CN102131905A - 用于精制煤的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过以下步骤将煤进行加工以除去硫和其它致污物质的方法：在反应容器中将煤在具有氨与水的选定浓度范围(优选范围为3％-5％)的氨水溶液中进行混合。该混合使该溶液与煤的表面和孔隙接触。监测该过程以检测反应容器中氨水的浓度何时降低到低于选定范围，并且将氨浓度处于或高于选定范围的氨水输送到反应容器中以使该溶液恢复到选定范围内。可以将经清洗的煤进行冲洗和干燥，或干燥而不冲洗以在煤表面和孔隙上形成氨涂层。描述了实践该方法的若干工厂布置。

Description

用于精制煤的方法和设备

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求07/16/2008提交的美国临时申请No.61/134,991的优先权，通过引用将其内容并入本文。

技术领域

本发明涉及精制煤的一般领域，并且涉及将煤进行加工以除去可以在煤的燃烧产物中产生环境污染物(pollutant)的致污物质(contaminant)的更具体领域。

背景技术

本发明适用于精制各种类型的煤；无烟煤，沥青质煤和褐煤。其首要应用将针对出于工业目的所燃烧的煤。取决于来源，这些煤含有各种可以在燃烧气体或灰渣中产生环境污染物的致污物质。洗涤、机械分选和化学反应的各种方法在使煤燃烧之前已经并且正在被用于降低这些致污物质。

硫是工业燃煤工厂特别顾虑的明显致污物质。含有高硫含量的煤可在燃烧气体中释放明显量的硫氧化物。燃烧气体中最常见形式的硫氧化物为二氧化硫(SO₂)，其特别具有环境顾虑。通常在催化剂例如二氧化氮(NO₂)存在下，二氧化硫与氧气反应形成三氧化硫(SO₃)，然后三氧化硫与大气中的水分子反应形成硫酸(H₂SO₄)，硫酸作为酸雨返回地面。因此，有关煤燃烧气体中这些污染物的环境顾虑已引起限制硫氧化物(SO_x)和氮氧化物(NO_x)排放的政府法规。可通过燃烧器技术例如流化床燃烧降低来自煤燃烧的氮氧化物排放。对于减少硫氧化物，在现代化燃煤发电厂的烟囱(flue stack)中存在涤去来自煤燃烧气体的硫氧化物的烟道气脱硫系统，但是通常更有效的是在其燃烧之前降低任何高硫煤的硫含量。

煤的化学分析通常分三类报导硫内含物即硫酸盐硫、黄铁矿硫(pyritic sulfur)和有机硫，将它们合起来构成煤样品的总硫含量。大多数分析方案连同总硫含量一并测量黄铁矿硫和有机硫。于是黄铁矿硫和有机硫的份额(contribution)与总硫之间的差异归属于硫酸盐。硫酸盐的类型可以是硫酸钙如石膏，或由暴露煤的风化产生的硫酸亚铁。与类型无关，从煤分离硫酸盐相对容易，这是因为硫酸盐可以溶解于稀酸溶液或其它溶剂。

黄铁矿硫酸盐主要是称作黄铁矿的结晶矿物二硫化铁(FeS₂)。黄铁矿经常出现在接近或交织穿过煤缝的矿脉和矿床中。黄铁矿不溶于水或弱酸溶液。然而，黄铁矿硫酸盐具有的比重是煤的3-4倍。因此，可通过重力选矿的传统方法，例如一般用于煤洗涤的重介质分选器或离心分离机，将许多黄铁矿形式的硫从煤中分离。

有机硫是煤本身的一部分，其通过化学键连接。有机硫传统地难以除去，因为不能够在不破坏化学键的情况下将其从煤中分离。可使用氧化反应破坏所述键和以其它形式脱除硫用以从煤基质中去除。

因此，鉴于这些不同形式的硫内含物，用于降低硫的现有煤精制技术包括许多方法，从用溶剂溶液的简单洗涤或者与重介质分选和/或泡沫浮选组合的洗涤以溶解大部分硫酸盐并且从煤中分离出大量的黄铁矿硫，到化学氧化剂、氧化酶和微生物脱硫方法的使用。

还建议化学试剂用于更强烈地减少黄铁矿硫。例如，在文章Chemical Removal of Prytic Sulfur from Coal中以及在美国专利3,926,575和3,917,465(Meyers)中描述的Meyers方法涉及通过使用氯化铁或硫酸铁作为氧化剂的化学反应除去黄铁矿硫。认知的是，黄铁矿在水中不溶，并且通常用于溶解大多数无机盐(和硫酸盐)的酸不可使黄铁矿溶解。因此，在Meyers方法中使用氧化剂以将黄铁矿转化为可溶于稀酸溶液的硫酸盐或单质硫。Meyers方法是基于氯化铁和硫酸铁对黄铁矿氧化比对煤氧化更具有选择性的基本原理，硫酸铁为优选的试剂。使用约100℃的反应温度时，Meyers报导了通过使用硫酸铁或氯化铁作为氧化剂、接着用甲苯中和洗涤从沥青质煤中除去40-70％的黄铁矿硫。

还存在随黄铁矿一起降低有机硫的化学方法。美国专利4,081250中Hsu等描述的煤脱硫方法使用通过氯化溶剂中的湿煤浆料鼓出的氯气洗掉黄铁矿硫并将有机硫转化为可溶性硫酸盐。然后将氯化的煤分离、水解并且通过在500℃下加热进行脱氯。

其它方法通过短时间内在煤中诱导放热氧化反应而消除了对外部加热的需要。美国专利4,328,002(Bender)描述了这种类型的方法：其中将煤用氧化剂的稀含水悬浮液进行预处理，用水洗涤，并然后用氧化剂的浓溶液喷射或浸没1-2分钟，在该时间内放热反应出现峰值。然而，Bender的稍后专利即US 4,560,390描述了当反应在水力旋流器或重介质筛分器内进行时可使暴露于氧化剂溶液的时间减少短至22-30秒暴露时间。

鉴于这些各种不同的现有处理方法，本发明的目的是寻找有效和成本有效的煤精制方法，该方法可按工业规模实施以从煤中基本上降低包括有机硫的总硫内含物。该方法中其它煤致污物质的同时降低和BTU输出的提高都是受欢迎的额外效果。

发明内容

发明概述

基本方法

本申请的煤精制方法使用氢氧化铵(NH₄OH)(更通常称作氨水)作为溶剂和作为用于减少煤中硫致污物质的氧化剂。虽然建议氨作为氧化试剂的组分，但是如上述Bender专利中，用更稀浓度的氨水进行本发明的方法以消除Bender专利中描述的强放热反应。通过维持选定的NH₄OH浓度并同时再循环和再使用处理溶液而实现该方法的成本效率和环境保护。此外，可使用过程控制器使再循环和选定浓度的维持自动化。

在技术上不存在可分离的氢氧化铵化合物，但是NH₄OH图示给出了氨/水溶液如何起作用的精确描述，因此通常得到使用。当加入水时，氨使某一小部分水去质子化以产生铵离子(NH₄ ⁺)和氢氧根离子(OH^-)。因此测量本文所述方法中氨水浓度的传感器可以通过测量溶液中NH₄ ⁺离子浓度对此加以实现。

总而言之，本发明包括将煤进行加工以除去致污物质的方法，该方法包括如下步骤：(a)在反应容器中提供在选定氨浓度范围的氨水溶液；(b)将煤加入到该反应容器中；(c)搅动该反应容器内的煤以将所述煤和溶液混合从而使该溶液与煤的表面和孔隙接触；(d)从所述容器中卸出已加工的煤；(e)监测该过程以检测该反应容器中氨水的浓度何时降低到低于选定范围；和(d)将氨浓度处于或高于选定范围的氨水给加到该反应容器以使该溶液恢复到选定范围内。

用于该方法的氨水可通过将无水氨(NH₃)混入水中进行制备。为了避免EPA、OSHA和其它规章报告和处理要求，浓度范围应该为19重量％或更少的NH₃。实际上，当维持低于10％的选定范围时该方法是有效的，并且该方法的优选实施方案是维持相对于水约3重量％-5重量％无水氨的浓度。

将氨水施加到在反应容器内(或在连续流动方法的串联反应容器中)的煤上。在本文描述的一个实施方案中，反应容器为混合器/分离器容器，例如具有桨的旋转鼓式洗涤器以随着鼓旋转将煤提升出溶液和使其下降回到溶液中。这种物理混合作用有助于使黄铁矿硫不粘合而破碎为煤颗粒使得可在鼓底部将较致密的黄铁矿筛从溶液选出。旋转搅拌还使氨溶液与全部煤(包括在暴露表面中的孔隙)接触，并且允许随着煤提升和下降而暴露于空气，从而使得氨能够将有机硫氧化为可溶于该溶液的硫酸盐。

作为可供选择的设备实施方案，可在反应容器中进行搅拌和混合而不同时分选硫化铁矿。如果将容器输出的浆料送到单独的比重分级器装置，则反应容器不需要具有将较轻的煤与较重的黄铁矿和其它重介质进行分级的能力。

作为另一种可供选择的设备，可使用过程材料螺杆洗涤器(或串联螺杆洗涤器)提供必要的搅拌、通风和在氨溶液中的暴露时间，并同时使细煤颗粒从较粗尺寸的煤和较重的黄铁矿中浮起。然后可在螺杆洗涤器后使用重材料分离方法从较粗的煤中除去黄铁矿薄片物。在附图和详述中描述了这些和其它可供选择的设备和工艺布置。

氨回收和再使用

本发明的另一个方面包括氨溶液的回收和再循环。按间隔排放或连续计量流动从反应容器中排出脏的氨溶液。可通过已知的颗粒分离器，例如清除器弯曲筛或碗状筛离心分离机从脏溶液中回收煤细料的有用配料。在煤细料分离器之前或下游通过传感器或其它监测装置对该溶液进行取样以检测氨浓度。在煤细料回收之后，将该溶液再循环到反应容器，如果氨浓度降低到低于选定范围，可将氨浓度处于或高于选定范围的氨水加入到该反应容器中以使该溶液恢复到选定范围内。

水回收

已加工的煤(包括可回收的细料)在脱水和干燥之前将为稠密浆料形式。还可以在脱水和干燥之前用去矿物质水冲洗该浆料。从浆料压出的水(包括任何冲洗水)被导引通过另一个分离器以除去不溶性颗粒例如残留的煤、黄铁矿或其它矿物。可将水再循环到反应容器或具有再循环溶液的容纳罐。从分离的不溶性颗粒夺去的水被导引到絮凝罐。

该工艺还可从主分级器排放出氨溶液以载送黄铁矿馏出物。还将该馏出物送至其中黄铁矿和其它重颗粒物质从该馏出物中絮凝出来的絮凝罐。可在该过程中使从絮凝罐回收的水去矿物质化和再使用。

该方法合乎环境要求，因为在很大程度上回收和再使用了氨而未将其排放到大气或作为脏废水排放。在优选的工厂自动控制中，可编程控制进行工艺溶液和原料的回收和再混合并同时在反应器容器内使NH₄离子浓度维持在所需范围内。

工厂布置

可使用各种工艺布置实践上述方法。大多数的大规模工厂将是在固定位置，但是所描述的实施方案是将工厂很大程度上包含在可移动设备中，可将该设备与外部氨和水给料管线、絮凝罐等连接以使其围绕废煤堆或废煤塘移动。

还可将工厂在过程逻辑控制器或可编程通用计算机的自动控制下运行以控制在选定浓度范围内氨水平的监测和新溶液的添加以将其进入到范围中。自动控制还可以包括燃烧气体测验装置以对各批次或时间间隔进行取样并且确认符合降低标准。

BTU势的提高

在按上述方法精制的煤中观测到某些辅助的有益改变。如上所述，可冲洗已加工的煤并然后进行脱水和干燥；或者可替代地，进行干燥而不冲洗以在煤表面上留下氨水涂层。两种方法都对未清洗的煤导致热输出势(heat output potential)提高。虽然没有研究热提高的精确机理，但很可能部分地由于氨溶液从煤孔隙除去不燃性或低热的材料，从而导致其中可发生燃烧的表面积提高，以及部分地由于在煤表面上和在孔隙中的残留氨涂层降低煤重新吸收水汽的倾向。如果对于BTU提高这是种两部分式机理，则将解释该观测结果的是在煤表面上留下的氨涂层似乎产生较大的BTU提高，有时BTU提高20％-40％。孔隙清洗机械装置也解释了这样的观测结果，即由通过这种方法处理的蒸汽级煤制备的焦块显示了足以满足冶金用煤规格的自由溶胀指数的提高。

碱性氧化物的减少

在煤表面上留下氨涂层的第二个益处是可减少燃烧期间形成的碱性氧化物。来自清洁工艺的具有残留氨涂层的煤渣的分析显示，与冲洗干净的处理煤相比三氧化硫、二氧化硅和其它碱性氧化物得到降低。

提高烟道气洗涤器的效率

来自清洗过程的残留氨涂层还可以提供烟道气中的氨源以辅助NO₂空气洗涤器。有时将氨加入到烟囱气体中以通过转化为氮和水(DeNOx方法)降低气体的氮氧化物含量。当存在于气体样品中时，氨将易于与样品中的其它组分例如二氧化硫反应形成铵盐。该盐具有相对沸点较低，因而其在较高温度下作为气体存在于烟囱中。由该方法得到的干燥煤上的残留氨可以通过提供烟囱气体中额外的氨而辅助空气洗涤器。

其它致污物质的减少

除了降低硫含量外外，氨水溶液还使其它致污物质溶解和/或离子化用以从煤中去除。在这些其它致污物质中，更明显的是氯、汞和砷。许多煤缝具有来自产生植被的远古盐沼的蒸发盐水的高氯致污物质，由所述植被产生煤。氯在氨冲洗溶液中是可溶的。其它减少的致污物质包括硒、碳基污染物和氧化化合物。在如下优选实施方案的描述中将显见该精制方法、工厂布置和煤提质的这些及其它方面。

附图说明

图1是利用本发明的煤精制工厂的流程图。

图2是可移动煤精制工厂的侧视图。

图3具有进料螺旋推运器的可移动煤精制工厂的正视图。

具体实施方式

附图中所示工艺和工厂的详述

图1中的坐标图描述了可用于实施本发明煤精制方法的煤精制工厂(10)的布置。参照图1，煤批料的通路在标为“煤”的左侧箭头处开始，显示了将煤倾卸到进料料斗(12)中。可在将煤置于进料料斗之前将其进行预洗涤。如果待处理的煤为例如来自采空区(gob bank)或采空塘的废煤，则其可以含有过量的根部和植物物质，以及来自长期风化的重硫酸盐涂层。可在将废煤置于进料料斗内之前在预冲洗中将这种木材和植物材料漂浮出和筛选出来。如果使用预冲洗，预冲洗中的水优选是用商业水软化剂进行去矿物质化。预冲洗中可以将苛性钠加入到去矿物质水中以溶解硫酸盐涂层和其它可溶性物质。然后在倾卸到进料料斗(12)之前使湿煤变干。

通过输送机槽(14)或带将煤从料斗(12)输送到反应容器(18)的输入口(16)。该实施方案中的反应容器(18)为组合的反应室和分离室，例如美国专利4,159,242中描述的旋转鼓式洗涤室或这种旋转鼓式洗涤器的更新设计。使用旋转鼓式洗涤器在氨水溶液中的混合煤以除去进入溶液的可溶性致污物质、将有机硫氧化为可溶形式并且从煤基质分离黄铁矿以及其它较高比重的颗料物。这种类型的装置为McLanahan Corporation制造的滚筒洗涤器，其具有可调节的升降架以使煤基质进行强烈滚抛和氨溶液彻底混合在整个煤中。应理解的是，在大规模工厂中，对于氨水供给和用于所有容器的再循环构件，可以并行设置(stage)多个反应容器。

试剂为用作溶剂和用作煤精制溶液中氧化剂的氢氧化铵(NH₄OH)溶液(本文也称作氨水)。该试剂溶液中可以包括其它溶剂和氧化剂；然而，获得具有低于氨水的10％的选定浓度范围的有效溶液。氨水的优选浓度范围为氨相对于水为3％-5％。

为了生产在该范围内的溶液，氨水最初通过从大(bulk)的物料储罐(20)将无水氨(NH₃)加入到鼓泡罐(22)中进行制备，所述鼓泡罐还接收(通过水管线24)足以产生稀释比处在优选浓度范围的高端的氨水溶液(即在鼓泡罐中处在或接近5％以在反应容器中维持3％-5％范围)的去矿物质水。可使用传感器(26)通过感测鼓泡罐中的浓度测量氨水浓度，相应地使用阀门控制(28)来调节进入鼓泡罐的水和NH₃的计量加入。或者，可使用来自容纳较高浓度氨水溶液(即19％以避免报告和处理要求)的罐的进料以与去矿物质水混合产生所述优选浓度。

将来自鼓泡罐(22)的新鲜氨水溶液通过由工艺控制器(34)控制的计量泵(32)送至反应容器(通过管线30)。如以下将进一步描述的，工艺控制器接收反应容器中待可再使用的可用再循环溶液体积的指示，和来自一个或多个传感器的可用循环溶液NH₄浓度的指示。该控制器可入来自鼓泡罐的新鲜溶液以替代煤浆料中液体体积的损失和不溶性黄铁矿馏出物。此外，当氨水的浓度下降低于目标范围(即低于3％)时，该控制器可使部分再循环溶液转向废水絮凝罐并用来自鼓泡罐的计量体积的新鲜溶液补充反应容器以使反应容器中的浓度恢复到所需范围。

旋转鼓式洗涤器反应容器(18)使氨水溶液彻底混合到煤中。通过鼓内部的升降架将煤颗粒从溶液中重复提升并下降返回到其中。这种强烈的机械混合使煤块和煤的聚结体破碎并且允许使溶液与煤的表面和孔隙紧密且重复接触，除了氧化来自煤的有机硫外，氨水的溶剂性能冲刷和溶解来自孔隙的污物和其它低燃烧材料。桨的提升作用还使煤暴露于鼓内用于热消散并且为氧化过程提供氧气供给的空气中。当完成批次反应时，可使脏溶液从鼓中排卸出并且再循环用于此后描述的再使用。

可基于使用先前煤样品化学分析作出的评估来设置反应容器鼓内的持续时间。NH₄OH充当残留硫酸盐的溶剂并且充当使黄铁矿颗粒不粘附到煤的表面活性剂，使得可通过比重和筛分将较重的黄铁矿与较轻的煤分离。其还充当有机硫的氧化剂。3-5％浓度的NH₄OH不足以通过放热氧化导致急剧温度上升，并且消散少量的反应热从而在反应容器中不需要辅助冷却或溶液内煤的短持续时间。容器内的持续时间可以典型地为3-5分钟以确保有机硫的彻底氧化和黄铁矿硫的分离。较高浓度范围的NH₄OH能够降低鼓中混合持续时间，但是目前优选3-5％浓度作为良好的最优化。

当持续时间结束时，排干容器并从容器中将煤作为浆料卸出(通过管线36)以冲洗工位并使其脱水，所述工位可以是具有喷嘴以提供去离子水(如果所需可冲洗残留铵水溶液)清洁冲洗的常规筛式脱水机。然而，可以有意地跳过清水冲洗，以使来自脱水筛的煤(通过管线40)到达输送机干燥机以使水蒸发并在煤表面上留下氨涂层。如先前所述，涂层中的残留氨似乎提高了煤的BTU输出，并同时减少煤燃烧期间形成的碱性氧化物。来自清洗过程的残留氨涂层还可以提供烟道气中的有益氨源以辅助NO₂空气洗涤器。有时将氨加入到烟道气中以通过转化为氮和水(DeNOx方法)降低气体的氮氧化物含量。当存在于气体样品中时，氨将易于与样品中的其它组分例如二氧化硫反应形成铵盐。该盐具有相对低的沸点，因而其在较高温度下在烟道气烟囱中作为气体存在。在由该方法得到的干燥煤上的残留氨还可以将氨加入到烟道气中并且以类似方式辅助空气洗涤器。

从反应容器(18)排出的脏试剂溶液通入(通过排出管线44)废物罐(46)。废物罐溶液中的NH₄ ⁺浓度可以通过传感器(48)进行测量，所述传感器发送信号指示浓度给工艺控制器(34)，该工艺控制器可以是PLC控制器或运行工艺控制程序的通用计算机。

废物罐(46)中的脏溶液可载送细煤的可回收配料。泵(50)导引流出废物罐的脏溶液(通过管线52)到达细粒分离器例如清除器弯曲筛(54)以回收可用的煤细料。然后将这些细料从分离器(54)导引(通过管线56)到煤冲洗和脱水筛(38)并且将其与待脱水的大量煤混合。

将来自清除器弯曲筛的氨水溶液(通过管线58)收集在再循环罐(60)中。当下批次的煤即将给加到反应容器中时，工艺控制器测定再循环罐中的可用溶液是否足够，如果再循环罐中不足，则控制器起动泵(32)以从鼓泡罐(22)输送一定量的新鲜氨水溶液以与反应容器中的再循环溶液混合。将来自再循环罐(60)的溶液再循环(通过管线62)到对于下批次煤待使用的反应容器中。

如果再循环溶液中的NH₄ ⁺水平变得过低(在重复循环之后可以发生)，则工艺控制器(34)可以打开排放阀(64)以将一些或所有用过的溶液(通过管线66)从再循环罐(60)导引到废水浓缩罐(68)中。

还送到废水罐的是来自在另一个废物罐(70)中收集(通过管线68)的冲洗和脱水筛(38)排出物的液体。如果煤用去离子水冲洗进行冲洗则这种液体将非常稀(低的NH₄ ⁺浓度)。泵(72)将该液体(通过管线74)送到旋风分离器(76)以除去煤颗粒。然后将该液体导引(通过管线78)到废水浓缩罐(68)。

浓缩罐(68)可接收絮凝溶液(通过管线80)以使废水中的任何颗粒物质凝聚。将絮凝剂与清洗工艺水(通过管线84)在混合罐(86)中进行混合(通过管线82)，当需要(通过管线80)时从该混合罐可将其供给到废水浓缩罐。小的颗粒簇变成较大的凝聚体并且沉淀到底部，在此处通过泵(88)将它们作为淤渣去除到达再使用容器。淤渣将含有可就肥料进行进行处理的硫酸盐浓缩物。

使浓缩罐排放的清水穿过液体氨洗涤器(90)以沉淀出溶液中剩余的氨。可将水过滤、去离子化和作为工艺水再使用。可将液体氨混入硫酸盐淤渣作为肥料成分。

高温管式炉和排放监测仪器(未标示)可以用于经加工煤的样品上以自动感测和记录煤燃烧产物的化学分析。作为实例，在刚好高于用于产生电能的流化床燃烧器的高范围，但低于远低于氮氧化物形成(在约1400℃)的阈值的温度下，1200℃管式炉将煤样品燃烧。这种类型的管式炉可得自Ohio，Berea的Sentro Tech。来自管式炉中燃烧的煤的燃烧气体可通过例如由VARIOplus Industrial销售的排放监测仪器进行自动分析。监测仪器可检测痕量的SO₂、NO_x、CO₂和其它潜在大气污染物。可通过RS 232数据传输电缆将该仪器与计算机连接以记录数据。数据可用于煤提质的证明用以税收抵免或品质控制，并且可具有某些编程阈值以否决超过排放阈值的煤批次。

可供选择的工艺布置

通过旋转鼓式洗涤器进行的反应容器混合和重颗粒的比重分离的作用可以通过以下进行连续化：使反应容器仅仅将氨水溶液彻底混入煤中以氧化有机硫和使黄铁矿硫不粘附到煤上，并且也无需净化来自鼓内部煤浆料的黄铁矿。在这种可供选择的布置中，煤浆料可通过反应容器进入比重分离器以除去黄铁矿和其它重物质。

作为旋转鼓式混合器的替代方案，反应容器可以是螺杆或桨式混合器。例如，可将用于洗涤来自压碎的石头或沙子的污物的这种类型的双螺旋推运螺杆洗涤器就连续工艺中的反应容器的目的进行改进。可调节洗涤槽的角度和深度以提供足够深度的氨水溶液，可选定网孔桨的数量和构造以提供适当的混合和停留时间。将通过螺旋推运器运送大批煤，并同时煤细料和脏水可在后堰(back weir)上流出。随着一个洗涤器的高端排放直接输送到下一个混合器的槽中，可连续使用两个或更多个螺杆洗涤器。可将从洗涤器后堰排出的脏溶液通过排水管线输送到污水坑中并且将其就旋转鼓式布置中所描述的可回收的细煤和可再使用的溶液进行分级。工艺控制器可调节流入螺杆洗涤器的量以在所述堰上产生连续的回流，并且可输送新鲜溶液以按需要循环供给从而维持浓度范围。

在所有潜在布置中，可以用真空罩覆盖反应容器的出口，以及一些下游机器的出口以捕集该过程中释放的蒸气。

可移动工厂布置

图2和3描述了可移动工厂布置(100)，其中将混合/反应容器(120)和重颗粒分离器(130)安装在轮式拖车(140)上。可将氨罐和水罐以及供给和排放管线安装在其它运载工具上并且与反应容器和分离器连接。

该实施方案中的混合/反应容器(120)为由DEL Tank and Filtration Systems以商品名TOTAL CLEAN销售的改进的混合器和分级器。其具有V形混合罐(122)，该混合罐在底部具有无轴螺杆(124)以移动沉降的固体。该过程是连续工艺，其中罐保持用氨水溶液填满，这是因为通过其进行煤处理。

如图3中所示，通过通过进料螺旋推运器(150)将煤引入V形罐。螺旋推运器的料斗罐(152)可用作预冲洗工位。如在其它布置中，如果使用预冲洗，预冲洗中的水优选用商业水软化剂进行去矿物质。可以将另外的苛性钠加入到去矿物质水中以溶解硫酸盐和来自煤表面的其它可溶性物质。

进料螺旋推运器(150)使煤下降到充满氨水的V形罐中。使通过混合发动机(158)驱动的混合浆(156)沿着罐排列。浆、使溶液中的煤搅搅动、提升和下降。由于较重的粒子沉降到底部，所以它们通过螺杆朝向罐的相对端移动，该相对端存在泵和拣选口，该拣选口到往通向分离器(130)的管道(160)。煤作为可泵送到分离器的浆料进行拣选。

如在其它实施方案中，V形罐中溶液的稀释比率维持在氨相对于水为3％-5％的优选范围中。将来自外部连接例如鼓泡罐的氨水送到V形罐以替代随着浆料带走的溶液并且不完全用来自分离器的再循环和部分耗尽氨水的回流替代。如在第一实施方案中，可使用通过工艺控制器控制的传感器、计量泵和阀来控制弱(weak)溶液的排放和新鲜氨的添加从而维持浓度范围。当NH₄浓度下降低于目标范围(即低于3％)或溶液体积变得低时，该控制器供给计量体积的新鲜溶液以使总溶液达到所需范围。

该实施方案中的分离器(130)为例如由Decanter Machine Inc销售的碗形筛离心分离机。离心分离机的第一段作为流出物提取氨溶液的主要部分。优选通过其中溶液中的NH₄ ⁺浓度可以测量并且发送信号到工艺控制器的污水坑，将流出物送回V形罐，该工艺控制器控制了返回流出物和新鲜溶液二者进入V-罐的流量。

碗形筛分离器的后段具有冲洗喷嘴和筛分离器。可进行新鲜水冲洗并将其排出该段。从离心分离机出来的煤是潮湿的，但基本上密实固体。如果需要的话可使用压机或其它干燥机进一步提取水分。

Claims (13)

1.一种将煤进行加工以除去致污物质的方法，该方法包括如下步骤：

在反应容器中提供在选定氨浓度范围的氨水溶液；

将煤加入到该反应容器中；

搅动该反应容器内的煤，以将所述煤和溶液混合，从而使该溶液与煤的表面和孔隙接触；

从所述容器中卸出已加工的煤；

监测该过程，以检测该反应容器中氨水的浓度，从而检测该浓度何时降低到低于选定范围；和

将氨浓度处于或高于选定范围的氨水溶液输送到该反应容器，以使该溶液恢复到选定范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述选定范围为3％-5％氨。

3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括如下步骤：

从反应容器中排出含有煤细料的脏溶液；

回收来自脏溶液的煤细料，和

将该溶液再循环到反应容器；

其中，通过监测以检测氨浓度何时降低到低于选定范围的步骤是在回收煤细料之前或之后通过监测所排出的溶液中的氨浓度完成的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述回收的煤细料返混到已加工的煤中。

5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括如下步骤：

用去离子水冲洗已加工的煤和所回收的细料；和

将经冲洗的煤脱水。

6.根据权利要求5所述的方法；该方法还包括如下步骤：收集来自脱水步骤的流出物并且对该流出物进行处理以将细煤从该流出物分离出。

7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括如下步骤：通过反应容器内的重力或离心筛分设备，将黄铁矿硫和比煤颗粒重的其它物质从煤中分离出。

8.根据权利要求1所述的方法，其中除去来自反应容器的已加工的煤的步骤包括如下步骤：除去氨水溶液中煤浆料内的煤，将该浆料导引到反应容器外面的重力或离心筛分设备，以将黄铁矿硫和比煤密集的颗粒从该浆料分离出，并且排出该浆料，以使煤和溶液分离。

9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括如下步骤：将从浆料排出的溶液再循环回到反应容器‘其中，通过监测以检测氨浓度何时降低到低于选定范围的步骤是通过监测从浆料中排出的溶液中的氨浓度完成的。。

10.一种将煤进行加工以除去致污物质的煤加工工厂，该工厂包括：

用于容纳在选定浓度范围内的氨水溶液的储器；

适于接收来自储器和待加工煤的溶液的反应容器，该容器具有机械搅动构件，以将所述煤和溶液混合，从而使该溶液与煤的表面和孔隙接触，并且具有用于经加工煤的排放端口；

用于检测反应容器中氨水的浓度何时降低到低于选定范围时监测系统；和

将来自储器的氨水溶液输送到反应容器，以使该溶液恢复到选定范围内的控制器。

11.根据权利要求10所述的工厂，其中所述选定范围为3％-5％的氨。

12.根据权利要求10所述的工厂，该工厂进一步包括：

具有第二排放端口的反应容器，该第二排放端口用于排出含有来自反应容器的煤细料的脏溶液；和

分离器装置，其用于回收来自脏溶液的煤细料，以及在煤回收后将溶液排放到返回系统，以将该溶液再循环到反应容器中。

13.根据权利要求10所述的工厂，该工厂还包括安装在可移动平台上的反应容器和分离器装置。

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