燃气轮机中钒腐蚀抑制剂的应用制造技术

本实施例描述了一种通过在燃烧燃料中添加亲油性腐蚀抑制剂来减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体颗粒和结合到炭黑载体颗粒的镁。所述炭黑载体颗粒包括小于40纳米(nm)的粒径、小于1重量百分比(wt％)的氧含量和至少50平方米每克(m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气轮机中钒腐蚀抑制剂的应用相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月19日提交的、序列号为62/324,387的美国临时专利申请的优先权，通过引用将其整体并入本文中。
本公开的实施例一般涉及燃烧燃料添加剂，特别是燃气轮机中的钒腐蚀抑制剂。
技术介绍
产生能量的最普遍方法之一是烃类燃烧，其包括天然气、石油气、煤和液态烃，如石油原油。燃烧产生热量、蒸汽、电和其他类型的能量。燃气轮机、内燃机是使用烃类产生能量的代表性机器。燃气轮机有两个主要部件：燃烧室和旋转涡轮。能量从碳氢化合物燃烧产生，效率强烈地依赖于点火温度—该温度越高，越有效率。目前的燃气轮机可达到1430℃的温度。液体燃料是各种机器中使用的常见碳氢化合物，并且柴油由于其低粘度和清洁度已经成为常见的液体燃料。由于不断增加的需求，重油是一种更可接受的柴油替代品。尽管重油广泛可得到以及低的经济值，但其有许多缺点。使用重油在燃烧过程中会产生烟尘和其他不完全燃烧颗粒、空气污染物和其他污染物，如SOx和NOx，并影响空气质量。重油也含有金属化合物。在大多数情况下，这些金属是钒、镍、铁、碱和含碱土金属的化合物。在重油中发现的含金属化合物在燃烧过程中可引起燃气轮机中的腐蚀。钒化合物当在燃气轮机中暴露于高温时，可严重腐蚀金属层和保护层。重油中作为有机金属化合物存在的钒化合物在燃烧过程中转化为氧化钒(V2O5)。氧化钒具有675℃的低熔点，这意味着在比燃气轮机的点火温度低得多的温度下氧化钒会熔化。熔化的钒氧化物附着在燃气轮机的热表面上，并与金属层和保护层发生反应而引起腐蚀。
技术实现思路
在重油中添加添加剂限制氧化钒引起的腐蚀，镁化合物是有效的添加剂。氧化镁(MgO)与氧化钒反应生成镁-钒混合的氧化合物，其具有比氧化钒(V2O5)大得多的熔点。镁-钒混合的氧化物以灰烬的形式存在，并且不粘附在燃气轮机的金属层和保护层上，从而限制了由氧化钒引起的腐蚀量。氧化镁浆料可以喷射到燃气轮机中，但是严重的缺点是固相反应即使在高温下也非常缓慢，该固相反应导致形成耐熔的镁-钒混合的氧化物。本公开的实施例描述了通过在燃烧燃料中引入亲油性腐蚀抑制剂来减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体颗粒和附着在所述炭黑载体颗粒上的镁。所述炭黑载体颗粒包括小于40纳米(nm)的粒径、小于1重量百分比(wt％)的氧含量和至少50平方米每克(m2/g)的表面积。根据一些实施例，制造钒腐蚀抑制剂的方法包括氧化炭黑颗粒，将氧化的炭黑与镁盐溶液混合，干燥该混合物以得到氧化的炭黑与镁盐的干燥混合物，然后，将干燥后的混合物焙烧，产生钒腐蚀抑制剂。所述钒腐蚀抑制剂包括结合到所述炭黑载体颗粒的氧化镁。所述炭黑载体颗粒包括小于40nm的粒径、小于1.0重量百分比的氧含量、小于0.5重量百分比的灰含量和大于50m2/g的表面积。在前段中制备钒腐蚀抑制剂的方法得到亲油性腐蚀抑制剂。所述亲油性腐蚀抑制剂包括亲油性炭黑载体颗粒和附着于所述碳载体颗粒的镁。所述炭黑载体颗粒包括小于40nm的粒径、小于1.0重量百分比的氧含量、小于0.5重量百分比的灰含量和至少50m2/g的表面积。镁包括氧化镁、元素镁或其组合，其中所述亲油性腐蚀抑制剂的镁含量包括至少0.05至20重量百分比的氧化镁。在下面的详细说明中将阐述所描述的实施例的其他特征和优点，并且从该描述或通过实践描述的实施例所认识的，包括下面的详细说明、权利要求书和附图，所描述的实施例的其他特征和优点在某种程度上对于本领域技术人员来说将是显然的。附图说明图1包括三个样品的层叠X射线衍射光谱，其中样品1“(1)”和样品2“(2)”不含加载镁的炭黑。样品3“(3)”含有炭黑载体上的氧化镁。虚线是氧化钒(V2O5)的X射线衍射。图2是热重分析曲线图，显示了炭黑(虚线)和在炭黑载体上的氧化镁(实线)的(归一化的)重量作为摄氏度温度的函数。具体实施方式减少燃气轮机中钒腐蚀的方法包括向燃烧燃料中添加亲油性腐蚀抑制剂，其中亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体颗粒和附着在炭黑载体颗粒上的镁。所述炭黑载体颗粒包括小于40nm的粒径、按重量计小于1.0％的氧含量以及至少50m2/g的表面积。如本公开中所使用的，关于“载体颗粒”的术语“载体”或“负载”意思是载体颗粒(例如，炭黑)与负载的材料(诸如镁)之间的弱物理相互作用或化学键合。例如，当载体颗粒与负载的材料之间存在强化学键合时，例如氢氧化硅(Si-OH)的表面基团与金属化合物反应形成强化学键，例如Si-O-Mg。至于炭黑，这种强的化学键合是不期望的。炭黑载体颗粒可以是亲油性的，因此在与液体燃料混合时能够分散、溶解或以其他方式变成溶液。亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体和镁。亲油性腐蚀抑制剂可以分散在油中，并且比基于疏油的镁化合物的腐蚀抑制剂更容易与钒反应，在将水溶液注入燃烧场之前其通常溶解在水中。炭黑是一种胶体颗粒形式的元素碳，它是在受控条件下由气态或液态烃的不完全燃烧或热分解产生的。炭黑可显现为黑色，并且可以是细分的小粒形式或者可以是粉末。根据一个或多个实施例，按照ASTMD3849可定义为“平均粒径”的初级粒径应当是直径小于40纳米或小于20纳米，如通过电子显微镜所测量的。炭黑载体颗粒的氧含量可以小于1.0重量百分比，并且在一些实施例中，小于0.5重量百分比。在一个或多个实施例中，炭黑包括乙炔黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热炭黑。在一些实施例中，炭黑可以是乙炔黑。乙炔黑可能具有少量灰含量或少量杂质。炭黑载体颗粒的灰含量与炭黑的有效性相关联，并且可以小于0.5重量百分比。在一个或多个实施例中，炭黑载体颗粒的灰含量小于0.2重量百分比，并且在一些实施例中，灰含量小于0.1重量百分比。关于炭黑的“灰含量”意思是在空气中在750℃下燃烧后未燃烧并残留的任何无机杂质。在一个或多个实施例中，镁附着在炭黑载体上。术语“附着”可以指化学键、物理相互作用或以其他方式连接。炭黑载体的表面积越大，可以附着在载体上的镁越多，从而与更多的腐蚀性材料发生反应。炭黑载体颗粒的一个实施例具有从50m2/g到100m2/g的表面积。在另一个实施例中，表面积为从75m2/g至100m2/g。亲油性腐蚀抑制剂的镁可以是元素镁、氧化镁或元素镁和氧化镁两者的组合。在一些实施例中，亲油性腐蚀抑制剂的镁包括基于亲油性腐蚀抑制剂的重量的至少0.05至25.0重量百分比的氧化镁。在其他实施例中，基于亲油性腐蚀抑制剂的重量，镁的量是作为氧化镁的从0.05至20.0重量百分比或0.1重量百分比至10.0重量百分比。在一些实施例中，氧化镁在0.5和5.0重量百分比之间。将亲油性腐蚀抑制剂加入燃烧燃料中。燃烧燃料可以包括液体油。液体油是任何碳氢化合物，其可以在燃气轮机中燃烧而不引起诸如腐蚀和堵塞等问题。液体油可包括原油或柴油。燃烧燃料可从柴油、汽油或具有大于35℃闪点的任何其他烃类燃料中选择。与现有技术中使用的氧化镁不同，这种亲油性腐蚀抑制剂减小了燃烧过程中氧化钒的形成，从而减小了汽轮机腐蚀。通过氧化炭黑颗粒，然后将氧化的炭黑与含镁盐溶液或氧化镁水溶液混合，合成亲油性钒腐蚀抑制剂。炭黑和镁溶液通过搅拌器、超声波混合器或均化器剧烈混合。经过一定时间后，过滤混合物。干燥滤液。然后，通过在流动惰性气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，包括：将亲油性腐蚀抑制剂添加到燃烧燃料中，其中所述亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体颗粒和附着在所述炭黑载体颗粒上的镁，其中所述炭黑载体颗粒包括小于40纳米的粒径、按重量计小于1％的氧含量和至少50m2/g的表面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.19 US 62/324,3871.一种减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，包括：将亲油性腐蚀抑制剂添加到燃烧燃料中，其中所述亲油性腐蚀抑制剂包括炭黑载体颗粒和附着在所述炭黑载体颗粒上的镁，其中所述炭黑载体颗粒包括小于40纳米的粒径、按重量计小于1％的氧含量和至少50m2/g的表面积。2.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述镁是氧化镁。3.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述镁包括0.05至20重量百分比的氧化镁。4.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述燃烧燃料包括液体油。5.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述炭黑是乙炔黑。6.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述炭黑载体的粒径小于20nm。7.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述炭黑载体颗粒的氧含量小于1.0重量百分比。8.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述炭黑载体颗粒的灰含量小于0.5重量百分比。9.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，进一步包括混合所述亲油性载体和所述腐蚀抑制剂。10.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，进一步包括将所述亲油性腐蚀抑制剂与液体燃料溶剂混合。11.根据权利要求1所述的减少燃气轮机中钒腐蚀的方法，其中所述炭黑载体颗粒的表面积从50m2...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔基玄，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA