压制成型方法技术

一种用于将颗粒物质如含有水分的烟煤和次烟煤压制成型的方法和系统。该方法包括部分干燥颗粒物质和在使得水蒸汽在输送过程中从颗粒物质中释放出来的条件下将部分干燥的颗粒物质输送至压制成型设备(38)。该颗粒物质穿过团块成型辊(44、46)以形成团块(47)。释放出的水蒸汽基本上置换或阻止大部分来自于包围颗粒物质和/或与颗粒物质混合的气氛的其他气体组分进入。在进入压制成型设备的团块成型部分处，输送至压制成型设备的颗粒物质被含有以体积计70-100％水蒸汽的气体组分所包围并与该气体组分混合，从而使得在团块成型过程中压缩颗粒物质时，水蒸汽液化，并使得如此形成的团块中气体材料的压力累积减到最小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将材料压制成型的方法和系统，特别是但不限于含有水分的材料。本 专利技术尤其适用于将含有水分的有机材料，如泥煤、褐煤(lignite、brown coal)、次烟煤、烟 煤和无烟煤压制成型。
技术介绍
本专利技术具体适用于将含有水分的有机材料，如泥煤、褐煤、次烟煤和烟煤压制成 型。本专利技术尤其适用于将次烟煤和烟煤压制成型，并且，为便于说明起见，本专利技术将参照次 烟煤和烟煤的压制成型进行描述。然而，应该理解，本专利技术不仅限于将烟煤和次烟煤压制成 型，并且本专利技术可用于将其他有机或无机材料，以及事实上可含或可不含水分的任何其他 材料压制成型。次烟煤具有较高的湿度水平(至多35重量％的水分)。这不但降低了煤的发热量， 而且由于与运输这些水分含量非常高的煤相关的不经济，导致次烟煤几乎被完全排除出出 口市场。由于大多数水分以化学结合力存在于次烟煤中，因此水分的移除需要热干燥过程。 然而，水的移除还会导致其他问题，使这种煤不能具有更好的适用性和用途。具体而言，一 旦被干燥，次烟煤就会遭遇严重的自燃问题和相当大尺度的崩解。因此，干燥过程倾向于增 加与煤相关的粉末量。烟煤是较高品质的煤，与次烟煤相比，具有较高的发热量和较低的固有含水量。虽 然与次烟煤相比烟煤更容易运输，但是烟煤会在开采、洗涤和加工操作中产生过多粉末。这 些粉末难于使用，并且表现为产品损耗。游离的表面水分也会导致产生粉烟煤的困难，并且 可多达25重量％。由此引起的问题是因为它减少了煤的可用含能量并可对煤的加工性产 生严重影响。对于许多冶金级或者更高品质的锅炉用煤来说，煤的易磨性会使粉末材料在精煤 总量中的百分比足以导致销售困难，即使煤的含水量降低至其他可接受的值。克服该困难 的可能解决方法包括将煤压制成更大的煤颗粒。然而，压制成型的解决方法必须能够使粉 末重构成为具有商业竞争力的、易加工的和耐久的形式，同时不增加超出总收益阈值的生 产成本。自从19世纪末期，就已经实现了煤的压制成型。煤压制成型的传统方法包括使煤 颗粒与粘结剂混合，以将煤颗粒粘结到一起形成更大的团块。试用过的粘结剂包括有机粘 结剂如煤焦油浙青、石油浙青和柏油、木焦油、合成和天然树脂、淀粉、亚硫酸盐废液、糖和 糖浆、纤维素化合物、植物浆、藻酸盐、动物胶或树胶、清蛋白化物、酪蛋白、泥煤、褐煤和木 材。所用的无机粘结剂包括水泥、粘土、石灰、氧化镁、石膏、钠或其他碱金属的硅酸盐。还试用过包括两种或多种上述物质的混合物的化合物粘结剂。判断粘结 剂是否可用于煤压制成型的标准包括·所要压制成型的煤的类型·型煤强度和加工性 耐水性和耐气候性 燃烧特性·对煤的物理性能的影响·燃烧过程中型煤的物理完整性·粘结剂或其分解和燃烧产物的毒性 粘结剂成本·使用粘结剂的加工成本，如混合和固化。对包含粘结剂的型煤进行的试验已经表明，还未发现符合上述所有标准的通常可 用的煤粘结剂。例如，焦油浙青、石油浙青和柏油提供足够的强度和耐水性，但是导致发烟 燃烧、毒性问题、变为成焦性、高成本和高加工成本。淀粉提供良好的强度和完全的燃烧，但 是昂贵并且耐气候性差。亚硫酸盐废液粘结剂燃烧时几乎无烟，但是产生有毒的二氧化硫 排放物并且具有差的耐气候性。糖，尤其是糖浆，具有差的耐水性和耐气候性并会在储存过 程中长霉。纤维素型粘结剂通常具有低强度并且迅速变质，使型煤在燃烧初期即倾向于崩 解。据报导，无机粘结剂都具有较低的强度、较差的耐气候性，并且燃烧后具有较高的灰份 含量。将粘结剂组分加入到型煤中的需要也不可避免地增加了型煤生产的复杂性和成 本。为了尽力避免使用粘结剂生产型煤时的一些困难，人们已经进行了各种尝试来生 产无粘结剂的型煤。例如，以Komarek等人名义的美国专利No. 2，937，086描述了一种通过将煤颗粒输 送到快速干燥器的热气流中的煤。煤颗粒被气流夹带，并且被气流加热，使水 从煤中蒸发。煤颗粒被气流输送到旋风分离器中，在此处使热的、干燥的煤颗粒从气流中分 离出来。分离出来的煤颗粒落入料斗中并经过成型设备的轧辊而形成型煤。该专利声称，为 了实现最高效率和最优操作，在煤就要到达压块机之前时煤的温度应正好低于其软化点， 例如煤刚刚具有塑性的温度点。该专利还声称可以在约300-700° F(约149-371°C)的温 度范围内将许多煤压制成合适的团块。以Kalb名义的美国专利No. 5，046，265描述了干燥和压制成型次烟煤的一体化方 法。在该方法中，在促进煤颗粒崩解的条件下，在快速干燥器中对煤进行干燥。特别地，煤颗 粒被输送到快速干燥器中的热气流中，颗粒进入热气流时的热冲击导致煤颗粒的崩解。然 后利用一系列旋风分离器将这样处理的煤颗粒从气流中分离出来。分离气体至少被部分回 收到快速干燥器中。干燥的煤颗粒在被输送到压块机中之前，先输送到压缩煤并去除其中 气体的脱气/预压缩螺旋推运器中。在此，优越之处在于，干燥的煤颗粒有填充于煤颗粒之 间的间隙中的气体，并且预压缩螺旋推运器压缩煤并减小间隙体积，从而将气体从煤中驱 走。利用小容量风机和集尘器处理通过预压缩螺旋推运器从煤中释放出的气体。随后将预 压缩煤输送到压块机中。美国专利No. 5，046，265详细说明了对于型煤工艺最重要的七个参数，它们是1.材料的温度——随着温度从环境温度升高到约160-180° F(71_82°C )，注意到 耐水性和型煤的总体质量显著提高。然而，还发现，如果材料被加热到超过220° F(104°C ) 的温度，型煤质量开始下降。2.进料尺寸一致性。3.脱气和预压。4.压缩压力。5.缺氧环境的保持——该专利声称，已知并且已被证明的事实是，已经热干燥至 含水量为10%或更小(基本上低于未干燥次烟煤材料的固有含水量，但高于本专利技术可达到 的优选水平4-5% )的次烟煤粉末，即使是在常温条件下暴露于正常大气的氧浓度中，也极 易快速自燃，接近于自发爆炸。为此，必要的是，包含热且干燥的粉煤的整个工艺系统必须 保持在惰性(缺氧)条件下。在该专利中，通过从干燥器中可控“泄漏”惰性气体而使整个 系统保持在惰性气体环境中。6.压制成型产品的冷却。7.在压制成型系统的进料中保持最少量的燃烧灰份材料。US 5，046，265中描述的整个工艺系统声称能够将高固有含水量(30-35% )、低 BTU值(每磅8，200-8，800BTU)的次烟煤等转化成高BTU (每磅11，000-11，500BTU)、低含 水量(约5-8%)产物，同时具有在目前市场和用户基础设施系统的环境中可接受的易加工 性特征。国际专利申请No. PCT/CA90/00056(国际公开No. W090/10052)描述了不使用额外 粘结剂而压制成型烟煤的。该系统在包含高压辊型压块机的设备中使用高 温、高压模具成型煤粉材料。该系统包含正压、可控氧、气体循环快速干燥器和为实现高系 统效率而将型煤产品直接输送到热交换系统。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供将含有水分的颗粒物质压制成型的方法，包括以下步骤 部分干燥颗粒物质，在一定条件下将部分干燥的颗粒物质输送到压制成型设备中，所述条 件应使水蒸汽在进料和使颗粒物质经过压制成型设备而形成团块的过程中使水蒸汽从颗 粒物质中释放出来。术语“将部分干燥的颗粒材料输送到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将颗粒物质压制成型的方法，包括：　　－将颗粒物质输送至压制成型设备；　　－在进料过程中，将可冷凝气体引入压制成型设备，和　　－在压制成型设备的团块成型部分形成团块，其中团块在一定条件下由颗粒物质形成，所述条件使得可冷凝气体冷凝，从而减少在团块成型过程中的气压累积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：基思·诺曼·克拉克，乔治·威廉·卡尔布，理查德·科马雷克，罗斯·劳伦斯·米金斯，阿瑟·克莱夫·皮尔逊，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，特拉德有限公司，KR科马雷克有限公司，格里芬煤业有限公司，
类型：发明
国别省市：AU