一种稳定热加工的碳料的方法技术

公开了一种稳定热加工的碳料的方法。该方法包括将一批高温下的碳料供给到一过程容器中以形成填充床和通过间接热交换将碳料冷却到目标温度的步骤。该方法的特征在于，在碳料达到目标温度之前，将含氧气体供给填充床以将碳料部分氧化到所需的程度，从而稳定碳料。该方法的特征还在于，在氧化过程中，通过从填充床去除由碳料氧化所产生的热，以控制碳料的温度，从而避免热失控。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及稳定热加工的碳料，如煤。本专利技术特别涉及，但决不是仅仅是，稳定煤如低品位煤，该煤在包括高温和高压的条件下已经被热加工，通过除去该煤中的水分来提高该煤的BTU值。当被贮存在料堆中时许多煤易于自燃是公知的。自燃由下面的原因引起(i)煤氧化产生热区，驱动空气在煤床中的热对流；和(ii)空气的热对流反过来为氧化提供更多的氧。压实料堆以减少床的渗透性和密封料堆以减少氧的进入是使煤缺氧从而防止自燃的两种方法。但是压实和密封在许多情况下不是实用的或完全的解决方案。热加工的煤易于自燃也已经是公知的。特别是，自燃的潜能是一个重要问题，该问题与在贮存煤之前冷却热加工的工艺中所产生的热的去水的煤有关。对于稳定热加工的煤有许多公知的建议，如Western Syncoal Company在澳大利亚专利申请56103/96中所述的建议，以及参见该Syncoal澳大利亚专利申请5-8页的现有技术专利中的建议。本专利技术的目的是提供一种较上述段落中的现有技术有所改进的稳定热加工的煤的方法和装置。按照本专利技术，提供了一种稳定热加工的碳料的方法，该方法包括将一批高温下的碳料供给，如本文所述的，到一个加工容器中以形成填充床；通过间接热交换将在填充床中的碳料从高温冷却到一目标温度；在碳料达到目标温度之前，将含氧气体供给到填充床，以便将碳料部分氧化到需要的程度，从而稳定碳料；和将碳氧化所产生的热从填充床去除，以控制在氧化过程中碳料温度，从而避免热失控。该术语“热失控”在通常的条件下被理解为温度迅速地无控制地升高，这是由于碳料的氧化产生热，而该热提高了碳料的氧化速度，这会导致过程控制损失。申请人在关于氧化速度的试验工作中，使用基于实验数据的料堆计算流体动力学模型发现，对于给定尺寸分布的热加工的煤，(i)煤的氧化程度；(ii)煤的料堆温度；是对料堆中煤的自燃有最重要影响的2个变量，此变量不受压实或密封的影响。作为解释，附图中的附图说明图1是由申请人所作的，温度和氧化(以加入的wt％氧表示)的实验推导图的一个例子，它表示贮存热加工的煤的稳定条件。从图1的状态曲线可以看出，仅仅氧化不足以使料堆稳定，除非利用非常高的氧化程度。若不使用冷却则所需的高氧化程度是不实际的选择，这是因为这将使产品在商业上没有吸引力。图1表明，从生产能够安全地被贮存的、商业上有吸引力的产品的角度出发，将热的加工煤冷却到相当低的贮存温度即目标温度是必要的。在本专利技术方法的上下文中，在碳料是煤的情况下，优选氧化量在0.2-5wt％的范围内，该氧化量是按照把供给到填充床的氧的重量作为填充床中总煤重的百分数来被测量的，目标温度低于50℃。特别优选氧化量在0.5-3wt％的范围，目标温度低于35℃。申请人在实验/设计/模型工作中还发现，把循环经过填充床的工作流体和包括填充床中的传热表面在内的冷却剂回路结合起来，是从填充床去除碳料氧化所产生的热的有效方法。为了控制碳料的温度以避免热失控，将该热去除是一项重要的需要考虑的事项。去除热的机理是借助于从碳料到工作流体的传热，然后借助于从工作流体到内部传热表面的热传递。申请人在实验/设计/模型工作中已经发现，特别适合的内部传热表面是申请人公开在国际申请PCT/AU98/00005，PCT/AU98/00142，和PCT/AU98/00324中的热交换板，这些国际申请的全部公开内容通过交叉对照被结合于本文中。上述的将循环的工作流体和带有内部传热表面的冷却剂回路相结合是一重要的特征，这是因为它能够使填充床的尺寸显著增加，同时与公知的比如在Syncoal澳大利亚专利申请中公开的现有技术建议相比，保持了高生产率，从而显著降低了资金和操作成本。优选工作流体是气体。可作为工作气体使用的气体包括氮气、蒸汽、SO2、CO2、碳氢化合物、惰性气体、致冷剂，和它们的混合物。优选工作流体与填充床不发生反应。优选该方法包括，将碳料从高温冷却到碳料的优选氧化温度，而在该初始冷却步骤中不把含氧气体供给到填充床中，和当达到优选的氧化温度时，把含氧气体供给到填充床中以使碳料部分氧化。该术语“碳料的优选氧化温度”所述的温度在这里被理解为在填充床中颗粒质量加权平均温度(mass weighted average temperature)。优选的是，碳料的优选氧化温度是指在该温度下，碳料在含氧气体中在所给定的氧气分压下，能够迅速地被氧化以生产出稳定的产品，但是在传热条件下释放的热不会引起热失控。在利用将循环的工作流体和带有内部传热表面的冷却剂回路相结合，作为从填充床去除碳料氧化所产生的热的手段时，优选该方法包括，控制相对于优选氧化温度的传热表面的温度，从而维持床的小的梯度，同时维持传热的高速度。优选温度差低于40℃，更好是低于30℃。在利用将循环的工作流体和带有内部热交换表面的冷却剂回路相结合，作为从填充床去除碳料氧化所产生的热的手段时，优选该方法包括，控制工作流体的温度，使其高于内部传热表面的壁温，而低于碳料颗粒的温度以便维持颗粒的冷却。还需指出的是，在压力操作下冷却得以改善。在碳料是热加工的煤的情况下，优选的是优选氧化温度范围为80-150℃。特别优选的是优选氧化温度范围为100-150℃。进一步特别优选的是优选氧化温度范围为100-120℃。特别优选该方法包括，在把含氧气体供给到填充床的步骤中，将碳料的温度维持在优选氧化温度下或者维持在包括优选氧化温度的温度范围内。优选的是，在氧化步骤完成后，该方法包括将碳料冷却到目标温度。优选该目标温度是低于50℃。优选该方法还包括，在冷却和碳材氧化之前或过程中对填充床加压。特别优选该方法包括，用外部的供给气体把填充床加压到低于20巴，典型的低于10巴的压力。优选的是，选择碳料的颗粒尺寸，使形成的填充床有充分的渗透性以使有合理压降的工作流体能够移动。按照本专利技术，提供了与上述本专利技术方法一致的用于稳定热加工的碳料的装置。本专利技术通过参照图2的实施例被进一步说明，图2是说明本专利技术方法和装置的优选实施方案的示意图。下面的描述是在稳定热加工的煤的情况下。需指出的是本专利技术不限于此应用，可拓展到稳定任何适合的热加工的碳料。参照图2，该装置包括用来稳定热加工的煤的填充床的压力容器3，该热加工的煤已经从热加工的加工容器(未示出)中被排出，被供给到在高温下(典型的为400℃)的压力容器3中。压力容器3可以是任何适合的构造，它包括一个内部的热交换板5的组合。适合的压力容器的一个例子是申请人公开在国际申请PCT/AU98/00005，PCT/AU98/00142和PCT/AU98/00324的压力容器，该容器包括一个倒转的锥形入口、一个柱形本体、一个锥形出口，和一个位于该本体和该锥形出口的、垂直排列的平行热交换板的组合。热交换板5形成部分冷却剂回路，在一封闭的回路中，使适合在-20℃到140℃下操作的小部分体积的冷却剂循环经过板5。该冷却剂回路还包括，一个冷却塔7和蒸汽系统。需要指出的是在冷天可以不需要蒸汽系统。冷却剂回路还包括一个冷却器61，用于在热交换器13中通过热交换来进一步冷却来自冷却塔9的冷却剂。冷却剂回路还包括一个膨胀室21，以调节冷却剂回路中的压力变化。该装置还包括一个系统，通常由数字17标识，用于提供和随后循环工作流体(典型的为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定热加工的碳料的方法，该法包括： （ａ）将一批高温下的碳料供给到一个加工容器中，以形成填充床； （ｂ）通过间接热交换将填充床中的碳料从高温冷却到目标温度； （ｃ）在碳料达到目标温度之前，将含氧的气体供给到填充床中以将碳料部分氧化到所需的程度，从而稳定碳料；和 （ｄ）在氧化过程中，从填充床去除由碳料氧化所产生的热以控制碳料的温度，从而避免热失控。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维S康诺奇，
申请(专利权)人：科夫克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]