专利名称：一种对固体物料进行多效蒸发脱水的方法
技术领域：
本发明涉及使固体物料脱水的方法。
背景技术：
褐煤是煤化程度较低的煤种，其含水量很高，在空气中容易风化，含有一定量的原 生腐殖酸，挥发份含量一般在45-55%之间。由于褐煤水份高，热值低，易风化自燃，单位能 量的运输成本高，不利于长距离输送和储存。褐煤直接燃烧热效率也很低。褐煤作为原料 在液化、干馏和气化过程中都需要把煤中的水份降至10%以下。故褐煤提质加工称为褐煤 高效开发利用的关键。所谓褐煤提质是指褐煤在脱水、成型和热分解等过程中，煤的组成和 结构发生变化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。现有的各种褐煤提质技术在《褐煤提 质技术现状及我国褐煤提质技术发展趋势初探》(神华科技第二期作者邵俊杰-2009年4 月)一文中有了比较全面的描述。同本发明最相关的主要有D-K非蒸发脱水工艺和K-燃料技术。日本电源开发公 司(D)和川崎重工公司(K)从1976年开始研究并成功开发出了 D-K非蒸发脱水工艺。D-K 脱水工艺可实现褐煤水份在非蒸发条件下加热，使水份以液体状态从褐煤中脱出，其煤质 变化类似天然的煤化作用。K-燃料技术，即美国KFx公司的发明专利《含碳原料热提质的方法和装置》(中国 专利公开号CN 1989227A)，该技术方案中，对含碳原料在加压蒸汽环境中进行热提质，以 去除水份和其它副产品。加工容器中可以采用多种水/固体分离装置，以尽量多地从被提 质的装料中去除水份。加热介质吸入喷嘴和加工室通气口策略设计在加工容器壁上，以尽 量减少加热介质至容器排气口的短路，并连续地从装料和凝结蒸汽中去除热水，使得从加 工容器中去除的提质原料在排出时不携带游离水份。提质后，可以对装料进行再水合，以提 高运输和储存过程中的稳定性。但上述技术都存在着缺点。专利CN1989227A公开的蒸煮装置结构复杂，尤其是 其中使气体、液体和固体彼此分离的设备要靠单独设置的液体分离器来进行，该液体分离 器包括位于装置内部的多孔旋转台或多孔锥体和多孔管以及位于装置底部的分离台，其中 仅多孔管起到了液固分离作用，而多孔旋转台和分离台则严重占用了装置的内部空间，而 且该专利中要求多孔旋转台和分离台可旋转，则还需要在装置内配备相应的动力设备和传 动设备，且还要使这些动力设备和传动设备能耐受装置内的高温和高压，进一步使装置复 杂化。此外，该专利中，多孔管仅起到排水作用，而蒸汽的进出则要依靠沿装置高度方向上 设置有多个蒸汽入口和蒸汽出口，这也使装置复杂化。且该专利方法没有利用蒸煮中产生 的闪蒸汽和热水对原料进行预热，因此，生蒸汽(热能)消耗高(大约是本专利技术的2-3 倍)。此外，K-燃料技术蒸煮器设有上、下两个锁斗，连续蒸煮，间断进(排)料，含有褐煤 的物料在差压下通过锁阀，物料中的固体物质对阀门磨损大；下锁斗在排料前，难以做到将 游离水先排尽，对提质效率产生负面影响。而D-K非蒸发脱水技术目前只能实现半连续操作，这影响了装置的生产能力和运行稳定性，且其蒸煮后的褐煤水含量仍然较高，有待于进一步降低水含量。故人们希望能进一步开发褐煤提质技术以克服上述缺点。发明概述本发明涉及一种对固体物料进行多效蒸发脱水的方法，包括提供多个蒸煮器，所述多个蒸煮器就所述固体物料的流向来说为并联连接，其中 每个蒸煮器反复执行按时间先后顺序排列的以下步骤i、装入所述固体物料和热水，用所述热水对固体物料进行第一次加热；ii、通入第一蒸汽对固体物料进行第二次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝 水；iii、通入第二蒸汽以对固体物料进行第三次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝 水；iv、通入饱和蒸汽以对固体物料进行第四次加热，使固体物料达到预定加热温度， 并排出此步骤中所产生的冷凝水；V、通入过热蒸汽对达到预定加热温度的固体物料进行蒸煮，使固体物料中所含的 水份蒸发，同时所述过热蒸汽变为饱和蒸汽，蒸煮过程中排出该饱和蒸汽；vi、对蒸煮器进行第一次减压，并排出第三蒸汽；vii、对蒸煮器进行第二次减压，并排出第四蒸汽；viii、使蒸煮器内的压力恢复至常压，排出固体物料。在优选的实施方案中，至少一部分蒸煮器在其上述步骤Vii和步骤Viii之间还包 括步骤ix 对蒸煮器进行抽真空处理，以使固体物料中残留的水份继续蒸发，进一步降低 固体物料中的水份含量。在更优选的实施方案中，对于至少一部分蒸煮器来说，将来自其它处于步骤ii和 /或iii和/或iv的蒸煮器所排出的冷凝水用作所述热水和/或单独由热水器来提供所述 热水以使该蒸煮器进行步骤i ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第四蒸汽用作所述第一蒸 汽来使该蒸煮器进行步骤ii ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第三蒸汽用作所述第二蒸 汽来使该蒸煮器进行步骤iii ；和/或，将其它蒸煮器的步骤V中排出的饱和蒸汽用作该蒸 煮器的步骤iv中的饱和蒸汽。附图简述
图1是本发明的实施方案的示意性工艺流程图。附图仅为举例说明的目的，不以 任何方式限制本发明的范围。发明详述以下详细介绍本发明的对固体物料进行多效蒸发脱水的方法。其中所述固体物料是含水的固体物质，例如褐煤。天然褐煤中均含有大量的水份。 在优选的实施方案中，所述褐煤是经过温度大于30°C的水洗涤浸出后的褐煤，其也含有大 量的水份，希望能去除其中的水份。所述固体物料优选为块状或颗粒状。本发明中所述的蒸汽是指水蒸气。为了实现本发明的方法，要求提供多个蒸煮器，所述多个蒸煮器就所述固体物料 的流向来说为并联连接，即，使来自共同的上游工序的固体物料并联进入各个蒸煮器，进入 时机可同时进入或者彼此错开一段时间，优选彼此错开一段时间。固体物料分别在各个蒸煮器内进行处理，处理完毕后的固体物料则从各个蒸煮器中排出，排出时机可同时排出，或 者排出时机也要彼此错开一段时间，优选彼此错开一段时间。所排出的固体物料进入共同 的下游工序。所述一段时间可以根据下文所述的每个蒸煮器依次执行的各个步骤所耗费的 时间由本领域技术人员具体确定。本发明中的每个蒸煮器上包含固体物料入口、固体物料出口、蒸汽入口、蒸汽出 口、热水入口、冷凝水出口。其中，固体物料入口设置在蒸煮器顶部附近，固体物料出口和冷 凝水出口设置在蒸煮器的底部附近，而蒸汽入口和蒸汽出口可以设置在蒸煮器上的任何合 适的位置，例如设置在蒸煮器的上部。热水入口也可以设置在蒸煮器上的任何合适的位置， 例如设置在蒸煮器的中下部。在优选的实施方案中，其中冷凝水出口和蒸汽出口可以合并 成一个出口，且优选设置在蒸煮器的底部附近。关于该蒸煮器内部的更详细构造，可参见同 一申请人申请的另一专利《一种对固体物料进行蒸煮的蒸煮器》，通过引用将该专利的全文 并入本文。有很多辅助设备与本发明的蒸煮器相连。例如，该蒸煮器的固体物料入口处有上 锁阀与之连接，而上锁阀又与三通球阀和下料斗连接，固体物料依次经由下料斗、三通球阀 和上锁阀从固体物料入口进入蒸煮器中，如图1所示。蒸煮器的固体物料出口处有下锁阀 与之连接，下锁阀又依次与下料斗和布料器连接。其余各个出口或入口与相应的排放管线 例如排水管线和排汽管线或供料管线例如供水管线和供汽管线连接。所有这些辅助设备和 相应管线以能够实现本发明目的的方式进行布置，这些具体布置方式不是本发明的内容， 且也并不限于图1中所示的具体方式。其中每个蒸煮器反复执行按时间先后顺序排列的以下步骤i、装入所述固体物料和热水，用所述热水对固体物料进行第一次加热。其中所述 固体物料从所述固体物料入口装入所述蒸煮器，装填到一定料位后停止装料并关闭所述固 体物料入口。装料之前、过程中或之后，通过热水入口向所述蒸煮器中通入热水，所述热水 是温度高于所述固体物料的水。所述热水可以是单独由热水器提供的热水或者可以是来自 其它处于步骤ii和/或iii和/或iv的蒸煮器所排放的冷凝水。优选使用来自其它处于 步骤ii和/或iii和/或iv的蒸煮器所排放冷凝水。待所述热水达到期望的液位后，停 止供入热水，并关闭所述热水入口。在所述热水充分加热所述固体物料后，可优选地经由所 述冷凝水出口将用毕的热水排出蒸煮器，所排出的用毕的热水可以用于其它目的，例如用 于原始固体物料进行洗涤浸出处理，以除去其中所含的细粉和硫份。或者，该用毕的热水可 以在该步骤i中暂不排出，而待进行以下步骤ii或iii时，在通入的第一蒸汽或第二蒸汽 的压力的作用下与步骤ii或iii中产生的冷凝水一起排出。ii、通入第一蒸汽对固体物料进行第二次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝水。 其中所述第一蒸汽从所述蒸汽入口通入。所述第一蒸汽具有第一焓值，下文将对本发明中 所使用的各个蒸汽的焓值顺序进行比较。加热过程中，一部分第一蒸汽会发生相变而变成 冷凝水，该冷凝水在该步骤ii过程中从所述冷凝水出口排出。在本发明的方法中，对第一 蒸汽的来源不做任何限制，只要它具有第一焓值即可。在本发明的优选实施方案中，将来自 其它蒸煮器的下文所述的第四蒸汽用作所述第一蒸汽。iii、通入第二蒸汽以对固体物料进行第三次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝 水；其中所述第二蒸汽也由所述蒸汽入口通入。所述第二蒸汽具有第二焓值，下文将对本发明中所使用的各个蒸汽的焓值顺序进行比较。加热过程中，一部分第二蒸汽会发生相变而 变成冷凝水，该冷凝水在该步骤iii过程中从所述冷凝水出口排出。在本发明的方法中，对 第二蒸汽的来源不做任何限制，只要它具有第二焓值即可。在本发明的优选实施方案中，将 来自其它蒸煮器的下文所述的第三蒸汽用作所述第二蒸汽。iv、通入饱和蒸汽以对固体物料进行第四次加热，使固体物料达到预定加热温度， 并排出此步骤中所产生的冷凝水。其中所述饱和蒸汽是指在某温度下处于该温度所对应 的饱和蒸气压下的水蒸气。其中所述预定加热温度可以是任何想要的温度，该温度要大于 100°C，其具体值可以根据需要进行设定。其中所述饱和蒸汽也从所述蒸汽入口通入蒸煮器 中。在本发明的方法中，对饱和蒸汽的来源不做任何限制，只要它是饱和蒸汽且其焓值高于 所述第二焓值即可。在本发明的优选实施方案中，将其它蒸煮器的步骤V中排出的饱和蒸 汽用作该蒸煮器的步骤iv中的饱和蒸汽。V、通入过热蒸汽对达到预定加热温度的固体物料进行蒸煮，使固体物料中所含的 水份蒸发，同时所述过热蒸汽变为饱和蒸汽，蒸煮过程中排出该饱和蒸汽。所述过热蒸汽是 指在饱和蒸汽基础上继续升高温度所获得的蒸汽，其焓值比饱和蒸汽高。在通入过热蒸汽 后，过热蒸汽可加热固体物料使固体物料中的水份蒸发，同时过热蒸汽温度降低而变成饱 和蒸汽，所蒸发的水份也变成饱和蒸汽，这些饱和蒸汽在蒸煮过程中通过所述饱和蒸汽出 口排出蒸煮器，所排出的饱和蒸汽可通入其它处于步骤iv的蒸煮器中使用，这样可以充分 利用这部分饱和蒸汽的热能。所述过热蒸汽可由上文所述的蒸汽入口通入，或者由另设的 过热蒸汽入口通入。理论上此步骤ν中不再产生新的冷凝水，但实际生产中由于煤灰堵塞 导致排水不畅，还可能存在一些以前的步骤中所未排尽的冷凝水，故在这个步骤中继续通 过冷凝水出口排出冷凝水。步骤V进行预定的时间，该预定的时间可根据过热蒸汽焓值、期 望的固体物料的水含量以及蒸煮器内压力等诸多具体因素而具体确定。vi、对蒸煮器进行第一次减压，并排出第三蒸汽。所述减压通过打开所述蒸汽出口 向外排放蒸煮器内的蒸汽来进行，本文中将减压过程中所排出的蒸汽称为第三蒸汽，该第 三蒸汽在减压排出过程中从蒸煮器内的温度条件下的饱和态变为不饱和态。随着减压的进 行，固体物料中的水份还会发生闪蒸作用，又产生一部分蒸汽，进一步降低了这些固体物料 中的水份含量，减压闪蒸所产生的蒸汽也包含在所述第三蒸汽中并随之排出蒸煮器。该第 三蒸汽可通入处于步骤iii的其它蒸煮器中以充当该其它蒸煮器中的所述第二蒸汽，这同 时使处于步骤vi的蒸煮器与处于步骤iii的蒸煮器二者之间进行均压，待此两个蒸煮器压 力达到一致后，所述第一次减压完成。vii、对蒸煮器进行第二次减压，并排出第四蒸汽。第一次减压完成后，蒸煮器内还 存在一定的压力，此时，通过打开所述蒸汽出口向外排放蒸煮器内的蒸汽来进行第二次减 压，该减压过程中所排出的蒸汽称为第四蒸汽。随着减压的进行，固体物料中的水份继续发 生闪蒸作用，产生一部分蒸汽，再进一步降低了这些固体物料中的水份含量，这次减压闪蒸 所产生的蒸汽也包含在所述第四蒸汽中并随之排出蒸煮器。该第四蒸汽可通入处于步骤ii 的其它蒸煮器中以充当该其它蒸煮器中的所述第一蒸汽，这同时使处于步骤vii的蒸煮器 与处于步骤ii的蒸煮器二者之间进行均压，待此两个蒸煮器压力达到一致后，所述第二次 减压完成，此时蒸煮器内的压力已经接近于常压。viii、使蒸煮器恢复至常压，排出固体物料。其中恢复常压的操作可通过打开任何一个口使蒸煮器与外界大气相通来进行。待蒸煮器内压力恢复至常压后，打开固体物料出 口，排出经过充分脱水的固体物料。由于该排料操作在常压下进行，故可减轻固体物料对出 料阀门的磨损。所排出的固体物料进入后续工段进行其它处理。在本发明的优选的实施方案中，至少一部分蒸煮器在其步骤Vii和步骤Viii之间 还包括步骤ix 对蒸煮器进行抽真空处理，以使固体物料中残留的水份继续蒸发，进一步 降低固体物料中的水份含量。所述抽真空通过设在蒸煮器上的抽真空口来进行。该抽真空 口可以是一个单独设置的抽真空口，也可以利用已有的各出口或入口来兼作抽真空口。优 选用所述固体物料入口、蒸汽出口、热水入口、冷凝水出口中的任何一个口兼作抽真空口， 更优选用所述固体物料出口和所述冷凝水出口来兼作抽真空口，最优选用所述冷凝水出口 来兼作抽真空口，这样做的好处是在抽真空作用下，能够将在非抽真空条件下难以排尽的 冷凝水尽可能多地排出，甚至排尽。通过抽真空使蒸煮器内达到一定程度的负压，例如表压 为-80至_90kPa，这可促使固体物料中的水份进一步蒸发，进一步降低固体物料中的水份 含量。该抽真空处理进行预定的时间。在本发明的更优选的实施方案中，对于至少一部分蒸煮器来说，将来自其它处于 步骤ii和/或iii和/或iv的蒸煮器所排出的冷凝水用作所述热水和/或单独由热水器 来提供所述热水以使该蒸煮器进行步骤i ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第四蒸汽用作 所述第一蒸汽来使该蒸煮器进行步骤ii ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第三蒸汽用作 所述第二蒸汽来使该蒸煮器进行步骤iii ；和/或，将其它蒸煮器的步骤ν中排出的饱和蒸 汽用作该蒸煮器的步骤iv中的饱和蒸汽。这样做的好处是充分利用了冷凝水以及各种蒸 汽的热能，实现了热效率的最大化。本发明中，各种蒸汽的焓值顺序如下过热蒸汽>饱和蒸汽>第三蒸汽>第四蒸 汽；或者，过热蒸汽>饱和蒸汽>第二蒸汽>第一蒸汽。对多个蒸煮器的数目和各个蒸煮器所处的步骤进行调节，以实现每一时刻总有至
少一个蒸煮器在进行步骤i，至少一个蒸煮器在进行步骤ii，......，以此类推，......至
少一个蒸煮器正在进行步骤viii。在优选的实施方案中，还使得至少一个蒸煮器正在进行 步骤ix。并在进行各步骤时对各蒸煮器上的各个出口和入口进行调节，以使得其开启或关 闭的状态能够满足实现各步骤时的要求。且对各蒸煮器之间的蒸汽管路、水管路和阀门进 行布置和调节，以使得各蒸煮器之间能够在需要时进行所要求的蒸汽的流通和冷凝水的流 通。这样的出口、入口、管路和阀门的布置和调节是本领域技术人员公知的，在此不再赘述。 如此可以实现在整体上基本连续的蒸煮操作。图1示意性地示出了多个蒸煮器并联连接以及各蒸煮器之间的管路和阀门布置 的示例性图，其中这些管路和阀门布置方式以能够实现本发明的目的为要求进行布置，本 领域技术人员能够实现这种布置，且布置方式并不限于图中所示的具体方式。本发明中的所述“多个”为至少2个，例如6个，例如8个、9个或更多个。值得指 出的是，虽然附图以及以下实施例中以8个或9个蒸煮器为例进行举例说明，但这仅仅是为 了实施例表述方便和便于理解本发明起见，并不意味着一定要8个或9个蒸煮器才能实现 或连续实现本发明的方法。如上文所述，本发明中所述多个为至少2个。本领域技术人员 会根据各个步骤所需要的具体时间来计算具体采用多少个蒸煮器才能实现本发明的方法 的连续操作。实施例以下实施例仅用于对本发明的技术方案进行举例说明，不打算以任何方式限制本 发明的范围。例如，虽然以下实施例中以含水的褐煤作为所述固体物料进行蒸发脱水，但本 领域技术人员会理解，本发明的方法不仅仅限于对含水的褐煤进行蒸发脱水，而是适用于 任何含水的固体物料。又例如，实施例中列举的具体数字仅仅是为了提供实验细节的目的， 并不意图对权利要求有任何限制。再例如，虽然在实施例中列出的是本发明的优选方案，但 并不意味着本发明的保护范围就仅限于该优选方案。本专利的保护范围仅由权利要求确 定。实施例1各蒸煮器的步骤按照图1所示，提供8个蒸煮器，编号分别为1-8，含水的褐煤依 次经过称量系统、卸料器和皮带输送机，从每个蒸煮器顶部的下料斗、三通球阀和上锁阀 分别进入这8个蒸煮器，每个蒸煮器均按照时间先后的顺序在反复执行本文所述的步骤 i-viii，且在任意的某一时刻，各蒸煮器执行的操作如下蒸煮器1进行步骤i，蒸煮器2进 行步骤ii，...依次类推...，蒸煮器8进行步骤viii，没有进行抽真空处理。其中，将蒸煮 器5排出的饱和蒸汽用作蒸煮器4的饱和蒸汽，将蒸煮器6排出的第三蒸汽用作蒸煮器3中 的第二蒸汽直至两个蒸煮器之间达到均压，将蒸煮器7排出的第四蒸汽用作蒸煮器2中的 第一蒸汽直至两个蒸煮器之间达到均压。其中步骤vi进行30分钟，通入的饱和蒸汽(含煤 中挥发分等不凝气体)压力为4. OMPa (表压，本文中所有的压力均为表压)，温度为230 252°C，对应的饱和蒸汽(100%水蒸汽)压力为2. 7-4. OMPa ；步骤ν进行15分钟，通入的过 热蒸汽温度为400°C，压力为4MPa。提质后的褐煤从各蒸煮器的固体物料出口排出并经下 锁阀、下料斗、布料器达到皮带输送机，然后被送往后续工序。褐煤原煤和提质后的煤的性 质如下表1所示表 权利要求
1. 一种对固体物料进行多效蒸发脱水的方法，包括提供多个蒸煮器，所述多个蒸煮器就所述固体物料的流向来说为并联连接，其中每个 蒸煮器反复执行按时间先后顺序排列的以下步骤1.装入所述固体物料和热水，用所述热水对固体物料进行第一次加热；ii、通入第一蒸汽对固体物料进行第二次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝水；iii、通入第二蒸汽以对固体物料进行第三次加热，并排出此步骤中所产生的冷凝水；iv、通入饱和蒸汽以对固体物料进行第四次加热，使固体物料达到预定加热温度，并排 出此步骤中所产生的冷凝水；V、通入过热蒸汽对达到预定加热温度的固体物料进行蒸煮，使固体物料中所含的水份 蒸发，同时所述过热蒸汽变为饱和蒸汽，蒸煮过程中排出该饱和蒸汽；vi、对蒸煮器进行第一次减压，并排出第三蒸汽；vii、对蒸煮器进行第二次减压，并排出第四蒸汽；viii、使蒸煮器内的压力恢复至常压，排出固体物料。
2.权利要求1的方法，其中至少一部分蒸煮器在其步骤vii和步骤viii之间还包括步 骤ix 对蒸煮器进行抽真空处理，以使固体物料中残留的水份继续蒸发，进一步降低固体 物料中的水份含量。
3.权利要求1或2的方法，其中对于至少一部分蒸煮器来说，将来自其它处于步骤ii 和/或iii和/或iv的蒸煮器所排出的冷凝水用作所述热水和/或单独由热水器来提供 所述热水以使该蒸煮器进行步骤i ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第四蒸汽用作所述第 一蒸汽来使该蒸煮器进行步骤ii ；和/或，将来自其它蒸煮器的所述第三蒸汽用作所述第 二蒸汽来使该蒸煮器进行步骤iii ；和/或，将其它蒸煮器的步骤ν中排出的饱和蒸汽用作 该蒸煮器的步骤iv中的饱和蒸汽。
4.权利要求1或2的方法，其中每个蒸煮器上包含固体物料入口、固体物料出口、蒸汽 入口、蒸汽出口、热水入口和冷凝水出口。
5.权利要求4的方法，其中所述固体物料入口、蒸汽出口或冷凝水出口兼作抽真空口。
6.权利要求1的方法，其中所述固体物料是褐煤，该褐煤中含有水份。
7.权利要求6的方法，其中所述褐煤是经过温度大于30°C的水洗涤浸出后的褐煤。
8.权利要求1的方法，其中所述多个为至少2个，优选至少4个，更优选至少6个。
9.权利要求4的方法，其中所述蒸汽出口与所述冷凝水出口是同一个口。
全文摘要
本发明提供了一种对固体物料进行多效蒸发脱水的方法，包括提供多个蒸煮器，所述多个蒸煮器就所述固体物料的流向来说为并联连接，其中每个蒸煮器反复执行按时间先后顺序排列的对固体物料按照从低温到高温的顺序进行逐级加热并蒸发脱水的步骤。在优选的实施方案中，在最终出料前还对至少一部分蒸煮器进行抽真空处理。
文档编号F26B23/00GK102072613SQ20111002201
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者徐斌, 褚腊林, 马红松 申请人:徐斌