專利名稱：通過移除揮發(fā)性組分處理煤的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤加工領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于處理各種類型的煤的工藝，以生產(chǎn)用于各個行業(yè)的煤衍生液體(CDL)和其他較高價值的煤衍生產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
有時對處于其原始態(tài)的煤進(jìn)行處理以提高其有用性和熱能含量。所述處理可以包括使煤干燥并且使煤經(jīng)受熱解過程以驅(qū)除低沸點(diǎn)有機(jī)化合物和較重的有機(jī)化合物。煤(包括高和中等揮發(fā)性的煙煤、次煙煤和褐煤)的熱處理致使某些揮發(fā)性烴化合物的釋放，所述烴化合物具有進(jìn)一步精煉成輸送液體燃料和其他煤衍生化學(xué)物質(zhì)的價值。隨后，可以從離開熱解過程的吹掃氣中移除所述揮發(fā)性組分。在熱解工藝中析出低濃度的期望的可凝結(jié)烴化合物尚存在問題。此外，液體相對于氣體的分離(吸收)以移除低濃度揮發(fā)物不如在可凝結(jié)烴化合物與吹掃氣的比率高時能夠達(dá)到地那樣能量有效。將有利的是，如果允許以在高得多的濃度下從煤中移除期望的可凝結(jié)烴液體的方式來處理煤。期望一種用于處理煤的工藝，所述工藝具有高得多的可凝結(jié)烴化合物與吹掃氣的比率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本文提供一種用于處理煤的工藝，包括將煤引入室中；通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，所述吹掃氣處于比煤的溫度高的溫度下從而將熱供給煤；通過加熱所述室向煤間接提供另外的熱，其中通過吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到吹掃氣中，并且其中由所述吹掃氣供向煤的熱的比例小于供向煤的全部熱的40% ；將所述吹掃氣從所述室中移除；以及處理所述吹掃氣以移除煤的可凝結(jié)組分。在某些實(shí)施方案中，供向所述室的吹掃氣具有約0. 5至0. 7的發(fā)射率(emissivity)。
在某些實(shí)施方案中，吹掃氣的至少80%由CO2和H2O組成。在某些實(shí)施方案中，煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，并且供向所述室的吹掃氣與煤的質(zhì)量比小于約O. 50。在某些實(shí)施方案中，所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，并且吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到干餾爐的一端中并且從干餾爐的另一端移除，吹掃氣的平均速度小于約900英尺每分鐘。在某些實(shí)施方案中，所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，并且吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到干餾爐的一端中并且從干餾爐的另一端移除，并且其中在干餾爐內(nèi)的平均氣體停留時間小于約I秒。 在某些實(shí)施方案中，在干餾爐內(nèi)的平均氣體停留時間為約O. 2秒至約I秒。在某些實(shí)施方案中，煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，并且離開所述室的吹掃氣具有至少約15重量％的可凝結(jié)烴含量。在某些實(shí)施方案中，所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，其包括安裝用于在圓柱狀外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)殼，所述外殼包括用于向內(nèi)殼供應(yīng)間接熱的熱源，并且其中煤被連續(xù)供應(yīng)到干餾爐的一端中并且從干餾爐的另一端移除，吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到干餾爐的一端中并且從干餾爐的另一端移除。在某些實(shí)施方案中，從所述室移除的吹掃氣包含濃度降低的煤細(xì)粒，煤細(xì)粒的濃度在穿過機(jī)械氣體/細(xì)粒過濾器之后進(jìn)一步降低約95%。在某些實(shí)施方案中，煤細(xì)粒的經(jīng)降低的濃度為約4. 5wt%*更小。在某些實(shí)施方案中，所得的煤焦中的汞含量下降約80%。在某些實(shí)施方案中，所得的煤焦中的有機(jī)硫含量比進(jìn)料煤中的有機(jī)硫含量低約45%。在某些實(shí)施方案中，所述室中的煤的溫度升高至約1200° F至約1500° F的溫度，以移除有機(jī)硫。在另一寬泛的方面，本文提供一種用于處理煤的工藝，包括將煤引入室中；通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，其中所述吹掃氣具有約O. 5至O. 7的發(fā)射率，所述吹掃氣處于比煤的溫度高的溫度下從而將熱供給煤；通過加熱所述室向煤間接提供另外的熱，其中通過吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到吹掃氣中；將所述吹掃氣從所述室中移除；以及處理所述吹掃氣以移除煤的可凝結(jié)組分。在還一寬泛的方面，本文提供一種用于處理煤的工藝，包括將煤引入室中，其中煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除；通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，其中所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，供向所述室的吹掃氣與煤的質(zhì)量比小于約O. 50 ；用吹掃氣直接加熱所述煤；
通過加熱所述室向煤間接提供另外的熱，其中通過吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到吹掃氣中；將所述吹掃氣從所述室中移除；以及處理所述吹掃氣以移除煤的可凝結(jié)組分。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，當(dāng)參照附圖閱讀時，本發(fā)明的各個優(yōu)點(diǎn)將從以下的優(yōu)選實(shí)施方案的詳述中變得顯而易見。


圖I為根據(jù)本發(fā)明使用間接氣體加熱來處理煤 的工藝的示意圖。圖2為圖I的工藝中使用的氣體加熱的干餾爐的示意性放大橫截面圖。圖3是圖2的氣體加熱的干餾爐橫截面的示意性放大側(cè)視圖。圖4是使用間接電加熱來處理煤的工藝的示意圖。圖5是圖4的工藝中使用的電加熱的干餾爐的示意性放大橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的工藝涉及使用增大的分壓來處理煤，用于生產(chǎn)煤衍生的液體(OTL)和其他較高價值的煤衍生產(chǎn)物，例如高熱值、低揮發(fā)性殘留物(焦)。在比用常規(guī)煤處理工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的高得多的濃度下從煤中移除期望的可凝結(jié)烴液體。具體而言，所述工藝結(jié)合了用調(diào)溫的、高顯熱貧氧氣流(吹掃氣)進(jìn)行熱解加熱外加通過如下所述的旋轉(zhuǎn)式熱解干餾爐的旋轉(zhuǎn)式金屬殼體傳遞一部分所需熱進(jìn)行間接加熱的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的工藝特別適用于各種類型的煤，包括高和中等揮發(fā)性的煙煤、次煙煤和褐煤。對于附圖，應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚的目的，沒有提供某些構(gòu)造的細(xì)節(jié)，這是因?yàn)檫@類細(xì)節(jié)是常規(guī)的并且一旦本發(fā)明在本文中披露且描述恰在本領(lǐng)域技術(shù)人員掌握之中?，F(xiàn)在參照圖1，示出使用間接燃?xì)饧訜嵊糜谔幚砻?2的工藝10的示意圖。將煤流12引入室或熱解旋轉(zhuǎn)式干餾爐14。所述室可以是適用于通過對流氣體加熱煤以及通過輻射和傳導(dǎo)間接加熱的任何容器。在將煤12引入熱解干餾爐14之前將其預(yù)先制成6mm至50mm的尺寸，但也可以采用其他的尺寸。旋轉(zhuǎn)閥13控制引入的干燥煤流12的流動，所述煤流12被連續(xù)導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)式干餾爐室14中。用于直接/間接組合熱解加熱過程的旋轉(zhuǎn)式干餾爐14可以選自通常被稱作回轉(zhuǎn)式煅燒爐的用于大批固體材料的間接熱處理的傳熱裝置類型。回轉(zhuǎn)式煅燒爐主要由合金制旋轉(zhuǎn)殼體16組成，所述合金制旋轉(zhuǎn)殼體16被封裝在固定爐中并在其外部上間接加熱。工藝物料(即，煤)12移動穿過旋轉(zhuǎn)式殼體16的內(nèi)部，在該內(nèi)部其通過傳熱的輻射和對流/傳導(dǎo)組合模式經(jīng)由旋轉(zhuǎn)式殼體壁18被加熱?？梢赃_(dá)到高達(dá)2200° F的工作溫度?；剞D(zhuǎn)式煅燒爐可以是小型中試規(guī)模的裝置，或者直徑達(dá)10英尺且加熱長度高達(dá)100英尺的全尺寸生產(chǎn)裝置。裝置可以通過多種燃料，如氣體(圖1-3)，或通過電阻加熱元件(參見圖5)進(jìn)行加熱。廢熱和/或外部熱源也可以適配于回轉(zhuǎn)式煅燒爐。選擇旋轉(zhuǎn)式殼體16的構(gòu)造材料用于高溫使用、耐腐蝕以及與工藝物料相容。旋轉(zhuǎn)式殼體16可以由耐熱且耐腐蝕的合金鋼制成。例如,309型合金為用于在1300° F金屬溫度范圍內(nèi)操作的間接加熱回轉(zhuǎn)式煅燒爐的標(biāo)稱材料。多個特征和輔助設(shè)備可用來適應(yīng)很多工藝需求?；剞D(zhuǎn)式煅燒爐由于間接加熱機(jī)制對于專門的處理而言是理想的。由于熱源與工藝環(huán)境物理分離，因而可以維持特定的工藝氣氛。可以適應(yīng)需要惰性、還原性、氧化性或除濕氣氛的工藝，或者具有固相/氣相反應(yīng)的那些。取決于工藝需求，回轉(zhuǎn)式煅燒爐可以在正壓或負(fù)壓下操作，并且多種密封布置可用?？梢圆捎霉潭ㄖ列D(zhuǎn)式殼體內(nèi)部16的內(nèi)部附屬物來促進(jìn)均勻傳熱和材料對工藝氣體(即，吹掃氣)20的暴露。間接加熱還使得工藝的溫度分布提供將材料溫度維持在恒定水平達(dá)特定時間段的能力。以此方式在單個煅燒爐裝置中可以實(shí)現(xiàn)多個溫度平臺。具體而言，間接加熱促進(jìn)沿著處理干餾爐的長度的時間-溫度分布。加熱中的材料可以暴露于可變的時間-溫度條件，從 而改變熱過程以達(dá)到最佳結(jié)果并且調(diào)節(jié)時間-溫度分布以處理可變的材料條件，如水分或揮發(fā)物含量。間接加熱的回轉(zhuǎn)式煅燒爐對于具有大批自由流動固體的熱式加熱知識的人來說是熟知的。適于將煤加熱至1050° F的典型旋轉(zhuǎn)式干懼爐由The A. J. Sackett & SonsCo. (Baltimore，MD)制造并且其額定傳遞6，240，000BTU/小時，具有表面積為602. 88平方英尺的間接回轉(zhuǎn)式煅燒爐表面以及約10，350BTU/小時/平方英尺的熱通量。對于具有間接和直接加熱的組合的加熱干餾爐來說，當(dāng)間接加熱處于總共的約三分之二范圍中時，熱的三分之一余量必須由通入與煤12接觸的氣體(吹掃氣20)流來供應(yīng)。提供吹掃氣20的一種方法是使含有惰性組分和可燃燒組分二者的貧氧氣體流經(jīng)過間接熱交換器(未示出)，在間接熱交換器中，氣流的溫度可以被加熱和/或冷卻以提供最佳溫度和組成。提供吹掃氣20的另一方法是將含有惰性組分和可燃組分二者的貧氧氣流引入具有氧氣或燃燒空氣的燃燒室中以釋放顯熱。氣流除了部分熱輸入之外，還用作第二目的，即用作吹掃氣以引起在進(jìn)入系統(tǒng)的連續(xù)流動的干燥且預(yù)熱的煤的熱解處理中釋放的氣體的流出。所示的組合的直接/間接熱解加熱過程的一個優(yōu)點(diǎn)為并流配置?？梢允辜訜岬拿簹埩粑?焦)32和含有已從固體煤12中熱解釋放出的氣態(tài)揮發(fā)物的吹掃氣的溫度基本上在旋轉(zhuǎn)干餾爐14的排放端26處而平衡。加熱的煤殘留物(焦)32可以在干餾爐14的排放端26處經(jīng)由產(chǎn)物焦出口旋轉(zhuǎn)閥31可控地釋放。在所示的實(shí)施方案中，在期望熱解過程完成點(diǎn)處的煤12和吹掃氣20之間的溫差處于約100° F至約200° F的范圍。在一個實(shí)施方案中，所述溫差為約150° F。盡管在附圖所示的實(shí)施方案中煤12和吹掃氣20的流動是并流的，但應(yīng)理解流動也可以是逆流的。組合的直接/間接熱解加熱工藝的另一優(yōu)點(diǎn)是在干餾爐14的裝料端24處相對顯著的可允許熱溫差。煤12和吹掃氣20之間在裝料端的溫差可以處于約650-750° F或更高的范圍內(nèi)，產(chǎn)生約300-400° F的總體干餾爐對數(shù)平均溫差。組合的直接/間接熱解加熱工藝的又一優(yōu)點(diǎn)見于以下事實(shí)與采用調(diào)溫的高顯熱貧氧氣體用于100%加熱的直接加熱工藝相比，可凝結(jié)揮發(fā)物的濃度得以提高。對于常規(guī)的100%直接氣體加熱的系統(tǒng)來說，處理非粘結(jié)性的非煉焦煤，可凝結(jié)烴的濃度通常占從熱解室14離開的氣流30的約6.2%。另一方面，采用100%間接加熱，可凝結(jié)組分占全部氣體的約44. 2%，包括在950° F熱解處理時所釋放的熱解的水。對于采用50%直接氣體和50%間接加熱的間接/直接組合加熱系統(tǒng)而言，預(yù)期可凝結(jié)烴組分為離開干餾爐14的氣流30的約18%。組合的直接/間接熱解加熱工藝的還一優(yōu)點(diǎn)是使得來自干餾爐14的廢氣流30的煤焦細(xì)粒遺留物最小化?；趯?shí)際中試規(guī)模的試驗(yàn)，來自干餾爐14的廢氣流30攜帶1.41bs/小時的材料(其他未算入的)，即煤焦細(xì)粒36。進(jìn)入中試規(guī)模的旋轉(zhuǎn)式干餾爐熱解室14的投入的干燥煤12的進(jìn)料速率為32. 21bs/小時。廢氣流30中的煤焦細(xì)粒36的濃度為約4. 3wt%。煤焦細(xì)粒36的濃度將在機(jī)械氣體/細(xì)粒過濾器34中進(jìn)一步下降，通常下降95%，在清潔的氣流38中得到O. 22被％的濃度。
連接至熱解干餾爐14的內(nèi)壁18的任選的內(nèi)部提升刮板22(圖2和5)可以用來改善從初始溫度轉(zhuǎn)變至最終期望溫度的煤粒子12的混合以及改善氣-固接觸效率。隨著干餾爐14旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部升降刮板22用來從移動床提升煤粒子12以及隨后使它們作為級聯(lián)落回軸向流動煤床的表面上。在一些回轉(zhuǎn)式煅燒爐應(yīng)用中，升降刮板設(shè)置為促進(jìn)熱處理中的粒子的連續(xù)提升和落下。盡管氣-固接觸得以改善，但粒子的不期望的重復(fù)提升和落下可能導(dǎo)致大量細(xì)粒和粉塵的產(chǎn)生。粉塵和細(xì)?？梢宰兊脢A帶在吹掃氣流中并隨著在熱解工藝中釋放的期望蒸汽和氣體排出。任選地，內(nèi)部升降刮板22可以分段，從而提供期望的氣-固接觸以及在煤焦細(xì)粒經(jīng)由機(jī)械氣體/細(xì)粒過濾器34過濾之前形成的煤焦細(xì)粒36和粉塵最少。采用分段的內(nèi)部升降刮板22，在干餾爐14中處理的煤粒子12的床將根據(jù)實(shí)現(xiàn)煤粒子12的期望混合所需的階段數(shù)目而經(jīng)歷一個或多個級聯(lián)，而不會致使不當(dāng)?shù)牧Ｗ訐p害(dimunitization)。在旋轉(zhuǎn)式熱解干餾爐14的一些實(shí)施方案中，煤床12按照Hencin的分類以滾動模式移動。在該模式中，煤粒子12的床可以被看做在表面上滾動的那些，與嵌入的那些相反。在表面上的那些由于重力的作用而滾動。該表面層常常被稱作“活性層”。這些粒子12通過對流接收來自吹掃氣20的熱。貧氧吹掃氣20，含有不超過約I體積％的氧，處于比煤12的溫度更高的溫度下，從而將熱供給煤。在其他實(shí)施方案中，預(yù)期貧氧吹掃氣20含有不超過約2體積％的氧?；钚詫油ㄟ^分段升降機(jī)22而提高，以促進(jìn)從吹掃氣20至煤粒子的另外的內(nèi)部對流傳熱。活性層之下為煤床12的塊，其與金屬壁接觸，通過傳導(dǎo)接收間接的熱，如圖2和5所示。如圖2和5示意性所示，吹掃氣20和固體煤粒子12之間的傳熱涉及輻射、對流和傳導(dǎo)。內(nèi)部熱通過由貧氧高顯熱氣體20組成的吹掃氣流的冷卻而進(jìn)入所述工藝，在約1200° F至約1800° F的溫度下并流進(jìn)入并且在約900° F至約1100° F的溫度下離開干餾爐14。在一個實(shí)施方案中，吹掃氣20在約1500° F的溫度下引入，并且吹掃氣在約1000° F的溫度下排放。對于合并比熱為約O. 39BTU/lb-° F的65，OOOlbs/小時的吹掃氣流(O. 6%的S02、67. 3 %的Η20、2· 9 %的N2和29. 2 %的CO2)來說，接收自吹掃氣的工藝熱組分將處于約12，675，000BTU/小時的量級。優(yōu)選限制進(jìn)入溫度以抵抗水氣反應(yīng)和煤過熱。對于并流流動模式，隨著煤12在約550-650° F的預(yù)熱溫度下進(jìn)入，吹掃氣20通過輻射和對流快速(可能大約I至2秒)冷卻至約1200-1300° F的平均溫度。煤床12在處于約600° F至約1050° F的溫度下時提供約30，000，000BTU/小時的顯著散熱片。另外，隨著吹掃氣20和蒸汽從干餾爐14的入口端24被輸送到排放端26，吹掃氣20接收來自外部加熱的旋轉(zhuǎn)式金屬干餾爐殼體19的熱。由吹掃氣放出的熱為12，675，000BTU/小時，占141，6331bs/小時的干燥且預(yù)熱煤熱解所需的標(biāo)稱30，000, 000BTU/小時的42. 25%。在一個實(shí)施方案中，由吹掃氣20向煤12供應(yīng)的熱的比例小于向煤12供應(yīng)的全部熱的40%。在其他實(shí)施方案中，至少80%的吹掃氣20包括CO2和H2O,而供入室14的吹掃氣20與煤12的質(zhì)量比小于約O. 50。在又一實(shí)施方案中，吹掃氣20的至少80%包括CO2和H2O,供入室14的吹掃氣20與煤12的質(zhì)量比小于約O. 25。高比熱吹掃氣20的又一優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)本發(fā)明的工藝的相對較高的發(fā)射率。氮?dú)?N2)是對稱的分子氣體，其不構(gòu)成氣流的輻射組分。氮?dú)?N2)、氧氣(O2)、氫氣(H2)和干空氣具有對稱的分子并且在實(shí)際上透過熱輻射-它們在 實(shí)際關(guān)注的溫度(即1000-1500° F)下既不發(fā)出也不吸收可觀量的輻射能量。另一方面，諸如C02、H2O, SO2和烴的異極氣體和蒸汽的輻射在傳熱應(yīng)用中具有重要性。在一個實(shí)施方案中，供入所述室中的預(yù)期吹掃氣，即65，OOOlb/小時的具有約O. 6%的S02、67. 3%的Η20、2· 9%的N2和29. 2%的CO2構(gòu)成的氣體，具有在約O. 5至約O. 7范圍內(nèi)的發(fā)射率，發(fā)射率最好為約O. 65。當(dāng)CO2和H2O均以高濃度存在時，發(fā)射率可以通過加和兩種組分的發(fā)射率進(jìn)行估算。束長為9. O英尺的復(fù)合發(fā)射率的主要組成有約O. 45來自水蒸汽和約O. 20來自二氧化碳，內(nèi)部干餾爐壓力在約O. 85至I. 3大氣壓范圍內(nèi)，或者作為另外一種選擇，在約I. 05至I. 20大氣壓范圍內(nèi)，并且最好在約I. 15大氣壓下。最佳的內(nèi)部干餾爐壓力提高了下游油回收過程，因?yàn)橄掠尾捎驮O(shè)備(吸收設(shè)備40)的橫截面可以較小，即，吸收設(shè)備可具有較小的直徑，這有利于更有效的吸收和更低的成本。低N2組分由使用用于吹掃氣的燃燒/制備的氧而產(chǎn)生。通過吹掃氣20和通過來自所述室14的間接加熱對煤12的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分從煤中釋放到吹掃氣中。在一個實(shí)施方案中，室14內(nèi)的煤12的溫度升溫至約1200° F至約1500° F以提高有機(jī)硫的移除(例如，揮發(fā))。可以提供密封件28以限制氣體和粉塵在熱解干餾爐14的裝料端24和排放端26處流動。密封件28通常本質(zhì)是機(jī)械的，具有去除(riding)/耐磨組分(通常為石墨等)。用彈簧限制密封組件28以維持靜態(tài)端蓋和旋轉(zhuǎn)式圓柱金屬殼體16之間的密封?？梢允褂闷渌愋偷拿芊饧?。對于典型的熱解煤加熱工藝來說，使預(yù)先在約550-650° F的范圍內(nèi)干燥且預(yù)熱的煤的140，OOOlbs/小時的連續(xù)進(jìn)入流熱解所需的熱已經(jīng)通過熱平衡來確定并且計算為約30，000，000BTU/小時。特定的熱需求為在600° F下進(jìn)入的約215BTU/lb_干燥煤。對于典型的熱解煤加熱工藝來說，間接加熱有效表面積為2119. 5平方英尺，熱通量速率為10，350BTU/小時/平方英尺，所供應(yīng)的熱因此為約21，936，825BTU/小時。間接加熱部分將為約21，936，825BTU/小時除以30，000, 000BTU/小時的總需求或者全部的73%。檢驗(yàn)的其他回轉(zhuǎn)式煅燒爐顯示出約4000BTU/小時/平方英尺至12，000BTU/小時/平方英尺的熱通量速率，對于本發(fā)明實(shí)施方案典型地為10，000BTU/小時/平方英尺。應(yīng)當(dāng)理解，在干餾爐中非常短的氣體停留時間是有利的，以避免高分子量烴蒸汽在約950° F和更高的溫度下熱裂解。對于950° F至1，300° F的溫度來說，為避免期望烴的可測量裂解，5秒或更短的氣體停留時間是有利的。相反，對于I至2秒的氣體停留時間，烴裂解需要1，650至1，850° F范圍內(nèi)的溫度。對于長度為100英尺的9-英尺直徑的干餾爐來說，計算的氣體內(nèi)部體積為4，500立方英尺(30%填充有煤/焦)。采用82，000實(shí)際立方英尺每分鐘的吹掃氣流，停留時間為約O. 3秒。在一個實(shí)施方案中，在干餾爐14內(nèi)的平均氣體停留時間為約O. 2秒至約I秒。在一個替代實(shí)施方案中，在干餾爐14內(nèi)的平均氣體停留時間小于約I秒。圖2示出在本發(fā)明的工藝中使用的氣體加熱的干餾爐14的示意性放大橫截面圖。在該實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)式殼壁18可以配備有外部熱交換增強(qiáng)裝置66和內(nèi)部熱交換增強(qiáng)裝置68,其可以被稱作延伸熱交換表面,類似于熱交換器表面上的散熱片。安裝旋轉(zhuǎn)式干懼爐內(nèi)壁16,用于在圓柱狀外殼19內(nèi)旋轉(zhuǎn)。外殼19包括用于向內(nèi)殼16供應(yīng)間接熱的熱源(例如，氣體燃燒產(chǎn)物)。至少一個間接加熱氣體入口 70配置在用于氣體72進(jìn)入的外殼19內(nèi)。至少一個間接加熱氣體出口 74配置在用于氣體72移除的外殼19內(nèi)。部分熱耗盡的貧氧高顯熱氣體17從干餾爐室14的外殼19排出到上游的煤干燥和預(yù)熱設(shè)備(未示出)。圖3示出上述圖2的氣體加熱的干餾爐14的示意性 放大側(cè)視圖。在該實(shí)施方案中，吹掃氣20在裝料端24處連續(xù)供入室14的一端并且在排放端26處從室的另一端移除，并且吹掃氣的平均速度小于900英尺每分鐘。在又一實(shí)施方案中，當(dāng)由吹掃氣供向煤的熱的比例小于供向煤的全部熱的40%時，離開室14的吹掃氣具有至少12重量％的可凝結(jié)烴含量。在從室14中移除吹掃氣20之后，適當(dāng)處理吹掃氣以根據(jù)圖I和4中示意性圖示的工藝10移除煤12中的可凝結(jié)組分，所述可凝結(jié)組分包括烴、水蒸氣和其他揮發(fā)性化合物。將吹掃氣20通入機(jī)械過濾器34中以從期望的氣態(tài)烴化合物分離固體煤焦細(xì)粒36。可以經(jīng)由細(xì)粒出口旋轉(zhuǎn)閥35從過濾器34可控地釋放煤焦細(xì)粒36。氣流38接下來通入包括單個或多個熱移除階段的單-或多-階段驟冷塔吸收器系統(tǒng)40以分離期望的可凝結(jié)烴化合物42和回收期望的煤衍生液體可能需要的單一或多種級分的其他化合物。然后，不凝結(jié)的工藝衍生的氣體燃料44從吸收系統(tǒng)40離開，并且流入下游工藝衍生的氣體燃料壓縮器46。任選地，氣體燃料44可以經(jīng)過最終階段驟冷塔(未示出)以移除一部分所含的水蒸氣。一部分不凝結(jié)氣態(tài)煤衍生燃料50任選被輸送到燃燒室52以與輔助燃料(如果需要的話)，和空氣和/或氧氣結(jié)合來形成燃燒貧氧產(chǎn)物58，所述燃燒貧氧產(chǎn)物58供向如下所述的干餾爐。應(yīng)當(dāng)理解，用于干餾爐14中的間接加熱的燃燒貧氧產(chǎn)物58不必是整體貧氧的，而是可以含有至多不超過2體積％的氧。任選地，用于煤12熱解的吹掃氣流20的貧氧產(chǎn)物通過氣體燃燒室60而產(chǎn)生，氣體燃燒室60通過已經(jīng)經(jīng)過氣體燃料壓縮室46的工藝衍生的氣體燃料50點(diǎn)火。氧注入歧管62與氣體燃燒室60相連并向其中導(dǎo)入燃料和空氣混合物。任選的水注入歧管64可以用來向吹掃氣供水。在燃燒之前，一部分工藝衍生的氣體燃料50可以任選地經(jīng)由排氣口 48排出并且用于上游煤干燥過程。當(dāng)間接加熱源為氣體時，用于產(chǎn)生吹掃氣20的一部分未燃燒的工藝衍生的氣體燃料50可以經(jīng)過間接加熱氣體燃燒室52，并且用于間接加熱的壓縮高顯熱燃燒產(chǎn)物58可以被從中移除并且被導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)式干餾爐室14中。諸如天然氣的輔助燃料和諸如空氣的氧化劑可以與水和煤衍生的氣體燃料一起加入到燃燒室52中，以形成離開溫度為約1100° F至2100° F的貧氧燃燒產(chǎn)物58 (至多不超過2體積％的氧)從而維持恰當(dāng)?shù)母唢@熱工藝溫度?？梢越?jīng)由燃燒空氣鼓風(fēng)機(jī)54將燃燒空氣56加入到燃燒室52。還預(yù)期增加的能量有效揮發(fā)和脫附冷卻工藝階段可以通過采用較少的吹掃氣來實(shí)現(xiàn)，用在熱解干餾爐14中處理的煤的間接加熱完全或部分替代吹掃氣的對流傳熱。在一個實(shí)施方案中，可凝結(jié)的烴(C5+)組分占熱解工藝中析出的揮發(fā)物的約50% (25-75wt% )。在該濃度下，凝結(jié)溫度是更具代表性的各自沸點(diǎn)并且揮發(fā)性烴可以被有效冷卻、凝結(jié)并且在多階段下游吸收系統(tǒng)(在圖I和4中顯示為單階段吸收系統(tǒng)40)中分離成特定期望沸點(diǎn)級分(凝結(jié)的烴在圖I和4中顯示為要素42)的組別。吸收設(shè)備40 (包括必需的熱交換器)的尺寸是從熱解干餾爐14離開的吹掃氣30(氣體、水蒸氣和可凝結(jié)烴)的體積的函數(shù)。設(shè)備40的尺寸對于具有約20%的可凝結(jié)烴濃度的氣體體系來說可以小得多或者大于具有較低濃度的氣體所需的尺寸。在一個實(shí)施方案中，設(shè)備40的尺寸可以減小的因數(shù)為725，OOOlbs/小時，相對于采用50%間接加熱和50%并流高顯熱貧氧氣體直接加熱的熱解工藝的220，OOOlbs/小時(3. 3倍)。
圖4是本發(fā)明的工藝10的一個替代方案的示意圖，其中電阻加熱是旋轉(zhuǎn)式干餾爐14的外殼19的間接加熱源。通常，與常用工業(yè)燃料相比，電力是能量的更昂貴形式。另一方面，與在1300-1500° F下耗盡的效率為約55-60%的燃?xì)庀到y(tǒng)相比，使用電阻加熱的效率接近100%。電阻加熱設(shè)備通常不如同一有效熱輸入的燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng)昂貴。電阻加熱的另一優(yōu)點(diǎn)在于沿著干餾爐的長度設(shè)置多個熱控制區(qū)以及配置加熱元件的容易性，從而有效匹配適于各種類型的經(jīng)干燥和預(yù)熱的煤的熱解的旋轉(zhuǎn)式干餾爐實(shí)施方案的輸入和需要。如圖4所示，旋轉(zhuǎn)式干餾爐14可以細(xì)分成不同的間接電阻加熱區(qū)76、78、80、82、84，如在該實(shí)施方案中顯示為5個。圖5為圖4的工藝中使用的電加熱干餾爐14的示意性放大橫截面圖。在該實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)式殼壁18可以配備有外部金屬延伸表面66和內(nèi)部金屬延伸表面68。安裝旋轉(zhuǎn)式干餾爐內(nèi)殼16，用于在圓柱狀外殼19內(nèi)旋轉(zhuǎn)。多個電阻加熱元件86選擇性地位于旋轉(zhuǎn)式干餾爐14的外殼19內(nèi)的內(nèi)壁21的周圍。在以下實(shí)施例中進(jìn)一步限定本發(fā)明，其中除非另有指明，否則所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都按重量計并且度數(shù)都為華氏溫度。應(yīng)當(dāng)理解該實(shí)施例的給出僅是為了說明。由在本文中的論述以及這些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確定本發(fā)明的基本特征，并且在不背離其精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改變和變動以使其適于各種使用和條件。實(shí)施例在一系列實(shí)際中試規(guī)模的試驗(yàn)中，將低級煤(即，粉河盆地煤(Powder RiverBasin coal))升級為Pocahontas低揮發(fā)性煤。煤的揮發(fā)物含量從45. 39% (進(jìn)料煤)降低至9. 71% (熱解煤)。進(jìn)料煤的揮發(fā)物含量(干基)下降87.2%。實(shí)現(xiàn)其所必需的工藝條件為干燥的煤的進(jìn)料速率為321bs/小時，窯停留時間為22分鐘，以及窯式干餾爐溫度平均為約1150° F。固體質(zhì)量余量包括32. 21bs/小時的干燥煤進(jìn)料、18. 61bs/小時的采集熱解煤，10. 61bs/小時(估算)的排出揮發(fā)物，和I. 61bs/小時的蒸發(fā)且排出的水。這樣留下I. 41bs/小時的未算入的材料；因?yàn)閷τ诟稍飦碚f，這歸于排氣中夾帶的粉塵。由于干燥的煤的較高下角料(lofting)傾向以及由于煤第二遍(干燥和熱解)經(jīng)過進(jìn)料螺旋鉆所引起的粒度下降，因而該數(shù)值對于干燥而言較大。32. 21bs/小時的干燥煤進(jìn)料和18. 61bs/小時的回收煤焦導(dǎo)致每磅干燥煤進(jìn)料0. 581bs焦的收率。從其他粉河盆地煤可以預(yù)期類似的收率。煤的萊含量(干基)從0. 08Ippm(進(jìn)料煤)下降至0. 012ppm(熱解煤)。這表示汞下降85%。另外，粉河盆地進(jìn)料煤含有9. 2%的灰分(干基)，相比于熱解煤中4.8%的灰分(干基)。通過檢驗(yàn)確定進(jìn)料煤的總硫含量(干基)為O. 41%，其中有機(jī)硫組分為O. 40%。熱解處理足以移除進(jìn)料煤中47. I %的有機(jī)硫。盡管已經(jīng)參照不同和優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可以進(jìn)行各種改變并且其要素可用等價物進(jìn)行替換而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。此外，可以進(jìn)行許多改動以適于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的特定情形或材料而不偏離其實(shí)質(zhì)范圍。
因此，本發(fā)明無意于限于為實(shí)施本發(fā)明而考慮的本文所公開的特定實(shí)施方案，相反本發(fā)明將包括落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種用于處理煤的エ藝，包括 將煤引入室中； 通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，所述吹掃氣處于比所示煤的溫度高的溫度下從而將熱供給所述煤； 通過加熱所述室向所述煤間接提供另外的熱，其中通過所述吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對所述煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到所述吹掃氣中，并且其中由所述吹掃氣供向所述煤的熱的比例小于供向所述煤的全部熱的40% ； 將所述吹掃氣從所述室中移除；以及 處理所述吹掃氣以移除所述煤的可凝結(jié)組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中供向所述室的所述吹掃氣具有約O.5至O. 7的發(fā)射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述吹掃氣的至少80%由CO2和H2O組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，并且供向所述室的所述吹掃氣與所述煤的質(zhì)量比小于約O. 50。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，并且所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述干餾爐的一端中并且從所述干餾爐的另一端移除，所述吹掃氣的平均速度小于約900英尺每分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，并且所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述干餾爐的一端中并且從所述干餾爐的另一端移除，并且其中在所述干餾爐內(nèi)的平均氣體停留時間小于約I秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的エ藝，其中在所述干餾爐內(nèi)的平均氣體停留時間為約O.2秒至I秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，并且離開所述室的所述吹掃氣具有至少15重量％的可凝結(jié)烴含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述室為旋轉(zhuǎn)式干餾爐，其包括安裝用于在圓柱狀外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)殼，所述外殼包括用于向所述內(nèi)殼供應(yīng)間接熱的熱源，并且其中所述煤被連續(xù)供應(yīng)到所述干餾爐的一端中并且從所述干餾爐的另一端移除，所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述干餾爐的一端中并且從所述干餾爐的另一端移除。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中從所述室移除的所述吹掃氣包含濃度降低的煤細(xì)粒，煤細(xì)粒的濃度在穿過機(jī)械氣體/細(xì)粒過濾器之后進(jìn)ー步降低約95%。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的エ藝，其中所述煤細(xì)粒的經(jīng)降低的濃度為約4.5wt%或更小。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，還包括所得的煤焦中的汞含量下降約80%。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，還包括所得的煤焦中的有機(jī)硫含量比進(jìn)料煤的有機(jī)硫含量低約45%。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ藝，其中所述室中的所述煤的溫度升高至約1200°F至約1500° F的溫度，以移除有機(jī)硫。
15.一種用于處理煤的エ藝，包括 將煤引入室中； 通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，其中所述吹掃氣具有約O. 5至O. 7的發(fā)射率，所述吹掃氣處于比所述煤的溫度高的溫度下從而將熱供給所述煤； 通過加熱所述室向所述煤間接提供另外的熱，其中通過所述吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對所述煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到所述吹掃氣中； 將所述吹掃氣從所述室中移除；以及 處理所述吹掃氣以移除所述煤的可凝結(jié)組分。
16.—種用于處理煤的エ藝,包括 將煤引入室中，其中所述煤被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除； 通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，其中所述吹掃氣被連續(xù)供應(yīng)到所述室的一端中并且從所述室的另一端移除，供向所述室的所述吹掃氣與所述煤的質(zhì)量比小于約O. 50 ； 用所述吹掃氣直接加熱所述煤； 通過加熱所述室向所述煤間接提供另外的熱，其中通過所述吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對所述煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到所述吹掃氣中； 將所述吹掃氣從所述室中移除；以及 處理所述吹掃氣以移除所述煤的可凝結(jié)組分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于處理煤的工藝，包括將煤引入室中并且通入貧氧吹掃氣與所述煤接觸，所述吹掃氣處于比所示煤的溫度高的溫度下從而將熱供給所述煤。所述工藝還包括通過加熱所述室向所述煤間接提供另外的熱，其中通過所述吹掃氣以及通過自所述室的間接加熱對所述煤的加熱導(dǎo)致可凝結(jié)的揮發(fā)性組分釋放到所述吹掃氣中。由所述吹掃氣供向所述煤的熱的比例小于供向所述煤的全部熱的40％。然后將所述吹掃氣從所述室中移除并且進(jìn)行處理以移除所述煤的可凝結(jié)組分。
文檔編號C10B57/10GK102712846SQ201080034277
公開日2012年10月3日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者F·G·瑞科爾 申請人:C20技術(shù)有限責(zé)任公司