專利名稱：改善加壓和未加壓的煤粉燃燒的非腐蝕性處理的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于防止接觸爐的金屬表面腐蝕的方法和組合物。
背景技術：
使用銅和其它金屬增強爐操作是廣為人知的。例如，根據美國專利6,077,325(Morgan等人)的教導，可以將包括Zr、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn和Pb的金屬化合物加入煤粉中，該煤粉作為燃料在鼓風爐(blast furnace)等中燃燒。在鼓風爐中包含用碳還原氧化鐵的鐵的制備中，煤粉經常用來代替部分焦炭。據稱該代替由于焦炭被部分替代引起較少的污染，而且由于煤比焦炭便宜，該方法可以實現節約。
在典型的鼓風爐工藝中，包括鐵礦石、燒結物(sinter)、廢料或其它鐵源的含鐵材料同燃料(通常為焦炭)，與助熔劑(flux)、石灰石或白云石一起從頂部裝入鼓風爐中。鼓風爐燃燒部分燃料生成用于熔化鐵礦石的熱量，利用燃料的平衡來還原鐵及鐵與碳的組合。在典型爐中的裝爐量(charge)，生產每噸生鐵，大約為1.7噸鐵礦石或其它含鐵材料，0.5～0.65噸焦炭或其它燃料，及大約0.25噸石灰石和/或白云石。此外，在過程中還要向爐中吹入1.8～2.0噸空氣。
實踐中，將含鐵原料(燒結物、鐵礦石、小球等)、燃料(焦炭)和助熔劑(石灰石、白云石等)裝入爐的頂部。熱空氣(鼓風)通過在爐底的開口(稱為風口)吹入鼓風爐。風口支管(tuvere stock)裝配有注入槍，通過該注入槍注入補充的燃料(氣體、油和煤粉)。鼓入的空氣燃燒燃料并促使化學熔煉生成鐵。在用于預熱鼓風或其它用途的爐(如焦爐、鍋爐等)中燃燒之前，將來自鼓風爐的燃燒氣體凈化，除去顆粒和其它有害氣體。
如上所述，當煤粉代替部分焦炭時，金屬(例如在′325專利中披露的那些)可以用作燃燒催化劑或助劑。由于它們提供在爐中利用較低等級的煤的能力并允許更多焦炭被煤粉代替，因此非常有利。此外，它們有助于使“煤云(coal cloud)”最少化并降低LOI。降低的爐渣含量、減少的顆粒分散和較高品質的鐵也是可歸功于使用這些催化劑或助劑的潛在益處。
銅類催化劑或燃燒助劑已變得特別普遍。然而，結果出現了附帶的腐蝕問題。問題由腐蝕引起，即采用燃燒催化劑/助劑的爐系統中存在的低碳鋼表面上生成燃燒產物。(正如在本文中使用的，“爐”和“爐系統”指烤爐、鍋爐、鼓風爐，或其中燃燒燃料的任何腔室(enclosure)。)由于爐系統的金屬部件和組件的這一腐蝕，爐設備本身會失去作用，導致過程的停工時間和昂貴的替換。
發明內容
我們已經開發了一項技術防止爐系統的腐蝕并允許使用金屬類的燃燒催化劑/助劑，特別是那些采用銅作為活性成分的燃燒催化劑/助劑。在本發明的一個方面，將本發明的防腐處理物(corrosion inhibiting treatment)和銅燃燒催化劑/助劑混合，在與爐內燃燒產物接觸的低碳鋼表面上形成保護性膜。
所述防腐處理物包含伯氨基醇(即具有伯氨基官能)和硼酸或該酸的水溶性鹽的共混物。在共混物中也可存在叔氨基醇(即具有叔氨基官能)。在將煤注入爐中之前，優選將該共混物以水溶液的形式噴灑在煤粉上。或者，可以將處理物以噴灑的形式施用在爐系統的任何地方包括所謂的“爐邊(fire side)”或爐的“冷”端。(參見美國專利4,458,006和4,224,180，在此引入作為參考)具體實施方式
根據本發明，金屬表面，例如爐系統的低碳鋼表面用防腐處理物進行有效處理，該防腐處理物包括伯氨基醇和硼酸或其水溶性鹽的共混物。或者，所述防腐處理物可以包含叔氨基醇。優選伯氨基醇是2-氨基乙醇，而叔氨基醇是三乙醇胺。本發明已經被證明是成功的，特別對于其中在銅催化劑/燃燒助劑存在下燃燒作為燃料的煤粉的爐系統是成功的。
最優選以水溶液的形式提供該防腐處理物。本文中使用的術語“水溶液”，意味著不僅包括真正的化學品溶液，而且包括分散液、混合物和懸浮液。溶液可以以每噸煤大約100ml～1L的量直接噴灑在煤粉上。更優選對于每噸煤粉，該量為300ml～1L。
優選防腐處理物包含2-氨基乙醇和三乙醇胺二者。此外，可以將常規的防腐劑例如水溶性的葡萄糖酸鹽，優選葡萄糖酸鈉加入防腐處理物中。當欲在作為催化劑/燃燒助劑的銅存在下燃燒煤粉時，也可以將銅離子源加入欲噴灑在煤上的水溶液中。
本發明還涉及防腐處理物組合物，該組合物適合以水溶液的形式施用或噴灑在燃料上。在這些組合物中，在水溶液中的組分2-氨基乙醇、三乙醇胺，以及硼酸或其鹽的量大約為1～10wt％。還可以在水溶液中存在的葡萄糖酸鈉的量大約為1～15wt％。在水溶液中還存在銅離子源的情形中，銅離子源的存在量可以使得提供的Cu++的量為1～20wt％。
在銅的存在下，2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸鹽的增效共混物是不溶于水的。但是，當該共混物與已知的低碳鋼防腐劑葡萄糖酸鈉混合時，葡萄糖酸鹽/“共混物”的混合物即使在銅存在下在水中也具有高溶解性。
根據本發明的示例性組合物包括氨基醇組分和硼酸或其鹽1～10wt％葡萄糖酸鈉1～15wt％銅(作為Cu++)*0～20wt％水余下的量更優選地，該組合物包括2-氨基乙醇和三乙醇胺與硼酸或其鹽的氨基醇共混物 1～10wt％葡萄糖酸鈉1～15wt％銅(作為Cu++)*1～20wt％*適合在水溶液中提供所須量的Cu++離子的銅化合物基于初步的結果，優選在單一的水溶液中提供銅離子源、葡萄糖酸鈉、2-氨基乙醇、三乙醇胺，以及硼酸其水溶性鹽，用于噴灑在煤粉上。示例性的銅離子源是五水合硫酸銅和D-葡萄糖酸銅II。
用于工業用途的目前優選的產品包含約3％的2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸共混物的有效物質(actives)，還有4％的葡萄糖酸鈉的有效物質和19％的五水合硫酸銅的有效物質，以及足量的水以使配劑總的重量等于100％。
實施例結合以下實施例進一步描述本發明，這些實施例應看作是對本發明的說明，而不應理解為限制了本發明。
實施例1腐蝕速率比較(Corrosion Rate Comparison)的瓶試法實驗步驟所有的腐蝕測試采用瓶試法用低碳鋼試樣(coupon)進行。在接觸制備溶液前后用磷酸三鈉和浮石清洗試樣。清洗后使用異丙醇沖洗試樣。將每個低碳鋼試樣浸入1％(重量)的銅溶液(由上述備用液制備形成)中24小時。(只有兩個例外是下面數據表中的最后兩個，包括將低碳鋼試樣浸入未稀釋的備用液中)總測試溶液的重量是100克。每次測試在以40rpm振蕩的水浴中在30℃下進行。由24小時后顯示的重量損失量確定腐蝕速率。所有測試的配劑進行兩次試驗，因此所示的腐蝕速率為兩次的平均值。對于每種制備的新的備用配劑保持銅(如在EP 9587中的Cu2+(4.84％))的含量不變。表面活性劑、水和銅離子源的百分數是可控的變量。基于每種組分的重量％制備所有的共混物。此外，用兩種腐蝕共混物中的較優者進行使用未稀釋的備用液的11天的測試。
實驗結果銅類燃燒促進劑(CBCE)＝19％五水合硫酸銅(其在以下測試的每種備用液中的含量為4.84％Cu2+)/1.6％烷基多糖苷(alkylpolyglucoside)表面活性劑(Triton BG-10)。
防腐劑共混物(CIB)＝2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸(Maxhib AB-400)，購自Chemax，Rutgers Organic Corporation，Greenville，SC 29606。
下面的數據表1顯示了上述列出的具有適當所用濃度的CBCE和CIB。
表1
實施例2結合對比處理物和本發明的處理物再次進行實施例1中的步驟。結果示于表2。
表2
權利要求
1.一種在爐中防止金屬表面腐蝕的方法，其中煤作為燃料燃燒，所述方法包括在包含氨基醇的防腐處理物存在下燃燒所述煤。
2.權利要求1所述的方法，其中所述防腐處理物還包括硼酸或所述硼酸的水溶性鹽。
3.權利要求2所述的方法，其中所述煤是粉碎的，且所述處理物是在所述煤粉上面以水溶液的形式施加的。
4.權利要求2中所述的方法，其中所述處理物是以水溶液的形式噴灑在所述爐中。
5.權利要求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.權利要求5所述的方法，其中所述氨基醇還包含具有叔胺官能度的叔氨基醇。
7.權利要求5所述的方法，其中所述氨基醇還包含2-氨基乙醇。
8.權利要求6所述的方法，其中所述叔氨基醇是三乙醇胺。
9.權利要求8所述的方法，其中所述煤在銅存在下燃燒。
10.權利要求3所述的方法，其中所述水溶液以每噸所述煤粉大約100ml-1L的量噴灑在所述煤粉上。
11.權利要求10所述的方法，其中所述水溶液以每噸所述煤粉大約300ml～1L的量噴灑在所述煤粉上。
12.權利要求8所述的方法，其中所述2-氨基乙醇、三乙醇胺、以及硼酸或其鹽以大約1～10wt％的總量存在于水溶液中。
13.權利要求12所述的方法，其還包括在所述水溶液中的葡萄糖酸鈉，所述葡萄糖酸鈉在所述水溶液中存在的量為約1～10wt％。
14.煤粉作為燃料在爐中在銅存在下燃燒以改進爐操作的方法，改進還包括在防腐處理物存在下燃燒所述煤，所述處理物包含2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸或其水溶性鹽。
15.權利要求14所述的方法，其中所述銅和所述防腐處理物兩者以單一水溶液的形式噴灑在所述煤上。
16.權利要求14所述的方法，其中所述防腐處理物還包含葡萄糖酸或其水溶性鹽。
17.權利要求16所述的方法，其中所述防腐處理物包括葡萄糖酸鈉。
18.權利要求17所述的方法，其中所述2-氨基乙醇、三乙醇胺和硼酸或其鹽以約1～約10wt％的總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鈉的量大約為1～15wt％，而其中以Cu++的形式存在于所述水溶液中的所述銅的量大約為1～20wt％，以及其中大約100ml～1L所述水溶液噴灑在所述煤粉上。
19.防腐組合物，其包含含有以下物質的水溶液(a)2-氨基乙醇；(b)三乙醇胺；和(c)硼酸或其水溶性鹽的形式。
20.權利要求19所述的防腐組合物，其還包含(d)葡萄糖酸鈉。
21.權利要求20所述的防腐組合物，其還包含(e)銅離子源。
22.權利要求21所述的防腐組合物，其中所述銅離子源是五水合硫酸銅或D葡萄糖酸銅(II)。
23.權利要求21所述的防腐組合物，其中所述(a)、(b)和(c)以大約1～10wt％的總量存在于所述水溶液中，存在于所述水溶液中的所述(d)的量為大約1～15wt％，而其中所述銅離子源(e)存在的量足以在所述水溶液中提供大約1～20wt％的Cu++離子。
全文摘要
本發明披露了用于在爐系統中防止金屬表面腐蝕的方法和組合物。在本發明的一個方面，煤粉在銅離子催化劑/燃燒助劑存在下作為燃料燃燒。通過使用伯氨基醇如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鹽形式的共混物而防止這些系統中的腐蝕。
文檔編號C10L9/10GK1764741SQ200480007999
公開日2006年4月26日 申請日期2004年1月26日 優先權日2003年2月19日
發明者尼古拉斯·R·布蘭福德, 利巴爾多·A·佩雷斯 申請人:通用電氣公司