴直徑變小。另外，乳化劑中水滴的表面形成了一層由乳化劑分子組成的膜，而保護(hù)在水滴的周圍，阻止了水滴與其它水滴的結(jié)合，也加強(qiáng)了乳化油的穩(wěn)定性8。1.3.1 瀝青乳化機(jī)理已有研究表明9，水滴通過機(jī)械作業(yè)分散在瀝青后形成的瀝青乳化液，熱力學(xué)上屬于不穩(wěn)定體系，當(dāng)液滴相互碰撞時(shí)，就自動聚結(jié)

15、變大，使體系界面積減小自由能隨之降低，最后凝結(jié)再一起與瀝青分離，這是自然分離過程。要使這種瀝青乳化液變得穩(wěn)定，必須設(shè)法降低兩相界面的自由能，以求符合能量最低的原則。當(dāng)加入表面活性劑（乳化劑）后，乳化劑分子吸附在兩相界面上，形成了吸附層，吸附層中的分子有一定取向，極性基團(tuán)朝水，非極性基團(tuán)朝瀝青。這樣降低了瀝青和水的界面張力，當(dāng)水滴周圍吸附的乳化劑分子達(dá)到飽和時(shí)，在水滴表面形成有一定強(qiáng)度的保護(hù)膜。當(dāng)水滴在此情況下相互碰撞時(shí)，保護(hù)膜能夠阻止液滴的聚結(jié)，使乳狀液穩(wěn)定。在離子型乳化瀝青中，分散相水滴周圍行了一層帶有電荷的保護(hù)膜，為雙電層結(jié)構(gòu)。這時(shí)，電荷起著穩(wěn)定作用，水滴相互碰撞時(shí)，同性電荷相互排斥，阻止

16、了乳狀液的聚析。1.3.2 瀝青乳化液的流動特性由于乳化液是一種流體，黏度是重要的特性之一，特別是作為常溫下可流動的乳化液，考察其黏度(流動特性)對于了解這種乳化液的貯存、運(yùn)輸和使用都是十分必要的。影響乳化液黏度的因素較多，僅在選定的乳化劑配方情況下，考察瀝青濃度(固含量)對乳化液黏度的影響。作為然料用的瀝青乳化液,不僅要有好的流動性(便于泵送、霧化)、穩(wěn)定性，且要有相對高的熱值。當(dāng)然原料瀝青的熱值是最主要的。但如果固含量低，熱值相對低。在含水量太高的情況下，燃燒過程中會消耗大量的熱來使水汽化，這將影響加熱護(hù)的熱效率，因此應(yīng)在保證其它性能的情況下，盡量提高固含量。理論上，若分散相(內(nèi)相)是大小

17、均勻的球狀，計(jì)算最密集的液滴的體積可占總體積的74.02%10，若分散相體積大于此值時(shí)，乳化液就會發(fā)生破壞或變型，但分散相液滴多數(shù)情況下是不均勻的，有的還可能是多面體，乳化液這幾種形態(tài)見圖1.111。在b、c型的情況下，液滴體積可超過74%(由于大小不同的液滴填入液滴縫隙的結(jié)果)，但實(shí)踐中要制成這種高濃度而穩(wěn)定的乳化液是很難的，需要高度乳化與相當(dāng)量的高效乳化劑，經(jīng)濟(jì)上不一定合理。 (a) (b) (c)圖1.1 乳化液幾種形態(tài)瀝青乳化燃料是一種非牛頓流體，這一流動特性對于乳化液貯存穩(wěn)定性及使用是有利的。在靜置貯存時(shí)，剪切速率為零，黏度大,利于乳化液的穩(wěn)定貯存,在泵送和噴霧然燒時(shí)，相對剪切速率增

18、大,黏度小是有利的12。瀝青乳化液的典型性質(zhì)列于表1.1。為便于比較，表中也列出了水煤漿部分?jǐn)?shù)據(jù)。從表可見:瀝青乳化液濃度在70w%時(shí)，穩(wěn)定度合格,黏度0.18Pa·s(30,100s-), 流動性好, 灰分較水煤漿低,僅為水煤漿的6.3%, 而熱值較水煤漿高12。表1.1 瀝青乳化液性質(zhì)項(xiàng) 目瀝青乳化液水煤漿固含量/w%70.970黏度（30，100s-1）/Pa·s0.18/穩(wěn)定度1d/w%-0.5/7d/w%0.8/灰分/w%0.426.64熱值/MJ.kg-12822備注放置3個月無硬沉淀，經(jīng)攪拌后乳化液均勻1.4 穩(wěn)定劑的選擇乳化液的穩(wěn)定性是指反抗粒子聚集而導(dǎo)致相

19、分離的能力13。乳化液在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的體系，有較大的自由能。因此所謂乳化液的穩(wěn)定性實(shí)際上是指體系達(dá)到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間，即體系中一種液體發(fā)生分離所需要的時(shí)間。為了增長體系達(dá)到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間，應(yīng)盡量降低W-O界面張力，最有效的辦法是加入乳化劑。瀝青與乳化劑的水溶液在乳化過程中，由于分散、剪切力的作用，界面逐步被分割，界面的面積急劇增加，此時(shí)界面能量成為很大的力，促使被分割的粒子合一的速度也很快。而乳化劑因其表面活性向?yàn)r青水界面吸附，降低界面能量，防止合一。乳化劑的又一作用是以其分子包裹液滴，防止因液滴間的沖撞而聚合。再有是形成界面電二重層，兩液滴接近時(shí),因電性相斥而防止凝集。乳化劑的

20、這些作用,可使本來不穩(wěn)定的乳化液保持準(zhǔn)穩(wěn)定系。瀝青乳化液的性質(zhì)，如粒徑、黏度、穩(wěn)定性等，與乳化方法、乳化條件、乳化劑與助劑的種類及用量有關(guān)，尤以乳化劑的種類與結(jié)構(gòu)影響最大14-16，因而選擇適合的乳化劑甚為重要。在乳化時(shí)對乳化劑的要求是： 乳化劑必須能使界面張力降低； 乳化劑必須賦予粒子以電荷，使粒子間產(chǎn)生靜電排斥力，或在粒子周圍形成一層穩(wěn)定的、黏度特別高的保護(hù)膜。1.5 穩(wěn)定劑HEDP簡介羥基乙叉二膦酸(HEDP)分子式如下：表面活性劑一端是非極性的碳?xì)滏湥N基），與水的親和力極小，常稱疏水基；另一端則是極性基團(tuán)（如OH、COOH、NH2、SO3H等），與水有很大的親和力，故稱親水基，總稱“

21、雙親分子”（親油親水分子）。由HEDP分子式可知，HEDP也是一種表面活性劑。表面活性劑通過吸附在液體界面間來降低油水界面張力。1.5.1 HEDP的性質(zhì)HEDP是一種有機(jī)膦酸類阻垢緩蝕劑，能與鐵、銅、鋅等多種金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，能溶解金屬表面的氧化物。在250下仍能起到良好的緩蝕阻垢作用，在高pH下仍很穩(wěn)定，不易水解，一般光熱條件下不易分解。耐酸堿性、耐氯氧化性能較其它有機(jī)膦酸（鹽）好?？膳c水中金屬離子，尤其是鈣離子形成六圓環(huán)螯合物，因而具較好的阻垢效果并具明顯的溶限效應(yīng)，當(dāng)和其它水處理劑復(fù)合使用時(shí)，表現(xiàn)出理想的協(xié)同效應(yīng)。 HEDP固體屬于高純產(chǎn)品，適用于冬季嚴(yán)寒地區(qū)；特別適

22、用于電子行業(yè)的清洗劑和日用化學(xué)品添加劑。1.5.2 HEDP的應(yīng)用HEDP廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、化肥等工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及中、低壓鍋爐、油田注水及輸油管線的阻垢和緩蝕；在輕紡工業(yè)中，可以作金屬和非金屬的清洗劑，漂染工業(yè)的過氧化物穩(wěn)定劑和固色劑，無氰電鍍工業(yè)的絡(luò)合劑。HEDP作阻垢劑一般使用濃度110mg/L，作緩蝕劑一般使用濃度10-50mg/L；作清洗劑一般使用濃度10002000mg/L；通常與聚羧酸型阻垢分散劑配合使用。HEDP含有活性基團(tuán)，文獻(xiàn)17-18表明，采用HEDP所制備的乳化燃料，與添加常規(guī)常用的無機(jī)酸及表面活性劑等所構(gòu)成的分散劑所得的乳化燃料相比，穩(wěn)定性優(yōu)越，即使在攪拌

23、條件（低速攪拌）發(fā)生變化時(shí)仍維持有良好的乳化穩(wěn)定性、可以長時(shí)間保持乳化狀態(tài)。1.6 試驗(yàn)研究目的、方法及路線將劣質(zhì)重質(zhì)煤焦油和煤瀝青處理獲得高附加值燃料組分和高品質(zhì)化工原料，不僅使煤化工有望突進(jìn)到能源化工領(lǐng)域，也是社會對清潔化生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求的技術(shù)進(jìn)步的價(jià)值體現(xiàn)。本研究以HETP等為穩(wěn)定劑，通過復(fù)配試驗(yàn)考察乳化液的穩(wěn)定性能和流動性能，確定合理的乳化液組成；開發(fā)合理的工藝操作條件。1.6.1 研究目的前期研究結(jié)果與相關(guān)專利都表明，復(fù)配的乳化劑和穩(wěn)定劑在改善煤瀝青乳化燃料油的流動性、穩(wěn)定性或燃燒性方面具有比較好的效果，但對乳化燃料油的綜合性能的提高不甚理想，而且部分乳化劑和穩(wěn)定劑的制備工藝復(fù)雜，

24、生產(chǎn)成本較高。本研究擬采用單一的HEDP，同時(shí)作為乳化劑與穩(wěn)定劑使用，考察其乳化效果。本課題的主要目的是研發(fā)煤焦油瀝青乳化制備燃料油工藝，拓展煤焦油瀝青綜合利用的途徑。本課題的研究將拓展我國煤焦油綜合利用的產(chǎn)品鏈，研究結(jié)果可在煤化工相關(guān)行業(yè)推廣應(yīng)用，形成規(guī)?；б妗?.6.2 研究方法與研究路線（1）對煤焦油瀝青進(jìn)行相關(guān)測試與分析，確定煤焦油瀝青的組成及其基本理化性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等。（2）對煤焦油瀝青及其乳化液的流動性、穩(wěn)定性進(jìn)行綜合試驗(yàn)分析。（3）試驗(yàn)考查復(fù)合乳化劑和穩(wěn)定劑的適宜加入比例、摻水比例、乳化溫度以及攪拌轉(zhuǎn)速等條件對煤焦油瀝青乳化液的穩(wěn)定性、流動性的影響。2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法2.1

25、 試驗(yàn)設(shè)備與試劑2.1.1 主要設(shè)備與試劑本試驗(yàn)使用的主要儀器設(shè)備見表2.1。表2.1 主要儀器與設(shè)備儀器或設(shè)備名稱型號生產(chǎn)廠家瀝青延伸度試驗(yàn)器SYD-4508G潮州市長江不銹鋼醫(yī)療器械廠全自動瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器SYD-2806E上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101B鞏義市英峪予華儀器廠貝克曼溫度計(jì)WXG-11T江蘇武進(jìn)考都計(jì)量儀器廠懸臂式恒速強(qiáng)力攪拌機(jī)GZ江陰市保利科研器材有限公司光電轉(zhuǎn)速表VICTOR DT-6234荷蘭電子天平SE-1501F奧豪斯（上海）有限公司超級恒溫水浴箱2004-21(501)杭州國華有限公司旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)NDJ-97天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司

26、  本試驗(yàn)中，乳化液的性能主要考察其穩(wěn)定性能和流動性能。其中，穩(wěn)定性能系通過放置一定時(shí)間目測觀察來進(jìn)行；流動性能則是通過測定乳化液的黏度來表征。由于所制備的乳化液黏度變化范圍較大，因此采用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)來測定乳化液的黏度。使用時(shí)需要先調(diào)零，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)經(jīng)調(diào)試檢定合格出廠時(shí)，指針的位置應(yīng)在510格之間。調(diào)零時(shí)電動機(jī)應(yīng)在空載旋轉(zhuǎn)情況下，將調(diào)零螺絲輕經(jīng)旋入，此時(shí)指針即慢慢回到零點(diǎn)，如果指針已回過零點(diǎn)，不能再將調(diào)零螺絲再旋入，此時(shí)應(yīng)反向旋出，否則容易將調(diào)零彈簧片折斷。測試時(shí)的零點(diǎn)校正應(yīng)在空載下反復(fù)三次，確認(rèn)零位無誤，才算調(diào)零結(jié)束，方可進(jìn)行測試。測試結(jié)束后應(yīng)將調(diào)零螺絲退出。將被測的液體

27、小心倒入測試容器，直至液面達(dá)到錐形面下部邊緣，再將轉(zhuǎn)筒插入液體直到完全浸沒為止，然后把測試容器安放在儀器托架上，并將轉(zhuǎn)筒掛鉤懸掛于儀器左旋滾花螺母的掛鉤上。這時(shí)起動電機(jī)，轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)并從開始晃動到對準(zhǔn)中心，為加速對準(zhǔn)中心可將測試器在托架上前后左右微量移動，當(dāng)指針穩(wěn)定后即可讀數(shù)。如果讀數(shù)小于10格，應(yīng)當(dāng)調(diào)換直徑大一號的轉(zhuǎn)筒。2.1.2 試劑本試驗(yàn)所用的原料中，二蒽油取自武鋼集團(tuán)焦化公司，煤瀝青分別由河南順成集團(tuán)和武鋼集團(tuán)焦化公司提供，其中武鋼中溫瀝青，經(jīng)測定軟化點(diǎn)為77.1，河南順成集團(tuán)中溫瀝青軟化點(diǎn)為98，HEDP購自廣州鴻峰貿(mào)易有限公司 ，其性質(zhì)組及成見表2.2表2.2 HEDP性質(zhì)和

28、組分項(xiàng)目指標(biāo)外觀無色淡黃色透明液體白色粉末狀固體活性組分（以HEDP計(jì)），% 50.060.089.0亞磷酸（以PO33-計(jì)），% 2.02.20.80磷酸（以PO43-計(jì)），%0.80.80.50氯化物（以CL-計(jì)），%1.01.00.10PH值（1%水溶液） 222.0密度（20）g/cm3 1.341.40鐵（以Fe3+計(jì)）含量（ppm）10105.0活性組分（以HEDP-H2O計(jì)）% 98.02.2 試驗(yàn)方法2.2.1 煤瀝青軟化點(diǎn)測試取適量煤瀝青，粉碎，放入200ml燒杯中，加入到一半即可。將盛放瀝青的兩個環(huán)放在玻璃上，將裝有煤瀝青的燒杯放到電子萬用爐上，待瀝青完全熔化，將瀝青倒在環(huán)

29、內(nèi)，放涼20分鐘后，用切刀將高過環(huán)平面的瀝青切去，放入瀝青延伸度試驗(yàn)器冷卻40分鐘。用燒杯在試驗(yàn)器中取大半燒杯5蒸餾水，將試樣環(huán)架在支撐盤上，將球環(huán)罩上把鋼球放在球罩內(nèi)，然后將環(huán)架放在燒杯里，打開電源進(jìn)行測試。記下每個鋼球完全落下來時(shí)的溫度，取平均值，即是該瀝青的軟化點(diǎn)。測武鋼中溫瀝青軟化點(diǎn)時(shí)，記錄的兩個溫度分別是76.8、77.4。取平均值77.1，即為該瀝青的軟化點(diǎn)。2.2.2 乳化試驗(yàn)條件 為考察攪拌轉(zhuǎn)速、溫度以及攪拌時(shí)間、各成分加入量對乳化液性能的影響，按表2.3所設(shè)定的試驗(yàn)條件分別制備了乳化液，并對所制備的乳化液進(jìn)行分析測試，HEDP、水、煤瀝青、二蒽油都是對制劑量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。表2.

30、3 乳化試驗(yàn)條件與試驗(yàn)例試驗(yàn)編號水浴溫度（）轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）攪拌時(shí)間（min）HEDP（w/w%）水（w/w%）煤瀝青（w/w%）二蒽油（w/w%）制劑量（g）190500300.1830.069.80260.4290500300.2050.049.812.2150350700300.1412.887.00100450700101.0030.069.00150550700305.0030.065.001506501000308.0030.062.00150750700900.1412.8087.1200850800300.2110.1089.7200950800300.6330.3069.120

31、01050700900.1412.88.778.32001150700900.1412.826.160.92001250800300.6330.320.748.32001350800300.6330.334.534.52001450800300.2189.8100200將大塊的煤瀝青粉碎，然后研磨，再用100目的篩子過篩。用電子天平稱取定量的HEDP穩(wěn)定劑，蒸餾水，二蒽油，還有過篩后的煤瀝青（所要稱取得量見上表2.3中的數(shù)據(jù)）。先將二蒽油倒入錐形瓶中，放在50的水浴中，用直徑40cm的攪拌葉在一定轉(zhuǎn)速下攪拌（轉(zhuǎn)速見表2.3數(shù)據(jù)），再將HEDP穩(wěn)定劑和水倒入錐形瓶，一定時(shí)間后，將煤瀝青緩慢加入錐

32、形瓶中，加入完后，攪拌一定時(shí)間（見表2.3數(shù)據(jù)），然后將攪拌后的漿液倒入一燒杯中，密封，貼上標(biāo)簽，靜置2天后，在一定溫度下，測量其黏度，觀察其穩(wěn)定性和均一性。2.2.3 測試穩(wěn)定劑加入量變化對乳化液性能影響為考察穩(wěn)定劑加入量對乳化液流動性能和穩(wěn)定性能的影響，控制水浴溫度均為50，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)800rpm，攪拌時(shí)間30min，按表2.4所設(shè)定的條件進(jìn)行試驗(yàn)。 表2.4 穩(wěn)定劑HEDP加入量的影響實(shí)驗(yàn)號HEDP（w/w%）HEDP 實(shí)際量(g)水 (w/w%) 實(shí)際水量（g）二蒽油量（g）制劑量（g）10012.825.6174.420020.140.612.825.3174.120030.20.81

33、2.825.217420040.41.612.824.8173.620050.62.412.824.4173.220060.83.212.824.0172.8200在不加煤瀝青，加入相同水量，加入不同穩(wěn)定劑HEDP的情況下，各試劑的量與表2.4中數(shù)據(jù)相同，做出6組試樣，如表2.4中所示。具體步驟如下：稱取適量的二蒽油（質(zhì)量如表2.4中所示）倒入錐形瓶中，用直徑40cm的攪拌葉在一定轉(zhuǎn)速下攪拌一段時(shí)間，然后加入適量的蒸餾水（數(shù)據(jù)如表2.4中所示），攪拌30分鐘后，將漿液倒入燒杯中密封，2天后，觀察其穩(wěn)定性和均一性，然后用黏度計(jì)測量其黏度。2.2.4水加入量變化對乳化液性能影響考察水加入量對乳化液

34、性能的影響，試驗(yàn)條件如表2.5所示，控制水浴溫度均為50，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)均為800rpm，攪拌時(shí)間均為30min。表2.5水的加入量的影響試驗(yàn)號HEDP（w/w%）HEDP 實(shí)際量(g)水 (w/w%)實(shí)際水量（g）二蒽油量（g）制劑量（g）10.210.859.6189.620020.210.810.119.8179.420030.210.81529.6169.620040.210.82039.6159.620050.210.82549.6149.6200在不加煤瀝青，加入相同穩(wěn)定劑HEDP量，加入不同水量的情況下，各試劑的量與表2.5中數(shù)據(jù)相同，做出5中試樣，如表2.5中所示。具體步驟如下：稱取

35、適量的二蒽油（質(zhì)量如表2.5中所示）倒入錐形瓶中，用直徑40cm的攪拌葉在一定轉(zhuǎn)速下攪拌一段時(shí)間，然后加入適量的穩(wěn)定劑HEDP和蒸餾水（數(shù)據(jù)如表2.5中所示），攪拌30分鐘后，將漿液倒入燒杯中密封，2天后，觀察其穩(wěn)定性和均一性，然后用黏度計(jì)測量其黏度。2.2.5 煤瀝青加入量變化對乳化液性能影響為考察煤瀝青加入量對乳化液流動性能和穩(wěn)定性能的影響，控制水浴溫度均為50，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)均為700rpm，攪拌時(shí)間均為90min，按表2.6所設(shè)定的條件進(jìn)行試驗(yàn)。表2.6煤瀝青加入量的影響試驗(yàn)號HEDP（w/w%）HEDP 實(shí)際量(g)水(w/w%)實(shí)際水量（g）煤瀝青（w/w%）煤瀝青（g）二蒽油量（g）

36、制劑量（g）10.140.612.825.300174.120020.140.612.825.3510164.120030.140.612.825.38.717.4156.720040.140.612.825.31530144.120050.140.612.825.326.152.2121.9200在加入相同穩(wěn)定劑HEDP量和蒸餾水量，加入不同煤瀝青量的情況下，各試劑的量與表2.6中數(shù)據(jù)相同，做出5組試樣，如表2.6中所示。具體步驟如下：稱取適量的二蒽油（質(zhì)量如表2.6中所示）倒入錐形瓶中，用直徑40cm的攪拌葉在一定轉(zhuǎn)速下攪拌一段時(shí)間，然后加入適量的穩(wěn)定劑HEDP和蒸餾水（數(shù)據(jù)如表2.6中所

37、示），再攪拌一段時(shí)間后，加入適量的煤瀝青（質(zhì)量如表2.6中所示）攪拌30分后，將漿液倒入燒杯中密封，2天后，觀察其穩(wěn)定性和均一性，然后用黏度計(jì)測量其黏度。3 試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 穩(wěn)定劑加入量對乳化液性能影響穩(wěn)定性能通過不同放置時(shí)間后目測考察。乳化程度目測標(biāo)準(zhǔn)如下：均一；：分層。測黏度時(shí)，乳化液溫度均為18。測定18蒸餾水黏度為1（mpa·s）。結(jié)果如表3.1所示。表3.1 穩(wěn)定劑HEDP的加入量對乳化液黏度和穩(wěn)定性的影響試驗(yàn)號HEDP（w/w%）穩(wěn)定性黏度（mpa·s）10180020.1412030.21740.41550.6860.86由表3.1可見，在不加HEDP的

38、條件下，乳化液均一，黏度較大為1800 mpa·s；加入HEDP的量為0.14%時(shí)，乳化液也均一，黏度為120 mpa·s；加入HEDP量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%時(shí)，乳化液都有分層，黏度分別為17 mpa·s、15 mpa·s、8 mpa·s、6 mpa·s。觀察黏度與穩(wěn)定劑HEDP加入量的關(guān)系，結(jié)果如圖3.1所示。圖3.1穩(wěn)定劑HEDP加入量與乳化液黏度的關(guān)系上圖為在相同溫度，加入相同水量的情況下，不同穩(wěn)定劑HEDP加入量與乳化液黏度的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)不加穩(wěn)定劑HEDP時(shí)，乳化液黏度為1800 mpa·s

39、，摻雜一定量的HEDP后，乳化液的黏度明顯減小。在相同溫度下，隨著HEDP加入量的增加，乳化液的黏度有逐漸減小的趨勢。觀察乳化液的穩(wěn)定性、流動性，以及黏度，得出穩(wěn)定劑最優(yōu)加入量在0.14%左右。3.2 水加入量對乳化液性能影響測黏度時(shí)，乳化液溫度均為18。測定18蒸餾水黏度為1（mpa·s），其結(jié)果如表3.2中所示。表3.2水的加入量對乳化液黏度和穩(wěn)定性的影響試驗(yàn)號水 (w/w%)穩(wěn)定性黏度（mpa·s）151500210.1110315642035252由表3.2可知，在水的加入量為5%時(shí)，乳化液均一，黏度較大，為1500 mpa·s；水的加入量為10.1%時(shí)，

40、乳化液也均一，黏度為100 mpa·s；水的加入量為15%時(shí)，乳化液均一，黏度為6 mpa·s；當(dāng)水的加入量為20%時(shí)，乳化液有分層，黏度較小，為3 mpa·s；當(dāng)加水量是25%時(shí)，乳化液有分層現(xiàn)象，黏度是2 mpa·s。為直觀表示黏度與水加入量的關(guān)系，將表3.2中所列各參數(shù)用圖3.2表示。圖3.2水的加入量與乳化液黏度的關(guān)系圖3.2為在相同溫度，穩(wěn)定劑HEDP的加入量相同的情況下，水的加入量對乳化液黏度的影響。由圖可知，隨著水量的增加，乳化液的黏度呈現(xiàn)出顯小的趨勢。在一定范圍內(nèi)，乳化液的黏度隨著水量的加入急劇減小。過了這個區(qū)間后，乳化液黏度隨著水量的增

41、加緩慢減小。從乳化液穩(wěn)定性和流動性，以及燃燒性能方面考慮，水的最優(yōu)加入量為15%左右。3.3 煤瀝青加入量對乳化液性能影響 測黏度時(shí)，乳化液溫度均為22。測定22蒸餾水黏度為1（mpa·s），其結(jié)果如表3.3中所示。表3.3煤瀝青的加入量對乳化液黏度和穩(wěn)定性的影響試驗(yàn)號煤瀝青（w/w%）穩(wěn)定性黏度（mpa·s）1010025260038.712004156600526.12300 （38）由表3.3可見，煤瀝青加入量在0-26.1%內(nèi)，乳化液都均一；不加煤瀝青時(shí)，乳化液黏度為100 mpa·s；加入煤瀝青5%時(shí)，乳化液黏度為2600 mpa·s；加入煤瀝

42、青量為8.7%時(shí)，乳化液黏度為1200 mpa·s；煤瀝青加入量為15%時(shí)，乳化液黏度為6600 mpa·s；煤瀝青加入量為26.1%時(shí)，乳化液黏度需要加熱才能測定，表3.3所列數(shù)據(jù)為加熱到38時(shí)所測得的值。為直觀表示黏度與煤瀝青加入量的關(guān)系，將表3.3中所列各參數(shù)用圖3.3表示。圖3.3煤瀝青的加入量與乳化液黏度的關(guān)系圖3.3即為在溫度、穩(wěn)定劑HEDP量和水量均相同的情況下，煤瀝青的加入量與乳化液黏度的關(guān)系。由圖可知，隨著HEDP加入量的增加，乳化液的黏度先增加，然后減小，再增加。說明在此條件下，煤瀝青的加入量有一個最優(yōu)值，在8%左右。 4 結(jié)論及建議本研究在分析煤瀝青軟

43、化點(diǎn)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選用羥基乙叉二膦酸（HEDP）作為穩(wěn)定劑和乳化劑，考查了HEDP的適宜加入比例、摻水比例、乳化溫度以及攪拌轉(zhuǎn)速等條件對煤焦油瀝青乳化液的穩(wěn)定性、流動性的影響，對不同工藝條件下所制備的乳化的性能進(jìn)行了測定，對乳化機(jī)理進(jìn)行了初步分析。通過試驗(yàn)及分析，得到如下結(jié)論：（1）HEDP在乳化過程中，同時(shí)兼有乳化劑和穩(wěn)定劑雙重作用，可使乳化液黏度減小，并保持穩(wěn)定狀態(tài)。HEDP的適宜加入量在0.10.2%之間，超過0.2%，在增加成本的同時(shí)，對乳化液的流動性和穩(wěn)定性能并無明顯的改善。（2）水的加入可形成油包水結(jié)構(gòu)，有利于降低乳化液的黏度，并提高其穩(wěn)定性；但水加入量過多將會影響到所制備的乳化燃料的燃燒性能。（3）煤瀝青的加入量對流動性影響顯著，存在適宜的加入量；適量摻雜二蒽油可以降低乳化時(shí)間并提高乳化燃料的穩(wěn)定性能。通過單因素試驗(yàn)，得到的最佳制備條件為：水的加入量為15%，HEDP加入量為0.14%，煤瀝青加入量為8%，此時(shí)所制備的乳化液穩(wěn)定性和流動性均較佳。通過試驗(yàn)研究和文獻(xiàn)調(diào)研，作者認(rèn)為本研究尚有以下兩個方面需要進(jìn)一步研究：（1）進(jìn)一步考察乳化燃料的燃燒性能，以便更合理的確定各組分的添加量，制備性能優(yōu)越的乳化液。（2）進(jìn)一步提高煤瀝青摻雜量，這樣，既可以實(shí)現(xiàn)煤瀝青的綜合利用，又能提高乳化燃料的熱值。 參考文獻(xiàn)1 Chih-Peng