專利名稱:在熔煉爐中共同燃燒粗甘油的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及一種加熱熔煉爐的方法,更特別地涉及為這種燃燒器系統(tǒng)提供一種含甘油的燃料混合物,該甘油是一種生物柴油生產(chǎn)中的副產(chǎn)物。相關(guān)技術(shù)描述生物柴油燃料的生產(chǎn)在世界范圍呈指數(shù)增長。生物柴油生產(chǎn)過程中需要加入催化劑,在多數(shù)情況下該催化劑含鈉或鉀。甘油(也稱為丙三醇)是生物柴油生產(chǎn)中最大的副產(chǎn)物,生產(chǎn)每公噸生物柴油產(chǎn)生約IOOkg甘油。然而,由于使用含鈉或鉀的催化劑,產(chǎn)生的甘油含氯化鈉(NaCl)或氯化鉀(KCl)。這種雜質(zhì)使稱為粗甘油或未加工甘油的副產(chǎn)物甘油不適于甘油的許多常規(guī)應(yīng)用,以及許多可能的新用途,例如用作加熱熔煉爐的燃料。許多直接燃燒工業(yè)熔煉爐的操作并不能容許將NaCl或KCl引入到爐中,輻射管燃燒熔爐不能容許這些鹽在輻射管和排氣系統(tǒng)中堆積。此外,將粗甘油純化以用作燃料似乎是花費昂貴的。因此,可獲得的粗甘油供應(yīng)充足。在再生鋁生產(chǎn)工業(yè)中,廢棄的鋁在使用燃燒器系統(tǒng)的返焰爐中熔化,其中火焰和燃燒產(chǎn)物進入爐中并與熔化物接觸。因此,在燃燒器系統(tǒng)中使用的任何燃料一定不能含燃燒時會污染爐子或熔化了的金屬的成分。因此,使用常規(guī)燃料例如天然氣和燃料油加熱這些燃燒器系統(tǒng)。在熔化過程中,由于鋁具有化學(xué)活性,只要暴露在空氣中,熔化了的鋁表面會快速形成一層氧化鋁薄膜。因此,如果沒有保護措施,由于熔化了的金屬的混合、攪拌和振蕩,在熔化過程中會產(chǎn)生大量氧化鋁。澆鑄期間在熔化了的金屬中捕集的氧化鋁會導(dǎo)致鑄件存在缺陷,從而破壞最終鋁產(chǎn)品的機械性能。在熔煉爐中加入助熔劑可將在熔化過程中形成的氧化鋁減到最少并使其去除。浮渣助溶劑是通過對氧化物/熔化物界面去濕來起作用,以便從金屬中分離氧化物并將它們漂浮在熔池表面,從而在爐子出渣之前或期間能將它們從熔化了的鋁中容易地分離。也能使用覆蓋助溶劑為熔化了的金屬表面提供一個蓋子以通過阻止其與空氣接觸來抑制氧化。這些助熔劑的關(guān)鍵組分是NaCl和KCl。氯離子也與其它雜質(zhì)例如鎂鍵聯(lián)從而可在浮渣層除去 MgCl2。相似地,玻璃熔化過程中使用類似的燃燒器和能從玻璃中除去氣泡的含NaCl和/或KCl的澄清劑。在工業(yè)加熱過程中存在如何利用替代的燃料以實現(xiàn)顯著節(jié)省燃料費用的需要。這也有利于減少在再生鋁和玻璃熔化過程中助熔劑和澄清劑的費用。因此本發(fā)明目的是提供一種使用含NaCl和/或KCl的甘油加熱熔煉爐的方法,從而降低燃料費用同時為鋁或玻璃熔化過程提供有用的助熔劑或澄清劑成分。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種加熱其中加入助熔劑或澄清劑的熔煉爐的方法,包括為燃燒器系統(tǒng)提供一種含甘油的燃料混合物,其中甘油含氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)或其組合。甘油有利的是粗甘油,一種生物柴油生產(chǎn)中的副產(chǎn)物。它能在常規(guī)的燃燒器系統(tǒng)中與天然氣或燃料油共同燃燒或單獨燃燒。此外,甘油中NaCl和KCl的比例與熔煉爐所用助熔劑中的比例相同。本方法可應(yīng)用于在生產(chǎn)鋁、鋁合金(alloyed aluminum)或玻璃中使用的具有相似燃燒器系統(tǒng)并使用NaCl和/或KCl添加物作為熔化過程一部分的熔煉爐。發(fā)明詳述粗甘油,有時稱為未加工的甘油,是生物柴油生產(chǎn)中的副產(chǎn)物。其為甲醇、水、游離脂肪酸和無機鹽的組合。最常見的無機鹽是氯化鈉(NaCl)和氯化鉀(KCl)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)來自于生物柴油生產(chǎn)中的粗甘油能與燃料油或天然氣進行有效的共同燃燒或作為單獨的燃料(100% )燃燒,其中使用常規(guī)的直接燃燒燃料油或天然氣燃燒器,例如美國專利Nos. 3,180,394和6,471,508所述的那些,在此引用作為參考。當粗甘油與天然氣或燃料油共同燃燒時,甘油以至少約10%的量存在。甘油的燃燒是非常有利的,因為它用比常規(guī)燃料例如天然氣和燃料油更低的花費為熔煉爐提供熱量。在燃燒之前利用油預(yù)熱(120-220° F)降低燃料粘度的重油燃燒器系統(tǒng),例如布洛姆工程(BloomEngineering) 1800系列燃燒器系統(tǒng),特別適于燃燒能在約70-80° F以下開始固化的含甘油的燃料混合物。也可以使用100-120° F的預(yù)熱溫度。此外,氧氣燃燒能用于點燃甘油或含甘油的燃料。氧燃燒在玻璃熔煉爐以及使用非常臟的鋁廢料的再生鋁熔煉爐中是普遍的,由于效率和環(huán)境原因,減少煙道氣體積是人們想要的。使用甘油節(jié)省的燃料費用有助于彌補氧氣的花費。這些燃燒器系統(tǒng)也有利地在足夠高的溫度下(1400-1500° F)燃燒燃料以避免形成有毒的甘油焦化丙烯醛,當甘油在低溫下(< 1000° F)燃燒能形成該有毒物質(zhì)。然而,對于實際生產(chǎn)裝置中的大多數(shù)燃燒器系統(tǒng),粗甘油中的NaCl或KCl是個麻煩。當作為燃料燃燒,粗甘油的燃燒產(chǎn)物包括灰分,該灰分含有高含量的出現(xiàn)在粗甘油中的NaCl或KCl中的任一種鹽。對于直接燃燒爐,熔煉爐中的內(nèi)含物直接暴露在火焰和燃燒產(chǎn)物中,對于要生產(chǎn)的產(chǎn)品,NaCl或KCl是不想要的雜質(zhì)。對于輻射爐,只是將熱量傳遞到該過程,火焰和燃燒產(chǎn)物包含在輻射管或一些其它容納設(shè)備中,NaCl和KCl可能在輻射管壁或排氣管中堆積。NaCl和KCl非常具有腐蝕性并在任一情況下都能導(dǎo)致裝置的磨損。清理煙道氣,例如潤濕凈化或使用袋濾室,能用于從廢氣中除去NaCl或KC1,而顯著的費用會導(dǎo)致任何用粗甘油代替燃料油或天然氣而節(jié)省的費用不復(fù)存在。然而,發(fā)明人確定對于直接燃燒的再生鋁熔煉爐,粗甘油有利地可用作一種燃料,因為熔化過程已經(jīng)在助熔劑中使用NaCl和KC1。再生鋁熔煉爐或返焰爐是直接燃燒的,意味著燃燒器系統(tǒng)中來自于天然氣或燃料油燃燒的火焰直接進入熔煉爐。這表明任何的燃燒產(chǎn)物或在火焰中存在的雜質(zhì)都被引入爐內(nèi)從而能引入金屬。鋁非常易于被氧化,特別在高溫下。因此,在熔化期間,如果熔化了的鋁暴露在大氣中的氧氣下,將形成氧化層。當攪拌熔煉爐中熔化了的鋁時,隨著新金屬暴露在空氣中這
4種氧化層能多次形成。該氧化層還會進入熔化了的鋁中并在澆鑄期間保留,導(dǎo)致鑄錠中的缺陷。這些缺陷對于最終鋁產(chǎn)品的機械性能具有不利的影響。為避免來自于熔化過程的氧化鋁缺陷,在熔煉爐中使用助熔劑。助熔劑是化學(xué)品,其有助于去除氧化鋁和雜質(zhì)例如鎂(浮渣助熔劑),或?qū)⑷刍说匿X表面覆蓋以減少氧化物的形成(覆蓋助熔劑)。這些助熔劑的主要成分是氯化鈉(NaCl)和氯化鉀(KCl)。因此,當粗甘油在使用助熔劑的再生鋁熔煉爐的燃燒器系統(tǒng)中共同燃燒或單獨燃燒時,任何引入熔煉爐的NaCl和/或KCl將不是污染物,因為它們通常用作熔化過程的成分。將額外氯化物NaCl或KCl加入到熔化物中甚至可以減少需要手工加入到熔煉爐中的助熔劑添加物的量。粗甘油可包含1重量%至約7重量%的NaCl或KCl。對于典型的再生鋁熔煉爐單獨使用粗甘油燃燒或與天然氣共同燃燒的物料衡算如表1中所示,粗甘油將只提供少量額外NaCl或KCl到熔煉爐中,但將節(jié)省大量的能量費用。對于沒有熔化與這些計算中所用熔爐一樣多的臟廢料的其它類似熔爐,作為所需助熔劑一部分的NaCl或KCl的量可能是更高的。然而,可以看出加入到熔化物中的額外NaCl或KCl的量不是過量的或超出過程需要量。
表1 典型再生鋁熔煉爐的物料衡算每年鋁生產(chǎn)量71,357MT/年每年助熔劑添加量4,338 MT/年
權(quán)利要求
1.一種加熱其中加入助熔劑或澄清劑的熔煉爐的方法,包括為熔煉爐的燃燒器系統(tǒng)提供含甘油的燃料,其中甘油含氯化鈉、氯化鉀或其組合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中燃料含至少約10%的甘油。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中燃料含10-100%的甘油。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中甘油是粗甘油,其為一種生物柴油生產(chǎn)中的副產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中燃料中甘油的量由能被熔化過程容許的氯化鈉、氯化鉀或其組合的量確定。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其中燃料含天然氣或燃料油。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其中甘油含至少1重量%的氯化鈉、氯化鉀或其組合。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中燃燒器系統(tǒng)是在燃燒前加熱燃料以降低粘度的重油燃燒系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其中加熱使用氧氣注入以改進燃燒。
10.如權(quán)利要求1所述的方法,其中甘油含與助熔劑或澄清劑中相同比例的氯化鈉、氯化鉀或其組合。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,其中足夠的氯化鈉、氯化鉀或其組合由甘油提供以代替熔煉爐所用助熔劑的至少1. 7%。
12.如權(quán)利要求1所述的方法,其中熔化的材料是鋁或鋁合金。
13.如權(quán)利要求1所述的方法,其中熔化的材料是玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加熱其中加入助熔劑或澄清劑的熔煉爐的方法,包括為燃燒器系統(tǒng)提供一種含至少10%甘油的燃料混合物,其中甘油包含氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)或其組合。甘油有利地是粗甘油,一種生物柴油生產(chǎn)中的副產(chǎn)物。在常規(guī)燃燒器系統(tǒng)中它可以與天然氣或燃料油共同燃燒或單獨燃燒。此外,甘油中NaCl和KCl的比例與熔煉爐所用助熔劑中的比例相同。使用該方法可以顯著節(jié)省燃料費用和潛在節(jié)省助熔劑費用。該方法適用于具有相似燃燒器系統(tǒng)并利用NaCl和/或KCl添加物作為熔化過程一部分的生產(chǎn)鋁或玻璃所用的熔煉爐。
文檔編號C03B5/235GK102390917SQ20111019859
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者D·G·沙勒斯, J·D·斯威尼, J·N·切克艾, R·F·格林 申請人:布盧姆工程公司