專利名稱：燃料產(chǎn)品和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料產(chǎn)品及其制造方法。
背景技術：
在許多固體基的燃料的開采工藝中一直存在的問題是處理廢棄的“細粉”材料。大約10％的開采煤最后成為微細(通常約小于3mm)或超細(通常約小于0.1mm)的煤塵。這種粉煤通常不適于最終的加工，即使其尺寸沒有問題，但保留大量的水(10％～30％)使得其運輸和燃燒變得“頑固”、困難且低效。
解決方案之一是形成型煤(煤磚)。型煤可以通過在極高的壓力下壓縮細粒來形成，以便物理地形成二次燃料材料。然而，壓塊設備(成型設備)的高投資和運作成本已經(jīng)妨礙了它們在除一些高消費國家以外的國家使用。在許多地方，通常僅將煤粉“傾倒”在煤礦附近。
另一個解決方案是利用各種方法，包括造粒和擠出，使含碳細粉成團。為此，已經(jīng)提出了各種粘結劑(粘合劑)材料。在US 4219519中，粘結劑的主要材料是石灰或相關的鈣化合物。US 3377146列出了各種有機粘結劑，而US 4357145提出塔羅油瀝青。US 4025596描述了一種利用膠乳可選地與膨潤土或淀粉一起將最終分開的礦物固體的造球的方法。
然而，所有這些方法均包括在這些球粒形成后需要對其進行一些處理，通常在高溫下烘干以便提供最終形式的球粒。因此，所有這些方法都需要某種形式的熱處理，通常結合使用一種或多種有機粘結劑。更重要地，所有這些方法都存在20多年以上，并且已知沒有一種方法被實際使用，或是成功使用。
另一個問題是水分的重量。在煤中的高水分含量使得輸送和燃燒效率低。包括世界煤儲藏量中的較大并有價值的一部分的次煙煤在煤結構中包含“化學結合的”水分(多達20％～30％的水分)。這種“水分”嚴重地限制了次煙煤的應用和價值。例如，對于每運輸三貨車荷載的煤，就得運輸1貨車荷載的水。水分還消耗(奪取)來自燃燒煤時的火焰的能量(使水變成水蒸汽)。試圖通過加熱將水分逐出，但已被證實是不成功的，因為當煤在干燥時破裂，而且還變得易于自燃。結果，很少有次煙煤在國際間交易。
另一個使用壓塊工藝的工業(yè)是泥煤工業(yè)。為了形成適合的可碾碎的材料，泥煤必須有效地干燥(通常兩次或三次)以及切碎并碾碎，其增加了形成型煤的總成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是通過降低操作成本和資金要求而提供一種更高效率的燃料產(chǎn)品和生產(chǎn)方法。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用顆粒碳基材料和粘結劑生產(chǎn)堅硬燃料球粒的方法，包括以下步驟將材料和粘結劑混合，并且通過滾轉使這樣形成的混合物成團，以便形成堅硬的球粒；
其中粘結劑是硅酸鹽基的(silicate-based)并包括一種或多種表面活性劑，并且該方法是在環(huán)境溫度下完成的。
使用包含一種或多種表面活性劑的硅酸鹽基粘結劑使得本發(fā)明的方法能在環(huán)境溫度下生產(chǎn)堅硬的燃料球粒。在環(huán)境溫度下形成堅硬的燃料球粒通過任何現(xiàn)有技術的方法都沒能實現(xiàn)。
燃料球粒是“堅硬的”，意思就是它們是可處理的，并能夠立即地貯藏、堆積和/或運輸，而不需要任何單獨的主動固化步驟。也就是說，球粒固化無需任何輔助或進一步的處理，尤其是不需要加熱和/或加壓處理。現(xiàn)有技術的方法需要通過滾轉成團來形成燃料球粒以便在這些燃料球粒變硬和可搬運之前有效地用熱量和/或(強迫通風)壓力來固化。因此，本發(fā)明的燃料球?？梢栽谛纬珊罅⒓窗b和/或運輸。
滾轉作用，例如在轉鼓內，用來使顆粒成團并使混合物粘結成通常具有可變粒度分布的球粒。不需要機械壓力(其伴隨低生產(chǎn)率和高成本)，并且本發(fā)明的方法可以在環(huán)境溫度下完成。因為在環(huán)境溫度下能夠完成該方法，不需要用于任何主動的第二階段處理的附加設備、或提供高溫。這自然地免除了對用以產(chǎn)生高溫的能源(例如，待燃燒的燃料)的需要，其作用通常在于生產(chǎn)過程顯著的經(jīng)濟需求。
本發(fā)明的粘結劑使得本發(fā)明的燃料球粒在“冷結合”過程中形成并固化。也就是說，球?？梢栽诓恍枰魏瓮獠繜彷斎氲那闆r下形成并固化。
此外，本發(fā)明由于可以是“單級(single stage，一步)”方法而尤其有利的，避免了對所涉及組分的任何預混合或處理的需求，并且避免了對任何形成后的處理(post-forming treatment)的需求。從投資和經(jīng)濟上來看，單級方法降低需要建立適合提供本發(fā)明方法的工廠的需求，并且通過采用在環(huán)境溫度下運行的單級方法降低了操作成本。
與現(xiàn)有技術方法中通常使用有機材料作為粘結劑相反，本發(fā)明使用無機粘結劑也是有利的。無機粘結劑的使用降低了工藝的復雜性，并再次降低了對粘結劑材料的任何預處理或混合的需要。無機硅酸鹽基粘結劑的使用具有兩個進一步的優(yōu)點。首先，與有機材料如淀粉相比(其燃燒，從而影響所形成的材料的燃燒品質和含熱量值)，這種粘結劑并不影響含碳材料的燃燒品質(因為它們并不燃燒)。這種粘結劑還消除了所有環(huán)境問題(因為它們并不燃燒)，這又與有機粘結劑形成對比。
一旦形成堅硬的燃料球粒，它們固化以便提供燃料球粒的最終形狀。根據(jù)本發(fā)明，這種固化可以在環(huán)境溫度下發(fā)生，并且無需任何主動和/或單獨的固化步驟，尤其是在現(xiàn)有技術中使用的熱處理步驟。堅硬的燃料球粒將在沒有任何外部影響的情況下隨時間而固化。因此，在適合的位置或地點它們能保持穩(wěn)固，例如，一段時間，如1～10天，同時固化在滾轉之后發(fā)生。如同混凝土，固化可以持續(xù)一段時間，例如幾天，但是本發(fā)明提供在滾轉后具有足夠強度的堅硬球粒，所以它們在固化的同時可以立即貯藏、堆積、運輸?shù)取?br> 本文使用的固化的概念除了在球粒形成時至少在球粒表面發(fā)生的化學過程(以便優(yōu)選地形成堅硬的外殼)外，包括形成球粒而需要的任何干燥。這樣，本發(fā)明的目的不在于提供任何單獨的干燥步驟或作用(涉及一種或多種在球粒形成和固化時從球粒內蒸發(fā)的液體材料或物質，例如水)。與形成和固化球粒的作用相比，任何這種球粒形成后的干燥作用都被認為是次要的或不重要的。
優(yōu)選地，該方法提供的球粒具有硬的外部、外皮、外殼或殼體。更優(yōu)選地，球粒的內部是干燥的，并全部地或大體地具有小、優(yōu)選微小的、通氣的或多孔的形狀。也就是說，當球粒形成時，表面活性劑將硅酸鹽粘結劑吸到球粒表面的作用使得在球粒內部產(chǎn)生氣穴和氣泡，其好處在下文論述。
在本發(fā)明的一種具體實施方式
中，水是材料和粘結劑的混合物的一部分，或者通過作為材料的一部分、粘結劑的一部分單獨添加，或者以上之間的任意組合。
本發(fā)明的方法需要或期望的水的用量可取決于顆粒材料和粘結劑的特性。例如，下面列出的是各種類型的開采煤，和這些煤在開采時通常具有的水分含量(m/c)、含熱量(h/c)和碳含量。

煤的含熱量與水分含量直接相關。因此，具有15％水分含量的高等級無煙煤的含熱量基于潮濕的無礦物物質具有26～33mj/kg的含熱量。在等級的另一端，褐煤，最低等級的煤，將具有多達45％的水分含量，基于潮濕的、無礦物物質具有僅為10～20mj/kg的含熱量。
在使用煤的多數(shù)的發(fā)電站中，通常將煤磨成細粉以便噴到燃燒爐中。然而，用于粉碎具有水分含量例如25％的煤的能量是相對較高的。因此，在某些發(fā)電站，目前每年堆放有五十萬公噸“無法使用的煤”的產(chǎn)品，因為其太濕，即，其水分含量太高而不能高效地燃燒。如上所述，新鮮采掘的煙煤具有水分含量可以高達20％，低等級煤的水分含量可以高達30％，褐煤的水分含量可以高達45％。為了在實際煤的任何燃燒之前驅除這種等級的水分(通過將其轉化成水蒸氣)需要用如此大的能量開始，以致這種煤完全不能使用，因為這種煤不是高效的。將這種煤研磨成更加“可燃的”也是低效的，因為富含水分的煤通常會堵塞研磨機。
本發(fā)明特別的優(yōu)點在于可以使用任何類型的“濕的”或“干燥的”顆粒碳基材料，盡管任何濕材料優(yōu)選具有最大水分含量為10％～15％。這種水分含量可以通過具有干燥效果的研磨實現(xiàn)(雖然由此需要的能量比將煤研磨成如上文所描述的可以立即燃燒的粉末形狀需要的能量低很多)。這種材料在本領域通常還認為是“濕的”，尤其是相對于例如壓塊工藝，其要求材料是絕對干的。
在某些情況下，優(yōu)選具有干燥的顆粒材料。在其它情況下，材料可以來自濕的燃料源，例如泥煤和煤礦尾礦(coal tailing dam)，并且任何所需干燥的量的減少(與例如壓塊工藝相比)減少了形成燃料產(chǎn)品需要的總能量輸入。
本發(fā)明的方法可以直接使用富含水分的粉煤和類似產(chǎn)品，因為它可以粘結劑的任何水分含量可以隨著煤中的水分含量在線降低，而不影響工藝。一旦形成了球粒，它們的變硬的外殼全部地或基本地終止或者顯著地降低水分侵入，尤其是當使用防水添加劑時。一旦完全固化，球粒的水分含量至少可以為顆粒起始材料的水分含量的一半，并且可小于5％，因此能充分地干燥以便可以立即且容易地研磨以形成適用于發(fā)電站的燃料產(chǎn)品。
水分的降低還使得被燃燒產(chǎn)品的含熱量值直接增加，因此，增加了其效率和經(jīng)濟價值。與運輸上文描述的“濕的”或水分富集的材料的成本相比，運輸這樣的產(chǎn)品同樣具有這種經(jīng)濟效益。事實上，本發(fā)明提供了一種方法，其中考慮了使用的粘結劑的類型和用量、以及工藝參數(shù)，并且可以提供一種具有期望的或預定的燃燒值的燃燒材料或類似物，其特別適合燃料源的當?shù)亟?jīng)濟條件。不同地區(qū)和國家開采出不同類型和等級的煤，因此它們以不同的方式使用這些煤，以便試圖并使它們的經(jīng)濟價值最大化。本發(fā)明提供了一種方法，該方法對目前認為是從生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄材料尤其有利。
因此，本發(fā)明還使得燃料產(chǎn)品的水分顯著降低，可將低效的燃料產(chǎn)品轉化成高效的燃料產(chǎn)品。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選具體實施方式
中，在將粘結劑與顆粒材料混合之前，將用于該方法的水分的量在粘結劑成分中進行調節(jié)。這種粘結劑與水分調節(jié)的計算取決于顆粒材料的水分含量。
根據(jù)本發(fā)明的另一種具體實施方式
，顆粒材料的最大粒度或等級通常為3mm或更小。煤“粉塵”或“細微?！蓖ǔ？梢詾閬單⒚壮叽?。泥煤是一種燃料材料，其通常在壓塊之前進行干燥/切碎/干燥/粉碎。一些泥煤材料仍需要切碎，以便提供適合于本發(fā)明的顆粒材料，但是其程度比壓塊需要的程度低的多。
更優(yōu)選地，顆粒材料具有粒度或等級范圍，優(yōu)選偏向細或更細的粒度。
適合本發(fā)明的碳基顆粒材料可以是普遍接受濕的或干的，并且可以由任何類型的煤素質燃料提供，包括泥煤和褐煤直到次煙煤、無煙煤細粒，石油焦(炭)細粒等，以及污水廢物、生物廢棄物、動物排泄物和其它碳氫化合物材料，它們都可以作為燃料源。顆粒材料也可以是兩種或多種起始材料或“成份”(如上文所提及的那些材料)的結合，不需要預先混合，以便提供“混合的”燃料球粒。
適合的材料還包括低等級或經(jīng)處理的燃料，以及到目前為止都是“廢物”的產(chǎn)品，其清潔燃燒有助于降低總體污染程度。
本發(fā)明并不受顆粒材料中的高含灰量或硫磺含量的影響。
任何適合的硅酸鹽基粘結劑可以用于本發(fā)明，該粘結劑可以為均質的或異質的材料，例如水泥和類似鈣、鈉或鉀硅酸鹽原料(rawsilicate)。
該方法可以包括將一種或多種另外的成分單獨地或與粘合劑一起地加入至混合物中。這種另外的成分包括石灰、無機粘結劑、水泥、以及防水添加劑。如下文所描述的，凝膠材料可以促進球粒的初始強度(生坯強度)，并可能促進形成球粒較硬的外表面或外殼。
當這樣形成的球粒燃燒時，石灰或水泥有助于阻止硫排放。本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點是使用了與顆粒碳基材料混合的石灰或其它類型的氫氧化鈣(它們都是已知的硫吸收劑)。增加這種硫吸收劑與含硫碳基材料的混合降低了對目前硫吸收裝置如在燃料燃燒過程的后期使用的洗滌塔等的需求。實際上，認為本發(fā)明可以實現(xiàn)硫排放(通常以二氧化硫形式)降低70％～90％，或可能更多。此外，這顯著降低了目前發(fā)電站的需求，從而降低了成本。
在多數(shù)的燃煤發(fā)電站中，煤通常磨成細微粒材料，然后注入到燃料爐中以便提供動力。將硫吸收劑加入到球粒形成工藝中，接著研磨球粒，以便隨后用于燃料燃燒裝置，從而提供了兩個特別的優(yōu)點。首先，如上所述，本發(fā)明的方法提供整體上或大體上“干燥的”球粒的能力減少了在球粒燃燒之前對其進行研磨所需的能量輸入，第二，球粒的研磨增加了硫吸收劑與碳基材料的混合，從而增加了硫吸收效率，由此降低了硫磺的排放。
世界范圍內有越來越多的立法來降低硫排放，尤其是來自燃燒煤的發(fā)電廠的硫排放。本發(fā)明有助于實現(xiàn)這些降低，而不需要附加的或其它的物理和/或化學的硫吸收裝置或處理例如洗滌塔等(其還需要定期再生以便能有效地工作，其是另一種能量高能過程)。
因此，本發(fā)明的方法可以進一步包括將球粒研磨、粉碎或其它細化的步驟，優(yōu)選在燃料燃燒發(fā)電廠是立即可用的形式。
一種或多種其它礦物添加劑例如沸石或蛭石還可以用作另外的成分以幫助將任何金屬污染物結合在球粒的粉塵中，從而防止從粉塵中釋放的任何可溶解的金屬。
待加入的顆粒材料和粘結劑、以及任何其它單獨的試劑或成分可以使用任何已知的方法或裝置來混合，包括簡單混合。由于該方法的下一個部分是滾轉過程，在滾轉之前，試劑或成分的完全均質混合不是必須的，因為如果必要或需要，滾轉過程通?？梢源龠M混合過程。在某些情況下，混合可以至少部分地在滾轉過程中發(fā)生，使得本發(fā)明的不同過程可能不是完全地分開。
在本發(fā)明的一種具體實施方式
中，將粘結劑涂敷到顆粒材料上。涂敷的一種方法是將粘結劑噴到材料上。
在本發(fā)明的另一種具體實施方式
中，在與粘結劑混合之前或期間，顆粒材料是移動的，和/或材料處于分散狀態(tài)。一種尤其適合的形式是例如在運輸傳送器上、在造粒鼓或盤內、以及從料堆卸載出口等的顆粒材料的流幕(falling curtain)。
在本發(fā)明的另一種具體實施方式
中，顆粒材料和粘結劑在相互接觸后可以直接和/或立即進行滾轉。
滾轉作用使顆粒材料和粘結劑混合物的成團以形成通常具有球形或卵形的越來越大尺寸的顆粒。這樣形成的球粒的尺寸可以根據(jù)用于滾轉的工藝條件，如轉速、水分含量、沖擊力和停留時間來調整。球粒在造粒過程中或之后還可以過篩和/或循環(huán)利用以便生產(chǎn)期望的(例如較窄的)粒度分布的球粒。
用于提供滾轉作用的一個適合的裝置是轉鼓。轉鼓在本領域是眾所周知的。它們的輸出量可以取決于鼓的長度、直徑、轉速和安裝的角度，每鼓的輸出量可以是從每小時數(shù)公噸變化到每小時成百上千公噸。
諸如盤、轉鼓和錐鼓的造粒機鼓的通常大小和尺寸在本領域是已知的，如同用于提供所形成的產(chǎn)品變化的工藝變化。參見例如英國專利No 787993。
尤其與壓塊設備相比，轉鼓的投資和操作成本低。它們甚至可以以移動的形式提供，使得本發(fā)明的方法可以設置期望或需要的地方，例如移動并定位至目前存儲或“傾倒的”地方，而不是需要顯著的移動(從而有成本)用于將材料運輸?shù)焦潭ǖ募庸さ攸c。
成團作用可以以一個或多個階段來完成，這些階段可以相連，例如改變同一鼓的滾轉條件，或將材料直接供給另一個造粒機?；蛘?，這種作用可以是分開的。在用于多階段成團的一種布置中，滾轉條件對于每個階段來說是可變的或變化的。該條件可以以連續(xù)的方式或作用、或者離散的方式改變。
當本發(fā)明的方法涉及在轉鼓中滾轉混合物時，對于成團作用可以使用一個或多個轉鼓，優(yōu)選串聯(lián)。
表面活性劑用來將硅酸鹽基粘結劑拉向形成的球粒的表面，因此當它們在形成并開始固化時，球粒將形成，然后繼續(xù)使其具有比其內部更硬的外部部分、外皮、外殼或表面。因此，球粒在朝向核心具有可變的密度，在表面上的密度更大。實際上，與“內部”的低密度相比，“外殼”層或部分通常將具有高的密度。
更優(yōu)選地，球粒具有足夠的硬度，一旦形成，即可進行處理、堆積和/或運輸，而無任何顯著的破損。
球粒的固化可以在成團作用的期間開始或可作為成團作用的一部分。
本發(fā)明的方法可以包括一個或多個分級步驟。也就是說，將這樣形成的球粒的尺寸按期望或需要分級。這可以包括選出被損壞或尺寸過小的那些球粒，其球粒材料可以再循環(huán)返回到本發(fā)明的工藝中。當開采、清潔和運輸煤時，產(chǎn)生大量的粉煤(顆粒小于5mm)。本發(fā)明可以將這種粉煤形成為具有非常低水分的約50mm的塊，而且煤的化學性質沒有任何變化。然后，球粒可以作為正常的塊煤進行處理、運輸和使用。
在任何的初始固化之后，形成的球粒會被擱置一段時間，可以是許多天如3～7天，以便提供(provide)或使得固化結束。如同其它固化產(chǎn)品，球粒在隨著時間的過去例如更多天或更多周，繼續(xù)固化以獲得強度。
在另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于在環(huán)境溫度下由顆粒碳基材料和硅酸鹽基粘結劑(其包含一種或多種表面活性劑)制造堅硬燃料球粒的方法，該方法包括以下步驟將材料和粘結劑混合，以及通過滾轉將這樣形成的混合物成團，以便形成堅硬的燃料球粒。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種在環(huán)境溫度下通過顆粒碳基材料和硅酸鹽基粘結劑(包括一種或多種表面活性劑)的成團可形成的堅硬的燃料球粒產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種通過本文所描述的方法可隨時形成的燃料球粒產(chǎn)品。
本發(fā)明的燃料球粒產(chǎn)品是容易儲藏的材料。由于其可變化的直徑分布，所以還易于運輸。這增加了堆積密度，還降低了磨損和由此引起的球粒的破裂。
本發(fā)明的產(chǎn)品能方便地在許多情況下用作燃料，例如家用的如家用爐、工業(yè)用的如發(fā)電廠等。
該產(chǎn)品由目前為“廢棄物”材料制成，因此增加了當前固體燃料開采和制造的效率。
該產(chǎn)品優(yōu)選具有非常高的燃燒百分比(可能為100％燃燒)，以便在灰燼中幾乎不或完全不留下可燃的燃料。


現(xiàn)在，將僅通過實施例，并參考附圖來描述本發(fā)明的具體實施方式
，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種具體實施方式
在工廠中在材料處理和制造階段范圍的方法的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明團聚成球粒的滾轉作用的正視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明另一具體實施方式
的多個球粒的視圖。
具體實施例方式
粉煤的回收系統(tǒng)是現(xiàn)代煤加工操作的一個共同部分，但是需要有成本效率的高噸位解決方法，用于處理不同選礦工藝產(chǎn)生的濕的煤粉。
壓塊裝置高投資和操作成本阻礙了使它們煤儲藏量最大化的多個操作。壓塊是一種將某些類型的材料在高壓下被壓縮的方法。材料的壓縮導致溫度上升，其使得原材料釋放各種粘性物質。
有低廉的水壓壓塊機，其被設計成每天僅操作幾個小時。較大的機械壓力機用于每小時生產(chǎn)數(shù)百公斤的大規(guī)模裝置，但是每公噸壓塊材料需要大約200kWh的能量輸入(用于干燥和加工)。在煤價格已經(jīng)很低的國家，壓塊工藝的成本是非常昂貴的，以致目前在世界上許多國家中煤粉簡單地傾倒了。
類似地，形成泥煤壓塊的現(xiàn)有方法需要將采掘的泥煤起始干燥到約55％的水分，切碎，進一步干燥至更低的水分含量，接著粉碎，隨后高壓壓塊。每一機械步驟需要大量的能量輸入。
其它廢物材料包括低價出售的石油焦(炭)、裂解油的副產(chǎn)品。
本發(fā)明的方法使得以具有成本效率方法采用所有這些材料，以提供有益的燃料產(chǎn)品。
圖1示出了用于工業(yè)工廠范圍內的本發(fā)明的方法的流程圖。
準備準備用于成團的燃料原料進料。根據(jù)其原始狀態(tài)，可以有利地進行一些研磨、篩分或干燥。原料進料越細小，該方法就越有效。優(yōu)選地，(但不限于)，進料的水分含量至多為10％～15％(按重量計)。
根據(jù)燃料原料進料的水分含量和化學特性，將液體進料調整至適當。這將涉及水分的量與使用的粘結劑和表面活性劑的平衡。
在工藝和裝置的預測試期間，可以確定以上參數(shù)。對于煤粉的成團，可以發(fā)現(xiàn)，對于高效率的成團通常希望在20％～25％之間的液體粘結劑(相對于原料進料的重量)。通常，原料進料越濕，在該階段所需添加的水就越少。
成團燃料進料繼續(xù)運送，并且將任一干燥的試劑加入到進料中。然后其從輸送帶的末端上落下。將液體粘結劑噴到細粉形成的流幕上，其共同落入轉鼓中，通常直徑為1～5m(例如3m)。隨著混合物滾轉同時用粘結劑和水混合物噴射，形成小球粒，其成團并成長，形成如圖2所示的所希望形狀和尺寸的堅硬球粒。
鼓可以與寬松安裝的重型橡膠片(heavy duty rubber sheet)排成直線以便避免材料粘附到鼓的側面。鼓以斜度(例如1％～3％)安裝以促進球粒沿其前進，并控制在鼓內的停留時間。完成的球粒從鼓的相對一端離開，移到另一個輸送帶上。
僅進行可操作的鼓調節(jié)(轉速、水分含量和縱向鼓角度，其直接影響在鼓內的停留時間)就可以改變球粒尺寸。例如在目前的壓塊操作中，不要求進行昂貴的模具變化以改變產(chǎn)品的尺寸。
某些形成和甚至某些固化可能在另一個轉鼓中發(fā)生，該鼓類似造粒鼓但具有比造粒鼓大的直徑。它還可能具有比造粒鼓更大的直徑并且更長。這里，球粒較慢的在鼓中前進，使得對于球粒有足夠的時間初始固化或進行表面處理，因此允許立即處理和堆積。在該鼓中的停留時間取決于燃料的特性，并且它的使用可以在預生產(chǎn)測試中確定。
選擇的表面處理添加劑可以在這一階段加入以增加球粒外皮的表面積，防止粘附，和/或防止液體泄漏到袋內等。
球粒的初始強度較差，可以加入某些另外的粘結劑或似水泥的化學制品以迅速地加快固化過程的速度，并由此提供更快且更牢固的起始初始強度以利于處理、或可處理性等。破裂的和不夠大的球?？梢允褂美绻牡拈_孔區(qū)段或在鼓出口處的振動篩來去除。然后，被損壞的和不夠大的球?？梢苑祷氐皆炝９挠糜谠偌庸?。
最終分級(如果要求)如果需要，在這個階段球?？梢赃M一步分級成期望的截面。然后，任何損壞的和不夠大的球?？梢苑祷氐皆炝９挠糜谠偌庸?。
球粒分級甚至可以根據(jù)被提出的用途設計并制成。球粒的尺寸可以通過改變工藝條件、設備結構、甚至試劑用量來調整。
然后，球?？梢再A存，以便固化。在這一時間內，對于煤粉球粒通常在3～7天之間，并且取決于環(huán)境溫度，球粒達到允許全面處理的強度。不需要加熱或強風干燥。形成球粒的一個實例在圖3中示出。
球粒的球形形狀將使得空氣可自由地移動穿過貯藏堆，以便促進固化工藝并防止熱量累積并發(fā)生自燃的危險。在這一階段，球粒表面被緊密地密封，防止空氣進入到球粒內，因此還減慢了任何自燃的影響或可能性。如果還存在自燃的問題，可以在成團過程中加入防止劑。
運輸和包裝翻滾和成長的成團作用可以導致最終球粒尺寸的變化范圍較寬——如同天然塊煤那樣。這具有降低球狀產(chǎn)品的體積膨脹系數(shù)的優(yōu)點，結果使得運輸成本更低。
然后，將形成的產(chǎn)品裝入袋中或堆積，使得在環(huán)境溫度下能繼續(xù)固化，固化時間取決于當?shù)貪穸取Ｍǔ?，進料的水分含量越高，球粒在環(huán)境溫度和濕度下進行固化需要的時間越長。
可以選擇加工速度，但是每鼓煤材料每小時在10～100公噸之間的生產(chǎn)速度是通常速度。生產(chǎn)速度可以使用多個加工單元按比例提高，或用更小的設備按比例降低。
生產(chǎn)成本取決于生產(chǎn)速度、進料的粒度分布、以及顆粒材料的特性。然而，已測量每公噸產(chǎn)品的能量輸入大約為0.5～2kWh，比壓塊需要的能量輸入至少小100倍。
尤其是，本發(fā)明的方法可以修改以便處理高灰和/或高硫的煤，因為球粒在整個燃燒過程中保持穩(wěn)定，使得即使低級的煤也能有效地燃燒。
本發(fā)明的方法還適合于為了可以出售而需要降低灰和硫的燃料產(chǎn)品，本發(fā)明的方法使得可以細研磨以通過重力或浮選法去除污染物，產(chǎn)生遠遠更高質量的燃料源。該方法還提供將精制的濃縮物再形成為可用的、穩(wěn)定的、并且有價值的產(chǎn)品形狀的方式。
硫的排放，即使來自非常差質量的煤，可以通過簡單調整造粒添加劑而全部或大體地消除，顯著降低或甚至可能消除導致酸雨的任何二氧化硫污染。造粒工藝還同時通過由使用的試劑引起的殘留粉塵固有的粘結作用、硅化作用和穩(wěn)定作用降低了飛塵。此外，越是高的產(chǎn)品燃燒溫度，越是容易產(chǎn)生，這是由于不但在球粒之間，而且在球粒內部的顆粒之間高的氣體傳輸速度，且可得到比普通燃料更迅速和/或更可控的燃燒。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是在球粒內包含的燃料非常完全的燃燒，這是因為高氣體傳輸速度和直到燃燒完成球粒整體結構的保持。保留變硬的外殼、外皮等，使得球粒內部的熱量顯著增加或增強，引起非常高水平的燃燒，致使球粒內容物的所有預設的化學反應的完成。由于內容物是干燥和多孔的形式，通常仍保留“細的”特性，并且是立即預熱的、迅速的，因此內容物完全燃燒。球粒甚至在白熱下也保持它們的形狀，并且呈現(xiàn)非常穩(wěn)定的燃燒特性。
尤其是，本發(fā)明的方法可以涉及球粒的非強制干燥，由于使用的任何表面活性劑的作用在環(huán)境溫度下是最佳化的。而且，當使用水時，表面活性劑通過毛細管作用使得含粘結劑的水分快速地遷移到球粒的表面，由于粘結劑的最終厚重的表面濃度，產(chǎn)生較硬表面和較軟內部的“蛋殼效應”。這樣產(chǎn)生顯著提高的外皮強度，得到非常堅固和低水分含量(約5％)的球粒，這還防止了從空氣吸收水分。
本發(fā)明方法的又一個應用是在發(fā)電和發(fā)熱站中降低粉煤燃料的進料水分，在那里將煤粉或煤尾礦造粒并且在爐中粉碎和燃燒前使得完全固化和干燥。在目前的煤粉傾倒物中的平均水分含量通常在12％～35％的范圍內，使得它們非常難以使用或與其它進料混合。
如從上面可以認識到，本發(fā)明的方法，克服或解決了許多資金的和操作的問題。
在固化后“蛋殼”效應一旦完全形成，球粒即使在白熱燃燒期間也將保持它的強度。這使得在球粒內部能發(fā)生高溫反應，導致燃料發(fā)生遠遠更高程度的燃燒，對所含的硫進行有效氧化和螯合，并且殘留灰燼中未燃的碳的程度可以忽略。外殼效應使得球粒在燃燒過程中保留其結構，導致燃料氣體中顆粒排放物更少。
蛋殼造粒過程還可以用在硫化物濃縮物和鐵礦石上，以便使得能制造預熔化爐進料，其可形成“無硫排放物”的熔爐技術。這可以以高的工業(yè)噸位產(chǎn)量、成本有效地在現(xiàn)有的作業(yè)中使用。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有顯著優(yōu)點，包括●＜3mm煤/褐煤粉可以干燥地造粒或直接來自過濾裝置。
●每條造粒生產(chǎn)線的噸位生產(chǎn)量可以從10公噸/小時(普通尺寸)到100公噸/小時。
●在造粒過程中，可以采用高水平的自動控制用于精確控制和試劑用量。
●當采用化學“固化”時，球粒只需風干即可。
●固化后的球粒可以通過散裝運輸設備運輸，或者可替換地“生坯球”裝袋運輸。
●必要時，球粒尺寸可以定制為從5mm至150mm，其取決于煤特性和工藝參數(shù)。
●可以加入特定的重役型試劑(heavy load reagent)以便獲得較高的強度、迅速的固化、高溫強度和增加的防水性。
●由于各種粘結劑結合消除SO2，由于氣體傳輸以在球粒內形成CaSO4，可以降低或消除黃鐵礦沉渣(removal)。
●由于良好的燃燒特性，高灰煤粉將點燃并高效率地燃燒。
●持久燃燒，高百分含量的碳燃燒。
●可以將小于20mm的煤粉碎并與煤粉一起造粒以便獲得高價值球粒。
●經(jīng)污染的煤或廢棄的產(chǎn)品如鋸屑、稻殼、垃圾、動物排泄物、石油焦(炭)、或廢油可以包含在這些球粒中。
●殘余灰燼具有可忽略的未燃燒燃料(例如煤)殘渣并且對于其它工業(yè)應用來說是極好的。
●殘留灰燼還可以用類似的粘結劑造粒，用于混凝土給料、聚集混和物和高多孔性填料。
●褐煤和泥煤可以用相同的技術處理或與其它燃料源混合以便生成具有預先設計的特性例如無煙燃燒的混合球粒燃料。
本發(fā)明對于所有類型的煤粉都是可用的，煤粉具有不同量的水分含量和硫含量。通常，形成球粒的直徑在5～50mm的范圍內，分級后的球粒是容易處理的、可儲藏的、可運輸?shù)模缓筮€是可燃燒的，而且，必要時，在燃燒之前為用于研磨的最佳形狀和尺寸。
本發(fā)明提供了一種用于使用廢棄碳基材料、并形成可用的燃料產(chǎn)品的簡單卻高效的方法，該燃料產(chǎn)品易于運輸并能高效地燃燒。轉鼓式或轉盤式造粒機具有相對低的建造成本，并且可具有非常高的噸位生產(chǎn)量?？梢陨a(chǎn)定制的產(chǎn)品并且本發(fā)明提高了煤的升級裝置中的除灰和除硫的經(jīng)濟效益。
在幾乎沒有對高效煤處理裝置進行投資的國家里的低端技術應用也可以容易地利用本發(fā)明，因此，可以獲得高的效率、環(huán)境友好和成本有效的處理裝置以便用于制造和作業(yè)。在這些地方，任何非直接可用的材料通常都被當作廢棄物并且只是堆積成越來越大的廢堆，增加了其環(huán)境危害。
權利要求
1.一種由顆粒碳基材料和粘結劑生產(chǎn)堅硬燃料球粒的方法，包括以下步驟將所述材料和所述粘結劑混合，并通過滾轉使這樣形成的混合物成團以便形成球粒，其中，所述粘結劑為硅酸鹽基的并且包括一種或多種表面活性劑，當所述方法在環(huán)境溫度下進行時能形成堅硬的燃料球粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法可以作為單級方法實施。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，實施所述方法不需要單獨的主動固化步驟。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，這樣形成的堅硬球粒在滾轉之后在環(huán)境溫度下固化。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述球粒形成硬的外殼。
6.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，所述方法適合于提供可變粒度分布的球粒。
7.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述顆粒材料和/或粘結劑混合物包含水。
8.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述粘結劑在與所述顆粒材料混合前包含水。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述顆粒材料通常的最大尺寸或等級為約3mm或更小。
10.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述顆粒材料是煤塵或煤粉。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，所述顆粒材料是部分地、主要地或全部地是泥煤。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述泥煤與煤粉組合。
13.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述顆粒材料是兩種或更多種原材料的組合物。
14.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述粘結劑是部分地、全部地或主要地是硅酸鈉或硅酸鉀。
15.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述方法包括加入一種或多種另外的成分。
16.根據(jù)權利要求1 5所述的方法，其中，所述另外的成分或每種另外的成分選自包括石灰、無機粘結劑、水泥和防水添加劑的組。
17.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，將所述顆粒材料和粘結劑通過攪拌至少部分地混合。
18.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，將所述粘結劑噴到所述顆粒材料上。
19.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述顆粒材料在與所述粘結劑混合之前和/或期間是移動的。
20.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述球粒為球形或卵形。
21.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，將所述球粒在滾轉之后篩選。
22.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述滾轉在轉鼓中進行。
23.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述方法并不需要對所述顆粒碳基材料的任何預處理。
24.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，該方法用于降低所述碳基材料內的水分，與顆粒碳基起始材料中的水分重量相比，優(yōu)選降低至小于5％。
25.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，通過滾轉來混合所述顆粒材料和粘結劑。
26.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，還包括研磨形成的球粒的步驟。
27.一種堅硬的燃料球粒產(chǎn)品，所述燃料球粒產(chǎn)品可在環(huán)境溫度下通過使顆粒碳基材料和硅酸鹽基粘結劑成團而形成，所述硅酸鹽基粘結劑包括一種或多種表面活性劑。
28.一種燃料球粒產(chǎn)品，其通過權利要求1～27中任一項所述的方法形成。
29.根據(jù)權利要求27或28所述的燃料球粒產(chǎn)品，其可以立即用于燃燒。
30.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的燃料球粒，其中，所述球粒產(chǎn)品包括一種或多種硫吸收劑。
31.根據(jù)權利要求26至30中任一項所述的燃料球粒，其為球形，優(yōu)選立即用于燃料燃燒。
32.根據(jù)權利要求27至3 1中任一項所述的燃料球粒，其具有硬的外殼。
33.根據(jù)權利要求27至32中任一項所述的燃料球粒，其朝向其核心方向具有變化的密度。
34.根據(jù)權利要求27至33中任一項所述的燃料球粒，其具有干燥的內部。
35.根據(jù)權利要求27至34中任一項所述的燃料球粒，其在滾轉后具有足夠的硬度以便進行處理、堆積和/或運輸而不發(fā)生任何明顯地破裂。
36.根據(jù)權利要求27至35中任一項所述的燃料球粒，其可完全或充分地燃燒，以致在灰燼中幾乎或完全不留可燃燒的燃料。
37.根據(jù)權利要求27至36中任一項所述的燃料球粒，其由煤塵或煤粉制成。
38.根據(jù)權利要求27至37中任一項所述的燃料球粒，其在燃燒過程中基本無硫排放，優(yōu)選硫排放降低70％～90％或更多。
39.根據(jù)權利要求27至3 8中任一項所述的燃料球粒，其中，在所述球粒內的水分比起始顆粒材料中的水分小很多。
40.根據(jù)權利要求27至39中任一項所述的燃料球粒，其中，所述球粒的水分含量小于5％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)燃料球粒的方法。該球?？梢詮念w粒碳基材料和粘結劑獲得，該方法包括以下步驟混合該材料和粘結劑、并通過滾轉使這樣形成的混合物成團。滾轉作用例如在轉鼓中，用來使顆粒成團并使混合物粘結成球粒，該球粒通常具有可變的粒度分布。不需要機械壓力，并使用粘結劑，該方法可以在環(huán)境溫度下完成。該方法提供簡單卻有效的工藝，利用廢棄碳基材料并形成可用的燃料產(chǎn)品，該產(chǎn)品容易運輸并可高效燃燒。轉鼓式或轉盤式造粒機具有相當?shù)偷慕ㄔ斐杀静⒕哂蟹浅８叩膰嵨簧a(chǎn)量?？梢陨a(chǎn)定制的產(chǎn)品并且該方法提高了煤升級裝置中除灰和除硫的經(jīng)濟效益。
文檔編號C10L5/10GK1997726SQ200580022221
公開日2007年7月11日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權日2004年7月7日
發(fā)明者約翰·肯尼思·吉爾伯特, 約翰·塞繆爾·韋伯斯特 申請人:應用硅酸鹽技術有限公司