RU2098450C1 - Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) - Google Patents
Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2098450C1 RU2098450C1 RU96105954/04A RU96105954A RU2098450C1 RU 2098450 C1 RU2098450 C1 RU 2098450C1 RU 96105954/04 A RU96105954/04 A RU 96105954/04A RU 96105954 A RU96105954 A RU 96105954A RU 2098450 C1 RU2098450 C1 RU 2098450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- semicoke
- coal
- coke
- semi
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу переработки некоксующегося угля в пассивированный полукокс. Более конкретно, изобретение относится к способу последовательной переработки некоксующегося угля в полукокс, имеющий пригодную устойчивость при хранении с одновременным сохранением желательных топливных характеристик. The invention relates to a method for processing non-coking coal into a passivated semi-coke. More specifically, the invention relates to a method for the sequential processing of non-coking coal into semi-coke having suitable storage stability while maintaining the desired fuel characteristics.
Наиболее богатые угольные месторождения в западной части Северной Америки приходятся на долю низкосортного угля, включая полубитуминозный уголь и бурый уголь. Многие месторождения низкосортного угля разрабатываются относительно дешевым способом по сравнению с углем более высокого сорта, добываемого в восточной части Северной Америки, Австралии и Европе, однако его экономическая ценность существенно снижается за счет содержания значительных количеств влаги и кислорода в объединенной форме. Влага, содержащаяся в угле, приводит как к высоким затратам на транспортировку от месторождения угля до конечного пункта его использования, так и к снижению теплоты, вырабатываемой из угля во время его сгорания, вследствие тепла, необходимого для выпаривания влаги. Данная проблема обычно присуща всем полубитуминозным углям и особенно остро стоит в отношении низкосортного угля, который может содержать от 20 до 50% влаги во время добычи. The richest coal deposits in western North America are low-grade coal, including semi-bituminous coal and brown coal. Many low-grade coal deposits are developed in a relatively cheap way compared to higher-grade coal mined in eastern North America, Australia and Europe, but its economic value is significantly reduced due to the presence of significant amounts of moisture and oxygen in a combined form. Moisture contained in coal leads both to high transportation costs from the coal deposit to the final point of its use, and to a decrease in the heat generated from coal during its combustion, due to the heat required to evaporate moisture. This problem is usually inherent in all semi-bituminous coals and is especially acute in relation to low-grade coal, which may contain from 20 to 50% moisture during production.
Хорошо известная методика с целью снижения влагосодержания в угле заключается в выпаривании влаги путем низкотемпературного нагревания угля до температуры приблизительно 80-150 oC. Однако метод низкотемпературного нагревания имеет недостаток, заключающийся в том, что полученный сухой уголь имеет склонность к саморазогреванию, а также легко реабсорбирует влагу из атмосферы с тем, чтобы достичь своего первоначального состояния влагосодержания. Саморазогревание, также упоминаемое как "аутогенное" нагревание или пирофорность, представляет собой склонность материала к спонтанному воспламенению и сгоранию при контакте с воздухом при температурных условиях окружающей среды. Это саморазогревание связано с двумя процессами: теплотой повторной гидратации сухого угля или полукокса и хемосорбцией кислорода.A well-known technique to reduce moisture content in coal is to evaporate moisture by low-temperature heating of coal to a temperature of approximately 80-150 o C. However, the method of low-temperature heating has the disadvantage that the obtained dry coal has a tendency to self-heating, and also easily reabsorb moisture from the atmosphere in order to reach its original state of moisture content. Self-heating, also referred to as “autogenous” heating or pyrophoricity, is the tendency of a material to spontaneously ignite and burn when exposed to air under ambient temperature conditions. This self-heating is associated with two processes: the heat of re-hydration of dry coal or semi-coke and oxygen chemisorption.
Методы газификации в мягких условиях, используемые при получении топлива в результате переработки, также обычно предусматривают сушку угля перед газификацией для образования полукокса. Уголь сушат путем термообработки с использованием постоянно протекающих нагретых потоков газа, обедненного кислородом, дня конвективной теплопередачи угля. Аналогично сухому углю, полукокс, как хорошо известно, тоже имеет склонность к саморазогреванию при хранении и транспортировке в условиях окружающей среды или при контактировании с водой в жидкой или парообразной форме. The mild gasification methods used to produce fuel from refining also typically involve drying the coal before gasification to form semi-coke. Coal is dried by heat treatment using continuously flowing heated streams of oxygen-depleted gas, the day of convective heat transfer of coal. Like dry coal, semi-coke, as is well known, also tends to self-heat when stored and transported under ambient conditions or when it is in contact with water in liquid or vapor form.
При воздействии атмосферных условий сухой полукокс быстро адсорбирует водяной пар и кислород и затем нагревается и воспламеняется, если его не охладить. Адсорбция водяного пара или кислорода и полученное окисление полукокса проявляются при экзотермической реакции. Кислород физически адсорбирует на поверхность угля и химически взаимодействует с органическими молекулами в самом угле. Эта реакция может иметь критическое выделение тепла в диапазоне приблизительно 120000 кДж на 1 моль кислорода. Так как скорости окисления будут примерно удваиваться при повышении температуры на каждые 10o, теплота, если она не рассеяна, будет стимулировать процесс самоускоряющегося окисления и вызывать постепенноео повышение температуры угля вплоть до спонтанного воспламенения угля. Если саморазогревание полукокса достигает температуры воспламенения, данный процесс обычно называется "самовозгоранием", представляющим серьезную опасность в любом случае, независимо от того, храниться ли уголь в отвалах или он транспортируется.When exposed to atmospheric conditions, dry semi-coke quickly adsorbs water vapor and oxygen and then heats up and ignites if it is not cooled. The adsorption of water vapor or oxygen and the resulting oxidation of semicoke are manifested during an exothermic reaction. Oxygen physically adsorbs to the surface of coal and chemically interacts with organic molecules in the coal itself. This reaction may have a critical heat release in the range of about 120,000 kJ per mole of oxygen. Since the oxidation rate will approximately double with increasing temperature for every 10 o , heat, if it is not dissipated, will stimulate the process of self-accelerating oxidation and cause a gradual increase in the temperature of coal up to spontaneous ignition of coal. If the self-heating of the semi-coke reaches the ignition temperature, this process is usually called "spontaneous combustion", which poses a serious danger in any case, regardless of whether coal is stored in dumps or transported.
Другая причина саморазогревания возникает в том случае, когда полукокс адсорбирует воду, находящуюся в жидкой или в парообразной форме. При температурах окружающей среды скорости окисления углерода обычно слишком незначительные дня инициации загорания полукокса. Однако, когда сухой уголь или полукокс увлажнен водой, теплота выделяется вследствие адсорбции воды на сухом угле или полукоксе. Водяной пар физически адсорбирует на уголь или полукокс, выделяя теплоту парообразования, которая составляет около 20000 кДж/моль воды. Такая "теплота смачивания" повышает температуру сухого угля или полукокса до уровней, при которых окисление углерода происходит более быстро. Возросшие скорости окисления в конце концов приводят к самовозгоранию. Этот механизм объясняет, почему самовозгорание угля обычно происходит после дождя вслед за периодом сухой погоды. Вышеприведенный механизм также проявляется, когда сухой уголь или полукокс помещен на влажную почву и когда влажный уголь загружается в установленный, частично высушенный отвал. В последнем случае нагревание неизменно начинается на границе раздела влажного и сухого материала. Another reason for self-heating occurs when the semi-coke adsorbs water in liquid or vapor form. At ambient temperatures, the rate of carbon oxidation is usually too small the day of initiation of the semicoke ignition. However, when dry coal or semi-coke is moistened with water, heat is released due to adsorption of water on dry coal or semi-coke. Water vapor physically adsorbs to coal or semi-coke, releasing the heat of vaporization, which is about 20,000 kJ / mol of water. This “wetting heat” raises the temperature of dry coal or semi-coke to levels at which carbon oxidation occurs more rapidly. Increased oxidation rates eventually lead to spontaneous combustion. This mechanism explains why coal spontaneous combustion usually occurs after rain following a period of dry weather. The above mechanism also appears when dry coal or semi-coke is placed on moist soil and when wet coal is loaded into an installed, partially dried dump. In the latter case, heating invariably begins at the interface between wet and dry material.
Равновесная влажность определяется методом Американского общества испытания материалов как влагосодержание в пробе угля или полукокса, когда она уравновешена воздухом с относительной влажностью 96% при 30oC. Полагают, что это состояние аналогично тому, которое обнаруживается в отвале влажного угля. Если отвал угля находится выше уровня его равновесной влажности, тогда он будет иметь склонность к тому, чтобы отдать влажность окружающей среде, но, с другой стороны, если он находится ниже уровня его равновесной влажности, тогда он будет склонен к тому, чтобы забрать влажность у окружающей среды.Equilibrium humidity is determined by the American Society for Testing Materials as the moisture content in a coal or semi-coke sample when it is balanced by air with a relative humidity of 96% at 30 o C. It is believed that this condition is similar to that found in the dump of wet coal. If the dump of coal is above its equilibrium humidity, then it will tend to give humidity to the environment, but, on the other hand, if it is below its equilibrium humidity, then it will be prone to pick up moisture from the environment.
Равновесная влажность играет важную роль в саморазогревании запасов угля или полукокса. Если уголь или полукокс находится выше уровня его равновесной влажности, тогда отвал склонен к тому, чтобы отдать влажность окружающей среде, что вызывает нагревание запасов угля вследствие теплоты повторной гидратации. Повышение температуры вызывает повышение скорости хемосорбции кислорода, что, в свою очередь, приводит к нагреванию и в конце концов к самовозгорание подвергнутой воздействию части отвала. Просто сушка низкосортного угля не изменяет уровень равновесной влажности, поэтому сухой уголь имеет склонность к повторной гидратации вновь до уровня его равновесной влажности, выделяющего теплоту повторной гидратации. Equilibrium moisture plays an important role in the self-heating of coal or semi-coke. If coal or semi-coke is above its equilibrium humidity, then the blade is prone to give moisture to the environment, which causes heating of coal reserves due to the heat of rehydration. An increase in temperature causes an increase in the rate of oxygen chemisorption, which, in turn, leads to heating and, ultimately, to spontaneous combustion of the exposed part of the dump. Just drying low-grade coal does not change the level of equilibrium moisture, so dry coal tends to rehydrate again to its equilibrium moisture level, which releases the heat of rehydration.
С учетом тенденции полукокса к саморазогреванию желательно, чтобы все количество полукокса в отвале можно было удобно обработать с целью пассивации характера саморазогревания полукокса, тем самым защитив остальную часть отвала от самовозгорания. Given the tendency of semicoke to self-heating, it is desirable that the entire amount of semicoke in the dump can be conveniently processed in order to passivate the nature of the self-heating of the semicoke, thereby protecting the rest of the dump from spontaneous combustion.
Целью изобретения является создание способа переработки некоксующегося угля в полукокс. Другая цепь изобретения состоит в получении полукокса, имеющего значительно более высокую теплотворную способность, нежели имеет уголь, например, 8500 Btu/lb (то есть, 8500 Британских тепловых единиц на фунт воды) по сравнению с 11500 Btu/lb. Еще одной целью изобретения является получение полукокса, имеющего пригодную устойчивость при хранении, с одновременным сохранением желательных топливных характеристик. Используемый в данном описании термин "летучие компоненты низкой фракции" относится к тем соединениям, которые испаряются при температуре около 400 480oC. Аналогичным образом, термин "летучие компоненты высокой фракции" относится к тем соединениям, которые испаряются при температуре около 480 950oC.The aim of the invention is to provide a method for processing non-coking coal into semi-coke. Another chain of the invention is to produce a semi-coke having a significantly higher calorific value than coal, for example, 8500 Btu / lb (i.e. 8500 British thermal units per pound of water) compared to 11500 Btu / lb. Another objective of the invention is to obtain a semi-coke having suitable storage stability, while maintaining the desired fuel characteristics. Used in this description, the term "volatile components of the low fraction" refers to those compounds that evaporate at a temperature of about 400 480 o C. Similarly, the term "volatile components of a low fraction" refers to those compounds that evaporate at a temperature of about 480 950 o C .
Кратко говоря, в соответствии с изобретением предлагается непрерывный способ последовательной переработки угля в стабильный полукокс. Способ включает последовательные стадии получения исходного материала некоксующегося угля; сушки угля с удалением из него влаги и образованием сухого угля; пиролиза сухого угля путем постепенного нагревания по существу всего количества угля до температуры, достаточной для испарения и удаления летучих веществ низкой фракции из угля с образованием полукокса и достаточной для мобилизации по крайней мере части летучих веществ высокой фракции в полукоксе и по крайней мере частичного разрушения микропор в полукоксе. Затем полукокс охлаждают до температуры, достаточной для демобилизации летучих веществ по крайней мере в частично разрушенных микропорах полукокса, с тем чтобы пиролитически пассивировать полукокс и получить полукокс, имеющий содержание летучих компонентов высокой фракции около 14-22 мас. Затем полукокс переносят в реакционный сосуд, в котором технологический газ, имеющий содержание кислорода около 3-21 об. проходит по реакционному сосуду, окислительно пассивируя уголь за счет хемосорбции кислорода, после чего проводят по существу одновременно повторную гидратацию и охлаждение пассивированного полукокса с получением гидратированного полукокса, имеющего около 5 10 мас. влаги. Затем полукокс подвергают окончательной обработке путем упаривания поверхностной влаги гидратированного полукокса с помощью гидратированного окружающего воздуха. Более конкретно, полукокс переносят в реакционный сосуд для окончательной пассивации, в котором технологический газ, имеющий содержание кислорода около 3-21 об. проходит по реакционному сосуду, окончательно пассивируя повторно гидратированный полукокс за счет хемосорбции кислорода. Briefly, in accordance with the invention, there is provided a continuous process for sequentially processing coal into a stable semi-coke. The method includes sequential steps for producing non-coking coal feed material; drying coal with the removal of moisture from it and the formation of dry coal; pyrolysis of dry coal by gradually heating essentially the entire amount of coal to a temperature sufficient to evaporate and remove volatile substances of low fraction from coal to form semi-coke and sufficient to mobilize at least part of the volatile substances of high fraction in semi-coke and at least partially destroy micropores in semi-coke. Then the semi-coke is cooled to a temperature sufficient to demobilize the volatiles in at least partially destroyed micropores of the semi-coke, so as to pyrolytically passivate the semi-coke and obtain a semi-coke having a high fraction of volatile components of about 14-22 wt. Then the semi-coke is transferred to a reaction vessel in which a process gas having an oxygen content of about 3-21 vol. passes through the reaction vessel, oxidizingly passivating coal due to chemisorption of oxygen, after which essentially repeated hydration and cooling of the passivated semicoke are carried out to obtain a hydrated semicoke having about 5 to 10 wt. moisture. Then the semi-coke is subjected to final processing by evaporation of the surface moisture of the hydrated semi-coke using hydrated ambient air. More specifically, the semicoke is transferred to a reaction vessel for final passivation, in which a process gas having an oxygen content of about 3-21 vol. passes through the reaction vessel, finally passivating the rehydrated semi-coke due to oxygen chemisorption.
На фиг. 1 изображена схема процесса изобретения, показывающая способ последовательной переработки некоксующегося угля с получением пассивированного полукокса; на фиг. 2 гистограмма объемного процента равновесной влажности сухого угля и угля, переработанного на различных стадиях в соответствии с изобретением; на фиг. 3 гистограмма скорости остаточного окисления сухого угля и угля, переработанного на различных стадиях в соответствии с изобретением; на фиг. 4 гистограмма теплосодержания угля, переработанного в соответствии с изобретением. In FIG. 1 is a process diagram of the invention showing a process for sequentially processing non-coking coal to produce passivated semi-coke; in FIG. 2 is a histogram of the volume percent of the equilibrium moisture content of dry coal and coal processed at various stages in accordance with the invention; in FIG. 3 is a histogram of the rate of residual oxidation of dry coal and coal processed at various stages in accordance with the invention; in FIG. 4 is a histogram of the heat content of coal processed in accordance with the invention.
Со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы, показана схема предлагаемого способа 10 последовательной переработки некоксующегося угля в пассивированный полукокс. With reference to the drawings, in which the same positions denote the same elements, a diagram of the proposed
При рассмотрении чертежей станет понятно, что с целью ясности некоторые элементы конструкции не подставлены с учетом традиционного характера таких элементов, являющихся хорошо известными для среднего специалиста в данной области техники. Отсылка сделана на такие работы, как Perry and Clinton, CHEMICAL ENGINEERS' HANDBOOK, 5th Edition, McGray Hill, New York, 1973; Kelly and Spottiswood, INTRODUCTION TO MINERAL PROCESSING, John Willey Sons, Inc. New York, 1982; Walas, CHEMICAL PROCESS EQUIPMENT, Selection and Design, Butterworth Publishers, Boston, 1988; Woods, PROCESS DESIGN AND ENGINEERING PRACTICE, PTR Prentice Hall, New Jersey, 1995, а также на литературу по химической промышленности в отношении главным образом подробного описания конструкций различных устройств и технологических режимов. Например, бункер, пиролизер, сушилка, трубопроводы, уплотнения, газоходы, воздуходувки и клапаны могут быть любыми такими известными коммерчески доступными компонентами, за исключением того, что такие компоненты могут быть модифицированы, по мере необходимости, специалистами в данной области техники для использования в способе изобретения, описываемого в данной заявке. Кроме того, многие устройства управления, являющиеся традиционными и стандартными в области химической переработки, были опущены для ясности иллюстрации и описания изобретения. Например, регулировочные клапаны, термопары, термисторы, соединенные с пригодными сервоконтурами, являются легко доступными и традиционно используются для измерения и регулировки температуры и протекания процессов. Для дополнительного ознакомления с оборудованием и технологическими режимами переработки угля дается ссылка на заявку на патент США 08/525235, поданную 8 сентября 1995 года. When considering the drawings, it will become clear that for the sake of clarity, some structural elements are not substituted taking into account the traditional nature of such elements, which are well known to the average person skilled in the art. The reference was made to such works as Perry and Clinton, CHEMICAL ENGINEERS 'HANDBOOK, 5th Edition, McGray Hill, New York, 1973; Kelly and Spottiswood, INTRODUCTION TO MINERAL PROCESSING, John Willey Sons, Inc. New York, 1982; Walas, CHEMICAL PROCESS EQUIPMENT, Selection and Design, Butterworth Publishers, Boston, 1988; Woods, PROCESS DESIGN AND ENGINEERING PRACTICE, PTR Prentice Hall, New Jersey, 1995, as well as literature on the chemical industry regarding mainly a detailed description of the structures of various devices and process conditions. For example, a hopper, pyrolyzer, dryer, pipelines, seals, ducts, blowers and valves may be any such known commercially available components, except that such components can be modified, as necessary, by those skilled in the art for use in the method inventions described in this application. In addition, many control devices that are traditional and standard in the field of chemical processing have been omitted for clarity of illustration and description of the invention. For example, control valves, thermocouples, thermistors connected to suitable servo circuits are readily available and have traditionally been used to measure and control temperature and processes. For additional familiarization with the equipment and technological regimes of coal processing, reference is made to the application for US patent 08/525235, filed September 8, 1995.
Способ 10 в соответствии с изобретением особенно пригоден для некоксующегося угля с высоким влагосодержанием. Например, изобретение особенно пригодно для некоксующегося угля, такого как бурый уголь Western, содержащего приблизительно 20-50% влаги по массе. The
Некоксующийся уголь можно транспортировать через стадии способа 10 изобретения с использованием традиционного ленточного конвейера непрерывного действия (не показан), скипового подъемника, вибрационного конвейера, пневматически или любым иным пригодным способом. Для поддержания эффективности уголь может быть подготовлен путем промывки, дробления и сортировки с получением пригодного качества, количества и гранулометрического состава. Обычно уголь, имеющий размер частиц в диапазоне от +1/4 дюйма до -3 дюймов (от +0,6 см до -7,62 см), предпочтительно от +1/4 дюйма до -2 дюймов (от +0,6 см до 5,08 см), является пригодным исходным материалом для способа изобретения. Non-coking coal can be transported through the steps of
Способ 10 включает последовательные стадии подачи угля в бункер 12, сушки угля (А), пиролиза угля с получением полукокса (В), мгновенного охлаждения полукокса (С), окислительной пассивации полукокса (D), повторной гидратации полукокса (Е) с последующей конечной пассивацией полукокса (F) таким образом, чтобы пассивированный полукокс можно было затем транспортировать с использованием несущего элемента 14 и/или хранить в пригодном резервуаре, таком как бункер 12, для последующего использования по мере необходимости. Следует понять, что вследствие уникальной расстановки различных стадий способа (А) (F) получают стабильный полукокс, который можно экономично транспортировать.
Уголь желаемого размера и качества подают в сырьевой бункер 12, где его отмеривают для подачи в сушилку пригодного типа, хорошо известного в данной области для проведения сушки (А). Сушилка нагревает уголь до температуры около 120 260oC с тем, чтобы понизить влагосодержание угля и предотвратить выделение из угля значительных количеств метана и/или угарного газа.Coal of the desired size and quality is fed into the feed hopper 12, where it is measured for feeding into a dryer of a suitable type, well known in the art for drying (A). The dryer heats the coal to a temperature of about 120,260 ° C. in order to lower the moisture content of the coal and to prevent the release of significant quantities of methane and / or carbon monoxide from the coal.
Затем сухой уголь подают в пиролизер для проведения пиролиза (В) угля с образованием полукокса, имеющего определенные желательные свойства, например, отсутствие остаточной свободной влаги, низкое относительное содержание серы и более высокое относительное содержание углерода. Пиролизером может быть печь периодического действия или печь непрерывного действия, которая имеет хорошо известный в данной области техники тип. Dry coal is then fed to the pyrolyzer for pyrolysis (B) of coal to form a semi-coke having certain desirable properties, for example, the absence of residual free moisture, low relative sulfur content and higher relative carbon content. The pyrolyzer may be a batch furnace or a continuous furnace, which is of a type well known in the art.
Во время пиролиза (В) температуру угля последовательно и постепенно повышают до желательной максимальной температуры с целью удаления летучих компонентов низкой фракции и мобилизации некоторых летучих компонентов высокой фракции. Обычно уголь подают в пиролизер при температуре около 149 - 204oC. Затем уголь постепенно нагревают в пиролизере примерно до температуры 427-590oC. Уголь постепенно нагревается до более высокой температуры с целью упаривания и удаления летучих компонентов низкой фракции с последующим нагреванием до достижения желательной температуры газификации в мягких условиях с тем, чтобы получить полукокс, имеющий содержание остаточных летучих компонентов около 14-22 мас. и пониженное содержание равновесной влаги в диапазоне приблизительно от 20-30 мас. до 5-10 мас.During the pyrolysis (B), the temperature of the coal is gradually and gradually increased to the desired maximum temperature in order to remove the volatile components of the low fraction and to mobilize some volatile components of the high fraction. Typically, the coal is fed into the pyrolyzer at a temperature of about 149 - 204 o C. Then the coal is gradually heated in the pyrolyzer to about 427-590 o C. The coal is gradually heated to a higher temperature in order to evaporate and remove volatile components of a low fraction, followed by heating to achieve the desired gasification temperature under mild conditions in order to obtain a semi-coke having a residual volatile content of about 14-22 wt. and a reduced content of equilibrium moisture in the range of from about 20-30 wt. up to 5-10 wt.
Отработавший газ, выводимый из пиролизера, содержит маслянисто-жидкий побочный продукт и около 5-10 мас. как правило, около 5 мас. угольной мелочи, улавливаемой в потоке обогащенного отработавшего газа 16. Обогащенный отработавший газ 16 подают в сепаратор (S), в котором газообразное топливо 20, полученное в результате переработки, и конденсированный маслянистый продукт 18 могут быть отделены от отработавшего газа 16. Газообразное топливо 20, полученное в результате переработки, может быть сожжено в одной или более камерах сгорания 24 с получением продуктов сгорания 22 для использования при сушке и пиролизе угля, как описано в патенте США 5401364. The exhaust gas discharged from the pyrolyzer contains an oily liquid by-product and about 5-10 wt. typically about 5 wt. coal fines collected in the stream of enriched exhaust gas 16. The enriched exhaust gas 16 is fed to a separator (S) in which the
Конденсированный маслянистый продукт 18 из сепаратора (S) может быть использован в качестве продуктов для смешения, имеющих низкое содержание серы, с остатками от каталитической крекинг-установки для использования непосредственно в качестве топлива для паровых котлов. Альтернативно маслянистый продукт 18 может быть обогащен на дальнейших стадиях способа, которые могут включать экстракцию растворителем и/иди перегонку в комбинации или в виде отдельных стадий для получения нескольких видов исходного химического сырья более высокого качества, такого как крезиловые кислоты, углеводороды парафинового ряда, замещенные катехины и каменноугольный пек. Кроме того, конденсированный маслянистый продукт 18 можно экстрагировать с помощью пригодных растворителей с получением ценного химического сырья, которое затем может быть подвергнуто перегонке, либо конденсированный маслянистый продукт 18 может быть вначале подвергнут перегонке с последующей экстракцией дистиллята при помощи пригодных растворителей с получением ценного химического сырья. The condensed oily product 18 from the separator (S) can be used as mixing products having a low sulfur content, with residues from a catalytic cracking unit for use directly as fuel for steam boilers. Alternatively, the oily product 18 may be enriched in further steps of the process, which may include solvent extraction and / or distillation in combination or as separate steps to produce several higher quality chemical feedstocks such as cresyl acids, paraffinic hydrocarbons, substituted catechins and coal tar pitch. In addition, the condensed oily product 18 can be extracted with suitable solvents to obtain valuable chemical raw materials, which can then be distilled, or the condensed oily product 18 can be first distilled, followed by extraction of the distillate with suitable solvents to obtain valuable chemical raw materials.
Полукокс пиролитически пассивируют путем его мгновенного охлаждения в момент нахождения или на выходе из пиролизера до 177oC. Полукокс может быть охлажден с применением большинства пригодных средств для охлаждения твердого материала, таких как множество сопл распылителя смазочно-охлаждающей жидкости, такой как вода и тому подобное. Полукокс быстро охлаждают до температуры около 100oС в течение нескольких минут, например в течение примерно 20 мин или менее, предпочтительно около 10 мин или менее, и наиболее предпочтительно около 2 мин или менее, с тем чтобы по крайней мере частично разрушить микропоры в полукоксе с образованием полукокса, имеющего содержание летучих компонентов высокой фракции около 14-22 мас.The semi-coke is pyrolytically passivated by cooling it instantly when it is located or when leaving the pyrolyzer to 177 ° C. The semi-coke can be cooled using most suitable means for cooling solid material, such as a plurality of coolant spray nozzles, such as water and the like . The semi-coke is rapidly cooled to a temperature of about 100 ° C. in a few minutes, for example for about 20 minutes or less, preferably about 10 minutes or less, and most preferably about 2 minutes or less, so as to at least partially destroy micropores in the semi-coke with the formation of semicoke having a high content of volatile components of about 14-22 wt.
Пиролитически пассивированный полукокс затем выгружают для охлаждения (С) в охладительную камеру, имеющую хорошо известный в данной области техники тип. Полукокс может быть охлажден с использованием большей части пригодных сред, таких как, например, вода. Затем охлажденный полукокс отмеривают из охладительной камеры в установку для окислительной пассивации, в которой осуществляют окислительную пассивацию (D) полукокса. В предпочтительном варианте изобретения полукокс вводят в установку для окислительной пассивации при температуре около 150-200oC, предпочтительно около 160oC. Установкой для окислительной пассивации может быть любой тип укупоренного резервуара для манипулирования и транспортировки твердых частиц и взаимодействия твердых частиц с технологическим газом в системе с перекрестным течением, которую выделяют из окружающего воздуха.Pyrolytically passivated semi-coke is then discharged for cooling (C) into a cooling chamber of the type well known in the art. The semi-coke can be cooled using most suitable media, such as, for example, water. Then, the cooled semicoke is measured from the cooling chamber to the oxidative passivation unit, in which the oxidative passivation (D) of the semicoke is carried out. In a preferred embodiment, the semi-coke is introduced into an oxidative passivation unit at a temperature of about 150-200 ° C, preferably about 160 ° C. The oxidative passivation unit can be any type of sealed container for handling and transporting solid particles and the interaction of solid particles with the process gas in a cross-flow system that is isolated from ambient air.
В установке для окислительной пассивации частицы полукокса подвергаются интенсивному перемешиванию с технологическим газом. Свойства технологического газа регулируют с целью уравновешивания скорости высвобождения энергии со скоростью поглощения энергии. Этот баланс обменом энергии препятствует возникновению неуправляемой реакции в установке для окислительной пассивации, которая может привести к нежелательному сгоранию. Этот обмен энергии знаком специалистам как "компенсация энергии". In an oxidative passivation unit, the semicoke particles are vigorously mixed with the process gas. The properties of the process gas are adjusted to balance the rate of energy release with the rate of energy absorption. This balance of energy exchange prevents an uncontrolled reaction from occurring in the oxidative passivation unit, which can lead to undesired combustion. This energy exchange is known to experts as "energy compensation."
В предпочтительном варианте изобретения технологический газ подают в установку для окислительной пассивации при температуре около 154-188oC, предпочтительно около 157oC, и с содержанием около 3-21% по объему кислорода. Объемный процент кислорода в технологическом газе обратно пропорционален температуре технологического газа. По мере снижения температуры технологического газа повышается объемный процент кислорода. При температуре 188oC технологический газ содержит около 3% по объему кислорода, тогда как при температуре около 82oC технологический газ содержит около 21% по объему кислорода.In a preferred embodiment of the invention, the process gas is supplied to an oxidative passivation unit at a temperature of about 154-188 ° C, preferably about 157 ° C, and with a content of about 3-21% by volume of oxygen. The volume percentage of oxygen in the process gas is inversely proportional to the temperature of the process gas. As the temperature of the process gas decreases, the volume percentage of oxygen rises. At a temperature of 188 o C the process gas contains about 3% by volume of oxygen, while at a temperature of about 82 o C the process gas contains about 21% by volume of oxygen.
Твердые частицы полукокса подвергаются интенсивному перемешиванию по мере того, как технологический газ окружает каждую частицу, непосредственно передавая тепло и способствуя окислительной химической реакции между технологическим газом и частицами полукокса. Более конкретно, часть кислорода в технологическом газе подвигается взаимодействию с полукоксом и хемосорбирует к полукоксу, высвобождая теплоту и ограждая полукокс от спонтанного возгорания. Используемый в данном описании термин "хемосорбированный" относится к образованию связи между поверхностным атомом углерода или атомом углерода в частично разрушенной поре полукокса и атомом кислорода, взаимодействующим с полукоксом. Следует понять, что количество кислорода, хемосорбированного к полукоксу, зависит от температуры, времени взаимодействия с полукоксом и начальной концентрации кислорода в технологическом газе. Particulate coke solids undergo intensive mixing as the process gas surrounds each particle, directly transferring heat and promoting an oxidative chemical reaction between the process gas and the coke particles. More specifically, part of the oxygen in the process gas is driven by interaction with the semi-coke and chemisorbed to the semi-coke, releasing heat and protecting the semi-coke from spontaneous combustion. As used herein, the term “chemisorbed” refers to the formation of a bond between a surface carbon atom or a carbon atom in a partially destroyed pore of a semicoke and an oxygen atom interacting with the semicoke. It should be understood that the amount of oxygen chemisorbed to the semicoke depends on temperature, the time of interaction with the semicoke, and the initial concentration of oxygen in the process gas.
После того, как полукокс задержался в течение контролируемого, заранее установленного времени удерживания в установке дня окислительной пассивации, полукокс переносят при температуре около 175-200oC, предпочтительно около 182oC, с целью дальнейшей переработки в холодильник повторной гидратации с компенсацией энергии, который имеет хорошо известный в данной области техники тип, для того, чтобы полукокс в основном одновременно гидратировать повторно и охладить (Е).After the semi-coke is delayed for a controlled, predetermined retention time in the apparatus for the day of oxidative passivation, the semi-coke is transferred at a temperature of about 175-200 ° C, preferably about 182 ° C, for further processing into a re-hydration refrigerator with energy compensation, which is of a type well known in the art in order for the semi-coke to substantially simultaneously re-hydrate and cool (E).
Повторно гидратированный полукокс охлаждают до температуры около 38oC, и он содержит около 5-10 мас. влаги, предпочтительно около 8 мас. влаги. Время, в течение которого полукокс присутствует в холодильнике, упоминается как время удерживания полукокса. Предпочтительно регулировать время удерживания с тем, чтобы максимизировать охлаждение полукокса при одновременной минимизации времени обработки повторной гидратацией. В предпочтительном варианте изобретения время удерживания полукокса составляет приблизительно 10-20 мин. Полукокс повторно гидратируют с использованием как непосредственного, так и опосредованного воздействия струей воды.Re-hydrated semi-coke is cooled to a temperature of about 38 o C, and it contains about 5-10 wt. moisture, preferably about 8 wt. moisture. The time during which the semi-coke is present in the refrigerator is referred to as the semi-coke retention time. It is preferable to adjust the retention time so as to maximize the cooling of the semi-coke while minimizing the processing time by rehydration. In a preferred embodiment, the retention time of the semicoke is approximately 10-20 minutes. The semi-coke is rehydrated using both direct and indirect exposure to a stream of water.
Следует понять, что при повторной гидратации пиролизованного полукокса происходит экзотермическая реакция, которая приводит к получению тепловой энергии. Процесс повторной гидратации является самоограничивающим в том, что по мере повышения температуры полукокса вследствие повторной гидратации вода, адсорбируемая полукоксом, испаряется, снижая тем самым влагосодержание полукокса. Поэтому, если теплота, создаваемая повторной гидратацией, не компенсируется или не отводятся из полукокса, уменьшается скорость повторной гидратации и снижается вероятность получения уровней равновесной влажности в полукоксе, что делает полукокс безопасным для транспортировки. Повышенные температуры полукокса, обусловленные повторной гидратацией, могут привести к неравномерной повторной гидратации, вызывая образование хаотических участков перегрева на полукоксе, которые, в свою очередь, могут вступать во взаимодействие с атмосферным кислородом, ускоряя эффект саморазогревания. Поэтому для максимизации уровней влагосодержания полукокса во время повторной гидратации и для минимизации времени переработки и образования участков перегрева, полукокс должен аккуратно охлаждаться во время повторной гидратации. It should be understood that upon repeated hydration of the pyrolyzed semicoke, an exothermic reaction occurs, which leads to the generation of thermal energy. The process of rehydration is self-limiting in that, as the temperature of the semicoke increases due to rehydration, the water adsorbed by the semicoke evaporates, thereby reducing the moisture content of the semicoke. Therefore, if the heat generated by rehydration is not compensated or removed from the semicoke, the rehydration rate decreases and the likelihood of obtaining equilibrium moisture levels in the semicoke decreases, which makes the semicoke safe for transportation. The elevated temperatures of the semicoke caused by rehydration can lead to uneven rehydration, causing the formation of chaotic sites of overheating on the semicoke, which, in turn, can interact with atmospheric oxygen, accelerating the self-heating effect. Therefore, to maximize the moisture content of the semicoke during re-hydration and to minimize the processing time and the formation of overheating areas, the semicoke must be carefully cooled during re-hydration.
Обнаружено, что повторная гидратация полукокса склонна к частичной реактивации полукокса. Следовательно, повторно гидратироваиный полукокс должен быть подвигнут конечной обработке в резервуаре для окончательной пассивации с тем, чтобы удовлетворить "аппетит" кислорода, восстановленного на стадии повторной гидратации. Стадию окончательной обработки (F) следует проводить в условиях, достаточно мягких для предотвращения сушки полукокса. Полукокс подвергают окончательной обработке, окисляя его в потоке влажного воздуха почти при окружающих условиях. В предпочтительном варианте предлагаемого способа технологический газ, имеющей около 3-21% по объему кислорода и 4-12 мас. влажности, при температуре около 18-43oC, предпочтительно около 27oC, пропускают по резервуару для окончательной пассивации с тем, чтобы дополнительно пассивировать повторно гидратированный полукокс за счет хемосорбции кислорода. Влагу добавляют в технологический газ с целью повышения относительной влажности технологического газа приблизительно до 90% с тем, чтобы предотвратить сушку полукокса. Так как температура окончательной пассивации низкая, скорости окисления имеют низкие значения, что делает необходимым создание длительного времени удерживания в пассивационном резервуаре.It was found that re-hydration of semicoke is prone to partial reactivation of semicoke. Therefore, the re-hydrated semi-coke must be moved to the final treatment in the tank for final passivation in order to satisfy the “appetite” of the oxygen recovered in the re-hydration step. The finishing step (F) should be carried out under conditions soft enough to prevent the drying of the coke. The semi-coke is subjected to final processing, oxidizing it in a stream of moist air under almost ambient conditions. In a preferred embodiment of the proposed method, a process gas having about 3-21% by volume of oxygen and 4-12 wt. humidity, at a temperature of about 18-43 o C, preferably about 27 o C, is passed through the tank for final passivation in order to further passivate the rehydrated semi-coke due to oxygen chemisorption. Moisture is added to the process gas in order to increase the relative humidity of the process gas to approximately 90% in order to prevent the drying of the coke. Since the temperature of the final passivation is low, the oxidation rates are low, which makes it necessary to create a long retention time in the passivation tank.
Сравнение содержание равновесной влажности в сухом угле, до и после обработки в соответствии с настоящим изобретением, приведено на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, уровень равновесной влажности сухого угля составляет около 32 мас. при относительной влажности около 90% После обработки угля в пиролизере и в установке для окислительной пассивации уровень равновесной влажности составляет около 10 мас. при относительной влажности около 90% и остается в основном постоянным в течение последующих стадий процесса, тем самым существенно повышая теплотворную способность полукокса на единицу массы (см. фиг. 4). Кроме того, следует понять, что степень пассивации полукокса связана со скоростью остаточного окисления полукокса. Как показано на фиг. 3, полукокс, обработанный в соответствии со способом изобретения, имеет значительное снижение в остаточном окислении, то есть является пассивированным. Следует понять, что фиг. 2-4 показывают фактические результаты, практикуемые без учета стадии пиролитической пассивации. A comparison of the equilibrium moisture content in dry coal, before and after processing in accordance with the present invention, is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, the equilibrium moisture content of dry coal is about 32 wt. at a relative humidity of about 90% After processing the coal in the pyrolyzer and in the apparatus for oxidative passivation, the level of equilibrium humidity is about 10 wt. at a relative humidity of about 90% and remains mostly constant during the subsequent stages of the process, thereby significantly increasing the calorific value of semicoke per unit mass (see Fig. 4). In addition, it should be understood that the degree of passivation of the semicoke is related to the rate of residual oxidation of the semicoke. As shown in FIG. 3, a semi-coke treated in accordance with the method of the invention has a significant reduction in residual oxidation, i.e., is passivated. It should be understood that FIG. 2-4 show the actual results practiced without taking into account the pyrolytic passivation stage.
После ознакомления с описанными предпочтительными вариантами изобретения необходимо понять, что различные варианты и модификации возможны в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. After reading the described preferred variants of the invention, it is necessary to understand that various options and modifications are possible within the scope of the attached claims.
Claims (16)
13. Непрерывный способ обработки некоксующегося угля с получением стабильного полукокса, включающий подготовку исходного некоксующегося угля, сушку угля с удалением из него влаги и получением сухого угля, пиролиз угля путем нагрева и охлаждение полученного полукокса водой, отличающийся тем, что пиролиз сухого угля осуществляют путем постепенного нагрева всего количества угля для температуры, достаточной для испарения и удаления из угля летучих веществ, испаряющихся при температуре порядка 400 480oС, с образованием полукокса, имеющего содержание равновесной влажности приблизительно от 20 30 до 5 10 мас. и достаточной для перевода в подвижное состояние по крайней мере части летучих веществ, испаряющихся при температуре порядка 480 - 950oС, и частичного по крайней мере разрушения микропор, после пиролиза охлаждение полукокса осуществляют до температуры, достаточной для перевода летучих веществ в неподвижное состояние по крайней мере в частично разрушенных микропорах, и получения пиролитически пассивированного полукокса, содержащего летучих веществ, испаряющихся при температуре порядка 480 950oС, около 14 22 мас. полукокса со стадии охлаждения за счет хемосорбции кислорода окислительно пассивируют технологическим газом, содержащим около 3 21 об. кислорода, затем одновременно повторно гидратируют и охлаждают полукокс с получением полукокса, содержащего около 5 10 мас. влаги, и полукокс за счет хемосорбции кислорода окончательно пассивируют технологическим газом, содержащим около 3 21 об. кислорода и имеющим относительную влажность около 90% с получением стабильного полукокса.12. The method according to claim 1, characterized in that the semi-coke is finally passivated, oxidizing the semi-coke with a process gas containing about 3 to 21 vol. oxygen and having a relative humidity of about 90%
13. A continuous method of processing non-coking coal to obtain a stable semi-coke, including preparing the initial non-coking coal, drying the coal to remove moisture from it and producing dry coal, pyrolyzing coal by heating and cooling the resulting semi-coke with water, characterized in that the dry coal pyrolysis is carried out by gradual heating the entire amount of coal for a temperature sufficient to evaporate and remove volatile substances from the coal, evaporating at a temperature of the order of 400 480 o C, with the formation of a semi-coke having soda holding equilibrium humidity from about 20 30 to 5 10 wt. and sufficient for transferring at least a part of the volatile substances vaporizing at a temperature of the order of 480 - 950 o С and at least partial destruction of micropores to a mobile state, after pyrolysis, the semicoke is cooled to a temperature sufficient to transfer volatile substances to a stationary state at least least in partially destroyed micropores, and obtaining pyrolytically passivated semicoke containing volatile substances that evaporate at a temperature of about 480 950 o C, about 14 to 22 wt. semicoke from the cooling stage due to chemisorption of oxygen is oxidatively passivated with a process gas containing about 3 to 21 vol. oxygen, then simultaneously re-hydrate and cool the semicoke to obtain a semicoke containing about 5 to 10 wt. moisture and semi-coke due to chemisorption of oxygen are finally passivated by a process gas containing about 3 21 vol. oxygen and having a relative humidity of about 90% to obtain a stable semi-coke.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96105954/04A RU2098450C1 (en) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/565851 | 1995-12-01 | ||
| RU96105954/04A RU2098450C1 (en) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2098450C1 true RU2098450C1 (en) | 1997-12-10 |
| RU96105954A RU96105954A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=20178581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96105954/04A RU2098450C1 (en) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2098450C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537151C1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" (ОАО "ВУХИН") | Preparation of free-burning coal |
-
1996
- 1996-03-27 RU RU96105954/04A patent/RU2098450C1/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US, патент, 4769042, кл.C 10L 9/08, 1988. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537151C1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" (ОАО "ВУХИН") | Preparation of free-burning coal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5601692A (en) | Process for treating noncaking coal to form passivated char | |
| US3985516A (en) | Coal drying and passivation process | |
| US5711769A (en) | Process for passivation of reactive coal char | |
| US2610115A (en) | Method for dehydrating lignite | |
| US20090217574A1 (en) | Process, system and apparatus for passivating carbonaceous materials | |
| US4533438A (en) | Method of pyrolyzing brown coal | |
| US4176011A (en) | Method for operating coke oven chambers in connection with a predrying plant for the coal | |
| CA1202179A (en) | Method of coal upgrading | |
| RU2152561C1 (en) | Condensed combustibles recovery method | |
| US3754876A (en) | Upgrading low rank coals as fuel | |
| US8968520B2 (en) | Coal processing to upgrade low rank coal having low oil content | |
| US5624469A (en) | Method and apparatus for recovering heat from solid material separated from gasification or combustion processes | |
| US4100034A (en) | Quenching method | |
| RU2098450C1 (en) | Continuous method for processing non-coking coal to produce stable semicoke (versions) | |
| US3455789A (en) | Process for continuous carbonization of coal | |
| US1858972A (en) | Process for evaporative carbonization of organic materials | |
| US1822383A (en) | Process of making a solid fuel | |
| WO2005075609A1 (en) | Process for making solid fuel | |
| NO168917B (en) | POWER UNIT WHICH CAN BE DISCONNECTED FROM A GROUP DISTRIBUTION SOIL | |
| RU2359007C1 (en) | Method of receiving of hydrocarbon fuel, technological hydrogen and carbon-base materials from biomass | |
| CN110747034A (en) | Coal upgrading method | |
| GB2035366A (en) | Treating brown coal or lignite | |
| KR830007790A (en) | How to produce coke and high calorific gas from coal | |
| US2841534A (en) | Fluidized carbonization | |
| JP2011111529A (en) | Ignition-resistant coal and method for producing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040328 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070520 |
|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20070520 |