使用低级煤制造固体燃料的装置和方法 【技术领域】
本发明涉及使用低级煤制造固体燃料的装置和方法。
背景技术
使用低级煤制造固体燃料的一般过程公开在日本未审查专利申请出版物No.7-233383中。此专利出版物中公开的所述过程包括下述过程：多孔煤与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以制造浆液。加热所获得的浆液对多孔煤脱水，并用混合油填充多孔煤的孔。接着，浆液进行固液分离。低级煤被用作多孔煤。
由于具有较低的自燃性的缘故而可以安全传输并存储并且具有较高的发热值的固体燃料可以通过包括公开在上述专利申请中的脱水过程进行制造。
由于多孔煤(低级煤)具有较高的水份，多孔煤导致运输成本增加，即，与水份成比例的传输效率地降低，并具有较低的发热量。这样，多孔煤优选地脱水。但是，当多孔煤通过一般的干燥过程进行脱水，可能由于在活性部位(active site)中吸入氧而导致自燃引起事故的危险，所述活性部位出现在脱水多孔煤的孔中，接着氧化。
在上述的制造固体燃料的过程中，孔中的水份通过加热由多孔煤和包含重油和溶剂油的混合油构成的未处理浆液而蒸发。此时，孔的内表面覆盖有混合油。最后，所述孔中充满了混合油，尤其主要充满了重油。因此，至孔中这种活性部位的氧气吸收和氧化被抑制，从而阻止了自燃。另外，因为多孔煤通过加热被脱水并且孔中充满了混合油，得到的固体燃料具有较高发热量。按照这种方式，通过采用包括脱水在内的处理方法，可以制造由于具有低自燃性和高发热量而可以安全地运输和存储的固体燃料。
在上述专利出版物所述制造固体燃料的方法中，用粉碎机粉碎的多孔煤(低级煤)被用作未处理浆液的材料。即，未处理浆液通过在混合箱中混合用粉碎机粉碎的多孔煤和包含重油和溶剂油的混合油而产生。
通过加热未处理浆液，多孔煤被脱水，多孔煤的孔填充有混合油。通过加热的脱水通常在蒸发器中执行。在混合箱和蒸发器中，浆液状态通过浆液泵搅动而循环浆液来保持，这样防止通过沉淀所导致的煤的沉积。
在通过加热多孔煤被脱水多孔煤的孔填充有混合油之后，所产生的被加热浆液(此后称为“脱水浆液”)被固液分离以将脱水浆液分为固体和液体。所产生的固体由在其孔中包含混合油的多孔煤构成，并可以用作粉末固体燃料。将所产生的固体形成煤球产生煤球固体燃料。主要由油构成的分离的液体可以被作为油进行循环，用于产生未处理浆液。即，被用作循环油的被分离液体回到制造未处理浆液的步骤。
脱水浆液的固液分离用诸如离心分离机来执行。所分离的液体包含微细粉末煤，所述微细粉末煤没有完全从脱水浆液中分离。例如，当脱水浆液用沉降式离心分离机进行固液分离，具有直径大约为50μm或者更小的微粒(微细粉末煤)没有分离并保留在所分离的液体中。
这样的分离的液体返回到制造未处理浆液的步骤。这样，循环油中的微细粉末煤的容量在各循环中增加，这样减小了未处理浆液的流动性。因此，所述过程不能平稳进行。如果未处理浆液不流动，所述过程停止。
当脱水浆液的固液分离用诸如对固液分离具有良好能力的分馏单元来执行时，所分离的液体很少包含微细粉末煤。使用所产生的分离的液体作为循环油可以防止由于微细粉末煤的污染所导致的未处理浆液的流动性的降低。但是，这样的单元的不利之处在于分离需要较长的时间，并且与离心相比具有较高的操作成本而显得不经济。因此，这样的单元难于应用。
【发明内容】
本发明有鉴于上述的情况而实现。本发明的一个目标是提供一种用低级煤制造固体燃料的装置和方法，所述装置和方法能够减小返回到制造未处理浆液的步骤的循环油中的微细粉末煤的含量。
本发明人进行了广泛的研究以实现所述目标并实现了能够实现上述目标的本发明。
本发明涉及使用低级煤制造固体燃料的装置和方法。本发明包括用于根据本发明第一至第四方面的固体燃料的方法和用于制造根据本发明的第五方面的固体燃料的装置。这些将在下面详细的说明。
即，根据本发明的第一方面，一种用于制造固体燃料的方法包括步骤：从粉碎的低级煤中部分或者完全地分离微细粉末煤；将所分离的低级煤与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以制造未处理浆液；加热未处理浆液以脱水低级煤并将低级煤的孔填充混合油；以及通过固液分离从所加热的浆液分离固体燃料。
根据本发明的第二方面，一种用于根据本发明的第一方面的制造固体燃料的方法，包括步骤：将从低级煤中所分离的微细粉末煤添加到通过加热浆液的固液分离而产生的固体燃料中。
根据本发明的第三方面，在根据本发明的第一方面的制造燃料的方法中，从低级煤中分离的微细粉末煤具有平均微粒尺寸为0.5mm或者更小。
根据本发明的第四方面，在根据本发明的第一方面的固体燃料的制造方法中，微细粉末煤用旋风器从低级煤中分离。
根据本发明的第五方面，一种用于制造固体燃料的装置，包括用于部分或者完全从粉碎的低级煤中分离微细粉末煤的分离单元；用于将所分离的低级煤与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以制造未处理浆液的混合单元；用于通过加热对未处理浆液进行脱水的蒸发单元；以及用于将脱水的浆液进行固液分离的固液分离单元。
根据用于制造本发明的固体燃料的方法，返回到制造未处理浆液的步骤的循环油中的微细粉末煤的含量可以减小。用于制造本发明的固体燃料的装置可以使用用于制造固体燃料的方法，并可以减小返回到制造未处理浆液的步骤中的微细粉末含量。
【附图说明】
图1是根据本发明的用于制造本发明的固体燃料的方法的第一实施例的过程流程图；
图2是根据本发明的制造固体燃料的方法的第二实施例的过程流程图；
图3是根据本发明的用于制造公开在日本未审查专利申请出版物No.7-233383中的固体燃料的传统方法的实施例的过程流程图；
图4是显示具有平均微粒尺寸1mm的粉碎煤的微粒尺寸分布的示意图；
图5是显示具有粉碎煤的平均微粒尺寸1mm和微细粉末煤具有平均微粒尺寸0.5mm的微粒尺寸分布的示意图；
图6是在从具有平均微粒尺寸1mm的粉碎煤中移除直径0.5mm或者更小的微细粉末煤之后的剩余粉末煤的微粒尺寸分布的示意图。
【具体实施方式】
用于制造固体燃料的方法包括步骤：部分或者完全从粉碎的低级煤中分离的微细粉末煤；将所分离的低级煤与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以制造未处理浆液；加热未处理浆液以脱水低级煤并将低级煤的孔填充混合油；以及通过固液分离从所加热的浆液分离固体燃料。
粉碎的低级煤并不是就是如此基础上进行混合。在微细粉末煤部分或者完全从粉末的低级煤中分离之后，所产生的粉末低级煤与混合油进行混合。
通过加热未处理浆液，多孔煤被脱水，多孔煤的孔填充有混合油。通过将所产生的加热浆液(此后称为“脱水浆液”)进行固液分离而分离的液体(此处称为“分离液体”)不包含微细粉末煤活则会包含非常小量的微细粉末煤。这样的分离液体可以用作循环油并可以返回到制造浆液的步骤。
因此，根据用于制造本发明的固体燃料的方法，返回到制造未处理浆液步骤中的循环油中的微细粉末煤的含量可以减小。此外，未处理浆液的流动性被循环油中的微细粉末煤几乎没有减小，这样所述过程几乎不会被未处理浆液中的流动性的减小而停止。
优选地，将从低级煤中所分离的微细粉末煤添加到通过对被加热的浆液(第二方面)的固液分离所产生的固体燃料中。所添加的微细粉末煤可以冷却固体燃料至固体燃料的稳定温度。此外，此方法的优点是所添加的微细粉末煤可以用作燃料。关于此方法的进一步细节将在下面进行说明。
通过将加热浆液进行固液分离所产生的固体燃料具有的温度大约是150度，这样由于其较高的活性就不稳定；因此，固体燃料需要冷却单元。所述冷却单元利用空气冷却或者水冷却并使用冷却剂。
另一方面，将来自低级煤的微细粉末煤添加到固体燃料可以将固体燃料的温度冷却到温度(100度或者更小)，在所述温度通过氧化的自燃产生的热不会发生。因此，冷却单元就是必要的。此外，微细粉末煤可以用作燃料。
从低级煤中分离的微细粉末煤优选地具有0.5mm或者更小的平均微粒尺寸(第三方面)。这样的分离必然减小通过将脱水浆液减小固液分离而产生的分离的液体中的微细粉末煤的含量。结果，返回到产生未处理浆液的步骤的循环油中的微细粉末煤的含量必然减小。
当具有平均微粒尺寸0.5mm或者更小的微细粉末煤被分离时，大部分微细粉末煤被分离。当具有平均微粒尺寸0.05mm或者更小的微细粉末煤被分离时，具有平均微粒尺寸0.05mm或者更小的微细粉末煤不是分离的目标。在这种情况下，具有平均微粒尺寸大于0.05mm的最小的微细粉末煤量不包括在具有平均微粒尺寸0.05mm或者更小的分离微粒粉末煤中。
因此，当具有平均微粒尺寸0.05mm或者更小的微细粉末煤被分离时，具有大于平均微粒尺寸0.05mm的微粒粉末煤包括在未处理浆液中，这样包括脱水浆液中。结果，具有大于平均微粒尺寸0.05mm的微粒粉末煤也包括在通过将脱水浆液进行固液分离而产生的分离液体中。另一方面，当具有平均微粒尺寸0.05mm或者更小的微细粉末煤被分离时，由于主要的微细粉末煤已经被分离，未处理浆液具有较低的微粒粉末煤含量，这样脱水浆液具有较低的微粒粉末煤含量。因此，通过将脱水浆液进行固液分离所产生的分离液体具有较低的微粒粉末煤含量。结果，返回到制造未处理浆液步骤的循环油中的微细粉末煤的含量可以减小。
就循环油中的微粒粉末煤的含量的减小而言，具有平均微粒尺寸0.5mm或者更小的微细粉末煤优选分离。但是，在这种情况下，将脱水浆液产生的固体燃料量减小。考虑到这一点，具有平均微粒尺寸0.1mm或者更小的微粒粉末煤优选地分离。
粉碎低级煤中的微粒粉末煤可以用但是不限于诸如干分级器和湿分级器的不同装置来进行分离。干分级器包括例如筛选机、重力分级器、离心分级器和惯性分级器。湿分级器包括例如沉降分级器、液体分级器、机械分级器和离心分级器。在干分级器中的离心分级器的示例是旋风器分级器。此旋风器分级器可以分离具有平均微粒尺寸0.1mm或者更小(第四方面)的微粒粉末煤。
脱水浆液的固液分离可以使用但是不限于诸如离心分离机、压榨装备、沉淀器和过滤器的不同装置。使用这样的装置，通过将脱水浆液进行固液分离而产生的分离液体具有较低的微粒粉末煤含量。结果，返回到制造未处理浆液的步骤中的循环油中的微细粉末煤的含量可以被减小。例如，对固液分离具有优良能力的分馏单元的缺点在于需要对固液分离的时间较长，并与离心分离机相比由于较高的操作成本而不经济。这样的单元是不合适的，因为这样的单元降低了本发明的价值。
术语“低级煤”是具有较高水份含量并优选脱水的煤。这样的低级煤的示例包括但是不限于褐煤、亚烟煤。褐煤包括例如维多利亚褐煤、北达科他州褐煤和泊克褐煤。压烟煤包括例如West Banko煤和Binungan煤。
术语“微粒粉末煤”指的是具有平均微粒尺寸1mm或者更小的粉末煤。微粒粉末煤的平均微粒尺寸用根据日本工业标准(JIS)Z-8801(1976)使用根据JIS R-6002(1978)的筛选过程来进行测量。
术语“重油”指的是在诸如400℃没有蒸汽压力的残余油的重馏份或者包含重馏份的油。
图1和2示出了根据本发明用于制造固体燃料的方法的第一和第二实施例。图3示出了根据日本未审查专利申请出版物No.7-233383所公开的制造固体燃料的已知方法的传统实施例。
在图3中所示的传统的实施例中，低级煤在粉碎单元中粉碎并与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以产生未处理浆液。这样产生的浆液在预热单元中被预热并在蒸发单元中被加热以产生脱水浆液。此时，低级煤中的孔填充混合油。所产生的脱水浆液在固液分离单元和最终干燥单元中进行固液分离，这样产生固体和液体。所产生的液体被用作循环油并返回到制造未处理浆液的步骤。所产生的固体在冷却单元中冷却，这样产生了粉末固体燃料。可选地，在冷却单元中冷却后，所产生的固体在制煤球单元中被制成煤球以产生煤球固体燃料。
在图1所示的本发明的第一实施例中，低级煤在粉碎单元中被粉碎，然后微细粉末煤在分离单元中被分离和移除。其中微细粉末煤被移除而产生的低级煤与包含重油和溶剂油的混合油混合以产生未处理浆液。随后的过程与图3中所示的传统的实施例中相同的方式进行。
在图2所示的实施例中，过程如图1中所示的第一实施例中那样执行，但是分离单元中低级煤中所分离的微细粉末煤与固体相混合，所述固体通过将脱水浆液在混合和冷却单元中进行固液分离而形成。即，所述固体通过将微细粉末煤添加到混合和冷却单元中而进行冷却，这样产生了固体燃料。可选地，在冷却单元中冷却后，所产生的固体在制煤球单元中被制成煤球以产生煤球固体燃料。
图4显示了具有平均微粒尺寸1mm的粉末煤的微粒分布尺寸。当具有平均微粒尺寸0.5mm的微细粉末煤从具有微粒尺寸1mm的粉末煤中分离(移除)，将被移除的微细粉末煤的微粒尺寸分布通过图5中的实现阴影区域表示。图6显示了其中微细粉末煤被移除所产生的粉末煤的微粒尺寸分布。
即使微细粉末煤完全从粉碎低级煤中移除时，所分离的液体包含微细粉末煤。这是因为微细粉末煤将低级煤与混合油混合中和/或者在固液分离中新形成。新形成的微细粉末煤没有完全移入到分离单元中，但是大多数新形成的微细粉末煤出现在诸如煤饼的分离固体中。
从粉碎低级煤中移除微细粉末煤减小了分离液体中的微细粉末煤的含量。例如，如表1中所示，当微细粉末煤没有移除，将作为回收油的分离液体回到产生未处理浆液的步骤在各循环中增加了具有微粒尺寸50μm或者更小的微细粉末煤的含量。另一方面，例如，如表2中所示，当微细粉末煤被移除时，在循环油中具有微粒尺寸50μm或者更小的微细粉末煤的含量没有增加并且即使在循环被重复的情况下，保持在较低的水平。
为了实现移除微细粉末煤的效果，换言之，为了防止由于微细粉末煤的缘故浆液的流动性减小，例如，具有平均微粒尺寸0.1mm或者更小的90％重量百分比的微细粉末煤被优选地移除。在这种情况下，所述效果在较高的水平实现。
如上所述，用于制造固体燃料的装置包括用于部分或者完全从粉碎的低级煤中分离微细粉末煤的分离单元；用于将所分离的低级煤与包含重油和溶剂油的混合油进行混合以制造未处理浆液的混合单元；用于通过加热对未处理浆液进行脱水的蒸发单元；以及用于将脱水的浆液进行固液分离的固液分离单元(第五方面)。所述用于制造本发明的固体燃料的装置可以使用制造固体燃料的方法并可以减小回到制造未处理浆液步骤的循环油中的微细粉末煤的含量。例如，图1和2显示了所述装置的实施例。
示例
本发明的示例将在下面说明。本发明不限于这些示例。本发明可以在本发明的范围之内修改。所述修改技术上包括在本发明的范围之内。
示例1
印尼生产的Binungan煤块7(此后称为“Binungan煤”)被用作低级煤并用锤式破碎机制造具有最大微粒尺寸3mm或者更小以及具有大约0.5mm的平均微粒尺寸的粉碎煤。
接着，具有平均微粒尺寸大约0.1mm或者更小的微细粉末煤用旋风器从粉碎的低级煤中分离。所分离的微细粉末煤是所粉碎的低级煤的质量百分比的大约10％。
所分离的低级煤与包含煤油和沥青的混合油相混合以产生浆液。煤油作为溶剂油，沥青作为重油。混合油具有0.5％重量百分比(质量百分比)沥青含量。在干燥的低级煤的基础上混合油与低级煤的重量比率是1.7。由于所使用的低级煤包含水份，当干燥时所产生的低级煤的重量用于重量百分比的计算。即，(混合油)/(干燥的低级煤)的重量比是1.7。
所产生的浆液在蒸发单元中加热以对低级煤进行脱水。此时，低级煤的孔被填充包含煤油和沥青的混合油。
所脱水的浆液用沉降式离心分离机(对应图1中的固液分离单元)在2000G的离心力上进行固液分离。结果，产生包含混合油的泥浆形式的沉积物(cake)以及分离的液体。
所分离的液体可以用作使用在制造未处理浆液的步骤中的循环油。所述沉积物可以在用蒸汽管式干燥机(对应图1中的最终干燥单元)移除溶剂油之后用作固体燃料。
对比示例1
执行了如示例1中的过程，但是没有对微细粉末煤进行分离。
所分离的液体可以用作制造浆液的步骤中的循环油。沉积物可以在用蒸汽管式干燥机移除溶剂油之后用作固体燃料。所分离的液体中的微细粉末煤的含量大约是5％的质量百分比。
在示例1中，发现循环油(所分离的液体)具有较低含量的微细粉末煤，即，循环油中的微细粉末煤的含量与对比示例1中相比显著减小。
示例2
在示例1中分离的平均微粒尺寸0.1mm或者更小的微细粉末煤被添加到150℃的固体(微细粉末燃料)中，所述固体通过将脱水的浆液在示例中减小固液分离。所添加的微细粉末煤是微细粉末燃料的9倍。尽管所使用的微细粉末煤包含水份，干燥后的微细粉末煤的量被用于计算重量百分比。即，所干燥的微细粉末煤是粉末固体燃料的9倍(重量百分比)。
将微细粉末煤添加到粉末固体燃料产生蒸汽。所产生的蒸汽替代氮气。
结果，固体(粉末固体燃料)从150℃冷却到100℃。此固体热稳定性达到100℃。
表1.没有分离步骤的过程中具有微粒尺寸50μm或者更小的微细粉末煤含量。油循环次数0 1 2 3 4粉碎煤脱水浆液沉积物分离的液体18103 1 11 10 6 1 14 10 9 1 17 10 12 1 20 10 15
(单位：在干燥的微细粉末煤基础上的重量百分比)
表2.具有分离步骤过程中具有微粒尺寸50μm或者更小的微细粉末煤含量。油循环次数0 1 2 3 4粉碎煤脱水浆液沉积物分离的液体18103 0 8 10 3 0 8 10 3 0 8 10 3 0 8 10 3
(单位：在干燥的微细粉末煤基础上的重量百分比)
在上述的示例和对比示例中，Binungan煤被用作低级煤。当使用其它的低级煤时，结果显示了绝对值的不同，但是与上述结果具有相同的趋势。
包含煤油和沥青的混合油被用作与低级煤混合的油。当使用其它混合油时，只要所述油板簧重油和溶剂油，结果显示不同的绝对值，但是具有与上述结果相似的趋势。
脱水浆液的固液分离用沉降式离心分离机在2000G的离心力上进行固液分离。当使用其它离析器时，结果显示不同的绝对值，但是具有与上述结果相似的趋势。