一种抑制煤燃烧过程中硫释放的方法

专利名称：一种抑制煤燃烧过程中硫释放的方法
技术领域：
本发明涉及一种型煤制备方法，以抑制燃烧过程中型煤所含硫的释放。
本发明是参照由煤制得的型煤来描述的，但是本发明可以扩展到其它类型的工业碎屑。
背景技术：
煤成型过程是煤颗粒(如煤粉或类似物)团聚成较大尺寸，以更适于锅炉和其它的加热装置的使用。
通常煤粉成型的方法是将混合物料在高温下(通常高于200℃)加入成型机，在此操作温度下可以熔化的多种粘结剂，如沥青和烟煤等可以使用。有时，在此高温条件下煤本身对粘结过程也起作用。
煤在高温下成型的一个缺点是需要消耗能量。为此，还有一种称为“冷成型”的方法，在此方法中不需要加热，或加热温度达到100℃。冷压成型过程中需要不同种类的能使煤颗粒粘结在一起的粘结剂，以提供可接受的型煤。这些粘结剂还需要在燃烧过程中可以保持型煤的完整性，以阻止型煤的提前、部分或完全破裂，进而阻止未燃烧的煤穿过炉条，造成损失。
型煤制备工艺中可以使用糖蜜或石灰作为粘结剂，似乎是公知常识。糖蜜通常经过水稀释后与煤颗粒混合。然后加入石灰，将所得的混合物料压缩成型煤。这些粘结剂的一个缺点在于粘结剂的用量相当高从而导致型煤的热值下降。简单地降低粘结剂的含量又会使得型煤易碎并导致其它不良特性。
在澳大利亚，目前开采的煤大多数硫含量低于1％，绝大部分煤的硫含量大约是0.6％-0.8％，这是澳大利亚煤在出口中受欢迎的原因之一，而其它国家的煤的硫含量通常高得多，例如，中国有很高的煤储量，但是倾向于进口澳大利亚煤，这是因为中国煤的硫含量较高，通常是在4％-5％的范围内。
当燃烧中国煤时，煤中的硫被释放，可见这4％-5％的硫大部分通过烟囱从燃烧设备中大量释放。这些硫一旦被释放到大气中，形成公知的酸雨，最终进入水循环和其它环境脆弱的区域，引起环境破坏。
我们的在先申请涉及制备型煤的工艺，其中采用较低的粘结剂含量。该工艺包括以下步骤(a)在温度高于60℃下，使煤颗粒与0.25％-4％的糖蜜混合，(b)混合物料中添加足够比例的氧化钙，以加热产物，去除水分，和(c)将混合物料加工成型煤。
尽管该工艺确实可以使型煤粘结剂的含量低于正常值，该工艺在某种程度上也能够降低硫的释放。当我们注意到该工艺能够抑制硫，我们意识到应当进一步研究硫的抑制。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种能克服上述缺陷的方法和产物，或者提供给公众一种有用的或有商业价值的选择。
一方面，本发明属于一种型煤的制备方法，所得型煤的硫含量受到抑制，该方法包括以下步骤(a)减小煤的尺寸，以增加所形成的煤颗粒的孔隙度；(b)使煤颗粒与作为第一部分硫抑制剂的石灰部分接触；
(c)在不高于60℃的温度下使步骤(b)中所形成的煤颗粒与第二部分硫抑制剂接触，所述第二部分硫抑制剂为高达4％的糖蜜；和(d)将所得混合物料成型制得型煤。
该方法是为达到型煤燃烧中硫释放量的减少或最小化目的而开发的。
通常，以常规方法开采和粉碎煤所达到的粒度为接近低于50mm，这样的煤可以进行洗选或脱除矿物(ROM)。粒度低于50mm煤适于进一步磨碎、研磨或粉碎至小于4mm左右。通常，粒度较小的煤的含量大大影响成型需要的粘结剂量，并影响粘结剂的效果。尽管并不希望受此理论的约束，但是，似乎该步骤中所得煤颗粒的降低的粒度使得煤颗粒更容易被各硫抑制剂部分所渗透。不同的煤种，即使磨碎到相同的粒度，其孔隙度也不相同。因此，煤颗粒尺寸最好是粉碎至小于4mm，因为在此粒度下，允许各硫抑制剂部分分别进入煤颗粒内的复杂的孔隙中，形成一个粘结剂/抑制剂的互相连通的基体。
因为来自不同国家、不同的煤矿的煤的孔隙度的不同，所以，为获得理想的孔隙度，不同的煤最终被粉碎的粒度也是不同的。然而，小于4mm是一个平均值，并适合于多数煤种。
通常，粉碎的煤颗粒将被送到在加工工业上称为“平衡料仓”(surge bin)的容器中。使用这些料仓以确保在料仓后的工序能够连续地获得煤粉供给。
煤颗粒与第一部分硫抑制剂(氧化钙)混合的步骤最好在混料机/搅拌机中进行。优选的混料机/搅拌机是能够使得各硫抑制剂部分分别渗入到煤的孔隙中而不是仅仅包裹在煤颗粒的表面。物料必须进入混料机的搅拌器，或者搅拌器必须经过混合物的所有部分。最好选择混合指数高的混料机。工业混料机的性能由搅拌所需要的时间、功率消耗和产物性能来衡量。通过分析多次个别取样，测量混合中间产物和最终产物的均匀度，通常也是最重要的定量衡量混料机性能的方法。
步骤(b)中可以使用各种类型的石灰，如生石灰(氧化钙)、熟石灰或氢氧化钙。通常，煤颗粒与第一部分硫抑制剂在混料机/混合器中能够混合均匀。
煤颗粒中的氧化钙(生石灰)和糖蜜混合发生放热反应，导致混合物料温度升高，从而将物料中的水分蒸发。该热量最终能够将混合物干燥。
生石灰的使用使的最终的型煤产物能很快受热，并导致形成的型煤可能发生破碎，使得型煤粒度小于开始成型时产物的粒度。这对于产量大而且处理小颗粒不成问题的工艺，这也许是个优点。但是，如果输运点对于处理较小的或破碎的型煤有问题，而完整无缺或体积大的型煤可以满足输运的需要，此时也许需要使用熟石灰。
根据本发明，当熟石灰用作第一部分硫抑制剂的时候，其与后加入糖蜜的反应更慢，这将使得混合物的受热更容易控制，并且更能控制型煤产物的完整。当使用熟石灰时，型煤硬化过程通常需要更大的空间。
相对应的是，硫抑制剂中的石灰部分应当保存在干燥且不被污染的条件下，而不考虑其实际形式。
如上间接所提到的，石灰组分的用量优选取决于煤颗粒的粒度和/或孔隙度。硫抑制剂的各个组分应当适于完全渗透到煤孔隙中，以使其能够覆盖煤颗粒中所含的硫。所以，不希望硫抑制剂的各个组分仅仅覆盖煤颗粒的表面，因为在此条件下，煤燃烧过程中只有存在于煤颗粒表面的硫能够被抑制。
在某些情况下，硫抑制剂只要简单地覆盖于较大颗粒的多孔煤的表面，只是抑制表面硫的释放，而这获得的较低的硫抑制量就足以满足地方硫释放的法规规定。然而现实并非永远如此。
通常，本发明的方法中需要的最大石灰量大约为8％。
第二部分硫抑制剂组分是糖蜜。糖蜜加入到被石灰填充的煤颗粒中的量最好能够使其粘结在一起，最大量大约为4％。通常，糖蜜的用量为0.25％-4％。糖蜜可以先加水稀释，水与糖蜜的比例大约为30％∶60％，该比例取决于糖蜜的粘度。而糖蜜的粘度取决于甘蔗或甜菜生长的季节变化情况以及其粉碎方法。
尽管理论上并不一定如此，通过保持糖蜜的温度在40℃-60℃，可以使得作为粘结剂的糖蜜的使用量大大减少(典型地大约为1重量％)，这样似乎可以增加糖蜜的粘度，使得在很小量糖蜜的条件下，该粘结剂能够更加完全的渗透到煤颗粒中，发挥更好的粘结作用，从而提高抑制组分间反应的均匀性。
糖蜜可以是糖厂的废糖蜜。这些废糖蜜(也称为C-糖蜜)中的剩余糖蜜不能结晶的部分原因是因为其中的杂质阻碍了剩余糖蜜的结晶。
如果这些糖蜜可以和很细碎的煤颗粒均匀混合，并且这些煤已经和硫抑制剂石灰组分均匀混合了，那么固定或残留在煤灰中的硫将惊人地和预料不到地显著增加。
然后优选将煤颗粒和现在形成的硫抑制剂组成的混合物料加入成型设备中。最有效的型煤成型设备是滚轴式成型机。这种机器优选含有一对反向旋转的口袋式滚轴，当这些混合后的物料注入该成型机中时，该滚轴旋转形成制备型煤所需要的形状，通常上述设备中含有一个螺旋钻杆。
电动机驱动成形滚轴，加料螺旋杆通常连接一个精确控制频率的驱动器，该驱动器使用一个程序逻辑运算控制器(PLC)以确保正确的加料速度，从而保证产物的均匀度。
成型产物优选输运到硬化区域，优选有好的通风环境以使得硬化产物中的水分能够去除。硬化一般需要约48h，然后该成型的产物就可以很好的成型，从而可以堆积储存。在堆积储存过程中，优选将型煤堆积成空气能够向上流通过型煤堆的形状，尽量减少产物的破碎以增加向上流通过型煤堆的空气量。
尽管本发明尤其适合于细煤颗粒，但是诸如粒径达到1mm的粗煤颗粒也是可以使用的，除了煤颗粒外的其它微粒如工业微粉也是可以使用的。
本发明的另一目的旨在寻找加速型煤制备过程中蒸发/硬化速度的方法，在此方法中，将成型的型煤堆存，在将型煤加到型煤堆时，使型煤经受气浪或气流，以使得较小颗粒分布在型煤堆的边缘区域，而较大颗粒分布在型煤堆堆的中部区域，这将确保煤堆的中部纵向畅通，从而允许硬化/蒸发的过程以最大的速度进行。
典型的气浪或气流为空气流，空气流将较小微粒吹至型煤堆的外边缘。本领域的技术人员能够根据所要达到的效果，决定所用气流的流量和流速。
太阳能可被用来进一步辅助硬化/干燥过程，人造热能也可以用来辅助硬化/干燥过程。
具体实施例方式
根据本发明的一个优选实施方式，提供了一种抑制硫含量的制造型煤的方法。
本方法包括以下步骤(a)减小煤的尺寸，以增加所形成的煤颗粒的孔隙度；(b)使煤颗粒与作为第一部分硫抑制剂的石灰组分接触；(c)在不高于60℃的温度下使步骤(b)中所形成的煤颗粒与第二部分硫抑制剂接触，所述第二部分硫抑制剂为高达4％的糖蜜；和(d)将所得混合物料成型制得型煤。
该方法是为达到型煤燃烧时减少或最小化硫释放量的目的而开发。
通常，以常规方法开采和粉碎煤所达到的粒度为接近低于50mm，这样的煤可以进行洗选或脱除矿物(ROM)。粒度低于501mm煤适于进一步磨碎、研磨或粉碎至小于4mm左右。
因为不同国家、不同煤矿的煤的孔隙度不同，所以，为获得理想的孔隙度，对于不同的煤，其最终被粉碎的粒度也是不同的，然而，小于4mm是一个平均值，并适合于多数煤种。
通常，粉碎的煤颗粒将被送到“平衡料仓”(surge bin)中。使用这些料仓以确保在料仓后的工序能够连续地获得煤粉供给。
煤颗粒与第一部分硫抑制剂(石灰部分)接触的步骤最好在混料机/搅拌机中进行。调整混料机/搅拌机使得煤颗粒与石灰混合均匀，以促进石灰渗透到煤颗粒的孔隙中。
步骤(b)中可以使用不同类型的石灰。
煤颗粒中的石灰和糖蜜混合产生放热反应，导致混合物料的温度升高，从而将物料中的水分蒸发，该热量最终能够将混合物干燥。
生石灰的使用，可以导致最终型煤产物很快受热，并导致形成的型煤可能发生破碎，由此形成的破碎型煤的尺寸比不用生石灰的原始煤颗粒所做型煤的破碎粒度更小。当产量大而且处理小的颗粒又不成问题时，这是优点。
当熟石灰用作第一部分硫抑制剂组分的时候，根据本发明，其与后加入糖蜜的反应更慢，这将使得混合物的受热更容易控制，并且能保持产物的完整性。当使用熟石灰时，任何型煤硬化过程通常需要更大的空间。
通常，本发明的方法中需要的石灰量大约为8％。
第二部分硫抑制剂是糖蜜，糖蜜加入到充满石灰的煤颗粒中，为使三者粘结在一起，糖蜜用量为0.25％至最大值大约4％，糖蜜可以加水稀释，糖蜜和水的比例约为30％∶60％，该比例取决于糖蜜的粘度。
保持糖蜜的温度在40℃-60℃，可以使得作为粘结剂的糖蜜的使用量大大减少(典型的大约为1重量％)，增加糖蜜的粘度可以使得糖蜜在很小量的条件下，更加完全的渗透到煤颗粒中，起更好的粘结作用，并使得抑制剂之间更好地均匀反应。
然后将煤颗粒和现在形成的硫抑制剂组成的混合物料加入到成型设备中。最有效的成型设备是滚轴式成型机。
电动机驱动成形滚轴，加料螺旋杆通常连接到一个精确控制频率的驱动器，用一个程序逻辑运算控制器(PLC)确保正确的加料速度以保证产物的均匀一致性。
然后输运上述成型产物到硬化区域。为了去除硬化产物中的水分，需要好的通风条件。硬化一般需要约48h，然后该成型产物就可以很好的成型，从而可以堆积。在堆积过程中，最好将型煤堆积成空气能够向上流通过型煤堆的形状。在堆积过程中，尽量减少产物的破碎，以免减少流通过型煤堆的空气量。
其它的基于本发明具体描述所作的变化或改变应当是不违背本发明精神和在本发明的保护范围内。例如，本发明不一定限定于煤颗粒，其它的工业微粉也可被使用。煤可以是烟煤或无烟煤、粉煤或从清洁过程(如洗选过程)中回收的煤颗粒。
为了验证本方法的效果，对根据本方法制造的型煤已经进行了试验，结果包含在以下的实施例中实施例1型煤样品以及制备型煤的煤样是于2005年2月15日得自Yarraboldygo型煤公司。每一型煤样品大约为20 kg。
1、固硫率的定义在煤燃烧中，煤中的硫有两种可能的去向
(i)它能够与氧反应生成气态的硫氧化合物并随着烟气排放到空气中，或者(ii)它被煤灰吸附，从而保持为固态物质，不会引起大气污染。
实际中，许多种煤中的硫存在混合去向部分产生气态氧化物，余下的被煤灰吸附。通常是大部分的硫形成气态氧化物。从环境污染的角度出发，显然希望煤灰吸附总硫比率的最大化。这一被吸附的部分，以百分比的形式表示，被定义为固硫率。
煤燃烧中的固硫率很大程度上取决于煤灰的性质。Yarraboldygo公司型煤制备工艺的一个目就是使煤灰吸附硫的能力最大化。
2、测定固硫率的方法固硫率的测定首先需要测定待测燃料中的硫总量。然后，有两种可供选择的方法(I)测定燃烧产生的气体中硫氧化物的量；或(II)测定残留在煤灰中的硫量每种方法需要通过物料平衡计算，以测定固硫率。
对于本发明中报道的结果，采用的是后一种方法，其包括如下步骤(1)准备一个有代表性的型煤试验样品，粉碎至-212μm(公称的)；(2)测量型煤试验样品的水分、灰分和硫含量；(3)在马弗炉中815℃下燃烧试验样品；保留灰分；(4)对灰分进行分析测定其硫含量。
上述步骤为主要步骤，还包括
(1)试验型煤样品的挥发分分析，(2)对来自试验型煤样品的灰分进行元素分析(以氧化物形式报告，这是接受的操作方式)。这些分析尽管不是主要的，也是燃料分析的一个常规方法。
对于试验室样品制备所用的原料煤也进行了上述相应分析。由此也可以在型煤与原料煤之间进行性质对比分析。
3、实验结果煤和型煤的标准分析结果如表1所示。
以粗体显示的结果是用于计算型煤燃烧其间的固硫率。
4、计算固硫率以表1的最后一列的数据，根据硫的物料平衡计算型煤的固硫率为100％。
由表1中的数据也可以计算制作型煤的原料煤燃烧时的固硫率。在此其固硫率为25％。
这些结果表明对于未成型的煤，75％的硫转化为气态氧化物；然而，对于型煤)％的硫转化为气体氧化物，因为所有的硫都保留在灰分中。
表1中国煤和由其制备的型煤的标准分析结果

实验时型煤燃烧固硫率的测定是在815℃的马弗炉内完成的。
实验结果显示，型煤中所有的硫在燃烧后保留在灰中而被固定，这表明燃烧中基本上没有产生气态硫氧化物。
同样的步骤用于未成型煤燃烧，在此情况下，固硫率为25％，这表明煤中75％的硫转化为气态硫氧化物。
所以，可以得出结论本型煤制备方法可以非常有效地减少实验马弗炉中燃烧的型煤硫氧化物的释放。
权利要求
1.一种抑制硫含量的型煤制备方法，该方法包括以下步骤(a)减小煤的尺寸，以增加所形成的煤颗粒的孔隙度；(b)使煤颗粒与作为第一部分硫抑制剂的石灰组分接触；(c)在不高于60℃的温度下使步骤(b)中所形成的煤颗粒与第二部分硫抑制剂接触，所述第二部分硫抑制剂为高达4％的糖蜜；和(d)将所得混合物料成型制得型煤。
2.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中煤被开采出来，并在第一粉碎步骤中粉碎至约小于50mm，该粒度小于50mm的煤又被进一步粉碎至约小于4mm。
3.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中使用混合器/搅拌器来促进各硫抑制剂部分进入煤颗粒的孔隙中。
4.如权利要求1所述的型煤制备方法，其包括至少一个采样步骤，其中通过分别在步骤(b)和(c)后分析多个个别取样来测定混合中间产物和最终产物的均匀性。
5.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中作为硫抑制剂的石灰部分选自氧化钙、熟石灰和氢氧化钙。
6.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中作为硫抑制剂的石灰部分的最大用量为约8％。
7.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中糖蜜的添加量为0.25％-4％。
8.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中糖蜜的温度保持在40-60℃，以增加糖蜜的粘度，以便在粘结剂重量较低的情况下糖蜜能够更加充分地渗透到煤颗粒中以提供更好的粘结作用，并提高抑制组分间反应的均匀性。
9.如权利要求1所述的型煤制备方法，其中还包括紧随步骤(d)之后的硬化步骤，以使得型煤中的水分能够消散。
10.一种加速型煤硬化的方法，其中将成型的型煤堆存，在将型煤加到型煤堆时，使型煤经受气浪或气流，以使得较小颗粒分布在型煤堆的边缘区域，而较大颗粒分布在型煤堆堆的中部区域。
全文摘要
一种抑制硫含量的型煤制备方法，该方法包括步骤减小煤的尺寸，以增加所形成的煤颗粒的孔隙度；使煤颗粒与作为第一部分硫抑制剂的石灰组分接触；在不高于60℃的温度下使步骤(b)中所形成的煤颗粒与第二部分硫抑制剂接触，所述第二部分硫抑制剂为高达4％的糖蜜；和将所得混合物料成型制得型煤。
文档编号C10L10/04GK1760346SQ20051011992
公开日2006年4月19日 申请日期2005年9月1日 优先权日2004年9月1日
发明者拉塞尔·威尔逊·安德森, 迪安·约翰·安德森 申请人:亚拉伯尔蒂型煤有限公司