对低阶煤自燃的抑制作用的利记博彩app

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【专利摘要】本发明描述了一种用于处理煤的方法，通过减少在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时的吸附放热的方式降低自燃。提供经稀释的烃混合物的液压源。所述混合物中的烃为矿物油、燃料油、浙青或煤焦油的乳液的烃乳液。将一定量的经稀释的烃混合物施加至新开采的且未干燥的煤的流以提供所述煤的防水性，从而在所述煤的运输和储存期间防止暴露于降水或溢流之后吸水。将经处理的煤装填入散堆中。反转所述散堆的温度变化趋势，其中所述散堆的温度趋向于环境温度而不是趋向于高于环境温度的温度。
【专利说明】对低阶煤自燃的抑制作用

【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤开采以及煤的运输和储存，并且更具体地，本发明涉及一种用于处 理煤的方法，以通过减少在煤已经开始干燥之后并且当随后将煤暴露于液态水时的吸附放 热（exothermic heat of adsorption)的方式降低或防止自燃。

【背景技术】
[0002] 既在运输期间又在现场处理期间，煤的自燃对于公用电站（utilities)是严峻问 题。除燃料损失外，尝试处理已燃煤能够引发导致煤尘爆燃的燃烧事件，从而迫使公用电站 关闭数周至数月，伴随来自发电收入的损失和来自为更换毁坏的基础设施而建造的额外成 本。
[0003] 人们对自燃问题的认识已经长达数十年。美国专利2, 184, 621号 (Marmaduke, 1938)引述了煤的自燃能力，并建议在塑化錯（plasticized wax)处理中包 裹（encapsulate)煤的补救方法。近期，所述问题已经通过在二氧化娃（Kindig等人的 美国专利3, 961，914号）、高分子量的聚乙二醇（Burns的美国专利4, 331，445号）、乳胶 (Matthews的美国专利4, 421，520号）的层中包裹煤，用化学氧化剂（Rogers等人的美 国专利4, 759, 772号）预氧化煤，或者最近用聚合的阳离子表面活性剂（Roe的美国专利 5, 576, 056号）处理煤的方式得到解决。
[0004] 除了尝试处理煤表面外，已经通过尝试用二氧化碳使煤变得惰性的方式（Smith 的美国专利4, 199, 325号）、通过使煤干燥和部分氧化然后水合的方式（Seitzer的美国专 利3, 723, 079号）、通过干燥煤并将其压块的方式（Kubota等人的美国专利4, 645, 513号）、 通过干燥并然后用烃油或蜡密封煤的方式（Johnson的美国专利3, 985, 517号，Bixel等人 的美国专利4, 783, 199号和4, 828, 576号）、通过粉碎并干燥煤与此同时除去灰尘并然后使 颗粒和煤焦油混合的方式（Knudson等人的美国专利5, 162, 050号）和通过粉碎、干燥和用 矿物油（Dunlop等人的美国专利6, 162, 265号）或油和糖蜜的混合物（Rahm等人的美国专 利6, 086, 647号）密封煤颗粒的方式解决自燃问题。
[0005] 最后，两篇专利已经教导了用以减少空气渗入而对煤堆本身的处置降低了自燃的 可能性（Behringer的美国专利4, 472, 102号和Reeves等人的美国专利6, 231，627号）。
[0006] 传统认知是低阶煤的自燃是氧化过程。诚然，在较高温度下，确实是如此。然而， 在室温或接近室温下，煤的氧化速率非常缓慢。有趣的是，在潮湿气候下、特别是干期之后 的潮湿气候下，煤堆自燃的发生最为频繁。在二十世纪九十年代，关于水在煤的初期加热中 所起的作用进行了大量研究。在2001年发表了透彻的综述："TheInfluenceofMoisture ontheSpontaneousCombustionofCoal，'ChristopherBlazek,BenetechReport.〇该 报道强调了几种额外的能够出现在煤堆中的热源。其中，冷凝热和吸附热向煤颗粒提供大 量热能。当然，这些过程的逆过程会提供等量的热冷却，前提是颗粒保持不变。对于次烟煤 和褐煤则不是这种情形。次烟煤可以包含高达30%的掺入煤块（coalbody)的水分。如 此，它是煤颗粒的整体结构组分。不论通过自然过程还是人工过程，干燥煤导致煤结构的崩 解。正是这种现象赋予Powder River Basin(PRB)和其它次烟煤臭名昭著的（notorious) 尘污。在崩解过程中，煤发生不可逆的变化。煤破碎。随着煤破碎，其表面积增大。
[0007] 为了解释这点，假定新开采的次烟煤正方体。其最初的表面积是6单位，即它是单 位长度、宽度和高度的正方体。随着它干燥，它失水并最终破碎。假如它现在已经均分成8 块，即它现在是8个0. 5单位的长度、宽度和高度的正方体，现在每个具有1. 5单位的表面 积，总表面积为12单位。其水含量已经降至15%。其质量现在为0.85kg。现在使假定150 克的水返回于煤。蒸发吸热和冷凝放热会彼此抵消。然而，脱附热和吸附热与煤的表面积 成比例，并且它已经改变。现在，吸附热会接近于两倍的脱附热。该净效应会是煤颗粒的变 热。这种经由吸附热的低温煤加热,亦称为润湿热（heat of wetting)或浸渍热（heat of i_ersion)，能够使煤从氧化速率过小而不足以支持自我维持反应的温度加热至氧化反应 能够变得自我维持的温度。换言之，这种吸附热可以充当火柴以点燃煤堆火。
[0008] 因此，有必要理解关于对煤防水处理的先前研究。特别地，除了在Johnson、Bixel、 Knudson和Dunlop的用于使干燥的、粉碎的煤防水的专利中的教导，将娃酸钠和糖用于制 造烟煤粉末的硬防水型煤球，如Miller (Miller的美国专利1，670, 865号）所教导的，将 剩余燃料油（澄清油）和浙青的混合物施加至褐煤和特别是干燥后的褐煤（Anderson的 美国专利4, 201，657号），在两步骤的过程中，用润湿剂和浙青的封堆涂料（pile-sealing coating)处理原矿煤（Shaw等人的美国专利4, 264, 333号），用具有用作粉尘控制配方的 不同油的石油树脂部分处理干燥后的煤（Wajer等人的美国专利5, 192, 337号），和最后用 矿物油乳液处理经粉碎的煤泥浆以成块并减少起尘（Roe的美国专利5, 256, 169号）。
[0009] 总结现有技术，主张对未干燥的煤的自燃抑制作用，由包括以0.5加仑（约4磅）/ 吨的最小比率施加多种油、煤焦油、乳胶、高分子量的聚乙二醇和浙青组合物的处理。文献 指出了新开采的煤和活性更大的干燥后的低阶煤之间的显著区别。对于阻止在处理和运输 新开采的煤期间的自燃给予了相对较少的关注。此外，煤开采者对煤处理的价格是敏感的， 而甚至〇. 5加仑/吨的纯矿物油、燃料油或煤焦油对于每年开采数百万吨煤的煤矿而言都 会代表显著的经济考虑。
[0010] 本发明是为了解决上述问题和其它问题，以及为了提供抑制低阶煤的自燃的现有 方法所未提供的优点和方面。对本发明特征和优点的完整讨论听从以下的参照附图的详细 描述。


【发明内容】

[0011] 本发明的第一方面涉及一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法， 所述方法在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时。本方法包括以下 步骤：提供经的液压源（a source of a fluid pressure);和将经施加至煤的流。
[0012] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合包括以下特征中的一个或多 个。烃可以为烃乳液。可以将低水平含量的烃乳液施加至煤，以煤的重量百分比计。烃乳 液可以选自由矿物油、燃料油、浙青和煤焦油的乳液组成的组。煤可以是新开采的和未干燥 的。烃乳液可以减低由吸附放热所导致的煤的自我加热。
[0013] 本发明的第二方面涉及一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法， 所述方法在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时。本方法包括以下 步骤：提供硅酮（silicone)的液压源；和将硅酮施加至煤的流。
[0014] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合包括以下特征中的一个或多 个。硅酮可以为硅酮乳液。可以将低水平含量的硅酮乳液施加至煤，以煤的重量百分比计。
[0015] 本发明的第三方面涉及一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法， 所述方法在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时。本方法包括以下 步骤：提供硅烷（Silicane)的液压源；和将硅烷施加至煤的流。
[0016] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合包括以下特征中的一个或多 个。可以将低水平含量的硅烷施加至煤，以煤的重量百分比计。
[0017] 本发明的第四方面涉及一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法， 所述方法在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，该方法包括以 下步骤：使新开采的煤防水以防止在运输和储存新开采的煤期间其在暴露于降水或溢流 (flooding)之后吸水（water uptake)。
[0018] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合包括以下特征中的一个或多 个。该方法还可以包括以下步骤：提供烃的液压源；和将烃施加至新开采的且未干燥的煤 的流。该施加步骤可以包括施加低水平含量的烃，以煤的重量百分比计。烃可以是烃乳液。 烃乳液的低水平含量可以是不超过21b(0. 9kg)/吨的煤（用水稀释之前）。在施加步骤之 前可以将烃乳液在液态水中稀释。经稀释的烃乳液和液态水的混合物可以包含小于80份 的液态水。该混合物可以包含高达100份的水。经稀释的混合物可以包含19份?79份的 液态水。稀释混合物的施加率可以为2. 5?10加仑的经稀释的混合物/吨新开采的且未 干燥的煤。经稀释的混合物的施加率可以低至0. 5加仑的经稀释的混合物/吨新开采的 且未干燥的煤。可以使用位于新开采的且未干燥的煤的流的任一侧上的泵和喷管（spray manifold)实现所述施加步骤。经乳液可以选自由矿物油、燃料油、浙青和煤焦油的乳液组 成的组。所述方法可以进一步包括以下步骤：通过使煤在环境条件下干燥的方式发展所述 新开采的且未干燥的煤的防水性。所述方法可以进一步包括以下步骤：在施加步骤之后，将 新开采的且未干燥的煤装填入散堆（bulk pile);并反转所述散堆的温度变化趋势，其中所 述散堆的温度趋向于环境温度而不是趋向于高于环境温度的温度。
[0019] 本发明的第五方面涉及一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法， 所述方法在所述煤已经开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时。该方法还可以包 括以下步骤：提供经稀释的烃混合物的液压源，其中在经稀释的烃混合物中的烃是选自由 矿物油、燃料油、浙青、煤焦油的乳液组成的组的烃乳液，和烃乳液；将一定量的经稀释的烃 混合物施加至新开采的且未干燥的煤的流中以提供新开采的且未干燥的煤的防水性，从而 防止在运输和储存新开采的煤期间其在暴露于的降水或溢流之后吸水；在所述施加步骤之 后，将所述新开采的且未干燥的煤装填入散堆中；以及反转所述散堆的温度变化趋势，其中 所述散堆的温度趋向于环境温度而不是趋向于高于环境温度的温度。
[0020] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合地包括以下特征中的一个或 多个。在施加步骤之前，可以用水稀释所述烃使得经稀释的烃包含19份?79份的液态水 (以体积计）。经稀释的烃混合物的施加率可以为2. 5?10加仑的经稀释的烃混合物/吨 新开采的且未干燥的煤。可以以不超过Ilb (0. 45kg) /吨新开采的且未干燥的煤的含量将 低水平含量的烃施加至新开采的且未干燥的煤。
[0021] 本发明的第六方面涉及一种提高暴露于雨水或溢流的燃料的净能含量（net energy content)的方法。该方法包括以下步骤：使燃料防水以防止在燃料运输和储存期 间其在暴露于的降水或溢流之后的吸水。
[0022] 本发明的这一方面可以单独地或以任何合理的组合地包括以下特征中的一个或 多个。该方法还可以包括以下步骤：提供防水剂的流体来源，其中该防水剂选自由烃、烃乳 液、硅酮和硅烷组成的组；和将该防水剂施加至燃料。可以将低水平含量的防水剂施加至燃 料中，以燃料的重量百分比计。烃乳液可以选自由矿物油、燃料油、浙青和煤焦油的乳液组 成的组。烃乳液可以降低由吸附放热导致的煤的自我加热。燃料可以是煤。煤可以是新开 采的。煤可以是未干燥的。煤可以是低阶的次烟煤或褐煤。
[0023] 本发明的其它特征和优点从下面的结合以下附图的说明书来看将是显然的。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 为了理解本发明，现在参照附图以示例的方式描述本发明，其中：
[0025]图1是本发明一方面的流程图；
[0026] 图2是本发明一方面的流程图；
[0027] 图3是本发明一方面的流程图；和
[0028] 图4是本发明一方面的流程图。

【具体实施方式】
[0029] 尽管本发明容许多种不同形式的实施方式，但是在附图中所示的并且将在本发明 的优选实施方式中详细描述的实施方式理解为本发明所公开内容视为本发明原理的示例， 而不旨在将本发明的较宽范围限定至所示出的实施方式。
[0030] 本发明涉及一种用于降低或消除自燃可能性的处理方法。处理过程可以在煤遭受 自燃之前的任何时候进行；然而，在优选的方法中，通过降低或防止在煤已经开始干燥之后 和当随后使煤暴露于液态水时的吸附放热的方式处理新开采的且特别是未干燥的煤以降 低或防止自燃。这通过用防水剂处理煤的方式来实现，使得当暴露水时，水逃逸并且不会吸 附至煤颗粒上或煤颗粒中，由此使煤防水。在该上下文中的新开采的煤是基本上没有损失 其初始水含量的煤。
[0031] 该组合物通常需要选自以下的防水材料：聚硅氧烷（polysiloxane)、硅氮烷、矿 物油、燃料油、煤焦油、浙青、凡士林、植物衍生油、动物衍生油、杂芬油（creosote)、妥尔油 浙青、石油浙青、石油树脂及其乳液。其它的防水组合物对本领域技术人员会是显然的。这 些材料的有效施加率明显在先前专利中所报道的水平以下。例如，在一个实施方式中，以 0. 425磅（0. 05加仑）的矿物油/吨煤施加矿物油乳液，并赋予煤几乎完全的防水性。在 另一种情形下，以约〇. 8磅/吨煤施加煤焦油乳液，并产生防水的且没有表现出任何自我放 热趋势的煤。发明人认为可以使用如本文所描述的小于2磅乳液/吨煤用于处理散填料 (bulk load)或煤堆，以实现在本文所描述的环境或化学过程下煤自燃的合理降低。同时， 在本发明所描述的实施例中，可以使用小于Ilb/吨煤焦油本身处理煤。
[0032] 重要的防水组合物是（如有可能）上述防水材料的水乳液。这并不是说，施加纯 的防水产品不会起作用。仅仅是，相比于纯材料，乳液具有几种优势。首先，能够在水中稀 释使得以小得多的施加率有效地涂覆煤表面。第二，水乳液是不可燃的。可燃性是在任何 煤处理设备的煤矿中的重要考虑因素，因为煤着火是灾难，并且现场储存可燃性材料是不 希望的。
[0033] 应当指出在遭受雨水或溢流的燃料中水分减少还能够具有明显的益处。进入锅炉 中每千克的在燃料上的水损耗2. 3兆焦耳的不可回收的热能。因此，19. 5MJ/kg(8400BTU/ lb)的燃料上减少3%的水会导致约138MJ/MT的热能增益。假定整个发电厂的热能向电能 的转化效率为约35%，那会是另一个约13kWh/MT的燃料。因此，可以将本发明的教导应用 于提高暴露于雨水或溢流的燃料的净能含量的方法。燃料优选是低阶的次烟煤或褐煤。
[0034] 用水稀释这些乳液10,并通常在能够处理煤流两侧以得到完全覆盖的转移点处以 喷雾12的方式施加于煤流14。通常，以1份乳液：19份水至1份乳液：79份水来稀释乳 液，并然后以20?80磅（2. 5?10加仑）/吨煤的比率施加经稀释的混合物。该施加通常 使用位于煤流任一侧的泵和喷管实现。本文所公开的防水剂的施加还可以以泡沫的形式施 加。
[0035] 然后，通常在煤堆、驳船上或在有轨车中使煤干燥，从而如此发展防水性。通常，依 赖于环境温度、阳光暴晒和相对湿度，这能够耗费少至1小时或长达数小时。
[0036] 防水效果是持久的。在设计用于测定该处理寿命的实验中，在28日后防水性没有 降低。
[0037] 实施例1 :润湿热
[0038] 为了检验水吸附热量和确定表面处理是否能够影响这方面，筛分新制造的煤颗粒 并分离18?60目的部分。用多种试剂处理煤，并然后在40°C下干燥过夜或在一些情形下 干燥数日。组装1升的包含磁性搅拌棒、热电偶和100克去离子水的真空杜瓦瓶热量计，并 使其达到平衡。将热电偶附着至以每秒读取一个数据点的数据记录器上。然后在搅拌下向 热量计中加入20克经处理的煤，并在5?10秒的时间段内使用热电偶将煤激烈混入水中 以确保完全润湿。在5?20分钟后监测水和煤的混合物的温度，将该温度推回至加入煤时。 然后，计算吸附热并制作表1.
[0039] 表1:经处理的煤的吸附热
[0040]

【权利要求】
1. 一种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法，所述方法在所述煤已经开 始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，所述方法包括以下步骤： 提供烃的液压源；和 将所述烃施加至煤的流。
2. 权利要求1的方法，其中所述烃是烃乳液。
3. 权利要求2的方法，其中施加低水平含量的所述烃乳液至所述煤，以所述煤的重量 百分比计。
4. 权利要求3的方法，其中所述烃乳液选自由矿物油、燃料油、浙青和煤焦油的乳液组 成的组。
5. 权利要求4的方法，其中所述煤是新开采的或未干燥的。
6. 权利要求5的方法，其中所述烃乳液降低由吸附放热所导致的所述煤的自我加热。
7. -种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法，所述方法在所述煤已经开 始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，所述方法包括以下步骤： 提供硅酮的液压源；和 将所述硅酮施加至煤的流。
8. 权利要求7的方法，其中所述硅酮是硅酮乳液。
9. 权利要求8的方法，其中施加低水平含量的所述硅酮乳液至所述煤，以所述煤的重 量百分比计。
10. -种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法，所述方法在所述煤已经 开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，所述方法包括以下步骤： 提供硅烷的液压源；和 将所述硅烷施加至煤的流。
11. 权利要求10的方法，其中施加低水平含量的所述硅烷至所述煤，以所述煤的重量 百分比计。
12. -种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法，所述方法在所述煤已经 开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，所述方法包括以下步骤：使新开采的煤 防水，以在运输和储存所述新开采的煤期间防止其在暴露于降水或溢流之后吸水。
13. 权利要求12的方法，其进一步包括以下步骤： 提供烃的液压源；和 将所述烃施加至新开采的且未干燥的煤的流。
14. 权利要求13的方法，其中所述施加步骤包括施加低水平含量的所述烃，以所述煤 的重量百分比计。
15. 权利要求14的方法，其中所述烃是烃乳液。
16. 权利要求15的方法，其中所述烃乳液的低水平含量是不超过21b (0. 9kg) /吨煤。
17. 权利要求16的方法，其中在所述施加步骤之前在液态水中稀释所述烃乳液。
18. 权利要求17的方法，其中经稀释的所述烃乳液和所述液态水的混合物包含小于80 份的液态水。
19. 权利要求18的方法，其中所述经稀释的混合物包含19份?79份的液态水。
20. 权利要求19的方法，其中所述经稀释的混合物的施加率是2. 5?10加仑的经稀释 的混合物/吨新开采的且未干燥的煤。
21. 权利要求20的方法，其中所述烃乳液选自由矿物油、燃料油、浙青和煤焦油的乳液 组成的组。
22. 权利要求21的方法，其进一步包括以下步骤： 通过使所述新开采的且未干燥的煤在环境条件下干燥的方式改进所述煤的防水性。
23. 权利要求21的方法，其进一步包括以下步骤： 在所述施加步骤之后将所述新开采的且未干燥的煤装填入散堆；和 反转所述散堆的温度变化趋势，其中所述散堆的温度趋向于环境温度而不是趋向于高 于环境温度的温度。
24. -种通过减少吸附放热的方式降低自燃以处理煤的方法，所述方法在所述煤已经 开始干燥之后和当随后使所述煤暴露于液态水时，所述方法包括以下步骤： 提供经稀释的烃混合物的液压源，其中经稀释的烃混合物中的烃是选自由矿物油、燃 料油、浙青和煤焦油的乳液组成的组的烃乳液； 施加一定量的经稀释的烃混合物至新开采的且未干燥的煤以提供所述新开采的且未 干燥的煤的防水性，从而在运输和储存所述新开采的煤期间防止其在暴露于降水或溢流之 后吸水； 在所述施加步骤之后，将所述新开采的且未干燥的煤装填入散堆中；和 反转所述散堆的温度变化趋势，其中所述散堆的温度趋向于环境温度而不是趋向于高 于环境温度的温度。
25. 权利要求24的方法，其中用水稀释所述烃，使得在所述施加步骤之前所述经稀释 的烃混合物包含19份?79份液态水，以体积计。
26. 权利要求24的方法，其中所述经稀释的烃混合物的施加率为2. 5?10加仑的经稀 释的混合物/吨新开采的且未干燥的煤。
27. 权利要求24的方法，其中以不超过Ilb (0. 45kg) /吨所述新开采的且未干燥的煤的 量施加低水平含量的所述烃至所述新开采的且未干燥的煤。
28. -种改进暴露于雨水或溢流的燃料的净能含量的方法，所述方法包括以下步骤： 使燃料防水以在运输和储存所述燃料期间防止其暴露于降水或溢流之后吸水。
29. 权利要求28的方法，其进一步包括以下步骤： 提供防水剂的流体来源，其中所述防水剂选自由烃、烃乳液、硅酮和硅烷组成的组；和 将所述防水剂施加至所述燃料。
30. 权利要求29的方法，其中将低水平含量的所述防水剂施加至所述煤，以所述燃料 的重量百分比计。
31. 权利要求29的方法，其中所述烃乳液选自由矿物油、燃料油、浙青、煤焦油的乳液 组成的组。
32. 权利要求29的方法，其中所述烃乳液降低由吸附放热所导致的所述煤的自我加 热。
33. 权利要求29的方法，其中所述燃料为煤。
34. 权利要求30的方法，其中所述煤是新开采的。
35. 权利要求31的方法，其中所述煤是未干燥的。
36.权利要求29的方法，其中所述煤是低阶的次烟煤或褐煤。
【文档编号】C10L9/10GK104220568SQ201380020099
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月15日
【发明者】A.R.沃尔夫, C.F.布莱泽克, M.T.萨奇 申请人:贝尼泰克股份有限公司