專利名稱：用于精制煤的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精制煤的一般領(lǐng)域，并且涉及將煤進(jìn)行加工以除去可以在煤的 燃燒產(chǎn)物中產(chǎn)生環(huán)境污染物(pollutant)的致污物質(zhì)(contaminant)的更具體領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明適用于精制各種類型的煤；無(wú)煙煤，浙青質(zhì)煤和褐煤。其首要應(yīng)用 將針對(duì)出于工業(yè)目的所燃燒的煤。取決于來(lái)源，這些煤含有各種可以在燃燒氣體或灰渣中 產(chǎn)生環(huán)境污染物的致污物質(zhì)。洗滌、機(jī)械分選和化學(xué)反應(yīng)的各種方法在使煤燃燒之前已經(jīng) 并且正在被用于降低這些致污物質(zhì)。
硫是工業(yè)燃煤工廠特別顧慮的明顯致污物質(zhì)。含有高硫含量的煤可在燃燒 氣體中釋放明顯量的硫氧化物。燃燒氣體中最常見(jiàn)形式的硫氧化物為二氧化硫(S02)，其特 別具有環(huán)境顧慮。通常在催化劑例如二氧化氮(NO2)存在下，二氧化硫與氧氣反應(yīng)形成三 氧化硫(SO3),然后三氧化硫與大氣中的水分子反應(yīng)形成硫酸(H2SO4),硫酸作為酸雨返回地 面。因此，有關(guān)煤燃燒氣體中這些污染物的環(huán)境顧慮已引起限制硫氧化物(SOx)和氮氧化 物(NOx)排放的政府法規(guī)?？赏ㄟ^(guò)燃燒器技術(shù)例如流化床燃燒降低來(lái)自煤燃燒的氮氧化物 排放。對(duì)于減少硫氧化物，在現(xiàn)代化燃煤發(fā)電廠的煙囪(flue stack)中存在滌去來(lái)自煤燃 燒氣體的硫氧化物的煙道氣脫硫系統(tǒng)，但是通常更有效的是在其燃燒之前降低任何高硫煤 的硫含量。
煤的化學(xué)分析通常分三類報(bào)導(dǎo)硫內(nèi)含物即硫酸鹽硫、黃鐵礦硫(pyritic sulfur)和有機(jī)硫，將它們合起來(lái)構(gòu)成煤樣品的總硫含量。大多數(shù)分析方案連同總硫含量一 并測(cè)量黃鐵礦硫和有機(jī)硫。于是黃鐵礦硫和有機(jī)硫的份額(contribution)與總硫之間的 差異歸屬于硫酸鹽。硫酸鹽的類型可以是硫酸鈣如石膏，或由暴露煤的風(fēng)化產(chǎn)生的硫酸亞 鐵。與類型無(wú)關(guān)，從煤分離硫酸鹽相對(duì)容易，這是因?yàn)榱蛩猁}可以溶解于稀酸溶液或其它溶 劑。
黃鐵礦硫酸鹽主要是稱作黃鐵礦的結(jié)晶礦物二硫化鐵(FeS2)。黃鐵礦經(jīng) 常出現(xiàn)在接近或交織穿過(guò)煤縫的礦脈和礦床中。黃鐵礦不溶于水或弱酸溶液。然而，黃鐵 礦硫酸鹽具有的比重是煤的3-4倍。因此，可通過(guò)重力選礦的傳統(tǒng)方法，例如一般用于煤洗 滌的重介質(zhì)分選器或離心分離機(jī)，將許多黃鐵礦形式的硫從煤中分離。
有機(jī)硫是煤本身的一部分，其通過(guò)化學(xué)鍵連接。有機(jī)硫傳統(tǒng)地難以除去，因 為不能夠在不破壞化學(xué)鍵的情況下將其從煤中分離?？墒褂醚趸磻?yīng)破壞所述鍵和以其它 形式脫除硫用以從煤基質(zhì)中去除。
因此，鑒于這些不同形式的硫內(nèi)含物，用于降低硫的現(xiàn)有煤精制技術(shù)包括許多方法，從用溶劑溶液的簡(jiǎn)單洗滌或者與重介質(zhì)分選和/或泡沫浮選組合的洗滌以溶解 大部分硫酸鹽并且從煤中分離出大量的黃鐵礦硫，到化學(xué)氧化劑、氧化酶和微生物脫硫方 法的使用。
還建議化學(xué)試劑用于更強(qiáng)烈地減少黃鐵礦硫。例如，在文章 Chemical Removal of Prytic Sulfur from Coal 中以及在美國(guó)專利 3，926，575 和 3，917，465 (Meyers)中描述的Meyers方法涉及通過(guò)使用氯化鐵或硫酸鐵作為氧化劑的化 學(xué)反應(yīng)除去黃鐵礦硫。認(rèn)知的是，黃鐵礦在水中不溶，并且通常用于溶解大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽(和 硫酸鹽)的酸不可使黃鐵礦溶解。因此，在Meyers方法中使用氧化劑以將黃鐵礦轉(zhuǎn)化為 可溶于稀酸溶液的硫酸鹽或單質(zhì)硫。Meyers方法是基于氯化鐵和硫酸鐵對(duì)黃鐵礦氧化比 對(duì)煤氧化更具有選擇性的基本原理，硫酸鐵為優(yōu)選的試劑。使用約100°C的反應(yīng)溫度時(shí)， Meyers報(bào)導(dǎo)了通過(guò)使用硫酸鐵或氯化鐵作為氧化劑、接著用甲苯中和洗滌從浙青質(zhì)煤中除 去40-70%的黃鐵礦硫。
還存在隨黃鐵礦一起降低有機(jī)硫的化學(xué)方法。美國(guó)專利4，081250中Hsu 等描述的煤脫硫方法使用通過(guò)氯化溶劑中的濕煤漿料鼓出的氯氣洗掉黃鐵礦硫并將有機(jī) 硫轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽。然后將氯化的煤分離、水解并且通過(guò)在500°C下加熱進(jìn)行脫氯。
其它方法通過(guò)短時(shí)間內(nèi)在煤中誘導(dǎo)放熱氧化反應(yīng)而消除了對(duì)外部加熱的 需要。美國(guó)專利4，328，002 (Bender)描述了這種類型的方法其中將煤用氧化劑的稀含水 懸浮液進(jìn)行預(yù)處理，用水洗滌，并然后用氧化劑的濃溶液噴射或浸沒(méi)1-2分鐘，在該時(shí)間內(nèi) 放熱反應(yīng)出現(xiàn)峰值。然而，Bender的稍后專利即US 4，560，390描述了當(dāng)反應(yīng)在水力旋流 器或重介質(zhì)篩分器內(nèi)進(jìn)行時(shí)可使暴露于氧化劑溶液的時(shí)間減少短至22-30秒暴露時(shí)間。
鑒于這些各種不同的現(xiàn)有處理方法，本發(fā)明的目的是尋找有效和成本有效 的煤精制方法，該方法可按工業(yè)規(guī)模實(shí)施以從煤中基本上降低包括有機(jī)硫的總硫內(nèi)含物。 該方法中其它煤致污物質(zhì)的同時(shí)降低和BTU輸出的提高都是受歡迎的額外效果。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述基本方法
本申請(qǐng)的煤精制方法使用氫氧化銨(NH4OH)(更通常稱作氨水)作為溶劑 和作為用于減少煤中硫致污物質(zhì)的氧化劑。雖然建議氨作為氧化試劑的組分，但是如上述 Bender專利中，用更稀濃度的氨水進(jìn)行本發(fā)明的方法以消除Bender專利中描述的強(qiáng)放熱 反應(yīng)。通過(guò)維持選定的NH4OH濃度并同時(shí)再循環(huán)和再使用處理溶液而實(shí)現(xiàn)該方法的成本效 率和環(huán)境保護(hù)。此外，可使用過(guò)程控制器使再循環(huán)和選定濃度的維持自動(dòng)化。
在技術(shù)上不存在可分離的氫氧化銨化合物，但是NH4OH圖示給出了氨/水 溶液如何起作用的精確描述，因此通常得到使用。當(dāng)加入水時(shí)，氨使某一小部分水去質(zhì)子化 以產(chǎn)生銨離子(NH4+)和氫氧根離子(0H—)。因此測(cè)量本文所述方法中氨水濃度的傳感器可 以通過(guò)測(cè)量溶液中NH4+離子濃度對(duì)此加以實(shí)現(xiàn)。
總而言之，本發(fā)明包括將煤進(jìn)行加工以除去致污物質(zhì)的方法，該方法包括 如下步驟(a)在反應(yīng)容器中提供在選定氨濃度范圍的氨水溶液；(b)將煤加入到該反應(yīng)容 器中；(c)攪動(dòng)該反應(yīng)容器內(nèi)的煤以將所述煤和溶液混合從而使該溶液與煤的表面和孔隙接觸；(d)從所述容器中卸出已加工的煤；(e)監(jiān)測(cè)該過(guò)程以檢測(cè)該反應(yīng)容器中氨水的濃度 何時(shí)降低到低于選定范圍；和(d)將氨濃度處于或高于選定范圍的氨水給加到該反應(yīng)容器 以使該溶液恢復(fù)到選定范圍內(nèi)。
用于該方法的氨水可通過(guò)將無(wú)水氨(NH3)混入水中進(jìn)行制備。為了避免 EPA、OSHA和其它規(guī)章報(bào)告和處理要求，濃度范圍應(yīng)該為19重量％或更少的NH3。實(shí)際上， 當(dāng)維持低于10%的選定范圍時(shí)該方法是有效的，并且該方法的優(yōu)選實(shí)施方案是維持相對(duì)于 水約3重量％ -5重量％無(wú)水氨的濃度。
將氨水施加到在反應(yīng)容器內(nèi)(或在連續(xù)流動(dòng)方法的串聯(lián)反應(yīng)容器中)的煤 上。在本文描述的一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)容器為混合器/分離器容器，例如具有槳的旋轉(zhuǎn)鼓 式洗滌器以隨著鼓旋轉(zhuǎn)將煤提升出溶液和使其下降回到溶液中。這種物理混合作用有助于 使黃鐵礦硫不粘合而破碎為煤顆粒使得可在鼓底部將較致密的黃鐵礦篩從溶液選出。旋轉(zhuǎn) 攪拌還使氨溶液與全部煤(包括在暴露表面中的孔隙)接觸，并且允許隨著煤提升和下降 而暴露于空氣，從而使得氨能夠?qū)⒂袡C(jī)硫氧化為可溶于該溶液的硫酸鹽。
作為可供選擇的設(shè)備實(shí)施方案，可在反應(yīng)容器中進(jìn)行攪拌和混合而不同時(shí) 分選硫化鐵礦。如果將容器輸出的漿料送到單獨(dú)的比重分級(jí)器裝置，則反應(yīng)容器不需要具 有將較輕的煤與較重的黃鐵礦和其它重介質(zhì)進(jìn)行分級(jí)的能力。
作為另一種可供選擇的設(shè)備，可使用過(guò)程材料螺桿洗滌器(或串聯(lián)螺桿洗 滌器)提供必要的攪拌、通風(fēng)和在氨溶液中的暴露時(shí)間，并同時(shí)使細(xì)煤顆粒從較粗尺寸的 煤和較重的黃鐵礦中浮起。然后可在螺桿洗滌器后使用重材料分離方法從較粗的煤中除去 黃鐵礦薄片物。在附圖和詳述中描述了這些和其它可供選擇的設(shè)備和工藝布置。氨回收和再使用W020]本發(fā)明的另一個(gè)方面包括氨溶液的回收和再循環(huán)。按間隔排放或連續(xù)計(jì)量 流動(dòng)從反應(yīng)容器中排出臟的氨溶液。可通過(guò)已知的顆粒分離器，例如清除器彎曲篩或碗狀 篩離心分離機(jī)從臟溶液中回收煤細(xì)料的有用配料。在煤細(xì)料分離器之前或下游通過(guò)傳感器 或其它監(jiān)測(cè)裝置對(duì)該溶液進(jìn)行取樣以檢測(cè)氨濃度。在煤細(xì)料回收之后，將該溶液再循環(huán)到 反應(yīng)容器，如果氨濃度降低到低于選定范圍，可將氨濃度處于或高于選定范圍的氨水加入 到該反應(yīng)容器中以使該溶液恢復(fù)到選定范圍內(nèi)。水回收
已加工的煤(包括可回收的細(xì)料)在脫水和干燥之前將為稠密漿料形式。 還可以在脫水和干燥之前用去礦物質(zhì)水沖洗該漿料。從漿料壓出的水(包括任何沖洗水) 被導(dǎo)引通過(guò)另一個(gè)分離器以除去不溶性顆粒例如殘留的煤、黃鐵礦或其它礦物。可將水再 循環(huán)到反應(yīng)容器或具有再循環(huán)溶液的容納罐。從分離的不溶性顆粒奪去的水被導(dǎo)引到絮凝罐。W022]該工藝還可從主分級(jí)器排放出氨溶液以載送黃鐵礦餾出物。還將該餾出物 送至其中黃鐵礦和其它重顆粒物質(zhì)從該餾出物中絮凝出來(lái)的絮凝罐。可在該過(guò)程中使從絮 凝罐回收的水去礦物質(zhì)化和再使用。
該方法合乎環(huán)境要求，因?yàn)樵诤艽蟪潭壬匣厥蘸驮偈褂昧税倍磳⑵渑欧?到大氣或作為臟廢水排放。在優(yōu)選的工廠自動(dòng)控制中，可編程控制進(jìn)行工藝溶液和原料的 回收和再混合并同時(shí)在反應(yīng)器容器內(nèi)使NH4離子濃度維持在所需范圍內(nèi)。
工廠布置
可使用各種工藝布置實(shí)踐上述方法。大多數(shù)的大規(guī)模工廠將是在固定位 置，但是所描述的實(shí)施方案是將工廠很大程度上包含在可移動(dòng)設(shè)備中，可將該設(shè)備與外部 氨和水給料管線、絮凝罐等連接以使其圍繞廢煤堆或廢煤塘移動(dòng)。
還可將工廠在過(guò)程邏輯控制器或可編程通用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制下運(yùn)行以 控制在選定濃度范圍內(nèi)氨水平的監(jiān)測(cè)和新溶液的添加以將其進(jìn)入到范圍中。自動(dòng)控制還可 以包括燃燒氣體測(cè)驗(yàn)裝置以對(duì)各批次或時(shí)間間隔進(jìn)行取樣并且確認(rèn)符合降低標(biāo)準(zhǔn)。BTU勢(shì)的提高
在按上述方法精制的煤中觀測(cè)到某些輔助的有益改變。如上所述，可沖洗 已加工的煤并然后進(jìn)行脫水和干燥；或者可替代地，進(jìn)行干燥而不沖洗以在煤表面上留下 氨水涂層。兩種方法都對(duì)未清洗的煤導(dǎo)致熱輸出勢(shì)(heat output potential)提高。雖 然沒(méi)有研究熱提高的精確機(jī)理，但很可能部分地由于氨溶液從煤孔隙除去不燃性或低熱的 材料，從而導(dǎo)致其中可發(fā)生燃燒的表面積提高，以及部分地由于在煤表面上和在孔隙中的 殘留氨涂層降低煤重新吸收水汽的傾向。如果對(duì)于BTU提高這是種兩部分式機(jī)理，則將 解釋該觀測(cè)結(jié)果的是在煤表面上留下的氨涂層似乎產(chǎn)生較大的BTU提高，有時(shí)BTU提高 20%-40%?？紫肚逑礄C(jī)械裝置也解釋了這樣的觀測(cè)結(jié)果，即由通過(guò)這種方法處理的蒸汽級(jí) 煤制備的焦塊顯示了足以滿足冶金用煤規(guī)格的自由溶脹指數(shù)的提高。堿性氧化物的減少
在煤表面上留下氨涂層的第二個(gè)益處是可減少燃燒期間形成的堿性氧化 物。來(lái)自清潔工藝的具有殘留氨涂層的煤渣的分析顯示，與沖洗干凈的處理煤相比三氧化 硫、二氧化硅和其它堿性氧化物得到降低。提高煙道氣洗滌器的效率
來(lái)自清洗過(guò)程的殘留氨涂層還可以提供煙道氣中的氨源以輔助NO2空氣洗 滌器。有時(shí)將氨加入到煙囪氣體中以通過(guò)轉(zhuǎn)化為氮和水(DeNOx方法)降低氣體的氮氧化 物含量。當(dāng)存在于氣體樣品中時(shí)，氨將易于與樣品中的其它組分例如二氧化硫反應(yīng)形成銨 鹽。該鹽具有相對(duì)沸點(diǎn)較低，因而其在較高溫度下作為氣體存在于煙囪中。由該方法得到 的干燥煤上的殘留氨可以通過(guò)提供煙@氣體中額外的氨而輔助空氣洗滌器。其它致污物質(zhì)的減少
除了降低硫含量外外，氨水溶液還使其它致污物質(zhì)溶解和/或離子化用以 從煤中去除。在這些其它致污物質(zhì)中，更明顯的是氯、汞和砷。許多煤縫具有來(lái)自產(chǎn)生植被 的遠(yuǎn)古鹽沼的蒸發(fā)鹽水的高氯致污物質(zhì)，由所述植被產(chǎn)生煤。氯在氨沖洗溶液中是可溶的。 其它減少的致污物質(zhì)包括硒、碳基污染物和氧化化合物。在如下優(yōu)選實(shí)施方案的描述中將 顯見(jiàn)該精制方法、工廠布置和煤提質(zhì)的這些及其它方面。


圖1是利用本發(fā)明的煤精制工廠的流程圖。
圖2是可移動(dòng)煤精制工廠的側(cè)視圖。
圖3具有進(jìn)料螺旋推運(yùn)器的可移動(dòng)煤精制工廠的正視圖。
具體實(shí)施例方式附圖中所示工藝和工廠的詳述
圖1中的坐標(biāo)圖描述了可用于實(shí)施本發(fā)明煤精制方法的煤精制工廠(10) 的布置。參照?qǐng)D1，煤批料的通路在標(biāo)為“煤”的左側(cè)箭頭處開(kāi)始，顯示了將煤傾卸到進(jìn)料料 斗(12)中。可在將煤置于進(jìn)料料斗之前將其進(jìn)行預(yù)洗滌。如果待處理的煤為例如來(lái)自采 空區(qū)(gob bank)或采空塘的廢煤，則其可以含有過(guò)量的根部和植物物質(zhì)，以及來(lái)自長(zhǎng)期風(fēng) 化的重硫酸鹽涂層。可在將廢煤置于進(jìn)料料斗內(nèi)之前在預(yù)沖洗中將這種木材和植物材料漂 浮出和篩選出來(lái)。如果使用預(yù)沖洗，預(yù)沖洗中的水優(yōu)選是用商業(yè)水軟化劑進(jìn)行去礦物質(zhì)化。 預(yù)沖洗中可以將苛性鈉加入到去礦物質(zhì)水中以溶解硫酸鹽涂層和其它可溶性物質(zhì)。然后在 傾卸到進(jìn)料料斗(12)之前使?jié)衩鹤兏伞?br> 通過(guò)輸送機(jī)槽(14)或帶將煤從料斗(12)輸送到反應(yīng)容器(18)的輸入口 (16)。該實(shí)施方案中的反應(yīng)容器(18)為組合的反應(yīng)室和分離室，例如美國(guó)專利4，159，242 中描述的旋轉(zhuǎn)鼓式洗滌室或這種旋轉(zhuǎn)鼓式洗滌器的更新設(shè)計(jì)。使用旋轉(zhuǎn)鼓式洗滌器在氨水 溶液中的混合煤以除去進(jìn)入溶液的可溶性致污物質(zhì)、將有機(jī)硫氧化為可溶形式并且從煤基 質(zhì)分離黃鐵礦以及其它較高比重的顆料物。這種類型的裝置為McLanahan Corporation制 造的滾筒洗滌器，其具有可調(diào)節(jié)的升降架以使煤基質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)烈滾拋和氨溶液徹底混合在整 個(gè)煤中。應(yīng)理解的是，在大規(guī)模工廠中，對(duì)于氨水供給和用于所有容器的再循環(huán)構(gòu)件，可以 并行設(shè)置(stage)多個(gè)反應(yīng)容器。
試劑為用作溶劑和用作煤精制溶液中氧化劑的氫氧化銨(NH4OH)溶液(本 文也稱作氨水)。該試劑溶液中可以包括其它溶劑和氧化劑；然而，獲得具有低于氨水的 10%的選定濃度范圍的有效溶液。氨水的優(yōu)選濃度范圍為氨相對(duì)于水為3% -5%。
為了生產(chǎn)在該范圍內(nèi)的溶液，氨水最初通過(guò)從大(bulk)的物料儲(chǔ)罐(20) 將無(wú)水氨(NH3)加入到鼓泡罐(22)中進(jìn)行制備，所述鼓泡罐還接收(通過(guò)水管線24)足以 產(chǎn)生稀釋比處在優(yōu)選濃度范圍的高端的氨水溶液(即在鼓泡罐中處在或接近5%以在反應(yīng) 容器中維持3%-5%范圍)的去礦物質(zhì)水?？墒褂脗鞲衅?26)通過(guò)感測(cè)鼓泡罐中的濃度 測(cè)量氨水濃度，相應(yīng)地使用閥門控制(28)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入鼓泡罐的水和NH3的計(jì)量加入?；蛘?， 可使用來(lái)自容納較高濃度氨水溶液(即19%以避免報(bào)告和處理要求)的罐的進(jìn)料以與去礦 物質(zhì)水混合產(chǎn)生所述優(yōu)選濃度。
將來(lái)自鼓泡罐(22)的新鮮氨水溶液通過(guò)由工藝控制器(34)控制的計(jì)量泵 (32)送至反應(yīng)容器(通過(guò)管線30)。如以下將進(jìn)一步描述的，工藝控制器接收反應(yīng)容器中 待可再使用的可用再循環(huán)溶液體積的指示，和來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的可用循環(huán)溶液NH4 濃度的指示。該控制器可入來(lái)自鼓泡罐的新鮮溶液以替代煤漿料中液體體積的損失和不溶 性黃鐵礦餾出物。此外，當(dāng)氨水的濃度下降低于目標(biāo)范圍(即低于3%)時(shí)，該控制器可使 部分再循環(huán)溶液轉(zhuǎn)向廢水絮凝罐并用來(lái)自鼓泡罐的計(jì)量體積的新鮮溶液補(bǔ)充反應(yīng)容器以 使反應(yīng)容器中的濃度恢復(fù)到所需范圍。
旋轉(zhuǎn)鼓式洗滌器反應(yīng)容器(18)使氨水溶液徹底混合到煤中。通過(guò)鼓內(nèi)部 的升降架將煤顆粒從溶液中重復(fù)提升并下降返回到其中。這種強(qiáng)烈的機(jī)械混合使煤塊和煤 的聚結(jié)體破碎并且允許使溶液與煤的表面和孔隙緊密且重復(fù)接觸，除了氧化來(lái)自煤的有機(jī) 硫外，氨水的溶劑性能沖刷和溶解來(lái)自孔隙的污物和其它低燃燒材料。槳的提升作用還使煤暴露于鼓內(nèi)用于熱消散并且為氧化過(guò)程提供氧氣供給的空氣中。當(dāng)完成批次反應(yīng)時(shí)，可 使臟溶液從鼓中排卸出并且再循環(huán)用于此后描述的再使用。
可基于使用先前煤樣品化學(xué)分析作出的評(píng)估來(lái)設(shè)置反應(yīng)容器鼓內(nèi)的持續(xù) 時(shí)間。NH4OH充當(dāng)殘留硫酸鹽的溶劑并且充當(dāng)使黃鐵礦顆粒不粘附到煤的表面活性劑，使得 可通過(guò)比重和篩分將較重的黃鐵礦與較輕的煤分離。其還充當(dāng)有機(jī)硫的氧化劑。3-5%濃 度的NH4OH不足以通過(guò)放熱氧化導(dǎo)致急劇溫度上升，并且消散少量的反應(yīng)熱從而在反應(yīng)容 器中不需要輔助冷卻或溶液內(nèi)煤的短持續(xù)時(shí)間。容器內(nèi)的持續(xù)時(shí)間可以典型地為3-5分鐘 以確保有機(jī)硫的徹底氧化和黃鐵礦硫的分離。較高濃度范圍的NH4OH能夠降低鼓中混合持 續(xù)時(shí)間，但是目前優(yōu)選3-5 %濃度作為良好的最優(yōu)化。
當(dāng)持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，排干容器并從容器中將煤作為漿料卸出(通過(guò)管線 36)以沖洗工位并使其脫水，所述工位可以是具有噴嘴以提供去離子水(如果所需可沖洗 殘留銨水溶液)清潔沖洗的常規(guī)篩式脫水機(jī)。然而，可以有意地跳過(guò)清水沖洗，以使來(lái)自脫 水篩的煤(通過(guò)管線40)到達(dá)輸送機(jī)干燥機(jī)以使水蒸發(fā)并在煤表面上留下氨涂層。如先前 所述，涂層中的殘留氨似乎提高了煤的BTU輸出，并同時(shí)減少煤燃燒期間形成的堿性氧化 物。來(lái)自清洗過(guò)程的殘留氨涂層還可以提供煙道氣中的有益氨源以輔助NO2空氣洗滌器。 有時(shí)將氨加入到煙道氣中以通過(guò)轉(zhuǎn)化為氮和水(DeNOx方法)降低氣體的氮氧化物含量。當(dāng) 存在于氣體樣品中時(shí)，氨將易于與樣品中的其它組分例如二氧化硫反應(yīng)形成銨鹽。該鹽具 有相對(duì)低的沸點(diǎn)，因而其在較高溫度下在煙道氣煙囪中作為氣體存在。在由該方法得到的 干燥煤上的殘留氨還可以將氨加入到煙道氣中并且以類似方式輔助空氣洗滌器。
從反應(yīng)容器(18)排出的臟試劑溶液通入(通過(guò)排出管線44)廢物罐(46)。 廢物罐溶液中的NH4+濃度可以通過(guò)傳感器(48)進(jìn)行測(cè)量，所述傳感器發(fā)送信號(hào)指示濃度給 工藝控制器(34)，該工藝控制器可以是PLC控制器或運(yùn)行工藝控制程序的通用計(jì)算機(jī)。
廢物罐(46)中的臟溶液可載送細(xì)煤的可回收配料。泵(50)導(dǎo)引流出廢物 罐的臟溶液(通過(guò)管線52)到達(dá)細(xì)粒分離器例如清除器彎曲篩(54)以回收可用的煤細(xì)料。 然后將這些細(xì)料從分離器(54)導(dǎo)引(通過(guò)管線56)到煤沖洗和脫水篩(38)并且將其與待 脫水的大量煤混合。
將來(lái)自清除器彎曲篩的氨水溶液(通過(guò)管線58)收集在再循環(huán)罐(60) 中。當(dāng)下批次的煤即將給加到反應(yīng)容器中時(shí)，工藝控制器測(cè)定再循環(huán)罐中的可用溶液是否 足夠，如果再循環(huán)罐中不足，則控制器起動(dòng)泵(32)以從鼓泡罐(22)輸送一定量的新鮮氨水 溶液以與反應(yīng)容器中的再循環(huán)溶液混合。將來(lái)自再循環(huán)罐(60)的溶液再循環(huán)(通過(guò)管線 62)到對(duì)于下批次煤待使用的反應(yīng)容器中。
如果再循環(huán)溶液中的NH4+水平變得過(guò)低(在重復(fù)循環(huán)之后可以發(fā)生)，則 工藝控制器(34)可以打開(kāi)排放閥(64)以將一些或所有用過(guò)的溶液(通過(guò)管線66)從再循 環(huán)罐(60)導(dǎo)引到廢水濃縮罐(68)中。
還送到廢水罐的是來(lái)自在另一個(gè)廢物罐(70)中收集(通過(guò)管線68)的沖 洗和脫水篩(38)排出物的液體。如果煤用去離子水沖洗進(jìn)行沖洗則這種液體將非常稀(低 的NH4+濃度)。泵(72)將該液體(通過(guò)管線74)送到旋風(fēng)分離器(76)以除去煤顆粒。然 后將該液體導(dǎo)引(通過(guò)管線78)到廢水濃縮罐(68)。
濃縮罐(68)可接收絮凝溶液(通過(guò)管線80)以使廢水中的任何顆粒物質(zhì)凝聚。將絮凝劑與清洗工藝水(通過(guò)管線84)在混合罐(86)中進(jìn)行混合(通過(guò)管線82)， 當(dāng)需要(通過(guò)管線80)時(shí)從該混合罐可將其供給到廢水濃縮罐。小的顆粒簇變成較大的凝 聚體并且沉淀到底部，在此處通過(guò)泵(88)將它們作為淤渣去除到達(dá)再使用容器。淤渣將含 有可就肥料進(jìn)行進(jìn)行處理的硫酸鹽濃縮物。
使?jié)饪s罐排放的清水穿過(guò)液體氨洗滌器(90)以沉淀出溶液中剩余的氨。 可將水過(guò)濾、去離子化和作為工藝水再使用?？蓪⒁后w氨混入硫酸鹽淤渣作為肥料成分。
高溫管式爐和排放監(jiān)測(cè)儀器(未標(biāo)示)可以用于經(jīng)加工煤的樣品上以自動(dòng) 感測(cè)和記錄煤燃燒產(chǎn)物的化學(xué)分析。作為實(shí)例，在剛好高于用于產(chǎn)生電能的流化床燃燒器 的高范圍，但低于遠(yuǎn)低于氮氧化物形成(在約1400°C)的閾值的溫度下，1200°C管式爐將 煤樣品燃燒。這種類型的管式爐可得自O(shè)hio，Berea的Sentro Tech0來(lái)自管式爐中燃燒 的煤的燃燒氣體可通過(guò)例如由VARIOplus Industrial銷售的排放監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行自動(dòng)分析。 監(jiān)測(cè)儀器可檢測(cè)痕量的S02、N0x、C02和其它潛在大氣污染物?？赏ㄟ^(guò)RS 232數(shù)據(jù)傳輸電纜 將該儀器與計(jì)算機(jī)連接以記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可用于煤提質(zhì)的證明用以稅收抵免或品質(zhì)控制， 并且可具有某些編程閾值以否決超過(guò)排放閾值的煤批次?？晒┻x擇的工藝布置
通過(guò)旋轉(zhuǎn)鼓式洗滌器進(jìn)行的反應(yīng)容器混合和重顆粒的比重分離的作用可 以通過(guò)以下進(jìn)行連續(xù)化使反應(yīng)容器僅僅將氨水溶液徹底混入煤中以氧化有機(jī)硫和使黃鐵 礦硫不粘附到煤上，并且也無(wú)需凈化來(lái)自鼓內(nèi)部煤漿料的黃鐵礦。在這種可供選擇的布置 中，煤漿料可通過(guò)反應(yīng)容器進(jìn)入比重分離器以除去黃鐵礦和其它重物質(zhì)。
作為旋轉(zhuǎn)鼓式混合器的替代方案，反應(yīng)容器可以是螺桿或槳式混合器。例 如，可將用于洗滌來(lái)自壓碎的石頭或沙子的污物的這種類型的雙螺旋推運(yùn)螺桿洗滌器就連 續(xù)工藝中的反應(yīng)容器的目的進(jìn)行改進(jìn)?？烧{(diào)節(jié)洗滌槽的角度和深度以提供足夠深度的氨水 溶液，可選定網(wǎng)孔槳的數(shù)量和構(gòu)造以提供適當(dāng)?shù)幕旌虾屯Ａ魰r(shí)間。將通過(guò)螺旋推運(yùn)器運(yùn)送 大批煤，并同時(shí)煤細(xì)料和臟水可在后堰(back weir)上流出。隨著一個(gè)洗滌器的高端排放 直接輸送到下一個(gè)混合器的槽中，可連續(xù)使用兩個(gè)或更多個(gè)螺桿洗滌器?？蓪南礈炱骱?堰排出的臟溶液通過(guò)排水管線輸送到污水坑中并且將其就旋轉(zhuǎn)鼓式布置中所描述的可回 收的細(xì)煤和可再使用的溶液進(jìn)行分級(jí)。工藝控制器可調(diào)節(jié)流入螺桿洗滌器的量以在所述堰 上產(chǎn)生連續(xù)的回流，并且可輸送新鮮溶液以按需要循環(huán)供給從而維持濃度范圍。
在所有潛在布置中，可以用真空罩覆蓋反應(yīng)容器的出口，以及一些下游機(jī) 器的出口以捕集該過(guò)程中釋放的蒸氣。可移動(dòng)工廠布置
圖2和3描述了可移動(dòng)工廠布置(100)，其中將混合/反應(yīng)容器(120)和 重顆粒分離器(130)安裝在輪式拖車(140)上?？蓪惫藓退抟约肮┙o和排放管線安裝 在其它運(yùn)載工具上并且與反應(yīng)容器和分離器連接。
該實(shí)施方案中的混合/反應(yīng)容器(120)為由DEL Tank and Filtration Systems以商品名TOTAL CLEAN銷售的改進(jìn)的混合器和分級(jí)器。其具有V形混合罐(122)， 該混合罐在底部具有無(wú)軸螺桿(124)以移動(dòng)沉降的固體。該過(guò)程是連續(xù)工藝，其中罐保持 用氨水溶液填滿，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)其進(jìn)行煤處理。
如圖3中所示，通過(guò)通過(guò)進(jìn)料螺旋推運(yùn)器(150)將煤引入V形罐。螺旋推運(yùn)器的料斗罐(152)可用作預(yù)沖洗工位。如在其它布置中，如果使用預(yù)沖洗，預(yù)沖洗中的水 優(yōu)選用商業(yè)水軟化劑進(jìn)行去礦物質(zhì)。可以將另外的苛性鈉加入到去礦物質(zhì)水中以溶解硫酸 鹽和來(lái)自煤表面的其它可溶性物質(zhì)。
進(jìn)料螺旋推運(yùn)器(150)使煤下降到充滿氨水的V形罐中。使通過(guò)混合發(fā)動(dòng) 機(jī)(158)驅(qū)動(dòng)的混合漿(156)沿著罐排列。漿、使溶液中的煤攪攪動(dòng)、提升和下降。由于較 重的粒子沉降到底部，所以它們通過(guò)螺桿朝向罐的相對(duì)端移動(dòng)，該相對(duì)端存在泵和揀選口， 該揀選口到往通向分離器(130)的管道(160)。煤作為可泵送到分離器的漿料進(jìn)行揀選。
如在其它實(shí)施方案中，V形罐中溶液的稀釋比率維持在氨相對(duì)于水為 3% -5%的優(yōu)選范圍中。將來(lái)自外部連接例如鼓泡罐的氨水送到V形罐以替代隨著漿料帶 走的溶液并且不完全用來(lái)自分離器的再循環(huán)和部分耗盡氨水的回流替代。如在第一實(shí)施方 案中，可使用通過(guò)工藝控制器控制的傳感器、計(jì)量泵和閥來(lái)控制弱(weak)溶液的排放和新 鮮氨的添加從而維持濃度范圍。當(dāng)NH4濃度下降低于目標(biāo)范圍(即低于3%)或溶液體積 變得低時(shí)，該控制器供給計(jì)量體積的新鮮溶液以使總?cè)芤哼_(dá)到所需范圍。
該實(shí)施方案中的分離器(130)為例如由Decanter Machine Inc銷售的碗 形篩離心分離機(jī)。離心分離機(jī)的第一段作為流出物提取氨溶液的主要部分。優(yōu)選通過(guò)其中 溶液中的NH4+濃度可以測(cè)量并且發(fā)送信號(hào)到工藝控制器的污水坑，將流出物送回V形罐，該 工藝控制器控制了返回流出物和新鮮溶液二者進(jìn)入V-罐的流量。W058]碗形篩分離器的后段具有沖洗噴嘴和篩分離器?？蛇M(jìn)行新鮮水沖洗并將其 排出該段。從離心分離機(jī)出來(lái)的煤是潮濕的，但基本上密實(shí)固體。如果需要的話可使用壓 機(jī)或其它干燥機(jī)進(jìn)一步提取水分。
權(quán)利要求
1.一種將煤進(jìn)行加工以除去致污物質(zhì)的方法，該方法包括如下步驟 在反應(yīng)容器中提供在選定氨濃度范圍的氨水溶液；將煤加入到該反應(yīng)容器中；攪動(dòng)該反應(yīng)容器內(nèi)的煤，以將所述煤和溶液混合，從而使該溶液與煤的表面和孔隙接觸；從所述容器中卸出已加工的煤；監(jiān)測(cè)該過(guò)程，以檢測(cè)該反應(yīng)容器中氨水的濃度，從而檢測(cè)該濃度何時(shí)降低到低于選定 范圍；和將氨濃度處于或高于選定范圍的氨水溶液輸送到該反應(yīng)容器，以使該溶液恢復(fù)到選定 范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述選定范圍為3%-5%氨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括如下步驟 從反應(yīng)容器中排出含有煤細(xì)料的臟溶液；回收來(lái)自臟溶液的煤細(xì)料，和 將該溶液再循環(huán)到反應(yīng)容器；其中，通過(guò)監(jiān)測(cè)以檢測(cè)氨濃度何時(shí)降低到低于選定范圍的步驟是在回收煤細(xì)料之前或 之后通過(guò)監(jiān)測(cè)所排出的溶液中的氨濃度完成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述回收的煤細(xì)料返混到已加工的煤中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括如下步驟 用去離子水沖洗已加工的煤和所回收的細(xì)料；和 將經(jīng)沖洗的煤脫水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法；該方法還包括如下步驟收集來(lái)自脫水步驟的流出物 并且對(duì)該流出物進(jìn)行處理以將細(xì)煤從該流出物分離出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括如下步驟通過(guò)反應(yīng)容器內(nèi)的重力或離 心篩分設(shè)備，將黃鐵礦硫和比煤顆粒重的其它物質(zhì)從煤中分離出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中除去來(lái)自反應(yīng)容器的已加工的煤的步驟包括如 下步驟除去氨水溶液中煤漿料內(nèi)的煤，將該漿料導(dǎo)引到反應(yīng)容器外面的重力或離心篩分 設(shè)備，以將黃鐵礦硫和比煤密集的顆粒從該漿料分離出，并且排出該漿料，以使煤和溶液分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括如下步驟將從漿料排出的溶液再循環(huán) 回到反應(yīng)容器‘其中，通過(guò)監(jiān)測(cè)以檢測(cè)氨濃度何時(shí)降低到低于選定范圍的步驟是通過(guò)監(jiān)測(cè) 從漿料中排出的溶液中的氨濃度完成的。。
10.一種將煤進(jìn)行加工以除去致污物質(zhì)的煤加工工廠，該工廠包括 用于容納在選定濃度范圍內(nèi)的氨水溶液的儲(chǔ)器；適于接收來(lái)自儲(chǔ)器和待加工煤的溶液的反應(yīng)容器，該容器具有機(jī)械攪動(dòng)構(gòu)件，以將所 述煤和溶液混合，從而使該溶液與煤的表面和孔隙接觸，并且具有用于經(jīng)加工煤的排放端 Π ；用于檢測(cè)反應(yīng)容器中氨水的濃度何時(shí)降低到低于選定范圍時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；和 將來(lái)自儲(chǔ)器的氨水溶液輸送到反應(yīng)容器，以使該溶液恢復(fù)到選定范圍內(nèi)的控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工廠，其中所述選定范圍為3%-5%的氨。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工廠，該工廠進(jìn)一步包括具有第二排放端口的反應(yīng)容器，該第二排放端口用于排出含有來(lái)自反應(yīng)容器的煤細(xì)料 的臟溶液；和分離器裝置，其用于回收來(lái)自臟溶液的煤細(xì)料，以及在煤回收后將溶液排放到返回系 統(tǒng)，以將該溶液再循環(huán)到反應(yīng)容器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工廠，該工廠還包括安裝在可移動(dòng)平臺(tái)上的反應(yīng)容器和分尚器裝直ο
全文摘要
通過(guò)以下步驟將煤進(jìn)行加工以除去硫和其它致污物質(zhì)的方法在反應(yīng)容器中將煤在具有氨與水的選定濃度范圍(優(yōu)選范圍為3％-5％)的氨水溶液中進(jìn)行混合。該混合使該溶液與煤的表面和孔隙接觸。監(jiān)測(cè)該過(guò)程以檢測(cè)反應(yīng)容器中氨水的濃度何時(shí)降低到低于選定范圍，并且將氨濃度處于或高于選定范圍的氨水輸送到反應(yīng)容器中以使該溶液恢復(fù)到選定范圍內(nèi)?？梢詫⒔?jīng)清洗的煤進(jìn)行沖洗和干燥，或干燥而不沖洗以在煤表面和孔隙上形成氨涂層。描述了實(shí)踐該方法的若干工廠布置。
文檔編號(hào)C10L5/00GK102131905SQ200980133618
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者B·L·布魯叟 申請(qǐng)人:B·L·布魯叟