专利名称：用于从煤中分离污染物的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤处理领域，并特别地涉及从煤中去除污染物的工艺和系统。
背景技术：
全球所有发电中的三分之一以上利用煤为燃料，并且在美国超过了一半。来自燃煤发电厂的排放物包括污染物和环境有害物质。有关环境方面，煤中更显著的污染物是硫和汞的衍生物。在美国，对硫的工业排放的限制被立法并且自1980年起已经执行，并且自 2000年起按照更严厉的形式执行。另外，已经引入新的立法充分地控制汞的排放以使到 2010年将当前排放减半，并且到2018年进一步减少到当前排放的三分之一。这些限制把较大的经济负担给予电力事业并且极大地增加其运行成本。在美国，每年消耗的煤超过十亿吨，90%以上的煤用于发电，经由工业释放到大气中的环境有害物质的量是大量的并且在把它们释放到大气之前从发电厂的烟道气中去除这些物质成为非常密集的工程焦点。发电厂已被迫大量投资各种装置以减少这样的大气污染物的排放从而符合立法规定和不断增长的公共需求。此外，一些煤污染物的存在引起在蒸汽发生锅炉中形成渣沉积物的问题，这迫使公用事业定期清洗设备，导致发电量的损失、收入的损失和增加的维修成本。在美国，以上所述问题在诸如东部煤的高级煤以及诸如粉河盆地(PRB)煤的低级煤中是普遍的。由于PRB煤是相对清洁且有成本效益的矿物燃料，所以美国消耗的全部煤的约40%是PRB煤。虽然空气污染物低，但PRB煤遭受有其他杂质的问题，特别是基于铁的化合物，该化合物是成渣的主要原因，这抵消了其成本效益。在美国的高级煤，主要是东部煤，天然地具有高得多的污染物和杂质水平，这极大地加重了这些问题。已经做出一些尝试以在煤燃烧前从煤中去除硫，并且特别地它们涉及黄铁矿的去除，黄铁矿是含硫的铁化合物。然而，这些看起来经济上不可行。同样，不存在用于从煤中去除硫化汞矿的经济上可行的装置，所述硫化汞矿是含硫的汞化合物。已知从煤中去除黄铁矿的方法是通过利用黄铁矿的弱磁属性，包括两个阶段，即释出阶段-其把煤粒度减少至粉末，以及分离阶段-从块煤中去除含有黄铁矿的颗粒，通常利用其弱磁性。由于在环境条件下黄铁矿的低磁化率，所以需要高磁场和高磁梯度以从煤粉中有效分离含有黄铁矿的颗粒。该分离被称为高梯度磁分离(HGMQ。上文所描述的释出通常包括将原煤研磨并且然后磨碎成非常细的颗粒。在75 μ M的粒度可以有效地完成所期望的释出，其是能量密集型和代价高的操作。小的粒度不仅帮助黄铁矿从煤中释出，而且减少与黄铁矿团块有关的煤的损失，因此提高黄铁矿的回收和产量。已经提议通过借助于微波辐射把黄铁矿转化成磁黄铁矿来增加原煤中的黄铁矿的磁化率，并且已经得出以下结论黄铁矿颗粒越小，转化效率越高。在这一点上，请参考 S. Weng 的“Mossbauer analysis of the microwave desulferization process of raw coal (原煤的微波脱硫工艺的穆斯堡尔谱分析)”(1993) ；Uslu等人的“Effect of microwave heating on magnetic separation of pyrite (微波加热对黄铁矿的磁力分离白勺Ii口向)”(2003) ； y.^Marland^A WMicrowave embrittlement and desulpherisation of coal (煤的微波脆化和脱硫作用)”(1998)。
除了高成本和低效率，把煤粉碎到适当的粒度造成许多问题。煤具有自燃倾向，该倾向的可能性随着煤的粒度减小而增加。煤细粒不仅由于燃烧而是危险的，而且它们造成相当大的过程损失并且在处理期间需要特别注意。这就是为什么在煤被研磨成粉并且立即被进料到锅炉时的非常接近于其燃烧之前煤通常保持相对大块的原因。传统的磁力分离工艺在基于水的浆料中进行并且被称为湿式高强度磁力分离 (WHIMS)。如果进行WHIMS，则在WHIMS之后和燃烧之前必须干燥煤，这是能量密集型的并且具有相应而生的额外的成本。已经提议通过鼓式磁力分离器在煤燃料研磨之前使用煤燃料的干式磁力分离，但是已经发现，由于其低磁场和鼓的梯度以及由于缺乏黄铁矿的充分释出，这不适合于从煤中分离黄铁矿。从原煤中释出和去除黄铁矿杂质的有问题的性质的最终结果是通常不使用该工艺。燃烧含有作为杂质的黄铁矿的煤的经济成本被认为是必然的祸害，并且通常被增加到电力事业的运行成本。在工业中，已知在煤价值链的早期阶段紧接采矿之后，通过重力分离而使用脱硫工艺，或在很久以后的煤燃烧之后，通过处理锅炉烟道气并从这些气体中去除硫组分而使用脱硫工艺。目前，没有已知的在煤燃烧用以发电之前用来从煤中去除诸如硫化汞矿的非磁敏感的污染物的有成本效益的工艺，硫化汞矿是含硫的汞化合物。通常通过在燃烧后和把它们释放到大气前处理烟道气而去除汞。所利用的方法包括烟道气脱硫和选择性催化还原。发明概述本发明涉及从意图用来燃烧的煤中分离磁非敏感的(magnetically non-susceptible)杂质的新颖的方法和系统，并且其包括在煤燃烧之前，通过利用磁敏感的杂质的磁性而去除这样的磁非敏感的杂质以及在相同的块煤内并置的磁敏感的杂质。本发明基于以下事实磁非敏感的杂质与磁敏感的杂质通常并置在相同的块煤中，尤其就黄铁矿和硫化汞矿而言，前提是块煤未被释出，特别地，它们满足按质量计至少50%的块煤的最大尺寸应该至少为2mm的要求。在燃烧之前，可以通过磁量分选(magneto-metric sorting)或磁力分离，把包含预定水平的磁敏感的杂质和磁非敏感的杂质的块煤从其中磁敏感的杂质低于以上所述水平的块煤中分离。磁量分选技术基于块煤的磁性的检测和基于所检测的结果机械地或通过其他方式分选块煤。这可以在接近于煤提取现场或其他任一地方进行。磁力分离技术基于在本发明背景中所讨论的干式磁力分离类型，并且优选在燃烧设施处或接近于燃烧设施处进行。磁敏感的杂质的磁性进而乃至块煤的磁性可以通过煤的热处理来增强。特别地， 通过这样的处理可以把弱顺磁性物质的黄铁矿转化成强铁磁性材料的磁黄铁矿，使得现在可以利用其操作比WHIMS便宜和简单的低强度干式磁力分离工艺，例如磁鼓分离，将含有磁敏感的磁黄铁矿和磁非敏感的硫化汞矿两者的块煤一起去除。热处理过程可以导致块煤中的黄铁矿转化成磁黄铁矿，并且导致块煤的至少局部的干燥。在通过电磁辐射进行热处理的情况下，处理可以需要短的时间周期，例如少于20 分钟。
磁力分离工艺的应用可以形成发电市场的总能量管理的一部分，例如在PCT专利申请号PCT/IL2004/001077中所描述的，所述PCT专利包含于此并且以其整体通过引用并入本文，其中提议使用电磁辐射通过其干燥以减少煤中的内在水分含量来提高煤的质量， 并且在电力消耗低需求期间使用。由于此，可以提供另外的益处，因为在低需求期间，提供黄铁矿的磁性的增强和煤的干燥所需要的电力通过利用淡季发电容量(slack generation capacity)而获得。本发明的系统包括煤供应站以及分离器站，所述煤供应站供应按质量计至少50% 的块煤的最大尺寸必须至少为2mm的块煤；所述分离器站至少间接地接收来自所述煤供应站的所述块煤并分离具有高于预定限度的磁性的那些块煤。在一个特定的实施方式中，本发明的系统可以设计成分离具有预定量的黄铁矿污染物并且还具有硫化汞矿污染物的块煤，并且所述系统包括a)煤供应站，所述煤供应站供应按质量计至少50%的块煤的最大尺寸必须至少为2mm的块煤；b)任选的磁性增强站，所述磁性增强站把所述块煤中的黄铁矿转化成磁黄铁矿；c)分离器站，所述分离器站分离具有高于预定限度的磁性的那些所述块煤，所述预定限度与所述黄铁矿的预定量相对应；d)废料站，所述废料站接收所分离的块煤。所述系统可以构成发电厂的一部分，发电厂还包括燃烧站，所述燃烧站燃烧在分离具有高于所述预定限度的磁性的煤之后剩余的块煤。附图简述为理解本发明并且为了明白其可在实践中如何被实施，现将参考附图，仅通过非限制性实施例的方式描述许多实施方式。
图1是根据本发明的一个实施方式的系统的流程图；图2是根据本发明的另一个实施方式的系统的流程图；图3是根据本发明的又一个实施方式的系统的流程图；以及图4是根据本发明的又一个实施方式的系统的流程图；示例性实施方式的详述图1至图3示出了根据本发明的不同实施方式的系统的几个非限制性的实例，所述系统用于意图用来燃烧的原煤和/或处理的煤，所述原煤和/或处理的煤包括但不限于 PRB煤，含有诸如黄铁矿的含硫的铁化合物杂质以及诸如硫化汞矿的含硫的汞化合物，所述系统被设计成在燃烧之前通过弃去其中黄铁矿的量高于预定水平的那些块煤而从煤中分离一部分黄铁矿和硫化汞矿。所述系统构成其中煤将被燃烧的发电厂的一部分。在图1至图3的实施方式中，所述系统包括煤供应和选煤站10、分离器站14和废料站16，并且在图中与燃烧站18相结合示出，燃烧站18可以具有永久式、半永久式或暂时的储存设施。选煤和煤供应站10设计成为系统选煤和供应块煤，按质量计至少50%的所述块煤的最大尺寸大于2_，特别地大于10_。此站可以包括把煤压碎成所描述的尺寸的压碎分站以及把所压碎的煤供应到分离器站14的供应分站。应注意到，压碎分站不需要位于发电厂，在此情况下，煤供应分站可仅需要把所压碎的煤供应到分离器站14。还应注意到，压碎分站可以是现有发电厂工艺的一部分，所述现有发电厂工艺可以用于把所压碎的煤供应到分离器站14。分离器站14设计成分离具有高于预定限度的磁性的那些块煤，所述预定限度与黄铁矿的预定量或与块煤所经受的所选择的加热(特别是但不限于EMR)的量相对应。废料站16能够接收所分离的块煤。在操作中，把上文所示尺寸的块煤从煤供应和选煤站10供应到分离器站14，分离器站14通过机械分离和/或磁力分离装置分离与如上所述的预定限度相对应的磁性的块
iS ο经分离器站14分离的块煤然后被输送到废料站16，同时剩余的块煤被输送到燃烧站18。通过适合于所述目的的方式在站之间输送块煤。在处理期间，块煤可以在任一阶段储存。图1示出了其中系统仅包括上文描述的站的实例。图2示出了除了包括煤供应和选煤站10、分离器站14和废料站16以外，还包括磁性增强站12的系统，所述磁性增强站12提高受污染的块煤的磁化率。图3示出了与图2所示系统类似的系统，其中磁性增强站是以电磁辐射(EMR)热处理站22的形式，分离器站是以诸如鼓式磁力分离器的磁力分离器M的形式。在操作中，EMR热处理站22例如利用红外加热器或微波炉加热煤，把黄铁矿转化成磁黄铁矿，花费短的时间段，例如20分钟，转化度依赖于热、能量和时间因素。然后，煤被输送到磁力分离器对，其利用杂质的磁化率来分出含有高于预定水平的磁黄铁矿的块煤。根据本实施方式的系统可以构成在所包含的PCT专利申请号PCT/IL2004/001077 中描述的系统的一部分，或其组件可以并入在所包含的PCT专利申请号PCT/ IL2004/001077中描述的系统或与该系统相结合，该PCT专利申请的“详细描述”和图1通过引用并入本文。在这种情况下，煤供应和选煤站10可以与该PCT申请的图1中所示的系统中的装载站16相结合、形成装载站16的一部分或由装载站16构成，ERM热处理站22可以与该PCT专利申请的图1中所示的系统中的丽干燥车间相结合、形成丽干燥车间的一部分或由MW干燥车间构成，其还可以将磁力分离器站M并入其中。由于如该PCT申请中所表明的，MW干燥车间可以包括数个阶段，ERM热处理站22连同其磁力分离器M可以形成这样的阶段的一部分，由此可以确保仅对在磁力分离工艺后剩余的那些块煤进行最后阶段的煤质量的提高。图4示出了与图1所示系统类似的系统，该系统包括磁性传感器34、数据分析器 36和分类器38，而代替分离器站14。在操作中，磁性传感器34测量煤的磁性，由数据分析器36分析磁性数据。分类器 38利用来自数据分析器36的数据来确定将块煤送往哪里，燃烧站18或废料站16。虽然已经提出了具体的实施方式的描述，但预期可以做出各种改变而不偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种从煤中分离至少一部分磁非敏感的杂质的方法，所述方法用于包括所述磁非敏感的杂质和磁敏感的杂质并且意图用来燃烧的原煤和/或处理的煤，所述方法包括提供以这样的尺寸的块煤形式的所述煤所述磁敏感的杂质和所述磁非敏感的杂质并置在相同的块煤内；和在所述燃烧之前从所述煤中磁力分离磁敏感超过预定水平的那些块煤。
2 根据权利要求1所述的方法，其还包括增强所述磁敏感的杂质的磁性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述块煤按质量计至少50%的最大尺寸大于2mm ο
4.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的方法，其中所述磁敏感的杂质中的至少一种是含硫的铁化合物并且所述磁非敏感的杂质中的至少一种是硫化汞矿，所述预定水平由所述块煤中的所述含硫的铁化合物的预定量确定。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述增强通过热处理进行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述热处理通过电磁辐射进行。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述热处理减少所述煤中的水含量。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其构成包含所述燃烧的发电工艺的一部分。
9.一种用于从煤中分离至少一部分所述磁非敏感的杂质的系统，所述系统用于包括所述磁非敏感的杂质和磁敏感的杂质并且意图用来燃烧的原煤和/或处理的煤，所述系统包括煤供应站以及分离器站，所述煤供应站提供以这样的尺寸的块煤形式的所述煤所述磁敏感的杂质和磁非敏感的杂质并置在相同的块煤内；所述分离器站至少间接地接收来自所述煤供应站的所述块煤并从所述煤中分离磁敏感超过预定水平的那些块煤。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述供应站适合于供应按质量计至少50%的最大尺寸大于2mm的所述块煤。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述分离器站适合于从所述煤中分离磁敏感超过所述预定水平的那些块煤，所述水平与所述块煤中的含硫的铁化合物的预定量相对应。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其还包括磁性增强站，所述磁性增强站用于增强所述磁敏感的杂质的磁性。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述增强站是热处理站。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述热处理站是电磁辐射热处理站。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述热处理站适合于干燥所述煤以减少其中水含量。
16.根据权利要求9至15中的任一项所述的系统，其构成发电厂的一部分。
17.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中所述煤是低级煤。
18.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其是PCT专利申请号PCT/ IL2004/001077中权利要求1至25和权利要求27至30中所定义的方法的一部分，所述PCT 专利申请通过引用并入本文。
19.根据权利要求9至16中任一项所述的系统，其是PCT专利申请号PCT/ IL2004/001077中权利要求31至35中所定义的系统的一部分，所述PCT专利申请通过引用并入本文。
全文摘要
本发明涉及从意图用来燃烧的煤中分离磁非敏感的杂质的新颖的方法和系统，并且其包括在煤燃烧之前，通过利用磁敏感的杂质的磁性而去除这样的磁非敏感的杂质以及在相同的块煤内并置的磁敏感的杂质。本发明基于以下事实磁非敏感的杂质与磁敏感的杂质通常并置在相同的块煤中，尤其就黄铁矿和硫化汞矿而言，前提是块煤未被释出，特别地，它们满足按质量计至少50％的块煤的最大尺寸应该至少为2mm的要求。
文档编号C10L9/08GK102159324SQ200880130872
公开日2011年8月17日 申请日期2008年7月8日 优先权日2007年7月19日
发明者伊萨克·亚尼夫, 本-齐翁·利夫内 申请人:微煤公司