專利名稱：儲存和/或運輸液態燃料的方法
技術領域：
本發明涉及一種儲存和運輸液態燃料的方法，目的是提高液態燃料儲備和運輸安全性，屬于儲運技術領域。
背景技術：
眾所周知，液化氣、汽油、煤油、柴油和原油等液態燃料在儲運過程中，如果受到人為攻擊(炸彈、火種等)或意外撞擊時，極易發生大量泄露甚至劇烈燃燒、爆炸，搶救工作很難開展。因此液態原料儲備庫往往是重點消防場所。海上油輪受到撞擊造成大量原油泄露，污染破壞海洋生態環境的事故也不鮮報道。戰時雙方的燃料儲備庫和運輸工具也常常是被彼此攻擊的目標，一旦被擊中，保全的幾率力往往很低。海上艦只更為突出，其燃料庫一旦被擊中，往往會帶來滅頂之災。因此，提高液態燃料的儲存和運輸的安全性，對民用和國防兩方面都具有重要意義。
水合物是指小分子氣體(N2，CO2，CH4，C2H6，C3H8等)與水在一定溫度和壓力下生成的一種晶體物質。水合物的生成溫度一般在0℃和15℃之間，生成壓力隨生成水合物的氣體的不同而差別很大。近年來水合物日益受到國際能源界的重視，曾多次召開大型國際會議專門討論水合物作為潛在新能源和新技術開發(固態輸送、儲藏、環保、混合物分離等)的發展前景。但目前水合物技術的應用一直局限于小分子氣體混合物的分離以及氣體的固態儲藏和輸送方面，還未見有關水合物技術應用于液態燃料儲備和/或運輸方面的研究報導。
發明內容
本發明的主要目的是針對液態燃料貯備庫、燃料運輸車輛和艦載燃料庫等受到攻擊時極易在短時間內發生劇烈燃燒、爆炸的問題，同時也針對海上原油和成品油的運輸過程中時有發生的因撞擊造成油品大量泄漏、污染環境的問題，而提供一種新的儲存和/或運輸液態燃料的方法，以提高液態燃料儲備和/或運輸的安全性。
本發明人經過大量的研究與摸索實驗，將水合物技術應用于液態燃料的儲存和運輸，而提出了本發明的儲存和/或運輸液態燃料的方法，該方法主要包括向液態燃料中加入水混合，使水和油形成乳液；使所形成的乳液與能生成水合物的阻燃性氣體接觸生成水合物，得到水合物油漿；控制該水合物油漿的溫度為-1到-15℃，使其至少部分固化，在常壓或低壓下保存和/或運輸。
通過上述方法，可將液態燃料轉化成固態形式，不僅利于在常壓或低壓下保存和/或運輸，當該固態燃料在受到劇烈碰撞或人為攻擊時，因溫度升高，其中的水合物會部分分解，一方面吸收熱量使體系溫度回落，另一方面水合物將釋放阻燃性氣體，阻止燃料的燃燒乃至爆炸，從而提高燃料儲存和運輸的安全性。
本發明中所述的液態燃料包括原油(石油)及其通過精練得到的成品油，如汽油、柴油、煤油等；另外還包括各種液態烴，如，戊烷、己烷、庚烷、辛烷等。
本發明方法中所使用的能生成水合物的阻燃性氣體可以為任何已知具有阻燃性且易于生成水合物的小分子氣體，優選包括二氧化碳或氟里昂等具有阻燃性質的氣體，其中二氧化碳因價格低廉更可優先采用。
在本發明的方法中，比較關鍵的一個因素是控制水的加入量。水的加入量自然是越少越好，但必須保證能生成足夠的水合物，以在運輸過程中，該固態燃料在受到劇烈碰撞或人為攻擊時，所述水合物能夠分解釋放足夠的阻燃性氣體，保護油品不被燃燒。根據發明人的大量實驗結果發現，水的最少加入量最好不低于乳液總體積(加入水的體積+油的體積)的5％左右，以能使足量的阻燃性氣體在乳液中與水生成水合物，并且在生成水合物反應后降溫至-1到-15℃時，至少有約5％的液態燃料固化。這樣，在油品表面引入火種時，水合物受熱分解釋放的阻燃性氣體能夠覆蓋在油品表面，而保護油品不燃燒。同時，發明人在實驗中發現，固化所需的最小水量與燃料油品的輕重有關，重質油所需水量比較少一些，而輕質油品所需水量比較多一些。綜合考慮液態燃料的安全性和儲運量，水的加入量可控制在乳液總體積(加入水的體積+油的體積)的5％-50％之間，優選在10-50％。
申請人的研究還發現，加入適量的乳化劑，有利于加快水合物的生成速度，及有利于使生成的水合物和油均勻混合形成更稠化的水合物-油漿，具有易于固化的功效。所以，本發明優選的方法中還包括將水與油品混合后還加入乳化劑形成所述乳液。優選地，乳化劑可以采用span系列乳化劑，例如失水山梨醇單月桂酸酯(span20)、失水山梨醇單棕櫚酸酯(span40)、失水山梨醇單硬脂酸酯(span60)、失水山梨醇單油酸酯(span80)等中的一種或多種，也可以采用oπ系列乳化劑(烷基酚聚氧乙烯醚)，例如辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚等，或者采用兩種系列乳化劑的混合物。當采用兩種系列乳化劑的混合物時，可達到較佳的乳化效果。乳化劑的使用量一般控制為體系中所添加的水的質量的1-5％之間，優選用量為水質量的2％-5％。如果采用兩種乳化劑混合使用時，span系列乳化劑與oπ系列乳化劑的質量比可以控制為5∶1-1∶3。
具體操作時，所述水合反應中水合物的生成條件根據所選擇的阻燃性氣體的具體種類的不同而有所差別，這對于本領域的技術人員來說是公知的，例如，當選擇CO2作為阻燃性氣體時，所述水合反應的溫度可以控制在1-10℃，壓力1.5-5MPa。反應過程中通過觀察體系的壓力變化情況，當壓力不變化時，認為體系達到平衡，即反應完成，一般反應時間為4-6小時。
根據本發明的優選具體實施方案，在水合物反應完成后，還可先將得到的水合物油漿體系的壓力降到略高于水合物的分解壓力，使液態燃料中的溶解氣(例如二氧化碳)充分釋放出來，然后再將該水合物油漿溫度調整到-1到-15℃，使其至少部分固化。
綜上所述，利用本發明的方法，可將液態原料固化后再進行儲備和運輸，當其受到人為攻擊和意外撞擊時不會立即劇烈燃燒、爆炸或大量泄漏，可以為搶救和修復工作爭取時間，從而大大提高油品儲存和運輸的安全性。
具體實施例方式
以下通過具體實施例詳細說明本發明目的的實現及本發明的特點，但不對本發明的實施范圍構成任何限定。
實施例1將4體積原油和1體積水混合，并加入質量為水質量的4％的乳化劑span60，通過充分攪拌，使其形成穩定的乳液。然后取10ml乳液加入帶磁力攪拌子的透明藍寶石釜中。再將藍寶石釜裝入空氣浴中，接好管線抽真空，排掉釜內空氣，然后充入CO2，使壓力達到4MPa。啟動磁力攪拌，并將空氣浴溫度設定到4℃。隨著水合物的生成，釜內壓力會降低，通過補充CO2使壓力基本恒定。待水全部轉化為水合物后，將溫度降到0.5℃，壓力降到1.5Mpa(略高于CO2水合物平衡壓力)，使溶解氣充分釋放。然后再將溫度降到-5℃左右，體系逐漸固化。當體系完全固化后，降低體系壓力至常壓。
觀察體系的變化，未見溶化現象。在固體表面引入火種，不燃燒。可直接被儲存或運輸。
實施例2將油-水混合體積比調整到5∶1，其它條件和實驗步驟同實施例1，體系在-5℃時出現水合物和油分層現象，大約有70-80％的油被固化。此時，在固體表面引入火種，仍不燃燒。
實施例3將油-水體積比調整到2∶1，其它條件和實驗步驟同實施例1，體系在4℃時即出現固化現象，但比較軟。降到-5℃后體系變硬。壓力降至常壓后未見溶解現象。在固體表面引入火種，不燃燒。
實施例4將7體積汽油和3體積水混合，并加入質量為所添加的水質量的4％的乳化劑span60，通過充分攪拌，使其形成穩定的乳液。然后取10ml乳液加入帶磁力攪拌子的透明藍寶石釜中。再將藍寶石釜裝入空氣浴中，接好管線抽真空，排掉釜內空氣，然后充入CO2，使壓力達到4MPa。啟動磁力攪拌，并將空氣浴溫度設定到4℃。隨著水合物的生成，釜內壓力會降低，通過補充CO2使壓力基本恒定。待水全部轉化為水合物后，將溫度降到0.5℃，壓力降到1.5Mpa(略高于CO2水合物平衡壓力)，使溶解氣充分釋放。然后再將溫度降到-5℃，體系逐漸固化。當體系完全固化后，降低體系壓力至常壓。
觀察體系的變化，未見溶化現象。在固體表面引入火種，不燃燒。可直接被儲存或運輸。
實施例5將油-水體積比調整到3∶1，其它條件和實驗步驟同實施例4，體系在-5℃時出現水合物和油分層現象，油不能被全部固化。但在固體表面引入火種，不會燃燒。
實施例6將3體積汽油和1體積水混合，并加入質量為水質量的1％的oπ(壬基酚聚氧乙烯醚)和質量為水質量的2％的span60，通過充分攪拌，使其形成穩定的乳液。然后取10ml乳液加入帶磁力攪拌子的透明藍寶石釜中。再將藍寶石釜裝入空氣浴中，接好管線抽真空，排掉釜內空氣，然后充入CO2，使壓力達到4MPa。啟動磁力攪拌，并將空氣浴溫度設定到4℃。隨著水合物的生成，釜內壓力會降低，通過補充CO2使壓力基本恒定。待水全部轉化為水合物后，將溫度降到0.5℃，壓力降到1.5Mpa(略高于CO2水合物平衡壓力)，使溶解氣充分釋放。然后再將溫度降到-5℃，體系逐漸固化。當體系完全固化后，降低體系壓力至常壓。觀察體系的變化，未見溶化現象。在固體表面引入火種，不燃燒。
實施例7將油-水體積比調整到4∶1，其它條件和實驗步驟同實施例6，反應結束后體系在-5℃時仍能固化，但比較軟。在固體表面引入火種，不燃燒。
權利要求
1.一種儲存和/或運輸液態燃料的方法，包括向液態燃料中加入水混合，使水和油形成乳液；使所形成的乳液與能生成水合物的阻燃性氣體接觸生成水合物，得到水合物油漿；控制該水合物油漿的溫度為-1到-15℃，使其至少部分固化，在常壓或低壓下保存和/或運輸。
2.權利要求1所述的方法，其中所述液態燃料包括原油及其通過精練得到的成品油或液態烴。
3.權利要求2所述的方法，其中所述成品油包括汽油、柴油或煤油；所述液態烴包括戊烷、己烷、庚烷或辛烷。
4.權利要求1所述的方法，其中所述能生成水合物的阻燃性氣體包含二氧化碳或氟里昂。
5.權利要求1所述的方法，其中水的加入量為所述乳液總體積的5％-50％。
6.權利要求1或5所述的方法，其中，水與油品混合后還加入乳化劑形成所述乳液。
7.權利要求6所述的方法，其中，所述乳化劑為span系列乳化劑、oπ系列乳化劑、或兩種系列乳化劑的混合物。
8.權利要求7所述的方法，其中乳化劑的用量為水質量的1％-5％。
9.權利要求1或4所述的方法，其中所述生成水合物的氣體為CO2，生成水合物的溫度為1-10℃，壓力為1.5-5MPa。
10.權利要求1所述的方法，其還包括將所述水合物油漿體系的壓力降到略高于水合物的分解壓力，使液態燃料中的溶解氣充分釋放出來，然后再將水合物油漿溫度調整為-1到-15℃的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種儲存和/或運輸液態燃料的方法，向液態燃料中加入水混合，使水和油形成乳液；再使所形成的乳液與能生成水合物的阻燃性氣體接觸生成水合物，得到水合物油漿；然后控制該水合物油漿的溫度為－1到－15℃，使其至少部分固化，在常壓或低壓下保存和/或運輸。這樣，如果固態燃料在儲存和運輸過程中受到劇烈碰撞或人為攻擊，因溫度升高，水合物會部分分解，一方面吸收熱量使體系溫度下降，一方面釋放阻燃性氣體，阻止燃料燃燒乃至爆炸，從而提高燃料儲備和運輸安全性。
文檔編號C10L10/00GK1760111SQ200510117800
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月10日 優先權日2005年11月10日
發明者陳光進, 孫長宇, 馬慶蘭, 王秀林, 陳立濤 申請人:中國石油大學(北京)