CN86108589A - 一种钝化细粒煤的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种干燥和钝化湿煤如烟煤、次烟煤或褐煤的方法。湿煤先以一定速度加进加热段，然后和一种软化点在60℃以上的重烃处理剂接触。煤颗粒和处理剂在沿加热段以活塞流方式移动过程中，一边充分混合一边进行加热，使温度达到至少200℃，但要低于煤的分解温度。然后煤颗粒在冷却区被冷却。

Description

本发明涉及处理劣质湿细粒煤以生产干细粒煤基燃料的方法。该方法是将细粒煤进行涂覆处理，以免重新吸收湿气。

从很多矿区开采出的煤含有大量的水分，增加了从矿区到使用地点的运输成本，并且因为蒸发水分需要热量，从而使烧煤时得到的热量减少。烟煤有这个问题，而对劣质煤如次烟煤和褐煤，这个问题特别严重，后两种煤刚采出时含有10%～50%的水分。仅靠干燥不能彻底解决这些问题，因为干燥后的煤还容易从大气中重新吸收水分，并回复到以前的含水状态。当然还会产生其它问题，当水蒸气在煤中冷凝释放的热量积累到一定程度，使煤发生自燃时，就会引起严重火灾，这种情况屡见不鲜。因此，需要一种方法来减少煤中所含水分，并阻止煤粒对水分的再吸收。

已经公开的先有技术试图对煤进行干燥并避免干燥后的煤再吸收水分。金迪格（Kindig）等人的美国专利3961914公开了用二氧化硅对干燥后的煤进行涂覆的方法，该法是通入四氯化硅气并使其与水反应，这样即可在煤表面形成二氧化硅膜。

琼森（Johnson）等人，在美国专利3985516中公开了用重质液态烃如原油残渣，在沸腾床中对干燥后的次烟煤和褐煤颗粒进行涂覆的方法。为了改善涂层的均匀度，最好是将原油残渣用轻质载体油进行稀释。在该过程的干燥阶段，煤易发生氧化。

同一发明者在美国专利3985517中公开了用液体重质烃同时进行加热和涂覆的沸腾床过程。该法的缺点是必须使用价格昂贵的沸腾床设备;此外，由于沸腾床内存在无规则区，会造成涂覆及加热不均匀;而且沸腾床不能处理粒度分布范围宽广的颗粒，因为较大的颗粒流化不起来，而较小的颗粒又会被气流带出床区。还有一个问题是床层中流化粒子间的相互撞击造成粒子的粉化。

塞泽（Seitzer）于美国专利4192650中公开了防止自发生热的方法，该法是把干燥后的煤在100℃至115℃下进行再水合，使煤中水分含量达到2%到10%。

克劳姆利（Kromrey）于美国专利4214875中公开了一种用于露天煤堆隔绝雨水和空气的涂层的组合料，该材料可在整个煤堆上形成一连续的复盖层。其组合料一般是触变及夹带蜡、焦油或硬沥青或一种聚合物，这些材料能产生1/4至1吋厚的复盖层。为了运输和使用这些煤，复盖层必须弄破。

伯考威兹（Berkowitz）在加拿大专利959783中描述了一种处理劣质煤的方法，包括浸没在液体介质中加热至约350℃，使热解物由煤颗粒内部扩散至表面并堵塞孔口防止湿气再吸收。

翁（Wong）于美国专利4461624中公开的一种方法，是将煤浸入软化点80℃以上的渣油中，温度从240℃至分解温度，以蒸出水分并在浸泡的介质中将煤颗粒进行涂覆。该方法的缺点是在煤粒上涂覆上一层厚的处理剂，而该涂层必须从煤粒表面除去。

本发明的目的就是避免或减轻上述的这些缺点。

因此，本发明提供了一种提高细粒煤热值的方法，此方法包括：

（a）以一定速度将湿煤加到加热段;

（b）将该湿煤与重质、粘性的烃类处理剂在上述加热段以一定速度相接触;

（c）将上述煤及处理剂在沿着上述加热段以活塞流方式移动的过程中，将它们一边充分混合，一边进行加热，使温度达到200℃左右至煤的分解温度和处理剂裂解温度二者中的最低值，以获得处理过的煤;以及

（d）冷却上述处理过的煤;上述加热阶段完成后，上述处理剂的软化点至少在60℃以上。

本发明用上述方法还进一步提供了优化处理的煤产品其含水量大体上不超过5%，平衡水分含量不超过10%。

本说明书和权利要求中提到的百分比和比例，凡未加注明者，皆以重量为基准。平衡水分的测量方法同改进的美国材料试验标准（ASTM）D-1412的方法。与标准测试方法的区别在于浸水24小时之后才进行煤的粉碎。由于颗粒的粒度较大，测得的平衡水分含量总是比标准D-1412测试法偏低。但如果将煤样粉碎，就破坏了本发明中涂层法的密封效果，故应当避免。

当煤加进加热段后，它就和一定量的处理剂接触，煤里的水分蒸发变成水蒸气从煤中的孔隙逸出。水蒸气逸出到煤粒周围的处理剂之中并使其发泡。该发泡物具有较大的表面积与煤粒子接触，因此处理剂在煤粒子表面形成一层薄膜。同时，细粉尘粒子被大表面发泡物捕捉。煤与处理剂充分混合，可确保煤粒子的良好而均匀的复盖，而煤与处理剂沿加热段以活塞流方式移动，则可保证受控的混合及该段的受控加热得以维持。当煤冷却时，由于粒子孔隙内的水蒸气压降低，将一团处理剂吸入孔隙并固化，从而阻止水分再吸收到处理过的煤产品中去。

此外，还可以在煤粒和处理剂接触之前，在加热段中将煤粒子预热。加热段入口端的温度及粒子与烃类物质接触前所需时间的选取，要使得煤中液体蒸发形成的汽膜将每一颗煤粒包围，以防止煤粒被氧化。在预热阶段，煤中水分只去掉一小部分;预热阶段的目的，是将煤表面温度升高到处理剂软化点以上，以使处理剂和煤粒子能紧密粘合。仍含部分水的煤在预热段停留0.2至10分钟，在这期间留在煤中的一小部分水分被蒸出。虽然粒子表面温度足以使处理剂粘结在粒子上，但粒子中心温度则要低得多，因为粒子中仍有液体存在。必须做到，在加入处理剂时，预热的煤粒中至少还保留有5%的水分，以保证煤粒周围能形成蒸气膜。

加热段的适宜温度范围是500-800℃之间，最好是入口端附近为700℃，出口端在200-300℃之间。加热段中，在向煤粒子加处理剂并进行充分混合处的温度选择，要使初始混合温度保持不变，使其约为水的沸点，例如100℃。加热段入口端保持最高温度，出口端保持最低温度，这样可使一开始就有最好的热传导，并能防止在加热段末端处理剂的分解。选择温度时使初始混合温度不变，同样可防止处理剂的分解。

特别适合于用本发明的方法进行优化处理的煤，最好为这样一种烟煤、次烟煤及褐煤，它们所含的平衡水分为5%或多些，最好为12%或多些，这个平衡水分是用上述改进的美国材料试验标准D-1412的方法来测定的。本方法还可用于处理已用缩短的预热步骤处理过并已部分干燥了的劣质煤。本方法不适用于已经完全预干燥的煤，因为这样会发生煤的氧化，而且当煤冷却时没有足够的内部压力降，来把处理剂吸进孔隙中。煤粒子大小在0.07厘米（即24目）至约3厘米，而最好是在约0.5厘米至2厘米之间。煤可以含有煤粉，在本说明书中系指24目以下的粒子。另外也可以将煤粉加进冷却前的处理过的热煤中。在该温度下处理过的热煤具有足够的粘性可使煤粉粘着于热煤上。煤粉可不经预干燥而加以使用，但最好是在和处理过的煤混合之前进行这予干燥。煤粉和处理剂的比例可在不偏离本发明精神的条件下由熟练掌握本技术的专门人员选择，煤粉与处理剂比例的上限取决于煤粉本身的平衡水分含量。利用作为标准煤破碎操作副产品的煤粉的第三种方法，是至少将一部分煤粉掺入处理剂，这样煤粉就成为处理剂的补充料。处理剂中煤粉的适宜含量由熟练于该技术的人员决定。

在混合步骤中，用于细粒煤的处理剂的软化点，基本上应在60℃以上，最好在90℃以上。另外，煤处理剂可经本发明加热步骤的热处理而得到硬化，以使得在被处理的煤产品冷却之前，处理剂达到60℃以上的软化点。于正常的贮存和运输温度下，硬质的、低粘性的处理剂使粒子间的粘结作用降至最低限度，因而使散装煤产品始终保持流动性。处理剂包括一种重质烃类油，如煤焦油、溶剂沉淀沥青，或真空蒸馏渣油，如焦油、硬沥青或直馏或氧化沥青，它们是由普通原油或重质原油、油沥青砂或性质重原油、沥青或上述残渣的混合物来制取。以供氢体稀释剂来对油沥青砂加氢裂解的渣油，特别适于做处理剂。另外，上述任何处理剂都能以乳浊液形态使用，例如乳化沥青。这种形态便于在煤的预热之前进行处理和泵输。但无论如何基底渣油的软化点，应当具有前面提到的特点。

另外，也可以在与湿煤粒子接触前将处理剂进行预热。当处理剂基本不含水时，最好将其预热到软化点以上，因为与固态处理剂相比，操作液态处理剂要简单些。还可以在湿煤和处理剂接触之前，将它们都进行预热。

如果处理剂在接触阶段的温度下处于固态，则最好以高度分散的形式（如小粒状）使用。但是，一般在接触的温度下处理剂将处于液态，或者是预热的渣油，或者是渣油的含水弥散物。在此条件下，可在湿煤粒子由预热段向主加热段移动时，将处理剂滴到或喷到湿煤粒子上。对所用处理剂的加入速度加以控制，以使得处理剂在煤粒子上的最终含量能保持在所需的水平上。最终产品上处理剂的百分比，必须能在冷却阶段足以基本上将煤粒子上能再吸收水分的所有的孔都堵住，但出于经济上的考虑，处理剂用量又应当尽可能小，其范围可由约2%至15%，最好为约2%至5%，在加处理剂期间和加入处理剂后，必须充分搅动煤粒子以使其和处理剂充分接触，但粒子的整个表面没必要全部复盖，只要孔隙按上述方式被堵住就可以了。

被处理的煤在主加热/混合段加热到最终温度从约200℃至煤分解温度和处理剂裂解温度二者中的最低值。通常，西加拿大多种次烟煤和褐煤的分解温度范围是240℃至350℃，而许多烟煤分解温度要稍高些。很多焦油和硬沥青在375℃左右开始发生裂解，结果产生低沸点烃，这一反应应当避免，因为会使最终产品中的处理剂软化并使可贵的燃料受到损失。另一方面，在此步骤中，于300℃以上进行热处理可使处理剂硬化，也就是提高其软化点，这一点从技术上已经为人们所共知。煤在主加热段停留时间为0.5-20分钟;所需停留时间的长短与煤颗粒的粒度，并特别是与颗粒的水分含量成正比，而与处理温度成反比。作为一例，间歇操作中，当主加热段温度保持在200℃，煤颗粒直径平均为0.7厘米时，为要获得水分含量为0.5%的产品，适宜的停留时间是10分钟。在上述范围内调整操作参数，可以得到含水量不多于5%，最好是不多于1%的产品。处在潮湿环境中产品能达到的平衡水分含量的重要性，至少和产品直接冷却后的实际水分含量相当。本发明的方法是将煤粒子上的孔隙基本上全部堵塞，阻止湿气再被吸收入煤粒孔隙，这样可达到平衡水分含量不大于15%，最好是低于10%，相当于将优化处理过的煤产品的吸湿量降低20%至50%或更多。

本发明的方法可在相当简单的设备中进行。任选的予热段和加热段可以连续也可以分开。特别有利的是使用一种装有轴向内翼片或提升器的回转窑，这种提升器可保证窑体转动时混合加热阶段内煤粒子的搅动;调整回转速度使煤粒子达到所需的停留时间，转速最好约为1-20转/分。当回转窑设有予热和加热段时，可以方便地在回转窑纵向上的中间某处加入处理剂，在该处，煤粒子的温度上升至处理剂软化点以上，但煤尚未充分干燥。通常，处理剂加入装置的位置更接近回转窑的入口处而不是出口处。干燥煤粒子需要的热量比预热所需的热量要大得多。必要时，例如用含水悬浮沥青作处理剂时，其引入装置可安在回转窑入口附近。当处理剂是液态时，可采用适于处理液体的装置，如喷雾管，喷嘴或简单滴管。不一定需要将处理剂喷成高分散的细雾，来改善处理剂在煤粒子间的分布，因为煤粒子在主加热段除得到充分加热和干燥外，通过翻转搅拌也可进行充分的混合。处理剂加入速度可采用任何适当的装置加以控制，如流量计或控制流速的正位移泵。也可用任何适当的方法供给热量，最好是将热的燃气直接通过回转窑内部。待处理的湿细粒煤可用已知合适的进料装置如螺旋式或振动式输送机，以所需要的速度加进回转窑入口。

关于本发明，将参照下列附图作进一步说明：

图1是回转窑的侧视示意图;

图2是温度沿回转窑纵向的变化图。

由图1可以看出，回转窑10有一圆柱形转动部分或称加热段12，它靠两固定端中间的变速马达13来转动，另外还有一入口端14和一出口端16。

在入口端14装有向回转窑加煤的料口18。煤进料口包括一只加料漏斗17，下面接振动加料机19。煤料口18旁边是向转炉提供热燃气的热燃气入口20，它和一气体燃烧炉21相连。沥青管22伸到加热段12中，管端连一喷雾嘴24，位于入口端14的下游。在加热段12的内表面26上接近入口端装有螺旋导片27，接着是许多有一定间距的内翼片28，它的尺寸及螺旋导片的角度选择要使煤沿加热段12以活塞流方式输送。在回转窑10的出口端装有处理煤的出口30及贮存箱31。

图2表示回转窑及煤在窑体不同部位的温度分布。横坐标32表示回转窑各段的长度，而纵坐标34表示相应的温度。图中下面的曲线36表示煤及煤/处理剂混合物的温度分布，而上面的曲线38代表窑内气体的温度分布。

开始在加热段40中煤温从室温升高到100℃。窑气的温度最初为700℃，到加热段中有所下降。然后煤和处理剂在初混段42混合，该段内混合物温度维持在约100℃不变。在回转窑的终混段44，气体温度逐渐下降而混合物温度逐渐上升。在出口端，气体温度仅比混合物温度高几度，该处气体温度大约为250℃。

操作过程中，室温下的煤，通过煤进料口18加到窑的入口端14，窑被燃烧气加热，使加热段在入口端温度达到700℃，并沿着窑的纵向逐渐降低，在加热段的出口端达到最低温度，即250℃左右。这点可由图2看出。因此，在加热段40煤粒子与气体之间的传热速率很高。吸在煤粒子中的水沸腾后由粒子孔隙逸出，使得在该段40中，每个粒子的周围形成一层蒸气膜。这些蒸气膜能有效地阻止煤粒子的氧化。

然后在初混段42将烃类处理剂以预定速度喷到粒子表面。由于每个粒子与预定的最少量的处理剂接触，由煤中蒸发的水蒸气穿过处理剂使煤被处理剂泡沫所包围。起泡的处理剂具有较大的表面积来与煤接触，因此，在煤表面形成了很薄的处理剂表面涂层。

如前文及图2所述，回转窑在初混段42中的温度条件选择，要使初混温度保持不变。因此在该段中，烃类物质不发生明显的分解和焦化。在终混段44，混合物和窑之间的温度差沿纵向减小，这就保证了煤混合物不至过热。由煤粒子中排除的水量取决于煤粒子在窑内的停留时间和窑的长度。当粒子离开窑时，它们即被冷却。

用此方向可在较短的时间内制得包有处理剂薄膜的煤粒子。此外，由于控制了处理剂的加入量，故不需要除去过剩的处理剂。

结合以下实施例将进一步对本发明加以说明。

实施例1-3

按照本发明在一内径为15厘米，长为20厘米，环绕其内表面装有8个均匀分布的高为1.2厘米的纵向提升翼片的圆筒中进行了对湿煤的处理试验。圆筒两端封住而在每端中心开有5厘米的圆孔;圆筒以20转/分的速度转动，并用外部火焰加热，在筒内不加任何物料时其内表面温度调节到200℃。加入100克粒度为6.4毫米至9.5毫米（0.25吋至0.375吋），实际水分含量为5.4%，平衡水分含量为8.8%的烟煤，使烟煤在圆筒中回转0.5分钟，然后通过一多孔管喷入软化点为84℃并予热至100℃的硬沥青;喷入沥青的量预先量好，以使在最终产品中得到表1所示的合适的沥青百分比。混合物在搅拌下再加热10分钟。除去热源，产物样品在圆筒中冷却并测量其实际水分含量和平衡水分含量。结果列在表1。

表1    表面加热

实施例    硬沥青    加热温度    产品水分含量    平衡水分

（重量百分比）    含量的降低

1    3.2%    180℃    0.2%    34.1%

2    2.1%    180℃    0.1%    13.6%

3    3.7%    180℃    0.01%    18.2%

实施例4-7

于连续操作状态下进一步进行了实验。所用圆筒由入口至出口的下降斜率为1∶20。入口端内表面装有高为1.2厘米、长为13厘米的螺旋导片，其作用是将煤输送至火焰焰锋之外。在余下的47厘米长的一段装有17个纵向的提升翼片，用以搅动煤粒，翼片的高度为1.2厘米，环绕圆周内壁等间隔分布。由开放火焰产生的热气体流过筒内，少部分热量由装于圆筒之上的电辐射加热器提供。实际水分含量为8.97%，平衡水分含量为13.5%，粒度在6.4-9.5毫米间的烟煤原料，以表2所列的速度加进圆筒的入口端。与实施例1-3相同的硬沥青通过位于离入口20厘米的管道端部滴入筒内。所用的预热时间，对实施例4、5和7约为3分钟，而对实施例6约为1.5分钟。其余为加热/混合所用的时间。于圆筒的出口端测量产品温度，产品冷却并测量平衡水分含量和硬沥青含量，结果列于表2。虽然没有进行优化条件尝试，但产品煤对湿气的吸收能力已大大降低。

表2    热气法

实施例    产品温度    圆筒转速    加料    停留时间    硬沥青    平衡水分

转/分    速度    含量    含量下降

4    256℃    1.75    6.5    21.0分    3.38%    39.0%

5    306℃    1.75    6.5    21.0分    4.99%    46.6%

6    260℃    3.50    8.4    10.6分    4.81%    23.0%

7    290℃    1.75    8.4    21.0分    1.96%    31.5%

实施例8-11

在由入口到出口的下降斜率为0.375吋：24吋的圆筒中以连续方式进行了进一步试验。圆筒入口端处的内表面上装有螺旋导片，以将煤输送至火焰焰锋之外，接着是16个纵向的提升翼片，用以搅动煤粒，翼片高度为1吋，环绕圆内壁等间隔分布。由开放火焰产生的热气体流过筒内。原料烟煤的粒度范围是16目-1/2吋，平衡水分含量在实验8和9中是13.45%，在实验10和11中是11.20%。入口端加煤速度列于表3。实施例8-11中的硬沥青是由离圆筒入口端16厘米的管道端部滴入。所用硬沥青是丙烷脱沥青树脂（PDA），软化点为55℃，粘度在175℃时是105厘沲（CSt），150℃时是295厘沲（cSt）。于圆筒出口端测量产品温度。产品冷却、分析水分含量、平衡水分含量及树脂含量，结果列于表3。产品煤的吸湿能力大大降低。

表3

试验结果

实施例    圆筒转速    煤进料    温度℃    水分    残余    平衡水分    平衡水分

转/分    公斤/小时    涂覆区    出口    含量%    PDA%    含量%    含量降低%

8    5    19.0    222    235    2.06    1.88    6.40    52.4

9    9    16.5    278    253    0.61    2.26    6.08    54.8

10    9    15.8    224    0.59    3.00    4.98    55.5

11    9    18.5    200    1.26    2.94    5.15    54.0

勘误表

Claims (26)

1、一种提高细粒湿煤热值的方法，此方法包括以下步骤：

(a)以一定速度将湿煤加入加热段；

(b)将所说湿煤与以一定速度加入的重质、粘性烃类处理剂在上述加热段接触；

(c)将所说的煤及处理剂以活塞流方式沿所说加热段移动的过程中，将它们一边充分混合，一边进行加热，使温度达到200℃左右至煤的分解温度和处理剂裂解温度二者中的最低值，以制得处理过的煤；

(d)冷却所说处理过的煤；所说加热阶段完成后，所说处理剂的软化点至少在60℃以上。

2、按照权利要求1所述的方法，其中所说的加热段有上游端及下游端，在所说的加热段中，所说上游端的温度高于所说下游端的温度。

3、按照权利要求2所述的方法，其中所说的加热段的上游端的温度在500-800℃之间。

4、按照权利要求2或3所述的方法，其中所说的加热段的下游端的温度在200-300℃之间。

5、按照权利要求1所述的方法，其中所说的处理剂选自如下几种物质：原油或沥青油砂或重油的蒸馏残渣;改质沥青油砂或重油的蒸馏残渣;溶剂沉淀沥青;煤焦油残渣;它们的混合物;上述任何一种处理剂的含水悬浮物。

6、按照权利要求1所述的方法，其中所说的处理剂在按（b）步骤和上述湿煤接触前被加热至其软化点以上。

7、按照权利要求6所述的方法，其中在所说加热段中进行步骤（b）的区域的温度要选择适当，以使得所说的煤和处理剂的初始温度为水的沸点。

8、按照权利要求1所述的方法，其中在按步骤（b）接触前，将所说的湿煤预热至水沸点，由此可使预热的煤含水量在所说的接触步骤（b）之前低于5%。

9、按照权利要求6所述的方法，其中所说的湿煤在进行接触步骤（b）之前预热到所说处理剂的软化点以上和约200℃以下，按此法来预热过的煤的水分含量不少于5%。

10、按照权利要求1所述的方法，其中所说的处理剂包括由重油和沥青油砂得到的真空渣油。

11、按照权利要求1所述的方法，其中所说的处理剂是用喷射法加入的。

12、按照权利要求1所述的方法，其中所说的湿煤至少含8%的水分。

13、按照权利要求1所述的方法，其中所说的处理过的煤产品含水量不大于3%。

14、按照权利要求1所述的方法，其中所说的细粒湿煤选自烟煤、次烟煤和褐煤。

15、按照权利要求1所述的方法，其中步骤（c）中的热量供给是靠将热气通过装有所说煤的容器。

16、按照权利要求15所述的方法，其中所说的容器是回转窑。

17、按照权利要求1所述的方法，其中煤产品含有1-5%的所说处理剂。

18、按照权利要求1所述的方法，其中所说湿煤的平衡水分含量至少为12%。

19、按照权利要求1所述的方法，其中还包括在所说的加热步骤之后和所说的冷却步骤之前的附加混合步骤，在预干燥过的煤中小于0.07厘米的粒子不多于20%。

20、按权利要求1所述的方法所生产的优化处理煤产品，其水分含量不大于5%，平衡水分含量不大于10%。

21、在权利要求20中所述的煤产品，其中的处理剂含量在1-5%范围内。

22、在权利要求20或21中所述的煤产品，其中所说的处理剂是改质重油或沥青油砂的蒸馏残渣。

23、在权利要求20或21中所述的煤产品，其中所说的处理剂是溶剂沉淀沥青。

24、在权利要求20或21中所述的煤产品，其中所说的处理剂含有小于0.07厘米的煤粒子。

25、在权利要求20或21中所述的煤产品，其粒度分布基本上在0.5与2厘米之间。

26、一种提高细粒湿煤热值的方法，包括：

（a）将湿煤加入回转窑的入口端;

（b）将所说湿煤与重质、粘性烃类处理剂接触;以及

（c）在将所说的煤和处理剂沿着所说的窑向窑的出口端输送时，同时还一边将它们混合，一边加热使温度达到200℃至煤的分解温度和处理剂的裂解温度二者中的最低值。

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