煤增强方法

专利名称：煤增强方法
技术领域：
本发明涉及处理生物质以提高其价值或等级的领域。更具体而言，本发明涉及处 理生物质、特别是煤的方法，所述方法可有效地将选择的原料由低等级转化为能够提高单 位燃料放热量的高等级燃料。这部分地通过驱除低等级煤中所捕集的大部分水分而实现。 所述方法同时还除去煤的污染物或杂质，其中许多为有机挥发物，也被称作副产物。
这些副产物非常易燃，并且可以提供使本发明的方法以类似于精炼原油以产生清 洁燃料的石油精炼的方式在启动后继续运作所需的热能。除去的副产物被再循环成如屋面 用柏油和化学原料等产品。所述有机挥发物是可用作气体燃料的轻质烃，首先在启动后为 所述方法提供能量，其余有机挥发物被分离加工以用于其他应用。所述方法还将煤转变为 低发烟燃料，使其应用更易为如烹饪和室内供暖等家庭用途所接受。最后，本发明的方法可 减轻煤的重量，这降低了将经处理的煤运输至将其作为燃料燃烧的地方的成本。
所述方法是若干不同水平上的节能手段。所述方法可提高煤的等级使其成为更 有效的燃料，除去水分，使用从原料中除去的副产物来为本发明的方法提供能量，产生如含 有更可用的能量的气体燃料等用于其他应用的经处理的副产物，和减轻煤的重量从而减少 将煤运输至其燃烧处的能耗。所述方法还将热量再循环以进一步降低使该方法运作的燃料 消耗。本发明的方法主要设计为与次烟煤和褐煤一起使用，但是其同样适用于如废木材、外 壳、果壳和有机来源的其他可燃材料等生物质。
背景技术：
生物质是人类已知的最大且最易于获取的能源之一。生物质见于各种不完全的形 式，如木材、外壳、果壳和泥炭。大量生物质也可以以褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤的形式获 得。自人类发现并能够控制火以来，就一直在释放这些物质中所蕴含的能量。然而，这些巨 量的能源储备的低效释放导致大气和环境质量的劣化，一些人认为其对全球变暖起到了重 大作用。人类对于工业社会所能获得的产品的无厌追求造成的对能源日益增加的需求，使 得已经需要以安全、清洁和对环境负责的方式来释放这种能量。
已经知道可在受控环境中应用热来处理煤以提高其等级。本发明实际上是对Hunt 的美国专利第6，447，559号的显著改进。Hunt教导在惰性气氛中处理煤来提高其等级。在 本发明中，首先将煤在惰性气氛中加热至400° F的温度以产生仅具有2% 5%的水分的 煤，然后在惰性气氛中加热至1500° F的温度以产生仅具有 2%的水分并且质量减轻 高达30%的煤，以获得水分低于2%且挥发物含量低于25%的煤，然后在不含氧气且干燥 的气氛中冷却该煤，并最终将其收集。
Hunt之前的现有技术已经认识到加热煤可以除去水分并提高煤的等级和BTU(英 制热单位)含量。之前还认识到，该热解活性可将煤中存在的复杂烃类改变为较简单的一 组烃类。该分子转换可产生更易于燃烧的煤，但是其为不稳定的产品。现有方法要花费数 小时来完成，因而既缓慢，投资和生产成本又高。Hunt大大地缩短了 Hunt之前的现有技术 的加工时间。
但是Hunt既没有认识到可以使用副产物为该方法提供能源，也没有认识到“收 获”大量的用于所述方法之外的建设用途的副产物的能力。Hunt的方法还是一种横向的方 法，而本发明为一种可在某些点利用重力将煤从一个区域移至另一个区域的纵向方法。通 过本发明的方法可以在多个水平上实现节能，并且加工工厂和加工后的更清洁的燃煤都实 现了环境保护。发明内容
鉴于上述情况，本发明的一个主要目的是通过使易于再吸收水分、尺寸减小和自 燃的不稳定产物的产生最小化来改进现有技术的利用热和压力来从煤中除去水分和挥发 性物质的煤提质方法。
本发明的另一个主要目的是通过以下方式提高低等级煤的等级将低等级煤转化 为能够提高单位燃料放热量的高等级燃料并且与此同时利用所述方法的副产物(如作为 轻质烃的有机挥发物等)作为燃料来为所述方法在启动后提供能源。
本发明的又一个目的是利用可在若干水平上节能的方法来提高低等级煤的等级， 即，提高煤的等级使所述煤成为更有效的燃料，除去水分，使用从原料中除去的副产物为本 发明的方法提供能源，产生用于其他应用的经处理的副产物，如含有更加可用的能量的气 体燃料等，和减轻煤的重量从而降低将煤输送至其燃烧处的能耗。
本发明的再一个目的是通过除去污染物生产清洁燃煤，以使燃烧该煤可降低空气 污染，使该煤成为环境上更可接受的燃料。
本发明的另一个目的是通过除去有毒污染物使煤转变为低发烟燃料，而使其应用 更加为如烹饪和室内取暖等家庭用途所接受。
本发明的再一个目的是减少如煤等生物质形式的能源储备的低效释放，继而减小 大气和环境质量的劣化和减少全球变暖。
本发明的又一个目的是以安全、清洁和对环境负责的方式释放生物质能量。
本发明的另一个目的是为世界上像中国这样能源需求不断增长的地区提供一种 以对关注空气污染和全球变暖的其他国家具有积极影响的方式利用其大量的煤储备的方 法。
本发明的一个相关目的是为像中国这样已将煤用于家庭取暖和烹饪的国家提供 一种通过在家庭中燃烧煤时使烟尘和接触污染物最小化而改善其公民的健康的方法。
参照以下描述和附图，其他目的和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。
根据本发明的一个主要方面，提供了一种由低等级煤生产清洁燃料的方法。所述 清洁燃料类似于煤，防潮、稳定并且与原料煤相比具有较高的单位质量热值。所述清洁煤燃 料可以像煤那样在燃煤电厂、工业锅炉和家庭中处理和燃烧；但是其产生较少或不产生通 常与煤燃烧装置有关的有害空气污染物的排放。本发明的方法在煤燃烧之前处理煤，并除 去煤中约90%的固有的污染物，所述污染物是产生烟雾和对健康有害的空气的成因。
这些污染物可在6分钟 18分钟内除去，其中许多可以再循环成如屋面用柏油、 化学原料和可用作气体燃料的轻质烃等产品。最终产品可选地形成为家庭用型煤，在所述 家庭中煤被用于烹饪和取暖。由于其清洁燃烧特性，因此使用这些型煤可以显著改善以前 暴露于家中燃烧非清洁煤所产生的有毒烟雾的人群的健康。
根据本发明的另一方面，所述方法使用不同的手段，其中，其利用多步加热法在受 控的滞留时间和气氛下逐渐加热煤，以产生BTU含量提高的稳定的产品——这是本方法相 对于其竞争方法所独有和引人注目的方面。在各区域中气体的混合为本发明的方法所独 有，并可确保煤失去其挥发性物质而不燃烧自己，从而产生清洁煤燃料。
设备由三个室构成，各室被认为是一个区域。煤在前两个室(区域)中逐渐加热， 然后在最后一个室(区域)中冷却。各加热区域可以被视为独立的部分气化室。煤在行进 通过各区域时，于受控的温度、滞留时间和环境压力下加热。将各区域中的工艺变量调节为 适于所希望的最终产品规范。
将原料煤粉碎为实用煤的常见尺寸分布并进料至第一区域中。此区域内的温度和 滞留时间足以从煤中除去表面水分。将煤移至第二区域，其中温度和滞留时间保持为除去 任何残留水分并除去低沸点和高沸点挥发物、空气毒素(包括汞、砷和某些硫氧化物)。第 三区域为冷却区域，煤于此处在受控气氛中冷却。冷却以不损害煤的结构完整性的速率进 行。离开第三区域后，产品煤通常具有<2%的水分含量和5% 15%的挥发物含量。可以 通过改变加工条件而改变这两个参数，以适于实际需要。
各室中的集气歧管捕获加工过程中从煤中释放的所有水分和挥发性物质。气体分 离器分离出轻质烃，轻质烃被导回至加热这些区域的燃烧器中。与较轻的气体分离的较重 的气体被收集在单独的容器中以用于后续销售或转化为合成燃料和化学原料。
加工厂被设计为可将开采的煤的品质提高约30%，这取决于引入的煤的品质。这 通过从煤中除去表面和内部水分以及挥发性物质而实现。所述挥发性物质含有大部分污染 物，一旦除去则可使剩余的煤清洁燃烧。所述方法被设计为利用最少量的能源和时间以安 全一致的方式改善煤。
工厂具有原煤堆和成品煤堆的七天储存容量。通过卡车或轨道将煤原料运送至工 厂，并从工厂运出。进来的卡车或轨道车驶向卸货站，于该处将其载有的煤倾倒至接收仓 中。煤仓中的煤传送至堆积机中，用堆积机对煤进行分配并压紧为储煤堆。
煤运输机从储煤堆取煤并将其传送至位于进行中的储煤筒仓上方的传送机/倾 料器中。储煤筒仓为各加工单元储存约2. 5小时的煤。传送机/倾料器以连续方式将煤输 送至筒仓中。煤加工后，被输送至温度为200° F的经加工煤传送机中，并传送至最终产品 堆积机中，于该处压实并以经加工煤堆的形式储存。从经加工煤堆中将煤取出并将其传送 至轨道车上进行运输。
不同加工单元中产生的所有气体被送至中央气体加工单元，在该处重质烃被分离 并凝结为液体，其被储存并通过轨道输送至炼油厂以进行进一步加工。其余的气体也被分 离并生成四种主要的气流。第一种气流为二氧化碳，其被再循环至煤加工单元；第二种气流 由甲烷和乙烷构成，并被送回至煤加工单元用作加热煤的燃料。第三种气流为丙烷，其凝结 并储存为液体，既用于本发明的方法的启动，也用于支持燃气系统。丙烷/空气混合机产生 相当于燃气的BTU混合物。第四种气流由戊烷和更重的烃构成，其凝结并通过卡车运输至 炼油厂以进一步加工或者销售。
工厂包括接收、储存和从煤原料堆取煤以进行加工的煤处理装置。将煤传送至位 于加工装置上方的进行中的储煤仓中。煤从储煤仓中通过重力而流入加工装置，并通过一 系列螺旋传送机进料至斜槽中，所述螺旋传送机将全宽度的煤层输送给加工装置。加工装置由一系列振动式进料机构成，所述进料机将4英寸深的煤床传送通过如上所述的两个加 热室或区域以及冷却室或区域。
在第一加热室中，煤优选从环境温度加热至400° F以上的温度。加热在二氧化 碳的覆盖下进行。热二氧化碳通过内置在振动式进料机的床内的流化床供给至第一加热室 中。二氧化碳获取水分和某些烃类气体，并将它们输送至用于分离粉尘与水分和进一步加 工的气体清洁模块。
煤被输送至第二加热室，于该处燃气加热器将煤由400° F加热至1500° F以上。 二氧化碳供给至振动式进料机的床的上方。二氧化碳获得增加的水分和更大量的烃类气 体。该气体混合物被输送至用于进一步加工的气体清洁模块。
冷却室包含振动式进料机，所述振动式进料机将煤从振动式进料机的一端移动至 另一端，同时使煤暴露于已经供给至该单元内的冷二氧化碳气流。二氧化碳取自气体清洁 模块处的工艺。
从第一加热室再循环和冷却的二氧化碳(其已被冷却和除湿)通过内置于振动式 进料机的床中的流化床供给至该冷却室。将冷却室的尾气加热并再循环至第一加热室，由 此使热量再循环。


通过结合附图进行的以下讨论，本发明的各种其他特征对于本领域技术人员而言 将变得显而易见，附图中
图1是显示通过设施的产品流、本方法的二氧化碳的部分循环和接收和分离本方 法的副产物的气体分离单元的方法的基本示意图。
图2是第一加热室或区域的截面图。
图3是第二加热室或区域的截面图。
图4是冷却室或区域的截面图。
图5是显示通过加工设施的二氧化碳的热线路的补充示意图。
具体实施方式
根据要求，将本发明的具体实施方式
公开于此；但是，应该理解，所公开的实施方 式只是对本发明的例示，而本发明可以以各种方式来实施。因此，不应将此处所公开的具体 结构和功能细节认为是对所附权利要求的限制，而应将其认为仅是所附权利要求的基础， 并且是教导本领域技术人员以实际上任何适当的具体结构不同地实施本发明的代表性基 石出。
此处将引用附图，其中，不同的图中所示的本发明的相似特征由相同的附图标记表不。
设备包含三个室，各自被认为是一个区域。煤在前两个室(区域)中逐渐加热，然 后在最后一个室(区域)中冷却。各加热区域可以被视为独立的部分气化室。煤在行进通 过各区域时于受控的温度、滞留时间和环境压力下加热。将各区域中的工艺变量调节为适 于所希望的最终产品规范。
首先使用常规破碎机(即Gimdlach双辊粉碎机或McClanahan式粉碎机)将煤粉碎和分级，以将原料减小到平均90%在2英寸以下。然后筛选以除去任何小于1/4”的物 质，并通过斗式传送机转移至区域1。区域1装有以与该区域的滞留时间相匹配的受控速率 移动煤的振动床。振动床由从所述床的底部供给的热二氧化碳加热。区域1的温度保持为 约400° F，这可从煤上除去大部分表面水分。
在所述床的末端，利用重力使煤经斜槽沉积在第二振动床(区域2)上而节约能 源。当煤进入区域2时，通过将该区域的温度保持为约1500° F的燃气加热器将其加热。 煤用数分钟通过该区域以从煤中除去任何残留水分和任何低沸点挥发性物质。煤在区域1 和2中的滞留时间随煤原料的初始水分和挥发物含量以及所希望的最终产品的水分/挥发 物含量而改变。典型的滞留时间为每区域3分钟 5分钟左右。
第二加热室(区域2)中的煤被一系列燃气加热器加热至高达1，500° F的温度。 供给至区域2中的二氧化碳获得从煤中发出的另外的水分和残留的较重的挥发性气体。该 气体混合物最终传送至气体分离部分。在区域1、2和3之间，煤失去大量的其挥发性物 质，并因失去其部分质量而发生一定程度的收缩。通常，重量损失为煤初始质量的15% 35%，但是重量损失很大程度上取决于原料煤的特性、区域温度、滞留时间和其他因素。可 将这些影响因素整合为总工艺控制系统，其监控这些参数并相应地对其进行调整以获得所 希望的最终产品。
各区域内的气体混合物的控制对于本方法的成功运作非常关键。当煤被加热至上 述温度时，将其水分和挥发性物质从煤的显微组分中驱除。温度上升时挥发性物质的膨胀 在煤结构中产生裂缝和空隙。如果膨胀过快，则裂缝会使煤裂开并且整个煤会发生尺寸减 小。其他不希望的特性是煤在达到环境温度后的水分再吸收和自燃。但是，本发明的方法 会监控各加热区域中的气体混合物，以控制这些挥发性成分的去除速率。
这通过以下方式实现通过惰性气氛使煤内部的固体/液体与气体形式的挥发性 物质形成动态相平衡，所述惰性气氛部分通过从煤中挥发的物质和导入外来的非氧化性惰 性气体(如二氧化碳或氮气)而产生。所述室设置有供所述气体进入和返回的入口和出 口。对于各种原料煤预先确定在各区域内循环的气体的滞留时间、种类和各自的量，并将其 用作工艺的控制参数。各区域中的气体的氧气含量通常少于2%的氧气。
在各区域内所提供的气氛的另一效果是确保煤保持大部分其天然结构完整性并 抵抗碎裂为细粉(颗粒小于1/4”)的趋势，尽管煤可能因损失一些质量而更易碎。经加工 的煤可以利用重力进料通过斜槽转移至冷却区域(区域幻。重力进料可以节约能源。
在区域3中，通过使煤暴露于干燥的不含氧气的惰性气体而将煤冷却。在工艺设 计中，冷却室(区域幻包含振动式进料机，所述振动式进料机将煤从振动式进料机的一端 移至另一端，同时使煤暴露于从气体分离部分的工艺中取得的冷二氧化碳气流。所述二氧 化碳在冷却和除湿后由区域1再循环，并通过内置于振动式进料机的床中的流化床供给至 区域3。冷却部的尾气被加热并再循环至区域1。控制系统确保二氧化碳冷却气流仅含0. 25 体积％ 0. 75体积％的氧气，且水分含量低于1重量％，并相对于煤流动方向逆流流动。
现即可将煤从区域3中运输至公用设施和工业市场。如果需要，可以通过筛选从 煤中除去细粉，以使最终产品尺寸范围为1/4” 2”。
可选地，将细粉转化为家用型煤或用作燃料为本方法提供热量。作为另外一种选 择，也可以将细粉销售给第三方加工为家用型煤。最终结果是生产了清洁燃烧的低烟型煤，其具有坚实的结构组成、防潮性、长贮藏期限并具有成本效益。
下面描述装置的各构件。振动式进料机大部分是设计用于通过在水平床引起振动 而移动固体产品的装置的标准件。由于本方法中涉及高温，因此振动床衬有耐火材料。振 动床安装在弹簧上，并且振动通过安装在轴上且由电动机驱动的偏心臂产生。为调节传送 机的速度，电动机通过变频驱动控制。振动式进料机床设置有浸入沙封中的金属裙部，以防 止外壳内的二氧化碳气氛外泄。
加热器包括安装在室壁上的天然气燃烧器。控制燃料/空气混合物来保持恒定的 出口温度。随着室内由本方法产生的可燃性气体的量的增加，减少向燃烧器供给的外来气 体，并控制助燃空气以维持燃烧并保持气体的出口温度。由本方法产生的任何过量的烃都 被二氧化碳运载至化学部进行加工。
在三个不连续的独立的位置将来自外部热源的热量供给至本方法。所有热量追 加位置都利用丙烷作为启动燃料，所述丙烷由作为本方法的一部分安装的气体分馏装置产 生。丙烷贮藏在设施中。
第一热量追加位置为(X)2燃烧加热器，其升高进入第一加热室的(X)2气流的温度。 此燃烧加热器将CO2的温度从进气温度522° F升高至CO2排出温度938° F。利用丙烷/ 乙烷-甲烷作为燃烧器燃料的燃烧器提供必需的热量。燃烧器配置有厂商提供的燃烧控制 系统(CCS)和燃烧器管理系统(BMS)。
选择燃烧器温度分布和由其决定的燃烧器放热，以便能够实现所需的(X)2温度上 升。若CO2进气温度较高，则从燃烧加热器排出的烟道气排出温度也升高。安装烟道气与 助燃空气之间的热交换器，以利用离开燃烧加热器的烟道气预热燃烧器助燃空气，从而减 少燃烧器的燃料需求。在助燃空气预热器的下游安装未隔绝的金属烟囱，以将烟道气排放 至环境中。
第二热量追加位置是加热进入第二室中的煤的气体燃烧加热器。该燃烧加热器将 从第一室所引入的煤升至1500° F的煤排出温度。以丙烷/乙烷-甲烷为燃料的燃烧器提 供必需的热量。燃烧器也配置有厂商提供的燃烧控制系统(CCS)和BMS。选择燃烧器温度 分布和由其决定的燃烧器放热，以便能够实现所需的CO2温度上升。若烟道气出口温度较 高，则系统可包含烟道气与助燃空气之间的热交换器，以升高所引入的助燃空气的温度。在 助燃空气预热器的下游安装未隔绝的金属烟囱，以将烟道气排放至环境中。所述方法的主 要优点之一在于其将冷却过程中从煤中除去的100%的热量再循环来加热本方法的第一加 热部。
利用离心通风机来使工艺气体移动通过系统。通风机为径向叶片型，并且在某些 情况下，由专用金属制成，以应对所传送的气体的高温和腐蚀性。
利用粉尘收集器使所有粉尘与第一加热室中产生的工艺气体和水蒸气中分离。粉 尘收集器为袋式，并且袋由适于高达400° F的温度的材料制成。通常，利用压缩空气摇动 所述袋，但是在此情况下利用的是二氧化碳，以在本方法中保持缺氧气氛。由于热、湿润和 腐蚀性环境，与工艺流接触的所有内部零件均由不锈钢制成。
水分离器由具有大排水盘的翅片式水环管构成，所述翅片式水环管冷凝工艺气流 中的水分并将其排出。用于所述环管的冷却水由冷凝器水系统提供，所述冷凝器水系统由 冷却塔和循环泵构成。
冷却塔是逆流型的，并且大小被设计为在78° F的环境湿球温度下可将水从 115° F冷却至85° F。冷凝器水系统对煤加工以及系统的气体处理侧提供冷却。冷却塔 通风机利用电逆流继电器使通风机在冬天结冰时反向旋转。
冷凝器水泵为垂直涡轮型，位于冷却塔结构的湿井处，通过所述塔冷却的水收集 在该处。所述泵将水排出至管道系统中，所述管道系统将水传送至遍及整个设施的冷却环 管和热交换器中。所述泵通过变速驱动控制，以控制流过系统的水的量和使冬天时的能耗 最低。
将煤从本方法的一个区域传送至另一区域的金属斜槽衬有耐火材料，所述耐火材 料适于处理煤和应对所述方法引起的温度。振动式进料机收容在耐火外壳的内部，所述耐 火外壳处于通风机从外壳中排出气体所产生的轻微的负压之下。二氧化碳气氛自然可以防 止煤在高于400° F时于氧气存在下被点燃。
煤加热室的气体副产物由第一室和第二室排出的合并的气流中所含有的那些物 质构成。它们是在不同温度水平下从煤中驱除的挥发物和用于在各个阶段加热和冷却煤的 用作传热介质的气体。传热气体为二氧化碳，但是也可以考虑用氮气。
在较低温度水平(即400° F)时，挥发物主要由表面水分构成。在1500° F时，挥 发物由煤内的水分和轻质烃、氢气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢和氨构成。在最高温度时， 更重的烃和液体被驱除。许多烃类都缺少氢，由烯烃和芳香烃构成。除烃类之外，挥发物还 包含在更高温度(即2，000° F)释放的无机污染物。所述无机污染物由氯、汞、砷等构成。
气体模块的用途在于除去污染物并将各种组分分离为适于销售和运输的产品。这 些产品将在产品部分讨论。另一重要用途是分离二氧化碳，将其再循环回煤干燥部以将其 用作加热介质。对于气体分馏装置的设计而言极其重要的是在清洁过程的各个阶段从煤中 驱除的挥发物的组成。
下面是来自气体分馏装置的产品
燃气。其由C4以下的物质构成，S卩，甲烷、乙烷、乙烯、丁烷和丁烯。其作为燃气用 在煤装置燃烧器中。该气体经胺处理，含相对较少。
丙烷、丙烯。煤装置需要用于启动的燃料源。基于此原因，提供了 C3分离和贮存。 超出煤装置启动所需的多余C3可销售至例如精炼厂，以作为精炼厂烷基化单元的原料。
丁烷、丁烯。其为液体产品流，提供有贮藏设备。其可选地用作燃料，或作为产品 销售给例如精炼厂作为精炼厂烷基化单元的原料。
重质液体，C5以上的液体。下面将对其进行更详细的描述。
硫。下面将对其进行描述。
C02。CO2是用作煤清洁部中的加热介质的惰性气体的组成部分。
CO。一氧化碳广泛地在化学工业中用作制造聚氨酯或聚碳酸酯的材料。
各过程是
除去污染物。
固体吸附剂可将气体中的如汞等气态污染物清除至非常低的水平。这利用两个以 上吸附剂容器来实现。当一个吸附剂容器已经充满污染物后，将其拆下，用新的吸附剂更换 用过的吸附剂。如砷等固体污染物通过过滤从液体中除去。
烃处理。
从燃气中除去H2S通过胺处理来实现。在此过程中，通过特定种类的胺，在吸附塔 中从气体中吸BH2S。然后将纯化的气体送去下一步加工或者用作燃气。之后，由胺吸收的 H2S被送至解吸塔A2S于该处被驱除为浓缩流。然后将贫胺液再循环回吸收器。之后，将从 胺中解吸的H2S送至硫回收单元。
除去CO2。
通过第二阶段的胺分离除去C02。用于除去H2S的胺对H2S具有选择性，将CO2留 在气体中。
除去CO。
一氧化碳在下述过程中被捕获，所述过程涉及使用在甲苯中含有氯化亚铜铝的溶 剂的吸附/脱附。
除水。
从气体分馏装置中的各个位置处收集水。这些位置包括吸附剂干燥器和分离器的 出水口。所述水含硫，因此在含硫污水汽提装置中处理。溶解在水中的吐3和氨得到提取， 并与来自胺处理器的酸性气体合并，一起被送至硫回收处。
将经处理的含有C4以下物质的气体送至轻质气体分离部。在该部中，首先利用冷 藏J-T法分离甲烷/乙烷。其包括吸附剂脱水器、丙烷冷却器、冷分离器和在-30° F运行 的乙烷馏除器柱。将乙烷馏除器的底部产品送至去极化器和丁烷馏除器中，在该处将丙烷 /丙烯和丁烷/ 丁烯分别分离。丁烷馏除器的底部产品含有C5以上的烃，其与主分离器液 体合并，并被送至液体产品储藏处供后续销售。
重质液体(C5以上的物质)由沸点范围很宽的物质(从石脑油到柴油及更重的物 质)构成。其缺氢且高度芳香化。其含有含氧烃，如醚类、醛类、酯类和酮类。其为稳定化 物质，适于贮藏和运输至石油/石化精炼厂以进一步加工。为避免胶质形成，其贮藏在空气 较少的环境，即隔热的气体覆盖的贮藏罐中。
最后的副产物为硫。其从气体分馏装置的含硫污水汽提装置和胺单元中产生的 H2S中捕获，并在克劳斯单元(Claus unit)中加工以生产元素硫。克劳斯单元通过将H2S在 催化剂存在下与空气反应而生成硫。该反应高度放热，导致废热锅炉中产生高压蒸汽。将该 蒸汽整合到气体分馏装置的其他部分并用于加热。过量的蒸汽也可以用在涡轮机中发电。
硫可以以液体和固体贮藏及运输。作为固体，在冷却并转化为压块后，其更容易运 输从而便于进一步加工，即化肥、硫酸等。
最后再参照附图，图1是显示通过设施的产品流、本方法的二氧化碳的部分循环 和接收和分离本方法的副产物的气体分离单元的本方法的基本示意图。
本方法的概况总体如10所示。将已在设施的他处(未示出)粉碎至一定尺寸并 分级的原煤12装载至料斗/进料器14中。然后，将其于16处供给至第一区域室18中，在 该处，利用在20处进入室18的热二氧化碳气体将其加热至400° F。这将驱除水分，所述 水分由在22处排出的二氧化碳运载出室18。
之后，温度为400° F的煤在M处离开室18并移动至第二区域室沈。该处使用 如图3所述的气体燃烧器将其加热至1500° F。在此温度，副产物以挥发性物质的形式从 煤中驱除出来。挥发性物质在30处进入气体分离单元观。其由在32处进入第二区域室 26的二氧化碳运载至该处。
在气体分离单元观中，各种副产物相互分离并排出为不同气流。第一个所述气流 为在34处的甲烷和乙烷。甲烷和乙烷在36处再循环回第二区域室沈，在该处其于气体燃 烧器中燃烧以在不含氧气的环境中将煤加热至1500° F。由此，第一副产物至少部分地为 本发明的方法提供了燃料，这是Hunt (主要现有技术文献)所未教导的。第二气流为38处 的丙烷。本方法所产生的丙烷的至少一部分贮藏在设施中，因为将其用于启动时的加热。其 余的过量部分可以作为本方法的副产物销售。下一气流为40处的重质碳，其可销售给其他 工厂作为化学原料。倒数第二个气流为42处的戊烷和更重的烃，它们也是可以销售给其他 工厂的。最后的气流44将分离出载体二氧化碳以在32处再循环回第二区域室26。
在第二区域室沈中加热至1500° F的煤在46处离开该室并通向第三区域室48， 于该处在干燥且不含氧气的环境中冷却。在22处将水分运载出第一区域室18的二氧化碳 通向气体清洁模块50，于该处二氧化碳被除湿。在如图5所述的一些其他步骤之后，二氧化 碳在52处进入第三区域室48，于该处用以将煤冷却至约200° F。然后，经清洁的煤在M 处从本方法中排出以贮藏和交付给使用者。通过冷却第三区域室48中的煤而得到加热的 二氧化碳在56处离开该室，并在20处返回至第一区域室18中，如前所述将该室中的煤加 热至400° F。
图2是第一加热室或区域18的截面图。煤12在16处进入室18，并在包含流化床 60的振动式进料机58上移动。热二氧化碳在20处进入并供给至流化床60中，以加热煤 和吸收水分。然后，加热至400° F的经干燥的煤在M处离开第一区域室18，并通往如图 3所示的第二区域室26。二氧化碳和水分结合体在22处离开，通往图1中所示的气体清洁 模块50。
图3是第二加热室或区域沈的截面图，煤12在M处进入其中并在包含流化床60 的振动式进料机58上移动。在该室中，煤12通过气体燃烧器62加热至1500° F。二氧化 碳在32处进入室沈中，获取在1500° F的温度下从煤12所发出的副产物，并在64处离开 区域沈，通往图1中所示的气体分离单元观。温度为1500° F的碳在46处离开区域沈， 通往图4中所示的第三区域48。
图4是冷却室或第三区域48的截面图。温度为1500° F的煤在46处进入第三 区域48。煤12在包含流化床60的振动式进料机58上移动。已经由如图5所述的设备冷 却的二氧化碳在52处进入区域3。将冷却的二氧化碳供给至流化床60，并将碳12冷却至 200° F，在此温度下当煤再次暴露于氧气时不会发生燃烧。然后煤12在讨处离开冷却区域 48以贮藏和运输给使用者。二氧化碳当然在冷却煤的过程中被加热，温度升高至522° F。 经加热的煤在56处离开冷却区域48。
图5是显示通过加工设施的二氧化碳的热线路的补充示意图。在冷却区域48中 加热至522° F的二氧化碳在56处离开该区域。然后，其被导向将CO2的温度升至938° F 的CO2气体燃烧器66。气体燃烧器66利用丙烷/乙烷-甲烷作为燃烧器燃料。之后，温度 为938° F的二氧化碳在20处导入第一区域18，于该处将其用于将引入的原煤12加热至 400° F，如之前图2所述。其结果是可以节约能源，因为由在冷却区域48中冷却煤所获得 的本方法的大量热量被再循环至在第一区域18中加热所引入的原煤中。
此后，二氧化碳在22处离开第一区域18，然后被送至粉尘收集器68中净化粉尘以 供本方法的后续应用。利用离心通风机72使二氧化碳在70处离开粉尘收集器，送至逆流热交换器74中，二氧化碳在76处进入所述热交换器74中。热交换器74用于冷却二氧化 碳以便之后在冷却区域48中使用。
热交换器74接受来自冷却塔78的冷却水。冷却水保持在蓄水池80中，并利用泵 82送至交换器74中。冷却水在84处进入热交换器并在86处离开。水在热交换器74中 通过冷却二氧化碳而变热。该热水然后导入冷却塔78中，于该处其通过喷嘴88和薄膜纵 列(film file)90再次冷却。然后其返回蓄水池80。冷却的二氧化碳在92处离开热交换 器74，并利用离心通风机94送至冷却区域48中，冷却的二氧化碳在52处进入冷却区域48 中，如之前图4所述将煤由1500° F冷却至200° F。
虽然以各种术语或设想的实践本发明的某些实施方式或修改描述、公开、说明和 展示了本发明，但这并不意味着本发明的范围受此限制，也不应将本发明的范围视为受此 限制，通过本说明书中的教导而可提出的其他修改或实施方式也特别得到保护，因为其落 在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种提高煤等级的煤增强方法，所述方法包括在至少一个区域于基本上不含氧气的气氛中加热煤以除去水分并驱除副产物，从而提 高煤等级；将煤在另一区域于基本上不含氧气的气氛中冷却； 收集经增强的煤；和将某些所述副产物作为燃料再循环，以加热所述煤并节约能源。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述煤的加热分为两个区域，第一区 域加热至约400° F以除去表面水分，第二区域加热至约1500° F以除去更多的水分和副产物。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括分离出不进行再循环的副产物并将其收 集用于其他生产用途。
4.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括使用利用冷却塔冷却的二氧化碳来冷 却所述煤，和将从所述煤中除去的热量再循环以加热所述第一区域中引入的煤，从而除去 表面水分。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述副产物包含甲烷和乙烷、丙烷、重质碳、戊烷和 更重的烃，并且所述方法还包括将来自气体分离单元的甲烷和乙烷再循环至加热区，以用作所述方法启动后加热所述 煤的燃料；和将由所述方法先前产生的丙烷再循环，以用作启动所述方法的燃料。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括使用二氧化碳作为惰性气体以产生所述 基本上不含氧气的气氛。
7.如权利要求3所述的方法，其中，在加热阶段中使用二氧化碳作为载体携载水分和 携载副产物，从而将它们送至气体分离单元，在气体分离单元中，将所述二氧化碳与所述副 产物分离，在气体清洁模块中除湿，通过热交换器从而利用来自冷却塔的水将其冷却，用于 冷却区域以冷却煤，在该处其因此而被加热，并再循环回所述加热阶段以再次帮助加热引 入的煤。
8.如权利要求1所述的方法，其中，通过加热所述煤驱除所述副产物，减轻了所述煤的 重量同时提高了其等级，其中，所述煤减轻的重量降低了将经增强的煤运输至使用者的能 源成本，由此节约能源。
9.如权利要求1所述的方法，其中，驱除所述副产物减少了所述煤燃烧时污染物的释放。
10.如权利要求1所述的方法，其中，驱除所述副产物减少了燃烧所述煤所产生的烟尘的量。
11.一种提高煤等级的煤增强方法，所述方法包括在第一区域于惰性的基本上不含氧气的气氛中将煤加热至约400° F，以除去表面水分；在第二区域于惰性的基本上不含氧气的气氛中将煤加热至约1500° F，以驱除更多的 水分并驱除副产物，从而提高煤等级；在第三区域于惰性的基本上不含氧气的气氛中将煤冷却；收集经增强的煤；将某些所述副产物作为燃料再循环，以加热所述煤并节约能源；从所述煤中分离出残留的副产物，并将其相互分离；收集所述分离出的副产物以用于其他生产用途；和将所述第三区域中从所述煤中除去的热量再循环至所述第一区域，以将所述煤加热至 400° F并节约能源。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述副产物包含甲烷和乙烷、丙烷、重质碳、戊烷 和更重的烃，并且所述方法还包括将来自气体分离单元的甲烷和乙烷再循环至第二区域，以用作所述方法启动后将所述 煤加热至约1500° F的燃料；和将由所述方法先前产生的丙烷再循环，以用作启动所述方法的燃料。
13.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括使用二氧化碳作为惰性的基本上不含 氧气的气氛。
14.如权利要求13所述的方法，其中，将所述二氧化碳用作载体以携载所述第一区域 中的水分，通过粉尘收集器以除去在所述第一区域获得的粉尘，在气体清洁模块中除湿，循 环至第二区域中以携载副产物从而将它们送至气体分离单元，在所述气体分离单元中，将 所述二氧化碳与所述副产物分离，通过热交换器从而利用来自冷却塔的水将其冷却，用于 冷却区域以冷却煤，在该处其因此而被加热，并与所增加的补充热量一起再循环回第一区 域以再次加热引入的煤和携载水分。
15.如权利要求11所述的方法，其中，通过在第二区域中将所述煤加热至约1500°F 而驱除所述副产物，减轻了所述煤的重量同时提高了其等级，其中，所述煤减轻的重量降低 了将经增强的煤运输至使用者的能源成本，由此节约能源。
16.如权利要求11所述的方法，其中，驱除所述副产物减少了所述煤燃烧时污染物的 释放。
17.如权利要求11所述的方法，其中，驱除所述副产物减少了燃烧所述煤所产生的烟尘的量。
18.如权利要求11所述的方法，其中，提高所述煤的等级用6分钟 18分钟的加工时 间完成。
全文摘要
本方法由低等级煤生产清洁燃煤并且与原料煤相比具有较高的单位质量热值。所述清洁煤可用于燃煤电厂、工业锅炉和家庭，因为其产生较少或者不产生通常与煤燃烧装置有关的排放。所述方法在煤燃烧之前对其进行处理并除去约90％的污染物。这些污染物在6分钟～18分钟内被除去，其中许多可以再循环成如屋面用柏油、化学原料和可用作气体燃料的轻质烃等产品。最终产品适合用于使用煤做饭和加热的家庭，并可显著改善之前暴露于家中燃烧非清洁煤所产生的有毒烟雾的人群的健康。所述方法由其自身的副产物供给燃料，将热量再循环，并减轻煤的重量从而节约了向使用者运输煤的能源。
文档编号C10L9/00GK102037105SQ200880129212
公开日2011年4月27日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者亚历杭德罗·加西亚, 安东·迪洛·保罗, 弗洛伦蒂诺·J·门德斯, 拉里·亨特 申请人:亚历杭德罗·加西亚, 安东·迪洛·保罗, 弗洛伦蒂诺·J·门德斯, 拉里·亨特