利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法
【专利摘要】本发明不使用溶剂油，直接将重质油涂覆于煤炭，从而节约能源的同时，可将低等级煤炭经济地改质为具有高发热量且水分再吸收和自燃得到最小化的高品位煤炭。本发明提供一种煤炭的改质方法，其包括如下步骤：粉碎煤炭的步骤；在所述粉碎的煤炭中均质地混合棕榈残渣油(Palm?residue)的步骤；与所述煤炭混合的棕榈残渣油熔化后涂覆于煤炭表面的同时，对煤炭内水分进行干燥的干燥-稳定化步骤；对经过所述干燥-稳定化步骤的涂覆有棕榈残渣油的煤炭进行冷却的步骤；以及对经过所述冷却步骤的煤炭进行成型的步骤。
【专利说明】利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤炭的改质方法，更详细而言涉及低等级煤炭的改质方法，其使 用常温下为固形的棕榈残渣油（Palm residue)，从而防止水分再吸收且增加发热量后再使 用，从而改质为经济上高品位的煤炭。
【背景技术】
[0002] 应对在短期内原油价格上升且在中长期内原油耗竭等，继续进行用于确保可替代 原油的能源的努力。近来，活跃地进行对于太阳能、生物能等可替代现有的化石燃料的新能 源的研究，但是在产业上的利用还存在局限。由此，对煤炭的需要重新增加，而在国内大部 分煤矿为废矿状态，因此实情为从澳大利亚、印度尼西亚等海外进口煤炭。
[0003] 煤炭从泥炭（peat)分为棕色褐煤（brown coal)、褐煤（lignite)、亚烟煤 (sub-bituminous coal)、烟煤（bituminous coal)、无烟煤（anthracite)等级，并且烟煤重 新分为低挥发分、中挥发分、高挥发分烟煤，并且无烟煤分为半无烟煤、无烟煤、高煤化无烟 煤（meta-anthracite)、石墨类无烟煤，并且其中从棕色褐煤（brown coal)到亚烟煤分类 为低等级煤炭（LRC)，从烟煤开始分类为高等级煤炭（HRC)。
[0004] 为了直接燃烧煤炭后进行火力发电，应当使用半无烟煤、烟煤等高品位煤炭。但是 烟煤及半无烟煤的价格贵且储量也少，因此用于对相对储量丰富且价格廉价的低等级煤炭 (LRC:Low Rank Coal)进行高品位化而加以使用的研究从1980年代开始进行了。
[0005] 以作为低等级煤炭中一个的褐炭为例子，则与烟煤相比价格低，但是水分含量多， 为30至70%，发热量低，为2500至4000kacl/kg以下，从而使用为燃烧用的量至最近也微 不足道的状态。
[0006] 并且，低等级煤炭的水分含量高，从而重量和体积大，因此存在如下问题：不利于 物流调运，并且除了水分，也因为包括于煤炭的挥发分，所以易于产生自燃，从而不易于移 动。由此,从物流的经济性和安全性角度来看，也需要开发将低等级煤炭进行高纯度化并抑 制自燃的方法。
[0007] 日本公开专利1995-233383号中介绍了固形燃料的制造方法，其特征在于，将包 括有重质油分和溶剂油分的混合油与多孔质煤混合，对所述原料泥浆进行加热，并且进行 所述多孔质煤的脱水的同时，使得所述多孔质煤的微细孔内含有混合油，所述混合油包括 有重质油分和溶剂油分，接下来对泥浆进行固液分离。
[0008] 但是，所述方法同时使用高价的溶剂油和重质油，从而虽然通过固液分离进行回 收，但是大量残留于煤炭中，从而具有使改质工艺变得复杂且增加改质所需的费用等缺点。
【发明内容】
[0009] 本发明是为了解决如上所述的现有的各种问题而提出，其目的在于，通过不使用 溶剂油而直接在煤炭上涂覆重质油来提供一种经济性的低等级煤炭的改质方法。
[0010] 为了解决所述课题，本
【发明者】发现如下后完成了本发明：将棕榈残渣油（Palm residue)直接混合于粉碎的煤炭粒子并进行干燥-稳定化，从而即使不使用溶剂油，也可 将低等级煤炭进行高品位化。
[0011] 棕榈残渣油显示出如下特性从而适合于煤炭涂覆：其在常温下为固体，但是在干 燥煤炭的温度下成为稀的液体，从而在均质地涂覆煤炭并进行干燥后，重新在常温下成为 固体。
[0012] 本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其包括如下步骤：(a)粉碎 煤炭的步骤；(b)将棕榈残渔油（Palm residue)均质地混合于所述粉碎的煤炭的步骤；（c) 与所述煤炭混合的棕榈残渣油进行熔化并涂覆于煤炭表面的同时，对煤炭内水分进行干燥 的干燥-稳定化步骤；（d)对经过所述干燥-稳定化步骤的煤炭进行冷却的步骤；以及（e) 对经过所述冷却步骤的煤炭进行成型的步骤，或者在所述（e)步骤后执行（d)步骤。
[0013] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，经过所述粉碎步 骤的煤炭粒子的平均粒度为l〇mm以下。
[0014] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，在所述将棕榈残 渣油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤中，用于混合的所述棕榈残渣油的量相当于所述煤炭 的0.5至30重量％。
[0015] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，所述将棕榈残渣 油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤是将所述棕榈残渣油剪切成薄片形状并混合。
[0016] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，所述将棕榈残渣 油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤是将所述棕榈残渣油熔化而混合。
[0017] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，所述干燥-稳定 化步骤是在间接型热交换式干燥-稳定化机中进行，并且所述干燥-稳定化机内部温度为 100至115°C，并且煤炭在所述干燥-稳定化机内部进行移动并具有20至70分钟的停留时 间，以便可产生混合胶化。
[0018] 此外，本发明提供一种煤炭的改质方法，其中，干燥-稳定化进行得使经过所述干 燥-稳定化步骤的干煤的水分成为5至20重量％。
[0019] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，还包括将从所述 干燥-稳定化步骤中所产生的蒸汽的废热进行回收并再使用的步骤。
[0020] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其中，所述再使用步骤 是再使用于输运气体的预热。
[0021] 此外，本发明提供一种利用棕榈残渣油的煤炭的改制方法，其中，所述再使用步骤 是将棕榈残渣油与煤炭混合之前进行熔化时再使用。
[0022] 本发明的将棕榈残渣油直接混合于煤炭的低等级煤炭的改质方法中，不使用溶剂 油，从而不仅使得改质工艺低费用、高效率化，而且将高发热量的棕榈残渣油涂覆于煤炭表 面，从而使得煤炭的平均发热量增加，并且使得煤炭再吸收水分的可能性和自燃的可能性 最小化。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图la及图lb是本发明的煤炭改质方法工艺概念图。
[0024] 图2是本发明的稳定化过程。
[0025] 图3是本发明的详细工艺图。
[0026] 图4是对干燥-稳定化机中所产生的蒸汽的废热进行回收并使用于输运气体预热 中的工艺图。
[0027] 图5是对干燥-稳定化机中所产生的蒸汽的废热进行回收并使用于棕榈残渣油熔 化中的工艺图。
[0028] 图6是对根据PFAD的温度的粘度进行测定的结果。
[0029] 图7a是对于含有10重量％水分的干煤的水滴进行接触角测定的初期状态。
[0030] 图7b是对于含有10重量％水分的干煤的水滴进行接触角测定的经过10秒后的 状态。
[0031] 图8a是对于在含有10重量％水分的干煤中混合5% PFAD情况下的水滴进行接触 角测定的初期状态。
[0032] 图8b是对于在含有10重量％水分的干煤中混合5% PFAD情况下的水滴进行接触 角测定的经过10秒后的状态。
[0033] 图9a是对于本发明的改质煤炭的水滴进行接触角测定的初期状态。
[0034] 图9b是对于本发明的改质煤炭的水滴进行接触角测定的经过10秒后的状态。
[0035] 图10是对各个煤炭随着时间经过的接触角变化进行比较。
【具体实施方式】
[0036] 以下，参照图1至图5对本发明的低等级煤炭的改质方法按照各个步骤进行详细 说明。如图la所示，本发明经过粉碎-混合-干燥/稳定化-冷却-成型过程。
[0037] (a)粉碎煤炭的步骤
[0038] 在粉碎机1中对原料煤炭进行粉碎。作为本发明中所使用的所粉碎的原料煤炭的 粉碎机1，可使用颚式粉碎机（Jaw crusher)、销棒粉碎机（Pin mill)、锤式粉碎机（hammer mill)、滚碎机（roll mill)等。
[0039] 优选地，在本发明的煤炭粉碎步骤中所粉碎的煤炭的平均粒度为10mm以下。
[0040] (b)在粉碎的煤炭中均质地混合棕榈残渔油（Palm residue)的步骤
[0041] 在混合机3中将作为固体状态（高粘度液体）的棕榈残渣油按照原来的固体状态 均质地混合（图3、图4)于粉碎的煤炭中，或者利用干燥-稳定化机6中所排出的废热（蒸 汽/空气）对棕榈残渣油进行加热，从而转换为液体后进行混合（图5)的步骤。可分别使用 两种方法或者同时使用。示出于图2的混合步骤属于此步骤。本发明的一个实现例中所混 合的棕榈残渣油为相当于煤炭的〇. 5至30重量％的量。棕榈残渣油是在印度尼西亚、马来 西亚等生产棕榈油后的残留物，棕榈脂肪酸馈出液（palm fatty acid distillate，PFAD)、 棕榈油渔（palm sludge oil，PS0)等属于此，在常温下为固态，具有9,000kcal/kg以上的 高发热量。
[0042] 在所述步骤中棕榈残渣油和煤炭为进行物理混合的状态，因此不是棕榈残渣油涂 覆于煤炭的表面，而是相互混合的状态。在本发明的一个实现例中，在将棕榈残渣油以固体 状态混合的情况下，利用切割机2将棕榈残渣油剪切为薄片形状而使用。与经过混合机的 棕榈残渣油混合的煤炭移动至筒仓4。
[0043] (c)对与煤炭混合的棕榈残渣油进行熔化并涂覆于煤炭表面，同时对煤炭内水分 进行干燥的干燥-稳定化步骤
[0044] 将在所述筒仓4中与棕榈残渣油混合的煤炭通过螺旋供料器5移送至干燥-稳定 化机6。在所述干燥-稳定化机中，附着在煤炭表面的棕榈残渣油进行熔化并涂覆表面，并 且煤炭的水分进行蒸发。在混合步骤中粘合于煤炭表面的棕榈残渣油随着温度上升而熔 化，从而扩散（图2熔化步骤）至煤炭表面全部。此后，通过传热煤炭内部的气孔所具有的 水分进行蒸发（图2蒸发步骤）的同时，成为真空状态，从而扩散于表面的棕榈残渣油渗透 (图2渗透步骤）至气孔。在本发明的一个实现例中，干燥-稳定化机的形态为间接型热交 换式，以具有20至70分钟的充分的停留时间并在内部煤炭进行移动，从而可产生混合效果 的形态为宜。本发明的一个实现例中，在所述干燥-稳定化机中安装有驱动马达7,以便在 内部可进行煤炭的移动。本发明的一个实现例中，所述干燥-稳定化机使用蒸汽管干燥器 (steam tube dryer)或者旋转圆盘干燥器（rotary disk dryer)加热至约120至18CTC, 从而可进行蒸发及干燥。在所述干燥-稳定化机中可包括用于加热的蒸汽供给装置和使用 所述供给的蒸汽后排出冷凝水的冷凝水排出装置。在所述干燥-稳定化机6中可使用如氮 气及废气一样的通常的输运气体，并且利用压力通风（Forced Draft, FD)风扇8灌输输运 气体。
[0045] 干燥-稳定化机内部温度保持为约100至115°C，棕榈残渣油的熔点为40至60°C， 因此同时进行棕榈残渣油的熔化和煤炭水分的干燥。棕榈残渣油的煤炭表面涂覆在20分 钟内充分实现，因此干燥-稳定化机停留时间根据水分含量可调节为约20至70分钟。使 得干煤的水分成为8至15重量％。
[0046] (d)对经过干燥-稳定化步骤的煤炭进行冷却的步骤
[0047] 从干燥-稳定化机中所排出的煤炭的温度约高至100°C，因此在原封不动地放置 于外部的情况下，会有自燃的可能性。由此，本发明中，在执行此步骤之后还执行如下步骤： 利用冷却机11对经所述干燥-稳定化的煤炭进行冷却的步骤。在此之前步骤为止，煤炭保 持着加热的温度，从而棕榈残渣油保持在煤炭表面涂覆为液态的状态，但是，在所述步骤中 随着冷却为常温而涂覆于煤炭的棕榈残渣油重新变形（图2凝固步骤）为固态，从而使得 防止水分再吸附且减少自燃倾向的稳定化效果最大化。在所述冷却步骤中可使用冷却机11 等使用于冷却的通常的装置。
[0048] 在所述干燥-稳定化机中所排出的废气传送至旋风分离器（cyclone) 9,从而收集 包括于废气的粉煤后供给至成型机12。在本发明的一个实现例中，利用引风机（Induced Draft Fan, ID fan),对除去粉煤的废气进行排出。
[0049] (e)对经过冷却步骤的煤炭进行成型的步骤
[0050] 为了易于长期移送，将最终进行干燥后排出的煤炭利用成型机12来成型。此时， 残留于煤炭的水分和棕榈残渣油起成型的粘合剂作用，涂覆于煤炭表面的棕榈残渣油起防 止水分再吸收的作用和提高发热量的作用。所述成型工艺通过压缩煤炭来进行，并且在本 发明的一个实现例中，通过所述成型工艺制造椭圆形团块（oval briquettes)。
[0051] 如图lb所示，冷却步骤和成型步骤的顺序变换也无妨。
[0052] (f)回收废热并再使用的步骤
[0053] 对干燥-稳定化机6中所产生的蒸汽的废热进行回收。在此步骤中所回收的热如 图4所示，在旋风分离器9中经对粉煤的过滤后经过热交换机21移动至干燥-稳定化机， 从而使用于输运气体的预热，或者如图5所示，在旋风分离器9中经对粉煤的过滤后移动至 对棕榈残渣油进行加热的加热机31，从而使用于熔化棕榈残渣油。在混合之前将棕榈残渣 油熔化的情况下，向混合机直接喷射液态的棕榈残渣油，从而可提高煤炭和棕榈残渣油的 混合均质度，并且在此情况下，具有减少棕榈残渣油的混合量的效果。本发明的一个实现例 中，为了喷射棕榈残渣油，使用泵32和喷嘴33。
[0054] 以下，通过实施例对本发明进行更详细说明。但是，以下的实施例用于更具体地说 明本发明，本发明的范围并不为以下的实施例所限定。以下的实施例可在本发明的范围内 为所属【技术领域】中具有一般的知识的技术人员所修正及变更。
[0055] 实施例
[0056] 将印度尼西亚亚烟煤粉碎为0· 5至3mm，并且在1kg煤炭中混合50g PFAD。放入 于回转炉（rotary kiln)形状的电炉中，并使空气作为输运气体以51/min进行流动，并且 将炉的温度设定为160°C，并将炉的内部温度保持为105至110°C。用70分钟进行干燥涂 覆后，利用 AtlasTM15T手动液压机（manual hydraulic press) (Specac Ltd·, UK)将 5g 改 质煤炭用10吨维持一分钟，从而制造小球（pellet)。
[0057] 在图6表示了对根据PFAD温度的粘度进行测定的结果。粘度测定装置使用了流 变仪（DV-III Ultra) (Brookfield Engineering，USA)。在温度 50°C 时约为 15cP(厘泊， centi-Poise)，显示了非常低的粘度，并且温度越上升粘度就更减小。与其他重质油相比， 粘度非常低，从而在高温中进行熔化的情况下，具有可易于涂覆于煤炭表面的优点。
[0058] 在表1中表示了所述原煤和改质煤炭的物理性质。工业分析和发热量是到达样品 基准，并且分析仪器名为如下。
[0059] TGA-701 热解重量分析器（Thermogravimeter·) (LECO Co.，USA)
[0060] Parr6400 热量计（Calorimeter.) (PARR Co.，USA)
[0061] 分析结果可得知，通过本发明的实施例的改质煤炭的发热量与原煤时的 4, 370kcal/kg 相比，增加至 5, 862kcal/kg。
[0062]【表1】
[0063] 原煤和改质煤炭的物理性质
[0064]
【权利要求】
1. 一种利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其包括： (a) 粉碎煤炭的步骤； (b) 将棕榈残渣油均质地混合于所述粉碎的煤炭的步骤； (c) 与所述煤炭混合的棕榈残渣油进行熔化并涂覆于煤炭表面，同时对煤炭内水分进 行干燥的干燥-稳定化步骤； (d) 对经过所述干燥-稳定化步骤的煤炭进行冷却的步骤；以及 (e) 对经过所述冷却步骤的煤炭进行成型的步骤， 或者，在所述（e)步骤后执行（d)步骤。
2. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 经过所述粉碎步骤的煤炭粒子的平均粒度为1〇_以下。
3. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 在所述将棕榈残渣油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤中，用于混合的所述棕榈残渣油 的量为相当于所述煤炭的〇. 5至30重量％。
4. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 所述将棕榈残渣油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤是将所述棕榈残渣油剪切成薄片 形状并混合。
5. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 所述将棕榈残渣油均质地混合于粉碎的煤炭的步骤是将所述棕榈残渣油熔化而混合。
6. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 所述干燥-稳定化步骤是在间接型热交换式干燥-稳定化机中进行，并且所述干 燥-稳定化机内部温度为100至115°C，并且煤炭在所述干燥-稳定化机内部进行移动并具 有20至70分钟的停留时间，以便可产生混合胶化。
7. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 干燥-稳定化进行得使经过所述干燥-稳定化步骤的干煤的水分成为5至20重量％。
8. 根据权利要求1所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于，还包括： 将从所述干燥-稳定化步骤中所产生的蒸汽的废热进行回收并再使用的步骤。
9. 根据权利要求8所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 所述再使用步骤是再使用于输运气体的预热。
10. 根据权利要求8所述的利用棕榈残渣油的煤炭的改质方法，其特征在于： 所述再使用步骤是将棕榈残渣油与煤炭混合之前进行熔化时再使用。
【文档编号】C10L5/04GK104105784SQ201280068610
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】李时薰, 卢南善, 文胜铉, 金相道, 田董焃, 林暎峻, 林正焕, 崔浩竞, 俞智皓, 崔荣灿, 李东昱, 柳寅洙, 李承宰, 禹济卿 申请人:韩国能源技术研究院