专利名称：热集成化学煤处理的利记博彩app
技术领域：
本文公开的主题涉及煤处理技术且具体而言，涉及利用酸浙滤(acid leaching) 对煤进行诸如清洁的化学处理。
背景技术：
如将会理解的那样，诸如煤的自然资源对现代经济和社会具有深远影响。实际上， 依靠煤作为直接或间接能源的装置和系统为数众多。煤可在各种各样的过程中用作燃料。 此外，煤被频繁用于在冬季期间进行家庭采暖、发电和制造数量惊人的日用品。随着化石燃料源减少和环境担忧上升，对煤和其它自然资源的处理和使用以及它们对环境的影响方面的要求也已增加。特别地，煤作为“不清洁”燃料的名声已引起用于增加煤作为燃料的有效使用和用于使此类使用的环境影响最小的新发展和工艺。许多此类技术通称为“清洁煤”技术。一种此类煤处理过程使用不同的酸浙滤技术来从煤去除矿物。
发明内容
以下概述了范围与最初要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。 实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。在第一实施例中，一种系统包括煤处理系统，该煤处理系统具有氢氟酸反应器和联接到该氢氟酸反应器上的硝酸反应器，其中提供由硝酸反应器加热的流体来加热氢氟酸反应器。在第二实施例中，一种系统包括配置成控制多级煤处理系统的控制系统。该多级煤清洁系统包括包含构造成使用第一酸执行第一酸浙滤过程的第一浙滤单元的第一级、包含构造成使用第二酸执行第二酸浙滤过程的第二浙滤单元的第二级以及在第一级与第二级之间流动的热传递流体。另外，该控制系统控制第一级、第二级或两者的加热速度，以及热传递流体的流速。在第三实施例中，一种方法包括从硝酸煤浙滤单元提取热量并向氢氟酸煤浙滤单元提供所提取的热量。
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中图1是根据本发明的一个实施例的热集成煤处理系统的框图；图2是根据本发明的另一实施例的热集成煤处理系统的框图；以及图3是用于热集成化学处理且根据本发明的一个实施例的过程的流程图。零部件清单10煤处理系统
3
12煤原料
14制备单元
20预浙滤单元
22第二制备单元
24再循环系统
26洗涤单元
28化学清洁过程
30HF反应器
32HN0S反应器
34分离单元
36再生单元
38管线
39封套
40再生系统
44洗涤单元
46热处理
50煤清洁系统
52煤原料
54制备单元
60预浙滤单元
62第二制备单元
64再循环系统
66洗涤单元
68化学处理过程
70HF反应器
72HN03反应器
74分离单元
76再生单元
78管线
80热交换器
81封套
82分离单元
84再生系统
86洗涤单元
88热处理
100过程
102煤原料
104框
106框
108 框110 框112 框114 框
具体实施例方式下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案的开发过程中，如任何工程或设计方案那样，必须做出许多实施方案特定的决定，以实现开发者的既定目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外， 应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说却是设计、制作和制造的日常工作。当介绍本发明各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述”意指存在一个或多个这样的元件。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的且意味着可能存在所列元件之外的其它元件。本发明的实施例包括具有两级煤处理过程的热集成煤处理系统。该处理过程也可称为煤“清洁”过程。在一个实施例中，该两级处理过程(下文称为“清洁”过程)可包括氢氟酸(HF)反应器和硝酸反应器(HNO3)反应器。可从HNO3反应器提取热量，并且例如通过使用流体和封套(jacket)向HF反应器提供热量，以强化HF反应器中的反应动力学。换言之，流体在其在两个反应器之间流动时充当热传递介质。在其它实施例中，在向HF反应器提供经加热的流体之前可使用热交换器来向经加热的流体增加更多热量。图1描绘了根据本发明的一个实施例的热集成煤处理系统10。系统10可接收煤原料12，该煤原料12具有在煤原料12中混合的各种杂质和不希望有的材料。例如，此类杂质和不希望有的材料可包括硅石、矾土、硫磺、黄铁矿、卤素等。取决于该实施例，文中所述的系统10可从煤原料12去除杂质和不希望有的材料的一些或全部。亦即，可在任何特定的实施例中实施具有下述煤处理系统10的集成热系统的单元和过程的任何组合。煤原料12在清洁前可在制备单元14中制备。制备单元14可包括一个单元或并列或串列的多个单元。此类制备可包括分离单元、干燥器、物理制备单元或其任意组合。该制备单元可包括使用任何适当的物理分离装置从煤去除矿物(例如脉石)或其它材料。该干燥器可去除煤原料中固有的水分的一些或全部。该物理制备单元可通过碾磨、切碎、磨粉、 研末、粉碎、压块或码垛原料12中的煤来物理地处理煤原料12。该物理制备单元可构造成将煤物理地处理成期望尺寸和/或形状。在制备之后，所制备的煤原料12可被传送到预浙滤单元20。预浙滤单元20可使用诸如氢氟酸(HCl)的温和酸浙滤液来浙滤煤。预浙滤单元20可从煤原料12部分或完全去除钙和/或镁。此类去除可以在希望减少这些金属时使用以防止钙离子和镁离子与酸浙滤液中的氟化物反应。在预浙滤之后，煤原料12可被传送到第二分离单元22，此处消耗的酸和其它材料可从煤原料12分离。来自预浙滤液的消耗的酸可被送到酸再生和/或再循环系统24。煤原料12也可被提供给洗涤单元26，以从煤原料12进一步去除任何其它酸或其它材料。
煤然后可被提供给具有热集成的两级化学清洁过程观，使得热量从一级被传递到另一级。两级化学清洁过程观可包括第一级以及第二级，该第一级包括在HF反应器30中使用氢氟酸(HF)浙滤，该第二级包括在HNO3反应器32中使用硝酸(HNO3)浙滤。HF反应器30可混合来自洗涤单元沈的氢氟酸和煤原料12，以从煤原料12浙滤诸如硅石和矾土的灰烬复合物的一些或全部。可加热HF反应器30以增加浙滤反应的动力学。在一个实施例中，可在约150华氏度下执行HF反应器30中的反应。在第一级HF反应器30之后，可将煤原料12提供给分离单元34，以从煤原料12去除消耗的酸。消耗的酸可被提供给酸再循环和/或再生单元36。煤原料12然后被提供给第二级，即HNO3反应器32。HNO3反应器可将硝酸与来自第一级的煤原料12混合，以从煤去除硫。HNO3反应器32中的反应可比HF反应器30中的反应发热更大且产生有用的热量。 如管线38所示，从HNO3反应器32产生的热量可被提供给HF反应器30，以提供由HF反应器30使用的热量的一些或全部。在一些实施例中，来自HNO3反应器32的热量可经由经管线38流到反应器30的封套39 (例如包围或垫衬反应室的中空流体空腔)或其它外封壳的诸如水、蒸汽等流体被传递至HF反应器30。在其它实施例中，来自HNO3反应器32的热量可被间接用来驱动联接到HF反应器30上的加热装置。在一些实施例中，流体可在HF反应器30与HNO3反应器32之间循环。在其它实施例中，随着流体循环，热量可从HF反应器30 被传递到HNO3反应器32，且从HNO3反应器32被传递到HF反应器30。因而取决于在各反应器中发生的反应，可向任一反应器30和32增加热量或从其去除热量。此外，在再其它实施例中，可以包括第三、第四或附加的酸浙滤反应器，并且这些反应器可以以上述方式向流体传热和从流体传热。管线38可包括具有控制部件37的控制系统，以控制和调节反应器30和32之间的流体流量(例如流速)和各反应器30和32的加热速度(和冷却速度)。例如，控制部件 37可包括泵、阀、传感器、控制器和计算机，以对流进行循环和调节。在一些实施例中，控制部件37可基于反应器30、反应器32和/或流体的温度反馈、压力反馈、流速或任何其它参数来控制和调节流量。在其它实施例中，两级化学清洁过程28可包括第一级中的HNO3反应器32和第二级中的HF反应器30。在此类实施例中，煤可在第一级中经由HNO3进行浙滤，然后可被提供给HF反应器30。然而，在此类实施例中，热量可如上所述从HNO3反应器32被提供给HF反应器30。在离开两级化学清洁过程观后，煤原料12可被传送到分离单元40。分离单元40 可从煤原料12去除消耗的酸，并且被分离单元40去除的酸可被提供给酸再循环和/或再生系统42。如将会理解的那样，酸再循环和再生系统沈、36和42可为用于处理被去除的酸的单个系统或可为用于从各过程去除的酸的具体处理的不同系统。煤原料12可被提供给诸如洗涤单元44和/或热处理单元46的单元的任何一者或组合。例如，洗涤单元44可使用水或其它流体洗涤煤，以从煤去除残酸或其它材料。热处理单元46可在足以从煤去除卤素但防止去除烃挥发物的温度下烘焙煤。热处理单元46也可包括使用诸如惰性气体的清扫气体对煤原料12进行处理，以有利于从煤原料12去除卤素。在去除煤原料12之后，煤可被传送至更进一步的处理，例如使用煤作为一些或全部给料的发电系统。例如，清洁的煤可被提供给燃烧系统、气化系统、整体气化联合循环(IGCC) 系统、液化、炼焦或任何适当的过程。图2描绘了根据本发明的另一实施例的热集成煤处理系统50。具有混合在煤原料 52中的各种杂质和不希望有的材料的煤原料52可被提供给系统50。如上所述，此类杂质和不希望有的材料可包括硅石、矾土、钒、硫磺、黄铁矿、卤素等。取决于该实施例，下文所述的系统50可从煤原料52去除杂质和不希望有的材料的一些或全部。亦即，具有下述煤处理系统50的集成热系统的单元和过程的任何组合可在任何特定的实施例中实行。如上所述，煤原料52可在清洁之前在制备单元M中制备。制备单元M可包括一个单元或并列或串列的多个单元。此类制备可包括分离单元、干燥器、物理制备单元或它们的任意组合。该分离单元可包括使用任何适当的物理分离装置从煤去除矿物(例如脉石) 或其它材料，并且干燥器可去除煤原料12中固有的水分的一些或全部。同样如上所述，物理分离单元可通过碾磨、切碎、磨粉、研末、粉碎、压块或码垛原料52中的煤来物理地处理煤原料52。该物理制备单元可构造成将煤物理地处理成期望尺寸和/或形状。如上所述，在制备之后，煤原料52可被传送到预浙滤单元60。预浙滤单元60可使用诸如氢氟酸(HCl)的温和酸浙滤液来浙滤煤。预浙滤单元60可从煤原料52部分或完全去除钙和/或镁。在预浙滤之后，煤原料52可被传送到第二分离单元62，此处被消耗的酸和其它材料可从煤原料52分离。来自预浙滤液的消耗的酸可被送至酸再生和/或再循环系统64。煤原料52也可被提供给洗涤单元66，以从煤原料52进一步去除任何其它酸或其它材料。系统50可包括具有热集成的两级化学清洁过程68以清洁煤原料52。该两级化学清洁过程68可包括第一级以及第二级，该第一级包括在HF反应器70中使用氢氟酸(HF) 浙滤，该第二级包括在HNO3反应器72中使用硝酸(HNO3)浙滤。HF反应器70可混合来自洗涤单元66的氢氟酸和煤原料52，以从煤原料52浙滤诸如硅石和矾土的灰烬复合物的一些或全部。可加热HF反应器70以增加浙滤反应的动力学。在一个实施例中，可在约150华氏度下执行HF反应器70中的反应。在第一级HF反应器70之后，煤原料52可被提供给分离单元74，以从煤原料52去除消耗的酸。消耗的酸可被提供给酸再循环和/或再生单元76。煤原料52然后被提供给第二级，即HNO3反应器72。HNO3反应器可将硝酸与来自第一级的煤原料52混合，以从煤去除硫。HNO3反应器72中的反应可比HF反应器70中的反应发热更大且产生有用的热量。 如管线78所示，从HNO3反应器72产生的热量可经由流体被提供给热交换器80，然后被提供给HF反应器70，以提供由HF反应器70使用的热量的一些或全部。热交换器80可提供从HNO3反应器72被提供给HF反应器80的热量的控制。例如，如果过剩的热量未被用于HF 反应器70，则热交换器80可从来自HNO3反应的经加热的流体去除过剩的热量。在另一示例中，如果经加热的流体未为HF反应器70提供足够的热量，则热交换器80可向来自HNO3 反应器的经加热的流体增加热量。在一些实施例中，来自HNO3反应器72的热量可经由经管线78被提供给反应器70的封套81 (例如包围或垫衬反应室的中空流体空腔)或其它外封壳的诸如水、蒸汽等流体被传递到HF反应器70。在一些实施例中，流体可在HF反应器70 与HNO3反应器72之间循环。在其它实施例中，随着流体循环，热量可从HF反应器70被传递到HNO3反应器72，且从HNO3反应器72被传递到HF反应器70。因而取决于在各反应器中发生的反应，可向任一反应器70和72增加热量或从其去除热量。此外，在再其它实施例中，可以包括第三、第四或附加的酸浙滤反应器并且这些反应器可以以上述方式向流体传热和从流体传热。管线78可包括具有控制部件79的控制系统或联接到该控制系统上，以控制和调节反应器70和72之间的流体流(例如流速)和各反应器70和72的加热速度(和冷却速度)。例如，控制部件79可包括泵、阀、传感器、控制器和计算机，以对流进行循环和调节。 在一些实施例中，控制部件79可基于反应器70、反应器72和/或流体的温度反馈、压力反馈、流速或任何其它参数控制和调节流。如上所述，在其它实施例中，两级化学清洁过程68可包括在第一级中的HNO3反应器72和在第二级中的HF反应器70。在此类实施例中，煤可在第一级中经由HNO3进行浙滤，且然后可在第二级中被提供给HF反应器70以便经由HF进行浙滤。然而，在此类实施例中，热量可如上所述从HNO3反应器72例如经热交换器80被提供给HF反应器70。如上所述，在离开两级化学清洁过程68之后，煤原料52可被传送到分离单元82。 分离单元82可从煤原料12去除消耗的酸，并且被分离单元68去除的酸可被提供给酸再循环和/或再生系统84。如将会理解的那样，酸再循环和再生系统66、76和84可为用于处理被去除的酸的单个系统或可为用于从各过程去除的酸的具体处理的不同系统。同样如上所述，煤原料52可被提供给诸如洗涤单元86和/或热处理单元88的单元的任何一者或组合。例如，洗涤单元86可使用水或其它流体洗涤煤，以从煤去除残酸或其它材料。热处理单元88可在足以从煤去除卤素但防止去除烃挥发物的温度下烘焙煤。热处理单元88也可包括使用诸如惰性气体的清扫气体对煤原料52进行处理，以有利于从煤原料52去除卤素。在去除煤原料12之后，煤可被传送到更进一步的处理，例如使用煤作为一些或全部给料的发电系统。例如，清洁的煤可被提供给燃烧系统、气化系统、整体气化联合循环(IGCC)系统、液化、炼焦或任何适当的过程。图3描绘了用于上述集成热化学处理且根据本发明的一个实施例的过程100。图 3中所述的过程可通过诸如阀、管道、传感器、过程控制器等任何适当的各种控制装置和系统来实施。该过程可从可已经如上所述被制备和预浙滤的煤原料102开始。首先，可在HF 反应器(框104)、例如HF反应器30或70中执行化学清洁(例如浙滤)的第一级。在第一级之后，煤可与消耗的酸分离并被提供给第二级。化学清洁(例如浙滤)的第二级可在 HNO3反应器(框106)、例如HNO3反应器32或72中执行。如上所述，可从HNO3反应器例如通过流体(例如水、蒸汽等)去除热量(框108)。 在一些实施例中，例如通过热交换器(例如热交换器72)向经加热的流体增加热量或从其去除热量(框110)。在其它实施例中，带有从HNO3去除的热量的经加热的流体可保持未处理。来自HNO3反应器的热量然后可被提供给HF反应器(框112)，例如通过直接向反应器 (例如经HF反应器的封套)提供经加热的流体。在其它实施例中，如上所述，热量可被间接利用，例如通过驱动联接到HF反应器上的诸如锅炉的加热设备。如所图示的那样，来自 HNO3反应器的经清洁的煤可被输出以进一步处理(框114)。此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的字面语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种煤处理系统，包括 氢氟酸反应器(70)；联接到所述氢氟酸反应器(70)上的硝酸反应器(72)；以及在所述氢氟酸反应器(70)与所述硝酸反应器m之间交换热量的流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述氢氟酸反应器与所述硝酸反应器之间的热交换器(80)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换器(80)构造成从所述流体去除热量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换器(80)构造成向所述流体增加热量。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述氢氟酸反应器(70)包括封套(81)并且所述流体被提供给所述封套(81)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤处理系统包括构造成从所述氢氟酸反应器(70)的输出去除消耗的酸的第一分离器(74)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢氟酸反应器(70)构造成从煤(52) 去除硅石、矾土或钒中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述硝酸反应器(72)构造成从煤(52)去除硫。
9.一种煤处理系统，包括控制系统(37)，其构造成控制多级煤处理系统( )，其中所述多级煤处理系统08)包括第一级(30)，其包括构造成使用第一酸执行第一酸浙滤过程的第一浙滤单元(30)； 第二级(32)，其包括构造成使用第二酸执行第二酸浙滤过程的第二浙滤单元(3 ；以及在所述第一级(30)与所述第二级(3 之间流动的热传递流体； 其中所述控制系统(37)控制所述第一级(30)、所述第二级(3 或两者的加热速度，以及所述热传递流体的流速。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一浙滤单元(30)构造成从煤 (12)去除硅石、矾土或钒中的至少一种。
全文摘要
本发明涉及热集成化学煤处理，具体而言，涉及包括具有两级煤处理过程(28)的热集成煤处理系统的系统和方法。在一个实施例中，两级处理(28)过程可包括HF反应器(30)和HNO3反应器(32)且具有在氢氟酸反应器(30)与硝酸反应器(32)之间交换热量的流体。
文档编号C10L9/02GK102234553SQ201110114600
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者S·D·德雷珀, S·拉比埃 申请人:通用电气公司