KR100310808B1 - 탄소물질을개선시키기위한방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 물질의 BTU값을 개선시키는 것에 관한 것이다. 탄소물질을 열 교환기(20)내로 도입하고 불활성 기체 또는 이산화탄소와 같은 기체를 분사하여 압력을 상승시켜 여기서 개선 방법을 실시한다. 그리고나서 외장(30)전체에 열 교환 매질을 순환시킴으로써 탄소 물질을 원하는 온도로 가열한다. 이 방법 중 물, 및 타르 및 기체와 같은 다른 부산물이 회수된다. 가열된 물을 다른 용기 내 공급 물질의 예열 원으로서 사용할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
탄소 물질을 개선시키기 위한 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 부가적 이익 및 잇점은 제공된 특정 구체예 및 도면과 관련하여 취해진 바람직한 구체예의 설명을 읽으면 명백해질 것이며, 이때;
제1도는 본 발명의 원리에 따라 배열된 뱃치형 열 교환기를 기초로하는 연료개선 시스템의 기능적 개략도이다.
제2도는 본 발명의 원리에 따라 배열된 연속형 열 교환기를 기초로하는 연료 개선 시스템의 기능적 개략도이다.
제3도는 본 발명의 원리에 따라 배열된 다수의 유입/유출 밸브를 갖는 제2열교환기 예의 측면 입면도이다.
제4도는 탄소 물질을 보유하는 외장 및 본 발명의 원리에 따라 열 교환 매질이 순환되는 외장내에 함유된 다수의 수직 배열 관들을 갖는 제3열 교환기 예의 측면 입면도이다.
제5도는 탄소 물질을 보유하는 외장, 및 외장 내로 뻗어있으며 본 발명의 원리에 따라 이를통해 열 교환 매질이 순환되는 다수의 수직 배열된 관들을 갖는 제4열교환기 예의 측면 입면도이다.
제6도는 열 교환 매질을 순환시키기 위해 사용된 관들을 나타내는 선5-5를 따라 취해진 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 탄소 물질의 BTU값을 증가시키기 위해 고압하에 탄소 물질을 가공하는 방법에 특히 적용가능하나 반드시 이에 제한되지는 않는다. 본 발명이 사용될 수 있는 전형적 방법은 목재, 이탄 또는 아-역청탄과 같은 다양한 천연산 탄소물질을 고체 연료로서 보다 적합하게 하기 위해 처리하는 것이다.
이제까지 탄소 연료를 개선시키는데 관련된 다수의 발명이 탄소 연료를 고체연료로서 보다 적합하게 하기 위해 사용되거나 제안되었다. 탄소 연료 개선 시스템을 제조하고 작동시키는데 있어 막대한 경비, 연속 기준으로 탄소 연료 개선 시스템의 작동을 가능하게 하기위한 어렵고도 복잡한 조절, 및 서로 다른 온도 및/또는 압력에서 다른 물질의 가공에 적용하기 위한 상기 장치의 적응성 및 융통성의 일반적인 부족과 같은 문제점이 흔하다.
본 발명의 방법 및 장치는 단순한 디자인, 내구성 구조, 다양한 온도 및/또는 압력하에 다른 공급 물질을 가공하는데 쉽게 적용할 수 있는 장치를 제공함으로써 선행 기술 장치 및 기술과 관련된 여러가지 문제점 단점을 극복한다. 본 발명의 장치는 열 에너지의 이용에 있어 조절이 단순하고 효과적이어서 자원의 경제적 조작 및 보존을 제공하는 것으로 또한 특징된다.
[발명의 요약]
본 발명의 이익 및 잇점은 대기 조건하에서 외장에 의해 둘러싸인 하나이상의 내부관으로 구성되는 열 교환장치에 탄소물질이 충전되는 하기 방법 및 장치에 의해 얻어진다. 탄소 물질이 열 교환 장치에 충전된 후, 탄소 물질은 가압 기체로써 분사된다. 본 발명의 한가지 구체예로, 대략 121.1℃(250℉)내지 약 648.9℃(1200℉)및 일반적으로 약 398.9℃(750℉)의 온도를 갖는 열 교환 매질이 외장 전체를 순환하여, 열 교환 매질이 내부관(들)의 외표면과 접촉하도록 한다. 열 교환 매질을 열 교환기 상단에 인접하여 위치한 제1밸브를 통해 외장에 들어가며, 열 교환기 하단에 인접하여 위치한 제2밸브를 통해 외장을 나온다. 온도는 탄소 물질의 BTU값을 증가시키기 위해 조절된 시간 기간동안 상승된 채 유지된다. 탄소 물질로부터 유도한 타르 및 기체와 같은 다른 부산물 및 물이 열 교환기의 하단에 위치한 밸브를 통해 회수된다. 열 교환 단계의 종결시, 탄소 물질이 하나 이상의 수납 용기에 옮겨져 여기서 탄소 물질은 펠릿화를 위해 압출기로 이동될 수 있을 때까지 저장된다.
두번째 구체예로, 외장에 의해 둘러싸여 있는 하나이상의 내관을 갖는 열 교환기내에 탄소 물질이 충전된다. 4개의 내부/외부 밸브를 갖는 외장이 제공되어 있으며, 이를 통해 열 교환 매질이 외장을 출입한다. 제1밸브는 열 교환기의 상단에 가까이 위치하고, 제2밸브는 열 교환기의 대략 ⅓길이의 제1밸브 아래 위치하고, 제3밸브는 열 교환기의 대략 ⅔길이의 제2밸브 아래 위치하며, 제4밸브는 열 교환기 하단에 인접한 제3밸브 아래에 위치한다. 이 구체예에서는 열 교환 매질이 제2밸브에 도달하여, 이것이 열려서 열 교환 매질이 재가열되는 로를 통해 역순환되도록 할 때까지 열 교환 매질은 제1밸브를 통해 도입되어 외장내 열 교환기를 따라 아래로 순환된다. 일단 열교환 매질이 재가열되었으면, 이는 제1밸브를 통해 역으로 재순환된다. 실질적으로 모든 물이 제2밸브 높이 아래로 내려가면, 제2밸브는 닫히고 제3밸브가 열려 물이 증발되도록 하고 제2밸브 높이 아래 포함된 석탄 상에 응축되도록 한다. 이 밸브 개폐 방법은 실질적으로 모든 물이 열 교환기의 바닥으로 떨어져 여기서 모이고 배수될 때까지 계속된다. 다시, 열 교환 매질은 약 121.1℃-약 648.9℃의 온도 및 약 2PSIG 내지 약 3000PSIG의 시스템 압력을 가질 것이라고 여겨진다.
본 발명의 세번째 구체예는 개선을 위한 탄소 물질이 충전되는 외장으로 구성된다. 외장은 열 교환 매질을 함유하는 외장내에 위치한 다수의 수평 배열된 관을 포함한다. 수평 배열된 관을 통해 열 교환 매질이 연속으로 하향 순환되면서, 불활성 기체가 외장내로 분사된다. 열 교환 매질의 온도는 약 121.1℃ 내지 약 648.9℃일 것이며, 압력은 약 2PSIG 내지 3000PSIG일 것이다.
본 발명의 네번째 구체예는 개선을 위해 탄소 물질이 충전되는 외장, 및 외장내 아래로 뻗어있는 다수의 수직 배열된 관으로 구성된다. 열 교환 매질이 수직 배열된 관 전체를 순환하며, 탄소 물질의 개선을 용이하게 하기 위해 불활성 기체가 외장내로 분사된다. 이에 대해, 열 교환 매질의 온도는 약 121.1℃ 내지 648.9℃이며, 시스템 압력은 약 2PSIG 내지 약3000PSIG 일 것이다.
본 발명은 분쇄된 석탄, 갈탄, 및 보다 고급의 석탄과 유사한 침적물에서 발견되는 목재, 이탄 및 역청탄의 광범위한 유형의 이-역청탄을 포함하나 이에 제한되지 않는 탄소 물질의 개선을 위해 적용가능하다. 채광된 대로의 탄소 물질은 일반적으로 약 20%-약80%의 수분을 함유하며, 탄소 물질을 원하는 크기로 분쇄하는 이외의 임의의 예비 처리 없이 직접 사용될 수 있다. 대부분 탄소 물질의 입자 크기가 탄소 물질을 원하는 수준으로 개선시키는데 필요한 시간을 결정한다. 일반적으로, 입자크기가 더 클수록, 탄소 연료를 개선시키는데 더 많은 시간이 걸린다.
제1도를 참고로 하면, 뱃치형 연료 개선 시스템(10)은 한쪽 말단에 유입구(24) 및 다른 쪽 말단에 유출구(26)를 갖는 챔버, 챔버의 길이를 따라 뻗어 있는 다수의 관들(28) 및 다수의 관들(28)을 둘러싸는 외장(30)으로 구성되는 열 교환기(20)를 갖는 것으로 나타나 있다. 탄소 물질은 저장소(12)로부터 콘베이어(14)를 통해 열 교환기(20)의 유입구 말단(24)으로 수송된다. 열 교환기의 상단에 위치한 밸브(16 및 18)가 열려 탄소 물질이 관(28)내에 충전되도록 한다. 열 교환기(20)의 하단 근처에 제공된 밸브(41)는 관(28)이 탄소 물질로 충전되기 까지 닫혀 있다. 관(28)이 충전된 후, 밸브(16 및 18)는 관(28)내에 탄소 물질을 함유하기 위해 닫힌다. 그리고나서, 탄소 입자들 사이의 공간을 채우고 관 내의 압력을 상승시키기 위해 질소와 같은 불활성 기체(34) 또는 이산화 탄소와 같은 다른 기체가 밸브(35)를 통해 관(28)내를 분사된다. 질소 또는 다른 불활성 기체는 흐름이 활성화될때 대기압에 있는 관(28)내로 기체가 쉽게 유입되게 하는 만큼의 압력하에 있다. 관내의 압력이 원하는 수준으로 상승되면, 기체 흐름이 멎는다.
약 121.9℃ 내지 648.9℃ 및 바람직하게 약 398.9℃의 온도를 갖는 가열된 기체, 용융된 염 또는 바람직하게 오일과 같은 열 교환 매질은 밸브(46) 및 유출 밸브(44)를 통해 외장에 유입됨으로써 외장(30) 전반에 연속적으로 순환된다. 밸브(44)를 나가는 열 교환 매질은 로(36)를 통과하여, 외장(30)으로의 매질의 재도입 이전에 재가열된다. 외장(30)의 내벽에는 다수의 연속 개방 말단의 안쪽으로 뻗어 있는 플랜지(22)가 있어, 이 위로 열 교환 매질이 단계식 방법으로 외장(30)을 통해 아래로 흐른다. 불활성 기체 또는 이산화 탄소 기체는 관(28)의 내벽과 접촉하여 열을 흡수하고 열을 탄소 물질내로 유입시킴으로써 열교환 운반자로서 작용한다.
관(28)내에 함유된 탄소 물질이 황 함량을 원하는 수준 이상으로 갖는 경우, 과량의 황을 탄소 물질로부터 제거하기 위해 수소가 불활성 기체 또는 이산화 탄소 기체와 함께 관(28)내로 분사될 수 있다. 일반적으로, 필요한 수소량은 제거할 황의 %에 정비례한다.
탄소 물질내에 함유된 수분은 관 주변의 고온 열 교환 매질의 하향 흐름의 결과로서 관(28)의 아래쪽으로 간다. 충분히 높은 온도에서, 탄소 물질 내에 함유된 수분은 기화하여, 관(28)의 하단을 향해 위치한 냉각 탄소 물질 상에 응축된다. 결국, 타르 및 기체와 같은 다른 부산물과 함께 실질적으로 모든 물이 열 교환기(20)의 유출구(26)에 모인다. 열 교환기(20)의 하단에 위치한 밸브(40)가 열려 열 교환기로부터 물 및 다른 부산물을 배수시킨다.
탄소 물질이 관(28)내에 머물러야 하는 시간 량은 입자의 크기, 시스템이 작동되는 온도, 관내로 분사되는 기체의 압력 및 원하는 가열 수치에 따라 변화할 것이다. 전형적으로, 시간량은 약 5분 내지 약 30분이다. 필요한 시간량은 일반적으로 열 교환기내 온도 및 압력이 증가함에 따라 감소한다. 반대로, 보다 저온 및 저압이 사용되면 필요한 시간량이 증가한다.
시스템(10)을 이용하는 방법은 대략 121.1℃ 내지 648.9℃의 온도 및 대략 2 내지 약 3000PSIG의 압력에서 실시된다. 열 교환 매질이 시스템 전체를 순환하는 온도가 약 398.9℃ 만큼에 이르게 할 때 탄소 물질을 개선시키기 위한 가장 일관된 결과가 얻어지는 경향이 있다.
열교환 및 개선 단계의 말렵에, 조절 밸브(41)를 개방함으로써 압력이 저하된다. 외장(30)내에 위치한 관(28)은 밸브(41) 및 그리고나서 열 교환기의 하단에 위치한 밸브(42)를 개방함으로써 비워진다. 그리고나서 탄소 물질은 콘베이어(48)상에서 제2저장소(50)로 이동되어 여기에서 일시적으로 저장된다. 제2저장소(50)의 하단으로부터 뻗어 있는 것은 탄소 물질을 펠릿화하고 이를 냉각기(54)로 이동시키는 압출기(52)이다. 탄소 물질이 충분히 냉각된 후, 물질은 제2압출기(56)로 이동하며 이는 펠릿을 저장 장소로 이동시킨다.
제2도를 참고로 하면, 연속 형 연료 개선 시스템(210)이 도시되어 있다. 연속 연료 개선 시스템은 개선시킬 탄소 물질을 저장하는 록 호퍼(lock hopper)로 본원에 달리 언급되는 한 쌍의 수납 저장소(212a) 및 (212b)를 포함한다. 탄소 물질은 열 교환기(220)의 상단에 이르는 콘베이어(214)상에 침적된다. 하단 밸브(241)가 닫히면, 탄소 물질은 열 교환기의 상단에 있는 밸브(218)를 통과하여 외장(230)내에 함유된 관(228)으로 통과한다. 본 방법은 록 호퍼(212a) 또는 (212b)의 하나가 비어있는 동안 다른 것이 콘베이어(214)를 통해 재충전될 수 있으므로 연속적이다.
일단 관(228)이 차면, 밸브(218)는 닫히고 질소와 같은 불활성 기체 또는 이산화 탄소와 같은 다른 기체가 대기압 하에 관(228)내로 분사된다. 불활성 기체(234) 또는 이산화 탄소와 같은 다른 기체는 흐름이 활성화되면 기체가 쉽게 대기압에 있는 관(228)으로 유입되는 만큼의 압력하에 있다. 관내의 압력이 원하는 수준으로 증가하면, 기체 흐름이 멎는다. 불활성 기체 또는 이산화탄소와 같은 다른 기체는 시스템의 압력을 약 2PSIG 내지 약 3000PSIG로 증가시키며, 바람직하게 시스템의 압력을 약 800PSIG로 증가시킬 것이다. 관이 가압된 후, 제1도의 열교환기(20)를 참고로 기재된 바와 같이 외장(230) 전체에 열 교환 매질을 연속적으로 순환 시킴으로써 탄소 물질의 온도가 상승된다. 다시, 열 교환 매질의 하향 흐름 때문에, 탄소 물질내에 함유된 실질적으로 모든 수분이 열 교환기(220) 하단으로 향하며, 여기서 모여 타르 또는 다른 기체와 같은 임의의 부산물과 함께 밸브(240)를 통해 배수될 수 있으며, 이들은 제거된다. 열 교환 매질은 밸브(239)를 통해 외장(230)을 나가고, 밸브(238)를 통해 재유입되기 전에 로(236)를 통해 순환한다. 열 교환 매질의 온도는 약 121.1℃ 내지 약 648.9℃일 것이며, 바람직하게 약 393.9℃일 것이라고 여겨진다.
질소(234) 또는 다른 불활성 기체는 관(228)의 내벽과 접촉하고 열을 수집하여 이를 탄소 물질에 수송함으로써 열 수송 운반자로 작용한다. 열교환 및 개선 방법이 완결되면 열 교환기(220)의 하단에 있는 밸브(241) 및 (242)가 열려 압력이 대기압으로 감소되도록 하고 탄소 물질이 콘베이어(248)상에 떨어지게 하며 이는 탄소 물질을 한 쌍의 출구 록 호퍼(250) 및 (252)로 수송시킨다. 제1록 호퍼(250)상의 밸브(254)가 열려 탄소 물질이 그 내에 침적되도록 한다. 일단 제1록 호퍼(250)가 차면, 밸브(254)는 닫히고 제2록 호퍼(252)의 상단에 위치한 벨브(256)가 열려 탄소 물질이 그 안으로 흐르게 할 수 있다. 록 호퍼(250) 및 (252)둘다 각각 압출기(258) 및 (260)을 갖도록 제공되어 있어, 탄소 물질을 펠릿화하고 이를 냉각기(262)로 수송한다. 충분한 냉각 후, 탄소 물질을 제2압출기(264)로 수송되며, 이는 탄소 물질을 저장 설비로 수송한다.
제3도는 열 교환기(120)의 두번째 구체예를 나타내며, 이는 본 발명에 따른 제1도의 뱃치형 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이 구체예에서, 열 교환기(120)는 교환기(120)의 맞은편에 위치한, 탄소 물질을 위한 유입구(124) 및 유출구(126), 개선을 위해 탄소 물질이 충전되는 다수의 관(128), 탄소 물질을 관(128)내에서 일정 압력 하에 유지하기 위한 상단 밸브(118) 및 하단 밸브(141), 및 다수의 관을 둘러싸는 외장(130) 및 불활성 기체(134) 또는 이산화탄소와 같은 다른 기체를 관내로 분사하기 위한 유입 밸브(135)를 포함한다. 불활성 기체 또는 이산화탄소 기체는 흐름이 활성화 되면 기체가 쉽게 대기압에 있는 관(128)내로 흐르도록 하는 압력하에 있다. 관내의 압력이 원하는 수준으로 증가하면, 기체 흐름이 멎는다. 일반적으로, 불활성 기체는 시스템의 압력을 약 2PSIG 내지 약 3000PSIG 및 바람직하게 약 800PSIG로 증가시킬 것이다. 외장(130)은 열 교환 매질이 순환되는 4개의 유입/유출 밸브(144-147)를 포함한다. 제1밸브(144)는 밸브(118)바로 아래 열 교환기의 상단에 인접하여 위치한다. 제2밸브(145)는 제1밸브(144) 아래 열 교환기(120)길이의 약 ⅓아래 위치한다. 제3밸브(146)는 제1 및 제2밸브 둘다의 아래에, 열 굘환기(120)길이의 약 ⅔아래 위치하며, 제4밸브(147)는 밸브(141)위 열 교환기(120)의 하단에 인접하여 위치한다. 외장(130)의 내벽으로부터 뻗어있는 것은 교호하는 단계-식 양상으로 배열된 다수의 개방-말단 플랜지(122)이며 이위로 열 교환 매질이 외장(130)내에서 하향으로 흐른다.
밸브(141)가 닫히고 탄소 물질이 관(128)내에 충전되고 밸브(118)가 닫히고 불활성 기체 또는 이산화 탄소가 관(128)내로 분사된 후, 열 교환 매질이 외장(130) 전체를 연속적으로 순환하여 관(128)내에 함유된 탄소 물질의 온도를 증가시킨다. 열 교환 매질은 탄소 물질내에 함유된 수분을 기화시키기 충분한 온도로 로(149)에 의해 가열된다. 전형적으로 열 교환 매질은 약 121.1℃ 내지 약 648.9℃로 가열되며, 바람직하게 약 398.9℃로 가열된다. 열 교환 매질은 제1밸브(144)를 통해 외장(130)내로 도입된다. 먼저 밸브(144) 및 (147)를 열고 밸브(145) 및 (146)를 닫아, 열 교환 매질이 외장(130)을 충전시키도록 한다. 일단 외장이 충전되면, 밸브(147)는 닫고 밸브(145)는 열어 열 교환 매질이 주로 외장의 ⅓ 위쪽을 순환하게 한다. 열 교환 매질이 최상단 플랜지(122)의 말단으로 흐름에 따라, 열 교환 매질은 다음 플랜지(122)로 아래로 흐른다. 이 전후 하향 흐름은 열 교환 매질이 제2밸브(145)에 닿을 때까지 계속하여, 여기서 제2밸브(145)를 통해 흘러나와 재가열을 위한 로(149)를 통해 다시 순환된다. 열 교환 매질이 외장(130) 전체를 순환하는 방법 도중, 탄소 물질내에 함유되어 있는 수분이 증발하고 열 교환 매질이 순환되는 열 교환기 높이 아래 위치한 냉각기 탄소 물질 상에서 냉각된다. 관(128)의 상단 ⅓내에 위치한 탄소 물질내에 함유된 실질적으로 모든 수분이 제2밸브(145) 높이 미만으로 떨어진 후, 제4밸브(147)를 닫아 둔채 제2밸브(145)는 닫고 제3밸브(146)는 연다. 이는 이제 필수적으로 모든 수분이 제3밸브(146)는 높이 아래 위치한 탄소 물질상에 기화하여 응축할 때까지 열 교환 매질이 외장의 상단 ⅔ 전반을 순환하도록 한다. 실질적으로 모든 수분이 제3밸브(146)높이 아래에 함유되어 있으면, 제2밸브(145)를 닫은 채 제3밸브(146)를 닫고 제4밸브(147)를 연다. 결국, 탄소 물질 충전물 내에 존재한 실질적으로 모든 수분이 제4밸브(147) 높이 아래 떨어지고 여기서 모여 충전물에서 나오는 타르 및 다른 기체와 같은 다른 부산물과 함께 밸브(140)를 통해 열 교환기로 부터 배수된다. 개선 방법이 완결된 후, 충전물은 펠릿화를 위해 압출기(150)로 공급된다.
제4도는 바람직하게 본 발명에 따른 제1도의 뱃치 형 시스템과 함께 사용되는 열 교환기(320)의 제3구체예를 나타낸다. 이 구체예에서, 열 교환기(320)는 열 교환기의 맞은편에 위치한 유입구(324) 및 유출구(326), 탄소 물질을 가열하기 위해 열 교환 매질이 이를 통해 순환되는 다수의 수평 배열 관(344(a-d)), 및 탄소 물질이 충전되는 외장을 포함한다. 탄소 물질은 외장(330) 전체에 탄소 물질을 분산시키기 위해 바깥쪽으로 회전하는 2개의 축 배열 오오거(332)중 하나에 떨어진다. 밸브(336)는 탄소 물질이 외장(330)내로 충전되기 전에 닫는다. 일단 탄소 물질이 외장(330)내로 충전되었으면, 밸브(334)를 또한 닫고 질소(338)와 같은 불활성 기체 또는 이산화탄소와 같은 어떤 다른 기체를 외장(330)내로 분사한다. 불활성 기체는 흐름이 활성화될 때, 대기압에 있는 외장(330)내로 기체가 쉽게 흘러들어가도록 하는 압력 하에 있다. 관 내의 압력이 원하는 수준으로 증가하면, 기체 흐름이 멎는다. 시스템의 압력을 약 2PSIG 내지 3000PSIG로 증가시키는 것이 바람직하며, 바람직한 압력은 약 800PSIG이다. 외장(330)은 열 교환 매질이 이를 통해 순환하는, 유입구/유출구 밸브(342(a-h))를 갖는 다수의 수평 배열관(344(a-d))을 포함한다. 처음에, 열 교환 매질은 제1밸브(342(a))를 통해 수평 배열 관(344(a))으로 들어간다. 열 교환 매질은 제1관의 말단에 이르고 밸브(343(b))를 통과할때까지 제1밸브(344(a))를 운행한다. 그 지점에서 열 교환 매질은 커플링 부재(346)를 통해 두번째 수평 배열관(344(b))으로 이동된다. 열 교환 매질은 밸브(342(c))를 통해 관(344(b))으로 들어가며, 이리하여 흐름의 방향이 첫번째 수평 배열관(344(a))과 반대이다. 열 교환 매질은 수평 배열관 (344(a-d)) 및 밸브(342(a-h))전체에 순환시키는 이 방법은 열 교환 매질이 관(344(d))을 나올 때까지 계속된다. 일단 열 교환 매질이 밸브(342(h))를 통해 관(344(d))을 통과하여 나오면, 열 교환 매질은 로(360)를 통과하며 제1유입밸브(342(a))를 통해 재도입되기 전에 여기서 재가열된다. 일반적으로, 탄소 물질 내에 함유된 수분을 기화시키기 위해 시스템을 약 121.1℃ 내지 약 648.9℃ 및 바람직하게 약 398.9℃로 가열하는 것이 필요하다. 다시 열 교환 매질을 하향으로 전후 순환시키는 이 방법은 탄소 물질 내에 함유된 실질적으로 모든 수분이 타르 및 다른 기체와 같은 임의의 다른 부산물과 함께 충전물에서 제거되도록 하며, 이때 이는 열 교환기의 하단에 위치한 밸브(350)에서 모인다. 개선 방법이 완결된 후, 두번째 쌍의 오오거(340)는 개선된 탄소 물질을 출구(326)로 이동시킨다. 열 교환 매질을 비교적 일정한 온도에서 유지시키도록 돕기 위해 외장 주변 둘레에 단열 블랭킷(352)이 제공된다. 또한, 관(344(a-d))의 제거가 필요할 때마다 관(344(a-d))에 닿을 수 있는 다수의 해치(hatch)(346(a-d))가 외장(330)을 따라 제공되어 있다.
제5 및 제6도는 본 발명에 유용한 열 교환기(420)의 네번째 구체예를 나타낸다. 이 구체예에서, 열 교환기는 열 교환기의 맞은편에 위치한 유입구(424) 및 유출구(426), 탄소 물질을 열 교환기내로 아래로 향하게 하기 위한 관(428), 탄소 물질로 부터 열 교환 매질을 분리시키는 평판 부재(440)로부터 뻗어 있는 다수의 수직 배열관(444) 및 탄소 물질이 충전되는 외장(430)을 포함한다. 열 교환기를 이용하기 위해, 유출구(426)에 인접하여 위치한 밸브(442)를 닫고 탄소 물질을 유입구(424), 밸브(418) 및 유입관(428)을 통해 외장(430)내에 침적시킨다. 그리고나서, 밸브(418)를 닫고, 시스템의 압력을 증가시키기 위해 질소와 같은 불활성 기체 또는 이산화탄소와 같은 어떤 다른 기체를 외장(430)내로 분사한다. 전형적으로, 이 불활성 기체는 시스템의 압력을 약 2PSIG 내지 3000PSIG 및 바람직하게 약 800PSIG로 증가시킬 것이다. 외장내의 압력이 원하는 수준에 이르면, 기체 흐름을 멈춘다.
탄소 물질의 온도를 증가시키기 위해, 열 교환 매질이 수직 배열관(444) 전체를 연속적으로 순환한다. 순환을 보조하기 위해, 방법 세프트(456)가 수직 배열관(444)각각으로 뻗는다. 열 교환 매질이 새프트(456)를 접촉하면 열 교환 매질은 와류 때문에 관(444)내에서 소용될이치는 경향이 있다. 열 교환 매질은 밸브(446)를 통해 열 교환기에 들어가, 수직 배열관(444)의 각각을 통해 상하 순환하여 개방 영역(448) 및 출구 밸브(450)로 가서 여기서 로(460)를 통과하여 밸브(446)를 통해 재도입된다. 이상적으로, 열 교환 매질의 온도는 약 121.1℃ 내지 약 648.9℃일 것이며, 바람직하게 약 398.9℃일 것이다. 수분, 및 타르 및 다른 기체와 같은 다른 부산물은 탄소 물질을 모으기 전에 밸브(442)를 열어 출구(454)에서 모은다.
제1-6도에 나타난 구체예 하에서 작동 시간을 감소시키기 위해, 시스템을 통과하는 불활성 기체가 열 교환 매질의 최적 작동 온도에 이르는 온도로 예열될 수 있다. 시스템의 바람직한 전체 작동 시간의 감소는 예컨대 불활성 기체 온도가 가열된 탄소 물질 온도보다 대략 10℃(50℉)미만으로 예열되면 얻어진다.
탄소 물질이 바람직하지 않게 높은 양의 황을 함유하는 경우, 탄소 물질을 열 교환 및 개선 단계가 실시되기 전 또는 후에 처리될 수 있다. 탄소 연료를 개선시키기 전에, 개선 방법 중 생성되는 H2S의 양은 탄소 물질 충전물에 석회암과 같은 소량의 흡수제 물질을 첨가함으로써 원하는 양으로 제한할 수 있다. 시간에 따른 온도 및 압력 때문에, 흡수제는 생성된 H2S의 대부분을 흡수할 것이다. 이 방법은 부가적인 값비싼 장치에 대한 요구를 제거한다. 그리고나서 마무리된 생성물은 압출 및 펠릿화 단계 이전에, 개선된 탄소 물질로부터 흡착제 물질을 분리시키는 진동 스크린 위를 통과할 수 있다. 또한, 탄소 물질이 압출되고 펠릿화되기 전에, 탄소 물질이 탈 때 SOx의 96%이하가 대기로 들어가기 전에 포획될 수 있도록 황 대 칼슘의 %기준으로 새로운 흡수제가 첨가될 수 있다.
본 발명을 보다 예증하기 위해, 하기 구체적 실시예가 제공된다. 이들 실시예는 본 발명에 사용된 시간, 온도 및 압력 관계에 있어 유용한 변화의 예시로서 제공되어 있지만 본원에 기재된 대로 그리고 추가된 청구의 범위에 기재된 대로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
채광된 대로 수분 함량 31.0중량% 및 파운드 당 7,776BTU의 가열 수치를 갖는 와이오밍 아역청탄을 제1도의 열 교환기의 수납관내에 충전시켰다. 그리고나서, 상단 밸브를 닫고 아역청탄을 함유하는 용기내에 질소를 도입했다. 관 내의 압력을 800psig에서 유지시키면서 열 교환 매질의 온도를 398.9℃에서 유지시켰다. 관내에 함유된 탄소 물질의 온도는 353.9℃(669℉)에 달했다. 연료 개선 방법을 20분간 실시했다. 개선 방법의 종결에서, 열 교환기의 하단에 위치한 밸브를 열고 충전물을 제거했다. 개선 방법이 완결된 후, 탄소 물질은 수분이 없는 기준으로 파운드당 12,834BTU의 증가된 가열 수치를 가졌다.
[실시예 2]
채광된 대로 37.69중량%의 수분 함량 및 파운드 당 6,784BTU의 가열 수치를 갖는 노오스 다코타 갈탄을 제1도의 열 교환기의 수납관내에 충전시켰다. 그리고나서, 상단 밸브를 닫고, 갈탄을 함유하는 관내에 질소를 도입했다. 관 내의 압력을 900psig에서 유지시키면서 열 교환 매질의 온도를 398.9℃에서 유지시켰다. 관내에 함유된 탄소 물질의 온도는 346.6℃(656℉)에 달했다. 연료 개선 방법을 19분 동안 실시했다. 개선 방법의 종결시, 열 교환기의 하단에 위치한 밸브를 열고 충전물을 제거했다. 개선 방법이 완결된 후, 탄소 물질은 수분이 없는 기준으로 파운드당 12,266BTU의 증가된 가열 수치를 가졌다.
[실시예 3]
채광된 대로 67.2중량%의 수분 함량 및 파운드 당 2,854BTU의 가열 수치를 갖는 캐나다 이탄을 제1도의 열 교환기의 수납관내에 충전시켰다. 그리고나서, 상단 밸브를 닫고, 캐나다 이탄을 함유하는 관내에 질소를 도입했다. 관 내의 압력을 1,000psig에서 유지시키면서 열 교환 매질의 온도를 398.9℃에서 유지시켰다. 관내에 함유된 탄소 물질의 온도는 360.0℃(680℉)에 달했다. 연료 개선 방법을 20분간 실시했다. 개선 방법의 완결시, 열 교환기의 하단에 위치한 밸브를 열고 충전물을 제거했다. 개선 방법이 완결된 후, 탄소 물질은 수분이 없는 기준으로 파운드당 13,535BTU의 증가된 가열 수치를 가졌다.
[실시예 4]
채광된 대로 70.40중량%의 수분 함량 및 파운드 당 2,421BTU의 가열 수치를 갖는 견목을 제1도의 열 교환기의 수납관내에 충전시켰다. 그리고나서, 상단 밸브를 닫고, 견목을 함유하는 관 내에 질소를 도입했다. 관 내의 압력을 800psig에서 유지시키면서 열 교환 매질의 온도를 398.9℃에서 유지시켰다. 관내에 함유된 탄소 물질의 온도는 341.1℃(646℉)에 달했다. 연료 개선 방법을 7분 동안 실시했다. 개선 방법의 완결시, 열 교환기의 하단에 위치한 밸브를 열고 충전물을 제거했다. 개선 방법이 완결된 후, 탄소 물질은 수분이 없는 기준으로 파운드당 11,414BTU의 증가된 가열 수치를 가졌다.
본 발명의 다양한 구체예는 또한 비교적 쓸모없는 생물량 물질을 고순도 석탄제조에 유용한 활성탄으로 전환시키는데 이용될 수 있다. 예컨대, 생물량 물질을 제1도의 열 교환기의 수납관 내로 충전시키는 동안, 생물량의 실제 조성물에 따라 2PSIG 내지 3000PSIG의 압력을 시스템에 제공하는 예열된 불활성 기체로 관을 계속 소제한다. 시스템 온도는 약 121.1℃ 내지 약 815.6℃이다. 한가지 시험, 실시(하기 표1참조)에서, 시간당 102ft(SCFH)로 흐르는 질소로써 수납관을 소제하고 평균 온도를 대략 398.9℃에서 유지시키고 압력을 대략 20PSIG에서 유지시켰다.
열 교환기내에서 15분 후, 질소 소제를 중단하고 생물량을 실질적으로 건조시키고 대략 20분간 식혔다. 이 방법은 생물량 물질을 수분이 없는 기준으로 12,949BTU의 가열 수치를 갖는 가공되지 않은 활성탄으로 전환시켰다.
기재된 본 발명의 바람직한 구체예는 진술된 목적을 충족시키기 위해 잘 산정되어 있다는 것이 분명할 것이나, 본 발명은 그 정신에서 벗어나지 않고 수정, 변동 및 변화시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (32)

  1. 외장의 제1말단에 있는 입구(24,124,324,424) 및 제1말단으로부터 떨어져 있는 외장의 제2말단에 있는 출구(26,126,326,426)를 갖는 외장(30,130,230,330,430), 고체 미립 탄소 물질의 충전물을 수용하기 위한, 외장내에 함유된 하나이상의 관 부재(28,128,228,344a-d,444), 하나이상의 관 부재로 고체 미립 충전물을 분산시키기 위한 상부 밸브(16/18, 118, 218, 334, 418/428), 및 상기 출구로부터 충전물을 제거하기 위한 하부 밸브(41/42, 414,242,336,442)를 포함하는 열 교환기(20,120,220,320,420); 상기 하나 이상의 관 부재내에 가압된 기체(34,134,234,338)를 도입하기 위한 입구 밸브(35,135) 및 상기 하나 이상의 튜브와 접촉하는 상기 외장 내에 열 교환 매질을 순환시키는 순환 수단(44/46/36/22/34, 144-147/149/122/134, 238/239/236/234, 342-a-h/360/338, 444/446/448/456/460)으로 구성됨으로써, 상기 외장 내에서 열 교환 매질을 고온에서 연장된 시간 동안 순환시키면 고체 미립 탄소 물질 충전물의 BTU값이 증가되는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치(10,210).
  2. (2회정정) 제1항에 있어서, 제거 수단은 탄소 물질의 고체 미립 충전물이 상기 열 교환기를 나갈 때 충전물 저장하는 출구저장소(50, 250/252)에 상기 충전물을 수송하기 위한 출구 콘베이어(48,248)를 포함하며, 상기 출구 콘베이어가 상기 출구로부터 뻗어있고, 상기 출구저장소가 상기 출구 콘베이어로부터 뻗어 있는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  3. (2회정정) 제2항에 있어서, 펠릿화를 위한 상기 고체 미립 탄소 물질을 제조하기 위한 압출기(52,258/260)를 부가로 포함하고, 상기 압출기는 상기 출구 저장소로부터 뻗어 있는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  4. (2회정정) 제1항에 있어서, 상기 순환 수단은 상기 외장으로부터 안쪽으로 뻗어있는 플랜지(22,122)를 포함함으로써, 상기 열 교환 매질이 상기 외장내에서 상기 플랜지 위로 향하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  5. (2회정정) 제4항에 있어서, 상기 순환기는 제1밸브(144)가 상기 외장의 입구에 인접하여 위치하고, 제2밸브(145)가 상기 외장을 따라 상기 제1밸브아래에 위치하는 다수의 이중 입구-출구 밸브(144-147), 및 열 교환 매질을 가열하기 위한 로(149)에 이어지는 상기 제1 및 제2입구-출구 밸브로부터 뻗어있는 도관 수단을 포함하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  6. (2회정정) 제5항에 있어서, 상기 외장을 따라 떨어져 있는 4개의 입구-출구 밸브가 제공되어 있는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  7. (2회정정) 제5항에 있어서, 상기 외장 전체를 순환하는 상기 열 교환매질을 121.1℃ 내지 648.9℃로 가열하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  8. (2회정정) 제1항에 있어서, 상기 가압된 기체는 불활성 기체를 포함하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  9. (2회정정) 제8항에 있어서, 상기 불활성 기체는 질소를 포함하는, 탄소물질을 개선시키기 위한 장치.
  10. (2회정정) 제8항에 있어서, 상기 가압된 기체는 이산화탄소를 포함하는, 탄소물질을 개선시키기 위한 장치.
  11. (2회정정) 제1항에 있어서, 수소가 상기 가압된 기체와 함께 분사되는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  12. (정정) 제1항에 있어서, 상기 탄소 물질을 함유하는 상기 하나 이상의 관의 압력을 개선 도중 2PSIG 내지 3000PSIG에서 유지하는, 탄소물질을 개선시키기 위한 장치.
  13. (정정) 제1항에 있어서, 상기 열 교환 매질이 오일인, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  14. (2회정정) 제1항에 있어서, 상기 열 교환 매질은 가열된 기체를 포함하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  15. (2회정정) 제1항에 있어서, 탄소 물질의 고체 미립 충전물을 저장하기 위한 2개 이상의 유입 록 호퍼(212a ＆ b)와, 고체 미립 탄소 물질 충전물을 상기 록 호퍼 중 하나로부터 상기 열 교환기로 이동시키고, 고체 미립 탄소 물질 충전물을 하나 이상의 관 부재내에 도입하면서 동시에 상기 2개이상의 유입 록 호퍼의 다른 하나가 고체 미립 탄소 물질로 충전되는 입구 콘베이어(214)를 부가로 포함하는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  16. (2회정정) 제1항에 있어서, 상기 순환 수단은, 서로 연결되어 있는 관의 각각의 연속 셋트를 통해 상기 열 교환 매질을 반대로 향하게 하기 위한 일렬로 배열된 서로 연결된 관(344a-d)의 다수의 셋트를 부가로 포함하며, 상기 열 교환 매질은 입구 밸브(342a)를 통해 상기 외장의 제1말단에 위치한 상기 서로 연결된 관(344a)의 제1셋트로 도입되고, 상기 외장의 제2말단을 따라 위치한 출구 밸브(342h)를 통해 상기 서로 연결된 관(344d)의 제2셋트를 나가는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  17. (2회정정) 제16항에 있어서, 상기열 교환 매질은 상기 출구 밸브를 나간 후 그리고 상기 서로 연결된 관의 상기 제1셋트로 재순환되기 전에 로(360)에 의해 재가열되는, 탄소 물질을 개선시키기 위한 장치.
  18. (a)외장(30,130,230,330,430)내의 하나이상의 입구 관 부재(28,128,228,344a-d,444), 고체 미립 탄소 물질을 위한 입구(24,124,324,424) 및 상기 하나이상의 관과 소통하는 가압된 기체(34,134,234,338)를 위한 입구(35,135)를 구비하는 열 교환기(20,120,220,320,420)를 제공하고; (b) 상기 탄소 물질을 위한 입구를 통해 상기 열 교환기내에 포함된 하나 이상의 관내로 탄소 물질의 고체 미립 충전물을 도입하고; (c) 상기 열 교환기의 외장 내에 열 교환 매질을 도입하고; (d)상기 하나이상의 관 주변에 그리고 이와 접촉하여 상기 열 교환기의 외장내에 열 교환 매질을 순환시키고; (e) 가압된 기체를 상기 기체 입구를 통해 고체 미립 탄소 물질을 함유하는 상기 하나 이상의 관내로 분사하고; 그리고 (f) 일단 고체 미립 탄소 물질이 개선된 BTU값을 얻었으면, 고체 미립 탄소 물질을 회수하는 단계로 구성되는, 탄소 물질의 개선 방법.
  19. (정정) 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 관 내 압력을 2PSIG 내지 3,000PSIG 에서 유지하는, 탄소 물질의 개선 방법.
  20. (정정) 제18항에 있어서, 상기 하나이상의 관 주변을 순환하는 열 교환매질을 121.1℃ 내지 648.9℃의 온도로 가열하는, 탄소 물질의 개선 방법.
  21. (2회정정) 제20항에 있어서, 고체 미립 탄소 물질을 상기 하나 이상의 관내에서 3분 이상의 시간동안 소정의 온도 및 압력에서 보유하는, 탄소 물지의 개선 방법.
  22. (2회정정) 제20항에 있어서, 고체 미립 탄소 물질을 상기 하나 이상의 관내에서 30분 이상의 시간 동안 소정의 온도 및 압력에서 보유하는, 탄소 물질의 개선 방법.
  23. (정정) 제18항에 있어서, 상기 열 교환 매질이 오일인, 탄소 물질의 개선 방법.
  24. (정정) 제18항에 있어서, 상기 열 교환 매질은 가열된 기체인, 탄소 물질의 개선 방법.
  25. 외장(30,130,230,330,430)내의 하나이상의 입구 관 부재(28,128,228,344a-d,444), 고체 미립 탄소 물질을 위한 입구(24,124,324,424) 및 상기 하나이상의 관과 소통하는 가압된 기체(34,134,234,338)를 위한 입구(35,135)를 구비하는 열 교환기(20,120,220,320,420)를 제공하고, 외장내에 포함된 하나 이상의 관내로 고체 미립 탄소 물질을 충전시키고, 상기 하나 이상의 관내에 가압된 기체를 분사하고, 상기 하나 이상의 관 주변에 그리고 일반적으로 이와 직접 접촉시켜 열 교환 매질을 순환시킴으로써 상기 고체 미립 탄소 물질을 가열하고, 상기 탄소 물질에 함유된 물을 가열하여 제거하고, 탄소 물질의 온도를 상기 하나 이상의 관 내에서 선결된 온도로 증가시키고, 개선된 탄소 물질을 회수하는 단계로 구성되는, 탄소 물질의 개선 방법.
  26. (정정) 제25항에 있어서, 압력이 선결된 수준에 이를 때까지 열 교환 매질을 순환시키면서 가압 기체를 상기 하나 이상의 관내로 도입하는, 탄소 물질의 개선방법.
  27. (정정) 제25항에 있어서, 상기 열 교환 매질은 오일인, 탄소 물질의 개선 방법.
  28. (정정) 제25항에 있어서, 상기 열 교환 매질은 가열된 기체인, 탄소 물질의 개선 방법.
  29. (정정) 제26항에 있어서, 하나 이상의 관내로 도입되는 가압된 기체가 2PSIG 내지 3000PSIG이고, 탄소 물질이 상승되는 선결 온도가 121.1℃ 내지 648.9℃인, 탄소 물질의 개선 방법.
  30. (정정) 제29항에 있어서, 상기 고체 미립 탄소 물질을 상기 하나 이상의 관내에 3분 내지 30분 동안 보유하는, 탄소 물질의 개선 방법.
  31. (2회정정) 제25항에 있어서, 개선된 고체 미립 탄소 물질은 개선된 탄소 물질을 펠릿화하기 위해 압출기(52,150,258/260)를 통해 회수하는, 탄소 물질의 개선 방법.
  32. (a)외장(130)내의 하나이상의 입구 관 부재(128), 고체 미립 탄소 물질을 위한 입구(124) 및 상기 하나이상의 관과 소통하는 가압된 기체(134)를 위한 입구(135), 및 열교환기의 적어도 한 치수를 따라 그의 외부로 이격된 다수의 밸브(144-147)를 구비하는 열 교환기(120)를 제공하고; (b) 상기 탄소 물질을 위한 입구를 통해 상기 하나 이상의 관내로 탄소 물질의 고체 미립 충전물을 도입하고; (c) 하나 이상의 관으로부터 상기 고체 미립 탄소 물질의 장입물로의 열교환을 촉진시키기위해 가압된 기체를 상기 하나 이상의 관내로 분사하고; (d) 다수의 밸브의 선택된 쌍을 개방 및 폐쇄함으로써 하나이상의 튜브의 연속적으로 긴 부분 주변의 상기 열 교환기의 외장 전체에 열 교환 매질을 순환시키고; 그리고 (e) 일단 고체 미립 탄소 물질이 소정의 BTU값에 이르면 고체 미립 탄소 물질을 회수하는 단계로 구성되는, 탄소 물질의 개선 방법.
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