专利名称：在熔炼炉中共同燃烧粗甘油的方法
技术领域：
本发明一般涉及一种加热熔炼炉的方法，更特别地涉及为这种燃烧器系统提供一种含甘油的燃料混合物，该甘油是一种生物柴油生产中的副产物。相关技术描述生物柴油燃料的生产在世界范围呈指数增长。生物柴油生产过程中需要加入催化剂，在多数情况下该催化剂含钠或钾。甘油(也称为丙三醇)是生物柴油生产中最大的副产物，生产每公吨生物柴油产生约IOOkg甘油。然而，由于使用含钠或钾的催化剂，产生的甘油含氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)。这种杂质使称为粗甘油或未加工甘油的副产物甘油不适于甘油的许多常规应用，以及许多可能的新用途，例如用作加热熔炼炉的燃料。许多直接燃烧工业熔炼炉的操作并不能容许将NaCl或KCl引入到炉中，辐射管燃烧熔炉不能容许这些盐在辐射管和排气系统中堆积。此外，将粗甘油纯化以用作燃料似乎是花费昂贵的。因此，可获得的粗甘油供应充足。在再生铝生产工业中，废弃的铝在使用燃烧器系统的返焰炉中熔化，其中火焰和燃烧产物进入炉中并与熔化物接触。因此，在燃烧器系统中使用的任何燃料一定不能含燃烧时会污染炉子或熔化了的金属的成分。因此，使用常规燃料例如天然气和燃料油加热这些燃烧器系统。在熔化过程中，由于铝具有化学活性，只要暴露在空气中，熔化了的铝表面会快速形成一层氧化铝薄膜。因此，如果没有保护措施，由于熔化了的金属的混合、搅拌和振荡，在熔化过程中会产生大量氧化铝。浇铸期间在熔化了的金属中捕集的氧化铝会导致铸件存在缺陷，从而破坏最终铝产品的机械性能。在熔炼炉中加入助熔剂可将在熔化过程中形成的氧化铝减到最少并使其去除。浮渣助溶剂是通过对氧化物/熔化物界面去湿来起作用，以便从金属中分离氧化物并将它们漂浮在熔池表面，从而在炉子出渣之前或期间能将它们从熔化了的铝中容易地分离。也能使用覆盖助溶剂为熔化了的金属表面提供一个盖子以通过阻止其与空气接触来抑制氧化。这些助熔剂的关键组分是NaCl和KCl。氯离子也与其它杂质例如镁键联从而可在浮渣层除去 MgCl2。相似地，玻璃熔化过程中使用类似的燃烧器和能从玻璃中除去气泡的含NaCl和/或KCl的澄清剂。在工业加热过程中存在如何利用替代的燃料以实现显著节省燃料费用的需要。这也有利于减少在再生铝和玻璃熔化过程中助熔剂和澄清剂的费用。因此本发明目的是提供一种使用含NaCl和/或KCl的甘油加热熔炼炉的方法，从而降低燃料费用同时为铝或玻璃熔化过程提供有用的助熔剂或澄清剂成分。发明概述本发明涉及一种加热其中加入助熔剂或澄清剂的熔炼炉的方法，包括为燃烧器系统提供一种含甘油的燃料混合物，其中甘油含氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)或其组合。甘油有利的是粗甘油，一种生物柴油生产中的副产物。它能在常规的燃烧器系统中与天然气或燃料油共同燃烧或单独燃烧。此外，甘油中NaCl和KCl的比例与熔炼炉所用助熔剂中的比例相同。本方法可应用于在生产铝、铝合金(alloyed aluminum)或玻璃中使用的具有相似燃烧器系统并使用NaCl和/或KCl添加物作为熔化过程一部分的熔炼炉。发明详述粗甘油，有时称为未加工的甘油，是生物柴油生产中的副产物。其为甲醇、水、游离脂肪酸和无机盐的组合。最常见的无机盐是氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)。本发明人发现来自于生物柴油生产中的粗甘油能与燃料油或天然气进行有效的共同燃烧或作为单独的燃料(100% )燃烧，其中使用常规的直接燃烧燃料油或天然气燃烧器，例如美国专利Nos. 3，180，394和6，471，508所述的那些，在此引用作为参考。当粗甘油与天然气或燃料油共同燃烧时，甘油以至少约10%的量存在。甘油的燃烧是非常有利的，因为它用比常规燃料例如天然气和燃料油更低的花费为熔炼炉提供热量。在燃烧之前利用油预热(120-220° F)降低燃料粘度的重油燃烧器系统，例如布洛姆工程(BloomEngineering) 1800系列燃烧器系统，特别适于燃烧能在约70-80° F以下开始固化的含甘油的燃料混合物。也可以使用100-120° F的预热温度。此外，氧气燃烧能用于点燃甘油或含甘油的燃料。氧燃烧在玻璃熔炼炉以及使用非常脏的铝废料的再生铝熔炼炉中是普遍的，由于效率和环境原因，减少烟道气体积是人们想要的。使用甘油节省的燃料费用有助于弥补氧气的花费。这些燃烧器系统也有利地在足够高的温度下(1400-1500° F)燃烧燃料以避免形成有毒的甘油焦化丙烯醛，当甘油在低温下(< 1000° F)燃烧能形成该有毒物质。然而，对于实际生产装置中的大多数燃烧器系统，粗甘油中的NaCl或KCl是个麻烦。当作为燃料燃烧，粗甘油的燃烧产物包括灰分，该灰分含有高含量的出现在粗甘油中的NaCl或KCl中的任一种盐。对于直接燃烧炉，熔炼炉中的内含物直接暴露在火焰和燃烧产物中，对于要生产的产品，NaCl或KCl是不想要的杂质。对于辐射炉，只是将热量传递到该过程，火焰和燃烧产物包含在辐射管或一些其它容纳设备中，NaCl和KCl可能在辐射管壁或排气管中堆积。NaCl和KCl非常具有腐蚀性并在任一情况下都能导致装置的磨损。清理烟道气，例如润湿净化或使用袋滤室，能用于从废气中除去NaCl或KC1，而显著的费用会导致任何用粗甘油代替燃料油或天然气而节省的费用不复存在。然而，发明人确定对于直接燃烧的再生铝熔炼炉，粗甘油有利地可用作一种燃料，因为熔化过程已经在助熔剂中使用NaCl和KC1。再生铝熔炼炉或返焰炉是直接燃烧的，意味着燃烧器系统中来自于天然气或燃料油燃烧的火焰直接进入熔炼炉。这表明任何的燃烧产物或在火焰中存在的杂质都被引入炉内从而能引入金属。铝非常易于被氧化，特别在高温下。因此，在熔化期间，如果熔化了的铝暴露在大气中的氧气下，将形成氧化层。当搅拌熔炼炉中熔化了的铝时，随着新金属暴露在空气中这
4种氧化层能多次形成。该氧化层还会进入熔化了的铝中并在浇铸期间保留，导致铸锭中的缺陷。这些缺陷对于最终铝产品的机械性能具有不利的影响。为避免来自于熔化过程的氧化铝缺陷，在熔炼炉中使用助熔剂。助熔剂是化学品，其有助于去除氧化铝和杂质例如镁(浮渣助熔剂)，或将熔化了的铝表面覆盖以减少氧化物的形成(覆盖助熔剂)。这些助熔剂的主要成分是氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)。因此，当粗甘油在使用助熔剂的再生铝熔炼炉的燃烧器系统中共同燃烧或单独燃烧时，任何引入熔炼炉的NaCl和/或KCl将不是污染物，因为它们通常用作熔化过程的成分。将额外氯化物NaCl或KCl加入到熔化物中甚至可以减少需要手工加入到熔炼炉中的助熔剂添加物的量。粗甘油可包含1重量％至约7重量％的NaCl或KCl。对于典型的再生铝熔炼炉单独使用粗甘油燃烧或与天然气共同燃烧的物料衡算如表1中所示，粗甘油将只提供少量额外NaCl或KCl到熔炼炉中，但将节省大量的能量费用。对于没有熔化与这些计算中所用熔炉一样多的脏废料的其它类似熔炉，作为所需助熔剂一部分的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额外NaCl或KCl的量不是过量的或超出过程需要量。
表1 典型再生铝熔炼炉的物料衡算每年铝生产量71，357MT/年每年助熔剂添加量4,338 MT/年
权利要求
1.一种加热其中加入助熔剂或澄清剂的熔炼炉的方法，包括为熔炼炉的燃烧器系统提供含甘油的燃料，其中甘油含氯化钠、氯化钾或其组合。
2.如权利要求1所述的方法，其中燃料含至少约10%的甘油。
3.如权利要求1所述的方法，其中燃料含10-100%的甘油。
4.如权利要求1所述的方法，其中甘油是粗甘油，其为一种生物柴油生产中的副产物。
5.如权利要求1所述的方法，其中燃料中甘油的量由能被熔化过程容许的氯化钠、氯化钾或其组合的量确定。
6.如权利要求1所述的方法，其中燃料含天然气或燃料油。
7.如权利要求1所述的方法，其中甘油含至少1重量％的氯化钠、氯化钾或其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中燃烧器系统是在燃烧前加热燃料以降低粘度的重油燃烧系统。
9.如权利要求1所述的方法，其中加热使用氧气注入以改进燃烧。
10.如权利要求1所述的方法，其中甘油含与助熔剂或澄清剂中相同比例的氯化钠、氯化钾或其组合。
11.如权利要求10所述的方法，其中足够的氯化钠、氯化钾或其组合由甘油提供以代替熔炼炉所用助熔剂的至少1. 7%。
12.如权利要求1所述的方法，其中熔化的材料是铝或铝合金。
13.如权利要求1所述的方法，其中熔化的材料是玻璃。
全文摘要
本发明涉及一种加热其中加入助熔剂或澄清剂的熔炼炉的方法，包括为燃烧器系统提供一种含至少10％甘油的燃料混合物，其中甘油包含氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)或其组合。甘油有利地是粗甘油，一种生物柴油生产中的副产物。在常规燃烧器系统中它可以与天然气或燃料油共同燃烧或单独燃烧。此外，甘油中NaCl和KCl的比例与熔炼炉所用助熔剂中的比例相同。使用该方法可以显著节省燃料费用和潜在节省助熔剂费用。该方法适用于具有相似燃烧器系统并利用NaCl和/或KCl添加物作为熔化过程一部分的生产铝或玻璃所用的熔炼炉。
文档编号C03B5/235GK102390917SQ20111019859
公开日2012年3月28日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者D·G·沙勒斯, J·D·斯威尼, J·N·切克艾, R·F·格林 申请人:布卢姆工程公司