专利名称：改善加压和未加压的煤粉燃烧的非腐蚀性处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于防止接触炉的金属表面腐蚀的方法和组合物。
背景技术：
使用铜和其它金属增强炉操作是广为人知的。例如，根据美国专利6,077,325(Morgan等人)的教导，可以将包括Zr、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn和Pb的金属化合物加入煤粉中，该煤粉作为燃料在鼓风炉(blast furnace)等中燃烧。在鼓风炉中包含用碳还原氧化铁的铁的制备中，煤粉经常用来代替部分焦炭。据称该代替由于焦炭被部分替代引起较少的污染，而且由于煤比焦炭便宜，该方法可以实现节约。
在典型的鼓风炉工艺中，包括铁矿石、烧结物(sinter)、废料或其它铁源的含铁材料同燃料(通常为焦炭)，与助熔剂(flux)、石灰石或白云石一起从顶部装入鼓风炉中。鼓风炉燃烧部分燃料生成用于熔化铁矿石的热量，利用燃料的平衡来还原铁及铁与碳的组合。在典型炉中的装炉量(charge)，生产每吨生铁，大约为1.7吨铁矿石或其它含铁材料，0.5～0.65吨焦炭或其它燃料，及大约0.25吨石灰石和/或白云石。此外，在过程中还要向炉中吹入1.8～2.0吨空气。
实践中，将含铁原料(烧结物、铁矿石、小球等)、燃料(焦炭)和助熔剂(石灰石、白云石等)装入炉的顶部。热空气(鼓风)通过在炉底的开口(称为风口)吹入鼓风炉。风口支管(tuvere stock)装配有注入枪，通过该注入枪注入补充的燃料(气体、油和煤粉)。鼓入的空气燃烧燃料并促使化学熔炼生成铁。在用于预热鼓风或其它用途的炉(如焦炉、锅炉等)中燃烧之前，将来自鼓风炉的燃烧气体净化，除去颗粒和其它有害气体。
如上所述，当煤粉代替部分焦炭时，金属(例如在′325专利中披露的那些)可以用作燃烧催化剂或助剂。由于它们提供在炉中利用较低等级的煤的能力并允许更多焦炭被煤粉代替，因此非常有利。此外，它们有助于使“煤云(coal cloud)”最少化并降低LOI。降低的炉渣含量、减少的颗粒分散和较高品质的铁也是可归功于使用这些催化剂或助剂的潜在益处。
铜类催化剂或燃烧助剂已变得特别普遍。然而，结果出现了附带的腐蚀问题。问题由腐蚀引起，即采用燃烧催化剂/助剂的炉系统中存在的低碳钢表面上生成燃烧产物。(正如在本文中使用的，“炉”和“炉系统”指烤炉、锅炉、鼓风炉，或其中燃烧燃料的任何腔室(enclosure)。)由于炉系统的金属部件和组件的这一腐蚀，炉设备本身会失去作用，导致过程的停工时间和昂贵的替换。
发明内容
我们已经开发了一项技术防止炉系统的腐蚀并允许使用金属类的燃烧催化剂/助剂，特别是那些采用铜作为活性成分的燃烧催化剂/助剂。在本发明的一个方面，将本发明的防腐处理物(corrosion inhibiting treatment)和铜燃烧催化剂/助剂混合，在与炉内燃烧产物接触的低碳钢表面上形成保护性膜。
所述防腐处理物包含伯氨基醇(即具有伯氨基官能)和硼酸或该酸的水溶性盐的共混物。在共混物中也可存在叔氨基醇(即具有叔氨基官能)。在将煤注入炉中之前，优选将该共混物以水溶液的形式喷洒在煤粉上。或者，可以将处理物以喷洒的形式施用在炉系统的任何地方包括所谓的“炉边(fire side)”或炉的“冷”端。(参见美国专利4,458,006和4,224,180，在此引入作为参考)具体实施方式
根据本发明，金属表面，例如炉系统的低碳钢表面用防腐处理物进行有效处理，该防腐处理物包括伯氨基醇和硼酸或其水溶性盐的共混物。或者，所述防腐处理物可以包含叔氨基醇。优选伯氨基醇是2-氨基乙醇，而叔氨基醇是三乙醇胺。本发明已经被证明是成功的，特别对于其中在铜催化剂/燃烧助剂存在下燃烧作为燃料的煤粉的炉系统是成功的。
最优选以水溶液的形式提供该防腐处理物。本文中使用的术语“水溶液”，意味着不仅包括真正的化学品溶液，而且包括分散液、混合物和悬浮液。溶液可以以每吨煤大约100ml～1L的量直接喷洒在煤粉上。更优选对于每吨煤粉，该量为300ml～1L。
优选防腐处理物包含2-氨基乙醇和三乙醇胺二者。此外，可以将常规的防腐剂例如水溶性的葡萄糖酸盐，优选葡萄糖酸钠加入防腐处理物中。当欲在作为催化剂/燃烧助剂的铜存在下燃烧煤粉时，也可以将铜离子源加入欲喷洒在煤上的水溶液中。
本发明还涉及防腐处理物组合物，该组合物适合以水溶液的形式施用或喷洒在燃料上。在这些组合物中，在水溶液中的组分2-氨基乙醇、三乙醇胺，以及硼酸或其盐的量大约为1～10wt％。还可以在水溶液中存在的葡萄糖酸钠的量大约为1～15wt％。在水溶液中还存在铜离子源的情形中，铜离子源的存在量可以使得提供的Cu++的量为1～20wt％。
在铜的存在下，2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸盐的增效共混物是不溶于水的。但是，当该共混物与已知的低碳钢防腐剂葡萄糖酸钠混合时，葡萄糖酸盐/“共混物”的混合物即使在铜存在下在水中也具有高溶解性。
根据本发明的示例性组合物包括氨基醇组分和硼酸或其盐1～10wt％葡萄糖酸钠1～15wt％铜(作为Cu++)*0～20wt％水余下的量更优选地，该组合物包括2-氨基乙醇和三乙醇胺与硼酸或其盐的氨基醇共混物 1～10wt％葡萄糖酸钠1～15wt％铜(作为Cu++)*1～20wt％*适合在水溶液中提供所须量的Cu++离子的铜化合物基于初步的结果，优选在单一的水溶液中提供铜离子源、葡萄糖酸钠、2-氨基乙醇、三乙醇胺，以及硼酸其水溶性盐，用于喷洒在煤粉上。示例性的铜离子源是五水合硫酸铜和D-葡萄糖酸铜II。
用于工业用途的目前优选的产品包含约3％的2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸共混物的有效物质(actives)，还有4％的葡萄糖酸钠的有效物质和19％的五水合硫酸铜的有效物质，以及足量的水以使配剂总的重量等于100％。
实施例结合以下实施例进一步描述本发明，这些实施例应看作是对本发明的说明，而不应理解为限制了本发明。
实施例1腐蚀速率比较(Corrosion Rate Comparison)的瓶试法实验步骤所有的腐蚀测试采用瓶试法用低碳钢试样(coupon)进行。在接触制备溶液前后用磷酸三钠和浮石清洗试样。清洗后使用异丙醇冲洗试样。将每个低碳钢试样浸入1％(重量)的铜溶液(由上述备用液制备形成)中24小时。(只有两个例外是下面数据表中的最后两个，包括将低碳钢试样浸入未稀释的备用液中)总测试溶液的重量是100克。每次测试在以40rpm振荡的水浴中在30℃下进行。由24小时后显示的重量损失量确定腐蚀速率。所有测试的配剂进行两次试验，因此所示的腐蚀速率为两次的平均值。对于每种制备的新的备用配剂保持铜(如在EP 9587中的Cu2+(4.84％))的含量不变。表面活性剂、水和铜离子源的百分数是可控的变量。基于每种组分的重量％制备所有的共混物。此外，用两种腐蚀共混物中的较优者进行使用未稀释的备用液的11天的测试。
实验结果铜类燃烧促进剂(CBCE)＝19％五水合硫酸铜(其在以下测试的每种备用液中的含量为4.84％Cu2+)/1.6％烷基多糖苷(alkylpolyglucoside)表面活性剂(Triton BG-10)。
防腐剂共混物(CIB)＝2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸(Maxhib AB-400)，购自Chemax，Rutgers Organic Corporation，Greenville，SC 29606。
下面的数据表1显示了上述列出的具有适当所用浓度的CBCE和CIB。
表1
实施例2结合对比处理物和本发明的处理物再次进行实施例1中的步骤。结果示于表2。
表2
权利要求
1.一种在炉中防止金属表面腐蚀的方法，其中煤作为燃料燃烧，所述方法包括在包含氨基醇的防腐处理物存在下燃烧所述煤。
2.权利要求1所述的方法，其中所述防腐处理物还包括硼酸或所述硼酸的水溶性盐。
3.权利要求2所述的方法，其中所述煤是粉碎的，且所述处理物是在所述煤粉上面以水溶液的形式施加的。
4.权利要求2中所述的方法，其中所述处理物是以水溶液的形式喷洒在所述炉中。
5.权利要求2所述的方法，其中所述氨基醇包含具有伯胺官能度的伯氨基醇。
6.权利要求5所述的方法，其中所述氨基醇还包含具有叔胺官能度的叔氨基醇。
7.权利要求5所述的方法，其中所述氨基醇还包含2-氨基乙醇。
8.权利要求6所述的方法，其中所述叔氨基醇是三乙醇胺。
9.权利要求8所述的方法，其中所述煤在铜存在下燃烧。
10.权利要求3所述的方法，其中所述水溶液以每吨所述煤粉大约100ml-1L的量喷洒在所述煤粉上。
11.权利要求10所述的方法，其中所述水溶液以每吨所述煤粉大约300ml～1L的量喷洒在所述煤粉上。
12.权利要求8所述的方法，其中所述2-氨基乙醇、三乙醇胺、以及硼酸或其盐以大约1～10wt％的总量存在于水溶液中。
13.权利要求12所述的方法，其还包括在所述水溶液中的葡萄糖酸钠，所述葡萄糖酸钠在所述水溶液中存在的量为约1～10wt％。
14.煤粉作为燃料在炉中在铜存在下燃烧以改进炉操作的方法，改进还包括在防腐处理物存在下燃烧所述煤，所述处理物包含2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸或其水溶性盐。
15.权利要求14所述的方法，其中所述铜和所述防腐处理物两者以单一水溶液的形式喷洒在所述煤上。
16.权利要求14所述的方法，其中所述防腐处理物还包含葡萄糖酸或其水溶性盐。
17.权利要求16所述的方法，其中所述防腐处理物包括葡萄糖酸钠。
18.权利要求17所述的方法，其中所述2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸或其盐以约1～约10wt％的总量存在于所述水溶液中，存在于所述水溶液中的所述葡萄糖酸钠的量大约为1～15wt％，而其中以Cu++的形式存在于所述水溶液中的所述铜的量大约为1～20wt％，以及其中大约100ml～1L所述水溶液喷洒在所述煤粉上。
19.防腐组合物，其包含含有以下物质的水溶液(a)2-氨基乙醇；(b)三乙醇胺；和(c)硼酸或其水溶性盐的形式。
20.权利要求19所述的防腐组合物，其还包含(d)葡萄糖酸钠。
21.权利要求20所述的防腐组合物，其还包含(e)铜离子源。
22.权利要求21所述的防腐组合物，其中所述铜离子源是五水合硫酸铜或D葡萄糖酸铜(II)。
23.权利要求21所述的防腐组合物，其中所述(a)、(b)和(c)以大约1～10wt％的总量存在于所述水溶液中，存在于所述水溶液中的所述(d)的量为大约1～15wt％，而其中所述铜离子源(e)存在的量足以在所述水溶液中提供大约1～20wt％的Cu++离子。
全文摘要
本发明披露了用于在炉系统中防止金属表面腐蚀的方法和组合物。在本发明的一个方面，煤粉在铜离子催化剂/燃烧助剂存在下作为燃料燃烧。通过使用伯氨基醇如2－氨基乙醇，叔氨基醇如三乙醇胺，以及硼酸或硼酸的水溶性盐形式的共混物而防止这些系统中的腐蚀。
文档编号C10L9/10GK1764741SQ200480007999
公开日2006年4月26日 申请日期2004年1月26日 优先权日2003年2月19日
发明者尼古拉斯·R·布兰福德, 利巴尔多·A·佩雷斯 申请人:通用电气公司