CN1255518C - 由石油渣油基燃料油制成的水乳型燃料 - Google Patents

Abstract

提供一种通过将燃料油用水或含水液体乳化，使燃料油形成分散相而含水液体形成连续相制成的，可用来代替石油渣油基燃料油如4号、5号和6号燃料油及由石油分馏过程得到的减压渣油的含水粗滴乳液。配方中可包括乳液稳定剂和任选的其它各类添加剂，尤其是低碳链烷醇来稳定乳液的性质。通过将燃料油，特别是6号燃料油和水加热到高于约60℃，按适当比例混合两种热液体，并对混合物施加剪切，形成粗滴乳液。粗滴乳液在几方面要优于燃料油本身，包括它可在环境温度下泵送，无需预热，并且能够清洁燃烧，NO_X及其它污染物和杂质的排水量显著降低。

Description

由石油渣油基燃料油制成的水乳型燃料

本申请是1998年4月22日申请的共同未决申请号09/064,678的部分继续，该申请全文并入本文作为参考。

                发明背景

1.发明领域

本发明涉及称作船用燃料和渣油燃料的各种液体燃料，并涉及能替代这些燃料提供粘度更低且燃烧更清洁优点的燃料。

2.发明背景

船用燃料是一类用作轮船及工业燃料及用于大型加热设备中的重质渣油，称作6号燃料油，又称船用C级锅炉燃料油的燃料油在燃油发电厂中用作主要燃料，在船运业也用作深通风容器的主要动力燃料。称作4号和5号燃料油的燃料油则用于一些商业用途如学校、住宅建筑和其它大型建筑，和大型固定式发动机及船舶发动机。最重的燃料油是由分馏过程得到的沸点在565℃以上的减压残余油，常称作“减压渣油”。减压渣油主要作为沥青和焦化装置的进料。

编号燃料油的粘度随所定号数的升高而增高。因此，4号、5号和6号燃料油的粘度和比重要高于1号、2号和3号燃料油，减压渣油的粘度最高。由于粘度很高，减压渣油和较高编号燃料油在泵送前一般都需要加热。编号燃料油中，6号燃料油的比重最重(15/15℃时一般为0.9861)且粘度最高(37.8℃时一般为36000cSt)。泵送6号燃料油需要预热到约165°F(74℃)，这就会大大增加使用费用，且装置的投资成本也要提高。4号和5号燃料油尽管所需热量少一些，但也存在类似问题。此外，减压渣油和编号燃料油的含硫量都很高(编号燃料油中，6号燃料油的含硫量最高)，与许多石油燃料类似，它们的使用要承担高NO_X排放和高颗粒物排放的风险。

                    发明概述

现已发现，渣油基燃料油如减压渣油、减粘裂化的减压渣油、液化焦炭及4、5和6号燃料油可通过将油与一种含水液体混合形成粗滴乳液，并加入足量的乳化稳定剂使乳液稳定的方法来转化为低粘度的可清洁燃烧的液体燃料。得到的燃料乳液可用作非乳化型燃料的代用品。例如，由6号燃料油制成的乳液可用于任何以前常使用6号燃料油的热炉、锅炉、发动机、燃烧式汽轮机或发电厂。另外，由减压渣油、减粘裂化的减压渣油或液化焦炭制成的乳液可用作6号燃料油或更低编号燃料油的替代品。对任一编号的燃料油来说，得到乳液的粘度都低至足以在环境温度下泵送乳液，对于由6号燃料油制成的乳液来说，这一点特别有价值。并且，燃烧乳液能使NO_X和颗粒物的排放量较非乳化型燃料油显著降低。这样就能降低废气处理的需要和费用。烟灰的生成量也显著减少，这就减少了维修次数并能使锅炉的传热效率提高。在柴油发动机和燃烧式发动机中，乳液能延长润滑油的使用寿命。一般而言，乳液中的燃料组分燃烧更加完全，使得燃料效率和热效率有所提高。此外，由于油能在环境温度下泵送，省去了加热或一系列运输容器和管线的需要，可降低维修费用和投资成本。由减压渣油或减粘裂化的减压渣油制成的乳液还能提供的好处是无需将渣油与切割油(即蒸馏馏分)调和就能具有编号燃料油的特性，这就为编号燃料油提供了一种更廉价的替代品。

从下面的描述中将进一步了解本发明的特征、任选项、优点和具体实施方案。

附图简介

图1是使用三种不同再烧燃料，其中之一是本发明范围的燃料时，再燃烧阶段提供的热输入量比例与锅炉再烧后NO_X减少率的关系图，再烧阶段前NO_X浓度为450ppm。

图2类似与图1，不同之处是再烧阶段前NO_X浓度为800ppm。

图3为紧接再烧燃料(一种本发明范围的粗滴乳液)进料点下游的化学计量比(空气比燃料)与再烧阶段中NO_X减少率的关系图。

图4是使用两种本发明范围的不同粗滴乳液时，再烧阶段前NO_X浓度不同的两种情况下，再烧阶段提供的热输入量比例与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图5是再烧阶段提供的热输入量比例为四个不同值时，进入再烧阶段的NO_X浓度与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图6是进入再烧阶段的NO_X浓度为三个不同值时，再烧阶段提供的热输入量比例与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图7是再烧阶段停留时间为两个不同值时，再烧阶段提供的热输入量比例与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图8是进入再烧阶段的NO_X浓度为0.38lb/MMBtu的条件下，对于两种不同再烧燃料，其中之一是本发明范围燃料，再烧阶段提供的热输入量比例与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图9是进入再烧阶段的NO_X浓度为1.0lb/MMBtu的条件下，对于两种不同再烧燃料，其中之一是本发明范围燃料，再烧阶段提供的热输入量比例与再烧阶段中NO_X的减少率的关系图。

图10是比较锅炉直接使用6号燃料油作为主燃料与使用6号燃料油乳液为主燃料时，输入锅炉的热量与锅炉NO_X排放量的关系图。

图11是比较锅炉直接使用6号燃料油作为主燃料与使用6号燃料油乳液为主燃料时，输入锅炉的热量与锅炉颗粒物排放量的关系图。

本发明详述和优选具体方案

本发明所用的渣油基燃料油是石油在410K(390°F)或更高温度的分馏产物。来自蒸馏过程的渣油是黑色的粘性物，其沸点在565℃和以上范围，编号燃料油是渣油与一或多种蒸馏馏分的调和油。因渣油是减压瓦斯油蒸出后留下的残渣，故称为“减压残渣”或“减压渣油”，是最高沸点的蒸馏馏分。减粘裂化渣油又称作“减粘裂化炉沥青”，是一种经加热通过热裂化过程来降低其粘度的减压渣油。4号和5号燃料油是用20％到50％馏出油稀释的残渣，6号燃料油是用5％到20％馏出油(全部为体积比)稀释的渣油。这些燃料油按照ASTM D396-92的要求和它们大致的标定分析(重量百分比)如下：

                  表1 4号、5号和6号燃料油

	4号	5号	6号
				最低闪点℃	55	55	60
水和沉淀物最高含量体积％	0.50	1.00	2.00
				40℃的运动粘度mm2/s	1.9-2.5(轻质)5.5-24.0(重质)
100℃的运动粘度mm2/s		5.0-8.9(轻质)9.0-14.9(重质)	15.0-19.0
				元素分析：
碳	86.47	87.26	84.67
				氢	1.65	10.49	11.02
氧	0.27	0.64	0.38
				氮	0.24	0.28	0.18
硫	1.35	0.84	3.97
				灰分	0.02	0.04	0.02
C/H比	7.42	8.31	7.62

本发明有关于减压渣油、减粘裂化的减压渣油、液化焦炭及这些物料与一或多种石油馏分的调和油的利用。特别感兴趣的调和油是4号、5号和6号燃料油，优选的调和油是5号和6号燃料油，最优选6号燃料油。

本文所用术语“含水液体”是指乳液的连续相，由水或是一种基本不溶于燃料油且含水作为主要组分(即重量比或体积比大于50％，优选大于90％，最优选大于95％)的均相液体组成。因下面提及的本发明优选乳液含有添加剂，这些添加剂部分或全部与水相容或是说溶于水中，因而含水液体优选是这些添加剂的水溶液。

乳液是粗滴乳液，从事乳化技术的人员都能理解所用术语的意思，表示分散相液滴的尺寸较大，足以形成乳状或混浊状而不是澄清外观的一类乳液。换句话说，粗滴乳液是指若分散相和连续相单独存在时是无色透明液体，则分散相液滴的尺寸达到使乳液本身呈乳白或混浊状外观的一类乳液。这与微乳液有所不同，微乳液中的液滴尺寸较小，足以使得到的乳液呈均匀的单一液相状态。本发明的粗滴乳液是一种分散相为燃料油，连续相为含水液体的乳液。液滴的尺寸可用传统的切力泵或类似混合设备通过物理剪切作用控制到一定程度。液滴尺寸也可通过选择稳定乳液作用的添加剂如表面活性剂的种类和用量来控制。

分散相和连续相的相对量可在本发明范围内变动。在本发明的某些具体方案中，分散相一般要占粗滴乳液体积的从约50％到约85％，优选从约55％到约80％(体积)，更优选从约60％到约75％(体积)，最优选从约65％到约70％(体积)。在本发明的另一些具体方案中，分散相要占粗滴乳液体积的从约30％到50％。

乳液稳定剂可以是一种乳化剂或混合乳化剂。本发明对乳化剂的选择要求并不苛刻，可使用各类不同乳化剂，包括阴离子型、阳离子型和非离子型。优选非离子型乳化剂。优选的一类非离子型乳化剂是烷基乙氧化物、乙氧基化烷基酚和烷基葡糖苷。非离子型乳化剂的一个实例是由美国新泽西州Cranbury的Rhone-Poulenc公司获得的IGEPAL CO-630(壬基苯氧基聚(氧乙烯)乙醇；nonoxynol-8)。另一种是由美国康涅狄格州Danbury的Union Carbide公司获得的TERGITOLNP-9(α-(4-壬基苯基)-ω-羟基)聚(氧-l，2-亚乙基)。两性乳化剂的实例是任何带有MIRATAINE注册商标的各种产品，是甜菜碱的衍生物，也可从Rhone-Poulenc公司获得。在某些情况下，将IGEPAL CO-630与MIRATAINE组合使用特别有效。

本发明进一步优选的具体方案中，乳化剂可以是一种添加剂混合物，混合物的其它组分可以是各种不同功能，例如增加润滑性、热稳定性、减泡或消泡及缓蚀或防锈作用的试剂。润滑促进剂是一类非常熟悉的助剂，可使用任何已知的不同润滑剂。润滑剂的重点实例是二羧酸类如由美国南卡罗来纳州Charleston Heights的Westvaco Chemical Division公司获得的DIACID 1525、1550和1575。热稳定剂也同样是一类非常熟悉的助剂，其中包括两性表面活性剂类如甜菜碱衍生物和牛脂甘氨酸酯。可由市场购得的这类材料的实例是可从美国纽约的Witco公司获得的商标名称为REWOTERIC的产品如REWOTERIC AM TEG。消泡剂同样是一类非常熟悉的助剂，例如是长链醇的硫酸盐，具体实例是由美国新泽西州MonmouthJunction的Rhone-Poulenc公司获得的商标为RHODAPON(RHODAPON OS、RHODAPON OLS、RHODAPON SB、RHODAPON SM、RHODAPON TDS、RHODAPON、UB和RHODAPON TEA)市售产品。防锈剂同样是非常熟悉的一类助剂，例如是由美国伊利诺斯州Buffalo Grove的Angus Chemical公司获得的AMP-95(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)，和由美国印第安纳州Hammond的Ferro公司Keil Chemical Division获得的SYNKAD828(硼酸盐或羧酸盐)。对于由6号燃料油形成的粗滴乳液来说，同时含有AMP-95和SYNKAD 828的添加剂混合物在保持乳液稳定方面特别有效。

在许多情况下，通过加入一种助混剂可使乳液的形成更加容易。可使用任何能起到促进混合作用的各种不同添加剂。本发明优选的助混剂是醇，特别是饱和链烷醇。其中的重点是C₁-C₄饱和链烷醇，更优选C₁-C₃饱和链烷醇，特别优选甲醇和乙醇。醇的用量并无苛刻要求，能够达到促进燃料油与含水液体混合目的的任何用量都可以。醇的用量可根据两种液相的比例和所选用的其它添加剂的种类和含量而变动。在大多数情况下，醇的用量范围为粗滴乳液体积的从约0.3％到约10％时效果最佳，优选从约0.5％到约5％(体积)，且最优选从约1％到约4％(体积)。其余的添加剂，即乳化剂、润滑剂、热稳定剂、消泡剂和防锈剂(这些添加剂可部分或全部包括在内)的量同样也可变动，熟悉这些添加剂使用方法的技术人员一般都能知道怎样来变动这些用量。在大多数情况下，除醇外，这些添加剂的总量范围是粗滴乳液体积的从约0.05％到约5％，优选从约0.1％到约3％(体积)，且最优选从约0.1％到约1％(体积)。

在6号燃料油的情况中，通过将6号燃料油和水(或含水液体)分别加热，然后混合两种热液体，并对混合物施加剪切力，使液滴分散，形成粗滴乳液的方法来制备本发明的粗滴乳液。分别加热的两相温度可以不同，一般在约60℃到约95℃(140°F-203°F)之间，优选约62℃到约90℃(144°F-194°F)之间，更优选约65℃到约85℃(149°F-185°F)之间，且最优选约67℃到约75℃(153°F-167°F)之间。分别加热的两液相温度混合前彼此相差约10℃(18°F)，优选彼此相差约5℃(9°F)，且最优选温度基本相同。

在减压渣油和类似物料的情况下，可通过将过热蒸汽形式的水或加压水或蒸汽在足以使渣油液化的温度下加入来形成乳液。减压渣油的情况下，蒸汽或水的温度优选约205℃(400°F)或更高，优选从约205℃到约300℃。在液化焦炭的情况下，蒸汽或水的温度优选约150℃(300°F)或更高，优选从约150℃到约250℃。若使用加压水或蒸汽，则压力从约30psi到约150psi范围时所得结果最佳。在压力达到此范围的上限时，就无需使用切力泵。

稳定乳液的添加剂优选在实施剪切步骤之前加入。若配方中包括醇，则同样优选在实施剪切步骤之前加入。可采用传统手段，用化学加工行业熟知的任何不同种类的混合和剪切设备来施加剪切。例如流体叶轮式搅拌机、轴流式汽轮机、平叶式汽轮机、喷射混合器等。剪切压力可以变动，但剪切压力在从约100psi到约200psi范围所得结果最佳，优选采用150psi压力。一旦剪切步骤完成，得到的粗滴乳液可冷却到环境温度(10-40℃，或50°F-104°F)，同时乳液仍维持足以泵送的低粘度。

本发明的粗滴乳液燃料适用于许多不同的产热装置，包括不同类型的锅炉和热炉。一般来说，粗滴乳液可用于原本要使用非乳化型燃料油的一些用途，粗滴乳液的作用是替代这些燃料油。粗滴乳液的用途例如是(1)在以前要使用燃料油的一些应用中完全取代非乳化型燃料油，(2)与其它非油燃料特别是煤组合使用作为燃料，(3)作为锅炉和热炉再烧器的燃料。

再烧过程是控制锅炉和热炉NO_X排放量的一种手段，包含将部分燃料送到到主燃烧器(即一段燃烧区)的下游，使富燃料的还原区中的一段燃烧产物进一步燃烧。先有技术大多采用天然气进行再烧操作，而本发明提供本文所公开的粗滴乳液用作再烧燃料。一段燃料可以是不同类型的任何燃料，包括天然气、煤和燃料油。在优选的再烧操作中，在再烧燃料进料点的下游要另外送入空气(过热空气)。过热空气的作用是将一氧化碳和再烧区内产生的任何其它可燃物氧化。

采用燃料的焓来表示再烧燃料的进料量相对于一段燃烧区燃料进料量的比例非常方便。焓本身可以表示为占再烧燃料与主燃料全部焓的百分比。虽然本发明对此相对量并无苛刻要求，但粗滴乳液在降低燃气中NO_X浓度方面的功效将随粗滴乳液提供的热输入量而变化。在多数情况下，粗滴乳液提供给装置的热量为总热输入量的从约15％到约30％时所得结果最佳，优选为从约18％到24％，且最优选约20％。

再烧阶段的效率也随离开一段燃烧阶段的燃烧产物中NO_X浓度而变化，尽管本发明对此并无苛刻要求。燃烧产物中NO_X的浓度将随锅炉或热炉的类型和所用主燃料的种类而变化。但是一般来说，一段燃烧阶段的产物混合物中含从约100到3000ppm(重)NO_X，优选含从约250到1000ppm(重)NO_X时所得结果最佳。

再烧过程可影响锅炉或热炉在装置热效率方面的性能，锅炉的情况下，为蒸汽温度。本发明的粗滴乳液中的水会给装置带来额外的潜热损失，因此，使用本发明的粗滴乳液作为再烧燃料时，鉴于需要对增加的热损失进行补偿，预计达到所规定的NO_X减少率所需要的燃料量会多一些。所需的增加量对从事本领域工作的技术人员是显而易见的。

下面提供的实施例仅用来例示说明本发明，并非用来对本

发明范围作任何限定。

实施例1

获得热值为18236Btu/lb(9019卡/克)的6号燃料油。油品分析结果为0.65％水、85.40％碳、10.47％氢、0.56％氮、1.53％硫、0.04％灰分和1.35％氧(差值)(所有百分比均为重量百分比)。通过将14份(体积)TERGITOL NP-9表面活性剂、2份(体积)DIACID 1525润滑剂和1份(体积)REWOTERIC AM TEG热稳定剂混合制备添加剂混合物。

燃料油和水分别加热到约160°F(71℃)，将67.55份(体积)热燃料油与30份热水混合。在混合物中加入0.45份(体积)上一段描述的添加剂混合物、2份(体积)乙醇和2ppm(体积)RHODAPON TEA消泡剂。用140psi切力的切力泵实施剪切，不过也可使用并优选更高切力。

得到的粗滴乳液的比重(60/60°F，15/15℃)为0.9923，热值为105767Btu/gal，运动粘度(40℃)为18.37cSt，闪点为185°F(85℃)，在环境温度(20-25℃)下易于泵送。

实施例2

本实施例例示说明本发明的6号燃料油乳液在以天然气为燃料的锅炉中作为再烧燃料的应用。

试验在一个1.00MMBtu/h的锅炉模拟装置中进行，该模拟装置设计成能对炉气温度、停留时间和实用规模锅炉组成进行精确缩比例模拟，由燃烧器、垂直向下点火的辐射型炉膛、水平对流通道和集尘室组成。使用带有轴向燃料喷嘴的可变旋流扩散式燃烧器来模拟实际工业锅炉中的燃烧器。一段空气轴向送入，而二段空气则通过旋流叶片径向送入，控制燃料/空气的混合。通过调节旋流叶片来控制旋涡数。沿试验装置轴向布置若干开口使辅助设备如再烧/过热空气喷嘴、取样探针和空吸式高温计放入炉内。装置的筒形炉膛部分由8组耐火衬构成，内径为22英寸。对流通道也为耐火衬里，并包含空冷管束，用来模拟实用规模锅炉的过热器和再热器。

装置中火焰一般3-4英尺长。再烧试验中，再烧燃料紧接在火焰的下游送入，建立一个还原区。过热空气在2300°F(1260℃)下由炉下部送入，氧化再烧区产生的CO和任何残留可燃物。再烧器的停留时间为0.5秒，除非另有注明。

NO_X初始浓度通过计量进入一段燃烧空气的氨气来控制。这也为炉内NO_X含量提供精确控制。设定三个位置的空气/燃料化学计量比--一段燃烧区(即进入注燃烧器的空气/燃料混合物)，二段燃烧区(紧接再烧燃料送入后的再烧区)，后燃烧区(过热空气送入后)。术语“SR1”用来表示一段燃烧区的化学计量比，“SR2”用来表示二段燃烧区的计量比，“SRf”用来表示后燃烧区的计量比。试验中所采用的SR1值为1.10，SRf值为1.15。在全部系列试验中的总燃烧速度为840000Btu/h。

使用天然气作为本实施例所有试验的主燃料。用于再烧过程的燃料包括天然气、含30％水的石脑油水乳液及其中一种含30％水而另一种含40％水(全部为体积比)的两种6号燃料油乳液。每一乳液用由15升NONYLPHENOL 9MOL表面活性剂(壬基苯酚+9EO聚乙氧化物)、2升REWOTERIC AM TE6(牛脂甘氨酸二羟乙酯)、2升DIACID 1550(一种C₂₁二羧酸)、2升AMP 95(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)、4升SYNKAD 828(一种羧酸盐)、1-3/4盎司RHODAPON TEA(三乙醇胺十二烷基硫酸酯)和10升甲醇混合制成的添加剂混合物来稳定。添加剂混合物占总乳液的比例约为0.9％(体积)。含30％水的石脑油乳液和6号燃料油乳液的分析结果列于表2。

                表2

     石脑油乳液和6号燃料油乳液分析

组成	石脑油乳液(重量％)	6号燃料油乳液(重量％)
			C	58.59	60.17
H	10.00	7.38
			N	0.35	7.39
S	0.00	1.08
			灰分	0.00	0.03
0	1.06	0.95
			H2O	30.00	30.00
总计	100.00	100.00
			热值(Btu/lb燃烧)	13709	12849

经测定，所有乳液包括由6号燃料油制成的乳液都能在约65°F(18℃)的环境温度下泵送和雾化，无须预热到更高温度。对于用作再烧燃料送入的乳液可用渐缩空腔式泵来泵送，用双流雾化器以氮气为雾化介质进行雾化。再烧喷嘴为弯管形且沿炉的中心线安装，与气流逆向。燃料气用一连续排放检测系统进行分析，包括一个水冷的样品探针、一个样品调节系统(移出水和颗粒物)和一个气体分析仪。分析项目包括用顺磁法测定O₂(精度0.1％)，用化学发光法测定NO_X(精度1ppm)，用非色散红外光谱测定CO(精度1ppm)和用非色散红外光谱测定CO₂(精度0.1％)。

图1示出NO_X初始浓度为450ppm时，再烧热输入量(表示为占锅炉总输入量的百分比)与不同再烧燃料(天然气用方块表示，含30％水的石脑油乳液用菱形表示，含30％水的6号燃料油乳液用圆表示)性能的关系。对于每一种燃料来说，NO_X减少率随再烧热输入量从10增加到20％而逐渐增加，再烧输入量继续增加到24％时，趋于水平。天然气所获得的NO_X减少率最高，接着是含30％水的石脑油乳液，最后是含30％水的6号燃料油乳液。NO_X初始浓度＝450ppm时，NO_X减少率最高为天然气提供的70％，而6号燃料油乳液为59％。

NO_X 初始浓度对性能的影响

当NO_X初始浓度增加到800ppm时，不同再烧燃料间的性能差异大大小于NO_X初始浓度为450ppm时。图2比较NO_X初始浓度为800ppm时天然气(用方块表示)、含30％水的石脑油乳液(用圆表示)、含30％水的6号燃料油乳液(用三角形表示)的再烧性能。再烧热输入量为20％或更高时，每种再烧燃料获得的NO_X减少率相似。再烧输入量为24％时，三种再烧燃料提供的NO_X减少率在72％到73％之间。

图3比较了再烧区化学计量比与上面三种再烧燃料性能的关系(天然气用方块表示，含30％水的石脑油乳液用圆表示，含30％水的6号燃料油乳液用三角形表示)。SR2值低于0.9时，每种试验燃料获得的NO_X减少率几乎不受SR2的影响，且彼此相似。

图4给出NO_X初始浓度各为300ppm(圆)和800ppm(三角形)时，含30％水的6号燃料油乳液(黑色圆和三角形)与含40％水的燃料油乳液(空圆和三角形)间再烧性能的比较结果。NO_X初始浓度为300ppm时，含30％水的乳液获得的NO_X减少率比含40％水的乳液要高1-4个百分点。

由锅炉主燃烧器产生的燃烧气体中的NO_X浓度可随送入燃烧器的燃料组成、锅炉设计、火焰区温度和所用燃烧器类型而变动。再烧效率一般随NO_X初始浓度的降低而下降，这是由于受再烧反应动力学的制约。为此，用本发明乳液所做的试验在NO_X初始浓度为300、450和800ppm的条件下进行。图5示出NO_X初始浓度与6号燃料油乳液(含30％水)性能的关系，10％再烧试验用圆表示，15％再烧试验用方块表示，20％再烧试验用三角形表示，24％再烧试验用菱形表示。NO_X的减少率随初始NO_X浓度增加而明显增加。20％再烧时，NO_X减少率由NO_X初始浓度为300ppm时的50％提高到NO_X初始浓度为800ppm时的70％。图6给出三个不同NO_X初始浓度--300ppm用圆表示，450ppm用三角形表示，800ppm用方块表示--时再烧热输入量与性能的关系。NO_X初始浓度为800ppm时的性能曲线比NO_X初始浓度为300ppm时的曲线更陡一些。10％再烧时，NO_X初始浓度值为300和800的性能差值仅为8个百分点，而在24％再烧时，该差值达到22个百分点。这表明6号燃料油乳液在NO_X初始浓度较高的锅炉再烧过程特别有效。

再烧区停留时间对性能的影响

为进行再烧，必须在对流管排的上游或对流管排间送入过热空气。过热空气的送入位置决定了在再烧区的停留时间，在实际规模的锅炉中，这些送入位置受锅炉设计的空间制约。再烧NO_X减少率一般随再烧区停留时间的延长而提高。

为确定再烧区停留时间对NO_X减少率的影响，以停留时间为0.5秒和0.75秒进行试验。图7示出NO_X初始浓度＝450ppm时，6号燃料油乳液(含30％水)在不同停留时间(0.5秒用黑圆表示，0.75秒用空圆表示)条件下的再烧性能。NO_X减少率随停留时间的延长而提高，停留时间对NO_X减少率的影响随再烧热输入量的增加而增大。24％再烧时，停留时间为0.75秒的NO_X减少率为65％，而0.50秒时则为58％。

实施例3

本实施例例示说明本发明的6号燃料油乳液在燃煤粉锅炉(即使用煤粉作为主燃料的锅炉)和气旋锅炉中作为再烧燃料的应用。燃煤粉锅炉的基线NO_X浓度为0.38lbm/MMBtu(＝300ppm)，气旋锅炉的基线NO_X浓度为1.0lbm/MMBtu(＝800ppm)。

燃煤粉锅炉用主燃料为天然气但NO_X初始浓度为0.38lbm/MMBtu的锅炉模拟。使用6号燃料油乳液(含30％水)作为再烧燃料，NO_X排放量从无再烧过程的0.38lb/MMBtu降低到20％再烧时的0.18lb/MMBtu，如图8所示(圆表示)。图8还示出了以天然气作为再烧燃料得到的结果(方块表示)。

气旋锅炉用主燃料为天然气但NO_X初始浓度为1.0lbm/MMBtu的锅炉模拟。使用6号燃料油乳液(含30％水)作为再烧燃料，NO_X排放量从无再烧过程的1.0lb/MMBtu降低到24％再烧时的0.27lb/MMBtu，如图9所示(圆表示)。图9还示出了以天然气作为再烧燃料得到的结果(方块表示)。

实施例4

本实施例例示说明本发明的6号燃料油乳液在锅炉中作为一段燃烧 燃料的应用，将这些结果与使用6号燃料油本身(无水存在且未乳化)获得的结果进行对比。

锅炉为三路火管“Scotch”船用型锅炉，燃烧器定额为2.5×10⁶Btu/h，配有环型天然气燃烧器和空气雾化中心喷嘴油燃烧器。锅炉的加热表面为300平方英尺，能够产生达2400lb/h饱和蒸汽，压力达到15psig。锅炉配有用来检测不同排出物的连续排放检测仪器，包括用化学发光法操作的RosemountAnalytical 951型NO_X分析仪测定NO_X，准确到实际值的0.5％。燃料气中的颗粒物采用传统技术取一组样品测定，每个试验条件取三个样。所用的6号燃料油和6号燃料油乳液按上面实施例2所述，乳液含30％水。

试验结果包括对直接使用6号燃料油和使用6号燃料油乳液时输入锅炉的热量与NO_X排放量关系进行比较。试验结果绘于图10，从图中可以看出，通过使用乳液(X形表示)来代替直接使用6号燃料油(黑圆表示)使NO_X的排放量的降低范围在24％到40％。直接使用燃料油时，热输入量为1.60MMBtu/h时NO_X排放量为0.237lb/MMBtu，而热输入量为2.07MMBtu/h时NO_X排放量为0.220lb/MMBtu。使用乳液时，热输入量为1.88MMBtu/h时NO_X排放量为0.142lb/MMBtu，而热输入量为1.93MMBtu/h时NO_X排放量为0.143lb/MMBtu。

图11为输入锅炉的热量与颗粒物排放量的关系。这些结果同样表明使用乳液(X形表示)来代替直接使用6号燃料油(黑圆表示)使NO_X的排放量显著降低。直接使用燃料油时颗粒物排放量从热输入量为1.61MMBtu/h时的0.035lb/MMBtu，升到热输入量为2.06MMBtu/h时的0.041lb/MMBtu。而使用乳液时，颗粒物排放量从热输入量为1.88MMBtu/h时的0.032lb/MMBtu，升到热输入量为1.93MMBtu/h时的0.035lb/MMBtu。

以上描述主要用来例示说明本发明。很显然，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，从事本领域工作的技术人员可超出本文所讨论的内容进行变动和修改。

Claims (10)

1.一种用作清洁燃烧的低粘度液体燃料的粗滴乳液，所述乳液包括如下组分：

(i)石油来源的燃料油分散相，选自来自原油分馏过程的渣油、减粘裂化渣油和调和蒸馏馏分的渣油；

(ii)含水液体连续相，和

(iii)用量足以稳定所述乳液的乳液稳定添加剂，所述分散相占所述粗滴乳液的从50体积％到85体积％。

2.按权利要求1的粗滴乳液，其中所述石油来源的燃料油是6号燃料油。

3.按权利要求1的粗滴乳液，所述含水液体是所述乳液稳定添加剂和醇的水溶液。

4.按权利要求3的粗滴乳液，其中所述醇的用量为所述粗滴乳液体积的从1％到4％。

5.按权利要求1的粗滴乳液，其中所述石油来源的燃料油是6号燃料油，且所述的乳液稳定添加剂包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二羧酸盐和表面活性剂的组合。

6.一种基于6号燃料油的可清洁燃烧的低粘度液体燃料的制备方法，所述方法包括：

(a)将6号燃料油加热到从60℃至90℃的温度；

(b)将含水液体另外加热到与所述的6号燃料油加热温度相差10℃以内的温度；

(c)将加热后的所述燃料油与含水液体按燃料油∶含水液体体积比从50∶50到85∶15混合；和

(d)对所述的混合后燃料油和含水液体在乳液稳定添加剂存在下施加剪切，形成所述燃料油为分散相而所述含水液体为连续相的粗滴乳液。

7.按权利要求6的方法，进一步包括将所述粗滴乳液冷却到从15℃到30℃温度。

8.按权利要求6的方法，其中所述(a)的温度从67℃到75℃温度。

9.按权利要求6的方法，进一步包括在所述步骤(d)之前将乳液稳定添加剂和醇与所述燃料油和所述含水液体混合。

10.一种控制燃料燃烧产热装置中NO_X排放量的方法，所述装置选自锅炉和热炉，其中第一部分燃料在主燃烧器中燃烧形成燃烧产物气流，并将第二部分燃料送入所述的燃烧产物气流中使所述燃烧产物混合物在还原气氛下再烧，

改进之处在于，所述第二部分燃料为一种低粘度、可清洁燃烧的粗滴乳液，它包括：

(i)石油来源的燃料油分散相，选自原油分馏形成的渣油、减粘裂化渣油、液化焦炭和调和蒸馏馏分的渣油；

(ii)含水液体连续相，和

(iii)用量足以稳定所述乳液的乳液稳定添加剂，所述分散相占所述粗滴乳液的从50体积％到85体积％。

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