(57)【要約】      （修正有）【課題】石炭から１種以上の不純物を除去する方法を提供する。【解決手段】複数種の不純物を含有する石炭を用意する工程と、石炭を反応室内で酸溶液と接触させる工程を含む。１種以上の不純物が酸溶液と反応して酸溶液に可溶な１種以上の第１生成物を生成する。本方法では、第１生成物の少なくとも一部分を含む酸溶液の少なくとも一部分を反応室から除去し、硝酸塩組成物を反応室に添加して硝酸塩溶液を形成する。１種以上の不純物、１種以上の第１生成物又はこれらの組合せが硝酸塩組成物と反応して硝酸塩溶液に可溶な１種以上の第２生成物を生成する。さらに第２生成物の少なくとも一部分を含む硝酸塩溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭から１種以上の不純物を除去する方法（１０）であって、
複数種の不純物を含有する石炭を用意する工程と、
石炭を反応室内で酸溶液と接触させる工程であって、１種以上の不純物が酸溶液と反応して酸溶液に可溶な１種以上の第１生成物を生じる工程と、
１種以上の第１生成物の少なくとも一部分を含む酸溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する工程と、
硝酸塩組成物を反応室に添加して硝酸塩溶液を形成させる工程であって、１種以上の不純物、１種以上の第１生成物又はこれらの組合せが硝酸塩組成物と反応して硝酸塩溶液に可溶な１種以上の第２生成物を生じる工程と、
１種以上の第２生成物の少なくとも一部分を含む硝酸塩溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する工程と
を含む方法（１０）。
【請求項２】
前記酸溶液がフッ化水素酸溶液、硝酸溶液、塩酸溶液、フルオロケイ酸溶液又はこれらの組合せを含む、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項３】
前記酸溶液がフッ化水素酸濃度３Ｍ〜１０Ｍであるフッ化水素酸溶液を含む、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項４】
前記酸溶液がフッ化水素酸溶液を含み、接触工程におけるフッ化水素酸溶液対石炭の重量比が１０：１〜１０：５である、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項５】
接触工程で石炭を酸溶液と１時間〜１０時間接触させる、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項６】
接触工程で石炭を酸溶液と７０°Ｆ〜２００°Ｆの温度で接触させる、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項７】
硝酸塩組成物が硝酸濃度０．１Ｍ〜５Ｍの硝酸溶液を含む、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項８】
硝酸塩組成物が硝酸溶液を含み、硝酸塩組成物を添加する工程における硝酸溶液対石炭の重量比が１０：１〜１０：５である、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項９】
さらに、硝酸塩溶液を除去する工程の前に、硝酸塩溶液を反応室内に２０時間〜３０時間保持する工程を含む、請求項１記載の方法（１０）。
【請求項１０】
さらに、硝酸塩溶液を除去する工程の前に、硝酸塩溶液を反応室内で７０°Ｆ〜１９０°Ｆの温度に維持する工程を含む、請求項１記載の方法（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に極めてクリーンな石炭を生成する方法、特に石炭から不純物を除去することにより極めてクリーンな石炭を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めてクリーンな石炭のようなクリーンな石炭は、不純物を含む石炭を処理して不純物を除去することによって得られる。１例のプロセスでは、不純物含有石炭を第１反応器でフッ化水素酸で処理して第１反応スラリーを生成する。第１反応スラリーをフィルタ（たとえばドラムフィルタ）に移し、濾過したウェット石炭を生成する。濾過したウェット石炭をつぎに第２反応器に送り、硝酸塩で処理して第２反応スラリーを生成する。第２反応スラリーをつぎにフィルタに送り濾過する。得られた極めてクリーンな石炭をつぎに水洗し、ドライヤに送り乾燥する。したがって、この多段階プロセスは複数個の反応器、スラリーポンプ及びフィルタを必要とする。これらの異なる加工ユニットに関連した経費と空間の要件は極めて大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４８０４３９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、上述した不利や欠点の１つ以上をなくした、石炭から不純物を除去する改良方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、石炭から１種以上の不純物を除去する方法を提供する。本方法は、複数種の不純物を含有する石炭を用意し、石炭を反応室内で酸溶液と接触させる工程を含む。１種以上の不純物が酸溶液と反応して酸溶液に可溶な１種以上の第１生成物を生成する。本方法では、第１生成物の少なくとも一部分を含む酸溶液の少なくとも一部分を反応室から除去し、硝酸塩組成物を反応室に添加して硝酸塩溶液を形成する。１種以上の不純物、１種以上の第１生成物又はこれらの組合せが硝酸塩組成物と反応して硝酸塩溶液に可溶な１種以上の第２生成物を生成する。本方法では、さらに第２生成物の少なくとも一部分を含む硝酸塩溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する。
【０００６】
本発明の他の観点、特徴及び効果は以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の１実施形態にしたがって極めてクリーンな石炭を生成する方法１０を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述したように、本発明は石炭から１種以上の不純物を除去する方法に関する。したがって本発明の方法の実施形態から極めてクリーンな石炭が得られる。ここで用いる用語「極めてクリーンな石炭（ultra clean coal）」は、石炭をガスタービンプロセスなどのプロセスにそのまま供給でき、しかも優れた熱効率などの利点をもたらすのに十分な、低い灰分（たとえば約２％未満）及び／又は著しく低い硫黄含量を有する石炭を指す。ここで用いる用語「灰」は、燃焼前の石炭中の非燃焼性成分及び石炭の燃焼から得られる非燃焼性副生物両方を指す。極めてクリーンな石炭を生成する方法の１実施形態を以下に説明し、図１のフローチャートに示す。なお、本発明の方法の実施形態から得られる石炭（たとえば、極めてクリーンな石炭）を使用するシステムは、いかなるシステム（たとえば、ガスタービンシステム、具体的には石炭燃焼ガスタービンシステム、粉砕石炭発電所、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ））でもよい。
【０００９】
図１は、本発明の石炭から１種以上の不純物を除去する方法１０の１実施形態を示すフローチャートである。方法１０は、工程１２で、複数種の不純物を含有する石炭を用意する。方法１０の実施形態では、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、亜炭又はこれらの組合せの形態の石炭を用意することができる。ある実施形態では、方法１０により処理した石炭の複数バッチがタービンへの２４時間供給に十分である。特定の実施形態では、石炭を反応室内に約３００トン〜約１００００トンの範囲のバッチとして用意する。他の実施形態では、石炭を反応室内に約４００トン〜約６００トンの範囲のバッチとして用意する。さらに他の実施形態では、石炭を反応室内に約４００トン〜約５００トンの範囲のバッチとして用意する。しかし、バッチで用意する石炭の量は使用目的（たとえば、異なるタービン、異なるタービン数、石炭のディーゼルへの転換などの異なる用途）に応じて増大も縮小もできる。
【００１０】
実施形態によっては、不純物は、アルミニウム、鉄、カリウム、カルシウム、ナトリウムその他の金属の酸化物、鉱物、無機及び有機硫黄化合物、アルカリ、灰、又はこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
【００１１】
ある実施形態では、不純物は石炭中に約２重量％〜約５０重量％の範囲の量存在することがある。他の実施形態では、不純物は石炭中に約３重量％〜約８重量％の範囲の量存在することがある。さらに他の実施形態では、不純物は石炭中に約５重量％〜約７重量％の範囲の量存在することがある。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
方法１０は、第２工程１４で、石炭を反応室内で酸溶液と接触させる。１種以上の不純物が酸溶液と反応して酸溶液に可溶な１種以上の第１生成物を生成する。ある実施形態では、酸溶液は、フッ化水素酸溶液、硝酸溶液、塩酸溶液、フルオロケイ酸溶液、これらの組合せ、又は酸化物を溶解する強酸の溶液を含むが、これらに限らない。
【００１４】
硝酸塩溶液２８の１種以上の不純物との追加反応の１例を次の式Ｉに示す。
【００１５】
ＳｉＯ2＋４ＨＦ  →  ＳｉＦ4＋２Ｈ2Ｏ        （Ｉ）
ある実施形態では、酸溶液は酸濃度が約３Ｍ〜約１０Ｍの範囲にある。他の実施形態では、酸溶液は酸濃度が約３Ｍ〜約６Ｍの範囲にある。さらに他の実施形態では、酸溶液は酸濃度が約４Ｍ〜約６Ｍの範囲にある。
【００１６】
特定の実施形態では、工程１４における酸溶液対石炭の重量比が約１０：１〜約１０：５の範囲にある。他の実施形態では、工程１４における酸溶液対石炭の重量比が約１０：２〜約１０：４の範囲にある。さらに他の実施形態では、工程１４における酸溶液対石炭の重量比が約１０：２．５〜約１０：３．５の範囲にある。
【００１７】
ある実施形態では、酸溶液は、フッ化水素酸濃度が約３Ｍ〜約１０Ｍであるフッ化水素酸溶液を含む。他の実施形態では、酸溶液は、フッ化水素酸濃度が約３Ｍ〜約６Ｍであるフッ化水素酸溶液を含む。さらに他の実施形態では、酸溶液は、フッ化水素酸濃度が約４Ｍ〜約６Ｍであるフッ化水素酸溶液を含む。特定の実施形態では、工程１４におけるフッ化水素酸溶液対石炭の重量比が約１０：１〜約１０：５の範囲にある。他の実施形態では、工程１４におけるフッ化水素酸溶液対石炭の重量比が約１０：２〜約１０：４の範囲にある。さらに他の実施形態では、工程１４におけるフッ化水素酸溶液対石炭の重量比が約１０：２．５〜約１０：３．５の範囲にある。
【００１８】
特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１時間〜約１０時間接触させる。他の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約３時間〜約５時間接触させる。さらに他の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約４時間〜約５時間接触させる。
【００１９】
特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約７０°Ｆ〜約２００°Ｆの温度で接触させる。他の特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１１０°Ｆ〜約１７０°Ｆの温度で接触させる。さらに他の特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１４０°Ｆ〜約１６０°Ｆの温度で接触させる。
【００２０】
特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１４ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａの圧力で接触させる。他の特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１４ｐｓｉａ〜約４２ｐｓｉａの圧力で接触させる。さらに他の特定の実施形態では、第２工程１４で、石炭を酸溶液と約１４ｐｓｉａ〜約２０ｐｓｉａの圧力で接触させる。
【００２１】
ある実施形態では、１種以上の第１生成物は、１種以上のフッ化物、水酸化物、ヒドロキシフッ化物、酸化物又はこれらの組合せを含む。第１生成物が１種以上のフッ化物を含む実施形態では、フッ化物はフッ化ケイ素、フッ化アルミニウム、フッ化鉄、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、又はこれらの組合せから選ぶことができる。
【００２２】
方法１０は第３工程１６で、第１生成物の少なくとも一部分を含む酸溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する。特定の実施形態では、工程１６で第１生成物のほぼすべてを含む酸溶液のほぼすべてを反応室から除去することができる。
【００２３】
ある実施形態では、第３工程１６を実施するのに、反応室の底面近くに位置するフィルタを開放し、第１生成物の少なくとも一部分を含む酸溶液の少なくとも一部分がフィルタを通過して、反応室の外に流出するようにする。
【００２４】
方法１０は、第４工程１８で、硝酸塩組成物を反応室に添加して硝酸塩溶液を形成する。ここで１種以上の不純物、１種以上の第１生成物又はこれらの組合せが硝酸塩組成物と反応して硝酸塩溶液に可溶な１種以上の第２生成物を生成する。ある実施形態では、硝酸塩組成物は、硝酸塩水溶液、硝酸、硝酸アルミニウム、硝酸第２鉄、フルオロ硝酸塩、他の硝酸塩、水酸化物、ヒドロキシフッ化物、ヒドロキシ硝酸塩、これらのイオン、又はこれらの組合せを含む。
【００２５】
本方法のある実施形態では、１種以上の第２生成物は、硝酸イオン、硫酸イオン、鉄イオン、ヒドロキシフッ化物、酸化物、フルオロ硝酸塩又はこれらの組合せを含む。
【００２６】
硝酸塩溶液２８の１種以上の不純物との追加反応の例を以下の式ＩＩ及びＩＩＩに示す。
【００２７】
ＦｅＳ2＋１４Ｆｅ（ＮＯ3）3＋８Ｈ2Ｏ  →
２ＳＯ42-＋１６Ｈ+＋１５Ｆｅ2+＋４２ＮＯ3-                  （ＩＩ）
ＳｉＦ4＋２（Ａｌ，Ｆｅ）（ＮＯ3）3＋２Ｈ2Ｏ  →
ＳｉＯ2（ｓ）＋２（Ａｌ，Ｆｅ）Ｆ2+＋４Ｈ+＋６ＮＯ3-        （ＩＩＩ）
特定の実施形態では、硝酸塩組成物は約０．１Ｍ〜約５Ｍの濃度を有する。他の特定の実施形態では、硝酸塩組成物は約０．１Ｍ〜約０．４Ｍの濃度を有する。さらに他の特定の実施形態では、硝酸塩組成物は約０．１Ｍ〜約０．３Ｍの濃度を有する。
【００２８】
ある実施形態では、工程１８における硝酸塩組成物対石炭の重量比は約１０：１〜約１０：５の範囲にある。他の実施形態では、工程１８における硝酸塩組成物対石炭の重量比は約１０：２〜約１０：４の範囲にある。さらに他の実施形態では、工程１８における硝酸塩組成物対石炭の重量比は約１０：２．５〜約１０：３．５の範囲にある。
【００２９】
特定の実施形態では、硝酸塩組成物は硝酸濃度が約０．１Ｍ〜約５Ｍの範囲にある硝酸溶液を含む。他の特定の実施形態では、硝酸塩組成物は硝酸濃度が約０．１Ｍ〜約０．４Ｍの範囲にある硝酸溶液を含む。さらに他の特定の実施形態では、硝酸塩組成物は硝酸濃度が約０．２Ｍ〜約０．３Ｍの範囲にある硝酸溶液を含む。ある実施形態では、工程１８における硝酸溶液対石炭の重量比が約１０：１〜約１０：５の範囲にある。他の実施形態では、工程１８における硝酸溶液対石炭の重量比が約１０：２〜約１０：４の範囲にある。さらに他の実施形態では、工程１８における硝酸溶液対石炭の重量比が約１０：２．５〜約１０：３．５の範囲にある。
【００３０】
本発明のある実施形態では、方法１０はさらに、硝酸塩溶液を反応室内に約２０時間〜約３０時間保持する工程を含む。他の特定の実施形態では、方法１０はさらに、硝酸塩溶液を反応室内に約２２時間〜約２６時間保持する工程を含む。
【００３１】
特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約７０°Ｆ〜約１９０°Ｆの温度に維持する工程を含む。他の特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約１５０°Ｆ〜約１９０°Ｆの温度に維持する工程を含む。さらに他の特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約１４０°Ｆ〜約１６０°Ｆの温度に維持する工程を含む。
【００３２】
特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約１４．４ｐｓｉａ〜約１００ｐｓｉａの圧力に維持する工程を含む。他の特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約１４．４ｐｓｉａ〜約４３ｐｓｉａの圧力に維持する工程を含む。さらに他の特定の実施形態では、方法１０はさらに、反応室内の硝酸塩溶液を約１４．４ｐｓｉａ〜約２８ｐｓｉａの圧力に維持する工程を含む。
【００３３】
方法１０は第５工程２０で、第２生成物の少なくとも一部分を含む硝酸塩溶液の少なくとも一部分を反応室から除去する。特定の実施形態では、第５工程２０で、第２生成物のほぼすべてを含む硝酸塩溶液のほぼすべてを反応室から除去することができる。
【００３４】
ある実施形態では、第５工程２０を実施するのに、反応室の底面近くに位置するフィルタを開放し、第２生成物の少なくとも一部分を含む硝酸塩溶液の少なくとも一部分がフィルタを通過して、反応室の外に流出するようにする。
【００３５】
第５工程２０の後、特定の実施形態では灰が石炭中に約０．１重量％未満の量存在する。方法１０のある実施形態では、第５工程２０の後、灰が石炭中に約０．１重量％〜約１重量％の量存在する。方法１０の他の実施形態では、第５工程２０の後、灰が石炭中に約０．１重量％〜約０．３重量％の量存在する。
【００３６】
特定の実施形態では、方法はさらに、反応室内の酸溶液を撹拌する工程、又は反応室内の硝酸塩溶液を撹拌する工程、又は両方の工程を含む。ある実施形態では、方法１０は第５工程２０の後、石炭を水洗する工程も含む。
【００３７】
石炭を１つの反応室内で「バッチ」プロセスで処理して１種以上の不純物を石炭から除去することにより、多数の反応器、多数のフィルタ及び搬送装置（たとえばポンプ及びコンベヤベルト）をなくすことができ、コストと空間要件を軽減することができる。さらに、反応器外部への石炭の露出が軽減する。特に、１つの反応室を用いて、第１浸出溶液と石炭との反応及び第２浸出溶液と石炭との反応両方を行うことができる。したがって、石炭損失を少なくし、化学薬品の移送と関連した危険を避けることが可能になる。
【００３８】
以上の説明は本発明の好適な実施形態に関するものであり、当業者であれば、特許請求の範囲に規定した通りの本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変更や改変を加えうることが明らかである。
【図１】
2011038098.tif 000003