细煤颗粒的振动辅助真空脱水的制作方法

细煤颗粒的振动辅助真空脱水的制作方法
【专利摘要】通过振动辅助真空脱水从煤颗粒中机械地除去水，细煤颗粒被脱水以形成煤颗粒滤饼。滤饼典型地具有以重量计小于35％的水含量，适于挤压以形成离散的、不粘的小球。振动辅助真空脱水可以从大约1Hz到大约500Hz的范围内的振动频率操作。振动频率可在脱水方法的过程中被调整。在一些实施例中，随着煤颗粒滤饼的水分含量的减小，振动频率增加。在脱水过程中对滤饼进行洗涤除去可溶解的污染物。可使用各种振动辅助真空脱水装置，包括振动辅助旋转真空脱水桶、振动辅助真空圆盘过滤器和振动辅助真空输送机系统。
【专利说明】
细煤颗粒的振动辅助真空脱水
技术领域
[0001] 本公开内容涉及一种用于对细煤颗粒进行脱水以形成滤饼的系统和方法。更具体 地，所公开的系统和方法包括细煤颗粒的振动辅助真空脱水。
【背景技术】
[0002] 煤是世界上最重要的能源之一。基于含灰量、水分、煤素质、固定碳和易挥发物具 有很多等级的煤。然而和等级无关地，煤的含能量直接与其水分和灰形式的矿物含量相互 关联。煤的灰形式的矿物和水分含量越低，含能量越高，并且煤的价值越高。
[0003] 在美国每年大约生产十亿吨的煤。煤典型地被粉碎。在开采和粉碎操作过程中，产 生也被称为煤粉的煤渣粉末。进一步地，在运输之前煤典型地被洗涤以除去表面灰尘。煤粉 被定义为小于1毫米尺寸的煤，并且煤超细粉末被定义为小于500微米尺寸的煤。目前的回 收小于1mm尺寸的煤颗粒的工业方法比其他煤处理更昂贵。颗粒越小，处理成本越大。进一 步地，目前没有回收和销售小于100微米(0.1mm)的颗粒的商业方法。在美国每年有大约200 到300百万吨的煤渣粉末产生并且被搁置。据估计在中国每年超过三十亿吨的煤被生产，并 且每年超过500百万吨的相关的煤粉被搁置。
[0004] 尽管煤粉(粉末)与其他开采的产品具有同样的组成，其却被认为是废弃物，这是 由于传统的煤回收方法不被设计为处理小颗粒。废弃物煤粉由于典型地太湿不能燃烧、太 脏不值得干燥并且太细不能运输而被闲置。整个世界上在数以千计的煤矿上具有数亿吨的 废弃物煤粉。据估计，在美国和中国具有超过1〇〇亿吨，并且在澳大利亚、印度、印尼、俄罗 斯、哥伦比亚和其他国家具有附加的数亿吨。
[0005] 尽管已知煤粉分离、分类和干燥技术，然而他们对于小于150微米的颗粒来说太过 效率低以及太贵以致商业上不可行。还没开发出一种高效的方法以将煤粉转换成经济的商 品。进一步地很多的钱被浪费在煤的水分部分和灰形式的矿物部分的运输和处理上。
[0006] 总之，煤工业已经设计出他们对于小于0.5_的颗粒作为废弃物丢弃的方法。这些 废弃物占所有煤生产的20%到30%。即使在一些煤处理中具有研究进展，包括通过煤浮选 方法回收煤粉的尝试，煤工业没有用于升级和处理小于500微米(0.5mm)(更具体地小于300 微米（0 ? 3mm))、小于150微米（0 ? 15mm)、小于100微米（0 ? 1mm)、以及当然小于50微米 (0.05_)的煤粉的有效的方法，这些大量的粉末废弃物由于目前的煤炭行业惯例而效率低 下并且成为环境和处置问题。
[0007] 提供有效的方法以对细煤颗粒机械地脱水到足够进一步处理的程度将会是本领 域显著的进步。

【发明内容】

[0008] 本公开内容涉及一种用于对细煤颗粒进行振动辅助真空脱水以形成滤饼的系统 和方法。
[0009] 当将从悬浮液、浆体或泡沫中对小于2mm直径的颗粒脱水的成本作为制造过程的 一部分考虑时，期望通过符合工序流程和时间限制的最简单和最快的手段的组合除去尽可 能多的水。三种常用的脱水方法是:重力脱水，例如沉淀;机械脱水，例如过滤；以及热脱水， 例如加热。对于脱水一种材料的相对的制造方法成本的排序为重力脱水成本<机械脱水成 本< 热脱水成本。
[0010] 重力脱水可生产出一种大约50wt. %的固体的可栗送浆体。为了对浆体进一步脱 水，需要机械的或热脱水。对于浆体的完全脱水，例如，少于3wt. %的水分，越多的水可从浆 体悬浮液中通过机械方法除去以产生固体饼，就有越少的水需要使用热的方式除去以达到 最终产品的目标水分含量。
[0011] 本发明公开了振动辅助真空脱水作为一种与仅使用传统的真空脱水或其他机械 脱水方法相比更可能的对悬浮液、浆体和泡沫进行脱水的方法。
[0012] 所公开的发明对于在疏水和亲水的矿物质的浮选分离中产生的溢出的泡沫的脱 水是有用的，其中在溢出的泡沫中的固体颗粒本质上为疏水的，并且亲水颗粒已经通过浮 选分离方法大量地除去，被留在浮选柱的浆体中。所公开的发明尤其用于对从细煤颗粒的 浮选分离中获得的煤泡沫中的疏水颗粒进行脱水。
[0013] -种所公开的用于从煤颗粒中除去水的方法包括获得从煤粉收集的一定量的煤 颗粒，所述煤粉被处理以除去灰形式的组成颗粒。这种煤颗粒典型地在由细煤颗粒的浮选 分离获得的煤泡沫中。煤颗粒具有小于大约500m的颗粒尺寸。在一个非限制性的实施例 中，煤颗粒具有小于大约300M1的颗粒尺寸。在另一个非限制性的实施例中，煤颗粒具有小 于大约150m的颗粒尺寸。在又一个非限制性的实施例中，煤颗粒具有小于大约100M1的颗 粒尺寸。在进一步的非限制性的实施例中，煤颗粒具有小于大约75wii的颗粒尺寸。
[0014] 煤颗粒通过使用振动辅助真空脱水从煤颗粒中机械地除去水而被脱水以形成煤 颗粒滤饼。滤饼典型地具有以重量计小于35%的水含量。在一些实施例中，滤饼具有以重量 计小于30%的水含量。在其他实施例中，滤饼具有以重量计小于25%的水含量。振动辅助真 空脱水之后的滤饼的水含量与煤颗粒的颗粒尺寸分布有关。例如，较大的煤颗粒相比于较 小的煤颗粒可被脱水到较低的水含量。不被理论所束缚，认为越小的煤颗粒具有越大的表 面积，带有相应的附着到表面积上的大量的水。
[0015] 在脱水过程中，滤饼可由例如细雾的洗涤水洗涤以从滤饼中除去可溶解的污染 物。可溶解的污染物的非限制性的示例包括被发现与被开采的煤相联系的盐，例如硫酸盐 和氯化钠。
[0016] 在一个非限制性的实施例中，振动辅助真空脱水以从大约1Hz到大约20000Hz的范 围内的振动频率操作。在其他非限制性的实施例中，振动频率在从大约1Hz到大约10000Hz 的范围内。在另一个非限制性的实施例中，振动辅助真空脱水以从大约1Hz到大约5000Hz的 范围内的振动频率操作。在又一个非限制性的实施例中，振动频率在从大约1H z到大约 1000Hz的范围内。在另一个非限制性的实施例中，振动频率在从大约1Hz到大约500Hz的范 围内。最小的振动频率可大于1Hz。例如，振动频率可大于10Hz。振动频率可大于25Hz。在一 些实施例中，振动频率可在脱水方法的过程中被调整。例如，在一些非限制性的实施例中， 振动频率随着煤颗粒滤饼的水分含量的降低而增加。
[0017] 振动辅助真空脱水方法可使用任何合适的真空脱水装置。在一个非限制性的实施 例中，使用振动辅助旋转真空脱水桶将水机械地除去。在另一个非限制性的实施例中，使用 振动辅助真空圆盘过滤器将水机械地除去。在又一个非限制性的实施例中，使用振动辅助 真空输送机系统将水机械地除去。
[0018] 所公开的振动辅助真空脱水方法优选地操作以产生具有适合于挤压以形成离散 的、不粘的小球的水含量的煤颗粒滤饼
[0019] 所公开的振动辅助真空脱水方法包括形成滤饼并且对滤饼进行干燥或脱水的步 骤。在饼形成时间中的除水速率几乎与在干燥时间内的初始除水速率相同。发生此的原因 被认为是振动引起水填充到固体颗粒之间的空隙中使得水被连续地除去而不穿过滤饼抽 吸空气。
[0020] 在所公开的实施例中，在干燥的前15秒内从滤饼中除去水的速率为超过1公升/平 方米/分钟。在另一个公开的实施例中，在干燥的前15秒内水被以大于1.5公升/平方米/分 钟的速率从滤饼中除去。在另一个公开的实施例中，在干燥的前15秒内水被以大于2公升/ 平方米/分钟的速率从滤饼中除去。在另一个公开的实施例中，在干燥的前15秒内水被以大 于3公升/平方米/分钟的速率从滤饼中除去。在又一个公开的实施例中，在干燥的前15秒内 水被以大于4公升/平方米/分钟的速率从滤饼中除去。
[0021 ]在一些公开的实施例中，其中在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过10wt. % 通过振动辅助真空脱水在干燥时间的前15秒内被从滤饼除去。在另一个公开的实施例中， 在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过20wt. %通过振动辅助真空脱水在干燥时间的前 30秒内被从滤饼除去。在另一个公开的实施例中，在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超 过20wt. %通过振动辅助真空脱水在干燥时间的前60秒内被从滤饼除去。在另一个公开的 实施例中，在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过30wt. %通过振动辅助真空脱水在干 燥时间的前60秒内被从滤饼除去。在进一步的公开的实施例中，在干燥时间的开始留在滤 饼中的水的超过30wt. %通过振动辅助真空脱水在干燥时间的前120秒内被从滤饼除去。
[0022] 在一些非限制性的实施例中，对于2分钟的脱水时间的平均脱水速度为大于2.3公 升/平方米/分钟。在其他非限制性的实施例中，对于3分钟的脱水时间，平均的脱水速率为 大于1.5公升/平方米/分钟。
【附图说明】
[0023] 为了容易地理解上面所叙述的以及其他的本发明的特征和优点的获得方式，将参 照在附图中示出的具体的实施例提出对于在上面简略地描述的本发明的更详细的描述。在 理解这些附图仅仅描述本发明的典型的实施例并且因此不被认为是对其范围的限制的前 提下，本发明将通过附图的使用以额外的特殊性和细节进行描述和解释。其中：
[0024] 图1示出在示例1中使用的煤泡沫中的煤颗粒在干态下的颗粒尺寸分布。
[0025]图2A和2B示出试点规模的布氏漏斗真空脱水单元的特征。
[0026]图3示出对于每一振动单元在安装在维斯特试点规模真空脱水桶上时振动单元的 位置和每分钟的摆动的简化的截面表示。
[0027]图4A和4B示出布置在真空脱水系统上以助于脱水工艺的振动源的示例。
[0028] 图5示出来自在示例8中使用的不同的煤粉源的煤颗粒的颗粒尺寸分布。
[0029] 图6为对于两个不同的颗粒尺寸分布，在使用和不使用振动时，将滤饼的水分含量 作为干燥时间的函数示出的曲线图。
[0030] 图7为对于两个不同的颗粒尺寸分布，在使用和不使用振动时，将除去的水 (wt. %)作为干燥时间的函数示出的曲线图。
[0031] 图8为对于两个不同的颗粒尺寸分布，在使用和不使用振动时，将除去的水(公升/ 平方米)作为干燥时间的函数示出的曲线图。
[0032] 图9为对于两个不同的颗粒尺寸分布，在使用和不使用振动时，将除去的过滤水 (公升/平方米)作为脱水时间的函数示出的曲线图。
【具体实施方式】
[0033] 所公开的本发明的实施例将通过参照附图而被理解，其中相同的部件由相同的附 图标记指示。应当理解，如在本文的图中描述和示出的本发明的部件可被设置和设计成多 种不同的构造。因此，下面对于本发明的实施例的更详细的描述不试图限定如要求的那样 的本发明的范围，而仅仅是代表本发明的现在的实施例。
[0034] 所公开的发明的一个方面涉及将在由细煤颗粒的浮选分离中获取的煤泡沫中的 疏水颗粒脱水。在一个非限制性的实施例中，煤颗粒具有小于500M1的颗粒尺寸。在另一个 非限制的实施例中，煤颗粒具有小于300M1的颗粒尺寸。在又一个非限制性的实施例中，煤 颗粒具有小于150M1的颗粒尺寸。在再一个非限制性的实施例中，煤颗粒具有小于lOOwii的 颗粒尺寸。在进一步的非限制性的实施例中，煤颗粒具有小于75wii的颗粒尺寸。
[0035] 煤颗粒通过使用振动辅助真空脱水从煤颗粒机械地除水而被脱水以形成煤颗粒 滤饼。滤饼典型地具有以重量计低于35%的含水量。在一些非限制性的实施例中，得到的滤 饼具有以重量计低于30%的含水量。在其他非限制性的实施例中，得到的滤饼具有以重量 计低于25%的含水量。作为振动辅助真空脱水的结果的滤饼的含水量与煤颗粒的颗粒尺寸 分布有关。较大的煤颗粒与较小的煤颗粒相比可被脱水到更低的含水量。不受理论约束，较 小的煤颗粒被认为具有更尚的表面积，具有相应的被附着在表面积上的更尚的水量。
[0036]在一个非限制性的实施例中，振动辅助真空脱水以在从约1Hz到约500Hz的范围内 的振动频率操作。在一些实施例中可使用更高的频率，包括高达1000Hz、高达5000Hz、高达 10000Hz以及甚至高达20000Hz的振动频率。较低的振动频率值可大于1Hz。例如，振动频率 可大于10Hz。振动频率可大于25Hz。振动频率在脱水工艺中可被调整使得振动频率随着煤 颗粒滤饼的水分含量降低而增加。
[0037] 可使用任何合适的适于包括对于滤饼表面的振动的真空脱水装置。在一个非限制 性的实施例中，使用振动辅助旋转真空脱水桶将水机械地除去。在另一个非限制性的实施 例中，使用振动辅助真空圆盘过滤器将水机械地除去。在又一个非限制性的实施例中，使用 振动辅助真空输送机系统将水机械地除去。
[0038] 所公开的振动辅助真空脱水工艺运行以生产具有适合挤压以形成分离的、非粘性 的小球的含水量的煤颗粒滤饼。
[0039] 下面给出非限制性的示例以示出与振动辅助真空脱水工艺及相关的装置有关的 数个实施例。应当理解，这些示例不是可根据本公开的发明而实施的很多类型的实施例的 综合或穷举。
[0040] 示例 1
[0041 ] 脱水工艺的常规对比
[0042]实验室试验显示由机械脱水技术生产的饼的水分含量取决于颗粒尺寸分布。重力 脱水技术和不同的机械脱水技术被在干态下包含95wt. %的具有图1所示的颗粒尺寸分布 的煤颗粒的煤泡沫上试验。不同的脱水技术/设备包括实验室规模的浓缩机试验、试点规模 的沉降过滤式离心机、试点规模的压滤机、试点规模的真空脱水桶、真空陶瓷圆盘过滤器以 及试点规模的转塔压力机。结果如表1所示。
[0043]表1.脱水技术的对比
[0045] 很多煤颗粒浮选工艺生产出高达85wt. %到90wt. %的含水量的泡沫。因此，浓缩 机用于将水分含量降低到大约50wt. %。用于这些试验的脱水之前使用的煤颗粒浮选技术 生产出小于55wt. %的水分的泡沫。像这样，由于已经达到重力脱水的极限因此不需要浓缩 机。
[0046] 对包含具有如图1所示的颗粒尺寸分布的煤颗粒的泡沫脱水之后的滤饼的目标水 分含量为大约24wt. %的水分。对于试验的机械脱水工艺，沉降过滤式离心机在流出物中损 失了干固体材料的大约78%，因此其不被作为可行的选择。压滤机的饼的水分含量过高，因 此其被放弃不作为可行的选择。转塔式压力机可达到水分含量目标，但是资金成本过高，因 此被放弃不作为可行的选择。真空脱水桶和陶瓷圆盘过滤器都生产出接近于目标水分含量 的滤饼。因此，如果更多的水可被除去则真空脱水被认为是可行的机械脱水工艺。
[0047] 如上所述，通过机械脱水技术从悬浮液、浆体或泡沫中除去水比通过热脱水技术 更便宜。在上面的实验中的24wt. %的目标水分含量是基于整体的工艺目标以获得适于被 加压成小球的脱水的滤饼，该小球可经受不同的最终脱水步骤。对于该具有在图1中的颗粒 尺寸分布的脱水的滤饼，比27wt. %到28wt. %更大的水分含量太湿而无法挤压成合适的小 球。在27wt. %到28wt. %的水分以上，小球显著地粘住彼此并且基于水分含量凝聚成一团 小球或稠膏。
[0048] 在挤压之后，小球保持他们的形状(例如，为分离的)并且不发黏(例如不彼此粘住 并且不凝聚）。轻微的粘在一起的但是保持他们的形状的小球将会在最终脱水之后分开，但 是这样做将会粘上一些。再凝聚成潮湿的煤颗粒团的小球将不能像分离的小球那么快的干 燥，降低最终脱水步骤的效率。所有上面的问题可通过对被挤压的颗粒尺寸分布具有足够 低的水分含量而被消除。对于被试验的颗粒尺寸分布（见图1 )，水分含量必须低于28wt. % 的水分，目标水分含量为大约24wt. %水分，以避免所有的上面列出的问题。
[0049]示例2 [0050]滤饼的触变性质
[0051]当对使用表1中列出的不同的机械脱水技术生产的、水分含量在30wt. %到 38wt. %之间的饼进行处理时，观察到当剪切力施加到饼上时饼趋向于更容易地流动。进一 步地，当把所述饼被布置在桌上并且用手轻拍时，水分会迀移到饼的表面并且在表面上积 聚。施加振动到桌上的饼，发生两件事情:饼轻易地流动以在桌上产生更薄的饼并且水迀移 到饼的表面上并且在表面上积聚。上面描述的在施加剪切力或振动力时对剪切稀化或粘性 变小的观察是触变材料的特性。
[0052]为了理解两件事做了一个实验：（1)振动对于真空脱水的效果以及(2)颗粒尺寸对 于通过真空脱水和振动辅助真空脱水生产的饼的水分含量的影响。具有图1中示出的颗粒 尺寸分布的煤泡沫被穿过筛孔尺寸为355_、300_、250_、150_、106_和63_的筛子。之 后不同颗粒尺寸范围被在实验室中使用250ml的真空盘和lwii滤纸上的布氏漏斗进行脱水。 被抽的真空为28英寸Hg。结果在表2中可见。
[0053] 在真空脱水中，随着最后的量的水被从最后的饼中除去，饼将会从具有潮湿的外 观改变为具有伴随形成在饼上的裂纹的干燥的表面。用于标有"振动前的水分含量"的列的 水分含量为在饼的过滤表面看起来干燥并且裂纹形成在饼上之后立即收集。一旦在饼中形 成裂纹，水和空气将不会通过真空抽吸穿过饼的大块。相反，空气被通过真空抽吸穿过裂 纹。因此，在饼中裂纹形成之后发生的脱水的量是最小或没有的。用于标有"振动后的水分 含量"的列的水分含量为在振动被施加到在布氏漏斗中的滤饼的表面上1分钟之后测量。振 动使用DeWALT模型DC530振动器来施加。振动的频率为14，500每分钟。
[0054] 经观察水分含量直接与颗粒尺寸相关。在振动之前和之后的试验中，当颗粒尺寸 减小时，滤饼的水分含量增加。此外，当振动施加1分钟时，在被测试的每一颗粒尺寸范围的 水分含量降低。随着颗粒尺寸的减小水分含量增加的一个主要的原因是：由较小的颗粒组 成的滤饼与由较大的颗粒组成的滤饼相比具有更大的表面积和重量的比例。不受理论的束 缚，现在认为水被在滤饼中的两个位置发现:在颗粒之间的空隙中或附着在颗粒的表面上。 当在真空脱水过程中在饼中形成裂纹时，空隙中的水大部分被除去。因此，在很大程度上， 仅附着在颗粒表面上的水保留下来。因此，随着具有减小的颗粒尺寸的颗粒的表面积的增 加，饼的水分含量增加。
[0055] 材料的触变性质和使用振动辅助真空脱水进一步对所述饼脱水的能力可由附着 在滤饼中的颗粒的表面上的水分来解释。当对所述饼施加剪切力或振动时，附着在颗粒的 表面上的一些水被从颗粒的表面上释放并且填充颗粒之间的空隙。该水作为流动助剂并且 允许颗粒相对于彼此运动，引起观察到的剪切稀化和振动下的流动。当施加振动时，所述水 中的一些被从颗粒的表面释放并且迀移到饼的表面。迀移到饼的顶表面的水在表面积聚。 当所述振动被施加到饼的表面上时引起的流动将饼上的破裂或裂纹封闭以保持真空。只要 真空被保持并且在饼中没有真空可以穿过的破裂，则真空被穿过滤饼的整个表面积抽吸。 许多在振动期间由颗粒的表面释放并在滤饼的表面积聚或留在饼的大块中的颗粒之间的 空隙之中的水由于所施加的振动而被从饼中抽吸出来并且因此与不施加振动相比对饼进 行更多的脱水。
[0056] 表2基于颗粒尺寸的滤饼水分含量
[0058] 示例 3
[0059] 在试点规模的布氏漏斗真空脱水系统中的振动辅助脱水
[0060] 试点规模的布氏漏斗真空脱水单元通过将30加仑的约18英寸直径和28英寸高度 的不锈钢桶改造而成，以处理更大量的煤泡沫。在图2A中示出该试点规模的布氏漏斗真空 脱水单元100的截面表示。在盖子110上钻出二分之一英寸的孔105以支撑上面覆盖的55mi 的网筛120。图2B示出具有孔105的盖子110的示意性的俯视图。真空栗（由Shinko Seiki制 造的Model SW-300-L)被用于在桶上通过真空口 130吸真空。设置排水管140以排出通过筛 120和孔105抽吸的水。当只抽吸空气时，该真空通过1英寸内径的管抽吸出超过40标准平方 英尺每分钟（SCFM)的空气。当将煤泡沫倒到筛子120上时，抽吸出具有0 SCFM空气的25英寸 Hg的最大的真空。只要穿过形成在筛子上的滤饼抽吸水时，25英寸的Hg真空被保持。即，水 在整个饼的表面形成密封并且避免空气被抽吸穿过所述饼。一旦空气开始被抽吸穿过所述 饼，SCFM增加并且真空降低。表3以英寸Hg为单位示出真空并且以SCFM为单位示出空气流 量，所述真空和空气流量被在真空脱水工艺中的不同的点测量。
[0061] 在真空干燥的过程中在所述饼中形成的大的裂纹降低了真空脱水的有效性。这些 裂纹用作对于真空的大的泄漏;被通过所述栗抽吸的空气的大部分穿过大的裂纹而不是滤 饼。当具有大的裂纹时，栗抽吸超过40SCFM的空气并且没有可测量到的真空压力。
[0062]经发现，通过在抽吸真空时用手以大约60次振荡/每分钟(0PM)的速率(或大约1Hz 的频率)轻拍所述滤饼，滤饼中的裂纹可被修复并且脱水可被增强。在之后的实验中，发现 对饼的表面进行振动也能修复裂纹。使用产生3200次振荡/每分钟（或大约53Hz的频率）的 Vibco SPWT-80型振动单元施加机械振动。振动单元被连接到8"的塑料盘上并且在滤饼的 表面上像手动砂光机一样以圆形运动摩擦。在另一个重复(iteration)中，一种产生11，000 到20,0000PM(或是从大约183Hz到大约333Hz的范围的频率）的罗克韦尔RK5101K/RK5102K 型振荡工具被用于施加振动到所述饼。一旦使用振动单元修复了所述裂纹，流过所述饼的 空气被从40 SCFM降低到10 SCFM并且之后到5 SCFM。最终抽吸的真空为在5 SCFM下19"的 Hg。通过修复裂纹，可在室内实现更高的真空，使得水和空气被穿过试点规模的布氏真空漏 斗上的饼的大块或整个饼的体积抽吸，因此与裂纹形成时振动之前相比从饼中除去或脱去 更多的水。不使用振动时水分含量为33wt. %。使用振动时水分含量为wt. %。在不同的操作 条件下的水分含量参见表3和表4。
[0063]表3.在振动辅助真空脱水试验中的不同点处的实验室规模布氏漏斗式真空脱水 单元的操作参数
[0065]表4在无处理、轻拍以修复裂纹或使用振动以修复裂纹的情况下真空滤饼的水分
[0067]示例4
[0068 ] 在Kom 1 i ne -Sander s on试点规模真空脱水桶中的振动辅助脱水 [0069]在本示例中使用由Komline-Sanderson生产的具有1英尺的桶面和2英尺的桶直径 的试点规模旋转桶真空过滤器(RDVF)装置。RDVF装置具有部分沉浸在将被脱水的煤泡沫浆 体中的桶。当桶的沉浸部分穿过煤泡沫旋转时，真空抽吸液体穿过位于桶表面上保持固体 的过滤介质。所述过滤介质被沉浸的时间被称为滤饼形成时间。当在滤饼形成时间内过滤 介质表面形成的滤饼退出煤泡沫并且不再沉浸时，其在空气中旋转直到滤饼被卸下。滤饼 在空气中旋转所花费的时间被称为干燥时间。在桶旋转时真空穿过所述饼抽吸空气并且继 续除去液体。在饼再次进入浆体中以提供连续的滤饼形成之前，饼被从桶表面移除或卸下。 滤液和空气流过内部滤液管、穿过旋转的阀并且进入真空接收器，在真空接收器中液体被 从气流中分离。通过液环真空栗形成真空。
[0070]初始的液环栗额定为75SCFM。在旋转的桶真空过滤器上进行不同的试验以了解可 由真空脱水桶期望获得的包括改善了的煤粉的滤饼产品的水分水平。被用于获得这些结果 的煤泡沫为55wt. %的水和来自具有如图1所示的颗粒尺寸分布的改善了的煤粉的在干态 下为95wt. %的煤颗粒。表5概述了对于在所述的条件的获得的滤饼的操作参数和水分含量 结果。在表5中，"轻拍"被用于滤饼中的一些中以修复裂纹并且将水带到所述饼的表面以增 强脱水。这与上面讨论的被首次发现在实验室规模的布氏式真空脱水系统起作用的是同一 轻拍技术。当对试点规模的旋转桶真空过滤器施加轻拍时，其被从所述饼从泡沫中出来的 桶上的点到桶的顶部施加，相当于真空脱水桶的90°横截切片。
[0071 ] 表5使用Komline-Sanderson试点规模旋转桶真空过滤器和包括55wt. %的水与 45 %的改善的煤粉的煤泡沫而获得的滤饼的操作参数和水分含量。
[0073]使用与真空脱水桶一起的75SCFM栗的初始试验表明通过在滤饼的表面施加轻拍 (约600PM)，滤饼的水分可被从33wt. %的水分降低到28wt. %的水分。
[0074]高流量液环栗被安装在旋转桶真空过滤器上。更大的栗可以保持更高的真空（如 表5中看到的那样)并且抽吸更多的空气穿过所述饼。例如，饼的水分含量在没有轻拍的情 况下从使用较小栗的33wt. %的水到使用较大栗不施加轻拍时的26.7wt. %的水(运行1和 3)。因此，真空脱水桶上的最大化的真空和穿过所述饼的空气流量在将煤泡沫脱水成低水 分含量的滤饼中是重要的参数。
[0075] 较高的真空和空气流量单独并不能达到在挤压成球工艺中使用的滤饼所需的目 标水分含量，所述挤压成球工艺在对于图1所示的样品的颗粒尺寸分布真空脱水之后。如果 小球在25.5wt. %的水分或以上被挤压，他们趋向于在干燥工艺中粘在一起。在27wt. %的 水分之上时，他们会在挤压后再次集聚成小球的团或稠膏。用于挤压的目标水分含量为在 23wt. %的水分到24.5wt. %的水分之间，以确保小球不粘在一起。
[0076] 进一步的试验在具有较大的栗的旋转桶真空过滤器上运行以试图优化饼的厚度 和干燥时间，以观察对于改善的煤粉滤饼能否达到目标水分含量。在运行4中，在3分钟每转 的桶速施加轻拍，所述饼厚为5/16"并且水分含量为25.9wt. %。尽管进入25wt. %的水分范 围让人鼓舞，但是其仍然被认为太高。
[0077] 由于其在运行4中脱水的效果，以三分钟每转的速度形成在桶上的饼的厚度对于 进一步的试验似乎是理想的。在运行5中，当轻拍所述滤饼时，以3分钟每转的速度能够在旋 转桶真空过滤器上形成5/16"的饼。之后桶速变成8.75分每转。较慢的速度允许更多的空气 在被排放之前被抽吸穿过滤饼。作为结果的滤饼的水分含量为24.5wt. %。
[0078]尽管24.5wt. %的水分为处于用于挤压的目标值的高端，在该水分含量和颗粒尺 寸分布下挤压的小球不彼此粘住并且可被向下游供给到干燥过程。试验结果表明，在试点 规模的旋转桶真空过滤器上的目标水分含量可通过将在过滤桶上的增加的真空和穿过饼 的气流结合来实现，所述结合通过增加高容量栗并且也通过施加轻拍/振动技术以进一步 在滤饼在旋转桶真空过滤器上时对滤饼脱水来获得。
[0079] 示例5
[0080] 每分钟的振动振荡对于滤饼中水分wt. %的影响
[0081] 使用试点规模的布氏漏斗式真空脱水系统来对两个不同的振动源进行测试:产生 11,000到20,000振荡/分钟（0PM)的罗克韦尔型RK5101K/RK5102K振动工具以及产生3， 2000PM的Vibco SPWT-80。
[0082] 不使用振动源和使用这两个振动源，使用试点规模的布氏漏斗式真空脱水系统对 四个不同的振动情景测试。两个振动源都被安装在8"的塑料盘上。通过一旦裂纹开始形成 就将塑料盘与所形成的滤饼紧密接触，在由试点规模的布氏漏斗式真空脱水系统生产的滤 饼上进行振动辅助脱水。持续的施加振动直到没有进一步的水可视地到达饼的表面，
[0083]为了测试0PM对于作为结果的滤饼的水分含量的影响，34wt. %固体的6kg的煤泡 沫被倒入到实验室规模布氏漏斗式真空脱水系统中。由以前的经验，裂纹在大约9.5分钟标 记点开始形成。在没有任何振动的情况下抽吸真空大约9.5分钟并且之后以0、3,200、11， 000和20，0000PM施加大约2分钟的振动。表6示出对于作为结果的滤饼对于每一 0PM水平的 水分含量。随着0PM增加，饼中的水分含量下降。应当注意，如果一旦发生裂纹形成就20， 0000PM的振动施加到饼上，饼将比施加3,2000PM振动时更容易地流动并且在周围更多涂 抹。此外，对于具有图1中示出的颗粒尺寸分布的样品，随着振动单元的每分钟振荡的增加， 获得更低的水分含量。也就是说，在振动单元更高的每分钟振荡下，更多的水被从颗粒的表 面释放。
[0084]表6作为振动频率的函数的滤饼中的水分含量
[0086] 示例6
[0087] 添加振动器到试点规模真空脱水单元
[0088]在本示例中使用由WesTech生产的试点规模旋转桶真空过滤器装置，其具有2英尺 的桶面和3英尺的桶直径。该真空脱水装置的简化了的横截面示意在图3中示出。和之前使 用的来自Komline-Sanderson的真空脱水桶不同，该试点规模旋转桶真空过滤器装置200提 供对未浸入到装满煤泡沫220的容器中的真空脱水桶的整个表面210的接近而不是桶表面 面积的大约40%。对真空脱水桶的接近允许振动在三个或四个不同的位置被施加到滤饼 上。所述鼓在作为该技术在全尺寸的10英尺直径x20英尺长的真空脱水桶上的商业应用的 投射的条件下操作:对于总共每转2分钟，1分钟的浸没(饼形成时间）和1分钟的干燥时间。 当泡沫为55wt. %的水分时，饼的厚度均匀地为7/16"。在离开泡沫浴之后裂纹几乎立即在 饼中形成。经发现，当就在裂纹形成的点之前施加的振动频率(每分钟的振荡)过大时，所述 饼散开并且从过滤器桶表面掉落并且掉回到煤泡沫浴中。结果，如图3所示，在该点使用来 自Vibco的大约1500振荡每分钟的空气振动器。图3还示出对于所有的安装在WesTech试点 规模真空脱水桶上的振动单元的位置和每分钟的振荡。在上面所述操作条件下，真空桶被 连续操作1 〇小时，生产出2100镑的23.7wt. %的水分的滤饼。
[0089] 多种机构可被用以在滤饼生产时向滤饼提供振动。一个提供振动和/或轻拍到滤 饼的表面的非限制性的机构为机械凸轮轴驱动系统，诸如在申请号为61/985，721、2014年4 月29日提交的、名称为"用于向滤饼的表面施加振动的凸轮轴机构"的美国临时专利申请中 所描述的装置，其公开内容通过引用被包含。凸轮轴机构以期望的振动频率驱动接触滤饼 的表面的振动平台。一个或多个推杆连接到振动平台。设置弹簧以推动振动平台远离或朝 向所述滤饼。推杆将相应的凸轮结合到凸轮轴上。所述凸轮推压所述推杆和弹簧以产生振 动平台抵靠滤饼的振动运动。凸轮可为单个突起部、两个突起部、三个突起部或多个突起部 的凸轮以在凸轮轴的一次旋转中产生振动平台的多个上下的周期。凸轮轴的轴由马达快速 旋转，因此振动平台上下运动，以取决于凸轮轴每分钟的转动的频率"轻拍"位于真空鼓上 的滤饼。凸轮轴驱动轻拍单元也被安装在鼓上并且表现出与如上面描述的电子的或空气驱 动振动单元提供相同的脱水效果。
[0090] 示例7
[0091 ]将振动源放置到真空脱水桶或真空陶瓷过滤器上以利于真空脱水处理 [0092]振动源可被放置到旋转真空系统的多个固定位置上以修复裂纹并且将水带到饼 的表面以利于滤饼的脱水。图4A和4B示出振动源如何可被放置在真空脱水系统的多个位置 处以改善真空脱水系统的性能并实现滤饼中的低水分含量的非限制性的示例。图4A和4B试 图作说明的目的并且不试图表示为实现滤饼中的目标水分含量而应当使用的振动源的确 切数目或确切的最佳频率。
[0093]图4A示出振动源可被设定到固定的0PM。图4B示出振动源可被设定在不同的0PM以 优化脱水处理。例如，已经观察到15000PM不能同更高的振动频率那样引起那么多的滤饼中 的运动或将那么多的水分带到表面。在滤饼刚从真空脱水系统上的泡沫浴中出来之后的所 述饼最湿的时候，由于滤饼在该点非常潮湿，因此使用较低的0PM以仅仅修复裂纹并且不将 过多的水带到饼的表面可能是有利的。可在每一个随后的振动点增加所述0PM以在每一点 更强有力修复形成在饼中的裂纹并且将水带到表面，因为在每一振动点所述饼都更干燥。 图4B示出随着滤饼被脱水而在15000PM到20000PM的范围内增加振动频率的非限制性的配 置。
[0094] 进一步的变更为振动点的0PM和真空脱水桶的速度可被与滤饼水分含量监测反馈 环一致地控制以保证带有目标水分含量的饼从真空脱水系统出去。
[0095] 示例8
[0096] 可通过标准的真空脱水和振动辅助真空脱水达到的水分含量受颗粒尺寸分布的 影响
[0097]图5示出对于来自不同煤粉来源的煤颗粒的颗粒尺寸分布。如可观察到的那样，所 述颗粒比图1所示的具有大约40wii平均颗粒尺寸的颗粒要小的多。当来自这些煤粉的煤泡 沫采用试点规模布氏漏斗脱水系统脱水时，裂纹形成时的水分含量为36wt. %。在振动之 后，水分含量为30wt. %。通过观察和感受，滤饼看起来和对于由具有图1所示的颗粒尺寸分 布的泡沫制得的饼的24wt. %的滤饼一样干燥。不被理论所束缚，现在认为对于图5所示的 颗粒尺寸分布的高的水分含量的原因是更小的颗粒尺寸具有更大的整体表面积和重量的 比。因此，更多的水在真空脱水和振动辅助真空脱水之后保持附着在颗粒的表面上。
[0098] 令人惊讶的结果是对于图1中的颗粒尺寸分布的处于24wt. %的水分的滤饼和对 于图5的颗粒尺寸分布的30wt. %的水分的滤饼两者都可被挤压，而挤压后小球不粘到一起 并且不再凝结成小球的团或稠膏。和颗粒尺寸分布无关，仅真空脱水会在滤饼的颗粒的空 隙中留下一些水并且不从滤饼中除去任何表面附着的水，导致滤饼太湿不能使得在挤压后 小球不粘到一起和不再凝结成小球的团或稠膏地被挤压。相反，和颗粒尺寸分布无关，当使 用振动辅助真空脱水时，几乎所有的水都被从颗粒之间的空隙中除去。进一步地，振动也除 去一些表面附着的水并且允许其通过真空从滤饼除去。结果，和颗粒尺寸分布无关，经由振 动辅助真空脱水生产的滤饼可被挤压，挤压后小球不粘在一起并且不再凝结地挤压。
[0099] 示例9
[0100]洗涤滤饼以除去盐
[0101] 硫以三种主要形式存在于煤中：有机硫(作为煤基质的一部分的硫醇基）、硫铁矿 硫(作为矿物质的一部分的硫化铁）以及硫酸盐(矿物质的一部分）。当具有高硫含量的煤被 燃烧时，煤中的硫转化为SOdSOx被认为是有害的空气污染物，除了其他有害作用外还引起 酸雨。由于硫铁矿硫可在泡沫浮选分离处理中从疏水煤中分离，因此泡沫浮选可用于降低 硫铁矿硫。在泡沫浮选中，硫酸盐趋向于溶入水中。泡沫中的水可包含一些溶解了的硫酸 盐。进一步地，其他溶解盐例如NaCl也出现在很多煤样品中。煤的采购将其中任何形式的盐 含量为最小化的煤产品列为首选。
[0102] 可以理解，由对煤浮选泡沫脱水制得的滤饼仍然包括在浮选分离处理中使用的一 些水。例如，滤饼可包括35wt. %、30wt. %、25wt. %或其他重量含量的水。剩余的水必然含 有在浮选分离处理中溶解的盐中的一些。当水在之后的处理例如成球之后的最终脱水中被 从滤饼中完全除去时，所述盐作为固体沉淀析出并且留在最后的小球产品中。
[0103] 振动辅助脱水的优点是更多的水被从滤饼中除去，因此同水一起将更多的溶解盐 带出饼外。即使在振动辅助真空脱水之后，在滤饼中的水中仍然留有溶解的盐。
[0104] 在该示例中，一层洗涤水被喷到滤饼上并且允许被真空抽吸穿过滤饼。目标在于 将尽可能多的溶解的盐从滤饼中洗涤出来并冲洗到滤液中以使得在之后的用于生产最终 小球产品的干燥中参与的溶解的盐的存在最小化。足够的洗涤水被施加到所述饼上以一次 置换饼中的水。
[0105] 表7示出用于上面描述的真空脱水和洗涤试验的结果。在通过振动辅助真空脱水 对泡沫进行脱水之后，硫酸盐被从〇. 5wt. %的含量降低到0.32wt. %的含量，降低了硫酸盐 的36 % JaCl被从0. lwt. %的含量降低到0.05wt. %的含量，降低了NaCl的50 %。在对滤饼 洗涤以后，硫酸盐被一路降低从0.32wt. %到0.04wt. %，降低了 87.5 %。在洗涤所述滤饼 后，留下的NaCl被降低了 20%。如果煤中硫含量在干态下为l.Owt. %或以下，为达到目前的 S0X排放规定需要后燃烧涤气到最小为零。本文中的数据显示洗涤滤饼可将每一盐的含量 (硫酸盐和NaCl为该处显示的示例)带到0. lwt. %以下。
[0106] 表7在炼制过程中的不同阶段的煤样品的盐含量。所有的数值为wt. %并且处于干 态下被报告。
[0108] 示例10
[0109] 滤饼形成和干燥时间
[0110]在振动脱水中，由两个主要的过程:饼形成时间和干燥时间。饼形成时间发生在真 空过滤器被浸入到作为将被脱水的颗粒的悬浮液泡沫浆体中。在该时间内，水被真空抽吸 穿过过滤器将颗粒留下，以在过滤器上形成随着饼形成时间的增加而厚度增加的滤饼。实 验室的实验已经示出当对与PS#1(图1)和PS#2(图5)相似的颗粒尺寸分布施加真空脱水时， 如果煤泡沫为大约50wt. %的固体，1分钟的饼形成时间内形成大约9mm的滤饼厚度。而干燥 时间为穿过所述饼抽吸真空以从饼除去尽可能多的水或水分，直到饼被从真空脱水单元卸 下。图6绘制出使用50wt.%的固体的煤泡沫和1分钟饼形成时间、由PS#1和PS#2制得的滤饼 的水分含量。干燥时间为〇分时，滤饼以分别具有35wt. %水分和38wt. %水分的PS#1和PS#2 开始。
[0111]数据显示振动的使用显著地降低了对于两颗粒尺寸的滤饼的水分含量。由PS#1制 得的滤饼在一分钟的干燥时间内达到大约24wt. %的水分，并且由PS#2制得的滤饼在一分 钟的干燥时间内达到大约31wt. %的水分。由于更小的颗粒尺寸具有整体更大的表面积，导 致更多的水分被附着到颗粒的表面上，因此PS#2具有更高的水分含量。如下面的数据所指 示，对于在浆体或水中颗粒的泡沫悬浮液中的给定的颗粒尺寸分布，振动辅助振动脱水在 将滤饼的水分含量降低到不能仅通过传统的真空脱水达到的水平中非常有效。
[0112] 如上面关于图6所讨论的，在饼形成时间结束时和干燥时间开始之前对于PS#1的 滤饼为35wt. %的水分含量并且对于PS#2的滤饼为38wt. %的水分含量。这意味着在真空脱 水循环的干燥时间的开始，用于"不使用"（《/〇)振动测试的滤饼和用于"使用"（《/)振动测 试的滤饼在其中具有相同的水量。在干燥时间内除去的水量针对不同的干燥时间长度而被 测量。结果在图7中以作为时间的函数的在干燥时间内除去的水的w t. %而绘制。除去的水 的wt. %由真空脱水收集到的水的质量除以在干燥时间开始之前饼中的水的质量计算。以 这种方式，可以看出对于不同的干燥时间有多少在干燥时间开始时处于饼中的水被使用 (w/)和不使用(w/o)振动地除去。
[0113] 如图7中可看到的，振动辅助真空脱水的好处在于与真空脱水中不使用振动相比， 显著地更多的水在干燥时间的前15秒内被从具有PS#或PS#2的滤饼中除去。在干燥时间的 开始留在滤饼中的水的超过30wt. %在对于PS# 1的振动辅助真空脱水的前15秒内被从滤饼 中除去。在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过20wt. %在对于PS#2的振动辅助真空脱 水的前15秒内被从滤饼中除去。相反地，在对于PS#1或PS#2的不使用振动的真空脱水的前 15秒内从滤饼中除去在干燥时间的开始留在滤饼中的水的低于10wt. %。
[0114] 在不使用振动的真空脱水1分钟后，对于PS# 1在干燥时间的开始留在滤饼中的水 的低于20wt. %并且对于PS#2在干燥时间的开始留在滤饼中的水的低于15wt. %被从滤饼 中除去。在振动辅助真空脱水1分钟后，对于PS# 1在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过 40wt. %并且对于PS#2在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过30wt. %被从滤饼中除去。
[0115] 在不使用振动的真空脱水2分钟后该趋势仍存在，其中在干燥时间的开始留在滤 饼中的水的对于PS# 1的少于20wt. %以及对于PS#2的少于15wt. %被从滤饼中除去。在振动 辅助真空脱水2分钟后，对于PS#1在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过40wt. %并且对 于PS#2在干燥时间的开始留在滤饼中的水的超过30wt. %被从滤饼中除去。
[0116] 在使用真空脱水的商业处理中，两个对于处理性能的重要的参数是（1)当饼从真 空脱水系统中卸下时饼的水分含量以及(2)系统的生产能力，例如真空脱水系统每单位时 间内以目标水分含量生产的滤饼的量。如果生产能力低，则需要更多的真空脱水单元以产 生期望的生产能力。图6和图7所示的结果表明振动辅助脱水在发展满足水分含量目标和生 产能力目标的脱水处理中的重要性。图6示出振动辅助真空脱水生产出对于PS#1和PS#2具 有显著低的水分的滤饼。图6中的水分含量达到的速度和如图7所示的作为除去的水的 wt. %的水被除去的速度需要被加强。对于PS# 1和PS#2，使用振动辅助真空脱水，在干燥时 间的开始留在滤饼中的水的超过20wt. %在干燥时间的前15秒内被从滤饼中除去。在振动 辅助真空脱水的前15秒内的除水速度在与不使用振动的真空脱水的结果相比时很重要。对 于PS#1和PS#2,对于不使用振动的真空脱水，在干燥时间的开始留在滤饼中的水的低于 20wt. %在干燥时间的2分钟之后被从滤饼中除去。或者换句话说，对于PS#1和PS#2，使用振 动辅助真空脱水时在干燥时间的前10秒内，比不使用振动的真空脱水在干燥时间的前2分 钟内从滤饼中除去更多的在干燥时间的开始留在滤饼中的水。
[0117] 图8示出在干燥时间内除去的水，以真空脱水单元的每平方米面积的水的升数(公 升/平方米)为单位，作为干燥时间的函数绘制。这是与图7相同的图，但是在Y轴线上使用不 同的单位。对于PS#1和PS#2的滤饼，在干燥时间的开始滤饼中的水量分别为4.2公升/平方 米和4.8公升/平方米。对于PS# 1或PS#2，在不使用振动的真空脱水的前15秒内，在干燥时间 开始时留在滤饼中的水中的低于0.3公升/平方米被从滤饼中除去。重要地，对于PS# 1或PS# 2，在振动辅助真空脱水的前15秒内，在干燥时间开始时留在滤饼中的水中的超过1.0公升/ 平方米被从滤饼中除去。
[0118] 初始的除水速率可由图8中的在干燥时间的开始的曲线的陡峭的、线性的部分得 到。这些除水速率在表8中列出。不使用振动的真空脱水的初始的除水速率为低于1公升/平 方米/分钟。对于振动辅助真空脱水的初始除水速率为超过4.3公升/平方米/分钟。
[0119] 表8在干燥时间开始时留在滤饼中的水的初始的除水速率(一直到干燥时间的15 秒）
[0121]图9绘制出作为脱水时间的函数的过滤水。脱水时间为饼形成时间加上卸下滤饼 之前的干燥时间。饼形成时间恒定为1分钟，产生大约9_厚度的滤饼。卸下所述饼之前的干 燥时间被变化直到2分钟。过滤水以公升/平方米测量并且为在真空脱水过程中收集的水的 总量。
[0122] 应注意的一个有趣的事情是当在干燥时间内使用振动辅助真空脱水时，对于PS# 1 或PS#2，除水的初始斜率基本与在饼形成时间内除水的斜率相同。当不使用振动完成真空 脱水时，在从饼形成时间到干燥时间的过渡处（1分钟的标识)具有斜率的立即降低。该曲线 的斜率可被认为是除水的速率或脱水速率，并且其和表8具有相同的单位，例如公升/平方 米 2/分钟。
[0123] 不被理论所束缚，现在认为在饼形成时间除水的速率和在干燥时间对于振动辅助 真空脱水的除水的初始速率基本相同的原因可被解释如下。在饼形成时间内，过滤器被浸 入在被脱水的泡沫中。水总是被抽吸穿过过滤器而空气从不被抽吸穿过过滤器。一旦空气 被抽吸穿过过滤器，除水速率下降。因此，除水速率在饼形成时间最大化。如上面讨论的，当 施加振动到滤饼时，在固体颗粒的表面上的水分子中的一些离开固体颗粒的表面并且填充 到颗粒之间的空隙中。在真空脱水的干燥时间的初始部分，如果施加振动，被真空除去的水 可由离开固体颗粒的表面的水代替。在该时间内，只有水而没有空气仍然一直穿过过滤器。 因此除水速率仍然为最大。在某点，即使施加振动，水分子也不再填充饼中的空隙，因此空 气可穿过滤饼。一旦空气开始穿过滤饼，如图9中的开始的下降的斜率所证明，除水速率下 降。在真空脱水的干燥时间内不使用振动的情况下，立即地，空气可穿过滤饼，引起下降的 斜率以及从而下降的脱水速率。
[0124] 表9示出对于来自图9的不同的曲线在不同的时间间隔的平均脱水速率。用于振动 辅助脱水的平均速率基本上一直相同直到1.25分钟（一分钟的饼形成时间和0.25分钟的干 燥时间），如上面讨论的，这是由于振动辅助脱水在干燥时间的初始阶段保持最大化的脱水 速率。对于不使用振动的真空脱水，由于空气也被抽吸穿过所述饼，引起脱水速率下降，因 此一旦饼形成时间在大约1分钟时结束，则平均值下降。平均脱水速率指示滤液中水的总 量，例如从浆体中除去的和由真空脱水单元排放的净化水。对于具有PS#1的颗粒尺寸分布 的泡沫，对于2分钟的脱水周期（1分钟的饼形成时间和1分钟的干燥时间），不使用振动的平 均脱水率为2.2公升/平方米/分，使用振动的平均脱水速率为2.7公升/平方米/分。对于具 有PS#2的颗粒尺寸分布的泡沫，对于2分钟的脱水周期时间（1分钟的饼形成时间和1分钟的 干燥时间），不使用振动的平均的脱水速率为1.8公升/平方米/分钟，使用振动的平均脱水 速率为2.3公升/平方米/分。如上面所讨论的，颗粒尺寸分布PS#2接近可被脱水而又不损失 过多的颗粒在滤液中并堵塞过滤器使得脱水时间变得过长的颗粒尺寸的下限值。对于具有 类似于PS#2的颗粒尺寸分布的泡沫的平均脱水速率接近于我们期望达到的使用振动辅助 真空脱水或不使用振动的真空脱水的最低的速率。
[0125] 表9当对具有PS#1颗粒尺寸分布的煤泡沫真空脱水时平均的脱水速率
[0127]表10当对具有PS#2颗粒尺寸分布的煤泡沫真空脱水时平均的脱水速率
[0129] 由上面的描述应当理解，所公开的发明提供了振动辅助真空脱水系统和用于将细 煤颗粒脱水以形成滤饼的方法。所公开的振动辅助真空脱水系统和方法可产生适合挤压以 形成离散的、不粘的小球的煤颗粒滤饼。
[0130] 所描述的实施例和示例在每个方面都被认为仅是示例性的而不是限制性的。因此 本发明的范围由附加的权利要求而不是由上面的说明书指出。在权利要求的等同的含义和 范围内的所有的改变都被包含在他们的范围之内。
【主权项】
1. 一种用于从煤颗粒中除去水的方法，包括下述步骤： 获得从煤粉收集的一定量的煤颗粒，所述煤粉已被处理以除去灰形式的组成颗粒，其 中煤颗粒具有小于大约500μπι的颗粒尺寸；以及 通过振动辅助真空脱水从煤颗粒机械地除去水，以形成具有以重量计小于35%的含水 量的煤颗粒滤饼。2. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以大于大约1Hz的振动频率操 作。3. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以从大约1Hz到大约500Hz的范 围内的振动频率操作。4. 根据权利要求2所述的方法，其中振动频率在用于除去水的方法的过程中被调整，使 得振动频率随着煤颗粒滤饼的含水量的降低而增加。5. 根据权利要求1所述的方法，其中使用振动辅助旋转真空脱水桶机械地除去水。6. 根据权利要求1所述的方法，其中使用振动辅助真空圆盘过滤器机械地除去水。7. 根据权利要求1所述的方法，其中使用振动辅助真空输送机系统机械地除去水。8. 根据权利要求1所述的方法，其中煤颗粒滤饼具有适合于挤压以形成离散的、不粘的 小球的含水量。9. 根据权利要求1所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约300μπι的颗粒尺寸。10. 根据权利要求1所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约150μπι的颗粒尺寸。11. 根据权利要求1所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约100μπι的颗粒尺寸。12. 根据权利要求1所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约75μπι的颗粒尺寸。13. 根据权利要求1所述的方法，其中通过振动辅助真空脱水从煤颗粒中机械地除去水 的步骤形成具有以重量计小于30%的含水量的煤颗粒滤饼。14. 根据权利要求1所述的方法，其中通过振动辅助真空脱水从煤颗粒中机械地除去水 的步骤形成具有以重量计小于25%的含水量的煤颗粒滤饼。15. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用洗涤水洗涤煤颗粒滤饼以在机械地除 去水的同时除去可溶解的污染物的步骤。16. 根据权利要求15所述的方法，其中可溶解的污染物包括可溶解的硫酸盐。17. 根据权利要求15所述的方法，其中可溶解的污染物包括可溶解的氯盐。18. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水包括形成滤饼和干燥滤饼的步 骤，并且其中在干燥滤饼的前15秒内水被以超过1.5公升/平方米/分钟的速率从滤饼中除 去。19. 根据权利要求18所述的方法，其中在于燥的前15秒内水被以超过2公升/平方米/分 钟的速率从滤饼中除去。20. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水包括形成滤饼和干燥滤饼的步 骤，其中滤饼在滤饼干燥开始时包含一定量的水，并且其中在干燥时间的开始时留在滤饼 中的水的超过l〇wt. %的部分在干燥时间的前15秒内被从滤饼除去。21. 根据权利要求2 0所述的方法，其中在干燥时间的开始时留在滤饼中的水的超过 20wt. %的部分在干燥时间的前30秒内被从滤饼除去。22. 根据权利要求20所述的方法，其中在干燥时间的开始时留在滤饼中的水的超过 30wt. %的部分在干燥时间的前60秒内被从滤饼除去。23. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以大于2.3公升/平方米/分钟 的平均脱水速率持续2分钟的脱水时间，从煤颗粒和滤饼中除去水。24. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以大于1.5公升/平方米/分钟 的平均脱水速率持续3分钟的脱水时间，从煤颗粒和滤饼中除去水。25. -种用于从煤颗粒中除去水的方法，包括： 获得从煤粉收集的一定量的煤颗粒，所述煤粉已被处理以除去灰形式的组成颗粒，其 中煤颗粒具有小于大约300μπι的颗粒尺寸；以及 通过振动辅助真空脱水从煤颗粒机械地除去水，以形成具有以重量计小于30%的含水 量的适于挤压以形成离散的、不粘的小球的煤颗粒滤饼，其中振动辅助真空脱水以从大约 1Hz到大约500Hz的范围内的振动频率操作，并且其中在用于除去水的过程中调节所述振动 频率，使得振动频率随着煤颗粒滤饼的含水量的减小而增加。26. 根据权利要求25所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约150μπι的颗粒尺寸。27. 根据权利要求25所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约100μπι的颗粒尺寸。28. 根据权利要求25所述的方法，其中煤颗粒具有小于大约75μπι的颗粒尺寸。29. 根据权利要求25所述的方法，其中通过振动辅助真空脱水从煤颗粒中机械地除去 水的步骤形成具有以重量计小于25%的含水量的煤颗粒滤饼。30. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括使用洗涤水洗涤煤颗粒滤饼以在机械地 除去水的同时除去可溶解的污染物的步骤。31. 根据权利要求30所述的方法，其中可溶解的污染物包括可溶解的硫酸盐。32. 根据权利要求30所述的方法，其中可溶解的污染物包括可溶解的氯盐。33. 根据权利要求25所述的方法，其中振动辅助真空脱水包括形成滤饼和干燥滤饼的 步骤，并且其中在干燥滤饼的前15秒内水被以超过1.5公升/平方米/分钟的速率从滤饼中 除去。34. 根据权利要求33所述的方法，其中在干燥的前15秒内水被以超过2公升/平方米/分 钟的速率从滤饼中除去。35. 根据权利要求25所述的方法，其中振动辅助真空脱水包括形成滤饼和干燥滤饼的 步骤，其中滤饼在滤饼干燥开始时包含一定量的水，并且其中在干燥时间的开始时留在滤 饼中的水的超过1 〇wt. %在干燥时间的前15秒内被从滤饼除去。 3 6.根据权利要求3 5所述的方法，其中在干燥时间的开始时留在滤饼中的水的超过 20wt. %在干燥时间的前30秒内被从滤饼除去。 3 7.根据权利要求3 5所述的方法，其中在干燥时间的开始时留在滤饼中的水的超过 30wt. %在干燥时间的前60秒内被从滤饼除去。38. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以大于2.3公升/平方米/分钟 的平均脱水速率持续2分钟的脱水时间，从煤颗粒和滤饼中除去水。39. 根据权利要求1所述的方法，其中振动辅助真空脱水以大于1.5公升/平方米/分钟 的平均脱水速率持续3分钟的脱水时间，从煤颗粒和滤饼中除去水。
【文档编号】B01D33/03GK106029199SQ201480075623
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月30日
【发明人】詹姆士·S·斯文森, 西蒙·K·霍德森, 乔纳森·K·霍德森
【申请人】地球科技美国有限责任公司