專利名稱：降低煤燃燒的二氧化硫排放的制作方法
技術(shù)領域：
從整體上講本發(fā)明涉及煤。更具體地，本發(fā)明涉及對煤進行處理從而降低在煤燃燒過程中的二氧化硫排放。
總的背景煤是世界上最為豐富的一種燃料源。所述煤通常作為棕褐色至黑色石墨狀物質(zhì)而被發(fā)現(xiàn)，而這種物質(zhì)由植物物質(zhì)的化石形成。所述煤通常包括與某些有機和無機化合物組合的無定形碳。煤的質(zhì)量和類型從高質(zhì)量的無煙煤(即具有高碳含量只有極少量可揮發(fā)雜質(zhì)，并且燃燒時有很干凈的火焰)到煙煤(即具有高百分含量的揮發(fā)性雜質(zhì)，并且燃燒時有帶煙的火焰)到褐煤(即比煙煤更軟并包括未完全轉(zhuǎn)化成碳的植物物質(zhì)，燃燒時火焰有非常重的煙)。在世界范圍內(nèi)煤在燃煤裝置中進行燃燒從而產(chǎn)生電能。多年以來，已經(jīng)認識到煤中的一些雜質(zhì)明顯影響煤燃燒過程中所產(chǎn)生的排放物的類型。特別令人煩惱的雜質(zhì)為硫。在煤中硫的存在量可以為微量至幾個重量百分比(例如7wt％)。可以在煤中發(fā)現(xiàn)多種形式的硫，例如有機硫、硫鐵礦的硫或硫酸鹽的硫。當含硫煤燃燒時，燃燒氣體中的二氧化硫(SO2)通常釋放至大氣中。在大氣中存在的SO2與酸雨的形成有關，酸雨來源于由SO2和水形成的硫酸或亞硫酸。所述酸雨可以通過多種方式破壞環(huán)境，在美國，環(huán)境保護機構(gòu)(Environment Protection Agency(EPA))已經(jīng)設立了燃燒煤的標準，該標準限定了燃煤裝置的SO2排放。
雖然在美國在國家的許多地區(qū)都生產(chǎn)煤，但大部分很容易開采(因此不貴)的煤通常有高含量的硫，而這些硫造成在燃燒氣體中SO2的含量大于EPA允許的值。因此，燃煤裝置通常必須從可能離裝置很遠的煤礦購買更高質(zhì)量的煤，因此需要付很高的運輸費和其它費用。為了降低高硫煤燃燒的燃燒氣體中SO2的量，一直以來已經(jīng)開發(fā)了大量技術(shù)。這類技術(shù)包括在燃燒前、燃燒過程中以及燃燒后對煤進行處理。但這類處理在降低SO2排放和實施的經(jīng)濟可行性方面通常還沒有達到令人滿意的組合效率。
正是在這種背景下才引起了開發(fā)本發(fā)明的必要性。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是處理高硫煤從而降低當煤燃燒時二氧化硫排放的方法。所述方法包括(a)將煤放置在降壓環(huán)境中，其中所述降低的壓力足以通過抽出在煤內(nèi)捕集的環(huán)境流體而使煤部分破裂，(b)使破裂的煤與被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物接觸，(c)除去大部分與煤接觸的含水組合物，和(d)在二氧化碳氣氛下對用含水組合物處理后的煤加壓一段時間，該時間足以使碳酸鈣進入在步驟(a)中所產(chǎn)生的煤的裂縫中。
本發(fā)明的另一個方面為一種高硫煤，其中所述煤經(jīng)真空破裂，包括至少約0.5wt％的硫，并且進一步包括在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣，其量足以提供至少0.5的Ca∶S摩爾比。
本發(fā)明的另一個方面為由高硫煤燃燒產(chǎn)生能量同時降低由這種燃燒排放的二氧化硫含量的方法，這種方法包括在真空破裂的煤的裂縫內(nèi)沉積碳酸鈣，以及在高溫下燃燒所得到的含有碳酸鈣的高硫煤。
本發(fā)明的另一個方面為增加由燃燒高硫煤而產(chǎn)生的硫酸鈣量的方法，該方法同時降低這種燃燒的二氧化硫排放，這種方法包括燃燒在其裂縫內(nèi)沉積有碳酸鈣的真空破裂的高硫煤，以及回收這種燃燒所產(chǎn)生的硫酸鈣。
本發(fā)明的另一個方面為一種適合于處理高硫煤從而降低當處理后的煤燃燒時二氧化硫排放的含水組合物。所述組合物包括與堿性含水二氧化硅膠體組合物結(jié)合的碳酸鈣過飽和溶液。
本發(fā)明的另一個方面為制備適合于處理高硫煤的含水組合物從而降低當處理后的煤燃燒時燃燒產(chǎn)物中的二氧化硫含量的方法，這種方法包括在強堿性含水膠體二氧化硅組合物中溶解碳酸鈣，其條件足以使鈣離子結(jié)合至由二氧化硅得到的膠體顆粒上，從而形成碳酸鈣的過飽和溶液。
本發(fā)明的最后一個方面為在壓力下用含水組合物處理高硫煤的設備，所述設備包括適合于裝煤的可加壓容器，允許含水組合物進入容器并與煤接觸的第一入口，從容器中除去含水組合物的機構(gòu)，允許二氧化碳在高于大氣壓的壓力下進入容器的第一入口，與第一入口相連的加壓二氧化碳源，和從容器中除去煤的出口。
通過閱讀本發(fā)明的詳細描述，本發(fā)明的其它方面對本領域的熟練技術(shù)人員來說是很明顯的。
附圖的簡要描述為了進一步理解本發(fā)明的性質(zhì)、目的和優(yōu)點，應該參照如下詳細描述，并結(jié)合附圖進行閱讀，其中類似的參照標記代表類似的元件，并且其中

圖1表示的是按本發(fā)明的一種實施方案，據(jù)信其中Ca+2離子多價螯合的二氧化硅膠體顆粒的結(jié)構(gòu)。
圖2表示的是與按本發(fā)明的一種實施方案形成的典型二氧化硅膠體顆粒相連的雙層水。
圖3表示的是按本發(fā)明的一種實施方案的發(fā)生器。
圖4表示的是按本發(fā)明的一種實施方案，圖3的發(fā)生器與三個磁性四極助推器裝置相連。
圖5為按本發(fā)明的一種實施方案，圖4的發(fā)生器的橫截面俯視圖以及磁場和磁場梯度。
圖6表示的是按本發(fā)明的一種實施方案，從火車車皮通過預制備和處理而獲取高硫煙煤的方法。
圖7表示的是按本發(fā)明的一種實施方案，對處理后的煤進行處理、燃燒并轉(zhuǎn)化為熱能、排放物、水和灰(包括石膏)的蒸汽裝置。
圖8表示的是按本發(fā)明的一種實施方案的高溫爐，在所述高溫爐中燃燒處理后的煤從而產(chǎn)生能夠用于發(fā)電的熱能。
發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的實施方案提供一種通過獨特的預燃燒處理煤從而減少SO2和其它有害燃燒氣體的方法。所述煤可以用含水二氧化硅膠體組合物處理，所述含水二氧化硅膠體組合物被碳酸鈣過飽和，并優(yōu)選與氧化鈣相聯(lián)，從而相對于未處理的煤(例如自然產(chǎn)生的煤)來說，明顯增加了處理后的煤中鈣(Ca)的量。更具體地，可以對煤施用真空從而從煤中除去流體并使煤破裂。然后可以使破裂的煤在二氧化碳(CO2)氣氛下與含水組合物接觸。據(jù)認為該過程使部分含水組合物滲入煤的裂縫中，從而使碳酸鈣在裂縫中結(jié)晶并進一步使煤破裂。當這種處理后的煤燃燒時，隨著煤在高溫下燃燒，通過碳酸鈣、NaHCO3和二氧化硫-硫酸和/或亞硫酸之間的化學反應，而將硫轉(zhuǎn)化成CaSO4和Na2SO4。其優(yōu)點是煤在低二氧化硫(SO2)排放下燃燒。另外，也有證據(jù)表明其氮氧化物(NOx)、汞(Hg)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和烴(HC)的排放均較低。同時燃燒排放物的質(zhì)量得到改進，燃燒過程的固體副產(chǎn)物被改性，從而增加了可以收集的有用固體的量。具體地，灰提供了可用于生產(chǎn)水泥的一種組分(CaSO4)。
本發(fā)明的一種實施方案是處理煤從而降低當煤燃燒時二氧化硫排放的方法。在第一步中，將煤放置在降壓環(huán)境中，其中所述壓力足以通過抽出在煤內(nèi)捕集的環(huán)境流體而使部分煤破裂。在第二步中，使煤與被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物接觸。在第三步中，除去與煤接觸的含水組合物。在第四步中，在二氧化碳氣氛下對煤加壓一段時間，該時間足以使碳酸鈣進入在第一步中所產(chǎn)生的煤的裂縫中。
可以通過本方法處理的煤的類型為任何具有不希望的硫含量的煤，而這種煤如果不處理就燃燒會產(chǎn)生不希望或不合法的SO2含量。因此煤可以為硫含量為約0.2wt％至7wt％以上的無煙煤、煙煤或褐煤。對于某些應用，硫含量至少為0.5wt％的煤可以被視為高硫煤。煤的密度通常取決于煤的類型，并且通常為約1.2g/cm3至2.3g/cm3(例如通過液體置換法測得的表觀密度)。在降壓階段所處理的煤的粒度可以為來自大部分煤礦的煤的粒度，例如最大橫截尺寸為約2英寸至約1/4英寸以下的不規(guī)則形狀。對大加煤機燃燒器有效的粒度為約3/4至1英寸，而對小加煤機燃燒器有效的粒度小于約1/2英寸。因此本方法可以用于在煤燃燒位置附近或剛好在煤開采位置處的處理裝置。如果需要，在降壓前可以通過壓碎、研磨或粉碎而降低煤的粒度，成為粒度小于約5cm，例如小于3cm的顆粒粉末，而對某些應用來說粒度范圍為50μm至300μm或50μm至100μm是希望的。這種煤粒度的降低可以增加暴露于降壓環(huán)境和暴露于含水組合物的表面積，并且可以降低處理煤所需要的時間。如果需要，已經(jīng)降低粒度的煤可以與液體(例如水)混合形成漿液。對某些應用來說，可能希望在降壓前通過使煤與粉末形式的氧化鈣混合而使煤與氧化鈣接觸。煤與氧化鈣的接觸可能進一步降低SO2的排放。
在上面討論的第一步中，將煤放入能夠被密封和降壓的容器中。所述降壓將足以除去在煤中捕集的流體，不管其為氣體還是液體。據(jù)信這一點造成了煤的破裂，即在煤中形成為小縫、缺口或溝的形式的裂縫。另外或者同時，降壓可能除去在煤的先前現(xiàn)存的裂縫中捕集的流體，不管其為氣體還是液體。這些裂縫，不管是由降壓形成的還是預先存在的，通常會被延長，并且可能相互連接或按通常的平行方式分隔開。所述裂縫應該為足夠的數(shù)量和足夠的橫截面尺寸，從而允許足夠量的被碳酸鈣過飽和的含水組合物滲入裂縫。例如，降壓可能在煤中形成大量裂縫，這些裂縫的橫截面尺寸范圍為0.01μm至1μm。盡管可以將煤加熱從而利于處理，但降壓通常在環(huán)境溫度下進行。根據(jù)所應用真空泵的強度，壓力可以被降低至低于環(huán)境大氣壓，例如降低至約十分之一大氣壓或更低。煤被降壓的時間長度通常為低于1小時，例如小于約15分鐘，對于許多應用來說約3-10分鐘就足夠了。
在煤已經(jīng)被降壓后，然后使其與用碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物接觸足夠長的時間，從而使溶解的碳酸鈣浸入裂縫中。據(jù)認為這將造成碳酸鈣與煤緊密相聯(lián)并且通過碳酸鈣在裂縫內(nèi)結(jié)晶而進一步使煤破裂。為了強化煤的破裂，可能希望的是含水組合物中還包含氧化鈣。盡管有可能應用升高的溫度，但為了使過程更容易，接觸步驟在環(huán)境溫度下進行。所應用的含水組合物的量通常為每一百磅煤約5加侖至約20加侖或更多。針對經(jīng)濟規(guī)模，通常應用每一百磅煤約10加侖?？梢栽谌萜髦袑⒑M合物噴涂或傾倒至煤上，并且可以將煤浸(完全浸入)在含水組合物中。如果需要，可以攪動或翻動煤從而與含水組合物充分混合。在環(huán)境溫度和壓力下向煤中加入含水組合物通常僅需要幾分鐘。關于含水組合物的進一步細節(jié)將在下文討論。
在含水組合物與煤接觸足夠量的時間后，將裝煤容器用氣體優(yōu)選為二氧化碳加壓足夠時間，從而迫使部分含水組合物進入煤的裂縫中，引發(fā)溶解的碳酸鈣在裂縫中結(jié)晶，并進一步使煤破裂。在加壓步驟前，優(yōu)選除去與煤接觸的含水組合物。具體地，沒有滲入煤中的含水組合物的剩余部分(例如70％至90％)可以通過各種方法如過濾煤或使含水組合物的剩余部分簡單地通過格柵或濾網(wǎng)流出容器而被除去。
加壓步驟通常在環(huán)境溫度下進行，并且壓力將會高于50磅每平方英寸(psi)，優(yōu)選大于100psi。雖然壓力可以高于300psi，但證據(jù)表明對大多數(shù)應用來說不需要高于300psi。加壓過程通常進行不超過1小時，一般為約20-45分鐘。在加壓完成后，煤就可以燃燒或另外按照任何常規(guī)方法進行處理而從煤中提取能量。如果需要，在通過壓碎、研磨或粉碎使煤成為顆粒粉末的處理后，可以降低煤的粒度。對于某些應用來說，可以通過上面討論的相同方法對煤進行再處理。具體地，這些步驟可以重復兩次或更多次，但對于降低SO2排放來說令人滿意的結(jié)果通常不需要超過兩次的循環(huán)。正如前面所討論的，優(yōu)選將濾液重新用于下一個循環(huán)，與新鮮的含水組合物一起加入，從而提供所希望的含水組合物與煤的比。據(jù)認為從時間和費用的角度考慮，兩次循環(huán)即提供足夠的碳酸鈣對煤的浸入量。
按照本方法處理后的煤將具有與其相連的碳酸鈣，從而當煤在高溫下燃燒時，SO2的排放被降低到所希望的水平。具體地，處理后的煤可能具有一定的碳酸鈣含量，從而在處理后的煤中發(fā)現(xiàn)Ca與S的摩爾比通常至少為0.5，至少為1(例如1-4)的比是優(yōu)選的。相對于未處理的煤來說，這種碳酸鈣含量可以降低SO2排放至少約5％，例如低于20％，有時可以觀察到60％至100％的降低量。據(jù)認為在煤中所含的硫與碳酸鈣產(chǎn)生硫酸鈣，因此降低或消除了SO2的形成。所產(chǎn)生的硫酸鈣可以為CaSO4·2H2O(石膏)形式。應該認識到的是處理后的煤所包含的碳酸鈣的重量百分比通常隨未處理的煤中硫的重量百分比而變化，從而達到所希望的Ca與S的摩爾比。另外，燃燒的煤中至多50％的硫可能保留在飛灰中且不作為SO2排放。因此對于某些應用來說，Ca與S的摩爾比低于1(例如0.5)可能就足夠了。
本發(fā)明的另一種實施方案按上述過程進行。該實施方案為帶有沉積在煤的裂縫內(nèi)的碳酸鈣的破裂的煤。這些裂縫，不管是由降壓形成的還是預先存在的，通常會被延長，并且可能為相互連接或按通常的平行方式分隔開，并且橫截面尺寸范圍為0.01μm至1μm。該煤可以按照上面討論的方法生產(chǎn)，并且包括沉積在煤的裂縫內(nèi)的碳酸鈣，從而使Ca與S的摩爾比通常至少為0.5。另外，該煤可能在裂縫內(nèi)包括約0.15wt％至2.5wt％的二氧化硅。該煤可以進一步包括沉積在裂縫內(nèi)的氧化鈣，并且這種氧化鈣將有利于達到所希望的Ca與S的摩爾比。正如前面所討論的，可以利用本方法處理的煤的類型為任何具有不希望的硫含量的煤，這種煤如果不處理就進行燃燒會產(chǎn)生不希望或不合法的SO2含量，并且其硫含量可以為約0.2wt％至7wt％以上。所處理的煤的粒度可以為約2英寸至約1/4英寸以下，或者可以通過壓碎、研磨或粉碎而降低煤的粒度，成為粒度小于約5cm，例如小于3cm的顆粒粉末，而對某些應用來說粒度范圍為50μm至100μm是希望的。
本發(fā)明的另一實施方案為由煤燃燒產(chǎn)生能量同時降低這種燃燒排放的二氧化硫的含量的方法。這種方法包括在煤的裂縫內(nèi)沉積碳酸鈣，以及在高溫下燃燒所得到的含有碳酸鈣的煤從而產(chǎn)生能量。具體地，可以按照前文討論的方法，應用被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物，將碳酸鈣沉積在煤的裂縫內(nèi)，從而使含有碳酸鈣的煤包含沉積在煤的裂縫內(nèi)的碳酸鈣。所述含有碳酸鈣的煤可以按照多種技術(shù)，包括多種常規(guī)的技術(shù)進行燃燒，從而產(chǎn)生能量。例如含有碳酸鈣的煤可以按照固定床燃燒(例如下給料加煤機燃燒方法、移動爐篦加煤機燃燒方法或拋煤機燃燒方法)、懸浮燃燒(例如粉碎燃料燃燒或顆粒注入過程)、流化床燃燒(例如循環(huán)流化床燃燒或加壓流化床燃燒)、磁流體發(fā)電等等而進行燃燒。為燃燒含有碳酸鈣的煤而選擇的特定技術(shù)和設備可能會影響與燃燒步驟相關的下列一個或多個特征(1)燃燒過程中所經(jīng)歷的溫度(例如約1800°F至約4000°F)；(2)含有碳酸鈣的煤在碳酸鈣沉積后是以濕態(tài)應用還是首先進行干燥；(3)所應用的含有碳酸鈣的煤的粒度；(4)能夠產(chǎn)生的能量量。例如含有碳酸鈣的煤的粒度可以小于約1英寸，并且在約2400°F至約2600°F下在Stoker爐中燃燒。另一個例子是，含有碳酸鈣的煤可以被粉末化至粒度小于約300μm，并且通過將其吹入爐中、使之與氧源混合、并按懸浮燃燒法點燃所述混合物而在約3200°F至約3700°F(例如3500°F)下燃燒。
本發(fā)明的另一種實施方案是增加由燃燒高硫煤所產(chǎn)生的硫酸鈣量的方法，該方法同時降低這種燃燒的二氧化硫排放。這種方法包括燃燒在其裂縫內(nèi)沉積有碳酸鈣的煤，以及回收這種燃燒所產(chǎn)生的硫酸鈣?？梢园凑涨拔挠懻摰姆椒?，應用被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物而在裂縫內(nèi)沉積碳酸鈣，并且所述煤可以按照前文討論的多種技術(shù)進行燃燒。根據(jù)燃燒煤所應用的技術(shù)，可以產(chǎn)生一種或多種燃燒產(chǎn)物，例如飛灰、底灰、爐渣和煙道氣脫硫材料。這些燃燒產(chǎn)物可以用于多種應用中，例如水泥、混凝土、陶瓷、塑料填料、金屬基質(zhì)復合材料以及碳吸收劑等。例如按照本實施方案煤燃燒的飛灰可以用于生產(chǎn)水泥。具體地，在煤中包含的硫與沉積在裂縫內(nèi)的碳酸鈣反應從而產(chǎn)生硫酸鈣。正如前面所討論的，所產(chǎn)生的硫酸鈣通常為石膏(CaSO4·2H2O)形式，該石膏保留在飛灰中。這種飛灰可以按其原狀應用，或者應用本領域已知的一種或多種分離過程提取CaSO4·2H2O用作為水泥的組分(例如Portland水泥)。
本發(fā)明的另一種實施方案為一種適合于處理高硫煤從而降低當處理后的煤燃燒時二氧化硫排放的含水組合物。所述含水組合物包括碳酸鈣的過飽和溶液，其與含水二氧化硅膠體組合物組合，并且任選與氧化鈣相連。具體地，該含水組合物可以包含約2％w/v至40％w/v的硅酸鈉或二氧化硅、約15％w/v至40％w/v的碳酸鈣、以及約1.5％w/v至4.0％w/v的氧化鈣。正如這里所應用的，1％w/v的物質(zhì)表示組合物中物質(zhì)的濃度等于每100ml組合物中有1mg物質(zhì)。本發(fā)明進一步的實施方案為制備適合于處理高硫煤的含水組合物從而降低當處理后的煤燃燒時二氧化硫排放的方法，這種方法包括在強堿性含水二氧化硅膠體組合物中溶解碳酸鈣，其條件足以使鈣離子結(jié)合到由二氧化硅得到的膠體顆粒中，從而形成帶電的膠體顆粒。為了便于討論，將同時討論這兩種實施方案。
硅石也被稱為二氧化硅(SiO2)，并且其以自由態(tài)形式(例如沙子)或與其它氧化物混合以硅酸鹽形式占地殼物質(zhì)的近60％。當被人類少量攝入時(作為SiO2或硅酸鹽)，尚未發(fā)現(xiàn)二氧化硅具有任何明顯的毒性，并且在美國大多數(shù)公用水系統(tǒng)中的飲用水中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)。用于在本發(fā)明的這一實施方案中的組合物的基礎是堿性含水二氧化硅膠體組合物的制備，而該組合物亦被稱為分散液或膠體懸浮液。
所述含水組合物可以通過在高堿性水中溶解顆粒狀的二氧化硅而制備，而所述高堿性水通過在水中溶解強堿從而提供高堿性(即pH值高于10，優(yōu)選至少為12，并且更優(yōu)選至少為13.5)的含水溶液而制備。所述強堿通常為堿金屬的氫氧化物，例如氫氧化鈉或氫氧化鉀，并且優(yōu)選為后者。將應用至少為3的摩爾量來制備堿溶液，應用這么多的量是為了保持pH值在所希望的值。由于二氧化硅的溶解度(其形成穩(wěn)定膠體組合物的能力)隨溫度升高而增加，因此優(yōu)選的是加熱堿溶液至高于環(huán)境溫度，高達且包括溶液的沸點。雖然在此之上的溫度也可以應用，但由于需要加壓容器，所以這通常不是優(yōu)選的。當在用氫氧化鈉形成堿性的水中溶解二氧化硅時，據(jù)認為形成了硅酸鈉溶液。當改變鈉和二氧化硅之間的比時，組合物及其密度均會變化。Na2O與SiO2的比越大，則堿性越強且溶液越稠。另外，通過在水中溶解固體硅酸鈉也可以達到相同目的?？缮藤彽拇蠖鄶?shù)含水硅酸鈉膠體組合物為約20％至約50％w/v。一種公知的溶液被稱為“蛋保存劑”，其可以按本方法制備，并且經(jīng)計算含有約40w/v％的Na2Si3O7(一種通?？色@得的干態(tài)硅酸鈉)。標準的商購硅酸鈉為含有27％w/v硅酸鈉的物質(zhì)。
盡管不希望受任何特定的理論所束縛，但據(jù)信該溶解化學可以大致用下式來表示
在制備了堿性的二氧化硅膠體組合物之后，向混合物中加入堿土碳酸鹽，優(yōu)選為碳酸鈣，優(yōu)選以精細粉碎的粉末形式加入。據(jù)認為碳酸鈣的加入有助于形成具有結(jié)合于膠體結(jié)構(gòu)中的鈣離子(Ca+2)的穩(wěn)定的膠體組合物。另外，優(yōu)選還加入氧化鈣，而該氧化鈣后來會在前文所討論的過程中在高壓CO2氣氛下在煤的裂縫內(nèi)被轉(zhuǎn)化成為CaCO3。通過碳酸鈣(和氧化鈣)加入Ca+2離子源可能導致Si(OH)4聚合，這一過程可以表示如下
據(jù)認為這樣會形成如圖1所示的膠體顆粒，其中Ca+2離子被多價螯合。應該注意的是在圖1中所應用的堿可以為氫氧化鉀，其提供K+離子。據(jù)認為按照本實施方案形成的膠體比已知的膠體體系更緊密地結(jié)合并且具有更多的分支。另外認為圖2是與按照本方法所形成的典型二氧化硅膠體顆粒相連的典型的雙層水的代表。正如圖2所示，二氧化硅膠體顆粒帶有凈的負電荷，并且被周圍水中的帶電離子所包圍。在與二氧化硅膠體顆粒的固體表面最接近的腹層中，帶電離子主要帶正電，并且可以包括受帶負電的二氧化硅膠體顆粒吸引的Ca+2離子。應該認識到的是在二氧化硅膠體顆粒的內(nèi)部可以包括一個或多個Ca+2離子。
在本發(fā)明的含水組合物的制備過程中，優(yōu)選進行處理從而增加二氧化硅膠體顆粒上的靜電荷。這一操作應用圖3和4中所示的發(fā)生器來完成。進一步的細節(jié)可以在Holcomb于2000年12月26日申請、并于2001年10月4日作為US 2001/0027219公開的美國專利申請No.09/749,243、以及Holcomb的于1996年7月16日授權(quán)的US 5,537,363中找到，其公開內(nèi)容在這里全文作為參考引入。在這些公開物及本申請中，尺寸和體積只用于描述而非限制。發(fā)生器的功能是使泵1抽取裝在容器3中的含水組合物5，并且引導含水組合物5通過管道2并然后通過泵1。泵1產(chǎn)生一個速度，該速度取決于泵和管道的尺寸。該速度可以為約每分鐘1加侖(gpm)至約100gpm(例如在較小的系統(tǒng)中為約4gpm至約10gpm)，并且壓力為約10psi。在前述壓力和速度下，含水組合物5流過管道6并進入被至少一個同軸管道(例如管道13)環(huán)繞的管道7中。正如圖2所示，含水組合物5流過管道7，并通過孔8流出進入管道13(例如1”管)。然后含水組合物5沿相反的方向流過管道13，通過孔9流出，并改變方向再次通過管道14(例如1.5”管)。含水組合物5通過孔10流出管道14進入管道15，并進入室11中，流過管道12，然后通過管道4而被輸送回容器3。
由于逆流的充電作用，以足夠速度在足夠時間內(nèi)流過逆流設備將產(chǎn)生按照本發(fā)明該實施方案的優(yōu)選組合物。據(jù)認為這種逆流充電作用產(chǎn)生磁場梯度，而該磁場梯度反過來在發(fā)生器同軸管道內(nèi)的逆流過程中移動的二氧化硅膠體顆粒上累積靜電荷。據(jù)認為這種靜電荷的累積與較大的二氧化硅膠體顆粒有關，而這種較大的二氧化硅膠體顆粒更穩(wěn)定并且可能反過來允許更大量的碳酸鈣結(jié)合到含水組合物中，例如通過多價螯合更大量的Ca+2離子而實現(xiàn)。優(yōu)選應用一個或多個磁性助推器裝置以通過產(chǎn)生多個雙向磁場而強化該逆流充電作用。圖4描述了可以用于圖3所示發(fā)生器的磁性助推器裝置的功能和位置。如果添加圖4的磁性助推器裝置(裝置A、B和C)，則觀察到靜電荷在二氧化硅膠體顆粒上的累積更迅速。雖然圖4給出了三個磁性助推器裝置，但應該認識到可以根據(jù)具體應用而應用更多或更少的裝置。通常希望的是兩個相鄰的磁性助推器裝置(例如裝置A和B)在空間上充分隔開，從而降低各裝置所產(chǎn)生的磁場之間的相互作用。
圖5的上部描述了圖4所示的同軸管道的橫截面俯視圖。正如由圖5可以看到的，磁性助推器裝置(例如裝置A)包括多個磁體(如電磁體)。這里給出了四個磁體，這四個磁體按平面排列并且在該平面中形成四邊形(例如長方形或正方形)的頂點。相鄰磁體的磁極取向相反，如圖5中所示由“+”“-”符號表示。正如圖5的下部所示，四個磁體的這種排列使磁場在z軸上產(chǎn)生多重梯度(即圖5的上部所示沿著延伸出平面的軸的磁場分量)。這里給出的是磁場在z軸上沿線A-A’的測量值，而該A-A’線被移位至磁體平面上方約一英寸處。磁場在x軸和y軸(即磁場沿線A-A’和B-B’的分量)也可以存在梯度。當發(fā)生器持續(xù)處理含水組合物時，這些多重梯度致使在二氧化硅膠體顆粒上能夠累積大量靜電荷。通過用圖4所示的發(fā)生器處理含水組合物，可以產(chǎn)生粒度范圍為約1μm至約200μm的二氧化硅膠體顆粒，通常范圍為約1μm至約150μm或約1μm至約110μm。二氧化硅膠體顆粒可以具有范圍為約-5毫伏(mV)至約-75mV的ζ電勢，并且通常范圍為約-30mV至約-50或-60mV。作為本領域的普通技術(shù)人員都會理解，ζ電勢代表膠體顆粒所顯示出的靜電荷，并且數(shù)值較大的ζ電勢通常對應于更為穩(wěn)定的膠體體系(例如顆粒間相互排斥的結(jié)果)。
本發(fā)明的另一種實施方案為在壓力下用含水組合物處理高硫煤的設備。所述設備包括適合于裝煤的可加壓容器、允許含水組合物進入容器并與煤接觸的第一入口、從容器中除去含水組合物的機構(gòu)、允許二氧化碳在高于大氣壓的壓力下進入容器的第一入口、與第一入口相連的加壓二氧化碳源、以及從容器中除去煤的出口。
本發(fā)明的這種實施方案可以在圖6所示的序列的總體討論中得到理解。煤通過火車車皮102被送至蒸汽發(fā)電裝置，并且被堆放在控制塔100地下的煤漏斗103中。另外，煤可以在煤場而不是在發(fā)電裝置處進行處理。然后將煤加料至傳送帶104上，并通過管道105輸送到碎煤機108和109中。低質(zhì)量的廢棄物和殘渣通過管道106和107而被輸送至廢物堆111和112。當被粉碎為直徑為1-2mm的粒度的顆粒后，從碎煤機中將煤釋放出來。煤落到輸送帶110上，而該輸送帶將煤倒入管道114然后進入管道113和114a。管道114a運輸煤至漏斗115，該漏斗通過壓力艙而將煤倒入壓力罐16中。在漏斗115下方及在出口管道18與壓力罐16的連接處壓力艙是關閉的。隨著通過漏斗115將煤加料至罐16中，隨著罐16被傾斜至約45°，螺旋推進器17推動煤至罐16的遠端。將罐16密封并通過位于23內(nèi)的真空泵對其施用真空(約26”至30”的水柱)20分鐘，并將罐16降低至中性位置。可以在建筑物27中合成的本發(fā)明的含水組合物通過管道35而被泵送入貯罐24，然后通過管道34泵送通過管道21，并且當與真空相連的閥打開時其被抽入罐16中。包含二氧化硅膠體顆粒、離子化碳酸鈣、氧化鈣和水的含水組合物被抽入排空的煤孔中。在系統(tǒng)平衡后，除去含水組合物的剩余部分，并且打開閥從而使CO2從罐26通過管道36流過控制器23然后流過管道21。保持約100-300psi的壓力長達1小時(例如5-40分鐘)，然后釋放。CO2壓力使促使更多的碳酸氫根離子進入煤孔中。這種增加的碳酸氫根離子的可獲得性致使CaCO3在煤孔中結(jié)晶，從而使煤破裂進而使更多和更大的孔可用于滲入碳酸鈣和氧化鈣。在這一點該過程優(yōu)選重復一或兩次，從而使結(jié)合入煤中的二氧化硅碳酸鈣最大化。在完全處理后，利用螺旋推進器17推動所得到的煤通過管道18到達傳送帶30上，從而輸送處理后的煤去“供料堆(livepile)”31。
處理后的煤從“供料堆”釋放至傳送帶32上，進而到達運輸機33。處理后的煤可以作為加煤機用煤而在加煤機燃燒器中在溫度為約2400°F至約2600°F下燃燒，或者可以被粉碎并在鼓風爐中在溫度為約3200°F-3700°F下燃燒。由圖7可以看出，處理后的煤被輸送到爐子中而在其中進行燃燒。燃燒的煤將水加熱成為蒸汽，而該蒸汽驅(qū)動透平。而透平反過來驅(qū)動發(fā)電機，該發(fā)電機通過輸電線送電。另外，如如圖8所示，處理后的煤通過運輸機201輸送至煤庫210，而該煤庫與圖6的運輸機33相連。將煤按要求通過秤209計量加入粉碎機207從而生產(chǎn)粉末狀的煤。這種粉末狀的煤被引導通過煤塵空氣管線205并通過燃料注入噴嘴203進入爐子204。這種粉末狀的煤被吹入爐子204中，在其中被點燃成為在約3500°F下燃燒的劇烈的漩渦狀火焰。燃燒時，碳酸鈣、氧化鈣、水和二氧化硫在劇熱存在下發(fā)生反應，從而形成更大量的石膏(CaSO4·2H2O)和石灰石，這些物質(zhì)保留在灰燼中。該增多的石膏使灰對水泥具有增加了的有用成分，并且其針對這一用途而從灰桶206中除去。因此，高硫煤的燃燒可以大幅度降低排放，并且具有改進的燃燒產(chǎn)物質(zhì)量。據(jù)認為所得到的灰還具有更大量的具體為微球形式的硅酸鹽。這些微球狀的硅酸鹽具有較高的絕緣特性，例如可用于絕緣漆。
下列實施例描述了本發(fā)明的具體方面，從而為本領域的普通技術(shù)人員描述并提供了本發(fā)明的說明書。這些實施例不應構(gòu)成對本發(fā)明的限制，因為這些實施例僅提供用于理解和實施本發(fā)明的具體方法。
實施例I該實施例描述了制備本發(fā)明的含水組合物的方法，所述含水組合物用于在燃燒前處理煤。向容器中裝入五加侖優(yōu)質(zhì)水。使所述水在4.5-5gpm和20lbs/in2下通過電極體發(fā)生器(參見上面提到的美國專利申請No.09/749,243)循環(huán)1小時，然后倒出來。隨著其在4.5-5gpm下繼續(xù)運行，向發(fā)生器中加入5升硅酸鈉。這種硅酸鹽在4.0摩爾NaOH中的濃度為27％w/v。當硅酸鈉全部加入系統(tǒng)中后，發(fā)生器繼續(xù)運行1小時。在20分鐘內(nèi)慢慢地以漿液形式向混合物中加入615克碳酸鈣。所述發(fā)生器在相同條件下再運行1小時。在這一點時pH值大于10.0。溶液繼續(xù)按4.5-5gpm流過發(fā)生器，同時慢慢加入500克氧化鈣(CaO)。溶液繼續(xù)流過發(fā)生器并持續(xù)1小時。在這一點時物料為灰色，并為稍微有些渾濁非常稠密的膠體。
實施例II該實施例描述了本發(fā)明一種代表性的含水組合物及其制備方法。所參考的“發(fā)生器”為Holcomb于2000年12月26日申請、并于2001年10月4日作為US 2001/0027219公開的美國專利申請No.09/749,243中所描述的設備。該發(fā)生器具有150加侖的容量，流量為約90-100加侖每分鐘(gpm)。最終組合物的硅酸鈉濃度為約40,000ppm或4％w/v。
向發(fā)生器中加入42加侖水(pH為8.13)，并且通過發(fā)生器循環(huán)20分鐘。向發(fā)生器中加入8加侖硅酸鈉(濃度為27％w/v)并循環(huán)45分鐘。這將提供總共50加侖pH值為12.20的硅酸鈉溶液。
將14.6lb的NaOH(氫氧化鈉)小球溶解于5加侖來自發(fā)生器的溶液中，并使所得到的溶液返回發(fā)生器中。向發(fā)生器中加入2.5加侖水并循環(huán)90分鐘從而得到pH值為13.84的組合物。
將20加侖溶液由發(fā)生器罐泵送入容器中，并在其中溶解51.3lb碳酸鈣。在20分鐘內(nèi)使所得到的溶液慢慢返回發(fā)生器中。將組合物循環(huán)20分鐘，其顯示出pH值為13.88。再次從發(fā)生器中抽出20加侖溶液，并在其中另外溶解51.3lbs的碳酸鈣。在20分鐘內(nèi)將所得到的組合物計量加入發(fā)生器(pH值為13.91)。另外循環(huán)20分鐘從而提供pH值為13.92的組合物。
從發(fā)生器抽出10加侖所得到的溶液，并向容器中加入5.5lb氧化鈣形成漿液，在10分鐘內(nèi)將該漿液加回到發(fā)生器中。所得到的組合物循環(huán)30分鐘(pH值為13.98)。
向混合桶中加入20加侖的循環(huán)組合物，并在攪拌條件下慢慢加入1.0Kg氯化銨。在10分鐘內(nèi)將該組合物加回到發(fā)生器中并在發(fā)生器中循環(huán)30分鐘(pH值為13.93)。
將所得到的55加侖組合物放入合適的容器中，或者放入多個容器中將來按這里所討論的方法用于處理煤。所得到的組合物稠度比水更粘，并且看起來具有與稀奶昔類似的粘度。
實施例III該實施例提供實施本發(fā)明的處理煤的方法的典型細節(jié)。
將粉碎的煤篩分成為小的加煤機粒度(小于約1/2英寸)，并且稱重100lb放入50加侖的桶中，密封桶并翻滾10分鐘從而使煤混合。按任意方式以8lb的增量除去煤，并放入兩個輪換的容器中(a)對比50lb和(b)處理50lb。
將5lb氧化鈣與50lb煤樣品(b)混合，并放入壓力室的樣品漏斗中，將漏斗放入壓力室中。壓力門是關閉的并且緊密地密封。抽真空(29”-30”水柱)，并在該范圍內(nèi)保持45分鐘。
將實施例II中制備的組合物的4加侖樣品利用真空抽入樣品漏斗中，并使系統(tǒng)平衡10分鐘。通過向室內(nèi)充入CO2而使真空反轉(zhuǎn)。
從煤中除去過量液體并重新密封室。利用真空除去空氣并用CO2補充壓力至300psi(范圍100psi-300psi)。將該壓力保持30分鐘然后釋放。這些步驟重復兩個附加的循環(huán)。
在全部過量液體均被除去后，煤可以被貯存、輸送或燃燒。在燃燒煤的過程中，二氧化硫排放看起來被降低了約95％至100％。與這種降低相關，也可以看到約40％-60％NOx排放的降低、40％-80％一氧化碳排放的降低、40％-60％烴排放的降低及12％-16％二氧化碳排放的降低。雖然并沒有完全了解這些降低的原因，但據(jù)認為二氧化硅可能起了某種催化作用，從而有助于氣體更完全燃燒并形成固體。
在本說明書中提及或參考的每個專利申請、專利、出版物以及其它公開文件均全文作為參考引入本申請，其引入程度就象每個單獨的專利申請、專利、出版物和其它公開文件被具體且單獨地指出其作為參考而引入。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其具體的實施方案進行了描述，但對本領域的熟練技術(shù)人員來說應該理解的是在不偏離由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的真正實質(zhì)和范圍的情況下，可以作各種改變并可以進行等效替換。另外，可以對本發(fā)明的目的、實質(zhì)和范圍進行多種調(diào)整，以適應特定的情況、物料、物質(zhì)組成、方法、工藝等。所有這些調(diào)整均應在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。具體地，雖然這里所公開的方法已經(jīng)參照按特定順序進行的特定步驟進行了描述，但應該理解的是在不偏離本發(fā)明教導的條件下可以對這些步驟進行合并、拆分、或重新排序從而形成等效的方法。相應地，除非在這里具體指出，否則對所述步驟的排序和分組并不是本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種處理高硫煤從而降低當煤燃燒時二氧化硫排放的方法，所述方法包括(a)將煤放置在降壓環(huán)境中，其中所述壓力足以通過抽出在煤內(nèi)捕集的環(huán)境流體而使煤部分破裂，(b)使破裂的煤與被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物接觸，(c)除去大部分與煤接觸的含水組合物，和(d)在二氧化碳氣氛下對用含水組合物處理后的煤加壓一段時間，該時間足以使碳酸鈣進入在步驟(a)中所產(chǎn)生的煤的裂縫中。
2.權(quán)利要求1的方法，其中降低的壓力為約26”至約30”的水柱。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在使煤破裂前，將煤降低至最大橫截面長度小于約5厘米(cm)的粒度。
4.權(quán)利要求3的方法，其中將煤降低至最大直徑小于約3cm的粒度。
5.權(quán)利要求4的方法，其中將煤降低至約50微米(μm)至約4毫米(mm)的粒度。
6.權(quán)利要求5的方法，其中將煤降低至約3mm至約4mm的粒度。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在壓力達到其最小值后保持這種降低的壓力長達1小時，同時抽出在煤內(nèi)捕集的環(huán)境流體。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在壓力達到其最小值后保持這種降低的壓力約10分鐘至約45分鐘。
9.權(quán)利要求1的方法，其中二氧化碳氣氛基本上為純二氧化碳。
10.權(quán)利要求1的方法，其中二氧化碳氣氛具有壓力至少50psi。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述壓力為約100psi至約300psi。
12.權(quán)利要求1的方法，其中將煤浸在含水組合物中形成漿液。
13.權(quán)利要求12的方法，其中攪動漿液。
14.權(quán)利要求1的方法，其中通過用含水組合物噴涂煤而使煤與含水組合物接觸。
15.權(quán)利要求1的方法，其中含水組合物顯示出至少約13.5的pH值。
16.權(quán)利要求15的方法，其中含水組合物顯示出至少約13.8的pH值。
17.權(quán)利要求1的方法，其中含水組合物包括硅酸鈉和碳酸鈣。
18.權(quán)利要求17的方法，其中含水組合物進一步包括氧化鈣。
19.權(quán)利要求1的方法，其中含水組合物顯示出至少13.5的pH值，并且包括硅酸鈉、碳酸鈣和氧化鈣。
20.權(quán)利要求19的方法，其中含水組合物顯示出至少約13.5的pH值，并且包括約2％w/v至40％w/v的硅酸鈉、約15％w/v至40％w/v的碳酸鈣、以及約1.5％w/v至4.0％w/v的氧化鈣。
21.權(quán)利要求1的方法，其中所述煤包括高于約0.5wt％的硫。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述煤包括高于約0.8wt％的硫。
23.權(quán)利要求1的方法，其中由步驟(a)、(b)和(c)的處理所得到的煤具有足夠的沉積于其內(nèi)的碳酸鈣，從而其量足以使Ca∶S的摩爾比至少為0.5。
24.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)、(b)、(c)和(d)重復進行兩次。
25.權(quán)利要求24的方法，其中由步驟(a)、(b)、(c)和(d)的處理所得到的煤具有足夠的沉積于其內(nèi)的碳酸鈣，從而其量足以使Ca∶S的摩爾比至少為0.5。
26.權(quán)利要求25的方法，其中由步驟(a)-(d)處理后的煤包括含量至少為0.15wt％的二氧化硅。
27.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(b)中每一百磅煤與約10至約100加侖的含水組合物接觸。
28.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法另外包括在高溫下燃燒所得到的煤的步驟，其中作為這種燃燒的結(jié)果，所得到的燃燒排放物中二氧化硫的含量比未按權(quán)利要求1的方法處理的高硫煤的燃燒排放物中的二氧化硫含量少約60％至約100％。
29.權(quán)利要求1的方法，其中由步驟(a)、(b)和(c)的處理所得到的煤具有約0.5wt％至約1.5wt％與其相連的碳酸鈣。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所得到的煤具有約1.0wt％與其相連的碳酸鈣。
31.權(quán)利要求1的方法，其中在使煤破裂前，使煤與氧化鈣混合。
32.權(quán)利要求1的方法，其中使破裂的煤完全浸在含水組合物中。
33.一種高硫煤，其中該煤經(jīng)真空破裂，其包括至少約0.5wt％的硫，并且進一步包括在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣，其量足以提供至少0.5的Ca∶S摩爾比。
34.權(quán)利要求33的高硫煤，其中硫含量為約0.5wt％至約7.0wt％硫，并且在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣的量足以提供約1-4的Ca∶S摩爾比。
35.權(quán)利要求33的高硫煤，其中所述煤進一步包括存在量至少為0.15wt％的二氧化硅。
36.由權(quán)利要求1-32任一項的方法制備的高硫煤。
37.由燃燒高硫煤產(chǎn)生能量的方法，該方法同時降低這種燃燒的排放物的二氧化硫含量，該方法包括在真空破裂的煤的裂縫內(nèi)沉積碳酸鈣，以及在高溫下燃燒所得到的含有碳酸鈣的高硫煤。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述煤包括至少約0.5wt％的硫，并且在煤的裂縫內(nèi)沉積的的碳酸鈣的量足以提供至少0.5的Ca∶S摩爾比。
39.權(quán)利要求38的方法，其中煤的硫含量為約0.5wt％至約7.0wt％，并且在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣的量足以提供約1-4的摩爾比。
40.權(quán)利要求37的方法，其中按照權(quán)利要求1-30任一項的方法在煤的裂縫內(nèi)沉積碳酸鈣。
41.權(quán)利要求37的方法，其中煤的粒度小于5厘米。
42.權(quán)利要求41的方法，其中煤的粒度約50mm至約2mm。
43.權(quán)利要求37的方法，其中煤被粉末化，并且在溫度為3200°F至約3700°F下通過將其吹入爐子中、使其與氧源混合、并點燃所述混合物而使之燃燒。
44.權(quán)利要求43的方法，其中所述溫度為約3500°F。
45.一種增加由燃燒高硫煤而產(chǎn)生的硫酸鈣量的方法，該方法同時降低這種燃燒的二氧化硫排放，這種方法包括燃燒在其裂縫內(nèi)沉積有碳酸鈣的真空破裂的高硫煤，以及回收這種燃燒所產(chǎn)生的硫酸鈣。
46.權(quán)利要求45的方法，其中所述煤包括至少約0.5wt％的硫，并且進一步包括在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣，其量足以提供至少0.5的Ca∶S摩爾比。
47.權(quán)利要求46的方法，其中硫含量為約0.5wt％至約7.0wt％硫，并且在煤的裂縫內(nèi)沉積的碳酸鈣的量足以提供約1-4的Ca∶S摩爾比。
48.權(quán)利要求45的方法，其中所述煤進一步包括存在量至少為0.15wt％的二氧化硅。
49.權(quán)利要求45的方法，其中煤的粒度小于5厘米。
50.權(quán)利要求49的方法，其中煤的粒度約5mm至約2mm。
51.權(quán)利要求49的方法，其中煤的粒度小于1英寸，并且在約2400°F至約2600°F下在Stoker爐子中燃燒。
52.權(quán)利要求45的方法，其中煤被粉末化，并且在溫度為3200°F至約3700°F下通過將其吹入爐子中、使其與氧源混合、并點燃所述混合物而使之燃燒。
53.一種適合于處理高硫煤從而降低當處理后的煤燃燒時二氧化硫排放的含水組合物，所述組合物包括與含水二氧化硅膠體組合物組合的過飽和碳酸鈣溶液。
54.權(quán)利要求53的組合物，其中含水組合物顯示出至少12的pH值。
55.權(quán)利要求54的組合物，其中含水組合物顯示出至少13.5的pH值。
56.權(quán)利要求54的組合物，其中含水組合物顯示出至少13.5的pH值，并且包括硅酸鈉和碳酸鈣。
57.權(quán)利要求56的組合物，其中含水組合物進一步包括氧化鈣。
58.權(quán)利要求57的含水組合物，其中組合物包括約2％w/v至40％w/v的硅酸鈉、約15％w/v至40％w/v的碳酸鈣、以及約1.5％w/v至4.0％w/v的氧化鈣。
59.權(quán)利要求53的含水組合物，其中含水組合物通過在高溫下在強的含水堿金屬氫氧化物溶液中溶解二氧化硅、并且在所得到的混合物中溶解碳酸鈣從而形成含水組合物而制備。
60.權(quán)利要求59的含水組合物，其中進一步包括氧化鈣。
61.權(quán)利要求60的含水組合物，其中堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀，并且其在組合物中的存在量至少約3摩爾。
62.權(quán)利要求61的含水組合物，其中堿金屬氫氧化物為存在量至少約4摩爾的氫氧化鈉。
63.權(quán)利要求53的含水組合物，其中包括粒度范圍為約1μm至約200μm的膠體顆粒，其中具有結(jié)合入膠體結(jié)構(gòu)中的鈣離子。
64.權(quán)利要求63的含水組合物，其中膠體顆粒顯示出基于硅和氧的聚合結(jié)構(gòu)。
65.一種制備適合于處理高硫煤的含水組合物從而降低當處理后的煤燃燒時燃燒產(chǎn)物中的二氧化硫含量的方法，這種方法包括在強堿性含水膠體二氧化硅組合物中溶解碳酸鈣，其條件足以使鈣離子結(jié)合至由二氧化硅得到的膠體顆粒中，從而形成碳酸鈣的過飽和溶液。
66.權(quán)利要求65的方法，其中在含水組合物中包括氧化鈣。
67.權(quán)利要求65的方法，其中使所得到的組合物流過至少一個磁場梯度。
68.權(quán)利要求65的方法，其中使所得到的組合物流過多個磁場梯度。
69.權(quán)利要求67的方法，其中流過磁場梯度的流量為約1-100加侖每分鐘(gpm)。
70.權(quán)利要求69的方法，其中一部分組合物按與另一部分組合物逆流的方式流動。
71.權(quán)利要求70的方法，其中與非逆流流動相比，逆流流動導致更多的帶電量更高的膠體顆粒。
72.權(quán)利要求68的方法，其中與不使組合物流過磁場梯度相比，流過多個磁場梯度導致膠體顆粒帶電量更高。
73.一種在壓力下用含水組合物處理高硫煤的設備，所述設備包括適合于裝煤的可加壓容器，允許含水組合物進入容器并與煤接觸的第一入口，從容器中除去含水組合物的機構(gòu)，允許二氧化碳在高于大氣壓的壓力下進入容器的第一入口，與第一入口相連的加壓二氧化碳源，和從容器中除去煤的出口。
74.權(quán)利要求35的高硫煤，其中二氧化硅的存在量為約0.15wt％至約2.5wt％。
75.權(quán)利要求33的高硫煤，其中硫含量為0.5wt％至7.0wt％硫，碳酸鈣的存在量足以提供約0.5-4.0的Ca∶S摩爾比，并且二氧化硅的存在量為約0.15wt％至約2.5wt％。
76.權(quán)利要求75的高硫煤，其中碳酸鈣和二氧化硅從含水膠體組合物中沉積出來，其為與硅酸鈉和任選的氧化鈣結(jié)合的過飽和碳酸鈣的含水膠體組合物。
77.權(quán)利要求76的高硫煤，其中膠體組合物包括的膠體顆粒顯示出-40至-75mV的ζ電勢。
78.權(quán)利要求38的方法，其中所述煤進一步包括存在量至少0.15wt％的二氧化硅。
79.權(quán)利要求78的方法，其中二氧化硅在煤中的存在量為約0.15wt％至約2.5wt％。
80.權(quán)利要求38的方法，其中所述煤的硫含量為約0.5wt％至約7.0wt％硫，碳酸鈣的存在量足以提供約0.5-4.0的Ca∶S摩爾比，并且二氧化硅的存在量為約0.15wt％至約2.5wt％。
81.權(quán)利要求80的方法，其中碳酸鈣和二氧化硅從含水膠體組合物中沉積出來，其為與硅酸鈉和任選的氧化鈣結(jié)合的過飽和碳酸鈣的含水膠體組合物。
82.權(quán)利要求81的方法，其中所述膠體組合物包括的膠體顆粒顯示出-40至-75mV的ζ電勢。
83.權(quán)利要求53-64任一項的組合物，其中膠體顆粒顯示出-40至-75mV的ζ電勢。
全文摘要
一種處理高硫煤從而降低當高硫煤燃燒時二氧化硫排放的方法，所述方法包括將煤放置在降壓壓力罐(16)中，其中所述壓力足以通過抽出在煤內(nèi)捕集的環(huán)境流體而使煤部分破裂。使破裂的煤與通過管道(21)的被碳酸鈣過飽和的含水二氧化硅膠體組合物接觸，然后除去大部分與煤接觸的含水組合物。將用含水組合物處理后的煤在壓力罐(16)中在二氧化碳氣氛下加壓一段時間，該時間足以使碳酸鈣進入在第一步中所產(chǎn)生的煤的裂縫中。
文檔編號C10L9/00GK1507487SQ02809407
公開日2004年6月23日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者R·R·霍爾庫姆, R R 霍爾庫姆 申請人:Sgt控股有限責任公司