抑制煤炭的空气氧化和自燃的化学添加剂的制作方法
【专利摘要】本发明涉及处理低级煤炭堆以抑制其自燃的方法和组合物。所述方法涉及将含VAE和粗甘油的组合物施用于所述低级煤炭。所述组合物防止水从所述低级煤炭中蒸发。这防止在所述低级煤炭内形成中空开口，该中空开口是引起其自燃的极大因素。所述组合物具有比仅其成分更好的性能。事实上，它是如此有效以致当使用所述组合物时，某些麻烦的低级煤炭处理方法，例如FIFO记录和编制，或不使用窄点，或仅使用无肘管设备可以忽略。
【专利说明】抑制煤炭的空气氧化和自燃的化学添加剂
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2011年3月30日提交的共同未决美国专利申请13/075，702的部分继续。
[0003]关于联邦资助的研究或开发的声明
[0004]不适用。
[0005]发明背景
[0006]本发明涉及抑制煤炭、低级煤炭，尤其是次烟煤的空气氧化和自燃的方法和组合物。次烟煤形成于淡水泥煤沼，该淡水泥煤沼不会冲进大海并因此具有独特的化学性能。由于其形成方面的差异，次烟煤具有松散孔结构并保持高的水含量。结果，它与其它煤炭例如无烟煤或烟煤相比是不太高效的燃料，并可能要求加倍量的煤炭量来产生相同量的能量。次烟煤还含有大的黄铁矿颗粒，它们在它们完全地燃烧之前倾向于使炉壁结垢和堆渣。因此不令人意外的是，历史上，次烟煤已经认为对于发电是较低价值的、不太希望的原料燃料。
[0007]虽然所有煤粉具有空中爆炸(airborne explos1n)的风险,但是低级的,特别是次烟煤即使当不呈空气粉尘形式时也具有额外的着火危险。低级煤炭可能更倾于颗粒降解，从而提高开放表面积。这促进可能导致自燃的氧化。据信，低级煤炭的运输、处理和转移的自磨倾向产生越来越小的颗粒，增加的表面积，和发生空气氧化的富环境，而导致煤炭的自燃的可能性。
[0008]结果，如例如文章Fire-protect1nguidelines for handling and storing PRBcoal,作者 Edward B.Douberly, Power Magazine (2003 年 10 月)中提到的那样，那些低级煤炭用户典型地必须采用特殊处理程序以减少不希望的着火的风险，但是这些程序使得难以简单地用低级煤炭替换其它更高级煤作为煤基发电中的替代燃料。低级煤炭用户力求使次烟煤的开采和最终燃烧之间允许逝去的时间最小化。另外，当在其目的地被接收时，煤炭存货必须严密地操纵，煤炭堆备于使表面积最小化并以FIFO方式组织以致煤炭存货的老化顺序迫使首先使用〃最老存货〃。此外，进料和处理机械设备必须特别设计用来使磨损和侵蚀性处理最小化免得煤炭粒度持续降低，而导致越来越细的碎片变成粉尘，聚集并自发地燃烧。最后，采用热和大气检测器不断地分析堆的自燃早期的警示迹象，该堆然后必须迅速地处理或消耗于电力生产以防止进一步降解。
[0009]这些降解过程在低级煤炭的海外输送中呈现甚至更大的风险。大多数美国港口设备，更不用说外国设备，缺乏安全地处理低级煤炭所需要的特殊处理设备。另外，置于船的货舱中延长的时期的煤炭产生其中燃烧的风险极端高的情况。
[0010]对于煤炭燃烧电力工业的大部分历史来说,相对较低的Btu值以及提高的着火风险使次烟煤从作为更高级煤炭的有用的替代方案的争论中移除。
[0011]然而，近来，提高的无烟煤和烟煤开采成本和增长的环境保护标准已经改变次烟煤和低级煤炭的相对价值。帮助补偿更高的水分含量是次烟煤的非常低水平的不合意成分例如硫、汞或砷。此外，次烟煤的高钙氧化物和氧化镁水平使次烟煤燃烧产生少得多炉渣。结果，尽管其降低的固有能量和处理困难，但是在许多管辖区域中，严格的环境法律已经使得使用次烟煤比使用其它煤炭源更适合，尽管它们可能具有更高的燃料含量。结果，次烟煤吨位在过去的十年中已经大大地增长并且次烟煤生产者积极地寻求在大型远洋船中安全运输的方法并且承认急需解决这种煤炭自燃中的危险的技术。
[0012]因此，存在对抑制煤堆自燃的新型方法和组合物的清晰效用。除非具体地这样指出，在这部分描述的技术并不打算构成对在本文涉及的任何专利、公开或其它信息是关于本发明的"现有技术"的承认。此外，该部分不应解释为是指已经做出检索或不存在如在37CFR § 1.56(a)中规定的其他相关信息。
发明概要
[0013]本发明的至少一个实施方案涉及抑制低级煤炭堆自燃的方法。所述方法包括将抑制剂组合物施用于所述煤炭的步骤。所述组合物包含按90:10-10:90的比例的粗甘油与、VAE共聚物或PVA共聚物。
[0014]可以保持低级煤炭一段时间不受干扰，在该段时间中，可能的是如果没有所述组合物的存在，所述堆已自发燃烧。在将低级煤炭布置成堆之前，可以将所述煤炭暴露到空气或氧化性气氛中至少5天的时期。可以通过包括至少一个煤炭将穿过的窄点的设备处理所述煤炭和其中所述煤炭的部分将聚集并存留。可以将所述煤炭装入船的货舱并在至少30，000吨的堆中保持不受干扰至少10天。所述煤炭可以是次烟煤。所述组合物可以按比混合有纯甘油的VAE的混合物大的速率抑制自燃。所述堆可以在船的货舱内。所述方法可以在处理所述堆中排除使用FIFO方法。所述组合物可以防止煤炭内的羰基的氧化至少60天并且如果没有所述组合物，所述羰基已经历煤炭羰基氧化中的至少50%的提高。
[0015]附图简述
[0016]下文具体参照附图描述本发明的详细说明，其中:
[0017]图1是说明本发明如何影响煤炭的脂族部分的氧化的图解。
[0018]图2是说明本发明如何影响煤炭的含羰基部分的形成和氧化的图解。
[0019]图3是说明本发明如何影响煤炭的绝热温度的图解。
[0020]发明的详细说明
[0021]提供下面的定义以确定在本申请中使用的术语该如何理解，特别是权利要求该如何理解。组织定义仅是为了便利的目的，而不是打算限制任何定义至任何特定的分类。
[0022]〃拱起〃是指在经过煤炭处理工艺的一部分的煤炭材料的流动中，由已经聚集成拱形式的煤炭材料形成的阻塞，所述拱起可以是内聚的(cohesive)(由颗粒与颗粒粘结形成)，互锁的(由比颗粒穿过的出口的尺寸大且通过机械力例如坍塌鼠洞压实在一起的颗粒形成)，或这两者。
[0023]〃运输时原样〃是指已经从地面除去的物质的岩石组合物(rocky composit1n),它们基本上都已经研磨成具有至多3英寸3的体积的颗粒，并且没有从其除去当所述组合物在地面中时存在的天然产生的水分。
[0024]〃粗甘油〃是指来自涉及甘油三酯的酯交换反应的副产物衍生物，所述反应包括涉及生物柴油制造过程的酯交换反应，其中，所述副产物包含甘油和选自脂肪酸、酯、盐、甲醇、生育酚、留醇、单-甘油酯、二 -甘油酯和三-甘油酯中的至少一种组分。
[0025]〃低级煤炭〃是指具有至多9，500 BTU/lb的总热值限制的煤炭，基于包括潮湿矿物的运输时原样的基础。低级煤炭包括次烟煤、褐煤和高容量(highly volume)或高度氧化的烟煤。
[0026]〃Mong〃是指非甘油有机材料，并且典型地由皂类、游离脂肪酸和其它杂质构成。
[0027]〃颗粒材料〃表示当处理、加工或接触时倾向于形成粉尘颗粒的材料，其包括，但不限于煤炭、尘土、木屑、农产品、水果、肥料、矿石、矿物矿石、细粒材料、沙子、砾石、土壤、肥料或其它产生粉尘的材料，及其任意组合。
[0028]〃窄点(pinch point) 〃是指工业工艺中存在的一台设备或其部分,有着煤炭材料的大体流动穿过该设备或部分，但是由于这台设备或其部分的形状，所述材料的一部分的流动受到侵犯并且该部分保持静止一段时间，示例性的工业工艺包括但不限于煤炭加工，煤炭精炼，煤炭处理，煤炭磨碎，煤炭输送，煤炭装载，煤炭储存和煤炭卸除，设备的示例性类型包括但不限于滑槽，弯头或弯管，沟道，或导管(肘管)，或足够小以致聚集材料的桥(bridge)积聚的空间。窄点可以引起流动煤炭材料的拱起和鼠洞。
[0029]〃粉河盆地〃是指地质区域(大约东西190 kmX南北320 km)，该区域是天然产生的次烟煤的丰富来源，位于东南Montana和东北Wyoming、在城市Gillette、Wyoming、Sheridan Wyoming 和 Miles City Mont 附近。
[0030]〃PVA 〃是指聚乙酸乙烯酯聚合物。
[0031]〃鼠洞〃是指经过煤炭处理工艺一部分的煤炭材料流动的由具有内聚强度(cohesive strength)(由颗粒与颗粒粘结形成)的煤炭材料形成的阻碍,使得虽然一些材料沿着材料量内的沟道流动，但是在该沟道外面的材料变得停滞且不流动。鼠洞可能在外力例如振动存在下坍塌并且当它们坍塌时，它们可能变形成拱。
[0032]〃次烟煤〃是指ASTM D388-05中定义的带有这种名称的物质组合物，它包括天然产生的煤炭组合物，该组合物基于潮湿的、不含矿物质的基础具有11，500 BTU/lb-8, 300BTU/lb的总热值限制，它通常具有8400-8800 BTU/lb的运输时原样的总热值限制，它包括但不限于粉河盆地煤炭。
[0033]〃VAE〃表示乙酸乙烯酯乙烯共聚物。 在至少一个实施方案中，VAE的重复单元选自式1、I1、II1、IV之一，或其任意组合，其中:
[0034]
【权利要求】
1.抑制大量低级煤炭的自燃的方法，该方法包括以下步骤:将抑制剂组合物施用于所述煤炭，所述组合物包含粗甘油与、VAE共聚物或PVA共聚物且按90:10和10:90之间的比例。
2.权利要求1的方法，其中保持该煤炭一段时间不受干扰，在该段时间中，可能的是如果没有所述组合物的存在，所述量已经受氧化诱导的自燃。
3.权利要求1的方法，其中在将低级煤炭布置成堆之前，将所述煤炭暴露到空气或氧化性气氛中至少5天的时期。
4.权利要求1的方法，其中通过包括至少一个煤炭将穿过的窄点的设备处理所述煤炭，且其中所述煤炭的部分将聚集并存留。
5.权利要求1的方法，其中将所述煤炭装入船的货舱并将在至少30，000吨的堆中保持不受干扰至少10天。
6.权利要求1的方法，其中所述煤炭是次烟煤。
7.权利要求1的方法，其中所述组合物按比混合有纯甘油的VAE的混合物大的速率抑制自燃。
8.权利要求1的方法，其中所述量在船的货舱内。
9.权利要求1的方法，在处理所述量中排除使用FIFO方法。
10.权利要求1的方法，其中所述组合物抑制煤炭内的羰基的氧化至少60天并且如果没有所述组合物，所述羰基已经历煤炭羰基氧化中的至少50%的提高。
11.权利要求1的方法，其中所述量是在选自以下的一种物品中形成的停滞量:鼠洞、拱、煤炭正穿过的一台煤炭处理设备的壁中的裂缝和它们的任何组合。
12.权利要求1的方法，其中所述量是与煤炭量的流相邻的停滞量。
13.权利要求1的方法，其中所述量是停滞量，但是如果所述量由高级煤炭而不是低级煤炭构成，所述量不是停滞的并已容易地流动穿过煤炭处理工艺。
14.权利要求1的方法，其中所述组合物防止煤炭内的羰基的氧化至少60天并且如果没有所述组合物，所述羰基已经历煤炭羰基氧化中的至少50%的提高。
【文档编号】C10L5/14GK104169401SQ201380014544
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年4月4日 优先权日:2012年4月4日
【发明者】R·V·戴维斯, S·J·布鲁巴赫 申请人:纳尔科公司