專利名稱：用于磁性固體廢物脫油的方法和設(shè)備的制作方法
用于磁性固體廢物脫油的方法和設(shè)備
背景技術(shù)：
鋼廠污泥(steel mill sludge)是在煉鋼過程期間產(chǎn)生的含有氧化鐵的材料。鋼廠污泥，也被簡單稱為“鋼廠泥(mill sludge)”，通常與鐵屑的不同在于它的粒度較細(xì)和含油量更高。在煉鋼過程期間，特別是鼓風(fēng)爐后的加工期間，產(chǎn)生了通常含有廢水、氧化鐵基固體、油及其他烴類化合物的流。這些流通常收集在沉降池中，所述流在其中分離成三相，通常是上面的包含輕質(zhì)游離烴的油相或?qū)印⒃谟拖嘞旅娴乃畬踊蛳?、和包含鋼廠泥和鐵屑的下層或相。鋼廠泥中存在的油污染通常來源于制造鋼成品中使用的潤滑劑和冷卻劑以及來自在形成鋼成品期間暴露于高溫下的加工設(shè)備的潤滑劑。遍布于鋼廠泥中的這種油污染，限制了將含有氧化鐵的污泥再循環(huán)回到煉鋼過程中的可能性。參與煉鋼過程的熱量從含油·物質(zhì)中釋放出烴和烴的各種氧化物，造成空氣污染，并使得難以符合環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，如果再循環(huán)到燒結(jié)廠(其準(zhǔn)備鼓風(fēng)爐的進(jìn)料)的材料含有太多的油，將產(chǎn)生操作上問題，例如風(fēng)機(jī)葉片和過濾袋結(jié)垢，以及烴排放物過多的問題。在許多工業(yè)中，由于越來越嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，管理鋼鐵制造產(chǎn)生的廢物已變成重要的議題。歷史上，制鋼產(chǎn)生的礦渣、灰塵和污泥被認(rèn)為是“廢物”，并簡單運(yùn)送到填埋場(chǎng)、礦井及其他處置點(diǎn)。隨著對(duì)減少排放物并改進(jìn)效率的需要，那些曾經(jīng)只是“廢物”的材料現(xiàn)在已是“副產(chǎn)物”，成為深入的改良和再利用工作的主題。煉鋼廠每產(chǎn)一噸鋼一般產(chǎn)生約900磅的固體廢物，主要由礦渣、灰塵和污泥組成。大部分廢物在燒結(jié)廠中再利用。然而，烴含量高的廢物在回收含鐵物再利用之前必須脫油，以降低排放物和積碳問題。許多專利和專利申請(qǐng)公開了處理污泥脫油的各方面的各種技術(shù)、組合物和方法。結(jié)合了這些專利的教導(dǎo)的脫油方法是部分有效的，也就是說，除去的油量足以滿足當(dāng)時(shí)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，但是這些現(xiàn)有技術(shù)的方法通常不能達(dá)到當(dāng)今需要的高環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。雖然傳統(tǒng)的“脫油”材料可以包含多達(dá)10wt%的油(百萬分之100，000)，但為了滿足當(dāng)前的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備再生的回收的脫油固體必須包含少于百萬分之2000、或少于0. 2wt %的油。由于環(huán)境要求愈益嚴(yán)格，常規(guī)方法當(dāng)前沒有被廣泛應(yīng)用，給許多鋼鐵企業(yè)留下了成百上千噸積存的污泥等待處理或在填埋場(chǎng)中進(jìn)行昂貴的處置。這些積存代表了一種有價(jià)值的資源，因?yàn)樵撐勰嗄軌虬?0干重％ (dwt% )或更多的鐵。傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)方法不能或有困難達(dá)到新法規(guī)要求的非常低的脫油水平的一個(gè)原因在于鋼廠泥本身的性質(zhì)。特別是，鋼廠泥固體的特點(diǎn)在于顆粒的直徑非常細(xì)小，典型在細(xì)粉砂和粘土有關(guān)的級(jí)別。該極細(xì)顆粒允許油分子與該固體顆粒和/或在這種顆粒團(tuán)塊內(nèi)形成極強(qiáng)的鍵。常規(guī)方法需要應(yīng)用許多表面活性劑、剪切力和脫水設(shè)備來回收該固體。然而，即使重復(fù)通過這種常規(guī)方法進(jìn)行的污泥循環(huán)通常也不能將鋼廠泥的含油量降低到所要求的低于百萬分之2000的水平。代表性的現(xiàn)有技術(shù)包括美國專利Nos. 3，844，943 ;4，091，826 ;4，177，062 ；4，288，329 ;4，326，883 ;4，585，475 ;4，738，785 ;4，995，912 ;5，047，083，5，125，966 和7，531，046，其內(nèi)容在此以其全文引為參考。
美國專利No. 7，531，046，公開了處理由烴、固體顆粒和水組成的含油混合物的方法，其包括以下步驟將含油混合物放入反應(yīng)腔，用惰性氣體吹掃反應(yīng)腔，和在充有惰性氣體的反應(yīng)腔內(nèi)生成蒸汽浴，蒸汽浪將烴物質(zhì)從固體顆粒上游離出來。該方法還包括將反應(yīng)腔溫度上升到相當(dāng)于含油混合物中烴的沸點(diǎn)溫度，升高的溫度蒸發(fā)的烴在惰性氣氛內(nèi)蒸發(fā)。排放反應(yīng)室，將放出的氣體加工成烴產(chǎn)物，同時(shí)，脫油的固體顆粒從反應(yīng)室卸載作為原料或進(jìn)行處置。美國專利No. 5，125，966，例如，公開了鋼廠泥脫油的方法，其包括將鋼廠泥與充分的水和充分的表面活性劑混合以提供具有至少25wt%固體含量和基于固體至少4000ppm的表面活性劑的漿體，對(duì)該漿體進(jìn)行高剪切攪拌以形成含油的水乳狀液，并從該含油的水乳狀液分離至少4(^丨％的固體。作為這些最低參數(shù)的例子，從100重量份的含有25 〖％固體(25重量份固體)的漿體中，通過該方法將從含油的水乳狀液中分離最少10重量份固體(固體的40wt% )。在公開時(shí)，設(shè)想了這種用于鋼廠泥脫油的方法還涉及將鋼廠泥進(jìn)行加工，然后對(duì)從含油的水乳狀液回收的固體重復(fù)該加工步驟，直至回收的固體的含油量已經(jīng)降低到所需程度的時(shí)候。
發(fā)明概要本發(fā)明公開了用于處理含油微粒例如鋼廠泥的方法，包括將處理溶液應(yīng)用于微粒進(jìn)料流以形成處理漿體，將機(jī)械破碎儀應(yīng)用于該處理漿體以減小平均粒度，將磁選機(jī)應(yīng)用于該處理漿體以形成含鐵的漿體，并將熱分離器應(yīng)用于該含鐵的漿體以提取烴部分并產(chǎn)生含鐵的產(chǎn)物流。這種基本方法可以用許多方式改變，包括，例如，向含油微粒應(yīng)用篩分操作以從微粒進(jìn)料流中除去較大的顆粒，冷凝一定體積的烴部分或使用不同強(qiáng)度的磁選機(jī)來提供含鐵量不同的含鐵漿體?？梢岳斫猓軌蚶迷S多處理溶液，包括，例如，包含石油基柔軟劑、軟化劑(emollient)、增溶劑和偶聯(lián)劑的溶液。這些組分可以具有變化的量，包括，例如，包含20至70wt %石油基柔軟劑、2至50wt %軟化劑、5至25wt %增溶劑和I至IOwt %偶聯(lián)劑的處理溶液。軟化劑可以是PH中性軟化劑，但是處理溶液的其他實(shí)施方式可以包括非中性軟化劑和/或pH調(diào)節(jié)劑和緩沖劑。石油基柔軟劑可以包含一種或多種烴燃料成分，軟化劑可以包含一種或多種二醇，增溶劑可以包含一種或多種醚和醇，偶聯(lián)劑可以包含一種或多種有機(jī)酸。一個(gè)處理溶液例子是其中石油基柔軟劑包含柴油機(jī)燃料、軟化劑包含聚丙二醇、增溶劑包含選自聚氧乙烯醚和聚氧乙烯醇的至少一種化合物、和偶聯(lián)劑包含二羧酸的處理溶液。如下文和附圖所詳述的，本公開還包含適合于實(shí)施本公開方法的設(shè)備，其包括安排用于實(shí)施完成所述方法所需的操作序列的篩分、傳送、噴灑、破碎、分離、加熱和冷凝裝置的組合件。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮發(fā)明內(nèi)容時(shí)，下述實(shí)施方式的例子被了解得更清楚，所述附圖中圖I圖示說明了污泥制備過程的例子和相應(yīng)的污泥制備設(shè)備的例子。
圖2圖不說明了分尚和回收過程的例子和相應(yīng)的分尚和回收設(shè)備的例子。應(yīng)當(dāng)指出，這些圖旨在說明實(shí)施例中所使用的方法、結(jié)構(gòu)和/或材料的一般特性，是下面提供的書面說明書的補(bǔ)充。然而，這些圖并不按比例，并且可能沒有精確反映任何給定實(shí)施方式的準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)或性能特性，并且不應(yīng)該被理解為規(guī)定或限制了實(shí)施例所包含的值或性質(zhì)的范圍。說明內(nèi)容在此公開的方法和相關(guān)設(shè)備提供了能夠用于將鋼鐵工業(yè)及其他的油污染廢物脫油到低于2000ppm含油量的一體化工業(yè)方法。這種方法和設(shè)備能夠使污泥中回收和再循環(huán)到制鋼過程中的鐵含量比例增加，所述比例可以超過50dwt% (干重百分比)。該方法適用于未穩(wěn)定化的污泥和以前通過例如添加10至20dwt%石灰和/或其他化合物處理過和/或穩(wěn)定過的污泥。方法的例子和設(shè)備的例子示于圖I和2中，其中污泥制備設(shè)備和方法顯示于圖I 的設(shè)備IOOa上，而分尚與回收設(shè)備和方法顯不于圖2的設(shè)備IOOb上。如圖不說明，從沉降池、貯池、罐或其他貯存設(shè)備101抽取鋼廠泥或穩(wěn)定化的鋼廠泥102，并將102a進(jìn)給到一個(gè)或多個(gè)粗粒篩104或其他適合的分離裝置以除去超大碎片104b，例如直徑大于4英寸(10. 2cm)的那些顆粒。要理解，具體的粒度分級(jí)和分揀技術(shù)的選擇將由許多因素來指導(dǎo)，包括例如鋼廠泥的平均粒度、粒度分布和下游分離過程的能力。通過篩104的污泥進(jìn)料104a部分然后能夠被送入粉碎機(jī)或磨機(jī)106中，進(jìn)一步減小顆粒大小以供另外的加工。粉碎的污泥流106a然后可以通過傳送帶108傳輸?shù)降诙€(gè)篩或其他分離器110，以確保剩余的顆粒接近適合的目標(biāo)大小，例如直徑不超過0. 5英寸(I. 3cm)。粉碎的污泥流106a中那些仍然超過進(jìn)一步加工的目標(biāo)大小的顆?？梢酝ㄟ^再循環(huán)流IlOb被送回到粉碎機(jī)或丟棄。洗滌系統(tǒng)，通常包括泵118、用于潤濕劑化學(xué)品、軟化劑化學(xué)品、增溶化學(xué)品、和偶聯(lián)劑化學(xué)品的化學(xué)品貯存器120、水源116、和能夠計(jì)量例如直至2. 0百分比或以上濃度的計(jì)量泵122，所述洗滌系統(tǒng)可以用于將處理化學(xué)制品122a注入供水118a以產(chǎn)生洗滌液118b。然后這種洗滌液當(dāng)污泥在篩110上方通過時(shí)噴灑124在污泥上、和/或注入漿體混合罐112中。在漿體混合罐中，過篩的污泥和洗滌液被混合和攪拌，以形成含有例如35wt%固體的漿體114。漿體流112a然后被泵至物理分離器126以進(jìn)一步加工。物理分離器126可以例如基于文氏管原理操作，利用高壓泵128供應(yīng)的高壓流體128a、例如5000至IOOOOpsi (344至689bar)的水以產(chǎn)生高速水噴射或流、和/或本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道的、足以將保留的污泥細(xì)顆粒的聚集體降低到較小的聚集體和單個(gè)顆粒的其他機(jī)械和/或超聲方法(未顯示)，來形成加工過的漿體流126a。要理解，具體的分離技術(shù)的選擇受到許多因素的來指導(dǎo)，所述因素包括例如漿體流內(nèi)的平均粒度、粒度分布、結(jié)塊程度和結(jié)塊程度的分布。來自于物理分離器126的加工過的漿體流126a然后被傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)濕式圓筒磁選機(jī)130、130'，它們被配置用于除去加工漿體中具有足夠高濃度的鐵和/或其他磁性金屬的那些微粒。除去的微粒130a，“固”相，可以然后經(jīng)歷進(jìn)一步處理以將該分離出的固體脫油。離開磁選機(jī)130b的“液”相通常包含水、油和在所述分離器中未除去的非磁性化合物，非磁性化合物包括，例如可以利用傳統(tǒng)的廢水處理方法134來處理的石墨。
離開磁選機(jī)的固相130a通常由含有鐵及其他金屬的磁性污泥構(gòu)成，仍然具有一定含油量。該磁性污泥被輸送到在600-800° F(316至427°C )下操作的低溫提取器132。隨著磁性污泥通過提取器132，該磁性污泥中殘留的一部分油被提取，產(chǎn)生了表現(xiàn)出含油量低于2，OOOppm(mg/kg)的脫油污泥132a。該脫油污泥132a適合于回收146和其含鐵物的再利用。低溫提取器的排氣132b含有分離的油、輕質(zhì)有機(jī)物和夾帶的水。該排氣可以由移動(dòng)排氣通過冷凝器138的鼓風(fēng)機(jī)136從提取器132抽出。在冷凝器138中，油與排氣分離。所述排氣和油流向接收箱140。從接收箱140提取油140b以供回收加工144，排氣140a可以被引向適合的廢氣處理設(shè)備142。本發(fā)明可以用不同的方式構(gòu)成，只要由所述設(shè)備執(zhí)行的功能能夠?qū)崿F(xiàn)即可。例如，可以根據(jù)污泥中鐵顆粒的性質(zhì)使用多個(gè)濕式圓筒磁選機(jī)130、130'?？赡苄枰咚箯?qiáng)度不同并因此不同的濕式圓筒分離器來除去不同大小的鐵顆粒。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，因?yàn)?有各種各樣的壓碎和篩分設(shè)備以及方法可以適于產(chǎn)生適合的漿體流，所以本公開不局限于在此圖示說明和描述的具體的實(shí)施例。適合于在124處注入的洗滌或處理溶液的例子是一種組合物，其包含20和70wt%之間的石油基柔軟劑，例如柴油機(jī)燃料；2和50wt%之間的軟化劑，優(yōu)選pH中性的軟化齊U，例如聚丙二醇；5至25wt%之間的增溶劑，例如聚氧乙烯醚和/或聚氧乙烯醇；和I和IOwt %之間的偶聯(lián)劑，例如二羧酸。應(yīng)該理解，如果選擇的軟化劑不是pH中性的，所述處理溶液還可以包含pH調(diào)節(jié)劑和/或緩沖劑，用于控制溶液的pH。預(yù)期在大多數(shù)情況下，總體中性的PH就足夠了，但是根據(jù)料漿的性質(zhì)和組成，可以調(diào)整處理溶液的pH，以對(duì)將要被送入下游過程的處理漿體實(shí)現(xiàn)油釋放提高和/或控制pH。要理解，洗滌液的各種組分可以分別和/或以一種或多種組合物例如母料制劑來運(yùn)用，以分別提供范圍更廣的組合物和/或簡化過程控制。洗滌液的組分在物理分離器126中具有松開油與固體顆粒之間的化學(xué)鍵和幫助調(diào)動(dòng)油的綜合效應(yīng)，為污泥顆粒的解聚集作準(zhǔn)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，污泥制備方法與分離和恢復(fù)方法以及設(shè)備、即一體化方法和相應(yīng)設(shè)備的前端和后端可以通過將諸如污泥類型、烴負(fù)載水平和成分以及被加工污泥的預(yù)定用途等因素納入考慮而進(jìn)一步改變以供具體的應(yīng)用。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，所述設(shè)備和工藝流體可以針對(duì)具體應(yīng)用的具體需要和要求加以改變。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的某些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的說明和描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解，在不背離下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中做出各種形式上和細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種處理含油微粒的方法，包括將處理溶液施用于微粒進(jìn)料流以形成處理漿體；將機(jī)械破碎儀應(yīng)用于該處理漿體以減小平均粒度；將磁選機(jī)應(yīng)用于該處理漿體以形成含鐵漿體；和將熱分離器應(yīng)用于該含鐵漿體以提取烴部分并產(chǎn)生含鐵的產(chǎn)物流。
2.權(quán)利要求I的處理含油微粒的方法，其進(jìn)一步包括對(duì)含油微粒應(yīng)用篩分操作以從微粒進(jìn)料流中除去較大的顆粒。
3.權(quán)利要求I和2的任一項(xiàng)處理含油微粒的方法，其進(jìn)一步包括 冷凝一定體積的烴部分。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的處理含油微粒的方法，其中處理溶液包含石油基柔軟劑；軟化劑；增溶劑；和偶聯(lián)劑。
5.權(quán)利要求4的處理含油微粒的方法，其中處理溶液包含20至70被％的石油基柔軟劑；2至50被％的軟化劑；5至25被％的增溶劑；和I至IOwt %的偶聯(lián)劑。
6.權(quán)利要求4的處理含油微粒的方法，其中軟化劑是pH中性軟化劑。
7.權(quán)利要求4的處理含油微粒的方法，其中處理溶液還包含選自pH調(diào)節(jié)劑和緩沖劑的化合物。
8.權(quán)利要求5的處理含油微粒的方法，其中軟化劑是pH中性軟化劑。
9.權(quán)利要求5的處理含油微粒的方法，其中處理溶液還包含選自pH調(diào)節(jié)劑和緩沖劑的化合物。
10.權(quán)利要求4的處理含油微粒的方法，其中石油基柔軟劑包含烴燃料成分；軟化劑包含二醇；增溶劑包含選自醚和醇的至少一種化合物；和偶聯(lián)劑包含有機(jī)酸。
11.權(quán)利要求4的處理含油微粒的方法，其中石油基柔軟劑包含柴油機(jī)燃料；軟化劑包含聚丙二醇；增溶劑包含選自聚氧乙烯醚和聚氧乙烯醇的至少一種化合物；和偶聯(lián)劑包含二羧酸。
12.權(quán)利要求I的處理含油微粒的方法，其中 所述機(jī)械破碎儀包括用足以減少處理漿體內(nèi)的聚集體和結(jié)塊的高壓流體噴射來沖擊所述處理漿體。
13.權(quán)利要求I的處理含油微粒的方法，其中 所述機(jī)械破碎儀包括用足以減少處理漿體內(nèi)的聚集體和結(jié)塊的量級(jí)的超聲波能量來沖擊所述處理漿體。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求I的方法處理含油微粒的設(shè)備，其包括 噴霧器，其被配置用于向微粒進(jìn)料流施加處理溶液以形成處理漿體； 機(jī)械破碎儀，其被配置用于接收和破碎所述處理漿體以減小所述處理漿體內(nèi)的平均粒度； 磁選機(jī)，其被配置用于去除所述處理漿體的磁性部分以形成含鐵漿體；和熱分離器，其被配置用于將所述含鐵漿體加熱到足以從所述含鐵漿體中揮發(fā)和除去烴部分的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法處理含油微粒的設(shè)備，其還包括 篩分設(shè)備，其被配置用于從含油微粒中分離較大的微粒。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的用于處理含油微粒的設(shè)備，其中 所述機(jī)械破碎儀向所述處理漿體施加5，OOO到10，OOOpsi (344到689bar)壓力的工作溶液的射流。
全文摘要
本發(fā)明公開了處理含油微粒例如鋼廠泥的方法和設(shè)備，包括將處理溶液施用于微粒進(jìn)料流以形成處理漿體，將機(jī)械破碎儀應(yīng)用于該處理漿體以減小平均粒度，將磁選機(jī)應(yīng)用于該處理漿體以形成含鐵漿體，和將熱分離器應(yīng)用于該含鐵漿體以提取烴部分并產(chǎn)生含鐵的產(chǎn)物流。這種基本方法和相關(guān)設(shè)備可以用許多方式改變，所述方式包括，例如，向含油微粒應(yīng)用篩分操作以從微粒進(jìn)料流中除去較大的粒子，冷凝一定體積的烴部分或使用不同強(qiáng)度的磁選機(jī)來提供含鐵量不同的含鐵漿體。
文檔編號(hào)B03C1/02GK102811817SQ201080053216
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者M·C·阿米蘭 申請(qǐng)人:M·C·阿米蘭