配制物和方法与流程

配制物和方法
发明领域
1.本发明涉及可造粒的配制物，以及使用该配制物制造燃料粒料的方法。
2.背景
3.许多基于固体的燃料提取方法中的一个持续问题是处理废弃的“精细”材料。多达10％的原矿煤(run-of-mine coal)最终会变成精细(通常约<3mm)或超细(通常约<0.1mm)的煤尘。这种细煤通常不适合最终加工，即使在尺寸不成问题的情况下，也会保留大量水(10％-30％)，这些水会使其“有粘性”，难以加工，运输和燃烧效率低下。
4.一种解决方案是形成煤砖。煤砖是通过在非常高的压力下压缩细粒以物理形成二次燃料材料而形成的。然而，煤砖厂的高资本和运营成本阻碍了煤砖在一些高成本国家之外的使用。在许多地方，煤粉目前只是“倾倒”在煤矿附近。
5.另一种解决方案是使用各种方法，包括造粒和挤出，使碳质细粒团聚。为此，已经提出了各种粘合剂材料。在us4219519中，结合剂的主要材料是石灰或相关的钙化合物。us3377146列出了各种有机粘合剂，us4357145建议使用妥尔油沥青。us4025596描述了一种使用胶乳，任选地使用膨润土或淀粉，将最终分开的矿物固体造粒的方法。
6.然而，所有这些方法都需要在粒料形成后对其进行某种处理，通常在提高的温度下干燥，以提供最终形式的粒料。因此，所有这些方法都需要某种形式的热处理，通常与一种或多种有机粘合剂的使用相一致。更重要的是，所有这些方法都已经有30多年的历史了，却没有一个被实际使用过，也没有任何成功的例子。
7.另一个问题是水分的重量。煤中的高水分水平使得运输和燃烧效率低下。次烟煤是世界煤炭储量中巨大且有价值的组成部分，在煤结构中含有“化学附着”水分(高达20％-30％水分)。这种“水分”严重限制了次烟煤的使用和价值。例如，每运输3货车容量的煤，也必须运输1货车容量的水。煤燃烧时，水分也会从火焰中吸收(即剥夺)能量(将水转化为蒸汽)。通过加热排出水分的尝试被证明是不成功的，因为煤在干燥时会崩解，并且容易自燃。因此，次烟煤很少在国际上交易。
8.另一个问题是避免使用任何这样的添加剂，所述添加剂可以避免燃烧时环境有害物质或气体(特别是硫气体例如二氧化硫，和各种通常称为“氮氧化物nox”气体的含氮气)的形成增加。
9.wo2006/003354a1和wo2006/003444a1描述了一种生产燃料粒料的方法，所述方法基于混合颗粒状碳基材料和粘合剂，并通过滚筒式作用使混合物团聚。滚筒式作用是使颗粒团聚并使混合物粘结成粒料。团聚形成球形或卵形粒料，但是粘合剂迁移到粒料外形成粒料的“硬壳”仍需要一段时间，该“硬壳”不仅用于形成粒料，而且在堆叠和运输之前为粒料提供防水外壳。
10.wo2018/033712a1描述了由颗粒状材料和粘合剂形成煤砖，所述粘合剂包含至少部分皂化的聚乙烯醇和碱金属烷基硅或聚烷基硅酸。然而，由于煤砖的尺寸，煤砖仍然受限于仅用于大中型锅炉，并且仍然需要使用煤砖压制设备。
11.本发明的一个目标是提供一种处理所述材料的更有效的方法，以及实现所述方法
的合适的可造粒配制物。


技术实现要素：

12.一方面，本发明提供了一种可造粒的配制物，其包含粒度<1mm的颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇粘合剂以及交联剂。
13.另一方面，本发明提供了一种在环境温度下由本文所限定的可造粒配制物生产燃料粒料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0014]-混合所述可造粒配制物；
[0015]-将如此形成的混合物成型以提供燃料粒料。
[0016]
另一方面，本发明提供了通过本文所述方法形成的粒料。
[0017]
另一方面，本发明提供了如本文所限定的可造粒配制物用于形成如本文所限定的燃料粒料的用途。
附图说明
[0018]
图1是本发明的一种实施方式的示意性流程图；
[0019]
图2是根据本发明第二实施方式的整个过程的示意性侧视图；且
[0020]
图3是通过本发明形成的加煤机用粒料(stoker pellet)的图解示图。
[0021]
详细描述
[0022]
精煤回收系统现在是现代煤加工操作的一个常见部分，但是对于利用由各种选矿(受益(benefaction))过程产生的湿煤粉，需要一种成本有效的高吨位解决方案。
[0023]
煤砖厂的高资本和运营成本阻碍了许多企业实现煤炭储量最大化。煤砖制造是一种在高压下压制某种类型材料的过程。存在低价的液压煤砖制造压力机，其被设计成一天只能工作几个小时。用于大规模安装的较大的机械压力机可以以每小时数百公斤运转，但是每吨煤砖制造材料需要大约200kwh能量输入(用于干燥和加工)。在煤的成本已经很低的国家，这种做法的成本高得令人望而却步，以至于目前世界上许多国家都只是将煤粉倾倒在附近的地面上。
[0024]
仅作为示例，下面列出了各种类型的开采的煤，以及它们在开采煤时通常发现的水分含量(m/c)、热含量(h/c)和碳含量。
[0025][0026]
煤的热含量可与水分含量直接相关。因此，在潮湿、无矿物质的基础上，水分含量为15％的高等级无烟煤的热含量为26-33mj/kg。另一方面，在潮湿、无矿物质的基础上，褐煤(最低等级的煤)的水分含量将高达45％，热含量仅为10-20mj/kg。
[0027]
在使用煤的大多数发电站，煤通常被磨成细粉，喷入燃烧炉。然而，用于粉碎例如水分含量为25％的煤的功率相对较高。因此，目前认为，目前仅在美国就有数百万吨“不可
用的煤”库存。如上所述，新开采的烟煤的水分含量可高达20％，低级煤的水分含量可高达30％，褐煤的水分含量可高达45％。在实际煤燃烧之前驱除这种水平的水分(通过将其转化为蒸汽)作为开始需要太多的能量，以至于这种煤根本就没有被使用，因为它效率不高。
[0028]
在本发明的一个实施方式中，提供了一种可造粒的配制物，其包含粒度<1mm的颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇(pvoh)粘合剂以及交联剂。
[0029]
适用于本发明的颗粒状碳质材料可以被接受是湿的或干的，并且可以通过任何类型的煤显微组分燃料(maceral fuel)提供，包括泥煤和褐煤，直至次烟煤、冶金煤、无烟煤粉、石油焦粉等，以提供能够在炉子中用于直接或间接加热、生热、发电、化学过程等的燃料粒料。例如，无烟煤粉可以形成加煤机用粒料，直接用于炉子发电。冶金煤可以形成粒料，用作铁矿石工业还原中的碳源和燃料源，以提供铁。
[0030]
任选地，颗粒状碳质材料包括少量(<50重量％)的另一种或多种材料，包括排水系统废物、生物质、动物废物和可被认为是燃料源的其它烃材料。生物质通常也是碳基的，并且包括以下组中的一种或多种：废水污泥，排水系统污泥，农业垃圾如鸡粪、骨粉、废蘑菇堆肥、木材、木屑等，植物残渣包括油菜籽、大麻籽、玉米和糖残渣，并包括工业过程的副产品。这些材料可能已经是细的或“粉尘”的形式，或者需要研磨以形成颗粒状材料。
[0031]
颗粒状材料也可以是两种或多种起始材料或“成分”的组合，不必预混合，如上文提到的那些，以便提供“混杂的”燃料粒料。
[0032]
特别有利的是，本发明可以使用任何类型的“湿”颗粒状碳基进料，其水或水分含量大于10重量％，例如在10-50重量％或更高的范围内，包括>20重量％或>25重量％，或>30重量％或>35重量％或>40重量％或更高。不同的位置和国家开采不同类型和等级的煤，因此他们以不同的方式使用此类煤，以尽量最大化其经济价值。本发明提供了一种特别有利的方法，以使当前被认为是来自当前工业过程的废料受益，而不需要预干燥过程。
[0033]
在一个实施方式中，颗粒状碳质材料是煤尘或煤粉。
[0034]
本文使用的术语“具有<1mm的粒度”或“粒度<1mm”被定义为颗粒状碳质材料具有不超过10％w/w>1.0mm且具有不少于5％w/w<38μm。
[0035]
任选地，用于颗粒状碳质材料的进料在研磨过程之前被筛选，以获得更均匀的粒度。粒度通常可以在>5mm的范围内，并且高达10-15mm，例如在5-10mm或5-8mm或6-8mm的范围内。
[0036]
在一个实施方式中，颗粒状碳质材料是通过研磨进料来提供的，以提供粒度<1mm、不超过10％w/w>1mm且不少于5％w/w<38μm(微米)的颗粒状碳质材料。
[0037]
研磨提供粒度<1mm的颗粒状碳质材料。
[0038]
研磨可以通过包括颚式破碎机、转子碾磨机、球磨机、灰浆研磨器等的组中的一种或多种提供。
[0039]
任选地，研磨以湿研磨的形式提供。
[0040]
任选地，研磨通过湿磨机或湿球粉碎机提供。这种研磨可以包括使用倾斜研磨器、可变研磨速度以及研磨球的数量/比率/尺寸的变化，以实现期望的最终尺寸输出或定等级。
[0041]
研磨可以通过包括颚式破碎机、转子碾磨机、球磨机、灰浆研磨器等的组中的一种或多种提供。
[0042]
任选地，研磨以湿研磨的形式提供。
[0043]
任选地，研磨通过湿磨机或湿球粉碎机提供。这种研磨可以包括使用倾斜研磨器、可变研磨速度以及研磨球的数量/比率/尺寸的变化，以实现期望的最终尺寸输出或定等级。
[0044]
任选地，颗粒状碳质材料由进料提供，然后测试该进料的水分含量，如果需要，通过添加水将研磨过程中的水分含量保持在预定水平，例如>20重量％，包括25-45重量％的范围，例如30-40重量％的范围。
[0045]
因此，任选地，本发明可以进一步包括在研磨之前通过添加水来增加进料的水分含量。
[0046]
本发明还可以包括在研磨前监测进料的水分含量，以帮助控制或以其他方式调节在进料进入研磨机时向该进料的水的添加。
[0047]
任选地，本发明还包括对通过研磨提供的材料或经研磨的进料进行脱水，以提供水含量在20-30重量％范围内，例如在23-27重量％范围内的颗粒状含碳材料。
[0048]
脱水可以提供为任何合适的装置、单元或设备，或其组合，包括但不限于重力分离器、水力旋流器等，任选地使用一个或多个筛子或膜以允许水分离。
[0049]
在本发明的另一个实施方式中，提供颗粒状碳质材料的步骤是通过下述来提供的：筛选进料以提供粒度<1mm、不超过10％w/w>1mm且不少于5％w/w<38μm(微米)的颗粒状碳质材料。筛选可以包括一个或多个以协调方式或不以协调方式工作的筛，并且可以包括一个或多个振动筛。在进料已经是足够具有<1mm粒度的颗粒状碳质材料的情况下，该实施方式可能更有效或更经济。可仍然期望监测和任选地改变这种所提供的粒度<1mm的颗粒状碳质材料的水含量，以向本发明方法的下一阶段提供合适的材料，特别是提供水含量在20-30重量％范围内的颗粒状碳质材料。
[0050]
任选地，缓冲所提供的颗粒状碳质材料和水的混合物，以达到预定的ph，例如在ph 7-10的范围内，例如在ph 9-10的范围内。缓冲可以用本领域已知的方式通过任何合适的一种或多种缓冲试剂(例如碳酸氢钠和氢氧化钠)提供。
[0051]
粘合剂是多糖或聚乙烯醇(pvoh)。
[0052]
多糖是由通过糖苷键结合在一起的单糖单元的长链组成的聚合碳水化合物分子，其水解后产生单糖或寡糖成分。它们的结构从线性到高度支化变化。例子包括储存多糖如淀粉和糖原，以及结构多糖如纤维素和甲壳质。
[0053]
聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯水解或部分水解产生的合成聚合物，通常以％水解和分子量为特征。
[0054]
当溶解在水中时，许多多糖和pvoh能够水合，将水截留在水胶体中，伴随着粘度和“粘性”的大幅度增加。
[0055]
任选地，粘合剂是包含以下的组中的一种或多种：
[0056]
瓜尔胶
[0057]
羟丙基瓜尔胶
[0058]
羧甲基瓜尔胶
[0059]
羟丙基羧甲基瓜尔胶
[0060]
金合欢胶
[0061]
黄原胶
[0062]
淀粉和改性淀粉
[0063]
海藻酸钠
[0064]
羧甲基纤维素
[0065]
羟乙基纤维素
[0066]
优选的多糖包括：
[0067]
羟乙基甲基纤维素(tylose)
[0068]
瓜尔胶。
[0069]
任选地，粘合剂是羟乙基甲基纤维素(tylose)。
[0070]
任选地，粘合剂是瓜尔胶或另一种瓜尔胶衍生物。瓜尔胶又被称为瓜兰(guaran)，是从瓜尔豆中提取的半乳甘露聚糖多糖。
[0071]
任选地，基于颗粒状碳质材料的总干重，粘合剂的存在量为0.1重量％至2重量％。
[0072]
任选地，基于颗粒状碳质材料的总干重，粘合剂的存在量为0.2重量％至0.7重量％。
[0073]
许多交联剂可用于交联多糖或pvoh粘合剂。这些交联剂包括能够与两条分开的聚合物链共-配位(co-ordinate)的双官能试剂。
[0074]
任选地，双官能试剂是双醛、双酸、碳酸盐或硼酸盐，包含一种或多种包含钛、钠、氨、锆、钾或钙的组中的离子。
[0075]
任选地，交联剂是碳酸锆。
[0076]
任选地，交联剂是硼酸钠。
[0077]
交联剂通常在加工过程中以水溶液的形式加入，以允许充分混合，因为加入的量相对于整个混合物非常小。
[0078]
在一个实施方式中，交联剂和粘合剂与可造粒配制物中颗粒状碳质材料的干重(即，减去颗粒状碳质材料的任何水分含量)的重量比在1g:1kg的范围内，例如在包括每1kg颗粒状碳质材料干重1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g、5.5g、6g、7g、8g、9g或10g的范围内。
[0079]
颗粒状碳质材料的干重可以通过下述方法来容易地计算：以本领域已知的方式测量颗粒状碳质材料的进料的水分含量，并减去测量的水含量的计算重量。
[0080]
在一个实施方式中，基于可造粒配制物的干重(即，减去颗粒状碳质材料的任何水分含量)，粘合剂在可造粒配制物材料中的存在量为0.1重量％至2重量％，例如在0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％或0.5重量％至0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％或1.5重量％的范围内。
[0081]
在另一个实施方式中，基于可造粒配制物的干重(即，减去颗粒状碳质材料的任何水分含量)，交联剂在可造粒配制物材料中的存在量为0.00001-0.001％w/w。
[0082]
任选地，可造粒配制物还包括选自如下的组的一种或多种其它成分，所述组包括有机粘合剂、硅酸盐和防水添加剂。
[0083]
本发明不受颗粒状材料中高灰分含量或硫含量的影响。
[0084]
此外，可用于本发明的粘合剂和交联剂不包括任何硫或氮杂原子，因此不以任何方式增加颗粒状碳质材料的硫或氮含量，使得本发明不会在燃烧形成的粒料时增加任何进
一步的硫或氮基气体的排放。也就是说，本发明的可造粒配制物提供了“中性”效果，允许在现有发电站或工业场所或使用例如煤或碳基源材料的其他炉子中直接使用由本发明配制物形成的粒料。
[0085]
这尤其适用于本发明的可造粒配制物形成用作冶金煤或“metcoal”(工业上用于生产优质焦炭的煤等级)的粒料的情况。焦炭是一次炼钢高炉过程中必不可少的燃料和反应物，部分用于为炼焦过程提供燃料，但同样重要的是作为从基础铁矿石中除去氧气(作为二氧化碳)的主要还原剂。本发明的可造粒配制物允许所形成的粒料直接用作metcoal，因为该配制物在添加任何可能以其它方式引入有害化合物的附加组分方面是中性的。一些已知的粒料配制物具有包含一个或多个硫或氮原子或硫或氮基化合物的组分。本发明避免了任何这样的组分或化合物，因此允许由可造粒配制物形成的粒料可以以本领域已知的方式直接与其它metcoal一起使用。
[0086]
在本发明的一个实施方式中，提供了一种可造粒的配制物，该配制物由或基本上由为煤尘或煤粉的颗粒状碳质材料、为瓜尔胶的多糖粘合剂和为碳酸锆或硼酸钠的交联剂组成。
[0087]
根据本发明的另一个实施方式，本发明的可造粒配制物包括在燃烧形成的粒料时能够减少硫基气体或氮基气体或这两种气体排放的成分。这些气体包括二氧化硫和一种或多种“nox”气体，例如no2或no3。
[0088]
例如，向可造粒配制物中添加碳酸盐如碳酸钙，允许碳酸盐成为如此形成的粒料的一部分，并因此与在如此形成的粒料燃烧期间形成的任何二氧化硫反应，以形成硫酸钙，从而避免二氧化硫排放到大气中。这种二氧化硫不是由本发明的可造粒配制物产生的，而是由颗粒状碳质材料，或者由与通过本发明形成的粒料一起燃烧的其它材料中的一种或多种硫化合物形成的。
[0089]
以这种方式，本发明还提供了一种在燃烧包含一个或多个s或n杂原子或两者的燃料材料时减少硫基气体或氮基气体或这两种气体的排放的方法，该方法包括以下步骤：向由本文所限定的可造粒配制物形成的材料粒料中添加能够在使用中与材料中的s或n杂原子，或与硫基气体、或与氮基气体、或与这两种气体反应以形成固体残余材料的成分。
[0090]
任选地，添加的成分是碳酸盐，例如碳酸钙。
[0091]
任选地，燃料材料是煤显微组分燃料，包括煤。
[0092]
任选地，本发明的可造粒配制物允许在环境温度或接近环境温度下进行形成粒料的方法。环境温度是本领域已知的术语，包括接近环境的温度。环境温度可以从-10℃到40℃变化，这取决于工艺的位置和当地条件。
[0093]
本发明还提供了一种在环境温度下由本文所限定的可造粒配制物生产燃料粒料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0094]
混合可造粒配制物；
[0095]
将如此形成的混合物成型以提供燃料粒料。
[0096]
任选地，所述方法能够由颗粒状碳质材料形成刚性燃料粒料。
[0097]
任选地，所述方法中的颗粒状碳质材料是煤尘或煤粉。
[0098]
任选地，混合颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇粘合剂、和交联剂以形成可造粒配制物包括预共混、穆勒混合(muller mixing)或两者。
[0099]
预共混各组分，任选在专用预共混器中进行，以实现各组分的精确配量。
[0100]
任选地，混合颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇粘合剂和交联剂以形成可造粒配制物会形成浆料。任选地，与研磨后的颗粒状碳质材料相比，浆料具有增加的密度，特别是如果与颗粒状起始材料(例如煤粉)相比添加水的话。任选地，如此形成的浆料的密度大于0.5g/ml。任选地，浆料形成糊状物。
[0101]
任选地，然后进一步混合共混的颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇粘合剂和交联剂。这种进一步混合包括主动加工或混合，例如捏合、捣碎、击打、扭转或其他类型的主动共混，通常涉及臂或桨或轮等，以获得更一致的材料。
[0102]
任选地，进一步混合在单独的混合器如穆勒混合机(muller mixer)中进行。
[0103]
任选地，进一步混合增加如此形成的材料的密度，例如增加密度至>1g/ml。
[0104]
任选地，成型包括团聚步骤。团聚步骤包括滚筒式团聚或挤压，或两者兼有。挤压包括热挤压、冷挤压、温挤压、微挤压、真空挤压、塑料挤压、摩擦挤压等。
[0105]
滚筒式团聚包括使用一个或多个鼓，所述鼓任选地是水平的或与水平相比稍微倾斜的，如此形成的混合物通过所述鼓，并且通过一个或多个鼓的旋转在材料沿着鼓长度通过期间引起混合物的团聚。
[0106]
任选地，滚筒式团聚包括使用从输入端到输出端沿其长度具有可变尺寸的鼓。这可以包括使用一个或多个插入物或肋状物，通常是纵向插入物和肋状物。任选地，任何插入物或肋状物中的一个或多个可以从鼓的内圆周向内延伸。这种插入物或肋状物的高度可以变化，以允许从鼓的内圆周调整它们的延伸或深度。任选地，鼓还包括围绕其内圆周的内造粒衬里，并且任何插入物或肋状物中的一个或多个可用于引起内造粒衬里内圆周的变化。
[0107]
任选地，本发明方法中的成型进一步包括混合后的分级步骤，以将现在完全混合的颗粒状碳质材料、多糖或聚乙烯醇粘合剂和交联剂组分分级。
[0108]
分级包括从混合确定如此形成的材料的混合后或流出，以成为更规则的流，并且任选地成为更规则成形的流。
[0109]
任选地，分级包括通过流量调节装置，例如门、模具或筛或其组合，确定如此形成的材料的至少一个尺寸。
[0110]
任选地，分级包括在材料进入造粒阶段之前将如此形成的材料成型为规则形状或多种形状。
[0111]
可以使用合适的分级装置、设备或手段(包括合适的料斗、挤出机、筛、振动器和模具)来确定分级。
[0112]
任选地，分级还包括传送机，以将如此形成的材料的流出物传送到造粒阶段。
[0113]
在本发明的一个实施方式中，分级包括使用门控料斗。
[0114]
门控料斗通常包括一侧具有门的料斗，该门通常位于料斗底部或其附近，能够提供一定尺寸的孔。孔的一个或多个尺寸可以通过门从关闭位置移动到一个或多个打开位置来改变。门运动的变化允许用户改变孔的尺寸，从而改变流过其中的材料的尺寸；通常改变材料的高度或深度。门控料斗允许在混合组分的一个或多个混合器下收集混合后材料，并基于确定的高度或深度向传送机例如延伸到门之外的传送机提供规则的材料流。任选地，为了提供本发明的燃料粒料，传送机将分级材料直接进料到如此形成的混合物的下一成型步骤或成型阶段。
[0115]
任选地，任何传送机可以包括一个或多个规则的分隔器、臂或刀，以将被传送的材料分成规则或不规则的确定长度。
[0116]
在本发明的另一个实施方式中，分级包括使用挤出料斗。
[0117]
挤出料斗通常包括用于接收来自混合的混合后材料的料斗入口，以及位于料斗下部或其附近的挤出机，该挤出机在一侧具有一个或多个模具或筛，以及互补且相对的挤出面或板。挤出板可由致动器(通常为液压油缸和活塞装置)操作和控制，以推动收集在料斗中的材料通过一个或多个模具等，以为成型步骤或阶段提供分级材料。
[0118]
挤出料斗的出口可以与合适的传送机相符，该传送机能够将挤出料斗的流出物传送到造粒阶段。
[0119]
任选地，分级材料是完全或基本规则的。任选地，成型材料包括一种以上的尺寸，以便提供一种以上的用于成型的材料尺寸，并且预期提供一种以上的形成的燃料粒料的尺寸。本领域技术人员知道，门或模具可以形成为具有规则或不同形状的孔，以提供相同或各种形状的穿过其中的材料，并且材料穿过模具的出口通常导致材料沿着挤出材料的长度断裂，以形成材料的破裂部分。
[0120]
所形成的粒料的尺寸和形状可以基于成型的工艺条件来调节，所述工艺条件例如包括以下的组中的一个或多个：造粒机-鼓尺寸、造粒机的倾斜度、旋转速度、水分含量、冲击力、冲击高度和停留时间。
[0121]
任选地，本发明中的成型包括粒料形成后筛选步骤。
[0122]
任选地，筛选步骤使用具有预定最大粒料尺寸筛、预定最小粒料尺寸筛或两者兼有的多筛料斗。多筛料斗的一个例子是格筛料斗，任选地是振动格筛料斗。
[0123]
造粒后可以筛选造粒材料，以产生期望的、通常较窄的尺寸分布。筛选可以通过任何合适的筛选单元、设备或装置提供，以提供任选地在以下范围内的尺寸分布，所述范围包括2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或更高的较低直径，以及25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、37mm、40mm或更高的较高直径。
[0124]
一个合适的粒料范围是6-32mm。这一范围与已知的加煤机用煤一致。加煤机用煤通常以一系列众所周知的尺寸形成，称为“1/4”(四分之一英寸)、“1/2”(半英寸)、“3/4”(四分之三英寸)、“1”(1英寸)和“1,1/4”(一又四分之一英寸)。本发明能够形成与这些尺寸相匹配的加煤机用粒料，因此有助于它们在常规炉中与加煤机用煤一起使用，即混合使用。
[0125]
任选地，本发明的方法包括回收至少一部分形成的燃料粒料。
[0126]
任选地，在成型包括粒料形成后筛选步骤的情况下，本发明的方法还包括再循环通过筛选步骤筛选出的所形成燃料粒料的一部分。
[0127]
再循环可以通过减少不符合操作者要求的任何粒料的量来提高本发明方法的效率。回收的材料可以在任何合适的阶段被添加回成型中，例如被重新加工或重新捏合，或者被添加回重新调整大小，或者被直接添加回造粒，例如滚筒式团聚机的鼓的输入端。
[0128]
如同任何方法一样，技术人员可知，对本文所述方法的任何阶段或步骤的一个或多个工艺条件或参数的调整，允许用户控制和改善成型阶段的输出，从而最大化所形成粒料的尺寸或形状，和/或最小化不匹配所需尺寸或形状的筛选材料。如同任何方法一样，期望优化工艺条件、操作条件和参数等，并且技术人员可以通过所形成粒料的性质和/或回收的材料的量直接看到任何这种变化的结果。
[0129]
任选地，该方法还包括在遮盖下储存所形成的燃料粒料持续1-7天。这有助于粒料的冷固化和硬化。
[0130]
初始粒料可具有约20磅力(例如高于80n至89n或90n或更高)的生坯强度。
[0131]
任选地，储存至少最初是在遮盖下进行的，即在保护屏或屋顶或天花板下进行的，以防止直接的大气条件，例如雨水落在粒料上。在任何初始固化之后，任选将形成的粒料静置一段时间，可以是若干天，例如1-7天或3-7天，以提供或允许固化完成。像其他固化产品一样，粒料随着时间的推移继续固化以获得强度，例如另外的天数或周数。
[0132]
任选地，该方法至少包括以下步骤：
[0133]
水性碾磨进料以提供粒度<1mm的颗粒状碳质材料；
[0134]
调节如此形成的材料，以使含水量在20-30重量％的范围内；
[0135]
在预共混器中将如此形成的材料与粘合剂和交联剂混合以形成粒料配制物；
[0136]
在穆勒混合机中捏合所述粒料材料以形成混合材料；
[0137]
将所述混合材料分级；
[0138]
将如此形成的材料造粒以形成粒料；
[0139]
筛选所述粒料；和
[0140]
在遮盖下储存所述粒料持续1-7天。
[0141]
所形成的粒化材料的尺寸可以基于成型的工艺条件来调节，所述工艺条件例如为包括以下的组中的一个或多个：分级条件和参数、造粒机-鼓的尺寸和内部构造、造粒机的倾斜度、旋转速度、水分含量、冲击力、冲击高度和停留时间以及成形后筛的尺寸。
[0142]
本发明还提供了一种燃料粒料，该燃料粒料是通过本文所限定的方法制备的，优选在环境温度下，并且任选地由煤尘或煤粉形成。
[0143]
本发明的燃料粒料产品是易于储存的材料。其由于可变的直径分布也易于运输。这提高了堆积浓度，也减少了粒料的磨损和随之而来的破损。
[0144]
更优选地，粒料一旦形成就具有足够的硬度，以允许处理、堆叠和/或运输而没有任何显著的破损。
[0145]
本申请的一个特别的优点是通过成型来形成粒料，而不是形成煤砖。本发明的一个特别的优点是可以形成这样的粒料，其具有比本领域先前建议的尺寸更小的尺寸，即具有更大的相对表面积，使得它们比煤砖更容易燃烧且传热更快。
[0146]
任选地，粒料是任何合适的形状或设计，包括球形但不限于此，以及各种尺寸。
[0147]
这种粒料可以形成为与“加煤机”用煤的尺寸相同或相似，以便它们直接用于与所用常规加煤机用煤相同的场所。
[0148]
本发明还扩展到本文所述的可造粒配制物用于通过本文所述的方法形成燃料粒料的用途。
[0149]
在本发明的另一个实施方式中，本发明的方法通过模块化装置和/或移动装置执行，所述模块化装置和/或移动装置能够被重新定位到新的位置，以用于不同来源的颗粒状碳质材料。
[0150]
任选地，可用于本发明的多个、任选地所有处理设备、单元或装置是模块化的和/或可移动的，以允许用户重新定位这些设备、单元或装置。例如，可用于本发明的处理设备、单元或装置安装在公路拖车上或可由公路拖车移动，或者在公路集装箱中。
[0151]
现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施方式。
[0152]
图1示出了由本文所限定的可造粒配制物在环境温度下生产粒料的方法的示意流程图。
[0153]
图1从提供进料开始，进料是未粉碎的煤粉。适用于本发明的进料是如本文所述的“原煤粉”，其可以由一个或多个煤粉储料堆提供，这些煤粉储料堆通常处于产煤场所或储煤场所。
[0154]
优选地，进料被预筛选以获得更规则的尺寸，优选地，例如在5-8mm直径的范围内，但本发明不限于此。
[0155]
进料可以具有任何合适的水分含量，并且水分含量(以重量计)大于5％，例如在10-20％或更高的范围内是本领域已知的。本发明不受进料的水分含量的限制。
[0156]
在本发明方法的实施方式的第一阶段，进料可以经受碾磨。碾磨可以通过任何合适的研磨机或研磨装置提供，例如磨机或球粉碎机。
[0157]
根据碾磨类型和其他工艺参数，可以调节进料的水含量。典型地，使用合适的传感器监控进料的水分含量，并且调节来自可调阀或龙头的水进料以提供期望的研磨水分含量。
[0158]
碾磨的进料可以作为连续工艺或分批工艺进行，并且优选基于具有至少20重量％、任选至少30重量％或40重量％的水分含量。水分含量可以使用任何合适的装置或传感器例如近红外(nir)传感器来测量，并且可以添加合适的额外的水来保持预定的水分含量水平。较高的水分含量不仅有助于研磨过程，而且有助于防止碳质材料在粉碎时着火。
[0159]
可以以本领域已知的方式基于碾磨机或研磨机的速度、任何倾斜度以及任何粉碎材料例如滚珠轴承的量和/或尺寸中的一个或多个来调节进料的碾磨。
[0160]
碾磨会获得粒度<1mm的颗粒状碳质材料，其可以通过合适的装置容易地测量，例如通过筛分分析或动态图像分析(dia)，以确定其实现。
[0161]
任选地，颗粒状碳质材料被传送到合适的场所或槽，例如浆料沉降槽，以允许颗粒状碳质材料的某种程度沉降，然后颗粒状碳质材料可以从合适的下部或底部场所被提取，以经受脱水过程。
[0162]
脱水阶段旨在将水分含量降低到较低水平，例如在20-30％的范围内，例如23-27％(均以重量计)。脱水可以通过任何合适的装置、手段或机构来提供，可以是主动的或被动的或它们的组合，包括一个或多个膜、筛网或干燥器或水力旋流器等。
[0163]
如此形成的干燥材料然后进入混合阶段，用于与粘合剂和交联剂结组合。混合可以在单个步骤中进行，或者在多个步骤或阶段的组合中进行。
[0164]
任选地，首先共混颗粒状碳质材料粘合剂和交联剂以形成粒料配制物或可造粒配制物。预混合可以在受控条件下进行，基于来自粘合剂和交联剂供应源的调节配量流和预重量分批控制。通过在受控环境中使用本领域已知的预共混器，以及对每种组分的配量进行处理控制，可以实现精确的配量。
[0165]
此外，通常更有效的组分混合然后可以作为第二阶段提供。这种混合可以包括捏合、打碎、击打、扭转或其他类型的主动共混，通常涉及臂或桨或轮等，以获得更一致的材料。
[0166]
进一步的混合可以通过合适的混合器或混合机械来提供。在一个实施方式中，进
一步的混合通过穆勒混合机提供。穆勒混合机在本领域中是已知的，通常包括内轮，内轮往往以相对或双结构布置，在盘、框架或碗状物内移动。混合轮与地板水平的高度是可调节的，其包括弹簧锁或摇臂以帮助分散材料。马达速度可以在5-65rpm的范围内，并且混合器还可以包括刮刀，任选地在盘内处于不同水平或高度，以确保在混合结束时移除混合材料。
[0167]
任选地，通过合适的注射器，例如高压或气动注射器，将预混合的可造粒材料提供到穆勒混合中，旨在经预定的时间周期将强制或高压冲击波(blast)直接提供到混合盘中，从而避免混合物的摇臂移动轮子，并使混合物的共混最大化以形成均匀的最终材料。任选地，穆勒混合包括使用一个或多个运动传感器来精确确定粘合剂和交联剂在预共混器和/或穆勒混合盘中的放置。
[0168]
任选地，穆勒混合还将最终材料的密度增加到>1g/ml。
[0169]
一旦实现了穆勒混合，这可以通过合适的装置或传感器来确定，如此形成的材料经历成型。任选地，第一成型是分级。
[0170]
在一个实施方式中，来自穆勒混合的如此形成的材料被传送到料斗中，料斗具有可调节的材料穿过其中的出口门。门的位置决定了造粒前材料的尺寸。一个合适的门是钟形铸造溜槽闸门。
[0171]
任选地，分级阶段的出口包括传送机构，例如传送带，沿着该传送机构可以提供分级材料，以将分级材料向合适的造粒机供给。
[0172]
分级材料可以是原木的形式，即圆柱形，其形状可以在成型阶段发展成例如更接近球形。
[0173]
成型的下一部分可以是造粒阶段，能够通过合适的一个或多个转鼓提供，其中来自分级阶段的分级材料落下。任选地，一个或多个转鼓的内表面包括一个或多个肋状物。当鼓从底部位置旋转并向上移动时，肋状物帮助将材料保持在鼓的内表面上。任选地，肋状物从一个或多个鼓的内表面的总体内径的延伸或高度是可调节的，以便改变一个或多个鼓的内表面以及肋状物的动作。
[0174]
任选地，一个或多个鼓的速度是可调节的，例如在5-60rpm的范围内，并且在倾斜度或节距方面是可调节的，例如沿着其水平轴+/-2.50。
[0175]
转鼓具有低资本和低运行成本，特别是与煤砖制造厂相比。它们甚至可以以可移动的形式提供，使得本发明的方法可以在期望或必要的地方提供，例如可被移动和定位到颗粒状材料当前存储或“倾倒”的地方，而不需要将材料运输到固定的加工地点的显著移动(因此带来成本)。
[0176]
转鼓中的滚筒式作用用于使颗粒团聚并使混合物结合成粒料，通常粒料具有可变的尺寸分布。不需要机械压缩力(伴随着低生产率和高成本)，并且本发明的方法可以在环境温度或接近环境温度下进行。
[0177]
优选地，该方法提供具有硬化的外部、表层、外壳(casing)或壳(shell)的粒料。更优选地，粒料的内部是干燥的，并且全部或大体上呈内部尘状、颗粒和/或粉末形式。实现这一点的一种方式是允许所形成的粒料在环境温度下并在遮盖下干燥1-7天，之后粒料具有足够的生坯强度，以允许它们进一步堆叠和/或储存，特别是成为更大的堆，并且不需要遮盖，这是及时的“生产就绪(production ready)”粒料。
[0178]
任选地，在经历固化和/或精制步骤之前，通过本发明形成的团聚颗粒被静置或更
温和地滚动一小段时间，通常几分钟。该固化和/或精制步骤可以通过进一步的滚动式动作来提供，例如在同一个或另一个转鼓中。
[0179]
在初始固化之后，优选允许形成的粒料静置一段时间，可以是若干天，例如3-7天，以提供或允许任何最终固化。像其他固化产品一样，粒料继续固化以随着时间(例如另外的天数或周数)的推移获得强度。
[0180]
图2示出了根据本发明第二实施方式的形成燃料粒料的整个过程的侧视图。图2示出了，从左侧开始，工业装载机或装载铲10，该装载机或装载铲10能够为装载或计重进料斗12装载本文所讨论的合适的进料。装载料斗12向第一分批进料传送机14提供调节的或常规的进料，第一分批进料传送机14能够向球磨碎机16提供进料。
[0181]
球磨碎机16的输出落入合适的储槽或沉降槽18中，材料可通过泵19从储槽或沉降槽泵入一个或多个增稠筛20中。通过增稠筛20的材料可以由合适的第二或脱水传送机21收集，保持在合适的缓冲存储器或料斗22中，然后在准备好时落到混合器进料倾斜螺旋钻24上，该螺旋钻24的出口在合适的结构平台28中和其上的穆勒混合机26和预共混器27上方。
[0182]
预共混器27提供共混和配量控制，并且可以包括微配料计量器，该微配料计量器能够在材料向下进入穆勒混合机26时向材料中提供均匀的粘合剂和交联剂流。这有助于防止粘合剂与湿材料接触时结块。微配料计量器也可以帮助实现更快的均匀混合。
[0183]
预共混器27在受控条件下提供颗粒状碳质材料、粘合剂和交联剂的初始混合，然后以连续或分批方法在下部穆勒混合机26中更主动地混合各组分。穆勒混合机26具有出口，该出口能够将材料向下传送到分级器30(该分级器30将在下文中更详细地讨论)，并且沿着造粒机进料传送机32并进入基于转鼓的造粒机单元34，从该造粒机单元34的出口向倾斜堆叠径向传送机36的下端提供材料。倾斜堆叠径向传送机36的出口端提供粒化煤粉球或成形燃料粒料的堆40，该堆任选地形成在能够向堆40内部提供空气气流的空隙固化空气室42上，并且具有固化遮盖44以提供至少1-7天，典型地3-7天的基本遮蔽。
[0184]
该产品优选允许非常高百分比的燃烧(可以是100％燃烧)，以便在灰分中留下很少或不留下可燃燃料。
[0185]
特别地，本发明的方法可以不涉及粒料的强制干燥，因为多糖或pvoh和交联剂的作用在环境温度下最大化。
[0186]
能够通过本发明形成的燃料粒料包括加煤机用粒料，加煤机用粒料能够完全或大体上形成与加煤机用煤相同的形状。加煤机用煤通常以一系列众所周知的尺寸形成，称为
‘
1/4
”’
(四分之一英寸)、
‘
1/2
”’
(半英寸)、
‘
3/4
”’
(四分之三英寸)、
‘1”’
(1英寸)和
‘
1,1/4
”’
(一又四分之一英寸)。本发明能够形成与这些尺寸相匹配的加煤机用粒料，因此有助于在常规炉中使用加煤机用煤。图3示出了通过本发明形成的一系列燃料粒料40a的范围的示意图，燃料粒料40a是直径通常在1/4英寸(通常6mm)到1.1/4英寸(通常32mm)之间的范围内的加煤机用粒料。
[0187]
这种大于最大期望尺寸或小于最小期望尺寸的材料可以沿着合适的循环传送机回收。再循环材料可以被进料到上述一个或多个步骤或阶段中，包括但不限于直接进料到造粒鼓34和/或分级器30中。
[0188]
本发明的方法可以形成具有任何合适尺寸或直径的粒料。小于某一尺寸或大于某一尺寸的任何材料都可以在该过程中返回进行再循环，以便获得更均匀的粒料尺寸。这种
预定的下限和上限可以由本领域技术人员基于任选参数来确定。
[0189]
在本发明的另一个实施方式中，本发明的方法通过模块化装置和/或移动装置执行，所述模块化装置和/或移动装置能够被重新定位到新的场所，用于不同来源的颗粒状碳质材料。
[0190]
任选地，可用于本发明的多个、任选地所有处理设备、单元或装置是模块化的和/或可移动的，以允许用户重新定位这些设备、单元或装置。
[0191]
例如，至少装载或计重进料斗12、第一分批进料传送机14、球磨碎机16、增稠筛20、第二传送机21、缓冲存储器或料斗22、倾斜螺旋钻24、结构平台28、造粒机进料传送机32和造粒机单元34都是模块化的，并且任选地是可移动的，通过使用本领域已知的一个或多个合适的运输装置(例如拖车、轮式底盘或转向架等)来实现。
[0192]
例如，图2示出了在一端具有轮式托架的造粒单元34，使得造粒单元34可以通过使用合适的单元，例如本领域已知的拖拉机单元，通过简单的牵引移动到单独的场所。
[0193]
许多传送机也旨在易于重新定位，图2还示出了基于两轮托架或底盘的径向堆叠传送机36，当需要在另一个场所时，其也能够通过合适的牵引单元容易地重新定位。
[0194]
因此，根据本发明的另一个实施方式，提供了用于执行本文所限定的方法的装置，该装置是模块化的和可移动的。所述装置通常包括图2所示的特征。技术人员可以看到，使用一个或多个合适的道路传送机，例如拖拉机单元，允许图2所示的装置可重新定位到任何特定场所。
[0195]
以这种方式，本发明可用于在特定场所对颗粒状碳质材料的原料进行造粒，然后重新定位到颗粒状碳质材料的下一个预期来源。
[0196]
本方法的另一个应用是降低发电站和热力站中粉煤燃料的进料水分，其中煤粉或煤尾渣被造粒，并在被粉碎和在炉中燃烧之前被完全固化和干燥。在目前的煤粉堆中发现的一般水分含量通常在12-35％之间，这使得它们很难使用或与其他进料共混。
[0197]
本发明提供了一种简单但有效的方法，该方法使用废弃的碳基材料，并形成易于运输且有效燃烧的可用燃料产品。转鼓造粒机制造成本相对较低，并且能够达到很高的吨位生产量。可以生产定制产品，并且本发明提高了煤升级厂中除灰和脱硫的经济性。
[0198]
在对高效煤加工厂投资很少的国家中，低技术应用也可以容易地利用本发明，因此允许制造和操作高效、环境友好和成本有效的加工厂。在这些地方，任何不能立即使用的材料目前都被当作废物处理，简单地堆积成越来越大的堆，增加了环境危害。
[0199]
本发明的产品在许多情况下可以直接用作燃料，例如在国内，例如在工业上，例如在发电厂等。
[0200]
产品由目前的“废物”材料制成，从而提高了目前固体燃料提取和生产的效率。
[0201]
与现有技术相比，本发明提供了显著的益处，包括：
[0202]
·
<3mm的煤/褐煤细粉可以干燥造粒或直接从过滤工厂造粒。
[0203]
·
吨位生产量可以从每条造粒生产线每小时5吨(社区规模)到每小时300或500吨。
[0204]
·
在造粒过程中可以使用高水平的自动化，以实现精确的控制和试剂使用。
[0205]
·
粒料只在化学“固化”时风干。
[0206]
·
粒料在固化时可通过散装输送设备处理。
[0207]
·
根据煤的特性和工艺参数，如果需要，粒料尺寸可以从5mm到150mm定制。
[0208]
·
由于良好的燃烧特性，高灰分煤粉将高效点燃和燃烧。
[0209]
·
持久燃烧，高百分比碳燃烧。
[0210]
·
<20mm的煤可以被粉碎，并与细粉一起造粒成高价值粒料。
[0211]
·
受污染的煤或废物，如锯屑、稻壳、污水、动物粪便、石油焦或废油，可以包含在粒料中。
[0212]
·
残余灰分具有可忽略的未燃烧的燃料(如煤)残渣，非常适合其他工业用途。
[0213]
·
残余灰分也可以用类似的粘合剂试剂造粒，用于混凝土原料、骨料共混和高孔隙率填埋。
[0214]
·
褐煤可以用相同的技术处理，或者可以与其他燃料源共混，以产生具有预先设计的特性(如无烟燃烧)的混杂粒料燃料。