Спосіб і пристрій для переробки вугілля

Реферат: Спосіб переробки вугілля для видалення сірки і інших забруднень змішуванням в реакційному резервуарі вугілля з розчином водного аміаку, що має вибраний діапазон концентрації аміаку у воді, який переважно складає від 3 мас. % до 5 мас. %. Змішування забезпечує контакт розчину з поверхнями і порами вугілля. Спосіб включає моніторинг обробки для визначення, коли концентрація водного аміаку в реакційному резервуарі поменшала до рівня нижче вибраного діапазону, і водний аміак з концентрацією аміаку у вибраному діапазоні або вище даного діапазону подають в реакційний резервуар для повернення розчину в межі вибраного діапазону. Очищене вугілля може бути промите і висушене або висушене без промивання з утворенням аміачного покриття на поверхнях вугілля і в порах. Запропонована установка для реалізації способу. UA 106590 C2 (12) UA 106590 C2 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід належить до галузі переробки вугілля і, зокрема, до галузі обробки вугілля для видалення забруднень, які можуть створювати забруднення навколишнього середовища в продуктах згоряння вугілля. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Даний винахід застосовний для очищення різноманітних типів вугілля: антрациту, бітумінозного вугілля і бурого вугілля. Головним чином він застосовний до вугілля, яке спалюють в промислових цілях. У залежності від джерела це вугілля містить різні забруднення, які можуть створювати забруднення навколишнього середовища в димових газах або зольних залишках. Для скорочення цих забруднень до спалювання вугілля використовували і застосовують в цей час різні способи промивання, механічного розділення і хімічного реагування. Сірка являє собою істотний забруднювач, що створює особливу проблему відносно промислових установок для спалювання вугілля. Вугілля, що містить велику кількість сірки, може виділяти значну кількість оксидів сірки у відхідних газах. Найбільш поширеною формою оксиду сірки в димовому газі є діоксид сірки (SО 2), і він зумовлює особливо гостру екологічну проблему. Діоксид сірки реагує з киснем, звичайно в присутності каталізатора, такого як діоксид азоту (NО2), з утворенням триоксиду сірки (SО3), який потім реагує з молекулами води в атмосфері, утворюючи сірчану кислоту (H2SO4), яка повертається на Землю у вигляді кислотного дощу. Таким чином, екологічні проблеми відносно цих забруднювачів в газоподібних продуктах горіння вугілля привели до урядових постанов, що обмежують викиди оксидів сірки (SОх) і оксидів азоту (NОх). Викиди оксидів азоту при спалюванні вугілля можуть бути скорочені за допомогою технологій спалювання, таких як спалювання в псевдозрідженому шарі. Для скорочення кількостей оксидів сірки існують системи знесірчування топкових газів на основі вимивання оксидів сірки з газоподібних продуктів горіння вугілля в димарях сучасних електростанцій, які працюють на вугіллі, але все-таки ефективнішим є зниження вмісту сірки в будь-якому високосірчистому вугіллі до його згоряння. Хімічні аналізи вугілля в основному реєструють рівень вмісту сірки в трьох категоріях: сульфатної сірки, піритної сірки і органічної сірки, які об'єднують для визначення загального вмісту сірки в зразку вугілля. У більшості методів аналізу вимірюють рівень піритної сірки і органічної сірки разом із загальним вмістом сірки. Потім різницю між часткою піритної і органічної сірки і загальним вмістом сірки відносять на рахунок сульфатів. Цей тип сульфату може являти собою сульфат кальцію, такий як гіпс, або сульфати двовалентного заліза, утворений у вугіллі під впливом атмосферних умов. Незалежно від типу, виділення сульфатів з вугілля є відносно простим, оскільки сульфати можна розчинити в розбавлених розчинах кислот або інших розчинниках. Піритна сірка головним чином являє собою дисульфід заліза (FeS 2), кристалічний мінерал, відомий як пірит. Пірит часто знаходиться в жильних інтрузіях і шарах, близьких до вугільних пластів або які пересікаються з ними. Пірит не розчиняється у воді або розчині слабких кислот. Однак піритна сірка має питому вагу, яка в 3-4 рази перевищує щільність вугілля. Таким чином, значну частину піритної сірки можна відділити від вугілля традиційними методами гравітаційного збагачення, такими як сепаратори для збагачення великого вугілля у важкому середовищі або центрифуги, що частіше за все застосовуються в процесах мокрого збагачення вугілля. Органічна сірка становить частину самого вугілля, будучи пов'язаною хімічними зв'язками. Органічна сірка традиційно важко піддається видаленню, оскільки її не можна відділити від вугілля без розриву хімічних зв'язків. Для руйнування зв'язків і вивільнення сірки в інших формах з метою видалення з матриці вугілля можуть бути використані реакції окиснення. Таким чином, беручи до уваги ці різні форми вмісту сірки, відоме рішення переробки вугілля для зниження рівня сірки включає широке коло способів, від простого промивання в розчині розчинника або промивання в комбінації з розділенням для збагачення вугілля у важкому середовищі і/або пінною флотацією для розчинення більшої частини сульфатів і відділення більшої частини піритної сірки від вугілля, до застосування хімічних окисників, оксидативних ферментів і мікробіальних методів знесірчування. Для інтенсивнішого зниження вмісту піритної сірки також були запропоновані хімічні реагенти. Наприклад, спосіб Мейєрса, описаний в статті "Chemical Removal of Pyritic Sulfur from Coal" ("Хімічне видалення піритної сірки з вугілля") і в патентах США 3,926,575 і 3,917,465 на ім'я Мейєрса, направлений на видалення піритної сірки за допомогою хімічної реакції з використанням хлориду тривалентного заліза або сульфату тривалентного заліза як окисника. Пірит нерозчинний у воді, і тому кислоти, які звичайно використовуються для розчинення більшості неорганічних солей (і сульфатів), не будуть розчиняти пірит. Тому окисник 1 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 використовують в способі Мейєрса для перетворення піриту в сульфати або елементарну сірку, які розчинні в розбавлених розчинах кислот. Спосіб Мейєрса ґрунтується на постулаті, що хлорид тривалентного заліза або сульфат тривалентного заліза є селективнішим в окисненні піриту, ніж в окисненні вугілля, причому переважним реагентом є сульфат тривалентного заліза. При застосуванні реакційних температур близько 100ºC Мейєрс повідомляє про видалення від 40 до 70 % піритної сірки з бітумінозного вугілля з використанням сульфату тривалентного заліза як окисника, з подальшою нейтралізацією промиванням в толуолі. Також існують хімічні способи видалення органічної сірки разом з піритом. У способі знесірчування вугілля, описаному в патенті США 4,081250, використовують газоподібний хлор, який барботують через суспензію вологого вугілля в хлорованому розчиннику для вимивання піритної сірки і для перетворення органічної сірки в розчинні сульфати. Потім оброблене хлором вугілля відділяють, піддають гідролізу і дехлоруванню нагріванням при температурі 500ºC. Інші способи усувають необхідність в підведенні теплоти ззовні для ініціювання екзотермічної реакції окиснення у вугіллі протягом короткочасного періоду. Патент США 4,328,002 на ім'я Бендера описує спосіб цього типу, в якому вугілля заздалегідь нагрівають з розбавленою водною суспензією окисника, промивають водою і потім набризкують на нього або занурюють його в концентрований розчин окисника на час від 1 до 2 хвилин, протягом якого розвивається екзотермічна реакція. Однак більш пізній патент Бендера № 4,560,390 розкриває, що тривалість впливу розчину окисника може бути скорочена до так короткого, як 22-30 секунд тривалість обробки, коли реакція протікає в гідроциклоні або сепараторі для збагачення у важкому середовищі. У світлі цих різноманітних відомих способів обробки мета даного винаходу полягає в створенні ефективного і економічного способу переробки вугілля, який може бути реалізований в промисловому масштабі для значного зниження загального вмісту сірки у вугіллі, включаючи органічну сірку. Бажаними додатковими результатами є супутнє окиснення інших забруднюючих домішок у вугіллі і підвищення теплотворної здатності в BTU (британських теплових одиницях). СУТЬ ВИНАХОДУ Базовий спосіб У способі переробки вугілля згідно з даним винаходом використовують гідроксид амонію (NH4OH), більш відомий як водний аміак, як розчинник і як окисник для скорочення сірчаного забруднювача у вугіллі. У той час як аміак був запропонований як компонент окиснювального реагенту, як описано вище в патентах Бендера, спосіб згідно з даним винаходом проводять з використанням більш розбавленого водного аміаку із зниженими концентраціями для виключення реакцій з високою екзотермічністю, які описані в патентах Бендера. Економічна ефективність і захист навколишнього середовища в цьому способі досягаються підтримкою вибраної концентрації NH4OH в ході рециркуляції і повторного використання обробного розчину. У доповнення, для автоматизації рециркуляції і підтримки вибраної концентрації можуть бути застосовані регулятори технологічного процесу. З технічної точки зору, гідроксид амонію не є сполукою, яку можна виділити, але представлення у вигляді NH4OH дає правильний опис того, як поводиться розчин аміаку у воді і звичайно так і застосовується. Будучи доданим до води, аміак віднімає протони у деякої малої 4+ частини води з утворенням іонів амонію (NH ) і гідроксид-аніонів (ОН ). Тому датчики, які вимірюють концентрацію водного аміаку в способі, що описується тут, можуть вимірювати 4+ концентрацію іонів NH в розчині. У своїх загальних принципах винахід включає спосіб обробки вугілля для видалення забруднювачів, що включає наступні стадії: (а) приготування розчину водного аміаку у вибраному діапазоні концентрацій аміаку в реакційному резервуарі; (б) додавання вугілля в реакційний резервуар; (в) перемішування вугілля всередині реакційного резервуара для змішування вугілля і розчину для забезпечення контакту розчину з поверхнями і порами вугілля; (г) вивантажування обробленого вугілля з резервуара; (д) моніторинг обробки для визначення, коли концентрація водного аміаку в реакційному резервуарі зменшилася до рівня нижче вибраного діапазону; і (е) подача в реакційний резервуар водного аміаку з концентрацією аміаку у вибраному діапазоні або на рівні вищому останнього для повернення розчину в межі вибраного діапазону. Водний аміак, який використовується для цього способу, може бути приготований змішуванням безводного аміаку (NH3) з водою. Щоб уникнути необхідності повідомлення Керування з охорони навколишнього середовища США, Керування охорони труда США і інших розпорядчих організацій, і для дотримання вимог до поводження з продуктом, діапазон концентрацій повинен бути в межах 19 % по вазі NH3 або менше. На практиці спосіб є ефективним, коли діапазон концентрацій підтримується у вибраному діапазоні нижче 10 %, і в 2 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 переважному варіанті виконання способу концентрацію підтримують від близько 3 % до 5 % по вазі безводного аміаку у воді. Водний аміак наносять на вугілля всередині реакційного резервуара або в серії реакційних резервуарів в процесі послідовного протікання. У одному описуваному тут варіанті виконання реакційний резервуар являє собою реактор типу "змішувач-сепаратор", такий як обертовий барабанний скрубер, який має лопатки для піднімання вугілля з розчину і занурювання його назад в розчин по мірі обертання барабана. Ця фізична перемішуюча дія сприяє руйнуванню зчеплення піритної сірки з частинками вугілля так, що більш щільний пірит може бути відсіяний з розчину на дні барабана. Перемішування обертанням також приводить аміачний розчин в контакт зі всім вугіллям, в тому числі з порами на відкритих поверхнях, і забезпечує можливість впливу повітря, коли вугілля підіймається вгору і падає, так що стає можливим окиснювати органічну сірку в сульфати, які розчиняються в розчині. Як альтернативні варіанти виконання обладнання перемішування і змішування можуть бути виконані в реакційному резервуарі без супутнього відділення піритів. Реакційний резервуар не обов'язково повинен очищати легше вугілля від важчого піриту і іншого важкого середовища, якщо суспензію, що виходить з резервуара, спрямовують у відстійний пристрій для розділення по питомій вазі. Як ще одне альтернативне обладнання шнековий мийний пристрій для грубозернистого матеріалу або шнекові мийки в послідовному з'єднанні можуть бути використані для необхідних перемішування, аерації і витримування тривалості впливу в розчині аміаку, в той же час забезпечуючи флотаційне відділення дрібнодисперсних частинок вугілля від більш грубозернистого вугілля і більш важкого піриту. Потім, після шнекових мийних пристроїв, може бути застосований спосіб відділення з використанням сепаратора для збагачення у важкому середовищі для видалення лусочок піриту з більш грубозернистого вугілля. Це і інші альтернативні пристрої і виробниче компонування показані на кресленнях і описані в докладному описі. Витягання і повторне використання аміаку Ще один аспект винаходу включає витягання і рециркуляцію аміачного розчину. Забруднений розчин аміаку випускають з реакційного резервуара у вигляді періодичного вивантаження або у вигляді безперервного контрольованого по витраті потоку. Корисна фракція вугільного дрібняка може бути витягнута із забрудненого розчину за допомогою відомих сепараторів частинок, таких як очисник у вигляді дугового сита або центрифуга корзинкового типу. Розчин випробують за допомогою датчика або іншого пристрою для моніторингу, щоб визначити концентрацію аміаку перед сепаратором для вугільного дрібняка або нижче по потоку відносно нього. Після витягання вугільного дрібняка розчин залучають в рециркуляцію в реакційний (-ні) резервуар(-ри), і якщо концентрація аміаку впала до рівня нижче вибраного діапазону, водний аміак з концентрацією аміаку у вибраному діапазоні або вище такого може бути доданий в реакційний резервуар для повернення розчину в межі вибраного діапазону. Витягання води Оброблене вугілля, що включає дрібні частинки, що витягуються, існує в формі густої суспензії до його зневоднення і сушіння. Перед зневодненням і висушуванням суспензія також може бути промита деіонізованою водою. Воду, вичавлену з суспензії, в тому числі будь-яку промивальну воду, направляють через ще один сепаратор для видалення нерозчинних частинок, таких як залишкове вугілля, пірит або інші мінерали. Вода може рециркулювати в реакційний резервуар або в накопичувальний бак з розчином для повторного використання. Воду, що виносить відділені нерозчинні частинки, направляють в бак для флокуляційного очищення. У способі також можна виводити аміачний розчин з основного відстійника для винесення піритної фракції. Фракцію також направляють в бак для флокуляційного очищення, де пірит і інший важкий дисперсний матеріал флокулює з фракції. Вода, витягнута з бака для флокуляційного очищення, може бути піддана деіонізації і повторно використана в процесі. Цей спосіб є екологічно сприятливим в тому, що аміак здебільшого витягують і використовують повторно без викиду в атмосферу або виведення у вигляді забруднених стічних вод. При переважній автоматизації установки програмовані контрольні пристрої керують утилізацією і повторним змішуванням технологічного розчину і сировинних матеріалів, в той же час підтримуючи концентрацію іонів NH4 в реакційному резервуарі в бажаному діапазоні. Компонування технологічної установки Для реалізації вищеописаного способу може бути застосовані різноманітне компонування технологічної установки. Більшість крупномасштабних установок будуть стаціонарними, але описані варіанти виконання, де установку здебільшого розміщують на рухомій платформі, яка 3 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 може бути з'єднана із зовнішніми живильними трубопроводами для підведення аміаку і води, з баками для флокуляційного очищення і тому подібними для переміщення навколо штабелів або відстійників з відходами вугледобувного підприємства. Установки також можна експлуатувати в автоматичному режимі під керуванням технологічних логічних контролерів або програмованого центрального комп'ютера для моніторингу і регулювання рівня аміаку в межах вибраного концентраційного діапазону і додавання нового розчину, щоб повернути в цей діапазон. Автоматизація також може включати пристрій тестування димових газів для випробування партій або в періодичному режимі, щоб підтверджувати відповідність стандартам скорочення викидів. Підвищення потенціалу теплотворної здатності Для вугілля, очищеного вищеописаними способами, виявляються певні додаткові сприятливі зміни. Як описано вище, оброблене вугілля може бути промите і потім зневоднене і висушене або, альтернативно, висушене без промивання, щоб зберегти покриття з аміачного розчину на поверхні вугілля. Обидва способи приводять до підвищення потенційної теплотворної здатності вугілля порівняно з вугіллям, не підданим мокрому збагаченню. Хоч точний механізм підвищення теплотворної здатності не був досліджений, ймовірно, він зумовлений частково тим, що розчин аміаку видаляє негорючі матеріали або матеріали з низькою теплотворною здатністю з пор вугілля, приводячи до збільшення площі поверхні, на якій може відбуватися горіння, і частково залишковим аміачним покриттям на поверхні вугілля і в порах, що скорочує схильність вугілля до повторного поглинання вологи. Якщо цей механізм підвищення теплотворної здатності включає дві частини, цим можна було б пояснити те спостереження, що збереження покриття з аміаку на поверхні вугілля забезпечує більше підвищення теплотворної здатності, іноді в діапазоні від 20 % до 40 % приросту теплотворної здатності. Механізм очищення пор також пояснює те спостереження, що коксові брикети, виготовлені з парового вугілля, яке було оброблено цим способом, характеризуються збільшенням показника вільного спучування, достатнього для відповідності технічним умовам для металургійного вугілля. Скорочення вмісту основних оксидів Друга перевага збереження покриття з аміаку на поверхні вугілля полягає в скороченні вмісту основних оксидів, що утворюються під час згоряння. Аналіз золи від вугілля із залишковим аміачним покриттям з процесу очищення показує зниження рівня триоксиду сірки, діоксиду кремнію і інших основних оксидів в порівнянні з обробленим вугіллям, яке було очищене промиванням. Підвищення ефективності скруберів для димових газів Залишкове аміачне покриття з процесу очищення також може створювати джерело аміаку в димовому газі, який сприяє роботі повітроочисних установок для видалення NO 2. Аміак іноді додають в топкові гази для зниження вмісту оксидів азоту в газах перетворенням в азот і воду (процес денітрификації відхідних газів). Будучи присутнім в зразках газу, аміак буде легко реагувати з іншими компонентами, такими як діоксид сірки, в зразку з утворенням солей амонію. Ця сіль є відносно низькокиплячою, так що вона присутня в газоподібному стані при вищих температурах в димарі. Залишковий аміак на висушеному вугіллі, отриманому цим способом, може сприяти роботі повітроочисних установок завдяки наявності додаткового аміаку в димовому газі. Скорочення вмісту інших забруднень У доповнення до скорочення вмісту сірки водний розчин аміаку також розчиняє і/або іонізує інші забруднення для видалення з вугілля. З цих інших забруднень найбільш значними є хлор, ртуть і миш'як. Багато які вугільні пласти мають сильне забруднення хлором внаслідок випаровування розсолу з старих солончакових боліт, в яких росли рослини, що згодом утворили вугілля. Хлор розчиняється в аміачному промивному розчині. Інші скорочувані забруднення включають селен, забруднення на основі вуглецю і окиснені сполуки. Ці і інші аспекти способу переробки, компонування установок і поліпшення якості вугілля будуть очевидним з нижченаведеного опису переважних варіантів виконання. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Фіг. 1 представляє блок-схему установки для переробки вугілля з використанням даного винаходу. Фіг. 2 представляє вигляд збоку вертикальної проекції рухомої установки для переробки вугілля. Фіг. 3 представляє вигляд спереду рухомої установки для переробки вугілля з живильним шнековим транспортером. ДОКЛАДНИЙ ОПИС СПОСОБУ І УСТАНОВКИ, ПОКАЗАНОЇ В КРЕСЛЕННЯХ 4 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 1 показана установка 10 для переробки вугілля, яка може бути використана для виконання способу переробки вугілля згідно з даним винаходом. Як показано на фіг. 1 шлях партії вугілля починається зліва по стрілці, позначеній "ВУГІЛЛЯ", яка показує, що вугілля завантажують в живильний бункер 12. Перед вміщенням в живильний бункер вугілля може бути піддане попередньому промиванню. Якщо перероблюване вугілля являє собою вугільні відходи, такі як матеріал з штабеля відпрацьованої породи або відстійника, воно може містити понадміру велику кількість пустої породи і рослинного матеріалу, і значне сульфатне покриття внаслідок тривалого впливу погодних умов. Цей деревний і рослинний матеріал може бути відділений флотацією і просіюванням в стадії попереднього промивання перед тим, як вугільні відходи будуть вміщені в живильний бункер. Якщо використовують попереднє промивання, вода для попереднього промивання переважно є деіонізованою з використанням пом'якшувача води, що є в продажу на ринку. До деіонізованої води може бути додана каустична сода для розчинення сульфатного покриття і іншого розчинного матеріалу в стадії попереднього промивання. Потім вологе вугілля перед завантажуванням в живильний бункер піддають дренуванню для стоку води. Вугілля транспортують з бункера 12 по жолобчатому конвеєру 14 або стрічковому транспортеру у впускний патрубок 16 реакційного резервуара 18. Реакційний резервуар 18 в цьому варіанті виконання являє собою комбіновану реакційну і розділювальну камеру, таку як обертова барабанна промивальна камера, описана в патенті США 4,159,242, або вдосконалену конструкцію такого обертового барабанного скрубера. У обертовому барабанному скрубері використовують суміш вугілля з водним розчином аміаку для видалення розчинних забруднюючих домішок в розчин, окиснення органічної сірки з утворенням розчинної форми і відділення піриту і інших частинок з вищою питомою вагою від вугільної матриці. Пристрій цього типу являє собою барабанний скрубер, що виробляється фірмою McLanahan Corporation, з регульованими підіймальними лопатками для забезпечення інтенсивного перевертання вугільної матриці і ретельного змішування аміачного розчину зі всією масою вугілля. Повинно бути зрозумілим, що у великогабаритній установці численні реакційні резервуари можуть бути розміщені паралельно, з підведенням водного аміаку і конструкційними елементами рециркуляції, що обслуговують всі резервуари. Реагент являє собою розчин гідроксиду амонію (NH4OH), який також називається тут як водний аміак, який використовують як розчинник і як агент для очищення вугілля. У розчин реагенту можуть бути включені інший розчинник і окисники; однак ефективний розчин отримують у вибраному діапазоні концентрацій нижче 10 % водного аміаку, Переважний концентраційний діапазон для водного аміаку складає від 3 % до 5 % аміаку у воді. Для отримання розчину в цьому діапазоні водний аміак спочатку готують дозуванням безводного аміаку (NH3) з резервуара-сховища 20 в барботажний бак 22, в який також надходить деіонізована вода по водопроводу 24, достатня для створення водного розчину аміаку з коефіцієнтом розбавлення на верхньому кінці переважного діапазону концентрацій (тобто, при 5 % або близько до такої в барботажному резервуарі для підтримки концентрації в діапазоні від 3 % до 5 % в реакційному резервуарі). Можуть бути використані датчик 26 для вимірювання концентрації водного аміаку зондуванням концентрації в барботажному баку, і клапанні керуючі пристрої 28, що застосовуються для регулювання дозування води і NH 3 в барботажний бак, відповідно. Альтернативно, для змішування з деіонізованою водою і створення переважної концентрації могла б бути використана подача з бака, що містить водний розчин аміаку з вищою концентрацією (тобто, 19 % щоб уникнути необхідності повідомлення і для дотримання умов поводження). Свіжий водний розчин аміаку з барботажного бака 22 спрямовують в реакційний резервуар по трубопроводу 30 за допомогою дозувального насоса 32, керованого контролером 34 технологічного процесу. Як буде додатково описано нижче, контролер технологічного процесу отримує від одного або більше датчиків показник об'єму рециркулюючого розчину, наявного для + повторного використання в реакційному резервуарі, і показник концентрації NH 4 в наявному розчині, що повертається. Контролер може додавати свіжий розчин з барботажного бака для поповнення втрати об'єму рідини у вугільній суспензії і фракції нерозчинного піриту. Більше того, коли концентрація водного аміаку падає нижче цільового діапазону тобто, нижче 3 %, контролер може відводити частину рециркулюючого розчину в бак для флокуляційного очищення стічних вод і поповнювати реакційний резервуар дозованим об'ємом свіжого розчину з барботажного бака для доведення концентрації в реакційному резервуарі назад до бажаного діапазону. Реакційний резервуар 18 в формі обертового барабанного скрубера змішує водний розчин аміаку з вугіллям. Частинки вугілля багато разів підіймаються з розчину підіймальними 5 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лопатками і падають назад в нього всередині барабана. Це інтенсивне механічне перемішування розбиває великі шматки і агломерати вугілля і забезпечує розчину можливість вступати в тісний і повторюваний контакт з поверхнями і порами вугілля. У доповнення до видалення органічної сірки у вугіллі, водний аміак має властивості розчинника, що вимиває і розчинює бруд і інший малогорючий матеріал з пор. Піднімальна дія лопаток також піддає вугілля впливу повітря в барабані для розсіювання теплоти і для забезпечення доступу кисню для процесу окиснення. Коли реакція в періодичному режимі завершується, забрудненому розчину дають можливість стекти з барабана і залучають його в рециркуляцію для повторного використання, як описано далі. Тривалість перебування в реакційному резервуарі може бути встановлена на основі оцінок, зроблених з використанням попереднього хімічного аналізу зразка вугілля. NH 4OH діє як розчинник для залишкового сульфату і як поверхнево-активна речовина для вільних частинок піриту, які прилипли до вугілля, таким чином, що важчий пірит може бути відділений від легшого вугілля під дією сили тяжіння і просіюванням. Він також діє як агент для видалення органічної сірки. Концентрація NH4OH на рівні 3-5 % недостатня для того, щоб спричиняти різке підвищення температури внаслідок екзотермічного окиснення, і невелика кількість теплоти реакції розсіюється так, що не потрібно ніякого додаткового охолоджування або скорочення часу перебування вугілля в розчині в реакційному резервуарі. Тривалість перебування в резервуарі типово може становити 3-5 хвилин для забезпечення повного окиснення органічної сірки і відділення піритної сірки. Вищий діапазон концентрацій NH 4OH міг би скорочувати тривалість перебування при перемішуванні в барабані, але 3-5 %-на концентрація в цей час є переважною як хороша оптимізація. Коли час перебування закінчується, резервуар дренують, і вугілля вивантажують з резервуара у вигляді суспензії через трубопровід 36 на установку для промивання і зневоднення, яка може являти собою широко використовуваний ситовий пристрій для зневоднення, який має сопла для проведення очисного промивання деіонізованою водою, якщо бажано змивати залишковий водний розчин аміаку. Однак промивання чистою водою може бути навмисно пропущене так, що вугілля проходить з сита для зневоднення по трубопроводу 40 на конвеєрну сушарку для випаровування води і залишання аміачного покриття на поверхнях вугілля. Як описано вище, залишковий аміак в покритті може, як представляється, підвищувати теплотворну здатність вугілля, і в той же час скорочувати вміст основних оксидів, що утворюються під час згоряння вугілля. Покриття з аміаку, що залишилося після процесу очищення, також може створювати джерело корисного аміаку в топковому газі для сприяння роботі повітроочисних установок для видалення NO 2. Аміак іноді додають в димові гази для зниження вмісту оксидів азоту в газах перетворенням в азот і воду (процес денітрифікації відхідних газів). Будучи присутнім в зразках газу, аміак буде легко реагувати з іншими компонентами, такими як діоксид сірки, в зразку з утворенням солей амонію. Ця сіль є відносно низькокиплячою, так що вона присутня в газоподібному стані при вищих температурах в димарі. Залишковий аміак на висушеному вугіллі, отриманому цим способом, також може додавати аміак до димових газів і сприяти роботі повітроочисних установок подібним чином. Забруднений розчин реагенту, який був злитий з реакційного резервуара 18, пропускають по 4+ трубопроводу 44 у відстійник 46. Концентрація NH в розчині у відстійнику може бути виміряна датчиком 48, який посилає сигнал, що показує концентрацію, на контролер 34 технологічного процесу, який може являти собою програмований логічний контролер або комп'ютер загального призначення, що виконує програму технологічного керування. Забруднений розчин у відстійнику 46 буде містити фракцію вугільного дрібняка, що витягується. Насос 50 направляє потік забрудненого розчину з відстійника по трубопроводу 52 в сепаратор для дрібних частинок, такий як дуговий ситовий очисник 54 для витягання придатного для використання вугільного дрібняка. Потім дрібняк направляють по трубопроводу 56 з сепаратора 54 на сито 38 для промивання і зневоднення вугілля і змішують із загальною масою зневоднюваного вугілля. Водний розчин аміаку з дугового ситового очисника через трубопровід 58 збирають в рециркуляційний бак 60. Коли наступна партія вугілля готова для подачі в реакційний резервуар, контролер технологічного процесу визначає, чи достатня кількість наявного розчину в рециркуляційному баку, і якщо вона недостатня в рециркуляційному баку, контролер приводить в дію насос 32 для підведення порції свіжого водного розчину аміаку з барботажного бака 22, необхідного для змішування з рециркулюючим розчином в реакційному резервуарі. Розчин з рециркуляційного бака 60 залучають до рециркуляції по трубопроводу 62 в реакційний резервуар для використання з наступною партією вугілля. 6 UA 106590 C2 4+ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Якщо рівень вмісту NH в рециркулюючому розчині стає дуже низьким, як це може статися після багаторазово повторюваних циклів, контролер 34 технологічного процесу може відкрити випускний клапан 64 для спрямування деякої кількості або усього використаного розчину через трубопровід 66 з рециркуляційного бака 60 в резервуар-ущільнювач 68 для стічних вод. У резервуар 68 також направляють рідину, що стікає з сита 38 для промивання і зневоднення, яку збирають через трубопровід 67 в ще один відстійник 70. Ця рідина є дуже 4+ розбавленою (з низькою концентрацією NH ), якщо вугілля промивають деіонізованою промивальною водою. Насос 72 переміщує рідину по трубопроводу 74 в циклонний сепаратор 76 для видалення частинок вугілля. Потім рідину направляють по трубопроводу 78 в резервуарущільнювач 68 для стічних вод. Резервуар-ущільнювач 68 може приймати розчин коагуляту через трубопровід 80 для агломерування будь-якого дисперсного матеріалу в стічних водах. Коагулят змішують через трубопровід 82 з чистою технологічною водою через трубопровід 84 в змішувальному баку 86, з якого він при необхідності може бути підведений по трубопроводу 80 в резервуар-ущільнювач 68. Тонкодисперсні частинки злипаються в більші агломерати і осідають на дно, де вони можуть бути видалені у вигляді шламу насосом 88 в контейнер для сміття. Шлам буде містити концентрований сульфат, який може бути підданий переробці в добриво. Чисту воду, виведену з резервуара-ущільнювача 68, пропускають через скрубер 90 для рідкого аміаку, для осадження аміаку, який залишається в розчині. Вода може бути піддана фільтруванню, деіонізації і повторно використана як технологічна вода. Рідкий аміак може бути змішаний з сульфатним шламом як інгредієнтом добрива. Високотемпературна трубчаста піч і прилад для емісійного моніторингу (не показані) можуть бути використані для дослідження зразка обробленого вугілля для визначення і реєстрації хімічного аналізу продукту згоряння вугілля. Як приклад, трубчаста піч з температурою 1200ºC буде спалювати зразок вугілля при температурі небагато вищій верхньої межі діапазону пальника з псевдозрідженим шаром, що використовується для вироблення електричної енергії, але значно нижчій порогового значення, при якому утворюються оксиди азоту (приблизно 1400ºС). Трубчаста піч цього типу може бути придбана у фірми SentroTech в Бері, Огайо. Газоподібний продукт горіння з вугілля, спаленого в трубчастій печі, може бути автоматично проаналізований за допомогою приладу для емісійного моніторингу, такого як такий, що продається фірмою VARIOplus Industrial. Прилад для моніторингу може виявляти слідові кількості SO2, NOx, СО2 і інших потенційних забруднювачів атмосфери. Прилад може бути з'єднаний кабелем для передачі даних через послідовний порт RS-232 з комп'ютером для реєстрації даних. Дані можуть бути використані для пересвідчування поліпшення вугілля для податкових пільг або контролю якості, і можуть мати певні порогові значення, запрограмовані для вилучення партії вугілля, яка перевищує порогові величини викидів. Альтернативні компонування установки Функції змішівання в реакційному резервуарі і гравітаційного відділення важких частинок, які виконує обертовий барабанний скрубер, можуть бути організовані в послідовному режимі таким чином, що реакційний резервуар тільки ретельно змішує водний розчин аміаку з вугіллям для окиснення органічної сірки і вивільнення піритної сірки, яка прилипла до вугілля, без супутнього відділення піриту від вугільної суспензії всередині барабана. У цьому альтернативному компонуванні вугільна суспензія проходила б з реакційного резервуара в гравітаційний сепаратор для видалення піриту і інших важких матеріалів. Як альтернатива обертовому барабанному змішувачу, реакційний резервуар міг би являти собою шнек або змішувач з лопатевою мішалкою. Наприклад, шнекова мийка з подвійним шнеком типу, який використовують для вимивання бруду з дробленого каменя або піску, може бути модифікована для мети використання як реакційного резервуара в безперервному процесі. Кут нахилу і глибина промивного лотка можуть бути відрегульовані для забезпечення достатньої глибини шару водного розчину аміаку, і кількість і конфігурація перемішуючих лопатей можуть бути вибрані для досягнення належного перемішування і тривалості перебування. Лопаті будуть переносити грубозернисте вугілля, тоді як вугільний дрібняк і забруднена вода будуть витікати через задній водозлив. Можуть бути використані два або більше шнеків в послідовному порядку, з вивантаженням на верхньому кінці одного промивного пристрою і подачею безпосередньо у ванну наступного змішувача. Забруднений розчин, який стікає із задніх водозливів промивних пристроїв, може бути направлений по дренажній трубі у відстійник і очищений для витягання вугільного дрібняка і повторно використовуваного розчину, як описано для компонування обертового барабана. Контролер технологічного процесу може регулювати величину витрати потоку в шнекові мийки, забезпечуючи безперервну зворотну 7 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 течію через водостік, і може направляти свіжий розчин в рециркуляційну подачу, як вимагається для підтримки концентраційного діапазону. У всіх потенційних компонуваннях патрубки реакційних резервуарів, а також деякі компоненти обладнання нижче по потоку, можуть бути накриті вакуумованими кожухами для уловлювання парів, що виділяються в процесі. Компонування рухомої установки Фігури 2 і 3 ілюструють рухому установку 100, в якій змішувальний/реакційний резервуар 120 і сепаратор 130 для важких частинок змонтовані на колісному трейлері 140. Баки для аміаку і води, і підвідні і випускні трубопроводи можуть бути встановлені на інших транспортних засобах і з'єднані з реакційним резервуаром і сепаратором. У цьому варіанті виконання змішувальний/реакційний резервуар 120 являє собою модифікований змішувач і очисник, що продається фірмою DEL Tank and Filtration Systems під торговим найменуванням TOTAL CLEAN. Він має V-подібний змішувальний бак 122 з безвальним шнеком 124 на днищі для переміщення осідаючих твердих речовин. Цей процес являє собою безперервний процес, в якому бак залишається заповненим розчином аміачної води, поки вугілля піддають обробці в ньому. Вугілля вводять в V-подібний бак через живильний шнековий транспортер 150, як показано на фіг. 3. Завантажувальний бункер 152 шнекового транспортера може бути використаний як пристрій для попереднього промивання. Як і в іншому компонуванні, якщо використовують попереднє промивання, вода в попередньому промиванні переважно є деіонізованою за допомогою пом'якшувача води, який є в продажу на ринку. До деіонізованої води може бути додатково додана каустична сода для розчинення сульфатного покриття і іншого розчинного матеріалу з поверхні вугілля. Живильний шнековий транспортер 150 скидає вугілля в заповнений аміачною водою Vподібний бак. Вздовж бака вистроєні перемішуючі лопатки 156 з приводом від змішувальних двигунів 158. Лопатки перемішують, підіймають і скидають вугілля в розчин. Коли важчі частинки осідають на дно, вони переміщаються шнеком у бік протилежного кінця бака, де є насос і приймальний патрубок до трубопроводу 160, який веде до сепаратора 130. Вугілля захоплюється у вигляді суспензії, яка може бути перекачана в сепаратор. Як в інших варіантах виконання, коефіцієнт розбавлення розчину в V-подібному баку підтримують в переважному діапазоні вмісту від 3 % до 5 % аміаку у воді. Водний аміак із зовнішніх підз'єднань, таких як барботажний бак, направляють в V-подібний бак для заміщення розчину, виведеного з суспензією і не повністю компенсованого зворотним потоком рециркулюючого і частково виснаженого водного аміаку з сепаратора. Як в першому варіанті виконання, для контролю вивантажування використаного розчину і додавання свіжого аміаку для підтримки концентраційного діапазону можуть бути застосовані датчики, дозувальний насос і клапани, керовані контролером технологічного процесу. Коли концентрація NH 4 падає нижче цільового діапазону (тобто, нижче 3 %), або об'єм розчину стає малим, контролер подає дозований об'єм свіжого розчину для приведення всього розчину в бажаний діапазон. Сепаратор 130 в цьому варіанті виконання являє собою сітчасту центрифугу корзинкового типу, таку як така, що продається фірмою Decanter Machine Inc. Перші стадії центрифугування витягують основну частину аміачного розчину як скидний потік. Цей скидний потік направляють 4+ назад в V-подібний бак, переважно через відстійник, де концентрація NH в розчині може бути виміряна і передана у вигляді сигналу в контролер технологічного процесу, який контролює течію як скидного потоку, що повертається, так і свіжого розчину в V-подібний бак. Останні стадії в сітчастій центрифузі корзинкового типу мають промивальні сопла і сітчастий сепаратор. На цій стадії може бути підведена і дренована свіжа промивальна вода. Вугілля, що виходить з центрифуги, являє собою вологі, але головним чином ущільнені тверді речовини. При бажанні для додаткового витягання вологи може бути використаний прес або інший сушильний пристрій. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб обробки вугілля для видалення забруднень, що включає наступні стадії: вибір діапазону концентрацій водного аміаку; приготування розчину водного аміаку у вказаному вибраному діапазоні концентрацій аміаку в реакційному резервуарі; додавання вугілля в реакційний резервуар; перемішування вугілля в реакційному резервуарі для змішування вугілля і вказаного розчину для забезпечення контакту розчину з поверхнями і порами вугілля; 8 UA 106590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вивантажування обробленого вугілля з резервуара, який відрізняється тим, що включає наступні стадії: моніторинг обробки для визначення, коли концентрація водного аміаку в реакційному резервуарі поменшала до рівня нижче вказаного вибраного діапазону; і подача в реакційний резервуар водного розчину аміаку з концентрацією аміаку у вказаному вибраному діапазоні або на рівні вище даного діапазону для повернення розчину в межі вибраного діапазону; відділення піритної сірки та інших важчих, ніж вугілля, частинок від вугілля за допомогою гравітаційного або відцентрового ситового розділювального пристрою. 2. Спосіб за п. 1, в якому вибраний діапазон складає від 3 мас. % до 5 мас. % аміаку. 3. Спосіб за п. 1, який додатково включає наступні стадії: випуск забрудненого розчину, що містить вугільний дрібняк, з реакційного резервуара; витягання вугільного дрібняка із забрудненого розчину; і рециркуляція розчину в реакційний резервуар, при цьому моніторинг для визначення, коли концентрація аміаку поменшала до рівня нижче вибраного діапазону, виконують моніторингом концентрації аміаку в розчині, що випускається, або після витягання вугільного дрібняка. 4. Спосіб за п. 3, в якому витягнутий вугільний дрібняк домішується назад до обробленого вугілля. 5. Спосіб за п. 4, який включає додаткові стадії промивання обробленого вугілля, витягання дрібняка з деіонізованою водою і зневоднення промитого вугілля. 6. Спосіб за п. 5, який містить додаткові стадії збору вихідного потоку зі стадії зневоднення і обробки вихідного потоку для відділення вугільного дрібняка з нього. 7. Спосіб за п. 1, в якому гравітаційний або відцентровий ситовий розділювальний пристрій розташований в реакційному резервуарі. 8. Спосіб за п. 1, в якому стадія видалення обробленого вугілля з реакційного резервуара включає видалення вугілля в суспензії вугілля у водному розчині аміаку, спрямування суспензії в гравітаційний або відцентровий ситовий розділювальний пристрій зовні реакційного резервуара для відділення піритної сірки і інших важчих, ніж вугілля, частинок від суспензії, і випускання суспензії для відділення вугілля від розчину. 9. Спосіб за п. 8, який додатково включає стадію рециркуляції розчину, випущеного з суспензії назад в реакційний резервуар, при цьому моніторинг для визначення, коли концентрація аміаку поменшала до рівня нижче вибраного діапазону, виконують шляхом моніторингу концентрації аміаку в розчині, випущеному з суспензії. 10. Пристрій для обробки вугілля з метою видалення забруднень, що містить: резервуар для зберігання розчину водного аміаку у вибраному діапазоні концентрацій, і реакційний резервуар, який пристосований для розміщення розчину з резервуара і підлягаючого обробці вугілля і має елементи для механічного перемішування для змішування вугілля і розчину для забезпечення контакту розчину з поверхнями і порами вугілля і випускний патрубок для обробленого вугілля, який відрізняється тим, що містить систему моніторингу для визначення, коли концентрація водного аміаку в реакційному резервуарі поменшала до рівня нижче вибраного діапазону, і контролер для подачі водного розчину аміаку з резервуара в реакційний резервуар для повернення розчину в межі вибраного діапазону, гравітаційний або відцентровий ситовий розділювальний пристрій для відділення піритної сірки та інших важчих, ніж вугілля, частинок від вугілля. 11. Пристрій за п. 10, в якому вибраний діапазон складає від 3 мас. % до 5 мас. % аміаку. 12. Пристрій за п. 10, який додатково містить реакційний резервуар, що має другий випускний патрубок для випускання забрудненого розчину, що містить вугільний дрібняк, з реакційного резервуара, і розділювальний пристрій для витягання вугільного дрібняка із забрудненого розчину, і випускання розчину після витягання вугілля в зворотну систему для рециркуляції розчину в реакційний резервуар. 13. Пристрій за п. 10, який додатково містить реакційний резервуар і розділювальний пристрій, змонтовані на пересувній платформі. 14. Пристрій за п. 10, який додатково містить сушарку для обробки вугілля без промивання і залишення аміачного покриття на поверхні вугілля. 15. Спосіб за п. 1, який додатково включає сушіння обробленого вугілля без промивання. 9 UA 106590 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10