Спосіб стабілізації термічно збагачуваного вуглецевого матеріалу

Спосіб стабілізації термічне збагачуваного вуглецевого матеріалу, у якому здійснюють часткове його окиснення, який відрізняється тим, що до технологічної камери для утворення ущільненого шару завантажують порцію вуглецевого матеріалу при підвищеній температурі, з допомогою посереднього теплообміну охолоджують вуглецевий матеріал ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільової температури, подають кисневмісний газ до ущільненого шару для часткового окиснення вуглецевого матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягнення ним цільової температури і для керування температурою вуглецевого матеріалу під час окиснення і уникнення некерованого термічного стану відводять тепло з ущільненого шару вуглецевого матеріалу, що піддається окисненню 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що необхідний рівень окиснення при подаванні кисневмісного газу до ущільненого шару для часткового окиснення вуглецевого матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягнення ним цільової температури, вимірюють як масу кисню, поданого до ущільненого шару, у процентах від загальної маси вугілля ущільненого шару, в межах від 0,2 до 5 мс % 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що цільову температуру встановлюють нижчою 50°С 4 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що необхідний рівень окиснення встановлюють в межах від 0,5 до 3 мс % 5 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що цільову температуру встановлюють нижчою 35°С 6 Спосіб за будь-яким з п 1-5, який відрізняється тим, що операцію відведення тепла з ущільненого шару вуглецевого матеріалу, що піддається окисненню, для керування температурою вуглецевого матеріалу під час окиснення і уникнення некерованого термічного стану, здійснюють шляхом відведення тепла з ущільненого шару за допомогою циркулювання робочого флюїду крізь ущільнений шар та контур охолодження, котрий містить поверхні теплообміну в ущільненому шарі 7 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що як робочий флюїд використовують газ 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що при проведенні операції охолодження вуглецевого матеріалу ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільової температури з допомогою посереднього теплообміну здійснюють першу стадію охолодження вуглецевого матеріалу від значення підвищеної температури до цільової температури окиснення вуглецевого матеріалу без подачі кисневмісного газу до ущільненого шару під час цієї початкової стадії охолодження 9 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що при подаванні кисневмісного газу до ущільненого шару для часткового окиснення вуглецевого матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягнення ним цільової температури кисневмісний газ подають з моменту досягнення вуглецевим матеріалом рекомендованого значення температури окиснення 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що після завершення операції часткового окиснення і при здійсненні операції охолоджування вуглецевого матеріалу ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільової температури з допомогою посереднього теплообміну'? проводять другу стадію охолодження вуглецевого матеріалу до значення цільової температури 11 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що для забезпечення малого градієнта в ущільненому шарі здійснюють керування температурою поверхонь теплообміну, відносно рекомендованої температури окиснення 12 Спосіб за п 11, який .відрізняється тим, що перепад температур підтримують на рівні, нижчому 40°С 13 Спосіб за будь-яким з пп 6, 11 та 12, який відрізняється тим, що здійснюють керування температурою робочого флюїду, при цьому підтримують и вищою за температуру стінок внутрішніх повер О 00 00 44878 хонь теплообміну та нижчою за температуру вуглецевого матеріалу 14 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що потрібне значення температури окиснення підтримують в межах 80 -150°С 15 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що потрібне значення температури окиснення підтримують в межах 100-150°С Цей винахід пов'язаний зі стабілізацією термічно збагачуваного вуглецевого матеріалу, наприклад, вугілля Цей винахід пов'язаний, зокрема, хоча в жодному випадку не виключно, зі стабілізацією вугілля, наприклад, низькосортного вугілля, що потребує термічного збагачення в умовах високих температури та тиску з метою збільшити теплові показники вугілля, видаляючи воду з нього Відомо, ЩО багато видів вугілля схильні до самозаймання при зберіганні в відвалах Причинами самозаймання є (і) ОКИСНЕННЯ вугілля, що спричиняє появу ділянок локального перегріву, котрі, в свою чергу, спричиняють термічну конвекцію повітря у вугільному пласті, (м) термічна конвекція повітря, в свою чергу, спричиняє подачу більшої КІЛЬКОСТІ КИСНЮ ДЛЯ ОКИСНЕННЯ Ущільнення відвалів, щоб зменшити проникність пласту, та укриття відвалів, щоб мінімізувати доступ до кисню, - два засоби обмежування доступу кисню до вугілля, завдяки яким запобігають самозайманню Однак, ущільнення та укриття у багатьох випадках нездійсненні або не є досконалими рішеннями Також відомо, що термічно збагачуване вугілля схильне до самозаймання Зокрема, таке потенційно можливе самозаймання створює значну проблему охолодження гарячого зневодненого вугілля, виробленого у в процесі термічного збагачування, перед його складуванням За прототип винаходу прийнятий спосіб стабілізації термічне збагачуваного вуглецевого матеріалу, у якому здійснюють часткове його окиснення (заявка Вестерн Сінкоал Компані, австралійський патент AU-A-56103/96, МПК6 С01В31/00, C10L 009/12, публ 20 02 1997р) Недоліком цього технічного рішення є те, що при проведенні часткового окиснення вуглецевого матеріалу не виключається ймовірність виникнення процесу некерованого термічного стану, тому що самого часткового окиснення буває недостатньо для забезпечення стабільних і безпечних умов зберігання складованого вуглецевого матеріалу В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності здійснення способу стабілізації термічно збагачуваного вуглецевого матеріалу шляхом проведення часткового окиснення останнього до необхідного рівня після охолодження завантаженого при підвищеній температурі вуглецевого матеріалу до значення цільової температури, а також послідуючого відведення тепла під час 4 16 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що потрібне значення температури окиснення підтримують в межах 100 -120°С 17 Спосіб за будь-яким з пп 1-16, який відрізняється тим, що ущільнений шар піддають підвищеному тиску до значення нижче 20 бар з допомогою поданого зовні газу операції часткового окиснення, що забезпечує стабілізацію вуглецевого матеріалу до моменту досягнення ним цільової температури та виключає ймовірність появи ділянок локального перегріву, і тим самим, виникнення некерованого термічного стану Поставлена задача досягається за рахунок того, що в способі стабілізації термічно збагачуваного вуглецевого матеріалу, у якому здійснюють часткове його окиснення, згідно винаходу, до технологічної камери для утворення ущільненого шару завантажують порцію вуглецевого матеріалу при підвищеній температурі, з допомогою посереднього теплообміну охолоджують вуглецевий матеріал ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільової температури, подають кисневмісний газ до ущільненого шару для часткового окиснення вуглецевого, матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягнення ним цільової температури і для керування температурою вуглецевого матеріалу під час окиснення і уникнення некерованого термічного стану відводять тепло з ущільненого шару вуглецевого матеріалу, що піддається окисненню Необхідний рівень окиснення при подаванні кисневмісного газу до ущільненого шару для часткового окиснення вуглецевого матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягнення ним цільової температури, вимірюють як масу кисню, поданого до ущільненого шару, у процентах від загальної маси вугілля ущільненого шару, в межах від 0,2 до 5мс% При цьому цільову температуру встановлюють нижчою 50°С, необхідний рівень окиснення встановлюють в межах від 0,5 до Змс%, або ж цільову температуру встановлюють нижчою 35°С Операція відведення тепла з ущільненого шару вуглецевого матеріалу, що піддається окисненню, для керування температурою вуглецевого матеріалу під час окиснення і уникнення некерованого термічного стану, може бути здійснена шляхом відведення тепла з ущільненого шару за допомогою циркулювання робочого флюїду через ущільнений шар та контур охолодження, котрий містить поверхні теплообміну в ущільненому шарі, причому в якості робочого флюїду може бути використаний газ При проведенні операції охолодження вуглецевого матеріалу ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільової температури з допомогою посереднього теплообміну, здійснюють першу стадію охолодження вугле 44878 вабливим цевого матеріалу від значення підвищеної темпеФігура 1 показує, що з точки зору виробництва ратури до цільової температури окиснення вуглекомерційне привабливого продукту, що може безцевого матеріалу без подачі кисневмісного газу до печно складуватися, необхідно охолоджувати теущільненого шару під час цієї початкової стадії рмічно збагачуване вугілля до відносно низької охолодження, а у випадку подавання кисневміснотемператури складування, тобто до цільової темго газу до ущільненого шару для часткового окисператури нення вуглецевого матеріалу до необхідного рівня та стабілізації вуглецевого матеріалу до досягненУ рамках способу, пропонованого цим винахоня ним цільової температури, кисневмісний газ дом, коли згаданим вуглецевим матеріалом є вуподають з моменту досягнення вуглецевим матегілля, доцільно, щоб рівень окиснення, вимірюваріалом рекомендованого значення температури ний як маса кисню, поданого до ущільненого шару, окиснення у процентах від загальної маси вугілля в ущільненому шарі, підтримувався в межах від 0,2 до Після завершення операції часткового окис5мс%, та щоб значення цільової температури було нення і при здійсненні операції охолоджування нижчим 50°С вуглецевого матеріалу ущільненого шару від значення підвищеної температури до значення цільоОсобливо доцільно підтримувати рівень окисвої температури з допомогою посереднього тепнення в межах від 0,5 до Змс%, та щоб значення лообміну, проводять другу стадію охолодження цільової температури було нижчим 35°С вуглецевого матеріалу до значення цільової темЗаявник під час експериментальної/проектної ператури роботи та моделювання також виявив, що комбінація робочого флюїду, що циркулює через ущільДля забезпечення малого градієнту в ущільнений шар та контур охолодження, котрий містить неному шарі здійснюють керування температурою поверхні теплообміну в ущільненому шарі, є ефекповерхонь теплообміну відносно рекомендованої тивним засобом відведення з ущільненого шару температури окиснення, при цьому перепад темтепла, що виділяється при окисненні вуглецевого ператур підтримують на рівні, нижчому 40°С матеріалу При здійсненні запропонованого способу проводять керування температурою робочого флюїду, Відведення такого тепла є важливим фактопри цьому підтримують її вищою за температуру ром при розгляді керування температурою вуглестінок внутрішніх поверхонь теплообміну та нижцевого матеріалу з метою уникнути некерованого чою за температуру вуглецевого матеріалу, при термічного стану Механізм відведення тепла здійцьому потрібне значення температури окиснення снюється через передачу тепла з вуглецевого маможе підтримуватися в межах 80 - 150°С, в межах теріалу до робочого флюїду, а тоді через переда100 - 150°С, або в межах 100 - 120°С чу тепла з робочого флюїду до внутрішніх поверхонь теплообміну Крім цього, при здійсненні способу ущільнений шар піддають підвищеному тиску до значення ниЗаявник під час експериментальної/проектної жче 20бар з допомогою поданого зовні газу роботи та моделювання виявив, що для внутрішніх поверхонь теплообміну особливо підходять плити Під терміном "некерований термічний стан" теплообміну, описані в міжнародних заявках взагалі розуміють швидке некероване збільшення PCT/AU98 8/00005, PCT/AU98/00142 та температури, викликане окисненням вуглецевого РСТ/АU98/00324 заявника, і все, описане у цих матеріалу з утворенням тепла, а це тепло збільміжнародних заявках, наведено тут для посишує рівень окиснення вуглецевого матеріалу, що лання може призвести до втрати керованості процесу Заявник у експериментальній роботі з рівнем Описана вище комбінація циркулювання робоокиснення та моделюванням на комп'ютері диначого флюїду та контуру охолодження з внутрішніміки флюїду відвалів на основі експериментальних ми поверхнями теплообміну є важливою, бо доданих, отриманих для термічно збагачуваного вузволяє істотно збільшити розміри ущільненого гілля даного гранулометричного складу, виявив, шару, в той же час забезпечуючи високу продуктищо дві ЗМІННІ, а саме вність у порівнянні з відомим попередніми заявками у цій галузі, наприклад, описаними у заявці на (і) рівень окиснення вугілля, патент фірми Сінкоал Аустраліан, та завдяки цьо(м) температура складованого вугілля му значно зменшується потреба в капіталі та помають найбільший вплив на самозаймання вуточних витратах гілля у відвалах, що не піддані ущільненню або не укриті Доцільно, щоб робочий флюїд був газом З метою пояснення на Фігурі 1 наведено приДо газів, що можуть бути використані як робоклад експериментальне одержаного заявником чий газ, належать азот, пара, SO2, СОг, вуглевографіку температури та окиснення (поданого у дні, благородні гази, холодоагенти та їх суміші масових процентах (мс%) доданого кисню), котрий Бажано, щоб робочий флюїд не реагував з показує стабільні умови для складування термічно ущільненим шаром збагачуваного вугілля Доцільно, щоб спосіб містив охолодження вугЯк видно з графіків, показаних на Фігурі 1, яклецевого матеріалу від значення підвищеної темщо застосовано не дуже високий рівень окисненператури до цільової температури окиснення вугня, самого окиснення недостатньо для забезпелецевого матеріалу без подачі кисневмісного газу чення стабільності у відвалах Застосування до ущільненого шару під час цієї початкової опевисокого рівня окиснення, потрібного, якщо не зарації охолодження, а коли потрібна температура стосовується охолодження, є нездійсненним варіокиснення досягнута, подати кисневмісний газ до антом, бо це зробило б продукт комерційне неприущільненого шару, щоб частково окиснити вугле 44878 цевии матеріал Під терміном "потрібна температура окиснення вуглецевого матеріалу" тут розуміють зважене середнє значення температури часток ущільненого шару Доцільно, щоб потрібна температура окиснення вуглецевого матеріалу була температурою, при котрій вуглецевий матеріал може швидко окиснюватися при даному парціальному тиску кисню у кисневмісному газі з метою отримати стабільний продукт, але при таких умовах теплообміну, коли вивільнене тепло не викликає некерованого термічного стану У випадках, коли комбінація циркулювання робочого флюїду та контуру охолодження з внутрішніми поверхнями теплообміну використана як засіб для відведення з ущільненого шару тепла, що виділяється в результаті окиснення вуглецевого матеріалу, доцільно, щоб спосіб містив керування температурою поверхонь теплообміну відносно цільової температури окиснення з метою підтримати малий градієнт у шарі, в той же час підтримуючи високу інтенсивність теплообміну Перепад температури доцільно підтримувати менше 40°С, ще краще - менше 30°С У випадках, коли комбінація циркулювання робочого флюїду та контуру охолодження з внутрішніми поверхнями теплообміну використана як засіб для відведенням з ущільненого шару тепла, що виділяється в результаті окиснення вуглецевого матеріалу, доцільно, щоб спосіб містив керування температурою робочого флюїду з метою підтримувати и більшою за температуру стінок внутрішніх поверхонь теплообміну та меншою за температуру часток вуглецевого матеріалу, тим самим забезпечуючи охолодження цих часток Також з'ясувалося, що умови охолодження можна покращити, регулюючи тиск У випадку, коли вуглецевим матеріалом є термічне збагачуване вугілля, доцільно значення температури окиснення підтримувати в межах 80 150°С Особливо доцільно значення температури окиснення підтримувати в межах 100 - 150°С Ще більш доцільно значення температури окиснення підтримувати в межах 100 - 120°С Особливо доцільно, щоб спосіб містив підтримку температури вуглецевого матеріалу в межах потрібних значень температури окиснення або в межах температурного діапазону, котрий містить ДОЦІЛЬНІ значення температури окиснення під час операції подачі кисневмісного газу до ущільненого шару Доцільно, щоб після завершення операції окиснення спосіб містив охолодження вуглецевого матеріалу до значення цільової температури Доцільно, щоб значення цільової температури було нижчим 50°С Доцільно, щоб спосіб також містив, перед або під час охолодження та окиснення вуглецевого матеріалу, піддавання ущільненого шару підвищеному тиску Особливо доцільно, щоб спосіб містив піддавання ущільненого шару підвищеному тиску з допомогою поданого зовні газу до значення тиску менше 20бар, атипово - менше Юбар 8 Доцільно розмір часток вуглецевого матеріалу вибирати так, щоб сформований ущільнений шар мав достатню проникність, що при прийнятному падінні тиску забезпечувала б рух робочого флю|ДУ ВІДПОВІДНО ДО описаного вище запропонованого способу пропонується пристрій для стабілізації термічне збагачуваного вуглецевого матеріалу Далі винахід пояснюється з допомогою Фігури 2, на котрій показано спрощену схему доцільного втілення способу та пристрою, пропонованого цим винаходом Наступний опис виконано в контексті стабілізації термічно збагачуваного вугілля Слід зазначити, що цей винахід не обмежений цим застосуванням, а поширюється на стабілізацію будь-якого підхожого термічно збагачуваного вуглецевого матеріалу Як показано на Фігурі 2, згаданий пристрій містить камеру високого тиску, пристосовану для стабілізування ущільненого шару термічно збагачуваного вугілля, що вивантажується та подається до камери високого тиску 3 при підвищеній температурі, типово 400°С, з технологічної камери термічного збагачування (не показано) Камера високого тиску 3 може бути будь-якої підхожої конфігурації, що містить внутрішній вузол плит теплообміну 5 Одним з прикладів підхожої камери високого тиску є камера високого тиску, описана заявником в міжнародних заявках PCT/AU98/00005, PCT/AU98/00142 та РСТ/АU98/00324, котра містить вхідний отвір, що має вигляд перевернутого конуса, циліндричну основу, конічний випускний отвір, та вузол вертикально розміщених паралельних плит теплообміну, розміщених у основі та в конічному випускному отворі Плити теплообміну 5 складають частину контуру охолодження, в котрому через плити 5 у замкнутому контурі циркулює невеликий об'єм холодоагенту, підхожого для роботи в діапазоні температур від -20°С до 140°С Контур охолодження також має градирню 7, котра містить в'язку труб теплообмінника 9, розміщеного у градирні, вентилятор 11 зі змінюваною швидкістю, що спонукає потік верхньої повітряної тяги крізь в'язку труб теплообмінника 9, та систему випарного охолодження, котра містить форсунки 23, призначені для розбризкування води на в'язку труб теплообмінника 9, та помпу 15, що качає воду з резервуару у основі градирні до форсунок 23 Слід зазначити, що у холодному кліматі система випарного охолодження може не знадобитися Контур охолодження також містить холодильник 61, призначений для подальшого охолодження холодоагенту, що надходить з градирні 9 завдяки теплообміну в теплообміннику 13 Контур охолодження також містить камеру розширення 21, призначену забезпечити зміни тиску у контур охолодження Пристрій також містить систему, загалом позначену числом 17, призначену для заправки, а потім і циркулювання робочого флюїду, типово газу, наприклад, азоту, через ущільнений шар у технологічній камері 3 з метою піддавання його підвищеному тиску та покращання теплообміну 44878 10 між холодоагентом, що тече через плити 5, та вуЯк було показано вище, під час цієї стадії окигіллям ущільненого шару Система 17 робочого снення важливо відвести тепло, що виділяється флюїду містить у основі технологічної камери З при окисненні вугілля, з ущільненого шару, щоб вхідний отвір 19 для робочого флюїду, випускний уникнути некерованого термічного стану Заявник отвір 25 - у верхній СТІНЦІ технологічної камери З, з'ясував, що комбінація плит теплообміну 5, що трубопровід 29, котрий зв'язує вхідний працюють з холодоагентом, який циркулює через отвір/випускний отвір 19/25, та вентилятор 27, котплити у замкнутому контурі, та циркулювання рорий забезпечує циркулювання робочого флюїду бочої рідини в ущільненому шарі є ефективними через ущільнений шар та трубопровід 29 Система засобом забезпечення необхідного керування теробочого флюїду 17 детально описана у міжнаромпературою в ущільненому шарі, щоб досягнути дній заявці PCT/AU9 8/00142 заявника цієї мети Пристрій також містить засоби для подачі кисЯк було з'ясовано заявником, важливо, щоб невмісного газу до ущільненого шару 3 з метою температура стінок плит теплообміну 5 підтримуокиснити термічно збагачуване вугілля У втіленні, валася близькою до температури ущільненого показаному на Фігурі 1, кисневмісний газ подаєтьшару, тим самим забезпечуючи малий градієнт ся до вхідного отвору 19 для робочого флюїду температури у шарі Малий градієнт температури бажаний, щоб зменшити локальні зміни у охолоПри застосуванні пристрою, показаного на Фідженні, а тим самим - і у окисненні ущільненого гурі 2, гаряча порція термічно збагачуваного вугілшару ля (типово при температурі вище 300°С) подається до технологічної камери 3 для формування Після завершення подачі кисневмісного газу ущільненого шару, в цей час клапан вхідний отвір вентилятор градирні вмикається на повну швид- випускний отвір для твердих речовин (не покакість, вмикається водна помпа 15 і температура зано) закритий, робочий флюїд подається через ущільненого шару, у тому числі й вугілля, дововхідний отвір 19, заповнюючи ущільнений шар, та диться до значення цільової температури, типово включається вентилятор 27 робочого флюїду, занижчої 50°С безпечуючи циркуляцію робочого флюїду через Якщо потрібно, вмикається контур холодильущільнений шар ника 61 з метою знизити температуру холодоагенту, щоб отримати холодніший продукт за коротший У рекомендованому втіленні способу помпа час контуру охолодження працює безперервно, хоча в цій початковій стадії роботи вентилятор 11 градиКоли ущільнений шар досягає цільової темперні та водяна помпа 15 вимкнені ратури, з ущільненого шару через випускний отвір 62 відводиться газ, а охолоджене, стабілізоване, За цих умов тиск та температура холодоагенту термічно збагачене вугілля вивантажується з техзбільшуються з розширенням, причому тиск у коннологічної камери 3 та складується турі охолодження регулюється з допомогою камери розширення 21 В межах суті та обсягу правової охорони цього Коли температура холодоагенту досягає винаходу можна виконати багато модифікацій цьо120°С, це свідчить, що зважене середнє значення го рекомендованого втілення способу та притемператури маси вугілля ущільненого шару стастрою, описаних вище з допомогою Фігури 2 новить біля 140°С, повітряний вентилятор 11 граХоч в наведеному прикладі пропонованого дирні вмикається і його швидкість змінюється з втілення кисневмісний газ в ущільнений шар подаметою підтримання температури холодоагенту ється через вхідний отвір 19 для робочого флюїду приблизно 120°С у основі технологічної камери, зрозуміло, що цей винахід не обмежується такою конфігурацією, і в Після ЦЬОГО ДО ущільненого шару подається межах обсягу правової охорони цього винаходу є кисневмісний газ і система підтримується при ПОвведення кисневмісного газу в ущільнений шар СТІЙНІЙ температурі, поки до ущільненого шару не при будь-якому підхожому розміщенні буде додано КІЛЬКОСТІ кисню, достатньої для досягнення необхідного рівня окиснення вугілля 1.5П ДО 6 • < я ТЕМПЕРАТУР* ЗБЕРІГАННЯ К"» 11 44878 12 ФІГ. 1 Фіг. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90