CN101351532A - 用于钝化碳质材料的方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于钝化碳质材料防止自燃的方法、系统和装置。该方法包括在低氧环境中干燥碳质材料和通过使碳质材料与包含在逆流中的挥发分相接触而对碳质材料进行预处理。挥发分涂覆干燥的碳质材料的颗粒，并堵塞干燥的碳质材料的微孔，由此将其钝化而防止水和氧的吸附，并因此防止自燃。预处理后的干燥材料然后在挥发分放出的温度历经脱挥发分。所放出的挥发分与逆向气流混合并用于预处理位于上游的干燥的碳质材料。

Description

用于钝化碳质材料的方法、系统和装置

技术领域

[01]本发明涉及一种用于钝化碳质材料(carbonaceous material)防止自燃的方法、系统和装置。还描述了一种用于在受控氧环境中加热对氧敏感的碳质材料的装置。

背景技术

[02]煤的热分解通过加热煤而发生，以产生气体、液体和固体残留物(炭或焦炭)。热分解发生在所有的煤利用过程中，包括燃烧、气化、液化和碳化。热分解的性质和所得产物的性质与操作条件并且与煤的组成和特性密切相关。因此，热分解的控制在煤利用过程中是重要的。

[03]炭和焦炭的主要区别在于，炭的原煤具有高氧含量和非芳香结构，因此，炭颗粒在热分解过程中不易于结块。焦炭的原煤具有低得多的氧含量和芳香结构。焦炭原料在热分解过程中历经塑化相并结块。通常产生焦炭的原料可在氧含量稍微适中的环境中通过其热分解而用于产生木炭。

[04]在历史上，在工业规模上，虽然较小规模的工厂生产适于活性炭和微高炉的炭，但炭曾是无烟燃料厂、焦炭厂或煤气化厂的不需要的副产品。某些干炭的其中一个最不受欢迎的特征在于，当炭暴露在含氧环境中时可自燃。

[05]这种自发燃烧的趋势由于干炭快速吸附水蒸气和氧而增大。氧物理上吸附在干炭的表面上，并与炭中的有机分子以放热氧化反应的形式发生化学反应。如果不被耗散的话，热释放将促进自加速氧化过程，而导致炭温度逐渐上升，直至炭自发地燃烧。炭温度的上升还由于水的吸附释放在炭颗粒上的汽化的潜热而增大。

[06]其他的干燥碳质材料，特别是干的低级煤由于上述的相似原因同样易于自燃。因此，碳质材料的料堆的存储与料堆中含水量的控制密切相关，所希望的是，碳质材料进行适当地处理以将其钝化防止水吸附和氧化。

[07]一个降低干炭自燃可能性的方法是，通过利用油、聚合物、蜡或其他材料来密封炭的外表面以将其表面涂覆。这种涂覆方法的实例为美国专利3,985,516和3,985,517，所述专利公开了利用重油将煤加热并均匀混合以涂覆颗粒。这种涂覆过程有效防止通过炭再吸附水分，然而，这种涂覆由于添加的烃材料的成本而昂贵。

[08]另一方法是在受控条件下利用氧随后处理干煤或炭颗粒，以氧化地钝化炭。美国专利5,601,692描述了用于处理不粘煤以形成稳定炭的连续方法。该方法包括几个顺序步骤，包括：将煤干燥以从其中去除水分，将干煤热分解以从煤中蒸发并去除低端挥发分，以形成炭，并且调用炭中的至少一部分高端挥发分以及至少部分地破坏炭中的微孔。炭然后冷却至足以遣散炭中部分破坏的微孔中的挥发分以热分解地钝化炭，随后采用含氧气体处理，以通过氧的化学吸附将煤氧化地钝化。氧化钝化的炭然后同时再水合和冷却。

[09]有利的是，将煤干燥并以下述方式将其处理，即，干煤或炭颗粒被钝化防止自燃，而不需要从外部供应涂覆材料或后续的多步骤处理方法。

[10]本发明寻求克服至少一些上述缺点。有利地，本发明增大了处理后的碳质材料的比能，使其成为更吸引人的商品，尤其是用于运输。另外，还降低了其中的有机硫含量。

[11]应理解的是，尽管现有技术的使用和公布可以在此参考，然而，该参考并不构成承认这些参考中的任一参考形成澳大利亚或任何其他国家中本技术的公知常识的一部分。

发明内容

[12]实验表明，碳质材料原料流可干燥并碳化以产生炭，两个过程在单一容器中同时实施，或者可替代地，干燥和碳化过程可在两个分离的容器中顺序实施。在碳化过程中从碳质材料原料流放出的挥发分——通常指的是煤气，通常具有高发热量并包括焦油。以前，注意力专注在将煤气与炭分离并提高碳化过程中所产生的煤气的发热量，从而能够充分开发其商业潜力。

[13]本发明基于下述认识，即，有可能通过利用在碳质材料的低温和/或中温碳化过程中所放出的挥发分处理干燥的碳质材料而将碳质材料钝化。

[14]因此，在本发明的一个方面中，提供一种用于制备钝化碳质材料的方法，包括下述步骤：

a)干燥碳质材料原料流；

b)利用挥发分处理所述干燥的碳质材料；和

c)使所述处理后的干燥的碳质材料原料流脱挥发分，形成钝化碳质材料并放出挥发分。

[15]在本发明的一个实施例中，处理所述干燥的碳质材料的步骤包括使所述干燥的碳质材料原料流与包含挥发分的气流接触。

[16]尽管不希望被理论所限制，发明者认为，包含在所述挥发分中的焦油和其他有机化合物涂覆所述碳质材料的颗粒，堵塞所述颗粒的微孔并由此减少水和氧的吸附。在步骤c)中进一步加热所述碳质材料之后，焦油和有机化合物历经热分解。附着于碳质材料芳香和氢芳香单元的官能团的热解破裂导致低分子量、反应、自由基(碎片)的释放和通过氢的前述碎片部位的稳定化。亲水极的官能团由此转变为疏水芳香涂层并由其替代，因此，钝化所述干燥的碳质材料而防止自燃。

[17]在一个实施例中，含挥发分的气流被引导成相对于所述干燥的碳质材料的逆流。

[18]在本发明的一个实施例中，包含在所述气流中的挥发分包括在步骤c)中所放出的挥发分。在另一个实施例中，在所述干燥的碳质材料的脱挥发分过程中所放出的挥发分通过所述碳质材料原料流掺杂以含大量的疏水芳香半族的材料而增大，所述疏水芳香半族将在脱挥发分过程中向挥发分添加这些组分(species)。这种含大量疏水芳香半族的材料的合适的实例对本领域中的技术人员为已知，包括但不限于，废橡胶——特别是车辆轮胎，和塑性材料。

[19]在一个可替代的实施例中，包含在所述气流中的挥发分包括从与所述方法的碳质材料原料流不同且从其中分离的挥发分原料的脱挥发分所放出的挥发分。通常，所述挥发分原料包括如上所述的含大量疏水芳香半族的材料。

[20]尽管通常认为热分解的适合开始温度大约为350℃，低分子量组分在低温脱挥发分中在低于350℃时放出。例如，在刚刚超过100℃的温度时，例如包含许多羟基官能作为煤结构的一部分的褐煤，通过热脱羧基放出二氧化碳。当热处理的温度增加到200-370℃的范围时，煤失去各种较低分子量的有机组分，尤其是脂肪族化合物，另外，可获得一些较低分子量的芳香族组分。在更高温度时，例如＞370℃，产生甲烷、多环芳香族化合物、苯酸和氮化合物。因此，在本发明的步骤a)中放出挥发分，所述挥发分包括但不限于，酸性组分、例如低分子量的芳香组分的疏水组分、多环芳香族化合物和苯酸。

[21]因此，在本发明的另一个实施例中，包含在所述气流中的挥发分包括在步骤a)中放出的挥发分。

[22]在一个实施例中，所述干燥所述碳质材料原料流的步骤包括将所述碳质材料原料流加热至从大约100℃至400℃的温度。通常，所述干燥步骤在低氧(0-5％O₂v/v)和高水分(达到50％v/v)的环境中进行。

[23]所述碳质材料原料流可直接或间接加热至进行所述干燥步骤的温度。

[24]如在此所使用的术语“直接加热”或“被直接加热”指的是加热碳质材料原料流的方式，其中，来自本地或远程来源的热气流在预定温度设置为接触碳质材料原料流的碳质材料的颗粒，以利于气-固热交换。

[25]如在此所使用的术语“间接加热”或“被间接加热”包括加热碳质材料原料流的方式，其中，防止来自于本地或远程来源的气流在预定温度接触碳质材料原料流的颗粒，而是用于加热容纳碳质材料原料流的容器。

[26]另外，术语“间接加热”或“被间接加热”还包括加热容纳碳质材料原料流的容器方式，从而将碳质材料原料流加热至所需温度，如本领域中的技术人员应理解和已知的方式。

[27]在一个实施例中，所述碳质材料原料流被直接加热。

[28]在本发明的一个实施例中，所述碳质材料原料流通过使所述碳质材料原料流与低氧含量的热气流接触而被直接加热。通常，所述热气流的氧含量小于5％v/v，且优选为小于1％v/v。

[29]在一个实施例中，所述热气流沿着相对于所述碳质材料原料流的逆流方向接触所述碳质材料原料流。

[30]如前所述，可在使得所述碳质材料原料流干燥的温度放出挥发分。在步骤a)中所放出的挥发分与所述热气流混合，并被引导成相对于所述碳质材料原料流的逆流，随后接触所述干燥的碳质材料，由此处理所述干燥的碳质材料。因此，在本发明的一个实施例中，步骤a)和步骤b)基本上同时执行。

[31]在另一个实施例中，所述干燥的碳质材料接触包含挥发分的气流的步骤通过相对于所述干燥的碳质材料引导所述热气流的逆流而容易，所述热气流用于将所述碳质材料原料流加热至执行步骤a)的温度。

[32]反过来，干燥颗粒的逆流冷却并擦洗所述热气流，由此改善所述方法的热效率。

[33]在本发明的一个实施例中，所述使干燥的碳质材料脱挥发分的步骤包括将所述干燥的碳质材料加热至从大约400℃至900℃的温度，优选为从600℃至800℃。通常，所述脱挥发分步骤在低氧(0-5％O₂v/v)环境中实施。

[34]在一个实施例中，所述干燥的碳质材料不直接加热。通常，所述干燥的碳质材料通过使所述碳质材料接触低氧含量的热气流被直接加热。所述热气流的氧含量小于5％v/v，且优选为小于1％v/v。

[35]在一个实施例中，所述热气流沿着相对于所述干燥的碳质材料的逆流方向接触所述干燥的碳质材料。

[36]在所述干燥的碳质材料在步骤c)历经脱挥发分的温度放出挥发分。根据本发明的一个实施例，所述同一热气流用于步骤c)然后用于步骤a)。所述挥发分与所述热气流混合，并被引导成相对于所述干燥的碳质材料的逆流，随后接触位于上游的所述干燥材料，由此在所述干燥的碳质材料脱挥发分之前将其预处理。

[37]通常，通过本发明的方法所产生的钝化碳质材料原料流与碳质材料原料流的含水量和挥发分含量相比，其具有减少至0-20％之间的水分的含水量和减少至0-25％的挥发分含量。

[38]所述方法进一步包括将所述钝化碳质材料淬火的步骤。在一个实施例中，所述钝化碳质材料利用水和/或冷的惰性气体淬火。所述淬火后的钝化碳质材料然后可冷却至室温，贮存并装载。在一个可替代的实施例中，所述钝化碳质材料利用未处理的碳质材料淬火，所述未处理的碳质材料包括但不限于湿筛煤。

[39]在本发明的第二方面中，提供一种用于制备碳质材料的系统，包括：

干燥器，其用于干燥碳质材料原料流；

热解器，其用于使干燥的碳质材料脱挥发分，及形成钝化碳质材料并放出挥发分；和

承载载体，其用于有利于挥发分与所述干燥的碳质材料接触。

[40]干燥器的合适实例包括但不限于，一回转窑、一多膛炉(MHF)、气流干燥器或一循环流化床(CFB)。在一个实施例中，所述干燥器包括一回转窑。在可替代的实施例中，所述干燥器包括循环流化床，优选为差动循环流化床。

[41]通常，所述回转窑配置为在水平面以上可达10°，优选为2-5°的角度，以有利于所述碳质材料原料流靠重力通过所述回转窑。所述回转窑设置有使所述回转窑围绕其中心纵轴旋转的装置，所述回转窑的旋转速度通常选择为与所述回转窑的长度相适应，使得所述碳质材料原料流在所述回转窑中的停留时间大约为15-40分钟。

[42]在本发明的一个实施例中，所述干燥器设置为将所述碳质材料原料流加热到100℃至400℃。通常，所述干燥器由低氧含量的热气流(400℃至800℃)加热。所述热气流的氧含量小于5％v/v且优选地小于1％v/v。氧在所述干燥器中的停留时间期间优选为基本上被阻止接触所述碳质材料原料流，或者，至少处于受控的低浓度，

[43]用于使干燥的碳质材料原料流脱挥发分并形成钝化碳质材料并且放出挥发分的热解器包括一回转窑、多膛炉(MHF)或一循环流化床(CFB)的组合中的其中一个或多个。在优选实施例中，所述热解器包括多膛炉。

[44]在一个实施例中，所述多膛炉中的所述干燥的碳质材料原料流利用具有低氧含量的热气流直接加热至大约600℃-800℃的温度。

[45]所述热气流的氧含量小于5％v/v且优选地小于1％v/v。通常，所述热气流包括从外炉中所产生的燃烧气体。在一个实施例中，所述系统进一步设置有一个外炉，以产生用于分别直接加热所述系统的热解器和加热所述系统的干燥器的热气流。通过这种方式，所述碳质材料原料流可在受控温度和氧浓度的情况下在所述干燥器和/或所述热解器中加热。氧化的热气体不必与所述碳质材料原料流混合，除非需要燃烧。

[46]所述热气流被引导成相对于所述热解器中的所述干燥的碳质材料的逆流。所述热气流与从所述热解器中放出的挥发分组合，由此用作适于所述挥发分的承载载体。通过这种方式，所述挥发分被引导成相对于所述热解器中的所述干燥的碳质材料的逆流，以便于所述挥发分与所述干燥的碳质材料的接触。

[47]在本发明的另一个实施例中，所述系统进一步包括用于将所述干燥的碳质材料从所述干燥器供给至所述热解器的装置。通常，用于将所述干燥的碳质材料供给至所述热解器的所述装置包括一封闭的气动系统。

[48]在本发明的描述中，显而易见的是，所述碳质材料的内在水分减少。另外，所述碳质材料的比能通过在所述干燥的碳质材料的干燥和碳化过程中从所述碳质材料中去除氧和硫而同样增大。以此方式，通过本发明的方法所处理的碳质材料能够更经济地运输较长的距离。

[49]因此，在本发明的进一步方面中，提供一种用于减少碳质材料的内在水分和/或增加碳质材料的比能的方法，包括下述步骤：

a)干燥碳质材料原料流；和

b)通过使干燥的碳质材料接触具有低氧含量的逆向气流使所述干燥的碳质材料碳化。

[50]在一个实施例中，所述气流的氧含量小于5％。通常，所述气流的氧含量小于1％。在一些实施例中，低氧含量的气流通过碳源的燃烧而产生。这种碳源的典型实例包括但不限于，煤气、粉煤、炭或焦炭。

[51]在一个实施例中，所述具有低氧含量的气流在400℃与800℃之间的温度接触所述干燥的碳质材料。

[52]在另一个实施例中，步骤a)和b)均通过使所述碳质材料接触具有低氧含量的气流实现，由此，所述气流起初干燥所述碳质材料，接着对所述碳质材料继续进行碳化。

[53]在本发明的进一步实施例中，所述气流包括挥发分。在一个实施例中，所述挥发分在所述步骤b)中放出并与所述气流混合。在另一个实施例中，所述挥发分在步骤a)中放出与并所述气流混合。所述挥发分涂覆所述碳质材料并提供上述优点。

[54]本发明的方法的一个最惊人的有益之处在于，某些碳质材料的特性可以显著改变。例如，低级煤具有高内在水分含量、比较低的比能，并且不适合于冶金焦炭的生产。本发明减少碳质材料的内在水分含量和增加其比能的适用性已进行了描述。另外，然而，本发明的方法产生碳质材料，该碳质材料的颗粒涂覆以包括在挥发分中的焦油气体、芳香或其他疏水半族。这些组分在高温碳化过程中改善碳质材料的可塑性。通过这种方式，根据本发明的方法处理后的低级煤转变成具有包含炼焦煤混合物的改进特性的碳质材料。

[55]因此，在本发明的进一步方面中，提供一种用于改善不粘结碳质材料的炼焦特性的方法，包括下述步骤：

a)干燥不粘结碳质材料原料流；

b)利用挥发分处理干燥的不粘结碳质材料；和

c)使处理后的干燥的不粘结碳质材料脱挥发分，形成具有改进的炼焦特性的碳质材料并放出挥发分。

[56]在现有技术系统中，在碳化过程中所产生的热炭通常利用水和/或惰性气体淬火，以使颗粒温度降低到100℃以下。需要小心控制淬火处理的条件和淬火后的炭的后续存储，这是由于炭在允许发生其颗粒上的氧和/或水吸附的条件下自发燃烧的趋势，如上所述。

[57]本发明基于下述认识，即，钝化的炭在暴露至发生水和/或氧吸附的条件下不易于自发燃烧，因此，有可能通过使热钝化炭在周围条件下接触颗粒物质而使热钝化炭淬火，以便于固-固热交换。不再需要措施预防炭暴露至发生氧和/或水吸附的条件以防止炭的自发燃烧。

[58]因此，在本发明的可替代实施例中，提供一种用于将热钝化炭淬火的方法，包括使所述热的钝化炭接触颗粒物质。

[59]在本发明的一个实施例中，所述使所述热的钝化炭接触颗粒物质的步骤包括使所述热的钝化炭与所述颗粒物质混合和有利于在所述热的钝化炭颗粒与所述颗粒物质之间的固-固热交换。通常，所述颗粒物质处于室温。所述热的钝化炭和所述颗粒物质的混合物可与冷的惰性气体进一步的混合，以便于进一步淬火。

[60]在本发明的一个实施例中，所述颗粒物质为碳质材料，特别是湿筛煤。有利地，当所述颗粒物质为湿筛煤时，所述热的钝化炭的温度通过向室温的湿筛煤的直接热传递而降低。另外，包含在所述热钝化炭中的热能还用于从所述湿筛煤中去除水分。优选地，所述碳质材料与钝化炭的混合步骤在基本上无氧环境中进行。

[61]通过这种方式，有可能将湿筛煤与热钝化炭混合，以产生混合的碳质材料，具有所需的粒度、固定碳含量、挥发分含量和水分，以满足具体市场需求。钝化炭与碳质材料的优选比例取决于优选参数，例如，混合物的挥发分含量。

[62]根据本发明的另一方面，提供一种使用在连续处理中用于钝化碳质材料的装置，所述装置包括：

a)用于接收碳质材料原料流的入口；

b)用于接收含挥发分的气流的入口；

c)一反应部，配置为允许所述碳质材料接触所述含挥发分的气流；

d)用于在钝化碳质材料经过所述反应部之后接收所述钝化碳质材料的出口；

e)用于在所述气流经过所述反应部之后接收所述气流的出口。

[63]另外，提供一种用于在受控氧环境中加热对氧敏感的碳质材料的装置，所述装置包括：

a)用于接收碳质材料流的入口；

b)用于接收具有受控氧含量、含挥发分的气流的入口；

c)一反应部，配置为允许所述碳质材料接触所述具有受控氧含量含挥发分的气流；

d)用于在所述碳质材料经过所述反应部之后接收所述碳质材料的出口；

e)用于在所述气流经过所述反应部之后接收所述气流的出口。

[64]在本发明和权利要求的描述中，除了上下文由于语言表达或必要含义需要以其他方式描述之外，词“包括”或其变形——例如“包括”或“包含”用于包含的意思，即，详细说明规定特征的存在，但不排除在本发明的不同实施例中存在或添加另外的特征。

附图说明

[65]现在参照附图仅以实例的方式描述本发明的优选实施例，其中：

[66]图1显示了对包含在根据本发明的用于制备钝化的碳质材料的方法中的步骤进行例示的框图；

[67]图2示意性地显示了根据在低温碳化条件下制备钝化的碳质材料的方法的过程流程图；

[68]图3显示了包含在根据本发明的制备钝化的碳质材料的装置中的干燥器的示意图；和

[69]图4示意性地显示了根据在中温碳化条件下制备钝化的碳质材料的方法的过程流程图。

具体实施方式

[70]在描述本发明的方法和装置的优选实施例之前，应理解的是，本发明并不限于所描述的具体材料，这是由于这些材料可变化。还应理解的是，在此所使用的术语仅为了描述具体实施例的目的，而并非意在以任何方式限制本发明的范围。应指出的是，如在此使用的单数形式“一”和“一个”包括复数，除非上下文以其他方式明显指出。除非另有规定，在此所使用的所有科技术语与本发明所属技术领域中的任一普通技术人员通常理解的意义相同。

[71]另外，就附图而言，应理解的是，为了清楚的目的，未提供某些结构的细节，这是鉴于一旦本发明被公开说明，这些细节对本领域技术人员将为常规和已知的。例如，漏斗、传送带、袋式除尘器、旋风器、多膛炉、烟道、鼓风机和阀为任一已知的可买到的组件，除非这些组件由本领域中的技术人员根据需要更改为可使用于在此所论述的本发明的整个方法中。另外，为了清楚例示和描述本发明，许多在化学过程中常规和标准的控制设备都予以省略。例如，控制阀、热电偶、热敏电阻、耦联的合适的伺服电路易于获得并通常用于测量和控制温度和工艺流程。

[72]参见附图，其中，相同的附图标记表示相同的特征，在图1中，显示了用于制备钝化的碳质材料的方法10的步骤的框图。

[73]方法10的步骤包括：2，干燥碳质材料原料流；3，利用挥发分处理干燥的碳质材料；和4，使干燥的碳质材料脱挥发分和形成钝化的碳质材料。

[74]如在此所使用的术语“脱挥发分”或“除去挥发成份”指的是一种方法，其包括碳质材料——通常是煤在受控氧环境中的热分解，且产生挥发分、溶液(低分子量的液体)、焦油(高分子量的液体)和炭或焦炭。根据热分解的温度，产品分布存在一些变化。应理解的是，术语“脱挥发分”和“除去挥发成份”包括使碳质材料在低温、中温或高温条件下经受碳化处理。

[75]如在此所使用的术语“挥发分”指的是先前所描述的、不包括水分、如气体和蒸汽的释放物。煤中的挥发分含量可通过明确规定的方法(ASTM、1981、D2361-66、D3761-79、D3175-77、D3176-74、D3178-73和D3179-73)确定，并将根据适于挥发分的煤或原料物质的组成而变化。

[76]术语“钝化的碳质材料”指的是下述碳质材料，对该碳质材料进行处理，以防止碳质材料在被认为是很有可能自发燃烧的情况下的自燃。

[77]如在此所使用的术语“碳质材料”在最广泛的含义中定义，包括煤、煤基产物、木炭、活性炭、木头、木片、锯屑、生物质、包括但不限于车辆轮胎的废橡胶、废塑料、污染土壤、其混合物及所述碳质材料与其他物质的混合物。

[78]通常，碳质材料原料流包括大量不粘结煤颗粒，包括但不限于褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤，及其中两种或多种的混合物。无烟煤是由美国试验材料协会定义的一类不粘结煤，干燥无矿物质基具有大于86％的固定碳和小于14％的挥发分。烟煤是由美国试验材料协会定义的一类高含碳物质的煤，干燥无矿物质基具有小于86％的固定碳，大于14％的挥发分，恒湿无矿物质基具有1.5-7％的含水量，和大于10,500Btu/lb(29.68MJ/kg)。烟煤可以是炼焦煤或不粘结煤。次烟煤是一类含碳量在71-77％之间和含水量10％的不粘结煤，恒湿无矿物质基具有大于8,300Btu/lb且小于11,500Btu/lb的热值含量。褐煤是由美国试验材料协会定义的一类呈黑褐色、低级煤，恒湿无矿物质基具有小于8,300Btu/lb(23.46MJ/kg)。通常，褐煤或褐色煤具有高氧含量(可达30％)，相对较低的碳含量(干燥基60-75％)和高含水量(30-70％)。

[79]碳质材料原料流还可包括与抗粘结剂组合的大量炼焦煤(或焦煤)颗粒，以在碳化过程中降低煤颗粒的膨胀和结块。

[80]本发明的方法尤其适合于碳质材料原料流，该碳质材料原料流包括具有高含水量的低级煤——例如含水量10％-70％的褐煤、次烟煤和烟煤的大量煤颗粒。

[81]例如，本发明的方法10尤其适合于西澳大利亚埃文顿煤矿的次烟煤，其按重量计算大约具有以下成分：44％的固定碳、6％的灰分、25％的水分和27％的挥发分。

[82]尽管参照图1、2和4的方法10指的是针对次烟煤或褐煤执行本发明，应理解的是，本发明的方法10可用于从其他类型的煤、生物质、例如轮胎的废橡胶产品、木屑和其他碳质材料制备钝化的干煤或钝化的炭。可替代地，本方法可用于干燥其他氧敏感的、可燃物质，例如活性碳乃至污染的土壤的热脱附。

[83]通常，碳质材料的颗粒的粒度小于50mm，优选地小于20mm，更优选地小于15mm。有利地，如果粒度小于20mm，碳质材料的颗粒在干燥时或在温度低于脱挥发分和/或碳化发生的温度时不易于出现由于收缩和随后的爆裂作用所致的过度应力。因此，该方法的总体颗粒破裂率通常＜15％。

[84]另外，颗粒不易于出现过度的瞬态传热。换句话说，颗粒中心的温度类似于颗粒表面的温度，因此，每一颗粒均可快速地加热或冷却。

[85]现在参见图2和图4所示的流程图，其中，相同的附图标记表示相同的部件，通常，碳质材料原料流通过洗矿、破碎和分级而制备，以提供合适质量、数量和粒度的煤。碳质材料原料流在室温下通常以90-100吨/小时的速度通过螺旋输送器14供给到干燥器12。

[86]干燥器12更详细地显示在图3中。干燥器12包括两个长20m、直径3m的相互流体连通的同轴回转窑12a、12b。然而，干燥器12操作为好像是单一回转窑一样，回转窑12a、12b的双重结构仅设置为便于控制每一个回转窑12a、12b中的操作条件并确保安全的操作条件。回转窑12a、12b设置为在水平面以上0-10°，优选为2-5°，这有利于碳质材料原料流靠重力在其中通过。每个回转窑12a、12b通过其自身的变速箱和发动机旋转。干燥器的传动装置包括监测润滑温度的温度传感器和局部温度指示器，以确保轴承正常运行。

[87]另外，在每一个回转窑12a、12b的端部有温度指示器和温度传感器PLC仪表。从干燥器12的每一个回转窑12a、12b离开的干燥的碳质材料原料流被监测，以确保干燥的碳质材料原料流的温度不会以大于10℃每秒的速度增大，否则将马上发生自燃。在温度快速升高的情况下，提供装置，以将水喷射在干燥的碳质材料原料流上。如果内压超过20kPa(g)，在每一转接分线箱处还设置防爆门，以使干燥器12通风。

[88]每一同轴回转窑12a、12b容纳直径分别为1.5m和1.8m的内管20a、20b。每一同轴回转窑12a、12b的外径大约为3m。内管20a、20b设置有用于经受高温条件的厚壁。例如，钢在650℃时的强度大约为在室温时初始强度的30％。因此，内管20a、20b设置有厚壁，以防止钢在650℃及以上温度时的蠕变。

[89]同轴回转窑12a、12b设置为在同轴回转窑12a、12b的外壳与内管20a、20b之间的外通道22中容纳碳质材料原料流。在通过回转窑12b的外通道22之后，碳质材料原料流通过螺旋输送器(未示出)直接供给到回转窑12a的外通道中。碳质材料原料流于是穿过回转窑12a的外通道22。碳质材料原料流在回转窑12a、12b中的通常停留时间为大约30分钟。

[90]在碳质材料原料流经过回转窑12b、12a的外通道22的过程中，碳质材料原料流被加热，使得碳质材料原料流的温度从室温逐渐增加至100-400℃之间，碳质材料原料流在该温度条件下干燥。在温度＞100℃时，低温脱挥发分开始。挥发分于是在干燥器12中从碳质材料原料流放出。

[91]碳质材料原料流通过具有低氧含量、温度在400℃-900℃，优选为600℃-800℃的气流的逆流加热至大约100℃-400℃的温度。

[92]在干燥器12中放出的挥发分与外通道22中的气流混合，并被引导成相对于碳质材料原料流的逆流。包含在挥发分中的焦油和其他有机化合物涂覆干燥器12中的碳质材料，堵塞颗粒的微孔，由此钝化颗粒防止自燃。

[93]气流具有低氧含量(0-5％O₂ v/v)、高含水量(可达50％水分)。通常，气流从外炉30产生，并经由管道28供给到回转窑12a的外通道22，然后从回转窑12a的外通道22到达回转窑12b的外通道22。气流大约以33m³/s，即，37500kg/h的速度流动。

[94]根据碳质材料原料流的含水量选择外炉30的热负荷能力。在此具体实施例中，外炉30的热负荷大约为18-20MW。本发明的方法的操作开始时，外炉30可通过LPG(液化石油气)的燃烧供以燃料，和/或粉煤可输送到其燃烧室中，粉煤在燃烧室中与预先加热的次级燃烧空气混合，并发生燃烧。应理解的是，在该方法之后，在碳质材料原料流的脱挥发分中所产生的煤气可转向并供给到外炉30，并作为LPG或PCI的替代燃料用于加热目的进行燃烧。

[95]具有低氧含量的气流供给至回转窑12a、12b的外通道22a、22b，并包括由外炉30所产生的热燃烧气体。

[96]热燃烧气体在通过管道28引导至干燥器之前通过热交换器32，热交换器32将一些热传递给环境空气，以产生热气流。

[97]经过热交换器32的环境空气由两个风扇——变速驱动(VSD)扇和软起动扇提供。热气流在650℃时以33m³/s的流速通过管道26离开热交换器，管道26通常为直径1.5m的不锈钢管。管道26设置有用于泄放过量热空气的蝶阀。

[98]热燃烧气体在400℃-800℃，通常650℃时，以33m³/s的流速离开热交换器32。热燃烧气体经过管道28，管道28通常为直径1.8m的耐火衬砌钢管。耐火衬砌用于保护所述管，这是因为热燃烧气体为低氧含量并可能除去钢中的碳。

[99]当热燃烧气体由于气-固热交换以相对于碳质材料原料流的逆流贯穿干燥器12的外通道22时，热燃烧气体易于冷却。

[100]为了保持热燃烧气体的干燥能力，由热交换器32所产生的热气流通过管道26同时供给到干燥器12的内管20a、20b。热气流温度为400℃-800℃，优选为大约600℃-700℃，并沿着与热燃烧气体相同的方向以33m³/s的速度流过内管20a、20b。一部分热气流供给到回转窑12a的内管20a，另一部分热气流供给到回转窑12b的内管20b。

[101]通常，在这两气流经过旋转干燥器12a、12b后，其温度降低至约200℃。所述气流然后重新组合，并作为次级燃烧空气由两个扇——VSD扇和软起动扇经由管道24供给到外炉30。

[102]因此，应理解的是，干燥器12被外部加热，氧基本上被阻止接触干燥器12中的碳质材料原料流和所产生的干燥的碳质材料原料流。

[103]细干煤颗粒(大约2mm)夹带在热燃烧气体中并通过管道36与该气体一起离开干燥器12。离开干燥器12后，热惰性气体和细干煤颗粒通过多个旋风器(未示出)分离。旋风器包括两个抽风机、一个VSD扇和一个软起动扇。细干煤颗粒被去除并存储在粉煤仓中，然后可根据WO2004/072212中所述的团矿法随后进行团矿。

[104]分离后的燃烧气体现在是热、湿润和有腐蚀性的。经过旋风器之后，热燃烧气体行进到两个热回收再生器，其中，微量挥发性物质在氧化环境中被热破坏。这些后燃器设计为使得在这些挥发性物质的燃烧中所使用的大约70％的热再生；剩余的热来自于通过热交换器吹出的达到大约650℃的空气。燃烧气体然后通过两个洗涤扇、VSD扇和软起动扇流到洗涤器。该洗涤器对酸性气体，尤其是SO_x、NO_x和PO_x具有化学活性。浓缩污泥从洗涤器的底部流出送往尾矿池。

[105]约一半的热燃烧气体返回到外炉30中，以降低预加热的燃烧空气的氧含量。

[106]在干燥处理完成之后，干燥的碳质材料原料流可被冷却、贮存及存储，或可历经进一步的热分解。

[107]当干燥的碳质材料原料流在干燥处理完成之后立即冷却时，干燥的碳质材料原料流由输送器16从干燥器12传递，该输送器16将干燥的碳质材料原料流传送到另外两个输送器。干煤原料流沿输送器以100吨/小时的额定速度行进到设置在冷却器50——例如多膛流化床冷却器——上方的存煤仓54。每个输送器设置有温度传感器，以监测干燥的碳质材料原料流的温度。类似地，在设置在冷却器50上方的存煤仓54有包括低电平开关和高电平开关的局部仪器仪表。PLC装置包括高电平警报器、高电平传感器和低电平传感器。干燥的碳质材料原料流然后通过螺旋输送器56供给到冷却器50中。

[108]干燥的碳质材料——通常是干燥的低级煤——然后通过将其与周围的颗粒物质——优选为湿筛煤混合而冷却，以在两材料间产生固-固热交换。通过这种方式，干燥的碳质材料的内热不仅传递给颗粒物质，以有利于热平衡，而且，干燥的碳质材料的热能还用于干燥颗粒物质，因此有利于湿度平衡。另外，通常包括N₂、CO₂和Ar的冷惰性气体吹送经过流化床冷却器，以有助于使混合后的材料达到热平衡和湿度平衡。

[109]混合后的碳质材料最终以100吨/小时的额定速度释放到输送器上，并传送到存储仓。

[110]已在冷却器中流过的冷惰性气体然后流经六个直径1m的旋风器，以去除夹带在冷惰性气体中的粉煤颗粒(2mm)。粉煤颗粒被存储然后输送到气动输送器中。除尘后的空气作为废气经由集尘室返回到大气中。

[111]在本发明的可替代实施例中，干燥器12中所产生的干燥的含碳原材料可历经进一步的脱挥发分，例如中温碳化，以产生钝化炭。

[112]参见图3，干燥的碳质材料原料流由螺旋输送器16从干燥器12供给到一个或多个气动输送器18。通常，干燥的碳质材料原料流已加热到100-400℃，这降低了碳化过程中所需的热负荷并改善了系统的热效率。干燥的碳质材料原料流以基本上无氧(O₂0-5％)环境的形式，主要包括N₂、CO₂和Ar，和微量的CO、H₂和CH₄在100℃-500℃，通常300℃的温度下由气动输送器18输送。惰性气体在加热之前通过压缩器进行加压。输送扇在气动输送器的入口和出口施加高压力，使得仅克服与干燥的碳质材料原料流的输送、线路损耗、旋风器和多旋风器有关的任何压降。

[113]干燥的碳质材料原料流然后供给到设置在以多膛炉40为例的热解器40上方的大旋风器34中。干燥的碳质材料在气动输送系统中的进给速度由旋风器34的压降控制。惰性气体在系统中以20m/s的速度再循环，而在系统旋风器34正前方的部分中的流速为12m/s。

[114]旋风器34去除1.5mm的颗粒，由此防止细颗粒供给到热解器40。分离后的惰性气体再循环，细粉煤供给到外炉30或煤球厂。

[115]在此实施例中，一个或多个多膛炉40用作热解器。

[116]进一步地，在本发明的方法中，通过将干燥的碳质材料原料流从干燥器12以高温供给到热解器40获得额外的热效率，由此减低了热解器40中所需的热负荷和气体体积。

[117]热的干燥的碳质材料原料流以与热气体的逆流相对的方式逐级穿过多膛炉40，热气体的逆流上升到多膛炉40的顶部。热气体包括从脱挥发分后的碳质材料原料流(即挥发分)放出的煤气、从碳质材料原料流在多膛炉40中发生的燃烧中产生的燃烧废气以及由管道38从外炉30供给的热惰性气体。热惰性气体在输送到多膛炉40之前在外炉30中预加热到650℃。然而，用于碳化的大部分的热将来自于外炉30中的煤气的燃烧。

[118]将预加热的干燥的碳质材料原料流供给到热解器有显著的优点，包括但不限于：

●通过预干燥煤及使充满水分的气体通风降低了在脱挥发分过程中所产生的煤气的水蒸气含量

●如果煤气具有降低的水蒸气含量，很少可能发生下述不希望出现的反应

C+H₂O→CO+H₂和C+2H₂O→CO₂+2H₂

●由于二氧化碳一般在低温热分解中逐渐放出，并且在干燥的碳质材料输送给热解器40之前排出，很少可能发生通过下述反应形成一氧化碳

C+CO₂→2CO

●热解器40中的燃烧最小化

[119]通常，干燥的碳质材料原料流以与气流的逆流相对的形式逐级穿过每个多膛炉，其中，气流具有小于5％且优选地小于1％的低氧含量，包括每个多膛炉和/或外炉中产生的热燃烧气体。在多膛炉的操作条件下，干燥的碳质材料原料流热分解，以形成炭和包含挥发分的气体产物流。气体产物流与热燃烧气体混合，并被引导成通过多膛炉的逆流。通过这种方式，包含在气体产物流中的挥发分在其进入多膛炉之前立即接触碳质材料原料流，如上所述，另外，由于干燥的碳质材料原料流逐级穿过多膛炉并历经碳化。挥发分中的疏水组分涂覆干燥的碳质材料原料流中的颗粒，堵塞干燥颗粒的微孔，如上所述，钝化干燥的碳质材料原料流的颗粒，而防止水和氧的吸附，并因此防止自燃。

[120]随着干燥的碳质材料原料流贯穿多膛炉40，干燥的碳质材料原料流如上所述由热气体的逆流加热至大约600℃-800℃的温度，干燥的碳质材料原料流在此温度碳化并转变为炭。

[121]挥发分在这些温度时也从干燥的碳质材料原料流中放出。挥发分与热气体混合，随后被引导成相对于干燥的碳质材料原料流的逆流。因此，挥发分涂覆干燥颗粒，堵塞微孔，减少水和氧的吸附。在多膛炉40中焦油和颗粒在这些温度历经热分解。附着于煤颗粒结构的芳香和氢芳香单元的官能团的热解破裂导致低分子量、反应、自由基(碎片)的释放和通过氢的前述碎片部位的稳定化。因此，亲水极的官能团从煤颗粒中去除，并由疏水芳香涂层替代。在低温碳化过程中，该方法可从低级煤中产生具有类似于减少的硫、假烟煤性能的钝化的碳质材料。钝化的碳质材料在化学性质上与其他任何自然形成的烟煤一样稳定。在进一步加热后，焦油涂层松动，在随后的热分解阶段，焦油提供氢，用于稳定煤颗粒上的更多自由基部位，由此产生具有类似于减少的硫、假无烟煤性能的钝化炭。

[122]在多膛炉中产生并使用的混合的煤和燃烧气体可通过不同的方法处理，包括但不限于，燃烧以产生电，或用于获得肥料。另外，如上所述，煤气可用作外炉30的替代燃料源。与气体利用的方法无关，提供一种使在多膛炉中所产生的混合气体燃烧且安全和环境可接受的方法。

[123]钝化炭离开多膛炉，并能在冷却至室温、贮存和装载之前以对本领域中的技术人员已知的方式通过水和冷惰性气体淬火，包括使用如上所述的多膛冷却器50。在热解器中所产生的钝化炭的温度高于在干燥器12中所产生的钝化的干燥的碳质材料。因此，由于在冷却器50中存在产生爆炸气体和粉尘的可能，作为预防措施，在钝化炭的温度低于200℃之前，作为淬火介质的液态水不引入冷却器50。

[124]通过上述方法从上述煤原料中所产生的钝化炭按重量计算大约具有以下成分：81.3％的固定碳、11.9％的灰分、2％的水分和5％的挥发分。

[125]可替代地，热的钝化炭与上述成分的湿筛煤混合，以产生按重量计算具有以下成分的混合碳质材料：64.8％的固定碳、9.2％的灰分、10％的水分和14.7％的挥发分。

[126]本发明的方法10还可以在碳质材料历经高温碳化的条件下实施，如以下实例所述。

实例1

[127]来自于西澳大利亚的埃文顿煤矿含28％水分的碎煤(100％15mm)以49吨/小时供给至16.5m长的五单元流化床干燥器。流化床干燥器中的煤利用在10MW炉中所产生的温度为800℃含1.6％(m/m)O₂的废气流(28,500kg/h)加热。煤原料流在干燥器中具有9至10分钟的停留时间。干燥器的最后单元由从该系统中的热解装置所产生的废气加热。

[128]热(150℃)干煤经由气封进给器供给至13.2m长的耐火衬砌碳化器。干燥煤加热至1,300℃。这些高温通过将热空气(800℃)供给至碳化器而产生，热空气与在热解过程中所产生的一些煤气燃烧。煤气沿着相对于煤/炭原料流的流动的逆流方向流动。炭原料流在900℃以上的停留时间在11和12分钟之间。产生大约24,500kg/h的干炭。过量的煤气和燃烧气被收集起来。

[129]碳化器供给三个9.9m长的耐火衬砌冷却器，冷却器将炭温度从1,300℃降低到500℃以下。这些冷却器供给以煤惰性气体的逆流。淬火后的炭然后供给至另外的六个钢耐火材料冷却器，冷却器将气体温度降低到70℃以下。炭的含水量升高至大约6％，以抑制粉尘。

[130]上述高温碳化系统具有190,000tpa的钝化炭的额定容量，钝化炭具有6％的水分、2％的挥发分含量。

实例2试验数据

[131]具有24％水分的煤灰煤在氮的条件下在120℃时在炉中预干燥。该煤然后以5℃/分钟的速度加热直至其达到300℃。质量损失为0.6％，平衡水分为6.5％。同一干燥煤在炉中400℃下放置10分钟。最后的质量损失为2.6％，平衡水分为4.5％。原料煤通常具有大约13％的平衡水分。

[132]利用具有再循环煤气和风干煤的回转窑进行大规模的试验。结果表示在下表1中。煤的停留时间为20分钟，以将煤加热到266℃的平均排气温度。

表1：低温碳化煤

[133]湿基的总产量为65.6％或干基的总产量为82.8％。比能的增加为28.8％，硫的减少为215％。干燥和碳化能为总能通量的15.5％。

[134]更高程度的碳化通过利用10℃每分钟的加热速度和预加热到100℃的干煤进行试验并保持20分钟。结果表示在下表2中。煤的停留时间为60分钟，以将煤加热到700℃的平均排气温度。碳化煤利用惰性气体冷却。

表2：中温碳化煤

[135]湿基的总产量为57.1％或干基的总产量为65.7％。比能的增加为53％，硫的减少为37％。干燥和碳化能为总能通量的12.6％。

[136]根据本发明制备钝化碳质材料的方法的优选实施例的以上描述，显而易见的是，本方法与现有技术的方法相比具有显著的优点，包括以下优点：

(1)本方法由于预有准备的原料粒度不产生过量的细颗粒。

(2)本方法的经济性通过下述方面改进：

●在碳化前干燥碳质材料；

●向碳化器供给以热的干燥的碳质材料；

●将含挥发分的煤气引导成相对于碳质材料原料流的逆流；和

●通过在热解器中部分地燃烧碳质材料原料流和煤气而直接加热碳质材料原料流；

●含挥发分的煤气还在碳化器外燃烧以提供适于本方法的热。

(3)本方法可以使用各种原料，特别地，其易于适合于从褐煤、次烟煤和烟煤中去除氧和有机硫。

(4)该方法从低级煤制备钝化炭，并减少了自燃的危险。因此，可以预期的是，这些煤将会是主要的原料。

(5)干燥器、气动传输器和煤气尽可能的分离，并独立地受控于温度、流量和压力。

(6)该方法不受设备限制，这是由于其可使用流化床、多膛炉或回转窑或这些单元操作的组合。

(7)煤气中的焦油材料的活性通过预干燥煤及不组合该干燥气体和碳化气体而得以极大的提高。因此，如果有预干燥步骤，由于需要更少的煤气，水分稳定的效果可在低温形成。

[137]对相关领域的技术人员而言，除了那些已经描述的之外，在不脱离本发明的基本概念的情况下，可想到众多变化和修改。所有这些变化和修改视为处于本发明的范围内，本发明的实质根据前述描述确定。

[138]例如，本发明的方法可应用于其他热敏性、可燃物质，例如，活性碳乃至污染土壤的热吸附。

Claims (66)

1、一种用于制备钝化碳质材料的方法(10)，包括下述步骤：

a)干燥碳质材料原料流(2)；

b)利用挥发分处理干燥的碳质材料(3)；和

c)使处理后的干燥的碳质材料原料流脱挥发分(4)，形成钝化碳质材料并放出挥发分。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，预处理所述干燥的碳质材料原料流的步骤包括使所述干燥的碳质材料原料流与含挥发分的气流接触。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述含挥发分的气流被引导成相对于所述干燥的碳质材料的逆流。

4、根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，包含在所述气流中的挥发分包括在步骤c)中所放出的挥发分。

5、根据权利要求4所述的方法，其中，在所述干燥的碳质材料的脱挥发分过程中所放出的挥发分通过所述碳质材料原料流掺杂以含大量的疏水芳香半族材料而增大。

6、根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，包含在所述气流中的挥发分包括通过将与所述方法的碳质材料原料流不同且从其中分离的挥发分原料脱挥发分所放出的挥发分。

7、根据权利要求6所述的方法，其中，所述挥发分原料包括含大量的疏水芳香半族。

8、根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，包含在所述气流中的挥发分包括在步骤a)中所放出的挥发分。

9、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，干燥所述碳质材料原料流的所述步骤包括将所述碳质材料原料流加热至从大约100℃至400℃的温度。

10、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述干燥步骤在低氧(0-5％O₂v/v)且高水分(达到50％v/v)的环境中进行。

11、根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，所述碳质材料原料流被直接加热。

12、根据权利要求11所述的方法，其中，所述碳质材料原料流通过使所述碳质材料原料流与具有低氧含量的热气流接触而被直接加热。

13、根据权利要求12所述的方法，其中，所述热气流的氧含量小于5％v/v。

14、根据权利要求13所述的方法，其中，所述热气流的氧含量小于1％v/v。

15、根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述热气流沿着相对于所述碳质材料原料流的逆流方向接触所述碳质材料原料流。

16、根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，挥发分在所述碳质材料原料流被干燥的温度时放出。

17、根据权利要求16所述的方法，其中，在步骤a)中所放出的挥发分与所述热气流混合，并被引导成相对于所述碳质材料原料流的逆流，随后接触所述干燥的碳质材料，由此处理所述干燥的碳质材料。

18、根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，干燥的碳质材料接触包含挥发分的气流的所述步骤通过相对于所述干燥的碳质材料引导所述热气流的逆流而容易，由此，所述热气流用于将所述碳质材料原料流加热至执行步骤a)的温度。

19、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤a)和步骤b)基本上同时执行。

20、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使干燥的碳质材料脱挥发分的所述步骤包括将所述干燥的碳质材料加热至从大约400℃至900℃的温度。

21、根据权利要求20所述的方法，其中，使干燥的碳质材料脱挥发分的所述步骤包括将所述干燥的碳质材料加热至从大约600℃至800℃的温度。

22、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述脱挥发分步骤在低氧(0-5％O₂v/v)环境中进行。

23、根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中，所述干燥的碳质材料被直接加热。

24、根据权利要求23所述的方法，其中，所述干燥的碳质材料通过使

25、根据权利要求24所述的方法，其中，所述热气流的氧含量小于5％v/v。

26、根据权利要求25所述的方法，其中，所述热气流的氧含量小于1％v/v。

27、根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中，所述热气流沿着相对于所述干燥的碳质材料的逆流方向接触所述干燥的碳质材料。

28、根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中，所述同一热气流用于步骤c)然后用于步骤a)。

29、根据权利要求28所述的方法，其中，所述挥发分与所述热气流混合，并被引导成相对于所述干燥的碳质材料的逆流，随后接触位于上游的所述干燥的碳质材料，由此在所述干燥的碳质材料脱挥发分之前对其进行处理。

30、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过本发明的方法所产生的钝化碳质材料原料流与碳质材料原料流的含水量和挥发分含量相比，其具有减少至0-20％之间的水分的含水量和减少至0-25％的挥发分含量。

31、根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：将所述钝化碳质材料淬火的步骤。

32、根据权利要求31所述的方法，其中，所述钝化碳质材料利用水和/或冷的惰性气体淬火。

33、根据权利要求31所述的方法，其中，所述钝化碳质材料利用未处理的碳质材料淬火，所述未处理的碳质材料包括但不限于湿筛煤。

34、一种用于制备钝化碳质材料的系统，包括：

干燥器，其用于干燥碳质材料原料流；

热解器，其用于使干燥的碳质材料脱挥发分，形成钝化碳质材料并放出挥发分；和

承载载体，其有利于挥发分与所述干燥的碳质材料接触。

35、根据权利要求34所述的系统，其中，所述干燥器包括一回转窑、一多膛炉(MHF)、气流干燥器或一循环流化床(CFB)。

36、根据权利要求35所述的系统，其中，所述回转窑设置为在水平面以上可达10°的角度，以有利于所述碳质材料原料流靠重力通过所述回转窑。

37、根据权利要求35或权利要求36所述的系统，其中，所述回转窑设置有使所述回转窑围绕其中心纵轴旋转的装置，所述回转窑的旋转速度通常选择为与所述回转窑的长度相适应，使得所述碳质材料原料流在所述回转窑中的停留时间大约为15-40分钟。

38、根据权利要求34至37中任一项所述的系统，其中，所述干燥器设置为将所述碳质材料原料流加热到100℃-400℃的温度。

39、根据权利要求38所述的系统，其中，所述干燥器由低氧含量的热气流(400℃至800℃)加热。

40、根据权利要求39所述的系统，其中，所述热气流的氧含量小于5％v/v且优选地小于1％v/v。

41、根据权利要求34至40中任一项所述的系统，其中，用于使干燥的碳质材料原料流脱挥发分并形成钝化碳质材料并且放出挥发分的所述热解器包括回转窑、多膛炉(MHF)或循环流化床(CFB)的组合中的其中一个或多个。

42、根据权利要求41所述的系统，其中，所述热解器中的所述干燥的碳质材料原料流由低氧含量的热气流直接加热至大约600℃-800℃的温度。

43、根据权利要求42所述的系统，其中，所述热气流的氧含量小于5％v/v且优选地小于1％v/v。

44、根据权利要求38和权利要求42所述的系统，其中，所述系统进一步设置有一个外炉，以产生用于分别直接加热所述系统的热解器和加热所述系统的干燥器的热气流。

45、根据权利要求44所述的系统，其中，所述热气流被引导成相对于所述热解器中的所述干燥的碳质材料和所述干燥器中的所述碳质材料原料流的逆流。

46、根据权利要求45所述的系统，其中，所述热气流与从所述热解器放出的挥发分组合，由此用作适于所述挥发分的承载载体。

47、根据权利要求34至46中任一项所述的系统，其中，所述系统进一步包括用于将所述干燥的碳质材料供给至所述热解器的装置。

48、根据权利要求47所述的系统，其中，用于将所述干燥的碳质材料供给至所述热解器的所述装置包括一封闭的气动系统。

49、一种用于减少碳质材料的内在水分和/或增加碳质材料的比能的方法，包括下述步骤：

a)干燥碳质材料原料流；和

b)通过使干燥的碳质材料接触低氧含量的逆向气流使所述干燥的碳质材料碳化。

50、根据权利要求49所述的方法，其中，所述气流在400℃与800℃之间的温度接触所述干燥的碳质材料。

51、根据权利要求49或50所述的方法，其中，所述气流的氧含量小于5％。

52、根据权利要求51所述的方法，其中，所述气流的氧含量小于1％。

53、根据权利要求49至52中任一项所述的方法，其中，所述步骤a)和b)均通过使所述碳质材料与所述低氧含量的气流接触而实现，由此，所述气流起初干燥所述碳质材料，接着对所述碳质材料继续进行碳化。

54、根据权利要求49至53中任一项所述的方法，其中，所述气流包括挥发分。

55、根据权利要求54所述的方法，其中，所述挥发分在步骤b)中放出并与所述气流混合。

56、根据权利要求54所述的方法，其中，所述挥发分在步骤a)中放出并与所述气流混合。

57、一种用于改善不粘结碳质材料的炼焦特性的方法，包括下述步骤：

a)干燥不粘结碳质材料原料流；

b)利用挥发分处理干燥的不粘结碳质材料；和

c)使处理后的干燥的不粘结碳质材料脱挥发分，形成具有改进的炼焦特性的碳质材料并放出挥发分。

58、一种用于将热的钝化炭淬火的方法，包括使所述热的钝化炭接触颗粒物质。

59、根据权利要求58所述的方法，其中，使所述热的钝化炭接触颗粒物质包括使所述热的钝化炭与所述颗粒物质混合并有利于在所述热的钝化炭颗粒与所述颗粒物质之间的固-固热交换。

60、根据权利要求58或权利要求59所述的方法，其中，所述颗粒物质处于室温。

61、根据权利要求58至60中任一项所述的方法，进一步包括使所述热的钝化炭和所述颗粒物质混合物与冷的惰性气流混合，以便于进一步将其淬火。

62、根据权利要求58至61中任一项所述的方法，其中，所述颗粒物质为碳质材料。

63、根据权利要求62所述的方法，其中，所述颗粒物质为湿筛煤。

64、根据权利要求59至63中任一项所述的方法，其中，使所述碳质材料和钝化炭混合的所述步骤在基本上无氧环境中实施。

65、一种在连续过程中用于钝化碳质材料的装置，所述装置包括：

a)用于接收碳质材料原料流的入口；

b)用于接收含挥发分的气流的入口；

c)一反应部，该反应部配置为允许所述碳质材料接触所述含挥发分的气流；

d)用于在钝化碳质材料经过所述反应部之后接收所述钝化碳质材料的出口；

e)用于在所述气流经过所述反应部之后接收所述气流的出口。

66、一种用于在受控氧环境中加热氧敏感的碳质材料的装置，所述装置包括：

a)用于接收碳质材料流的入口；

b)用于接收具有受控氧含量、含挥发分的气流的入口；

c)一反应部，该反应部配置为允许所述碳质材料接触所述具有受控氧含量、含挥发分的气流；

d)用于在所述碳质材料经过所述反应部之后接收所述碳质材料的出口；

e)用于在所述气流经过所述反应部之后接收所述气流的出口。

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