JPH08504445A - 炭質燃料を品質改良する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は炭質材料のＢＴＵ値を増大するように品質改良を行うことに関するものである。炭質材料は熱交換機（２０）内に導入され、そして不活性ガス又は二酸化炭素のようなガスが高圧で注入されて、品質改良プロセスが行われる圧力を上昇させる。それから熱交換媒体を外側ケーシング（３０）に通して循環させることにより炭質材料は所要の温度まで加熱される。このプロセスの間、水分及びその他のタールやガスのような副製品が除去される。加熱された水は、他の槽内の供給材料の予加熱源として利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 炭質燃料を品質改良する方法及び装置 発明の背景 本発明は、必ずしも限定的にではないが、特に、炭質材料のＢＴＵ値（英熱単 位での熱量）を増大させるように炭質材料を高圧下で処理する方法に適用される ものである。本発明が適用され得る方法の中で典型的なものは、木材、泥炭、又 は亜瀝青炭のような天然に産出する様々な炭質材料を固体燃料としてより適切な ものにするように処理することである。 従来、炭質燃料を固体燃料としてより適切なものにするように炭質燃料の品質 を改良する幾つかの発明が使用又は提示されている。それらに共通して多くの問 題点、例えば、炭質燃料品質改良システムの製造と操作の両方についてコストが 高くなること、炭質燃料品質改良システムを連続的に操作できるようにするため の制御が困難で複雑であること、そしてそのような装置をいろいろに違った温度 及び／又は圧力で他の材料の処理に適用するための融通性や多様性が一般的に欠 けていることのような問題点がある。 本発明の方法と装置は、簡単なデザインで耐久性のある構造を有し、そしてい ろいろな温度及び／又は圧力下で様々な異なる供与材料を処理するように容易に 適用できる融通性をもったユニットを提供することによって、従来技術の装置と 技術に伴なう多くの問題点と短所を克服する。本発明の装置は更に、熱エネルギ ーの制御が簡単で使用効率がよく、これによって経済的な操作が行われ、資源の 保存に役立つことを特徴とする。 発明の摘要 本発明の利点と長所は、少なくとも１個の内部管を大気条件の外側ケーシング （casing）で取囲んで構成される熱交換装置の中に炭質材料が装入されるような 後述の方法と装置によって得られる。熱交換装置内へ装入された後炭質材料は圧 力ガスを注入される。本発明の１つの実施例において、約２５０°Ｆから約１２ ００°Ｆの間、一般的には約７５０゜Ｆの温度の熱交換媒体がケーシング中に循 環されて内 部管の外周面に接触する。熱交換媒体は、熱交換機の頂部近くの第１弁を通って ケーシングに入り、そして熱交換機の底部近くの第２弁を通ってケーシングから 出る。温度は、炭質材料のＢＴＵ値を増大させるある制御された時間高温度に維 持される。炭質材料から追い出された水分その他のタールやガスのような副製品 は熱交換機の底部の弁を通して回収される。熱交換段階が終了すると、炭質材料 は１つ又はそれ以上の収納槽へ移送され、ここで貯蔵された後、ペレットの形に 成形する（以後、ペレット化と称す）押出し機へ移送される。 第２実施例において、外側ケーシングに取囲まれた少なくとも１つの内部管を 有する熱交換機の中に炭質材料が装入される。外側ケーシングは４つの送入／送 出弁を備え、これら弁を通って熱交換媒体がケーシングに入り、そして出ていく 。第１弁は熱交換機の頂部近くに設けられ、第２弁は第１弁の下方で熱交換機の 長さの約３分の１の個所に設けられ、第３弁は第２弁の下方で熱交換機の長さの 約３分の２の個所に設けられ、そして第４弁は第３弁の下方で熱交換機の底部近 くに設けられる。この実施例において熱交換媒体は第１弁を通って導入され、外 側ケーシング内で熱交換機を下方に循環して開放されている第２弁に達し、ここ から炉へ還流されて再加熱される。熱交換媒体が再加熱されると再び第１弁を通 して循環される。実質的に全ての水分が第２弁のレベルより下方へ追い出された 後、第２弁は閉鎖され、そして第３弁が開放され、これにより水分を蒸発させ、 そして第２弁のレベルより下にある石炭上に凝縮させる。この弁の開放と閉鎖の プロセスは、実質的に全ての水分が熱交換機の底部の方へ下方向に追い出される まで続行され、そこでその水分は熱交換機の底部に収集されて排出される。ここ でも熱交換媒体は約２５０°Ｆから約１２００°Ｆの間の温度とされ、そしてシ ステム圧力は約２ＰＳＩＧから約３０００ＰＳＩＧの間にされる。 本発明の第３実施例は、炭質材料が品質改良のために装入される外側ケーシン グを備える。この外側ケーシングは、これの中に設置される複数個の水平方向に 整列された管を含み、それら管は熱交換媒体を収納する。熱交換媒体は水平配列 管を逐次に流下し、そして不活性がケーシング内へ注入される。熱交換媒体の温 度は約２５０°Ｆから約１２００°Ｆの間、そして圧力は約２ＰＳＩＧと３００ ０ＰＳＩＧの間にされよう。 本発明の第４実施例は、炭質材料が品質改良のために装入される外側ケーシン グ、及び、ケーシング内で下方向へ延在する複数個の垂直方向に整列された管を 備える。熱交換媒体がそれら垂直整列管に通して循環され、そして不活性ガスが 外側ケーシング内へ注入されて炭質材料の品質改良を容易にする。ここでも熱交 換媒体の温度は約２５０°Ｆと１２００°Ｆの間、そしてシステム圧力は約２Ｐ ＳＩＧと３０００ＰＳＩＧの間にされよう。 図面の簡単な説明 本発明のその他の利点と長所が、添付の特定の実例及び図面と関連して以下に 行う本発明の好適な実施例の記述から明らかになろう。 第１図は、本発明の原理に従って構成される、バッチ型熱交換機をベースとす る燃料品質改良システムの概要図である。 第２図は、本発明の原理に従って構成される、連続型熱交換機をベースとする 燃料品質改良システムの概要図である。 第３図は、本発明の原理に従って構成される、複数個の送入／送出弁を有する 第２熱交換機実施例の側立面図である。 第４図は、本発明の原理に従って構成される、炭質材料を保持する外側ケーシ ング、及び、この外側ケーシング内に収容されて熱交換媒体を循環させる複数個 の水平方向に整列された管を有する第３熱交換機実施例の側立面図である。 第５図は、本発明の原理に従って構成される、炭質材料を保持する外側ケーシ ング、及び、この外側ケーシング内に延在して熱交換媒体を循環させる複数個の 垂直方向に整列された管を有する第４熱交換機実施例の側立面図である。 第６図は熱交換媒体を循環させるのに用いられる管を示す５−５線に沿った断 面図である。 詳細な説明 本発明は、制約的にではないが、より高品質の石炭と同じ堆積層で見出される 、一般的に木材と泥炭と瀝青炭との間に入る種類の地中炭、亜炭、及び亜瀝青炭 を含む炭質材料の品質改良を行うのに適用できる。採掘される炭質材料は一般的 に約２０％から約８０％までの水分を含有し、そして多くの場合、炭質材料を所 要の寸法まで粒状化すること以外の前処理を施すことなく直接使用することがで き る。大部分の炭質材料の粒子寸法に応じて炭質材料の品質を所要のレベルまで改 良するに必要な時間が決まる。一般的に粒子が大きいほど炭質燃料の品質改良に 要する時間は長くなる。 第１図はバッチ型燃料品質改良システム１０を示し、このシステムは熱交換機 ２０を有する。熱交換機２０は、一方の端部の送入部２４と他方の端部の送出部 ２６をもった室、この室の長手方向に延在する複数個の管２８、及び、これら管 ２８を取囲む外側ケーシング３０を備える。炭質材料はビン１２からコンベヤ１ ４によって熱交換機２０の送入端部２０へ搬送される。熱交換機の頂部にある弁 １６と１８が開放されて炭質材料を管２８に装入させる。管２８が炭質材料で充 満されるまで熱交換機２０の底部近くに設けられている弁４１は閉鎖されている 。管２８が充満された後、弁１６と１８は閉鎖されて炭質材料をそれら管２８の 中に閉じ込める。そこで窒素のような不活性ガス３４、又はその他の二酸化炭素 のようなガスが弁３５を通し管２８内に注入されて炭質粒子間のスペースを充満 し、そして管内の圧力を上昇させる。窒素その他の不活性ガスは、その流れが発 生されるとガスが大気圧の管２８内に容易に流入していくような圧力にされてい る。管内の圧力が所要のレベルまで上昇するとガスの流れは遮断される。 約２５０°Ｆと１２００°Ｆの間、好適には約７５０°Ｆの温度をもった加熱 されたガス、融解した塩、又は好適にはオイルのような熱交換媒体が連続的にケ ーシング３０内を循環するように弁４６からケーシング内へ送入され、そして弁 ４４から送出される。弁４４から出た熱交換媒体は炉３６に通され、ここで再加 熱された後、ケーシング３０に再導入される。ケーシング３０の内壁に複数個の 逐次的な端部の開いた内方向へ延びるフランジ２２が備えられ、そして熱交換媒 体はそれらフランジを越えて階段状にケーシング３０内を下方向に流下していく 。不活性ガス又は二酸化炭素ガスは、管２８の内壁に接触して熱を吸収し、そし てその熱を炭質材料内へ追い込むことにより、熱移送キャリヤとして働く。 管２８内に収容される炭質材料が所要レベル以上の硫黄を含有している場合、 不活性ガス又は二酸化炭素ガスと一緒に水素を管２８内に注入して過剰な硫黄を 炭質材料から追い出すようにすることができる。一般的に必要な水素の量は除去 すべき硫黄の含有率に直接比例する。 高温の熱交換媒体が管２８の周囲で下方向へ流れていく結果、炭質材料中に含 まれている水分はそれら管の中で下方向へ追われていく。充分に高い温度で炭質 材料中の水分は気化し、そして管２８の底部の方にあるより低温の炭質材料上に 凝縮する。場合によっては実質的に全ての水分が、その他のタールやガスのよう な副製品と一緒に、熱交換器２０の送出部２６の個所に収集される。熱交換機２ ０の底部に設けられた弁４０を開放することにより水分及びその他の副製品を熱 交換機から排出することができる。 炭質材料を管２８内に滞留させておく時間の長さは、炭質材料の粒子寸法、シ ステムの操作温度、管内に注入されるガスの圧力、及び所要の加熱度に応じて決 められる。通常その時間長さは約５分間から約３０分間である。一般的に所要な 時間長さは、熱交換器内の温度と圧力が高いほど短かくすることができる。逆に 、より低い温度と圧力が使用される場合、所要時間は長くなる。 システム１０を用いるプロセスは、約２５０°Ｆから１２００°Ｆの温度と約 ２から約３０００ＰＳＩＧの圧力で行うことができる。炭質材料を品質改良する ための最も確実な結果は、熱交換媒質がシステム内を通って循環する温度が約７ ５０°Ｆのオーダーに達するようにされたときに得られ易い。 熱交換及び品質改良段階が終了すると、制御弁４１を開くことにより圧力が解 放される。外側ケーシング３０内の管２８は、弁４１を開き、それから熱交換器 底部の弁４２を開くことにより空にされる。そこで炭質材料はコンベヤ４８上で 第２ビン５０へ運ばれ、ここで一時的に貯蔵される。第２ビン５０の底部から押 出し機５２が延び、この押出し機は炭質材料をペレットの形にし（ペレット化） 、冷却機５４へ移送する。炭質材料が充分に冷却された後、材料は第２押出し機 ５６へ移送され、この第２押出し機は炭質材料ペレットを貯蔵個所へ送る。 第２図に、連続型燃料品質改良システム２１０が示される。この連続型燃料品 質改良システムは１対の収納ビン２１２ａと２１２ｂを有する。これら収納ビン はここでは、品質改良される炭質材料を貯蔵するロックホッパーになる。炭質材 料はコンベヤ２１４上に載せられて熱交換機２２０の頂部へ運ばれる。底部弁２ ４１は閉鎖されており、そこで炭質材料は、熱交換機の頂部にある弁２１８を通 って、外側ケーシング２３０内に収容された管２２８の中に装入される。一方の ロックホッパー２１２ａ又は２１２ｂがコンベヤ２１４によって空にされる間に 他方のロックホッパーが材料を充填されるようにすることができるので、プロセ スを連続的なものにすることができる。 管２２８が充満されると、弁２１８は閉鎖され、そして窒素のような不活性ガ ス又はその他の二酸化炭素のようなガスが加圧して管２２８内へ注入される。不 活性ガス２３４又はその他の二酸化炭素のようなガスは、その流れが作られると ガスが大気圧の管２２８内へ容易に流入するような圧力を加えられる。管内の圧 力が所要のレベルまで高くなるとガス流は遮断される。不活性ガス又はその他の 二酸化炭素のようなガスはシステムの圧力を約２ＰＳＩＧから約３０００ＰＳＩ Ｇの間、好適には約８００ＰＳＩＧに上昇させる。管が加圧された後、第１図の 熱交換機２０で記述したのと同様に、熱交換媒体をケーシング２３０内に連続的 に循環させることにより炭質材料の温度が高められる。ここでも熱交換媒体が下 方向へ流れることによって、炭質材料中に含まれる水分は実質的に全て熱交換機 の底部へ追いやられ、そこに収集され、そして、追い出されたタール又はその他 のガスのような副製品と一緒に弁２４０を通して排出される。熱交換媒体はケー シング２３０から弁２３９を通って出ていき、そして炉２３６を通過して循環し た後、弁２３８を通って再びケーシング内へ導入される。熱交換媒体の温度は約 ２５０°Ｆから約１２００°Ｆの間、好適には約７５０°Ｆにされよう。 窒素２３４又はその他の不活性ガスは、管２２８の内壁に接触してそこから熱 を取込み、その熱を炭質材料へ移送する熱移送キャリヤとして働く。熱交換及び 品質改良プロセスが完了すると、熱交換機２２０の底部の弁２４１と２４２が開 放され、これにより圧力は大気圧まで下がり、又炭質材料がコンベヤ２４８上に 落下して１対の送出ロックホッパー２５０と２５２へ移送される。第１ロックホ ッパー２５０の弁２５４が開放されてそのホッパー２５０に炭質材料が溜められ る。第１ホッパー２５０が充満すると弁２５４は閉鎖され、そして第２ロックホ ッパー２５２の頂部の弁２５６が開放されて炭質材料がその第２ホッパー内へ流 入する。ロックホッパー２５０と２５２はそれぞれの押出し機２５８と２６０を 備え、これら押出し機は炭質材料をペレット化して冷却機２６２へ移送する。炭 質材料は充分に冷却された後、第２押出し機２６４へ移送され、これによって貯 蔵施設へ運ばれる。 第３図は、本発明に従って第１図のバッチ型システムで使用できる第２実施例 の熱交換機１２０を示す。この第２実施例の熱交換機１２０は、熱交換機１２０ の両端部に置かれる炭質材料の送入部１２４と送出部１２６、品質改良される炭 質材料が装入される複数個の管１２８、これら管１２８内の炭質材料を加圧状態 に維持するための上部弁１１８と下部弁１４１、及び、複数個の管１２８と、こ れら管内へ不活性ガス１３４その他の二酸化炭素のようなガスを注入するための 送入弁１３５とを取囲む外側ケーシング１３０を備える。不活性ガス又は二酸化 炭素ガスは、その流れが発生されたときガスが大気圧の管内に容易に流入するよ うな圧力にされる。管内の圧力が所要のレベルまで上昇するとガス流は停止され る。一般的に不活性ガスはシステムの圧力を約２ＰＳＩＧと３０００ＰＳＩＧの 間、好適には８００ＰＳＩＧまで上昇させる。外側ケーシング１３０は４つの送 入／送出弁１４４−１４７を備え、これら弁を通して熱交換媒体が循環される。 第１弁１４４は弁１１８の直ぐ下で熱交換機１２０の頂部近くに設けられる。第 ２弁１４５は第１弁１４４の下方で熱交換機１２０の長さの約３分の１下がった 個所に設けられる。第３弁１４６は第１弁と第２弁の下方で熱交換機１２０の長 さの約３分の２下がった個所に設けられ、そして第４弁１４７は弁１４１の上方 で熱交換機１２０の底部近くに設けられる。ケーシング１３０の内壁から複数個 の端部の開いたフランジ１２２が延び、交互に入れ違った段階的に配置される。 それらフランジ上を熱交換媒体が流れてケーシング１３０内を下方向に流下して いく。 弁１４１が閉鎖された後で炭質材料が管１２８内に装入され、そして弁１１８ が閉鎖され、それらから不活性ガス又は二酸化炭素が管１２８内に注入される。 この後で熱交換媒体が連続的にケーシング１３０に通して循環され、これによっ て管１２８内に収納されている炭質材料の温度を上昇させる。熱交換媒体は炉１ ４９によって、炭質材料中に含まれる水分を気化させるに充分な温度に加熱され る。典型的には熱交換媒体は約２５０°Ｆと約１２００°Ｆの間、好適には約７ ５０°Ｆまで加熱される。熱交換媒体は第１弁１４４を通してケーシング１３０ 内へ導入される。最初、弁１４４と１４７が開放され、そして弁１４５と１４６ が閉鎖されて熱交換媒体がケーシング１３０に充満するようにされる。ケーシン グが充満されると弁１４７が閉鎖され、そして弁１４５が開放され、そこで熱交 換媒体は主としてケーシングの上部３分の１の部分を循環する。熱交換媒体が最 上部のフランジ１２２の端部まで流れると、そこで次のフランジ１２２の上へ流 れ落ちる。この往復しなから落ちていく流れは熱交換媒体が第２弁１４５に達す るまで続き、そこで熱交換媒体はその第２弁１４５を通って流出し、炉１４９へ 還流されて再加熱される。この熱交換媒体のケーシング１３０を通る循環プロセ スの間に、炭質材料中に含まれている水分は気化し、そして、熱交換機の熱交換 媒体が循環する所のレベルより下側にあるより低温の炭質材料上に凝縮する。管 １２８の頂部３分の１の部分にある炭質材料に含まれている水分の実質的に全て が第２弁１４５のレベルより下方へ追い出された後、第２弁１４５は閉鎖され、 そして第３弁１４６が開放される。第４弁１４７は閉鎖されたままでいる。第３ 弁の開放によって熱交換媒体はケーシングの頂部３分の２の部分まで循環するよ うになり、そしてこの循環は、その部分の水分の実質的に全てが気化し、そして 第３弁１４６のレベルより下にある炭質材料上に凝縮するまで行われる。実質的 に全ての水分が第３弁１４６のレベルより下方に含まれるようになると、第２弁 １４５は閉鎖されたままで第３弁１４６が閉鎖され、そして第４弁１４７が開放 される。そこで炭質材料の装入物内に存在していた水分の実質的に全てが第４弁 １４７より下方へ追いやられ、そこに収集され、そして装入物から出てきたター ルその他のガスのような副製品と一緒に弁１４０を通して熱交換機から排出され る。この品質改良プロセスが終了すると装入物は押出し機１５０へ移送されてペ レット化される。 第４図は、好適に本発明による第１図のバッチ型システムと共に使用される第 ３実施例の熱交換機３２０を示す。この第３実施例の熱交換機３２０は、熱交換 機の両端部に設けられる送入部３２４と送出部３２６、炭質材料を加熱する熱交 換媒体が循環される複数個の水平方向に整列された管３４４ａ−ｄ、及び炭質材 料が装入される外側ケーシング３３０を備える。炭質材料は２つの軸方向に整合 したオーガー３３２の１つの上へ落される。これらオーガーは外方向へ回転して 炭質材料をケーシング３３０全体に分配する。炭質材料が外側ケーシング３３０ 内に装入される前に弁３３６が閉鎖される。外側ケーシング３３０に炭質材料が 装入されると弁３３４も閉鎖され、そして窒素のような不活性ガス３３８又はそ の他の二酸化炭素のようなガスがケーシング３３０内に注入される。不活性ガス は、その流れが発生されるとガスが大気圧のケーシング３３０内へ容易に流入す るような圧力を掛けられる。管内の圧力が所要レベルまで高くされるとガス流は 遮断される。システムの圧力は約２ＰＳＩＧと約３０００ＰＳＩＧの間、好適に は約８００ＰＳＩＧに上昇させるのが望ましい。外側ケーシング３３０は、送入 ／送出弁３４２ａ−ｈをもった複数個の水平方向に整列された管３４４ａ−ｄを 備え、これら管に通して熱交換媒体が循環される。最初に熱交換媒体は第１弁３ ４２ａを通って水平方向に整列された管３４４ａに入る。熱交換媒体は第１管３ ４４ａを流通してその末端部に達し、そして弁３４２ｂを通過する。ここから熱 交換媒体は連結部材３４６によって第２の水平整列管３４４ｂへ移送される。熱 交換媒体は弁３４２ｃを通って管３４４ｂへ入り、ここで流れの方向は第１水平 整列管３４４ａの流れと逆になる。この熱交換媒体を水平整列管３４４ａ−ｄと 弁３４２ａ−ｈに通して循環させる方法は熱交換媒体が管３４４ｄを出るまで続 く。熱交換媒体が弁３４２ｈを通って管３４４ｄから出ると、熱交換媒体は炉３ ６０を通過し、ここで再加熱されてから再び第１送入弁３４２ａを通して導入さ れる。炭質材料に含まれている水分を気化するためシステムは一般的に約２５０ °Ｆから約１２００°Ｆの間、好適には約７５０°Ｆに加熱することが必要であ る。ここでも、熱交換媒体を往復して下方向へ循環させるこの方法は、装入物か ら、その炭質材料に含まれている実質的に全ての水分を、タールやその他のガス のような副製品と一緒に追い出し、熱交換機の底部にある弁３５０に収集させる 。品質改良プロセスが完了すると、第２対のオーガー３４０がその品質改良され た炭質材料を送出部３２６へ移送する。熱交換媒体を比較的一定の温度に保持す るのを助けるため、部分的に破断して図示した断熱ブランケット３５２がケーシ ングの周囲に備えられる。又、管３４４ａ−ｄの抜取りが必要な場合それら管３ ４４ａ−ｄに接近できるようにするための複数個のハッチ３４６ａ−ｄが外側ケ ーシング３３０に沿って設けられている。 第５図と第６図は本発明で使用される第４実施例の熱交換機４２０を示す。こ の実施例における熱交換機４２０は、この熱交換機の両端部に設けられる送入部 ４２４と送出部４２６、炭質材料を熱交換機内へ下方向に導入する管４２８、炭 質材料から熱交換媒体を分離するプレート部材４４０より延在する複数個の垂直 方向に整列された管４４４、及び、炭質材料が装入される外側ケーシング４３０ を備える。熱交換機が使用されるとき、送出部４２６の近くの弁４４２が閉鎖さ れ、そして炭質材料が送入部４２４、弁４１８、及び送入管４２８を通して外側 ケーシング４３０内へ装入される。そこで弁４１８が閉鎖され、そして窒素のよ うな不活性ガス又はその他の二酸化炭素のようなガスが外側ケーシング４３０内 へ注入されてシステムの圧力を上昇させる。典型的にはその不活性ガスは、シス テムの圧力を約２ＰＳＩＧと約３０００ＰＳＩＧの間、好適には約８００ＰＳＩ Ｇに上昇させる。外側ケーシング内の圧力が所要のレベルに達するとガス流は遮 断される。 炭質材料の温度を上昇させるため熱交換媒体が垂直整列管４４４を通して連続 的に循環される。この循環を助長するため各垂直整列管４４４の中にプロセス・ シャフト４５６が延在する。熱交換媒体がシャフト４５６に接触すると乱流を起 し、管４４４内で渦を巻くようになる。熱交換媒体は弁４４６を通って熱交換機 内へ流入し、各垂直整列管４４４を通って上下に流れて開放区域４４８へ入り、 弁４５０から出て炉４６０を通過し、そして再び弁４４６を通って導入される。 理想的には熱交換媒体の温度は約２５０°Ｆと約１２００°Ｆの間、好適には約 ７５０°Ｆとされよう。水分とその他のタールやガスのような副製品が送出部４ ５４に集められた後、弁４４２が開放されて炭質材料が収集される。 第１図−第６図に示された実施例における操作時間を短縮するため、システム に通される不活性ガスを熱交換媒体の最適操作温度に近い温度まで予加熱するよ うにしてもよい。システムの全操作時間の短縮は、例えば、不活性ガスの温度が 、加熱された炭質材料の温度より約５０°Ｆ低い温度に加熱された場合に得られ ている。 炭質材料が不当に高いレベルの硫黄を含んでいる場合、熱交換及び品質改良段 階が行われる前又は後に炭質材料を処理するようにしてもよい。炭質材料の品質 改良を行う前に、微量の石灰のような吸収材料を炭質材料の装入物に添加するこ とによって、品質改良プロセス中に発生するH₂Sの量を所要量に制限することが できる。プロセス時間中の温度と圧力のために、吸収剤は発生したH₂Sの大部分 を吸収する。このようなプロセスを行えばコストの掛かる余分な設備を追加する 必要がなくなる。最終製品は振動スクリーン上に送られ、これによって、品質改 良された炭質材料から吸収材料が分離され、そしてこの後その炭質材料は押出し 及びペレット化段階へ送られる。更に、炭質材料が押出し及びペレット化される 前に、カルシウムに対する硫黄の率に基づいて新しい吸収剤を添加することによ り、炭質材料が燃焼されたときSO_xが大気中に入る前に９６％まで捕捉されるよ うにすることができる。 本発明を更に明らかにするため、以下に特別な実例を提示する。それら実例は 、本発明で適用される時間、温度、及び圧力関係の様々な有用なバリエーション を例示するものであり、そして請求の範囲に記述される本発明の範囲を限定する ものではない。 実例１ ３１．０重量％の採掘水分（as mined mioisture content）とポンド当り７， ７７６ＢＴＵの加熱値を有するワイオミング州産の亜瀝青炭が第１図の熱交換機 の収容管内に装入された。そこで頂部弁が閉鎖され、そして亜瀝青炭を収容した 管内に窒素が導入された。管内の圧力は８００psigに維持され、そして熱交換媒 体の温度は７５０°Ｆに維持された。管内に収容された炭質材料の温度は６６９ °Ｆに達した。燃料品質改良プロセスは２０分間行われた。品質改良プロセスが 完了すると熱交換機の底部の弁が開放され、そして装入物が取出された。品質改 良プロセスが完了した後の炭質材料は水分が無く、ポンド当り１２，８３４ＢＴ Ｕの増大した加熱値を有していた。 実例２ ３７．６９重量％の採掘水分とポンド当り６，７８４ＢＴＵの加熱値を有する ノースダコタ州産の亜炭が第１図の熱交換機の収容管内に装入された。そこで頂 部弁が閉鎖され、そして亜炭を収容した管内に窒素が導入された。管内の圧力は ９００psigに維持され、熱交換媒体の温度は７５０°Ｆに維持された。管内に収 容された炭質材料の温度は６５６°Ｆに達した。燃料品質改良プロセスは９分間 行われた。品質改良プロセスが完了すると熱交換機底部の弁が開放され、装入物 が取出された。品質改良プロセスが完了した後の炭質材料は水分が無く、ポンド 当り１２，２６６ＢＴＵの増大した加熱値を有していた。 実例３ ６７．２重量％の採掘水分とポンド当り２，８５４ＢＴＵの加熱値を有するカ ナダ産泥炭が第１図の熱交換機の収容管に装入された。そこで頂部弁が閉鎖され 、そしてカナダ産泥炭を収容した管に窒素が導入された。管内の圧力は１，００ ０psigに維持され、熱交換媒体の温度は７５０°Ｆに維持された。管に収容され た炭質材料の温度は６８０°Ｆに達した。燃料品質改良プロセスは２０分間行わ れた。品質改良プロセスが完了すると熱交換機底部の弁が開放され、装入物が取 出された。品質改良プロセスが完了した後の炭質材料は水分が無く、ポンド当り １３，５３５ＢＴＵの増大した加熱値を有していた。 実例４ ７０．４０重量％の採掘水分とポンド当り２，４２１ＢＴＵの加熱値を有する 硬木材（hardwood）が第１図の熱交換機の収容管に装入された。そこで頂部弁が 閉鎖され、そして硬木材を収容した管に窒素が導入された。管内の圧力は８００ psigに維持され、熱交換媒体の温度は７５０°Ｆに維持された。管に収容された 炭質材料の温度は６４６°Ｆに達した。燃料品質改良プロセスは７分間行われた 。品質改良プロセスが完了すると熱交換機底部の弁が開放され、装入物が取出さ れた。品質改良プロセスが完了した後の炭質材料は水分が無く、ポンド当り１１ ，４１４ＢＴＵの増大した加熱値を有していた。 本発明の様々な実施例は又、比較的無用のバイオマス材料を、高純度炭を製造 するのに有用な活性炭へ変換するのに利用することができる。例えば、バイオマ スが第１図の熱交換機の収容管内に装入され、そしてそれら管に、システムの圧 力をバイオマスの実際の組成に応じて２ＰＳＩＧから約３０００ＰＳＩＧの間の 圧力にする予熱された不活性ガスが流される。システム温度は約２５０°Ｆから 約１５００°Ｆの範囲にされる。１つの試験ラン（後出の第１表参照）において 、収容管は１０毎時平方フィート（ＳＣＦＨ）で流れる窒素が連続的に流され、 平均温度は約７５０°Ｆに維持され、そして圧力は約２０ＰＳＩＧに維持された 。 熱交換機内で１５分後、流された窒素は中断され、そしてバイオマスは実質的 に乾燥されており、約２０分間冷却された。このプロセスはバイオマス材料を、 水分の無い、１２，９４９btuの加熱値をもった原活性炭に変換した。 ここに開示した本発明の好適な実施例が前記諸目的を満足するようによく計画 されたものであることは明らかであるが、本発明はその精神から外れることなく なお様々な変化形が可能なことは認められよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固体粒状炭質材料のＢＴＵ値を増大するための装置において、 熱交換装置であって、外側ケーシング、該外側ケーシングの第１端部の送入部 、該第１端部から離間した該外側ケーシングの第２端部の送出部、該ケーシング 内に収容された、固体粒状炭質材料の装入物を受入するための少なくとも１つの 管部材、該第１端部に沿って設置された、該装入物を該少なくとも１つの管部材 の中へ分配するための弁装置、及び、該第２端部に沿って設置された、該装入物 を該送出部から取出すための送出装置を有し、該少なくとも１つの管部材が該送 入部と該送出部との間に設置されている、該熱交換装置、 該熱交換装置に結合された、該少なくとも１つの管部材の中へ加圧されたガス を導入するための装置、 約２５０°Ｆと約１２００°Ｆの間の温度に加熱された熱交換媒体を該少なく とも１つの管部材と接触させるようにして該外側ケーシングに通して循環させる ための装置、及び、 該熱交換装置の第２端部から延在する、該固体粒状炭質材料を搬送するための 装置 を備える炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 ２．該少なくとも１つの管部材の圧力が約２ＰＳＩＧから約３，０００ＰＳＩ Ｇの間に維持される、請求の範囲第１項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 ３．炭質材料のＢＴＵ値を増大するための方法において、 (a) 熱交換機内に収容された少なくとも１つの管の中へ固体粒状炭質材料を導 入すること、 (b) 該少なくとも１つの管の周囲に少なくとも２００゜Ｆの温度を有する熱交 換媒体を循環させること、 (c) 該固体粒状炭質材料を収容した該少なくとも１つの管の中へ約２ＰＳＩＧ と約３，０００ＰＳＩＧの間の圧力で加圧されたガスを注入すること、及び、 (d) その後該炭質材料を回収すること の諸段階を備える方法。 ４．該熱交換媒体が約２００°Ｆと約１２００°Ｆの間の温度である、請求の 範囲第３項の方法。 ５．炭質材料のＢＴＵ値を増大するための方法において、少なくとも１つの管 の中へ固体粒状炭質材料を装入すること、該少なくとも１つの管の周囲に約２０ ０°Ｆから約１２００°Ｆの間の温度を有する熱交換媒体を循環させることによ って該固体粒状炭質材料を加熱すること、該炭質材料から追い出された水分を該 少なくとも１つの管から除去すること、該少なくとも１つの管の中で該固体粒状 炭質材料の温度を所定の温度まで上昇させること、該少なくとも１つの管の中へ 約２ＰＳＩＧから約３０００ＰＳＩＧの間の圧力を有する不活性ガスを注入する こと、及び、該炭質材料を回収することの諸段階を備える方法。 ６．炭質材料のＢＴＵ値を増大するための方法において、 (a) 熱交換機の１つの次元に沿って離間した複数個の弁を有する該熱交換機内 に収容された少なくとも１つの管の中へ固体粒状炭質材料の装入物を導入するこ と、 (b) 該複数個の弁の選択された対の弁を順次に開放及び閉鎖することによって 該少なくとも１つの管の順次により長い部分の周囲に約２５０°Ｆから約１２０ ０°Ｆの間の温度を有する熱交換媒体を循環させること、 (c) 該固体粒状炭質材料装入物を収容した該少なくとも１つの管の中へ約２Ｐ ＳＩＧから約３０００ＰＳＩＧの範囲で加圧された不活性ガスを注入すること、 及び、 (d) 該炭質材料を回収すること の諸段階を備える方法。 ７．該ガスが二酸化炭素である、請求の範囲第６項の方法。 ８．炭質材料のＢＴＵ値を増大するための装置において、 熱交換装置であって、外側ケーシング、第１端部に沿って配置された、固体粒 状炭質材料の送入部、該送入部から離間して第２端部に沿って設置された、該固 体粒状炭質材料を取出すための送出部を有し、該外側ケーシングは該炭質材料の 装入物を受入し、又、該外側ケーシングの中へ該炭質材料装入物を導入するため の装置、及び、該外側ケーシングの中で熱交換媒体を循環させるための少なくと も１つの管を有し、該少なくとも１つの管は該固体粒状炭質材料を該熱交換媒体 から隔離し、該熱交換媒体は約２００°Ｆと約１２００°Ｆの間に加熱される、 該熱交換装置、 該熱交換装置に結合された、該外側ケーシングの中へ加圧されたガスを導入す るための装置、及び、 該熱交換装置から該固体粒状炭質材料装入物を搬送するための装置 を備える炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 ９．該外側ケーシングの操作圧力が２ＰＳＩＧから３０００ＰＳＩＧの間に維 持される、請求の範囲第８項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 10．該熱交換媒体がオイルである、請求の範囲第８項の炭質材料ＢＴＵ値増大 装置。 11．該炭質材料装入物と接触する複数個の管が該熱交換媒体を循環させる、請 求の範囲第８項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 12．炭質材料を品質改良するための装置において、 熱交換装置であって、外側ケーシングの第１端部の送入部と、該第１端部から 離間した該外側ケーシングの第２端部の送出部とを有する該外側ケーシング、該 外側ケーシング内に収容された、固体粒状炭質材料の装入物を受入するための少 なくとも１つの管部材、該少なくとも１つの管部材の中へ該固体粒状装入物を分 配するための装置、及び、該送出部から該装入物を取出すための装置を含む該熱 交換装置、 該少なくとも１つの管部材の中へ加圧されたガスを導入するための装置、及び 、 熱交換媒体を該少なくとも１つの管部材と接触させるようにして該外側ケーシ ング内で循環させるための装置 を備え、 そこで、高温の該熱交換媒体を該外側ケーシング内である時間循環させること により該固体粒状炭質材料装入物のＢＴＵ値が増大される、 炭質材料品質改良装置。 13．該取出し装置が、該熱交換装置から出た該固体粒状炭質材料装入物をその 装入物の貯蔵装置へ搬送する装置を備え、この固体粒状装入物搬送装置は該送出 部から延在し、そして該固体粒状装入物貯蔵装置は該装入物搬送装置から延在す る、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良装置。 14．該固体粒状炭質材料をペレット化するために準備する装置を更に備え、こ の装置が、該炭質材料貯蔵装置から延在する押出し機を含む、請求の範囲第１３ 項の炭質材料品質改良装置。 15．該熱交換媒体循環装置が該外側ケーシングから内方へ延在するフランジを 含み、該熱交換媒体が該外側ケーシング内で該フランジを越えるように流される 、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良装置。 16．該外側ケーシング内に熱交換媒体を循環させる該装置が更に複数個の送入 −送出弁を備え、その第１弁か該外側ケーシングの送入部の近傍位置に設けられ 、第２弁が該外側ケーシングに沿って該第１弁より下方の位置に設けられ、そし てコンジット装置が該第１及び第２送入−送出弁から、該熱交換媒体を加熱する 炉まで延在する、請求の範囲第１５項の炭質材料品質改良装置。 17．該外側ケーシングに沿って離間した４つの送入−送出弁が備えられる、請 求の範囲第１６項の炭質材料品質改良装置。 18．該外側ケーシングに通して循環される該熱交換媒体が約２５０°Ｆと約１ ２００°Ｆの間に加熱される、請求の範囲第１６項の炭質材料品質改良装置。 19．該加圧ガスが不活性ガスで成る、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良 装置。 20．該不活性ガスが窒素である、請求の範囲第１９項の炭質材料品質改良装置 。 21．該加圧ガスが二酸化炭素である、請求の範囲第１９項の炭質材料品質改良 装置。 22．該加圧ガスと一緒に水素が注入される、請求の範囲第１２項の炭質材料品 質改良装置。 23．該炭質材料を収容する該少なくとも１つの管の圧力が品質改良の行われて いる間約２ＰＳＩＧから約３，０００ＰＳＩＧの間に維持される、請求の範囲第 １２項の炭質材料品質改良装置。 24．該熱交換媒体がオイルである、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良装 置。 25．該熱交換媒体が加圧されるガスで成る、請求の範囲第１２項の炭質材料品 質改良装置。 26．更に、固体粒状炭質材料の装入物を貯蔵するための少なくとも２つの送入 ロックホッパー、一方の該ロックホッパーから該固体粒状炭質材料装入物を該熱 交換装置へ移送するための装置、及び、該固体粒状炭質材料装入物を該少なくと も１つの管内へ導入すると同時に他方の該ロックホッパーに固体粒状炭質材料を 充填する装置を備える、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良装置。 27．該外側ケーシング内に熱交換媒体を循環させる該装置が更に、直列に配置 された多数セットの相互に連結された管を備え、これら管は該熱交換媒体を各管 セットごとに順次に逆方向へ流し、該熱交換媒体は該外側ケーシングの第１端部 に設置された第１セットの該相互連結管の中へ送入弁を通して導入され、そして 該外側ケーシングの第２端部に沿って設置された送出弁を通して第２セットの該 相互連結管から出ていく、請求の範囲第１２項の炭質材料品質改良装置。 28．該熱交換媒体が、該送出弁から出た後、そして該第１セットの相互連結管 へ再循環される前に、炉によって再加熱される、請求の範囲第２７項の炭質材料 品質改良装置。 29．炭質材料を品質改良する方法において、 ａ．熱交換機内に収容された少なくとも１つの管の中へ固体粒状炭質材料の装 入物を導入すること、 ｂ．該熱交換機の外側ケーシング内へ熱交換媒体を導入すること、 ｃ．該熱交換機の外側ケーシング内で該熱交換媒体を該少なくとも１つの管の 周囲に接触させるようにして循環させること、 ｄ．該固体粒状炭質材料を収容する該少なくとも１つの管の中へ加圧されたガ スを注入すること、及び、 ｅ．該固体粒状炭質材料が所要のＢＴＵ値に達したらその固体粒状炭質材料を 回収すること の諸段階を備える方法。 30．該少なくとも１つの管が２ＰＳＩＧと約３，０００ＰＳＩＧの間に維持さ れる、請求の範囲第２９項の方法。 31．該少なくとも１つの管の周囲に循環される該熱交換媒体が約２５０°Ｆと 約１，２００°Ｆの間の温度に加熱される、請求の範囲第２９項の方法。 32．該固体粒状炭質材料が所要の温度と圧力の該少なくとも１つの管の中に少 なくとも約３分間の時間滞留する、請求の範囲第３１項の方法。 33．該固体粒状炭質材料が所要の温度と圧力の該少なくとも１つの管の中に約 ３０分間以下の時間滞留する、請求の範囲第３１項の方法。 34．該熱交換媒体がオイルである、請求の範囲、第２９項の方法。 35．該熱交換媒体が加熱されるガスである、請求の範囲第２９項の方法。 36．炭質材料を品質改良する方法において、外側ケーシング内に収容された少 なくとも１つの管の中へ固体粒状炭質材料を装入すること、該少なくとも１つの 管の中へ加圧されたガスを注入すること、熱交換媒体を該少なくとも１つの管の 周囲に全体的に直接接触させるようにして循環させることにより該固体粒状炭質 材料を加熱すること、該炭質材料から追い出された水分を該少なくとも１つの管 から除去すること、該少なくとも１つの管の中で該炭質材料の温度を所定の温度 に上昇させること、及び、品質改良された該炭質材料を回収することの諸段階を 備える方法。 37．該熱交換媒体が循環されている間に、圧力が所定のレベルに達するまで、 加圧されたガスが該少なくとも１つの管の中へ導入される、請求の範囲第３６項 の方法。 38．該熱交換媒体がオイルである、請求の範囲第３６項の方法。 39．該熱交換媒体が加熱されるガスである、請求の範囲第３６項の方法。 40．該少なくとも１つの管内へ導入される該加圧ガスが約２ＰＳＩＧから約３ ，０００ＰＳＩＧの範囲であり、そして該炭質材料の上昇される該所定温度が約 ２５０°Ｆから約１，２００°Ｆの範囲である、請求の範囲第３７項の方法。 41．該固体粒状炭質材料が該少なくとも１つの管の中に約３分間から約３０分 間までの範囲滞留する、請求の範囲第４０項の方法。 42．該品質改良された固体粒状炭質材料が、これをペレット化する押出し機に よって回収される、請求の範囲第３６項の方法。 43．炭質材料のＢＴＵ値を増大する方法において、 ａ）外側ケーシングと、熱交換機の１つの次元に沿って離間した複数個の弁と を有する該熱交換機内に収容された少なくとも１つの管の中へ固体粒状炭質材料 の装入物を導入すること、 ｂ）該複数個の弁の選択された対の弁を順次に開放及び閉鎖することにより該 少なくとも１つの管の順次により長い部分の周囲に熱交換媒体を流すように該熱 交換機の外側ケーシングに通して循環させること、及び、 ｃ）該固体粒状炭質材料が所要のＢＴＵ値に達したらその炭質材料を回収する こと の諸段階を備える方法。 44．該少なくとも１つの管から該固体粒状炭質材料装入物への熱伝達を容易に するため該少なくとも１つの管の中へガスが加圧して注入される、請求の範囲第 ４３項の方法。 45．該少なくとも１つの管の各該部分が、その管部分の中の該装入物の部分に 含まれている水分を気化させて、次の管部分の中の固体粒状炭質材料上に凝縮さ せるに充分な時間該熱交換媒体に接触するようにされ、これによって該次の管部 分の中の炭質材料が予加熱される、請求の範囲第４３項の方法。 46．該少なくとも１つの管の中へ加圧注入される該ガスが約２ＰＳＩＧから約 ３０００ＰＳＩＧの範囲の圧力で注入され、該熱交換媒体が該外側ケーシングに 通して循環される温度が約２５０°Ｆから約１２００°Ｆである、請求の範囲第 ４４項の方法。 47．該少なくとも１つの管の中へ注入される該ガスが不活性ガスである、請求 の範囲第４６項の方法。 48．該少なくとも１つの管の中へ注入される該ガスが二酸化炭素又は窒素であ る、請求の範囲第４６項の方法。 49．炭質材料のＢＴＵ値を増大するための装置において、 熱交換装置であって、外側ケーシングの第１端部に沿って設置された送入部と 、外側ケーシングの第２端部に沿って設置された、品質改良された炭質材料の装 入物を取出すための送出部とを有する、固体粒状炭質材料の装入物を受入するた めの外側ケーシング、該外側ケーシング内へ該炭質材料装入物を分配する装置、 及 び、該外側ケーシング内に設置された、熱交換媒体を循環させるための少なくと も１つの管部材を含む該熱交換装置、及び、 該熱交換装置に結合された、加圧されたガスを該外側ケーシング内へ導入する ための装置 を備える炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 50．該熱交換装置が、該少なくとも１つの管部材への接近を行えるようにする 、該外側ケーシングから延在する少なくとも１つのハッチを備える、請求の範囲 第４９項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 51．該少なくとも１つの管部材に通して循環される該熱交換媒体が、約２５０ °Ｆと約１２００°Ｆの間に加熱される、請求の範囲第４９項の炭質材料ＢＴＵ 値増大装置。 52．品質改良が行われている間、該外側ケーシングの圧力が２ＰＳＩＧから約 ３０００ＰＳＩＧの間に維持される、請求の範囲第４９項の炭質材料ＢＴＵ値増 大装置。 53．該少なくとも１つの管部材に通して循環される該熱交換媒体がオイルであ る、請求の範囲第４９項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 54．該少なくとも１つの管が更に、該外側ケーシング内に延在する複数個の管 を備え、そこでそれら管が該固体粒状炭質材料装入物と接触する、請求の範囲第 ４９項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 55．該複数個の管に通して循環される該熱交換媒体が約２５０°Ｆから約１２ ００°Ｆの間に加熱される、請求の範囲第５４項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 56．品質改良プロセスの間、該外側ケーシング内の圧力が約２ＰＳＩＧから約 ３０００ＰＳＩＧの間に維持される、請求の範囲第５４項の炭質材料ＢＴＵ値増 大装置。 57．該垂直方向に延在する管に通して循環される該熱交換媒体がオイルである 、請求の範囲第５５項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。 58．該垂直方向に延在する管に通して循環される該熱交換媒体が加熱されるガ スである、請求の範囲第５５項の炭質材料ＢＴＵ値増大装置。