CZ77999A3

CZ77999A3 - Způsob dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí

Info

Publication number: CZ77999A3
Application number: CZ99779A
Authority: CZ
Inventors: Miles W. Dean
Original assignee: Miles W. Dean
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1999-10-13
Also published as: US5815946A; AU4336797A; WO1998012490A8; WO1998012490A1; CA2265598C; CA2265598A1

Description

Předložený vynález se týká způsobu zvyšování kvality vodu obsahujícího uhlí spočívající v jeho dehydrataci, zajištění potlačení jeho nežádoucí rehydratace a dodatečném opětném získávání a regeneraci vody, která je za tohoto stavu použitelná jako užitková surovina. Konkrétně se předložený vynález týká způsobu zpracování vytěženého uhlí vykazujícího ve srovnání s nezpracovaným vodu obsahujícím uhlím, takovým jako je hnědé uhlí, lignit a další méně prouhleněné uhlí dehtovitého typu (rašelina) s obsahem vlhkosti vyšší výhřevnost. Předložený vynález zahrnuje rovněž tak způsob opětného získávání vody z dehydratací zpracovávaného vodu obsahujícího uhlí za účelem jejího dalšího využití.

Dosavadní stav techniky

Vodu obsahující uhlí, takové jako je hnědé uhlí, lignit a další mladé, méně prouhelněné uhlí dehtovitého typu (například rašelina), vyskytující se obvykle v lokalitách na Západě Spojených států, vykazuje nadměrný obsah vlhkosti, definované obecně obvykle vzhledem k jeho celkové hmotnosti jako větší než 14 % hmotnostních. Určitou část této v uhlí obsažené vlhkosti je extrémně obtížné z uhlí odlučovat a to zejména vzhledem k tomu, že se jedná o takzvanou vázanou vlhkost, tj. vlhkost která je uzavřená v molekulární struktuře uhlí. Vysoký obsah vlhkosti snižuje nejenom celkovou výhřevnost (hodnota BTU) uhlí, ale současně způsobuje zvyšování celkových nákladů na dopravu z důvodu zvýšené hmotnosti vodu obsahujícího uhlí. Obsah vody ve většině druhů uhlí, pocházejících z ložisek na Západě Spojených států v podstatě běžně dosahovat až 33 % hmotnostních vztaženou na celkovou hmotnost. Vzhledem k uvedeným skutečnostem činí náklady na přepravu určitých druhů uhlí a jejich distribuci, což se týká zejména těch druhů uhlí, které se vyskytují v ložiscích na Aljašce a dalších z hlediska přepravy vzdálených lokalitách, tyto druhy uhlí z ekonomického hlediska nevhodné pro zužitkování jako energetický zdroj. V určitých lokalitách, nacházejících se v nížinných uhlí dobývá ve velmi suchých oblastech Spojených států, se oblastech, ve kterých je voda být rovněž využitelném v podstatě vzácná surovina. Za tohoto stavu tedy dehydratační zpracování uhlí, jehož jednou součástí může opětné získávání vody ve k zužitkování množství a kvalitě, činí tento proces zpracovávání mnohem více ocenitelný a zhodnotitelný. Kromě toho prodej uvedeným způsobem opětně získané vody do značně velké míry vylepšuje dehydratační zpracovávání rovněž i z ekonomického hlediska.

Pro zajištění odpovídajícího způsobu provádění dehydratace uhlí, buď za účelem jeho následného použití jako palivo nebo jako surovina pro další zpracování, byly vyzkoušeny různé způsoby. Například patentový dokument U.S. č. 4,176,011 popisuje způsob předsoušení uhlí pro koksárenské zpracování prostřednictvím jeho rozemílání na drobné částice a následného uvádění těchto částic do styku s proudem horkého inertního plynu. Pro praktické, provozní uskutečňování tohoto procesu zpracovávání je ovšem nezbytná dostupnost koksárenského plynu, přičemž tento proces není v důsledku s primárních problémů spojených s chudým, málo prouhelněným vodu obsahujícím uhlím v případě takovéhoto uhlí proveditelný.

Další ze stavu techniky známé způsoby zpracovávání spočívají ve vytváření ohřáté řídké uhelné suspenze prostřednictvím nepřímé výměny tepla následovaném dehydratací (U.S. č. 4,185,395), v provádění dehydratačního zpracování bez odpařování (U.S. č. 4,403,996), v drcení a lisování uhlí při teplotě okolního prostředí následovaném krokem ohřevu (U.S. č. 4,508,539), v suché destilaci (U.S. č. 4,511,363), a v použití nabíjení a vybíjení elektrického náboje, jehož výsledkem je odstraňování vody (U.S. č. 5,199,185).

Ze stávajícího stavu techniky je obecně velmi dobře známo, že po snížení obsahu vlhkosti z podřadných, málo prouhleněných druhů uhlí bude takto dehydratované uhlí následně ve většině případů absorbovat vlhkost bud z okolní atmosféry nebo v důsledku vlivu působení dešťové vody, takže takto ovlivněné uhlí bude opět vykazovat zvýšený obsah vlhkosti (viz U.S. č. 4,511,363). Z uvedeného důvodu byla navržena a činí se různá opatření, spočívající ve snaze zabránit nežádoucí rehydrataci uhlí dehydratačním zpracování a založené na rehydratačního inhibitoru, například takového po j eho použití jako je uhlovodík s přímým řetězcem (viz U.S. č. 4,950,307) nebo alkohol s povrchově aktivním činidlem neboli tenzidem (viz U.S. č. 4,904,277), který se přidává k dehydratací zpracovanému uhlí.

Všechny shora zmiňované postupy dehydratačního zpracovávání a potlačování nežádoucí rehydratace vykazují jeden nebo více nedostatků, přičemž se ani v jediném z nich nenavrhuje opětné získávání vody pro další zužitkování. Vzhledem k uvedenému je tedy cílem předloženého vynálezu navrhnout způsob dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí, jehož prostřednictvím je možné zajistit vyšší výhřevnost takto zpracovaného uhlí a současně zajistit potlačení jeho nežádoucí rehydratace.

Dalším cílem předloženého vynálezu je navrhnout způsob opětného získávání z vodu obsahujícího uhlí zužitkovatelného množství vody, které je možné použít například pro hospodářské účely, v zemědělství nebo dokonce i jako pitnou vodu.

Ještě dalším cílem předloženého vynálezu je zajistit během dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí snížení obsahu síry a popele v takto zpracovaném uhlí .

Podstata vynálezu

Shora zmiňovaných cílů předloženého vynálezu je dosaženo prostřednictvím následně popsaných způsobů zpracování. Chudé, málo prouhleněné a vodu obsahujícího uhlí prochází skrze lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, po takovou časovou periodu, během které dojde k odstranění vody, zahrnující v molekulární struktuře uhlí vázanou vodu, ze zpracovávaného uhlí. Zpracovávané uhlí tvoří směs tuhá fáze-kapalná fáze, přičemž se odlučovaná voda vypuzuje do a skrze lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku a následně shromažďuje do prostoru, nacházejícího se v lázňové vaně nad hladinou lázně roztaveného uhlovodíku, ze kterého se jímá a odtahuje pro další zpracovávání. Během odstraňování vody z uhlí roztavený parafinický uhlovodík proniká do intersticiálních mezer v uhelné struktuře, přičemž na jeho povrchových plochách a v jeho pórech vytváří povlak, který po ochlazení uhlí na teplotu okolního prostředí účinným způsobem tyto póry utěsňuje a svým působením významným způsobem eliminuje nežádoucí rehydrataci. Odloučená voda se jímá jako proud plynných výparů spolu s těkavými složkami uhlovodíků, sírou a částicemi a odvádí k případnému dalšímu zpracovávání z uzavřeného horního prostoru lázňové vany. Z těchto par je možné filtrací odstranit v ní obsažené nežádoucí částice a takto zpracované páry je možné dále převádět skrze výměník tepla, ve kterém dochází ke zkapalňování těchto par na vodu a k jejímu opětnému získávání pro účely dalšího zpracovávání a/nebo přímého zužitkování. Z důvodu usnadnění odstraňování páry z prostoru lázňové vany může být její jímání prováděno sáním prostřednictvím výtlačného ventilátoru, uspořádaného ve zmiňovaném uzavřeném horním prostoru lázňové vany na pracovní lázní.

Povlakem opatřené uhlí se směsi tuhá fáze-kapalná fáze s pracovní lázní, přičemž se odnímá ze shora zmiňované nacházející se ve vaně při vlastním oddělování parafinický uhlovodík vyskytuje stále ještě v roztaveném stavu o teplotě nad teplotou bodu tavení. Požadovaný stupeň opětného získávání parafinického uhlovodíku rozhoduje o typu pro oddělování použitého vybavení. Nicméně i přes náročnost a preciznost jednotlivých kroků oddělování zůstává na povrchu uhlí určité množství parafinického uhlovodíku, které ve svém důsledku účinně působí ve smyslu potlačování, pokud ne přímo naprosté eliminace nežádoucí rehydratace takto zpracovaného uhelného materiálu při jeho případném styku s v atmosféře obsaženou vodou nebo jejími plynnými formami.

Podle obzvlášú výhodného provedení předloženého vynálezu se vytěžené kusové uhlí bude před uvedením do vzájemného styku s roztaveným parafinickým uhlovodíkem rozemílat na částice, které propadnou přes síto o velikosti 100 nebo 150 mesh (částice o průměru 0,147 nebo 0,104 mm) a po oddělování prostřednictvím odpovídajícího zpracování povlakem opatřených uhelných částic z lázně roztaveného parafinického uhlovodíku se tyto částice budou lisovat do briket nebo některých dalších spotřebitelských tvarových forem, odpovídajících příslušnému vybavení pro uskladnění, distribuci nebo prodej, které je k dispozici při konkrétním zpracování.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude ozřejměný v následujícím podrobném popisu jeho příkladných provedení v kombinaci s připojenou výkresovou dokumentací, ve které představuje:

Obr.l obecné blokové schéma posloupnosti praktického uskutečňování technologického postupu způsobu dehydratačního zpracování uhlí podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Výhodou způsobu podle předloženého vynálezu je skutečnost, že jeho praktické provádění je možné uskutečňovat přímo v těžební lokalitě, ve které se vytěžené uhlí rovnou připravuje pro distribuci tak, aby byla plně využita výhoda spojená s úsporami nákladů na dopravu. Vytěžené uhlí se obvykle drcením upravuje na kusové netříděné těžné uhlí s velikostí kusů přibližně 2x 2 (5,08 cm x 5,08 cm). Každé takové kusové netříděné uhlí se může zpracovávat způsobem dehydratace podle předloženého vynálezu bez nutnosti dalšího rozemílání i když, vzhledem k jeho velikosti, bude vyžadovat úměrně delší dobu prodlevy během které je vystavené působení dehydratační lázně. V případě, kdy je v lokalitě zpracovávání uhlí významné použití vody, může být způsob zpracování podle předloženého vynálezu uskutečňován na strojním vybavení odběratele uhlí, například takového jako je vybavení tepelné elektrárny. Předložený vynález představuje velkou flexibilitu z hlediska možnosti jeho uskutečňování s tím, že jeho využitelnost je závislá na požadavcích a potřebách spotřebitele.

Uhlí se bude do místa zpracovávání přivádět kontinuálně prostřednictvím dopravníku, který se v podstatě v podstatě shoduje s dopravníkem používaným pro nakládání uhlí do a jeho vykládání z kolejových vozidel, a zavádět do dehydratační lázně přes odvodňovací jímku prostřednictvím dalšího dopravníku, například takového jako je šnekový dopravník, s výhodou ocelový magnetický pulsační dopravník Syntron, uloženého v odvodňovací jímce uspořádané podél dna lázňové vany, skrze které se uskutečňuje vlastní působení, spočívající v posouvání uhlí směrem dopředu do a směrem nahoru skrze kapalnou roztavenou lázeň, ve které se zpracovávané uhlí dostává do styku s roztaveným parafinickým uhlovodíkem, nacházejícím se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, o teplotě pohybující se v rozmezí nad teplotou bodu varu vody a pod teplotou bodu varu parafinického uhlovodíku. Těmito parafinickými uhlovodíky bude obvykle na trhu dostupná směs uhlovodíků s počtem atomů uhlíku od 20 do 35, která se taví při teplotě přibližně 120 °F (48,89 °C) a jejíž teplota bodu varu se pohybuje v rozmezí od 490 do 540 °F (od

254.45 do 282,22 °C). Takové směsi se obvykle získávají jako produkty rafinace při zpracování ropy.

Parafinický uhlovodík se do vany s pracovní lázní zavádí a dávkuje z vhodného a pro uvedené účely použitelného ohřívacího prostředku, použitého pro tavení parafinu, zvyšování a uvedení jeho teploty na hodnotu, která odpovídá požadované teplotě pracovní lázně a která se obvykle pohybuje v rozmezí od 220 do 350 °F (od 104,45 do 176,67 °C), a s výhodou v rozmezí od 310 do 330 °F (od

154.45 do 165,65 °C). Uvedeným ohřívacím prostředkem může být například uhlím otápěný parní kotel, přičemž se samozřejmě předpokládá, že se jako příslušné palivo použije právě zpracovávané vytěžené uhlí. Z důvodu udržování lázně na dostatečně vysoké pracovní teplotě může být nezbytné, aby skrze vanu s lázní probíhal parní otopný okruh nebo nekterý další pro uvedené účely vhodný zdroj tepelné energie tak, aby mohla být teplota lázně během průchodu zpracování podrobovaného uhlí skrze tuto lázeň a odlučování vody vázané v jeho strukturních intersticiálních mezerách udržována na stejnoměrných hodnotách. Pára pro ohřev může být s výhodou získávaná jejím generováním v malém parním kotli, který je snadno začlenitelný do těžebního vybavení a použitelný pro účely tavení parafinu, pro účely uvádění roztaveného parafinu na pro zpracovávání požadovanou teplotu a pro účely udržování dehydratační lázně na příslušné dosažené teplotě. Kromě toho může být tato pára použitá pro vytyčení a kopírování trajektorie průchodu zpracovávaného a povlakem opatřovaného uhlí až do procesu oddělování tohoto uhlí od parafinického uhlovodíku, během kterého probíhají různé kroky oddělování uhlovodíku od uhlí za účelem jejich opětného získávání v maximálně možné míře. Kopírování trajektorie procesu průchodem páry se může použít pro udržování teplot všech operací procesu zpracovávání na odpovídajících hodnotách.

Doba působení vzájemného styku mezi roztaveným parafinickým uhlovodíkem a vodu obsahujícím uhlím bude převážně záviset na velikosti částic uhlí a teplotě lázně. Doba prodlevy může být pak celkem snadno determinovaná kvalifikovaným provozním technikem nebo vyškoleným odborníkem na základě pozorování a měření víření parafinického uhlovodíku. Z důvodu udržování rovnoměrnosti teploty je výhodné použití parafinu v množství od 2,5 do 6 liber (od 1,1340 do 2,7216 kg) na libru (0,4534 kg) uhlí zpracovávaného v lázni.

roztaveného stálosti a

V případě požadavku je však možné použít i větší množství parafinu.

Při uvedení do styku s roztaveným uhlovodíkem dochází k odpařování vody a ohřevu částic uhlí nad teplotu bodu varu vody, čehož důsledkem dochází k odpařování jak ve strukturních intersticiálních mezerách uhlí vázané vody, tak i jakékoliv povrchové vlhkosti. Souběžně s odlučováním vody z uhlí se uskutečňuje i povlékání uhlí uhlovodíkem. Ačkoliv po tomto kroku následují striktní a velice pečlivě prováděné procedury oddělování parafinického uhlovodíku za účelem jeho opětného získávání, zůstává jak povrch uhlí, tak i jeho strukturní intersticiální mezery opatřené povlakem uhlovodíku, který účinným způsobem zajišťuje eliminaci nežádoucí, případně se vyskytující rehydratace uhlí i tehdy, kdy se uhlí nachází ve skladovacím prostoru a existuje pozitivní možnost jeho nasákávání vodou. Během průchodu uhlí skrze roztavenou kapalnou lázeň se vytváří směs tuhá fáze-kapalná fáze uhlí a paraf inického konci dopravn íku, jehož zpracovávané, za tohoto stavu suché, uhlí, se uhlí vykládá a zavádí do odvodňovací jímky, uspořádané na dně lážňové vany, ve které je zpracovávané uhlí s výhodou přejímáno prostřednictvím vertikálně uspořádaného dopravníku a posouváno směrem z pracovaní lázně do hlavového prostoru příslušných oddělovacích prostředků pro oddělování suchého, povlakem parafinického uhlovodíku opatřeného uhlí od nadbytečného roztaveného parafinického uhlovodíku v maximálně možném množství, které se navrací k dalšímu použití do pracovní, dehydratační lázně. Jako zmiňovaných oddělovacích prostředků se s výhodou využívá na trhu uhlovodíku, přičemž na prostřednictvím se přivádí nahoru vně vany a do dostupná dekantační odstředivka (výrobce Alfa-Lavale/Sharples se sídlem ve Warminster, Pennsylvania nebo Houston, Texas), uzpůsobená pro navracení získaného odděleného parafinického uhlovodíku zpět do kapalné roztavené lázně. Získané povlakem opatřené uhlí se poté bude převádět do vytřásacího zařízení, vybaveného vyhřívaným sítem, ve kterém se může provádět dodatečné uvolňování zbývajícího množství uhlovodíku ze zpracovávaného uhlí, oddělování a třídění uhelných částic a následné dopravování takto upraveného uhlí do skladovacího zásobníku. Kromě toho, jako doplněk, se bude jiný proud kapalného uhlovodíku z lázňové vany s výhodou převádět do rychloběžné odstředivky za účelem odstranění z roztaveného parafinického uhlovodíku suspendovaných pevných částic vzhledem k tomu, že přítomnost jemných uhelných frakcí je v každém vytěženém uhlí prakticky nevyhnutelná.

S odvoláním na Obr. 1 připojené výkresové dokumentace se vodu obsahující uhlí, zpracovávané způsobem podle předloženého vynálezu, uloží do násypného zásobníku

10. V tomto zásobníku uložené uhlí může vykazovat jakoukoliv pro uvedené účely vhodnou a použitelnou velikost, například v případě kusového netříděného těžného uhlí se obvykle jedná o částice velikosti přibližně 2x 2 (5,08 cm x 5,08 cm), přičemž se rovněž tak může jednat o vhodně drcením upravené uhlí na některé další obvykle používané velikosti, například takové velikosti jako krupice či písek nebo v případě, kdy se bude uhlí v konečné fázi procesu jeho zpracovávání lisovat do briket pro potřeby drobných uživatelů (topení v kamnech), i o uhlí tříděné na různé velikosti prostřednictvím průchodu přes vykazujícího ohřívá se na síto o velikosti 100 až 150 mesh (částice o průměru 0,147 až 0,104 mm). Z násypného zásobníku 10 se pak uhlí prostřednictvím vhodného dopravníku 12 zavádí do lázňové vany 14, ve které je obsažena lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu a obvykle počet atomů uhlíku od 20 do 35, a teplotu než teplota bodu varu vody, ale zároveň nižší než teplota bodu varu parafinického uhlovodíku. Příliš vysoká teplota může ve svém důsledku způsobovat zuhelňování nebo štěpení parafinického uhlovodíku. Vzhledem k tomu se zmiňovaná teplota ohřevu s výhodou pohybuje v rozmezí od 250 do 300 °F (od 121,11 do 148,89 °C). Tato teplota však může být pochopitelně, jednak z důvodu usnadňování a zvýhodňování procesu zpracování a jednak z důvodu přizpůsobování tohoto procesu zpracovávání uhlí různé velikosti, nastavovaná či regulovaná na vyšší nebo nižší hodnotu.

Z dopravníku 12 se uhlí převádí do lázňové vany 14 tak, že se zavádí do prostoru jejího dna pod hladinu parafinického uhlovodíku kde se nachází další dopravník 16, s výhodou ocelový magnetický pulsační dopravník Syntron, uspořádaný v podélně orientované odvodňovací jímce, probíhající po celé délce dna lázňové vany 14 a otevřením propojená s nad ní se nacházející lázní roztaveného parafinického uhlovodíku. Dopravník 16 posouvá vodu obsahující uhlí skrze roztavený parafinický uhlovodík takovou rychlostí, s ohledem na dosažení požadované délky doby prodlevy v pracovní lázni, která je postačující nejen pouze pro odpaření povrchové vody, ale zároveň i pro vypuzení ve strukturních intersticiálních mezerách uhlí vázané vody. Bylo zjištěno, že fyzikální jev extrémního promíchávání roztavené lázně nastává velmi rychle, zejména v případě zpracovávání na drobné částice rozemletého uhlí. V případě zpracovávání kusového netříděného těžného uhlí o velikosti řádově 2x 2 (5,08 cm x 5,08 cm) bude požadovaná doba prodlevy v pracovní lázni, nezbytná pro odlučování vody, nevyhnutelně odpovídajícím způsobem delší. Uhlí se prostřednictvím dopravníku 16 posouvá k vertikálnímu dopravníku 18, kterým může být korečkový, pásový nebo šnekový dopravník a který posouvá zpracovávané uhlí směrem nahoru a vně ze směsi tuhá fáze-kapalná fáze do odváděcího potrubí 20, skrze které se uhlí, za tohoto stavu dehydratované a opatřené povlakem podstatného množství parafinického uhlovodíku, převádí do dekantační odstředivky 22, ve které se odlučuje nadměrné množství kapalné fáze parafinického uhlovodíku, které se prostřednictvím vedení 24 odvádí do vyrovnávací nádrže 26. Z dekantační odstředivky 22 se uhlí převádí na dopravník 28, s výhodou pásový nebo šnekový dopravník, jehož prostřednictvím se přemístuje do vytřásacího zařízení 30 s vyhřívaným sítem, ve kterém se odlučuje zbytkové množství uhlovodíku a z vytřásacího zařízení 30 prostřednictvím vedení 32. propojeným s vedením 24, odvádí do vyrovnávací nádrže 26. Uhlí vystupuje z vytřásacího zařízení 30 s vyhřívaným sítem skrze vedení 34., jehož prostřednictvím se převádí do skladovacího zásobníku 36 za asistence vhodných, pro uvedené účely použitelných a ze stavu techniky dostatečně známých dopravníků. Shora zmiňovaným vybavením je s výhodou vybavení snadno dostupné na průmyslovém trhu s tím, že volbu všech jednotlivých položek, tj. motorů, dopravníků, čerpadel, dekantační odstředivky a vytřásacího zařízení s vyhřívaným sítem mohou odborně kvalifikovaní návrháři a konstruktéři provádět s ohledem na typ uhlí, které se bude zpracovávat, a konkrétní specifické požadavky. Co se týká dekantační odstředivky, je pro účely použití obzvlášř výhodná odstředivka výrobce Alfa-Lavale/Sharples s tím, že volba každé jednotlivé položky strojního vybavení se provádí z hlediska jejich kapacity a výkonnosti, které jsou závislé na množstvím vytěženého uhlí přiváděného do nebo požadovaného pro provádění procesu zpracování.

Uhlovodík nashromážděný ve vyrovnávací nádrži 26 se prostřednictvím vhodného (neznázorněného) čerpadla, uspořádaného ve vedení 38, převádí do rychloběžné odstředivky 40. Zde se z kapalného uhlovodíku odlučují všechny v něm se vyskytující tuhé částice nebo drobné uhelné frakce a odvádějí z rychloběžné odstředivky 40 prostřednictvím vedení 42 spojeného s vedením 34, přičemž se mísí s uhelnými částicemi procházejícími vedením 34 z vytřásacího zařízení 30 a odtud se společně dopravují do skladovacího zásobníku 36.. Uhlí nacházející se ve skladovacím zásobníku 36 je opatřené tenkým povlakem parafinického uhlovodíku a za tohoto stavu prakticky naprosto odolné vůči rehydrataci dokonce i v případě jeho uskladnění v otevřeném zásobníku nebo na venkovní skládce, což je při uskladňování uhlí naprosto obvyklé.

Část roztaveného uhlovodíku, nacházejícího se v lázňové vaně 14., se z této vany odtahuje skrze vedení 44 a odtud do vedení 38, ze kterého se převádí do rychloběžné odstředivky 40. Z rychloběžné odstředivky 40 stále ještě ohřátý roztavený uhlovodík vystupuje do vedení 46, jehož prostřednictvím se skrze na něj navazující vedení 48 navrací do lázňové vany 14.

Pro účely zpracování připravený parafinický uhlovodík (nebo směsi těchto uhlovodíků) se taví v ohřívacím prostředku 50, kterým může být buď přímo vytápěný kotel nebo parní ohřívák. V případě použití parního ohříváku je pak možné určité množství páry, za účelem udržování pracovní teploty lázně roztaveného parafinického uhlovodíku na odpovídající, pro zpracovávání požadované hodnotě, odvádět také do přívodního parního potrubí (neboli parního otopného okruhu) uspořádaného v lázňové vaně 14. Jak již bylo zmiňováno shora, může být pro uvedený způsob procesu zpracování, v jehož průběhu se parafinický uhlovodík udržuje v roztaveném stavu tak, že maximální množství parafinického uhlovodíku je možné opětně získávat při oddělování a vysoušení uhlí a následně navracet do lázňové vany 14 pro další použití, výhodné kopírování trajektorie průběhu zpracovávání průchodem ohřáté páry. Po roztavení se parafinický uhlovodík odtahuje z ohřívacího prostředku 50 prostřednictvím vedení 52, do kterého s výhodou ústí vedení 48 a ve kterém se v důsledku toho mísí s opětně získaným proudem uhlovodíku, přiváděným tímto vedením 48. Je však, pochopitelně, rovněž tak možné zavádět připravený roztavený uhlovodík přímo do lázňové vany 14.

Během zpracovávání vodu obsahujícího uhlí se z tohoto uhlí odlučuje v něm obsažená voda, která se z uhlí vypuzuje prostřednictvím působení roztaveného parafinického uhlovodíku ve formě páry do horního prostoru lázňové vany 14, kde se přeměňuje na proud plynných výparů, zahrnující nejen vodu, ale i těkavé složky parafinických uhlovodíků, odpařující se během zpracování z pracovní lázně. Tento proud plynných výparů, odtažený z lázňové vany 14, se jímá a odtahuje prostřednictvím vedení 54 do kondenzoru 56 (s výhodou kondenzoru, tvořícího součást vybavení vyráběného firmou Alfa-Lavale), kde se uskutečňuje zkapalňování vodní páry z tohoto proudu plynných výparů. Každý z v proudu plynných výparů přítomných uhlovodíků nebo inertních plynů se pak bude z kondenzoru 56 odtahovat skrze vedení 58 z důvodu z hlediska atmosféry příznivého shromažďování a úpravy) a/nebo uskladňování pro další účely. Vedení 54 může dále zahrnovat před kondenzorem 56 uspořádaný (neznázorněný) filtr pro zachycování prachu nebo dalších případně se vyskytujících částic, zahrnujících například částice síry, které se mohou z uhlí odlučovat během jeho zpracovávání. Odtahování proudu plynných výparů z horního prostoru lázňové vany může být zajištěno prostřednictvím výtlačného ventilátoru, uspořádaného ve směru proudu před kondenzorem 56, vytvářením v lázňové vaně 14 mírného podtlaku působícího na lázeň.

Osoby obeznámené se stavem techniky budou na základě příslušných znalostí schopné, za účelem využití výhod vyplývajících z dalších obměn a kombinací jednotlivých kroků procesu zpracování, provádět určité modifikace posloupnosti technologického postupu, znázorněného v blokovém schématu na Obr. 1 připojené výkresové dokumentace. Například v případě požadavku lisování zpracovaného uhlí do briket se vytěžené uhlí bude rozemílat na částice propadající přes jemnější síto, například síto o velikosti 100 nebo 150 mesh (částice o průměru 0,147 nebo 0,104 mm). Zmiňované rozemílání uhlí se bude uskutečňovat v kulovém mlýnu nebo v množství takových do série uspořádaných kulových mlýnů, čehož pravděpodobným důsledkem bude obměna dopravníku 12., přičemž se namísto ocelového řetězového dopravníku, používaného pro převádění kusového netříděného těžného uhlí o velikosti cca 2 (5,08 cm), použije šnekový dopravník pro převádění uhelného materiálu menších velikostí. Rovněž tak se bude zpracované uhlí, za tohoto stavu opatřené povlakem parafinického uhlovodíku za účelem eliminace nežádoucí rehydratace, převádět prostřednictvím vedení 34 namísto do skladovacího zásobníku 36 do osobám obeznámeným s příslušným stavem techniky dostatečně známého briketovacího zařízení. Po zpracování uhelného materiálu do briket je tento materiál připravený buď pro distribuci na trh nebo pro uskladnění.

Jak již bylo zmiňováno shora, může být vybavení, použité pro vytvoření soustavy provozního zařízení pro účely provádění popisovaného způsobu zpracování, zvolené z běžně na trhu dostupných standardních strojních jednotek, eventuálně s výjimkou lázňové vany 14, která je s výhodou opatřená odvodňovací jímkou, probíhající v podélném směru po celé její délce a na obou koncích opatřená příčnou přepážkou tak, aby bylo možné zpracovávané uhlí zavádět do lázňové vany 14 pod hladinu roztaveného parafinického uhlovodíku a přepravovat ho, za účelem uskutečňování jednotlivých kroků oddělování tuhé fáze a kapalné fáze, z jejího dna skrze lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku. Volba jednotlivých standardních jednotek strojního vybavení spadá plně do kompetence odborně kvalifikovaného technického personálu a provádí se na základě výkonnosti a výrobní kapacity navrhovaného provozu a charakteristických vlastnostech zpracovávaného vodu obsahujícího uhlí.

V dalším popisu bude předložený vynález objasněný a doložený mnohem podrobněji na základě následujících příkladů jeho konkrétních provedení, uvedených pouze pro účely ilustrace, přičemž se nepředpokládá, že by jakýmkoliv způsobem omezovaly nárokovaný rozsah tohoto vynálezu.

Příklad 1

V tomto případě použitý způsob zpracování vyžaduje rozemletí obsahu pětigalonového korečku, naplněného uhlím Healy-Nenana (Aljaška), v kulovém mlýnu na drobné částice; roztřídění na drobné částice rozemletého uhlí proséváním na tříd z hlediska velikosti dílčích vzorků na drobné prostřednictvím komerčně sítu do několika jakostních částic; zpracování několika částice rozemletého uhlí dostupného parafinu s teplotou tavení 120 °F (48,89 °C) a zpracování dalších dílčích vzorků voskem a povrchově aktivním činidlem. Jeden ze zpracovaných vzorků byl prostřednictvím použití ručního lisu zpracován do pelet. Na drobné částice rozemleté uhlí se pak proséváním na sítu o velikosti 10; 20; a 40 mesh (částice o průměru 1,651; 0,833; a 0,398 mm) třídí podle velikosti dokud se od každé jakostní třídy nezíská množství půl galonu. Použitým voskem byl konzervační parafinický vosk pro domácí účely, dostupný na trhu pod obchodním označením PAROWAX (Service Assets Corporation, Newport Beach, California).

Parafinický vosk se ohřeje na teplotu cca 300 °F (148,89 °C) ve shora otevřeném kontejneru. Jednotlivé vzorky uhlí se umístí uvedou do lázně ohřátého vosku v poměru 1,5 libry (0,6804 kg) uhlí na 4 libry (1,8144 kg) roztaveného parafinického vosku, parafinického vosku se udržuje na (165,56 °C) po časovou periodu 30 vmíchání uhlí do ohřátého vosku za fáze-kapalná fáze.

Teplota roztaveného hodnotě cca 330 °F minut za současného vytvoření směsi tuhá

Dílčí vzorky o velikosti 10 mesh a 20 mesh (1,651 a 0,833 mm) se zpracovávaly pouze za použití vosku, zatímco dílčí vzorek o velikosti 40 mesh (0,398 mm) byl zpracováván prostřednictvím vosku a povrchově aktivního činidla (Amway - smáčecí prostředek). Bylo zjištěno, že výsledkem prudké reakce, nastávající po zavedení vodu obsahujícího uhlí do roztavené lázně parafinického vosku, je generování bouřlivého odpařování velkého množství vody jako páry. Po několika minutách se tato reakce uklidní a ustálí na vířivý var. Generování vodní páry po té rychle slábne. Po průchodu každého pracovního cyklu se provede dekantování obsahu lázně nacházející se v lázňové vaně jejím přelitím přes síto. Získaný parafinický vosk se navrací a opětně použije v procesu zpracovávání a zpracované uhlí se převádí a ukládá do pytlů z hnědého balicího papíru, ve kterých se prudce střásá z důvodu dalšího odstraňování maximálně možného na něm se nacházejícího množství vosku. V tomto případě se byly provedeny čtyři takové kroky odlučování vosku prostřednictví absorpce do hnědého papíru pytle. Po ukončení všech pracovních cyklů byl jeden z dehydratačnímu zpracovávání podrobených vzorků uhlí s velikostí částic 10 mesh (1,651 mm) peletizací zpracovaný do kuliček o hmotnosti 1,5 gramu.

U vzorků nezpracovaného a dehydratačnímu zpracovávání podrobeného uhlí byla na standardním laboratorním vybavení provedena analýza hodnot výhřevnosti BTU (metoda ASTM D-2015). Na základě této analýzy zjištěné hodnoty jsou zaznamenané v dále uvedené Tabulce 1. Přítomnost povrchově aktivního činidla nevykazovala na konečný výsledek žádný jakkoli znatelně výrazný vliv.

Tabulka 1

Vzorek uhlí	Hodnota BTU/#
Nezpracovaný	7,488
Dehydratovaný	13,069
40 mesh (0,398 mm)*
Dehydratovaný	12,293
20 mesh (0,833 mm)
Dehydratovaný	12,287
10 mesh (1,651 mm)

Dehydratovaný 15,594 mesh (1,651 mm peletizovaný * Zpracovaný prostřednictvím vosku a povrchově aktivního činidla

Příklad 2

Vzorek uhlí z ložisek nacházejících se v těžebních lokalitách Středozápadu Spojených států byl zpracován způsobem shodujícím se se způsobem popsaným v souvislosti s Příkladem 1 až na výjimku, že v tomto případě nebylo použito žádného povrchově aktivního činidla a analýza výhřevnosti BTU uhlí na libru (0,4534 kg) byla prováděna za použití standardního laboratorního vybavení metodou ASTM D-2015. Na základě této analýzy zjištěné hodnoty jsou uvedené v následující Tabulce 2 ve srovnání s hodnotami výhřevnosti zpracování nepodrobeného vzorku uhlí.

Tabulka 2

Vzorek uhlí		Hodnota BTU/#
Netříděné těžné	uhlí	9,632
Kusové uhlí 2	x 2,5	12,778
(5,08 cm x 5,08	cm)
Peletizovaný		13,996
10 mesh (0,1651	mm)
Sypký		14,239
10 mesh (0,1651	mm)
Peletizovaný		14,520
20 mesh (0,833	mm)
Sypký		14,156
20 mesh (0,833	mm)
Peletizovaný		15,053
40 mesh (0,398	mm)
Sypký		14,947
40 mesh (0,398	mm)
Peletizovaný		15,301
100 mesh (0,147	mm)
Sypký		14,921

100 mesh (0,147 mm)

Vzhledem ke shora uvedeným hodnotám je třeba poznamenat, že se významným způsobem zvýšila výhřevnosti i kusového uhlí o velikosti 2 x 2,5 (5,08 mm x 5,08 mm). Tato skutečnost dostatečným způsobem naznačuje, že krok rozemílání uhlí může být z procesu zpracování bez náhrady vynechán a, vzhledem k tomu, je možné kusové uhlí distribuovat rovnou ke spotřebiteli aniž by bylo nutné provádět jeho doplňkové třídění z hlediska velikosti.

Příklad 3

V tomto případě se proces zpracovávání shoduje se způsobem z Příkladu 1 s tím, že se zpracovává uhlí Montana a to při teplotě v rozmezí od 320 do 330 °F (od 160,00 do 165,56 °C) po časovou periodu 7 minut. Každý ze zpracovávaných vzorků obsahoval částice různých velikostí, zahrnujících rozsah od kusů až po drobné uhelné frakce. Odstraňování uhlovodíku z uhlí uloženého v papírových pytlích se provádělo ve čtyřech krocích. Příslušné zjištěné hodnoty, uvedené v následující Tabulce 3, byly dosažené na základě ze stavu techniky známých procedur pro zkušební testování a analýzu uhlí za použití standardního laboratorního vybavení.

Tabulka 3

Vzorek uhlí	Nezpracovaný	Zpracovaný
vz. 1	VZ. 3	VZ. 4
Vlhkost obsah [%]	21,59	3,73	3,23	3,19
Popel obsah [%]	8,88	2,27	4,35	2,98
Výhřevnost BTU/#	9.164	13.223	13.441	13.331
Síra obsah [%]	0,35	0,22	0,38	0,32
oxid S0₂#/MBTU	0,76	0,33	0,57	0,32

Ze shora uvedeného popisu způsobu dehydratačního zpracování uhlí podle předloženého vynálezu bude průměrnému odborníkovi obeznámenému se stavem techniky zřejmé, že je ve světle popsaných skutečností možné, aniž by došlo k odchýlení se z jeho podstaty, vytvořit řadu jeho úprav a modifikací spadajících do nárokovaného rozsahu předloženého vynálezu, vymezeného dále připojenými patentovými nároky.

Claims

1. Způsob dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí zahrnuje kroky průchodu vodu obsahujícího uhlí skrze lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, po dobu prodlevy dostatečně velkou pro odpaření vody z uhlí a pro povlečení částic uhlí parafinickým uhlovodíkem v lázni; oddělování povlakem opatřených částic uhlí z lázně; a opětného získávání nadměrného množství povlak tvořícího roztaveného uhlovodík z částic uhlí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že použitým parafinickým uhlovodíkem je alifatický uhlovodík s počtem atomů uhlíku od 20 do 35 nebo jeho směsi.

3. Způsob podle nároku že voda odlučovaná z uhlí použití.

1, vyznačující se tím, se regeneruje pro opětné

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodu obsahující uhlí se přivádí do styku s lázní roztaveného parafinického uhlovodíku a prochází skrze tuto lázeň v protiproudu.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oddělování povlakem opatřeného uhlí se provádí děkantováním, odstřeďováním, proséváním na vytřásacím sítu nebo jejich kombinací.

6. Způsob dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí zahrnující kroky:

(i) uvádění vodu obsahujícího uhlí do styku s lázní roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, po dobu prodlevy postačující pro odpaření vody z uhlí a pro povlečení částic uhlí parafinickým uhlovodíkem za vytvoření směsi tuhá fáze-kapalná fáze obsahující jako kapalnou fázi roztavený parafinický uhlovodík a jako tuhou fázi povlakem opatřené částice uhlí, přičemž prostřednictvím působení směsi tuhá fáze-kapalná fáze se uskutečňuje odpařování vody z uhlí do kapalné fáze uvedené směsi, přičemž jednotlivé, tuhá a kapalná, fáze směsi tuhá fáze-kapalná fáze jsou snadno od sebe oddělitelné;

(ii) oddělování kapalné fáze od tuhé fáze ze směsi tuhá fáze-kapalná fáze;

(iii) získávání oddělené tuhé fáze pro následnou produkci dehydratovaného uhlí s potlačenou náchylností k rehydrataci a se zvýšenou výhřevností; a (iv) recirkulování oddělováním získané kapalné fáze jako alespoň části uvedené lázně roztaveného parafinického uhlovodíku do kroku (i) uvádění vodu obsahujícího uhlí do

- 27 styku s touto lázní.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že použitá lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku obsahuje směs alifatických uhlovodíků s počtem atomů uhlíku od 20 do 35 a teplotou bodu varu pohybující se v rozmezí od 490 do 540 °F (od 254,45 do 282,22 °C).

8. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že lázeň se udržuje na teplotě nacházející se mezi teplotou bodu varu vody a teplotou bodu varu směsi parafinických uhlovodíků.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že teplota roztaveného parafinického uhlovodíku se pohybuje v rozmezí od 220 do 325 °F (od 104,45 do 162,78 °C).

10. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že vodu obsahující uhlí se přivádí do styku s lázní roztaveného parafinického uhlovodíku a prochází skrze tuto lázeň v protiproudu.

11. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že povlakem opatřené uhlí se odděluje odstřeďováním směsi tuhá fáze-kapalná fáze a dekantováním kapalné fáze od tuhé fáze.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že po oddělování kapalné fáze od tuhé fáze odstřelováním následuje prosévání tuhé fáze na vytřásacím zařízení s vyhřívaným sítem.

13. Způsob opětného získávání užitkové vody prostřednictvím dehydratačního zpracování vodu obsahujícího uhlí zahrnující kroky:

(i) uvádění vodu obsahujícího uhlí do styku s lázní roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, po dobu prodlevy postačující pro vypuzení vody do roztaveného parafinického uhlovodíku za vytvoření směsi tuhá fáze-kapalná fáze obsahující jako kapalnou fázi roztavený parafinický uhlovodík, jako tuhou fázi částice uhlí, a jako plynnou fázi páru obsahující vodu vypuzenou do uvedené směsi tuhá fáze-kapalná fáze;

(ii) získávání páry ze směsi tuhá fáze-kapalná fáze jako proudu plynných výparů;

(iii) oddělování proudem plynných výparů strhávaných tuhých části z tohoto proudu plynných výparů; a (iv) opětné získávání vody ze směsi tuhá fáze-kapalná fáze.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že použitá lázeň roztaveného parafinického uhlovodíku obsahuje směs alifatických uhlovodíků s počtem atomů uhlíku od 20 do 35 a teplotou bodu varu pohybující se v rozmezí od

490 do 540 °F (od 254,45 do 282,22 °C). 15. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že voda výparů. se získává zkapalňováním z proudu plynných že 16. Způsob podle že zahrnuje kroky: nároku 13, vyznačující se tím,

(i) podrobování odděleného dehydratovaného povlakem opatřeného uhlí důkladnému oddělování kapalné fáze od tuhé fáze pro odloučení maximálně možného množství kapalné fáze;

(ii) recirkulování takto získané kapalné fáze jako alespoň části uvedené lázně roztaveného parafinického uhlovodíku do kroku (i) uvádění vodu obsahujícího uhlí do styku s touto lázní s tím, že tento krok recirkulování kapalné fáze je po jejím vyčerpání nahrazen přidáváním doplňkového množství roztaveného parafinického uhlovodíku.

17. Způsob opětného získávání vody z vodu obsahujícího uhlí zahrnuje kroky uvádění vodu obsahujícího uhlí do styku s lázní roztaveného parafinického uhlovodíku, nacházejícího se při normální teplotě okolního prostředí v tuhém stavu, po dobu prodlevy postačující pro vypuzení vody z uhlí za vytvoření proudu plynných výparů, zahrnujícího páru a těkavé složky uhlovodíku; odtahování proudu plynných výparů z lázně; filtrování proudu plynných výparů pro oddělení tuhých částic; a získávání vody zkapalňováním z proudu plynných výparů.

18. Způsob zhotovování uhelných briket z vodu obsahujícího uhlí zahrnuje kroky třídění uhlí průchodem přes síto o velikosti 100 mesh

0,147 mm); procházení vytříděného roztaveného parafinického uhlovodíku, normální teplotě okolního prostředí (částice o průměru uhlí skrze lázeň nacházejícího se při v tuhém stavu, po časovou periodu postačující pro odpaření vody z uhlí a pro povlečení uhlí parafinickým uhlovodíkem; oddělování uhlí z lázně; opětné získávání roztaveného uhlovodíku z uhlí za ponechání tenkého povlaku uhlovodíku na částicích uhlí pro účinné potlačování jeho nežádoucí rehydratace; a vytváření briket z takto získaného vysušeného uhlí.