BRPI0620432A2 - aditivo para combustivel para o aumento das caracterìsticas de combustão de um combustìvel carbonado de alto teor de asfalteno, método para melhorar as caracterìsticas do mesmo e combustìvel - Google Patents

Abstract

ADITIVO PARA COMBUSTìVEL PARA O AUMENTO DAS CARACTERìSTICAS DE COMBUSTãO DE UM COMBUSTìVEL CARBONADO DE ALTO TEOR DE ASFALTENO, MéTODO PARA MELHORAR AS CARACTERìSTICAS DO MESMO E COMBUSTìVEL. São descritos aditivos para combustíveis carboníferos de alto asfalteno, tais como óleo combustível residual ou carvão mineral. Esses aditivos proporcionam características de combustão aperfeiçoadas. Essas características de combustão aperfeiçoadas incluem uma ou ambas de eficácia aumentada e emissões de poluentes diminuídas. Especificamente, os aditivos para combustível incluem um extrato a partir de uma planta tal como festuca, alfeque ou alfafa e opcionalmente, um composto organometálico. O uso de um aditivo para combustível que inclui ambos um extrato de planta e um composto organometálico é especificamente útil em melhorar as características de combustão dos combustíveis com especificamente alto teor de asfalteno.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ADITIVO PARA COMBUSTÍVEL PARA O AUMENTO DAS CARACTERÍSTICAS DE COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL CARBONADO DE ALTO TEOR DE ASFALTENO, MÉTODO PARA MELHORAR AS CARACTERÍSTICAS DO MESMO E COMBUSTÍVEL".

REFERENCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica os benefícios do pedido de Patente Provisório No. 60/753.318, depositado em 21 de dezembro de 2005, a descrição total do qual é incorporada aqui, neste pedido de patente por referencia.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a aditivos para combustível para combustíveis carboníferos que tenham um elevado conteúdo de asfalteno como o óleo combustível residual e carvão mineral. As vantagens com rela- ção ao uso de tais aditivos para combustível podem incluir uma ou mais dê redução das emissões de matéria particulada, redução das emissões de oxi- do de nitrogênio, e eficiência de combustão aumentada.

ANTECECENTES DA INVENÇÃO

Os combustíveis carboníferos com alto teor de asfalteno tais como o óleo combustível residual e o carvão mineral tendem a liberar gran- des quantidades de energia na combustão, e por esse motivo, encontram utilidade em aplicações nas quais são desejados um baixo custo e alta ener- gia. No entanto, esses combustíveis carboníferos de alto conteúdo de asfal- teno queimam e, geral, com menos eficácia do que outros combustíveis de hidrocarboneto e podem quase sempre conter quantidades de compostos não desejáveis que limitassem a combustão e resultam em níveis elevados de poluentes.

Os óleos combustíveis residuais (também referidos como "resí- duo" ou "combustível de resíduo") são em geral os produtos de baixa quali- dade que restam depois da destilação dos produtos mais leves do petróleo que podem incluir a gasolina, combustível para jatos, combustível diesel, óleo combustível No. 4 e óleo pesado ou leve No. 5. Os exemplos de óleos combustíveis residuais incluem o óleo combustível No. 6 e o óleo combustí- vel Bunker C.

Os compostos referidos como "asfaltenos" incluem, e, geral, ma- teriais polinucleares aromáticos e/ou policíclicos. Embora determinadas par- tes do mundo como a América do Norte tendem a ter especificações que limitam a quantidade de asfaltenos em combustíveis tais como o óleo com- bustível residual, esses combustíveis ainda tem níveis relativamente eleva- dos de asfaltenos quando comparados com outros combustíveis de hidro- carboneto mais leves. Por exemplo, nos Estados Unidos, as especificações limitam o teor de asfalteno do óleo combustível residual a menos do que cerca de 8% em peso. No entanto, em outras partes do mundo, as especifi- cações de asfalteno tendem a ser ou não existentes ou significativamente mais altas do que aquelas da América do Norte. Por esse motivo, os óleos combustíveis residuais em outras partes do mundo podem ter teores de as- falteno de 10% em peso ou mais altos. Como um combustível carbonífero razoavelmente pesado, o carvão mineral também tende a ter altas concen- trações de estruturas de anel que podem incluir antraceno e fenantreno que para as finalidades desta especificação são para serem incluídos como "as- faltenos". Deve ser observado que na medida em que o carvão mineral se torna mais "velho", mais desses anéis se formam e se tornam interconecta- dos de tal forma que o carvão mineral também pode ser considerado um combustível carbonífero de alto asfalteno.

Para as finalidades deste relatório descritivo, a frase "combustí- vel carbonífero de alto teor asfalteno" é destinada a englobar amplamente os combustíveis carboníferos que tenham um teor de asfalteno de pelo menos 4% em peso.

Os exemplos de poluentes que podem resultar da combustão dos combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno incluem o ozônio, matéria particulada (PM), monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio (NO2) dióxido de enxofre, compostos aromáticos polinucleares, e frações orgânicas solúveis. Nos Estados Unidos numerosas agências estaduais e nacionais adotaram ou estão adotando padrões de qualidade do ar ambiente que po- dem exigir a redução das emissões a partir da combustão de combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno. Entre os usuários de óleo reside são as instalações de fabricação de energia, e navios oceânicos. Na Califórnia do Sul, por exemplo, as emissões a partir dos navios que estão entrando no porto de Los Angeles são consideradas como sendo a causa principal de poluição regional do ar.

Tem sido despendido um esforço considerável pelos refinadores de petróleo para a formulação de combustíveis que reduzam as emissões. A abordagem mais comum para a formulação de combustíveis complacentes envolve o ajuste dos processos de refinaria de tal forma a produzir um com- bustível que esteja de acordo com as especificações determinadas pelas agencias de governo apropriadas. No entanto, essa abordagem é difícil com relação a combustíveis residuais, e as dificuldades com essa abordagem incluem altos custos na reconfiguração dos processos de refinaria, e possí- veis efeitos negativos com relação à qualidade de outros produtos da refina- ria.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As modalidades da presente invenção incluem sistemas, méto- dos, e composições que podem prover características de combustão aper- feiçoadas de combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno. Os exem- plos das características e combustão que podem ser aperfeiçoadas através das modalidades da invenção incluem uma ou ambas a eficiência de com- bustão aumentada, e a redução na descarga de poluentes. Os exemplos de poluentes que podem ser reduzidos incluem um ou mais de ozônio, matéria particulada (PM), monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio (NO2) dióxido de enxofre, compostos aromáticos polinucleares, e frações orgânicas solú- veis.

Em algumas modalidades, é provido um aditivo de combustível que compreende um extrato de planta. Neste relatório descritivo, a expres- são "extrato de planta" é destinada a englobar de forma ampla extratos de todos os tipos de plantes, excluindo as raízes e o córtice, e ainda incluindo plantas tais como as algas. Os extratos de planta adequados a partir de plantas verdes e de outras cores tais como essas plantas, tendem a ter altas concentrações de extratos desejáveis. NoO entanto, mesmo as plantas bran- cas de coloração leve incluem esses extratos, embora em concentrações mais baixas. Os extratos especificamente adequados são a partir de plantas verdes e de plantas de folhas verde escuro, tais como aquelas da família das Leguminosae, que incluem festuca, alfeque, e alfafa.

Em uma modalidade de preferência, o extrato de planta e com- binado com um material organometálico. A inclusão de um composto orga- nometálico é especialmente útil para o tratamento de combustíveis que te- nham teores de asfalteno especificamente altos na faixa de 8% em peso ou mais alta. Os exemplos de materiais organometálicos são os compostos or- ganometálicos solúveis em hidrocarboneto que incluem um metal seleciona- do a partir da primeira e segunda fileiras dos metais de transição. Um metal de interesse específico é o ferro, e os materiais organometálicos especifica- mente adequados incluem o pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferro- ceno e as combinações dos mesmos. O aditivo para combustível pode incluir opcionalmente um veículo solúvel em óleo. Os exemplos de veículos solú- veis em óleo incluem hidrocarbonetos tais como tolueno, combinações aro- máticas, naftas, gasolina, combustível diesel, combustível para jatos e as misturas dos mesmos. Em uma modalidade, o veículo solúvel em óleo é não oxigenado.

Em determinadas modalidades, o aditivo para combustível pode incluir outros ingredientes opcionais. Esses ingredientes opcionais podem incluir um ou mais de um transportador de oxigênio, um auxiliar de estabili- dade, um auxiliar de capacidade de lubrificação, e um antioxidante. O óleo de meadowfoam pode ser usado como um auxiliar de estabilidade, um anti- oxidante, um auxiliar da capacidade de lubrificação. Os veículos de oxigênio adequados incluem os carotenóides. Os exemplos de antioxidantes incluem as 1,2-diidroquinolinas, e especificamente a 2,2-trimetil-6-etóxi-1,2-diidro- quinolina. Os exemplos de melhoradores de combustão incluem os compos- tos conhecidos como melhoradores de cetano ou aceleradores de ignição. Os exemplos de melhoradores de combustão incluem os nitratos de alquila, tais como o nitrato de 2-etilexila.

Em outra modalidade da presente invenção, um método para melhorar as características de combustão de um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno compreende a adição de um aditivo para combustível como descrito acima a um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno antes ou durante a combustão.

Em outra modalidade da presente invenção, é provido um com- bustível carbonífero de alto teor de asfalteno aditivado que compreende um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno e um aditivo para combus- tível como descrito acima.

Em ainda outra modalidade da invenção, um método para a pre- paração de um aditivo para combustível compreende a mistura de um extra- to de planta com um veículo solúvel em óleo e um ou mais de um material organometálico, um veículo de oxigênio, um auxiliar de estabilidade, um au- xiliar de Iubrificação, e um antioxidante, e um melhorador de combustão. Em outra modalidade da invenção, o aditivo para combustível é preparado em uma atmosfera isenta de oxigênio ou de oxigênio reduzido, e opcionalmente pode incluir a etapa de excluir as fontes de radiação de UV durante a prepa- ração. Em ainda outra modalidade, os veículos não oxidados solúveis em óleo e os veículos de oxigênio não oxidados são usados.

O extrato de plantas usado em diversas modalidades da inven- ção pode ser obtido através se extração com solvente a partir de plantas inteiras com a utilização de solventes solúveis em hidrocarbonetos.

Solventes polares ou não-polares solúveis em hidrocarbonetos podem ser usados para a extração. O extrato resultante a partir do processo de extração é um material em bruto que contém acima de 300 compostos individuais. Em uma modalidade. O extrato tem uma consistência do tipo de pasta ou lama que pode ser descrita como um sólido ou semi-sólido do que como um líquido. Esses extratos contêm tipicamente clorofila a e clorofila B com uma concentração mais alta de clorofila A sobre a clorofila Β. A cor de tais extratos é em geral de um verde-negro profundo com algum grau de flu- orescência. Um tal extrato pode ser recuperado a partir da maioria das plan- tas embora as plantas verdes até as de folhas mais escuras tendem a ter concentrações mais elevadas. Os extratos a partir de plantas da família das Leguminosae são adequados. Embora essa forma sólida ou semi-sólida seja em geral considerada como sendo de preferência para a maioria das moda- lidades, em outras modalidades, uma forma líquida ou outra forma pode ser adequada, e pode ainda ser a de preferência. Além disso, os materiais sinté- ticos carotenóides, clorofilas ou xantofilas podem ser usados no lugar de ou além dos extratos de plantas naturais.

O precedente esboçou de forma um tanto ampla as característi- cas e as vantagens da presente invenção com a finalidade de que a descri- ção detalhada da invenção que se segue possa ser mais bem entendida. As características e vantagens adicionais da invenção serão descritas a seguir aqui, neste pedido de patente as quais formam a assunto das reivindicações da invenção. Deve ser observado que pela pessoa versada na técnica que a concepção e as modalidades específicas descritas podem ser utilizadas com facilidade como uma base para a modificação ou o projeto de outras estrutu- ras para a execução da dos mesmos propósitos da presente invenção. Tam- bém deve ser constatado por aquelas pessoas versadas na técnica que es- sas construções equivalentes não se afastam do espírito e do âmbito da in- venção como mostrados nas reivindicações em anexo. As novas caracterís- ticas que acredita-se como sendo característica da invenção, tanto como sua organização e método de operação, em conjunto ou outros objetivos e van- tagens serão mais bem compreendidos a partir da descrição que se segue quando considerada em conexão com as figuras que a acompanham. Deve ser expressamente entendido, no entanto, que cada uma das figuras é pro- vida somente com a finalidade de ilustração e de descrição e não é preten- dida como uma definição dos limites da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para um entendimento mais completo da presente invenção, a seguir e feita referência as descrições que se seguem tomadas em conjunto com os desenhos que as acompanham, nos quais:

A figura 1 é um gráfico de emissões de NOx medidas na saída do forno com relação aos diversos aditivos para combustível usados no teste EERC;

A figura 2 é um gráfico das emissões de NOx medidas na "ba- ghouse" com relação a vários aditivos para combustível usados no teste de EERC;

A figura 3 é um gráfico das cargas de emissão de poeira com relação ao teste EERC;

A figura 4 é um gráfico do fluxo e calor dividido pela taxa de igni- ção do combustível versus o excesso de ar para o teste EERC; e

A figura 5 é um gráfico da taxa de alimentação a temperatura para o Teste EERC.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Na forma usada neste relatório descritivo, a expressão "mistura de β- caroteno" é definida como uma mistura a partir de cerca de 89 até cer- ca de 98% de trans β-caroteno com o restante sendo a partir de cerca de 2 até 11% dos diversos isômeros eis de beta caroteno ou outros hidrocarbone- tos conjugados poli não-saturados.

Um exemplo dessa mistura de beta caroteno é o ISOMIXTENE®, um produto comercializado pela DSM Nutritional Products, Inc. of Parsip- pany, New Jersey.

As modalidades da presente invenção estão direcionadas a sis- temas, métodos e composições que melhoram as características de com- bustão de combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno. Os exemplos de características de combustão que podem ser aperfeiçoadas incluem efici- ência de combustão aumentada e redução nas emissões de um ou mais po- luentes, tais como o ozônio, matéria particulada (PM), monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio (NO2) dióxido de enxofre, compostos aromáticos poli nucleares, e frações orgânicas solúveis.

Em uma modalidade, um aditivo para combustível compreende um extrato de planta. Os extratos e planta adequados incluem extratos a partir de material vegetal folhoso verde. Os extratos de plantas especifica- mente úteis são os extratos a partir de plantas da família da Leguminosae, que podem incluir o extrato de festuca, extrato de alfeque, e extrato de alfa- ia. O extrato de planta pode ser provido em uma quantidade de tal forma que o combustível carbonífero de alto teor de asfalteno a ser tratado inclua uma concentração de extrato de planta em peso na faixa de cerca de 0,5 ppm até cerca de 10.000 ppm, de preferência a partir de cerca de 200 ppm até cerca de 2000 ppm, e de mais preferência de cerca de 800 ppm. Sem ficar ligado a teoria, acredita-se que as propriedades de ajuntamento de oxigênio de tais extratos de plantas proporcionam melhoramentos vantajosos para a com- bustão de combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno tais como o óleo combustível residual e o carvão mineral.

Os extratos de plantas podem ser obtidos com a utilização de métodos de extração bem-conhecidos daquelas pessoas versadas na técni- ca . Os métodos de extração com solventes com a utilização de solventes polares ou não-polares solúveis em hidrocarbonetos são em geral os de pre- ferência. Pode ser usado qualquer solvente de extração adequado que seja capaz de deparar as frações adequadas a partir do material vegetal. Os sol- ventes não-polares adequados incluem os alcanos de cadeia linear ou de cadeia ramificada que contenham a partir de cerca de 5 ou menos até 12 ou mais átomos de carbono. Os exemplos específicos de solventes de alcanos acíclicos incluem pentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, hexa- nos mistos, heptanos mistos, octanos mistos, isooctano e os semelhantes. Os exemplos de solventes de cicloalcanos incluem o ciclopentano, ciclohe- xano, cicloheptano, ciclooctano, metilciclohexano, e os semelhantes. Os al- quenos tais como os hexenos, heptenos, octenos, nonenos e decenos tam- bém são adequados para seres usados como são os hidrocarbonetos aro- máticos tais como o benzeno, tolueno e o xileno. Os hidrocarbonetos halo- genados, tais como o clorobenzeno, diclorobenzeno, triclorobenzeno, cloreto de metileno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, percloro etileno, tricloro etileno, tricloro etano e triclorofluoretano também podem ser usados Em ge- ral, os solventes hão polares de preferência são os Ce até C12 alcanos, es- pecificamente o n-hexano.

Os solventes polares adequados podem incluir, porem não estão limitados a, acetona, metil etil cetona, outras cetonas, metanol, etanol, outros álcoois, tetraidrofurano, cloreto de metileno, clorofórmio, ou qualquer outro solvente polar adequado.

A extração com hexano é uma técnica comumente usada para a extração de material de óleo de plantas. Ele é um método de extração alta- mente eficiente que extrai virtualmente todas as frações solúveis em óleo do material de planta. Em uma extração típica com hexano, o material da planta é triturado. Gramas e plantas folhosas podem ser retalhados em pequenos pedaços enquanto que as sementes são tipicamente moídas ou transforma- das em flocos. O material de planta pode ser peletizado para 2,540 ou 1,905 centímetros (1/1 ou 3/4 de polegada). O material de plantas é tipicamente exposto ao hexano em uma temperatura elevada. O hexano, um solvente altamente inflamável, incolor e volátil que dissolve o óleo, deixa tipicamente somente uma pequena porcentagem em peso do óleo no material de planta residual. A mistura de óleo e de solvente pode ser aquecida até cerca de ou acima de 100°C para a remoção da maioria do hexano, e podem em seguida ser destilada para a remoção de todos os traços do hexano. Alternativamen- te, o hexano pode ser removido através de evaporação em pressão reduzi- da. O extrato de planta resultante é adequado para ser usado na produção dos aditivos para combustível da presente invenção.

Outros processos de extração incluem a extração supercrítica de fluido, tipicamente com o dióxido de carbono, portem outros gases tais como o hélio, argônio, xenônio e nitrogênio também podem ser usados como sol- ventes em métodos de extração de fluido supercríticos.

Ainda outro processo de extração útil é a prensagem mecânica, também conhecido como prensagem de expelir, que remove o óleo através do uso de parafusos acionados de forma continua que esmagam a semente ou outro material que contenha o óleo em uma polpa a partir da qual o óleo é espremido. A fricção criada pelo processo pode gerar temperaturas entre cerca de 50°C e 90°C, ou pode ser suprido calor exterior. A prensagem a frio em geral se refere a prensagem mecânica executada na temperatura de 40°C ou menos sem a aplicação e calor exterior. O rendimento do óleo ex- traído que pode ser obtido a partir de um material de planta depende de uma quantidade de fatores, porém primariamente do conteúdo de óleo do materi- al da planta. Por exemplo, um conteúdo de óleo típico de ervilhaca (extração com hexano, base seca) é de aproximadamente 4 a 5% em peso, enquanto que para a cevada é de aproximadamente de 6 a 7,5 % em peso a aquele da alfafa é de aproximadamente de 2 a 4 % em peso.

Os extratos de óleo de planta para uso em itens comestíveis ou cosméticos são submetidos tipicamente a etapas de processamento adicio- nais para a remoção de impurezas que podem afetar a aparência, a duração em armazenagem, o sabor e semelhantes, para produzir um produto mais refinado. As impurezas podem incluir fosfolipídios, gomas mucilagenosas, ácidos graxos livres, pigmentos coloridos, e partículas finas de plantas.São usados métodos diferentes para a remoção desses produtos secundários, incluindo a precipitação em água ou a precipitação em soluções aquosas de ácidos orgânicos. Os compostos coloridos são tipicamente removidos por branqueamento no qual o óleo é passado tipicamente através de um absor- vente tal como a argila diatomácea. A desodorização também pode se reali- zada, o que envolve tipicamente o uso de destilação por vapor de água. Em- bora os extratos usados como aditivos para combustíveis na presente inven- ção possam incluir essas etapas adicionais de processamento, essas etapas adicionais não são geralmente necessárias.

O aditivo para combustível pode opcionalmente incluir um com- posto organometálico. Os compostos organometálicos adequados são com- postos organometálicos solúveis em hidrocarbonetos que incluem metais selecionados das primeira e segunda fileiras dos metais de transição, os compostos organometálicos adequados incluem a pentacarbonila, o naftena- to de ferro, o ferroceno e as combinações dos mesmos. A inclusão do com- posto organometálico é acreditada como sendo especificamente útil na me- lhoria das características de combustão de combustíveis com especifica- mente altos teores de asfalteno tais como os óleos combustíveis residuais e o carvão mineral, em outra áreas do mundo que não a América do Norte. O composto organometálico pode ser provido em uma tal quantidade que o combustível a ser tratado inclua uma concentração em peso de composto organometálico na faixa de cerca de 0,5 ppm até cerca de 10.000 ppm como metal, de preferência a partir de cerca de 200 ppm até cerca de 2000 ppm como o metal, e de mais preferência de cerca de 800 ppm como metal. Sem ficar ligados a teoria, acredita-se que a inclusão de um composto organome- tálico proporciona um efeito catalítico a reações promovidas através do ma- terial de extrato de plantas.

O aditivo para combustível pode ainda compreender óleo de meadowfoam. O óleo de meadowfoam tem uma quantidade de propriedades úteis e pode funcionar como um transportador de oxigênio, um auxiliar de estabilidade e um antioxidante. Devido a que os extratos de planta usados nos aditivos para combustível da presente invenção tem propriedades de ajuntamento de oxigênio, e por esse motivo, pode ser instável, a inclusão de um material como o óleo de meadowfoam pode auxiliar na manutenção da estabilidade dos extratos de planta e impedir a oxidação dos mesmos.

A composição pode ainda opcionalmente incluir, pelo menos um caroteno que pode ser provido na forma de uma mistura de β-caroteno, tal como a ISOMIXTEN®. Embora os carotenóides tais como as misturas que estejam descritas, outras moléculas que tenham estruturas de ligações pi ou duplas prolongadas de a partir de cerca de 2 até 11 ou mais ligações duplas conjugadas também sejam consideradas como provendo de forma similar características de combustão melhoradas para o resid ou outros combustí- veis de hidrocarbonèto quando usados como aditivos para esses combustí- veis. As porções de tais moléculas que incluem as estruturas de ligação du- pla podem ser terminadas por pelo menos um grupo final que. compreenda também uma porção aromática, cíclica, ou ramificada de 5 até 8 átomos de carbono que seja saturada ou não-saturada. Os exemplos incluem o ciclo- pentano, ciclopenteno, ciclohexano, ciclohexeno, cicloheptano, isopentano ou isopenteno. As estruturas aromáticas são consideradas também como estruturas pi prolongadas. As partes não saturadas/aromáticas e os grupos finais podem incluir de forma adicional, diversos outros substituintes tais co- mo grupos hidroxila, grupos ceto, grupos alquila, grupos alquenila e as com- binações. Alem disso, as moléculas do aditivo podem compreender a partir de 12 até 40 ou 50 átomos de carbono. Essas moléculas são encontradas em mistura de precursores sintéticos do caroteno. Esses aditivos podem ser obtidos a partir de fontes naturais ou sintéticas.

Além desses, o licopeno é um outro exemplo de um caroteno adequado, Outros carotenóides adequados e precursores de caroteno estão descritos na Patente Alemã 954.245, concedida em 1956 e incorporada aqui, neste pedido de patente por referência.

Se o aditivo para combustível compreender um caroteno, ele pode também compreender um antioxidante. Os antioxidantes adequados incluem os alquil fenóis, tais como o 2-terc-butilfenol, 2,6-di-terc-butilfenol, 2,6-di-terc-butilfenol, 2-terc-butil-4-n-butilfenol-, 2,4,6-tri-terc-butilfenol, 2,6-di- terc-butil-4-n-butilfenol, e misturas dos mesmos. Esses antioxidantes são adequados para serem usados como estabilizadores para os combustíveis de meia destilação. Outros antioxidantes incluem antioxidantes fenólicos re- tardados tais como 2,6-di-t-butil-4-metilfenol; 2,6-di-t-butilfenol; 2,2'-metileno- bis(6-t-butil-4-metilfenol); propionato de n-octadecil 3-(3,5-di-t-butil-4-hidro- xifenila); 1,1,3-tris(3-t-butil-6-metil-4-hidroxifenil) butano; tetrakis[3-(3,5-di-t- butil-4-hidroxifenil) propionato] de pentaeritritilo; fosfonato de di-n-octadecil (3,5-di-t-butiM-hidroxibenzila); mesitileno de 2,4,6-tris(3,5-di-t-butil-4-hidro- xibenzila); isocianurato de tris(3,5-di-t-butil-4-hidroxibenzila), pentaeritritol co- ésteres derivados a partir de pentaeritritol, (3-alquil-4-hidroxifenil)- ácidos alcanóicos e ácidos alquil tioalcanóicos ou ésteres de alquila inferior de tais ácidos e as combinações dos mesmos. Esses estabilizadores são usados com material orgânicos normalmente suscetíveis a oxidação e/ou a deterio- ração térmica. Também são úteis o produto de reação do ácido malônico, aldeído de dodecil e seboamina, fosfatos de fenila retardados piperidinas de ácidos carboxílicos retardados e sais de metal dos mesmos; derivados adia- dos de 2,6-diidróxi-9-azabiciclo[3.3.1] nonano; aminas bicíclicas retardadas, derivados de dialquil-4-hidroxifenil triazina que contenham enxofre, aminoa- cidos bicíclicos retardados e os sais de metal dos mesmos, malonatos de hidroxibenzilo substituídos por trialquila, piperidinas de ácidos carboxílicos retardados e os sais de metal dos mesmos, ácidos e ésteres de pirrolidina dicarboxílicos, sais de metal de beta alaminas Ν,Ν-dissubstituídas, fosfatos de hidrocarbil de tioalquileno, fosfatos de hidroxibenzila de tioalquileno os semelhantes.

Os antioxidantes específicos úteis na presente invenção são os compostos de quinolina ou dehidro quinolina tais como os compostos de 1,2- diidro quinolina. Mais especificamente 6-etóxi-1,2-diidro-2,2,4-trimetil quinoli- na comumente referida como etoxiquina podem ser usados domo antioxi- dantes. A Etoxiquina é comercializada sob a marca comercial de SANTO- QUIN® pela Novus International Inc. de St. Louis, Missouri, e é amplamente usada como um antioxidante para alimentação e forragem de animais.

Os aditivos para combustível da presente invenção também po- dem conter um melhorador de combustão tal como um melhorador de ceta- no ou acelerador de ignição. Os melhoradores de combustão adequados são os materiais de nitratos orgânicos, Os nitratos orgânicos de preferência são os nitratos de alquila ou de cicloalquila substituídos ou não substituídos que tenham até cerca de 10 átomos de carbono e de preferência a partir de 2 até 10 átomos de carbono. O grupo alquila pode ser tanto linear como ramifica- do. Os exemplos específicos de compostos de nitrato adequados incluem o nitrato de metila, o nitrato de etila, nitrato de n-propila, nitrato de isopropila, nitrato de alquila, nitrato de n-butila, nitrato de isobutila, nitrato de séc-butila, nitrato de terc-butila, nitrato de n-amila, nitrato de isoalila, nitrato de n-hexila, nitrato de 2-etilhexila, nitrato de n-heptila, nitrato de sec-heptila, nitrato de n- octila, nitrato de sec-octila, nitrato de n-nonila, nitrato de n-decila, nitrato de n-dodecila, nitrato de ciclopentila, nitrato de ciclohexila, nitrato de metilciclo- hexil nitrato de isopropilciclohexila, nitrato de e os ésteres de álcoois alifáti- cos substituídos por alcóxi, tais como o 1-metoxipropil-2-nitrato, 1-etoxpropil- 2 nitrato, nitrato de 1-isopropóxi-butila, nitrato de 1-etoxilbutila, e similares. Os nitratos de alquila de preferência são o nitrato de etila, nitrato de propila, nitratos de amila, e nitratos de hexila. Outros nitratos de alquila de preferên- cia são as misturas de nitratos primários de amila ou nitratos primários de hexila. Por "primário" é significado que o grupo funcional do nitrato está fixa- do a um grupo CH2 do grupo de amila ou de hexila. Os exemplos de nitratos primários de hexila incluem o nitrato de n-hexila, o nitrato de 2-etilhexila, o nitrato de 4-metil-n-pentila, e os semelhantes. A preparação dos ésteres de nitrato pode ser conseguida através de qualquer um dos métodos comumen- te usados, tais como através da esterificação do álcool apropriado ou a rea- ção de um halogeneto de alquila adequado com o nitrato de prata. Esses aditivos podem estar presentes nas mesmas quantidades ou em quantida- des diferentes como as dos outros componentes do aditivo para combustí- vel.

Os aditivos para combustível podem ainda incluir um veículo de diluente ou de solvente. Esse veículo é útil devido a que, em geral, as con- centrações baixas dos componentes específicos do aditivo para combustível são efetivos em alcançar os resultados desejáveis, e por esse motivo, o uso de um veículo simplifica a adição do aditivo para combustível. O uso de um veículo pode ainda auxiliar a manter os componentes em solução, e também podem auxiliar a evitar a oxidação dos componentes.

Os solventes adequados para serem usados no veículo incluem um ou mais de hidrocarbonetos aromáticos tais como o tolueno ou xileno, ou outros hidrocarbonetos tais como a gasolina, combustível para jato, ou com- bustível diesel. Em uma modalidade, um solvente aromático misto compre- endendo vários isômeros de xileno é usado. Os exemplos de tais solventes incluem aqueles comercialmente disponíveis na América do Norte a partir da Exxon Mobil Chemical e comercializado sob os nomes de AROMATIC 100 FLUID e AROMATIC 150 FLUID. Em uma modalidade, uma mistura de AROMATIC 100 FLUID e AROMATIC 150 FLUID é usada.

Quando da combinação dos componentes específicos do aditivo para combustível, pode ser de utilidade a preparação do aditivo para com- bustível em uma atmosfera isenta de oxigênio ou de baixo teor de oxigênio para impedir a oxidação dos componentes do aditivo para combustível. Op- cionalmente, os componentes podem ser combinados sob condições nas quais as fontes de radiação UV sejam excluídas para também impedir a de- gradação dos componentes. Naquelas modalidades nas quais o aditivo para combustível in- clui um extrato de planta tal como o extrato de festuca, extrato de alfeque, ou o extrato de alfaia, óleo de meadowfoam e um caroteno, a proporção em peso do extrato de planta para o caroteno pode ser a partir de cerca de 50:1 até cerca de 20:1, e de preferência é a partir de cerca de 24:1 até cerca de 10:1. A proporção de gramas do extrato de planta com relação aos mililitros do óleo de meadowfoam pode ser a partir de 12:1 até cerca de 20:1, e de preferência é a partir de cerca de 6:1 até cerca de 10:1. A proporção de mili- litros do óleo de meadowfoam com relação as gramas do caroteno pode ser a partir de cerca de 12:1 até cerca de 20:1, e de preferência é a partir de 6:1 até cerca de 1:1.

Naquelas modalidades nas quais o aditivo para combustível in- clui um caroteno e um antioxidante, a proporção de caroteno para o antioxi- dante pode ser a partir de cerca de 20:1 até cerca de 1:1, de preferência a partir de cerca de 15:1 até cerca de 5:1, e de mais preferência é de cerca de 10:1.

Em outra modalidade da invenção, na qual o aditivo para com- bustível inclui extratos de plantas e óleo de meadowfoam, os dois podem ser providos em uma proporção em peso a partir de cerca de 1:100 até cerca de 100:1. Em uma modalidade da invenção, a concentração do extrato de plan- ta na composição total do aditivo para combustível pode ser a partir de cerca de 0,06% em peso até cerca de 6% em peso e de preferência a partir de cerca de 0,12% em peso até cerca de 3% em peso. A concentração de óleo de meadowfoam pode variar a partir de cerca de 0,05% em peso até cerca de 5% em peso do total da composição de aditivo para combustível, e de preferência é de cerca de 0,5% em peso do total da composição do aditivo para combustível.

Esses aditivos para combustível podem ser combinados em combustíveis carboníferos de alto teor de asfalteno de tal forma que o extra- to de planta e o material organometálico estejam presentes no combustível em concentrações como as mostradas acima.

Em modalidades nas quais o aditivo para combustível inclui um extrato de planta, um caroteno não oxidado, um antioxidante e o óleo de meadowfoam, podem ser úteis determinados fatores para a determinação das proporções apropriadas com relação aos componentes. Esses fatores podem incluir a elevação na qual o combustível será comburido, o tipo de motor ou do dispositivo que está usando o combustível, e as propriedades específicas do combustível. Os exemplos de tipos diferentes de motores ou de dispositivos incluem os motores diesel de dois ciclos e as caldeiras esta- cionárias. Os exemplos de propriedades relevantes do combustível incluem o teor de enxofre, teor de mercaptano, teor de olefina, teor de aromáticos e teor de asfalteno. Por exemplo, se um combustível· tiver um alto teor de en- xofre de 1% em peso ou mais, ou um alto teor de aromáticos de 25% em peso ou mais, as proporções podem ser ajustadas de tal forma a prover um adicional de extrato de planta ou um caroteno não oxidado adicional.

De acordo com outra modalidade da invenção, é provido um combustível aditivado no qual um aditivo para combustível como o demons- trado acima é combinado com um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno. As composições de combustível formuladas de acordo com as modalidades da invenção podem conter ainda outros aditivos conhecidos tais como detergentes, antioxidantes, desmulsificadores, inibidores de corro- são, desativadores de metal, diluentes, melhoradores de fluxo frio e estabili- zadores térmicos.

De acordo com outra modalidade da invenção, um método para a melhoria das características de combustão de um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno compreende a etapa da adição de um tal aditivo a um combustível carbonífero de alto teor de asfalteno antes da ou durante a combustão.

Os aditivos para combustíveis da presente invenção podem ser introduzidos dentro do óleo combustível residual em um número de maneiras diferentes. Por exemplo, o óleo combustível residual a ser comburido pode ser pré misturado para a inclusão do aditivo para combustível. Em outro e- xemplo, o aditivo para combustível é injetado dentro da corrente de óleo combustível residual que está sendo alimentada para um queimador ou para um outro dispositivo de combustão. Nessa modalidade, o aditivo para com- bustível pode ser injetado com a utilização de um sistema de injeção medi- do. Esse sistema de injeção medido pode ser opcionalmente controlado a- través de um sistema de computador que possa otimizar o fluxo de qualquer um ou de todos os componentes para o dispositivo de combustão para oti- mizar a operação do mesmo.

Para o carvão mineral, esses aditivos de combustível podem ser adicionados de maneira similar ou de maneiras diferentes. Por exemplo, o aditivo para combustível pode ser pulverizado sobre o carvão mineral antes da combustão. Alternativamente, o aditivo para combustível pode ser bom- beado ou pulverizado sobre o queimador do carvão junto com o carvão ve- getal com a utilização de um sistema medido de injeção como o descrito acima.

Teste de Laboratório EERC

As rodadas do teste foram executadas no EERC Laboratory em Grand Forks, North Dakota. Seis tambores de óleo combustível residual fo- ram usados nos testes. O óleo combustível residual foi fornecido pela Sun Coast Resources em Houston, Texas. As propriedades do óleo combustível residual usado estão mostradas na Tabela 1. Ele tinha um teor moderado de enxofre de cerca de 2,63% com um valor de aquecimento muito alto de 44,5 MJ/kg em um teor de umidade de 2,40%. O teor de água de Karl Fischer foi determinado como sendo de 0,21%. O conteúdo volátil da amostra foi de- terminado como sendo de 89,30%, com o carbono fixo presente em um nível de 8,29%. O limite teórico de emissão de dióxido de enxofre foi determinado como sendo de 1714 ppm em uma concentração de oxigênio em gás na chaminé de 2.0%. Isso equaciona uma taxa de emissão de 1,18 kg/MJ para o dióxido de enxofre (SO2). óleo combustível residual tem uma gravidade específica de 0,9952, e a quantidade de sedimentos foi determinada como sendo de 0,05%. A Tabela 1 também proporciona as análises do valor de aquecimento, próximo e último com relação ao óleo combustível residual testado junto com o limite teórico de emissão de enxofre. Tabela 1. Análises do óleo combustível residual quando queimado (analises padrão ASTM*)

<table>table see original document page 19</column></row><table>

*American Society for Testing and Materials

O óleo combustível residual foi armazenado frio antes do teste.

Foram usados aquecedores de barril para o aquecimento do óleo combustí- vel residual para 121 sC antes da transferência do mesmo para o recipiente de alimentação situado acima da bomba. Um aquecedor de barril foi preso ao tanque do recipiente de alimentação para manter o óleo combustível resi- dual quente durante o teste, mediando entre 113°C e 118°C para ser usado nos períodos de teste mostrados aqui, na tabela. Embora o óleo pareça ser um tanto viscoso nessa temperatura, uma fase homogênea foi mantida de tal forma que foi conseguida uma taxa de alimentação facilmente controlada para o combustor durante todos os períodos do teste.

A aparelhagem de teste nas instalações da EERC incluem um forno com uma capacidade de aproximadamente 19 kg/hora (845 MJ/hora) de óleo combustível residual. A câmara de combustão é de 0,06 metro de diâmetro, 2,44 metros de altura e forrada com material refratário para o teste de combustão dos diversos tipos de óleo. O diâmetro do forno pode ser re- duzido para 0,66 metros para a elevação da temperatura que esta ingres- sando na passagem convectiva. Foram alcançadas temperaturas de saída do forno (as FEGT) tão altas quanto 1400eC durante o teste de combustão nesse modo. No entanto, a maioria dos testes foi realizada com a utilização de configuração padrão (0,76 metro de diâmetro interno) com a FEGT man- tida entre 1100°C e 1200°C, embora a FEGT seja tipicamente elevada para entre 1250°C e 1300°C para a combustão do óleo combustível residual. Dois pares térmicos do tipo S localizados no topo da câmara de combustão são usados para a monitoração da FEGT. Eles estão situados afastados 180s no ponto mediano da transição a partir do fluxo vertical para o fluxo horizontal. Os excessos do nível de ar são controlados de forma manual através do a- juste de válvulas nas correntes de ar primária e secundária. A distribuição típica é de 15% na primária e 85% na secundária para ser alcançado um excesso típico de nível de ar de 20%.

Na ocasião da combustão de combustíveis tais como o óleo combustível residual, é usada uma bomba para o transporte do combustível através de um atomizador duplo de combustível para dentro da câmara de combustão. O ar ou o vapor são comumente usados como o fluido para a atomização. O ar da combustão é preaquecido por um aquecedor de ar elé- tricô. O ar secundário aquecido é introduzido através de um queimador de redemoinho. Os gases de chaminé passam para fora do forno dentro de um duto quadrado de 25,4 centímetros (10 polegadas) que também é forrado com material refratário. Um banco de sonda vertical localizado no duto é pro- jetado para simular superfícies super aquecidas em uma caldeira comercial. Depois de deixar o duto de sonda, o gás da chaminé passa através de uma serie de trocadores de calor resfriados com água, forrados de material refra- tário e uma serie de trocadores de calor resfriados com ar antes de ser des- carregado através de ou um precipitador eletrostático (ESP) ou uma "ba- ghouse" (BH) para a remoção dos particulados.

Nas instalações da EERC, a estabilidade da chama é avaliada através da observação da chama e a geração da mesma com o "quarl" do queimador como uma função de um redemoinho de ar secundário e condi- ções de operação em carga total e sob condições de desligamento. Um ge- rador de redemoinho de ar secundário do tipo da International Flame Rese- arch Foundation- (IFRF usa o ar primário e secundário em aproximadamente 15% e 85% do total do ar, respectivamente, para o ajuste do redemoinho entre 0 e um máximo de 1,9. O redemoinho é definido como a proporção do momentum radial (tangencial) para o momentum axial conferido ao ar se- cundário através de blocos movíveis no interior do queimador e é usado para o ajuste de uma zona interna de recirculação (IRZ) no interior da chama que permite uma misturação maior do ar da combustão e o combustível. O re- demoinho é conferido através da movimentação dos blocos para a fixação de rotas alternadas de fluxo radial e fluxo tangencial para a criação de um giro sobre a corrente de ar secundária que aumenta a turbulência na zona próxima ao queimador.

Na posição de totalmente aberto do bloco giratório, o ar secun- dário passa através do queimador giratório e o momentum dessa corrente tem somente um componente axial de tal forma que o ar entra na camada de combustão como um jato. Na medida em que o ângulo do bloco muda, o ar começa a girar ou "redemoinhar" e o componente radial do momentum é estabelecido, criando a IRZ na região próxima ao queimador. É a proporção desse componente-radial do momentum para o componente axial que esta- belece a quantidade definida como o redemoinho.

O queimador de redemoinho ajustável usado pela EERC durante os testes de estabilidade de chama consiste em duas planas anulares e du- as séries de blocos com formato de cunha interligados, cada um fixado a uma das placas. Os dois conjuntos de blocos podem formar canais de fluxo alternado radial e tangencial, de tal forma que o fluxo de ar se divide em um número igual de correntes radiais e tangenciais que se combinam mais à jusante em um fluxo em redemoinho. Através de girar simplesmente a placa movível, os canais radiais são fechados de forma progressiva e os canais tangenciais são abertos de tal forma que o fluxo resultante de momentum angular aumenta de forma contínua, entre zero e um valor máximo. Esse ajuste máximo do redemoinho depende da velocidade total do fluxo de ar e da geometria do gerador de redemoinho. O redemoinho pode ser calculado a partir das dimensões dos blocos movíveis (a proporção das aberturas tan- genciais e radiais dos blocos) ou a partir da medição da velocidade da cor- rente de ar (obtendo ambos os componentes radial e axial).

O redemoinho de ar secundário é usado para a estabilização da chama. Na ausência do redemoinho, pode resultar a perda de chama, au- mentando o risco de uma explosão dupla. Na medida em que o redemoinho é aplicado ao ar da combustão, as gotículas do combustível são arrastadas para dentro da IRZ1 aumentando a taxa de aquecimento das partículas e levando a um aumento na liberação dos voláteis e das cinzas da combustão. A chama se torna mais compacta e intensa na medida em que o redemoinho é aumentado até um nível ótimo, que é caracterizado nas instalações de tes- te de EERC como o ponto no qual a chama entra em contato com o "quarl" do queimador. O aumento do redemoinho além desse nível pode empurrar a chama para dentro da região do queimador, expondo sem necessidade os componentes de metal do queimador ao calor intenso da chama e a possível combustão no tubo do carvão mineral. Os ajustes no ajuste do redemoinho foram feitos de forma manual através da movimentação de uma alavanca ligada ao conjunto dos blocos movíveis. A posição dos blocos foi observada em uma escala linear.

Aumentando o redemoinho para prover a estabilidade da chama e um aumento na conversão do carbono também pode afetar a formação de NOx. As altas temperaturas da chama e o aumento da mistura de combustí- vel e ar associados com o aumento no redemoinho cria uma situação ideal sob a qual o NOx pode se formar. Em queimadores de estaca total com ven- toinhas ajustáveis, o redemoinho é quase sempre aumentado para alcançar a condição ótima para a conversão do carbono, e em seguida diminuída li- geiramente para a redução da produção de NOx.

O método geral de teste nas instalações da EERC ajusta o queimador no seu nível máximo de redemoinho e monitora os parâmetros do sistema tais como a velocidade de alimentação do combustível, o excesso de ar, as emissões gasosas tais como de O2, CO2, CO, SO2, e NOx, a estáti- ca do combustor e as taxas de fluxo de ar. Foram feitas fotografias da zona da chama e do queimador através de uma abertura de inspeção no forno imediatamente acima do cone do queimador com a utilização de filme de 35 mm padrão. A temperatura da chama também foi medida com a utilização de um par térmico de alta velocidade (HVT) em uma localização fixada no forno, e o fluxo de calor foi monitorado com a utilização de uma sonda de luxo de calor de linha de base na mesma localização. Uma amostra de cinza foi re- colhida em cada ajuste do redemoinho para estabelecer a queima do carbo- no. O ajuste do redemoinho foi em seguida reduzido até que a chama fosse observada visualmente levantando o quarl do queimador. Nesse ponto, a chama foi caracterizada como instável sob condições de carga completa que são uma taxa de combustão de entre 633 e 686 ML/por hora. Foram feitas fotografias de novo para o registro da chama nesse ajuste, as medições de temperatura e de fluxo de calor foram tomadas, e uma amostra de cinza foi de novo tomada. Uma vez que foi estabelecido o levantamento da chama, o ajuste ótimo do redemoinho foi localizado através de observação visual da chama e as medições foram registradas mais uma vez.

A estabilidade da chama sob as conduções de diminuição é ca- racterizada através da combustão do combustível em teste em uma carga reduzida, tipicamente de metade ou três quartos da taxa de carga completa, mantendo a mesmo fluxo primário de ar ajustando o fluxo secundário de ar para satisfazer as necessidades de excesso de ar. O procedimento descrito acima foi usado para o estabelecimento da estabilidade da chama em carga reduzida.

O CTF utiliza dois conjuntos de analisadores de gás Rosermount para a monitoração de O2, CO, CO2, e NOx. O dióxido de enxofre (SO2) é monitorado através de analisadores fabricados por Ametek. Ao analisadores foram tipicamente localizados na saída do forno e na saída do dispositivo de controle de material particulado.

As análises de gás são registradas em uma base seca. A Bal- dem Environamental fabrica os condicionadores de gás de chaminé usados para a remoção do vapor de água a partir de cada amostra de gás. os cons- tituintes do gás de chaminé são constantemente monitorados e registrados pelo sistema de aquisição de dados da CTF.

Uma das sondas usadas para caracterizar o formato e a intensi- dade da chama é a sonda da linha de base do fluxo de calor. A sonda usa água para pegar o calor a partir de um instrumento de ponta de aço inoxidá- vel de 2,5 cm de espessura que é inserido dentro de uma abertura na pare- de lateral da zona de radiação de tal forma que a superfície do mesmo este- ja em posição paralela com a parede interna da câmara de combustão. O taxa do fluxo de água é medida por medidores de fluxo de turbina e a tempe- ratura da água é medida pelos pares térmicos do Tipo K na entrada e na saída das correntes de água. Dois pares térmicos embebidos nas superfícies exterior e interior da sonda monitora as temperaturas do metal. A partir des- ses valores o fluxo de calor é calculado.

Além da sonda de linha de base do fluxo de calor, foi usado um HVT para a medição da temperatura verdadeira do gás na mesma localiza- ção. A sonda é resfriada com água para a proteção da capa exterior de aço inoxidável da mesma do calor intenso da chama de combustão. Um par tér- mico do tipo S corre para baixo do seu centro e é protegido da radiação das chama e das paredes refratárias por uma ponta feita a partir de uma placa de isolamento. Uma bomba de vácuo é usada para puxar os gases através da junção do par térmico em uma taxa suficiente para alcançar uma veloci- dade depois da junção do par térmico de 120 m/segundo. Nessa velocidade, o componente de radiação para a transferência de calor é minimizado e a transferência convectiva do calor é dominante. Dessa maneira, a temperatu- ra verdadeira do gás pode ser obtida sem a interferência da radiação ou a partir da junção do par térmico.

Amostras de cinza foram obtidas através de vários dispositivos na entrada e na saída da planta piloto ESP ou BH. O U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Method 5 foi usado para estabelecer as concentra- ções de material particulado (PM) no gás da chaminé. A extração da amos- tra de alto volume e os funis de enchimento do dispositivo de coleta de con- trole da planta piloto podem prover amostras grandes para estudo. As amostras de óleo combustível residual foram aquecidas para abaixar a viscosidade do combustível antes da atomização no queimador.

Os aditivos para combustível foram adicionados a corrente de combustível aquecida próximo ao bocal de atomização por meio de um sistema de inje- ção medido especialmente projetado. No sistema de injeção um medidor do fluxo de combustível foi usado para determinar o fluxo de combustível, a sa- ída foi alimentada para dentro de um controlador PID que em seguida con- trolou a taxa de fluxo de uma bomba de introdução química. A concentração do aditivo de combustível foi ajustada de forma dinâmica para qualquer mu· dança na taxa de fluxo do combustível. O material que saía da bomba de introdução foi injetado para dentro do combustível aquecido que fluía produ- zindo uma dispersão de gotículas do aditivo para combustível no combustí- vel. Esta mistura em seguida atravessou uma seção de misturação estática que assegurou que o combustível tratado estava misturado de forma homo- gênea com o combustível antes de entrar na seção de atomização do queimador.

Os testes foram realizados durante três dias nas instalações da EERC com uma temperatura de saída do gás do forno (FEGT) de entre 1250°C e 1325°C e em nível de excesso de ar de ou próximo de 10%. Isso corresponde a aproximadamente 2,9% de oxigênio no gás da chaminé na saída do forno. A taxa de combustão do óleo combustível residual e as taxas de combustão do fluxo de ar foram ajustadas durante cada um desses testes para a manutenção desses níveis. No quarto dia, cada teste realizado em uma FEGT entre 1250°C e 1325°C e um nível de excesso de ar de ou pró- ximo de 5%. As tabelas de 2 até 7 proporcionam resumos de linha de base e media de rodada de condições de operação para cada um dos períodos do teste durante cada dia do teste. O controle da taxa de alimentação do óleo combustível residual foi conseguido através do ajuste do mesmo ponto fixo no controlador de velocidade da bomba. O controlador a seguir ajustou a velocidade da bomba para manter a taxa de alimentação no nível desejado.

Os níveis de ar em excesso foram conseguidos através do ajuste manual das posições da válvula em cada uma das correntes de ar primária e secun- dária. Um BH foi usado para o controle de material particulado durante todos os períodos de teste.

O forno foi preaquecido para 1290°C com gás natural durante até 8 horas antes do inicio de cada dia de teste. A pressão do forno foi man- tida próximo de -1 torr através do ajuste de uma válvula de controle que combinava o ar ambiente para dentro do duto na entrada da ventoinha de aspiração induzida.

Dois conjuntos de analisadores monitoraram as emissões gaso- sas e foram designados como saída do forno e saída do BH em cada uma das Tabelas de 2 até 6. As análises da saída do forno foram amostradas aproximadamente a 1 metro à jusante do banco de sonda de entupimento. Esse nível de oxigênio foi usado para o controle dos níveis de excesso de ar durante cada teste. As análises da saída de BH foram normalmente obtidas a partir da estrutura de duto em seguida ao BH. Devido ao vácuo mais alto na extremidade posterior do sistema de teste e o grande número de cone- xões em flange, o vazamento de ar pata o interior da estrutura do duto resul- tou em um aumento de 1 a 2% nas concentrações de gás da chaminé. A análise do oxigênio a partir de cada conjunto de analisadores foi usada para corrigir as emissões gasosas de interesse para um nível constante de ex- cesso de ar de 20% (3,5% de O2). O cálculo usado para a correção dos ní- veis de emissão informados aqui é:

<formula>formula see original document page 26</formula>

Os analisadores de gás foram zerados e estendidos antes de cada teste. A calibração adicional dos analisadores foi realizada quando os resultados eram suspeitos ou inesperados.

Nos testes AF-CTS-751, 753, 755, 756-1, e 758 (duas vezes), o objetivo primário foi o de estabelecer características de operação de linha de base, taxas de emissões para as diversas espécies de gases e o trabalho produzido sob as diversas condições de operação. Além disso foram coleta- das amostras de cinzas para determinar a carga de pó (ou PM) da corrente de gás que ingressava no BH. Os resultados desses testes estão providos nas Tabelas de 2 até 6. Uma vez que as condições estáveis de combustão foram alcançadas depois da troca do gás natural para o óleo combustível residual, uma série de medições foram feitas com a utilização de um HVT, uma sonda de linha de base de fluxo de calor e um pequeno ciclone para a obtenção das cinzas suspensas. O ajuste do redemoinho na corrente de ar secundária foi mantido constante á 3,5 durante todo os períodos de teste realizados durante esta série de testes.

Em todos os outros testes, o objetivo primário foi o de estabele- cer a efetividade dos diversos aditivos para combustível para o abaixamento das emissões gasosas e o aumento do procedimento de operação. O mes- mo protocolo de teste foi usado aqui, para a determinação da efetividade dos aditivos para combustível. Os resultados a partir desses testes são propor- cionados nas Tabelas de 2 até 7. Como parte do protocolo de teste, um pe- ríodo de operação na linha de base precedeu tipicamente todos os períodos de teste nos quais um aditivo para combustível foi avaliado.

O que se segue são as formulações de aditivo para combustível usadas neste estudo:

Aditivo 2: 5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91 g/ml); 5,1 g festuca extrato de (extraído com hexano); e 995 ml AROMATICS 150 FLUID (d = 0,90 g/ml); não preparado em uma caixa de luvas;

Aditivo 5: 5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91 g/ml); 5,2 g extrato de alfeque (extraído com hexano); 2 ml 2,2,4-trimetil-6-etóxi-1,2- diidroquinolina (d = 1,03); 1,6 g ISOMIXTENE®; e 993 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0,87 g/ml); preparado em uma caixa de luvas sob condições de não oxigenação;

Aditivo 6: 80% (v/v) do Componente 1 e 20% (v/v) do Compo- nente 2 em que: Componente 1: 5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91 g/ml); 5,1 g de extrato de alfeque (extraído com hexano); e 995 ml AROMA- TICS 150 FLUID (d = 0,90 g/ml); não preparado em uma caixa de luvas;

Componente 2: nitrato de 2-etilexila.

Aditivo 7: 80% (v/v) do Aditivo 5 e 20 % (v/v) de nitrato de 2- etilexila, Aditivo 8: 0,5 ml de 2,2,4-trimetil-6-etóxi-1,2-diidroquinolina (d = 1,03); 0,8 g de ISOMIXTENE®; 2,5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91); 0,39 g de extrato de festuca (extraído com hexano); e 500 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0,87); preparado em uma caixa de luvas sob condições de não-oxigenação,

Aditivo 9: 0,5 ml de 2,2,4-trimetil-6-etóxi-1,2-diidroquinolina (d = 1,03); 0,8 g de ISOMIXTENE®; 2,5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91); 0,39 g de extrato de alfeque (extraído com etanol); e 500 ml de AROMATIC 100 FLUID (d = 0,87); preparado em uma caixa de luvas sob condições de não-oxigenação,

Aditivo 10: 0,5 ml de 2,2,4-trimetil-6-etóxi-1,2-diidroquinolina (d = 1,03); 0,8 g de ISOMIXTENE®; 2,5 ml de óleo de meadowfoam (d = 0,91); 0,39 g de extrato de alfeque (extraído com hexano); e 500 ml de AROMATIC 100 FLUID (d = 0,87); preparado em uma caixa de luvas sob condições de não-oxigenação.

As tabelas que se seguem proporcionam os resultados dos tes- tes com relação aos óleos combustíveis residuais e os aditivos para combus- tíveis relacionados. Tabela 2. Linha de base e Parametros Medios de Operacao da Rodada de Teste AF-CTS-745

<table>table see original document page 29</column></row><table> <table>table see original document page 30</column></row><table> <table>table see original document page 31</column></row><table> Tabela 3

<table>table see original document page 32</column></row><table> Tabela 4. Linha de base e Parâmetros Médios de Operação da Rodada de Teste - AF-CTS-753 (cont.) & 754

<table>table see original document page 33</column></row><table> Tabela 5. Linha de base e Parâmetros Médios de Operação da Rodada de Teste - AF-CTS-755

<table>table see original document page 34</column></row><table> Tabela 6. Linha de base e Parâmetros Médios de Operação da Rodada de Teste - AF-CTS-756 & 757

<table>table see original document page 35</column></row><table> Tabela 7. Linha de base e Parâmetros Médios de Operação da Rodada de Teste - AF-CTS-758

<table>table see original document page 36</column></row><table> O teste experimental inicial começou no dia anterior ao teste efe- tivo e incluiu a queima do óleo combustível residual para estabelecer a efeti- vidade das mudanças que tinham sido feitas para o sistema em seguida a primeira série de testes de aditivo para combustível realizados mais cedo.

Esse período experimental verificou que as mudanças feitas melhoraram a capacidade total de operação do sistema. Foram incluídas entre as muitas mudanças feitas a adição de isolamento para várias linhas de alimentação do sistema, a tubulação do vapor de água para a pistola do queimador para ser usado como o fluido de atomização para o óleo, a adição de uma seção de misturação na linha de abastecimento do combustível, e a adição de a- quecedores de vapor de água no barril de armazenamento que foi usado para encher o tanque de alimentação de tal forma a manter uma temperatura do óleo combustível residual em ou próxima a 115,5°C (240°F). O resultado das mudanças permitiram que o combustível fosse alimentado de forma con- tinua através da pistola do queimador sem a formação de depósitos de car- bono na pistola ou o encanamento do ar no interior do quarl do queimador.

A FEGT foi mantida próximo aos 1.287,79°C (2350°F) durante todos os períodos, Em alguns casos, foi permitido aumentar para observar o efeito do aditivo para combustível na operação produzida, e em outros ca- sos, ela foi mantida durante a injeção do aditivo para combustível para a de- terminação do nível de economia de combustível conseguido enquanto era mantido o mesmo nível de trabalho produzido. Devido a que as mudanças nos parâmetros do combustível e da operação proveram um ambiente de combustão bastante estável, a efetividade da combustão foi muito alta du- rante todos os períodos do teste. Isso torna difíceis as mudanças na monito- ração no ambiente de combustão que resulta a partir da adição do aditivo para combustível. As mudanças no ambiente de combustão foram, contudo observadas, durante esse período e estão detalhadas abaixo. Devido à difi- culdade de monitoração das mudanças, o nível de ar em excesso foi abaixa- do para aproximadamente 5% durante o dia final dos testes do Dia 4.

Dois conjuntos de analisadores, um na saída do forno e um na saída do BH, foram usados para determinar a concentração dos produtos da combustão na corrente de gás. As medidas de O2, CO, CO2, SO2, e NOx no gás de chaminé foram monitoradas de forma continua e registradas através de sistema de aquisição de dados CTF. As médias dos períodos de teste foram providas nas Tabelas de 2 até 7.

Os níveis de ar em excesso flutuaram com as mudanças na taxa de alimentação do combustível e variaram a partir de cerca de 9% até 11% durante os testes realizados a partir de 21 de junho até 23 de junho. As e- missões de SO2 corrigidas foram relativamente invariáveis em uma média de aproximadamente 1720 ppm ± 20 ppm durante todos os períodos de teste próximos a 10% de ar em excesso.

Uma análise dos dados indica que cada um dos dados analíticos que puderam ser observados é uma forte função do ar em excesso. Quando uma linha curva ajustada é desenhada através dos pontos de dados, pode se ter uma vista de comparação bem melhor do que se os dados foram ajus- tados de forma global. Os dados do forno e da baghouse são tratados sepa- radamente. Observando os dados de NOx e de CO (Figuras 7 e 8, respecti- vamente) se descobre que os resultados com relação a uma das rodadas tratadas são consistentemente mais baixos do que aqueles das medições da linha de base em um excesso de ar igual. O aditivo 2 mostra uma melhora consistente nas emissões de gases. Surpreendentemente, esse aditivo para combustível mostra o seu efeito, mesmo embora ele tenha sido usado so- mente em experimentos com um excesso de ar de cerca de 10%.

Os valores de emissão de matéria particulada (PM) medidos e expressos como cargas de poeira foram obtidos na entrada da BH durante um número de períodos de teste com a utilização da amostragem do U.S. Environmental Protection Agency Method 5 PM. Esses testes proporciona- ram provas significativas da efetividade de diversos aditivos para combustí- vel na melhoria das características de combustão do óleo combustível resi- dual (ver a Figura 9) Durante o teste da linha de base no Dia 4 (Período de Teste 12), as cargas de poeira que ingressavam na BH foram determinadas como sendo de 0,122 g/m3. Durante o Período de Teste 5, o Aditivo 5 foi in- jetado em uma taxa de 30 ml por hora quando o carregamento de poeira EPA do Método 5 foi reduzido de forma significativa para 0,0677 g/m3, uma redução de 44,6%. No Período de Teste 13, foi utilizado o aditivo 8 em uma taxa de adição de 40 ml/hora como foi o Aditivo 10 no Período de Teste 16. O carregamento de poeira EPA do Método 5 foi reduzido durante a utilização do Aditivo 8 para 0,08866 g/m3 e para 0,0959 g/m3 durante a utilização do Aditivo 10. Isso se traduz em uma redução de 27,5% e uma redução de 21,5%, respectivamente. Deve ser observado que os níveis de excesso de ar durante o Período de Teste 5 (Aditivo 5) foram mais altos do que aqueles com relação do Período de Teste 12, o período de teste da linha de base, dessa forma uma parte da redução notada aqui pode ser levada em conta com relação ao aumento em oxigênio disponível. No entanto, esse não foi o caso com relação aos Períodos de Teste 13 (Aditivo 8) e 16 (Aditivo 10). Os níveis de ar em excesso foram aproximadamente os mesmos durante o pe- ríodo de teste da linha de base como eles foram durante os dois períodos de teste observados.

Embora o comportamento do fluxo de calor seja uma função complicada, ele é presumido como sendo uma função de pelos menos a ta- xa de queima do combustível e do excesso de ar. A figura 10 plota o fluxo de calor como o medido na EERC dividido pela taxa de queima do combustível versus o excesso de ar registrado. Gs dados demonstram que a proporção de fluxo de calor/combustível produzida com relação ao combustível tratado com o Aditivo 2 foi maior do que aquela observada com relação ao Aditivo 2.

Uma câmera/gravador de radiação infravermelha (IR) foi usada para a avaliação de quaisquer mudanças na temperatura da chama que pu- desse ocorrer entre os períodos de operação da linha de base e da injeção do aditivo para combustível. Os resultados a partir dessas medições foram resumidos na Tabela 8. Poderia parecer a partir dos dados abaixo que a tendência mais reveladora na temperatura da chama foi a taxa de alimenta- ção.do combustível. Essa relação pode ser observada na Figura 6. A equa- ção da linha de regressão linear foi provida e o valor de R2 foi calculado. A temperatura da chama não se ajusta bem a uma relação linear com a taxa de alimentação, porém não tende para aquela direção. Embora o forno de teste fosse operado em uma temperatura de saída de gás de forno similar durante cada dia de operação, a temperatura correspondente da chama va- ria de forma significativa de dia para dia, como faz a taxa de alimentação necessária para ser alcançada àquela temperatura. Isso indica que o fluxo de calor através das paredes do forno tende a mudar de dia para dia. No entanto, dentro de uma operação de um único dia, somente pequenas ten- dências puderam ser observadas.

Durante o primeiro dia de teste, a temperatura de chama regis- trada imediatamente antes da injeção do aditivo de combustível e imediata- mente em seguida a injeção do Aditivo 2 permaneceu constante em 1333°C. A taxa de alimentação também foi constante. No entanto, durante o segundo dia de teste, a taxa de alimentação da linha de base (Período de Teste 4) foi consideravelmente mais alta durante a injeção do aditivo para combustível. As leituras da temperatura da chama a partir da câmera IR foram constantes a 1402°C durante os Períodos de Teste 5 e 7 com a injeção do Aditivo 5 em uma taxa de 30 ml por hora e 14 ml por hora, respectivamente. Isso poderia indicar algum efeito do aditivo para combustível sobre a liberação de calor no forno. Durante o Período de Teste 8, o Aditivo 6 foi injetado na taxa de 40 ml por hora. Embora a temperatura da chama se reduzisse para 1392SC, a taxa de alimentação foi reduzida de forma significativa a partir dos níveis da linha de base durante esse período para 16,23 kg/hora. Tabela 8. Resumo dos Dados Registrados pela Camera IR.

<table>table see original document page 41</column></row><table> A temperatura da chama na linha de base de 1366°C foi alcan- çada no Período de Teste 9 com uma taxa de alimentação de 17,19 kg por hora de óleo combustível residual. Depois da injeção do Aditivo 7 na taxa de 40 ml por hora, a temperatura da chama permaneceu constante em uma taxa de alimentação mais baixa de 16,50 kg por hora. Isso representa uma redução em alimentação de aproximadamente 4%. Durante o dia final do teste, a temperatura de chama inicial da linha de base foi registrada a 1371°C (Período de Teste 12). Embora a temperatura caísse para 1359°C durante a injeção dos Aditivos 8 e 9, ela permaneceu relativamente constan- te através de todo o dia, se elevando para 1362°C durante o Período de Tes- te 15 da linha de base que se seguiu. Essencialmente não ocorreu nenhuma mudança durante o Período de Teste 16 quando foi injetado o Aditivo 10 em uma taxa de 40 ml por hora. A temperatura da chama se manteve constante a1360°C.

Teste de Pesquisa de Forno CANMET

Também foi realizado um teste no CANMET Research Furnace em Otawa, Canadá. O óleo combustível residual usado foi obtido da PROV- MAR Fuels Inc., de Hamilton, Ontário. As propriedades do óleo combustível residual estão relacionadas na Tabela 9. Esse óleo combustível residual ti- nha um teor moderado de enxofre de cerca de 1,7% com um valor de aque- cimento bastante elevado de 42,12 MJ/kg em um teor de umidade de 0,05%. As análises dos valores próximo, último e de aquecimento com relação ao óleo combustível residual testado também estão providos na Tabela 1 junto com o limite teórico da emissão de enxofre. Tabela 9

<table>table see original document page 43</column></row><table> O óleo combustível residual foi armazenado frio antes do teste. Um tanque Dia foi usado para o aquecimento do óleo combustível residual para 121°C e para manter o óleo aquecido durante o teste.

Neste protocolo de teste o controle do forno foi primeiramente baseado no fluxo do combustível para dentro do forno. O fluxo do combustí- vel foi mantido constante junto com o fluxo de ar. Uma seção calorimétrica do forno permitiu que pudesse ser feita a transferência de calor a partir do forno como uma função da distância a partir do queimador. Não havia "ba- ghouse" nesse sistema e a temperatura de saída do forno foi permitida flutuar.

Quando é comburido um combustível líquido tal como o óleo combustível residual, é usada uma bomba para o transporte do combustível através do atomizador duplo de fluido para dentro da câmara de combustão. Nesse forno, é usado ar comprimido para a atomização do combustível. O ar para à combustão é preaquecido por um aquecedor de ar elétrico.

A estabilidade da chama é avaliada através da observação da chama através de uma abertura de observação de quartzo localizada ao longo do eixo longitudinal do forno na extremidade final do forno oposta ao queimador. Sob operação normal, foi usada uma câmera de vídeo para ava- liar de modo quantitativo a qualidade da chama e para criar um registro em vídeo das características da chama que ocorreram durante o experimento.

O método geral do teste coloca o queimador em seu nível máxi- mo de redemoinho e monitora os parâmetros do sistema tais como a taxa de alimentação de combustível, o excesso de ar, as emissões gasosas (O2, CO2, CO, SO2, e NOx), estática do combustor e taxas de fluxo de ar. Foram tiradas fotografias da chama e da zona do queimador através de uma aber- tura de observação no forno imediatamente acima do cone do queimador com a utilização de uma câmera de vídeo.

O forno CANMET usa dois conjuntos de analisadores de gás para a monitoração do O2, CO, CO2, e NOx. O dióxido de enxofre (SO2) tam- bém é monitorado. Os analisadores são localizados tipicamente na saída do forno e na saída do dispositivo de controle do material particulado. As análi- ses de gás são registradas em uma base seca. Os constituintes do gás da chaminé são monitorados e registrados através do sistema de aquisição de dados em intervalos de 10 minutos durante o experimento. As características estatísticas das quantidades medidas foram usadas para estabelecer os Iimi- tes de confiança dos dados medidos.

Na seção calorimétrica do forno, as temperaturas de entrada e de saída são monitoradas em intervalos de 10 segundos e registradas atra- vés do sistema de aquisição de dados. As taxas de fluxo do fluido de opera- ção terminal também são medidas e acessíveis através do sistema de aqui- sição de dados. A partir dessas medições a transferência de calor no forno pode ser determinada como uma função de tempo para cada uma das 28 faixas calorimétricas ao longo do eixo mais longo do forno.

Amostras de cinzas foram obtidas através de diversos meios na entrada e na saída da instalação piloto ESP ou BH. A amostragem isocinéti- ca do gás é usada para o estabelecimento das concentrações de material particulado (PM) no gás do cano da chaminé. A extração de amostras de grande volume e os alimentadores de coleta do dispositivo de controle da instalação piloto podem prover grandes amostras para estudo. A composi- ção química também foi determinada com relação as amostras de cinza re- colhidas. A coleta das amostras isocinéticas de cinza necessitaram de apro- ximadamente 3 horas por amostra. Foi coletada somente uma amostra de cinza por rodada.

O óleo combustível residual foi aquecido para abaixar a viscosi- dade do mesmo antes da atomização no queimador. Os aditivos para com- bustível foram adicionados à corrente de combustível aquecido próximo ao bocal de atomização por meio de um sistema de injeção medido especial- mente projetado. NO sistema de injeção, foi usado um medidor do fluxo de combustível para conferir o fluxo de combustível, a produção foi alimentada para um controlador que controlou a taxa de fluxo de uma bomba química de alimentação. A concentração do aditivo de combustível foi ajustada de forma dinâmica com relação a qualquer mudança na taxa de fluxo do combustível. A produção da bomba de alimentação foi injetada dentro do comestível quente que estava fluindo produzindo uma dispersão de gotículas do aditivo de combustível no combustível aquecido. Essa mistura em seguida atraves- sou uma seção de misturação estática para a misturação homogênea do aditivo para combustível com o combustível que estava entrando na seção de atomização do queimador.

Os testes executados no forno de pesquisa CANMET foram rea- lizados com a operação de forno especificada através da taxa de fluxo de combustível e o nível de excesso de ar, ambos os quais foram controlados pelo operador do forno. O forno foi preaquecido com gás natural durante até 5 horas antes do início dos experimentos no óleo combustível residual. O protocolo de partida padronizado envolveu a coleta de dados com o óleo combustível não tratado queimando no sistema durante pelo menos uma hora antes do início de qualquer tratamento experimental. Esse protocolo permitiu que fosse verificado o comportamento da linha de base em cada dia de operação. Os experimentos foram projetados para a investigação dos efeitos de aditivos químicos sobre a operação de fornos em duas concentra- ções de ar em excesso (10% e 7,5%). A operação da linha de base dos combustíveis foi determinada no início e no final das campanhas de teste bem como no início de cada um dos dias de teste.

No teste, todos os aditivos para combustível foram avaliados em um nível de 10% de excesso de ar. As composições de aditivos para com- bustível para o teste CANMET foram preparadas como se segue com aditi- vos que continham ISOMIXTENE® (Aditivos 13 e 14) preparados sob atmos- fera inerte em uma caixa de luvas, e aditivos em o ISOMIXTENE® (aditivos 11,12, 15 e 16) preparados sob condições atmosféricas normais.

O Aditivo 11 foi preparado através da mistura de 13,9 gramas de extrato de festuca e 10 ml de óleo de meadowfoam, e em seguida combi- nando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 2000 ml.

O Aditivo 12 foi preparado através da mistura de 13 gramas de extrato de festuca, 10 ml de óleo de meadowfoam e 1 ml de SANTOQUIN®, e combinando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 2000 ml.

O Aditivo 13 foi preparado através da mistura de 5,12 gramas de extrato de festuca, 5 ml de óleo de meadowfoam, 10 gotas de SANTO- QUIN®, e 0889 gramas de ISOMIXTENE®, e combinando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 1000 ml.

O Aditivo 14 foi preparado através da mistura de 5,13 gramas de extrato de alfaia, 5 ml de óleo de meadowfoam, 10 gotas de SANTOQUIN®, e 088 gramas de ISOMIXTENE®, e combinando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 1000 ml.

O Aditivo 15 foi preparado através da mistura de 13 gramas de extrato de alfafa, 10 ml de óleo de meadowfoam, e 2 ml de SANTOQUIN®, e combinando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 2000 ml.

O Aditivo 16 foi preparado através da mistura de 13 gramas de extrato de alfafa, e 10 ml de óleo de meadowfoam, e combinando a mistura com AROMATIC 150 FLUID para até 2000 ml.

A Tabela 10 resume as observações com relação a concentra- ção de matéria particulada nos testes de CANMET realizados em um exces- so de ar de 10%. O teor de carbono da cinza recolhida dos experimentos de combustível tratado foram uniformemente mais baixos do que aqueles ob- servados no sistema de referência, porém o carregamento total de cinza iso- cinética exibiu aumentos modestos com relação aos Aditivos 11 e 12. Em uma proporção de excesso de ar mais baixa o teor de carbono da cinza re- colhida foi consistente com o carregamento de cinza isocinética mostrado na Tabela 11.0 Aditivo 15 mostrou uma redução consistente no carregamento de material particulado.

Tabela 10 Teste CANMET: Concentração de Matéria Particulada em um ní- vel de excesso de ar de 10% Rodada de Teste Carregamento de Cinza Isocinética (mg/m3) Teor de carbono na cinza (% Carbono) Redução de Carbono (%)

<table>table see original document page 47</column></row><table> Tabela 11. Resultados de Carregamento de poeira à 7,5% de excesso de ar.

<table>table see original document page 48</column></row><table>

Quantitativamente, as chamas de vários dos combustíveis trata- dos pareceram mais curtas e mais brilhantes do que as chamas observadas com relação aos combustíveis de referência (não tratados). Esta observação é sustentada pelo vídeo das chamas, porém é difícil de ser quantificada. Uma chama mais curta e mais densa deveria prover um máximo de transfe- rência de calor na seção calorimétrica do forno. Os dados que sustentam isso são encontrados nas Tabelas 12 e 13 com relação aos experimentos executados em ambos os excessos de ar de 10% e 7,5%. Os dados foram colhidos a cada 10 segundos para a construção de uma grande amostra es- tatística. O desvio padrão deste conjunto de dados proporciona um cálculo de incerteza. A incerteza do calor "therminol" medida é de cerca de 1%. A incerteza com relação ao calor do gás de chaminé é de cerca de 0,1%. As Mudanças de Disposição de Calor acima de 2% são estatisticamente signifi- cativas em um nível de confiança de 95%.

Tabela 12. Disposição de Calor a partir de Calor Disponível a 10% de Ex- cesso de ar

<table>table see original document page 48</column></row><table> Tabela 13. Disposição de Calor a partir de Energia Disponível a 7,5% de ex- cesso de ar.

<table>table see original document page 49</column></row><table>

Teste de Laboratório IPT

Também foram feitos testes nas instalações do Laboratório de Testes IPT, São Paulo, Brasil. O forno de teste IPT é operado de forma simi- lar aquela do CANMET. A instalação de teste IPT emprega um queimador horizontal, Modelo MPR fabricado por ATA Combustão Técnica do Brasil que é equipado com uma jaqueta exterior resinada com água. As taxas de carga de combustível e de excesso de ar no gás de chaminé são tomadas como variáveis independentes e outros itens observáveis são tratados como variáveis dependentes. O forno contém uma seção calorimétrica. Uma dife- rença significativa nos experimentos realizados no Brasil está relacionada com o combustível. As especificações do combustível brasileiro são signifi- cativamente diferentes do que aquelas adotadas nos Estados Unidos. Por exemplo, a densidade e o teor de asfalteno dos combustíveis residuais co- mumente usados no Brasil são significativamente maiores do que aquelas comumente usadas nos Estados Unidos. Nesses níveis elevados de asfalte- no e de viscosidade, a poluição causada pelo carbono não queimado (maté- ria particulada) de importância primária. Parte da estratégia para minimizar este problema envolve a queima do combustível sob condições de excesso de oxigênio bastante altas. O procedimento padrão de operação no Brasil exige uma operação de forno com um teor de oxigênio na saída do forno um excesso de ar de cerca de 7% ou cerca de 37,5%.

O aditivo para combustível avaliado no IPT continha uma combi- nação de extrato de planta e um complexo organometálico de ferro. Especi- ficamente, 49,2 gramas de extrato de alfafa foram misturados com 7,57 ml de antioxidante SANTOQUIN®, e 37,9 ml de óleo de meadowfoam. A mistu- ra foi combinada com AROMATIC 150 FLUID para até 3785 ml e €00 ml da mistura resultante foram ainda misturados com 117 gramas de naftenato de ferro e 190 ml de pentacarbonila de ferro. Essa formulação foi preparada sob condições atmosféricas normais com o naftenato de ferro transferido de for- ma anaeróbica com a utilização de uma seringa. O teor de ferro da solução resultante foi de 6% em peso.O óleo combustível residual testado no IPT foi aditivado com este aditivo a 813 ppm.

A tabela 14 mostra as concentrações de matéria particulada ob- servadas sob condições de tratado e não tratado. A redução na matéria par- ticulada foi bastante significativa em ambos os níveis de oxigênio de 4,5% e de 7%, porém talvez a observação mais significativa fosse que a concentra- ção do material particulado observada sob as condições tratadas com rela- ção a ambas as concentrações de oxigênio foram bastante próximas. É bas- tante conhecido que sob condições de combustão com um excesso elevado de oxigênio, uma fração significativa de calor é perdida para o gás de cha- miné. Os testes mostraram que mudando a partir de um excesso de oxigênio de 7% para um excesso de oxigênio de cerca de 4,5%, uma melhoria de 17% em calor utilizável foi alcançada. Com a utilização do aditivo para com- bustível testado, esse aumento em eficácia foi acompanhado por uma redu- ção de 43% nas emissões de matéria particulada.

Tabela 14. Emissões de Particulados na IPT Brasil.

<table>table see original document page 50</column></row><table> Continuação

<table>table see original document page 51</column></row><table>

Embora a presente invenção e as suas vantagens tenham sido descritas em detalhe, deve der entendido que diversas mudanças, substitui- ções e alterações podem ser feitas aqui, neste pedido de patente sem que se afastem a partir do espírito e do âmbito da invenção como definida atra- vés das reivindicações em anexo. Além disso, o âmbito do presente pedido de patente não está destinado a ser limitado às modalidades específicas de processos, máquinas, fabricação, composição de matéria, dispositivos, mé- todos e etapas descritas no relatório descritivo. Como uma pessoa versada na técnica poderá observar com facilidade a partir da descrição da apresente invenção, os processos, máquinas, fabricação, composições de matéria, dis- positivos, métodos, ou etapas que existem presentemente ou que sejam de- senvolvidas mais tarde, que executem substancialmente as mesmas funções ou alcancem substancialmente os mesmos resultados como os das modali- dades correspondentes descritas aqui, neste pedido de patente podem ser utilizados de acordo com a presente invenção. Por conseqüência, as reivin- dicações em anexo são destinadas a incluir dentro do seu âmbito esses pro- cessos, máquinas, fabricação, composições de matéria, dispositivos, méto- dos, ou etapas.

Claims (56)

1. Aditivo para combustível para o aumento das características de combustão de um combustível carbonado de alto teor de asfalteno, ca- racterizado pelo fato de que compreende: um extrato de planta; e um composto organometálico

2. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o extrato de planta é um extrato de uma plan- ta da família das Leguminosae.

3. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o extrato de planta é selecionado a partir do grupo que consiste em extrato de festuca, extrato de alfeque, extrato de alfa- ia e as combinações dos mesmos.

4. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o composto organometálico é um composto metálico solúvel em hidrocarboneto que contenha pelo menos um metal se- lecionado a partir das primeira e segunda linha dos metais de transição.

5. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o metal do composto organometálico é o ferro.

6. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o composto organometálico é selecionado a partir do grupo que consiste em pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferroceno e as combinações dos mesmos.

7. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto organometálico é um composto organometálico solúvel em hidrocarboneto que contenha pelo menos um metal selecionado a partir das primeira e segunda linhas dos metais de transição.

8. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o metal do composto organometálico é o ferro.

9. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o composto organometálico é selecionado a partir do grupo que consiste em pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferroceno e as combinações dos mesmos.

10. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um veículo solúvel em óleo.

11. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o veículo solúvel em óleo é um solvente aro- mático.

12. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quanti- dade a partir de cerca de 0,01% em peso até cerca de 10% em peso do adi- tivo para combustível.

13. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quanti- dade a partir de cerca de 0,051% em peso até cerca de 5% em peso do adi- tivo para combustível.

14. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quanti- dade de cerca de 0,5% em peso do aditivo para combustível.

15. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um material selecionado a partir de óleo de sementes de meadowfoam, um carotenóide, um antioxidan- te, e as combinações dos mesmos.

16. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda óleo de sementes de me- adowfoam, um carotenóide, e um antioxidante.

17. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o carotenóide compreende o beta caroteno.

18. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o antioxidante compreende uma diidroquinoli- na.

19. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a diidroquinolina compreende a 2,2,4-trimetil- 6-etóxi-1,2-diidroquinolina.

20. Aditivo para combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que qual o extrato de planta é extraído através de um solvente polar ou não polar solúvel em hidrocarboneto.

21. Método para melhorar as características de combustão de um combustível carbonífero de alto asfalteno caracterizado pelo fato de que compreende a adição de um aditivo para combustível ao combustível carbo- nífero de alto asfalteno, o aditivo para combustível compreendendo: um extrato de planta; e um composto organometálico

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é um extrato de uma planta da família das Leguminosae.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é selecionado a partir do grupo que consis- te em extrato de festuca, extrato de alfeque, extrato de alfafa e as combina- ções dos mesmos.

24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- lo fato de que o composto organometálico é um composto organometálico solúvel em hidrocarboneto que contenha pelo menos um metal selecionado a partir das primeira e segunda linhas dos metais de transição.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pe- lo fato de que o metal do composto organometálico é o ferro.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pe- lo fato de que o composto organometálico é selecionado a partir do grupo que consiste de pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferroceno e as combinações dos mesmos.

27. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o composto organometálico é um composto organometálico solúvel em hidrocarboneto que contenha pelo menos um metal selecionado a partir das primeira e segunda linhas dos metais de transição.

28. Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pe- lo fato de que o metal do composto organometálico é o ferro.

29. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pe- lo fato de que o composto organometálico é selecionado a partir do grupo que consiste em pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferroceno e as combinações dos mesmos.

30. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- Io fato de que compreende ainda um veículo solúvel em óleo.

31. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o veículo solúvel em óleo é um solvente aromático.

32. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o combustível carbonífero de alto asfalteno é selecionado a partir do óleo combustível residual e do carvão mineral.

33. Método de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade a partir de cerca de 0,5 ppm até cerca de 10.000 ppm da quantidade do combustível carbonífero de alto asfalteno.

34. Método de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade a partir de cerca de 200 ppm até cerca de 2.000 ppm da quantidade do combustível carbonífero de alto asfalteno.

35. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade de cerca de 800 ppm da quantidade do combustível carbonífero de alto asfalteno.

36. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o aditivo para combustível compreende ainda um material se- lecionado a partir de óleo de semente de meadowfoam, um carotenóide, um antioxidante e as combinações dos mesmos.

37. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o aditivo para combustível compreende ainda óleo de semente de meadowfoam, um carotenóide e um antioxidante.

38. Método de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pe- lo fato de que o carotenóide compreende o β-caroteno.

39. Método de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pe- lo fato de que o antioxidante compreende uma diidroquinolina.

40. Método de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pe- lo fato de que a diidroquinolina compreende a 2,2-trimetil-6-etóxi-1,2-diidro- quinolina.

41. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe- lo fato de que o extrato de planta é extraído através de um solvente polar ou não polar solúvel em hidrocarboneto.

42. Combustível, caracterizado pelo fato de que compreende um combustível carbonífero de alto asfalteno e um aditivo para combustível, o aditivo para combustível compreendendo: um extrato de planta; e um composto organometálico

43. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é um extrato de uma planta da família das Leguminosae.

44. Combustível de acordo com a reivindicação 43, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é selecionado a partir do grupo que consiste em extrato de festuca, extrato de alfeque, extrato de alfafa e as combinações dos mesmos.

45. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que o composto organometálico é um composto organometá- lico solúvel em hidrocarboneto com um metal selecionado a partir das pri- meira e segunda linhas dos metais de transição.

46. Combustível de acordo com a reivindicação 45, caracteriza- do pelo fato de que o composto organometálico é selecionado a partir do grupo que consiste em pentacarbonil de ferro, naftenato de ferro, ferroceno e as combinações dos mesmos.

47. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que o combustível carbonífero de alto asfalteno é seleciona- do a partir do óleo combustível residual e do carvão mineral.

48. Combustível de acordo com a reivindicação 47, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade a partir de cerca de 0,5 ppm até cerca de 10.000 ppm da quantidade do combustível carbonífero de alto asfalteno.

49. Combustível de acordo com a reivindicação 48, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade a partir de cerca de 200 ppm até cerca de 2.000 ppm do combustível carbonífero de alto asfalteno.

50. Combustível de acordo com a reivindicação 49, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é provido em uma quantidade de cer- ca de 800 ppm do combustível carbonífero de alto asfalteno.

51. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda um material selecionado a partir de óleo de semente de meadowfoam, um carotenóide, um antioxidante e as combinações dos mesmos.

52. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda óleo de semente de meadowfoam, um carotenóide, e um antioxidante.

53. Combustível de acordo com a reivindicação 52, caracteriza- do pelo fato de que o carotenóide compreende o β-caroteno.

54. Combustível de acordo com a reivindicação 52, caracteriza- do pelo fato de que o antioxidante compreende uma diidroquinolina.

55. Combustível de acordo com a reivindicação 54, caracteriza- do pelo fato de que a diidroquinolina compreende a 2,2,4-trimetil-6-etóxi-1,2- diidroquinolina.

56. Combustível de acordo com a reivindicação 42, caracteriza- do pelo fato de que o extrato de planta é extraído através de um solvente polar ou não polar solúvel em hidrocarboneto.