BRPI0620432A2 - Fuel additive for increasing the combustion characteristics of a high carbon asphaltene fuel, a method to improve its characteristics and fuel - Google Patents
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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.FUEL ADDITIVE FOR INCREASING THE COMBUSTION CHARACTERISTICS OF A HIGH ASPHALTENE CARBONED FUEL, METHOD FOR IMPROVING THE SAME AND COMBUSTIBLE CHARACTERISTICS. Additives for high-asphaltene carbon fuels, such as residual fuel oil or mineral coal, are described. These additives provide improved combustion characteristics. These improved combustion characteristics include one or both of increased efficiency and reduced pollutant emissions. Specifically, fuel additives include an extract from a plant such as fescue, alfalfa or alfalfa and optionally, an organometallic compound. The use of a fuel additive that includes both a plant extract and an organometallic compound is specifically useful in improving the combustion characteristics of fuels with specifically high asphaltene content.
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".Report of the Invention Patent for "FUEL ADDITIVE FOR INCREASING FUEL CHARACTERISTICS OF A HIGH ASPHALTEN CARBON FUEL, METHOD FOR IMPROVING SAME AND FUEL CHARACTERISTICS".
REFERENCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOSCROSS REFERENCE TO RELATED PATENT APPLICATIONS
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.This patent application claims the benefits of Provisional Patent Application No. 60 / 753,318, filed December 21, 2005, the full description of which is incorporated herein by reference.
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
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.The present invention relates to fuel additives for coal fuels that have a high asphaltene content such as residual fuel oil and coal. Advantages with respect to the use of such fuel additives may include one or more reduced particulate matter emissions, reduced nitrogen oxide emissions, and increased combustion efficiency.
ANTECECENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
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.High asphaltene carbonaceous fuels such as waste fuel oil and coal tend to release large amounts of energy in combustion and therefore find utility in applications where low cost and high energy are desired. gia. However, such high asphaltene carbonaceous fuels burn and generally less effectively than other hydrocarbon fuels and may almost always contain amounts of undesirable compounds that limit combustion and result in high levels of pollutants.
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.Residual combustible oils (also referred to as "waste" or "waste fuel") are generally low quality products that remain after distillation of lighter petroleum products which may include gasoline, jet fuel , diesel fuel, No. 4 fuel oil and No. 5 heavy or light oil. Examples of residual fuel oils include No. 6 fuel oil and Bunker C fuel oil.
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.Compounds referred to as "asphaltenes" include, and generally, aromatic and / or polycyclic polynuclear materials. While certain parts of the world such as North America tend to have specifications that limit the amount of asphaltenes in fuels such as residual fuel oil, these fuels still have relatively high levels of asphaltenes when compared to other fuels. lighter hydrocarbon. For example, in the United States, specifications limit the asphaltene content of residual fuel oil to less than about 8% by weight. However, in other parts of the world, asphaltene specifications tend to be either non-existent or significantly higher than those in North America. For this reason, residual fuel oils in other parts of the world may have aste- ment contents of 10% by weight or higher. As a reasonably heavy carboniferous fuel, coal also tends to have high ring structure concentrations that may include anthracene and phenanthrene which for the purposes of this specification are to be included as "astenances". It should be noted that as coal becomes "older", more of these rings form and become interconnected such that coal can also be considered a high asphaltene coal fuel.
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.For the purposes of this descriptive report, the phrase "high asphaltene carboniferous fuel" is intended to cover broadly carboniferous fuels having an asphaltene content of at least 4% by weight.
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.Examples of pollutants that may result from the combustion of high asphaltene carbonaceous fuels include ozone, particulate matter (PM), carbon monoxide, nitrogen oxides (NO2) sulfur dioxide, polynuclear aromatic compounds, and soluble organic fractions. In the United States, numerous state and national agencies have adopted or are adopting ambient air quality standards that may require emission reductions from the combustion of high asphaltene coal fuels. Among the users of oil resides are power manufacturing facilities, and ocean vessels. In Southern California, for example, emissions from ships entering the port of Los Angeles are considered to be the leading cause of regional air pollution.
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.Considerable effort has been expended by oil refiners in formulating emissions-reducing fuels. The most common approach to formulating compliant fuels involves adjusting refinery processes to produce a fuel that meets the specifications determined by the appropriate government agencies. However, this approach is difficult with respect to waste fuels, and the difficulties with this approach include high costs in reconfiguring refinery processes and possible negative effects on the quality of other refinery products.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
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.Embodiments of the present invention include systems, methods, and compositions that may provide improved combustion characteristics of high asphaltene coal fuels. Examples of the characteristics and combustion that can be improved by the embodiments of the invention include one or both of the increased combustion efficiency, and the reduction in pollutant discharge. Examples of pollutants that may be reduced include one or more ozone, particulate matter (PM), carbon monoxide, nitrogen oxides (NO2) sulfur dioxide, polynuclear aromatic compounds, and soluble organic fractions.
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.In some embodiments, a fuel additive comprising a plant extract is provided. In this descriptive report, the term "plant extract" is intended to broadly encompass extracts of all types of plants, excluding roots and cortex, and even including plants such as algae. Suitable plant extracts from green and other color plants such as these plants tend to have high concentrations of desirable extracts. However, even light-colored white plants include these extracts, albeit at lower concentrations. Specifically suitable extracts are from green plants and dark green leafy plants, such as those in the Leguminosae family, which include fescue, alpine, and alfalfa.
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.In one embodiment, the plant extract is combined with an organometallic material. The inclusion of an organometallic compound is especially useful for treating fuels having specifically high asphaltene contents in the range of 8 wt.% Or higher. Examples of organometallic materials are hydrocarbon-soluble organometallic compounds that include a metal selected from the first and second rows of transition metals. One metal of particular interest is iron, and particularly suitable organometallic materials include iron pentacarbonyl, iron naphthenate, ferroene and combinations thereof. The fuel additive may optionally include an oil soluble vehicle. Examples of oil soluble vehicles include hydrocarbons such as toluene, aromatic combinations, naphtha, gasoline, diesel fuel, jet fuel and mixtures thereof. In one embodiment, the oil soluble carrier is unoxygenated.
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.In certain embodiments, the fuel additive may include other optional ingredients. These optional ingredients may include one or more of an oxygen carrier, a stability aid, a lubricity aid, and an antioxidant. Meadowfoam oil can be used as a stability aid, an antioxidant, a lubricity aid. Suitable oxygen vehicles include carotenoids. Examples of antioxidants include 1,2-dihydroquinolines, and specifically 2,2-trimethyl-6-ethoxy-1,2-dihydroquinoline. Examples of combustion enhancers include compounds known as cetane improvers or ignition accelerators. Examples of combustion enhancers include alkyl nitrates, such as 2-ethylhexyl nitrate.
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.In another embodiment of the present invention, a method for improving the combustion characteristics of a high asphaltene carbonaceous fuel comprises the addition of a fuel additive as described above to a high asphaltene carboniferous fuel before or during combustion.
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.In another embodiment of the present invention there is provided an additive high asphaltene carboniferous fuel comprising a high asphaltene carboniferous fuel and a fuel additive as described above.
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.In yet another embodiment of the invention, a method for preparing a fuel additive comprises mixing a plant extract with an oil-soluble carrier and one or more of an organometallic material, an oxygen carrier, a stability aid, a lubrication aid, and an antioxidant, and a combustion enhancer. In another embodiment of the invention, the fuel additive is prepared in an oxygen or reduced oxygen free atmosphere, and optionally may include the step of excluding UV radiation sources during preparation. In yet another embodiment, oil-soluble non-oxidized vehicles and non-oxidized oxygen vehicles are used.
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.Plant extract used in various embodiments of the invention can be obtained by solvent extraction from whole plants using hydrocarbon soluble solvents.
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.Polar or nonpolar hydrocarbon soluble solvents may be used for extraction. The resulting extract from the extraction process is a crude material containing over 300 individual compounds. In one mode. The extract has a paste or sludge-like consistency that can be described as a solid or semi-solid than as a liquid. These extracts typically contain chlorophyll a and chlorophyll B with a higher concentration of chlorophyll A over chlorophyll Β. The color of such extracts is usually a deep black green with some degree of fluorescence. Such an extract can be recovered from most plants although green plants even those with darker leaves tend to have higher concentrations. Extracts from plants of the Leguminosae family are suitable. While such a solid or semi-solid form is generally considered to be preferred for most styles, in other embodiments, a liquid form or other form may be suitable, and may still be preferably. In addition, carotenoid, chlorophyll or xanthophyll synthetic materials may be used in place of or in addition to natural plant extracts.
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.The foregoing has somewhat broadly outlined the features and advantages of the present invention in order that the detailed description of the invention that follows may be better understood. Further features and advantages of the invention will be described hereinafter in this patent application which form the subject of the claims of the invention. It will be appreciated that it will be appreciated by the person skilled in the art that the design and specific embodiments described may be readily used as a basis for modifying or designing other structures for the purposes of the same purposes as the present invention. It should also be noted by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the invention as shown in the appended claims. The novel features believed to be characteristic of the invention, as well as its organization and method of operation, together or other objectives and advantages, will be better understood from the following description when considered in connection with the inventions. accompanying figures. It is to be expressly understood, however, that each of the figures is provided for illustration and description purposes only and is not intended as a definition of the limits of the present invention.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
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:For a more complete understanding of the present invention, reference is made hereinafter to the following descriptions taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
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;Figure 1 is a graph of NOx emissions measured at the furnace outlet relative to the various fuel additives used in the EERC test;
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;Figure 2 is a graph of the NOx emissions measured in the basement with respect to various fuel additives used in the EERC test;
A figura 3 é um gráfico das cargas de emissão de poeira com relação ao teste EERC;Figure 3 is a graph of dust emission loads with respect to the EERC test;
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; eFigure 4 is a graph of flow and heat divided by fuel ignition rate versus excess air for the EERC test; and
A figura 5 é um gráfico da taxa de alimentação a temperatura para o Teste EERC.Figure 5 is a graph of the temperature feed rate for the EERC Test.
DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION
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.As used in this descriptive report, the term "β-carotene mixture" is defined as a mixture from about 89 to about 98% trans β-carotene with the remainder being from about 2 to about 11% of the various useful isomers of beta carotene or other conjugated poly unsaturated hydrocarbons.
Um exemplo dessa mistura de beta caroteno é o ISOMIXTENE®, um produto comercializado pela DSM Nutritional Products, Inc. of Parsip- pany, New Jersey.An example of such a beta carotene blend is ISOMIXTENE®, a product marketed by DSM Nutritional Products, Inc. of Parsippany, 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.Embodiments of the present invention are directed to systems, methods and compositions that improve the combustion characteristics of high asphaltene coal fuels. Examples of combustion characteristics that can be improved include increased combustion efficiency and reduced emissions of one or more pollutants, such as ozone, particulate matter (PM), carbon monoxide, nitrogen oxides (NO2). sulfur dioxide, poly nuclear aromatic compounds, and soluble organic fractions.
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.In one embodiment, a fuel additive comprises a plant extract. Suitable extracts and plant include extracts from green leafy plant material. Specificly useful plant extracts are extracts from plants of the Leguminosae family, which may include fescue extract, alpeque extract, and alfalfa extract. The plant extract may be provided in such an amount that the high asphaltene carboniferous fuel to be treated includes a concentration of plant extract by weight in the range of about 0.5 ppm to about 10,000 ppm of preferably from about 200 ppm to about 2000 ppm, and more preferably about 800 ppm. Without being bound by theory, it is believed that the oxygen-pooling properties of such plant extracts provide advantageous improvements to the combustion of high asphaltene carbonaceous fuels such as residual fuel oil and coal.
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.Plant extracts can be obtained using well-known extraction methods from those skilled in the art. Solvent extraction methods using hydrocarbon soluble polar or non-polar solvents are generally preferred. Any suitable extraction solvent that is capable of separating suitable fractions from the plant material may be used. Suitable non-polar solvents include straight chain or branched chain alkanes containing from about 5 or less to 12 or more carbon atoms. Specific examples of acyclic alkane solvents include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, mixed hexanes, mixed heptanes, mixed octanes, isooctane and the like. Examples of cycloalkane solvents include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, methylcyclohexane, and the like. Alkenes such as hexenes, heptenes, octenes, nonenes and decenes are also suitable for use as are aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene. Halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, perchlorethylene, trichlorethylene, trichlorethane and trichlorofluoroethane may also be used. In general, the solvents are preferably polar. are the Ce to C12 alkanes, specifically n-hexane.
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.Suitable polar solvents may include, but are not limited to, acetone, methyl ethyl ketone, other ketones, methanol, ethanol, other alcohols, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, or any other suitable polar solvent.
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.Hexane extraction is a commonly used technique for extracting plant oil material. It is a highly efficient extraction method that extracts virtually all oil-soluble fractions from plant material. In a typical hexane extraction, the plant material is ground. Grass and leafy plants can be shredded into small pieces while seeds are typically ground or flaked. Plant material can be pelletized to 2.540 or 1.905 centimeters (1/1 or 3/4 inch). Plant material is typically exposed to hexane at an elevated temperature. Hexane, a highly flammable, colorless and volatile solvent that dissolves oil, typically leaves only a small percentage by weight of oil in the residual plant material. The oil and solvent mixture may be heated to about or above 100 ° C to remove most of the hexane, and may then be distilled to remove all traces of hexane. Alternatively, hexane may be removed by evaporation under reduced pressure. The resulting plant extract is suitable for use in the production of the fuel additives of the present invention.
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.Other extraction processes include supercritical fluid extraction, typically with carbon dioxide, so other gases such as helium, argon, xenon and nitrogen can also be used as solvents in supercritical fluid extraction methods.
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.Yet another useful extraction process is mechanical pressing, also known as expelling pressing, which removes oil through the use of continuously driven screws that crush the seed or other oil-containing material into a pulp from which the oil is extracted. Oil is squeezed. The friction created by the process may generate temperatures between about 50 ° C and 90 ° C, or external heat may be supplied. Cold pressing generally refers to mechanical pressing performed at a temperature of 40 ° C or less without external heat and application. The yield of extracted oil that can be obtained from a plant material depends on a number of factors, but primarily on the oil content of the plant material. For example, a typical vet oil content (hexane extraction, dry base) is approximately 4 to 5 wt%, while for barley it is approximately 6 to 7.5 wt% to that of alfalfa. approximately 2 to 4% by weight.
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.Plant oil extracts for use in edible or cosmetic items are typically subjected to additional processing steps to remove impurities that may affect appearance, shelf life, taste and the like to produce a more refined product. . Impurities may include phospholipids, mucilagenous gums, free fatty acids, colored pigments, and fine plant particles. Different methods are used to remove these by-products, including precipitation in water or precipitation in aqueous solutions of organic acids. Colored compounds are typically removed by bleaching in which oil is typically passed through an absorbent such as diatom clay. Deodorization may also be performed, which typically involves the use of steam distillation. Although extracts used as fuel additives in the present invention may include these additional processing steps, these additional steps are not generally required.
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.The fuel additive may optionally include an organometallic compound. Suitable organometallic compounds are hydrocarbon-soluble organometallic compounds that include metals selected from the first and second tiers of transition metals, suitable organometallic compounds include pentacarbonyl, iron naphthene, ferrocene and combinations thereof. The inclusion of organometallic compound is believed to be specifically useful in improving the combustion characteristics of specifically high asphaltene fuels such as residual fuel oils and coal in areas other than the world. North America. The organometallic compound may be provided in such an amount that the fuel to be treated includes a weight concentration of organometallic compound in the range of about 0.5 ppm to about 10,000 ppm as metal, preferably from about 200 ppm. up to about 2000 ppm as the metal, and more preferably about 800 ppm as the metal. Without being bound by theory, it is believed that the inclusion of an organometallic compound provides a catalytic effect to reactions promoted through the plant extract material.
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.The fuel additive may further comprise meadowfoam oil. Meadowfoam oil has a number of useful properties and can function as an oxygen carrier, a stability aid and an antioxidant. Because plant extracts used in the fuel additives of the present invention have oxygen assembling properties, and therefore may be unstable, the inclusion of a material such as meadowfoam oil may assist in maintaining the stability of the extracts of plant and prevent their oxidation.
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.The composition may optionally further include at least one carotene which may be provided as a β-carotene mixture such as ISOMIXTEN®. While carotenoids such as the mixtures described above, other molecules having extended pi or double bond structures of from about 2 to 11 or more conjugated double bonds are also considered to provide similarly improved combustion characteristics for the product. residues or other hydrocarbon fuels when used as additives for such fuels. Portions of such molecules that include the double bonding structures may be terminated by at least one end group which. also comprises an aromatic, cyclic, or branched portion of 5 to 8 carbon atoms that is saturated or unsaturated. Examples include cyclopentane, cyclopentene, cyclohexane, cyclohexene, cycloheptane, isopentane or isopentene. Aromatic structures are also considered as prolonged pi structures. The unsaturated / aromatic moieties and the final groups may additionally include various other substituents such as hydroxyl groups, keto groups, alkyl groups, alkenyl groups and the combinations. In addition, the additive molecules may comprise from 12 to 40 or 50 carbon atoms. These molecules are found in mixtures of synthetic carotene precursors. These additives may be obtained from natural or synthetic sources.
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.In addition, lycopene is another example of a suitable carotene. Other suitable carotenoids and carotene precursors are described in German Patent 954,245, issued in 1956 and incorporated herein by reference by reference.
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.If the fuel additive comprises a carotene, it may also comprise an antioxidant. Suitable antioxidants include alkyl phenols, such as 2-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol, 2-tert-butyl-4-n-butylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butyl-4-n-butylphenol, and mixtures thereof. These antioxidants are suitable for use as stabilizers for half distillation fuels. Other antioxidants include delayed phenolic antioxidants such as 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol; 2,6-di-t-butylphenol; 2,2'-methylene bis (6-t-butyl-4-methylphenol); n-octadecyl propionate 3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl); 1,1,3-tris (3-t-butyl-6-methyl-4-hydroxyphenyl) butane; pentaerythrityl tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate]; di-n-octadecyl (3,5-di-t-butyM-hydroxybenzyl) phosphonate; 2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) mesitylene; tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl), pentaerythritol isocyanurate, esters derived from pentaerythritol, (3-alkyl-4-hydroxyphenyl) alkanoic acids and alkyl thioalkanoic acids or lower alkyl esters of such acids and combinations thereof. These stabilizers are used with organic material normally susceptible to oxidation and / or thermal deterioration. Also useful are the reaction product of malonic acid, dodecyl and tallow aldehyde, retarded phenyl phosphates, delayed carboxylic acid piperidines and metal salts thereof; deferred derivatives of 2,6-dihydroxy-9-azabicyclo [3.3.1] nonane; retarded bicyclic amines, sulfur-containing dialkyl-4-hydroxyphenyl triazine derivatives, retarded bicyclic amino acids and their metal salts, trialkyl substituted hydroxybenzyl malonates, retarded carboxylic acid piperidines and their metal salts, acids and dicarboxylic pyrrolidine esters, β, β-disubstituted beta alamine metal salts, thioalkylene hydrocarbyl phosphates, thioalkylene hydroxybenzyl phosphates the like.
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.Specific antioxidants useful in the present invention are quinoline or dehydro quinoline compounds such as 1,2-dihydroquinoline compounds. More specifically 6-ethoxy-1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl quinoline commonly referred to as ethoxyquin may be used as antioxidants. Ethoxyquin is marketed under the trademark SANTOQUIN® by Novus International Inc. of St. Louis, Missouri, and is widely used as an antioxidant for animal feed and fodder.
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.The fuel additives of the present invention may also contain a combustion enhancer such as a ketone improver or ignition accelerator. Suitable combustion enhancers are organic nitrate materials. Preferably organic nitrates are substituted or unsubstituted alkyl or cycloalkyl nitrates having up to about 10 carbon atoms and preferably from 2 to 10 carbon atoms. . The alkyl group can be either linear or branched. Specific examples of suitable nitrate compounds include methyl nitrate, ethyl nitrate, n-propyl nitrate, isopropyl nitrate, alkyl nitrate, n-butyl nitrate, isobutyl nitrate, sec-butyl nitrate, nitrate tert-butyl acid, n-amyl nitrate, isoalyl nitrate, n-hexyl nitrate, 2-ethylhexyl nitrate, n-heptyl nitrate, sec-heptyl nitrate, n-octyl nitrate, sec-octyl nitrate , n-nonyl nitrate, n-decyl nitrate, n-dodecyl nitrate, cyclopentyl nitrate, cyclohexyl nitrate, methylcyclohexyl nitrate, isopropylcyclohexyl nitrate, and alkoxy substituted aliphatic alcohol esters, such as 1-methoxypropyl-2-nitrate, 1-ethoxypropyl-2 nitrate, 1-isopropoxy-butyl nitrate, 1-ethoxybutyl nitrate, and the like. Preferred alkyl nitrates are ethyl nitrate, propyl nitrate, amyl nitrates, and hexyl nitrates. Other alkyl nitrates preferably are mixtures of primary amyl nitrates or primary hexyl nitrates. By "primer" is meant that the functional group of nitrate is attached to a CH2 group of the amyl or hexyl group. Examples of primary hexyl nitrates include n-hexyl nitrate, 2-ethylhexyl nitrate, 4-methyl-n-pentyl nitrate, and the like. Preparation of nitrate esters may be accomplished by any of the commonly used methods, such as by esterification of the appropriate alcohol or reaction of a suitable alkyl halide with silver nitrate. Such additives may be present in the same or different quantities as the other components of the fuel additive.
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.Fuel additives may further include a diluent or solvent carrier. Such a vehicle is useful because, in general, low concentrations of the specific fuel additive components are effective in achieving the desired results, and therefore the use of a vehicle simplifies the addition of the fuel additive. Using a vehicle can also help keep components in solution, and can also help prevent component oxidation.
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.Suitable solvents for use in the vehicle include one or more aromatic hydrocarbons such as toluene or xylene, or other hydrocarbons such as gasoline, jet fuel, or diesel fuel. In one embodiment, a mixed aromatic solvent comprising various xylene isomers is used. Examples of such solvents include those commercially available in North America from Exxon Mobil Chemical and marketed under the names AROMATIC 100 FLUID and AROMATIC 150 FLUID. In one embodiment, a mixture of AROMATIC 100 FLUID and AROMATIC 150 FLUID is used.
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.When combining specific fuel additive components, the preparation of the fuel additive in an oxygen-free or low oxygen atmosphere may be useful to prevent oxidation of the fuel additive components. Optionally, components may be combined under conditions in which sources of UV radiation are excluded to also prevent component degradation. In those embodiments in which the fuel additive includes a plant extract such as fescue extract, alpeque extract, or alfalfa extract, meadowfoam oil and a carotene, the weight ratio of plant extract to carotene It may be from about 50: 1 to about 20: 1, and preferably it is from about 24: 1 to about 10: 1. The ratio of grams of plant extract to milliliter of meadowfoam oil can be from 12: 1 to about 20: 1, and preferably from about 6: 1 to about 10: 1. The ratio of milliliter of meadowfoam oil to carotene grams may be from about 12: 1 to about 20: 1, and preferably from 6: 1 to about 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.In those embodiments in which the fuel additive includes a carotene and an antioxidant, the ratio of carotene to antioxidant may be from about 20: 1 to about 1: 1, preferably from about 15: 1 to about 5: 1, and more preferably about 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.In another embodiment of the invention, wherein the fuel additive includes plant extracts and meadowfoam oil, the two may be provided in a weight ratio of from about 1: 100 to about 100: 1. In one embodiment of the invention, the concentration of plant extract in the total fuel additive composition may be from about 0.06 wt.% To about 6 wt.% And preferably from about 0 wt.%. 12 wt% to about 3 wt%. The meadowfoam oil concentration may range from about 0.05 wt% to about 5 wt% of the total fuel additive composition, and preferably is about 0.5 wt% of the total. of the fuel additive composition.
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.These fuel additives may be combined into high asphaltene carbonaceous fuels such that plant extract and organometallic material are present in the fuel at concentrations as shown above.
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.In embodiments in which the fuel additive includes a plant extract, an unoxidized carotene, an antioxidant, and meadowfoam oil, certain factors may be useful in determining appropriate component ratios. These factors may include the elevation at which the fuel will be combusted, the type of engine or device using the fuel, and the specific properties of the fuel. Examples of different engine types or devices include two-cycle diesel engines and stationary boilers. Examples of relevant fuel properties include sulfur content, mercaptan content, olefin content, aromatics content and asphaltene content. For example, if a fuel has a high sulfur content of 1 wt% or more, or a high aromatic content of 25 wt% or more, the proportions may be adjusted to provide an additional plant extract or an additional unoxidized carotene.
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.According to another embodiment of the invention there is provided an additive fuel in which a fuel additive such as the above is combined with a high asphaltene carboniferous fuel. Fuel compositions formulated according to the embodiments of the invention may further contain other known additives such as detergents, antioxidants, demulsifiers, corrosion inhibitors, metal deactivators, diluents, cold flow enhancers and thermal stabilizers.
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.According to another embodiment of the invention, a method for improving the combustion characteristics of a high asphaltene carboniferous fuel comprises the step of adding such an additive to a high asphaltene carboniferous fuel before or during combustion. .
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.The fuel additives of the present invention may be introduced into the waste fuel oil in a number of different ways. For example, the residual fuel oil to be combusted may be premixed to include the fuel additive. In another example, the fuel additive is injected into the residual fuel oil stream being fed to a burner or other combustion device. In this embodiment, the fuel additive can be injected using a metered injection system. This metered injection system can be optionally controlled via a computer system that can optimize the flow of any or all components to the combustion device to optimize its operation.
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.For coal, these fuel additives may be added similarly or in different ways. For example, the fuel additive may be sprayed onto coal prior to combustion. Alternatively, the fuel additive may be pumped or sprayed onto the charcoal burner together with charcoal using a metered injection system as described above.
Teste de Laboratório EERCEERC Lab Test
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*)The test rounds were performed at the EERC Laboratory in Grand Forks, North Dakota. Six drums of residual fuel oil were used in the tests. The residual fuel oil was supplied by Sun Coast Resources in Houston, Texas. The properties of the waste fuel oil used are shown in Table 1. It had a moderate sulfur content of about 2.63% with a very high heating value of 44.5 MJ / kg at a moisture content of 2.40. %. Karl Fischer's water content was determined to be 0.21%. The volatile content of the sample was determined to be 89.30%, with the fixed carbon present at a level of 8.29%. The theoretical sulfur dioxide emission limit was determined to be 1714 ppm at a chimney gas oxygen concentration of 2.0%. This equates to an emission rate of 1.18 kg / MJ for sulfur dioxide (SO2). Residual fuel oil has a specific gravity of 0.9595, and the amount of sediment has been determined to be 0.05%. Table 1 also provides the next and last heating value analyzes for the residual fuel oil tested along with the theoretical sulfur emission limit. Table 1. Residual fuel oil analyzes when burned (ASTM standard analyzes *)
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*American Society for Testing and Materials* American Society for Testing and Materials
O óleo combustível residual foi armazenado frio antes do teste.The residual fuel oil was stored cold before the test.
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.Barrel heaters were used to heat the residual fuel oil to 121 sC before transferring it to the feed container above the pump. A barrel heater was attached to the feed container tank to keep the residual fuel oil warm during the test, measuring between 113 ° C and 118 ° C for use during the test periods shown here in the table. Although the oil appears to be somewhat viscous at this temperature, a homogeneous phase was maintained such that an easily controlled feed rate for the combustor was achieved during all test periods.
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%.Test equipment at EERC facilities includes a furnace with a capacity of approximately 19 kg / hour (845 MJ / hour) of residual fuel oil. The combustion chamber is 0.06 meters in diameter, 2.44 meters high and lined with refractory material for combustion testing of various types of oil. The diameter of the oven can be reduced to 0.66 meters for the rising temperature that is entering the convective passage. Furnace outlet temperatures (FEGTs) as high as 1400eC were achieved during the combustion test in this mode. However, most tests were performed using the standard configuration (0.76 meter ID) with FEGT maintained between 1100 ° C and 1200 ° C, although FEGT is typically raised to 1250 ° C. and 1300 ° C for combustion of residual fuel oil. Two S-type thermal pairs located on top of the combustion chamber are used for FEGT monitoring. They are situated 180s apart at the midpoint of the transition from vertical to horizontal flow. Air level excesses are controlled manually by adjusting valves in the primary and secondary air currents. Typical distribution is 15% in primary and 85% in secondary to achieve a typical air level excess of 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.At the time of combustion of fuels such as residual fuel oil, a pump is used to transport the fuel through a dual fuel atomizer into the combustion chamber. Air or steam is commonly used as the atomizing fluid. The combustion air is preheated by an electric air heater. The heated secondary air is introduced through a whirlpool burner. Chimney gases pass out of the furnace into a 10-inch (25.4 cm) square duct that is also lined with refractory material. A vertical probe bank located in the duct is designed to simulate overheated surfaces in a commercial boiler. After leaving the probe duct, the chimney gas passes through a series of water-cooled heat exchangers lined with refractory material and a series of air-cooled heat exchangers before being discharged through or an electrostatic precipitator (ESP) or a "baghouse" (BH) for particulate removal.
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.At EERC installations, flame stability is assessed by observing the flame and generating it with the burner "quarl" as a function of a secondary air whirlpool and operating conditions at full load and under operating conditions. shutdown. An International Flame Resume Foundation- type secondary air swirl generator (IFRF uses primary and secondary air for approximately 15% and 85% of total air, respectively, to adjust the swirl between 0 and 1 The swirl is defined as the ratio of radial (tangential) momentum to axial momentum imparted to secondary air through movable blocks within the burner and is used to adjust an internal recirculation zone ( IRZ) inside the flame that allows for a greater mixing of the combustion air and the fuel.The small end is checked by moving the blocks to fix alternate radial flow and tangential flow routes to create a rotation on the Secondary airflow which increases turbulence in the area near the burner.
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.In the fully open position of the rotary block, secondary air passes through the rotary burner and the momentum of this current has only one axial component such that air enters the combustion layer like a jet. As the angle of the block changes, air begins to spin or "swirl" and the radial momentum component is established, creating the IRZ in the region near the burner. It is the ratio of this radial component of momentum to the axial component that establishes the amount defined as the whirlpool.
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).The adjustable swirl burner used by EERC during flame stability tests consists of two annular planes and two series of interlocking wedge-shaped blocks, each attached to one of the plates. The two sets of blocks can form radial and tangential alternating flow channels such that the air flow is divided into an equal number of radial and tangential currents that combine further downstream into a swirling flow. By simply rotating the movable plate, the radial channels are progressively closed and the tangential channels are opened such that the resulting angular momentum flow continuously increases between zero and a maximum value. This maximum swirl adjustment depends on the total airflow velocity and swirl generator geometry. The whirlpool can be calculated from the dimensions of the movable blocks (the proportion of the tangential and radial openings of the blocks) or from the measurement of airstream velocity (obtaining both radial and axial components).
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.Secondary air swirl is used for flame stabilization. In the absence of the whirlpool, flame loss may result, increasing the risk of a double explosion. As the whirlpool is applied to the combustion air, the fuel droplets are drawn into the IRZ1 increasing the particle heating rate and leading to an increase in the release of volatiles and combustion ash. The flame becomes more compact and intense as the whirlpool is raised to an optimum level, which is characterized in EERC test facilities as the point at which the flame contacts the burner quarl. Increasing the whirlpool beyond this level can push the flame into the burner region, unnecessarily exposing the burner metal components to the intense heat of the flame and possible combustion in the coal pipe. The adjustments to the swirl adjustment were made manually by moving a lever attached to the movable block assembly. The position of the blocks was observed on a linear scale.
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.Increasing the whirlpool to provide flame stability and an increase in carbon conversion can also affect NOx formation. High flame temperatures and the increased fuel and air mixture associated with the whirlpool create an ideal situation. under which NOx can form. In full-cut burners with adjustable fans, the whirlpool is almost always increased to the optimum condition for carbon conversion, and then slightly reduced to reduce NOx production.
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.The general test method at EERC installations sets the burner to its maximum swirl level and monitors system parameters such as fuel feed speed, excess air, gaseous emissions such as O2, CO2, CO, SO2, and NOx, combustor statics and air flow rates. Flame and burner zone photographs were taken through an inspection opening in the oven just above the burner cone using standard 35 mm film. Flame temperature was also measured using a high speed thermal pair (HVT) at a fixed oven location, and heat flow was monitored using a luxury baseline heat probe on it. location. An ash sample was collected at each swirl adjustment to establish carbon burn. The swirl adjustment was then reduced until the flame was visually observed by raising the burner quarl. At this point, the flame was characterized as unstable under full load conditions which are a combustion rate of between 633 and 686 ML / per hour. Photographs were taken again to record the flame at this setting, temperature and heat flow measurements were taken, and a gray sample was taken again. Once the flame lift was established, the optimum swirl adjustment was located by visual observation of the flame and measurements were recorded once again.
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.Flame stability under dimming conditions is characterized by combustion of the test fuel at a reduced load, typically half or three quarters of the full charge rate, maintaining the same primary air flow by adjusting the secondary air flow. to satisfy excess air needs. The procedure described above was used for the establishment of reduced load flame stability.
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.CTF utilizes two sets of Rosermount gas analyzers for monitoring O2, CO, CO2, and NOx. Sulfur dioxide (SO2) is monitored through analyzers manufactured by Ametek. The analyzers were typically located at the furnace outlet and at the particulate material control device outlet.
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.Gas analyzes are recorded on a dry basis. Balcon Environamental manufactures the chimney gas conditioners used to remove water vapor from each gas sample. Chimney gas constituents are constantly monitored and recorded by the CTF data acquisition system.
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.One of the probes used to characterize the shape and intensity of the flame is the heat flux baseline probe. The probe uses water to collect heat from a 2.5 cm thick stainless steel tipped instrument that is inserted into an opening in the sidewall of the radiation zone such that the surface of the it is even parallel to the inner wall of the combustion chamber. Water flow rate is measured by turbine flow meters and water temperature is measured by Type K thermal pairs at the inlet and outlet of water streams. Two thermal pairs embedded in the outer and inner surfaces of the probe monitor the metal temperatures. From these values the heat flux is calculated.
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.In addition to the heat flow baseline probe, an HVT was used to measure the true gas temperature at the same location. The probe is water cooled to protect the stainless steel outer shell from the intense heat of the combustion flame. An S-type thermocouple runs below its center and is protected from the radiation of the flame and refractory walls by a point made from an insulating plate. A vacuum pump is used to pull gases through the thermal pair junction at a rate sufficient to reach a speed after the thermal pair joins 120 m / sec. At this rate, the radiation component for heat transfer is minimized and convective heat transfer is dominant. In this way, the true gas temperature can be obtained without radiation interference or from the junction of the thermal pair.
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.Ash samples were obtained from various devices at the entrance or exit of the ESP or BH pilot plant. The U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Method 5 was used to establish particulate matter (PM) concentrations in the flue gas. High-volume sample extraction and filling funnels from the pilot plant control collection device can provide large samples for study. Residual fuel oil samples were heated to lower fuel viscosity prior to atomization in the burner.
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.Fuel additives were added to the heated fuel stream near the atomization nozzle by means of a specially designed metered injection system. In the injection system a fuel flow meter was used to determine the fuel flow, the outlet was fed into a PID controller which then controlled the flow rate of a chemical introduction pump. The fuel additive concentration has been dynamically adjusted for any change in fuel flow rate. The material exiting the delivery pump was injected into the flowing heated fuel producing a droplet dispersion of the fuel additive in the fuel. This mixture then passed through a static mixing section which ensured that the treated fuel was homogeneously mixed with the fuel before entering the atomizer section of the burner.
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.The tests were performed for three days at EERC facilities with an oven gas outlet temperature (FEGT) of between 1250 ° C and 1325 ° C and at or near 10% excess air level. This corresponds to approximately 2.9% oxygen in the chimney gas at the furnace outlet. The residual fuel oil combustion rate and airflow combustion rates were adjusted during each of these tests to maintain these levels. On the fourth day, each test was performed at an FEGT between 1250 ° C and 1325 ° C and an excess air level of or near 5%. Tables 2 through 7 provide baseline and round average summaries of operating conditions for each of the test periods during each test day. Control of the residual fuel oil feed rate was achieved by adjusting the same fixed point on the pump speed controller. The controller then adjusted the pump speed to keep the feed rate at the desired level.
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.Excess air levels were achieved by manually adjusting valve positions on each of the primary and secondary air currents. A BH was used for particulate material control during all test periods.
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.The oven was preheated to 1290 ° C with natural gas for up to 8 hours before the start of each test day. The furnace pressure was maintained close to -1 torr by adjusting a control valve that combined ambient air into the duct at the inlet of the induced suction fan.
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:Two sets of analyzers monitored the gaseous emissions and were designated as furnace outlet and BH outlet in each of Tables 2 through 6. The furnace outlet analyzes were sampled approximately 1 meter downstream of the probe bank. clogging. This oxygen level was used to control excess air levels during each test. BH output analyzes were normally obtained from the duct structure following the BH. Due to the higher vacuum at the rear end of the test system and the large number of flange connections, air leakage to the inside of the duct structure resulted in a 1 to 2% increase in gas concentrations of the chimney. Oxygen analysis from each set of analyzers was used to correct the gaseous emissions of interest for a constant airflow level of 20% (3.5% O2). The calculation used to correct the emission levels reported here is:
<formula>formula see original document page 26</formula><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.The gas analyzers were zeroed and extended before each test. Additional analyzer calibration was performed when results were suspect or unexpected.
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.In the AF-CTS-751, 753, 755, 756-1, and 758 (twice) tests, the primary objective was to establish baseline operating characteristics, emission rates for the various gas species, and work. produced under various operating conditions. In addition, ash samples were collected to determine the dust load (or PM) of the gas stream entering the BH. The results of these tests are provided in Tables 2 through 6. Since stable combustion conditions were achieved after switching from natural gas to residual fuel oil, a series of measurements were made using an HVT, a probe. heat flux baseline and a small cyclone to obtain the suspended ash. The swirl adjustment in the secondary airflow was kept constant at 3.5 throughout the test periods performed during this series of tests.
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.In all other tests, the primary objective was to establish the effectiveness of the various fuel additives for lowering gaseous emissions and increasing the operating procedure. The same test protocol was used here to determine the effectiveness of fuel additives. Results from these tests are given in Tables 2 through 7. As part of the test protocol, a period of operation at baseline typically preceded all test periods during which a fuel additive was evaluated.
O que se segue são as formulações de aditivo para combustível usadas neste estudo:The following are the fuel additive formulations used in this study:
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;Additive 2: 5 ml meadowfoam oil (d = 0.91 g / ml); 5.1 g fescue extract (extracted with hexane); and 995 ml AROMATICS 150 FLUID (d = 0.90 g / ml); not prepared in a glove box;
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;Additive 5: 5 ml meadowfoam oil (d = 0.91 g / ml); 5.2 g alfeque extract (extracted with hexane); 2 ml 2,2,4-trimethyl-6-ethoxy-1,2-dihydroquinoline (d = 1.03); 1.6 g ISOMIXTENE®; and 993 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0.87 g / ml); prepared in a glove box under non-oxygenation conditions;
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;Additive 6: 80% (v / v) of Component 1 and 20% (v / v) of Component 2 wherein: Component 1: 5 ml meadowfoam oil (d = 0.91 g / ml); 5.1 g of alfeque extract (extracted with hexane); and 995 ml AROMATICS 150 FLUID (d = 0.90 g / ml); not prepared in a glove box;
Componente 2: nitrato de 2-etilexila.Component 2: 2-ethylhexyl nitrate.
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,Additive 7: 80% (v / v) Additive 5 and 20% (v / v) 2-ethylhexyl nitrate, Additive 8: 0.5 ml 2,2,4-trimethyl-6-ethoxy-1, 2-dihydroquinoline (d = 1.03); 0.8 g ISOMIXTENE®; 2.5 ml meadowfoam oil (d = 0.91); 0.39 g of fescue extract (extracted with hexane); and 500 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0.87); prepared in a glove box under non-oxygenation conditions,
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,Additive 9: 0.5 ml 2,2,4-trimethyl-6-ethoxy-1,2-dihydroquinoline (d = 1.03); 0.8 g ISOMIXTENE®; 2.5 ml meadowfoam oil (d = 0.91); 0.39 g of alpine extract (extracted with ethanol); and 500 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0.87); prepared in a glove box under non-oxygenation conditions,
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.Additive 10: 0.5 ml 2,2,4-trimethyl-6-ethoxy-1,2-dihydroquinoline (d = 1.03); 0.8 g ISOMIXTENE®; 2.5 ml meadowfoam oil (d = 0.91); 0.39 g of alpine extract (extracted with hexane); and 500 ml AROMATIC 100 FLUID (d = 0.87); prepared in a glove box under non-oxygenation conditions.
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-745The following tables give the test results for residual fuel oils and related fuel additives. Table 2. Test Round AF Baseline and Operating Parameters 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 29 </column> </row> <table> <table> table see original document page 30 </column> </row> <table> <table> table see original document page 31 < / column> </row> <table> Table 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 32 </column> </row> <table> Table 4. Test Round Baseline and Average Operating Parameters - 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 33 </column> </row> <table> Table 5. Test Round Baseline and Average Operating Parameters - 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 34 </column> </row> <table> Table 6. Test Round Baseline and Average Operating Parameters - 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 35 </column> </row> <table> Table 7. Test Round Baseline and Average Operating Parameters - 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.<table> table see original document page 36 </column> </row> <table> The initial experimental test began the day before the actual test and included the burning of the residual fuel oil to establish the effectiveness of the changes that the first series of earlier fuel additive tests had been made for the system.
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.This trial period found that the changes made improved the overall operating capacity of the system. Included among many changes were the addition of insulation to various system feed lines, the water vapor piping to the burner gun to be used as the atomizing fluid for the oil, the addition of a mixing section in the fuel line, and the addition of water vapor heaters in the storage barrel that was used to fill the feed tank to maintain a residual fuel oil temperature at or near 115.5 ° C. (240 ° F). The result of the changes allowed the fuel to be continuously fed through the burner gun without the formation of carbon deposits in the gun or the air piping inside the burner quarl.
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.FEGT was maintained close to 1,287.79 ° C (2350 ° F) during all periods. In some cases it was allowed to increase to observe the effect of the fuel additive on the operation produced, and in other cases it was maintained. during injection of the fuel additive to determine the level of fuel economy achieved while maintaining the same level of work produced. Because changes in fuel and operating parameters provided a very stable combustion environment, combustion effectiveness was very high during all test periods. This makes changes in the monitoring of the combustion environment that result from the addition of the fuel additive difficult. Changes in the combustion environment were, however, observed during this period and are detailed below. Due to the difficulty of monitoring changes, the excess air level was lowered to approximately 5% during the final day of the Day 4 tests.
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.Two sets of analyzers, one at the furnace outlet and one at the BH outlet, were used to determine the concentration of combustion products in the gas stream. The O2, CO, CO2, SO2, and NOx measurements in the flue gas were continuously monitored and recorded using the CTF data acquisition system. The averages of the test periods were provided in Tables 2 to 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.Excess air levels fluctuated with changes in fuel feed rate and ranged from about 9% to 11% during testing from June 21 through June 23. Corrected SO2 emissions were relatively invariable at an average of approximately 1720 ppm ± 20 ppm during all test periods near 10% excess air.
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%.An analysis of the data indicates that each of the analytical data that could be observed is a strong function of excess air. When an adjusted curved line is drawn across the data points, you can have a much better comparison view than if the data were adjusted overall. The oven and baghouse data are treated separately. Looking at the NOx and CO data (Figures 7 and 8, respectively), one finds that the results for one of the treated rounds are consistently lower than those for baseline measurements at an equal excess air. Additive 2 shows a consistent improvement in gas emissions. Surprisingly, this fuel additive shows its effect, even though it was used only in experiments with about 10% excess air.
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.Measured particulate matter (PM) emission values and expressed as dust loads were obtained at BH input during a number of test periods using the U.S. Environmental Protection Agency Method 5 PM sampling. These tests provided significant evidence of the effectiveness of various fuel additives in improving the combustion characteristics of residual fuel oil (see Figure 9). During the baseline test on Day 4 (Test Period 12) , dust loads entering BH were determined to be 0.122 g / m3. During Test Period 5, Additive 5 was injected at a rate of 30 ml per hour when Method 5 EPA dust loading was significantly reduced to 0.0677 g / m3, a reduction of 44.6 %. In Test Period 13, Additive 8 was used at an addition rate of 40 ml / hour as was Additive 10 in Test Period 16. Method 5 EPA dust loading was reduced while using Additive 8 to 0 08866 g / m3 and to 0.0959 g / m3 while using Additive 10. This translates into a 27.5% reduction and a 21.5% reduction respectively. It should be noted that excess air levels during Test Period 5 (Additive 5) were higher than those with respect to Test Period 12, the baseline test period, thus a part of the reduction noted. This can be taken into account regarding the increase in available oxygen. However, this was not the case with respect to Test Periods 13 (Additive 8) and 16 (Additive 10). Excess air levels were approximately the same during the baseline test period as they were during the two observed test periods.
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.Although heat flow behavior is a complicated function, it is presumed to be a function of at least the fuel burn rate and excess air. Figure 10 plots heat flow as measured in the EERC divided by the fuel burn rate versus the excess air recorded. The data show that the ratio of heat / fuel flow produced to fuel treated with Additive 2 was higher than that observed with respect to Additive 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.An infrared (IR) camera / recorder was used to assess any changes in flame temperature that could occur between baseline and fuel additive injection periods. The results from these measurements were summarized in Table 8. It could appear from the data below that the most telling trend in flame temperature was the fuel feed rate. This relationship can be seen in Figure 6. The equation of the linear regression line was provided and the value of R2 was calculated. The flame temperature does not fit well with a linear relationship with the feed rate, but does not tend in that direction. Although the test furnace was operated at a similar furnace gas outlet temperature during each operating day, the corresponding flame temperature varied significantly from day to day, as does the required feed rate to achieve that. temperature. This indicates that the heat flow through the furnace walls tends to change from day to day. However, within a single day operation, only small trends could be observed.
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.During the first day of testing, the flame temperature recorded immediately before the fuel additive injection and immediately after the injection of Additive 2 remained constant at 1333 ° C. The feed rate was also constant. However, during the second test day, the baseline feed rate (Test Period 4) was considerably higher during fuel additive injection. Flame temperature readings from the IR camera were constant at 1402 ° C during Test Periods 5 and 7 with Additive 5 injection at a rate of 30 ml per hour and 14 ml per hour, respectively. This could indicate some effect of the fuel additive on heat release in the oven. During Test Period 8, Additive 6 was injected at a rate of 40 ml per hour. Although the flame temperature dropped to 1392SC, the feed rate was significantly reduced from baseline levels during this period to 16.23 kg / hour. Table 8. Summary of Data Recorded by 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.<table> table see original document page 41 </column> </row> <table> The flame temperature at the 1366 ° C baseline was reached in Test Period 9 with a feed rate of 17.19 kg per hour of residual fuel oil. After injection of Additive 7 at a rate of 40 ml per hour, the flame temperature remained constant at a lower feed rate of 16.50 kg per hour. This represents a reduction in feed of approximately 4%. During the final day of the test, the initial baseline flame temperature was recorded at 1371 ° C (Test Period 12). Although the temperature dropped to 1359 ° C during the injection of Additives 8 and 9, it remained relatively constant throughout the day, rising to 1362 ° C during the next Baseline Test Period 15. . Essentially no change occurred during Test Period 16 when Additive 10 was injected at a rate of 40 ml per hour. The flame temperature remained constant at 1360 ° C.
Teste de Pesquisa de Forno CANMETCANMET Oven Search Test
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 9A test was also performed at CANMET Research Furnace in Ottawa, Canada. The waste fuel oil used was obtained from PROVAM Fuels Inc. of Hamilton, Ontario. The properties of the residual fuel oil are listed in Table 9. This residual fuel oil had a moderate sulfur content of about 1.7% with a very high heating value of 42.12 MJ / kg at a high sulfur content. moisture content of 0.05%. The analyzes of near, last and heating values with respect to the residual fuel oil tested are also provided in Table 1 together with the theoretical sulfur emission limit. Table 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.<table> table see original document page 43 </column> </row> <table> Residual fuel oil was stored cold before testing. A Dia tank was used to heat the residual fuel oil to 121 ° C and to keep the oil warm during the test.
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.In this test protocol the furnace control was primarily based on the flow of fuel into the furnace. The fuel flow was kept constant along with the air flow. A calorimetric section of the furnace allowed heat transfer from the furnace to be performed as a function of distance from the burner. There was no baggage in this system and the oven outlet temperature was allowed to fluctuate.
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.When a liquid fuel such as residual fuel oil is combusted, a pump is used to transport the fuel through the dual fluid atomizer into the combustion chamber. In this furnace, compressed air is used for atomization of the fuel. Air for combustion is preheated by an electric air heater.
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.Flame stability is assessed by observing the flame through a quartz observation aperture located along the longitudinal axis of the furnace at the furnace end end opposite the burner. Under normal operation, a camcorder was used to quantitatively assess flame quality and to create a video record of the flame characteristics that occurred during the experiment.
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.The general test method places the burner at its maximum swirl level and monitors system parameters such as fuel feed rate, excess air, gaseous emissions (O2, CO2, CO, SO2, and NOx). ), combustor static and air flow rates. Photographs of the flame and the burner zone were taken through an observation aperture in the oven just above the burner cone using a camcorder.
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.The CANMET furnace uses two sets of gas analyzers for monitoring O2, CO, CO2, and NOx. Sulfur dioxide (SO2) is also monitored. Analyzers are typically located at the furnace outlet and particulate material control device outlet. Gas analyzes are recorded on a dry basis. Chimney gas constituents are monitored and recorded through the data acquisition system at 10-minute intervals during the experiment. Statistical characteristics of the measured quantities were used to establish the confidence limits of the measured data.
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.In the furnace calorimetric section, the inlet and outlet temperatures are monitored at 10 second intervals and recorded through the data acquisition system. Terminal operating fluid flow rates are also measured and accessible through the data acquisition system. From these measurements the furnace heat transfer can be determined as a function of time for each of the 28 calorimetric ranges along the longest axis of the furnace.
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.Ash samples were obtained by various means at the entrance or exit of the ESP or BH pilot plant. Isokinetic gas sampling is used to establish particulate matter (PM) concentrations in the chimney pipe gas. Large sample extraction and pilot plant control device collection feeders can provide large samples for study. The chemical composition was also determined with respect to the collected ash samples. The collection of isokinetic ash samples required approximately 3 hours per sample. Only one ash sample was collected per round.
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.The residual fuel oil was heated to lower its viscosity prior to atomization in the burner. Fuel additives have been added to the heated fuel stream near the atomizing nozzle by means of a specially designed metered injection system. In the injection system, a fuel flow meter was used to check the fuel flow, production was fed to a controller that controlled the flow rate of a chemical feed pump. Fuel additive concentration has been dynamically adjusted for any change in fuel flow rate. Feed pump production was injected into the hot edible that was flowing producing a dispersion of fuel additive droplets in the heated fuel. This mixture then passed through a static mixing section for homogeneous mixing of the fuel additive with the fuel that was entering the atomizer section of the burner.
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.The tests performed on the CANMET survey furnace were performed with the specified furnace operation using the fuel flow rate and excess air level, both of which were controlled by the furnace operator. The furnace was preheated with natural gas for up to 5 hours before the start of the residual fuel oil experiments. The standardized starting protocol involved collecting data with untreated fuel oil burning in the system for at least one hour before any experimental treatment began. This protocol allowed the baseline behavior to be verified on each day of operation. The experiments were designed to investigate the effects of chemical additives on furnace operation at two excess air concentrations (10% and 7.5%). Fuel baseline operation was determined at the beginning and end of the test campaigns as well as at the beginning of each test day.
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.In the test, all fuel additives were rated at a 10% excess air level. Fuel additive compositions for the CANMET test were prepared as follows with additives containing ISOMIXTENE® (Additives 13 and 14) prepared under inert atmosphere in a glove box, and additives in ISOMIXTENE® ( additives 11,12, 15 and 16) prepared under normal atmospheric conditions.
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.Additive 11 was prepared by mixing 13.9 grams of fescue extract and 10 ml meadowfoam oil, and then combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Additive 12 was prepared by mixing 13 grams of fescue extract, 10 ml meadowfoam oil and 1 ml SANTOQUIN®, and combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Additive 13 was prepared by mixing 5.12 grams of fescue extract, 5 ml meadowfoam oil, 10 drops of SANTOQIN®, and 0889 grams of ISOMIXTENE®, and combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Additive 14 was prepared by mixing 5.13 grams of alfalfa extract, 5 ml of meadowfoam oil, 10 drops of SANTOQUIN®, and 088 grams of ISOMIXTENE®, and combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Additive 15 was prepared by mixing 13 grams of alfalfa extract, 10 ml meadowfoam oil, and 2 ml SANTOQUIN®, and combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Additive 16 was prepared by mixing 13 grams of alfalfa extract and 10 ml meadowfoam oil, and combining the mixture with AROMATIC 150 FLUID to up to 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.Table 10 summarizes the observations regarding particulate matter concentration in CANMET tests performed in a 10% air excess. The carbon content of the ash collected from the treated fuel experiments was uniformly lower than those observed in the reference system, but the total isotonic ash loading exhibited modest increases over Additives 11 and 12. In a proportion from lower excess air the carbon content of the collected ash was consistent with the isokinetic ash loading shown in Table 11.0 Additive 15 showed a consistent reduction in particulate material loading.
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 10 CANMET Test: Particulate Matter Concentration at 10% Excess Air Level Test Round Isokinetic Ash Loading (mg / m3) Ash Carbon Content (% Carbon) Carbon Reduction (%)
<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 47 </column> </row> <table> Table 11. Results Dust loading at 7.5% excess air.
<table>table see original document page 48</column></row><table><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%.Quantitatively, the flames of several of the treated fuels appeared shorter and brighter than the flames observed with reference (untreated) fuels. This observation is supported by the video of the flames, but is difficult to quantify. A shorter and denser flame should provide maximum heat transfer in the furnace calorimetric section. The data supporting this are found in Tables 12 and 13 with respect to experiments performed on both 10% and 7.5% excess air. Data were collected every 10 seconds to construct a large statistical sample. The standard deviation of this data set provides an uncertainty calculation. The heat uncertainty measured "therminol" is about 1%. The uncertainty regarding chimney gas heat is about 0.1%. Heat Disposition Changes above 2% are statistically significant at a confidence level of 95%.
Tabela 12. Disposição de Calor a partir de Calor Disponível a 10% de Ex- cesso de arTable 12. Heat Disposal from Heat Available at 10% Excess Air
<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 48 </column> </row> <table> Table 13. Heat Disposal from Energy Available at 7.5% excess air.
<table>table see original document page 49</column></row><table><table> table see original document page 49 </column> </row> <table>
Teste de Laboratório IPTIPT Lab Test
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%.Tests were also performed at the IPT Testing Laboratory facilities, Sao Paulo, Brazil. The IPT test oven is operated similar to that of CANMET. The IPT test facility employs a horizontal burner, Model MPR manufactured by ATA Combustion Technical Brazil that is equipped with an outer jacket resined with water. Chimney gas fuel charge and excess air rates are taken as independent variables and other observable items are treated as dependent variables. The oven contains a calorimetric section. A significant difference in experiments conducted in Brazil is related to fuel. Brazilian fuel specifications are significantly different from those adopted in the United States. For example, the density and asphaltene content of commonly used waste fuels in Brazil is significantly higher than those commonly used in the United States. At these high levels of asphalt and viscosity, pollution caused by unburned carbon (particulate matter) of primary importance. Part of the strategy to minimize this problem involves burning the fuel under very high oxygen conditions. The standard operating procedure in Brazil requires a furnace operation with an oxygen content at the furnace outlet of about 7% or about 37.5% excess air.
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.The IPT-rated fuel additive contained a combination of plant extract and an organometallic iron complex. Specifically, 49.2 grams of alfalfa extract were mixed with 7.57 ml of SANTOQUIN® antioxidant, and 37.9 ml of meadowfoam oil. The mixture was combined with AROMATIC 150 FLUID to up to 3785 ml and € 00 ml of the resulting mixture was further mixed with 117 grams of iron naphthenate and 190 ml of iron pentacarbonyl. This formulation was prepared under normal atmospheric conditions with anaerobically transferred iron naphthenate using a syringe. The iron content of the resulting solution was 6% by weight. The residual fuel oil tested at IPT was added with this additive at 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.Table 14 shows the particulate matter concentrations observed under treated and untreated conditions. The reduction in particulate matter was quite significant at both 4.5% and 7% oxygen levels, but perhaps the most significant observation was that the particulate matter concentration observed under the treated conditions with respect to at both oxygen concentrations were very close. It is well known that under conditions of combustion with a high excess of oxygen, a significant fraction of heat is lost to the flue gas. Testing showed that by switching from 7% excess oxygen to about 4.5% excess oxygen, a 17% improvement in usable heat was achieved. With the use of the fuel additive tested, this increase in efficiency was accompanied by a 43% reduction in particulate matter emissions.
Tabela 14. Emissões de Particulados na IPT Brasil.Table 14. Particulate Emissions at IPT Brasil.
<table>table see original document page 50</column></row><table> Continuação<table> table see original document page 50 </column> </row> <table> Continued
<table>table see original document page 51</column></row><table><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.While the present invention and its advantages have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions, and changes may be made herein in this patent application without departing from the spirit and scope of the invention as defined. through the appended claims. Furthermore, the scope of this patent application is not intended to be limited to the specific embodiments of processes, machines, fabrication, composition of matter, devices, methods and steps described in the specification. As one of ordinary skill in the art can readily appreciate from the description of the present invention, the processes, machines, fabrication, compositions of matter, devices, methods, or steps that exist at present or are to be developed later which perform substantially the same functions or achieve substantially the same results as those of the corresponding embodiments described herein, in this patent application may be used in accordance with the present invention. Accordingly, the appended claims are intended to include within its scope such processes, machines, fabrication, compositions of matter, devices, methods, or steps.
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