Спосіб обробки вугілля з високим вмістом сірки, спосіб виробництва енергії, вугілля з високим вмістом сірки та установка для обробки вугілля з високим вмістом сірки

Даний винахід у цілому стосується вугілля Точніше, цей винахід стосується обробки вугілля для зниження виділення діоксиду сірки під час спалювання вугілля. Вугілля є одним з найбагатших джерел палива у світі. Вугілля, як правило, добувають у вигляді темнобурого чи чорного графітоподібного матеріалу, що утворюється зі скам'янілого рослинного матеріалу. Вугілля зазвичай включає аморфний вуглець у поєднанні з деякими органічними і неорганічними сполуками. Якість і тип вугілля можуть бути різними, від високоякісного антрациту (тобто з високим вмістом вуглецю і малою кількістю летких домішок, що згоряє з чистим полум'ям) до бітумінозного (тобто з високим відсотком летких домішок, що згоряє з димним полум'ям) і лігніту (тобто м'якішого за бітумінозне вугілля, яке містить рослинний матеріал, що не повністю перетворився на вугілля і згоряє з дуже димним полум'ям). В усьому світі для виробництва енергії у формі електрики вугілля спалюється на електростанціях, що працюють на вугіллі. Багато років вважалося, що деякі домішки у вугіллі можуть сильно впливати на типи виділень, утворених під час спалювання вугілля. Особливо багато труднощів завдає така домішка, як сірка. Сірка може бути присутньою у вугіллі в кількостях від незначних до декількох відсотків за масою (наприклад, 7 відсотків за масою). Сірка присутня у вугіллі в різних формах, наприклад, у формі органічної сірки, піритової сірки чи сульфатної сірки. При спалюванні вугілля, що містить сірку, звичайно в димовому газі в атмосферу вивільнюється діоксид сірки (SO2). Присутність SO2 в атмосфері пов'язують з кислотним дощем, що виникає в результаті утворення сірчаної або сірчистої кислот з SO2 і води. Кислотний дощ може завдавати шкоди навколишньому середовищу різними шляхами, і в Сполучених Штатах Управління охорони навколишнього середовища (ЕРА) розробило стандарти для спалювання вугілля, що обмежує виділення SO2 від електростанцій, які працюють на вугіллі. Хоча вугілля видобувається в Сполучених Штата х у багатьох регіонах країни, велика кількість легковидобувного (і, отже, дешевого) вугілля часто має високий вміст сірки, у результаті чого рівень SO2 у димовому газі перевищує допустимий з боку ЕРА. Таким чином, електростанції, що працюють на вугіллі, часто повинні купувати вугілля вищої якості у ша хт, що можуть бути віддалені від заводів, і зазнавати значних транспортних та інших витрат. Згодом було розроблено безліч технологій з метою зниження кількості SO2 у димовому газі від спалювання вугілля з високим вмістом сірки. До цих технологій відносяться обробка вугілля під час передкамерного етапу, під час згоряння і після згоряння. Однак такі способи обробки, як правило, не дозволяють досягти задовільного поєднання ефективності зниження виділення SO2 і економічної застосовності при здійсненні. На тлі цього рівня техніки виникла потреба в розробці даного винаходу. Один аспект цього винаходу стосується способу обробки вугілля з високим вмістом сірки для зниження виділення діоксиду сірки при спалюванні вугілля. Цей спосіб включає: (а) поміщення вугілля в середовище зі зниженим тиском, достатнім для розламування частини вугілля шляхом вилучення навколишніх флюїдів, що уловлюються вугіллям, (б) контакт розломленого вугілля з колоїдною композицією кремнезему на водній основі, пересиченою карбонатом кальцію, (в) видалення більшої частини водної композиції, що контактувала з вугіллям, і (г) наддування обробленого водною композицією вугілля в атмосфері діоксиду вуглецю протягом часу, достатнього для входження карбонату кальцію до тріщин у вугіллі, отриманому на етапі (а). Інший аспект цього винаходу стосується вугілля з високим вмістом сірки, причому вугілля розламується у вакуумі, містить як мінімум близько 0,5 відсотка за масою сірки, а також карбонат кальцію, що осідає в тріщинах вугілля в кількості, достатній для забезпечення молярного співвідношення Ca:S як мінімум 0,5. Ще один аспект цього винаходу стосується способу виробництва енергії шляхом спалювання вугілля з високим вмістом сірки при зниженні вмісту діоксиду сірки у викидах від такого спалювання, причому спосіб включає осадження карбонату кальцію в тріщинах розламаного у вакуумі вугілля і спалювання при високій температурі отриманого вугілля з високим вмістом сірки, що містить карбонат кальцію. Ще один аспект цього винаходу стосується способу підвищення кількості сульфату кальцію, отриманого в результаті спалювання вугілля з високим вмістом сірки з одночасним зниженням виділення діоксиду сірки від такого спалювання, причому спосіб включає спалювання розламаного у вакуумі вугілля з високим вмістом сірки, яке містить карбонат кальцію, що осідає в тріщинах вугілля і уловлювання сульфату кальцію, що утворився в результаті такого спалювання. Ще один аспект цього винаходу стосується водної композиції придатної для обробки вугілля з високим вмістом сірки для зниження виділення діоксиду сірки при спалюванні обробленого вугілля. Композиція включає пересичений розчин карбонату кальцію, поєднаний з лужною колоїдною композицією кремнезему на водній основі. Ще один аспект цього винаходу стосується способу одержання водної композиції, придатної для обробки вугілля з високим вмістом сірки для зниження вмісту діоксиду сірки в продуктах згоряння при спалюванні обробленого вугілля, причому спосіб включає розчинення карбонату кальцію в сильнолужній колоїдній композиції кремнезему на водній основі в умовах, придатних для включення іонів кальцію в отримані з кремнезему колоїдні частинки для утворення пересиченого розчину карбонату кальцію. Останній аспект цього винаходу стосується установки для обробки вугілля з високим вмістом сірки водною композицією під тиском, причому установка включає: - контейнер, що піддається наддуванню, придатний для зберігання вугілля, - перший впуск, що дозволяє уводити водну композицію в контейнер і приводити її в контакт із вугіллям , - механізм для вилучення водної композиції з контейнера, - перший впуск, що дозволяє вводити діоксид вуглецю в контейнер під тиском, що перевищує атмосферний тиск, - джерело стиснутого діоксиду вуглецю, з'єднане з першим впуском, і випуск для вилучення вугілля з контейнера. Інші аспекти винаходу стануть зрозумілими фахівцям після ознайомлення з детальним описом цього винаходу. Для кращого розуміння характеру, цілей і переваг даного винаходу зроблено посилання на наведені нижче детальні описи, що надаються разом із наведеними нижче фігурами, на яких кожному номеру посилання відповідає свій елемент. Фігура 1 є зображенням імовірної будови частинок колоїдного кремнезему, у яких іони Са +2 є зв'язаними відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 2 є зображенням подвійного шару води, пов'язаного з характерною частинкою колоїдного кремнезему, утвореною відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 3 є зображенням генератора відповідно до варіанту втілення винаходу. Фігура 4 є зображенням генератора з Фігури 3 у поєднанні з трьома магнітними квадрупольними підсилювачами відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 5 є горизонтальною проекцією поперечного перерізу генератора з Фігури 4 разом з магнітними полями і градієнтами магнітних полів відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 6 є зображенням процесу вивантаження бітумінозного вугілля з високим вмістом сірки з вагонів шляхом попередньої підготовки й обробки відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 7 є зображенням паросилової установки, що обробляє, спалює і перетворює оброблене вугілля в теплову енергію, викиди, воду і золу (включаючи гіпс) відповідно до варіанта втілення винаходу. Фігура 8 є зображенням високотемпературної печі, у якій оброблене вугілля спалюється для вироблення теплової енергії, яку використовують для виробництва електроенергії відповідно до варіанта втілення винаходу. Варіанти втілення винаходу забезпечують спосіб зниження SO2 й інших шкідливих димових газів завдяки унікальній передкамерній обробці вугілля. Вугілля може оброблятися колоїдною композицією кремнезему на водній основі, пересиченій карбонатом кальцію, переважно - у поєднанні з оксидом кальцію, для значного підвищення кількості кальцію (Са) в обробленому вугіллі в порівнянні з неопрацьованим вугіллям (наприклад, вугіллям, що зустрічається в природі). Тобто вугілля обробляють у вакуумі для вилучення флюїдів з вугілля і розламування вугілля. Розламане вугілля після цього контактує з водною композицією під тиском діоксиду вуглецю (СО2). Вважається, що завдяки цьому частина водної композиції проникає до тріщин у вугіллі таким чином, щоб карбонат кальцію кристалізувався в тріщинах і ще більше розламував вугілля. Коли це оброблене вугілля спалюється, сірка перетворюється в CaSO4 і Na2SO4, коли вугілля згоряє при високих температурах, шляхом хімічної реакції між карбонатом кальцію, NaHCO3 і діоксидом сірки - сірчаною кислотою і/чи сірчистою кислотою. Перевага в тому, що вугілля згоряє з низькими викидами діоксиду сірки (SO2). Крім того, доведено зниження викидів оксидів азоту (NOx), ртуті (Hg), чадного газу (CO), діоксиду вуглецю (СО2) і вугле воднів (НС). Одночасно з поліпшенням якості викидів від згоряння змінюються тверді побічні продукти процесу згоряння, збільшуючи кількість корисних твердих речовин, що можуть уловлюватися. Зокрема, зола забезпечує компонент (CaSO4), що використовується при виробництві цементу. Один варіант втілення винаходу стосується способу обробки вугілля для зниження виділення діоксиду сірки при спалюванні вугілля. На першому етапі вугілля поміщають у середовище зі зниженим тиском, достатнім для розламування частини вугілля шляхом вилучення навколишніх флюїдів, що уловлюються вугіллям. На другому етапі вугілля приводять у контакт із колоїдною композицією кремнезему на водній основі, пересиченою карбонатом кальцію. На третьому етапі видаляють водну композицію, що контактувала з вугіллям. На четвертому етапі вугілля піддають наддуванню в атмосфері діоксиду вуглецю протягом часу, достатнього для проникнення карбонату кальцію до тріщин у вугіллі, що утворилися на першому етапі. Вугіллям, оброблюваним у такий спосіб, може бути будь-яке вугілля, яке має небажаний рівень сірки, що може призвести до небажаного чи незаконного рівня SO2 при спалюванні без обробки. Таким чином, вугілля може бути антрацитом, бітумінозним вугіллям або лігнітом, з вмістом сірки від приблизно 0,2 відсотка за масою до більш ніж 7 відсотків за масою. У деяких випадках вугілля, що містить сірку в кількості як мінімум 0,5 відсотка за масою, може розглядатися як вугілля з високим вмістом сірки. Щільність вугілля часто залежить від типу вугілля і, як правило, буває різною, від приблизно 1,2г/см 3 до 2,3г/см 3 (наприклад, насипна щільність, яка вимірюється шляхом витискання рідини). Розмір оброблюваного вугілля на етапі скидання тиску може бути таким, який одержують у більшості шахт, наприклад, шматки неправильної форми з максимальним розміром поперечного перерізу близько 2 дюймів і мінімальним близько 1/4 дюйма. Розмір, використовуваний для великих механічних топок, дорівнює приблизно від 3/4 до 1 дюйма, тоді як розмір, використовуваний для малих механічних топок, є менш ніж 1/2 дюйма. Таким чином, такий спосіб може застосовуватися у технологічній установці, неподалік від місця спалювання чи безпосередньо у місці розташування шахти. За потреби вугілля подрібнюють перед скиданням зниженням тиску, наприклад, шляхом дроблення, розмелювання чи розтирання вугілля на порошок з частинками розміром менш ніж 5см, наприклад, менш ніж 3см, у межах від 50мкм до 300мкм або від 50мкм до 100мкм, в певних випадках. Таке зменшення розміру вугілля може слугувати для збільшення площі поверхні, що піддається різкому зменшенню тиску і впливу водної композиції, а також для зменшення часу, необхідного для обробки вугілля. У випадку потреби подрібнюване вугілля змішують з рідиною (наприклад, водою) для утворення суспензії. У деяких випадках може знадобитися контакт вугілля з оксидом кальцію перед скиданням тиску, наприклад, шляхом змішування вугілля з порошкоподібним оксидом кальцію. Контакт вугілля з оксидом кальцію може бути корисним для подальшого зниження викидів SO2. Як наведено вище, на першому етапі вугілля поміщають у контейнер, що може бути герметично закритий для скидання тиску. Зменшення тиску має бути достатнім для вилучення флюїдів, газоподібних чи рідких, захоплених вугіллям. Вважається, що в результаті це призводить до розламування вугілля, тобто утворення розломів у формі дрібних тріщин, ушкоджень чи каналів у вугіллі. В альтернативному варіанті скидання тиску може бути корисним для вилучення флюїдів, газоподібних чи рідких, захоплених у вже існуючих тріщинах у вугіллі. Тріщини, утворені шляхом скидання тиску чи такі, що вже існували, як правило, мають подовжену форму і можуть бути взаємозалежні, або можуть знаходитися на відстані одна від одної і проходити загалом паралельно. Кількість і розміри перерізу тріщин повинні бути достатніми для того, щоб дозволяти достатній кількості водної композиції, пересиченої карбонатом кальцію, проникати до тріщин. Наприклад, скидання тиску може призвести до утворення в вугіллі безлічі тріщин з розмірами перерізу від 0,01мкм до 1мкм. Скидання тиску, як правило, відбувається при навколишній температурі, хоча для стимулювання процесу вугілля можна нагрівати. Тиск знижують до нижчого за навколишній атмосферний тиск, наприклад, до приблизно однієї десятої атмосфери або менше, залежно від потужності використовуваного вакуумного насоса. Звичайно час, протягом якого вугілля піддається скиданню тиску, триває менше години, наприклад, менше 15 хвилин, і в багатьох випадках буває приблизно 3-10 хвилин. Відразу після того, як вугілля піддадуть скиданню тиску, воно контактує із колоїдною композицією кремнезему на водній основі, пересиченою карбонатом кальцію, протягом часу, достатнього для введення до тріщин розчиненого карбонату кальцію. Вважається, що це в результаті забезпечує тісний зв'язок карбонату кальцію з вугіллям, а також розламування вугілля завдяки кристалізації карбонату кальцію в тріщинах. Для посилення розламування вугілля може бути бажано, щоб водна композиція також включала оксид кальцію. Етап контактування відбувається при навколишній температурі для полегшення процесу, хоча застосовують і підвищені температури. Як правило, кількість використовуваної водної композиції складає від приблизно 5 галонів до приблизно 20 галонів або більше на сто фунтів вугілля. У промислових масштабах, як правило, використовують близько 10 галонів на сто фунтів вугілля. Водну композицію розпорошують чи виливають на вугілля в контейнері, або вугілля занурюють (наприклад, повністю) у водну композицію. За потреби, вугілля перемішують чи збовтують для ретельного перемішування з водною композицією. Як правило, за навколишньої температури і тиску для додавання водної композиції до вугілля потрібно лише кілька хвилин. Інші деталі щодо водної композиції обговорюються нижче. Відразу після того, як водна композиція контактувала з вугіллям протягом достатнього часу, контейнер, у якому міститься вугілля, піддають наддуванню газу, переважно - діоксиду вуглецю, протягом часу, доста тнього для вдмухування частини водної композиції до тріщин вугілля, щоб викликати кристалізацію розчиненого карбонату кальцію в тріщинах і подальшого розламування вугілля. В оптимальному варіанті водну композицію, що контактувала з вугіллям, видаляють до етапу наддування. Зокрема, частину (наприклад, від 70% до 90%) водної композиції, що не проникла у вугілля, видаляють різними способами, наприклад, шляхом фільтрування через вугілля чи простого виливання з контейнера частини водної композиції, що залишилася, через сито або решето. Як правило, етап наддування відбувається за навколишньої температури і тиску, що перевищує 50 фунтів на квадратний дюйм (psi), в оптимальному варіанті - більш 100psi. Хоча тиск може перевищувати 300psi, але згідно з даними в більшості випадків не потрібно більше 300psi. Наддування звичайно триває не більше години, як правило, близько 20-45 хвилин. Відразу по завершенні наддування вугілля спалюють чи обробляють іншим традиційним способом видобування енергії з вугілля. За потреби вугілля подрібнюють після обробки, наприклад, шляхом дроблення, розмелювання чи розтирання частинок вугілля на порошок. У деяких випадках вугілля обробляють способом, що обговорювався вище. Зокрема, етапи можуть повторюватися два рази чи більше, але, як правило, потрібно не більше двох циклів для одержання задовільних результатів щодо зниження викидів SO2. В оптимальному варіанті фільтрат повторно використовують для наступного циклу, з додаванням свіжої водної композиції для забезпечення потрібного співвідношення водної композиції і вугілля, як обговорювалося вище. Вважається, з огляду на час і витрати два цикли забезпечують достатнє просочення вугілля карбонатом кальцію. Оброблене у такий спосіб вугілля зв'язується з карбонатом кальцію таким чином, що при спалюванні вугілля при високій температурі викид SO2 знижується до потрібного рівня. Зокрема, оброблене вугілля може мати такий вміст карбонату кальцію, що молярне співвідношення Са:S в обробленому вугіллі звичайно є як мінімум 0,5, причому перевагу віддають співвідношенню як мінімум 1 (наприклад, 1-4). Такий вміст карбонату кальцію може знизити викид SO2 як мінімум приблизно на 5 відсотків у порівнянні з неопрацьованим вугіллям, наприклад, до 20 відсотків, причому іноді спостерігають зниження від 60 відсотків до 100 відсотків. Вважається, що сірка, яка міститься в вугіллі, реагує з карбонатом кальцію для утворення сульфату кальцію, таким чином знижуючи вміст SO2 або він взагалі не утворюється. Утворений сульфат кальцію може бути у формі CaSО4×2H2O (гіпс). Зрозуміло, що масовий відсоток карбонату кальцію в обробленому вугіллі може бути різним, залежно від масового відсотка сірки в необробленому вугіллі, таким чином, щоб досягалося потрібне молярне співвідношення Са:S. Крім того, до 50% сірки в спалюваному вугіллі може залишатися в леткій золі і не вивільняється у вигляді SO2. Відповідно, у деяких випадках може бути доста тнім молярне співвідношення Са:S менше 1 (наприклад, 0,5). Ще один варіант втілення винаходу випливає зі способу, описаного вище. Цей варіант стосується розламаного вугілля з карбонатом кальцію, осадженим у тріщинах вугілля. Тріщини, утворені шляхом скидання тиску або такі, що існували раніше, як правило, мають подовжену форму і можуть бути взаємозалежні або знаходитися на відстані одна від одної, проходити в цілому паралельно, і можуть мати розміри перерізу в межах від 0,01мкм до 1мкм. Вугілля одержують способом, описаним вище, і він включає карбонат кальцію, що осідає в тріщинах вугілля таким чином, щоб молярне співвідношення Са:S було як мінімум 0,5. Крім того, вугілля може включати приблизно від 0,15 відсотка за масою до 2,5 відсотка за масою кремнезему в тріщинах. Вугілля також може включати оксид кальцію, осаджений у тріщинах, і цей оксид кальцію сприяє досягненню потрібного молярного співвідношення Са:S. Як обговорювалося раніше, цим способом можна обробляти будь-як вугілля, яке має небажаний рівень сірки, що у результаті веде до небажаного чи незаконного рівня SO2 при спалюванні без обробки, і може мати вміст сірки від приблизно 0,2 відсотків за масою до більш 7 відсотків за масою. Розмір оброблюваного вугілля може бути від приблизно 2 дюймів до 1/4 дюйма, чи може бути меншого розміру, завдяки, наприклад, дробленню, розмелюванню чи розтиранню вугілля на порошок з частинками розміром менше 5см, наприклад, менше 3см, з розмірами в межах від 50мкм до 100мкм, як потрібно в деяких випадках. Ще один варіант здійснення цього винаходу стосується способу виробництва енергії в результаті згоряння вугілля зі зниженням вмісту діоксиду сірки у викиді від такого згоряння. Спосіб включає осадження карбонату кальцію в тріщинах вугілля і спалювання отриманого в результаті вугілля, що містить карбонат кальцію, при високій температурі для виробництва енергії. Зокрема, карбонат кальцію може осаджуватися в тріщинах вугілля способом, описаним вище, з використанням колоїдної композиції кремнезему на водній основі, пересиченої карбонатом кальцію, таким чином, щоб вугілля, що містить карбонат кальцію, включало карбонат кальцію, який осідає в тріщинах вугілля. Вугілля, що містить карбонат кальцію, спалюють різними способами, включаючи традиційні способи, для виробництва енергії. Наприклад, вугілля, що містить карбонат кальцію, може спалюватися шляхом згоряння в нерухомому шарі (наприклад, у топці з нижньою подачею палива, з рухомою колосниковою решіткою з розкидачем), підвішеного спалювання (наприклад, зі спалюванням пилоподібного палива або з інжекцією частинок), згоряння у псевдозрідженому шарі (наприклад, з циркулюючим псевдозрідженим шаром або наддувним псевдозрідженим шаром), магнітогідродинамічної генерації електроенергії тощо. Конкретний спосіб і обладнання, вибрані для спалювання вугілля, що містить карбонат кальцію, можуть впливати на одну чи кілька наступних характеристик, зв'язаних з етапом спалювання: (1) температура під час спалювання (наприклад, від приблизно 1800°F до приблизно 4000°F); (2) чи використовується утримуючий карбонат кальцію вугілля в мокрій формі після осадження карбонату кальцію, чи спочатку висушується; (3) розмір використовуваного вугілля, що містить карбонат кальцію; і (4) кількість енергії, яку може бути вироблено. Наприклад, вугілля, що містить карбонат кальцію, може містити частинки розміром менше 1 дюйма і спалюється в механічній топці при температурі від приблизно 2400°F до приблизно 2600°F. В іншому прикладі вугілля, що містить карбонат кальцію, подрібнюють на порошок до розміру частинок менш 300мкм і спалюють при температурі від приблизно 3200°F до приблизно 3700°F (наприклад, близько 3500°F) шляхом його вдмухування в топку, змішування з джерелом кисню і запалювання суміші відповідно до способу підвішеного спалювання. Ще один варіант втілення цього винаходу стосується способу підвищення кількості сульфату кальцію, утвореного в результаті спалювання вугілля з високим вмістом сірки, з одночасним зниженням виділення діоксиду сірки від такого спалювання. Спосіб включає спалювання вугілля, що включає карбонат кальцію, який осідає в тріщинах вугілля, і уловлювання сульфату кальцію, що утворився в результаті такого спалювання. Карбонат кальцію може осаджуватися в тріщинах відповідно до способу, описаного вище, із застосуванням колоїдної композиції кремнезему на водній основі, пересиченої карбонатом кальцію, і вугілля може спалюватися різними способами. Залежно від застосовуваного способу спалювання вугілля, одержують один чи кілька різновидів продуктів згоряння, наприклад, летку золу, зольний залишок, топковий шлак і матеріал, що утворений в результаті виведення сірки з димових газів. Такі продукти згоряння можуть застосовуватися в різних сферах, наприклад, як наповнювачі для цементу, бетону, кераміки, пластмас, матричних композитів металів і вугільних абсорбентів. Наприклад, летку золу від спалювання вугілля відповідно до даного варіанта втілення використовують у виробництві цементу. Зокрема, сірка, що міститься в вугіллі, реагує з карбонатом кальцію, осадженим у тріщинах, утворюючи сульфат кальцію. Як обговорювалося раніше, сульфат кальцію, як правило, утвориться у формі гіпсу (CaSO4×2H2O), що лишається в леткій золі. Цю летку золу використовують таку як є чи застосовують один чи кілька відомих фахівцям процесів поділу з метою отримання CaSO4×2H2O для використання як компонента цементу (наприклад, портланд-цементу). Ще один варіант втілення винаходу стосується водної композиції, придатної для обробки вугілля з високим вмістом сірки для зниження виділення діоксиду сірки при спалюванні обробленого вугілля. Водна композиція включає пересичений розчин карбонату кальцію, поєднаний з колоїдною композицією кремнезему на водній основі, необов'язково з оксидом кальцію. Зокрема, водна композиція може включати приблизно від 2% (маса/об'єм) до 40% (маса/об'єм) силікату чи натрію кремнезему, приблизно від 15% (маса/об'єм) до 40% (маса/об'єм) карбонату кальцію і приблизно від 1,5% (маса/об'єм) до 4,0% (маса/об'єм) оксиду кальцію У даному описі винаходу % (маса/об'єм) речовини означає концентрацію речовини в композиції, еквівалентну 1мг речовини на 100мл композиції. Ще один варіант втілення цього винаходу стосується способу одержання водної композиції, придатної для обробки вугілля з високим вмістом сірки для зниження виділення діоксиду сірки при спалюванні обробленого вугілля, причому спосіб включає розчинення карбонату кальцію в сильнолужній колоїдній композиції кремнезему на водній основі в умовах, достатніх для включення іонів кальцію до отриманих з кремнезему колоїдних частинок для утворення заряджених колоїдних частинок. Для полегшення розуміння ці два варіанти здійснення обговорюються разом. Кремнезем також відомий як діоксид кремнію (SiО2) і складає майже шістдесят відсотків земної кори, або у вільній формі (наприклад, пісок), або в поєднанні з іншими оксидами у формі силікатів. Кремнезем не виявляє ніякої значної токсичного дії при попаданні в малих кількостях (у вигляді SiО2 чи силікатів) до організму людини і часто зустрічається в питній воді в більшості комунальних систем водопостачання по всіх Сполучених Штатах. Основою композиції, використовуваної в представлених варіантах втілення винаходу, є лужна колоїдна композиція кремнезему на водній основі, що є дисперсією чи колоїдною суспензією. Водну композицію виготовлюють шляхом розчинення сипучого кремнезему у високолужній воді, яку одержують розчиненням сильного лугу у воді для одержання водного розчину, що є високолужним (тобто, з рівнем рН більше 10, переважно - як мінімум 12, ще краще - як мінімум 13,5). Сильним лугом звичайно є гідроксид лужного металу, такий як гідроксид натрію або гідроксид калію, переважно останній. Молярну кількість не менш 3 використовують для приготування лужного розчину в кількості, придатній для підтримки потрібного рівня рН. Оскільки розчинність (його здатність утворювати стійку колоїдну композицію) кремнезему зростає зі зростанням температури, в оптимальному варіанті лужний розчин нагрівають до температури, що перевищує навколишню, до точки кипіння розчину включно. Хоча можуть застосовуватися вищі температури, це зазвичай небажано через потребу в ізобаричному контейнері. Вважається, що при розчиненні кремнезему у воді, яку зробили лужною за допомогою гідроксиду натрію, утвориться розчин силікату натрію. Склад може варіюватися зі зміною співвідношення між натрієм і кремнеземом, так само, як і щільність. Чим більше співвідношення N2О та SiO2, тим більша лужність і розчин є більш клейким. В альтернативному варіанті тієї ж мети досягають шляхом розчинення твердого силікату натрію у воді. Багато водних колоїдних композицій силікату натрію випускається серійно, від приблизно 20% до приблизно 50% (маса/об'єм). Загальновідомий розчин, відомий за назвою "egg preserver", виготовляється цим способом і, за розрахунками, містить близько 40% (маса/об'єм) Na2 Si3О7 (загальнодоступна суха форма силікату натрію). Стандартний силікат натрію серійного виробництва є 27%-м (маса/об'єм) силікатом натрію. Якщо не обмежуватися якоюсь конкретною теорією, з погляду хімії розчинення кремнезему можна описати наступними рівняннями. Відразу після приготування лужної колоїдної композиції кремнезему до суміші додають карбонат лужноземельного металу, переважно - карбонат кальцію, переважно - у вигляді тонко диспергованого порошку. Вважається, що додавання карбонату кальцію сприяє утворенню стійкої колоїдної композиції, що має іони кальцію (Са+2), включені до колоїдної структури. Крім того, в оптимальному варіанті також додають оксид кальцію, що згодом перетворюється в СаСО3 у тріщинах вугілля в атмосфері СО2 при високому тиску відповідно до вищеописаного способу. Додавання джерела іонів Са +2 через карбонат кальцію (і оксид кальцію) може призвести до полімеризації Si(OH)4, що описується в такий спосіб: Вважається, що це веде до утворення колоїдних частинок, у яких іони Са+2 розташовуються, наприклад, як показано на Фігурі 1 Очевидно, що на Фігурі 1 використовуваною основою є гідроксид калію, що забезпечує іони К+. Вважається, що колоїд, утворений відповідно до представлених варіантів втілення, більш тісно зв'язується і ширше розгалужується, ніж відомі колоїдні системи. Також вважається, що на Фігурі 2 представлений типовий подвійний шар води, зв'язаний з типовою частинкою колоїдного кремнезему, утвореної відповідно до цього процесу. Як показано на Фігурі 2, частинка колоїдного кремнезему має негативний результуючий заряд і оточена зарядженими іонами в навколишній воді. В основному шарі, найближчому до твердої поверхні частинки колоїдного кремнезему, заряджені іони є найбільше позитивно зарядженими і можуть включати іони Са+2, що притягаються до негативно зарядженої частинки колоїдного кремнезему. Варто врахувати, що один чи кілька іонів Са+2 можуть бути включені усередину частинки колоїдного кремнезему. Під час готування водної композиції відповідно до цього винаходу її в оптимальному варіанті обробляють для підвищення електростатичного заряду на частинках колоїдного кремнезему. Це роблять з використанням генератора показаного на Фігурах 3 і 4. Інші деталі можна знайти в [Патентній заявці США №09/749,243 на ім'я Холкома, поданої 26 грудня 2000р і опублікованої як US 2001/0027219 4 жовтня 2001р, і в Патенті США №5,537,363, виданому Холкому 16 липня 1996р.], описи яких включені авторами шляхом посилання в повному обсязі. Розмір і об'єми в цих публікаціях і в даному описі даються лише з метою пояснення і не є обмежуючими. Функціонування генератора спричиняє ввімкнення насоса 1, що забирає водну композицію 5 з контейнера 3, і направляє водну композицію 5 через трубопровід 2, а потім через насос 1. Насос 1 працює зі швидкістю, що залежить від розміру насоса і труб. Вона може складати від приблизно 1 галона за хвилину (gpm) до приблизно 100gpm (наприклад, від приблизно 4gpm до приблизно 10gpm у невеликих системах), а тиск - близько 10psi. Водна композиція 5 при вищезгаданому тиску і швидкості протікає через трубопровід 6 і надходить у трубопровід 7, оточений як мінімум одним концентричним трубопроводом (наприклад, трубопроводом 13). Як показано на Фігурі 2, водна композиція 5 протікає через трубопровід 7 і виходить через отвори 8 у трубопровід 13 (наприклад, труба 1''). Водна композиція 5 після цього протікає в протилежному напрямку через трубопровід 13, виходить через отвори 9 і знову змінює напрямок на зворотний через трубопровід 14 (наприклад, труба 1,5"). Водна композиція 5 виходить із трубопроводу 14 через отвори 10 у трубопровід 15, надходить у камеру 11, протікає через трубопровід 12, і переноситься назад у контейнер 3 через трубопровід 4. Протікання через протиструминний пристрій на достатній швидкості і протягом достатнього часу утворить оптимальну композицію відповідно до представлених варіантів втілення винаходу завдяки ефекту протиструминного заряду. Вважається, що цей ефект протиструминного заряду створює градієнти магнітних полів, що, у свою чергу, утворять електростатичний заряд на частинках колоїдного кремнезему, що рухаються як протипотік в концентричних трубопроводах генератора. Вважається, що це утворення електростатичного заряду пов'язано з більшими і стійкішими частинками колоїдного кремнезему, і, у свою чергу, дозволяє включити більшу кількість карбонату кальцію у водну композицію, наприклад, шляхом зв'язування більшої кількості іонів Са +. В оптимальному варіанті застосовують один чи кілька магнітних підсилювачів для посилення цього ефекту протиструминного заряду шляхом створення багатьох двоспрямованих магнітних полів. На Фігурі 4 показано дію і розташування магнітних підсилювачів, що застосовують з генератором, представленим на Фігурі 3. При додаванні магнітних підсилювачів з Фігури 4 (пристрої А, В і С) можна спостерігати, що електростатичний заряд утвориться на частинках колоїдного кремнезему набагато швидше. Хоча на Фігурі 4 показані три магнітних підсилювачі, слід зазначити, що можна використовувати більшу чи меншу кількість, залежно від конкретного застосування. Як правило, потрібно, щоб два сусідніх магнітних підсилювачі (наприклад, пристрої А і В) знаходилися на відстані, достатній для зниження взаємодії між магнітними полями, створюваними відповідними пристроями. У верхній частині Фігури 5 показана горизонтальна проекція поперечного перерізу концентричних трубопроводів, показаних на Фігурі 4. Як видно з Фігури 5, магнітний підсилювач (наприклад, пристрій А) включає кілька магнітів (наприклад, електромагнітів). У даному випадку показані чотири магніти, які розташовані в площині й утворюють вершини чотирикутника (наприклад, прямокутника чи квадрата) у цій площині. Полюси сусідніх магнітів мають протилежну орієнтацію, як показано знаками "+" і "-" на Фігурі 5. Як показано в нижній частині Фігури 5, таке розташування чотирьох магнітів створює кілька градієнтів для магнітного поля по осі "z" (тобто, компонент магнітного поля уздовж осі, що виходить із площини, показаної у верхній частині Фігури 5). У даному випадку показані параметри для магнітного поля по осі "z" уздовж лінії АА', зсун утої приблизно на дюйм над площиною магнітів. Градієнти також можуть існувати для магнітного поля по осі "х" і осі "у" (тобто, компонент магнітного поля уздовж ліній А-А' і В-В'). Ці кілька градієнтів відповідають за значний електростатичний заряд, що може утворюватися на частинках колоїдного кремнезему в той час, як генератор продовжує обробляти водну композицію. Шляхом обробки водної композиції генератором, показаним на Фігурі 4, одержують частинки колоїдного кремнезему, що мають розміри в межах від приблизно 1мкм до приблизно 200мкм, як правило, у межах від приблизно 1мкм до приблизно 150мкм чи від приблизно 1мкм до приблизно 110мкм. Частинки колоїдного кремнезему можуть мати дзета-потенціал у межах від приблизно -5 мілівольт (мВ) до більш ніж -75мВ, як правило, у межах від приблизно -30мВ до приблизно -50 чи -60мВ. Як стане зрозуміло фахівцю, дзета-потенціал представляє електростатичний заряд, який виявляє колоїдна частинка, і більший дзета-потенціал, як правило, відповідає більш стійкій колоїдній системі (наприклад, у результаті міжчастинкового відштовхування). Ще один варіант здійснення цього винаходу стосується установки для обробки вугілля з високим вмістом сірки водною композицією під тиском. Установка включає контейнер, що піддається наддуванню, придатний для зберігання вугілля, перший впуск, що дозволяє уводити водну композицію в контейнер і приводити її в контакт із вугіллям, механізм для вилучення водної композиції з контейнера, перший впуск, що дозволяє вводити діоксид вуглецю в контейнер під тиском, що перевищує атмосферний тиск, джерело стиснутого діоксиду вуглецю, з'єднаний з першим впуском, і випуск для вилучення вугілля з контейнера. Цей варіант втілення винаходу можна побачити в загальній послідовності операцій, показаних на Фігурі 6. Вугілля підвозять до парогенератора у вагонах 102 і вивантажують у вугільні бункери 103 під диспетчерською вишкою 100. В альтернативному варіанті вугілля обробляють у вугільному басейні, а не на підприємстві, що генерує енергію. Вугілля після цього подають на конвеєрну стрічку 104 і транспортують до вуглеподрібнювачів 108 і 109 через трубопровід 105. Низькоякісні відходи і сміття транспортують до відвалів відходів 111 і 112 через трубопроводи 106 і 107. Вугілля висипають із дробарок після дроблення до розміру частинок 1-2мм у діаметрі. Вугілля висипають на конвеєр 110, з якого воно висипається в трубопровід 114, а потім у трубопроводи 113 і 114а. Трубопровід 114а переносить вугілля до бункера 115, з якого вугілля висипається через напірний люк у резервуар високого тиску 16. Напірний люк закривається під бункером 115 в місці з'єднання вихідного трубопроводу 18 з резервуаром високого тиску 16. Коли вугілля подають в резервуар 16 через бункер 115, шнек 17 проштовхує вугілля до дальньої частини резервуара 16 при перекиданні резервуара 16 на кут приблизно до 45°. Резервуар 16 герметично закривають, створюють вакуум (приблизно від 26" до 30'' води) протягом 20 хвилин за допомогоювакуумного насоса, розташованого в 23, і тиск у резервуарі 16 знову знижують до нейтральної позиції. Згідно з цим винаходом, водна композиція, яку синтезують у будівлі 27, за допомогою насоса подається до резервуара-сховища 24 через трубопровід 35, потім нагнітається через трубопровід 34 і через трубопровід 21 і набирається в резервуар 16 при відкритті клапана для вакууму. Водна композиція, що включає частинки колоїдного кремнезему, іонізований карбонат кальцію, оксид кальцію і воду, накопичується в порах вугілля, з яких було відкачано повітря. Після врівноважування системи частину водної композиції, що залишилася, видаляють і відкривають клапани, дозволяючи СО2 з цистерни 26 протікати через трубопровід 36 і через контролер 23, а потім через трубопровід 21. Тиск близько 100-300psi підтримують протягом періоду до однієї години (наприклад, 5-40 хвилин) і послабляють. Тиск СО2 створює підвищене навантаження іонів бікарбонату на пори вугілля. Ця підвищена кількість іонів бікарбонату забезпечує кристалізацію СаСО3 у порах вугілля, таким чином, викликаючи його розламування і відкриваючи численні та великі пори для проникнення карбонату кальцію й оксиду кальцію. У цей момент процес в оптимальному варіанті повторюють один чи два рази для забезпечення максимального включення карбонату кальцію кремнезему у вугілля. Відразу після повної обробки отримане у результаті вугілля виштовхують через трубопровід 18 за допомогою шнека 17 на стрічку 30, що переносить оброблене вугілля на тимчасовий відвал ("Live Pile") 31. Оброблене вугілля надходить з "Live Pile" по стрічці 32 на конвеєр 33. Оброблене вугілля спалюють як стокерне вугілля в механічній топці при температурах від приблизно 2400°F до приблизно 2600°F або подрібнюють у порошок і спалюють у печі з нагнітачем при температурах близько 3200°F-3700°F. Як видно на Фігурі 7, оброблене вугілля переноситься в піч, де спалюється. Спалюване вугілля нагріває воду до пари, що рухає турбіни. Турбіни, у свою чергу, п ускають у хід генератори електроенергії, що посилають енергію по лініях електропередач. В альтернативному варіанті, як показано на Фігурі 8, оброблене вугілля надходить до вугільних бункерів 210 по конвеєру 201, що з'єднаний з конвеєром 33 з Фігури 6. Відміряна кількість вугілля на вимогу надходить через ваги 209 у подрібнювальну машину 207 для одержання порошкоподібного вугілля. Це порошкоподібне вугілля направляється через повітропровід для вугільного пилу 205 і в піч 204 через паливні форсунки 203. Це порошкоподібне вугілля вдувається в піч 204, де воно запалюється інтенсивним вихровим вогнем, що горить приблизно при 3500° по Фаренгейту. Під час горіння карбонат кальцію, оксид кальцію, вода і діоксид сірки реагують при інтенсивному нагріванні для утворення більшої кількості гіпсу (CaSO4×2H2O) і вапна, що залишається в золі. Підвищений вміст гіпсу підвищує цінність золи для цементу, і її з цією метою забирають із зольного бункера 206. Таким чином, вугілля з високим вмістом сірки може спалюватися зі значним зниженням викидів разом з поліпшенням якості продуктів згоряння. Вважається, що отримана в результаті зола також має більшу кількість силікатів, зокрема, у формі мікросфер. Ці мікросферичні силікати мають високі ізолюючі характеристики, що використовуються, наприклад, в ізолюючих фарбах. У наступних прикладах описані конкретні аспекти винаходу з метою пояснення опису винаходу для фа хівців. Приклади не слід розглядати як такі, що обмежують об'єм винаходу, оскільки вони лише представляють конкретну методологію, використовувану для розуміння і практичного втілення винаходу. Приклад І У даному прикладі відповідно до цього винаходу описується процес одержання водної композиції, використовуваної для обробки вугілля перед спалюванням. У контейнер заливають п'ять галонів якісної води. Вода циркулює через електричний генератор [див. Патентну заявку США №09/749,243 вище] зі швидкістю від 4,5 до 5 галонів на хвилину (gpm) і тиску 20 фунтів на кв. дюйм протягом однієї години, після чого її зливають. 5 літрів силікату натрію поміщають у генератор у той час, як він продовжує працювати при 4,5-5gpm. Цей силікат має концентрацію 27% (маса/об'єм) у 4,0 молярному NaOH. Після поміщення всього силікату натрію в систему генератор продовжує працювати протягом однієї години. У суміш протягом 20 хвилин повільно додають 615 грамів карбонату кальцію у вигляді суспензії. Генератор працює ще одну додаткову годину за тих самих умов. Рівень рН у цей момент перевищує 10,0. Розчин продовжують пропускати через генератор при 4,5-5gpm і при цьому повільно додають 500 грамів оксиду кальцію (Са). Розчин продовжують пропускати через генератор протягом однієї додаткової години. Матеріал у цей момент являє собою сірий, злегка каламутний, дуже щільний колоїд. Приклад II У даному прикладі відповідно до цього винаходу описується типова водна композиція, а також спосіб її одержання. Посилання на "генератор" стосуються пристрою, описаного в [Патентній заявці США №09/749,243 на ім'я Холкома, поданій 26 грудня 2000р. і опублікованій як US 2001/0027219 4 жовтня 2001р.]. Генератор має 150-галлонну місткість і швидкість потоку близько 90-100 галонів на хвилину (gpm). Кінцева композиція має концентрацію силікату натрію близько 40000млн -1 чи 4% (маса/об'єм). У генератор додають 42 галони води (рН8,13), що циркулює через генератор протягом 20 хвилин. У генератор додають 8 галонів силікату натрію (концентрація 27% (маса/об'єм)), що циркулює протягом 45 хвилин. Це забезпечує загальний об'єм 50 галонів розчину силікату натрію, що має рівень рН12,20. 14,6 фунтів (Іb) гранул NaOH (гідроксиду натрію) розчиняють у 5 галонах розчину з генератора й отриманий у результаті розчин знову виливають у генератор. У генератор додають 2,5 галони води, що циркулює протягом 90 хвилин, забезпечуючи композицію, що має рівень рН13,84. Двадцять галонів розчину забирають з генератора в контейнер за допомогою насоса і в них розчиняють 51,3Іb карбонату кальцію. Отриманий у результаті розчин повільно виливають назад у генератор протягом 20 хвилин. Композиція циркулює протягом 20 хвилин і має рН13,88. 20 галонів розчину знову забирають з генератора й у них розчиняють ще 51,3Іb карбонату кальцію. Отриману в результаті композицію дозовано заливають у генератор протягом 20 хвилин (рН13,91). Додаткова циркуляція протягом 20 хвилин забезпечує композицію з рівнем рН13,92. Десять галонів отриманого в результаті розчину забирають з генератора й у контейнер додають 5,5lbs оксиду кальцію, одержуючи суспензію, яку виливають назад у генератор протягом 10 хвилин. Отриману в результаті композицію пропускають шляхом циркуляції протягом 30 хвилин (рН13,98). Двадцять галонів циркулюючої композиції додають у бочку для змішування і при перемішуванні повільно додають 1,0кг хлориду амонію. Цю композицію виливають назад у генератор протягом 10 хвилин і пропускають крізь генератор шляхом циркуляції протягом 30 хвилин (рН13,93). 55 галонів отриманої в результаті композиції поміщають у відповідний контейнер чи контейнери для подальшого використання при обробці вугілля описаним авторами способом. Консистенція отриманої в результаті композиції є більш в'язкою, ніж вода і має в'язкість, подібну до в'язкості негустого молочного коктейлю. Приклад III Цей приклад представляє характерні деталі втілення способу цього винаходу для обробки вугілля. Подрібнене вугілля просівають до меншого розміру частинок (менше 1/2 дюйма), зважують 100Іb і поміщають у 50-галонну бочку, бочку герметично закривають і перевертають протягом 10хв. для перемішування вугілля. Вугілля довільно висипають з інкрементом 8Іb і по черзі поміщають у два контейнери: (а) контрольний, 50Іb, і (б) для обробки, 50Іb. П'ять Іb оксиду кальцію змішують з 50Іb зразка вугілля (b), поміщають у бункер напірної камери і бункер поміщають у напірну камеру. Гермостворку закривають і герметично ущільнюють. Створюють вакуум (29"-30" води) і утримують у протягом 45 хвилин. 4-галонний зразок композиції, отриманої в Прикладі II, втягують у бункер вакуумом і системі дають врівноважитися протягом 10 хвилин. Вакуум усувають шляхом вп ускання в камеру СО2. Зайву рідину видаляють з вугілля і камеру знову герметично закривають. Повітря видаляють вакуумом і створюють тиск СО2 до 300psi (у межах 100psi-300psi). Тиск утримують протягом 30 хвилин і зменшують. Ці етапи повторюють протягом двох додаткових циклів. Зайва рідина відразу видаляється і вугілля накопичується, транспортується чи спалюється. При спалюванні вугілля виділення діоксиду сірки знижується приблизно на 95%-100%. Разом з цим зниженням також спостерігають зниження викидів NOx приблизно на 40%-60%, на 40%-80% — викидів чадного газу, на 40%-60% — викидів вуглеводнів і на 12%-16% - викидів діоксиду вуглецю. Хоча ще немає повного пояснення причин такого зниження, вважається, що кремнезем може грати певну каталітичну роль, сприяючи більш повному згорянню газів і утворенню твердих речовин. Будь-які патентні заявки, патенти, публікації й інші опубліковані документи, вказані і зазначені в цьому описі, включені авторами шляхом посилання в їхньому повному обсязі, тією ж мірою, у який кожна окрема патентна заявка, патент, публікація й інший опублікований документ були б конкретно й окремо включені шляхом посилання. Хоча даний винахід був описаний з посиланням на конкретні варіанти його здійснення, фахівцю стане зрозумілою можливість різних змін і заміни рівноцінними варіантами без відхилення від сутності й об'єму винаходу, як визначено у доданих пунктах формули. Крім того, можливі різні модифікації, пристосовані до конкретної ситуації матеріалу, композиції, способу, етапу чи етапам процесу, до мети, сутності й об'єм у даного винаходу. Усі ці модифікації охоплюються об'ємом доданої формули. Зокрема, хоча розкриті авторами способи були описані з посиланням на конкретні етапи, що виконуються в конкретному порядку, варто розуміти, що ці етапи можуть сполучатися, підрозділятися чи змінювати порядок, створюючи еквівалентний процес без відхилення від даного винаходу. Відповідно, якщо немає спеціального зазначення, порядок і груп ування етапів не обмежують даний винахід.