李文艷，郭小杰

(1.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003；2.同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

0 引言

重油又稱燃料油或鍋爐燃料.重油是非常規(guī)石油的統(tǒng)稱，包括重質(zhì)油、高粘油等，一般在常溫下粘度很大，不能應(yīng)用和提煉.隨著我國GDP超過日本成為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，我國能源消耗量快速增長，鍋爐用重油的消耗量也日益增加.另一方面，我國煤炭儲量相對豐富，急需開發(fā)利用煤炭完全或部分代替重油鍋爐用燃料油技術(shù).

油煤漿是一種以煤基物代部分重油技術(shù)，它是以煉焦副產(chǎn)物-高溫煤焦油，重油為主要原料，通過調(diào)和技術(shù)制備鍋爐用液固漿態(tài)燃料.由于高溫煤焦油、煤炭都是煤基物質(zhì)，因此該技術(shù)是一項(xiàng)以煤部分代油的技術(shù).

油煤漿粘度是衡量燃料油性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其直接關(guān)系到油煤漿輸送，霧化特性[1]和燃燒特性，所以本文只研究油煤漿的粘度.

1 取樣和試樣制備

高溫煤焦油取自云岡制氣焦化廠凈化車間.大同煙煤煤粉取自大同塔山礦，經(jīng)塔山洗煤廠后，在實(shí)驗(yàn)室研磨至200目以上備用.大同煙煤煤樣分析見表1.

表1 原料煤粉分析

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 調(diào)和油制備方法

首先將高溫煤焦油和重油分別預(yù)熱且按一定體積比例混合，經(jīng)過膠體磨處理后制成調(diào)和油，用粘度計(jì)測定調(diào)和油粘度.

2.2 煤焦油制備方法

首先將高溫煤焦油和重油分別預(yù)熱且按一定體積比例混合，再將研磨好的煤粉加入到混合油中，然后在恒溫條件下，攪拌約5分鐘使其初步混合，把初步混合的煤粉—混合油漿迅速經(jīng)過膠體磨進(jìn)一步剪切混合得油煤漿，用粘度計(jì)測定油煤漿粘度.

3 結(jié)果和討論

3.1 溫度變化對煤焦油和重油的粘度的影響

調(diào)和油粘度隨溫度變化的特點(diǎn)是由煤焦油和重油的粘度隨溫度變化的特點(diǎn)決定的.圖1為煤焦油溫度與粘度的關(guān)系.圖2為重油溫度與粘度的關(guān)系.

據(jù)實(shí)際用燃料油經(jīng)驗(yàn)，55℃為燃料油的運(yùn)輸溫度，90℃為燃料油的燃燒預(yù)熱溫度，本實(shí)驗(yàn)測量調(diào)和燃料油粘度的溫度范圍為50～95℃，每隔5℃取點(diǎn)，測量粘度值.

圖1 煤焦油溫度和粘度的關(guān)系

圖2 重油溫度和粘度的關(guān)系

圖1、2可以看出，隨著溫度的升高，煤焦油和重油的粘度溫度升高而逐漸降低.50℃時，煤焦油粘度為240mPa·s，重油的粘度為6700mPa·s.95℃時，煤焦油粘度為21mPa·s，重油的粘度為470mPa·s.

煤焦油主要由蒽、菲等稠芳香環(huán)化合物和烷基取代的芳香族化合物組成.重油是混合物，成分非常復(fù)雜，含有96～99%C、H，可用化學(xué)式CnHm來表示，m=1.5～1.8n[2]，其余主要是由瀝青質(zhì)和膠質(zhì)組成.煤焦油和重油中的高分子極性化合物，分子內(nèi)和分子間的π-π鍵和氫鍵，隨著溫度升高，部分π-π鍵和氫鍵吸收熱量而分解成相對短鏈烴，隨著溫度的升高，煤焦油和重油的粘度下降圖3為煤焦油溫度與粘度關(guān)系的曲線和重油溫度與粘度關(guān)系的曲線比較.

圖3 煤焦油溫度與粘度關(guān)系的曲線和重油溫度與粘度關(guān)系的曲線比較

圖3中數(shù)據(jù)表明，隨溫度升高，重油粘度下降趨勢較大.煤焦油粘度下降相對平緩.50℃時，二者粘度相差6460mPa·s，95℃時，二者粘度相差449mPa·s.粘度差值減少了14.4倍.

3.2 溫度變化對調(diào)和油的粘度的影響

圖4煤焦油和重油調(diào)和比(體積比)為2：1時，調(diào)和制成燃料油溫度和粘度的關(guān)系.

圖4 調(diào)和比2：1的調(diào)和油溫度與粘度的關(guān)系

圖4中可看出，隨溫度逐漸升高調(diào)和燃料油的粘度值快速下降.50℃時，調(diào)和油粘度值1950mPa·s，95℃時，粘度值下降到97mPa·s下降了95.02%.溫度變化對調(diào)和油粘度影響顯著.50℃到75℃，調(diào)和油粘度下降顯著，75℃到80℃，調(diào)和油粘度下降平緩.

煤焦油和重油由于存在π-π鍵和氫鍵，使稠芳香環(huán)化合物等物質(zhì)彼此發(fā)生締合，從而形成一種超分子結(jié)構(gòu).在將兩種油調(diào)和以后，超分子結(jié)構(gòu)形成以超分子結(jié)構(gòu)為核、以吸附-溶劑化層為外殼的“復(fù)雜結(jié)構(gòu)體”.隨著溫度升高，分子吸收熱量，π-π鍵和氫鍵數(shù)目減少，“復(fù)雜結(jié)構(gòu)體”“解體”使得液相粘度下降.

從50℃升高到75℃，調(diào)和油吸熱局部融化，調(diào)和油由膏狀逐漸融化為常見液態(tài).根據(jù)結(jié)構(gòu)-粘度理論，在低溫狀態(tài)，分子間距離近，分子間引力大[3]，分子運(yùn)動能量較小，隨溫度提高，單個分子在平衡位置熱運(yùn)動劇烈，粘度迅速下降；約75℃時，調(diào)和油全部融化為常見液態(tài).調(diào)和油溫度進(jìn)一步升高，分子運(yùn)動能量大，分子間距較遠(yuǎn)引力小，流動性增強(qiáng)，粘度隨溫度的減少相對減慢.

3.3 膠體磨的對調(diào)和油粘度的作用

膠體磨的定子與轉(zhuǎn)子做相對高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使物料在離心力、重力的作用下，受到強(qiáng)大的剪切力、磨擦力、高頻震動力、沖擊力等復(fù)合力作用，使物料破碎分散而達(dá)到理想均質(zhì)混合狀態(tài).圖3-4是同樣調(diào)和比例下，同樣試驗(yàn)條件下，兩組調(diào)和油用電動攪拌器攪拌以后，一組經(jīng)過膠體磨，另一組沒有經(jīng)過膠體磨作用.

圖5 膠體磨的作用對調(diào)和油粘度的影響

圖5中可以看出，50℃時，未經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油粘度值4600mPa·s，經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油粘度值4100mPa·s，95℃時，未經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油粘度值265mPa·s，經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油粘度值235mPa·s.同樣實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油粘度低.

膠體磨的剪切力等復(fù)合力作用，把把物料剪切成薄層，減少單一物料的區(qū)域，最后區(qū)域界限消失而物料達(dá)到完全混合.

由于剪切力做功產(chǎn)生能量[4]，這些能量能夠破壞部分長鏈烴類分子內(nèi)和分子間的π-π鍵和氫鍵.經(jīng)膠體磨處理的調(diào)和油，在工業(yè)應(yīng)用的時候，就能夠降低油品的預(yù)熱溫度，從而節(jié)省能源[5].

3.4 煤粉的添加量對調(diào)和油粘度的影響

圖6 不同煤粉添加量制得的油煤漿粘度和溫度的關(guān)系

圖6為重油和煤焦油以4：1的調(diào)合比制成調(diào)和油，添加大于200目煤粉制成煤漿粘度和溫度的關(guān)系.從圖5可以看出，隨煤粉添加量增加，油煤漿粘度逐漸升高，在50℃時，未加入煤粉的粘度值為3100mPa·s，而加入30%煤粉的試樣的粘度值為11000mPa·s，增加2.5倍.而在95℃時未加入煤粉的試樣粘度值為170mPa·s，而加入30%煤粉的試驗(yàn)的粘度值為560mPa·s，增加了約2.3倍.這是由于調(diào)和油作為煤粉顆粒間[6]“潤滑劑”，油相量越少，自由相潤滑作用就越差，所以隨著煤粉添加量增大，油相所占比率減少，油煤漿粘度逐漸升高，同時煤粉顆粒的溶脹性使其體積增大，增加了油煤漿中兩相的界面面積，使粘度增加.

4 結(jié)論

(1)隨著溫度升高，調(diào)和油粘度快速下降，溫度升高對調(diào)和油粘度影響顯著.調(diào)和比例可以根據(jù)實(shí)際情況提高.

(2)溫度低于75℃調(diào)和油粘度下降迅速，溫度大約75℃時調(diào)和油粘度下降相對緩慢.75℃為調(diào)和油粘度變化快慢的分界溫度.

(3)膠體磨的剪切研磨具有明顯降低混合油低溫粘度的作用.未經(jīng)過膠體磨處理的調(diào)和油，靜止幾天后會分層.

(4)油煤漿的粘度隨著溫度的升高而降低，隨著煤粉的加入量增加，油煤漿粘度歲溫度的升高而升高.

參考文獻(xiàn)

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