[发明专利]燃烧之前从含碳材料减少污染物的方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及从含碳材料例如煤、褐煤等中减少污染物的方法，特别是已知为″洗煤(coal cleaning)″法的方法。本发明还涉及从这类含碳材料除去水，以及增加该材料热值的方法。

背景技术

一直以来本领域已知煤和类似的含碳材料是″杂质混合物″。除了这些有价值的资源性质在这一理解中的诙谐内涵以外，所挖掘的已知为煤等并通常用于燃烧产生可用能量例如电能等的含碳原材料，令人遗憾地除了有机组分之外，还包含很少或没有热值的无机成分。无机成分不增加煤的能量含量，而是构成″杂质″，当其与有机组分一起燃烧时，产生环境污染物，这限制了煤等的用途，甚至需要大量和昂贵的燃烧后工作，以除去这些污染物。无机成分通常通过自然过程掺入煤，本领域通常称其为″矿物质″，无论是否以矿物或非矿物形式存在。该矿物质和煤有机成分的残余物通常称为″灰分″，之前的洗煤方法想要部分减少灰分以增加煤的燃烧前热值。之前的洗煤方法已经证实在除去矿物质例如黄铁矿、硫化物等中至少部分有效，从而相应减少灰分和后燃污染物，并增加洗净煤的热值。这样的在前方法通常包括粉碎或研碎原煤，随后利用产生的含碳和矿物颗粒之间的密度差，进行物理分离处理。由于粉碎原煤所需的能量，由于该方法的高冲力性质，粉碎装置还需要经常修补和更换零件，这些在前方法是昂贵的。与作为主要成分的煤有关的矿物质，例如铁、铝、硅和碱金属和碱土金属例如钙、钠和钾有助于形成灰分。痕量元素例如汞、砷、镉和其它重金属具有潜在不利环境和人类健康的影响。政府法规现在限制汞量，特别是发电厂排放物等中的汞量。其它重金属的法规也将变得更严格，因为这些污染物对健康的影响已得到认识并且工业发展了解决这些健康和环境问题的能力。1990年清洁空气法修正案(Clean Air Act)提出189种物质作为有害的空气污染物，包括11种通常在煤中以痕量级发现的非放射成因的元素，包括锑、砷、铍、镉、铬、钴、铅、汞、锰、镍和硒。放射性核素整个类别被认为是污染物，包括铀和钍。煤和类似的有机含碳材料燃烧期间，至少某些这些痕量元素的至少某些量以挥发物形式被释放进入大气，或被逸入大气的细颗粒携带入。这些形成污染物的物质，许多或大部分结合进入矿物质例如黄铁矿和硫化物，尽管这些物质另外也存在于原煤中。以相对于现有技术方法具有成本效率地除去至少相当部分结合在黄铁矿、硫化物等中的污染物形成物质，构成了本领域主要的进步。本方法导致离散固体相的释出提高，包括煤和类似有机含碳材料中存在的有机和矿物相的释出提高，而降低灰分、硫和痕量元素含量，从而提供处理煤例如燃烧前处理和特别是处理低级煤的成本有效方法，以增加所述煤的热值，同时降低所述煤燃烧时形成的污染物水平。

可以通过燃烧前减少水改善含碳材料例如褐煤和煤，除去水增加了所得材料的热值。然而，先前减少水的方法部分由于加热所述材料以逐出水分需要能量，是昂贵的。

发明公开

在此引入美国专利6,135,370；6,227,473；6,405,948和6,726,133的公开内容作为参考。

此处公开本发明包括释出嵌入、包括和/或结合在有用有机含碳基体例如煤等矿物质中的方法，释出的矿物质通常为黄铁矿、硫化物等的形式，并具有物理性质例如比重明显不同于含碳基体有机部分的比重，从而可以例如用多种分离方法从其中分离。分离可以通过风选方法、磁性或静电方法以及特别是电子方法实现。根据本发明释出的矿物质包含致使煤或其它有机含碳材料燃烧后形成灰分的物质，例如铁等，和致使燃烧后形成污染物的痕量元素，例如汞、砷、镉、多种重金属和放射性核素。根据本发明还释出了该矿物质中包含的硫化合物，根据本发明能够从有机含碳基体释出的矿物质颗粒可与含碳基体颗粒分离，使得可燃的基体然后能用作能源等，并且热值增加，污染物排放减少。当煤受到例如气化等的处理时，根据本发明处理含碳基体例如煤等也证实是有用的。

根据本发明优选实施方式，处理原煤或其它含碳材料，将所述煤降至约50微米级的优选平均粒度，煤的有机和无机成分被分离成离散的有机和无机相，对煤颗粒上的污染物形成物质例如汞的剪切力最小。传统冲击处理中，煤在洗净前粉碎以降低粒度，随后燃烧或用作其它，由于该冲击处理的性质，污染物形成物质会被涂污到煤的表面上。本文公开的非冲击或相对低冲击处理显著减少了矿物质主要从离散矿物相的涂污和/或结合，从而增加了利用之前煤中可除去的包括有害痕量元素的矿物质的比例。