廢碳的利用的製作方法
2023-04-28 20:49:16 1
專利名稱：廢碳的利用的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及焦屑、煤粉和高爐返料，更具體地說，本發明一般涉及除去作為廢棄的引起汙染的副產物焦屑、煤粉和高爐返料和建設性的利用這些物質的方法及得到的產物。
背景技術：
在過去，焦屑(作為生產焦炭的副產物生產的)、煤粉(作為採煤本身的副產物生產的)和高爐返料(作為煉鋼的副產物生產的)通常都大量的廢棄了，產生了汙染源，並且持續幾十年存在引起火災的危險。
焦炭是一種主要應用於煉鋼高爐和其它工業應用的純碳、高熱值、完全燃燒的燃料。其是煉焦煤在大的爐子中在不存在空氣的情況下加熱製得的。揮發性的物質從煤中驅除，留下純碳。已知作為焦屑或焦粉的少部分的焦炭是煉焦過程的廢物。多年來，由生產焦炭的上述方法產生的焦屑作為廢物堆積在一起。堆放的廢焦屑是很難看的，並且形成了一個日益擴大的環境汙染源。
焦屑本身不適用於高爐，因為它的顆粒很小，因此，對於煉鋼業者來說其幾乎是沒有什麼價值的。
類似地，煤粉是在採煤操作期間產生的粒徑小於四分之一英寸的很小的煤顆粒。在遍及全世界都可以大量的得到煤粉，並且在歷史上是在各個地方把煤粉簡單地大量的堆積在一起，對於採煤商就存在處理的問題以及存在火災的危險。一般把煤粉大量的放置在近礦區的地方或者溝渠中，產生了實際的和潛在的環境汙染問題。
高爐返料包括由生產鋼而產生的軋制鐵鱗、塵末和礦泥，其含有大量的未氧化的可燃的顆粒或碎片。這些物質多年來也是被廢棄，並且作為很難看的無用的堆放物進行儲存，其存在實際的和潛在的環境汙染問題和火災的危險。
處理焦屑、煤粉和高爐返料已是一個長期存在的重大的問題。同樣地，提供一種焦屑、煤粉和/或高爐返料的有用的目的和有用的形式已是本發明之前的主要的長期的問題，但是還沒有找到滿意的解決辦法。以前想把焦屑、煤粉和高爐返料以固體的形式例如煤餅的形式放置是很不成功的，因為這些產物沒有充分的粘合在一起並且是不穩定的，在使用之前的儲存和處理期間其又粉碎或者退化成小的細粒。
本發明公開簡單地說，本發明克服或者基本上緩和了現有技術中的上述的問題。提供了一種以煤餅和/或煤球的形式，由焦屑和/或煤粉和/或高爐返料粘合在一起形成的，基本上防止了退化成較小的部分的方法和固體產物。該煤餅提供一種燃料和熱源，其完全燃燒，基本上無煙，緩和了長期存在的且還在延續的汙染問題。
考慮到上述問題，本發明的一個主要目的是要克服或者基本上緩和上述的現有技術的全部或者某些問題。
另一個重要的目的是提供一種基本上由不可退化的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料粘合在一起，以使產物的固體性質不隨時間而退化的較大的固體產物，以及新的製造方法。
還一個重要的目的是提供一種生產較大的固體燃料產物的新方法和燃料產物本身，該燃料完全燃燒並且基本上無煙。
另一個重要的目的是提供一種方法和較大的固體燃料產物，該產物不退化，其緩和了存在的且還在延續的汙染源。
本發明還有一個重要的目的是提供一種由在採煤的過程、煉焦操作和/或煉鋼過程中產生的循環廢物得到較大的固體燃料產物的方法和得到的該固體燃料產物，通過該方法可以得到很有價值的商業上可行的燃料產品。
本發明另一個有價值的目的是提供適用於很多工業和非工業應用包括煉鋼高爐和家用火爐和燃柴爐的由焦屑和/或煤粉和/或高爐返料得到的煤餅或者煤球。
本發明還有一個重要的目的是提供一種由廢料得到的固體燃料，該燃料是耐用的、完全燃燒的，保持了它的BTU熱值，生產是經濟的，並且適用於各種工業和非工業目的。
本發明還有一個目的是提供一種新的方法以及通過混合焦屑和/或煤粉和/或高爐返料與新的粘合劑生產較大的固體產物。
還有一個重要的目的是提供一種除去或者緩和長期存在的環境汙染問題、把廢物轉化為可行的燃料產物的重複利用的方法和重複利用的較大的固體產物。
本發明還有一個目的是提供一種新的方法和新的固體產物，當該固體產物在爐子和火爐中燃燒時不導致明顯地空氣汙染。
本發明還有一個目的是提供一種新的方法和新的固體產物，該固體產物包括粘合到一起的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料，在燃燒或者焚化期間，焦屑或煤粉或高爐返料或粘合劑都不釋放出有害的排出物。
本發明還有一個有價值的目的是提供一種新的方法和新的獨特的固體燃料產物，該固體燃料產物包括粘合到一起的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料，以使得該固體燃料在其工業應用例如在高爐或者其它的應用中不產生超過容許極限的排出物。
本發明另有一個目的是提供一種從至今作為廢物處理的原料生產獨特的固體燃料產物的新方法和該獨特的固體燃料產物，該固體燃料產物在燃燒或者焚化期間產生很少的灰，並且基本上沒有木餾油。
另一個主要目的是提供一種由廢物生產獨特的固體燃料產物的新方法和該獨特的固體燃料產物，該固體燃料產物有很高的BTU值。
由下面的參考附圖的詳細說明，本發明的這些目的和其它目的及特徵將是很明顯的。
附圖的簡要說明
圖1是按照本發明的主要方面，製造煤餅或者煤球形式的固體較大燃料產物的一個方法的流程圖；和圖2是按照本發明的主要方面，生產固體較大燃料產物的另一個方法的另一流程圖。
實施本發明的最佳方式實施例1參考圖1，把200磅(200lbs.)溼煤粉引入到混合器中。測定其水含量為30％(重)。因此該混合物是比較幹的。混合這些物料，直到這些煤粉均勻的分布到水中。通常繼續混合大約10分鐘是合適的。由煤產生的足夠量的碳酸使得pH值適應下面所述的粘合效果。
然後，把已溶解10％(體)苯乙烯聚合物樹脂的吸溼溶劑(甲乙酮)加到混合器中，加入量為7％(重)。把該混合器中的物料混合，直到達到在整個煤粉和水混合物中均勻分布含添加劑的溶劑。通常約10分鐘是合適的。
然後，把12％(重)聚乙酸乙烯酯和水乳液加到該混合物中並混合，直到該混合物為均相。然後用注入壓力為3,000psig的常規的煤餅機把該生成的混合物壓成煤餅。
實施例2繼續參考圖1，用幹的焦屑重複上述的方法。需要較少量的水來產生焦屑-水混合物，由該混合物可以得到固體煤餅。
把約10(重)的水加到該於焦屑中並混合，直到均相(需10分鐘)。然後重複上述實施例1所述的步驟，在最後的注入壓力步驟，在壓餅機中製成硬煤餅。
理論本發明把在焦屑和煤粉廢物中所含的碳粒聚合成為新的長鏈聚合化合物，其提供強度超過現有技術的結構優異的煤餅或者煤球。人們知道，碳的氧化物在水中會水解。該反應留下游離的羧基離子存在於該化合物中。
含添加劑的甲乙酮的引入容許通過該聚合物與吸附到溶劑中的水的交換把苯乙烯聚合物粘附到游離的碳離子上。
在接著的步驟中，聚乙酸乙烯酯引入到漿液中。此外，為了除去和容許苯乙烯與聚乙酸乙烯酯反應，甲乙酮作為催化劑存在。在煤餅固化期間，溫度在環境溫度以上大約升高15°F，其證明發生了放熱反應。
該生成的固體燃料產物例如煤餅和/或煤球結構是穩定的，在儲存和處理期間其不會退化為細顆粒。該固體燃料產物可靠的粘結在一起，製成工業和住宅用的高BTU燃料，其實際上不汙染空氣，因為它完全燃燒。
實施例3參考圖2，把等量的高爐塵末和高爐煤泥與鹽酸水溶液混合。該塵末和煤泥分別為除了水之外的最終混合物的所有組分的39％(重)。該比例是任意選擇的，鹽酸的量為4％(重)，水的量要足夠，通常加入8％(重)。把該初始混合物混合10分鐘。
鹽酸調整pH，以使高爐返料的顆粒按要求粘合，由此得到抗退化的固體燃料。
把10％(重)的焦屑加入到該初始混合物中，在混合器中把混合物再混合2分鐘，以便均勻分散焦屑。雖然對於住宅等用途固體燃料產物不是主要的，但是焦屑作為仿樣來固定最終產物在一起，並且使其可用作高爐使用的高溫源。對於在非高爐等中的應用，煤粉可以代替焦屑使用。
因此，把3％(重)的調節劑加入到兩次混合的混合物中，以便將丙烯腈聚合物混入到該混合物中，另外再繼續混合5分鐘。把甲乙酮與作為溶劑載體的丙烯腈混合，以防早期固化，並且作為清洗劑。其次，加入5％(重)的均聚物，並且繼續混合5分鐘或者5分鐘以上。該均聚物與丙烯腈作用以促進含碳物質粘結成為抗退化的固體燃料產物。
當該生成的餅料以常規方式加入到標準壓餅機中時，其要連續混合，用該機器在壓力下製成煤餅。
該煤餅不隨時間的延長而變壞，其在爐子、火爐和高爐中可完全燃燒。
加入到混合物中的水量可以變化，其取決於形成該餅料混合物的每種物質的溼含量。雖然該實施例和其它實施例表示要回收的混合的物質，但是要了解，任何一種廢棄的物質都可以使用，或者與一種或多種其它的含碳廢棄物一起形成高熱值、低汙染的煤餅等，其不隨時間而退化。
目前優選的均聚物質是32-024均聚物聚乙酸乙烯酯(PVA)乳液，其可以從National Starch and Adhesive買到。目前優選的調節劑是通過甲乙酮而保持延長流動狀態的丙烯腈聚合物。丙烯腈聚合物可以從Polymerland and Ballard MedicalProducts買到。可以從Dice Chemical Co.and Thatcher Chemical Co.買到的工業級甲乙酮是優選的。90％(重)甲乙酮和10％(重)丙烯腈聚合物是合適的，雖然它們的量可以變化。
本發明可以有其它特定的形式而沒有離開本發明的精神和基本特徵。因此認為這些實施方案在所有的方面只是說明性的而不是限制性的，由所附的權利要求而不是上述的說明所表示的是本發明的範圍，因此，與權利要求書等效的意思和範圍的所有的變化都要包括在本發明中。
權利要求
1.一種形成固體的比較大的燃料產物的方法，該方法包括(a)形成一種較幹的基本上均化的焦屑和/或煤粉和水的混合物；(b)把苯乙烯聚合物樹脂溶於吸溼的溶劑中；(c)把溶解的苯乙烯樹脂和水和焦屑和/或煤粉的混合物混合，並基本上均化該混合物；(d)在水中乳化聚乙酸乙烯酯，把該乳液加入到步驟(c)的混合物中，並基本上均化該產物；(e)把步驟(d)的產物再細分成預定大小的塊，給每一塊施加壓力，生成硬的不退化的固體燃料產物。
2.根據權利要求1的方法，其中吸溼劑包括甲乙酮。
3.根據權利要求1的方法，其中步驟(a)的水的量是30％(重)。
4.根據權利要求1的方法，其中所有的基本的均化包括機械混合。
5.根據權利要求1的方法，其中由步驟(b)得到的溶解的苯乙烯聚合物樹脂的混合量為步驟(c)的總的混合物的7％(重)。
6.根據權利要求1的方法，其中由步驟(d)得到的聚乙酸乙烯酯乳液的加入量為步驟(d)的總的生成物的12％(重)。
7.根據權利要求1的方法，其中步驟(a)的水的量是30％(重)。
8.根據權利要求1的方法，其中以焦屑和/或焦粉形式的碳粒通過苯乙烯聚合物的聚合而粘結在一起。
9.根據權利要求8的方法，其中聚合包括苯乙烯聚合物和碳離子的分子附著。
10.根據權利要求8的方法，其中吸溼劑作為催化劑，以除去並容許苯乙烯聚合物與聚乙酸乙烯酯反應。
11.根據權利要求1的方法，其中步驟(e)的壓力約為3,000psig。
12.一種形成固體的比較大的燃料產物的方法，該方法包括如下步驟在含水組合物的存在下聚合苯乙烯，該含水組合物包括焦屑和/或煤粉，並且把預定量的聚合的苯乙烯和含水組合物施加高的壓力，以生成固體燃料產物。
13.一種把以焦屑和/或煤粉形式的碳粒粘結到一起形成較大的燃料產物的方法，該方法包括如下步驟通過在含有碳粒子的含水組合物中加入聚乙酸乙烯酯而在碳粒上形成適合的碳離子鍵合部位，在碳離子鍵合部位上鍵合苯乙烯聚合物，並把該含水組合物和苯乙烯聚合物以單獨的量加以較高的壓力，以形成離子鍵合的不退化的燃料產物。
14.一種含有廢棄的碳粒的低汙染、高熱值的燃料產物，其包括一種壓縮的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料的主體，其包括通過長鏈聚合物而聚合在一起以防退化的分子碳附著部位，當該燃料產物燃燒時不會放出多於可忽視量的汙染物。
15.一種以煤餅等固體物形式的低汙染、高熱值的燃料產物，其包括壓縮量的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料，這些物質包括通過包括苯乙烯的長鏈聚合物化合物而離子地聚合在一起以防退化的分子碳附著部位，當該燃料產物燃燒時不會放出多於可忽視量的汙染物。
16.一種從含碳的細粒生產固體煤餅和/或煤球燃料的方法，該方法包括如下步驟(a)生成含有碳粉的含水混合物以水解碳，由此產生游離的羧基離子；(b)用含有苯乙烯聚合物樹脂的吸溼溶劑處理該含水混合物，以使苯乙烯聚合物附著到游離碳離子上；用含有聚乙酸乙烯酯、作為催化劑的吸溼溶劑的含水組合物使苯乙烯與聚乙酸乙烯酯反應；(c)給步驟(b)的生成物加壓，由此形成聚合的煤餅和/或煤球，該產物在一定的時間內不會退化而變成碎片，當燃燒時其提供高熱能和低汙染。
17.一種從選自焦屑、煤粉和高爐返料的廢碳組成的物料形成固體較大的燃料塊的方法，該方法包括如下步驟把該碳質物料與水、鹽酸、調節劑和均聚物混合；選擇性的混合上述的組分；把生成的混合物壓縮成為固體燃料塊。
18.根據權利要求17的方法，其中混合步驟包括把碳質物質、水和鹽酸放到一起，混合足夠長的時間，以得到很好混合的混合物。
19.根據權利要求18的方法，其中混合步驟還包括在放置和混合步驟之後加另外的碳質物質，並且進一步混合該混合的組分，以得到混合充分的混合物。
20.根據權利要求18的方法，其中放置的步驟包括把返料放到水和鹽酸中。
21.根據權利要求19的方法，其中放置的步驟包括把高爐粉塵和高爐淤泥放到水和鹽酸中，加入步驟包括加焦屑到該混合物中。
22.根據權利要求17的方法，其中調節劑包括丙烯腈和甲乙酮的混合物。
23.根據權利要求17的方法，其中該混合物包括約90％(重)甲乙酮和約10％(重)丙烯腈聚合物。
24.根據權利要求17的方法，其中均聚物包括均聚物PVAC乳液。
25.根據權利要求17的方法，其中在碳質物質、水、鹽酸和調節劑加入之後及這些組分基本混合之後把調節劑加入到該混合物中。
26.一種形成較大固體燃料塊的方法，其包括如下步驟把有或者沒有軋制鐵鱗的高爐粉塵和高爐淤泥與水和鹽酸混合；混合上述組分的混合物直到該混合物為一般地均相；加焦屑並且進一步混合，直到很好的分散；加由甲乙酮和丙烯腈聚合物組成的調節劑，並進一步混合，直到很好的分散；加均聚物並且進一步混合，直到很好的分散；在其固化之前把該總的混合物壓縮成比較大的固體燃料塊；使該固體燃料塊固化，由此來緩和後面的退化。
27.根據權利要求26的方法，其中不包括水的總的混合物包括約39％(重)的高爐粉塵、39％(重)的高爐淤泥、4％(重)的鹽酸、10％(重)的焦屑、3％(重)的調節劑和5％(重)的均聚物。
28.一種較大固體燃料產物，其包括壓縮的包括選自高爐返料、焦屑和煤粉的碳質物質的可燃物質；內部粘結壓縮的可燃物質和包括丙烯腈及均聚物的混合物的抗退化的粘合劑。
29.比較大的固體燃料產物，每一種產物都包括壓縮的包括選自軋制鐵鱗、高爐粉塵、高爐淤泥、煤粉和焦屑的碳質物質的可燃物質；一種內部粘結壓縮的由提供該產物的高熱值低汙染燃燒的聚合的物質組成的可燃物質的抗退化的粘結劑。
30.一種形成固體較大的燃料產物的方法，其包括如下步驟在含有焦屑和/或煤粉和/或高爐返料的含水組合物的存在下聚合聚合物和使預計量的該聚合的物質和含水組合物經受高的壓縮力以生產固體燃料產物。
31.一種把焦屑和/或煤粉和/或高爐返料形式的碳粒粘合在一起形成較大的燃料產物的方法，其包括如下步驟在含有碳粒子的含水組合物中在碳粒子上形成合適的碳離子粘合部位，粘合聚合的物質到碳離子粘合部位上，並以分別的量使該含水組合物和聚合物經受比較高的壓縮力，以產生離子粘合的不退化的燃料產物。
32.一種含有廢棄的碳粒的低汙染、高熱值的燃料產物，其包括一種壓縮的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料的主體，其包括通過長鏈聚合物而聚合在一起以防退化的分子碳附著部位，當該燃料產物燃燒時不會放出多於可忽視量的汙染物。
33.一種以煤餅等固體物形式的低汙染、高熱值的燃料產物，其包括壓縮量的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料，這些物質包括通過長鏈聚合物而離子地聚合在一起以防退化的分子碳附著部位，當該燃料產物燃燒時不會放出多於可忽視量的汙染物。
全文摘要
一種方法和固體燃料產物，例如煤餅和煤球，包括以前廢棄的焦屑和/或煤粉和/或高爐返料形式的碳粉，其化學粘合在一起成為較小的塊，基本上防止了退化，其構成了不產生明顯汙染或煙的高熱值能源。
文檔編號C22B1/244GK1142845SQ94194970
公開日1997年2月12日 申請日期1994年4月7日 優先權日1994年1月21日
發明者小喬治·W·福特 申請人:科弗技術公司