用于解决现有燃煤发电厂严重污染的先进方法和装置的制作方法

专利名称：用于解决现有燃煤发电厂严重污染的先进方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的目标是解决源自燃煤发电厂的发电的严重污染问题，参见证据I，这些发电厂由于他们要不经济地加装昂贵的污染控制装置而可能会被强迫关闭。来自燃煤发电站的污染物包括S02、N0x、Hg、颗粒物、灰末和C02。本发明提供了一种独特且综合的解决方案，该解决方案使得避免目前对健康和环境造成的危害成为可能，与此同时该方案还可以避免关闭这些我们仍然非常需要的发电设施，这些发电设施提供了本国约50%的发电量，该国的居民非常依赖于此。除了本文中的综合解决方案以外，还会在以下的说明书中公开的是将上述所有六种污染物投入有利用途，同时避免将所述污染物排放到大气中。
背景技术：
其总部位于马萨诸塞州波士顿、具有若干分支机构的著名的净化空气任务组织 (CATF)在2010年9月发表了一份主标题为“由煤敲响的警钟(The Toll From Coal)”且副标题为“由美国最肮脏能源造成的死亡和疾病的最新评估(An Updated Assessment ofDeath and Disease from America’s Dirtiest Energy Source) ” 白勺手艮告。该 艮告执行摘要的第一段陈述了以下内容
“在所有的工业空气污染源中，以燃煤发电厂对人类健康和环境造成的威胁最大。来自燃煤发电厂的排放物是全球变暖、臭氧烟雾、酸雨、区域雾霾以及从公共卫生角度看可能最重要的细微颗粒污染的原因之一。净化空气任务组织在2000年发起并且在2004年再次发起了对由来自全国约500家燃煤发电厂的细微颗粒空气污染造成的健康影响的全面研究。每一次研究都包含了关于空气污染和公共卫生之间的联系的最新科学发现以及最新的排放物信息。两次研究都发现来自美国电力行业的排放物每年都造成了数以万计的过早死亡以及数十万例的心脏病发作、哮喘发作、急诊治疗、住院和错失工作日。”
而且，在报告的第8页第3段的前6行还陈述了以下内容
“不幸的是，在全国广大区域内特别是在美国东部，持续升高的细微颗粒污染水平是很常见的。细微颗粒污染自身由有害污染物的复杂混合物组成，这些污染物包含例如煤烟、酸性液滴和金属等多种成分。这些污染物中的绝大多数都来自燃烧源例如电厂、柴油卡车、公共汽车和小客车等。”。

发明内容
本发明的主要目标是通过在锅炉上游的环境封闭系统内高效处理煤同时生成清洁的气体而避免在现有发电站的锅炉内燃烧煤，清洁的气体被用于生成清洁、低成本的电力以及有价值的副产品。本发明的另一个目标是避免因关闭燃煤发电设施而裁员，并且反而可以创造很多额外的收入良好的工作。因此本发明的另一个目标是在发电站内现有的更换起来代价高昂的基础设施上进行开发。
本发明的又一个目标是通过提供充足的能力以避免停电而建立能源安全。本发明的再一个目标是提供一种综合的解决方案，该解决方案可以控制来自于煤的S02、N0x、Hg、颗粒物、灰末和C02。本发明的再一个目标是消除对粉碎煤的需要，因为粉碎在生成对健康有害的细微颗粒物方面是众所周知的原因。本发明的再一个目标是通过完全避免在锅炉内燃烧煤来提高目前在燃煤发电站内使用的锅炉的可用性，由于在锅炉内燃烧煤而在锅炉内生成的沉积物导致锅炉在目前需要经常性的维护。本发明再进一步的另一个目标是在仍使用现有锅炉产生可用作混合式高效联合循环发电的蒸汽循环的蒸汽的同时更加高效地产生清洁电能。因此本发明的另一个目标是用少量的资本投资来增加发电能力。 本发明的又一个目标是利用由煤生成的清洁气体来增加发电厂商的纯利润，这样将使这些厂商能够给消费者提供有吸引力的电力成本。本发明其他的目标将根据以下的详细说明和所附权利要求呈现。参照构成本说明书一部分的附图进行说明，其中相似的附图标记表示不同附图中的对应部件。


图I是本发明的总体布置图。图2示出了热解反应器的透视图，热解反应器能够高效处理形式为烟煤、亚烟煤、褐煤或泥煤的煤，包括沿图2所示热解反应器纵向轴线的横截面正视图。图3是热解反应器放大的局部纵向截面，包括在图3中的A-A处截取的横截面视图。图4示出了利用活性碳(炭)从煤成气中截留汞，而且还添加了从汞化的活性碳中回收元素汞(Hg)。图5示出了以一连串形式组装在一起用于满足大规模生产要求的若干热解反应器的端视图。
具体实施例方式参照图I进行说明，其中以下的附图标记代表主要部件10表示热解器，11表示炭气化器，12表示炭急冷器，13表示高温气体净化装置，14表示现有的燃煤锅炉，15表示联合循环式发电，16表示构成化肥厂上游部分的产生中间原料的交替还原反应器，17表示化肥(草酰胺)反应器，18A和18B表示用于除汞的双活性碳床，以及19是用于将原矿煤和残留炭作为燃料送入热解器10内的设备。热解器10由加料器20、热解室21、辐射区22、下降管23和流动控制阀24组成，分岔管25从流动控制阀24开始构成输送管装置，其中管路26由此将下降管23经控制阀28连接至炭气化器11，并且管路27将下降管23经控制阀29连接至炭急冷器12。要注意的是气化器11用于实现三种功能也就是将高温炽热的残留炭转化为原料贫煤气，将CO2还原为2C0(燃料或化学原料)，以及将煤灰末(污染源)转化为惰性炉渣。气化器11包括容器30，容器30在不同高度设有喷射点用于使包含氧气的气体例如空气与热炭反应以生成贫燃气；气化器11在其底部出料口拥有冷却器31，冷却器31设有贫煤气排出口 32 ;冷却器31用于将在气化器11中生成的熔融炉渣固化为惰性砂砾。在冷却器31下方设有闭锁式料斗33，闭锁式料斗33由上侧阀34和下侧阀34控制，下侧阀34控制将固化的惰性炉渣排入收集罐35内。在气化器11的大约中点处，用标记36表示的专用歧管用于喷射包含CO2的烟道气以将CO2还原为用作原料的2C0。炭急冷器12包括容器37，容器37设有多高度歧管例如歧管38，该歧管在通过阀39将炭定期排入大气之前逐渐把炭冷却到燃点以下。用标记19表示的用于喂送原矿煤和炭的设备包括将原矿煤从地面高度提升至输送机42的料车40以及将炭(燃料)从地面高度提升至 输送机43的料车41，其中接着输送机42向给料器44出料而输送机43向给料器45出料。用标记68表示的辅助缓冲料斗用于喂送来自于煤燃烧的受污染锅炉灰末，这些受污染锅炉灰末已被储存在池内(证据2)并且被归类为有害物质。在将这样的有害物质喂送入气化器11内时，使这些灰末与从热解器10新喂送入造渣气化器11内的炭的灰末相混合，由此提供一种将旧的有害灰末和新形成的灰末转化为惰性炉渣的方式。气体净化装置13由用标记46，47和48表示的三个容器组成。容器46将来自热解器10的富H2的气体(挥发性物质)裂解并同时脱硫；容器47净化来自气化器11的由氮气(N2)和一氧化碳(CO)气体构成的贫燃气；而容器48用于再生消耗的吸附剂同时直接生成元素硫和附加的贫燃气。所有三个容器都装有用标记49表示的给料器。容器48通过用标记50表示的倒Y形管与容器46和47互连，倒Y形管装有转向阀51。气体净化装置13装有气动传送装置52以将消耗的吸附剂从容器46和47输送至再生器48。氰形成设备16包括反应器53 “A”和反应器53 “B”，以及在反应器“A”和“B”的上游装有用标记54表示的气体温度调节器，在反应器53A和53B的下游装有用标记55表不的冷却器-液化器。用标记56表不的分离器被设置用于从未反应气体中分离液化氰,未反应气体被引导(未示出)至热解器10或者循环返回到反应器53A或53B。草酰胺生成器17位于分离器56下游。它由反应器57、沉降罐58、压滤机59、干燥器60和堆料器61组成。泵62被设置于分离器56以将液化氰泵送至蒸发器63，而泵64则用于使液态催化剂循环至反应器57的顶部；用标记65表示的加热器用于调节液态催化剂的温度。用标记18A和18B表示的除汞系统(也被称为捕汞器)由活性碳床组成，活性碳床包括床“a”和“b”，在实践中当床“a”在吸收汞时，床“b”就处于备用模式；而当床“b”在吸收时，此时床“a”就处于备用模式。用标记91表示的集尘室被设置在每一个捕汞器的下游。捕汞器的优选结构以下在图4中进行说明，其中实现了从饱和的活性碳中回收元素汞。本发明中用标记15表示的发电系统优选地用从净化容器47送来的清洁的贫煤气(燃气)做燃料并且包括连接至现有锅炉67的标记为66的燃气轮机，通过有利地利用非常昂贵的燃煤锅炉67，通过利用燃气轮机66共同构成联合循环结构，锅炉67既用作热回收蒸汽发生器又用作蒸汽轮机；这样的结构提供了最高效的发电方式，同时仍然利用了现有的燃煤锅炉，但是并不在其中燃烧煤而是利用来自燃气轮机66的高温废气来产生蒸汽。如果高温废气供应不足，那么清洁的贫煤气(2C0+N2)就通过管道87被输送至锅炉用作清洁的补充燃料。不再从锅炉67向大气中排放烟道气(N2+C02)，而是利用压缩机88来压缩烟道气并且将其输送至气化器11用于将CO2还原为2C0，压缩机通过管道89连接至气化器11的歧管36，由此提供完全对大气封闭的系统。图2示出了热解器的透视图，热解器用标记10表示并且由给料器44和45、充料器
20、用标记21表示的热解室、辐射区22和控制阀24组成。利用“Y”形管结构分别通过管路81和85来输送煤和炭。用于富H2的挥发性物质的出口由标记86表示。为了进一步说明，在沿图2中纵向轴线截取的竖直正面截面内示出了热解器10以示出热解器10的内部。应该注意的是设有喷枪71，其中作为用标记72表示的内芯的充入的炭在被抑制的状态下(在加压、受控的还原性气氛中)燃烧，腔室21内的热传输明显改善，由此提高了煤除去挥发性成分以形成挥发性物质同时强力裂化有害焦油的速率。现参照图3以获得热解器10的在更大尺度上的更多细节，喷枪71除了它通过其·用标记82表示的尖端喷射氧气的能力以外，还在其侧面上装有用标记83表示的注射喷嘴。喷枪71就像心轴70和柱塞69 —样适用于独立地前进和缩回，并且因为喷枪71周围的高温，所以优选地用在闭合回路中循环通过喷枪的水对其进行冷却。利用被穿过外壳77和耐火层75设置的注射喷嘴来从外围加热煤,用标记80表不其中一个注射喷嘴，由于这样的喷嘴被供以由歧管79提供的含氧气体，由此提供直接的加压双向高效加热，这种加热将从煤环带中释放的挥发性物质提高到基本上将煤内所有的油都以无焦油的蒸气形式回收这样的程度。在本发明中，炭内芯被煤环带围绕并且炭被燃烧，由此使煤的燃烧最小化，大大增加富含氏的原料气(原料合成气)的产量，这是一种重要且有利的因素，原因在于富含比的合成气很有价值，可以被用于生产化学制品和运输用燃料例如甲醇/汽油和二甲醚、清洁燃料，以作为不洁的柴油的代用品。为了实现该目标，标记21是热解室，标记20是充料器，标记81是进料料斗,标记69是柱塞,标记70是心轴,标记71是喷枪,标记82是喷枪71尖端的喷嘴，还有标记83是设置在喷枪71侧面的几个喷嘴之一，标记72是炭燃料，标记73是充入的煤，还有标记75是被设置为整体结构的耐火层/隔热层，该整体结构由用标记84表示的金属针体例如不锈钢针体(在截面A-A中示出)加强，金属针体在一定程度上类似于钢筋混凝土内的嵌入钢丝；该结构被紧靠外壳77浇铸就位。在通过燃烧炭(未示出)直接从外围加热材料的情况下，利用喷射器通过外壳77引入氧气，用标记80表示一个这样的通过歧管79供料的喷射器。当围绕煤环带在外围进行燃烧时，也可以通过设置围绕柱塞69的附加心轴以形成围绕煤外围的炭环而围绕煤环带的周长充入炭。在这样做时，通过喷射器例如喷射器80实现的燃烧，消耗了炭环而不是燃烧煤，原因在于目标是使富含H2的气体的产量最大化，富含H2的气体在净化之后是一种非常有价值的原料。在间接地从外围加热材料的情况下，标记74表示用于将高温加热气体分配到安装在耐火层/隔热层75内的多条小直径烟道内的歧管，一条这样的用标记76表示的烟道输送高温气体加热耐火层75，耐火层又间接加热在截面A-A中示出的用标记78表示的煤。要注意的是向着热解室21的出口端，煤就已经被完全除去挥发性成分，生成由高温炽热炭构成的残留物。参照图4，其示出了截留汞并将汞作为元素汞回收的优选方式，元素汞是一种非常有价值的产品，该图包括活性碳床“a”、“b”和“C”。作为示例，床“a”可以给富含H2的气体除汞，而床“b”可以给燃气除汞；在给气体除汞之前，使富含H2的气体先通过冷却器100，并且给燃气除汞之前，使富含H2的气体通过冷却器100，并且使燃气通过冷却器101以降低气体温度从而有效实施气体的除汞，原因在于除汞要在低温下进行，其中将富含H2的气体送往床“a”并将燃气送往床“b”;床“c”在该结构中被设置用作替换床以在床体“a”或床体“b”需要维护时作为备用。床“a”和“b”分别通过流动控制阀111和109从顶部充入活性碳；床“&”和“b”分别通过流动控制阀102和104从底部出料。给料器107和105以这样的方式位于阀102和104的上游给料器107在阀102的上游，且给料器105在阀104的上游。公共给料器114被设置在流动控制阀111和109的上游以使得能够将新鲜的活性碳输送至床“a”或床 “b”，其中公共给料器114构成了用作新鲜活性碳储存装置的缓冲料斗113的下部；缓冲料斗113通过将活性碳从地面高度提升的料车提升机112接收活性碳。为了再生来自于床“a”和“b”的饱和(汞化)炭，阀102和104将汞化炭通过歧管99排入小型热解器92的进料室内，汞化炭在其中被间接加热，促使汞蒸发，将其从热解器92引导至冷凝器93，回收的汞在此被冷却并以液体形式被收集在罐94内。由用标记98表示的柱塞推送器来实现输送汞化炭通过热解器92，并且利用闭锁式料斗将脱汞炭从热解器92中排出，闭锁式料斗具有用标记95表示的上侧阀和用标记96表示的下侧阀，而脱汞炭则用标记97表示。床“a”和“b”下游设有两个集尘室并且分别用标记91A和91B表示，其中集尘室91A用于清理携带在脱汞的富含H2的气流118内的颗粒物，而集尘室91B用于清理携带在脱汞燃气流119内的颗粒物。在从气流118中去除了颗粒物之后，清洁的、脱汞的、富含H2的气体就由压缩机115加压，构成被引导至工厂90(在图I中示出)的气流116用于生产化学制品，例如能够被转化为汽油或二甲醚的甲醇；在从气流119中去除了颗粒物之后，清洁的脱汞燃气则在加热器108内被升温，形成被引导至燃气轮机66(在图I中示出)用于发电的气流117。如上所述，活性碳床“c”可以取代活性碳床“a”或活性碳床“b”，而其目的是用于在其中有任一床体停工进行维护时代替床“a”或床“b”。参照图5，示出了以群组形式设置以提供模块化结构的一组热解器，目的是为了使其能够通过叠加而有效地按比例扩大生产能力。操作
根据已经进行的并且要在下文中参考的大规模测试工作来介绍本发明的操作，首先是使用未进行准备的、粉碎的优选为三英寸和以下的原矿煤，该煤被直接送入一组热解器内，其中浙青在非常高温的辐射区22内裂化以生成无焦油的挥发性物质和炽热的炭，无焦油的挥发性物质中包括富含氢的不可凝原料合成气以及汽化的轻质液体。合成气和汽化的轻质液体在第一高温气体净化装置46 (在图I中示出)内被脱硫和改善品质，生成清洁的合成气，该合成气适合用于制造化学制品或燃料例如可转化为汽油或二甲醚的甲醇，这在图I中用标记90表示。至于高温炭，一部分高温炭在气化器11内用空气气化，生成原料燃气；其余部分炭被用作燃料以供加热热解器和另外两种有利用途，也就是(i)炭被水蒸汽激活并用于截留汞Hg，以及(ii)炭被用作土壤的富碳剂与肥料混合以将其转化为超级肥料。来自气化器11的原料燃气被输送经过第二高温气体净化装置47 (在图I中示出)，生成清洁的脱硫贫煤气，可以理想地用于清洁、高效的发电，其中从发电过程中排放的N2+C02被收集起来并转化为N2+2C0以用作制备缓释肥料的原料，是非常有价值的一种副产品。在由申请人指导与太阳精炼(Sun refining)合作执行的测试工作表明本文中介绍的将CaO用作吸附剂的方法在CaO作为吸附剂的背景下用来自其费城炼油厂的裂化残留物(重质浙青)生产出轻质液体。这样的轻质液体被Sun称作“极佳的原料并且通过简单的蒸馏过程即可被分离为很有价值的中间产品”，参见证据3，2页中的第I页。通过测试生成的数据(参见证据3，2页中的第2页)表明残留物中的兰氏残碳(以重量百分比计)在#3试验中从18. 2%转化为I. 24%，在#4试验中转化为O. 59%，并且在#5试验中转化为O. 31%。而且，对于用。F表示的流点温度，残留物是145° F，而在#3，#4和#5试验中，温度被降低至-20° F。而且，残留物的初沸点从802° F下降至#3试验中的108° F、#4试验中的154° F和#5试验中的135° F。这些数据表明本文中介绍的方
法一其基于重复所执行的测试工作，商业规模的除外一应该在用烟煤生产轻质液体方面产生很显著的效果。同样很重要的是本文中公开了按下述摩尔百分比生产的合成气(富煤气样本，#3 试验)H2-57. 3%, CH4-36. 6%, N2_3%，C2H4-L 8%, CO-1. 6% 和 CO2-仅 O. 7%。关于热解之后对残留炭的进一步加工，1997年在申请人的工艺研发部门中进行了用煤制备冶金焦炭的测试(证据4)，对生产出的焦炭(炭)进行了各种性质的测试，包括热解之后的残留挥发性物质。在测试由Bethlehem钢厂的煤制成的焦炭时，焦炭内的残留挥发性物质为O. 58%，而在测试由美国钢铁厂的三种煤制成的焦炭时，对于由Blue Tag煤制成的焦炭，焦炭内的残留挥发性物质为O. 55%,对于由Low-Vol煤制成的焦炭,焦炭内的残留挥发性物质为O. 48%，而对于由White Tag煤制成的焦炭，焦炭内的残留挥发性物质为
O.70%，参见证据5。在进行的测试中，无论原料是重油(浙青)还是煤，这些原料都是在密封管中热解，其中焦油裂化按本文中所述地进行，在除硫的情况下，生成的气体不含H2S，正如证据3，2页中的第I页所报告的那样。元素硫是在再生期间直接生成的(参见证据6)，并且用于这些结果的化学过程在The Making, Shaping and Treating of Steel的第11版中公开，参见证据7。如上所述，在现有的燃煤锅炉中燃烧煤以产生要被送入燃气轮机用于发电的水蒸汽会生成六种污染物。这些污染物是SO2、N0X、Hg、颗粒物、灰末和CO2。本发明的综合解决方案是将全部六种污染物转化为有价值的产品而不是将被排放到大气中或掩埋在垃圾场或某个地质建造中的垃圾，后者昂贵、低效并且必须连续监控。本发明如下所述将这六种污染物转化为产品
I、二氧化硫(S0J —硫作为煤中的一种固有成分是非常常见的，它在燃饶时会变成SO20通过不再燃烧煤而是将其热解，硫就会采用H2S的形式(参见证据3)以在高温气体净化容器46中与CaO反应成为预浸碳的CaS，当进行再生时，硫就会释放成为元素硫，这是一种很有价值的副产品。2、队的氧化物(N(X) —当在锅炉内燃烧煤时，就会生成N0X。通过不在锅炉内燃烧煤，而是用来自燃气轮机的高温排气代替，燃气轮机燃烧的是清洁的贫燃气(LFG气体(低Btu燃气))，生成的NOx量大约为10份/百万份(ppm)，这在与燃烧天然气(CH4)时相比，无论是从工业角度还是从公众角度看都可以认为是非常干净的，燃烧天然气(CH4)时的NOx产量为152ppm，5其是通过燃烧低Btu燃气生成的NOx的约15倍大，参见证据8。尽管NOx相当少(IOppm)，但是在本文公开的技术应用中的烟道气仍然不会排放到大气中，正如以下在解决CO2的问题时所介绍的那样，原因在于烟道气也包含co2。3、汞捕集(Hg) 一捕汞器(证据9)适用于通过内部制备的硫化活性碳(炭)来去除汞，其中汞化的富含H2气体被通过床“a”脱汞，而汞化的燃气被通过床“b”脱汞，同时第三床“c”被设置用于在床“a”或床“b”变成汞饱和时替换床“a”或床“b”，正如图4中所示。来自床“a”的脱汞富含H2气体被输送通过集尘室91A，由此送往甲醇车间用于转化为汽油或二甲醚。至于脱汞的燃气则被输送通过集尘室91B (图4)，由此送往燃气轮机66 (图
I)用于发电，而其高温废气则被引导通过锅炉67以产生水蒸汽并发电。本文中的设备以这样的方式设置从而能够在床“a”或床“b”汞饱和时用床“c”替换床“a”或床“b”。为了回收汞作为有价值的副产品，设置作为汞回收系统的一部分的小型热解器，其被间接加热以从碳中蒸发出汞并通过冷凝将汞从碳中分离开来。以蒸气形式分离的汞在冷凝器中被冷却以将其转化为有价值的液体形式的纯汞。4、颗粒物一在颗粒物的情况下，煤不进行热解，而是按从矿山输送来时的样子被使用。在本文介绍的方法中，煤的热解以及富含H2气体和贫燃气的高温气体净化在对大气 封闭的环境中连续进行以物理地消除排放物。颗粒物被在旋风除尘器和集尘室内收集并输送至气化器11，在此颗粒物被熔化，从而与灰末一起形成玻璃质的惰性炉渣。在将富含H2的气体转化为甲醇/汽油或二甲醚时，系统是完全封闭的，包括在罐中储存的准备用于运输给消费者的产品。在贫燃气的情况下，系统完全封闭，直到电力被送往配电所并由此向电网输送为止。5、煤灰末一本文中介绍的方法集成了在热解器10内热解煤，生成富含H2的气体和高温炽热炭，炭在气化器11内高效气化，气化器在足以确保灰末的成分完全熔化的高温下操作以熔化煤内的灰末以生成玻璃质的惰性炉渣；由申请人与太阳石油公司合作得到的对产生的炉渣的各种分析结果在证据10中示出。6、二氧化碳(CO2) —二氧化碳是贫燃气在燃气轮机66内与空气一起燃烧期间生成的。当贫燃气也在锅炉67内燃烧以作为额外热能输入的补充时，来自从燃气轮机66引导到锅炉67的高温排放烟道气中的能量就得以增加。离开锅炉67的其成分为N2+C02的全部烟道气通过水蒸汽89被送至气化器11，在此N2+C02由气化器11内的高温炭转化为N2+2C0并且变成通过高温气体净化装置的端口 32离开的贫燃气的一部分。由此，CO2不再是被捕集并隔离在某种地质建造中，而是被转化为生产肥料的原料，也是一种非常有价值的产品。总之，根据完成的测试工作和本文中的说明，在本公开篇首列举的目标均得以实现。我们主张，本文中提供的所述方法和装置对使用粉碎煤在锅炉中燃烧的常规实践方法提供了重大改进。上述的结构细节是为了说明目的而不是为了加以限制，因此其他的结构也是可行的而并不背离本发明的实质。而且，在本文介绍的装置中也可以处理除煤以外的其他材料。
权利要求
1.在一种从煤产生热能的方法中，例如通过在锅炉内燃烧煤来产生水蒸汽，该水蒸汽被送入蒸汽轮机内用于发电，其中生成了形式为S02、N0x、Hg、颗粒物、灰末和CO2的污染物，改进之处在于提供了一种综合的解决方案，该解决方案以封闭的方式集中了构成所述污染物的所有气流，该封闭的方式避免将所述污染物中的任何一种排放到大气中，同时将所述污染物转化为有用的、有价值的产品。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述SO2被避免排放到大气中，而且被转化为元素硫，元素硫是一种有价值的可销售产品。
3.如权利要求I所述的方法，其中所述NOx被避免排放到大气中，并且通过与高温炭反应而被转化以变成N2+2C0，这是一种用于生产肥料的原料，是一种有价值的可销售产品。
4.如权利要求I所述的方法，其中所述Hg被避免排放到大气中，并且以元素汞的形式回收，元素汞是一种有价值的可销售产品。
5.如权利要求I所述的方法，其中所述颗粒物被避免排放到大气中，并且改为将颗粒物收集在集尘室内并将其送入气化器内，所述气化器具有将这些颗粒物转化为玻璃质的惰性炉渣的能力，玻璃质的惰性炉渣可以作为洁净的集料进行销售。
6.如权利要求I所述的方法，其中通过将所述灰末转化为玻璃质的惰性炉渣而避免将所述灰末储存在池内，所述玻璃质的惰性炉渣可以作为洁净的集料进行销售。
7.如权利要求I所述的方法，其中烟道气(N2+C02)内包含的所述CO2被用高温炭还原为N2+2C0，所述N2+2C0可用作加工肥料的原料，是一种有价值的可销售产品。
8.如权利要求I所述的方法，其中煤被热解以生成富含氢的气体，所述富含氢的气体在净化和脱汞后被转化为运输用燃料以代替石油基燃料。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述运输用燃料是汽油或二甲醚。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述富含氢的气体在净化和脱汞后被用作化学原料。
11.如权利要求I所述的方法，其中煤被热解以生成炭，所述炭被用含氧的气体气化，氧将所述炭转化为燃气。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述含氧气体是用于生成贫燃气的空气，贫燃气在燃烧时固有地生成远远少于燃烧天然气时的少量N0X。
13.如权利要求I所述的方法，其中煤被热解以生成炭，所述炭被直接送入一体的炭气化器内。
14.如权利要求13所述的方法，其中来自池的污染性灰末被送入所述炭气化器内以将这些灰末转化为玻璃质的惰性炉渣。
15.如权利要求I所述的方法，包括用于实现权利要求I中所述功能的装置。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述装置包括以下部分 用于从地面高度输送煤和其他材料并且喂送这些煤和材料的装置； 适用于将煤除去挥发性成分以生成挥发性物质和高温炭的热解装置； 用于将所述炭与所述挥发性物质分离的装置； 用于将所述挥发性物质中的烃脱硫和裂化以生成富含氢的气体(合成气)的高温气体净化装置； 用于将所述炭转化为贫燃气同时将炭内的灰末转化为熔融炉渣的炭气化装置；用于将所述贫燃气脱硫的高温气体净化装置； 用于冷却所述合成气和所述贫燃气的冷却装置； 活性碳床，用于从所述合成气和所述贫燃气中除汞以生成洁净的合成气和洁净的贫燃气，其中所述合成气适合用作化学制品或用作生产液体燃料例如甲醇、汽油和二甲醚的原料，并且其中所述贫燃气被用于在燃气轮机内发电，所述燃气轮机的包含队+0)2的高温废气被送往锅炉以产生水蒸汽并生成额外电能； 用于将包含N2+C02的废气从所述锅炉引导至所述气化器以将N2+C02转化为N2+2C0的装置； 用于将N2+2C0作为原料使用的装置；以及 肥料车间，其中所述原料被用于生产所述肥料。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述热解装置在其出口处拥有中间歧管，适用于将所述炭分为两部分，其中第一部分被送往所述气化器以将所述炭转化为贫燃气，而第二部分被送往急冷器以将所述第二部分冷却至在将其排放入大气之前不能冒烟的程度。
18.如权利要求16所述的装置，其中所述热解装置适用于在热解装置中燃烧炭内芯以提供热能用于加热其中的煤。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述内芯在适用于喷射含氧气体的喷枪的帮助下燃烧。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述含氧气体是纯氧气。
21.如权利要求18所述的装置，其中所述炭内芯被煤环带围绕。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述煤环带适用于被双向加热以高效地除去所述煤中的挥发性成分并生成炭。
23.如权利要求16所述的装置，其中所述高温气体净化装置适用于生成元素硫，元素硫是一种有价值的产品。
24.如权利要求16所述的装置，其中所述热解装置适用于在压力下运行以改善传热。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述热解装置在其充料端装有推送柱塞以推进所述热解装置内的包含物从而促使在充料端充料以及在所述热解装置的排料端排出炭。
26.如权利要求24所述的装置，其中所述热解装置在充料端装有带孔心轴以形成内芯，喷枪可以通过该内芯自由地独立前进和缩回。
全文摘要
本发明涉及用于解决现有燃煤发电厂严重污染的先进方法和装置。本发明处理源于燃煤发电厂的严重污染问题，这些发电厂可能会由于他们要不经济地加装昂贵的污染控制装置而被迫关闭。来自燃煤发电厂的污染物包括SO2、NOX、Hg、颗粒物、灰末和CO2。本发明提供了一种独特且综合的解决方案，该解决方案使避免目前对健康和环境造成的危害成为可能，与此同时还可以避免关闭这些我们仍然非常需要的发电设施，这些发电厂提供了本国约50%的发电量。本文中的综合解决方案将六种提及的污染物转化为有价值的产品并由此避免将这些污染物排放到大气中。
文档编号C10J3/84GK102952560SQ20121002081
公开日2013年3月6日 申请日期2012年1月30日 优先权日2011年8月18日
发明者A.卡尔德伦, R.O.麦卡锡, T.J.劳比斯 申请人:美国能源独立公司