CN102341486A - 固体、液体和气体燃料的燃烧改性剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃在动力锅炉、在密闭室或敞开室中的燃烧改性剂，其特征在于所述改性剂包含10-30重量％的水、20-80重量％的至少一种脂族醇、5-15重量％的碳酰胺或其衍生物，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。本发明的目的还在于改进上述燃料的燃烧过程的方法以及燃料燃烧改性剂的用途。

Description

固体、液体和气体燃料的燃烧改性剂
本发明的目的为固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃的燃烧改性剂；改进燃料的燃烧过程的方法；以及燃料的燃烧改性剂的用途。
固体、液体和气体燃料的燃烧过程仍待改进。特别地，调查了所有允许提高过程效率和限制有害物质向大气排放的方法。经常使用各种类型的改进动力锅炉中燃料燃烧期间所发生的过程的添加剂。特别地，希望的是，防止炭黑及其他污泥沉积堆在用硬煤、褐煤、焦炭或粉煤燃烧的锅炉中沉积。
在波兰专利PL165406中，公开了用于炭黑后燃的催化剂，该催化剂包含氯化钠、氯化铵、水合硫酸铜和氢氧化钙。该催化剂为固态无机化合物的混合物，并用作加入固体燃料中的添加剂。
二茂铁衍生物属于环戊二烯络合物组中的金属有机化合物组。具有铁II的络合物构成夹层系统，其中两个配体与位于它们之间的金属阳离子结合。这种类型的衍生物是已知的，并用作化学过程的催化剂。
由日本专利说明书JP2000247990已知环戊二烯络合物在化学合成例如在制备芳族胺过程中的用途。
由瑞士专利CH599464已知二茂铁作为燃烧过程催化剂用作发动机如汽车发动机中使用的燃料的添加剂的用途。
本发明的目的是开发一种动力锅炉中所有类型燃料的通用燃烧改性剂，其用作限制炭黑和煤焦油类物质沉积的催化剂，确保其后燃，并减少不希望的物质如一氧化碳向大气的排放，并(同时)通过减少相应燃料的消耗而显著提高燃烧过程效率。
本发明的目的是固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃在动力锅炉、在密闭室或敞开室中的燃烧改性剂，其特征在于所述改性剂包含10-30重量％的水、20-80重量％的至少一种脂族醇、5-15重量％的碳酰胺或其衍生物，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。
优选地，所述改性剂包含10-30重量％的水、20-40重量％的异丙醇、20-40重量％的正丁醇、5-15重量％的碳酰胺，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁，更优选地，其包含15-25重量％的水、25-35重量％的异丙醇、25-35重量％的正丁醇、8-12重量％的碳酰胺，以及8-12重量％的单乙酰基二茂铁。
优选地，所述改性剂包含20重量％的水、30重量％的异丙醇、30重量％的正丁醇、10重量％的碳酰胺，以及10重量％的单乙酰基二茂铁。
本发明的目的还为一种改进固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃在动力锅炉、在密闭室或敞开室中的燃烧过程的方法，其特征在于将燃烧改性剂另外用水以每1升水2.5-40毫升改性剂的比例稀释，并将所得经稀释的组合物计量加入燃烧室的曝气系统中，优选通过与空气一起泵入所述曝气系统中，所述改性剂包含10-30重量％的水、20-80重量％的至少一种脂族醇、5-15重量％的碳酰胺或其衍生物，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。
优选地，在该方法中使用包含10-30重量％，更优选20重量％的水、20-40重量％，更优选30重量％的异丙醇、20-40重量％，更优选30重量％的正丁醇、5-15重量％，更优选10重量％的碳酰胺，以及5-15重量％，更优选10重量％的单乙酰基二茂铁的改性剂。
在燃烧室用冷空气曝气的情况下，将所述改性剂通过喷雾方式计量加入，而在燃烧室用热空气曝气的情况下，使用锅炉本体。
在该方法中，每1000千克煤计量加入10-50毫升改性剂，或者每1000立方米天然气Gz-50计量加入5-47毫升改性剂，或者每1000升液体燃料如重油和炉油计量加入10-100毫升改性剂。改性剂的给定量基于其在另外用水稀释之前的组合物重新计算。
本发明的目的还在于如上所述燃烧改性剂用于提高固体、液体和气体燃料的燃烧效率、在动力锅炉中用作催化剂、以及用于燃烧室中存在的炭黑、炉气及其他杂质如粉尘和煤焦油类物质的后燃，并用于净化动力锅炉的燃烧室和管道免于污泥沉积堆的用途。
本发明的目的也在于包含水、脂族醇、碳酰胺或其衍生物以及单乙酰基二茂铁的燃烧改性剂用于提高固体、液体和气体燃料的燃烧效率、在动力锅炉中用作催化剂、以及用于燃烧室中存在的炭黑、炉气及其他杂质如粉尘和煤焦油类物质的后燃，并用于净化动力锅炉的燃烧室和管道免于污泥沉积堆的用途。
使用本发明的燃烧改性剂的一个预期方向为用于改进热电工程公司的锅炉中的燃料燃烧过程的用途。我们已经进行的该项研究已经表明，在改进的燃料燃烧期间，相对消耗的减少对于天然气GZ-50而言不少于4-6％，对于柴油而言不少于8-12％，对于重油和煤而言不少于10-15％。
有关实际实施本发明的改性剂，即，尤其被称为Reduxco(向波兰共和国专利局提交的商标，申请号Z-350906)的改性剂的组合物的实验已经证明，就每单位制得的产品量而言，燃料节省的可能性甚至高达25％。通过对燃烧室的曝气系统进行略微的改变，而不涉及动力锅炉的构造改变，即获得了额外的过程效率。本发明改性剂的使用为锅炉带来良好条件，而没必要改变锅炉房设备。
还关键的是改性剂在所有锅炉区段，即，在锅炉炉膛区域、燃烧室区域和所有管道、烟囱管线起作用，这使得在整个所提及的区域发生有利的改变，以及发生炉气、粉尘和污泥沉积堆的后燃(也在锅炉炉膛的外面)。
本发明的改性剂可以成功地用于任何类型如OR、OP、OB、WP、WR、EK、BB型动力锅炉中，并可使用各种燃料如硬煤、褐煤、各种类型煤砖、生物燃料及其以与煤汽提物(coal stripping)的混合物的组合物、基于木材和所有木质废料的燃料(可能加工或未加工的)、基于泥煤、锯屑、树皮或稻草的这类低级燃料。本发明还适用于气体和液体燃料如重油或油，且也可用于各种混合物和被污染的燃料。
应用根据本发明的改性剂使得有可能使用非常湿的材料如木材、稻草及其他高湿度纤维素燃料作为燃料。改性剂还使得有可能通过燃烧这样的废料如塑料、来自肉和骨头的废料以及化学物质进行废物管理，而对环境没有危害。为了使该过程顺利进展，含水量应该为约50％。燃烧的仅有产物为二氧化碳和水蒸气。
在第一步骤中，由有机物质产生一氧化碳。在第二步骤中，一氧化碳燃烧生成二氧化碳。在该步骤中，水(水蒸气)分解成氢气和氧气。在标准情况下，该步骤需要约1600℃的温度。当使用本发明的改性剂时，过程温度可降低至450-850℃。在第三步骤中，发生氢气燃烧，并伴随大量热量。
本发明改性剂的主要组分为作为铁载体的络合物-单乙酰基二茂铁：环戊-1，3-二烯；2价铁离子的1-(1-环戊-2，4-二烯亚基)乙醇盐。在燃烧期间发生的转化中，在反应介质中存在羟基是至关重要的。改性剂还包含碳酰胺或其衍生物，例如R1R2N(CO)NR1R2型的烷基脲，其中R1、R2、R3、R4相同或不同，且构成C1-C6烷基如亚甲基或亚乙基。
在本发明的改性剂中使用的脂族醇可具有线性或支化链。改性剂应包括至少一种醇(OH基的载体)。优选地，所述醇选自C3-C11醇，更优选C3-C8醇，特别地C3-C6醇。所用醇的实例为：乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、戊醇、庚醇和辛醇。通过对醇的选择，链中的羟基与碳原子数的比例得以改变，由此羟基与改性剂的其他组分的质量的比例得以改变。当使用中等链长的醇如异丙醇和正丁醇时获得有利效果。因此，优选在改性剂中使用两种醇的混合物。另一方面，改性剂可以仅包含所提及组里的一种醇或者包含三种或四种醇的混合物。
改性剂的混合物还可包括添加剂如染料以将各种类型的改性剂区分开来，所述添加剂不影响改性剂的性能。
可以设想，在燃烧过程中，在反应混合物中形成基于N-自由基的络合物配体，其具有由铁离子构成的络合中心，在合适位置处具有内在羟基和烃链。
一般说来，可将这些化合物定义为C5H5FeC5H4COCmHn型的衍生物，但是这只是个图示，不可能将这样的化合物从反应混合物中分离。
认为根据本发明的方法通过使用特定的燃烧改性剂导致形成碳纳米结构(碳纳米管)，其提高了所讨论的燃烧过程的效率。改性剂影响燃烧的链反应速率并提高红外和紫外辐射(发光)在较低温度范围内的功率。其降低了火焰大小并增加了其辐射功率，这对于温度升高和通过辐射的热量排放产生影响。温度增加促使服务人员供给较少的燃料，继而导致燃料消耗的减少。同时，所发生过程的后果是对于加热元件部分以及它们的清理产生影响。此外，清理锅炉对流部分中燃烧室表面的炭黑和煤烟使得有可能在电热设备中燃烧较低热值的煤，而没必要改变其构造或配备。
稳定燃烧和辐射的较早影响使得有可能关闭炉中温度保持的其他来源，例如气体火焰。
作为发生化学过程的结果，改性剂Reduxco使得排放气体的量及其毒性很大程度地下降。
在本发明的方法中，用计量泵将改性剂组合物送入空气泵送系统中，供入的空气的温度没有影响。改性剂通过喷雾在吸入锅炉的空气中而以水溶液形式计量加入，然后将改性剂泵送至燃烧室。在冷空气的情况下，利用注射器泵送改性剂，而在热空气的情况下，使用锅炉本体，改性剂在热空气流中由锅炉本体蒸发并被吸入锅炉的燃烧系统。
实施例1
制备具有如下组成的改性剂的水溶液：20重量％的水、30重量％的异丙醇、30重量％的正丁醇、10重量％的碳酰胺，以及10重量％的单乙酰基二茂铁。
实施例2
制备具有如下组成的改性剂的水溶液：30重量％的水、35重量％的异丙醇、25重量％的正丁醇、5重量％的碳酰胺，以及5重量％的单乙酰基二茂铁。
实施例3
制备具有如下组成的改性剂的水溶液：20重量％的水、50重量％的异丙醇、15重量％的碳酰胺，以及15重量％的单乙酰基二茂铁。
在下表中，呈现了本发明改性剂的物理化学性能的分析结果。
  分析   值   单位   确定方法
  燃烧热   8.2835   兆焦耳/千克   量热计
  氯含量   0.0297   ％   离子色谱法
  硫含量   0.0038   ％   离子色谱法
  灰分   ％   PN-EN 15169
  闪点   ＞55   ℃   PN-EN ISO 3680
  pH   2   TEST MN 902 04
  H2O2测试   0   毫克/立方分米   TEST MN QUANTOFIX 913 12
  NO3和NO2测试   0/0   毫克/立方分米   TEST MN QUANTOFIX 913 13
  CN测试   阴性结果   TEST MN 906 04
  氧化性化合物   阴性结果   TEST MN 907 54
实施例4
将实施例1的改性剂用水以每1升水5、10和30毫升的比例进行稀释。将所得溶液在压力下以5毫升/小时的速率计量加入动力锅炉中，其中使用煤、天然气Gz-50或重油作为燃料。每1000千克煤使用10、20或30毫升经稀释的改性剂，或者每1000立方米天然气Gz-50使用10、20和30毫升的经稀释的改性剂，或者每1000升重油使用20、40和80毫升的经稀释的改性剂(基于燃料质量重新计算)。在配备有热空气再循环系统的煤加热的锅炉中也进行计量加入。以每1升水10毫升改性剂的比例稀释的实施例1的改性剂在包括锅炉本体的系统中通过蒸发计量加入，来自锅炉的再循环热空气经该系统导入。
当使用实施例1的改性剂时，与不含改性剂的煤燃烧过程相比，达到至少1890千焦/吨煤的功率增益。

Claims (10)

1.固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃在动力锅炉、在密闭室或敞开室中的燃烧改性剂，其特征在于所述改性剂包含10-30重量％的水、20-80重量％的至少一种脂族醇、5-15重量％的碳酰胺或其衍生物，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。
2.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于所述改性剂包含10-30重量％的水、20-40重量％的异丙醇、20-40重量％的正丁醇、5-15重量％的碳酰胺，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。
3.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于所述改性剂包含15-25重量％的水、25-35重量％的异丙醇、25-35重量％的正丁醇、8-12重量％的碳酰胺，以及8-12重量％的单乙酰基二茂铁。
4.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于所述改性剂包含20重量％的水、30重量％的异丙醇、30重量％的正丁醇、10重量％的碳酰胺，以及10重量％的单乙酰基二茂铁。
5.一种改进固体、液体和气体燃料，特别是木材、天然气、煤、重油及其他烃在动力锅炉、在密闭室或敞开室中的燃烧过程的方法，其特征在于将燃烧改性剂另外用水以每1升水2.5-40毫升改性剂的比例稀释，并将所得经稀释的组合物计量加入燃烧室的曝气系统中，优选通过与空气一起泵入所述曝气系统中，所述改性剂包含10-30重量％的水、20-80重量％的至少一种脂族醇、5-15重量％的碳酰胺或其衍生物，以及5-15重量％的单乙酰基二茂铁。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述燃烧改性剂包含10-30重量％，优选20重量％的水、20-40重量％，优选30重量％的异丙醇、20-40重量％，优选30重量％的正丁醇、5-15重量％，优选10重量％的碳酰胺，以及5-15重量％，优选10重量％的单乙酰基二茂铁。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于在燃烧室用冷空气曝气的情况下，将所述改性剂通过喷雾计量加入，而在燃烧室用热空气曝气的情况下，使用锅炉本体。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于每1000千克煤计量加入10-50毫升改性剂，或者每1000立方米天然气Gz-50计量加入5-47毫升改性剂，或者每1000升液体燃料如重油和炉油计量加入10-100毫升改性剂，但是改性剂的给定量基于其在用水稀释之前的组成重新计算。
9.根据权利要求1所述的燃烧改性剂用于提高固体、液体和气体燃料的燃烧效率和在动力锅炉中作为催化剂以及用于燃烧室中存在的炭黑、炉气及其他杂质如粉尘和煤焦油类物质的后燃，以及用于净化动力锅炉的燃烧室和管道免于污泥沉积堆的用途。
10.包含水、脂族醇、碳酰胺或其衍生物以及单乙酰基二茂铁的燃烧改性剂用于提高固体、液体和气体燃料的燃烧效率、在动力锅炉中作为催化剂、用于燃烧室中存在的炭黑、炉气及其他杂质如粉尘和煤焦油类物质的后燃，以及用于净化动力锅炉的燃烧室和管道免于污泥沉积堆的用途。
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