СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЯ И МОДИФИЦИРОВАННЫЙ УГОЛЬ
METHOD OF PRODUCING MODIFIED COAL   AND MODIFIED COAL

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение предлагает способ производства модифицированного угля и модифицированный уголь.
Уровень техники
[0002] Низкокачественные угли (угли, имеющие низкую степень карбонизации), такие как бурый уголь и полубитуминозный уголь, содержат влагу в большом количестве и, следовательно, имеют низкую теплотворную способность в расчете на единицу массы, а также низкую эффективность транспортировки. Однако поскольку существуют огромные ресурсы низкокачественных углей, с точки зрения эффективного использования этих ресурсов, они используются в качестве топлива после того, как они высушиваются, а затем подвергаются компрессионному формованию для получения заданных размеров в целях повышения теплотворной способности в расчете на единицу массы и пригодности для обработки.
[0003] Низкокачественные угли приобретают свойства самопроизвольного воспламенения, когда они высушиваются в целях повышения эффективности транспортировки. Таким образом, требуется способ высушивания, пригодный для уменьшения показателя самопроизвольного воспламенения. Кроме того, поскольку для высушивания низкокачественных углей требуется большое количество энергии, оказывается желательным эффективный и экономичный способ высушивания.
[0004] В качестве способа высушивания был предложен, например, способ, согласно которому на высушенный при высокой температуре уголь, полученный посредством контакта с имеющим высокую температуру газом, распыляется вода в соответствующем количестве для отвода его тепла (см. японскую патентную заявку JP-A-59-227979). Однако несмотря на то, что показатель самопроизвольного воспламенения уменьшается в некоторой степени посредством охлаждения дегидратированного угля, существуют случаи, в которых все же сохраняются свойства самопроизвольного воспламенения. По этой причине требуется дополнительная стадия окисления, на который регулируются свойства самопроизвольного воспламенения дегидратированного угля, и в результате этого становится неудовлетворительной эффективность производства.
[0005] При этом в качестве способа высушивания, обеспечивающего высокую эффективность производства, был предложен, например, способ высушивания, согласно которому, осуществляется гидратация, а затем осуществляется окисление воздухом, и в результате этого сокращается период времени, который требуется для обработки в целях ингибирования самопроизвольного воспламенения, такой как изготовление газообразного окислителя (см. японскую патентную заявку JP-A-2011-37938). Согласно этой технологии, однако, поскольку дегидратированный уголь помещается в воду в процессе гидратации, существуют случаи, в которых имеет повышенную активность поверхность угля, подвергаемого гидратации, и показатель самопроизвольного воспламенения не может уменьшаться в достаточной степени, даже когда активность уменьшается посредством последующего окисления.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1: японская патентная заявка JP-A-59-227979
Патентный документ 2: японская патентная заявка JP-A-2011-37938
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0007] Настоящее изобретение было выполнено в обстоятельствах, которые описаны выше, и его задача заключается в том, чтобы предложить способ производства модифицированного угля, в котором низкокачественный уголь используется как исходный материал, и который является превосходным в отношении снижения производственных расходов при одновременном уменьшении показателя самопроизвольного воспламенения.
Средства решения проблем
[0008] Настоящее изобретение, которое было выполнено в целях решения данных проблем, представляет собой способ производства модифицированного угля из низкокачественного угля как исходного материала, включающий стадию дегидратации угля, стадия добавления воды в дегидратированный уголь, стадию агломерации содержащего добавленную воду угля и стадию постепенного окисления агломерированного угля, согласно которому на стадии добавления воды добавляемое количество воды регулируется таким образом, что содержащий добавленную воду уголь имеет содержание воды, составляющее 5 мас.% или более и 20 мас.% или менее и на стадии окисления агломерированный уголь выдерживается на воздухе при температуре, составляющей 70°C или более и 105°C или менее.
[0009] Согласно способу производства модифицированного угля, вода добавляется в дегидратированный уголь после стадии дегидратации, но перед стадией агломерации, таким образом, что содержание воды уменьшается в пределах описанного выше интервала, и после этого уголь подвергается выдерживанию в целях постепенного окисления. Таким образом, может быть уменьшена энергия, требуемая для регулирования содержания воды и температуры угля на стадии окисления, и при этом достигаются превосходные результаты в отношении снижения производственных расходов. Кроме того, согласно способу производства модифицированного угля, может эффективно производиться модифицированный уголь, имеющий низкий показатель самопроизвольного воспламенения, поскольку на стадии окисления агломерированный уголь выдерживается на воздухе при температуре в пределах описанного выше интервала.
[0010] Окисленный уголь после стадии окисления имеет содержание воды, составляющее предпочтительно 1 мас.% или более и 13 мас.% или менее. Посредством регулирования содержания воды в окисленном угле таким способом, что после стадии окисления оно находится в пределах данного интервала, может более эффективно производиться модифицированный уголь, имеющий пониженный показатель самопроизвольного воспламенения.
[0011] Оказывается предпочтительным, что агломерированный уголь после стадии агломерации имеет содержание воды, составляющее 2 мас.% или более и 15 мас.% или менее. Посредством регулирования содержания воды в окисленном угле таким способом, что после стадии окисления оно находится в пределах данного интервала, можно не только ингибировать воспламенение агломерированного угля на стадии окисления, но можно также усилить эффект окисления. Следовательно, может более эффективно производиться модифицированный уголь, имеющий низкий показатель самопроизвольного воспламенения.
[0012] Оказывается предпочтительным, что после стадии окисления осуществляются стадия измельчения окисленного угля и стадия повторного добавления воды для предотвращения образования пыли измельченного угля. Посредством измельчения таким способом окисленного угля, который является агломерированным, увеличивается плотность упаковки, и в результате обеспечиваются эффективные транспортировка и хранение. Кроме того, посредством повторного добавления воды в измельченный уголь может уменьшаться образование пыли в процессе транспортировки угля и других процессов. Кроме того, включение стадии повторного добавления воды делает возможным производство агломерированного угля, который содержит влагу и является подходящим для стадии агломерации, и, следовательно, может быть получен модифицированный уголь более высокого качества.
[0013] Оказывается предпочтительным, что на стадии повторного добавления воды добавляемое количество воды регулируется таким образом, что измельченный уголь после повторного добавления воды имеет содержание воды, составляющее 10 мас.% или более и 16 мас.% или менее. Таким образом, посредством добавления воды на стадии повторного добавления воды таким способом, что уголь после повторного добавления воды имеет содержание воды в пределах данного интервала, может быть получен модифицированный уголь, который является еще менее склонным к образованию пыли.
[0014] Оказывается предпочтительным, что на стадии добавления воды, некоторое или все количество воды добавляется в дегидратированный уголь посредством смешивания угольного исходного материала, содержащего воду, с дегидратированным углем. Таким образом, посредством замены некоторого или всего количества добавляемой воды смешиванием с содержащим воду угольным исходным материалом уменьшается количество перерабатываемого угля, для которого требуется высушивание. Следовательно, могут быть дополнительно уменьшены потребности в энергии для высушивания и сокращены производственные расходы.
[0015] Оказывается предпочтительным, что на стадии окисления агломерированный уголь окисляется в процессе транспортировки на одном или нескольких ленточных конвейерах, и что ленточный конвейер включает ленту, на которую помещается агломерированный уголь, и термоаккумулирующий резервуар, который окружает, по меньшей мере, часть ленты. Таким образом, осуществление окисления агломерированного угля в процессе транспортировки на одном или нескольких ленточных конвейерах и использование ленточного конвейера, включающего ленту, на которую помещается агломерированный уголь, и термоаккумулирующий резервуар, который окружает, по меньшей мере, часть ленты, делает возможным ингибирование снижения температуры вследствие рассеяния тепла или испарения влаги, которые происходят в процессе выдерживания. Следовательно, может быть получен модифицированный уголь, имеющий дополнительно сниженную себестоимость.
[0016] Таким образом, модифицированный уголь, полученный данным способом производства модифицированного угля, имеет низкий показатель самопроизвольного воспламенения и высокую теплотворную способность, и, следовательно, он является подходящим для использования в качестве топлива.
[0017] Термин "содержание воды" представляет собой значение, вычисленное по формуле W1/(W1+W2)×100, где W1 представляет собой массу воды, которая содержится в угле, и W2 представляет собой сухую массу угля.
Эффекты изобретения
[0018] Как разъясняется выше, способ производства модифицированного угля согласно настоящему изобретению является пригодным, чтобы эффективно получать модифицированный уголь, имеющий низкий показатель самопроизвольного воспламенения и высокую теплотворная способность, используя низкокачественный уголь как исходный материал. А именно, посредством экономичной модификации низкокачественный уголь может быть превращен в топливо, которое является безопасным и превосходным в отношении расходов на транспортировку и пригодности для обработки.
Краткое описание чертежей
[0019] Фиг. 1 представляет блок-схему, которая иллюстрирует способ производства модифицированного угля согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет схематическое изображение поперечного сечения производственного устройства для использования в блоке выдерживания, проиллюстрированном на Фиг. 1.
Фиг. 3 представляет блок-схему, которая иллюстрирует способ производства модифицированного угля согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Варианты осуществления изобретения
[0020] Далее подробно разъясняется способ производства модифицированного угля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
[0021] [Первый вариант осуществления]
Способ производства модифицированного угля согласно первому варианту осуществления, в основном, составляют:
стадия дегидратации угля (стадия дегидратации);
стадия добавления воды в дегидратированный уголь для ингибирования повторной активации и ускорения окисления (стадия добавления воды);
стадия агломерации содержащего добавленную воду угля (стадия агломерации); и
стадия постепенного окисления агломерированного угля (стадия окисления).
[0022] Фиг. 1 представляет блок-схему, которая иллюстрирует общую конфигурацию способа производства модифицированного угля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Данный способ производства модифицированного угля разъясняется ниже с использование фиг. 1.
[0023] <Стадия измельчения угольного исходного материала>
Сначала в блоке измельчения угольного исходного материала 1 угольный исходный материал (низкокачественный уголь) измельчается, и получается измельченный уголь. Блок измельчения угольного исходного материала 1 оборудован измельчающим устройством для измельчения угольного исходного материала. Низкокачественный уголь как исходный материал при упоминании в настоящем документе представляет собой уголь, который имеет содержание углерода, составляющее 75 мас.% или менее в пересчете на беззольный уголь, и содержание влаги, составляющее 20 мас.% или более. Примеры низкокачественного угля представляют собой: бурый уголь, такой как уголь из штата Виктория (Австралия), уголь из штата Северная Дакота (США) и уголь из района Белуга (штат Аляска, США); и полубитуминозный уголь, такой как уголь из месторождения West Banko (Индонезия), уголь из месторождения Binungan (Индонезия) и уголь из месторождения Samarangau (Индонезия). Верхний предел максимального диаметра частиц низкокачественного угля перед измельчением не ограничивается определенным образом, и он составляет, например, 50 мм с точки зрения простоты введения в измельчающее устройство.
[0024] Верхний предел максимального диаметра частиц низкокачественного угля после измельчения составляет предпочтительно 3 мм, предпочтительнее 2 мм и еще предпочтительнее 1 мм. В то же время, нижний предел пропорции частиц, у которых диаметр частиц составляет 0,5 мм или менее, в низкокачественном угле после измельчения составляет предпочтительно 50 мас.%, предпочтительнее 70 мас.% и еще предпочтительнее 80 мас.%. Посредством регулирования в низкокачественном угле после измельчения максимальный диаметр частиц, который должен составлять не более чем описанный выше верхний предел, или пропорция частиц, у которых диаметр частиц составляет 0,5 мм или менее, должна составлять не менее чем описанный выше нижний предел, может легко осуществляться суспендирование низкокачественного угля на стадии дегидратации, которая будет описана далее. Максимальный диаметр частиц низкокачественного угля может измеряться с помощью сит. Пропорция частиц, у которых диаметр составляет 0,5 мм или менее, может определяться посредством осуществления классификации с помощью сита, у которого размер отверстий составляет 0,5 мм, на основании полной массы низкокачественного угля, который подвергается просеиванию, и массы низкокачественного угля, который проходит через сито.
[0025] <Стадия смешивания>
После этого в смесительном блоке 2 масляный растворитель, который служит в качестве теплоносителя для дегидратации, смешивается с измельченным низкокачественным углем, и получается суспензия (текучая смесь измельченного низкокачественного угля и масляного растворителя). Смесительный блок 2 имеет смесительный резервуар для смешивания низкокачественного угля с масляным растворителем, смеситель, помещаемый в смесительный резервуар, и т.д. Соотношение при смешивании масляного растворителя и низкокачественного угля может составлять, например, приблизительно 1,7 при вычислении как массовое соотношение в пересчете на сухой безводный уголь. Примерные масляные растворители представляют собой керосин, легкие нефтепродукты и тяжелые нефтепродукты.
[0026] <Стадия дегидратации>
После этого в блоке дегидратации 3 суспензия нагревается и дегидратируется, и получается дегидратированная суспензия. Блок дегидратации 3 имеет предварительный нагреватель для предварительного нагревания суспензии, полученной в смесительном блоке 2, испаритель для повышения температуры предварительно нагреваемой суспензии и т.д. В качестве способа дегидратации в блоке дегидратации 3, может использоваться способ высушивания испарением, согласно которому термическая обработка осуществляется в инертной атмосфере. Однако использование способа дегидратации в масле является подходящим с точки зрения того, что он обеспечивает высокую степень удаления воды. Кроме того, использование способа дегидратации в масле делает возможным значительное уменьшение расхода энергии, требуемой для дегидратации, по сравнению со способом высушивания испарением.
[0027] Согласно дегидратация в масле способ, низкокачественный уголь смешивается, например, с легким нефтепродуктом, у которого температура кипения составляет 150°C или более и 300°C или менее, и эта смесь сжимается и нагревается при давлении, составляющем 0,2 МПа или более и 0,5 МПа или менее, и при температуре, составляющей 120°C или более и 160°C или менее, посредством использования испарителя, и в результате этого испаряется и удаляется вода, которая содержится в низкокачественном угле. Здесь влага, которая содержится в низкокачественном угле, образующем суспензию, выпускается в форме стока из испарителя.
[0028] <Стадия разделения твердых и жидких фаз>
После этого в блоке разделения твердых и жидких фаз 4 масляный растворитель отделяется от дегидратированной суспензии, и получается осадок в форме ила. Блок разделения твердых и жидких фаз 4 оборудован сепаратором твердых и жидких фаз. В качестве сепаратора твердых и жидких фаз, может использоваться, например, центробежный сепаратор, который разделяет дегидратированный суспензия на осадок и масляный растворитель в процессе центробежного разделения. Масляный растворитель, отделенный и очищенный от дегидратированной суспензии, возвращается как циркулирующее масло в смесительный блок 2. Масляный растворитель который возвращается в смесительный блок 2, повторно используется для изготовления суспензии в смесительном блоке 2.
[0029] <Стадия высушивания>
После этого в сушильном блоке 5 осадок нагревается и высушивается, и в результате этого получается порошкообразный модифицированный уголь (дегидратированный уголь). Сушильный блок 5 оборудован сушильным устройством, газоохладителем и т.д. Примерное сушильное устройство представляет собой паровое сушильное устройство трубчатого типа, в котором многочисленные паровые трубы для нагревания располагаются внутри барабана таким образом, что они проходят вдоль аксиального направления. Посредством нагревания осадка в сушильном устройстве масляный растворитель, содержащийся в осадке, испаряется. Испаряющийся масляный растворитель переносится газообразным носителем из сушильного устройства в газоохладитель. Масляный растворитель, перенесенный в газоохладитель, конденсируется и улавливается в газоохладителе и возвращается в форме циркулирующего масла в смесительный блок 2. На этой стадии верхний предел содержания масляного растворителя в низкокачественном угле составляет предпочтительно 3 мас.%, предпочтительнее 2 мас.% и еще предпочтительнее 1 мас.%. В том случае, где содержание масляного растворителя в низкокачественном угле превышает верхний предел, уменьшается количество извлеченного масляного растворителя, и в результате этого могут увеличиваться производственные расходы.
[0030] <Стадия добавления воды>
После этого в блоке добавления воды 6 вода добавляется в дегидратированный уголь. Это добавление воды производит эффект снижения риска воспламенения и эффект ускорения окисления на стадии окисления, которая будет описана далее. В частности, несмотря на то, что дегидратированный уголь окисляется воздухом, и высоким является риск воспламенения этого угля, данный риск может значительно уменьшаться посредством добавления воды. В то же время, известно, что эффективность окисления угля значительно повышается за счет влаги, которая сосуществует с ним, и добавление воды может значительно повышать эффективность окисления на стадии окисления. Хотя эти два эффекта, по-видимому, представляют собой несовместимые явления, в результате многочисленных экспериментов было обнаружено, что, несмотря на предотвращение воспламенения угля, его окисление может ускоряться посредством добавления воды.
[0031] Способы добавления воды не ограничиваются определенным образом, и соответствующие примеры включают способ, согласно которому вода непосредственно добавляется в сухой уголь с помощью распылителя или аналогичного устройства. В частности, посредством распыления воды с помощью распылителя на дегидратированный уголь, который перемещается из сушильного блока 5 в агломерационный блок 7 с помощью конвейера, могут упрощаться устройства и стадии. Посредством распыления воды на дегидратированный уголь, который падает на передаточную часть ленточного конвейера, вода может более устойчиво и равномерно добавляться в дегидратированный уголь.
[0032] Кроме того, вода, которая содержится в угольном исходном материале, может использоваться в качестве добавляемой воды. А именно, некоторая часть или вся масса добавляемой воды может добавляться в дегидратированный уголь посредством смешивания некоторого количества невысушенного угольного исходного материала (неочищенный уголь), который подвергается измельчению в блоке измельчения угольного исходного материала 1, с дегидратированным углем. Таким образом, посредством замены некоторой части или всей массы добавляемой воды для повторного ингибирования активации и ускорения окисления за счет смешивания содержащего воду угольного исходного материала (смешивание неочищенного угля), уменьшается количество угля, который подлежит обработке и должен высушиваться. Следовательно, уменьшается энергия, требуемая для высушивания, и производственные расходы могут дополнительно сокращаться. Устройства, пригодные для применения в смешивании неочищенного угля, не ограничиваются определенным образом, и может использоваться, например, лопастный смеситель или аналогичное устройство.
[0033] В процессе добавление воды возникают ситуации, в которых адсорбция воды на высушенном дегидратированном угле производит теплоту смачивания, и получаемое в результате резкое повышение температуры вызывает увеличение окисляемости угля в течение короткого периода времени, что увеличивает риск воспламенения. Следовательно, оказывается желательным, что добавление воды осуществляется в инертной атмосфере, в которой не содержится кислород. Температура дегидратированного угля в процессе добавление воды не ограничивается определенным образом. В инертной атмосфере она может составлять 100°C или более, поскольку здесь отсутствует возможность окисления. Следовательно, вода может добавляться в дегидратированный уголь, имеющий высокую температуру, составляющую 100°C или более, непосредственно после его получения на стадии дегидратации в масле.
[0034] Добавляемое количество воды регулируется таким образом, что содержащий добавленную воду уголь после добавление воды имеет содержание воды, находящееся в определенном интервале. Нижний предел содержания воды в содержащем добавленную воду угле после добавление воды составляет 5 мас.%, предпочтительно 6 мас.% и предпочтительнее 8 мас.%. Верхний предел содержания воды в содержащем добавленную воду угле после добавление воды составляет 20 мас.%, предпочтительно 16 мас.% и предпочтительнее 15 мас.%. В том случае, где содержание воды, в содержащем добавленную воду угле после добавление воды составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что влага теряется в течение короткого периода времени в результате горячего формования на последующей стадия агломерации или в результате производства тепла при окислении на стадии окисления, и в результате этого увеличивается риск воспламенения. В то же время, в том случае, где содержание воды в содержащем добавленную воду уголь после добавление воды превышает верхний предел, температура угля в течение стадии окисления снижается, и оказывается необходимым введение большого количества воздуха или нагретого до высокой температуры воздуха в целях поддержания необходимой температуры окисления, что является неэкономичным.
[0035] <Стадия агломерации>
После этого в агломерационном блоке 7 содержащий добавленную воду уголь подвергается агломерации в целях упрощения выдерживания, которое будет описано далее. Устройства, которые пригодны для использования в целях агломерации, и форма агломерированного угля не ограничиваются определенным образом. Например, могут использоваться брикеты, получаемые в процессе компрессионного формования с применением двухвалкового формовочного устройства или аналогичного устройства, гранулы, получаемые в процессе прокатки и грануляции с применением гранулятора чашечного типа или аналогичного устройства, стержни, получаемые в процессе экструзионного формования с применением экструзионного формовочного устройства или аналогичного устройства. С точки зрения пригодности для обработки, особенно предпочтительные продукты агломерация представляют собой овальные брикеты.
3
3
[0036] Средняя масса в расчете на один угольный агломерат не ограничивается определенным образом, и, например, она может составлять 10 г или более и 100 г или менее. Кроме того, средний объем в расчете на один угольный агломерат не ограничивается определенным образом, и, например, он может составлять 2 см или более и 200 см или менее.
[0037] Нижний предел содержания воды, которая присутствует в агломерированном угле после стадии агломерации, составляет предпочтительно 2 мас.%, предпочтительнее 3 мас.% и еще предпочтительнее 5 мас.%. Верхний предел содержания воды, которая присутствует в агломерированном угле, составляет предпочтительно 15 мас.%, предпочтительнее 11 мас.% и еще предпочтительнее 10 мас.%. В том случае, где содержание воды в агломерированном угле составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что когда влага испаряется вследствие тепла, производимого в процессе окисления и т.д. на последующий стадия окисления, достаточное содержание воды не может сохраняться. В то же время, в том случае, где содержание воды, которая присутствует в агломерированном угле, превышает верхний предел, оказывается необходимым добавление воды в большем количестве в целях увеличения содержание воды, и, следовательно, существует возможность того, что температура агломерированного угля может снижаться, и на последующей стадии окисления может потребоваться нагревание.
[0038] <Стадия окисления>
2
После этого в блоке выдерживания 8, агломерированный уголь выдерживается на воздухе и может реагировать с кислородом и постепенно окисляться, и в результате этого осуществляется выдерживание. Цель стадии окисления заключается в том, что окисляются активные центры модифицированного угля, которые превращаются в неактивный диоксид углерода (CO), или они превращаются в устойчивые органические кислородные соединения, которые являются невосприимчивыми к окислению, и в результате этого уменьшается число активных центров окисления модифицированного угля.
2
[0039] Нижний предел температуры окисления на воздухе составляет 70°C и предпочтительно 80°C. Верхний предел температуры окисления на воздухе составляет 105°C и предпочтительно 100°C. В том случае, где температура окисления на воздухе составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что образуется пероксид, который остается в состоянии недостаточного окисления, прежде чем он превращается в CO и т.д. Хотя известно, что пероксид является устойчивым к дополнительному окислению, пероксид разлагается при небольшом повышении температуры, и в результате этого в окисленном угле регенерируются активные центры, что приводит к новому окислению. Следовательно, в том случае, где температура окисления на воздухе составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что окисленный уголь может самопроизвольно воспламеняться. В то же время, в том случае, где температура окисления на воздухе превышает верхний предел, существует возможность того, что окисленный уголь оказывается полностью высушенным, что увеличивает возможность воспламенения на стадии окисления.
[0040] Нижний предел периода времени окисления на воздухе составляет предпочтительно 1 час и предпочтительнее 1,5 часов. Верхний предел периода времени окисления на воздухе составляет предпочтительно 3 часа и предпочтительнее 2,5 часа. В том случае, где период времени окисления на воздухе составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что показатель самопроизвольного воспламенения модифицированного угля оказывается уменьшенным в недостаточной степени. В то же время, в том случае, где период времени окисления на воздухе превышает верхний предел, существует возможность того, что окисленный уголь оказывается полностью высушенным, что увеличивает возможность воспламенения на стадии окисления.
[0041] Способы выдерживания в блоке выдерживания 8 не ограничиваются определенным образом. Однако оказывается желательным окисление агломерированного угля в процессе транспортировки на одном или нескольких ленточных конвейерах. Оказывается предпочтительным, что ленточный конвейер представляет собой конвейер, включающий ленту, на которую помещается агломерированный уголь, и термоаккумулирующий резервуар, который окружает, по меньшей мере, часть ленты. Например, производственное устройство, проиллюстрированное на фиг. 2, которое предназначается для использования в блоке выдерживания, оборудовано тремя ленточными конвейерами 22, 23 и 25 для транспортировки агломерированного угля X, который выпускается из формовочного устройства 21. Три ленточных конвейера устанавливаются последовательно таким образом, что агломерированный уголь X транспортируется посредством передачи. Два последних ленточных конвейера 23 и 25 имеют термоаккумулирующие резервуары 24 и 26, соответственно, покрывают по периферии ленточные конвейеры теплоизолирующими стенками. Таким образом, вблизи ленточных конвейеров 23 и 25, где аккумулируется тепло, окружающий воздух нагревается за счет тепла агломерированного угля X. Следовательно, конвекция происходит в слое агломерированного угля, делая возможным прохождение через него минимального количества воздуха. Кроме того, оказывается желательным, что ленты последних ленточных конвейеров 23 и 25 представляют собой сетчатые ленты, имеющие отверстия. Таким образом, когда последние ленточные конвейеры являются сетчатыми, воздух может протекать в вертикальном направлении вверх/вниз через сетки лент ленточных конвейеров 23 и 25. Следовательно, воздух может протекать через слой агломерированного угля, и агломерированный уголь может окисляться более эффективно. Кроме того, поскольку количество проходящего воздуха может значительно уменьшаться вследствие естественной конвекции, могут сокращаться до минимума рассеяние тепла, испарение влаги и уменьшение температуры вследствие скрытой теплоты испарения в процессе выдерживания. Следовательно, может производиться модифицированный уголь, имеющий меньшую себестоимость.
[0042] Что касается способа выдерживания в блоке выдерживания 8, оказывается возможной принудительная циркуляция воздуха с помощью воздуходувного устройства, и в результате этого воздух проходит без использования естественной конвекции. Однако при этом ускоряются снижение температуры и испарение влаги. В то же время, может использоваться способ, согласно которому воздух нагревается, и в результате этого поддерживается температура. Однако в результате нагревания уменьшается относительная влажность циркулирующего воздуха, и, следовательно, возможность того, что испарение влаги может ускоряться. Хотя это испарение влаги может ингибироваться посредством увлажнения воздуха, существует возможность того, что в результате этого увеличатся производственные расходы. В случае такого способа нагревания оказывается возможным соответствующее использование находящегося вблизи отходящего тепла, отходящего пара или аналогичного источника для нагревания, при том условии, что существует среда, в которой такой использование становится возможным.
[0043] Нижний предел содержания воды в составе окисленного угля после стадии окисления составляет предпочтительно 1 мас.% и предпочтительнее 3 мас.%. Верхний предел содержания воды в составе окисленного угля после стадии окисления составляет предпочтительно 13 мас.% и предпочтительнее 10 мас.%. В том случае, где содержание воды в составе окисленного угля составляет менее чем нижний предел, существует не только повышенная возможность воспламенения на стадии окисления, но также существует возможность того, что может возникать быстрая абсорбция влаги из воздуха после окисления, и в результате этого повышается скорость окисления и становится возможным самопроизвольное воспламенение модифицированного угля. В то же время, в том случае, где содержание воды в составе окисленного угля превышает верхний предел, оказывается необходимым добавление воды в большем количестве в целях увеличения содержание воды, и, следовательно, существует возможность того, что температура агломерированного угля может снижаться, и на стадии окисления может оказаться необходимым нагревание.
[0044] Верхняя предельная скорость реакции (скорость потребления кислорода) окисленного угля после стадии окисления составляет предпочтительно 1 мг/г/сутки и предпочтительнее 0,5 мг/г/сутки. В том случае, где скорость потребления кислорода окисленного угля после стадии окисления превышает верхний предел, существует возможность того, что окисленный уголь или измельченный уголь, полученный посредством измельчения окисленного угля, может самопроизвольно воспламеняться. Посредством установления скорости потребления кислорода окисленного угля после выдерживания на уровне, составляющем не более чем верхний предел, выдерживание угля в воздушной атмосфере может устойчиво осуществляться даже после стадии окисления, и может повышаться устойчивость модифицированного угля, получаемого данным способом производства модифицированного угля. Термин "скорость потребления кислорода" означает расходуемое в реакции количество кислорода в расчете на единицу массы угля в сутки, когда уголь находится при температуре 30°C в атмосфере, в которой концентрация кислорода составляет 21%.
[0045] Модифицированный агломерированный уголь, полученный таким способом, имеет низкий показатель самопроизвольного воспламенения и высокую теплотворную способность, и, следовательно, он может соответствующим образом использоваться, например, в качестве топлива для тепловых электростанций или аналогичных целей.
[0046] <Преимущества>
Согласно данному способу производства модифицированного угля, вода добавляется в дегидратированный уголь после стадии дегидратации, но перед стадией агломерации, таким образом, что содержание воды находится в пределах описанного выше интервала, и уголь после этого подвергается выдерживанию в целях постепенного окисления. Таким образом, может уменьшаться энергия, требуемая для регулирования содержания воды и температуры угля на стадии окисления, и в результате этого достигается превосходство в отношении производственных расходов. Кроме того, согласно данному способу производства модифицированного угля, может быть эффективно изготовлен модифицированный уголь, имеющий низкий показатель самопроизвольного воспламенения, поскольку на стадии окисления агломерированный уголь выдерживается на воздухе при температуре в пределах описанного выше интервала.
[0047] [Второй вариант осуществления]
Способ производства модифицированного угля согласно второму варианту осуществления, в основном, составляют:
стадия дегидратации угля (стадия дегидратации);
стадия добавления воды в дегидратированный уголь для ингибирования повторной активации и ускорения окисления (стадия добавления воды);
стадия агломерации содержащего добавленную воду угля (стадия агломерации);
стадия постепенного окисления агломерированного угля (стадия окисления);
стадия измельчения окисленного угля (стадия измельчения окисленного угля); и
стадия повторного добавления воды в измельченный уголь для предотвращения образования пыли (стадия повторного добавления воды).
[0048] Фиг. 3 представляет блок-схему, которая иллюстрирует общую конфигурацию способа производства модифицированного угля согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Данный способ производства модифицированного угля разъясняется ниже с использованием фиг. 3. Поскольку стадия измельчения угольного исходного материала, стадия смешивания, стадия дегидратации, стадия разделения твердых и жидких фаз, стадия высушивания, стадия добавления воды, стадия агломерации и стадия окисления являются такими же, как согласно первому варианту осуществления, который описывается выше, здесь используются такие же условные номера, и соответствующие разъяснения не приводятся.
[0049] <Стадия измельчения окисленного угля>
В блоке измельчения окисленного угля 9 уголь после выдерживания измельчается, и в результате этого может быть получен измельченный уголь. Что касается распределения частиц по диаметру после измельчения, оказывается предпочтительным получение такого распределения частиц по диаметру, что при использовании сита с размером отверстий 10 мм, по меньшей мере, 50 мас.% всего модифицированного угля проходит через это сито. Посредством получения такого распределения частиц по диаметру могут упрощаться хранение или транспортировка угля.
[0050] <Стадия повторного добавления воды>
В блоке повторного добавления воды 10 вода для предотвращения образования пыли добавляется повторно в измельченный уголь. Это объясняется тем, что измельченный уголь проявляет склонность к образованию пыли в процессе транспортировки и т.д., и добавление воды в уголь посредством распыления является эффективным для предотвращения образования пыли. Способы повторного добавления воды для предотвращения образования пыли не ограничиваются определенным образом, и может использоваться, например, распыление с помощью распылителя или аналогичного устройства. В воду для предотвращения образования пыли может добавляться поверхностно-активное вещество. Кроме того, некоторая часть или вся масса добавляемой воды для предотвращения образования пыли может быть заменена посредством добавления угольного исходного материала.
[0051] Оказывается предпочтительным, что в блоке повторного добавления воды 10 добавляемое количество воды для предотвращения образования пыли регулируется таким образом, что измельченный уголь имеет содержание воды в определенном интервале. Нижний предел содержания воды в составе измельченного угля составляет предпочтительно 10 мас.% и предпочтительнее 11 мас.%. В то же время, верхний предел содержания воды в составе измельченного угля составляет предпочтительно 16 мас.% и предпочтительнее 15 мас.%. В том случае, где содержание воды в составе измельченного угля составляет менее чем нижний предел, существует возможность того, что предотвращение образования пыли модифицированного угля, полученного данным способом производства модифицированного угля может оказаться недостаточным. В то же время, в том случае, где содержание воды в составе измельченного угля превышает верхний предел, существует возможность того, что полученный модифицированный уголь может иметь пониженную теплотворную способность в расчете на единицу массы и может оказаться менее ценным в качестве топлива.
[0052] <Преимущества>
Аналогично первому варианту осуществления, данным способом производства модифицированного угля можно легко и надежно производить имеющий низкую себестоимость измельченный модифицированный уголь, который характеризуется низким показателем самопроизвольного воспламенения. Кроме того, согласно данному способу производства модифицированного угля, посредством повторного добавления воды в измельченный уголь, может уменьшаться образование пыли в процессе транспортировки угля и т.д. Кроме того, включение стадии повторного добавления воды делает возможным производство агломерированного угля, имеющего подходящее содержание влаги для стадии агломерации, и, следовательно, может быть получен модифицированный уголь более высокого качества.
[0053] [Другие варианты осуществления]
Способ производства модифицированного угля не следует истолковывать как ограниченный вариантами осуществления, которые описаны выше. Например, согласно первому варианту осуществления, после стадии окисления может осуществляться стадия измельчения окисленного угля.
Примеры
[0054] Далее настоящее изобретение разъясняется более подробно посредством представления следующих примеров, но настоящее изобретение не следует истолковывать как ограниченное данными примерами.
[0055] [Пример 1]
Бурый уголь, добытый в Индонезии, который имел содержание воды, составляющее 60%, измельчали таким образом, что пропорция частиц, имеющий диаметр 1 мм или более, составляла приблизительно 10%. С углем смешивали керосин таким образом, что получалась суспензия, в которой соотношение измельченного бурого угля и керосина составляло 2,5:3. Данную суспензию нагревали при давлении 0,3 МПа и температуре 147°C в целях дегидратации. После этого дегидратированную суспензию разделяли посредством центрифугирования на керосин и твердую фазу (содержащий керосин уголь). Кроме того, полученную твердую фазу нагревали при температуре 200°C в атмосфере азота для испарения керосина, и в результате этого получался дегидратированный в масле уголь. Измельченный бурый уголь (невысушенный неочищенный уголь) смешивали с полученным в результате дегидратированным в масле углем в количестве 20 мас.% по отношению к массе дегидратированного в масле угля, и в результате этого получался смешанный уголь, имеющий содержание воды, составляющее 10 мас.%. Этот смешанный уголь нагревали в воздушной атмосфере при 100°C в течение 2 часов, и в результате этого получался модифицированный уголь.
[0056] [Пример 2]
Смешанный уголь, полученный в примере 1, нагревали в воздушной атмосфере при 70°C в течение 2 часов, и в результате этого получался модифицированный уголь.
[0057] [Пример 3]
Невысушенный неочищенный уголь смешивали с дегидратированным в масле углем, полученным в примере 1, в количестве 9 мас.% по отношению к массе дегидратированного в масле угля, и получался смешанный уголь, имеющий содержание воды, составляющее 5 мас.%, который затем подвергали нагреванию в воздушной атмосфере при 100°C в течение 2 часов, и в результате этого получался модифицированный уголь.
[0058] [Пример 4]
Невысушенный неочищенный уголь смешивали с дегидратированным в масле углем, полученным в примере 1, в количестве 50 мас.% по отношению к массе дегидратированного в масле угля, и получался смешанный уголь, имеющий содержание воды, составляющее 20 мас.%, который затем подвергали нагреванию в воздушной атмосфере при 100°C в течение 2 часов, и в результате этого получался модифицированный уголь.
[0059] [Сравнительный пример 1]
Бурый уголь, добытый в Индонезии, который имел содержание воды, составляющее 60%, измельчали таким образом, что пропорция частиц, имеющий диаметр 1 мм или более, составляла приблизительно 10%. Этот измельченный бурый уголь нагревали в атмосфере азота при температуре 150°C в течение 2 часов, и в результате этого получался высушенный испарением уголь.
[0060] [Сравнительный пример 2]
Высушенный испарением уголь, полученный в сравнительном примере 1, дополнительно нагревали в воздушной атмосфере при температуре 100°C в течение 2 часов, и в результате этого получался окисленный уголь.
[0061] [Сравнительный пример 3]
Измельченный бурый уголь, полученный в сравнительном примере 1, смешивали с керосином таким образом, что получалась суспензия, в которой соотношение измельченного бурого угля и керосина составляло 2,5:3. Эту суспензию нагревали при давлении 0,3 МПа и температуре 147°C, чтобы дегидратировать суспензию. После этого дегидратированную суспензию разделяли путем центрифугирования на керосин и твердую фазу (содержащий керосин уголь). Затем эту твердую фазу нагревали при 200°C в атмосфере азота, чтобы испарился керосин, и в результате этого получался дегидратированный в масле уголь.
[0062] [Сравнительный пример 4]
Дегидратированный в масле уголь, полученный в сравнительном примере 3, дополнительно нагревали в воздушной атмосфере при 100°C в течение 2 часов, и в результате этого получался окисленный уголь.
[0063] [Сравнительный пример 5]
Невысушенный неочищенный уголь смешивали с дегидратированным в масле углем, полученным в сравнительном примере 3, в количестве 20 мас.% по отношению к массе дегидратированного в масле угля, и в результате этого получался смешанный уголь, имеющий содержание воды, составляющее 10 мас.%.
[0064] [Сравнительный пример 6]
Смешанный уголь, полученный в примере 1, нагревали в воздушной атмосфере при 110°C в течение 2 часов, и в результате этого получался окисленный уголь.
[0065] [Исследование]
Для всех или некоторых из примеров 1-4 и сравнительных примеров 1-6 осуществляли исследование для определения содержания воды непосредственно после окислительной обработки и скорости потребления кислорода.
[0066] (Содержание воды непосредственно после окислительной обработки)
Некоторого количество каждого из образцов угля, полученных в примерах и сравнительных примеров, отбирали непосредственно после обработки и нагревали при 107°C в течение 2 часов. На основании полученной потери массы определяли содержание воды в составе каждого образца угля непосредственно после обработки. Соответствующие результаты представлены в таблице 1.
[0067] (Скорость потребления кислорода)
Образцы угля, полученные в примерах и сравнительных примерах, помещали в термостатируемую камеру, содержащую воздушную атмосферу в условиях температуры 30°C и влажности 75%, и выдерживали в ней в течение 3 часов, и в результате этого образцы охлаждались и абсорбировали влагу. После этого определяли скорость потребления кислорода. Каждый образец угля помещали в пластмассовый сосуд, имеющий объем 1 л, и выдерживали в нем при 30°C в течение 1 часа; через 1 час измеряли концентрацию кислорода в сосуде, и по уменьшению его количества вычисляли скорость потребления кислорода. Соответствующие результаты представлены в таблице 1. Скорость потребления кислорода используется в качестве показателя самопроизвольного воспламенения; в тех случаях, когда скорость потребления кислорода составляет 1 мг/г/сутки или менее, можно считать низким показатель самопроизвольного воспламенения.
[0068]
Таблица 1
Способ высушивания
Содержание воды после смешивания с неочищенным углем
Температура окисления
Содержание воды непосредственно после окислительной обработки
Скорость потребления кислорода после трехчасового охлаждения
мас.%
°C
мас.%
мг/г/сутки
Пример 1
Дегидратация в масле
10
100
1,8
0,27
Пример 2
10
70
5,4
0,91
Пример 3
5
100
1,1
0,44
Пример 4
20
100
3,2
0,34
Сравнительный пример 1
Высушивание испарением
-
-
-
12
Сравнительный пример 2
-
100
0,3
1,6
Сравнительный пример 3
Дегидратация в масле
-
-
-
8
Сравнительный пример 4
-
100
<0,1
1,4
Сравнительный пример 5
10
-
-
11
Сравнительный пример 6
10
110
0,2
1,3
[0069] Как можно видеть по результатам, представленным в таблице 1, для примеров 1-4, в каждом из которых неочищенный уголь смешивался после дегидратации в масле для получения смешанного угля, имеющего содержание воды, составляющее от 5 мас.% до 20 мас.%, причем этот смешанный уголь подвергали окислению на воздухе при температуре от 70°C до 100°C, и в результате получался уголь, имеющий содержание воды, непосредственно после окислительной обработки, составляющее 1 мас.% или более, скорость потребления кислорода менее чем 1 мг/г/сутки и низкий показатель самопроизвольного воспламенения.
[0070] С другой стороны, сравнительный пример 1, в котором осуществлялось только высушивание испарением, показывает чрезмерно высокую скорость потребления кислорода, и можно видеть, что соответствующий показатель самопроизвольного воспламенения также является высоким.
[0071] Сравнительный пример 2, в котором полученный в сравнительном примере 1 уголь дополнительный подвергали окислительной обработке на воздухе при 100°C, показал меньшую скорость потребления кислорода, чем сравнительный пример 1, т. е. 1,6 мг/г/сутки. Однако эта скорость все же превышает стандартное значение 1 мг/г/сутки, которое является показателем самопроизвольного воспламенения.
[0072] Кроме того, сравнительный пример 3, в котором осуществлялась только дегидратация в масле, также показал чрезмерно высокую скорость потребления кислорода, как высушенный испарением уголь, полученный в сравнительном примере 1, в котором осуществлялось только высушивание испарением. Сравнительный пример 4, в котором полученный в сравнительном примере 3 уголь дополнительно подвергался окислительной обработке на воздухе, также показал скорость потребления кислорода, составляющую более чем 1 мг/г/сутки.
[0073] Предположительная причина, по которой сравнительные примеры 1 и 3 показывают высокие скорости потребления кислорода, заключается в том, что не осуществлялась окислительная обработка на воздухе, и, следовательно, должна была проявляться высокая активность в реакции окисления, аналогичная активности необработанного угольного исходного материала. Предположительная причина, по которой сравнительные примеры 2 и 4 показали скорости потребления кислорода, составляющие более чем 1 мг/г/сутки, несмотря на то, что осуществлялась окислительная обработка на воздухе, заключается в том, что поскольку содержание воды в угле непосредственно после окислительной обработки было низким и составляло менее чем 1%, абсорбция влаги происходила в течение трехчасового выдерживания на воздухе после обработки, что увеличивало скорость потребления кислорода. В процессе окислительной обработки в сравнительных примерах 2 и 4 часто наблюдались явления нагревания докрасна обрабатываемого угля, и, следовательно, считается, что условия окисления, в результате которого содержание воды составляет менее чем 1% непосредственно после окислительной обработки, представляют собой условия, создающие высокий риск воспламенения.
[0074] Кроме того, в случае сравнительного примера 5, в котором неочищенный уголь смешивался после дегидратации в масле, наблюдается еще более высокая скорость потребления кислорода, чем в сравнительном примере 3, в котором осуществлялась только дегидратация в масле. Этот результат предположительно объясняется тем, что скорость потребления кислорода дегидратированного в масле угля повышалась за счет влаги, содержащейся в смешиваемом неочищенном угле.
[0075] В случае сравнительного примера 6, в котором после дегидратация в масле неочищенный уголь смешивался в количестве, соответствующем содержанию воды, составляющем 10 мас.%, после окисления на воздухе при 110°C скорость потребления кислорода составляла 1,3 мг/г/сутки и приближалась к уровню 1 мг/г/сутки, который считается стандартным значением для показателя самопроизвольного воспламенения. Однако в процессе обработки часто наблюдалось нагревание угля докрасна. Кроме того, в случае сравнительного примера 6 считается, что поскольку содержание воды непосредственно после окислительной обработки составляло менее чем 1 мас.%, частота воспламенения увеличивалась, и скорость потребления кислорода также увеличивалась вследствие абсорбции влаги после окислительной обработки.
[0076] Хотя настоящее изобретение было описано подробно и со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, для специалиста в данной области техники является очевидным, что могут быть произведены разнообразные изменения и модификации без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения.
Настоящая заявка составлена на основании японской патентной заявки, а именно заявки № 2014-016162, поданной 30 января 2014 г., причем ее содержание включается в настоящем документе посредством ссылки.
Промышленная применимость
[0077] Как разъясняется выше, способ производства модифицированного угля согласно настоящему изобретению является пригодным, чтобы эффективно производить модифицированный уголь, имеющий низкий показатель самопроизвольного воспламенения и высокую теплотворную способность, используя низкокачественный уголь как исходный материал. А именно, низкокачественный уголь можно модифицировать, получая топливо, которое имеет низкую себестоимость и является превосходным в отношении расходов на транспортировку и пригодности для обработки. Такой модифицированный уголь может соответствующим образом использоваться, например, в качестве топлива для тепловых электростанций или аналогичных объектов.
Описание условных номеров и обозначений
[0078]
1 – Блок измельчения угольного исходного материала
2 – Смесительный блок
3 – Блок дегидратации
4 – Блок разделения твердых и жидких фаз
5 – Сушильный блок
6 – Блок добавления воды
7 – Агломерационный блок
8 – Блок выдерживания
9 – Блок измельчения окисленного угля
10 – Блок повторного добавления воды
21 – Формовочное устройство
22, 23, 25 – Ленточный конвейер
24, 26 – Термоаккумулирующий резервуар
X – Агломерированный уголь