專利名稱：用于從煤中分離污染物的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤處理領(lǐng)域，并特別地涉及從煤中去除污染物的工藝和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球所有發(fā)電中的三分之一以上利用煤為燃料，并且在美國(guó)超過了一半。來自燃煤發(fā)電廠的排放物包括污染物和環(huán)境有害物質(zhì)。有關(guān)環(huán)境方面，煤中更顯著的污染物是硫和汞的衍生物。在美國(guó)，對(duì)硫的工業(yè)排放的限制被立法并且自1980年起已經(jīng)執(zhí)行，并且自 2000年起按照更嚴(yán)厲的形式執(zhí)行。另外，已經(jīng)引入新的立法充分地控制汞的排放以使到 2010年將當(dāng)前排放減半，并且到2018年進(jìn)一步減少到當(dāng)前排放的三分之一。這些限制把較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)給予電力事業(yè)并且極大地增加其運(yùn)行成本。在美國(guó)，每年消耗的煤超過十億噸，90%以上的煤用于發(fā)電，經(jīng)由工業(yè)釋放到大氣中的環(huán)境有害物質(zhì)的量是大量的并且在把它們釋放到大氣之前從發(fā)電廠的煙道氣中去除這些物質(zhì)成為非常密集的工程焦點(diǎn)。發(fā)電廠已被迫大量投資各種裝置以減少這樣的大氣污染物的排放從而符合立法規(guī)定和不斷增長(zhǎng)的公共需求。此外，一些煤污染物的存在引起在蒸汽發(fā)生鍋爐中形成渣沉積物的問題，這迫使公用事業(yè)定期清洗設(shè)備，導(dǎo)致發(fā)電量的損失、收入的損失和增加的維修成本。在美國(guó)，以上所述問題在諸如東部煤的高級(jí)煤以及諸如粉河盆地(PRB)煤的低級(jí)煤中是普遍的。由于PRB煤是相對(duì)清潔且有成本效益的礦物燃料，所以美國(guó)消耗的全部煤的約40%是PRB煤。雖然空氣污染物低，但PRB煤遭受有其他雜質(zhì)的問題，特別是基于鐵的化合物，該化合物是成渣的主要原因，這抵消了其成本效益。在美國(guó)的高級(jí)煤，主要是東部煤，天然地具有高得多的污染物和雜質(zhì)水平，這極大地加重了這些問題。已經(jīng)做出一些嘗試以在煤燃燒前從煤中去除硫，并且特別地它們涉及黃鐵礦的去除，黃鐵礦是含硫的鐵化合物。然而，這些看起來經(jīng)濟(jì)上不可行。同樣，不存在用于從煤中去除硫化汞礦的經(jīng)濟(jì)上可行的裝置，所述硫化汞礦是含硫的汞化合物。已知從煤中去除黃鐵礦的方法是通過利用黃鐵礦的弱磁屬性，包括兩個(gè)階段，即釋出階段-其把煤粒度減少至粉末，以及分離階段-從塊煤中去除含有黃鐵礦的顆粒，通常利用其弱磁性。由于在環(huán)境條件下黃鐵礦的低磁化率，所以需要高磁場(chǎng)和高磁梯度以從煤粉中有效分離含有黃鐵礦的顆粒。該分離被稱為高梯度磁分離(HGMQ。上文所描述的釋出通常包括將原煤研磨并且然后磨碎成非常細(xì)的顆粒。在75 μ M的粒度可以有效地完成所期望的釋出，其是能量密集型和代價(jià)高的操作。小的粒度不僅幫助黃鐵礦從煤中釋出，而且減少與黃鐵礦團(tuán)塊有關(guān)的煤的損失，因此提高黃鐵礦的回收和產(chǎn)量。已經(jīng)提議通過借助于微波輻射把黃鐵礦轉(zhuǎn)化成磁黃鐵礦來增加原煤中的黃鐵礦的磁化率，并且已經(jīng)得出以下結(jié)論黃鐵礦顆粒越小，轉(zhuǎn)化效率越高。在這一點(diǎn)上，請(qǐng)參考 S. Weng 的“Mossbauer analysis of the microwave desulferization process of raw coal (原煤的微波脫硫工藝的穆斯堡爾譜分析)”(1993) ；Uslu等人的“Effect of microwave heating on magnetic separation of pyrite (微波加熱對(duì)黃鐵礦的磁力分離白勺Ii口向)”(2003) ； y.^Marland^A WMicrowave embrittlement and desulpherisation of coal (煤的微波脆化和脫硫作用)”(1998)。
除了高成本和低效率，把煤粉碎到適當(dāng)?shù)牧６仍斐稍S多問題。煤具有自燃傾向，該傾向的可能性隨著煤的粒度減小而增加。煤細(xì)粒不僅由于燃燒而是危險(xiǎn)的，而且它們?cè)斐上喈?dāng)大的過程損失并且在處理期間需要特別注意。這就是為什么在煤被研磨成粉并且立即被進(jìn)料到鍋爐時(shí)的非常接近于其燃燒之前煤通常保持相對(duì)大塊的原因。傳統(tǒng)的磁力分離工藝在基于水的漿料中進(jìn)行并且被稱為濕式高強(qiáng)度磁力分離 (WHIMS)。如果進(jìn)行WHIMS，則在WHIMS之后和燃燒之前必須干燥煤，這是能量密集型的并且具有相應(yīng)而生的額外的成本。已經(jīng)提議通過鼓式磁力分離器在煤燃料研磨之前使用煤燃料的干式磁力分離，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于其低磁場(chǎng)和鼓的梯度以及由于缺乏黃鐵礦的充分釋出，這不適合于從煤中分離黃鐵礦。從原煤中釋出和去除黃鐵礦雜質(zhì)的有問題的性質(zhì)的最終結(jié)果是通常不使用該工藝。燃燒含有作為雜質(zhì)的黃鐵礦的煤的經(jīng)濟(jì)成本被認(rèn)為是必然的禍害，并且通常被增加到電力事業(yè)的運(yùn)行成本。在工業(yè)中，已知在煤價(jià)值鏈的早期階段緊接采礦之后，通過重力分離而使用脫硫工藝，或在很久以后的煤燃燒之后，通過處理鍋爐煙道氣并從這些氣體中去除硫組分而使用脫硫工藝。目前，沒有已知的在煤燃燒用以發(fā)電之前用來從煤中去除諸如硫化汞礦的非磁敏感的污染物的有成本效益的工藝，硫化汞礦是含硫的汞化合物。通常通過在燃燒后和把它們釋放到大氣前處理煙道氣而去除汞。所利用的方法包括煙道氣脫硫和選擇性催化還原。發(fā)明概述本發(fā)明涉及從意圖用來燃燒的煤中分離磁非敏感的(magnetically non-susceptible)雜質(zhì)的新穎的方法和系統(tǒng)，并且其包括在煤燃燒之前，通過利用磁敏感的雜質(zhì)的磁性而去除這樣的磁非敏感的雜質(zhì)以及在相同的塊煤內(nèi)并置的磁敏感的雜質(zhì)。本發(fā)明基于以下事實(shí)磁非敏感的雜質(zhì)與磁敏感的雜質(zhì)通常并置在相同的塊煤中，尤其就黃鐵礦和硫化汞礦而言，前提是塊煤未被釋出，特別地，它們滿足按質(zhì)量計(jì)至少50%的塊煤的最大尺寸應(yīng)該至少為2mm的要求。在燃燒之前，可以通過磁量分選(magneto-metric sorting)或磁力分離，把包含預(yù)定水平的磁敏感的雜質(zhì)和磁非敏感的雜質(zhì)的塊煤從其中磁敏感的雜質(zhì)低于以上所述水平的塊煤中分離。磁量分選技術(shù)基于塊煤的磁性的檢測(cè)和基于所檢測(cè)的結(jié)果機(jī)械地或通過其他方式分選塊煤。這可以在接近于煤提取現(xiàn)場(chǎng)或其他任一地方進(jìn)行。磁力分離技術(shù)基于在本發(fā)明背景中所討論的干式磁力分離類型，并且優(yōu)選在燃燒設(shè)施處或接近于燃燒設(shè)施處進(jìn)行。磁敏感的雜質(zhì)的磁性進(jìn)而乃至塊煤的磁性可以通過煤的熱處理來增強(qiáng)。特別地， 通過這樣的處理可以把弱順磁性物質(zhì)的黃鐵礦轉(zhuǎn)化成強(qiáng)鐵磁性材料的磁黃鐵礦，使得現(xiàn)在可以利用其操作比WHIMS便宜和簡(jiǎn)單的低強(qiáng)度干式磁力分離工藝，例如磁鼓分離，將含有磁敏感的磁黃鐵礦和磁非敏感的硫化汞礦兩者的塊煤一起去除。熱處理過程可以導(dǎo)致塊煤中的黃鐵礦轉(zhuǎn)化成磁黃鐵礦，并且導(dǎo)致塊煤的至少局部的干燥。在通過電磁輻射進(jìn)行熱處理的情況下，處理可以需要短的時(shí)間周期，例如少于20 分鐘。
磁力分離工藝的應(yīng)用可以形成發(fā)電市場(chǎng)的總能量管理的一部分，例如在PCT專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/IL2004/001077中所描述的，所述PCT專利包含于此并且以其整體通過引用并入本文，其中提議使用電磁輻射通過其干燥以減少煤中的內(nèi)在水分含量來提高煤的質(zhì)量， 并且在電力消耗低需求期間使用。由于此，可以提供另外的益處，因?yàn)樵诘托枨笃陂g，提供黃鐵礦的磁性的增強(qiáng)和煤的干燥所需要的電力通過利用淡季發(fā)電容量(slack generation capacity)而獲得。本發(fā)明的系統(tǒng)包括煤供應(yīng)站以及分離器站，所述煤供應(yīng)站供應(yīng)按質(zhì)量計(jì)至少50% 的塊煤的最大尺寸必須至少為2mm的塊煤；所述分離器站至少間接地接收來自所述煤供應(yīng)站的所述塊煤并分離具有高于預(yù)定限度的磁性的那些塊煤。在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成分離具有預(yù)定量的黃鐵礦污染物并且還具有硫化汞礦污染物的塊煤，并且所述系統(tǒng)包括a)煤供應(yīng)站，所述煤供應(yīng)站供應(yīng)按質(zhì)量計(jì)至少50%的塊煤的最大尺寸必須至少為2mm的塊煤；b)任選的磁性增強(qiáng)站，所述磁性增強(qiáng)站把所述塊煤中的黃鐵礦轉(zhuǎn)化成磁黃鐵礦；c)分離器站，所述分離器站分離具有高于預(yù)定限度的磁性的那些所述塊煤，所述預(yù)定限度與所述黃鐵礦的預(yù)定量相對(duì)應(yīng)；d)廢料站，所述廢料站接收所分離的塊煤。所述系統(tǒng)可以構(gòu)成發(fā)電廠的一部分，發(fā)電廠還包括燃燒站，所述燃燒站燃燒在分離具有高于所述預(yù)定限度的磁性的煤之后剩余的塊煤。附圖簡(jiǎn)述為理解本發(fā)明并且為了明白其可在實(shí)踐中如何被實(shí)施，現(xiàn)將參考附圖，僅通過非限制性實(shí)施例的方式描述許多實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的流程圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的流程圖；示例性實(shí)施方式的詳述圖1至圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式的系統(tǒng)的幾個(gè)非限制性的實(shí)例，所述系統(tǒng)用于意圖用來燃燒的原煤和/或處理的煤，所述原煤和/或處理的煤包括但不限于 PRB煤，含有諸如黃鐵礦的含硫的鐵化合物雜質(zhì)以及諸如硫化汞礦的含硫的汞化合物，所述系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成在燃燒之前通過棄去其中黃鐵礦的量高于預(yù)定水平的那些塊煤而從煤中分離一部分黃鐵礦和硫化汞礦。所述系統(tǒng)構(gòu)成其中煤將被燃燒的發(fā)電廠的一部分。在圖1至圖3的實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)包括煤供應(yīng)和選煤站10、分離器站14和廢料站16，并且在圖中與燃燒站18相結(jié)合示出，燃燒站18可以具有永久式、半永久式或暫時(shí)的儲(chǔ)存設(shè)施。選煤和煤供應(yīng)站10設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)選煤和供應(yīng)塊煤，按質(zhì)量計(jì)至少50%的所述塊煤的最大尺寸大于2_，特別地大于10_。此站可以包括把煤壓碎成所描述的尺寸的壓碎分站以及把所壓碎的煤供應(yīng)到分離器站14的供應(yīng)分站。應(yīng)注意到，壓碎分站不需要位于發(fā)電廠，在此情況下，煤供應(yīng)分站可僅需要把所壓碎的煤供應(yīng)到分離器站14。還應(yīng)注意到，壓碎分站可以是現(xiàn)有發(fā)電廠工藝的一部分，所述現(xiàn)有發(fā)電廠工藝可以用于把所壓碎的煤供應(yīng)到分離器站14。分離器站14設(shè)計(jì)成分離具有高于預(yù)定限度的磁性的那些塊煤，所述預(yù)定限度與黃鐵礦的預(yù)定量或與塊煤所經(jīng)受的所選擇的加熱(特別是但不限于EMR)的量相對(duì)應(yīng)。廢料站16能夠接收所分離的塊煤。在操作中，把上文所示尺寸的塊煤從煤供應(yīng)和選煤站10供應(yīng)到分離器站14，分離器站14通過機(jī)械分離和/或磁力分離裝置分離與如上所述的預(yù)定限度相對(duì)應(yīng)的磁性的塊
iS ο經(jīng)分離器站14分離的塊煤然后被輸送到廢料站16，同時(shí)剩余的塊煤被輸送到燃燒站18。通過適合于所述目的的方式在站之間輸送塊煤。在處理期間，塊煤可以在任一階段儲(chǔ)存。圖1示出了其中系統(tǒng)僅包括上文描述的站的實(shí)例。圖2示出了除了包括煤供應(yīng)和選煤站10、分離器站14和廢料站16以外，還包括磁性增強(qiáng)站12的系統(tǒng)，所述磁性增強(qiáng)站12提高受污染的塊煤的磁化率。圖3示出了與圖2所示系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，其中磁性增強(qiáng)站是以電磁輻射(EMR)熱處理站22的形式，分離器站是以諸如鼓式磁力分離器的磁力分離器M的形式。在操作中，EMR熱處理站22例如利用紅外加熱器或微波爐加熱煤，把黃鐵礦轉(zhuǎn)化成磁黃鐵礦，花費(fèi)短的時(shí)間段，例如20分鐘，轉(zhuǎn)化度依賴于熱、能量和時(shí)間因素。然后，煤被輸送到磁力分離器對(duì)，其利用雜質(zhì)的磁化率來分出含有高于預(yù)定水平的磁黃鐵礦的塊煤。根據(jù)本實(shí)施方式的系統(tǒng)可以構(gòu)成在所包含的PCT專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/IL2004/001077 中描述的系統(tǒng)的一部分，或其組件可以并入在所包含的PCT專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/ IL2004/001077中描述的系統(tǒng)或與該系統(tǒng)相結(jié)合，該P(yáng)CT專利申請(qǐng)的“詳細(xì)描述”和圖1通過引用并入本文。在這種情況下，煤供應(yīng)和選煤站10可以與該P(yáng)CT申請(qǐng)的圖1中所示的系統(tǒng)中的裝載站16相結(jié)合、形成裝載站16的一部分或由裝載站16構(gòu)成，ERM熱處理站22可以與該P(yáng)CT專利申請(qǐng)的圖1中所示的系統(tǒng)中的麗干燥車間相結(jié)合、形成麗干燥車間的一部分或由MW干燥車間構(gòu)成，其還可以將磁力分離器站M并入其中。由于如該P(yáng)CT申請(qǐng)中所表明的，MW干燥車間可以包括數(shù)個(gè)階段，ERM熱處理站22連同其磁力分離器M可以形成這樣的階段的一部分，由此可以確保僅對(duì)在磁力分離工藝后剩余的那些塊煤進(jìn)行最后階段的煤質(zhì)量的提高。圖4示出了與圖1所示系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括磁性傳感器34、數(shù)據(jù)分析器 36和分類器38，而代替分離器站14。在操作中，磁性傳感器34測(cè)量煤的磁性，由數(shù)據(jù)分析器36分析磁性數(shù)據(jù)。分類器 38利用來自數(shù)據(jù)分析器36的數(shù)據(jù)來確定將塊煤送往哪里，燃燒站18或廢料站16。雖然已經(jīng)提出了具體的實(shí)施方式的描述，但預(yù)期可以做出各種改變而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從煤中分離至少一部分磁非敏感的雜質(zhì)的方法，所述方法用于包括所述磁非敏感的雜質(zhì)和磁敏感的雜質(zhì)并且意圖用來燃燒的原煤和/或處理的煤，所述方法包括提供以這樣的尺寸的塊煤形式的所述煤所述磁敏感的雜質(zhì)和所述磁非敏感的雜質(zhì)并置在相同的塊煤內(nèi)；和在所述燃燒之前從所述煤中磁力分離磁敏感超過預(yù)定水平的那些塊煤。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括增強(qiáng)所述磁敏感的雜質(zhì)的磁性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述塊煤按質(zhì)量計(jì)至少50%的最大尺寸大于2mm ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁敏感的雜質(zhì)中的至少一種是含硫的鐵化合物并且所述磁非敏感的雜質(zhì)中的至少一種是硫化汞礦，所述預(yù)定水平由所述塊煤中的所述含硫的鐵化合物的預(yù)定量確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述增強(qiáng)通過熱處理進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述熱處理通過電磁輻射進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述熱處理減少所述煤中的水含量。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其構(gòu)成包含所述燃燒的發(fā)電工藝的一部分。
9.一種用于從煤中分離至少一部分所述磁非敏感的雜質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于包括所述磁非敏感的雜質(zhì)和磁敏感的雜質(zhì)并且意圖用來燃燒的原煤和/或處理的煤，所述系統(tǒng)包括煤供應(yīng)站以及分離器站，所述煤供應(yīng)站提供以這樣的尺寸的塊煤形式的所述煤所述磁敏感的雜質(zhì)和磁非敏感的雜質(zhì)并置在相同的塊煤內(nèi)；所述分離器站至少間接地接收來自所述煤供應(yīng)站的所述塊煤并從所述煤中分離磁敏感超過預(yù)定水平的那些塊煤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述供應(yīng)站適合于供應(yīng)按質(zhì)量計(jì)至少50%的最大尺寸大于2mm的所述塊煤。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其中所述分離器站適合于從所述煤中分離磁敏感超過所述預(yù)定水平的那些塊煤，所述水平與所述塊煤中的含硫的鐵化合物的預(yù)定量相對(duì)應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其還包括磁性增強(qiáng)站，所述磁性增強(qiáng)站用于增強(qiáng)所述磁敏感的雜質(zhì)的磁性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述增強(qiáng)站是熱處理站。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述熱處理站是電磁輻射熱處理站。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述熱處理站適合于干燥所述煤以減少其中水含量。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其構(gòu)成發(fā)電廠的一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述煤是低級(jí)煤。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法，其是PCT專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/ IL2004/001077中權(quán)利要求1至25和權(quán)利要求27至30中所定義的方法的一部分，所述PCT 專利申請(qǐng)通過引用并入本文。
19.根據(jù)權(quán)利要求9至16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其是PCT專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/ IL2004/001077中權(quán)利要求31至35中所定義的系統(tǒng)的一部分，所述PCT專利申請(qǐng)通過引用并入本文。
全文摘要
本發(fā)明涉及從意圖用來燃燒的煤中分離磁非敏感的雜質(zhì)的新穎的方法和系統(tǒng)，并且其包括在煤燃燒之前，通過利用磁敏感的雜質(zhì)的磁性而去除這樣的磁非敏感的雜質(zhì)以及在相同的塊煤內(nèi)并置的磁敏感的雜質(zhì)。本發(fā)明基于以下事實(shí)磁非敏感的雜質(zhì)與磁敏感的雜質(zhì)通常并置在相同的塊煤中，尤其就黃鐵礦和硫化汞礦而言，前提是塊煤未被釋出，特別地，它們滿足按質(zhì)量計(jì)至少50％的塊煤的最大尺寸應(yīng)該至少為2mm的要求。
文檔編號(hào)C10L9/08GK102159324SQ200880130872
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者伊薩克·亞尼夫, 本-齊翁·利夫內(nèi) 申請(qǐng)人:微煤公司