СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И ИЗГОТАВЛИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2017 года по МПК C10L5/00 F26B21/04 C10L9/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления и установке по изготовлению твердого топлива с помощью пористого угля в качестве исходного материала. В частности, настоящее изобретение относится к способу изготовления и установке по изготовлению твердого топлива, отличающемуся устойчивой работой стадии сушки, на которой разделенный усовершенствованный пористый уголь нагревают и транспортируют на сушку, будучи снабженным газом-носителем.

Уровень техники

[0002] Обычный способ изготовления твердого топлива с помощью пористого угля в качестве исходного материала является, например, способом, описанным в патентном документе 1. В этом способе пористый уголь (физический уголь) сначала дробят на стадии дробления, а затем смешивают с нефтяной смесью, содержащей тяжелую нефть и нефть селективной очистки, на стадии смешивания, чтобы получить физическую суспензию. После предварительного нагрева физическую суспензию нагревают, чтобы обезводить пористый уголь и пропитать его поры нефтяной смесью на стадии выпаривания, чтобы получить обезвоженную суспензию.

Обезвоженную суспензию разделяют на усовершенствованный пористый уголь и нефтяную смесь на стадии разделения «твердое - жидкость», а затем только усовершенствованный пористый уголь сушат на стадии сушки. На стадии сушки, усовершенствованный пористый уголь транспортируют и нагревают в барабанной сушилке нагревающего типа, следовательно, его сушат, позволяя газу-носителю течь. Высушенный усовершенствованный пористый уголь затем охлаждают и формуют с получением твердого топлива. С другой стороны, нефтяную смесь, извлеченную на стадии разделения «твердое – жидкость» и стадии сушки, возвращают на стадию смешивания для повторного использования. Газ-носитель, извлеченный на стадии сушки, снова возвращают в сушилку для повторного использования.

[0003] Тем не менее, транспортируемое количество пористого угля может изменяться из-за изменения в рабочем состоянии на каждой стадии. По этой причине, если транспортируемое количество усовершенствованного пористого угля быстро увеличивается на стадии сушки, количество испаренной нефти может увеличить внутреннее давление до повышенного давления. Это может привести к нарушению герметизирующих свойств (способности к герметизации), в результате чего газ может просачиваться. Как правило, несмотря на то, что основной компонент газа-носителя – это азот, газ-носитель содержит твердое вещество в дополнение к нефти селективной очистки и влаге, так что может произойти увеличение эксплуатационных расходов за счет потери нефти селективной очистки и негативное воздействие на окружающую среду из-за рассеяния пыли и образования постороннего запаха.

[0004] С другой стороны, если транспортируемое количество усовершенствованного пористого угля резко снижается на стадии сушки, количество испаренной нефти может уменьшить внутреннее давление до пониженного давления, до разрежения. В результате, окружающая атмосфера входит внутрь и внутреннее содержание кислорода возрастает, в результате чего устойчивость высокотемпературного усовершенствованного пористого угля может быть нарушена.

Документ предшествующего уровня техники

Патентный документ

[0005] Патентный документ 1: JP-A-7-233383

Сущность изобретения

Проблема, которая будет решена с помощью изобретения

[0006] Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставление стадии сушки, которая будет выполнена в устойчивом состоянии независимо от увеличения или уменьшения транспортируемого количества пористого угля.

Средство для решения проблемы

[0007] Настоящее изобретение предоставляет, в качестве средства для решения проблемы, способ изготовления твердого топлива, включающий в себя:

стадию смешивания - смешивание пористого угля с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии;

стадию выпаривания - нагревание физической суспензии, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля, и введение нефтяной смеси в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию;

стадию разделения «твердое – жидкость» - отделение усовершенствованного пористого угля и нефтяной смеси от обезвоженной суспензии; и

стадию сушки - сушка усовершенствованного пористого угля нагреванием и транспортировка его при подаче газа-носителя, где способ включает в себя: установку заданного значения циркуляционного количества газа-носителя и заданного значения давления газа-носителя на стадии сушки; расчет управляющих выходов, основываясь на отклонениях между заданными значениями и измеренными значениями, аналогичными соответственно им; и корректировку подаваемого количества газа-носителя, основываясь на меньшем значении между полученными управляющими выходами.

[0008] В соответствии с этим, подаваемое количество газа-носителя устанавливают на основе меньшего значения между управляющими выходами, которые вычисляют на основе, соответственно, циркуляционного количества и давления газа-носителя, так что давление газа-носителя на стадии сушки может быть стабилизировано без существенных изменений.

[0009] Предпочтительно, когда каждое заданное значение определяют на основе подаваемого количества усовершенствованного пористого угля для сушки на стадии сушки и на основе количества нефти, содержащейся в усовершенствованном пористом угле, подвергнутом стадии сушки.

[0010] Предпочтительно, когда каждое заданное значение выбирают так, что давление газа-носителя на стадии сушки лежит в пределах заданного диапазона.

[0011] Настоящее изобретение предоставляет в качестве средства для решения проблемы установку по изготовлению твердого топлива, включающую в себя:

смеситель, который смешивает пористый уголь с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии;

испаритель, который нагревает физическую суспензию, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля, и который вводит нефтяную смесь в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию;

центрифугу, которая отделяет усовершенствованный пористый уголь и нефтяную смесь от обезвоженной суспензии;

сушилку, которая сушит усовершенствованный пористый уголь путем нагрева и транспортировки его, в то время когда подают газ-носитель; и

блок управления, который устанавливает заданное значение циркуляционного количества газа-носителя и заданное значение давления газа-носителя в сушилке, который вычисляет управляющие выходы, основываясь на отклонениях между заданными значениями и измеренными значениями, аналогичными соответственно им, и который регулирует подаваемое количество газа-носителя, основываясь на меньшем значении между полученными управляющими выходами.

[0012] Предпочтительно, когда блок управления определяет каждое заданное значение на основе подаваемого количества усовершенствованного пористого угля для сушки в сушилке и на основе количества нефти, содержащегося в усовершенствованном пористом угле, покидающем сушилку.

[0013] Предпочтительно, когда блок управления определяет каждое из заданных значений таким образом, что давление газа-носителя на стадии сушки лежит в пределах заданного диапазона.

Действие изобретения

[0014] В соответствии с настоящим изобретением, подаваемое количество газа-носителя устанавливают на основе меньшего значения между управляющими выходами, которые вычисляются на основе, соответственно, циркуляционного количества и давления газа-носителя. По этой причине, циркуляционное количество и давление газа-носителя могут быстро достичь устойчивого состояния, тем самым способствуя устойчивой работоспособности на стадии сушки.

Краткое описание чертежей

[0015] Фиг. 1 является схемой, показывающей часть установки по изготовлению усовершенствованного бурого угля в соответствии с вариантом осуществления.

Техническое выполнение изобретения

[0016] Вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением теперь будет описан со ссылкой на прилагаемый чертеж.

[0017] Фиг. 1 схематически показывает часть установки по изготовлению усовершенствованного бурого угля (пример установки, изготавливающей твердое топливо) в соответствии с вариантом осуществления. Хотя это не показано, установка по изготовлению усовершенствованного бурого угля осуществляет стадию смешивания в смесителе, осуществляет стадию выпаривания в испарителе и осуществляет стадию разделения «твердое – жидкость» в обезвоживающей центрифуге. Установка по изготовлению усовершенствованного бурого угля осуществляет стадию сушки в сушилке 1 с целью получения усовершенствованного бурого угля.

[0018] В сушилке 1 усовершенствованный пористый уголь нагревают и транспортируют, чтобы высушить, в то время когда подают газ-носитель. Азот (N₂) используется в настоящем описании как газ-носитель, чтобы препятствовать сжиганию усовершенствованного пористого угля. Предполагается, что усовершенствованный пористый уголь, который подают в сушилку 1, содержит 30-40% нефти.

[0019] Используемая сушилка 1 – сушилка непрямого действия, имеющая нагреватель, который не показан, в которой температуру внутреннего газа-носителя устанавливают до примерно 200°С. Усовершенствованный пористый уголь транспортируют посредством шнекового конвейера в сушилке 1. Шнековый конвейер имеет трубчатый вращающийся вал, чья внешняя краевая поверхность сформирована множеством отверстий малого диаметра. Газ-носитель может вновь быть подан посредством вращающегося вала в сушилку 1.

[0020] Контур циркуляции 2 соединяют с сушилкой 1 для повторного использования газа-носителя, чтобы снова подать его в сушилку 1. На полпути по контуру циркуляции 2 в указанном порядке со стороны выхода расположены: сушилка 1, пылесборник 3, скруббер с брызгалом 4, воздуходувка 5, датчик определения скорости потока 6, первый регулирующий клапан скорости потока 7 и первый датчик определения давления 8. Отводящую трубу 9 соединяют с трубопроводом, проходящим от скруббера с брызгалом 4 до воздуходувки 5, и располагают со вторым регулирующим клапаном скорости потока 10. Давление в середине трубопровода, соединяющего пылесборник 3 и скруббер с брызгалом 4, определяют вторым датчиком определения давления 11.

[0021] Сигнал детектирования от датчика определения скорости потока 6 вводят в указывающий расходомер (УР) 12. Сигнал детектирования от первого датчика определения давления 8 вводят в первый контроллер индикатора давления (КИД) 13. УР 12 и КИД 13 вычисляют значения управляющего выхода из математического набора 1, как будет описано позже. Значения управляющего выхода, рассчитанные посредством УР 12 и КИД 13, сравниваются посредством схемы выбора меньшего значения 14 так, что открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется на основе более низкого значения. В этом случае открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируют таким образом, что давление газа-носителя в контуре циркуляции 2 держат в заданном диапазоне (например, 1-2 кПа. Следует отметить, что эта величина изменяется в зависимости от уплотнительных конструкций и условий эксплуатации для конвейера, сушилки 1 и т.д.). Сигнал детектирования от второго датчика определения давления 11 вводят во второй КИД 15. Основываясь на этом входном сигнале, второй КИД 15 регулирует открытие второго регулирующего клапана скорости потока 10 таким образом, как описано позже, чтобы, тем самым, удерживать давление в контуре циркуляции 2 от возрастания.

[0022] Пылесборник 3 служит для сбора пыли усовершенствованного пористого угля, содержащейся в газе-носителе, отведенном из сушилки 1. Усовершенствованный бурый уголь (УБУ) выгружают из сушилки 1 или пылесборника 3. Скруббер с брызгалом 4 служит для конденсации и отделения нефтяной смеси от газа-носителя, проходящего через пылесборник 3. Воздуходувка 5 служит для формирования потока газа-носителя из контура циркуляции 2 в сушилку 1.

[0023] Действия установки усовершенствованного бурого угля, имеющей вышеописанную конфигурацию, затем будут описаны.

[0024] Усовершенствованный бурый уголь (пример твердого топлива) получают посредством стадии смешивания, стадии выпаривания, стадии разделения «твердое - жидкость» и стадии сушки.

На стадии смешивания, пористый уголь смешивают с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии. На стадии выпаривания физическую суспензию, полученную на стадии смешивания, нагревают, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля. В то же время нефтяную смесь вводят в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию. На стадии разделения «твердое – жидкость», усовершенствованный пористый уголь и нефтяную смесь отделяют от обезвоженной суспензии посредством обезвоживающей центрифуги. На стадии сушки усовершенствованный пористый уголь, полученный на стадии разделения «твердое – жидкость», нагревают и транспортируют на сушку, будучи снабженным газом-носителем в сушилке 1, чтобы получить усовершенствованный бурый уголь.

[0025] Стадия сушки, показывающая настоящее изобретение, будет описана более подробно далее. На стадии сушки заданное значение циркуляционного количества газа-носителя и заданное значение давления газа-носителя на входе в сушилку 1 устанавливают на основе подаваемого количества пористого угля, загруженного в сушилку 1, и на основе количества нефти, содержащейся в пористом угле на выпускной стороне обезвоживающей центрифуги. В этом случае, заданное значение циркуляционного количества газа-носителя и заданное значение давления устанавливают таким образом, что давление газа-носителя в сушилке 1 лежит в диапазоне ранее установленного давления (диапазон установленного давления) в соответствии с подаваемым количеством пористого угля и количеством нефти, содержащейся в нем. Эти целевые значения, которые будут установлены, могут быть найдены заранее посредством эксперимента и т.д.

[0026] Значение управляющего выхода затем рассчитывается из математического набора 1, основываясь на установленном заданном значении циркуляционного количества газа-носителя и на измеренном значении скорости потока газа-носителя, определенном с помощью датчика определения скорости потока 6 (здесь и далее, это значение управляющего выхода называется значением первого управляющего выхода). Аналогично, значение управляющего выхода рассчитывается из математического набора 1, основываясь на установленном заданном значении давления газа-носителя и на измеренном значении давления газа-носителя, определенном с помощью первого датчика определения давления 8 (здесь и далее, это значение управляющего выхода называется значением второго управления выхода).

[0027] [Математический набор 1]

MV: управляющий выход

e(t): управляющее отклонение (заданное значение SV − определенное значение PV)

PB: диапазон пропорциональности (%)

Регулирующие параметры управляющего отклонения:

Ti: время интегрирования (мин)

Td: время дифференцирования (мин)

[0028] В результате, посредством управления выбором меньшего значения, рассчитанные значения управляющего выхода сравниваются таким образом, что открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется в соответствии с меньшим значением. Когда скорость потока и давление газа-носителя, пропущенного через канал циркуляции 2, являются устойчивыми, значение управляющего выхода рассчитывается на основе скорости потока, определенной датчиком определения скорости потока 6, и на основе заданного значения, так что регулируется открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7.

[0029] Если количество нефти, испаряющейся в этом процессе, возрастает в результате временного внезапного увеличения в количестве усовершенствованного пористого угля, транспортируемого в сушилку 1, скорость потока газа-носителя, определенного датчиком определения скорости потока 6, не меняется так сильно, но давление, определенное с помощью первого датчика определения давления 8, возрастает. Следовательно, значение второго управляющего выхода, рассчитанное из математического набора 1, становится меньше, чем значение первого управляющего выхода. Таким образом, открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется на основе значения второго управляющего выхода. Это тормозит скорость потока газа-носителя, оттекающего в сушилку 1, так что давление в сушилке 1 может устойчиво поддерживаться в желаемом диапазоне.

[0030] В это время, значение управляющего выхода рассчитывается исходя из математического набора 1, основываясь на давлении, определенном с помощью второго датчика определения давления 11, и на ранее установленном заданном значении. Открытие второго регулирующего клапана скорости потока 10 затем устанавливают на основе рассчитанного значения управляющего выхода. Это подавляет чрезмерное повышение давления, связанное с газом-носителем в канале циркуляции 2. Отведенный газ-носитель направляют на установку обработки отходящих газов, которая не показана. Газ-носитель, переданный в установку обработки отходящих газов, должным образом подается в сушилку 1 для повторного использования.

[0031] Если количество нефти, фигурирующей в данном процессе, уменьшается в результате временного резкого снижения в количестве усовершенствованного пористого угля, транспортируемого в сушилку 1, внутреннее давление в сушилке 1 и контуре циркуляции 2 понижается. Затем, как скорость потока, определенная посредством датчика определения скорости потока 5, так и давление, определенное посредством первого датчика определения давления 8, становятся ниже. В результате, значение первого управляющего выхода и значение второго управляющего выхода, рассчитанные из математического набора 1 оба становятся больше. Как правило, изменение в скорости потока, определенной датчиком определения скорости потока 6, не столь велико, и значение первого управляющего выхода становится меньше, чем значение второго управляющего выхода. По этой причине, значение первого управляющего выхода выбирается посредством управления выбором меньшего значения таким образом, что открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется на основе этого значения первого управляющего выхода. В некоторых случаях, значение второго управляющего выхода может быть меньше, чем значение первого управляющего выхода. В этом случае, открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется на основе значения второго управляющего выхода.

[0032] В это время, по аналогии с вышеуказанным, значение управляющего выхода рассчитывается исходя из математического набора 1, основываясь на давлении, определенном вторым датчиком определения давления 11 и на ранее установленном заданном значении. Открытие второго регулирующего клапана скорости потока 10 затем регулируется на основе рассчитанного значения управляющего выхода. В этом случае, поскольку определенное давление падает в значительной степени, второй регулирующий клапан скорости потока полностью закрыт, не позволяя газу-носителю быть отведенным наружу.

[0033] Таким образом, если количество усовершенствованного пористого угля, транспортируемого в сушилку 1, временно увеличивается или уменьшается, открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется соответствующим образом. В этом случае, посредством управления выбором меньшего значения, используется меньшее значение между значением первого управляющего выхода и значением второго управляющего выхода. Соответственно, возможно стабилизировать давление газа-носителя в сушилке 1 без внезапного изменения в открытии первого регулирующего клапана скорости потока 7.

[0034] Настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутой конфигурацией, описанной в варианте осуществления, но может быть изменено различным образом.

[0035] Например, хотя открытие первого регулирующего клапана скорости потока 7 регулируется посредством пропорционально-интегрального дифференциального (ПИД) регулятора в варианте осуществления, оно может быть отрегулировано посредством другого регулятора с обратной связью.

[0036] Несмотря на то, что в варианте осуществления сигнал детектирования от датчика определения скорости потока 6 обрабатывается посредством УР 12, сигнал детектирования от первого датчика определения давления 8 обрабатывается посредством первого КИД 13, а сигнал детектирования от второго датчика определения давления 11 обрабатывается посредством второго КИД 15, конфигурация может быть, например, такова, что они управляются вместе посредством индивидуального контроллера (микрокомпьютера) или такова, что УР 12 и первый КИД 13 управляются посредством индивидуального контроллера (микрокомпьютера).

Пояснения букв или чисел

[0037]

1 сушка

2 контур циркуляции

3 пылесборник

4 скруббер с брызгалом

5 воздуходувка

6 датчик определения скорости потока

7 первый регулирующий клапан скорости потока

8 первый датчик определения давления

9 отводящая труба

10 второй регулирующий клапан скорости потока

11 второй датчик определения давления

12 УР

13 первый КИД

14 схема выбора меньшего значения

15 второй КИД

16 кокс

17 механический недожог

Изобретение раскрывает способ изготовления твердого топлива, содержащий стадию смешивания, где происходит смешивание пористого угля с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии; стадию выпаривания, где происходит нагревание физической суспензии, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля, и введение нефтяной смеси в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию; стадию разделения «твердое–жидкость», где происходит отделение усовершенствованного пористого угля и нефтяной смеси от обезвоженной суспензии; и стадию сушки - сушка усовершенствованного пористого угля нагреванием и транспортировка его при подаче газа-носителя, при этом установку заданного значения циркуляционного количества газа-носителя и заданного значения давления газа-носителя на стадии сушки, где каждое заданное значение определяют на основе подаваемого количества усовершенствованного пористого угля, которое должно быть высушено на стадии сушки, и на основе количества нефти, содержащейся в усовершенствованном пористом угле, подвергнутом стадии сушки, так чтобы давление газа-носителя на стадии сушки находилось в пределах заданного диапазона, расчет управляющих выходов, основываясь на отклонениях между заданными значениями и измеренными значениями, аналогичными соответственно им, и корректировку подаваемого количества газа-носителя, основываясь на меньшем значении между полученными управляющими выходами. Также раскрывается установка по изготовлению твердого топлива. Технический результат заключается в предоставлении стадии сушки, которая будет выполнена в устойчивом состоянии независимо от увеличения или уменьшения транспортируемого количества пористого угля. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления твердого топлива, содержащий:

стадию смешивания, где происходит смешивание пористого угля с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии;

стадию выпаривания, где происходит нагревание физической суспензии, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля, и введение нефтяной смеси в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию;

стадию разделения «твердое – жидкость», где происходит отделение усовершенствованного пористого угля и нефтяной смеси от обезвоженной суспензии; и

стадию сушки - сушка усовершенствованного пористого угля нагреванием и транспортировка его при подаче газа-носителя,

где способ содержит:

установку заданного значения циркуляционного количества газа-носителя и заданного значения давления газа-носителя на стадии сушки, где каждое заданное значение определяют на основе подаваемого количества усовершенствованного пористого угля, которое должно быть высушено на стадии сушки, и на основе количества нефти, содержащейся в усовершенствованном пористом угле, подвергнутом стадии сушки, так чтобы давление газа-носителя на стадии сушки находилось в пределах заданного диапазона;

расчет управляющих выходов, основываясь на отклонениях между заданными значениями и измеренными значениями, аналогичными соответственно им; и

корректировку подаваемого количества газа-носителя, основываясь на меньшем значении между полученными управляющими выходами.

2. Установка по изготовлению твердого топлива, содержащая:

смеситель, который смешивает пористый уголь с нефтяной смесью, содержащей нефть селективной очистки и тяжелую нефть, с целью получения физической суспензии;

испаритель, который нагревает физическую суспензию, чтобы поддерживать обезвоживание пористого угля, и который вводит нефтяную смесь в поры пористого угля, чтобы получить обезвоженную суспензию;

центрифугу, которая отделяет усовершенствованный пористый уголь и нефтяную смесь от обезвоженной суспензии;

сушилку, которая сушит усовершенствованный пористый уголь путем нагрева и его транспортировки при подаче газа-носителя; и

блок управления, который устанавливает заданное значение циркуляционного количества газа-носителя и заданное значение давления газа-носителя в сушилке, который вычисляет управляющие выходы, основываясь на отклонениях между заданными значениями и измеренными значениями, аналогичными соответственно им, и который регулирует подаваемое количество газа-носителя, основываясь на меньшем значении между полученными управляющими выходами,

где блок управления определяет каждое заданное значение, основываясь на подаваемом количестве усовершенствованного пористого угля, который должен быть высушен в сушилке, и на количестве нефти, содержащейся в усовершенствованном пористом угле, покидающем сушилку, таким образом, что давление газа-носителя на стадии сушки лежит в пределах заданного диапазона.