專利名稱：阻止低變質(zhì)程度煤自發(fā)氧化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及阻止低變質(zhì)程度煤自燃的方法，即在將煤氧化的同時(shí)加加以干燥，再冷卻，以便增加它的穩(wěn)定性。
已設(shè)計(jì)了許多處理方法使煤氧化，以降低其硫和灰的含量。例如，US-A-3，909，211敘述了用一種含NO2的氣體在38-260℃下加熱煤。US-A-4，022，588敘述了煤與一些特定的金屬氧化物反應(yīng)，然后對(duì)處理過的煤進(jìn)行洗滌或抽提。US-A-4，097，244和US-A-4，105，416敘述了用含有一種鐵絡(luò)合劑和一種金屬氧化劑的水溶液來處理煤，然后使如此處理過的煤與供氫體反應(yīng)。US-A-4，183，730敘述了先使煤與過氧化氫和氯化鈉的水溶液起反應(yīng)，然后洗滌該處理過的煤。美國專利4，256，464敘述了使煤與一種含氮氧化物的液體有機(jī)溶劑接觸，然后使它與含有氧和一氧化氮的氣體反應(yīng)。US-A-4，328，002敘述了用一種氧化劑水溶液處理煤，然后洗滌煤，再將其與氧反應(yīng)到產(chǎn)生放熱溫度峰的程度，最后洗滌和干燥這處理過的煤。
也提出了一些氧化方法來降低煤的分子量和/或使一部分煤可溶于有機(jī)溶劑中。US-A-2，242，822和US-A-2，338，634闡述了先用空氣，后用硝酸氧化煤，以便生成一些羥基羧酸基團(tuán)，使非絲炭有機(jī)物質(zhì)變成可溶于含有雜環(huán)氧的有機(jī)溶劑中，在氧化階段采用硝酸銨或其它氧化物作為催化劑。
已知有幾種方法使煤氧化以降低它的氧化反應(yīng)性來阻止低變質(zhì)程度煤自燃。也可通過限制氧與煤顆粒表面接觸來阻止煤的自燃，例如，通過壓實(shí)以便減少空氣滲透入煤堆中和/或給煤涂上一種限制氧進(jìn)入煤表面的物質(zhì)。最近所用的一些使煤氧化的方法是使煤顆粒暴露于分子氧中。例如，US-A-3，723，079敘述了一種煤處理方法，先將煤用空氣氧化(可提供0.5-8%氧吸收量)使煤干燥到含水份1-10%，然后把煤重新水化。US-A-4，396，394和US-A，4，401，436敘述了先使煤干燥到接近于產(chǎn)品所要求的濕度，并通過含氧的上升熱氣流使煤氧化，再將處理過的煤冷卻到低于大約38℃或者在冷卻時(shí)加水，以便借助水的蒸發(fā)來增加冷卻速率。這些方法所提供的穩(wěn)定作用是基于氧化反應(yīng)的速率隨著煤的氧化而降低。
本發(fā)明提供的方法是將低變質(zhì)程度的煤干燥，氧化和冷卻，以便降低其自燃傾向，其特征在于，用含有化合氧的氧化劑水溶液噴灑煤顆粒，使該水溶液基本均勻地分布在煤顆粒表面，水的加入量不大于煤重的10%;把煤顆粒從環(huán)境溫度加熱到最高204℃，使所得濕煤干燥到水份基本上降低到煤產(chǎn)品所需的程度;然后把如此處理過的煤冷卻到38℃以下。
噴灑氧化劑水溶液所加入的水量最好是小于煤重量的2%。將被氧化劑潤(rùn)濕的煤加熱干燥，使水份基本上降到煤產(chǎn)品所需的程度。要控制加熱溫度，使煤顆粒溫度最高為204℃，優(yōu)選的是最高為149℃，最優(yōu)選的是不超出121℃，比如說在66和121℃之間?？梢栽诘蜏囟缺热缯f從38℃到66℃加熱煤，但這不是優(yōu)選的。最后將干燥過的煤冷卻到38℃以下。
在優(yōu)選的實(shí)例中，把煤篩分成較粗部分和較細(xì)部份。然后把氧化劑水溶液分別加到較粗煤粒部份和較細(xì)煤粒部份，或者僅僅加到較細(xì)煤粒部份。把噴灑過氧化劑的較細(xì)煤粒部份干燥，然后與較粗煤粒部份重新混合在一起。在一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，把熱的、噴灑過氧化劑的但干燥了的細(xì)煤與噴灑過氧化劑的較粗煤粒部份摻合，然后將此摻合好的煤粒冷卻。
在本發(fā)明的方法中，使煤通過與氧化劑水溶液接觸而被氧化，氧化劑中的氧與分子氧不同，它以化合形式存在。一般說來，氧化劑基本上可以是任何相對(duì)溫和的、具有相當(dāng)水溶性的、含氧的氧化劑。這氧化劑最好是處于相當(dāng)高濃度的水溶液中，優(yōu)選的是使溶液基本上飽和的濃度。特別適宜的氧化劑包括高氯酸鹽，氯酸鹽，過氧化物，次氯酸鹽或硝酸鹽，并且宜于做水溶液用，溶液中陽離子由金屬、氫或銨的離子等組成。煤與氧化劑水溶液的接觸，是讓煤的表面基本均勻地接觸到氧化劑液，而不需要象氧化容器那樣的專門設(shè)備，并且要避免接觸過氧化劑水溶液的煤中水份含量超過煤重量的10%，最好是不大于煤重量的2%。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，氧化劑溶液以點(diǎn)滴或帶狀形式噴灑在煤上，并且該溶液要接近于飽和，使水量達(dá)到最小而又不會(huì)使氧化劑出現(xiàn)沉淀的程度。如有必要，可以將氧化劑溶液加熱，并且可以采用通用噴咀或霧化器。
在本發(fā)明的方法中，是在將煤進(jìn)行干燥之前使氧化劑水溶液與煤接觸。這樣可使水溶性氧化劑擴(kuò)散到水中，使氧化劑可以存在于煤中和煤的表面上，并且滲透進(jìn)煤的內(nèi)表面。在干燥器中進(jìn)行加熱和蒸發(fā)之前，這樣做可使氧化反應(yīng)在干燥器的高溫下被加速，并且由于水份的蒸發(fā)而使氧化劑濃縮。如有必要，例如當(dāng)采用一種相當(dāng)?shù)唾M(fèi)用的和/或相對(duì)不活潑的氧化劑時(shí)，在煤離開干燥器之后和進(jìn)入冷卻器之前，可以往煤中補(bǔ)加氧化劑溶液。
實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)(高氯酸鎂)為了作這些試驗(yàn)，把(美國)西部次煙煤均勻縮分成兩份各1000克的等分試樣。這煤樣取自(美國)懷俄明州的南Powder河盆地。用一個(gè)等分煤樣與1000ml蒸餾水配成漿料，制成一個(gè)未經(jīng)處理的對(duì)照試樣。用另一個(gè)均勻等分煤樣與1000ml蒸餾水中含10克高氯酸鎂的溶液制成一個(gè)經(jīng)處理的煤樣，使高氯酸鎂的量為干煤重量的1.4%。將經(jīng)處理的和未經(jīng)處理的試樣都放在用氮?dú)獯迪催^的真空烘箱中于105-110℃下干燥48小時(shí)。干燥后的煤樣放在等溫反應(yīng)器中，用一股穩(wěn)定的空氣流通過這反應(yīng)器，并且作為時(shí)間的函數(shù)來測(cè)定氧的消耗。
經(jīng)處理的煤樣的初始耗氧速率僅是未經(jīng)處理的煤樣的50%左右。在自然對(duì)數(shù)圖上，氧化速率隨累積氧化量(或先前氧化量的積分)的變化表明，氧化劑的影響大致類似于分子氧的影響，即初始氧化速率減低了;這影響還表明，利用含有化合氧而不是分子氧的氧化劑可引起煤的予氧化，這樣可防止，或至少可延遲隨后的自燃-用化合氧的氧化劑確實(shí)在某種程度上比用分子氧更容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。此外，由于水溶性氧化劑是被噴灑到煤粒表面上的，這氧化劑可通過煤中原有的水份，在細(xì)小的間隙中和微孔中以及它們周壁上自由移動(dòng)，與煤表面相接觸。
溶于煤漿中的水溶性氧化劑的有效性意味著本發(fā)明的方法可以在用管線輸送的煤/水漿中處理煤，因此可以減輕在管線接受端的貯存問題和處理問題。
實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)(硝酸銨)
將大約1000克濕的、按收到的次煙煤用1000ml硝酸銨蒸餾水溶液制成漿料，作為一個(gè)經(jīng)處理的煤樣。將大約1000克均勻的濕煤在1000ml純蒸餾水中制成未經(jīng)處理的對(duì)照試樣。然后將這兩種試樣放在用氮?dú)獯迪催^的真空烘箱中于100-105℃下干燥48小時(shí)。并檢測(cè)這兩種試樣隨時(shí)間變化的等溫吸氧量。硝酸銨降低了干燥煤吸收氧的速率。當(dāng)硝酸銨的濃度為干燥煤重量的0.7%和1.4%時(shí)，可觀察到顯著的降低。
在需要將全部煤進(jìn)行干燥處理的情況下，低變質(zhì)程度煤的一種優(yōu)選處理工藝是，用氧化劑水溶液噴灑濕的原煤，然后將此濕煤送到干燥器，用一種熱干氣進(jìn)行干燥，從干燥器排出的廢氣送入集塵器，從干燥器出來的熱干煤送到冷卻器，用例如環(huán)境空氣加以冷卻，從冷卻器排出的廢氣送到集塵器，把這冷卻的、經(jīng)干燥處理的煤堆存起來。此噴灑工序的操作大體上類似于上述的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的制漿工序。
另一個(gè)特別優(yōu)選的工藝是，把統(tǒng)煤篩分成較粗的和較細(xì)的兩部份，每一部份分別用氧化劑水溶液噴灑，單將經(jīng)處理的細(xì)煤粒部份加以干燥，再把這兩部份經(jīng)處理的煤重新?lián)胶?，然后將這摻合料送到冷卻器，把冷卻過的摻合料堆存起來。
在Powder河盆地煤礦上試驗(yàn)了這種操作的派生方法。在Powder河試驗(yàn)中所用的操作步驟與所述的不同點(diǎn)在于，經(jīng)處理的細(xì)煤粒部份在其與粗煤粒部份混合前加以冷卻。在Powder河現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，5cm×0原煤被送到1.9cm網(wǎng)目的篩子上。把通過篩子的細(xì)煤粒部份加以干燥，但流過篩子上面的粗煤粒部份不進(jìn)行干燥。將煤篩分成粗煤粒部份和細(xì)煤粒部份之后，用25-33%(重量)硝酸銨水溶液噴灑在這兩部分煤粒上。在Powder河試驗(yàn)中，在把干燥過的細(xì)煤粒冷卻之后，與濕的粗煤粒部份摻合。這細(xì)煤粒在2-10分鐘內(nèi)從環(huán)境溫度加熱到66-121℃，在冷卻器中將干燥過的細(xì)煤粒的溫度降低28-56℃。
用于細(xì)粒煤部份和粗粒煤部份的氧化劑溶液的量保持相同。用不到0.2%(重量)的硝酸銨來處理5×104公斤(50噸)煤，用不到0.5%(重量)的硝酸銨處理另外的5×104公斤(50噸)煤。將處理過的試樣構(gòu)成一個(gè)105公斤(100噸)的料堆，試樣緊挨著堆放在專門準(zhǔn)備好的有小隔板的平地上，料堆在33天之后開始悶燒。但采用相同的方法和條件來干燥，只是不用硝酸鹽溶液噴灑的供對(duì)照用的未經(jīng)處理的煤堆僅在堆放8天之后就開始悶燒。
煤堆表面上有灰層和煙這表明有悶燒。每料堆用20根熱電隅來檢測(cè)其溫度。存放3天之后在對(duì)照用的料堆中測(cè)得的最高溫度為88℃。在用硝酸銨處理過的料堆中經(jīng)25天堆放之后測(cè)得的最高溫度是71℃左右。實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)明顯地表明，用硝酸銨處理可顯著地阻止干燥的低變質(zhì)程度煤的自燃傾向。正如本領(lǐng)域所知，硝酸銨是一種價(jià)廉、無毒和易得的化學(xué)品。
用氧化劑潤(rùn)濕了的粗煤粒部份與用氧化劑潤(rùn)濕后并經(jīng)干燥的細(xì)煤粒部份在它們冷卻之前摻合好，這是特別優(yōu)選的處理流程。在處理時(shí)間和費(fèi)用大體相同的情況下，煤樣在冷卻前摻合的方法趨向于形成一種較涼的產(chǎn)品。較低溫度下堆放起來的產(chǎn)品將比在初始較高溫度下堆放起來的產(chǎn)品有較低的自燃傾向。
一般說來，常用于配制氧化劑水溶液的水實(shí)質(zhì)上可以是任意的水，只要能作為良溶劑，可與所用的特殊氧化劑相容，且對(duì)煤的氧化反應(yīng)基本上是惰性的即可。特別適宜的水要求每升水中不溶性固體物總含量不大于10克，且主要陽離子含量(即含量大于痕量的陽離子)不大于150毫克當(dāng)量。
一般說來，本發(fā)明的方法可以用任何裝置來實(shí)施，諸如輸煤裝置，篩子，干燥器和冷卻器，它們都有現(xiàn)成的，并且適于它們?cè)瓉淼墓δ堋?br> 權(quán)利要求
1.一種將低變質(zhì)程度煤干燥、氧化和冷卻以降低其自燃傾向的方法，其特征在于，用含有化合氧的氧化劑水溶液噴灑煤顆粒，使該水溶液大體上均勻地分布在煤顆粒表面上，水的加入量不大于煤重的10%；把所得濕煤從環(huán)境溫度加熱到最高為204℃進(jìn)行干燥，使煤中水份基本上降到煤產(chǎn)品所需的程度；然后把如此處理過的煤冷卻到38℃以下。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中把煤分成粗粒部份和細(xì)粒部份，把氧化劑水溶液加到這兩部份煤中，再把含氧化劑的細(xì)煤粒部分進(jìn)行干燥，然后把這樣處理過的兩部份煤樣摻合在一起。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中含氧化劑的粗煤粒部份與含氧化劑且經(jīng)過干燥的細(xì)煤粒部份在它們冷卻之前摻合。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中把煤分成粗粒部份和細(xì)粒部份，僅把氧化劑水溶液加到細(xì)煤粒部份中，再對(duì)含氧化劑的部份進(jìn)行干燥，然后把這兩部份煤料摻合。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中氧化劑是高氯酸鹽，氯酸鹽，過氧化物，次氯酸鹽或硝酸鹽。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中氧化劑是高氯酸銨或硝酸銨。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中把煤從環(huán)境溫度加熱到最高為149℃。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中把煤從環(huán)境溫度加熱到66-121℃。
9.按照權(quán)利要求7的方法，其中把煤從環(huán)境溫度加熱到38℃以上-66℃。
10.按照權(quán)利要求1，2或5的方法，其中通過氧化劑水溶液所加入的水量不大于(煤重)的2%。
全文摘要
降低低變質(zhì)程度煤自燃傾向的方法是，用含有化合氧的氧化劑水溶液噴灑煤，然后干燥經(jīng)這樣處理的煤，再將此干煤冷卻。
文檔編號(hào)A62C3/04GK1039052SQ88103998
公開日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1988年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1986年12月19日
發(fā)明者馬克·艾倫·西多威, 尼爾·當(dāng)·斯蒂漢姆, 威廉·卡爾·馬克馬 申請(qǐng)人:殼牌石油公司