操作不同于气体涡轮的热装置的方法和使用这种方法抑制钒腐蚀。本发明专利技术涉及一种操作热装置的方法，该热装置包含以被钒、硫并可能被钠污染的燃料进料的燃烧室。特别地，该燃烧室还以硼和镁进料，按一定的量使得镁摩尔比m=MgO/V2O5和硼摩尔比b=B2O3/V2O5满足条件(i)m＞2+b；(ii)m＜3+2b；(iii)b＞0.5和(iv)b＜2，以使燃烧产物包含钒酸镁、混合的镁硼氧化物并可能包含硼酸钠。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操作燃烧装置的方法和使用这种方法抑制钒腐蚀相关申请的交叉引用 本专利申请要求2010年10月4日提交的美国临时专利申请号61/389，570的优先权。美国临时专利申请号61/389，570的全部内容通过引用以其整体并入本文。美国专利申请公开号2010-0255431的全部内容也通过引用以其整体并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及对热装置的钒腐蚀的防护，所述热装置经受不同于气体涡轮的操作并燃烧被钒污染的液体燃料。本专利技术特别涉及一种操作以这类燃料为进料的热装置(例如蒸汽锅炉)的方法。出于经济观点，在能源应用中利用某些低值石油馏分变得愈加有利，所述低值石油馏分例如:极度重质原油、蒸馏残余物(来自大气压或真空蒸馏)、产生于石油深度转化的副产物(衍生自自FCC (流化催化裂化)单元的高循环油和浆料)和可能某些重馏分。为了此目的，可在各种热装置中燃烧这些燃料，例如:气体涡轮、锅炉、炉、柴油发动机等，目的是产生热量或蒸汽、机械能或电。然而，在这些油馏分中主要以钒卟啉形式存在的有机钒化合物在金属合金 和陶瓷中产生腐蚀问题，所述金属合金和陶瓷在这些暴露于燃烧气的装置的部件中用作结构材料或用作表面涂层(防护层或热障)。专利技术简述 一种操作燃烧装置的方法包括将被钒污染的燃料进料到燃烧装置并将一种或多种硼化合物和一种或多种镁化合物进料到燃烧装置的燃烧室。所述一种或多种硼化合物和一种或多种镁化合物所添加的量使得相对于在燃烧室内由燃料中的钒形成的V2O5添加到燃烧室的MgO等价物的摩尔比为摩尔比m，且相对于在燃烧室内由燃料中的钒形成的V2O5添加到燃烧室的B2O3等价物的摩尔比为摩尔比b。摩尔比b和m满足以下条件:(i) m ^ 2+b和(ii)b 彡 0.5。附图简述 附图说明图1是显示关于镁、硼和钒比率的本专利技术实施方案的图表。图2是显示关于镁、硼和钒比率的本专利技术更具体的实施方案的图表。专利技术详述 在本申请中，术语“燃烧装置”总的指不是气体涡轮的热装置，其利用优选为含钒重质燃料油的可燃燃料，且其以300°C _1050°C的废气温度操作，如下所述，该温度类似于锅炉的废气温度。这些燃烧装置，例如锅炉，可在300psig-2650psig的蒸汽压力下或在该范围内的任何子压力范围下操作，但更典型地在1200psig-1500psig的范围内或该范围内的任何子压力范围内操作。燃烧装置(例如锅炉)可能或可能不用于产生过热蒸汽，但该单元在优选实施方案中可含有过热器。目标系统中的操作废气温度范围为300°C -1050°C(和该范围内的任何子温度范围)，例如 400°C -900°C >400°C -650°C >500°C _800°C和 500°C _600°C。典型的锅炉温度将用作燃烧装置的实例；然而，本文献作出的所有结论可延伸至具有类似于锅炉的操作温度水平的任何类型热设备，其包括工业炉和柴油发动机但排除特征为特别高温水平并需要特定抑制条件的气体涡轮。本说明书中公开的任何范围视为包括该范围内的任何子范围并为之提供支持。本说明书中公开的任何范围视为包括该范围内的任何点并为之提供支持。按照用途，特定加热区域中燃烧装置(例如锅炉)的气体温度或Tg指热废气的温度。“Tw”指特定锅炉加热区域中的管壁温度且低于“Tg”，因为锅炉水在管内循环。上述腐蚀称为“钒腐蚀”，归因于在燃烧中形成了氧化态5的钒化合物或包括碱金属的化合物，所述氧化态5的钒化合物特征为在一些锅炉区域中在管壁温度Tw以下的低熔点Tni，例如五氧化二钒(V2O5:Tm = 675°C)，所述包括碱金属的化合物例如碱金属偏钒酸盐(NaVO3 =Tm = 6280C ；KV03:Tm = 517。。;这两种盐的共熔点=Tm = 475。。)和 V205/Na2S04 混合物(在40mol % Na2SO4下的共熔点=Tm = 500。。)。因此，应注意到碱金属(Na，K)与V2O5的结合特别有害，因为形成更加可熔而且在熔化状态下具有更高流动性和更高传导性的化合物。这些化合物以液体形式通过废气运输，并可沉积在炉中的管(水壁管)上或可传送到对流通道(convection pass)内并沉积在装置的过热器、再热器、锅炉或节热管(economizertube)上。沉积在水壁管以及过热器、锅炉和节热区域上的级分可导致强烈的电化学攻击，其特征为与氧化剂结合的熔化的电解介质，在此情况下为来自燃料的处于自身氧化态5的钒、处于氧化态6的硫(303和硫酸盐)、以及燃烧气所包含的任何残余的氧。钒腐蚀可通过以下受抑制:化学俘获耐高温(refractory)和化学稳定的化合物内的V2O5，其消除熔化的电解介质并由此消除这种形式的高温腐蚀。可能的钒抑制剂为基于碱土金属的化合物，例如钙盐和镁盐。注入要保护的燃烧装置的炉内的这些抑制剂与钒化合物反应以形成原钒酸盐、焦钒酸盐和偏钒酸盐，其熔点高于V2O5和相应的钒酸钠物类的熔点。原钒酸盐可按M3(VO4)2的形式书写，其中M表示碱土金属。在镁的特定情况下，具有1074°C熔点的原钒酸(OV)镁根据以下反应形成:` (la) V2O5 + 3Mg0 — Mg3 (VO4) 2。焦钒酸盐可按M2(V2O7)的形式书写，其中M表示碱土金属。在镁的特定情况下，具有980°C熔点的焦钒酸(PV)镁根据以下反应形成:(lb) V2O5 + 2Mg0 — Mg2V2O7。偏钒酸盐可按M(VO3)2的形式书写，其中M表示碱土金属。在镁的特定情况下，具有742°C熔点的偏钒酸(MV)镁根据以下反应形成:(Ic) V2O5 + MgO — Mg (VO3)20反应(la)、(Ib)和(Ic)以Mg作为上述的金属M而书写。然而,反应(la)、(Ib)和(Ic)还可用钙或镍代替镁来书写，且氧化钙和氧化镍可代替本专利技术中的MgO而使用，但MgO为优选。在本公开内容中，Mg将用作实例，但其它碱土金属(例如钙或钡)可取代其位置。对应于原钒酸盐、焦钒酸盐和偏钒酸盐的摩尔比(M(VV2O5)分别为3、2和I。该抑制模式(其在于从暴露的表面去除腐蚀性的钒衍生物并在于将它们俘获在普遍认为稳定的耐高温化合物中)使所有材料(不论金属、陶瓷或复合的)被有效保护。必须按充足的量注入抑制剂，使得一方面俘获通过燃料引入的所有钒，另一方面基于炉操作条件而形成期望的钒酸盐物类。在燃烧装置例如蒸汽锅炉系统中，原钒酸盐和焦钒酸盐物类具有足够高的熔点以实现所需防护。至于偏钒酸盐形式，必须注意在壁上沉积的灰层暴露于包含在金属表面温度(“Tw”)和废气温度“Tg”之间的温度(“Td”)。因此，高于Tw的偏钒酸盐的熔点(742°C )足以避免可熔的腐蚀性炉渣形成在金属壁上，使得偏钒酸镁也是合适的抑制产物；然而因为Tg可超过742°C (例如在炉中或在过热器部分中)，含有大量Mg(VO3)3的任何灰层可能经历其外部的部分熔融和烧结，产生不易去除的沉积物。实际上，以抑制燃烧装置(例如锅炉)中的钒腐蚀为目标的(Mg/V)比按重量计为1，其对应于2.09的原子(Mg/V)比和约4.2的摩尔(Mg0/V205)比。根据反应(Ia)，该剂量的MgO理论上应使得能够形成需要摩尔(Mg0/V205)比为3的很高熔点的原钒酸盐。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.04 US 61/3895701.操作燃烧装置的方法，该方法包含将被钒污染的燃料进料到所述燃烧装置，和将一种或多种硼化合物和一种或多种镁化合物进料到所述燃烧装置的燃烧室，按一定的量以使相对于在所述燃烧室内由所述燃料中的钒形成的V2O5的摩尔数，添加到所述燃烧室的MgO等价物的摩尔比为摩尔比m，且相对于在所述燃烧室内由所述燃料中的钒形成的V2O5的摩尔数，添加到所述燃烧室的B2O3等价物的摩尔比为摩尔比b，且其中摩尔比b和m满足以下条件:(i) m 彡 2+b 和(ii) b 彡 0.5。2.权利要求1的方法,其中所述摩尔比b和m满足附加条件:m< 3 + 2b。3.权利要求2的方法，其中所述摩尔比b和m满足附加条件:(i)m彡5和(ii)b 彡 1.5。4.权利要求1的方法，其中进料到所述燃烧室的硼和镁的至少一些为混合的镁硼氧化物形式。5.权利要求4的方法，其中所述混合的镁硼氧化物为纳米尺度形式。6.权利要求1的方法，其中至少一些混合的镁-硼氧化物在所述燃烧室中由所述燃烧室上游引入的至少一种前体形成。7.权利要求6的方法，其中所述混合的镁-硼氧化物为纳米尺度形式。8.权利要求1-7中的一项的方法，其中所述燃烧装置在300°C_1050°C的废气温度下操作。9.权利要求1-7中的一项的方法，其中所述燃烧装置在300psig-2650psig的压力下操作。10.权利要求1-7中的一项的方法，其中所述燃烧装置在300°C_10...
【专利技术属性】
技术研发人员：DA梅斯克斯，M莫利耶，J比特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：
国别省市：
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