专利名称：提高固体物料品位的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及提高固体物料品位。
特别是，但不仅仅是，本发明涉及提高具有低热导率的固体物料的品位。
更具体地说，本发明涉及由物料中除去水份从而提高固体物料品位的方法。该方法包括将固体物料加热至高温，同时保护高压，然后将提高了品位的物料冷却至室温。
本发明的一个特别应用是提高碳质物料(一般为煤炭)的品位从而增加其BTU值。
Koppelman的美国专利5290523公开了一种同时应用温度和压力来提高煤炭的品位的方法。
Koppelman公开了从煤炭中热脱去水的方法在高温高压下加热煤炭使其物理性能发生变化，从而经“压榨”作用从煤炭中除去水。
Koppelman还公开在该方法中保持足够高的压力使产生的副产物水主要是液体而不是水蒸汽。
Koppelman还公开了进行该方法的一系列不同装置的选择。
通常，选择基于在压力容器中加热煤炭。压力容器包括倒锥形的入口、圆柱形的容器体、锥形出口和位于容器体中的垂直或水平安装的热交换管组件。
在一种方案中，垂直分布的管和出口端充有煤炭，注入氮使管和出口端预加压。将油作为热交换流体供给管外圆柱体进行间接热交换来将煤炭加热。通过煤炭和水蒸汽(用作填充床中的工作流体)的直接热交换进一步进行加热。另外，水蒸汽使管和出口端加压至所需的压力。
在管和出口端高温和高压条件的结合可以从煤炭中蒸发出一些水，然后冷凝成液体。由于高压，加入水后产生的一部分水蒸汽在较冷的区域也冷凝成液体。未被冷凝、填充床达到最佳预加压所需的过量水蒸汽必须抽出。另外产生了不可冷凝的气体(如CO、CO2)，也需要抽出。周期性地从出口沥出液体。
最后，在经过预定的停留时间后，容器减压经出口端将热的提高了品位的煤炭排出至运输机从而将煤炭转移至湿式推进加料器(wet auger)。在运输机将煤炭转移至湿式推进加料器的同时，将水喷到热的提高了品位的煤炭上。在湿式推进加料器中煤炭进一步冷却，然后在储料区铺成薄层冷却至室温。
本发明的目的是提供一种与Koppelman所述的方法相比改进的提高煤炭品位的方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供一种提高固体物料品位的方法，该方法包括将固体物料加热至高温以除去水份，然后将提高了品位的物料冷却，其特征在于(i)提供一系列含有固体物料填充床的容器和一个或多个可通过与热转移流体的热交换来加热或冷却容器填充床中固体物料的热交换回路；和(ii)控制该方法使第一组容器中固体物料处于一级或多级的加热循环，而第二组容器中固体物料处于一级或多级的冷却循环，该控制步骤包括选择性地将一个或多个热交换回路与容器相连，使热转移流体可以从在第一组至少一个容器中进行冷却循环的固体物料回收热能，然后将回收的热能转移至在第二组至少一个容器中进行加热循环的固体物料。
本发明的基础是从一组容器进行冷却的固体物料回收热能，然后将回收的热能用于加热另一组容器中的固体物料。
在本发明的一个方案中，提供一组热交换回路，热交换回路选择性地将成对的容器相连，从而使各热交换回路中的热交换流体冷却各对容器之一中的固体物料，然后，经与各对容器中的固体热交换，将各对容器的另一容器中的固体物料加热。
各热交换回路中的热交换流体在加热和冷却循环中将各对容器中固体物料加热或冷却，其结果是经一系列的步骤，将热交换回路与容器顺序相连，可以对各容器中固体物料进行加热或冷却。
例如，一热交换回路将一容器中的固体物料由室温加热到温度T1；而另一热交换回路随后与该容器相连，将固体物料由T1加热到更高的温度T2。同时，热交换回路将另一容器中的固体物料由加加热循环的最高温度冷却至较低的温度。
优选，容器中的物质在加热和冷却循环中处于高压状态。
在加热和冷却循环中，固体物料可以保持在一个容器中。
另外，固体物料可在加加热循环中在一个容器中被加热，然后趁热转移至另一容器中，再在冷却循环中冷却。
优选热交换回路经过间接热交换加热和冷却固体物料。
本发明的方法具有极大的灵活性，固体物料可以应用加热和冷却循环，同时得到的好处是采用由进行冷却循环的固体物料回收的热能加热进行加热循环的固体物料。
例如，该方法可用于提高固体碳质物料如煤炭的品位，结合使用压力和温度用两步法从煤炭中除去水(i)在第一“湿”步中，从煤炭中“榨出”水，并以液相排出；和(ii)在第一“干”步中，很大部分煤炭中剩余的水以汽相排出。
热交换流体可以是任何适合的经间接热交换转移能量的流体。
例如，热交换流体可以是在加热和冷却循环的工作温度范围内为单相的流体如油。
例如，热交换流体可以是在加热和冷却循环的工作温度范围和适当的压力下为液相和气相的流体如水。
该方法可以包括一个或多个另外的加热步骤以完成加加热循环。
该方法可以包括一个或多个另外的冷却步骤以完成冷却循环。
另外的加热步骤可以是任何适当的方法，如向容器中供入含氧的气体在容器中进行氧化加热。
另外的冷却步骤可以是任何适当的方法，如在相同或另一容器中将煤炭与干或湿空气直接接触。
优选，该方法还包括向容器中供入工作流体，通过与固体物料的直接热交换加热或冷却固体物料，并将容器内容物加压。
根据本发明的第一方面，提供一种提高固体物料品位的装置，其包括(a)一系列高温高压下容纳固体物料填充床的容器；(b)一个或多个可通过与热转移流体的热交换来加热或冷却容器填充床中固体物料的热交换回路；(c)将该或各热交换回路与容器相连的装置，使得在一组容器中使用的固体物料根据预定的加加热循环经热交换流体加热，而在另一组容器中的固体物料根据预定的冷却循环经热交换流体冷却，其中在使用中，该或各热交换回路，与容器相连，从而各热交换回路从至少一容器的固体物料中除去热，并将所回收的热转移至至少一个其它容器的固体物料；和(d)选择性地改变热交换回路和容器间连接的装置，从而根据加热和冷却循环加热和冷却容器中的固体物料。
热交换回路可以是任何适合的结构。
优选热交换回路包括(i)位于容器中的热交换组件；和(ii)将热交换流体循环通过容器的热交换组件和组件之间的设备。
特别优选各容器的热交换组件包括(i)位于容器中的具有一个或多个热交换流体用通道的热交换板组件；(ii)将热交换流体供给通道的入口；和(iii)将热交换流体从通道排出的出口。
优选该板具有最小的热容。
优选选择性地改变热交换回路和容器间连接的装置包括合适的控制装置。
根据本发明的第二方面，提供一种提高固体物料的品位的方法，其包括(i)将固体物料加入至容器中形成固体物料填充床；(ii)对固体物料加热和加压以除去水份，加热步骤包括用热交换流体经间接热交换加热固体物料；(iii)在高压下冷却固体物料；和(iv)将冷却的提高品位的固体物料排出。
本发明上述方面的基础是多功能容器，其容纳固体物料的加料，之后保持固体物料在填充床中进行加热和冷却循环。
本发明上述方法和装置的一个极大的好处在于，与Koppelman所需相比，使用多功能的容器可以使处理的热固体物料最少。
另一好处是，与Koppelman所需相比，多功能容器使与倒空、加料、加压和减压相关的循环时间最小。
优选加热步骤还包括用工作流体经直接热交换加热固体物料。
本发明能量回收的第一方面可以在使用或不采用本发明第二方面的多功能容器下进行。
类似地，本发明的第二方面的多功能容器可以在进行或不进行本发明能量回收第一方面的情况下加以使用。
在本发明的第一方面的一个方案中，5个容器A、B、C、D、E包括高压填充床，并且各容器处于不同的加热和冷却循环阶段从而从煤炭中除去水，提高煤炭的品位。该方法的加热循环包括(i)将热转移至煤炭，使煤炭中的水在该方法的第一“湿”段作为液相被除去；和(ii)将热转移至煤炭，使至少一部分煤中的余下水在该方法的第二“干”段作为蒸汽相沸腾，然后加热煤至最终产品温度。
加热各填充床的煤经热交换流体进行非直接热交换，热交换流体经泵抽流经顺序连接到各对容器的热交换回路。各对容器的热交换回路包括在各容器中热交换流体用的具有一条或多条通道的热交换板和将热交换流体循环流经各对容器的热交换组件的装置。一对容器和热交换回路的布置示于
图1。在此图中，容器3a含有处于加热循环的煤炭填充床；而容器3b含有处于冷却循环的煤炭填充床。容器中热交换板编号为5。热传递循环装置包括管线和泵，其分别为编号7和9。
容器和热交换回路可以是任何合适的压力容器，如本申请人的下述申请中所述PCT/AU98/00005(题为“反应器”)、PCT/AU98/00142(题为“处理加料的加工容器和方法”)、PCT/AU98/00204(题为“液/气/固体分离”)和PCT/AU98/00324(题为“改进的热交换”)以及澳大利亚临时申请PO8767。这些专利申请公开的内容引入本文作为参照。
向容器中的填充床供入工作流体可以进一步促进容器中煤炭的加热或冷却。工作流体(i)通过煤炭与工作流体之间以及工作流体与热交换回路中热转移流体之间的直接热交换加热或冷却煤炭；和(ii)将容器内容物加压。
工作流体循环回路见图1的编号11。
选择热交换回路与容器的相连，使热转移流体可以从一含有进行冷却循环的固体物料的容器中回收热能，然后将回收的热能转移至含有进行加热循环的固体物料的另一容器中。
图2示出了单热交换回路与成对容器A、B、C、D、E系列的连接。这是单级能量回收循环。
图2表明，当容器A在最终所需产品温度371℃下含有煤炭的填充床而容器D在室温25℃下含有煤炭的填充床时，热交换回路与容器A和D的连接得到如下结果(i)将容器A的煤炭由371℃冷却至230℃；和(ii)将容器D的煤炭借助间接热交换利用从容器A回收的热量由25℃加热至185℃。
上述容器A和B的填充床的热转移连接可得到接近其“普通近似温度”(由相对热容量和热损失确定)的填充床。
图2还表明随后给容器A和D分别提供另外的冷却和加热处理，可以得到(i)进一步将容器A的煤炭由230℃冷却至室温；和(ii)进一步将容器A的煤炭加热至其最终所需产品温度371℃。
采用冷凝器和锅炉或其它合适的设备进行另外的加热和冷却。
由上述的讨论和图2可以理解，选择性地将加热和冷却容器A和D中煤炭的热交换回路与其它成对容器A、B、C、D、E根据图2的表中所示的顺序进行连接，并且选择性地如容器A和D那样给容器提供外部的加热和冷却，可以在这些容器中得到类似的煤炭加热和冷却。
在不脱离本发明的精神和本发明的范围下可对上述提高固体物料品位的方法和装置进行多种的改变。
例如，本发明的第一方面并不局限于图1中所述的具有5个反应器的单级能量回收循环。例如，第一方面还可以扩展到2级能量回收循环，在3个容器中另外进行加热和冷却。采用这种设计，加热和冷却步骤的布置是逆流及时地进行，并且具有两个近似温度，通常为240℃和150℃。更具体地说，两级能量回收循环按如下进行刚进行完加加热循环的热容器A与较冷的容器B相连从而转移热量在第二级加热中加热容器B。若两近似温度达到较高的温度，将容器A与冷容器C相连来转移热量从而在第一级加热中加热容器C。最后，若达到较低的近似温度，将容器A与冷凝器相连来完成该容器的煤炭冷却，得到冷的最终产品。在第二级加热处理中已加热至较高的近似温度的容器B与水蒸汽供应回路相连从而在该容器中完成加加热循环。可以理解，对新填充的煤炭床的容器的加热和冷却的次序可以重复进行。
权利要求
1.一种提高固体物料品位的方法，该方法包括将固体物料加热至高温以除去水份，然后将提高了品位的物料冷却，其特征在于(i)提供一系列含有固体物料填充床的容器和一个或多个可通过与热转移流体的热交换来加热或冷却容器填充床中固体物料的热交换回路；和(ii)控制该方法使第一组容器中固体物料处于一级或多级的加热循环，而第二组容器中固体物料处于一级或多级的冷却循环，该控制步骤包括选择性地将一个或多个热交换回路与容器相连，使热转移流体可以从在第一组至少一个容器中进行冷却循环的固体物料回收热能，然后将回收的热能转移至在第二组至少一个容器中进行加热循环的固体物料。
2.权利要求1的方法，其中步骤(ii)包括选择性地将成对的容器相连，从而使一个或多个热交换回路中的热交换流体冷却各对容器之一中的固体物料，然后，经与该对容器中的固体热交换，将各对容器的另一容器中的固体物料加热。
3.权利要求2的方法，其中一个或多个热交换回路中的热交换流体在加热和冷却循环中将各对容器中固体物料加热和冷却分别至不同的温度，其结果是经一系列的步骤，将一个或多个热交换回路与容器顺序相连，可以对各容器中固体物料进行加热或冷却。
4.权利要求3的方法，其中一热交换回路将一容器中的固体物料由室温加热到温度T1；而另一热交换回路随后与该容器相连，将固体物料由T1加热到更高的温度T2。
5.上述权利要求之一的方法，其中容器中的内含物在加热和冷却循环中处于高压状态。
6.上述权利要求之一的方法，其中在加热和冷却循环中，固体物料保持在一个容器中。
7.权利要求1-5之一的方法，包括在加加热循环中在一个容器中加热固体物料，然后将该热固体物料转移至另一容器中，再在该另一容器中根据冷却循环进行冷却。
8.上述权利要求之一的方法，其中一个或多个热交换回路经过直接热交换加热和冷却固体物料。
9.权利要求1-7之一的方法，其中一个或多个热交换回路经过间接热交换加热和冷却固体物料。
10.权利要求9的方法，还包括向容器中供入工作流体通过与固体物料的直接热交换加热和冷却固体物料，并将容器内容物加压。
11.一种提高固体物料品位的装置，其包括(a)一系列容纳高温高压固体物料填充床的容器；(b)一个或多个可通过与热转移流体的热交换来加热和冷却容器填充床中固体物料的热交换回路；(c)将一个或多个热交换回路与容器相连的装置，使得在一组容器中使用的固体物料根据预定的加加热循环经热交换流体加热，而在另一组容器中的固体物料根据预定的冷却循环经热交换流体冷却，其中在使用中，一个或多个热交换回路与容器相连，从而各热交换回路从至少一容器的固体物料中除去热，并将所回收的热转移至至少一个其它容器的固体物料；和(d)选择性地改变一个或多个热交换回路和容器间连接的装置，从而根据加热和冷却循环加热和冷却容器中的固体物料。
12.权利要求11的装置，其中热交换回路包括(i)位于各容器中的热交换组件；和(ii)将热交换流体循环通过容器的热交换组件和组件之间的设备。
13.权利要求12的装置，其中每一容器的热交换组件包括(i)位于容器中的具有一个或多个热交换流体用通道的热交换板组件；(ii)将热交换流体供给通道的入口；和(iii)将热交换流体从通道排出的出口。
14.一种提高固体物料的品位的方法，其包括(i)将固体物料加入至容器中形成固体物料填充床；(ii)对固体物料加热和加压以除去水份，加热步骤包括用热交换流体经间接热交换加热固体物料；(iii)在高压下冷却固体物料；和(iv)将冷却的提高品位的固体物料排出。
15.权利要求14的方法，其中加热步骤还包括用工作流体经直接热交换加热固体物料。
全文摘要
本发明公开了一种提高固体物料品位的方法和装置。该方法包括:将固体物料加热至高温以除去水份,然后将提高了品位的物料冷却。该方法包括提供一系列含有固体物料填充床的容器和一个或多个可通过与热转移流体的热交换来加热或冷却容器填充床中固体物料的热交换回路。控制该方法使第一组容器中固体物料处于一级或多级的加热循环,而第二组容器中固体物料处于一级或多级的冷却循环。具体地说,选择性地将一个或多个热交换回路与容器相连,使热转移流体可以从在第一组至少一个容器中进行冷却循环的固体物料回收热能,然后将回收的热能转移至在第二组至少一个容器中进行加热循环的固体物料。
文档编号C10F5/00GK1268902SQ98808426
公开日2000年10月4日 申请日期1998年8月25日 优先权日1997年8月25日
发明者戴维·S·科诺基 申请人:科夫克斯公司