專利名稱：煤炭加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物物質(zhì)的加工以提高其使用價(jià)值或品級(jí)。特別是，本發(fā)明提供了一種方法，用于加煤或其他生物物質(zhì)時(shí)能使所選定的原料有效地從低品級(jí)轉(zhuǎn)變成高品級(jí)燃料，可提高單位燃料熱能的釋放。本發(fā)明的具有目標(biāo)是服務(wù)于公用事業(yè)，商業(yè)和工業(yè)市場(chǎng)。本發(fā)明也能供應(yīng)低煙塵的民用燃料，諸如家庭取暖和炊事。
背景技術(shù)：
眾所周知，生物物質(zhì)是能大量和最易獲得的能源之一。生物物質(zhì)發(fā)現(xiàn)于森林、貝類、植物莢殼和泥炭這樣一些不成熟的形式。大量的生物物質(zhì)也能以褐煤，次煙煤，煙煤以及無(wú)煙煤的形式獲得。自從人們發(fā)現(xiàn)和掌握火以來(lái)，就能利用集存于上述物質(zhì)中的能量，然而，這些大量?jī)?chǔ)存的能源，其效率低下利用的結(jié)果，造成大氣質(zhì)量下降以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。由于人們對(duì)從工業(yè)社會(huì)獲得產(chǎn)品的欲望是無(wú)止境的，因而對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)，于是需要以安全的，潔凈和對(duì)生態(tài)環(huán)境負(fù)責(zé)的方式釋放能源。
先前的方法是對(duì)煤炭加熱脫除水分，提高煤炭產(chǎn)品的品級(jí)和BTU*，而且也知道煤的熱解性能使復(fù)雜的烴類改變成較簡(jiǎn)單的烴。這種分子組成的變化，使得煤更容易燃燒。這些方法已發(fā)展使用高溫(超過(guò)煤的自燃點(diǎn))。高溫技藝，須要控制形成一種大氣為了煤在加熱處理時(shí)不致引發(fā)煤的自燃。但是這種高溫大氣控制設(shè)備產(chǎn)生一種不穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于煤在加熱爐內(nèi)“振動(dòng)或表面粉化”而產(chǎn)生的粉末需要重新處理制成型煤。后來(lái)發(fā)展到將煤破碎至小于3/16”(末煤)的細(xì)粒物料。這些末煤通常在溫度400°F-700°F范圍內(nèi)熱解降低了水分和揮發(fā)分。其后本方法將這些末煤與粘結(jié)劑摻混。粘結(jié)劑或是固有的或是外加的，制得的混合料注入預(yù)先設(shè)定尺寸的模具內(nèi)制成型煤，制得的型煤，水分低或沒(méi)有水分，揮發(fā)分已脫到一定程度和具有合適的穩(wěn)定性。
先前這些方法需要2-6小時(shí)才能完成，既慢而且在授資費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用上都高。這種對(duì)煤炭加工提高其品級(jí)的方法須要改進(jìn)，同時(shí)縮短時(shí)間和降低費(fèi)用。本發(fā)明已找到能滿足這種需要的方法。
發(fā)明概述業(yè)已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，在一定條件下加工煤炭或其他生物物質(zhì)，能在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)就可以提高煤炭的品級(jí)，產(chǎn)生發(fā)熱量達(dá)到12500-13000 BTU/1b或更高的燃料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種加工生物物質(zhì)，一般指煤，提高其品級(jí)的方法，其中生物物質(zhì)原料是從原料加熱脫除水分和揮發(fā)分，然后收集加工后的生物物質(zhì)。這里所用“脫除水分”一詞，其意義是把水分(水)降到小于2％(重量)。降低揮發(fā)物和有機(jī)烴類是該方法的可控部分。在此，本方法全部根據(jù)初始原料揮發(fā)分組成和最終產(chǎn)品所需的發(fā)揮分組成，預(yù)測(cè)暴露時(shí)間、溫度以及大氣條件該最終產(chǎn)品可為25％或更大(揮發(fā)分重量計(jì))，例如為25-35％，或3％或小于3％(揮發(fā)分重量計(jì))，通常為5-15％(重量)。原料在揮發(fā)分方面和最終產(chǎn)品的其他特性的最后結(jié)果，本發(fā)明提供了控制細(xì)節(jié)。
另一方面，當(dāng)原料在加熱裝置內(nèi)加熱處理時(shí)，部分脫除的水分和揮發(fā)分與預(yù)先混合好的液態(tài)烴類化合物一起循環(huán)回加熱裝置，以提供無(wú)氧化作用大氣阻止原料在加熱階段燃燒?！盁o(wú)氧化作用大氣”一詞，在這里意指其中氧含量通常小地2％(氧)或0.001-1％(氧)，最通常為0.25-0.75％(按氧體積計(jì))用于整個(gè)加工過(guò)程。
再一方面，提供按照本發(fā)明的方法生產(chǎn)的提高品級(jí)的煤。
又一方面，本發(fā)明提供由根據(jù)本發(fā)明的方法加工的煤形成的型煤，這種型煤具有防水涂層改進(jìn)了穩(wěn)定性、可燃性和延長(zhǎng)了儲(chǔ)存時(shí)間。
在保持多數(shù)生物物質(zhì)自燃結(jié)構(gòu)的完整性和降低粉末形成的同時(shí)，本發(fā)明的方法能對(duì)揮發(fā)和脫水以及有機(jī)揮發(fā)分加以控制，從而使低級(jí)燃料例如7500 BTU/1b或比其小轉(zhuǎn)變成具有12500 BUT/1b或較高的高級(jí)燃料。本方法大大地降低了投資和必需的生產(chǎn)費(fèi)用，達(dá)到所期望的結(jié)果。因而在顯著地提高了費(fèi)用的有效性和生產(chǎn)率方面優(yōu)于先前的方法。本發(fā)明也大大地縮短了全過(guò)程由既有方法需要數(shù)小時(shí)到僅需15分鐘或更少，最通常為5-10分鐘。


下面參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖1，是一臺(tái)典型的干餾釜，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法；圖2是多室干餾釜的簡(jiǎn)圖，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
應(yīng)該指出，本發(fā)明不僅限于使用旋轉(zhuǎn)的干餾釜，也能用其他型號(hào)的設(shè)備。然而，為了便于說(shuō)明，還是參照旋轉(zhuǎn)干餾釜作以下說(shuō)明。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)知，本發(fā)明能用于各類型生物物質(zhì)的基質(zhì)。在本發(fā)明范圍內(nèi)生物物質(zhì)意指林木、貝殼類、植物外英類、泥炭及其他有機(jī)易燃物的任何形式。例如特別適用于本發(fā)明的生物物質(zhì)是褐煤、次煙煤、煙煤以及無(wú)煙煤。為了便于討論，以下說(shuō)明將用煤表示。煤，應(yīng)理解為包括各種煤，尤其是褐煤、次煙煤、煙煤以及無(wú)煙煤。
圖1所示，2為一臺(tái)常規(guī)的干餾釜用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)現(xiàn)本方法可用圓柱體旋轉(zhuǎn)干餾釜或爐膛內(nèi)裝有可動(dòng)的連續(xù)格柵型爐窯。為了易于說(shuō)明，以下討論是根據(jù)圓柱體旋轉(zhuǎn)型干餾釜，典型的干餾釜與水平有一小傾角，通常此傾角為5-15°，有助于被加工的煤因重力運(yùn)動(dòng)而通過(guò)設(shè)備。如有要求，水平的干餾釜也可以用。干餾釜2設(shè)有干餾室4，干餾室可以單室或多室。這種干餾釜用圍繞于室外的爐窯6加熱。爐窯設(shè)有外部加熱裝置，諸如燃?xì)馊紵?，電熱絲或煤燃燒器8。上述室4與原料進(jìn)料入口10和出口14相通，原煤12由此入口進(jìn)入室4，經(jīng)過(guò)加工的煤16通過(guò)排料口14進(jìn)入下工序。當(dāng)煤通過(guò)進(jìn)料入口10進(jìn)入室4后，藉室4壁的輻射熱加熱，使通過(guò)此室的煤炭品級(jí)得到改進(jìn)。
圖2是實(shí)施例的示意圖，本方法應(yīng)用的是5個(gè)分離的室。圖2所示的干餾釜20有5個(gè)室，它們是22，24，26，28，30。每個(gè)室每端設(shè)有窗口，以便原料進(jìn)入和加工后的原料排至下游鄰室。這些室由閉合裝置32相互分隔，典型的閉合器裝置，在室的直徑范圍內(nèi)能開(kāi)能閉，使原料在特定的加工條件下保持在特定的室內(nèi)，此室與相鄰室內(nèi)的條件往往不同。
消除熱燃?xì)馀c煤之間的直接觸，可避免煤炭燃燒，與此同時(shí)，也要控制溫度和大氣條件以求達(dá)到操作參數(shù)最優(yōu)。例如添加從煤中揮發(fā)出的至少有部分惰性氣體的物料、汽化物如蒸汽或處理過(guò)的氮以及選定的液態(tài)烴，使其生成無(wú)氧化作用的大氣。在本發(fā)明的方法過(guò)程中，所排出和捕獲的揮發(fā)分中含有烴。例如烴的分子式范圍從CH4到C8H18有時(shí)碳成分能高達(dá)C25。被排出的烴類和排出的烴類的數(shù)量可以重新進(jìn)入加熱室。在本發(fā)明加工過(guò)程中，將要確定烴的分子式與足夠補(bǔ)充加熱室內(nèi)大氣所需要的烴量。需要來(lái)產(chǎn)生所需的揮發(fā)分排出率和揮發(fā)分排出量的正確大氣的組成是基于原料的特性和其離開(kāi)本發(fā)明每個(gè)室時(shí)產(chǎn)品的指標(biāo)條件來(lái)預(yù)測(cè)的。
室4設(shè)有進(jìn)口和出口裝置18，20供控制室內(nèi)大氣的氣體和液態(tài)烴以及冷卻氣體的進(jìn)入。示意圖2上的干餾釜有類似的進(jìn)口和出口34，36?？蓪⒃撌腋倪M(jìn)把內(nèi)螺旋推料器和攪拌裝置去除使操作簡(jiǎn)單可靠。該干餾釜沒(méi)有傳統(tǒng)裝置，用于控制穿過(guò)該系統(tǒng)的速率和溫度。氣體干餾釜也設(shè)有使室4旋轉(zhuǎn)的裝置22，以便在加工過(guò)程中熱和氣更均勻地貫穿于煤的基質(zhì)。
在破碎之前，最好對(duì)原料煤有一個(gè)初步干燥階段。一般煤的表面水分至少有85％(重量)經(jīng)初步干燥階段后被脫除。一般初步干燥是用常規(guī)的空氣干燥機(jī)，其空氣的溫度為200-250F；或用離心型表面水分干燥機(jī)。對(duì)于塊煤通常可用CMI 48型干燥機(jī)，對(duì)于末煤可用CMI 35型或任何其他通用于煤炭工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的離心干燥設(shè)備。本發(fā)明不依賴原料煤預(yù)干燥，但是，預(yù)干燥措施能增加全過(guò)程的效率。
初步干燥后，煤用常規(guī)的Gunstock雙輥破碎機(jī)或用Mclanaham型破碎機(jī)進(jìn)行破碎。這種破碎機(jī)將原料的平均粒度降至1-2英寸，允許最大粒度通常在2英寸左右。這用2英寸篩孔的篩子即可完成。不能通過(guò)篩孔的篩上大粒煤返回原料堆循環(huán)再破碎。
干燥破碎后的煤，進(jìn)入干餾釜2的室4內(nèi)進(jìn)行第一階段加工。在這里本發(fā)明所描述的涉及有5個(gè)室的加熱裝置。但是，本發(fā)明的方法可在少為1個(gè)室或多至7個(gè)室內(nèi)進(jìn)行。然而本發(fā)明的方法效率如在這里所描述的，在5個(gè)室內(nèi)最有效。
本方法的5個(gè)階段可以，但不限于此，包括在圓柱體可旋轉(zhuǎn)的干餾釜或旋轉(zhuǎn)爐膛上有可動(dòng)連續(xù)格柵型爐窯。這些加熱設(shè)備，每種都能連續(xù)不斷地使產(chǎn)品從一個(gè)室移動(dòng)至下一室，這些室在有煤時(shí)能控制室內(nèi)惰性大氣。
在第一室22內(nèi)(見(jiàn)圖2)原料煤的溫度升至400-750°F，最通常為550°F左右，大約保持2-4分鐘，最通常大約3分鐘。在本方法的第一階段，經(jīng)預(yù)干燥階段后煤殘存在表面水分將完全脫離原始原料，此時(shí)原料中的惰性水分將降至2-5％(重量)。在結(jié)束這階段后，水分最終的百分?jǐn)?shù)將基于原料中的惰水量來(lái)預(yù)測(cè)。在第一階段的溫度部分原料開(kāi)始損失一部分揮發(fā)物質(zhì)，但是本發(fā)明此階段損失的揮發(fā)分并不重要。在本發(fā)明的第二和其后階段才控制從原料中排出的揮發(fā)分。
生物物質(zhì)，如煤炭，含有許多揮發(fā)性物質(zhì)，當(dāng)煤暴露在高溫時(shí)排出。這些揮發(fā)性物質(zhì)具有使得它們相互可以區(qū)分的特性。在某一溫度這些揮發(fā)分正常地從生物物質(zhì)中排出也是這種差異特性；本發(fā)明涉及的一個(gè)方面是所選定的生物物質(zhì)(原料)中所含揮發(fā)性物質(zhì)的時(shí)間和溫度特性。本發(fā)明對(duì)原料內(nèi)所含某種揮發(fā)分允許均勻排出其大部分與其他揮發(fā)分有點(diǎn)影響。例如，“A”揮發(fā)分當(dāng)暴露在900°F下10秒內(nèi)從原料中排出；“B”揮發(fā)分在同樣溫度下20秒內(nèi)從原料中排出。本發(fā)明將烴或烴類混合物導(dǎo)入圍繞在原料9周的熱氣中，其作用是減小“A”揮發(fā)分的排放速度。由此可見(jiàn)，本發(fā)明控制原料中絕大多數(shù)揮發(fā)分的排放速率使得這些揮發(fā)分的大部分是以相等或相似的速率排出。“控制”揮發(fā)分的排放速率，能夠在加工原料的同時(shí)，避免發(fā)生破裂和裂紋現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在沒(méi)有“控制”的情況。利用常規(guī)的試驗(yàn)和監(jiān)控設(shè)備就能達(dá)到“控制”的目的。
煤在第一階段停滯的時(shí)間，將隨原料煤中初始水分含量而變化。如必要，控制室內(nèi)惰性大氣，是通過(guò)調(diào)整停滯時(shí)間和溫度以及重新引導(dǎo)揮發(fā)分和液烴進(jìn)入室內(nèi)。
為了在上述加工過(guò)程中保持基本上不氧化的大氣，在第一室大氣中以及在整個(gè)加工過(guò)程中的氧含量按體積計(jì)，一般少于2％，通常為0.001-1％，而更通常地為0.25-0.75％。用于使揮發(fā)性氣體與大氣中的反應(yīng)物析出以及使產(chǎn)物中發(fā)生還原的溫度為400-2200°F。
根據(jù)一個(gè)方面，對(duì)大氣的控制，部分地是通過(guò)液烴引入到室而實(shí)現(xiàn)的。此種烴類的范圍例如為分子式CH4-C8H18的烴。有時(shí)，其中碳的部分可以高達(dá)C25。當(dāng)引入這樣的烴后，煤炭便會(huì)與這些烴反應(yīng)，并以加速馬達(dá)到本發(fā)明所需結(jié)果的分子的方式。當(dāng)煤炭加熱到前述溫度，煤中的某些揮發(fā)物便由固態(tài)變換成液態(tài)而最后成為氣態(tài)。此揮發(fā)分以及以氣體形式排出的水分量可以根據(jù)原煤的特性與組成預(yù)測(cè)。從上述固態(tài)物料中釋放出的氣體或循環(huán)利用或是進(jìn)行液化與回收。
剩余的固態(tài)物料因其升高的溫度而膨脹。物料的膨脹和部分物質(zhì)的釋放導(dǎo)致有裂縫和孔隙的塊煤。在這個(gè)時(shí)刻，受震的煤體自然傾向于跌落分離和表面粉化，為阻止這種現(xiàn)象，本發(fā)明提出仔細(xì)及時(shí)引入液烴和處理過(guò)的(干)氮，該震動(dòng)效應(yīng)的結(jié)果是，從本質(zhì)上減少了塊煤的碎裂。引入液烴對(duì)塊煤內(nèi)的裂縫有架橋作用和在表面提供了一種粘結(jié)劑以及滲入塊煤的內(nèi)部，這就抵消了震動(dòng)原料變壞為表面粉化一致的趨勢(shì)。引入液態(tài)烴和處理過(guò)的氮的時(shí)間、種類和量是通過(guò)對(duì)原料煤初步試驗(yàn)仔細(xì)預(yù)先測(cè)定的。對(duì)原料的初步試驗(yàn)用常規(guī)的方法完成。從初步試驗(yàn)收集信息提供必要的數(shù)據(jù)，用于測(cè)定和生產(chǎn)在本方法使用的烴類混合物和處理過(guò)的氮。
在本發(fā)明的多個(gè)階段中，烴類分子式將及時(shí)地適當(dāng)?shù)匾爰訜崾摇．a(chǎn)生特有大氣的實(shí)際分子式包括液烴，其范圍為例如分子式為CH4-C8H18的烴類。但有時(shí)其中碳的部分高達(dá)C25。加熱室的分子式和原料的暴露時(shí)間是基于揮發(fā)分組成特性以及原料的化學(xué)組成，但不局限于這些來(lái)預(yù)測(cè)。
經(jīng)第一階段加工后的煤，轉(zhuǎn)移到干餾釜的第二室。在該第二室內(nèi)，物料的溫度提升到大約900-1100°F，例如大約1000°F。在該第二階段，原料排出揮發(fā)分本身的大部分，即大于80％(重量)的揮發(fā)分被排出在第二階段，第二階段是個(gè)重要階段，在此階段需要仔細(xì)地控制液烴大氣混合物與處理過(guò)的氮。在本方法的第二階段，煤最有可能被“震動(dòng)”而形成“表面粉化”。煤暴露在第二室內(nèi)以后，在經(jīng)歷與該熱致“震動(dòng)”正常關(guān)聯(lián)的負(fù)面特性后保持完好。對(duì)于某些終端用途，在本方法的第二階段煤已全部滿足最終用戶的規(guī)格。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，將煤暴露于實(shí)質(zhì)上無(wú)氧的干冷氣中進(jìn)行收集和冷卻經(jīng)第二階段加工的煤。通常這種冷卻氣體的水分含量小于1％(重量)。
第二室內(nèi)的大氣借助安裝在加熱室的常規(guī)儀表，要非常仔細(xì)地監(jiān)控、適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充和管理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一般，煤經(jīng)受在900°F至1100°F時(shí)，至少有些團(tuán)聚現(xiàn)象，特別在溫度高于1100°F時(shí)。據(jù)此，最好使在本方法的這個(gè)階段的溫度通常保持低于1100°F。
煤停留在第二室的時(shí)間大約5分鐘，一般為1-4分鐘，更通常大約3.5分鐘。在本方法的此階段，從煤中排出大部分揮發(fā)分。在這個(gè)階段持續(xù)的過(guò)程中，煤本身經(jīng)歷收縮而損失了一部分質(zhì)量。根據(jù)原料煤的組成和性能，通常損失的重量范圍為其原始質(zhì)量的5-50％，更通常的重量損失范圍為5-25％(重量)。有一種類型的原料煤可能不排出本身的揮發(fā)分而另一類型則易于排出。某種原料煤可能有多至60％揮發(fā)性物質(zhì)，而另一種其原始揮發(fā)物含量可能只有15％。本發(fā)明為原料煤的預(yù)加工作常規(guī)評(píng)價(jià)創(chuàng)造了條件，從評(píng)價(jià)中所收集的數(shù)據(jù)用于其后計(jì)算精心保持在這些加熱室內(nèi)的液烴混合物和處理過(guò)的氮。本發(fā)明考慮到“常規(guī)設(shè)計(jì)”方法過(guò)程的特點(diǎn)，在加工具有多種啟始性能的多種生物物質(zhì)上均可成功。
控制這些室內(nèi)的大氣，使得可煤將其大部分本身自然結(jié)構(gòu)的完整性得到保持，“自然結(jié)構(gòu)完整”一詞用在這里，意指在以后破碎自然塊煤(煤的平均粒度為1-2英寸)時(shí)不是意味著把煤解離成粉狀的趨勢(shì)?！按蟛糠置鹤匀唤Y(jié)構(gòu)完整”這種詞句，在這里的意思是當(dāng)煤在多室加工時(shí)，大于50％(重量)，更通常為75％或大于，一般為85-95％的煤沒(méi)有遭受碎裂。作為本發(fā)明的結(jié)果，煤具有的結(jié)構(gòu)完整性使得當(dāng)煤在正常加工過(guò)程中由于損失了一些質(zhì)量，盡管煤變得更易碎，但仍維持了其平均粒度在1-2英寸的范圍內(nèi)。為了延長(zhǎng)脫除揮發(fā)分的時(shí)段而基本上沒(méi)有誘發(fā)可見(jiàn)的團(tuán)聚，即按重量計(jì)小于10％，更通常小于8％以及沒(méi)有較大地降低煤的結(jié)構(gòu)完整性，通過(guò)仔細(xì)控制室內(nèi)的大氣，把煤可加熱高達(dá)2200°F，此時(shí)的物料準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移至本方法的第三室。
煤和受控制的大氣從第二室轉(zhuǎn)移至第三室，此時(shí)實(shí)施該方法的第三階段。煤在此階段溫度上升至1300-1500°F，例如大約1450°F，同時(shí)保持此溫度大約2-4分鐘，通常為約3分鐘使生產(chǎn)的煤的水分含量小于2％?？蓱?yīng)用本發(fā)明，在第三階段水分含量已經(jīng)降到最低經(jīng)濟(jì)可行的水平。在完成第三階段后，原料煤的揮發(fā)分含量為最終產(chǎn)品的揮發(fā)分目標(biāo)含量的10％以內(nèi)。第三室內(nèi)的大氣用安裝在加熱室內(nèi)的常規(guī)儀表精心地監(jiān)控以及適當(dāng)補(bǔ)充液烴和處理過(guò)的氮，以保持物料結(jié)構(gòu)的完整性。作為終點(diǎn)用，完成了本方法的第三階段的物料能滿足某些最終用戶要求的規(guī)格。當(dāng)發(fā)生此情況時(shí)，收集經(jīng)過(guò)第三階段加工的煤，并將其暴露基本上無(wú)氧、水分含量小于1％(重量)的干冷氣體中來(lái)加工和冷卻。其后，煤和控制的大氣轉(zhuǎn)移至第四室。
在本方法的第四階段中，所述室中煤的溫度于3～5分鐘升高到2000～2400°F，通常約2200°F，使生產(chǎn)出的煤的水分小于2％而揮發(fā)分含量為5～15％。此第4階段中的大氣用安裝在加熱室內(nèi)的常規(guī)儀表再次進(jìn)行極嚴(yán)格的控制與管理，以使本發(fā)明能提供有利的結(jié)果。在本方法的此階段，煤在室內(nèi)的滯留時(shí)間和在第4階段實(shí)際需要達(dá)到的溫度，視最終產(chǎn)品所期望的最佳揮發(fā)物總量的百分?jǐn)?shù)而定。對(duì)本方法而言，第4階段是最終產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)所期望的揮發(fā)物的質(zhì)量最后一次機(jī)會(huì)。為了使能阻止揮發(fā)分排出的原料煤達(dá)到目標(biāo)揮發(fā)分標(biāo)準(zhǔn)，第4階段的高溫或是提高到生產(chǎn)所期望的結(jié)果，或是將來(lái)加工的產(chǎn)品暴露時(shí)間延長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果?？赡軐?duì)溫度與暴露時(shí)間二者都進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便用較少的與其相協(xié)同的原料來(lái)排出超量的揮發(fā)物。
本方法的目的在于將揮發(fā)物的百分比降到最終用戶所需的百分比，這個(gè)百分比在此處的討論中按重量計(jì)小于15％。在本方法的這一階段中，殘余的揮發(fā)分通常由保持在煤塊空隙內(nèi)的高沸點(diǎn)有機(jī)烴類物質(zhì)組成。經(jīng)此階段后，殘留水分的總量按重量計(jì)小于2％。
煤和受控制的大氣移至設(shè)備的第5室，在這里把加工后的煤暴露在干燥的冷卻氣體中冷卻。冷卻氣體一般為無(wú)氧化作用的氣體，也可能是惰性氣體，例如氬氣或可能是氮?dú)饣蚱渌线m的無(wú)氧化作用的氣體。這種冷卻氣體基本上無(wú)氧。在這里用于表示“基本上無(wú)氧”一般地意指氧小于2％，通常大約為0.001-1％(氧)，更通常按體積計(jì)大約為0.25～0.75％(氧)。前述這些室內(nèi)的大氣也是基本上無(wú)氧，在這里這個(gè)術(shù)語(yǔ)的意義是明確的。這種實(shí)質(zhì)是干燥的冷卻氣體進(jìn)入室內(nèi)可以與經(jīng)受加工的煤流方向相反或與其并流。本質(zhì)上干燥的冷卻氣體，其水分按重量計(jì)小于1％，一般為0.5％或少一點(diǎn)。冷卻氣體大致以0.2～0.51b/m的體積流率從煤上流過(guò)。在本方法的此階段，冷卻氣體在此不影響煤的結(jié)構(gòu)完整性的速率下冷卻該室內(nèi)的煤。
當(dāng)物料已經(jīng)冷卻至250°F時(shí)，可以選擇地分離出末煤(粒度小于1/4英寸)，而煤的粒級(jí)范圍為1/4英寸至2英寸。這種物料的分離可用常規(guī)裝置來(lái)完成，為過(guò)篩或裝有合適網(wǎng)目的篩分機(jī)。
細(xì)粒末煤可選擇造粒或制成型煤。通常將這些250°F的末煤與250°F液態(tài)生物降解涂料(粘結(jié)劑和點(diǎn)火劑)混合，這種混合后的物料，可用普通方法加工成所需大小的粒煤。
如果加工后的煤肯定直接進(jìn)入鍋爐，即直接利用，則涂料方法就不必要。當(dāng)產(chǎn)品按常規(guī)管理以及最終用戶要求煤不易破損，這種涂層方法可以使用。這種涂層也增加了低能級(jí)發(fā)火點(diǎn)，這樣為型煤提供了有價(jià)值的性能，特別是最終用戶是民用戶(家庭用戶)時(shí)。
最近把煤冷卻低于150°F制成的粒煤或型煤，其結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定。由于用常規(guī)管理方法，該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的涂層物料的重要意義是增加了煤能頂?shù)米∷榱逊纸獾哪芰?。涂料也?duì)該物質(zhì)加了低熱發(fā)火性，使該物料容易點(diǎn)燃。在點(diǎn)燃該物料時(shí)涂料不是重要地加入廢氣中。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這種生物降解涂料加到最終產(chǎn)品內(nèi)，使最終產(chǎn)品具有極強(qiáng)的防潮性，并可以多年儲(chǔ)存。
通常，通過(guò)篩分方法把非末煤立即涂有前述傳統(tǒng)的粘結(jié)劑/發(fā)火劑。這種涂料層為經(jīng)前述方法已經(jīng)弱化的天然塊煤提供了增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性和抗潮性。涂覆的煤的在處理時(shí)承受碎裂分解的降低了的傾向，提供了更多銷路好的產(chǎn)品，如其在前述方法中生產(chǎn)的粒煤/型煤。當(dāng)這涂覆的天然的塊煤冷卻至低于150°F，它能獲得象上述所制得的粒煤或型煤同樣的良好性能。
雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了有關(guān)目前被認(rèn)為最有實(shí)用意義和最佳的實(shí)施例，但要懂得本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例，認(rèn)為是覆蓋包括在附錄權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種各樣的改進(jìn)型和等同裝置。
權(quán)利要求
1.一種加工生物物質(zhì)以提高其品級(jí)的方法，此方法包括加熱此生物物質(zhì)以除去其水分與揮發(fā)物而形成加工過(guò)的生物物質(zhì)，在加工過(guò)的生物物質(zhì)中，絕大部分它的自然結(jié)構(gòu)完整性得到保持，然后收集此加工過(guò)的生物物質(zhì)。
2.一種加工煤炭以提高其品級(jí)的方法，此方法包括于不氧化大氣中加熱煤炭以從此原料煤中除去基本上所有的水分和預(yù)定量(5-95％)的揮發(fā)物，同時(shí)保持此種煤絕大部分的天然結(jié)構(gòu)形式與整體性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定量是從5-95％的揮發(fā)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的煤炭是從泥煤，褐煤，次煙煤，煙煤以及無(wú)煙煤中所選定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中加工后的煤具有BTU含量12,500 BTU/1b，或更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中此煤的水分含量降到大約2％，按加工后煤的重量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中加工后煤的揮發(fā)分含量降低到預(yù)定揮發(fā)分含量百分?jǐn)?shù)例如5-30％之間(重量計(jì))。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)此煤加熱之前，將此煤破碎降低其平均粒度至1-2英寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中此煤在破碎前有初步干燥階段以降低表面水分含量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中表面水分含量降至大約2-4％(重量計(jì))。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中破碎后的煤在溫度范圍200-250°F進(jìn)行加熱干燥大約5分鐘，以脫除其表面水分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中表面水分含量降至大約1-2％(重量計(jì))。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中經(jīng)干燥階段后的煤將其溫度提升到400-750°F大約2-4分鐘，從本質(zhì)上降低內(nèi)在水分并開(kāi)始降低其揮發(fā)分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中煤的溫度在1-4分鐘期間提升至大約900-1100°F，使煤的內(nèi)在水分小于5％以及質(zhì)量損失50％以上(重量計(jì))。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中煤的溫度上升到1300-1500°F并保持此溫度大約2-4分鐘，使煤的水分含量為1-2％以及揮發(fā)分含量為15-25％。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中此種煤的溫度升至2000-2400°F，使煤的水分含量為0-2％以及揮發(fā)分含量為5-15％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將煤暴露于干燥的冷卻氣體內(nèi)冷卻。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中冷卻氣體基本無(wú)氧。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中冷卻氣體具有水分含量少于1％(重量)。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在此煤加熱期間排除的揮發(fā)分和水分循環(huán)利用，在加熱期間提供不氧化大氣以阻止此煤著火。
21.一種于惰性氣體中加工煤炭以提高其品級(jí)的方法，包括以下步驟(a)在溫度200-250°F加熱煤炭，以產(chǎn)生表面水分實(shí)質(zhì)上被脫除的煤炭；(b)將(a)階段煤炭的加熱至400-750°F之間的一個(gè)溫度約2-4分鐘，使煤具有的內(nèi)在水分含量在2-5％之間；(c)將(b)階段煤炭的加熱至大約900-1100°F之間的一個(gè)溫度至大約5分鐘，使煤具有的內(nèi)在水分含量為1-2％以及質(zhì)量減少50％以上；(d)將(c)階段煤炭的加熱至1300-1550°F之間的一個(gè)溫度大約2-4分鐘，使煤具有的水分含量小于2％以及揮發(fā)分含量小于25％；(e)將(d)階段煤炭的加熱至約2000-2400°F之間的一個(gè)溫度2-4分鐘，使煤具有的水分含量小于2％(按重量計(jì))以及揮發(fā)分含量為15％或更小(按重量計(jì))；(f)對(duì)產(chǎn)生于(e)階段的煤，暴露于冷卻氣體中進(jìn)行冷卻以形成加后的煤所具有的水分，此冷卻氣體基本上無(wú)氧和水分；以及(g)收集加工后的煤。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中(b)階段之間，對(duì)在(a)階段生產(chǎn)的煤進(jìn)行破碎，使其具有最大的粒度大約2英寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中1/4”和小于1/4”加工后的煤，收集后制成型煤，并提供有防水粘結(jié)劑/引火劑/涂層。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的提高了品級(jí)的生物物質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24提高了品級(jí)的生物物質(zhì)，其提供有防水粘結(jié)劑/引火劑/涂層。
26.根據(jù)權(quán)利要求2的方法生產(chǎn)的加工過(guò)的煤炭。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的加工過(guò)的煤炭，提供有防水粘結(jié)劑/引火劑/涂層。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的加工過(guò)的煤是型煤形式。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的型煤，提供有防水粘結(jié)劑/引火劑/涂層。
全文摘要
對(duì)煤炭加工提高其品級(jí)的方法。其中在控制大氣的設(shè)備內(nèi)逐步提高材料的溫度，以降低表面水分和內(nèi)在水分以及控制降低揮發(fā)分的同時(shí)保持了煤炭天然結(jié)構(gòu)完整。本方法縮短了加工時(shí)間，減少了投資以及降低了為生產(chǎn)高品級(jí)的煤炭所需的生產(chǎn)費(fèi)用。因此，實(shí)質(zhì)上提高了投資費(fèi)用效率以及生產(chǎn)率均超過(guò)先前的所有方法。
文檔編號(hào)C10L5/32GK1415000SQ00818174
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者L·H·亨特 申請(qǐng)人:沙地美國(guó)礦物公司