殘渣燃料油是經過對原油進行各種處理，從中分離出各種組分以後殘留下的部分，這也是稱其為殘渣燃料的原因。在美國以外的很多國家，原油經蒸餾後，從蒸餾塔塔底出來的稱為常壓渣油。美國的大部分煉油廠將常壓渣油作為原料通入閃蒸罐，留在閃蒸罐底部的組分就是渣油的主要組成部分。
基本介紹
- 中文名：殘渣燃料油
- 外文名：Residual fuel oil
- 學科：石油化工
- 套用：大型柴油機燃燒
- 特點：粘度大、價格低廉
- 定義：原油處理分離剩餘的部分
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組成
殘渣燃料油是一種塔底殘渣，通常是減壓蒸餾或減黏裂化的殘油，有時也包括常壓渣油。這些物料一般黏度太大，難以滿足燃料油的指標要求。所以，他們要與低黏度的調和組分混合，如催化裂化的輕、重循環油漿，減壓餾分油。典型的殘渣油與輕油的稀釋比為70:30。輕油和殘渣油的選擇不僅是為了滿足黏度要求，也可滿足硫、金屬含量的要求。殘渣燃料油可以加入兩種添加劑，一種是減少顆粒排放的助燃劑，另一種是改善燃制油穩定性的添加劑。
殘渣燃料油使用特性
儲存
儲存殘渣燃料油的油罐一般由低碳鋼製造，為臥式罐和立式罐。這種燃料油的安全性指標要求比較寬鬆，因為它的蒸發性較弱，不是易燃油品。由於殘渣燃料油的黏度較大，要求有適當的儲存溫度，以便於油品的泵送。 考慮泵送和儲存時，殘渣燃料油的儲存溫度可控制在下面兩個水平：
①油罐溫度比油品的傾點高10℃以上，即大致在40～50℃。如果油溫數周超過60℃，將加速油品的降解老化。
②粗濾器和精濾器的溫度要保證油品有較好的流動和泵送性能，一般可控制在80℃左右。但殘渣燃料油的溫度可能需要進一步的提高，以確保燃料在燃燒器中有良好的霧化。
通過採用循環油管對油罐進行加熱和保溫維持燃料油的溫度。加熱一般採用蒸汽或導熱油，也有採用電加熱。在加熱過程中要防止油品的局部過熱及由此產生的油品裂化。
燃料油準備
燃料油準備的目的是將燃料的溫度和壓力提升至與燃燒器內要求的一致。燃料首先在密封環里被加壓到中等壓力(大約0.3～0.5兆帕)。然後，密封環的燃料油進入燃燒器後，儲罐中的油又重新注滿密封環。在這個密封環中，油品通過球形顆粒過濾器除去焦炭顆粒和機械雜質(過濾器濾孔尺寸開始大約為500微米，逐步減小到90～120微米)。管道採用蒸汽或電加熱保溫，密封環必須設計有自動泄壓裝置。
在二級循環系統中，燃料油被輸送到燃燒器中，其溫度和壓力被提升到與燃燒器內的溫度和壓力一致，以保證能較好地燃燒。通常採用齒輪泵來輸送燃料油，加熱則採用直接電加熱或與蒸汽、熱流體進行換熱，熱流體的溫度不能太高，以避免油品的裂化，要求熱流體的熱流量不要超過1.3瓦/平方厘米。在油品準備系統內也必須有脫氣系統。
燃燒器
在燃燒器中，空氣和燃料混合使火焰能穩定充分燃燒，以最大限度減少污染物的排放，每千克燃料大約與10立方米的空氣完全反應，在燃料燃燒過程中，實際空氣用量大約超過化學計量的5%～30%，過剩空氣保證燃料的充分燃燒。
燃料只有被霧化器霧化為很小的顆粒才能充分燃燒。一般顆粒尺寸大約為幾十微米。霧化器也使燃料與空氣瞬間充分混合。霧化裝置有多種形式，機械霧化器(和壓力霧化器)是將燃料加壓至3～4兆帕，旋轉、擠壓通過帶尖板的噴嘴；蒸汽(有時是空氣)輔助霧化器是在壓力條件下，燃料和蒸汽首先混合，然後通過噴嘴後的氣體膨脹實現燃料油的霧化；旋杯型霧化器是燃料以高速沿軸向進入旋轉的杯中，先在杯壁形成薄的油膜，然後在表面張力、蒸氣和高速空氣流的作用下分散成顆粒。
有助於燃料霧化效果的關鍵因素如下：
①燃料油的黏度必須足夠低，在機械和蒸氣輔助霧化器中，黏度要低於15厘斯；在旋杯霧化器中，黏度要低於40厘斯。改變燃料油的溫度可以調節其黏度。②霧化器的噴嘴必須清潔、無損壞；霧化效果受油中的微細顆粒的影響，因為這些顆粒能改變噴嘴開口的尺寸和形狀。
加熱器
殼式和水管式均能使用殘渣燃料油，殼式更適用於小型裝置(<10兆瓦)。殘渣燃料油的其他使用場合包括過程加熱，即某些過程中的流體需要加熱。如煉廠中的原油和其他蒸氣經常用殘渣燃料油進行加熱，因為殘渣燃料油在煉廠最為易得。高溫過程方面的套用包括陶瓷窯、玻璃加工爐。這些方面所使用的加熱器能調節火焰的形狀和輻射強度。
環境影響
硫氧化合物的排放
燃料油中的硫主要被氧化為二氧化硫，大約只有2%～3%的二氧化硫被進一步氧化為三氧化硫。煙道氣中硫氧化物的含量與油中的硫含量成正比。如果燃料油中的硫含量為l%(質量分數)，則煙道氣中硫氧化物的含量為1700毫克/立方米。過剩空氣的比例越高，越有助於三氧化硫的形成。在限制硫氧化物排放的地區，必須依據硫含量選擇使用燃料油，以滿足硫氧化物排放的控制指標。另一種方法是煙道氣的脫硫處理，脫硫處理的操作成本較高，只有大型裝置才可採用。
顆粒物排放
殘渣燃料油燃燒排放的大多數顆粒物都是空心球形顆粒，它是燃料油液滴油品裂解後形成的。顆粒物尺寸大致與燃料油霧化形成的液滴尺寸相當，從幾個微米到幾十個微米。燃料油燃燒也能生成菸灰狀顆粒，這些顆粒不但尺寸小(只有幾百個納米)，而且量也很少。顆粒物的生成傾向與燃料油中的瀝青質含量及康氏殘炭含量有一定的關係，在未完全燃燒前，顆粒就從火焰燃燒區逃逸出來。影響顆粒物生成傾向的其他因素還有燃料油的化學組成和金屬含量，這些因素也可能對顆粒物的形成有重要作用。
控制顆粒物的排放的有效措施是：促使燃料的完全燃燒、添加助燃添加劑，這樣可減少50%的顆粒物的排放。另外，也可以建立煙道氣灰塵顆粒回收裝置，但這在火力電廠還沒有普遍採用。在燃料油中注入乳化水對降低顆粒物的生成十分有效，因為水的加入可以提高燃料油的霧化效果，減小油滴尺寸。
①NOX的排放。
煙道氣中的氮氧化物(主要是一氧化氮，部分轉化為二氧化氮)是由燃燒空氣中的氮氣而形成的，少量是來源於燃料油中氮化合物的燃燒。火焰溫度對氮氧化物的形成有重要作用。
所謂“低一NOX，”燃燒器能夠用於控制NOX的生成，但此時殘渣燃料油的燃燒效率也會降低，因為降低NOX生成的措施是降低燃燒的火焰溫度。而且，低NOX燃燒器能夠改變火焰形狀，降低火焰輻射強度，因此，這種技術不能滿足燃燒室的需要。
所謂的選擇還原(催化或非催化)煙氣處理是最為適宜的處理技術。非催化方法使用尿素或氨為反應介質，這種方法簡單，但效率低於50%催化方法的效率高得多(>80%)，但操作成本較高。
②重金屬的排放。
殘渣燃料油中也含有鎳和釩，這些金屬富集在焦炭顆粒中，由於鎳是有毒的，需要降低其排放，降低的方法一是使用低金屬含量的燃料油，二是對煙道氣進行脫灰處理。
殘渣燃料油市場
由於渣油自身的物理性質以及其他商業因素的原因，使得渣油與其他燃料油相比價格較為低廉。殘渣燃料油的運輸和燃燒都需要特殊的設備。殘渣燃料油在管線中以及在運輸過程中和在儲藏過程中都應進行加熱以防止其固化；另一方面，也是更為重要的是，殘渣燃料油是生產完其他各種產品後殘留下的部分，在短期內供應的彈性變化幾乎為零。當煉油廠討論出售殘渣燃料油時，購買者通常樂於聽到有關處理殘渣燃料油的訊息。
殘渣燃料油較低的價格自然會吸引使用者尋找更多利用它的方法。畢竟與其他燃料相比，每加侖的殘渣燃料油具有更大的熱值。殘渣燃料油的傳統用途是鍋爐燃料——種最簡單的燃燒烴類的方法。加熱的燃料被霧化噴人鍋爐中，在鍋爐中燃燒。鍋爐中有許多的管子，水從管子中流過時會被加熱成蒸汽或過熱蒸汽。產生的蒸汽可以用來驅動發電機、輪船的推進系統或者其他的機械設備。
隨著機械工程師對柴油發動機的改進，使得柴油發動機可以使用較重且廉價的殘渣燃料油。使用柴油機具有一定的優點，燃燒產生的熱量會被更充分地利用而不會從煙道中流出損失掉。
