KR900004547B1 - A process for the production and burning of a natural-emulsified liquid fuel - Google Patents
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- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
Abstract
Description
제1도는 본 발명의 공정을 개략적으로 나타낸 계통도임.1 is a schematic diagram illustrating a process of the present invention.
제2도는 수중유(水中油) 에멀젼의 전형적인 액적 크기를 나타내는 그래프임.2 is a graph showing the typical droplet size of an oil-in-water emulsion.
제3도는 본 발명의 수중유 에멀젼과 제6호 연료유의 이산화황 배출량 비교를 나타내는 그래프임.3 is a graph showing a comparison of sulfur dioxide emissions of the oil-in-water emulsion of the present invention and fuel oil No. 6.
제4도는 본 발명의 수중유 에멀젼과 제6호 연료유의 삼산화황 배출량 비교를 나타내는 그래프임.4 is a graph showing a comparison of sulfur trioxide emissions from the oil-in-water emulsion of the present invention and No. 6 fuel oil.
본 발명은 천연 액체연료의 제조방법, 더욱 구체적으로 황산화물 배출양을 대폭 감소시킨 연소방법에 의해 고유황 천연연료를 연소시켜 에너지로 전환시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a natural liquid fuel, and more particularly, a method for converting natural sulfur fuel into high energy by a combustion method that significantly reduces the amount of sulfur oxides emitted.
캐나다, 소련, 미국, 중국 및 베네주엘라에서 발견되는 천연 비투멘(bitumen)은 통상적으로 10,000 내지 200,000CP의 점도와 10미만의 API 비중도를 갖는 액체이다. 이러한 천연 비투멘은 최근 기계적인 펌핑, 증기분사 또는 채광기술에 의해 제조되고 있다. 이러한 물질들의 연료로서의 광범위한 용도는 제조, 원료의 수송 및 취급상의 어려움, 및 더욱 중요하기로는 높은 황산화물 배출량 및 비연소 고체를 포함하는 부적합한 연소 특성등의 여러 가지 이유 때문에 방해를 받고 있다. 상기 이유로해서, 천연 비투멘은 상기 난점들을 극복하는데 필요한 증기분사, 펌핑 및 연도가스의 탈황장치와 관련된 높은 비용 때문에 연료로서 상업상 성공적으로 사용되지 않았다.Natural bitumen, found in Canada, the Soviet Union, the United States, China and Venezuela, is typically a liquid with a viscosity of 10,000 to 200,000 CP and an API specific gravity of less than 10. Such natural bitumen has recently been produced by mechanical pumping, steam spraying or mining techniques. The widespread use of these materials as fuels has been hampered for a variety of reasons, including manufacturing, raw material transport and handling difficulties, and, more importantly, high sulfur oxide emissions and inadequate combustion characteristics including non-combustible solids. For this reason, natural bitumen has not been successfully used commercially as a fuel because of the high costs associated with the steam injection, pumping and desulfurization of flue gas necessary to overcome these difficulties.
자연히, 상기 형태의 천연 비투멘을 천연연료로서 사용할 수 있는 것이 극히 바람직하게 되었다.Naturally, it has become extremely desirable to be able to use the natural bitumen of this form as a natural fuel.
그리하여, 본 발명의 주 목적은 천연 비투멘으로부터 천연 액체연료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Thus, the main object of the present invention is to provide a method for producing a natural liquid fuel from natural bitumen.
본 발명의 특수 목적은 천연 비투멘의 수중유 에멀젼을 형성시킴으로써 상기 천연 비투멘으로부터 천연 액체연료를 제조하는 것이다.A special object of the present invention is to prepare a natural liquid fuel from the natural bitumen by forming an oil-in-water emulsion of the natural bitumen.
본 발명의 또 다른 목적은 연소공정을 최적화시키기 위한 특성을 갖는 액체연료로서 사용되는 수중유 에멀젼을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide an oil-in-water emulsion used as a liquid fuel having properties for optimizing the combustion process.
본 발명의 추가 목적은 천연 비투멘의 수중유 에멀젼을 연소시키기 위한 최적 연소 조건을 제공함으로써 우수한 연소효율, 적은 비연소 입자성 고체 및 저황산화물 배출량을 얻는 것이다.It is a further object of the present invention to obtain excellent combustion efficiency, low non-combustion particulate solids and low sulfur oxide emissions by providing optimum combustion conditions for burning oil-in-water emulsions of natural bitumen.
본 발명의 추가 목적 및 잇점을 다음에 기재한다.Further objects and advantages of the present invention are described below.
본 발명은 천연 액체연료의 제조방법, 더욱 구체적으로는 황산화물 배출량을 대폭 감소시킨 연소방법에 의해 고유황 천연연료를 연소시켜 에너지로 전환시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing natural liquid fuel, and more particularly, a method for converting natural sulfur natural fuel into energy by a combustion method that significantly reduces sulfur oxide emissions.
본 발명에 의하여 물과 유화제의 혼합물을 웰(well)중에 분사시킴으로써 다운홀(downhole) 수중유 에멀젼을 형성한다. 맥얼리페(McAuliffe) 등에게 허여된 미합중국 특허 제3,467,195호에는 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 다운홀 수중유 에멀젼을 형성하는데 적합한 방법이 기재되어 있으며, 본 명세서에서 참고하였다. 웰중에 분사되는 유화제 중의 물의 양은 물 함량, 액적 크기 및 알칼리금속 함량에 대해서 특이한 특성을 갖는 수중유 에멀젼을 형성할 수 있도록 조절된다. 본 발명의 특징에 의하여 수중유 에멀젼의 연소 특성을 최적화하기 위해서 다운홀이 형성된 수중유 에멀젼은 15 내지 38용적의 물 함량, 약 10 내지 60㎛의 액적 크기 및 50ppm이상, 적합하기로는 약 50 내지 600ppm의 알칼리금속 함량을 가져야 한다. 유화제는 수중유 에멀젼 중에 수중유 에멀젼의 전체중량에 기초해서 0.1 내지 5중량%의 양으로 존재하는 것이 적합하다.According to the present invention a downhole oil-in-water emulsion is formed by spraying a mixture of water and emulsifier into a well. U.S. Patent No. 3,467,195 to McAuliffe et al. Describes a suitable method for forming a downhole oil-in-water emulsion suitable for use in the methods of the present invention and is referred to herein. The amount of water in the emulsifier sprayed into the wells is adjusted to form an oil-in-water emulsion with specific properties for water content, droplet size and alkali metal content. In order to optimize the combustion characteristics of oil-in-water emulsions by the features of the present invention, oil-in-water emulsions with downholes having a volume of 15 to 38 Should have a water content, a droplet size of about 10 to 60 μm and an alkali metal content of at least 50 ppm, suitably about 50 to 600 ppm. The emulsifier is suitably present in an oil-in-water emulsion in an amount of from 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the oil-in-water emulsion.
이어서, 다운홀 수중유 에멀젼은 당업계에서 공지된 다운홀 심부펌프에 의해, 필요에 따라서 탈가스화를 행할 수 있는 플로우 스테이션(flow station)으로 펌핑된다. 수중유 에멀젼은 이어서 연소 스테이션으로 이송된다. 연소 스테이션에서 수중유 에멀젼중의 물 함량, 액적 크기 및 알칼리금속 함량은 최적 연소조건이 되도록 조절된다. 조절된 후, 수중유 에멀젼은 15 내지 35용적%의 물 함량, 10 내지 60㎛의 액적 크기 및 약 50 내지 600ppm의 알칼리금속 함량을 갖는다. 이어서, 에멀젼은 다음과 같은 조건, 즉 20 내지 80℃, 적합하기로는 20 내지 60℃의 연소온도, 0.05 내지 0.5중량%, 적합하기로는 0.05 내지 0.4중량%의 증기/연료비, 0.05 내지 0.4중량%, 적합하기로는 0.05 내지 0.3중량%의 공기/연료비 및 약 1.97 내지 약 5.92기압(2 내지 6바아), 적합하기로는 약 1.97 내지 약 3.95기압(2 내지 4바아)의 증기압력 또는 약 1.97 내지 약 6.91기압(2 내지 7바아), 적합하기로는 약 1.97 내지 약 3.95기압(2 내지 4바아)의 공기 압력하에서 연소시킨다.The downhole oil-in-water emulsion is then pumped by a downhole deep pump known in the art to a flow station capable of degassing as needed. The oil-in-water emulsion is then sent to a combustion station. The water content, droplet size and alkali metal content in the oil-in-water emulsion at the combustion station are adjusted to achieve optimum combustion conditions. After being adjusted, the oil-in-water emulsion has a water content of 15 to 35% by volume, a droplet size of 10 to 60 μm and an alkali metal content of about 50 to 600 ppm. The emulsion is then subjected to the following conditions: 20 to 80 ° C., suitably 20 to 60 ° C. combustion temperature, 0.05 to 0.5 wt%, suitably 0.05 to 0.4 wt% steam / fuel ratio, 0.05 to 0.4 wt% Suitably, an air / fuel ratio of 0.05 to 0.3% by weight and a vapor pressure of about 1.97 to about 5.92 atmospheres (2 to 6 bar), suitably about 1.97 to about 3.95 atmospheres (2 to 4 bar) or about 1.97 to about 6.91 atm (2 to 7 bar), suitably for combustion under air pressure of about 1.97 to about 3.95 atm (2 to 4 bar).
본 발명에 의하여 본 발명의 방법에 의해 제조된 수중유 에멀젼은 본 발명에 의해 조절되고, 조절된 작동 조건하에 연소시킬 경우, 99.9%의 연소효율, 낮은 입자성 고체 함량 및 통상적인 제6호 연료유를 연소시킬 때의 배출량과 일치하는 황산화물 배출량을 얻는다.Oil-in-water emulsions prepared by the process of the invention by the present invention are controlled by the present invention and, when burned under controlled operating conditions, have a combustion efficiency of 99.9%, low particulate solids content and conventional No. 6 fuel. You get sulfur oxide emissions that match the emissions from burning oil.
본 발명의 방법을 제1도를 참조해서 기재한다. 다운홀 심부펌프를 갖는 웰(10)은 물과 유화제를 공급받아 웰(10)으로부터 심부펌프에 의해 펌핑되어 관(12)을 거쳐 탈가스화 스테이션(14)로 송출될 수 있는 수중유 에멀젼을 형성한다. 탈가스된 수중유 에멀젼은 이어서 유조선, 트럭, 송유관과 같은 수단(18)에 의한 후속수송을 위해 저장대역(16)에 저장된다. 일단 수송된 수중유 에멀젼은 저장대역(20)에 저장되고(또는) 조절대역(22)로 송출되어 연소대역(24)에서 연소되기 전에 조절될 수 있다.The method of the present invention is described with reference to FIG. A well 10 having a downhole deep pump is supplied with water and an emulsifier to form an oil-in-water emulsion that can be pumped from the
본 발명에 의하여, 본 발명의 방법은 웰에서 얻은 천연연료를 제조 및 연소시킬 수 있다. 본 발명의 방법에 적합한 연료는 베네주엘라의 오리노코대에서 발견되는 전형적인 원유와 같은 고유황 함량의 비투멘 원유이다. 비투멘 원유는 다음과 같은 화학적인 특성 및 물리적인 특성을 갖는다. 즉, 78.2 내지 85.5중량%의 C, 10.0 내지 10.8중량%의 H, 0.26 내지 1.1중량%의 O, 0.50 내지 0.66중량%의 N, 3.68 내지 4.02중량%의 S, 0.05 내지 0.33중량%의 회분, 420 내지 520ppm의 바나듐, 90 내지 120ppm의 니켈, 10 내지 60ppm의 철, 60 내지 120ppm의 나트륨, 1.0 내지 12.0의 API 비중도, 1,400 내지 5,100,000의 점도(CST, 50℃) 또는 70 내지 16,000의 점도(CST, 약 99℃), 8500 내지 10,000의 LHV(㎉/kg) 및 9.0 내지 15.0중량%의 아스팔텐. 본 발명에 의하여, 물 및 유화제로 되는 혼합물을 웰중에 분사시킴으로써 웰로부터 다운홀 심부펌프에 의해 펌핑되는 수중유 에멀젼을 형성한다. 본 발명의 중요한 특징은 수중유 에멀젼의 특성이 수중유 에멀젼의 수송 및 연소에 가장 적합하다는 점이다. 웰로부터 얻은 수중유 에멀젼은 약 15 내지 35용적%, 적합하기로는 약 20 내지 30용적%의 물 함량, 약 10 내지 60㎛, 적합하기로는 약 40내지 60㎛의 액적 크기, 50ppm이상, 적합하기로는 약 50 내지 600ppm의 알칼리금속 함량을 갖는 것을 그 특징으로 한다. 수중유 에멀젼중의 알칼리금속 농도는 에멀젼 연소시 가스상 배출물의 양이 큰 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다.By the present invention, the process of the present invention can produce and burn natural fuel obtained from wells. Suitable fuels for the process of the invention are bitumen crude oils of high sulfur content, such as the typical crude oil found in the Orinoco range of Venezuela. Bitumen crude oil has the following chemical and physical properties. That is, 78.2 to 85.5 weight percent C, 10.0 to 10.8 weight percent H, 0.26 to 1.1 weight percent O, 0.50 to 0.66 weight percent N, 3.68 to 4.02 weight percent S, 0.05 to 0.33 weight percent ash, 420 to 520 ppm vanadium, 90 to 120 ppm nickel, 10 to 60 ppm iron, 60 to 120 ppm sodium, 1.0 to 12.0 API specific gravity, 1,400 to 5,100,000 viscosity (CST, 50 ° C.) or 70 to 16,000 viscosity ( CST, about 99 ° C.), LHV (dl / kg) of 8500 to 10,000, and asphaltenes of 9.0 to 15.0% by weight. According to the invention, a mixture of water and emulsifier is injected into the well to form an oil-in-water emulsion pumped from the well by a downhole deep pump. An important feature of the present invention is that the properties of oil-in-water emulsions are best suited for the transport and combustion of oil-in-water emulsions. The oil-in-water emulsion obtained from the wells has a water content of about 15 to 35% by volume, suitably about 20 to 30% by volume, about 10 to 60 μm, suitably droplet sizes of about 40 to 60 μm, at least 50 ppm, Is characterized by having an alkali metal content of about 50 to 600 ppm. It has been found that the alkali metal concentration in the oil-in-water emulsion has a large influence on the amount of gaseous emissions during emulsion combustion.
물을 분사시킴으로써 비투멘 원유 제조 공정중에 물이 비투멘 원유와 함께 생성된다. 오리노코대에서 발견되는 생성수 분석결과를 하기 표 I에 기재하였다.By spraying water, water is produced together with the bitumen crude in the bitumen crude oil manufacturing process. The analysis results of the generated water found in Orinoco University are shown in Table I below.
[표 I]TABLE I
표 1에서 알 수 있는 바와같이, 생성수는 상당량의 알칼리금속(Na+및 K+)을 함유한다. 유화제와 함께 분사되는 물의 양과 알칼리금속 함량을 조절함으로써 제조된 수중유 에멀젼은 상기한 바와같은 소정의 알칼리금속 및 물 함량을 갖게 할 수 있다. 상기한 바와같이, 분사되는 물은 유화제 첨가물을 함유한다. 유화제는 생성되는 수중유 에멀젼의 총중량에 기초해서 약 0.1 내지 5.0중량%, 적합하기로는 약 0.1 내지 1.0중량%의 양이 되도록 첨가된다. 본 발명에 의하여 첨가되는 유화제는 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제와 비이온 계면활성제의 혼합물 및 양이온 계면활성제와 비이온 계면활성제의 혼합물로 되는 군 중에서 선택된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 비이온 계면활성제는 에톡실화 알킬페놀, 에톡실화 알코올, 에톡실화 소르비탄 에스테르 및 이들의 혼합물로 되는 군 중에서 선택된다. 적합한 양이온 계면활성제는 지방 디아민의 염산염, 이미다졸린, 에톡실화 아민, 이미도-아민, 사급 암모늄 화합물 및 이들의 혼합물로 되는 군 중에서 선택되는 반면에 적합한 음이온 계면활성제는 사슬이 긴 카르복실산, 술폰산 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다. 더욱 적합한 계면활성제는 20 에틸렌옥사이드 단위로 옥시알킬화시킨 노닐페놀과 같은 13이상의 친수성-지방친화성 평형을 갖는 비이온 계면활성제이다. 보다 적합한 음이온 계면활성제는 알킬아릴 술포네이트, 알킬아릴 술페이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.As can be seen from Table 1, the produced water contains significant amounts of alkali metals (Na + and K + ). Oil-in-water emulsions prepared by controlling the amount of water and alkali metal content sprayed with the emulsifier can have the desired alkali metal and water content as described above. As mentioned above, the water to be sprayed contains an emulsifier additive. The emulsifier is added in an amount of about 0.1 to 5.0% by weight, suitably about 0.1 to 1.0% by weight, based on the total weight of the resulting oil-in-water emulsion. The emulsifier added by the present invention is selected from the group consisting of anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, mixtures of anionic surfactants and nonionic surfactants, and mixtures of cationic surfactants and nonionic surfactants. Suitable nonionic surfactants for use in the present invention are selected from the group consisting of ethoxylated alkylphenols, ethoxylated alcohols, ethoxylated sorbitan esters and mixtures thereof. Suitable cationic surfactants are selected from the group consisting of hydrochlorides of fatty diamines, imidazolines, ethoxylated amines, imido-amines, quaternary ammonium compounds, and mixtures thereof, while suitable anionic surfactants are long chain carboxylic acids, Sulfonic acid and mixtures thereof. More suitable surfactants are nonionic surfactants having at least 13 hydrophilic-lipophilic equilibria, such as nonylphenols oxyalkylated with 20 ethylene oxide units. More suitable anionic surfactants are selected from alkylaryl sulfonates, alkylaryl sulfates and mixtures thereof.
웰 중에 분사되는 물 첨가제 혼합물은 수중유 에멀젼을 안정화시킨다. 분사되는 물은 비투멘과 함께 생성되는 생성수에 의존한다. 또한 염 함량도 취급 및 연소시키기에 적합한 소정의 비투멘 물 비에 의존하며, 최종적으로 유화제 형태 및 유화제 양에 의존하게 된다. 이 단계에서 연료는 취급 및 연소시키기에 적합한 특성을 갖도록 제제된다. 일단 에멀젼이 형성되어 웰로부터 펌핑되면, 에멀젼의 낮은 점도에 기인하는 많은 문제없이 탈가스화시킬 수 있다. 이 경우는 비투멘만을 탈가스화시켜야 하는 경우에서와 같이 가스를 분리시키기 전에 가열할 필요가 없다.The water additive mixture sprayed into the wells stabilizes the oil-in-water emulsion. The water injected depends on the product water produced with the bitumen. The salt content also depends on the desired bitumen water ratio suitable for handling and burning, and finally depends on the emulsifier form and the amount of emulsifier. At this stage the fuel is formulated to have properties suitable for handling and burning. Once the emulsion is formed and pumped out of the well, it can be degassed without many problems due to the low viscosity of the emulsion. In this case, it is not necessary to heat before separating the gas as in the case where only bitumen must be degassed.
이어서, 에멀젼은 저장에 가능하고, 플로우 스테이션 및 주 스테이션을 통한 펌핑이 가능하며, 이미다졸린과 같은 첨가제를 첨가하여 물의 존재에 기인하는 금속벽의 부식을 방지할 수 있다. 임의의 단계에 온라인 혼합기를 장치함으로써(탈가스화 후, 송유관을 통한 펌핑 또는 유조선등에 선적하기 전) 상기와 같은 소정의 적합한 액적 크기 분포를 갖는 양호한 에멀젼을 확보할 수 있다.The emulsion can then be stored for storage, pumped through the flow station and the main station, and additives such as imidazoline can be added to prevent corrosion of the metal walls due to the presence of water. By installing an on-line mixer at any stage (after degassing, before pumping through an oil pipeline or shipping to an oil tanker, etc.), a good emulsion with any suitable droplet size distribution as described above can be ensured.
일단 수중유 에멀젼이 연소장치로 이송되면, 유화연료는 수중유 에멀젼의 물 함량, 액적 크기 및 알칼리금속 함량이 최적화될 수 있도록 조절된다. 조절장치는 온라인 혼합기 및 알칼리금속 농도 조절기로 구성된다. 온라인 혼합기의 목적은 유화 액체연료의 평균 액적 크기를 조절하는 것이다. 액적 크기 분포는 이 천연 연료의 연소 특성, 특히 유량조절 및 열손실 면에서 연소에 중대한 영향을 미친다. 온라인 혼합기 직전 및 후의 액적의 크기 분포를 제2도에 나타냈다. 제2도로부터 평균 액적 크기는 65㎛에서 51㎛로 감소되었음을 알 수 있다. 또한, 제2도로부터 액적 크기 분포는 골고루 분포되었음을 알 수 있다. 즉, 종 형태의 분포곡선을 이룬다. 본 발명에 의하여 수중유 에멀젼은 약 10 내지 60㎛의 액적 크기를 가져야 한다.Once the oil-in-water emulsion is transferred to the combustor, the emulsified fuel is adjusted to optimize the water content, droplet size and alkali metal content of the oil-in-water emulsion. The regulator consists of an on-line mixer and an alkali metal concentration regulator. The purpose of the online mixer is to control the average droplet size of emulsified liquid fuel. Droplet size distributions have a significant impact on combustion in the combustion characteristics of this natural fuel, in particular in terms of flow control and heat loss. The size distribution of the droplets immediately before and after the on-line mixer is shown in FIG. It can be seen from FIG. 2 that the average droplet size was reduced from 65 μm to 51 μm. Also, it can be seen from FIG. 2 that the droplet size distribution is evenly distributed. In other words, a bell-shaped distribution curve is achieved. Oil-in-water emulsions according to the present invention should have a droplet size of about 10 to 60 μm.
또한, 수중유 에멀젼 중의 알칼리금속 함량은 에멀젼의 연소 특성, 특히 황산화물 배출량에 큰 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 나트륨 및 칼슘과 같은 알칼리금속 이산화황 배출량을 감소시키는데 있어서 플러스 효과를 갖는다. 계면 비투멘물 표면 대 용적비가 크기 때문에, 알칼리금속 천연연료 중에 존재하는 황화합물과 반응하여 황화나트륨 및 황화칼륨과 같은 알칼리금속 황화물을 생성하는 것으로 믿어진다. 연소되는 동안, 상기 황화물은 황산염으로 산화됨으로써 황산염을 연소회분에 고정시키고, 따라서 황이 연도가스의 일부로서 대기중으로 배출되는 것을 방지한다. 상기한 바와같이, 알칼리금속은 생성수 중에 함유되어 있는 알칼리금속의 자연적인 혼합에 의해 천연연료 에멀젼의 생성단계에서 이미 에멀젼에 첨가된다. 에멀젼 연료중의 알칼리금속 농도가 최적상태가 아닐 경우에는 알칼리금속 농도 조절기에서 약간의 추가량을 에멀젼에 첨가시킬 수 있다. 이것은 생성수, 염수 또는 알칼리금속의 합성수용액을 첨가함으로써 수행된다. 본 발명에 의하여, 수중유 에멀젼은 50ppm이상, 적합하기로는 약 50 내지 600ppm, 이상적으로는 50 내지 300ppm의 알칼리금속 함량을 가져야 한다.In addition, the alkali metal content in the oil-in-water emulsion has been found to have a significant effect on the combustion characteristics of the emulsion, especially sulfur oxide emissions. It has a positive effect in reducing alkali metal sulfur dioxide emissions such as sodium and calcium. Due to the large interfacial bitumen surface-to-volume ratio, it is believed to react with sulfur compounds present in alkali metal natural fuels to produce alkali metal sulfides such as sodium sulfide and potassium sulfide. During combustion, the sulfide is oxidized to sulphate to fix the sulphate to the combustion ash, thus preventing sulfur from being released into the atmosphere as part of the flue gas. As mentioned above, the alkali metal is already added to the emulsion in the production of the natural fuel emulsion by the natural mixing of the alkali metal contained in the product water. If the alkali metal concentration in the emulsion fuel is not optimal, some additional amount may be added to the emulsion in the alkali metal concentration regulator. This is done by adding synthetic aqueous solution of produced water, brine or alkali metal. According to the present invention, oil-in-water emulsions should have an alkali metal content of at least 50 ppm, suitably about 50 to 600 ppm, ideally 50 to 300 ppm.
일단 수중유 에멀젼이 조절되면, 연소를 위해 준비된다. 내부 혼합버너 또는 쌍곡선 분무기와 같은 통상적인 오일 분무버너를 사용할 수 있다. 다음과 같은 작동 조건하에서 증기 또는 공기를 사용하여 분무시키는 것이 적합하다. 즉, 20 내지 80℃, 적합하기로는 20 내지 60℃의 연료온도, 0.05 내지 0.5, 적합하기로는 0.05 내지 0.4의 증기/연료비(중량/중량), 0.05 내지 0.4, 적합하기로는 0.05 내지 0.3의 공기/연료비(중량/중량) 및 약 1.48 내지 5.92기압(1.5 내지 6바아), 적합하기로는 약 1.97 내지 약 3.95기압(2 내지 4바아)의 증기압력 또는 약 1.97 내지 6.91기압(2 내지 7바아), 적합하기로는 약 1.97 내지 약 3.92기압(2 내지 4바아)의 공기 압력하에서 분무시키는 것이 적합하다. 상기 조건하에서 양호한 불꽃 안정성과 함께 우수한 분무화 및 효율적인 연소를 얻는다.Once the oil-in-water emulsion is adjusted, it is ready for combustion. Conventional oil spray burners such as internal mixing burners or hyperbolic sprayers can be used. It is suitable to spray with steam or air under the following operating conditions: That is, a fuel temperature of 20 to 80 ° C., suitably 20 to 60 ° C., 0.05 to 0.5, suitably a steam / fuel ratio (weight / weight) of 0.05 to 0.4, 0.05 to 0.4, suitably 0.05 to 0.3 air / Fuel ratio (weight / weight) and about 1.48 to 5.92 atmospheres (1.5 to 6 bar), suitably vapor pressures of about 1.97 to about 3.95 atmospheres (2 to 4 bars) or about 1.97 to 6.91 atmospheres (2 to 7 bars) Suitably spraying under an air pressure of about 1.97 to about 3.92 atmospheres (2 to 4 bar). Good atomization and efficient combustion are obtained with good flame stability under these conditions.
본 발명의 잇점은 하기 비제한 실시예로부터 명백해질 것이다.The advantages of the invention will be apparent from the following non-limiting examples.
[실시예 1]Example 1
알칼리금속 농도의 수중유 에멀젼의 연소 특성에 대한 효과를 오리노코 비투멘과 비교해서 증명하기 위해 하기 표 II(오리노코 비투멘도 기재함)에 기재된 특성을 갖는 2가지 에멀젼을 제조하였다. 알칼리금속으로서는 나트륨을 사용하였다.Two emulsions were prepared having the properties described in Table II (also described as Orinoco Bitumen) to demonstrate the effect on the combustion characteristics of oil-in-water emulsions of alkali metal concentrations compared to Orinoco Bitumen. Sodium was used as the alkali metal.
[표 II]TABLE II
모든 연료는 하기 표 III에 기재된 작동조건 하에서 연소시켰다.All fuels were burned under the operating conditions described in Table III below.
[표 III]TABLE III
각 연료에 대한 가스상 배출물 및 연소 효율을 하기 표 IV에 기재하였다.Gaseous emissions and combustion efficiencies for each fuel are listed in Table IV below.
[표 IV]TABLE IV
상기 결과는 오리노코 원(原) 비투멘보다 유화 오리노코 비투멘에 있어서 증가된 연소효율, 즉 99.0%에서 99.9%로 증가되었음을 나타낸다. 또한, 에멀젼 #1과 에멀젼 #2의 비교결과로부터, 황산화물 배출량, 즉 SO2및 SO3는 알칼리금속(나트륨) 농도가 증가함에 따라 감소됨을 알 수 있다.The results indicate an increased combustion efficiency, i.e., 99.0% to 99.9%, for the emulsified Orinoco bitumen over the Orinoco raw bitumen. In addition, it can be seen from the comparison result of
[실시예 2]Example 2
여러 가지 연료의 연소 특성에 대한 작동 조건의 효과를 연구하였다. 하기 표 V에서는 오리노코 비투멘과 8가지의 수중유 에멀젼을 비교하였다.The effect of operating conditions on the combustion characteristics of various fuels was studied. Table V below compares Orinoco bitumen with eight oil-in-water emulsions.
[표 V]TABLE V
오리노코 비투멘 및 에멀젼 #3, #6, #7 및 #10은 증기와 함께 분무시켰다. 에멀젼 #4, #5, #8 및 #9는 공기와 함께 분무시켰다. 에멀젼 #3, #4, #5 및 #6에서는 알칼리금속으로서 나트륨을 사용한 반면에, 에멀젼 #7, #8, #9 및 #10에서는 칼륨을 첨가하였다. 작동조건들은 하기 표 VI에 기재하였다.Orinoco bitumen and emulsions # 3, # 6, # 7 and # 10 were sprayed with steam.
[표 VI]Table VI
연소 효율 및 가스상 배출물을 하기 표 VII에 기재하였다.Combustion efficiency and gaseous emissions are listed in Table VII below.
[표 VII]TABLE VII
상기 결과는 알칼리금속을 함유하는 에멀젼을 연소시킬 경우, 황산화물의 대폭적인 감소 뿐만 아니라 효율도 증가됨을 나타낸다. 또한, 공기/연료비가 낮으면 낮을수록 황산화물은 감소된다. 보다 낮은 증기/연료비에서도 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 끝으로, 질소 산화물의 양도 감소되었다. 오리노코 원유와 비교할 때, 일반적으로 유화 연료를 연소시킬 때의 작동 조건이 보다 덜 엄격했다. 즉, 연료 분무, 연료 온도 및 압력이 보다 낮았으며, 공기 또는 증기를 사용함으로써 작동상의 유연성이 부가되었다. 황산화물 배출량 감소는 알칼리금속 함유 수중유 에멀젼의 중요한 특징이다. 삼산화황의 배출은 보일러(공기 가열기 및 절약 장치)의 냉각기 부분에 황산을 농축시키는 소위 콜드-엔드(cold-end) 부식의 원인이 된다. 또한, 삼산화황은 전기식 집진장치 및 기타 고체 포집장치에서의 회분 산성의 원인이 된다.The results show that when burning an emulsion containing an alkali metal, not only the drastic reduction of sulfur oxides but also the efficiency is increased. In addition, the lower the air / fuel ratio, the lower the sulfur oxides. The same result will be obtained at lower steam / fuel ratios. Finally, the amount of nitrogen oxides was also reduced. Compared to Orinoco crude oil, the operating conditions when burning emulsified fuels were generally less stringent. That is, fuel spray, fuel temperature and pressure were lower, and operational flexibility was added by using air or steam. Reduction of sulfur oxide emissions is an important feature of alkali metal-containing oil-in-water emulsions. The release of sulfur trioxide causes so-called cold-end corrosion which concentrates sulfuric acid in the cooler section of the boiler (air heaters and economizers). In addition, sulfur trioxide is a source of ash acid in electric dust collectors and other solid collectors.
[실시예 3]Example 3
실시예 2의 에멀젼 #3의 황 배출량을 제6호 연료유와 비교하고, 그 결과를 제3도 및 제4도에 나타냈다. 이 결과로부터 수중유 에멀젼의 황산화물 배출은 제6호 연료유에 비해 유리하였으며, 오리노코 비투멘보다는 훨씬 우수했다. 수중유 에멀젼의 SO2배출량은 제6호 연료유에 비해 33%, 오리노코 비투멘에 비해서는 66% 감소하였다. 또한, 삼산화황 배출량도 제6호 연료유(2.5% S) 및 오리노코 비투멘과 비교할 때 에멀젼 #3에서 더욱 적었다. 즉, 수중유 에멀젼의 SO3배출량은 제6호 연료유 및 오리노코 비투멘에 비해 각각 17% 및 50% 감소되었다.Sulfur emissions of
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