JP4516062B2 - 練炭製造プロセス - Google Patents
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Description
・練炭製造される石炭の種類
・練炭の強度および取扱特性
・水分および耐候性
・燃焼特徴
・石炭の物理特性に対する効果
・燃焼中の練炭の物理的完全性
・結合剤またはその分解および燃焼生成物の毒性
・結合剤のコスト
・結合剤使用のための処理コスト、たとえばブレンドおよび硬化
を含む。
結合剤を使用した練炭生産に関する問題の一部を回避しようとするために、結合剤無しで練炭を生産する各種の試みが行われてきた。
たとえばKomarekらの名における米国特許第2,937,086号は、石炭粒子を気流乾燥器内の高温ガス流に供給することによって石炭で練炭製造するプロセスについて述べている。石炭粒子はガス流によって取込まれ、ガス流によって加熱されて、水を石炭から蒸発させる。石炭粒子はガス流によってサイクロン分離器まで運搬され、そこで高温の乾燥した石炭粒子はガス流から分離される。分離された石炭粒子はホッパー内に落下し、練炭を形成するために練炭製造装置のロールを通過する。この特許は、最大限の効率および操作のために、練炭製造装置に到達する直前の石炭の温度が、石炭の軟化点、たとえば初期可塑性のすぐ下であるべきことを示している。該特許はさらに、多くの石炭を約300〜700°F(約149〜371℃)の温度範囲内で適切な凝集体に圧縮できることを示した。
1 物質の温度−耐水性および全体の練炭品質は、温度が周囲温度から約160〜180°F(71〜82℃)に上昇するときに、著しく改善することが認められた。しかしながら、物質を220°F(104℃)を超える温度まで加熱すると、練炭品質が低下し始めることも認められている。
2 供給サイズの一貫性。
3 脱ガスおよび予備圧縮。
4 圧縮圧。
5 酸素不足雰囲気の維持−該特許は、10%以下の範囲の水分含有量(乾燥していない亜瀝青炭物質固有の水分含有量よりも実質的に下であるが、本発明によって達成可能な4〜5%の好ましいレベルより上である)まで熱乾燥させた亜瀝青炭微粉が、通常の大気中の酸素濃度に暴露させたときに、周囲温度条件下でも迅速な自然爆発に近い自然発火を非常に起こしやすいことが既知であり、証明された事実であると述べている。このため、高温で乾燥した微細石炭を含有するプロセスシステムの全体の部分を不活性(酸素不足)条件下に維持する必要がある。本特許において、乾燥器からの不活性ガスの制御された「漏出」によって、システム全体が不活性ガス環境下に維持される。
6 練炭製造製品の冷却。
7 練炭製造システムへの供給物中で燃焼灰物質を最小限の量に維持すること。
−粒子状物質を練炭製造装置に供給するステップと;
−供給中に凝縮性ガスを練炭製造装置に導入するステップと;
−練炭製造装置の練炭形成部で練炭を形成するステップであって、凝縮性ガスを凝縮させ、それにより練炭形成中のガス状成分のガス圧蓄積を低下させる温度および圧力の条件下で練炭が粒子状物質から形成される、ステップと;
を含む、粒子状物質で練炭製造するためのプロセスを提供する。
−練炭製造装置と;
−粒子状物質を練炭製造装置に供給する手段と;
−凝縮性ガスを練炭製造装置に導入する手段であって、練炭形成装置が、練炭形成中に凝縮性ガスを凝縮させ、それによりガス圧蓄積を低下させる温度および圧力の条件下で、練炭が粒子状物質から形成される練炭形成部を含む、導入手段と;
を含む、粒子状物質で練炭製造するためのシステムにまで及ぶ。
−練炭形成部を有する練炭製造装置と;
−粒子状物質を部分的に乾燥させる手段と;
−部分的に乾燥した粒子状物質を練炭製造装置に供給する手段と;
−供給中に水蒸気が粒子状物質から放出されるような条件を作成する手段と;
を含む、水分を含有する粒子状物質で練炭製造するためのシステムが提供される。
本発明者らは、ロールサイズおよび練炭ポケット幅のロール直径に対する関係が練炭の形成において、特に褐色亜瀝青炭または瀝青炭から練炭を形成する場合に、きわめて重要であることも見出している。したがって第二の態様において、本発明は、粒子状物質が通過する2つ以上のローラーを含む練炭製造装置に粒子状物質が供給される、粒子状物質で練炭製造するためのプロセスを提供し、前記ローラーの少なくとも1つが1つ以上の練炭製造ポケットを含み、ローラーの直径が100mm〜600mmの範囲であり、練炭ポケット幅のロール直径に対する比が0.05〜0.15の範囲に含まれることを特徴とする。
特に好ましい実施形態において、本発明の第二の態様の方法は、本発明の第一の態様と併せて使用される。
ガス流および取り込まれた石炭は次に、分離サイクロン20、22に供給される。第一のサイクロン20は、ガス流から大部分の石炭を分離する。分離されたより大部分の石炭は、導管24を通じて収集ホッパー26まで通過する。第一のサイクロン20を出たガスは、導管28を通じて第二のサイクロン22へ通過する。第二のサイクロン22において、より微細な石炭の粒子がガスから分離される。より微細な石炭の粒子は導管30を通じて、収集ホッパー26内に移動する。より微細な石炭の一部は、燃料としてヒーター18に供給してもよい。
一般に、共に結合される粒子の表面は、表面水分および他の異物を本質的に含まないことが望ましい。
練炭製造装置ロールおよび予備圧縮装置オーガー40への総電力入力は、石炭1トン当たり15〜30キロワット時の範囲であることが望ましい。
図1に見られるように、この冷却は、蒸発冷却によってこの生成物の温度を低下させるために、制御された量の水を新たに形成された生成物の表面に加えるシステムによって実現される。この冷却水は、生成物ストリームコンベヤベルト50の上に位置する散水ヘッド49によって練炭に当てられるであろう。生成物に加える冷却水の量は、自然燃焼を妨げ、取扱性を与える所望の凝集生成物流温度を得るために除去する必要のある熱の総量とバランスを取る。加える冷却水の量は、生成物の温度、すなわちプレスへの供給温度および圧縮の結果として加えられる熱ならびに生成物ベルト50上のベルトスケールによって測定された、生産される製品の総量の両方によって決定されるであろう。これらの2つのパラメータは組合せられ、それゆえ、散水ヘッドによって生成物に加えられた散水の体積の制御は、冷却が、品質の低下、より劣悪な取扱性および排水処理要求事項を引き起こす、過剰な水による不十分な飽和によってではなく、むしろ蒸発によって効果的に実施されるようになっている。
Claims (27)
- 粒子状物質で練炭製造するためのプロセスであって:
−粒子状物質を部分的に乾燥させるステップと;
−凝縮性ガスが前記粒子状物質から放出される温度と圧力に関するガス形成条件で、前記部分的に乾燥させた粒子状物質を、練炭製造装置に供給するステップであって、
前記粒子状物質が、凝縮性ガスを70〜100体積%含有するガス成分に包囲されるかあるいは混合されるかのいずれかの状態となるように、前記凝縮性ガスは、他の非凝縮性ガス成分と置き換わるか他の非凝縮性ガス成分の進入を防ぐかのいずれか一方が可能である、ステップと;
−前記練炭製造装置の練炭形成部で練炭を形成するステップであって、
凝縮性ガスが凝縮する温度及び圧力条件下で粒子状物質から練炭が形成され、これにより、練炭形成中のガス圧の蓄積と、練炭形成装置の練炭形成部に粒子状物質が供給されることによるガスの逆流とを減少させる、ステップと;
予備圧縮機を使用して、前記部分的に乾燥させた粒子状物質を練炭製造装置の練炭形成部に供給し、前記予備圧縮機と前記予備圧縮された粒子状物質により前記粒子状物質に逆圧をかけて、練炭製造装置の練炭形成部に粒子状物質が供給される際に生じるガスの逆流をさらに減少させるための蛇行性の経路を形成するステップと、を備え、
−粒子状物質のガス形成温度が、105℃から110℃の範囲にあり、前記予備圧縮機の先端部における前記粒子状物質の粒子間のガス圧は、120から143kPa(絶対)の範囲にある、練炭製造プロセス。 - 前記粒子状物質が凝縮性ガスを80〜100体積%含有するガス成分に包囲されるかあるいは混合されるかのいずれかの状態になるように、前記凝縮性ガスが、他の非凝縮性ガス成分と置き換わるか他の非凝縮性ガス成分の進入を防ぐかのいずれか一方が可能である、前記請求項1記載の練炭製造プロセス。
- 更に凝縮性ガスが前記練炭製造装置に別個に導入される、前記請求項1記載の練炭製造プロセス。
- 前記凝縮性ガスが水蒸気である、前記請求項1記載の練炭製造プロセス。
- 前記粒子状物質が木材粉塵、泥炭、亜炭、褐炭、無煙炭ならびに瀝青炭および亜瀝青炭を含む有機物質の群から選択される、
前記請求項1記載の練炭製造プロセス。 - 前記形成された練炭が自然燃焼を防止するための蒸発冷却を受ける、
前記請求項1記載の練炭製造プロセス。 - 前記蒸発冷却は、前記練炭の温度を50℃以下に低下させて、前記練炭の水分レベルを平衡水分レベル付近に維持するために、スプレー配置によって達成される、
前記請求項6記載の練炭製造プロセス。 - 前記粒子状物質を部分的に乾燥させるステップは、気流乾燥器で行われ、
前記粒子状物質を部分的に乾燥させるステップにおいては、
前記粒子状物質は、導管内を流れる高温ガス流に注入され、
前記粒子状物質は前記粒子状物質の温度を上昇させる前記高温ガス流によって取り込まれ、
次に、前記粒子状物質が取り込まれた前記高温ガス流が、前記高温ガス流から前記粒子状物質を分離する少なくとも一つのサイクロンを通過する、
前記請求項1記載の練炭製造プロセス。 - 前記1個または複数のサイクロンを出た分離ガス流が、前記気流乾燥器に部分的に再循環され、過剰なガスは排出され、前記ガス流の排出された部分が前記サイクロン内を前記ガス流と共に通過する微粉を除去するための微粉除去装置を通過する、
前記請求項8記載の練炭製造プロセス。 - 前記気流乾燥器に再循環される前記ガス流の一部は、前記気流乾燥器へ前記粒子状物質が注入される前に再加熱され、
前記排出されるガスの量が、燃焼生成物ガスの体積および前記粒子状物質から放出された非凝縮水蒸気の体積に一致する、
前記請求項9記載の練炭製造プロセス。 - 前記練炭製造装置の練炭形成部は、前記粒子状物質が通過する2つ以上のローラーを含み、
前記ローラーの少なくとも一方は、前記練炭の形状の画成を補助するために形成されたポケットを有し、
前記プロセスは、前記粒子状物質が前記ローラー間を通過して前記練炭に形成されるときに、前記粒子状物質に規定量の剪断を印加するために前記ローラーを異なる速度で回転させるステップを含む、
前記請求項1記載の練炭製造プロセス。 - 前記ローラーの直径が100mmから600mmの範囲であり、前記練炭ポケット幅の前記ローラー直径に対する比が0.05から0.15の範囲に含まれる、
前記請求項11記載の練炭製造プロセス。 - 前記ローラーの直径が400mmから550mmの範囲であり、前記練炭ポケット幅の前記ローラー直径に対する比が約0.08である、
前記請求項11記載の練炭製造プロセス。 - 前記予備圧縮機は、少なくとも1つの予備圧縮オーガーを備える、
前記請求項1記載の練炭製造プロセス。 - 前記少なくとも一つの予備圧縮オーガーは本質的に水平方向に配置され、前記粒子状物質は、前記練炭製造装置の練炭形成部に本質的に水平方向に供給される、
前記請求項14記載の練炭製造プロセス。 - 粒子状物質で練炭を製造するためのシステムであって:
−練炭製造装置と、
−粒子状物質を前記練炭製造装置に供給する手段であって、
前記粒子状物質を前記練炭製造装置に供給する際に、凝縮性ガスが粒子状物質から放出される温度と圧力に関するガス形成条件を有し、前記粒子状物質が、凝縮性ガスを70〜100体積%含有するガス成分に包囲されるかあるいは混合されるかのいずれかの状態となるように、前記凝縮性ガスは、他の非凝縮性ガス成分と置き換わるか他の非凝縮性ガス成分の進入を防ぐかのいずれか一方が可能である手段と、
−粒子状物質から練炭を形成するための練炭形成部であって、
凝縮性ガスが凝縮する温度及び圧力条件下で練炭が形成され、これにより、練炭形成中のガス圧の蓄積と、練炭形成装置の練炭形成部に粒子状物質が供給されるガスの逆流を減少させる手段と、
−前記粒子状物質を予備圧縮してから前記練炭形成装置の練炭形成部に供給する予備圧縮装置であって、使用時には、前記粒子状物質が前記練炭製造装置の前記練炭形成部に供給されるときにガスが逆流するのを更に抑制するために予備圧縮機と予備圧縮された粒子状物質が蛇行性のパスを形成する予備圧縮装置と、を備え、
前記粒子状物質のガス形成温度が105℃から110℃の範囲であり、前記予備圧縮機の先端部における前記粒子状物質の粒子間のガス圧は、120から143kPa(絶対)の範囲にある、システム。 - 前記粒子状物質を前記練炭製造装置へ供給する前に、前記粒子状物質を部分的に乾燥させるための乾燥器を備えた、前記請求項16記載のシステム。
- 前記乾燥器は、
導管を流れる高温ガス流に前記粒子状物質が注入され、前記粒子状物質を高温にする高温ガス流に前記粒子状物質が混入される、気流乾燥器と、
前記粒子状物質が混入されたガス流を収容し、前記ガス流から前記粒子状物質を分離する1つ以上のサイクロンと、
を含む前記請求項17記載のシステム。 - 前記乾燥器は、
前記1または複数のサイクロンから分離されたガス流を部分的に前記気流乾燥器へ再循環させる再循環手段と、
前記粒子状物質から放出された燃焼生成物ガスおよび凝縮性ガスを含む過剰ガスを排気する排気手段と、
前記1又は複数のサイクロン内を前記ガス流とともに通過する粒子状物質を除去するための粒子状物質除去手段と、
を含む前記請求項18記載のシステム。 - 前記粒子状物質の前記気流乾燥器への注入前に前記気流乾燥器へ再循環される前記ガス流の一部を再加熱するための再加熱手段を含む、
前記請求項19記載のシステム。 - 前記形成された練炭に蒸発冷却を受けさせてその自然燃焼を防止するための、そして水分レベルを練炭の平衡水分レベルに維持するためのスプレー配置を有する、冷却および調整ステーションを含む、
前記請求項16記載のシステム。 - 前記練炭製造装置の前記練炭形成部は、
前記粒子状物質が通過する少なくとも2つのローラーであって、前記ローラーの少なくとも1つが前記練炭の形状の画成を補助するためにその中に形成されたポケットを有するローラーと、
前記粒子状物質が前記ローラー間を通過して前記練炭に形成されるときに、前記粒子状物質に規定量の剪断を印加するために前記ローラーを異なる速度で回転させる手段と、を含む
前記請求項16記載のシステム。 - 前記ローラーの直径が100mmから600mmの範囲であり、前記練炭ポケット幅の前記ロール直径に対する比が0.05から0.15の範囲に含まれる、
前記請求項22記載のシステム。 - 前記ローラーの直径が400mmから550mmの範囲に含まれ、前記練炭ポケット幅の前記ロール直径に対する比が約0.08である、
前記請求項23記載のシステム。 - 前記予備圧縮機が少なくとも1つの予備圧縮オーガーを含む、
前記請求項16記載のシステム。 - 前記予備圧縮オーガーは、本質的に水平方向に配向され、前記粒子状物質を練炭形成ローラー対の間のニップ内に供給するように配置されている、
前記請求項25記載のシステム。 - 前記粒子状物質が凝縮性ガスを80〜100体積%含有するガス成分に包囲されるかあるいは混合されるかのいずれかの状態になるように、前記凝縮性ガスが、他の非凝縮性ガス成分と置き換わるか他の非凝縮性ガス成分の進入を防ぐかのいずれか一方が可能である、前記請求項16記載のシステム。
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