[发明专利]稳定热加工的碳料

说明书

本发明涉及稳定热加工的碳料，如煤。

本发明特别涉及，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。

本发明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。

按照本发明，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。

在本发明方法的上下文中，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。