[发明专利]用于干燥颗粒物质的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年10月5日申请的澳大利亚临时专利申请No.2012904352的权益，在此通过参考将此临时专利申请并入本文。

技术领域

本发明涉及比如褐煤颗粒之类的颗粒物质的干燥，尤其是涉及一种用于经由干燥流化床输送潮湿颗粒物质比如原煤的方法和设备。

发明背景

煤是一种重要的能源并且已经使用了很长时间。然而，持续的勘探和开采导致高质量的煤资源变得越来越少。煤质量的一个重要指标是湿气含量；湿气含量越高，质量越低。典型地，比如想要购买煤的发电厂的一方需要煤具有低湿气含量，例如在10％左右的湿气含量。为了改善潮湿煤的质量，因而需要执行干燥处理以便减少湿气含量。

褐煤具有中度至高度湿气含量。在世界上最大的矿床之一的澳大利亚维多利亚的矿床中，褐煤的湿气含量的范围在55至65的重量百分比左右。褐煤的地质年龄较短，其典型地出现在浅埋层中。褐煤通常具有高湿度，并在燃烧时产生极少的热量。高湿气含量和相对低的能量含量通常会令褐煤的远距离输送不经济。一个进一步的难题在于褐煤是易燃的且能够自燃，因而对褐煤的处理和输送需要将褐煤与空气分离。

在生煤、半生煤、褐煤中的高湿气含量会带来一系列不利。当用于发电时，燃料的湿气含量越高，发电厂的热效率就会越低，如图1所示。图1中的上部曲线示出了对于参数为168b/540C/540C，Tstack185C的500MW发电厂而言热效率与湿气含量的相对关系；下部曲线示出了对于参数为275b/580C/600C，Tstack100C的1000MW发电厂而言热效率与湿气含量的相对关系。较低的效率会不期望地导致较高的燃料使用率来维持输出量，增加了CO₂的排放。较干的燃料减少了燃料需求量，减少了CO₂的排放，并减少了发电厂的投资成本。因此，高效节能的煤干燥处理对于在现有和将来的褐煤使用中减少温室排放而言很关键。

当可用的煤具有高湿气含量时，会由此需要燃料的预干燥处理。干煤或干褐煤重量也较轻，因而更易于运输。从煤或褐煤中去除水分也会容易去除盐分，这在锅炉中使用干煤时通常是有利的。为了将褐煤处理成气态和液态产物以及高级固体燃料，其湿气含量根据生产目标通常必须降为10至20重量百分比。

已经提出了很多技术来干燥煤或褐煤。这些技术包括蒸汽流化床干燥、一体式干燥气化、密化褐煤、机械热膨胀以及水热脱水。

蒸汽流化床干燥涉及在过热蒸汽流化床中的煤蒸发干燥。图2a示出了一种提出的蒸汽流化床干燥器，图2b和2c示出了分别利用水汽再压缩和水汽冷凝来使用这种干燥器的处理原理。在图2b的系统中，从热交换器输出的蒸汽冷凝液传递到煤预热器。在图2c的系统中，从热交换器输出的蒸汽冷凝液作为副产物传送出厂房。在现有的褐煤蒸汽流化床干燥处理中，锅炉或其它热源在流化床干燥器加热管中生成蒸汽，蒸汽将穿过褐煤。产生的冷凝蒸汽混合物被排放到汲取槽或脱气器比如碱回收单元，继而会返回至锅炉以形成软循环。

通过磨损原矿煤以产生潮湿的、“塑料的”、细粒状的煤“粘土”，随后将其空气干燥为低湿气含量煤并呈现“黑煤等同物”产物，来获得密化褐煤。此技术提供了回收水含量的可能性。毛褐煤被磨粉为大约50mm的块，然后馈送给低强度剪切擦碎机，其中煤呈现出大约10μm的平均颗粒尺寸。颗粒尺寸的这种减小有效地释放了在原煤的多孔结构内捕获的水分。然后将塑料磨损煤挤压成所需尺寸的丸或块。然后输送潮湿产物以进行干燥，这会伴随着水分到大气的蒸发损耗。

褐煤致密的另一种方法涉及热解处理，结合有机械、热和化学处理以加速从褐煤到黑煤等同物的自然转变。这种处理的输出物是烃气体、水和冶金焦等同物。

机械热压榨涉及通过以通常大约60巴的机械压力冷凝蒸汽来压缩在150至200摄氏度范围内加热的粗粉碎的煤，以将水分挤出褐煤并产生干褐煤产物。

在水热脱水处理中，在压力下将湿煤加热至大约250至300摄氏度，煤结构被破坏并收缩，释放出作为液体的水。高温高压(300摄氏度和100巴)的结合会脱去煤的碳酸基。当CO₂射出时，煤发生物理收缩，在处理中从其空隙排出液体水。去碳酸基反应是发热的，会给处理贡献能量。此处理使用整个处理的大约2％的湿褐煤能量含量。

褐煤干燥的另一种方法是微波干燥。煤对于微波能基本是透明的，然而水对于微波能是高度吸收的，因此微波能可有效地传递给煤中的自由和固有的水。