TWI704233B

TWI704233B - 助燃劑的製備方法及其系統

Info

Publication number: TWI704233B
Application number: TW107134734A
Authority: TW
Inventors: 孫文彬
Original assignee: 孫文彬; 黃秀敏
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-09-11
Also published as: CN110982577A; TW202014528A

Abstract

本發明係關於一種助燃劑的製備方法及其系統，方法包括：將轉爐塵泥脫水以產生泥餅，泥餅包括40wt%~70wt%的氧化鐵、10wt%~30wt%的氧化鈣及20wt%~40wt%的水；相對於燃料的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的泥餅加入燃料中；及將泥餅及燃料混勻攪拌；0.1wt%至0.0001wt%的泥餅在燃料中作為助燃劑。系統包括：經由濕法回收轉爐煙塵以產生轉爐塵泥之轉爐煙塵回收裝置；將該轉爐塵泥進行脫水以產生泥餅之脫水設備；設置燃料之燃燒裝置，相對於燃料的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的泥餅加入燃料中；及將泥餅及燃料混勻攪拌之攪拌裝置。藉此，本發明助燃劑的製備方法及系統可高效的利用資源並減少排放污染。

Description

助燃劑的製備方法及其系統

本發明係為一種助燃劑的製備方法及其系統，尤指一種應用回收轉爐塵泥之助燃劑的製備方法及其系統。

隨著我國經濟持續迅速發展，城市化進程加快，人口不斷增加，煤炭年消耗量逐年以大幅度增加。煤燃燒是煤炭利用的主要方式，我國能源結構主要以煤為主，對環境造成嚴重的污染。

其次，使用交通工具的人口越來越多，然而，人們必須為此付出非常大的代價。因為當汽機車數目一天天的增加，所製造的污染也隨著擴大，交通工具所產生的廢氣之溫室氣體和懸浮微粒對我們的健康和生活環境會有很大的影響。自2005年以來，許多國家已相繼公告並推動禁售燃油車政策，計畫將在未來數十年內禁止販售部分或所有以化石燃料(包括汽油、液化石油氣和柴油)為動力源的載具，進而達成改善空氣污染、減緩全球暖化等目的。

綜上所述，如何高效的利用資源並且最大限度的減少排放污染，成為擺在我們面前的一項迫切任務。因此，亟需開發一種強效燃煤助劑以達到燃燒完全，進而減少污染物的排放。

有鑑於現今汽機車燃油不完全及工廠燃煤對環境造成嚴重污染，增加溫室氣體和懸浮微粒因而影響我們的健康和生活環境。本發明的目的在於提供一種助燃劑的製備方法及其系統，使汽機車或工廠中的燃燒完全以減少對環境的污染，可達到減少懸浮微粒、硫氧化物、氮氧化物及揮發性有機物的排放並增加燃燒效能的目的。

為達上述目的，本發明係提供一種助燃劑的製備方法及其系統，該助燃劑的製備係應用回收煉鋼轉爐塵泥，該轉爐塵泥係為轉爐煉鋼過程中產生的副產物，具有鐵含量高、鈣含量高、水含量高，且其細微性細、黏度大、活性高、雜物多等特點，該轉爐塵泥係為寶貴的二次資源，如不進行回收利用，不僅浪費了礦物資源，同時也會佔用大量土地面積並污染環境。

目前轉爐煙塵回收多以濕法為主，轉爐煙塵以塵泥形式產出。根據有關統計資料，我國鋼產量近幾年穩定在為8億多噸，每生產1噸鋼大約產生100kg以上的含鐵塵泥，我國含鐵塵泥年產生量在8000萬噸以上。鋼鐵生產包括燒結、球團、煉鐵等程序，各生產程序均設置了除塵裝備以確保排放達標。含鐵塵泥為除塵過程收集的顆粒物，鋼鐵生產過程中產生的粉塵或塵泥，如燒結粉塵、高爐煤氣灰、泥、轉爐塵泥及氧化鐵皮等。在一般情況下，含鐵粉塵和氧化鐵皮量約占鋼產量的6~10%。粉塵大部分顆粒很細且常含有鉛、鋅和鹼金屬氧化物等有害雜質應予回收利用。

為達上述目的，本發明可提供一種助燃劑的製備方法，可包括：(a)將一轉爐塵泥脫水以產生一泥餅，該泥餅包括40wt%~70wt%的氧化鐵、10wt%~30wt%的氧化鈣及20wt%~40wt% 的水；(b)相對於一燃料的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅加入該燃料中；以及(c)將該泥餅及該燃料混勻攪拌；其中，0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅在該燃料中作為一助燃劑。

於前述本發明之助燃劑的製備方法中，在產生該泥餅的步驟之後可更包括一第一燃燒步驟，在該第一燃燒步驟中該燃料反應形成一氮氧化物、一硫氧化物、一碳氫化合物或一懸浮微粒。

於前述本發明之助燃劑的製備方法中，在將該泥餅及該燃料混勻攪拌之後可更包括一第二燃燒步驟，該第二燃燒步驟可包括溫度範圍在200℃~700℃之間的一反應溫度，在一實施例中，該反應溫度可為250℃~650℃之間；在另一實施例中，該反應溫度可為300℃~600℃之間。

於前述本發明之助燃劑的製備方法中，該反應溫度可在400℃~500℃之間時，經由一氧化碳將該氧化鐵表面的Fe³⁺還原為Fe²⁺，Fe²⁺再將氮氧化物還原為一氮氣，總反應式如下：C+1/2O₂→1/2N₂+CO₂ (式1)

於前述本發明之助燃劑的製備方法中，該燃料可為一固體燃料或一液體燃料；其中，該固體燃料可包括燃煤、一可燃的黑色或棕黑色沉積岩、一焦炭或一含碳物質，該液體燃料可包括一種或多種液體的碳氫化合物組成的物質，包括一漁船燃油、一汽車燃油、一機車燃油、一柴油、一原油或一燃煤鍋爐的燃油。

為達上述另一目的，本發明可提供一種助燃劑的製備系統，可包括一轉爐煙塵回收裝置、一脫水設備、一燃燒裝置及一攪拌裝置。首先，該轉爐煙塵回收裝置可經由一濕法回收一轉爐煙塵以產生一轉爐塵泥。其次，該脫水設備可將該轉爐塵泥進行脫水以產生一泥餅，該泥餅包括40wt%~70wt%的氧化鐵、10wt%~30wt%的氧化鈣及20wt%~40wt%的水。此外，該燃燒裝置可設置一燃料，相對於該燃料的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅加入該燃料中。再者，該攪拌裝置可將該泥餅及該燃料混勻攪拌；其中，0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅在該燃料中作為一助燃劑。

於前述本發明之助燃劑的製備系統中，在產生該泥餅之後，於該燃燒裝置中可進行一第一燃燒步驟，在該第一燃燒步驟中該燃料反應形成一氮氧化物、一硫氧化物、一碳氫化合物或一懸浮微粒。

於前述本發明之助燃劑的製備系統中，在將該泥餅及該燃料混勻攪拌之後，在該燃燒裝置中可進行一第二燃燒步驟，該燃燒步驟包括溫度範圍在200℃~700℃之間的一反應溫度。在一實施例中，該反應溫度可為250℃~650℃之間；在另一實施例中，該反應溫度可為300℃~600℃之間。

於前述本發明之助燃劑的製備系統中，該反應溫度可在400℃~500℃之間時，經由一氧化碳將該氧化鐵表面的Fe³⁺還原為Fe²⁺，Fe²⁺再將氮氧化物還原為一氮氣。

於前述本發明之助燃劑的製備系統中，該燃料可為一固體燃料或一液體燃料；其中，該固體燃料可包括燃煤、一可燃的黑色或棕黑色沉積岩、一焦炭或一含碳物質，該液體燃料可包括一種或多種液體的碳氫化合物組成的物質，包括一漁船燃油、一汽車燃油、一機車燃油、一柴油、一原油或一燃煤鍋爐的燃油。

根據上述諸多優點，並為使審查委員對本發明能進一步的瞭解，故揭露一較佳之實施方式如下，配合圖式、圖號，將本發明之構成內容及其所達成的功效詳細說明如後。

1‧‧‧助燃劑的製備系統

10‧‧‧轉爐煙塵回收裝置

11‧‧‧轉爐煙塵

12‧‧‧轉爐塵泥

20‧‧‧脫水設備

21‧‧‧泥餅

21’‧‧‧助燃劑

30‧‧‧燃燒裝置

301‧‧‧氮氧化物

302‧‧‧硫氧化物

303‧‧‧碳氫化合物

304‧‧‧懸浮微粒

31‧‧‧燃料

40‧‧‧攪拌裝置

圖1為本發明實施例1之助燃劑的製備方法之流程圖；圖2為本發明實施例1之助燃劑的製備方法之方塊圖；圖3為本發明實施例2之助燃劑的製備系統之示意圖；圖4為本發明實施例2之助燃劑的製備系統之示方塊圖。

以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1至圖2所示，圖1為圖1為本發明實施例1之助燃劑的製備方法之流程圖；及圖2為本發明實施例1之助燃劑的製備方法之方塊圖。

如圖2所示，在轉爐煉鋼過程中會產生鋼液及轉爐塵泥12之副產物，如圖1所示，本發明實施例係為一種助燃劑的製備方法，包括S101步驟：將一轉爐塵泥12脫水以產生一泥餅21，該泥餅21包括40wt%~70wt%的氧化鐵、10wt%~30wt%的氧化鈣及20wt%~40wt%的水；S102步驟：相對於一燃料31的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅21加入該燃料31中；以及S103步驟：將該泥餅21及該燃料31混勻攪拌；其中，0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅21在該燃料31中作為一助燃劑21’。

如圖1所示，在產生該泥餅的步驟之後更包括一第一燃燒步驟(S1011步驟)，在該第一燃燒步驟中該燃料反應形成一氮氧化物、一硫氧化物、一碳氫化合物或一懸浮微粒。在將該泥餅及該燃料混勻攪拌之後更包括一第二燃燒步驟(S104步驟)，該燃燒步驟包括溫度範圍在200℃~700℃之間的一反應溫度；其中，該反應溫度在400℃~500℃之間時，經由一氧化碳將該氧化鐵表面的Fe³⁺還原為Fe²⁺，Fe²⁺再將氮氧化物還原為一氮氣，總反應式如下：C+1/2O₂→1/2N₂+CO₂ (式1)

其次，該轉爐塵泥12中包括具有脫硫功能的該氧化鈣，可以減少燃燒氧化硫的排放。

該燃料係為一固體燃料或一液體燃料；其中，該固體燃料包括燃煤，該液體燃料包括一漁船燃油、一汽車燃油、一機車燃油、一柴油或一燃煤鍋爐的燃油。在一般燃煤電廠中，煤炭通常會變成細粉狀，在空氣中燃燒後產生蒸汽驅動渦輪機來發電。整個過程都處於高溫狀態，生成的污染物氧化氮和二氧化碳很難被隔離。煤與空氣並沒有發生化學反應，而與含氧材料(如氧化鐵)直接反應。

在溫度400℃、450℃及500℃之該反應溫度，該反應溫度越高該氧化鐵的活性提升，能增加對該氮氧化物及該硫氧化物的去除效率及操作時間，因而，該氮氧化物及該硫氧化物除量就越多。而隨進流濃度、流通量的提高，無論是該氮氧化物或該硫氧化物與鐵粉接觸反應時，因參與反應之鐵粉較快消耗，使得去除率效果降低。本發明所使用的該助燃劑21’在該第二燃燒步驟中，可使該燃料31燃燒提高15%~20%，以及能有效去除該燃料31在該第一燃燒過程中產生的該硫氧化物25%~35%，去除氮氧化物20%~60%，去除一氧化碳及該碳氫化合物50%~70%，去除一煙塵50%~70%。

請參閱圖3至圖4所示，圖3為本發明實施例2之助燃劑的製備系統之示意圖；及圖4為本發明實施例2之助燃劑的製備系統之方塊圖。

如圖3及圖4所示，本發明實施例2係為一種助燃劑的製備系統1，可包括一轉爐煙塵回收裝置10、一脫水設備20、一燃燒裝置30及一攪拌裝置40。首先，該轉爐煙塵回收裝置10可經由一濕法回收一轉爐煙塵11以產生一轉爐塵泥12。其次，該脫水設備20可將該轉爐塵泥12進行脫水以產生一泥餅21，該泥餅21包括40wt%~70wt%的氧化鐵、10wt%~30wt%的氧化鈣及20wt%~40wt%的水。此外，該燃燒裝置30可設置一燃料31，相對於該燃料31的總重量，將0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅21加入該燃料31中。再者，該攪拌裝置40可將該泥餅21及該燃料31混勻攪拌；其中，0.1wt%至0.0001wt%的該泥餅21在該燃料31中作為一助燃劑21’。

如圖3及圖4所示，在產生該泥餅21之後，於該燃燒裝置30中可進行一第一燃燒步驟，在該第一燃燒步驟中該燃料31反應形成一氮氧化物301、一硫氧化物302、一碳氫化合物303或一懸浮微粒304。如圖4所示，在將該泥餅21及該燃料31混勻攪拌之後，在該燃燒裝置30中可進行一第二燃燒步驟，該燃燒步驟包括溫度範圍在200℃~700℃之間的一反應溫度。當該反應溫度在400℃~500℃之間時，經由一氧化碳將該氧化鐵表面的Fe³⁺還原為Fe²⁺，Fe²⁺再將氮氧化物301還原為一氮氣，以降低該氮氧化物301的排放量。其次，該泥餅21中的該氧化鐵，能還原該氮氧化物301而生成氮氣能有效抑制戴奧辛。

本發明將採用三種方式作測試，首先，將該助燃劑加入汽車燃油、機車燃油、柴油或漁船油箱中與該燃料混合後，測試汽車、機車、柴油車或漁船尾排，添加前後尾排中該氮氧化物、該硫氧化物、該懸浮微粒及該碳氫化合物之排放。其次，小型工廠燃油鍋爐燃油添加該助燃劑前後之燃油用量，以及該氮氧化物、該硫氧化物、該懸浮微粒及該碳氫化合物排放量。再者，醫療廢棄物焚化爐添加該助燃劑前後之燃油用量，以及該氮氧化物、該硫氧化物、該懸浮微粒、該碳氫化合物及戴奧辛排放量比較。

本發明的該助燃劑可應用範圍包括：1.汽柴機車燃油添加使用；2.漁船燃油(柴油)添加使用；3.內、外燃油、燃煤鍋爐添加使用；4.焚化爐、醫療廢棄物處理場燃燒添加使用；5.動物屍體焚化添加使用；以及6.火力發電廠、發電機燃油、燃煤發電添加使用。

藉由本發明的助燃劑的製備方法及其系統，所產生的該助燃劑可以作為小型燃油鍋爐的燃油添加劑，可以增加燃燒效能、減少燃油量、燃煤量，以及減少懸浮微粒(PM2.5、PM10及CH)、氮氧化物及硫氧化物的排放。其次，該助燃劑亦可作為柴、氣、機車燃油添加劑，可以減少燃油量、提升馬力以及可以減少懸浮微粒(PM2.5、PM10及CH)、氮氧化物及硫氧化物的排放。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。