TW524848B - Fuel additive for bituminous heavy oil-water emulsion fuel and method of combustion - Google Patents

Description

524848 五、發明說明（1) 本發明係關於一種瀝青重質油/水型乳化燃料用之辦料 添加劑及其燃燒方法。更特定而言，本發明係關於一種燃 料添加劑其使用於水及比如奥力努克⑺㈠⑽⑶）”青之具 有高釩、硫及氮含量之瀝青重質油之乳化燃料，&即^吏當大 量添加也不會對該燃料乳化劑之分散安定性有不利效i， 士反可％助其安定性，並亦可藉由防止鍋爐在燃料燃燒時 高低溫之腐蝕，防止由未燃燒之碳、三氧化硫、氮氧化物 所產生之損告及藉改善加熱表面之吸收速率使鍋爐之類可 長時間安定的運作。本發明亦關於燃燒該燃料之方法。 瀝青重質油比如奥力努克瀝青及阿薩巴司卡（Athabasca )瀝青為超重質油其在40 0 t或更高之溫度下為糖聚狀或半 固體，含有60%〜70%或更多之重質部份，在該狀離直不 會流動。 “… 因該？如此厚重，其不能如石油般輕易的利用。且因為 其含有高量之重金屬飢及硫與氮，當其被用為燃料時所使 用之鍋爐必須被良好維護以防止腐蝕及成渣。再者，由燃 燒過程產生之廢氣必須滿足較以往嚴格許多之環境測試: 由於該等問題及缺點，該重質油之商業化應用有所延遲。 然而，近年技術已進展到藉由添加水及一種界面活性劑 於奥力努克瀝青以形成一種油/水乳化燃料。此使該油可 被谷易的利用及運送。該種油之可回收之礦藏相當巨大， 超過整個中東之所有石油之可回收礦藏。因此在包括可以 不受限於石油輸出國家組織（0PEC)下可得到穩定供給，及 該油相當便宜而可能使熱力發電廠轉用此種油等原因下，

C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 第4頁 524848 五、發明說明（2) 此油已在加拿大、英國、φ 新之燃料，更不用提曰本。 民/、合國等用作為一種嶄 在使用該種瀝青乳化燃粗 再加熱m等之高溫導f：：個考量為該超加熱器、 生之灰份所導致之快速侵蝕U:5 f鍋爐内燃燒所產 釩所導致之高溫腐蝕。因A匕3忒油中如此高量之 增加之環境測定：ί被，：料：：有高量之硫及氮， 之高灰份含量。特；：ί':另一個考量為有關於所牵涉 會降低炼爐之吸收，導致炫爐内二灰份可能 ，減低了鍋爐可連續運作之日^間。又苽孔，皿度之升高 有 二方法可以防止南溫腐Ί虫及石*化旋為、，α日 率、抑制由於燃燒所產生之有害物Ϊ。1传^高；燒效 化t、醋酸鎂、硝酸鎂、氫氧化㉟、碳酸鈣、石η: 他鹼土金屬化合物或硫酸鐵及*mFe〇 石或/、 或以上之數字)所代表之鐵化合 其中：η為〇 混^之=加入該燃料中或是排入該燃以 Γ會、所、法/隹所述先前技術之燃料添加劑係用於如A、Β及 貝油及焦煤油、柏油、輕油、第二級 上與本發明之遞青重質油""L化燃料相…質 如以下將敘述，若不作修飾，其將因為其對於卜斗。 烈之不利效應而不可能利用先前技、？化Μ料強 水乳化燃料。先…Τ之燃料添加劑於油/ 不同於油型燃料，瀝青重質油/水乳化型燃料具有少量 \\312\2d-code\90-〇7\9〇ing14 ptd 第5頁 524848

524848 五、發明說明（4) 之尺寸。 本發明之另一個目的為提供一低僧 且古t 为 ,.n 低1貝之燃料添加劑，其中 具有顆粒直徑在〇 · 1〜1 0 // m，更佳為〇 $ >拉卜…, 的最幻農度以重量比為_。 〜5,之虱氧化叙 :達成以上目的.，本發明提供—種用於瀝青重質油/水 丁十用之燃打 …才十添加劑包含（1)30〜60% 重罝比之顆粒尺寸在〇.卜1〇咖之氫氧化鎂；（2)〇卜1%重量 比之多羧酸及/或其鹽；（3)〇〜U重量比之含有一或多種鋰 、納、卸及銨之璘酸、多。破酸、石夕酸、碳酸、硫酸、石朋酸 及鹽酸之鹽的分散去凝絮劑；（4)0〜〇· 5%重量比之具8至“ 個碳原子之飽和或不飽和脂肪酸；及（5)殘留之水^。 ::上成份之外’本發明之燃料添加劑尚包含二卜10% 旦=之顆粒尺寸在〇. ~以"1之鐵化合物；（7)0· 01〜1%重 里：：稠化劑；及⑻〇· Η0%重量比之碳氫化合物油。 方法、幸ΐ目的亦藉由一種燃燒遞青重質油/水乳化辦料之 方法達成，其包含添加該燃料添加劑 … ^ mΜ ^ %该燃料並烬燒或將 3燃枓添加劑直接加入燃燒大氣中。 1* 1 Α、，、& :¾肘 藉由結合以上指明者之成份形成之 顆粒尺寸在〇· 1〜1 0 // m之高濃度氫氧化鎂加劑、，使達到 再者，其可以很容易的與瀝青重質油/水、:立成為可能。 其中盆可η ~〜八私s使$ 士 水礼化燃料混合， ，、丫 』以很谷易的分散且甚至有助 — 此，可以預防鍋爐之類的高溫腐蝕，以疋μ礼化物。因 所產生之問題，改善加熱表面之熱吸速：：：,燒氣體 運作該鍋爐。 收速率及長期安定的

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524848 五、發明說明（5) 本号X明之燃料添加劑久点 奇 、 σ成伤之細卽將於以下敘述。 壓i該等問題。及所鐵使化用合物^ 2為保護鋼爐之各種問題或 在〇.卜10 。 虱乳化鎂及鐵化合物之顆粒尺寸 (水已:f生鎖比如 < 酸鎂或醋酸鎮可以用均質液體成份 而添加至燃燒大氣中，且該燃燒反應 (g0)之超微粒斤（直徑10〜50A)。“，缺點是所產生之顆 :土 在導官表面對五氧化二釩之初始附著力（產量）不

〈土 小顆粒之另^個問日S A 甘> , /V 心> / 1U問喊為煤灰吹送器之煤灰移除效果會 叉扣（均一顆粒之次等可流動性） 即使田有成份顆粒分散於其中之泥漿被供給至燃燒大氣 I若使用之粗糙顆粒之直徑為10 _或更大日夺，則該等 顆粒^比表面積會變得太小，使對腐蝕成份（五氧化二釩 一氧化硫）之反應性變差，此外該泥漿之安定性會變差 由於這些原因’較佳為用於本發明之燃料添加劑之氫氧 化鎂（1)及鐵化合物（6 )其顆粒尺寸在〇 ·丨〜丨〇 # m之範圍内 ’更佳為在0.5〜5 //m之範圍内。 多羧酸及/或其鹽（2 )、分散去凝絮劑（3 )及飽和或不飽 和脂肪酸（4)係用於使氫氧化鎂（1)及鐵化合物（6);聚、合 物、共聚物或與其他可共聚之單體之共聚物，或（偏）丙烯 酸鹽、衣康酸（酐）、順丁烯二酸（酐）等分散。鈉、鉀、鋰 及銨為適合之鹽類。3〇〇〇〜50000為其較佳之分子量。玎使 用之實施例包括（a)丙烯酸聚合物、（b)偏-丙烯酸聚合物 、（c)順丁烯二酸酐、衣康酸酐、順丁烯二酸及衣康酸中

524848 五、發明說明（6) 至少一種之共聚物，及至少一種丙細酸、偏-丙稀酸、曱 基乙烯醚及其他可共聚之單體（乙烯基化合物），（d)丙烯 酸與曱基丙烯酸烷酯之共聚物’（e )偏-丙烯酸及聚丁二烯 之順丁烯二酸化合物聚合物，（f )偏-丙烯酸及苯乙烯/ 丁 稀共聚物之順丁烯二酸化合物聚合物之酸及其鹽類。 酸 該分散去凝絮劑（3)包含一或多種鐘、鈉、鉀及銨之石粦 、多碟酸、石夕酸、碳酸、琉酸、·酸及鹽酸之鹽。可使 用之貫施例包括特鱗酸鹽比如填酸納、偏鱗酸鹽比如 (κ P 〇3 )n、焦石粦酸鹽（二磷酸鹽）比如N a4 P2 〇7、多碟酸鹽（三 磷酸鹽）比如Ν^Ρ3〇1()、六偏磷酸鹽比如（NaP03)6、石夕酸 鋰、石夕酸鈉（水玻璃No. 1、2、3)、碳酸鹽、硫酸鹽、偏石朋 酸鹽比如NaB〇2、四硼酸鹽比如Ν〜Β4〇7、氯化鈉、氯化銨及 其水合物。 燃料添加劑之成份（4)為飽和或不飽和之具有8至“個碳 原子之脂肪酸。可使用之實施例包括分支脂肪酸比如2_乙 基己酸（8個碳原子）及異硬脂酸（1 8 ^ 卟如Η杜祕广10 乂门山〆、炅刀曰0夂固石反原子）；飽和脂肪酸 ( 反原子）、硬脂酸（18個碳原子）及山多酸 (2 2個石厌原子）；不飽和脂肪酸 刖 ^ ^ 々0比如油酸（1 8個碳®早）、凸 麻油馱（18個碳原子）及芥酸（22個 ，、 當須要時所加入之第—群化人&京子），及其洸合物。 式之損害，或壓抑這些 有助於保濩對鍋爐之各種形 用，顆粒尺寸在〇. ；!〜丨0以m ' /线化合物係以顆粒形式使 氧化物）、Fe2〇3 . M(過"氧"V:用之實施例包括紅鐵 鼻、針鐵礦、黃鐵氧化物）及 ml $ 9頁 W312\2d-code\9〇.〇7\90111814.ptd ^24848 五、發明說明（7)

Fe3〇4 (四氧化三鐵、磁鐵礦）。 當須要時所加入之第二群务人 改良該燃料添加劑之分散安定：物特以⑺^ 持黏度（20。〇在特疋而吕，其係用於維 括無機增稠劑比如海泡石及皂 °使用之貫施例包 基甲基纖維素（CMC)及甲基纖唯及有f增稠劑比如敌 'Μ 〇3。(叫(叫)4 ·8Μ之含水錢鎂。二二 :長期以來被用於增加黏度及預防沉降及滴下。、皂石 成相異於海泡石但是性質相似。 、、 及其他液體組成物。甲基纖維素係由將纖二 ::到=甲基纖維素可稱為是一種甲基而 物。其被廣泛使用，主要作為一種黏著劑。 〃當須要時所加入之第三群化合物，碳氫化合 促低該燃料添加劑本身之黏度、?文良流動性以及 ΐΪίΐ Γ及其他成份與遞青粒子之間之接觸。實施例 匕括煤油、輕油、A、B及€重質油及其他該等礦物油。 诚ii有以上成份之燃料添加齊"’用於預防或壓抑對鍋 爐知。之顆粒成份包括有（丨）氫氧化鎂，其為藉由（2 酸及/或其鹽、（3)分散去凝絮劑及（4)飽和或^飽和脂肪久 酸；且若有須要’（6)鐵化合物（粉末成份）、（？）增稠 (8)碳氫化合物油分散。 其中氫氧化鎂（1)及鐵化合物（2 )應添加之比例、及應加 入之量，依運作條件、鍋爐形式及其他因素而有所不同， 因此應依目的決定。分散劑（2)、（3)及（4)之比例依照顆 \\312\2d-code\90-07\901118l4.ptd 第10頁 524848 發明說明（8) 粒成伤（1 )及（6 )之濃度有所不同。一般而言，較高濃度之 顆粒成份需要較大量之分散劑（2)、（3)及（4)，特別是必 須增加（2)或（3)，或二者之量。 、曲同樣地，增稠劑（7)之適當比粒依顆粒成份（1)及（6)之 /辰度及分配有所不同。一般而言，較低濃度之顆粒成份需 ，較大量之增稠劑（7 )。然而，其亦與分散劑（2 )及（3 )之 量有關。較低之黏度需要較大量之增稠劑（7 )。 所指明之顆粒成份（丨）及之比例範圍為解決與燃燒有 關問題之適當範圍。該範圍係依比如運作條件及鍋爐等因 素而設定。其預防了由未燃燒之碳、=氧化硫及氧：合物 所造成之問題’並改善了加熱表面之熱吸收。二 广。與燃燒相關之問題若該等比例落於 才曰月之摩巳圍外將不能被解決。 份二3)及⑷，範圍被選定以確保顆粒成 伤（）及（6)在水（5)中之良好分散性。該範圍亦 燃料添加劑被加入瀝青重質油/水乳化燃d〜 性有不利之影t，即使當大量添加時。事實抖之？= 劑之添加，其安定性可 * ^，错由添加 離之均一混合物，使哕= ；： =產生無顆粒成份分 定之範圍夕卜，則辦+斗=等成 果取大化。若落於該選 阳丨只J /然枓添加劑之安定性 重質油/水乳化燃肖之添加可能對 低’且遞青 應。特別是當添加大量 γ生有不利之效 里％使重油顆粒結塊，導致混

524848 、發明說明（9) 合物分離為半固體之重質油及水。 本發明之實施例將敘述如下。但必須了解的是本發明不 限定於以下之實施例。 實施例1 : 對應於表1中所示之組成物比例，計算（1)氫氧化鎂、 (6 )鐵化合物、（2 )多羧酸及/或其鹽、（3 )分散去凝絮劑、 (4 )飽和或不飽和脂肪酸、（7 )增稠劑及（8 )碳氫化合物油 及（5)水之選定量以使總量為3〇〇§。該混合物被以3〇〇〇rpm 授掉30分鐘以得到一個處於穩定水—泥漿狀態之燃料添加 劑。在比較例1及2中，組成物被製備為不加入（2)多羧酸 及/或其鹽、（3 )分散去凝絮劑、（4 )飽和或不飽和脂肪 酸、（7)增稠劑及（8)碳氫化合物油。

燃2添加劑之性質、靜置安定性及混合物安定性： *量測該燃料添加劑混合物1至10及比較例1及2之比重及 ^占度並榀驗猙置安定性及混合物安定性。結果示於附表 7安定性；燃料添加劑之靜置安定 果係基於以下之規則： 燃料添加劑之取* ^ ^ ^ , 女疋性係將其靜置一個月後量測。η。/卜爲t 疋性；僅有很少比例分離之澄清物 •約1 0 %上層分籬之、双4 "

〇 Δ X 約10%上層分離之澄清物' 約20〜30%上層分雜a 增刀離之澄清物0 <刀雊，已分離顆粒凝集

5 0 %或更多之分齟

524848 五、發明說明（ίο) --混合物安定性；添加劑與瀝青重質油/水 物之安定性。表2所示之結果係基於以下之規則.“，、抖混合 遞青重質油/水乳化燃料20g(其性質如表3所干 添加劑2g被混合並以玻璃棒於培養皿攪拌i分^。及燃料 a ·混合物無改變。 刀、’里。 觀察到有一些重質油之局部小結塊。 — 乳化物完全崩潰；觀察到重質油之大型結塊。 實施例2 : 、口人。 燃料混合物3、5及7各被強制注入一鍋爐 合該燃料添加劑與遞青重質油/水乳化姆：枓入線以混 例為1份之添加劑對5 0 0份之燃料。個„ +，=此5物之比 測量所產生之氮氧化合物、=氧化硫及煤；：加熱 在廢氣預熱器出口處被測量。為測量 =。一軋化石瓜 〇-〇31〇1

G34 62 STBA-24)則懸掛於超加埶哭_ J。式片（JIS 作為對照。結果示於附表4。…、°° 不加添加劑之燃料 本發明不限定於以上之實施例且 内可作修飾。 备明所定義之範圍 本發明之燃料添加劑，如先前所述， 瀝青重質油/水乳化燃料而不會對复八\从破大罝添加於 應，且還可改善其安定性。因此，使刀放人文定性有不利效 之遞青重質油/水乳化燃料使 3有/發明添加劑 對於燃燒反應之阻害成為可㊣，2^低溫腐钱及 I輝I爐之類可長期安定 第13頁 C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 524848

C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 第14頁 524848 五、發明說明（12) 表1

組成 物實 施例 比 較 例 組成（W t，％ ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 (1)氫氧化鎂 顆 粒 直徑 5 - 1 0 μ m 6 0 5 5 顆 粒 直徑 2- 7 μ m 4 5 5 0 3 5 顆 粒 直徑 0.5-5 μ m 5 0 4 5 4 5 5 0 3 0 顆 粒 直徑 0 · 1-3 μ m 4 0 3 0 (6 )三氧化二 顆 粒 直徑 3 8 μ m 2 鐵 顆 直徑 0 · 5-5 μ m 5 5 顆 粒 直徑 0 . 1-3 μ ηι 10 過氧化鐵 顆 粒 直徑 0 . 5-5 μ m 2 4 顆 粒 直徑 0 . 1-4 μ m 1 (2). (分子量 A 〇 Λ 〇 聚丙烯酸鈉鹽 10000) U . 1 U . 5 0.5 (“27000) 0 . 2 0 . 3 聚丙烯酸/偏丙 烯 酸 鈉鹽 ("3000) 0.3 ‘‘ (“45000) 0 . 1 0.45 聚甲基乙烯®醚/ (“20000) 順丁烯二酸 0 . 3 0.2 (“50000) 0.2 聚甲蕋乙烯S醚/ (41 1 5 0 0 0 ) 0 . 4 無水順丁烯二酸 0 . 8 (“25000) (3)特磷酸鈉】 2 水 合物 0 . 3 0.2 三磷酸鈉 0.04 0.2 六偏磷酸鈉 0.5 0.2 矽酸鋰 0.02 四硼酸鉀4水 合 物 0.3 氯化鈉 0.01 0.05 (4 )異硬脂酸 0.2 油酸 0 . 5 亞油酸 0.1 芥酸 0.2 (7 )海泡石 0 . 2 0.2 皂石 0 . 3 0 . 3 0.4 0.3 羧基甲基纖維 素 0 . 2 0.3 甲基纖維素 0.2 (8 )煤油 7 (5 )水 5 3.9 3 8.3 4 8.5 5 4.15 5 8.78 4 7.4 5 3.3 4 2.0 4 3.5 4 9.7 6 5 6 5 總計 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 第15頁 C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 524848 五、發明說明（13) 表2

組成物實施例 比較例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 —2 比 重 (2 0°C ) 1.36 1.53 1.43 1.40 1.35 1.45 1.37 1.48 1.38 1.44 1.26 1.28 黏 度 (m P a · s) 5 8 0 14 2 0 12 10 8 0 0 9 7 0 7 5 0 6 8 0 9 15 3 10 7 3 0 9 6 0 10 5 0 主/^ CTO /-j~r 円尹置女 定性 〇 〇 ◎ 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 X Δ 混合物 安定性 〇 〇 〇 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 〇 〇 X X 表3 組成 物 水份含量 灰份含量 其他（有機物質） 2 9.4% 0.1% 7 0.5% 元素 分析 碳 氫 氮 硫 氧 6 1.5% 7.5% 0.5% 2.8% 2 7.7% 性質d 密度（1 5 °C ) 黏度（20°c ) 燃點 閃點 殘留碳 1.01 1 0 5 m P a · S 9.2 % ___—_ 金屬 分析 .. 釩 鎂 鐵 3 5 0 p p m 2 ρ p m 2 p p m 關 第16頁 C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 524848 五、發明說明（14) 表4 氮氧化 合物 二氧化 硫 三氧化 硫 煤灰

測試片 腐 蝕 S/H

測試片 腐 飩 A/H m 測量之pp 抑 制 (%) 測量 之 ppm 抑 制 (%) m 測量之pp 抑 制 (%) lTL 測量之pp 抑 制 (%) 測量値

沏量値 \ly nnr *=7°/ ¢- φ /V 抑 制 (%) 組成物實施例 230 15 790 35 28 38 96 27 7 65 12 52

組成物實施例 組成物實施例 無添加劑 測試片腐蝕之單位爲mdd (mg/dm/day) 9 C:\2D-CODE\90-07\90111814.ptd 第17頁 524848 圖式簡單說明

C:\2D-C0DE\90-07\90111814.ptd 第18頁

Claims (1)

1. 告 ί號 90111814 曰 修正 ;補免I 9L 7. 219ί^Μ$β\ 1. 一種遞青重質油/水乳化燃料用之燃料添加劑，該燃 料添加劑含有： (1 ) 3 0〜6 0 %重量比之顆粒尺寸在0 · 1〜1 0 // m之氫氧化鎂； (2 ) 0 . 1〜1 %重量比之多羧酸及/或其鹽，其中該多羧酸及 /或其鹽為一或多種選自聚合物、共聚物與其他可共聚之 單體之偏-丙烯酸鹽、衣康酸（酐）、順丁烯二酸（酐）之共 聚物，且具有分子量為3 0 0 0〜5 0 0 0 0 ;以及鋰、鈉、鉀及銨 為其鹽類； (3) 0〜1%重量比之含有一或多種裡、納、鉀及銨之石粦 酸、多磷酸、矽酸、碳酸、硫酸、硼酸及鹽酸之鹽之分散 去凝絮劑； (4) 0〜0. 5%重量比之具8至22個碳原子之飽和或不飽和脂 肪酸； (5 )殘留之水份。 2. 如申請專利範圍第1項之燃料添加劑，其尚包含1〜10% 重量比之顆粒尺寸在0.1〜10 //m之鐵化合物（6)。 3. 如申請專利範圍第2項之燃料添加劑，其中該鐵化合 物為一或多種選自三氧化二鐵、過氧化鐵及四氧化三鐵 者。 4. 如申請專利範圍第1項之燃料添加劑，其尚包含0. 0 1 〜1 %重量比之增稠劑（7 )。 5. 如申請專利範圍第4項之燃料添加劑，其中該增稠劑 係一或多種選自海泡石、皂石、羧甲基纖維素及甲基纖維 素者。

   90111814.ptc 第19頁 524848 _案號90111814_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之燃料添加劑，其尚包含0. 1〜 1 0%重量比之碳氫化合物油（8 )。 7. 如申請專利範圍第6項之燃料添加劑，其中該碳氫化 合物油為一或多種選自煤油、輕油、A重質油及B重質油 者。 8. —種瀝青重質油/水乳化燃料之燃燒方法，包含將如 申請專利範圍第1、2、4及6項中任一項之燃料添加劑加入 燃料並燃燒或是將燃料添加劑直接加入燃燒大氣中。

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