改进固体材料的制作方法

专利名称：改进固体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进固体材料。
本发明尤其涉及在包括高压和高温条件下改进具有低热传导性的固体材料，尽管决不仅仅如此。
本发明更具体地涉及(a)改进多孔含水含碳固体材料(其范围包括煤、木材和生物残渣(biomas s))，条件包括高压，典型地用于煤，高压和高温除去含碳材料中的水以增加含碳材料的热值，及(b)冷却加热的含碳材料。
Koppslman在USP 5,290,523中公开了改进煤的方法，该方法同时采用压力和温度条件。
Koppslman公开了煤的热脱水方法，该方法通过加热煤，条件包括高压和高温，在煤中产生物理变化，通过“挤压”反应从煤中除去水。
Koppslman公开了在改进过程中，维持足够高压，以使产生的副产物水主要为液体，而不是蒸汽。
Koppslman公开了实施改进方法选择的不同设备范围。
在一般使用范围内，选择的基础是使用一个反应器，该反应器含有一个反向的锥型入口，一个圆柱型主体，一个锥型出口，一组安置在主体中垂直或水平放置的热交换管。
使用Koppslman类型反应器的一种建议是垂直放置的管和出口端装满煤，注入氮气使这些管和出口端增压。采用与油的间接热交换给煤加热，而油作为热传递流体，加到管外的圆柱型主体中。煤的进一步加热是由填充床内的作为工作流体(working fluid)的蒸汽和煤的直接热交换促进的。另外，蒸汽使这些管和出口端增压到所需压力。
在这些管和出口端中，联合使用高压和高温条件使煤中的一部分水汽化，其后一部分水冷凝成液体。伴随着水的加入产生的一部分蒸汽，在管的冷却区域，在高压的条件下也冷凝成液体。没有被冷凝的和满足填充床最佳增压需要的过量蒸汽必须排放掉。另外产生了不冷凝气体(如一氧化碳，二氧化碳)，并且需要排放掉。周期性地，从出口端排放液体。
最后，在规定的停留时间后，使反应器卸压，而且最终没有残留水的改进煤从出口端卸出，其本上被冷却。
存在着很多工程问题和最终考虑的成本，这阻碍了Koppslman方法的商业化。也存在着与产品有关的自燃和灰尘问题。
以KFx公司名称申请的国际申请WO 98/30856，WO 98/39613，WO98/42427，WO 98/50743，WO 98/59209，WO 99/10087，和WO 99/10079公开了一系列Koppslman方法的改进方法。
USP1,679,078，4,514,912，4,628,619，4,502,227，4,339,306，4,674,195和4,471,536描述了改进煤的所谓Fleissner方法。
Fleissner方法是在1920年代发明的(USP1,679,078)，并且在1980年代由Voest-Alpine AG进一步发展(参见上述的其它美国专利)。商业上已经应用这种方法，主要是在东欧。这种方法使用饱和蒸汽加热批量煤，且以液体状态除去一部分水，以避免蒸发热带来的害处。操作压力为0-60bar，温度445-535°F(230-280℃)，每批循环时间接近160分钟。另外卸压期间，存在着闪蒸干燥。一般需要4-6个高压电池利用每组反应器产生的废水和蒸汽能。废水质量差，有气味排放，需要进行净化或焚烧。改进所需的能量是相对低的，然而自燃和粉尘是存在的问题。
本发明的一个目的是提供一种改进煤的改进方法和设备，该方法同时应用压力和温度条件。
本发明存在两个方面。
广义地，根据本发明的第一方面，提供一种用于改进多孔含水含碳固体材料的方法，其包含如下步骤(d)供给固体材料到反应器中。
(e)在水饱和压力条件下，加热反应器中的固体材料，从固体材料中除去水，及(f)在水饱和条件下，通过使固体材料卸压来冷却固体材料。
更具体地，本发明的第一方面提供一种改进多孔含水含碳固体材料方法，其包含如下步骤(a)供给固体材料到反应器中。
(b)在水饱和压力条件下，加热反应器中的固体材料，引起固体材料的孔收缩，并且作为孔收缩的结果，从固体材料的孔中挤出水，选择合适的水饱和压力条件和加热时间，以便水保留在固体材料的孔，特别是微孔中。
(c)在水饱和条件下，通过使固体材料卸压来冷却固体材料，并且从固体材料中将水以水蒸汽形式分离出来；及(d)保留水在固体材料的孔，尤其是微孔中。
申请人已经发现用本发明的第一方面的上面描述的方法生产的改进煤与上面描述的熟知方法生产的改进煤比较，具有较少的自燃性，而且与熟知的产品比较，具有较少的灰尘。另外，申请人已经发现，与熟知的产品不同，用上面描述的方法生产的改进煤可以与原煤混合，而没有增加自燃的危险。因此，申请人已经发现所生产的改进煤和混合产品都能堆积贮存。
上面描述的本发明的第一方面的方法在很大程度上以认识为基础，该认识是自燃和灰尘问题，该问题可以通过在固体材料的孔，尤其是在微孔(fine pores)中保留湿度，而显著地减少。
在高压和高温条件下加热煤，引起煤中孔直径小于500nm的孔收缩。孔收缩从孔中挤出水。孔收缩程度极大地依赖于煤性质和操作条件。
在上面描述的本发明的第一方面的方法中，在水饱和压力条件下加热煤，而且在水饱和条件下进行冷却。结合这些加热和冷却条件，选择合适的加热时间可以从煤的孔中移出水，因此改进了煤的热值，但不能移出所有的水。孔尤其是微孔中保留的水是重要的，因为它限制了过量的氧在孔中反应活性位点，因此减少了煤自燃的可能性。另外，与熟知的产品比较，该产品的表面具有较少的亲水性，保留的表面水减少了产品的灰尘。
术语“微孔”在此处指平均直径小于6nm的孔。
优选地，上面描述的本发明的第一方面的方法，在步骤(c)的冷却的固体材料中保留少于12重量％的水。
更优选地，该方法在步骤(c)的冷却的固体材料中保留少于10重量％的水。
特别优选的是该方法在步骤(c)的冷却的固体材料中保留少于8重量％的水。
优选的是该方法在步骤(c)的冷却的固体材料中保留超过5重量％的水。
优选的是该方法在步骤(c)的冷却的固体材料中保留超过6重量％的水。
特别优选的是该方法在步骤(c)的冷却的固体材料中保留超过7重量％的水。
本发明的第一方面的方法可以在连续、半连续或间歇基础上操作。
当该方法在连续或半连续基础上操作时，优选地，步骤(a)包括增压固体材料；并且在水饱和压力条件下，在连续或半连续基础上，提供增压的固体材料到反应器中。
优选地，步骤(a)包括在闸斗仓或其他合适的加压容器中增压固体材料。
优选地，步骤(a)包括在具有供给外部气体和/或从反应器排放废气的闸斗仓或其他合适的加压容器中增压固体材料。
另外，当该方法在连续或半连续基础上操作时，优选地，步骤(c)包括在连续或半连续基础上，从反应器中移出固体材料，同时保持反应器在水饱和压力条件下，因此按照上述冷却固体产品。
优选地，步骤(c)包括冷却固体材料到小于230°F(110℃)。
优选地，步骤(c)包括通过在水饱和条件下，在闸斗仓或其他合适的卸压容器中卸压，以冷却固体材料。
当该方法在间歇基础上操作时，可以在反应器中进行加热和冷却固体材料的步骤(b)和步骤(c)。
本发明的第一方面也提供了一种改进固体材料的装置，通过在高压和高温条件下从多孔含水含碳固体材料中移出水，其包括(a)一种反应器，该反应器在高压和高温条件下保持固体。
(b)一种在水饱和压力条件下加热反应器中固体材料的设备，该加热设备包括控制反应器中压力和温度的设备，及(c)一种在水饱和条件下使固体材料卸压冷却固体材料的设备。
优选地，该装置包含一种设备，该设备在连续或半连续基础上，在压力条件下将固体材料加到反应器中。
优选地，在压力条件下将固体材料加到反应器中的设备包括闸斗仓。
优选地，闸斗仓与反应器相连接，以便将增压的固体材料加到反应器的上部。
优选地，控制反应器压力和温度的设备包括间接热交换器，其用于加热反应器中的固体材料。
优选地，热交换流体是蒸汽，间接热交换器包括一系列垂直热交换管的组合体，一个连接这些管上端的水平多支管，及一个连接安装在反应器中的这些管下端的水平多支管。
优选地，控制反应器压力和温度的设备包括减少反应器中压力波动的设备，例如在固体材料加入反应器的情况下。
在一个实施案例中，减少反应器中压力波动的设备包括一个累积器，该累积器拥有一个刚好低于饱和温度的液体池，并且与反应器进行流体连通。
在另一个实施案例中，尽管不是唯一的其他实施方案，减少压力波动的方法是至少平行连接两个反应器，以便在反应器中维持共同的压力。
优选地，冷却固体材料的设备包括一种在连续或半连续基础上，同时维持反应器中水的饱和压力条件下，从反应器中移出固体材料的设备。
优选地，冷却设备包括一个通气口，用于瞬间冷却固体材料。
优选地，冷却设备包括一个闸斗仓。
优选地，该闸斗仓与反应器连接，以便在维持反应器中水饱和条件下，从反应器低部移出固体材料。
增压和卸压闸斗仓可以通过外部供给气体和/或从反应器排放气体。
本发明的第二个方面，提供一种用于改进多孔含水含碳固体材料的方法，其包含如下步骤(a)增压固体材料，在连续或半连续基础上，提供增压的固体材料到反应器中，该反应器在高压和高温下。
(b)控制反应器中压力和温度条件，维持反应器在高压和高温条件，从固体材料中移出水。
(c)从反应器中移出固体材料，条件是在连续或半连续基础上，维持反应器在高压和高温条件。
(d)使固体材料卸压，从固体材料中分离至少一部分以水蒸汽形式的水，由此冷却固体材料。
本发明的第二个方面的特征是在连续或半连续基础上操作。上面讨论的现有技术方法是只能在间歇基础上操作。
优选地，步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件为水饱和压力条件。
优选地，步骤(b)包括通过反应器中固体材料释放出的蒸汽和其它气体产生的压力控制反应器中的压力和温度条件。
优选地，步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件以便反应器中压力波动最小。
优选地，步骤(b)包括没有反应器外部气源产生压力时，控制反应器中的压力和温度条件。
优选地，步骤(b)包括从反应器中排出废气，和/或移出在步骤(c)中固体材料的排放的废气，以确保压力不超过极限值。
优选地，步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件，方法是通过间接热交换加热反应器中固体材料。
这里使用的术语“间接热交换”是指热交换过程中热交换流体与被加热的固体材料的分隔是采用物理屏障如管道壁。
优选地，间接热交换流体是蒸汽。
优选地，步骤(c)包括在水饱和条件下卸压，并且由此冷却固体材料。
优选地，步骤(c)包括在闸斗仓或其他合适的卸压容器中，使从反应器中移出的固体材料卸压。
本发明的第二个方面也提供一种用于改进多孔含水含碳固体材料的装置，通过在高压和高温的条件下，从固体材料中移出水，其包括(a)一种保持固体材料的反应器，用于在高压和高温的条件下从固体材料中移出水。
(b)一种控制反应器中压力和温度条件的设备。
(c)一种在压力条件下供给反应器固体材料的设备，该设备以连续或半连续为基础。
(d)一种从反应器中移出固体材料的设备，其在连续或半连续基础上，同时维持反应器的高压和高温条件下，其后使移出的固体材料卸压，从固体材料中以水蒸汽形式移出水。
下面的论述涉及本发明的两个方面。
优选地，固体材料不包括精细料。
优选地，固体材料为含碳材料。
更优选地，含碳材料为低品级煤。
“低品级煤”一词应理解为次烟煤和褐煤，其以无矿物材料为基础，湿度(moist)小于11，500Btu/1b。“湿度“定义为含有天然固有的湿气，而不包含煤表面的可见水”。上述的定义是来自于ASTM D338-95(煤品级的标准分类)。
优选地，固体材料具有50±4mm(minus 50mm plus 4mm)的颗粒尺寸。
更优选地，颗粒尺寸为37.5±12.5mm。
优选地，当该方法在连续或半连续基础上操作时，固体材料在反应器中的平均停留时间小于45分钟。
更优选地，停留时间小于30分钟。
典型地，停留时间小于20分钟。
特别优选停留时间为10-15分钟。
在固体材料是煤情况下，一般获得水饱和压力条件，其范围为0.8-150bar，温度范围为200-650°F(95-345℃)。
更优选地，使用煤，获得水饱和压力条件，其范围为15-85bar，温度范围为390-570°F(200-300℃)。
更优选地，使用煤，获得水饱和压力条件，其范围为35-55bar，温度范围为460-520°F(240-270℃)。
本发明也提供一种改进固体材料，它是用上述方法生产的。
本发明可以参考附图
得到进一步说明，该附图为本发明优选实施案例的流程图。
下面的说明限于改进低品级煤，其典型地含30重量％水。必须注意的是本发明不限于改进这种特殊的固体材料。
下面的说明也限于一种方法和设备，其在半连续基础上操作。必须注意的是本发明可以扩展到间歇和连续条件操作。
参考流程图，将来自料堆3的进料煤，转移到压碎机5，并且被压碎，破碎到超过一定尺寸的块。
将破碎的煤转移到筛7，从破碎的煤中分离出精细粒。
转移精细粒到锅炉9，该精细粒用作锅炉的热源。
在另一流程图中，(i)精细粒可以被返回到上述进料加工回路中，锅炉可以采用其他能源进行燃烧，(ii)精细粒可以与改进煤进行混合，(iii)精细粒可以采纳上述任何结合方案进行加工。
破碎的煤(去掉精细粒)，其典型地为37.5±12.5mm，被转移到反应器组合体的进料斗11中。使用一定规格尺寸的进料煤可以使操作可靠。移出精细粒改进了(a)反应器热传递，由此改进了生产效率。
(b)加工的均匀性(c)流体排放，及(d)反应器中固体流动反应器组合体包括反应器13，其在水饱和压力条件下操作，正如以下所述，为了移出反应器中煤的大孔中的水，采取将热和压力的效果结合的办法。
反应器组合体进一步包括以上部闸斗仓15形式供给煤的方法，该方法以半连续为基础，在压力条件下供给煤到反应器的上部。采用外部供给气体和/或反应器废气使闸斗仓增压。闸斗仓包括一个入口，它能从进料漏斗接收煤，和一个出口，它能供应煤到反应器3的上部。一种典型的操作程序包括在重力进料情况下，从进料料斗11转移煤进料到闸斗仓15，而此时关闭其出口，其后，关闭闸斗仓的入口，使闸斗仓增压，并且开启闸斗仓的出口，转移增压的煤进入反应器的上部。
反应器组合体进一步包括一种以下部闸斗仓17的形式移出煤的设备，该设备在半连续基础上，从反应器下部移出固体材料，同时维持反应器中水饱和压力条件。闸斗仓包括一个入口，它连接到反应器13的下部，和一个出口，它位于能够供应卸压煤到料斗19的位置。在典型的操作程序中，闸斗仓的出口关闭时，开启闸斗仓的进口，在重力进料下，煤从反应器移到闸斗仓。然后关闭闸斗仓进口，进行排气，由此使闸斗仓和闸斗仓中来自煤的闪蒸水卸压，形成蒸汽。这具有冷却煤的效果，温度可以达到200°F级别。
闸斗仓17在水饱和条件下操作，目的使冷却的煤维持最小量的水，优选地，煤中含8％水。一般情况，闸斗仓操作的目标是移出最多的表面水，并且减少内部水到低水平，但不超过最低水平。在同样情况下，闸斗仓操作可以包括加入水到闸斗仓，目的是确保维持水饱和条件。
冷却的煤从低部闸斗仓17转移到产品料斗19，通过转筒筛21从产品料斗19转移到煤堆23。
在下部闸斗仓中产生的蒸汽和其他气体，通过排气管线25转移到锅炉9，并且在锅炉中消耗掉。
在另一种选择方案中，浓缩废气流，在水处理厂或其他合适的处置设备中进行处理。
使用上述方案，通过上部闸斗仓15供给反应器13的煤，不断地向反应器下移动，通过低部闸斗仓17从反应器中卸出。典型地，在反应器中煤的停留时间为15-35分钟。
正如上面显示的，在整个期间，煤供给反应器和从反应器移出都是在半连续基础上进行。
当煤向反应器下移动时，反应器中水饱和压力条件使煤得到改进，其方法是重新组构煤，从煤的孔包括微孔中挤出水，由此产生蒸汽。另外，水饱和压力条件产生CO2和其他气体。
典型地，反应器中水饱和压力条件是压力为40bar，温度为480°F(250℃)。通过在水饱和压力下操作，热传导率本来是高的，不需要一种“工作流体”，而其是上面描述的现有技术中必要的。在水饱和压力下操作也意味着蒸汽可以用于供应侧面间接热交换流体，正如以后描述的，它可以控制反应器温度。
反应器总是保持在水饱和压力下。基本上，反应器是通过蒸汽和其他气体如CO2自动增压。蒸汽和其他气体来自于反应器中改进煤。
进一步参考流程图，反应器组合体进一步包括一种加热反应器13中固体材料的设备，该设备包括控制反应器的温度和压力条件的设备，目的是维持反应器处于水饱和压力条件。
控制设备包括以使用浓缩蒸汽为基础的间接交换回路。蒸汽产生于锅炉9，并且通过一个组合体，其为一系列垂直安装的管线29，以多支管连接在其上端和下端。
控制设备也包括连接到反应器3的累加器31，目的是当新的一部分煤进料，通过上部闸斗仓15供给反应器时，使反应器的压力波动减至最少。来自反应器低部的一种反应器排出蒸汽33，通过累积器31和累积器内部的温度控制系统，维持池中液体在恰好低于饱和温度。当新的一部分煤进料，通过上部闸斗仓15供给反应器13时，冷料的冷凝一般地导致反应器压力的迅速下降，由此引起蒸汽温度的下降。一旦压力降到饱和压力以下，池中液体就会蒸发损耗。这使反应器压力和饱和蒸汽温度稳定。
在另一种选择中，使流体压力波动减至最小的方法是平行连接两个或三个反应器。
利用上述方案，整个反应器进料的少量增加能够通过闸斗仓加入到反应器，以便减少冷料对反应器压力和温度的影响。对每个反应器的生产量闸斗仓循环数可以进行优化，以便得到最好经济效果，生产一致的产品。
煤半连续流动通过反应器意味着每个颗粒具有类似的温度变化，而已知的现有技术则不是这种情况。
使用闸斗仓也意味着可以控制增压和卸压速度使产品质量最佳。
在低部闸斗仓17中，以气体形式移出水使反应器13的操作可靠。另外，这也使废水处理设备的操作可靠，该设备用于处理煤中移出的水。另外，其对产品质量没有有害影响。通过在闸斗仓卸压期间，闪蒸煤中残留水，能够实现显著的产品冷却。这对产品处理和贮存具有有利效果(flow-oneffect)，而冷却产品是必要的。在卸压期间快速冷却煤也可以导致较少的有机质蒸发，进一步改进废弃蒸汽的质量。
上述水饱和压力，只要是高压，是低于已知的现有技术方法的。
在相对低温饱和条件下操作的优点包括(a)没有“爆米花”(popcorn)形成(“爆米花”是不理想的脆性玻璃状产品)；(b)一种较少灰尘产品；(c)一种热值范围为10,500-12,000 BTU/1b的产品；及(d)较短的循环时间和增加的生产率。
通过在较低压力和温度下操作，对废水的质量也具有改进效果，这因此具有对有效的废水处理工艺产生的可能性。
为了评价上面描述的方法，申请人进行了一系列实验室规模的实验。
实验室规模实验是每批煤进料为0.751b(330g)。
实验室规模实验使用设备包括一个迅速加热的气体燃烧炉(autoclave)(目的提供蒸汽源)，其连接到第二个炉子上，在其中煤样品被装在金属丝蓝中。在每个实验期间，记录压力和温度。实验是在一定规模和水饱和压力条件下进行，这可以避免加热煤的任何热传递限制。同时，批量样品的尺寸是足够大的，以使获得筛分和撒粉(sizing and dusting)时操作条件的真实结果。在预定的煤加热周期之后，在水饱和条件下冷却煤到100ε，其后在常压下冷却到室温。
实验室规模实验进行到(a)制备足够量的样品，以便研究饱和蒸汽对产品质量改进的效果，(b)测定卸压条件对产品降解的影响，及(c)提供足够的样品进行NOX测试。
表1是实验室规模实验结果的总结，该实验使用按照本发明一方法加工的两批煤。表1也包含与原煤的对比数据。
表1-小规模实验产品分析结果
所有的结果以“可接受的”(As received)为基础。
表1中结果表明，根据本发明的方法，较高温度实验(410°F和480°F)导致较低的产品湿度，及相应的较高的热值。
在较高温度实验中，挥发性物质的减少也是明显的，表明存在部分脱羧作用。
每个实验的废水都进行分析。对于较高温度实验，观察到了较高的总有机碳、油和油脂含量，表明在较高温度下存在脱羧基作用。在410°F实验用快速冷却是明显地有利的，此时总有机碳、油和油脂含量显著地低于用盘管冷却的等价实验。这个差别在较高温度实验的废水中是不明显的。
下面的观察是有价值的(a)加热是非常均匀的，热量上升(heat-up)速度是迅速的。
(b)在任何高温产品中，没有观察到“爆米花“。
(c)没有产生于快速冷却或盘管冷却的显著的破碎或降解问题。
(d)在480°F材料中存在明显收缩，这表示产品已经被完全加工。
(e)两种高温产品都几乎不含有精细粒，且具有比通常产品低的灰尘。
为了进一步评价本发明上面描述的方法，申请人以中型规模实施该方法。
中型实验加工Cordero煤为50Ib/小时，采用连续方式通过一种小规模反应器，该反应器具有与下述方法一致的闸斗仓入口和出口。
反应器进料原煤加到进料闸斗仓。当按要求装填时，闸斗仓被密封和增压到高于反应器压力5-10psi。当增压时，打开闸斗仓和反应器之间的密封阀，在外振动器的帮助下，使煤落入反应器，然后关闭密封阀。
加热反应器的加热是采用4×9Kw和1×15Kw电阻加热器和一台30Kw蒸汽发生器连用。
产品从反应器卸料产品闸斗仓增压到低于反应器压力5-10psi。当增压时，打开闸斗仓和反应器之间的密封阀，在外振动器的帮助下，使产品落入闸斗仓。当按要求装填时，关闭密封阀，通过排气口和冷凝器使闸斗仓卸压。将产品卸料到产品仓。
实验条件评价温度、压力和循环时间的矩阵关系。表2为实验条件的概要。
产品样品，为测定的操作条件范围的代表，用于分析最近和最大值。所选择的样品也用于分析平衡湿度和痕量元素。加工废水的样品也用于分析它的组成。
湿度，平衡湿度和热值表3为实验的Cordero煤典型的进料和产品的分析结果。
结果表明，改进方法可以从煤中移出湿气，所产生的产品具有可以接受的热值和湿度水平。
Hardgrove研磨性对原煤和产品进行Hardgrove研磨性指数实验，实验结果列在表4中。
结果表明产品和原煤具有非常类似的研磨性。原煤和产品之间的类似性表明产品在加工过程中保留了其强度，在处理中将很少可能破碎变成较小的颗粒，由此降低了灰尘问题的风险。
工艺废水表5是480°F实验的废水的分析结果。
结果表明工艺废水含有大量焦油和溶解固体。
优选的实施方案例可进行许多改进，而不背离本发明的精神和范围。
通过实施例，同时优选的实施方案在半连续的基础上操作，本发明不受此限制，并且扩展到连续操作和间歇操作(本发明的第一方面)。
通过进一步的实施例，同时优选的实施方案包括使用蒸汽作为间接热交换流体控制反应器内温度，本发明不受此限制，并且扩展到合适的温度控制方法。
权利要求
1.一种用于改进多孔含水含碳固体材料的方法，其包括下列步骤(a)提供固体材料到反应器；(b)加热反应器中固体材料，条件为水饱和压力，并且引起固体的孔收缩，作为孔收缩的结果，从孔中挤出水，所选择的水饱和压力条件和加热时间，以使水维持在固体孔，尤其是微孔中。(c)冷却固体材料，通过在水饱和压力条件下，使固体材料卸压，及(d)从固体材料中以水气形式分离水，维持水在固体材料的孔中。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)包括增压固体材料，以连续或半连续为基础，提供增压的固体材料到反应器中，同时维持反应器在水饱和压力条件下。
3.根据权利要求2的方法，其中步骤(a)包括使用外部供给气体和/或从反应器排放气体增压固体材料。
4.根据前面任何一项权利要求的方法，其中步骤(c)包括以连续或半连续为基础，从反应器中移出固体材料，同时维持反应器在水饱和压力条件下，其后冷却固体产品。
5.根据前面任何一项权利要求的方法，其中该水饱和压力条件是温度95-345℃，压力0.8-150bar。
6.根据前面任何一项权利要求的方法，其中步骤(c)包括冷却固体材料到温度小于230°F(110℃)。
7.根据前面任何一项权利要求的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料具有小于12重量％水。
8.根据权利要求7的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料维持小于10重量％水。
9.根据权利要求8的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料维持小于8重量％水。
10.根据前面任何一项权利要求的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料维持小于5重量％水。
11.根据权利要求10的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料维持超过6重量％水。
12.根据权利要求11的方法，其中从步骤(c)冷却的固体材料维持超过6重量％水。
13.根据前面任何一项权利要求的方法，其中该固体材料是含碳材料。
14.根据前面任何一项权利要求的方法，其中该固体材料具有50±4mm的颗粒尺寸。
15.根据权利要求14的方法，其中该颗粒尺寸为37.5±12.5mm。
16.根据前面任何一项权利要求的方法，其中该固体材料在反应器中平均停留时间小于45分钟，条件是该方法以连续或半连续为基础进行操作。
17.根据权利要求16的方法，其中该停留时间小于30分钟。
18.根据权利要求17的方法，其中该停留时间小于20分钟。
19.一种改进固体材料的装置，通过从多孔含水含碳固体材料中移出水，条件是高压和高温，其包括(a)一种反应器，该反应器在高压和高温条件下保持固体。(b)一种加热反应器中固体材料的设备，该设备的条件是在水饱和压力条件下，该加热设备包括控制反应器中压力和温度设备，及(c)一种冷却固体材料设备，该设备是在水饱和条件下，通过使固体材料卸压实现的。
20.根据权利要求19的装置，其进一步包括在连续或半连续基础上在压力条件下将固体材料加到反应器中的设备。
21.根据权利要求20的装置，其中在压力条件下将固体材料加到反应器中的设备包括闸斗仓。
22.根据权利要求21的装置，其中该闸斗仓与反应器相连接，以便将增压的固体材料加到反应器的上部。
23.根据权利要求19到22的任何一项的装置，其中该控制反应器内压力和温度的设备包括间接热交换器，该热交换器用于加热反应器中的固体。
24.根据权利要求23的装置，其中该热交换流体是蒸汽，该间接热交换器包括一系列垂直热交换管的组合体，一个连接这些管上部的水平多支管，及一个连接反应器中这些管下部的水平多支管。
25.根据权利要求19到24的任何一项的装置，其中该控制反应器压力和温度的设备包括减少反应器中压力波动的设备，例如，固体材料加入反应器时的压力波动。
26.根据权利要求25的装置，其中该减少反应器中压力波动的设备包括一个累积器，该累积器拥有一个刚好低于饱和温度的液体池，并且与反应器进行流体联通。
27.根据权利要求19到26的任何一项的装置，其中该冷却固体材料的设备包括一种在连续或半连续基础上，同时维持反应器中水的饱和压力条件下，从反应器中移出固体材料的设备。
28.根据权利要求27的装置，其中该冷却设备包括一个通气口，用于瞬间冷却固体材料。
29.根据权利要求27和28的装置，其中该冷却设备包括一个闸斗仓。
30.根据权利要求29的装置，其中该闸斗仓与反应器连接，以便在维持反应器中水饱和条件下，从反应器低部移出固体材料。
31.一种改进多孔含水含碳固体材料的方法，其包含如下步骤(a)增压固体材料，在连续或半连续基础上，提供增压的固体材料到反应器中，该反应器在高压和高温下。(b)控制反应器中压力和温度条件，维持反应器在高压和高温条件下，从固体材料中移出水。(c)从反应器中移出固体材料，条件是在连续或半连续基础上，同时维持反应器在高压和高温条件。(d)使固体材料卸压，从固体材料中分离至少一部分水蒸汽形式的水，由此冷却固体材料。
32.根据权利要求31的方法，其中步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件成为水饱和压力条件。
33.根据权利要求31或32的方法，其中步骤(b)包括通过反应器中固体材料释放出的蒸汽和其它气体产生的压力控制反应器中的压力和温度条件。
34.根据权利要求31到33任何一项的方法，其中步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件以使反应器中压力波动最小。
35.根据权利要求31到34任何一项的方法，其中步骤(b)包括没有反应器外部气源产生压力时控制反应器中的压力和温度条件。
36.根据权利要求31到35的任何一项的方法，其中步骤(b)包括从反应器中排出废气，和/或移出在步骤(c)中固体材料废气，以确保压力不超过极限值。
37.根据权利要求31到36的任何一项的方法，其中步骤(b)包括控制反应器中的压力和温度条件，方法是通过间接热交换加热反应器中固体材料。
38.根据权利要求31到37的任何一项的方法，其中该方法包括在水饱和条件下卸压，并且由此冷却固体材料。
39.根据权利要求31到38的任何一项方法，其中步骤(c)包括在闸斗仓或其他合适的卸压容器中，使从反应器中移出的固体材料卸压。
40.根据权利要求31到39的任何一项方法，其中该固体材料具有50±4mm的颗粒尺寸。
41.根据权利要求40方法，其中该颗粒尺寸为37.5±12.5mm。
42.根据权利要求31到41的任何一项的方法，其中该固体材料在反应器中的平均停留时间小于45分钟。
43.根据权利要求42方法，其中该停留时间小于30分钟。
44.根据权利要求43方法，其中该停留时间小于20分钟。
45.一种改进固体材料的装置，通过在高压和高温的条件下，从多孔含水含碳固体材料中移出水，其包括(a)一种保持固体材料的反应器，在高压和高温的条件下从固体材料中移出水。(b)一种控制反应器中压力和温度条件的设备。(c)一种在压力条件下供给反应器固体材料的设备，该设备是在连续或半连续为基础。(d)一种从反应器中移出固体材料的设备，该设备以连续或半连续为基础，同时维持反应器的高压和高温条件，其后使移出的固体材料卸压，从固体材料中以水蒸汽状态移出水，由此冷却固体材料。
46.根据权利要求45的装置，其中用于在压力条件下将固体材料加到反应器中的设备包括闸斗仓。
47.根据权利要求46的装置，其中该闸斗仓与反应器相连接，以便将增压的固体材料加到反应器的上部。
48.根据权利要求45到47的任何一项的装置，其中该控制反应器压力和温度的设备包括间接热交换器，其用于加热反应器中的固体。
49.根据权利要求48的装置，其中该热交换流体是蒸汽，间接热交换设备包括一系列垂直热交换管的组合体，一个连接这些管上部的水平多支管，及一个连接反应器中这些管下部的水平多支管。
50.根据权利要求45到47的任何一项的装置，其中该控制反应器压力和温度的设备包括减少反应器中压力波动的设备，例如，固体材料加入反应器时的压力波动。
51.根据权利要求50的装置，其中该减少反应器中压力波动的设备包括一个累积器，该累积器拥有一个刚好低于饱和温度的液体池，并且与反应器进行流体连通。
52.根据权利要求51的装置，其中该冷却设备包括一个通气口，用于瞬间冷却固体材料。
53.根据权利要求51和52的装置，其中该冷却设备包括一个闸斗仓。
54.根据权利要求53的装置，其中该闸斗仓与反应器连接，以便在维持反应器中水饱和条件下，从反应器低部移出固体材料。
55.一种用于改进多孔含水含碳固体材料的方法，其包含如下步骤(a)供给固体材料到反应器中。(b)在水饱和压力条件下加热反应器中的固体材料，从固体材料中除去水，及(c)在水饱和条件下通过使固体材料卸压来冷却固体材料。
全文摘要
本发明公开了一种改进多孔含水含碳固体材料的方法和装置，包括从固体材料中移出水。该方法和装置的一方面特征在于在水饱和压力条件下，加热和冷却固体材料，并且维持至少一部分水(典型地5－10重量％)在固体的孔中。该方法和装置的另一方面特征在于以半连续或连续为基础，操作该方法和装置。
文档编号C10L9/00GK1473260SQ01818618
公开日2004年2月4日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年9月26日
发明者马克·H·戴维斯, 乔纳森·J·戴维斯, 贾里德·M·奥斯本, J 戴维斯, M 奥斯本, 马克 H 戴维斯 申请人:技术资源有限公司