煤焦钝化方法和设备技术

技术编号:14636217 阅读:82 留言:0更新日期:2017-02-15 10:19
用于处理干燥煤和煤焦的连续方法和设备,其通过形成保护性氧化物涂层并同时添加湿气以再水化反应性碳颗粒来促进所述颗粒的钝化。钝化方法在新的设备中进行,所述设备提供反应温度的分级控制以及氧气和湿气两者的分级引进。流化床设备具有内部床内冷却装置,所述装置嵌入流化煤或煤焦颗粒之内从而随着热能因放热钝化反应释放而去除热能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请所有提及的专利公布和申请的公开内容以引用方式整体并入本文。本专利技术是在无美国政府支持下进行的,并且美国政府在本专利技术中不具有权利。
本专利技术涉及煤处理领域,并且更明确而言涉及用于对热解的煤焦进行改进钝化的方法和设备。更明确而言,本专利技术涉及用于更有效回收(1)来自馏出气体的煤衍生液体(CDL)和(2)在热解期间自煤产生的煤焦的方法和设备。本专利技术可应用于烟煤、亚烟煤和不粘结褐煤煤阶的煤。专利技术背景呈天然状态的煤、特别是低阶煤,有时在称作选矿的过程中进行处理以改进其有用性和热能含量。选矿处理可包括使煤干燥并使煤经受热解工艺以馏出低沸点有机化合物和较重有机化合物。这种煤的热处理,也称作低温煤碳化,导致某些挥发性烃化合物的释放,该烃化合物具有进一步精炼成液体或气体燃料以及其它煤衍生液体(CDL)和化学品的价值。可从离开热解工艺的流出物或气体中除去这些挥发性组分。煤的热解处理还留下称作煤焦的产物,该产物由碳和不挥发矿物、元素以及灰分组成。除非经钝化,否则煤焦对自燃高度敏感并且不能容易地存储。因此,已开发了各种方法来钝化煤焦。一种此热解和钝化方法公开于Rinker等人的美国专利5,601,692中。Rinker等人描述了如何在热解期间将煤加热至多达590℃以馏出低端挥发性组分,这之后煤焦在放热过程中自环境大气容易地重吸收湿气和氧气,该放热过程是自燃的或具有自燃趋向。为了钝化煤焦颗粒,Rinker等人通过诸如用水喷雾的任何常规方式来使温度迅速降低100℃或更多,达到约150℃至约200℃的温度。然后,将相对大的煤焦颗粒传送至氧化钝化单元,在此处颗粒在与环境空气隔离的交叉流系统中与含氧工艺气体接触。反之取决于其温度,工艺气体可含有3%至约23%氧气(以重量计)。工艺气体与煤焦颗粒互混产生两个结果:(a)提取热以进一步冷却煤焦颗粒;和(b)产生一些氧气至煤焦颗粒上或煤焦颗粒中的化学吸附。此化学吸附和再水化降低煤焦自燃的倾向,由此使煤焦适合于存储、运输或进一步处理。虽然当前的钝化方法是有价值的,但它们是费时的,并且氧化化学吸附步骤可能需要在较低温度下重复一次或多次以实现完全钝化。此外,化学吸附过程自身是放热的,因此即使煤焦在钝化前已冷却,额外热量也在钝化过程中生成并且还必须被去除。用来解决此放出热去除的现有技术方法已通常涉及大量循环气的流动以限制温度升高。然而,当考虑到迅速连续的流动过程的热量去除要求时,这变得不实际。如果钝化方法可经改进来更快和/或使用更少能量产生钝化煤焦,将会是有利的。如果钝化方法可经改进以允许对钝化因素的更多控制,也将会是有利的,所述钝化因素诸如输入至系统的氧气水平、湿气增加速率、或提取热的速率和位置。
技术实现思路
在广泛方面中,描述了用于处理煤的方法。该方法建立于低温煤碳化以使煤分离成多种组分,所述组分包括:煤焦、煤衍生液体(CDL)和也称作合成气的气体燃料。煤焦在受进一步操作之前根据本专利技术来钝化。进一步操作可包括存储或运输,并且可包括作为细煤焦颗粒装袋或压块成固体粒料。例如,在一个方面中,本专利技术是用于钝化煤焦的流化钝化床设备,该设备包括:反应室,其限定内部并具有:煤焦入口,其用于将煤焦接收入内部;和煤焦槽,其用于使煤焦离开内部;反应室进一步包括:至少一个进气口,其用于使含氧流化气体进入内部;至少一个出气口,其用于使所述流化气体从内部离开;和气体再循环系统,其包括流化气体源、一个或多个导管和泵,该导管和泵经布置并适于在引起反应室内部之内的煤焦中流化状态的条件下使流化气体从出气口再循环至进气口;至少一个独立热交换器,其嵌入反应室内部之内,该热交换器具有:冷却剂流体入口;冷却剂流体出口;和多个接触表面,其用于与所述内部之内的煤焦交换热;以及增湿器,其连接至水源并适于使煤焦增湿。含氧流化气体可为空气;或非氧化气体如氮气或二氧化碳,用来自氧气源的氧气将该非氧化气体补充至含氧流化气体的所需氧气水平。在上述设备中,增湿器可包括喷雾嘴,该喷雾嘴连接至水源并适于通过以下四种可能机制中的任何或全部来使煤焦增湿:(a)液滴喷射至位于反应室的内部中的煤焦上;(b)液滴喷射至在其进入反应室之前的位置处的煤焦上;(c)液滴喷射至流化反应室的内部中;以及(d)液滴喷射至气体再循环系统中以使得流化气体增湿。上述设备可包括多个内部热交换器和/或多个进气口和出气口。当存在多个热交换器时,它们可布置成并联或串联,并呈顺流或逆流形式。热交换器是“独立的”,因为热交换器的冷却剂流体从未与煤焦颗粒或流化气体直接接触。作为替代,系统依赖于接触流化气体和煤焦的热交换表面。热交换器是“内部的”,因为接触流化气体和煤焦的热交换表面在流化床反应器的内部中。上述设备可包括具有两部分的煤焦槽,一部分用于在离开时未夹带于气流中的钝化煤焦颗粒,和一部分用于夹带于气流中并经由旋风分离器返回所述室的煤焦颗粒。在另一个方面中,本专利技术包括通过在上述设备中处理煤焦来钝化煤焦的方法。在另一个方面中,本专利技术包括通过以下钝化煤焦的方法:用注入流化床反应器的反应室的流化气流来流化煤焦颗粒;在煤焦颗粒流化时通过使其与反应室中的湿气和氧气接触来钝化煤焦颗粒;以及在煤焦颗粒流化时通过使其与流化床反应器内具有热交换表面的独立热交换系统接触来冷却煤焦颗粒。在上述方法中,所述方法涉及将氧气化学吸附至煤焦颗粒的表面上或孔隙中;并且使煤焦颗粒与湿气接触。可通过将水喷入流化反应室或通过在将流化气流注入所述室之前将水喷入所述流化气流来提供湿气。在一些实施方案中,流化床反应室中煤焦的温度维持在约115℉至约135℉(约46℃至约57℃)。在一些实施方案中,在小于约60分钟的时间内,例如,在30分钟±约10分钟的时间内,煤焦颗粒完全钝化。在一些实施方案中,流化床反应中的煤焦吸收约0.2重量%至约0.7重量%的氧气;通常约0.3重量%至约0.6重量%的氧气。在一些实施方案中,流化床反应中的煤焦吸收约3重量%至约7重量%,例如约4重量%至约6重量%的湿气。本文呈现的新颖性为在这样的装置中进行钝化反应,其中放出热去除、流化气流中的氧气浓度和湿气增加速率可受控并分级,从而仔细匹配钝化的放热反应的反应动力学。本专利技术的各种优点对于本领域技术人员在按照附图阅读时将从以下优选实施方案的详述中变得明显。附图说明图1是显示出煤热解和钝化操作的总览的示意方框图。图2A是根据本专利技术煤焦钝化反应器单元的示意侧视图。图2B是根据本专利技术煤焦钝化反应器单元的替代实施方案的示意侧视图。图3是煤焦钝化的流程图。图4A和图4B是以公制单位(4A)和英制单位(4B)显示出示例性钝化方法中所涉及气体、液体和固体的各种组分的钝化流量、温度、压力等的工艺流程表。专利技术详述本文在用于钝化煤焦的方法和设备的上下文下描述各种实施方案。本领域普通技术人员将意识到以下实施方案的详述仅为例示性的,并且不意图以任何方式为限制性的。其它实施方案将容易地向受益于本公开的此类技术人员建议其自身。本文对“实施方案”、“方面”或“实施例”的引用指的是如此描述的本专利技术实施方案可包括具体特征、结构或特性,但并非每个实施方案必然包括所述具体特征、结构或特性。此外,短语“在一个实施方案中”的重复使用不必然指的是同一实施方案,尽管有此可能。为了清楚起见,并非本本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于钝化煤焦的流化钝化设备(40),其包括:反应室(2),其限定内部(22)并具有:煤焦入口(2g),其用于将煤焦接收入所述内部;和煤焦槽(2b),其用于使煤焦离开所述内部;所述反应室进一步包括:至少一个进气口(24),其用于使含氧流化气体进入所述内部;至少一个出气口(26),其用于使所述流化气体从所述内部离开;和气体再循环系统(42),其包括流化气体源、一个或多个导管和泵(14),所述导管和泵经布置并适于在引起所述反应室(2)的所述内部之内的所述煤焦中流化状态的条件下使所述流化气体从所述出气口(26)再循环至所述进气口(24);至少一个热交换器(13),其嵌入所述反应室的所述内部之内,所述热交换器(13)具有:冷却剂流体入口;冷却剂流体出口;和多个接触表面,其用于与所述内部之内的煤焦交换热;以及增湿器(6,2c),其连接至水源(28,_)并适于使所述煤焦增湿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.09 US 61/991,1411.一种用于钝化煤焦的流化钝化设备(40),其包括:反应室(2),其限定内部(22)并具有:煤焦入口(2g),其用于将煤焦接收入所述内部;和煤焦槽(2b),其用于使煤焦离开所述内部;所述反应室进一步包括:至少一个进气口(24),其用于使含氧流化气体进入所述内部;至少一个出气口(26),其用于使所述流化气体从所述内部离开;和气体再循环系统(42),其包括流化气体源、一个或多个导管和泵(14),所述导管和泵经布置并适于在引起所述反应室(2)的所述内部之内的所述煤焦中流化状态的条件下使所述流化气体从所述出气口(26)再循环至所述进气口(24);至少一个热交换器(13),其嵌入所述反应室的所述内部之内,所述热交换器(13)具有:冷却剂流体入口;冷却剂流体出口;和多个接触表面,其用于与所述内部之内的煤焦交换热;以及增湿器(6,2c),其连接至水源(28,_)并适于使所述煤焦增湿。2.根据权利要求1所述的设备,其中存在多个热交换器(13)和多个进气口(24)。3.根据权利要求1所述的设备,其进一步包括在所述气体再循环系统(42)中的旋风分离器(4),所述旋风分离器(4)用于从所述气流中除去夹带颗粒并使所述颗粒返回所述煤焦。4.根据权利要求1所述的设备,其中所述增湿器(6,2c)被配置来通过以下的一者或多者使所述煤焦增湿:(a)液滴喷射至位于所述反应室(2)的所述内部中的煤焦上;(b)液滴喷射至在其进入所述反应室之前的位置处的煤焦上;(c)液滴喷射至所述流化反应室的所述内部(22)中;以及(d)液滴喷射至所述气体再循环系统(42)中以使得所述流化气体增湿。5.根据权利要求4所述的设备,其中所述增湿器包括喷雾嘴,所述喷雾嘴适于将水喷入所述反应室的所述内部。6.根据权利要求4所述的设备...

【专利技术属性】
技术研发人员:F·G·林科尔D·A·霍尔纳T·J·库恩R·W·米勒J·D·金德尔
申请(专利权)人:C二O技术发展公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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