燃料利用方法与流程

石油,煤气及炼焦工业设备的制造及其应用技术1.本发明涉及燃料利用方法。背景技术：2.在多种工业中，例如仅举几个例子在发电、船舶工业、和铝回收中，许多工业工艺涉及燃料的燃烧。目前，大多数所述工艺使用重质燃料油(hfo)，其是由来自石油催化裂化的渣油(residue)得到的。hfo的燃烧造成空气污染并且导致高的二氧化碳(co2)、氮氧化物(nox)和硫氧化物(sox)排放。因此，在hfo燃烧之后，在将任何排放物释放到大气中之前，工艺会需要额外步骤来洗涤所述排放物。这样的额外步骤导致使用额外的资源。此外，燃烧hfo所产生的烟气是腐蚀性的并且因此需要不断更换与烟气接触的防护设备。而且，由于hfo得自化石燃料，因此其不被认为是可持续的。3.已经提出了生物柴油作为化石燃料的替代品。虽然与化石燃料相比生物柴油导致更可持续的替代物，但是其需要额外的加工例如转化为生物柴油，其造成碳足迹。4.因此，需要改进的燃料利用方法。技术实现要素：5.本发明寻求解决这些问题，和/或提供使用环境友好燃料的燃料利用方法。6.根据第一方面，本发明提供燃料利用方法，其包括：[0007]-将燃料加热以形成经加热的燃料；[0008]-将所述经加热的燃料引燃以形成经引燃的燃料；和[0009]-使所述经引燃的燃料燃烧，[0010]其中所述燃料包括包含≥5重量％游离脂肪酸的生物燃料和其中所述燃料不包括生物柴油。[0011]所述生物燃料可为任何合适的生物燃料。例如，所述生物燃料可为农业衍生生物燃料。[0012]根据一种具体方面，所述燃料可进一步包括重质燃料油、轻质燃料油、生物柴油、或其组合。[0013]所述加热可通过任何合适的手段。所述加热可包括将所述燃料加热至合适的温度。[0014]所述引燃可通过任何合适的手段并且在合适的条件下。例如，所述引燃可在燃烧器中进行。所述引燃可包括将所述燃料在合适的温度下引燃。根据一种具体方面，所述温度可为低于所述燃料的闪点温度的温度。特别地，所述引燃可在30-80℃的温度下。[0015]根据另一具体方面，所述引燃可包括将所述燃料以0.1-0.5l/m3的燃料对空气体积比引燃。[0016]所述燃烧可在任何合适的条件下。根据一种具体方面，所述燃烧可导致减少的nox、sox和co2排放。[0017]所述方法可进一步包括将所述燃料在所述加热之前过滤。附图说明[0018]为了使本发明可以被充分理解并且容易地付诸实践，现在将仅通过非限制性实例描述示例性实施方式，该描述参照所附的说明性附图。在附图中：[0019]图1显示利用根据本发明一个实施方式的燃料燃烧方法的系统。具体实施方式[0020]如以上解释的，需要改进的燃料利用方法。[0021]一般而言，本发明提供如下燃料利用方法：其使得能够利用环境友好的燃料和衍生自可持续来源的燃料。本发明的方法利用了如下生物燃料：其无需被转化为生物柴油并且其可如所获得的那样直接使用。特别地,所述生物燃料可为农业过程的副产物或者在农业过程中作为废弃物产生的并且可直接用作燃料利用方法中的燃料而在其使用之前没有任何进一步加工。[0022]本发明的方法使得能够以几乎相等的燃料消耗速率来使用可持续的农业衍生燃料代替化石燃料，从而从长远来看维持燃料成本并且同时，满足根据关于环境排放的巴黎协定的法规要求。所述方法使得能够减少化石燃料的使用，以及减少有害气体向环境的排放。[0023]根据第一方面，本发明提供燃料利用方法，其包括：[0024]-将燃料加热以形成经加热的燃料；[0025]-将所述经加热的燃料引燃以形成经引燃的燃料；和[0026]-使所述经引燃的燃料燃烧，[0027]其中所述燃料包括包含≥5重量％游离脂肪酸的生物燃料和其中所述燃料不包括生物柴油。[0028]对于本发明的目的而言，游离脂肪酸定义为由甘油三酸酯通过以例如脱水或酯化的工艺进行水解反应而产生的脂肪酸。[0029]所述生物燃料可为任何合适的生物燃料。所述生物燃料可为如下的任何合适的生物燃料：其具有合适的燃烧特性和峰值热释放速率、例如与化石燃料类似的峰值热释放速率。所述生物燃料可为任何非腐蚀性的生物燃料和/或任何可食用的或不可食用的生物燃料。例如，所述生物燃料可为农业衍生生物燃料、例如可持续的液体燃料。所述生物燃料可衍生自，但是不限于，棕榈油、椰子酸油、麻疯树油(jatropha oil)、藻类衍生液体燃料。特别地，所述生物燃料可为，但是不限于，粗棕榈油、棕榈油甲酯、棕榈淤渣油、棕榈酸油、棕榈脂肪酸馏出物、高游离脂肪酸油、或其组合。[0030]根据一种具体方面，所述燃料可进一步包括重质燃料油(hfo)、轻质燃料油(lfo)、船用燃料油、生物柴油、或其组合。所述燃料还可进一步包括生物乙醇、乙醇、甲酯混合物、或其组合。[0031]特别地，所述燃料可包括基于所述燃料的总重量的≥10重量％的生物燃料。剩余重量可包括其它燃料，例如以上描述的其它燃料。例如，所述燃料可包括基于所述燃料的总重量的10-80重量％、15-75重量％、20-70重量％、25-65重量％、30-60重量％、35-50重量％、40-45重量％生物燃料。甚至更特别地，所述燃料可包括基于所述燃料的总重量的约80重量％生物燃料。包括生物燃料和其它燃料的混合物的所述燃料与将所述其它燃料单独使用相比具有如下优点：鉴于所述混合物，所述燃料的ph受控，并且腐蚀减少。[0032]本发明的方法使得能够产生足够的热量用于在高温下的各种工艺(过程)，同时减少有害气体排放物的量。有害气体排放物可包括nox和sox排放物。本发明的方法涉及将使用中的燃料加热至适当的闪点，使得所述燃料可引燃并且随后燃烧。特别地，可控制所述燃料的流量，使得实现正在燃烧的所述燃料的热效率。[0033]所述加热可通过任何合适的手段。例如，所述加热可在加热器中进行。所述加热器可为任何合适的加热器。特别地，所述加热可包括使用传热油(thermal oil)加热所述燃料。甚至更特别地，所述加热可在包括传热油加热系统的加热器中进行。[0034]所述加热可包括将所述燃料加热至合适的温度。例如，所述加热可包括将所述燃料加热至适合于降低所述燃料的粘度的温度。特别地，所述加热可包括将所述燃料加热至低于所述燃料的引燃温度的温度。根据一种具体方面，所述加热可包括将所述燃料加热至33-80℃的温度。例如，所述加热可包括将所述燃料加热至35-75℃、40-70℃、45-65℃、50-60℃、55-57℃的温度。特别地，所述加热可包括将所述燃料加热至45-60℃的温度。[0035]所述方法可进一步包括将所述燃料在所述加热之前过滤。以此方式，所述燃料中包括的任何致污物在所述加热之前被过滤出来。这样的致污物可妨碍所述燃料的加热和最终妨碍其燃烧。所述过滤可通过任何合适的手段。例如，所述过滤可在合适的过滤单元中进行。[0036]所述引燃可通过任何合适的手段并且在合适的条件下。例如，所述引燃可在引燃单元(例如，但是不限于燃烧器)中进行。所述引燃可包括将所述燃料在合适的温度下引燃。根据一种具体方面，所述温度可为低于所述燃料的闪点温度的温度。以此方式，需要更低量的能量来引燃所述燃料并且所述方法还会更安全，因为降低了暴露于过热油的风险。特别地，所述引燃可在30-80℃的温度下。例如，所述引燃可在33-80℃、35-75℃、38-70℃、40-65℃、42-63℃、45-60℃、48-58℃、50-57℃、51-56℃、52-55℃、53-54℃的温度下。甚至更特别地，所述温度为45-60℃。[0037]根据另一具体方面，所述引燃可包括将所述燃料以合适的燃料对空气体积比引燃。所述燃料对空气体积比可通过调节负责将所述燃料和空气泵送至其中进行所述引燃的单元的阀门和泵而控制。特别地，所述燃料对空气体积比可为0.1-0.5l/m3。例如，所述燃料对空气体积比可为0.15-0.28l/m3、0.16-0.25l/m3、0.18-0.23l/m3、0.19-0.22l/m3、0.20-0.21l/m3。甚至更特别地，所述燃料对空气体积比可为0.16-0.25l/m3。具有合适的燃料对空气体积比的优点是，使得所述燃料能够低于其闪点引燃。例如，高的燃料对空气比将导致不完全燃烧并且产生大量的烟灰，而低的燃料对空气比可导致供应了太多的空气并且因此阻止所述燃料引燃。[0038]所述燃烧可在任何合适的条件下。例如，所述燃烧可在与所述引燃相同或不同的单元中进行。特别地，所述燃烧可在与所述引燃相同的单元中。根据一种具体方面，所述燃烧可导致减少的nox、sox和co2排放。特别地，所述燃烧可导致排放减少约15-25％。例如，所述燃烧可导致nox排放减少16％。根据另一具体方面,所述燃烧可导致sox排放减少21％。所述燃烧可导致co2排放减少16％。[0039]本发明的方法可在任何合适系统中进行。合适系统的实例包括，但不限于，铝浮渣再循环系统、船舶加油系统、非铁金属冶炼系统、能量生产系统。[0040]根据一个实施方式，图1显示利用如上所述的方法的系统。如图1中所示的系统仅是举例并且本领域技术人员将理解，所述方法也可在其它合适系统上进行。如图1中所示，系统100包括用于储存燃料的燃料储存罐102。储存在燃料储存罐102内的燃料的温度可通过传热油加热元件104而保持在第一预定温度。第一预定温度可为燃料储存罐102内的燃料保持为液体状态并且不凝固时的温度。[0041]特别地，系统100可包括温度控制器(未示出)。所述温度控制器可为自动化温度控制器。所述温度控制器可配置成执行用于监测和测量燃料储存罐102内储存的燃料的温度的指令。在一些实施方式中，所述温度控制器可配置成执行用于加热燃料储存罐102内的燃料，使得所述燃料的温度被保持在第一预定温度的指令。所述温度控制器可与系统100中的多个部件例如传热油加热元件104、传热油储存罐108、泵110和传热油加热器112连通，以控制燃料储存罐102内的燃料的温度。所述温度控制器可包括至少一个用于测量燃料储存罐102中包括的燃料的温度的温度计106。[0042]传热油加热元件104可流体地连接至传热油储存罐108。特别地，传热油储存罐108可配置成保持传热油用于将传热油供应至传热油加热元件104，使得储存在油储存罐102内的燃料可通过间接加热而被加热至第一预定温度。传热油储存罐108中包括的传热油可通过泵110供应至传热油加热元件104。特别地，传热油储存罐108中包括的传热油可在被供应至传热油加热元件104之前被加热。所述加热可通过传热油加热器112。[0043]在传热油储存罐108和传热油加热元件104之间存在传热油的连续流动，以保证在供应传热油的系统中不存在压力积聚。[0044]本领域技术人员将领会，燃料储存罐102中包括的燃料的加热是通过间接加热并且因此系统100提供了所述燃料的安全加热方式，因为所述燃料使用任何形式的直接加热可具有火灾隐患。由于用于加热燃料储存罐102内的燃料的经加热的传热油不与所述燃料直接接触，因此存在极小的失火或者爆炸的风险或者不存在失火或者爆炸的风险。[0045]燃料储存罐102可流体连接至燃烧器单元114。燃烧器单元114可为配置成使来自燃料储存罐102的燃料引燃和燃烧的任何合适的单元。燃烧器单元114可包括如下喷嘴：其具有合适的喷嘴尺寸，从而在使用时控制进入燃烧单元114的燃料对空气体积比这一比率。[0046]特别地，燃料储存罐102可经由过滤器单元116和/或第二加热器单元118连接至燃烧器单元114。过滤器单元116可为能够将来自燃料储存罐102的燃料在第二加热器118中加热之前和/或在燃烧器单元114中引燃和燃烧之前过滤的任何合适的过滤器单元。[0047]第二加热器118可包括用于将所述燃料的温度就在其进入燃烧单元114之前调节至第二预定温度的合适的加热器。例如，第二预定温度可为低于所述燃料的闪点温度的温度。第二加热器118可包括用于将穿过第二加热器118的燃料加热至第二预定温度的加热元件。然而，第二加热器118中包括的加热元件可不与穿过第二加热器118的燃料直接接触，从而为所述燃料提供间接加热。特别地，第二加热器118的使用使得进入燃烧器单元114的燃料不是被明火直接加热，而是经由第二加热器118中包括的加热元件被加热，从而改进系统100的安全性。如果必要，来自燃烧器单元114的燃料也可被再引导回第二加热器118来再加热。[0048]进入燃烧器单元114的燃料可通过传热油加热元件(未示出)而被保持在预定温度。所述传热油加热元件可与传热油加热元件104类似。技术人员将理解，也可使用其它形式的传热油加热元件。因此，来自传热油储存罐108的传热油也可被引导至燃烧器单元114。特别地，传热油储存罐108中包括的传热油可在被供应至燃烧器单元114的传热油加热元件之前被加热。所述加热可通过传热油加热器112。可使传热油从燃烧器单元114的传热油加热元件改道回传热油储存罐108以保持系统100内传热油的连续流动。以此方式，在系统100内可防止在供应所述传热油的导管中的压力积聚。[0049]在现已总体上描述了本发明的情况下，通过参照作为举例说明而提供、并且不意图为限制性的以下实施方式将更容易理解本发明。[0050]实施例[0051]实施例1–使用hfo和生物燃料的结果的比较[0052]使用粗棕榈油(cpo)和重质燃料油(hfo)作为生物燃料进行本发明的方法。特别地,所述生物燃料包括7.67重量％hfo和92.33重量％cpo的混合物。还使用hfo作为燃料进行所述方法来作为对比例。[0053]将所述燃料各自在具有5mm的油喷嘴尺寸的燃烧器单元中燃烧。在所述燃烧器内保持0.16l/m3的燃料对空气体积比以保证所述燃料恰当且完全燃烧以使烟灰最少化。将所述燃料混合物加热至60℃的温度并且在此保持12小时，之后引燃和燃烧。[0054]获得并分析所排放烟雾的样品。结果提供于表1中。[0055][0056]表1：使用生物燃料和hfo作为燃料情况下的排放物所进行的分析结果[0057]如可从表1看出的，与使用单独的hfo相比，在本发明的方法中使用生物燃料导致更低的nox、sox和总颗粒物质排放。[0058]虽然前面的描述已经描述了示例性实施方式，但是所关注技术的技术人员将理解，在不背离本发明的情况下可进行许多变型。









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