Tratamiento del carbón.

Un procedimiento para tratar carbón en una atmósfera no oxidante para incrementar su rango,

que comprende lasetapas de:

(a) calentar carbón a 93-121ºC (200-250ºF) para eliminar la humedad superficial;

(b) calentar el carbón producido en la etapa (a) hasta una temperatura de 204-399ºC (400-750ºF) durantealrededor de 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad inerte entre 2-5%;

(c) calentar el carbón producido en la etapa (b) hasta una temperatura de alrededor de 482-593ºC (900-1100ºF) durante un tiempo de hasta alrededor de 5 minutos, para producir carbón que tiene un contenido dehumedad inherente de 1-2% y una reducción de masa de hasta 50%;

(d) calentar el carbón producido en la etapa (c) hasta una temperatura de 704-843ºC (1300-1500ºF) durantealrededor de 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad menor que 2% y uncontenido de volátiles menor que 25%;

(e) calentar el carbón producido en la etapa (d) hasta una temperatura de alrededor de 1093-1316ºC (2000-2400ºF) durante 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad menor que 2% enpeso y un contenido de volátiles de 15% o menos en peso;

(f) enfriar el carbón producido en la etapa (e) al exponerlo a un gas de enfriamiento que está sustancialmentelibre de oxígeno y humedad, para formar carbón tratado; y

(g) recoger el carbón tratado.

Tratamiento del carbón

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al tratamiento de carbón a fin de potenciar su valor o rango. Más particularmente, la invención proporciona un procedimiento para el tratamiento de carbón para convertir eficientemente la materia prima bruta seleccionada desde un bajo rango a un combustible de grado elevado, capaz de liberar más calor por unidad de combustible. Esta invención se dirige particularmente para que sirva a los mercados de servicios, comerciales e industriales. También es muy capaz de suministrar un combustible de bajo humo para uso doméstico, tal como el uso doméstico de calefacción y de cocina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La biomasa es una de las fuentes de energía más grandes y más fácilmente disponibles conocidas para el hombre. La biomasa se encuentra en formas inmaduras, tales como madera, vainas, cáscaras y turba. También hay ingentes cantidades de biomasa en forma de lignito, carbón sub-bituminoso, bituminoso y de antracita. El hombre ha estado liberando la energía atrapada en los materiales mencionados anteriormente desde que descubrió y fue capaz de dominar el fuego. La liberación ineficiente de estas vastas reservas de energía, sin embargo, ha dado como resultado una degradación de la calidad de la atmósfera y el medio ambiente. La demanda cada vez mayor de energía, creada por el apetito insaciable del hombre por los productos puestos a su disposición por la sociedad industrializada, ha creado la necesidad de liberar esta energía de manera segura, limpia y medioambientalmente responsable.

Los procedimientos anteriores han reconocido que el calor de calefacción elimina la humedad y, como resultado, potencia el rango y la producción de BTU del carbón. También se sabe que esta actividad de pirólisis altera los hidrocarburos complejos presentes en el carbón hasta un conjunto más simple de hidrocarburos. Esta transformación molecular da como resultado un carbón más fácilmente combustible. Se han desarrollado procedimientos que usan temperatura elevada (por encima del punto de autoignición del carbón) . Esta técnica de temperatura elevada requiere el control de la atmósfera en la que se trata este carbón calentado, a fin de eliminar la autoignición del carbón. Sin embargo, estos dispositivos de control de la atmósfera, de temperatura elevada, producen un producto inestable. El carbón “sometido a choque o en forma de polvo de maquillaje” producido en estos hornos creó una necesidad de volver a ensamblar este material tratado en una forma manufacturada (briqueta) . Entonces se desarrollaron procedimientos que incluyen triturar el carbón en un material menor que 5 mm (3/16”) (finos) . Estos finos se pirolizan para reducir la humedad y la materia volátil, habitualmente a temperaturas que oscilan de 204-371ºC (400 F a 700ºF) . Estos finos se mezclan entonces con un aglutinante, que es inherente o ajeno al procedimiento. La mezcla resultante se forma en briquetas de tamaño predeterminado. Las briquetas resultantes tienen un bajo contenido o están desprovistas de humedad, son modestamente estables y están desgasificadas en cierto grado.

La Solicitud de Patente US número 3.976.597 describe un procedimiento para producir carbono activado a partir de carbón, que comprende calentar el carbón hasta 760-871ºC (1400-1600ºF) en un primer compartimento, seguido del calentamiento hasta 927-1066ºC (1700-1950ºF) en un segundo compartimento, en presencia de una mezcla gaseosa fluidizante de gas de combustión y gas oxidante.

Estos procedimientos anteriores requieren de 2 a 6 horas para su terminación. Son lentos y costosos, tanto en costes de capitalización como en costes de producción. Existe la necesidad de un procedimiento mejorado para tratar carbón para incrementar su rango a la vez que se reduzca el tiempo y coste para terminar el procedimiento. La presente invención busca satisfacer esa necesidad.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Ahora se ha descubierto, según la presente invención, que es posible tratar carbón en condiciones y durante un período de tiempo relativamente corto para potenciar su rango para producir un combustible de contenido de 29-30 MJ/kg (12.500 a 13.000 BTU/lb) o mayor. Según un aspecto, la invención proporciona un procedimiento para tratar carbón, para incrementar su rango, en el que se calienta una materia prima para eliminar la humedad y los volátiles de la materia prima, y el carbón tratado se recoge después. La invención se describe en la reivindicación 1.

La expresión “eliminar la humedad”, como se usa aquí, significa que los contenidos de humedad (agua) se reducen a menos de 2% en peso. La reducción de material volátil e hidrocarburos orgánicos es una parte controlada del procedimiento, con lo que el tiempo de exposición, la temperatura, y las condiciones atmosféricas se predicen con la constitución de volátiles de la materia prima inicial y la constitución de volátiles deseada del producto acabado. Este producto acabado puede tener 25% en peso o mayor de materia volátil, por ejemplo 25-35%, o 3% o menos de materia volátil, más habitualmente 5-15% en peso. La presente invención proporciona un control detallado sobre el resultado final de la materia prima bruta con respecto a la materia volátil y otras características del producto final.

En una realización, una porción del vapor y de los volátiles eliminados durante el tratamiento térmico de la materia prima en un medio calefactor se recicla nuevamente al medio calefactor, junto con una mezcla predeterminada de hidrocarburos líquidos, para proporcionar una atmósfera no oxidante que evitará la ignición de la materia prima durante la etapa de calentamiento. La expresión “atmósfera no oxidante”, como se usa aquí con respecto a todo el procedimiento de tratamiento, significa una atmósfera en la que el contenido de oxígeno es típicamente menor que 2% de oxígeno, habitualmente 0, 001-1% de oxígeno, más habitualmente 0, 25 a 0, 75% de oxígeno, en volumen.

Se proporciona carbón de mayor rango producido según el procedimiento de la invención.

En todavía otra realización, la invención proporciona briquetas formadas a partir de carbón tratado según el procedimiento de la invención. Las briquetas se pueden proporcionar con un revestimiento a prueba de agua para mejorar la estabilidad, propiedades de ignición y prolongar su caducidad.

El procedimiento de la invención permite la volatilización controlada y la eliminación de humedad y volátiles orgánicos, a la vez que mantiene la mayoría de la integridad estructural natural del carbón, con una desintegración reducida para formar polvo, convirtiendo de ese modo un combustible de bajo grado de, por ejemplo, 17 MJ/kg (7500 BTU/lb.) o menos, en un combustible de grado elevado de 29 MJ/kg (12.500 BTU/lb.) o mayor. El procedimiento reduce enormemente los costes de capitalización y de producción requeridos para llegar al resultado deseado, incrementando así sustancialmente la eficacia de coste y la tasa de producción con respecto a procedimientos previos. Esta invención también reduce enormemente el tiempo necesario para terminar el procedimiento desde los procedimientos existentes de horas a 15 minutos o menos, más habitualmente 5-10 minutos.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO

Ahora se describirán realizaciones de la invención con más detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 es una retorta típica usada para llevar a cabo el procedimiento de la invención; y

la Figura 2 es una ilustración esquemática de una retorta de múltiples cámaras útil para llevar a cabo la invención.

Se observará que esta invención no está limitada al uso de una retorta giratoria, puesto que hay otros tipos de equipo que también son capaces de soportar esta invención. Sin embargo, para los fines de la descripción, en la descripción que sigue se hará referencia a la retorta giratoria.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS

Los ejemplos de carbón particularmente adecuados para uso en la presente invención son lignito, carbón subbituminoso, carbón bituminoso y carbón de antracita. Por facilidad de discusión, la siguiente descripción se hará con referencia al carbón, que se entiende que incluye todas las formas de carbón, especialmente lignito, carbón subbituminoso, bituminoso y de antracita.

Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra una retorta 2 convencional para llevar a cabo una realización de la invención. El procedimiento se puede llevar a cabo usando una retorta giratoria cilíndrica o un horno de tipo rejilla de movimiento continuo de crisol giratorio. Para facilidad... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para tratar carbón en una atmósfera no oxidante para incrementar su rango, que comprende las etapas de:

(a) calentar carbón .

9. 121ºC (200-250ºF) para eliminar la humedad superficial;

(b) calentar el carbón producido en la etapa (a) hasta una temperatura d.

20. 399ºC (400-750ºF) durante alrededor de 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad inerte entre 2-5%;

(c) calentar el carbón producido en la etapa (b) hasta una temperatura de alrededor d.

48. 593ºC (9001100ºF) durante un tiempo de hasta alrededor de 5 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad inherente de 1-2% y una reducción de masa de hasta 50%;

(d) calentar el carbón producido en la etapa (c) hasta una temperatura d.

70. 843ºC (1300-1500ºF) durante alrededor de 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad menor que 2% y un contenido de volátiles menor que 25%;

(e) calentar el carbón producido en la etapa (d) hasta una temperatura de alrededor de 1093-1316ºC (20002400ºF) durante 2-4 minutos, para producir carbón que tiene un contenido de humedad menor que 2% en peso y un contenido de volátiles de 15% o menos en peso;

(f) enfriar el carbón producido en la etapa (e) al exponerlo a un gas de enfriamiento que está sustancialmente libre de oxígeno y humedad, para formar carbón tratado; y

(g) recoger el carbón tratado.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que antes de la etapa (b) , el carbón producido en la etapa (a) se tritura para producir carbón que tiene un tamaño superior de alrededor de 51 mm (2 pulgadas) .

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que el carbón tratado de 6 mm (¼” ) y menos que se recoge se conforma en briquetas y se proporciona con un aglutinante/inflamador/revestimiento a prueba de agua.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que se elimina de 5 a 95% de materia volátil de la materia prima bruta en el procedimiento.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho carbón se selecciona de turba, lignito, carbón subbituminoso, carbón bituminoso y carbón de antracita.

6. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el contenido de humedad del carbón se reduce hasta alrededor de 2% en peso del carbón tratado.

7. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el contenido de volátiles del carbón tratado se reduce hasta una cantidad entre 5 y 15% en peso.

8. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que, antes del calentamiento, el carbón se somete a trituración para reducir el tamaño medio del carbón hast.

2. 51 mm (1-2 pulgadas) .

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que el carbón triturado se somete a una etapa de secado mediante calentamiento hasta dicha temperatura en el intervalo de.

9. 121ºC (200-250F) durante un período de alrededor de 5 minutos a fin de eliminar la humedad de la superficie.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el contenido de humedad de la superficie se reduce hasta alrededor de 1-2% en peso.

11. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que en la etapa (d) la temperatura del carbón se eleva hast.

70. 843ºC (1300-1550ºF) y se retiene a esa temperatura durante alrededor de 2-4 minutos para producir carbón con un contenido de humedad de 1-2% y un contenido de volátiles de 15-25%.