超声波破碎仪制备半纤维重油的工艺研究及其热值和粘度评价

重油的降粘剂的选择，以及采用单因素优化法制备半纤维素重油的工艺研究，并且 对半纤维素重油进行了热值、运动粘度和锅炉燃烧试验的考查。其优化工艺确立为重油与降粘剂的质量 比为8:2，半纤维重油的HLB值为11.5，半纤维素溶液添加量为30%，超声波破碎仪乳化时间为30 min，乳化温度为常温。经检测制备的半纤维素重油弹筒热值为35.12 MJ/kg，与重油的37.22 MJ/kg相当，而运动 粘度由180 mm2/s降低至28.5 mm2/s，粘度显著降低，解决了传统重油在储存、转运、燃烧过程中需要 预热耗能的问题。

重油是石油提炼中的下脚料，其主体组分中含有 15%~30%左右的胶质、沥青质，并含有多种金属、非金属、灰分、水分以及硫分等有害物质。同时，它也是一种高热值的燃料油，含碳量高达 85%左右， 热值在 9000 大卡以上，闪点达 120℃以上，具有良好的储运**性能，是冶金、建材、化工、轻工、食品、 电力、航运等行业的重要热能源，尤其在能源较为短缺的沿海工业发达地区及高耗能企业已成为其主要燃 料。作为燃料，重油的凝点高、粘度大、流动性差，使燃烧雾化效果受到严重影响，而且随石油产品 加工深度的不断提高，重油燃烧性能大幅下降，造成燃烧不完全，燃料消耗浪费严重，并加大了污染物质 的排放。为了改善重油在常温下的粘度和燃烧状况，国内外已发展了很多技术，一般是在重油中加入水 合乳化剂，加热乳化，形成由粒径 1~100 µm 分散相的油包水或水包油乳液，在乳化后直接进入燃烧器以 改善重油的燃烧状况，或改善乳化剂品种和增大用量，使重油乳液在常温下有较低的粘度和较长时间的稳 定性。 半纤维素广泛存在于植物中，针叶材含 15%~20%，阔叶材和禾本科草类含 15%~35%，在造纸行业 产生的黑色黑液中的含量也极为丰富，但一直没有得到很好的应用。半纤维素作为一种生物高分子， 具有较高的热能，并在碱水中具有很高的溶解度。本工艺就是基于该思路提出以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶 性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以丙酮作为降粘剂溶解 重油，同半纤维素溶液进行纳米乳化混合形成半纤维素重油，形成一种新的生物质液体燃料。该燃料较 传统的乳化重油相比具有粘度低、流动性好、热值高、着火性好的特点。

.NaOH/半纤维素浓度对半纤维溶解度的影响 在常温下状态下，将 30 g 半纤维素加入 100 ml 的 4%、6%、8%、10%、12%不同浓度氢氧化钠碱溶 液中，搅拌均匀使其充分溶解。观察半纤维素在不同浓度氢氧化钠碱溶液中的溶解情��。 在常温下状态下，将 20 g、25 g、30 g、35 g、40 g 的半纤维素加入 100 ml 10%氢氧化钠溶液中，搅 拌均匀使其充分溶解。观察半纤维素在不同浓度氢氧化钠碱溶液中的溶解情况。

重油降粘剂的筛选 分别选取丙酮、石油醚、正己烷、环戊烷、乙醇五种溶剂与重油进行混合，超声波破碎仪超声 10 min，静止 观察重油的溶解状态和粘度。重油 HLB 值的测定，将重油与水按照质量表 9:1 混合，加入 HLB = 9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5 和 13 的乳化 剂 1%，置于 25℃水浴中采用超声波破碎仪乳化 30 min，乳化完毕后进行稳定考察。稳定性考察: 将乳化油置于 25℃的恒温箱中放置 12 h，观察水的析出情况。按析出水的毫升数作为 稳定性指标(析水率 = 析出水量/含水量)。

将重油与半纤维素溶液按照质量表 7:3 混合，加入一定量的 HLB = 11.5 的乳化剂，置于 25℃水浴中 采用超声波破碎仪乳化一定时间，乳化完毕后进行稳定考察。 稳定性考察：将乳化油置于 25℃的恒温箱中放置 12 h，观察水的析出情况。按析出水的毫升数作为 稳定性指标(析出水量)。 考察影响：1) 乳化剂用量分别考察 0.25%、0.5%、1%、1.5%和 2%五个水平；2) 乳化时间分别考察 10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min。半纤维素重油锅炉燃烧试验 将半纤维素重油倒入重油锅炉(金威特燃烧机，供热量：150,000 kcal/h)燃烧器的料箱中，将料箱的温 度调至“0”刻度，进行常温点火燃烧，启动燃烧器开关进行燃烧试验，观察半纤维素重油的流动情况、 着火情况及燃烧时的火焰情况。

通过试验以丙酮作为重油的降粘剂，解决了重油乳化需要高温加热的问题；通过乳化方式将半 纤维素以分子态形式与重油进行乳化混合，形成生物质能源的一个新品种，其中半纤维素溶液在重油中 的质量百分含量不低于 30%，实现了重油替代；本实验**采用半纤维素作为乳化重油的能量增强剂， 有效解决乳化重油虽烟度低，但热量降低的问题。经过检测制备的半纤维素重油弹筒热值为 35.12 MJ/kg, 与重油的 37.22 MJ/kg 相当，而运动粘度由 180 mm2 /s 降低至 28.5 mm2 /s，粘度显著降低，解决了 传统重油在储存、转用、燃烧过程中需要预热耗能的问题。因此可以解决林源活性物质分离纯化后剩余 物质中大量废弃生物质的高值化资源化利用的问题，该技术还可以推广应用于所有生产过程中产生大量 林草木质纤维素废弃物相关行业，在技术上具有普适性，为生物质重油提供新的产品形式。