煤焦鈍化方法和設備與流程

所有提及的專利公布和申請的公開內容以引用方式整體并入本文。本發明是在無美國政府支持下進行的，并且美國政府在本發明中不具有權利。

技術領域

本發明涉及煤處理領域，并且更明確而言涉及用于對熱解的煤焦進行改進鈍化的方法和設備。更明確而言，本發明涉及用于更有效回收(1)來自餾出氣體的煤衍生液體(CDL)和(2)在熱解期間自煤產生的煤焦的方法和設備。本發明可應用于煙煤、亞煙煤和不粘結褐煤煤階的煤。

發明背景

呈天然狀態的煤、特別是低階煤，有時在稱作選礦的過程中進行處理以改進其有用性和熱能含量。選礦處理可包括使煤干燥并使煤經受熱解工藝以餾出低沸點有機化合物和較重有機化合物。這種煤的熱處理，也稱作低溫煤碳化，導致某些揮發性烴化合物的釋放，該烴化合物具有進一步精煉成液體或氣體燃料以及其它煤衍生液體(CDL)和化學品的價值。可從離開熱解工藝的流出物或氣體中除去這些揮發性組分。煤的熱解處理還留下稱作煤焦的產物，該產物由碳和不揮發礦物、元素以及灰分組成。

除非經鈍化，否則煤焦對自燃高度敏感并且不能容易地存儲。因此，已開發了各種方法來鈍化煤焦。一種此熱解和鈍化方法公開于Rinker等人的美國專利5,601,692中。Rinker等人描述了如何在熱解期間將煤加熱至多達590℃以餾出低端揮發性組分，這之后煤焦在放熱過程中自環境大氣容易地重吸收濕氣和氧氣，該放熱過程是自燃的或具有自燃趨向。為了鈍化煤焦顆粒，Rinker等人通過諸如用水噴霧的任何常規方式來使溫度迅速降低100℃或更多，達到約150℃至約200℃的溫度。然后，將相對大的煤焦顆粒傳送至氧化鈍化單元，在此處顆粒在與環境空氣隔離的交叉流系統中與含氧工藝氣體接觸。反之取決于其溫度，工藝氣體可含有3％至約23％氧氣(以重量計)。工藝氣體與煤焦顆粒互混產生兩個結果：(a)提取熱以進一步冷卻煤焦顆粒；和(b)產生一些氧氣至煤焦顆粒上或煤焦顆粒中的化學吸附。此化學吸附和再水化降低煤焦自燃的傾向，由此使煤焦適合于存儲、運輸或進一步處理。

雖然當前的鈍化方法是有價值的，但它們是費時的，并且氧化化學吸附步驟可能需要在較低溫度下重復一次或多次以實現完全鈍化。此外，化學吸附過程自身是放熱的，因此即使煤焦在鈍化前已冷卻，額外熱量也在鈍化過程中生成并且還必須被去除。用來解決此放出熱去除的現有技術方法已通常涉及大量循環氣的流動以限制溫度升高。然而，當考慮到迅速連續的流動過程的熱量去除要求時，這變得不實際。

如果鈍化方法可經改進來更快和/或使用更少能量產生鈍化煤焦，將會是有利的。如果鈍化方法可經改進以允許對鈍化因素的更多控制，也將會是有利的，所述鈍化因素諸如輸入至系統的氧氣水平、濕氣增加速率、或提取熱的速率和位置。

技術實現要素：

在廣泛方面中，描述了用于處理煤的方法。該方法建立于低溫煤碳化以使煤分離成多種組分，所述組分包括：煤焦、煤衍生液體(CDL)和也稱作合成氣的氣體燃料。煤焦在受進一步操作之前根據本發明來鈍化。進一步操作可包括存儲或運輸，并且可包括作為細煤焦顆粒裝袋或壓塊成固體粒料。

例如，在一個方面中，本發明是用于鈍化煤焦的流化鈍化床設備，該設備包括：

反應室，其限定內部并具有：煤焦入口，其用于將煤焦接收入內部；和煤焦槽，其用于使煤焦離開內部；

反應室進一步包括：至少一個進氣口，其用于使含氧流化氣體進入內部；至少一個出氣口，其用于使所述流化氣體從內部離開；和氣體再循環系統，其包括流化氣體源、一個或多個導管和泵，該導管和泵經布置并適于在引起反應室內部之內的煤焦中流化狀態的條件下使流化氣體從出氣口再循環至進氣口；

至少一個獨立熱交換器，其嵌入反應室內部之內，該熱交換器具有：冷卻劑流體入口；冷卻劑流體出口；和多個接觸表面，其用于與所述內部之內的煤焦交換熱；以及

增濕器，其連接至水源并適于使煤焦增濕。

含氧流化氣體可為空氣；或非氧化氣體如氮氣或二氧化碳，用來自氧氣源的氧氣將該非氧化氣體補充至含氧流化氣體的所需氧氣水平。在上述設備中，增濕器可包括噴霧嘴，該噴霧嘴連接至水源并適于通過以下四種可能機制中的任何或全部來使煤焦增濕：(a)液滴噴射至位于反應室的內部中的煤焦上；(b)液滴噴射至在其進入反應室之前的位置處的煤焦上；(c)液滴噴射至流化反應室的內部中；以及(d)液滴噴射至氣體再循環系統中以使得流化氣體增濕。

上述設備可包括多個內部熱交換器和/或多個進氣口和出氣口。當存在多個熱交換器時，它們可布置成并聯或串聯，并呈順流或逆流形式。熱交換器是“獨立的”，因為熱交換器的冷卻劑流體從未與煤焦顆粒或流化氣體直接接觸。作為替代，系統依賴于接觸流化氣體和煤焦的熱交換表面。熱交換器是“內部的”，因為接觸流化氣體和煤焦的熱交換表面在流化床反應器的內部中。

上述設備可包括具有兩部分的煤焦槽，一部分用于在離開時未夾帶于氣流中的鈍化煤焦顆粒，和一部分用于夾帶于氣流中并經由旋風分離器返回所述室的煤焦顆粒。

在另一個方面中，本發明包括通過在上述設備中處理煤焦來鈍化煤焦的方法。

在另一個方面中，本發明包括通過以下鈍化煤焦的方法：用注入流化床反應器的反應室的流化氣流來流化煤焦顆粒；在煤焦顆粒流化時通過使其與反應室中的濕氣和氧氣接觸來鈍化煤焦顆粒；以及在煤焦顆粒流化時通過使其與流化床反應器內具有熱交換表面的獨立熱交換系統接觸來冷卻煤焦顆粒。

在上述方法中，所述方法涉及將氧氣化學吸附至煤焦顆粒的表面上或孔隙中；并且使煤焦顆粒與濕氣接觸。可通過將水噴入流化反應室或通過在將流化氣流注入所述室之前將水噴入所述流化氣流來提供濕氣。

在一些實施方案中，流化床反應室中煤焦的溫度維持在約115℉至約135℉(約46℃至約57℃)。在一些實施方案中，在小于約60分鐘的時間內，例如，在30分鐘±約10分鐘的時間內，煤焦顆粒完全鈍化。在一些實施方案中，流化床反應中的煤焦吸收約0.2重量％至約0.7重量％的氧氣；通常約0.3重量％至約0.6重量％的氧氣。在一些實施方案中，流化床反應中的煤焦吸收約3重量％至約7重量％，例如約4重量％至約6重量％的濕氣。

本文呈現的新穎性為在這樣的裝置中進行鈍化反應，其中放出熱去除、流化氣流中的氧氣濃度和濕氣增加速率可受控并分級，從而仔細匹配鈍化的放熱反應的反應動力學。

本發明的各種優點對于本領域技術人員在按照附圖閱讀時將從以下優選實施方案的詳述中變得明顯。

附圖說明

圖1是顯示出煤熱解和鈍化操作的總覽的示意方框圖。

圖2A是根據本發明煤焦鈍化反應器單元的示意側視圖。

圖2B是根據本發明煤焦鈍化反應器單元的替代實施方案的示意側視圖。

圖3是煤焦鈍化的流程圖。

圖4A和圖4B是以公制單位(4A)和英制單位(4B)顯示出示例性鈍化方法中所涉及氣體、液體和固體的各種組分的鈍化流量、溫度、壓力等的工藝流程表。

發明詳述

本文在用于鈍化煤焦的方法和設備的上下文下描述各種實施方案。本領域普通技術人員將意識到以下實施方案的詳述僅為例示性的，并且不意圖以任何方式為限制性的。其它實施方案將容易地向受益于本公開的此類技術人員建議其自身。本文對“實施方案”、“方面”或“實施例”的引用指的是如此描述的本發明實施方案可包括具體特征、結構或特性，但并非每個實施方案必然包括所述具體特征、結構或特性。此外，短語“在一個實施方案中”的重復使用不必然指的是同一實施方案，盡管有此可能。

為了清楚起見，并非本文所述的實施方式或方法的所有常規特征都被顯示并描述。當然，將理解，在任何此類實際實施方式的開發中，將作出多個實施方式特定的決定以便實現開發者的特定目標，諸如符合應用相關和商業相關限制，并且這些特定目標將因實施方式和開發者而異。此外，將理解，此類開發嘗試可能是復雜和費時的，但將仍然是受益于本公開的本領域普通技術人員的常規任務。

將理解，本文提及的范圍和限制包括位于規定限制內的所有范圍(即，子范圍)。例如，約100至約200的范圍還包括110至150、170至190、153至162以及145.3至149.6的范圍。此外，至多約7的限制還包括至多約5、至多3和至多約4.5的限制，以及限制內的范圍，諸如約1至約5和約3.2至約6.5。

熱解工藝總覽

圖1例示出概括的熱解工藝。該工藝通常眾所周知并且不需要詳細描述。簡單地說，在上游工藝20中，煤被存儲(在90處)和或準備(在100處)用于熱解。準備100可包括研磨或壓碎大顆粒煤并篩分或按大小分類至更一致的大小。盡管現有技術中的煤焦顆粒常常為20mm或更大，但在本發明中通常使用更小的顆粒大小，例如-8篩目、-5mm篩目或甚至更小。通常顆粒大小不小于約+0.5mm。經準備的煤在一個或多個干燥步驟200中干燥并任選地在熱解前預熱300。在熱解400期間，使用諸如Rinker的專利US 8,470,134、US 8,366,882和US 8,394,420中所描述的方法，直接和/或間接熱量被用來從煤驅趕揮發物(路徑50)。用于熱解工藝的直接和/或間接熱量可來自任何來源，包括例如蒸汽鍋爐1400。優選地，熱量被保存并在可能處回收。例如，通過使熱量首先逆流(路徑52)送到熱解區域400，然后送到預熱區域300和干燥區域200，從熱解保留的熱量在其它步驟中再利用。此在圖1中由短虛線示出。

熱解工藝產生三種產物：水蒸氣、流出物或逸出氣體、和煤焦。如圖1中所示，水蒸氣可從煤干燥2700(路徑54)，或從煤衍生液體800、1100(路徑56、58)回收。回收的水可任選地被處理1600，或任選地諸如在下述增濕步驟處再利用。加熱和熱解期間的排放氣體可在600處收集并在800處離心以除去額外的水。在回收期間冷卻氣體，并且可將冷凝的煤衍生液體(CDL)過濾900并存儲2800。盡管未在圖1中示出，但可使用如Rinker等人2014年1月9日提交的美國專利申請序列號14/151385中所描述的多級急冷吸收器將可冷凝的CDL冷凝為多個級分或段(segment)。

要注意自煤驅出的揮發物的一些部分可作為吹掃氣再利用(路徑60)以在熱解期間加熱煤。煤揮發物的一些組分在環境溫度下不冷凝并保持在氣態(稱作合成氣)。合成氣可作為火炬700燒盡，或優選作為鍋爐的燃料再利用(路徑62)。或者，鍋爐1400可由諸如柴油的任何其它燃料源710來加燃料。CDL和揮發物工藝流在圖1中由長虛雙點線示出。

固體煤產物在圖1中用粗實線示出。在冷卻500后，將煤焦運送至鈍化區域1700。在鈍化前，煤焦被認為是“反應的”或“活性的”，因其在環境條件下傾向于自燃。此煤焦反應性在鈍化區域1700中鈍化，如下文更詳細描述的。然后，將煤焦引導至一個或多個下游工藝30，如壓塊1900A或裝袋1900B。如果經壓塊，則煤焦可在1800處與自存儲區域2300抽取(路徑64)的外部粘結劑共混，和/或與來自熱解工藝的過程產物如淤渣和/或CDL(路徑66)共混。如果經裝袋，則通常不補充煤焦的揮發物含量，從而使煤焦更適合于冶金應用。

鈍化反應器

鈍化需要煤焦顆粒吸附或攝取(又名化學吸附)在約0.2重量％至約0.7重量％范圍內、或約0.3重量％至約0.6重量％、標稱約0.5重量％的氧氣。過度氧氣攝取減小所得煤焦的熱值。鈍化還需要煤焦顆粒攝取在約3重量％至約7重量％范圍內、或約5重量％至約6重量％、標稱約5.5重量％的濕氣或水。

流化床反應器是眾所周知的，并根據以下原理運行：當經受在充足壓力下流動的氣流時，可使顆粒物質表現得像流體。在顆粒表現得像流體的同時，顆粒的表面積更暴露，從而能夠更快速的化學反應和物理化學反應。流化床反應器已用于熱解的干燥和加熱工藝中，但據我們所知，具有內部熱交換器的流化床反應器尚未用于煤焦鈍化工藝中。適合的流化床反應器可商購自KY，Louisville的Carrier Vibrating Equipment公司。

本發明的優點包括：較小的煤焦顆粒大小，這首次允許將具有內部熱交換器的流化床反應器用于鈍化；以及對給定質量的顆粒而言增大的表面積，這有利于鈍化的化學反應和物理反應的動力學。這些特征促成更加快速的鈍化時間和更低的顆粒停留時間。例如，連續過程中的顆粒停留時間可近似約60分鐘或更短時間、約45分鐘或更短時間、或約30分鐘或更短時間。在一些實施方案中，停留時間為60分鐘±20分鐘。在其它實施方案中，停留時間為30分鐘±約10分鐘。

圖2A為流化床鈍化器系統40的示意圖。系統40包括反應室2，反應室2具有：煤焦入口2a，將活性煤焦輸送至煤焦入口2a(路徑1)；和煤焦槽2b，自煤焦槽2b經由旋轉閥8和路徑68移除鈍化的煤焦。反應室2限定內部22。反應室可任選地包括在室2上部的噴嘴或噴霧頭2c。適合的霧化噴嘴可從許多公司購得，包括Spraying Systems和Envirocare。例如，Spraying Systems公司(Wheaton，IL)的J系噴嘴已發現是適合的。使增濕水以極細霧的物理形式或替代地作為水蒸氣來進入煤焦或反應室。

噴霧嘴由水源28(任選地在11處過濾)進料，并任選地用壓縮空氣源32進料，以從噴霧頭或噴霧嘴2c向反應室2中產生水的噴霧或霧化噴霧。噴霧嘴2c是一種用于使煤焦增濕的機構；增濕的替代方法在下文結合氣體再循環系統42來描述。流化鈍化器床系統40可單獨利用替代增濕方法中的任一者，或可組合使用兩者。如果將噴霧嘴2c用于增濕，則可能期望它位于接近煤入口處，并且避免將熱交換器(13，參見下文)直接置于噴霧嘴2c之下。

反應室2還具有：至少一個進氣口24，其用于使流化氣體進入內部22；和至少一個出氣口26，其用于使流化氣體離開。進氣口24和出氣口26還可視作氣體再循環系統42的部分，氣體再循環系統42使氣體從出氣口26循環回到進氣口24。氣體再循環系統42還包括：各種導管或傳導路徑(例如路徑3和9)；和風機或泵14，其用于對氣體加壓并驅趕氣體向前穿過導管9到達反應室2中。進氣口24通常在反應室2的底部，這使重力的向下力和氣流的向上力平衡，以在垂直運動中保持顆粒“流化”。同時，在煤焦入口2a處新煤焦物料的連續進入和在槽/出口2b處鈍化煤焦的移除產生從入口至出口(在圖2A中從左至右)通常側向的流動，這允許連續處理代替成批處理。

流化氣體可為能夠使煤焦顆粒流化的任何氣體。在一個實施方案中，流化氣體為氧耗盡的空氣；而在另一個實施方案中，流化氣體為非氧化氣體，如氮氣、二氧化碳或上述的組合。然而，如本文所解釋的，將氧氣化學吸附至煤焦顆粒上或煤焦顆粒中是鈍化工藝的重要組分，因此如果使用惰性或非氧化氣體，則需要包括含氧氣體源作為補充，如下文所述。相反地，如果存在過多氧氣，則煤焦可能吸附過多氧氣，因此除氮氣排放之后的初始啟動外，通常不使用有23重量％氧氣的純空氣。此后，使用氧耗盡的流化空氣。“氧耗盡的”氣體或流體是其中氧含量低于約15重量％的氣體或流體。在一些實施方案中，通過將流化氣體穿過吸附一些氧氣的煤焦來使它耗盡氧氣，然后將它作為流化氣體重復利用。

以重量計，流化氣體的氧含量應為至少5％，但低于約15％。在一些實施方案中，流化氣體的氧含量應為約7重量％與約12重量％之間。在將噴霧嘴2c用于增濕并且噴霧受霧化的實施方案中，霧化氣體的含氧量還應被認為是鈍化反應器2中的氧氣源。

任選地，氣體再循環系統42包括分離器，如旋風分離器4。旋風分離器4在切向入口處接收離開反應室內部22的流化氣體。此離開氣體可包括一些夾帶的顆粒。旋風分離器4旋轉氣體以使顆粒從夾帶氣中落下。顆粒被收集，并經由旋轉閥5再進入反應室2，優選接近煤焦槽2b處。適合的旋風分離器可從諸如Ducon,5Penn Plaza,New York,NY；Fisher-Klosterman,Louisville,KY；或Heumann Environmental,Jeffersonville,IN的供應商購得。例如，一些Heurmann單元經設計來除去流化氣流中攜帶的-5微米顆粒的95％。不含夾帶顆粒的氣體離開旋風分離器頂部。

任選地，氣體再循環系統42包括增濕器6，增濕器6任選地可采取另外旋風分離器裝置的形式。增濕器6在切向入口處接收離開旋風分離器4(或在缺乏旋風分離器4的情況下離開反應室內部22)的流化氣體。來自水源28'的水任選地(在7處)經過濾，在噴入增濕器6之前任選地由壓縮氣體源32'霧化，以使流化氣體在經由導管和泵14返回反應室2的進氣口24之前再增濕。

出于控制目的，氣體再循環系統42可進一步包括：監測器或傳感器，其用于測量濃度或水平(A)、溫度(T)、壓力(P)、和/或流速(F)；以及響應于這些測量的閥或控制器。例如，圖2A顯示出壓力指示器控制器(PIC)，在流化氣流離開反應室2時，響應于導管3中流化氣流中測得的過大壓力，該壓力指示器控制器打開釋放閥(PCV)。這允許待排空氣體的任何過壓(80處)。類似地，響應于流量測量(F)的流量指示器控件(FIC)可操縱恰好在風機或泵14之前的流量控制閥(FCV，15)；并且響應于溫度傳感器(T)的溫度指示器控件(TIC)可操縱來自冷卻劑源46的冷卻劑流導管10中的溫度控制閥(TCV)。

最后，氣體再循環系統42可進一步包括含氧補充氣體源，該補充氣體具有氧氣作為組分，如空氣12(或純氧)。如已解釋的，將氧氣化學吸附至煤焦顆粒上或煤焦顆粒中是鈍化工藝的重要組分。氧氣傳感器(A)監測流化氣體中的氧氣水平，并且作為響應，控制器(AIC)操縱閥(AVC)以允許更多含氧氣體12。

仍參照圖2A，鈍化器床系統40進一步包括另一系統：冷卻劑流體系統44。冷卻劑流體系統44包括冷卻劑流體源，如冷卻劑水供應46。冷卻劑流體系統44是“獨立”和“內部”的熱交換器系統。導管10將冷卻劑引導至至少一個熱交換器13，熱交換器13嵌入鈍化器反應室2的內部22之內。熱交換器13通常包括盤管或迷宮式管，這些管增大交換器與流化煤焦顆粒之間接觸表面的面積，同時不使冷卻劑流體與流化氣體互混。可存在多個熱交換器13，如圖2A中所描繪的三個。多個熱交換單元13可布置成并聯或串聯，并且相對于因所述室內發生的放熱化學吸附反應而從煤焦入口2a至煤焦槽/出口2b增加的溫度梯度，呈逆流或順流形式。在一個實施方案中，多個熱交換單元經布置成逆流串聯形式。替代實施方案描述于下文。

雖然熱交換器13嵌入反應室2內，但冷卻劑流體系統44與氣體再循環系統42完全相異并且兩者從未直接混合。在離開最后的熱交換器13之后，冷卻劑流體經由導管11離開室2并流至冷卻劑返回區域48。將注意到冷卻劑返回區域48可經由常規冷卻塔(未示出)環回至冷卻劑供應區域46，因而閉合冷卻劑流回路。以這種方式，隨著煤焦被流化，從煤焦中提取出溫暖熱解煤焦中所含有的并由放熱化學吸附產生的熱量。流化顆粒的增大的表面積和嵌入反應床的熱交換器單元的增大的表面積允許極有效的冷卻和鈍化過程。這又允許可更迅速和用更多控制操作的連續過程。

出于另一原因，這種反應條件的仔細控制是重要的。對于將在有助于連續過程的明確時間段內進行的鈍化過程而言，活性流化床中的溫度要控制在標稱125℉±約10℉(約52℃±6℃)。在各種實施方案中，鈍化溫度仔細維持在約110℉至約140℉(約43℃至約60℃)，或約115℉至約135℉(約46℃至約57℃)，或約120℉至約130℉(約49℃至約54.5℃)。

具有熱交換冷卻劑流體系統的適合流化床反應器可商購自KY，Louisville的Carrier Vibrating Equipment公司。

測試數據表明化學吸附和再水化的放出熱釋放為大約每公噸制備自亞煙煤的煤焦172,473Btu(～181,960kJ)。煤焦通常具有0.35Btu/磅℉(～1.47kJ/kg℃)的特定熱吸收率。鑒于此放出熱釋放，可容易地測定不受控溫度升高可多達225℉(約125℃)。因而，如果不受控，熱釋放將使干燥煤焦顆粒的溫度升高至遠遠超過再水化濕氣將附著于顆粒的溫度的溫度水平。生成的過量熱將具有兩個負面效應。第一，它將趨向于在水可有效水化煤焦之前使水蒸發。第二，它將引起氧氣過度吸附，超過期望鈍化水平，由此減小煤焦的熱值。

經驗表明當將固體顆粒最初注入流化床反應單元時鈍化反應迅速進行。隨著鈍化過程進行，化學吸附和再水化的速率減小。因此，如圖2B中所示，設備的一個實施方案設有分級溫度冷卻劑流體系統144。此分級溫度冷卻劑流體系統144的多個組件與上述冷卻劑流體系統44的相同，因此僅在此描述不同的特征。在此實施方案中，多個熱交換單元113不布置成串聯，而是并聯，以使得各單元113經由導管110用冷卻劑流體獨立地供應。冷卻劑經由導管111離開各單元113，導管111會聚于通向冷卻劑返回區域48的導管11。溫度控制閥(TCV)插入通向各熱交換單元113的管路110或111(示出)，并且這些閥受多個溫度指示器控件(TIC)控制，該溫度指示器控件響應于反應室2的對應側截面之內所監測的溫度，例如，由溫度監測器(T)所指示接近室2頂部各出氣口26處的溫度。

內部熱交換器113被設計成獨立控制各側截面中的溫度，甚至在熱釋放從流化床處理室的入口端(接近2c)至出口端(接近2b)變化時也是如此。冷卻劑以這樣的流速內部穿過內部嵌入的盤管，所述流速受控以在沿反應通路的連續階段處除去不同的放出熱生成水平。因此，冷卻劑可在入口端更快速流動，從而更迅速去除由早期初始階段放熱反應生成的熱，并且接近放熱反應減慢的出口端更緩慢流動。同樣地，氧氣輸入/輸出濃度水平和濕氣輸入/輸出濃度水平可分級，從而達到隨著鈍化工藝在沿反應室長軸側向通過(在圖2A和圖2B中從左至右)中成熟而變化的需求水平。

如上文論述的，流化使細顆粒垂直和水平地移動，并且在入口端連續注入新鮮顆粒使顆粒水平穿過反應室。保留時間可受未處理或活性煤焦顆粒增加或減少的流入量來控制，并且通過適度調節氣體流速來控制。必然地，干燥煤或煤焦顆粒必須已仔細按大小分類以促進流化并暴露必需的表面積來促進有限反應室內的鈍化反應。

圖3例示出通用鈍化過程。加括號的編號指示進行各種測量的點。冷卻的煤焦經由點<95>進入并經由點<127>離開。在一個實施方案中，冷卻的煤焦可在約48.9℃下以30,948kg/hr的速率進入，并在約51.7℃下以約32,805kg/hr的速率離開鈍化單元。增濕器由對于水的點<122>和對于空氣的點<123>處的輸入指示。在一個實施方案中，水在約15.6℃下以1,748kg/hr流動，并且空氣在約23.9℃下以約540kg/hr流動。氣體再循環系統42包括經由旋風分離器4和風機或泵14循環的點<121>處的輸入氣體和點<124>處的離開氣體。在一個實施方案中，<121>處的進氣包括11.3％(wt/wt)的氧氣，并具有46.1℃下90％的相對濕度，并以39,236kg/hr流動；并且<124>處的出氣在43℃下以39,667kg/hr流動。可在點<125>處排空或排放過壓氣體，并且補充空氣可在點<126>處進入氣體再循環系統。在一個實施方案中，排放氣體在43℃下以1,100kg/hr流動，并且補充空氣在15.6℃下以668kg/hr流動。圖4A(公制單位)和圖4B(英制單位)給出圖3中所示和上文所論述的8個點位置處(例如<95>，和<121>至<127>)的其它流量和溫度信息。

實施例1

煤熱解和煤焦鈍化設備大體上如本文所述結合圖1和圖2A來設置，以實現寬7.5ft(2.29m)、長30ft(9.14m)并具有66英寸(1.68m)流化深度的流化床反應器。0.5重量％的目標氧氣吸附外推至每公噸(1000kg)煤焦11lbs(5kg)氧氣消耗。放熱化學吸附反應產生4500Btu/lb(～10,466kJ/kg)消耗的氧氣，或每公噸煤焦約49,500Btu(52,222kJ)。5.5重量％的目標濕氣吸附類似地外推至每公噸煤焦121.3lbs(～55kg)水蒸氣。當此濕氣在煤焦上冷凝時，它產生1014Btu/lb(2358kJ/kg)水蒸氣，或每公噸經處理的煤焦約122,973Btu(～129,737kJ)。因此，在鈍化期間釋放的總放出熱為每公噸煤焦49,500+122,973＝172,473Btu(或52,222+129,737＝181,959kJ)。以約32.25公噸/小時的流速處理煤焦，產生32.25公噸×每公噸172,473Btu(181,959kJ)＝每小時5,562,254Btu(5,868,178kJ)的總熱流速。允許1.1(10％)的安全系數，每小時必須去除以維持鈍化器反應器床中恒定溫度的熱量為約6,118,479Btu(6,454,996kJ)。將禁止以此速率僅使用循環氣流來去除熱。

假定使用內部冷卻劑流體，可基于合理假設來計算所需流速。假定冷卻劑具有0.5Btu/lb(0.12kJ/kg)的熱容量，并假定50℉(28℃)的溫度變化，例如約85℉(～29.4℃)入口溫度至約135℉(57.2℃)出口溫度，以維持反應室處于約125℉(51.7℃)，意味著冷卻劑流體能夠移除25Btu/lb(58.2kJ/kg)冷卻劑。如果每小時需去除6,118,479Btu(6,454,996kJ)，則冷卻劑必須以每小時約244,759lbs(111,020kg)流動以便去除預期放出熱負荷。

實施例2

評估了使用外部增濕器以將濕氣注入流化氣體的本發明實施方案，使用寬7.5ft(2.29m)、長30ft(9.14m)并具有66英寸(1.68m)流化深度的流化反應器床。氮氣以86ft/min的設計速度用作流化氣體，該速度等同于19,350SCFM或每小時86,500lb(39,236kg)干氣的流速。當需要時使氧氣進入以促進進行中的化學吸附過程。假定如實施例1中約32.25公噸/小時的煤焦流量和5.5％目標濕氣，意味著約3910lbs(～1775kg)/hr的水是鈍化煤焦所必需的。針對安全系數舍入至每小時4000lbs(或約1800kg)，意指氮氣流化氣體的含汽率必須為4000/(86,500+4,000)[或1800/(39.236+1800)]＝～4.4％或4.5％絕對濕度。在約115℉(46℃)的典型平均溫度下，這表示可容易達到的約36％相對濕度。

實施例3

評估了使用霧化噴霧嘴以將濕氣直接供應至反應室中的本發明實施方案，使用寬7.5ft(2.29m)、長30ft(9.14m)并具有66英寸(1.68m)流化深度的流化反應器床。反應室裝配有八個內部混合霧化噴嘴(例如Spraying Systems型號1//2JSU89)以提供增濕。如實施例2中計算和舍入出約3950lbs/hr(1792kg/hr)的需水量，意味著28,145加侖/hr或470加侖/min(～1779L/min)的水流速。該實施例考慮了氮氣和空氣兩者作為霧化氣體。

注意到以下是重要的：在此噴霧增濕器實施方案中，使增濕水以極細霧的物理形式或替代地作為水蒸氣來進入反應室。

雖然已參考各種實施方案和優選實施方案描述了本發明，但本領域技術人員應理解在不脫離本發明基本范圍的情況下，可作出各種變化并且可用等效物代替本發明的要素。另外，在不脫離本發明基本范圍的情況下，可作出許多調整以使特定情況或材料適應本發明的教導。

本申請中所明確提及的所有美國專利和專利申請和任何其它出版物的全部內容特此以引用的方式并入。

因此，意圖本發明不限于本文所公開預期用于實施本發明的具體實施方案，但本發明將包括落入權利要求書范圍的所有實施方案。