工业重质燃料乳化燃烧除硫工艺 【技术领域】
本发明涉及一种重质燃料除硫工艺，尤其涉及一种工业重质燃料乳化燃烧除硫工艺。
背景技术
当前，我国工业生产采用的除硫技术，绝大多数限于烟气脱硫。烟气脱硫是在燃烧设备排烟部安装脱硫装置，采用旋流板、气泡雾化、填料塔、静电和电子束等脱硫工艺，通过碱性物质吸收、吸附、氧化、中和等物理、化学过程达到祛除SO2等酸性物(HF、HCl)的目的。其治理工艺方式，业界分为干法、湿法、半干法。各有所长、效果尚好。
然而，无论哪一种方法，均存在投资大，烟气流量在1.5万m3/h的小规模治理设备投资均不低于300万元；占地面积广、运行成本高的特征。尤其反应生成物的处理更是耗时、耗力、耗资巨大。极大的影响了企业的治理积极性和运行持续性。
如此技术背景下，寻求一种治理SO2投资少，治理设备占地面积小，运行成本低，乳化燃烧一定的节油率可摊平运行成本的脱硫技术，便成为当务之急。
【发明内容】
本发明针对上述现有技术中存在的问题，经多年实践，不断完善，以反应动力学和化学平衡理论为基础，遵照脱硫剂粒径越小，分布越均匀、反应转化率越高的原理，提供了一种工业重质燃料乳化燃烧除硫工艺，解决了现有技术中除硫投资大，运行成本高的问题。
本发明的工艺方法包括下述步骤：
制备除硫助剂：常温条件下，将碱性金属物溶解于水中做为除硫助剂；
制备乳化油：将上述除硫助剂与乳化添加剂投入乳化机，在80℃-90℃条件下进行乳化处理，形成油包水型(W/O)乳化油，上述除硫助剂与乳化添加剂的重量份数比为5-40∶20-100；
除硫：将上述乳化油输入燃烧室，乳化油在燃烧过程中直接与重质燃料产生的燃气中的SO2发生中和反应，至生成无毒无害的亚硫酸盐和硫酸盐为止。
所述的碱性金属物为Na2CO3、Na2O、CaCO3、CaO、NaOH、Ca(OH)2中的至少一种。
所述的乳化添加剂为Na2CO3、NaOH、司盘20与吐温80的组合物，其重量份数比为Na2CO3∶NaOH∶司盘20∶吐温80＝5-40∶10-55∶1-5∶4-20。
所述的乳化机为动静一体化均质乳化机。
本发明的优点效果如下：
重油、浆油、煤焦油等重质燃料油乳化燃烧脱硫工艺是一种应运而生的除弊增效的新工艺。它具有诸多优点，如除硫设备投资低，相同治理规模只相当于干法、半干法的1/6；占地面积小，只须20m2；运行成本低，所用除硫剂只须2％的节油率便可摊平，等于无除硫剂材料成本。
本发明是在总结、消化、吸收当今广泛应用的干法、湿法、半干法除硫技术的基础上，经多年运行实践不断发展完善而确立的新工艺、新技术。本发明以反应动力学和化学平衡理论为基础，遵照脱硫剂粒径越小，分布越均匀、反应转化率越高的原理，首先将脱硫剂溶于水中，然后再经乳化机均质乳化处理使之均匀分散在燃料油中，直接在燃烧做功过程中祛除SO2。其特征是：
1、设备投资小，除硫效率高，运行成本低，反应转化快而彻底。
2、脱硫剂利用率高。脱硫剂加入量可随燃油含硫率高低而调配，以达能效平衡。
3、反应生成物对烧结、熔化产品质量有益无害，尤其对玻璃熔液，可减少助熔剂和澄清剂用量。
经实验检测证明：采用本发明，SO2排放降低55％-95％。并通过了浙江省环境保护监察大队的认证检测。
本发明的技术原理为：
本技术采用酸碱中和原理，将多种碱性金属物首先溶解于水中，如：Na2CO3、Na2O、CaCO3、CaO、NaOH、Ca(OH)2做为除硫助剂，然后按标定比例与专用乳化添加剂经动静一体化均质乳化机处理，形成完美W/O(油包水型)乳化油，直供或储存应用。本乳化油在燃烧过程中直接与燃气中的SO2发生中和反应，生成无毒无害的亚硫酸盐和硫酸盐，从而达到降低硫氧化物，净化排放的目的。
本发明的技术标准为：
乳化油的制备质量标准是降污减排效果和节油效果的命脉。不达标准的乳化油不具有工业使用价值和减排降耗功能。本发明技术标准为：
1、分散相粒径≤2.5μm
2、分布率≥95％
3、稳定期≥180天
4、W/O型
【具体实施方式】
本发明结合具体实施例，进行详细描述如下：
实施例1
制备除硫助剂：常温条件下，将碱性金属物Ca(OH)2溶解于水中做为除硫助剂，在带有搅拌设备的耐酸碱的搅拌罐中至Ca(OH)2全部溶解；
制备乳化油：将上述除硫助剂Ca(OH)2与乳化添加剂投入动静一体化均质乳化机，乳化添加剂为Na2CO3、NaOH、司盘20与吐温80的组合物，其重量份数比为Na2CO3∶NaOH∶司盘20∶吐温80＝20∶40∶2∶8，在80℃条件下进行乳化处理，形成油包水型(W/O)乳化油，上述除硫助剂与乳化添加剂的重量份数比为20∶60；
除硫：将上述乳化油输入燃烧室，乳化油在燃烧过程中直接与重质燃料产生的燃气中的SO2发生中和反应，根据重质燃料的含硫量确定投入乳化油的量，直至重质燃料中的硫全部生成无毒无害的亚硫酸盐和硫酸盐为止。
实施例2
所述的制备除硫助剂步骤中，所述的碱性金属物为Na2O；
所述的制备乳化油步骤中，乳化添加剂为Na2CO3∶NaOH∶司盘20∶吐温80＝5∶10∶1∶4；90℃条件下进行乳化处理，除硫助剂与乳化添加剂的重量份数比为5∶20，其它步骤同实施例1。
实施例3
所述的制备除硫助剂步骤中，所述的碱性金属物为Na2CO3；
所述的制备乳化油步骤中，乳化添加剂为Na2CO3∶NaOH∶司盘20∶吐温80＝40∶55∶5∶20；85℃条件下进行乳化处理，除硫助剂与乳化添加剂的重量份数比为40∶100，其它步骤同实施例1。
实施例4
所述地制备除硫助剂步骤中，所述的碱性金属物为CaCO3和CaO；所述的制备乳化油步骤中，乳化添加剂为Na2CO3∶NaOH∶司盘20∶吐温80＝5∶55∶1∶9；除硫助剂与乳化添加剂的重量份数比为5∶100，其它步骤同实施例1。
实施例5
所述的制备除硫助剂步骤中，所述的碱性金属物为CaO、NaOH、Ca(OH)2；其它步骤同实施例1。
实施例6
所述的制备除硫助剂步骤中，所述的碱性金属物为Na2CO3、Na2O、CaCO3、CaO、NaOH、Ca(OH)2。其它步骤同实施例1。
本发明乳化油除硫化学反应式：
1、氢氧化钙吸收反应和脱硫反应
Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O
氢氧化钙与SO2直接反应
Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
2、碳酸钠、氢氧化钠吸收脱硫反应
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
Na2SO3进一步吸收SO2转变成NaHSO3
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3
生成物亚硫酸钠通过窑炉内不断进入的新鲜空气O2，使之变成无害的硫酸钠：
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4
亚硫酸盐生产速度随温度升高而增快。其反应活化能为153KJ/mol。CaO与SO2的反应速度与CaO比表面积的二次方成正比。特别当表面上有碱性离子存在时，离子的转移速度和反应活性都会增强。
从反应动力学原理和化学平衡理论计算可知，脱硫剂粒径越小，分布越均匀，反应转化率越高、吸收速率越快，除硫效率越高。在此前提下，由于乳化油制备标准的细化、均质化原则限定，乳化燃烧除硫技术完全符合反应动力学和化学平衡理论的全部条件。
本发明经浙江省环境监测中心的监测结果如下表：
窑炉废气监测结果表
二氧化硫排放削减率计算表
结论：监测结果表明，在正常相似工况条件下，技改前后二氧化硫排放消减率为56.2％；并且本发明可随燃油含硫率高低而调配，以达能效平衡。