煤處理的制作方法
【專利說明】煤處理
[0001]本發(fā)明涉及煤處理。
[0002]更具體而言，本發(fā)明提供了通過從煤除去水分和揮發(fā)物質(zhì)來處理煤，以生產(chǎn)不含在燃煤期間排放的不需要的污染物的燃料產(chǎn)品的方法。由本發(fā)明的燃料產(chǎn)品燃燒所產(chǎn)生的任何空氣排放物將比未處理的煤燃燒所產(chǎn)生的排放物干凈得多，且還可以避免清潔來自燃煤燃燒器的排放通常所需要的后燃燒或滌氣技術(shù)。本發(fā)明提供了比現(xiàn)有技術(shù)的污染排放問題解決方案成本更低的方案。
[0003]本發(fā)明還尋求從煤生產(chǎn)一種新原料，所述新原料可用作活性炭和碳電極工業(yè)的具有高碳含量的進料。本發(fā)明的原料還在鋼鐵工業(yè)中用作鼓風(fēng)爐中的噴煤(PCI)的理想材料。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的處理煤的方法包括從煤(通常為低品級的煤和褐煤)除去水分和不需要的揮發(fā)物質(zhì)以生產(chǎn)更高品質(zhì)的煤，且還提高了這種燃料的每單位質(zhì)量熱能釋放。例如，美國專利6447559和7879117描述了用于生產(chǎn)清潔煤燃料的方法，所述清潔煤燃料與原煤相比具有更高的每單位煤質(zhì)量的熱值。
[0005]然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的方法并沒有被設(shè)計成消除所有揮發(fā)物質(zhì)。小部分的揮發(fā)物仍被保留以確保經(jīng)處理的產(chǎn)物在燃煤鍋爐中可以穩(wěn)定燃燒。
[0006]與煙煤相比，無煙煤較為缺乏且燃燒成本更高。迄今為止，沒有人開發(fā)采用無煙煤作為燃料的方法，更不用說作為清潔燃料。無煙煤為高級品種的煤，其特點是具有低的揮發(fā)物含量和低的水分。其性能使其非常適用于制造焦炭和鋼。由于其獨特性能、相對缺乏和其他幾個因素，無煙煤目前的價格很高，為其他煤的價格的好幾倍。因此，盡管無煙煤的排放比煙煤或通常稱為褐煤或蒸汽煤的排放干凈很多，但是現(xiàn)在或在可預(yù)見的未來的任何時候無煙煤不太可能用作工業(yè)鍋爐的燃料。
[0007]因此改良低品級的煤并賦予它們高級無煙煤的一些基本特征的能力，以及燃燒穩(wěn)定性問題的解決方案并未得到解決。本發(fā)明尋求解決這種需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—方面，本發(fā)明提供了從任何類型的褐煤或蒸汽煤(包括褐煤)生產(chǎn)經(jīng)處理的煤的方法，所述經(jīng)處理的煤的化學(xué)性質(zhì)與無煙煤的化學(xué)性質(zhì)類似。通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)所得的經(jīng)處理的煤(在文中有時稱為Pristine-SA(SA代表合成的無煙煤))主要由碳和氫組成(consisting essentially of)，且與燃燒天然氣一樣干凈。
[0009]另一方面，本發(fā)明提供了主要由碳和氫組成的經(jīng)處理的煤，其中水分和揮發(fā)物質(zhì)已被除去，得到的是不合不需要的污染物的燃料產(chǎn)品。
[0010]再一方面，本發(fā)明提供了結(jié)合本發(fā)明的經(jīng)處理的煤(Pristine-SA)與生物質(zhì)的壓縮產(chǎn)物，例如型煤。將Pristine-SA末煤(fines)與烘焙生物質(zhì)(其中所述烘焙生物質(zhì)在與Pristine-SA相同但并聯(lián)操作的反應(yīng)器中生產(chǎn))壓縮成可以直接進料到煙煤鍋爐中的固體燃料。仔細調(diào)節(jié)生物質(zhì)和Pristine-SA的比例，以提供優(yōu)化燃燒和火焰穩(wěn)定性，并將鍋爐結(jié)渣降到最低。在一些情況下，可能需要少量的易燃氣體補充流以保持燃燒。
[0011]又一方面，本發(fā)明提供了燃燒本發(fā)明的經(jīng)處理的煤與易燃氣體的方法，所述方法包括以足以保持在構(gòu)造成燃燒煙煤的現(xiàn)有工業(yè)鍋爐中穩(wěn)定燃燒的量，與所述經(jīng)處理的煤并排(a I ongs i de)引入易燃氣體(例如天然氣、填埋氣或其他合適氣體)的滑流。
[0012]發(fā)明詳述
[0013]本發(fā)明的第一方面提供了用于處理原煤以使其不含內(nèi)在水分和表面水分，隨后除去揮發(fā)物質(zhì)的方法。這在限定的溫度下、在大氣條件下通過分級加熱來進行。如果將所述經(jīng)處理的煤與補充燃料(例如天然可得的燃料)混合，所述方法還可產(chǎn)生可在構(gòu)造成燃燒煙煤的鍋爐中燃燒的產(chǎn)物，其中所述補充燃料可以通過提高兩種燃料的氫:碳比率來使經(jīng)處理的煤保持燃燒。
[0014]具有高的氫含量的補充燃料的例子包括填埋氣和天然氣，然而還可以使用純氫氣，只要其生產(chǎn)具有商業(yè)可行性。包含本發(fā)明的經(jīng)處理的煤和補充燃料的共混燃料向大氣中產(chǎn)生無毒排放和優(yōu)選低碳排放。
[0015]由于煙煤鍋爐通常并沒有被裝備成能夠同時燃燒兩種燃料，因此可能需要一些修改以使其能夠同時燃燒兩種燃料。這些修改包括例如雙燃料入口、進料速率控制器和用于最大效率保持燃燒的燃料入口的優(yōu)化定位。
[0016]在美國和美國國外存在許多的聯(lián)合循環(huán)或多種燃料鍋爐，其能夠單獨燃燒煤和天然氣兩者。本發(fā)明的經(jīng)處理的煤非常適合與這些鍋爐聯(lián)合使用。因此本發(fā)明增加了煙煤和次煙煤兩者的價值且還降低當燃燒這些煤時滿足環(huán)境標準的成本，原因是減少了排放。
[0017]在過去，當天然氣價格較高時，將煤與天然氣共燃以改進燃燒不具有經(jīng)濟意義?，F(xiàn)在，盡管從美國的頁巖沉積物發(fā)現(xiàn)了天然氣，預(yù)期天然氣的價格仍將持續(xù)緩慢上升一段時間。這是因為天然氣供應(yīng)的增加已經(jīng)提高了對天然氣的需求，由于許多公共設(shè)施轉(zhuǎn)換成燃氣鍋爐而使需求高于供應(yīng)。
[0018]因此，非常期待的天然氣價格下降可能是無法持續(xù)的，這減緩了燃煤鍋爐向天然氣燃燒鍋爐的轉(zhuǎn)換。如由公認的國內(nèi)和國際能量研究協(xié)會所預(yù)期或預(yù)測的一樣，在燃燒應(yīng)用中將繼續(xù)使用煤。對于這些燃燒應(yīng)用，將本發(fā)明的經(jīng)處理的煤脫揮發(fā)物成低揮發(fā)性清潔煤，可與補充燃料(例如天然氣或生物氣)共燃。相對于單獨燃燒原煤、天然氣或生物質(zhì)，本發(fā)明的經(jīng)處理的煤將成為環(huán)境優(yōu)異和經(jīng)濟可行的替代物。
[0019]將本發(fā)明的經(jīng)處理的煤(即具有接近零的揮發(fā)物的煤)與補充燃料(例如天然氣)在燃煤鍋爐中結(jié)合的概念是新的。本發(fā)明非常適用于能夠單獨或同時燃燒超過一種燃料的聯(lián)合循環(huán)鍋爐(combined cycle boiler)或多種燃料鍋爐(mult1-fuel boiler)。雖然存在許多的聯(lián)合循環(huán)鍋爐或多種燃料鍋爐，通常使用中，這些鍋爐設(shè)計成只在一種燃料和另一種之間轉(zhuǎn)換。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的從煤除去揮發(fā)物質(zhì)(包括焦化方法)的方法不同，本發(fā)明的方法通過使用多級加熱方法(通常兩級加熱方法)，以分解并除去作為氣體的所有水分和煤成揮發(fā)物。加熱過程