Состав присадки к серосодержащим топливам для их десульфуризации в процессе сжигания

Состав присадки к серосодержащим топливам для их десульфуризации в процессе сжигания

Реферат

Изобретение относится к присадкам к серосодержащим топливам и может быть использовано в теплоэнергетике при сжигании сернистых топлив, для их десульфуризации и предотвращения шлаковых отложений.

Известна присадка к жидким серосодержащим топливам, представляющая собой эмульсию в воде соединений щелочных, и/или щелочноземельных, и/или переходных металлов (см. пат. США №4824439, опубл. 1989 г., С10L 1/32).

Недостатками такого решения являются недостаточная эффективность и высокая коррозионная агрессивность как самого состава, так и продуктов утилизации.

Наиболее близкой к предлагаемой является присадка к жидкому топливу, содержащая соль щелочноземельного или переходного металла, а также катионное водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ) (патент США №4749382, опубл. 1988 г., С 10 L 1/18).

Недостатком этого решения является узкий температурный режим действия, как следствие снижение эффективности десульфуризации, а также низкая стойкость катионных ПАВ в растворах солей и высокая коррозионная активность состава.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности десульфуризации серосодержащих топлив и продуктов сгорания, за счет расширения температурного режима действия, улучшение эксплуатационных параметров углеводородных эмульсий, уменьшение сернокислой коррозии, а также снижение затрат на подготовку присадок.

Поставленная задача решается тем, что в известной присадке - абсорбенте сернистых соединений, содержащей в качестве основы водный раствор соли щелочноземельного металла, а также водорастворимое ПАВ, в ней новым является то, что она дополнительно содержит гидроокись щелочноземельного и/или переходного металла и окислитель, он же ингибитор коррозии, в виде хромата щелочного металла, при этом в качестве основной соли щелочноземельного металла он содержит бишофит, а в качестве ПАВ неионогенное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бишофит	34,8-41,4
гидроокись щелочноземельного
и/или переходного металла	1,0-9,4
хромат щелочного металла	0,3-0,7
неионогенное ПАВ	0,01-0,05
вода	остальное

Использование в качестве основных солей щелочноземельных металлов бишофита обеспечивает изобретению технический результат, заключающийся в расширении температурного диапазона, снижении коррозионной агрессивности, повышении эффективности нейтрализации сернистых соединений.

В качестве гидроокиси щелочноземельного и/или переходного металла используют гидроокиси магния, кальция, железа. Добавка в присадку гидроокиси (геля) обеспечивает нейтрализацию сернистых соединений (сероводорода, сернистого ангидрида и легких меркаптанов) при низких температурах, т.е. как до горения топлива, так и в процессе горения.

Добавка в присадку окислителя в виде хромата щелочного металла, в частности натрия, калия, обеспечивает, во-первых, повышение эффективности процесса десульфуризации, поскольку эти соединения являются сильнейшими окислителями сернистых соединений, а во-вторых, обеспечивает присадке дополнительный эффект, т.к. являются эффективным ингибитором коррозии для технологического оборудования.

В качестве поверхностно-активного вещества, наиболее эффективными эмульгаторами, хорошо растворимыми в водно-солевых системах, являются неионогенные ПАВы, например неонол, нефтянол, ОП-7 и др.

Механизм действия предлагаемой присадки заключается в абсорбции ею сернистых соединений, присутствующих в жидких топливах и продуктах их сгорания, при этом на первом этапе, при температуре до 180°С происходит взаимодействие освобождающихся сернистых газов с окислителем - хроматом щелочного металла и одновременно гидроксидом щелочноземельного и/или переходного металла, например с хроматом натрия (1) или гидроксидом магния (2)

2Na₂CrO₄+3Н₂S+2Н₂О→2Сr(ОН)₃+3S°+4NaOH (1)

Mg(OH)₂+H₂S→MgS+2Н₂О (2)

При горении топлива и повышении температуры происходит превращение солей щелочных металлов и гидроксидов щелочноземельных и/или переходных металлов в оксиды, являющиеся химически активными сорбентами (на примере превращений соли бишофита)

- При температуре 180-350°С MgCl₂·6H₂O→MgOHCl+HCl+5Н₂O (3)

- При температуре 350-550°С MgOHCl→MgO+HCl (4)

- При температуре 380-480°С Mg(OH)₂→MgO+H₂O (5)

При температуре до 700°С получаемый оксид магния (легкая магнезия), а при температуре до 900°С - каустический магнезит являются химически активными сорбентами, но с повышением температуры выше 900°С получаемый оксид магния постепенно теряет свою активность и переходит в класс огнеупоров.

Образуемый в процессе горения топлива сернистый ангидрид SO₂ взаимодействует с активными оксидами с образованием сульфатов, выпадающих в осадок:

2MgO+2SO₂+O₂→2MgSO₄ (6)

В таблице 1 приведены варианты предлагаемого состава с использованием альтернативных соединений компонентов состава.

Таблица 1
Компоненты	Количество, мас.%
	А	Б	в	Г	Д	Е
1. Бишофит	34,8	38,2	41,6	34,8	38,2	41,6
2. Гидроокись- магния- кальция	9,4	3,8	1,8	8,2	3,6	1,0
3. Хромат- натрия- калия	0,3	0,45	0,6	0,4	0,55	0,7
4. ПАВ- неонол- Оп-7	0,01	0,03	0,05	0,01	0,03	0,05
5. Вода	Остальное

Раствор готовят следующим образом.

При комнатной температуре в воде в соответствии с рецептурой растворяют хромат щелочного металла, добавляют гидроокись щелочноземельного и/или переходного металла, отдельно растворяют бишофит, все смешивают до получения однородного состава, разводят водой до нужной плотности.

Бишофит - это комплексная соль, основу которой (более 92%) составляет шестиводный хлорид магния MgCl₂·6H₂O, и наряду с ним он содержит другие соединения щелочных, щелочноземельных и переходных металлов.

В таблице 2 приведены основные технические характеристики составов

Таблица 2
Характеристика	Составы
А, Г	Б, Д	В, Е
1. Плотность, кг/м3	1150	1165	1180
2. Температура замерзания, °С	-30	-35	-40
3. Температура кипения, °С	112	113	114
4. Водородный показатель рН, ед.	8,4-8,6
5. Динамическая вязкость, мПа·с	2,4	2,8	3,2
6. Коррозионная агрессивность к конструкционным маркам стали, мм/год, при 20°С	0,022	0,018	0,014

Добавка расчетного количества предлагаемой присадки позволяет:

- снизить выброс токсичных сернистых газов в окружающую среду;

- уменьшить образование труднорастворимых отложений накипи и кокса;

- увеличивать межремонтный период теплогенерирующих установок;

- снизить непроизводительные затраты на ремонт;

- КПД тепловой установки остается высоким и постоянным;

Таким образом, использование разработанной присадки с указанными выше свойствами, в соответствии с изобретением, позволяет:

- получить рабочую смесь топлива с тепловыми удельными характеристиками не ниже исходных;

- использовать в различных топливосжигающих устройствах необходимое количество веществ, связывающих соединения серы, без существенной реконструкции этих устройств и вспомогательного оборудования;

- обеспечить одновременное протекание процессов сжигания и десульфуризации без ограничений, дополнительных потерь и затрат, характерных для известных способов.

Кроме того, снижается скорость сернокислой коррозии поверхностей нагрева котлов, тем самым увеличивается межремонтный период их работы более чем в 2 раза.

Предлагаемый состав присадки не агрессивен и не токсичен. По токсиколого-гигиенической характеристике он относится к четвертому классу опасности (вещества мало опасные) по ГОСТ 12.1.007-76.

Состав относится к негорючим и невзрывоопасным веществам и материалам по ГОСТ 12.1.044-89 и ГОСТ 12.1.017-80.

Состав присадки к серосодержащим горючим топливам для их десульфуризации в процессе сжигания, содержащий в качестве основы водный раствор соли щелочноземельного металла и поверхностно-активное вещество (ПАВ), отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроокись щелочноземельного и/или переходного металла и окислитель, он же ингибитор коррозии, в виде хромата щелочного металла, при этом в качестве основной соли щелочноземельного металла он содержит бишофит, а в качестве ПАВ - неионогенное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бишофит	34,8-41,4
гидроокись щелочноземельного и/или переходного
металла	1,0-9,4
хромат щелочного металла	0,3-0,7
неионогенное ПАВ	0,01-0,05
вода	остальное