(57)【要約】さまざまな粗鉱状態の固形燃料の任意のものの水分、ＢＴＵ／ｌｂ（イギリス熱単位）灰分、諸形態の硫黄、揮発性物質、粉砕性、及び吸収特性の測定値を採取する。これらの情報を用い、制御、監視することによって対象用途に合わせ固形燃料の特性を選択的に変化、向上させることのできる乾式電磁処理技術を開発した。具体的な変化には、石炭、石炭コークス又は石油コークスのような固形燃料のメカニカルな構造及び化学的組成を変え、ＢＴＵ／ｌｂを最適レベルに増大させ、燃料のＢＴＵ／ｌｂを維持しながらすべての形態の硫黄を削減し、灰分を削減することが含まれる。これらの方法及び装置によって、自然には見当たらない固形燃料の新しいファミリー、「設計者」石炭を生成することができる。
2007514044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理の固形燃料バッチを処理するための方法であって、
処理のため未処理固形燃料バッチを受取る工程と、
前記未処理固形燃料バッチに対し、水分パーセント、ＢＴＵ／ｌｂ、灰分パーセント、硫黄総計パーセント、各種形態の硫黄の各々のパーセント、揮発性物質パーセント、固定炭素パーセント、ハードグローブ粉砕性指数、微量鉱物質の重量、ならびに電磁放射に対する燃料及びその各構成成分の反応の項目から選択した一つ以上の特性を測定する工程と、
処理後の前記固形燃料バッチに所望の燃料特性を決定する工程と、
前記測定された未処理固形燃料の特性に基づいて、システム構成を設計し、前記所望の燃料特性を持つ処理済み固形燃料バッチを得られることになるようにパワーレベル・プロフィールを選択周波数において選択する工程と、
前記固形燃料バッチを前記選択された周波数及びパワーレベル・プロフィールで電磁放射に曝すことにより処理する工程とを
含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料バッチが前記所望の燃料特性を有することになるように電磁放射曝露の持続時間を選択し、前記固形燃料バッチをその持続時間、前記電磁放射に曝す工程をさらに含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料サンプルからの各種成分の目標とする放出を達成するように、複数のパワーレベルが所定の順序で用いられる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチの複数の特性が測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチ特性のほとんどが測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチ特性のすべてが測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料は石炭である、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記石炭はスラリー形態でない、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記固形燃料は破砕又は選別されて、前記バッチは約８インチ以下の直径を持つ固形燃料小片に限定される、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記方法は、前記未処理固形燃料バッチを、前記選択された周波数及びパワーレベル・プロフィールによる前記電磁放射に曝す前に、前（まえ）加熱する工程をさらに含み、前記前加熱と電磁エネルギー及び持続時間とは、前記固形燃料を処理することによって該燃料を破砕しその後に続く水分の目標とする放出を制御する順序で加えられる、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記前加熱は、その後の前記電磁放射への曝露とは異なる周波数で行われる、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記前加熱は熱源によってなされる、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して乾燥エアを流す工程を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記乾燥エアは、前記水分を含むガスを除去するのに十分な流量で供給され、前記チャンバ中の発炎防止を促進する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記乾燥エアの流量は、前記チャンバのサイズ及び構成と、前記固形燃料から除去される前記水分の量とによって決められる、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料をさらに処理し、前記灰分の目標とする放出を制御するように、前記電磁エネルギー及び持続時間が加えられる、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して乾燥エアを流す工程をさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記乾燥エアは、前記灰分を含むガス及び微粒子を除去するのに十分な流量で供給され、前記チャンバ中の発炎防止を促進する、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記乾燥エア流量は、前記固形燃料から除去されることになる前記灰分の量によって決められる、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料を破砕し、水分を放出させ、次により高い温度でより長い時間、前記石炭をさらに処理して前記固形燃料からの硫黄の目標とする放出を達成するように、前記電磁エネルギー及び持続時間が、前記固形燃料に加えられる、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、目標とする硫黄放出のための前記より高い温度は、１３０℃と２４０℃との間である、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して不活性ガスを流す工程を含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記不活性ガスは、前記チャンバ内の発炎及び燃焼を防止するのに十分な流量で供給される、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記流量は、チャンバ容積立法フィートあたりに対し、時間あたり少なくとも１５立方フィートである、方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記処理の前記硫黄削減フェーズにおいて水素を供給する工程をさらに含む方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料の前記ＢＴＵ／ポンドを少なくとも１，０００ＢＴＵ／ポンド増大できる、方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記水分パーセントを、少なくとも約１パーセントから９８パーセントまでの間で選択的に削減できる、方法。
【請求項２８】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の灰分の少なくとも約２パーセントから上限６０パーセントまでの削減を達成する、方法。
【請求項２９】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の硫黄総計パーセントの少なくとも約２パーセントから上限７０パーセントまでの削減を達成する、方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の前記黄鉄鉱パーセントを少なくとも約３パーセントから上限９５パーセントまで削減する、方法。
【請求項３１】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記硫酸塩パーセントを少なくとも約５パーセントから上限９５パーセントまで削減する、方法。
【請求項３２】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記有機硫黄パーセントを少なくとも約１パーセントから上限６０パーセントまで削減する、方法。
【請求項３３】
石炭を処理するための多重エレメント電磁放射システムであって、
速度可変のコンベヤと、
前記速度可変コンベヤが通り抜ける前加熱システムと、
電磁放射発生システムであって、電磁エネルギー源と、前記電磁エネルギーが中に取り入れられる処理チャンバとを含み、前記速度可変コンベヤは前記処理チャンバを通り抜ける、システムと、
電磁エネルギーの前記発生を制御する命令を生成するためのソフトウエア・コードを格納したコンピュータ可読媒体と連結されたコンピュータ・プロセッサを含むコントローラと、
前記電磁エネルギーによる処理作業の間、前記電磁放射発生システムにおける前記固形燃料の前記特性の変化を測定し、前記測定値を前記コントローラに送信するよう構成された測定及びフィードバック・システムと、
前記処理チャンバを通してガスを流し、電磁放射への曝露の結果として前記処理チャンバ中に放出された副生成物を捕捉し貯蔵するよう構成されたエアフロー及び副生成物取り扱いシステムとを
含むシステム。
【請求項３４】
請求項３３のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、必要な各々の発生装置について、９２８ＭＨｚ以下の周波数において発生器モジュールあたり１５ｋＷ以上の電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項３５】
請求項３３のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、必要な各発生装置について、９０２ＭＨｚ以上の周波数において、発生器モジュールあたり少なくとも７５ｋＷの電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項３６】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁エネルギー源は、商用になる処理のスループットに適したもので、複数のマグネトロンと前記マグネトロン用の発生器を含む、システム。
【請求項３７】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、前記コンベヤ上の固形燃料片の前記表面温度を監視するための温度センサを含む、システム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システム及び前記コントローラは、前記チャンバ内の固形燃料の前記表面温度を監視し、これらの温度が、処理中の前記固形燃料の前記発火温度に達しないことを確実にするように構成されている、システム。
【請求項３９】
請求項３７に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された固形燃料の表面温度に基づいて、
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４０】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の水分パーセントを測定するように構成されている水分分析装置を含む、システム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の水分パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４２】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の硫黄パーセントを測定するように構成されている硫黄分析装置を含む、システム。
【請求項４３】
請求項４２に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の硫黄パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の灰分パーセントを測定するように構成されている灰分分析装置を含む、システム。
【請求項４５】
請求項４４に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の灰分パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４６】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料中の百万分の一単位の量（ＰＰＭ）を測定するように構成されている微量鉱物質分析装置を含む、システム。
【請求項４７】
石炭及び他の固形燃料を処理するための方法であって、周波数９２８ＭＨｚ以下で前加熱、及びマイクロ波又は無線周波数処理のための電磁エネルギーを発生させる工程と、固形燃料をこれらの周波数の前記エネルギーに曝す工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
現在、米国で消費される電力の半分以上が、効率の悪い石炭燃焼発電所施設で発電されている。オイル及びガス資源の使用の増加にもかかわらず、低コスト、容易で広範囲な入手性、石炭の大きな埋蔵量、及び石炭業界の大きな労働人口によって、産業上特に見通し得る将来における世界的なエネルギー生産のために、石炭は引き続き重要な資源であり続けることは確かであろう。しかしながら、石炭は多種多様で、不均質であり、通常、相当な量の水分、硫黄、及び鉱物質不純物を含んでおり、これらすべてが、効率的でクリーンに燃える燃料である本来の素質を失わせている。
【０００２】
科学技術、プロセス工学、及び特許の文献は、固形燃料の全体的燃焼特性を改善するための試みの失敗で満ち溢れている。石炭の浄化及び不要物除去のため、物理的及び化学的方法、それに生物さえも使われている。高い比重の灰分及び黄鉄鉱硫黄を除去するために、石炭洗浄が広く用いられているが、処理過程において２０％までもの石炭のロスが生じる。石炭のＢＴＵ／ｌｂ（イギリス熱単位）を増大するために、さまざまな、だがコストの高い石炭乾燥法が用いられ、硫黄を大幅に削減することを目指して多くの方法が研究されてきた。
【０００３】
無煙炭及び瀝青炭のような高いランクであっても、石炭を燃やしたり燃焼させたりするとかなりの排出物が発生し、環境及び地球温暖化への配慮の面からの懸念が増大している。硫黄含有度の高い石炭の燃焼により、東ヨーロッパ、中国、その他の地域においては、大気環境に大きな犠牲を強いており、大方は、効率的で経済的に成立する脱硫手段を発見するための過去２５年にわたる広範囲の取組みの未成功に起因するものである。これら取組みの多くは、電磁気技術、すなわち、紫外線、可視光線、赤外線、無線、マイクロ波、ｘ線を使用し、ガンマ線周波数も、これらの組み合わせも使用してきた。そのほとんどは失敗に終わった。実のところ、知られている限りにおいて、電磁気であれ他の技術であれ、石炭の硫黄又は他の主要な成分のどれかを除去するための燃焼前処理技術で効果的で経済的に成立する商業ベースのものは一つもない。
【０００４】
どの石炭にも含まれているさまざまな量の水分、灰分、硫黄及び他の成分の存在は、どのような用途であれ石炭が燃やされたり、加熱されたりするとさまざまな問題を引き起こす。窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）のような石炭燃焼から生じる有害ガスは、酸性雨、スモッグ、健康に悪い硫黄含有空気（中国の広い地域に共通な黄色の空をもたらしている）、有毒な粒子（その一部は上層気流によって発生源からはるか遠くに運ばれる）の沈積などの、環境に悪影響を及ぼしている。さらに、石炭の燃焼は、水銀のような微量成分を含む無機灰分を残留させるが、これら灰分が、道路の建設及び修理のように広範囲にわたる長期用途においてフィラーとして処理又は使用されているような場合には、その結果はほとんど考慮されない。現在新たに懸念されているのは、石炭燃焼によって発生する大量の二酸化炭素（ＣＯ２）は、地球温暖化に大きくかつ直接的に寄与していることである。多くの石炭に含まれている大量の水分の存在によって非効率な燃焼が生じており、石炭の燃焼量がさらに増え、これによって排出物が増加するという結果を招いていることもつけ加えておく。脱湿（すなわち、ＢＴＵ／ｌｂの増加に寄与するもので、より少量の石炭を燃焼させて、同じ量のエネルギーを発生させこと自体によって、直接的に、すべての排出物を削減することができるようにすること）には、あまり重点が置かれてこなかった。
【０００５】
何年にもわたって、石炭中の灰分及び硫黄を除去、もしくはその量を低減し、これにより石炭の品質及び燃焼特性を改善して、さまざまな汚染の種類を削減するための数々の試みが行われてきた。残念ながら、このような試みは、手間が掛かり、コスト高で、実用性がないことが分かってきた。
【０００６】
例えば、燃焼に先立って石炭を「洗浄する」試みが行われてきた。これらのやり方は、高価で広範囲にわたる発電所設備の追加と改造とを必要とすることになる。洗浄システムにおいては、洗浄機に供給する前に、スクリーン、粉砕機、ボールミル、圧砕機、又は他の類似の種類の粉砕設備を使って、石炭を粉砕しサイズを揃えなければならない。通常、こういった種類の設備を使って石炭のサイズを低減するためには、購入、保全及び運転費用の高い比較的重厚な大型の設備が必要となる。
【０００７】
他の例において、洗浄のシステム及び方法には、石炭燃料を燃やすか又は燃焼する前に、遠心分離機、ロータリドラム・フィルタ、流動層乾燥機、又は他の類似種の乾燥設備を使った大規模な乾燥作業が関わってくる。通常、このような種類の設備を使って石炭を乾燥するためには、複雑で多段階の設備が必要となり、これらもまた、購入、保全及び運転の費用が高額である。
【０００８】
他の試みでは、石炭の燃焼において発生する望ましくない副生成物の量を削減することを目指して石炭への一つ以上の触媒の添加が利用されている。例えば、石炭に添加されたある種の触媒は、石炭の燃焼中に放出される硫黄の量を削減することができる。また、これらの試みは、燃焼する石炭の、ＢＴＵ／ｌｂの増大といった、燃焼特性の向上を狙いとしている。しかしながら、これらの試みは、有害で処分又は貯蔵に費用がかかる一連の副生成物を生成する可能性がある。
【０００９】
この積年の問題を燃焼前で解決する策がない中で、石炭燃焼型電力公益産業に現在選好されている方法は、燃焼後の清浄化である。例えば、清浄化装置が据付けられ、排気ガスからＳＯｘ及びＮＯｘ化合物を除去して燃焼後の排気ガスを清浄化してきた。この種の設備及び他の類似システム及び工程は、据付、保全及び運転が高額である。残念ながら、この方法ではＣＯ２問題は解決されず、ＣＯ２ガスを捕捉して経路変更しようという最近の取組みは、有望とも実用的とも思えない。
【００１０】
最後に、多くの石炭燃焼施設は、低硫黄石炭を高硫黄石炭とブレンドし、全体としての硫黄を削減し、百万ＢＴＵあたりのＳＯ２が政府規制指標のポンドを満たすようにしている。これは、通常、水分を含有した重量のある石炭の長距離輸送と、多くの場合、石炭のコストと同程度かそれを上回る輸送コストとを必要とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（要約）
本明細書に記載するのは、電磁エネルギー（例、マイクロ波・エネルギー）を用い、石炭燃料の燃焼の質を向上する目的で、石炭のメカニカルな構造を変化させ、石炭の諸コア成分を個別に及び／又は集合的に変化させる方法、システム及び処理工程である。（例、水分を削減して、対象用途に対し最適レベルのＢＴＵ／ｌｂに増大させる；除去のより困難な有機硫黄を含めすべての形態の硫黄を削減する；灰分を低減しながら石炭の発熱量を維持又は向上させる。）
本発明の実施形態を、求める種類の石炭及び特性の変更に対して設計することができる。本システムを、モジュール組立型、サイズ可変型、及び携帯型又は固定型とすることができ、鉱山の地下又は地表、又は発電所施設の、インライン又はオフライン場所で使用することができる。処理パラメータを特定の用途に合わせて選択し、水、硫黄、及び灰分のような有用な副生成物を除去、回収することができる。オンライン及びオフラインによる方法を、フィードバック・システムとともに用いて、処理済み炭の特性を決定することができ、フィードバック・システムを使って、滞留時間（流速）、電力、エアフローなどのような処理制御パラメータを修正し、過剰処理又は処理不足をなくし、事前選択した所望の向上した特性を得ることができる。
【００１２】
処理工程は、場所（採掘口、地表採炭場、川下混合施設、又は発電所など、最終粉砕の前の任意の場所）を含む特定の石炭の情報の収集から始まる。別の考慮事項は、処理された石炭が使用される目的（例えば、もっと効率がよく、クリーンな燃料を石炭燃焼施設のボイラーに使うことができる；低硫黄で高揮発性の燃料を鉄鋼及び他の処理に使うことができる；化学処理のための特定用途燃料など）、及び求められている特性である。次に、処理を検討しているトン数、及び、石炭の粉砕又は選別のような検討が必要な既存の一切の取り扱い手順を識別する。次に、原料のサンプルを測定してその特性を判定する。最後に、求められる特定の処理燃料特性を得るためのシステムを設計する。事前設定可能な又はリアルタイムで変更できるシステム設計パラメータには以下が含まれる：処理装置に供給する量及びサイズに対応できる石炭投入取り扱いシステムの能力；割り当て時間内での処理に必要な規模及び流速を取り扱うための処理チャンバ／コンベア・システムの大きさ、形状及び型；対象の石炭に求められる特性を得るため必要な電磁気力の周波数及びパワーレベル及び持続時間；及び石炭が平均として必要な程度まで処理されていることを確実にするために必要な浸透深さ。
【００１３】
電磁気による燃焼前の乾式で単一ステージの石炭処理技術は、以下のように示される：石炭のメカニカルな構造を変化させ、これにより粉砕性を大幅に増大する；水分を低減し、ＢＴＵ／ｌｂを対象用途に最適なレベルに増大する；除去のより困難な有機硫黄を含めすべての形態の硫黄を削減する。灰分を削減する；及びＳＯ２ポンド／ＭＭＢＴＵ放出指標を大幅に低減しながら石炭の発熱量を維持又は向上させる。さらに、過去の多くの試みと違って、これらの方法によって、スラリーを形成することなく、又は、石炭を放射する前に、別途、溶剤又は他の液体を加えることなく石炭を処理することができる。また、本明細書に記載する方法は、従来の方法で試みられたような、単に、硫黄又は他のなんらかの単一の成分を石炭から除去する処理を優に上回って、これらの方法を使って、前記で明らかにしたようなさまざまな石炭の特性の各々に対する狙いを達成することができる。
【００１４】
本発明で説明する処理技術では、処理パラメータを変えることによって固形燃料の特定の燃焼特性を狙うことができる。例えば、この技術により、サイズと特性の分布を表すサンプルを使って、石炭のバッチに対して（石炭バッチごとに）さえも、効果的に特定の水分低減量を狙って、比較的狭い範囲のＢＴＵ／ｌｂを得ることができる。
【００１５】
脱湿に関する代表的結果を添付しており、これは、本処理工程の広範囲な適用性を示すため編纂した「最善」ではないが代表的な結果である。結果は、水分低減量％の大きさの順に並べられており、これらの方法及び装置によって、任意の石炭を所望の水分低減レベルにまで処理できるという事実の更なる証拠を提示する。またさらに、簡単な前処理試験によって、未加工炭中の灰分及び硫黄の量、及び特定の石炭が処理技術にどのように反応するかを評価することができ、また、その結果から、必要に応じ石炭の他の燃焼特性を向上させることができる。
【００１６】
本明細書に記載、説明する資料は、バッチ又は連続モードで設計され運転されるこれらのシステムが、特に下記の場合における石炭に対して、脱湿又は他の求める石炭燃焼特性を提供できることをさらに実証する：
・任意のランクの石炭において、下限約１％又はそれ以下までの任意の所望レベルまで％水分を低減する場合；
・任意のランクの石炭において、最高で少なくともゼロ％水分に対して有するレベルまで、又は少なくとも１、０００ＢＴＵ／ｌｂまで（本処理が、％灰分及び硫黄総計％をも低減して、それらがＢＴＵ／ｌｂのさらなる増大に寄与することにより）ＢＴＵ／ｌｂを増大する場合；
・任意のランクの石炭において、％灰分を削減する場合（例、少なくとも約２％削減まで）；特定の実施形態において、おおよそ１０％から５０％以上までの範囲の削減；及び
・あらゆる形態の硫黄を低減する場合（例、硫黄総計の少なくとも約２％、黄鉄鉱の少なくとも約３％、硫酸塩の少なくとも約５％、及び有機硫黄に少なくとも約１％を低減）；特定の実施形態においては、硫黄総計を２５％から５０％の間で、一部の石炭についてはさらに多くを削減する。
【００１７】
さらに、これらのシステム及び方法においては、アーク放電（及び発火）の危険を低減又は除去できる。従来、小サイズ化した炭塊及びサンプルサイズを用いて、アーク放電のリスクを低下させていたが、後記する本方法の実施形態においては、オンラインの測定、監視、及びフィードバック・システムが、付随する電力レベル、エアフロー・レベル及び滞留時間の調整によって、表面温度を制御しアーク放電を低減する機能を果たしている。
【００１８】
さらに、本発明者の、どのように電磁エネルギーは石炭に浸透するか、また、より高パワーレベルにおいてどのようにより大きな浸透深さを実現させるかに関するより進んだ理解によって、より大きな（例、商業レベルの）石炭スループット速度で、より大きな粒子サイズを有する石炭の効率的処理への扉が開かれた。
【００１９】
後記の添付図面において、いろいろな図面全体にわたって、同一の参照文字は、同一又は類似の部分を参照する。図面は必ずしも一定の縮尺比ではなく、「詳細な説明」において特徴付けられた方法及び装置の特定の原則を説明することに重点がおかれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（詳細な説明）
Ｉ．石炭
Ａ．一般
石炭は、化石植物から形成された可燃燃料であり、さまざまな有機化合物及びいくつかの無機化合物と結合したアモルファスな炭素を含む。Ｈａｒｏｌｄ  Ｈ．Ｓｃｈｏｖｅｒｔが「Ｃｏａｌ，  ｔｈｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐａｓｔ  ａｎｄ  Ｆｕｔｕｒｅ」（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９８７）（前記文書全体の教示を、参照として本明細書に組み込む）に記載しているように、「石炭は、柔らかく湿気をおび茶色がかった材料から、非常に硬くて光沢のある黒色の固体にまたがっており」、その物理的及び化学的特性は、炭材がどのようにいつどこで堆積したのか、それの元となる有機材料の種類、及び時間を経過による変化によって、大幅に異なり得る。従って、商業ベースで石炭を発掘、取引及び使用するためには、石炭の種類及び特性を分類し、標準化することが必要であった。石炭は、最粗悪品質から最良品質まで、次のような主な「ランク」にそれぞれ分けられた：
１）  亜炭、
２）  褐炭、
３）  亜瀝青炭、
４）  瀝青炭、
５）  無煙炭。
【００２１】
亜炭は、採掘状態で、非常に高い水分含有量と低いＢＴＵ／ｌｂ（３０００ＢＴＵ／ｌｂ近辺）とを有する。褐炭は、２０％から５０％以上にわたる水分量、及び、高く４０００台からおおよそ７０００までの範囲にわたるＢＴＵ／ｌｂを有する茶系黒色の石炭クラスである。亜瀝青炭は、褐炭中に見られる木理がない黒色の石炭であり、亜瀝青炭は、高い水分（通常３０％から３５％）及び褐炭と瀝青炭との間を埋めるような値のＢＴＵ／ｌｂを有する。瀝青炭は、もっとも幅広いバリエーションの化学組成を有する柔らかな石炭である。瀝青炭の水分は５％から２０％にわたり得、ＢＴＵ／ｌｂは１００００から１４０００を超えるまでの範囲のいずれかにある。米国では、瀝青炭は主として東部地域に見られる。無煙炭は、非常に硬い石炭で、採掘状態で、比較的低い水分含有量（通常＜５％）及び１４０００台のＢＴＵ／ｌｂを有する。これらのランクの各々は、またさらにサブ・カテゴリーに分類されている（ＡＳＴＭ、１９８１、Ｄ−２７９６、及びびＵ．Ｓ．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓｕｒｖｅｙ参照）。すべての場合において、石炭は、鉱山ごと、炭層ごとに違っており、各炭層内でも大きく違っていることが分かっている。
【００２２】
ランク全体における変動の最大範囲は、おおまかに言って次のようになる：
ＢＴＵ／ｌｂ      ＜４，９００  から  ＞１５，４００；
水分              ＜３．０％    から  ＞５０％；
灰分              ＜３．０％    から  ＞３５％；
硫黄総計          ＜０．２５％  から  ＞６．０％
個別の鉱山内で、ＢＴＵ／ｌｂは２，５００程度まで変わることがあり、水分は１３％程度まで変わることがあり、灰分は１３％程度まで変わることがあり、硫黄総計は３％程度まで変わることがある。
【００２３】
石炭の外観、組成、及び特性は（亜炭から褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、無煙炭までの間で、及び各ランク内で、及び各鉱山内又は炭層又は一握りの量の内で）非常に変動が大きいので、特定の燃料としての石炭の特性をどのように向上するかを一般化することは困難であって通常信頼性がない。本明細書では、ケース・バイ・ケースで石炭を個別に評価する。
【００２４】
Ｂ．石炭データベース
データベースは、以下に限らないが、オーストラリア、中華人民共和国、及び韓国からの低硫黄石炭、インドからの各種石炭、ならびに、カナダ及び米国（アラバマ、フロリダ、イリノイ、オハイオ、オクラホマ、ペンシルベニア、テキサス、及びワイオミングを含む）からの石炭を含めた幅広い種類の未処理炭及び処理済炭の測定値を集約したものである。
【００２５】
すべての粗鉱石炭バッチは、最初に試験され、その平均特性を判定された。商業ベースに最善に近似させるために、追加して別個の粗鉱サンプルが、処理のため各バッチから選出された；すなわち、前にいかなる変化も受けていないサンプルが選出された。こうした手順によって、十分なサンプルが選択され、それらの特性が粗鉱の平均を代表していることが確実になるようにした。
【００２６】
合理的な統計的サンプリング手法が使われ、数百の未処理及び処理済サンプルの外観、カラー、硬度、均一性、サイズ、及び重量、また、処理済みサンプルに対しては、その表面及び内部温度を調査した。このデータベースの一部には、米国ウエストバージニア、南チャールストンのスタンダードラボラトリーズ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）試験所のおよそ４５０の未処理及び処理済サンプルに対する試験結果が含まれており、これらサンプル測定値には、水分パーセント、灰分パーセント、揮発性物質のパーセント、固定炭素分のパーセント、ＢＴＵ／ｌｂ（受領状態、乾燥ベース、水分及び灰分なし；後記に明示）、諸形態の硫黄（総硫黄、黄鉄鉱、硫酸塩、有機硫黄、受領状態及び乾燥ベース各々のパーセント）、ハードグローブ指数（ＨＧＩ）、総水銀、灰分融解温度及び灰分鉱物質分析が含まれていた。
【００２７】
Ｃ．石炭評価に対する試験手順及び定義
第一のステップは、サンプルを粉砕し、少量を使って水分パーセントを測定することであった。サンプルの別の一部を使って、灰分パーセントを測定した（「受領状態」とは、試験の前に、サンプルに何もしなかったことを意味する。「乾燥ベース」は、受領状態測定に対して、サンプル中に水分がないと仮定した場合の調整を行った計算値である。ＢＴＵ／ｌｂも同じやり方で計算する、すなわち、値を受領状態サンプルに対して測定してから、水分がないベース（乾燥ベース）で計算する。次に、水分（Ｍ）及び灰分（Ａ）がないと仮定した場合の予測値について、同様な計算「Ｍ−Ａなし」を実施する。「諸形態の硫黄」は、同様に、受領状態のサンプルを測定し、次に同様に乾燥ベースで計算される。
【００２８】
ランダム・サンプリングが実施され、バッチ及び連続処理モードの双方で、外観特性及び測定された特性の間での比較が行われた。結果は、商業規模の量（時間当たり数十トンから数百トン以上）で処理した場合に得られるであろう結果を代表するものであるとさらに確信させてくれるものであった。
【００２９】
データベース編纂の一部として、さまざまな未処理及び処理済石炭、及び灰分黄鉄鉱及び有機硫黄のような、それらの個別成分についての実験測定が実施された。測定には、広範囲の電磁周波数にわたる吸収と反射とが含められた。誘電特性監視システムを使って、処理結果が化学組成に及ぼす影響として生ずる変化など、石炭の誘電特性の変化が測定された。誘電特性は、炭材がどのように電磁放射に反応するかに影響する。
【００３０】
最初に、さまざまな石炭が少量で、特別に設計された自由空間マイクロ波構成の中で試験された。この試験では、導波管を使ってマイクロ波放射をマイクロ波・チャンバから開放面上に取り出し、そこでいろいろな低パワーレベル及び時間で、小サイズのサンプルに放射して、観察、監視及び秤量することができる。次に、より大きなサイズのサンプルが、さまざまなマイクロ波・オーブン・チャンバ中で試験された。これらのオーブン・システムは印加するパワー及び時間を変化させることができる各種チャンバサイズのものとした。石炭サンプルサイズの小さいもの及び中間のもの（５ポンドまで）のほとんどで燃料特性が改善されたことが観測され、その後、バッチ・モードでほぼ４０ポンドまでのサンプルを処理するための、パワー範囲を変化させる能力を具えた大型チャンバ・システムが設計された（図１３−１５に図示した装置を参照）。より小型の処理システム及びより小サイズのサンプルでは得られて板所望の燃料特性と同一の燃料特性が上記の試験によって実現され、その後、時間当たりおよそ１０００ポンドを処理できる連続流動型の処理システム（図５−１２参照）を設計するというさらなるスケールアップに着手した。流動処理システムを使った処理試験をしたところ、より小さなサンプルサイズのバッチ・モード処理試験におけるのと同様に、燃料特性を改良できることが実証された、すなわち、主題の処理技術を広範囲の石炭種及び必要なフロー速度に容易に適応させて、所望の燃料改善特性を実現することができる。
【００３１】
ＩＩ．処理技術
Ａ．全体工程の概要
全体的処理工程ステップの順序を、次のようにまとめることができる。
【００３２】
１）  広範囲の電磁周波数における、石炭及びその構成成分による電磁吸収の測定
電磁放射を固形燃料／石炭を処理するための中心的入射線に選択したならば、それが石炭及びその個別構成成分に及ぼす放射の影響を把握することが必要である。この情報は、材料の電磁吸収及び反射、特に、誘電率の測定から得ることができる。誘電率は、材料の内在的特性であって、これを使って、マイクロ波又は他の任意の電磁放射に対する材料の反応を予測することができる。「電磁気」及び「マイクロ波」放射という用語は、本記載中、ある程度置き換え可能なものとして用いられる。場合を問わず、電磁放射が取ることのできる範囲には、本明細書の各箇所で挙げられている周波数が含まれ、これらの用語は、一部の規格ではより高い「マイクロ波」周波数ではなく、より低い「無線」周波数と見なせるものもあり、明細書中でも一部、このような意味で使われている。
【００３３】
未処理及び処理済みのいくつかの異なる石炭に対して、吸収及び反射の測定が実施されており、灰分、黄鉄鉱、及び有機硫黄のような、いくつかの石炭の構成成分の測定も実施することができる。同じ東テキサス褐炭である未処理及び処理済みの両サンプルに対する、０．５ＧＨｚから１８ＧＨｚまで（５００ＭＨｚから１８，０００ＭＨｚまで）の周波数範囲にわたる電磁放射の吸収の測定が、図１に報告されている。これらの測定、及び本発明者らのすべての測定から、以下の特質が明らかとなっている：
・右側から左側にかけての全体的な下降傾向は、低周波に移動するほどこの石炭（及びすべての石炭）の電磁放射の吸収効率が悪く、これにより石炭を通る放射の浸透度は低い周波数ほど高くなるという事実を数値化したものである。
【００３４】
・０．８、２．４５、５．７５、及び１１．６近辺に見られ、また、明らかに１８ＧＨｚ近辺から始まっているピークは、相互に関係しているように見える。例えば、１１．６ＧＨＺ近辺の吸収ピーク周波数は、ほぼ正確に、５．７５ＧＨｚにある先行の吸収ピークの２倍である。これらの特質は、試験されたあらゆる石炭の電磁吸収測定の中に存在する。本発明者らは、これらの特質は、石炭の一つ以上の主要構成成分、又はおそらく大きな分子（炭化水素又は硫黄）又はこれら双方に固有の反応を反映するものと考える。特に興味があるのは、事実、（ａ）これらの特質は、処理済の石炭においてもまだはっきり分かるが、バックグラウンドに対して大きく低減されていること、及び（ｂ）バックグラウンド（結合水）及びそのピークに対する周波数対吸収レベルが、処理済炭について大幅に低下していることが本発明者らの吸収測定のすべてにおいて見られたである。
【００３５】
これらの測定のため選択された周波数範囲は、用語をどのように定義するかにもよるが、ほとんどマイクロ波周波数をカバーし、おそらくは無線周波数の領域に含まれるより低い周波数をカバーする。マークされている０．３２２、０．４６０、０．９１５．及び２．４５ＧＨｚの周波数は、この範囲で国内及び一部国際的に使用を承認されている主要な電磁波周波数に相当する。２．４５ＧＨｚは、世界中のキッチン・マイクロ波・オーブンに広く使われており、もっとも一般的である。０．９１５ＧＨｚは、セラミックの硬化、ペースト、ペット・フード、ピーナッツ、及び不織布の乾燥などのような、マイクロ波乾燥用途に世界的に選択されている周波数である。これらが前記ピークの２つに近接していることに注目されたい。ほぼ５．７５、ほぼ１１．６及びほぼ１８ＧＨｚのピークはこれらの周波数がこの処理に使える追加オプションであることを示唆している。
【００３６】
これらデータは、中核となる電磁放射システムの設計に必要な次のステップの明確化を進めるための十分なインプットを提供している。これら情報の使用については後記（７項）で説明する。
【００３７】
２）  国内及び国際的なマイクロ波用途として利用可能で承認されている電磁周波数における、湿った及び乾燥した石炭への電磁放射の浸透深さの計算。
【００３８】
電磁放射と石炭との相互作用を理解する取組みにさらなる支援を受け、１９６０年代からいままでこのような調査に専念しているいくつかの研究所で、本発明者らの電磁放射と炭材との相互作用の調査に基づいて、広範囲にわたる理論的計算が実施された。これらの計算には、湿った及び乾燥した石炭、石炭の層、エア・ギャップとの接触についていろいろな物理パラメータ使っての電磁放射の吸収及び反射の影響、ならびに、温度の影響、及び広範囲にわたるインプット・パラメータに対する浸透の深さが含まれる。支援研究所の電磁放射測定には、粒子サイズ、形状、表面粗さ、及び電磁気特性の影響の調査を含めるようにした。
【００３９】
前記の４つの周波数の各々における浸透深さの計算を図２に提示する。計算は、２５℃の非結合水すなわち自由水（特性は温度によって変化する）に対するものであるが、異なる周波数における浸透深さの違いは、第一の近似として、石炭、特に高含水率の石炭にも当てはまる。言い換えれば、低周波に移動すると浸透度は非常に大きく増加し、示した例においては、０．３２２ＧＨｚにおける水への電磁放射の浸透は、２．４５ＧＨｚにおける浸透の３０倍より大きい。注目に値するのは、本発明者らの研究所における処理では、２．４５ＧＨｚにおいて、各種石炭に対し、予測されたよりも３から４倍深く浸透させることができたことである。本発明者らは、この差異の大部分は、水分が、単一又は複数の層でなく、石炭全体にわたってランダムに分布している事実によると考える。電磁放射がほとんど、あるいは全く水に遭遇せずに石炭を通る経路があり、このため、電磁放射は、より容易に、一部のケースにおいては直通で、これら領域の石炭を通過する。さらに、石炭及び拘束された水分の温度が上昇するとともに浸透は非常に大きく増大する。小さいがさらなる要因として、自由水と結合水との特性の違いがある。後に硫黄及び灰分の削減を実施する際に、石炭は、ほとんどの場合処理中に７０度以上になることが観測されているのに注目することが重要である。表面温度よりもが内部温度はさらに高くなり得るので電磁波の動作周波数の適切な選択と処理中に測定された温度に十分注意を払うこととによって深い浸透を確実にすることができる。
【００４０】
このような測定、特に脱湿測定は、周波数の低下による浸透深さの増大が、水の吸収効率の低下に比べると、この低下を償えるほど大きいものであるので、重要である（図１）。このような関係が直接関わるため、大型の商業的に成り立つスループットを実現する場合には、処理される石炭の浸透深さを増大する必要性が生じる。
【００４１】
３）  未処理炭の測定
石炭は、柔らかくて湿った茶色がかった材料から、非常に硬い光沢のある黒色固体にわたっており、その物理的及び化学的特性は、炭材がどのようにしていつどこで堆積したか、元の存在である有機材料の種類、及び時間を経過による変化によって大幅に異なり得る。サイズ及び形状、硬度、揮発減量、炭素含有率、微量鉱物質、燃焼及びその他の特性は、石炭の各ランク、鉱山ごと、各鉱山内の炭層ごとによって大きく変化する。
【００４２】
処理のため選択した未処理炭に対し以下の特性が測定される：水分、ＢＴＵ／ｌｂ、灰分、諸形態の硫黄（黄鉄鉱、硫酸塩、有機）、サイズ、構造、及び硬度（粉砕性）。処理の対象となっている一切の未処理炭又は粗鉱の特性の測定の第一ステップは、認められた規格によって石炭をサンプリングすることである。これらの規格には、ＡＳＴＭ規格Ｄ３８８（Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏａｌｓ  ｂｙ  Ｒａｎｋ（ランクによる石炭の分類））、Ｄ２０１３（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ  Ｃｏａｌ  Ｓａｍｐｌｅｓ  ｆｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（分析のための石炭サンプルの作成方法））、Ｄ３１８０（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ  Ｃｏａｌ  ａｎｄ  Ｃｏｋｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｒｏｍ  Ａｓ−Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｔｏ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｂａｓｅｓ（直接測定値から異なるベースへの石炭及び石炭分析の計算に対する標準的技法））、及び米国地質調査公報１８２３（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｃｏａｌ（石炭のサンプリング及び無機分析の方法））が含まれる。一部の石炭及び褐炭については、構造（例、滑らか又は粗い又はプレート状）、色合い（例、一部の粉状アジア褐炭のような茶色、黒色で硬いテキサス褐炭、線又は縞模様又はパッチ状）、及び組成（例、明らかな灰分又は黄鉄鉱の片、又は一部の褐炭に見られる植物性物質又は樹木の木材基調の片）、湿った又は乾燥した、サンプルサイズの分布などに関して観察可能な大きな違いがある。また、観察された石炭の多くの違いの各々を十分に調査するため、一部の未処理炭サンプルは、前記のような観察可能な特性だけに基づいて、試験のため選出され、これらの特質を持つ石炭をランダムに混合したサンプルも一部選出されている。こういった多様性に備えた単一のサンプリング規格はないので、このような違いに対する未検証が生じないような、包括的で一貫性のあるサンプリング方法が開発された。
【００４３】
石炭の燃焼特性のすべてを向上させるための主題の石炭処理技術の目標を追求する、次のステップは、考えられる最大範囲のさまざまな石炭の物理的及び化学的特性の試験に対して、認証され経験があって広く認められている試験所（スタンダードラボラトリーズ社（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ）のような）を選択することである。以下の特性の各々の測定が可能であること：水分パーセント、灰分パーセント、揮発物質パーセント、固定炭素パーセント、ＢＴＵ／ｌｂ（受領状態、乾燥ベース、及び水分及び灰分なし状態）、諸形態の硫黄（総計、黄鉄鉱、及び硫酸塩及び有機硫黄、受領状態と乾燥ベースで）、ハードグローブ指数（ＨＧＩ）、水銀（ＰＰＭ乾燥状態）灰分溶融温度、及び灰分鉱物質分析。本明細書で用いる用語は、スタンダードラボラトリーズ社が定義したもの、石炭試験業界に共通なもの、及び他所で定義されたものである。
【００４４】
（ａ）異なった外観に従って選択されたサンプルを網羅する以上にさらに十分多くのサンプルを試験すること、（ｂ）試験に必要な量より多く各サンプルの量を送付すること、（ｃ）すべてのケースについて、サンプリングに用いた基準を注意深く記録すること、及び（ｄ）試験のため送付した未処理炭の各バッチからの管理用サンプルを維持することが大切である。試験結果及び使われなかったサンプルの残りを試験所から受領した後、結果を、例えば、さまざまな統計的抜き取り、平均計算などができる表計算シート（例、エクセル（商標）ソフトウエアを使用する）に記録することが重要である。また、試験結果を注意深く調べ、観察された外観の違いを含めて、試験結果と使用した各種サンプリング基準との間の相関可能性を見出すようにすることが重要である。このようにして、サンプルを採取した石炭のバッチを平均して代表すると言える特性の分布又は範囲を、十分かつ適切に特徴付けることができる。
【００４５】
４）  処理目標の明確化（例、求められる特性及び処理の量）
次には、いつもそうとは限らないが、通常、自分たち自身の石炭又は自分たちの特定の必要性のため購入する外部の石炭の特性の向上を求めている当事者によって、処理の目標が定められる。これらの目標に、すべての石炭を同じように改善するか、あるいは石炭の一部をより高い特性閾値に処理してこれを未処理の石炭とブレンドし、平均で所望の全体特性を得ることによって、石炭の一つ以上の特性を向上することを含めることができる。例えば、低グレード、低ＢＴＵ／ｌｂの褐炭を燃やす発電所は、多くの場合、より高グレードの西部炭を取り入れて、より低グレードの石炭とブレンドして、排気物の低減と運転効率の増大を目指す。
【００４６】
他の重要な検討事項は、求められているスループットに関係する。年間２５，０００から５０，０００トンしか使用しないような小規模ユーザにとっては、より低いコストオプションは、バッチ・モード又はバッチ／連続モードでの処理であるかもしれない。後者の方法は、石炭を収納した箱容器又はドラムを使い、電磁放射処理サラウンド・システム下の位置に移動し、処理し、処理装置から外し、処理ラインに沿って移動し、取り出し降ろしながら、一方で、引き続く石炭を収納した容器を、処理の位置に移動する。ほとんどの石炭取り扱い及び処理において必要な、非常に大きなスループットにおいては、石炭は連続進行方式で処理される。これは、どのような処理システムに対しても、最も困難な要求の一つを課しており、このことが、科学者及び工程技術者のチームが、燃焼前に石炭を処理するための有用で経済的に成り立つ手段の開発を目指して数十年の間たゆみなく作業をしてきたにもかかわらず成功しないいくつかの理由の一つになっている。処理システムの設計及び運転に対するスループットの重要性を、後記の第７節の例によって示す。
【００４７】
５）  小規模（１０から４０ポンド）の実験室試験を用いた、主要処理パラメータに対する各石炭の実際の反応の測定
石炭に対し実験室制御の設定によって処理前試験を実施し、現場用に設計されている処理システムに対する石炭の反応を事前に測定する。この試験による情報によって、処理システムが、設計された目標を実際に満たせることを確認する。石炭バッチは、系統的にサンプリングされ処理され、その結果によって重要なインプットが中核的処理システムの設計に提供されることを確実にする。
【００４８】
試験には、その目的のために特に設計された多目的な実験処理システムが使われる。本実験室システムは、次のような特質を有する：
・マイクロ波周波数は２．４５ＧＨｚである。図１及び２から得られた情報によって、現場用に設計された処理システムとは異なる周波数で「事前処理」することができ、その結果を現場システム周波数において予期される結果と関係付けることができる。この相関は、同一バッチの石炭を処理して、連続モードにおける２つの異なる周波数と、バッチ・モードにおける同じ周波数の一つを用いて得られた特性との見事な一致によってさらに検証された。
【００４９】
・サンプルを放射するために、使い易い前面積載型で、１０から４０ポンドを処理できるハーメチック・シールされたマイクロ波漏出防止型チャンバを具備する。これより少量の処理では、石炭の現場処理用として設計された多重パラメータ・システムに対する反応を適切に評価するのに十分なサンプルの処理を確実にすることより困難となる。
【００５０】
・システムは、印加する電磁パワーを、数百ワットから３、０００ワットを上回る範囲で任意の量に変える能力を提供する。この柔軟性は、一部は、本発明者らが３つのマグネトロンを使用したことによるものであって、瞬間的なパワーレベルの変更とほぼ同等になるように、パワーの動作周期を短い間隔に設定している。
【００５１】
・前記の３つのマグネトロンは、注意深く配置され、「適切な」磁界方向を得られるようになっている。例えば、３つのマグネトロン１００２のアウトプットの各々は、別々に三角形の導波管を通って、経路中の、同調器１００３及びパワー監視ポート１００４を具えた処理キャビティ中に導かれる（図１３参照）。マイクロ波の分極方向は、電界はこれと同調して振動し、キャビティ入り口における導波管口の広い側に対し垂直である。隣り合うどの２つのインプット極性形成も、それぞれ２つのマグネトロン源の間のカップリングが最小化されるように、適正に、例えば相互に垂直に、方向付けされていなければならない。同様に、望ましくないマグネトロンの相互作用が最小化されるように、３つの入り口も適正に配置される。これらマグネトロンを、各々のパワーレベルを選択して、単一で又は一緒に使用することができる。前記の同調器の移動プローブの位置と深さとを調整（又は設定）することにより、出力源と負荷との間のいわゆる「インピーダンス・マッチング」によってマイクロ波・パワーの効率的な流れが得られる。同調は、図１３に示すパワー監視ポート１００４に検知器をつなぐことによって、簡単に監視される。水を使って、広範囲のタイミング及び温度での試験が行われ、各マイクロ波・パワー監視ポート１００４においてキャビティに流入するパワー大きさが測定され、キャビティ中のさまざまな場所における所定量の水温度上昇の測定によって、吸収されている実際のパワーが得られる。モードの混成［すなわち、チャンバ中の電磁波のパターン又は波形］が試験され検証される。校正が実施される。チャンバ及び、別に電源に対して、大規模な空調が行われ、それらの安定性を維持する。
【００５２】
・また、システムは、エア流量を制御する能力を具えており、不活性ガスを使用又は使用しない。エアフローの強制取り込みをするための入り口ポートが具えられており、エアフローが搬送してくる、処理チャンバから発散する液体及びガス類のための出口／捕捉セルが備えられている。処理中にチャンバ内の石炭の表面温度を遠隔測定するための利用可能ポートが一つあると役立つ。
【００５３】
このシステムは、水分含有量、灰分含有量、硫黄含有量、又は微量鉱物質含有量のリアルタイム測定、又は処理制御装置に結合されたフィードバック・システムを必要としない。同様な能力を持つ任意のシステムを、本明細書に概説した目的に使えよう。
【００５４】
スタンダードラボラトリーズ社及び他の石炭試験所による石炭試験の第一ステップは、サンプルを粉砕し、そこで求める特性を測定することである。返却された粉砕済みのサンプルを「処理」することは商業ベースで処理するやり方と食い違うことになるので、この場合、粗鉱状態の石炭を処理した場合にも、処理前に粉砕した同じ石炭を処理して得られたのと同じ結果が得られることを証明することが必要になる。このことは、処理に先立ち鉱山又は発電所において石炭を粉砕するため必要なさらなる容認できない時間とコストを追加することになろう。
【００５５】
前記の懸念に基づいて、本発明者らは、スタンダードラボラトリーズ社が試験後返却してきた粉砕済みの石炭でなく、必ず粗鉱状態の石炭を処理することを選択した。同じ石炭の処理前及び処理後の試験より、さらに代表性のある結果を得るために、処理する各々の石炭バッチから、粗鉱未処理炭の２つの異なるセットを選出する。このアプローチにおいては、未処理炭及び処理済み炭の各セットについて十分なサンプルが試験され、本方法が実際に統計的に有意であり、未処理及び処理済み炭の特性を平均として明確化していることを確実にする必要がある。これらの測定値の卓越した再現性は、このアプローチを強く支えており、例えば、きっかり同じ初期重量を持つ異なったサンプルは、同じ方法で処理された場合、ほぼ必ず正確に同じ重量を失う。さらに、本発明者らは、同じ石炭の「粉砕サンプル」を処理した場合、同レベルの処理システム効率、及び結果の整合性を達成できなかった。
【００５６】
処理工程におけるこのステップは、意図する石炭のための中核処理システム設計を明確化し、洗練することを意図したものであって、最終処理システムの本格的な試験を置き換えたものではないことに注目されたい。
【００５７】
６）  各石炭についてのベースライン情報の収集
処理を検討している各々の石炭の場所（炭鉱又は公益施設）、その量及び移動の方法（コンベヤベルト又はトラック又ははしけ及び／又は石炭列車など）、利用可能なシステム占有面積、利用可能な電力及びコスト、及び処理装置への石炭の運び出し入れの最善の方法といったベースライン情報が収集される。鉱山又は発電所敷地における適切な電力及び水の利用可能性、利用可能なシステム占有面積（通常、発電所では限られている）、及び現場に石炭を輸送する手段及び速度のような検討事項は、場所ファクター、処理システムのサイズ、構成、及び設計に直接に影響する。ほとんどの鉱山及び発電所では石炭の搬送にコンベヤベルトが使われており、サイズ、速度及びベルト材料はさまざまである。既存のコンベヤで、石炭の処理システムへの入り出し搬送をし、一部の例では、処理チャンバを通過させることさえ期待されているので、処理システムの出入り口における供給は対象となるコンベヤ・システムに対して設計されサイズ合わせされる。コンベヤベルトを処理チャンバに通過させる場合には、その材質は、特に重要となり、処理システムの設計及び運転双方において考慮に入れなければならない。例えば、金属（電磁反射性）又は非金属（電磁吸収性）のベルト材料は、非常に異なる電磁影響をもたらし、スクリーンは微粉及び小粒子を減耗排出し、これらが搬送システムの機械的問題を生じる可能性がある。
【００５８】
また、ベルトが処理チャンバを通り抜けて供給するにせよ、あるいは処理システムの石炭供給システムと連結されているにせよ、コンベヤベルトの積載能力と速度とは、処理システムのスループット能力及び作動を直接決定する。
【００５９】
７）  前記の１）から６）で得られた情報を使用した、処理対象各選択石炭バッチのための中核処理システムの設計、開発
以下は、所定の固定燃料又は炭種に対し、特定の処理後燃焼特性又は諸特性を得るための電磁放射ベースの処理システムの設計の一通りの例示を意図したものである。
【００６０】
初期想定、要求事項及び選択：
３６％水分と７３００ＢＴＵ／ｌｂとを有する未処理褐炭（後記「実験結果」セクションの表２中の石炭と同じ）を、２３％水分及び８０００ＢＴＵ／ｌｂを目標として処理する。表３は、非常に小さなサンプル（数ポンド）を適度なパワー（５から２０ｋＷ）で短時間（１０から１２０秒）処理した結果をリストしたものであって、この例の意図は、同一の石炭だが、ずっと大量で、従ってずっと高いパワー、しかし類似の滞留時間を持つ石炭を、どのように処理できるかについてのガイドを提供することである。
【００６１】
スループットは、時間当たり１０トン（ＴＰＨ）又は年６６，０００トン（３３０日、一日あたり２０時間に基づく）に設定し、褐炭を連続又は進行ベースで処理する。処理速度（ここでは１０ＴＰＨ）は、通常、現行の鉱山アウトプット又はアウトプット中の処理対象分、及び既存の石炭取り扱いシステム、又は処理予定石炭量を取り扱うための改造後のシステムに基づいてユーザが選択する。
【００６２】
典型的な当初の鉱山粉砕作業所からの出口での褐炭の塊の最大サイズは、最大寸法でほぼ８インチなので、処理チャンバ投入スロット及び他の石炭通路のクリアランスは、高さ９から１０インチである。他の方法として、前処理ステップを用いて、大きな塊を選別除外するか、あるいはそれらをより小片に砕く。チャンバ寸法は重要であり、多くの場合電磁放射システム設計パラメータを制限する（後記参照）。
【００６３】
電磁放射の周波数については図１及び２を参照のこと。
【００６４】
２．４５ＧＨｚのマグネトロン（マイクロ波を発生させる基本エレメント）は、主に、比較的低パワーの実験室、商業用及びキッチン・オーブン用途に使われ、本明細書に記載する方法によって効果的に処理を行うため必要な高パワー（例、７５ｋＷ以上）を持つようには製作されていない。さらに、２．４５ＧＨｚは、石炭及び石炭キャリヤに必要な浸透深さ量を提供しない。この周波数において最適に設計された電磁放射システム（高い効率、均一性及び安全性）の導波管及びチャンバの寸法は、小さすぎて、１から２インチより大きい石炭サイズには適応できない。
【００６５】
多くの電磁放射乾燥の用途において０．９１５ＧＨｚが選択周波数となっており、７５ｋＷ及び１００ｋＷマグネトロンは実績があって広く利用可能ており、これをともにまとめて大規模石炭処理に必要なパワーレベルを実現することができる（後記参照）。限られた浸透深さ及び小さな電磁放射システム寸法によって、この周波数の使用は、比較的小サイズ石炭の低スループット処理に限定されている。
【００６６】
０．４６０ＧＨｚの電磁放射を発生させるマグネトロンは、米国では製造されておらず、これらの実施状況及び保守及び約束納期遵守には困難があった。
【００６７】
商業市場としては比較的新しく、米国において、０．３２２ＧＨｚを発生させるマグネトロンが、いろいろなパワーで製造されている。
【００６８】
例えば、時間当たり１０トン（２０，０００ポンド）の石炭を処理する場合、１３％の水分削減は、トン当たり２６０ポンド、この場合時間当たり２６００ポンドの水の除去に相当する。
【００６９】
処理の前及び直後のサンプル重量の測定によって、水分パーセント削減に直接関連させられる情報が得られる。処理が終了した後３０分、及び２４時間後の追加の重量測定により、必ずさらなる重量低減が見られ、処理後の後遺重量低減は合計３から５％となる。本発明者らは、主作業の電磁放射処理に先立った前加熱フェーズ（例、熱又は赤外放射を使用する、別のチャンバ又はチャンバの別部分において後で印加される電磁放射とは異なる周波数）の採用によって、非常に控え目に見てさらに重量を２から３％削減できると見積もっている。ここに挙げた例を一緒に取り入れると、目標の１３％水分削減は、控えめに見ておよそ８％目標にまで下げることができ、処理の電磁放射部ではこれを目標値にする必要があることになろう。この「前加熱」による低減によって、電磁放射処理では、前記実施形態において必要であったトン当たり２６０ポンドの水分除去の代わりに、１６０ポンドを除去するだけでよいことになる。
【００７０】
１００％の効率で、１ｋＷの電磁放射エネルギーによって、室温において時間当たり３．０５ポンドの水を蒸発させることができる。うまく設計された電磁放射システムでは、そのエネルギーの９８％は吸収されて熱に変換される。参考として、１ｋＷの電磁エネルギーの印加のためには、およそ１．１５ｋＷの電力が必要であり、２．９８９ポンドの水を蒸発させる。従って、１６０ポンドの水分を除去するには６１．６ｋＷの電力が必要となる［すなわち、１６０ポンド掛ける印加電磁パワー１００ｋＷあたり１．１５ｋＷ、割る２．９８９ポンド］。前記より、時間当たり５３３ｋＷの電力必要量を得る（２０、０００ポンド割る水分３００ポンド、掛ける１００ｋＷの８％）。従って、３つ別個の２００ｋＷシステムを用いることができる。処理システムは、システムが利用可能な占有面積、及び場所に合った材料取り扱いシステムに応じて、並列に又は直列ラインにして使用される。
【００７１】
他の処理パラメータ及び所見：
・コンベヤ処理システムにおける処理時間及び滞留時間：
処理時間（サンプルが放射に曝されている過程）は、処理チャンバ、利用できる電磁パワー、及びサンプルサイズ如何によって、通常、５秒から４５分である。小さなサンプルには、より短い処理時間等が必要である（表３参照）。高スループット処理に対して滞留時間を適切に調節することができるが、現行機器のパワー限界から、高スループット（時間当たり数百トン）は、いくつかの別個の処理システムを連結することによってだけ実現することができよう。
【００７２】
・チャンバ雰囲気：
処理から発生する液体及びガスを取り除くために相当なエアフローが設けられる。不十分なエアフローは、水分のチャンバ表面への凝結を生じさせ、電磁効率の低下及びアーク放電及び発火可能性をもたらすことになり、これは避けなければならない。必要なエア流量は、処理チャンバのサイズ、処理されるサンプルのサイズ、チャンバ内に放出される副生成物の量、エア温度などの如何による。十分なエアフローを確認する簡単な方法は、定期的に処理を停止し、チャンバ表面を観察して濡れていないかどうかを点検することである。同時に、ホットスポットにより発生する可能性のある石炭ヒビ、何らかの白色化、又は発赤の有無を観察するのが有益である。最後に、副生成物が配管又は捕捉コイルを通ってチャンバから抜け出ていることが観察されれば、エアフローは適切であると考えられる。
【００７３】
・石炭温度：
水分低減に対してだけいえば、石炭表面温度を１００℃以下に保つべきである。これは、携帯型（赤外線）温度センサで簡単に、又は処理チャンバ内部に配置された温度プローブによって遠隔でも監視される。
【００７４】
・不活性ガスの使用：
石炭温度が、水分削減に対し推奨されたレベルに維持されている場合、発炎及び燃焼は発生しないはずであり、不活性ガスは必要ないことになる。不活性ガスが用いられた実施形態においては、少なくとも時間当たり１５立方フィートの流速でチャンバを流通させることができる。
【００７５】
・水素：
水分低減に水素ガスは必要でない。但し、処理の硫黄低減フェーズにおいて水素ガスを供給することができる。
【００７６】
・水分、灰分、硫黄、微量鉱物質及び温度のオンライン測定システム：
実際面では、測定及びフィードバック・システムは、電力、印加電磁気パワー（及びパワーレベルとそのオン／オフ動作周期を変更する機能）及び処理時間のような処理パラメータと結合されており、処理不足又は過剰処理がなく目標とする特性レベルが達成されることを確実にしている。
【００７７】
ここに取り上げた例、及び前記で推奨された他の場合においては、印加電磁パワー及び曝露時間だけを変更する必要があり、表面温度だけを監視する必要がある。
【００７８】
・組織内及び石炭認証試験所での燃焼特性の試験：
重量減損と水分パーセントの低減とには直接的な相関があるので、処理の前後及び処理中においてさえも、重量測定値を採取することを処理工程管理の一部とすべきである。最後に、石炭の試験所は、迅速で正確な水分パーセント及びＢＴＵ／ｌｂの測定値を提供でき、これにより目標とされたレベルが達成されていたことをさらに検証する。
【００７９】
８）  地域、州、及び連邦政府の許可制度及び法的要求事項、ならびに、副生成物の回収及び取り扱いを含め、それらの処理システム設計及び運転に及ぼす影響の調査
前記の要求事項のすべてを満たすことのできる、乾式単一段階の処理システムを設計することは可能であろうか？一言でいえば「イエス」である。しかしながら、特定の石炭に対し求められる特定の特性を提供できるインテリジェント処理システムの設計を確定する前に、まず、処理システムが使われる場所に対する地域、州、及び連邦政府の許可制度及び法的要求事項を注意深く調査することが必要である。これらの要求事項は、石炭処理システム設計及び運転の双方に影響を与えることがあり、多くの場合与えている。これらの要求事項を考慮に入れた後、前記の中核処理システムを必要に応じて変更することができる。
【００８０】
諸鉱山及び石炭燃焼公益施設は、多くの場合、運転場所の２つの分野に対する、またある分野内であってもこれに対するシステムの設計及び運転の違いから来る、違ったセットの要求事項を有する。例えば、多くの施設は、現在使用が許可されている石炭と異なる特性を持つ一切の石炭を取り扱い、燃焼するためには、たとえ「新しい」石炭がよりクリーンで、より環境に優しいとの記録があっても、事前に承認を求めなくてはならない。これによって、ＳＯ２又はＮＯｘ又はＣＯ２の排出規制のような特定の燃焼要求事項を個別的に又は集合的に満たすように処理システムを設計するよう要求することさえできる。要求事項の一部は、よく使われる用語「環境影響声明」と似たようなものである。このような要求事項の例には以下の事項が含まれる。
【００８１】
・処理工程からの液体、固体及びガスの放出：
液体、固体及びガスの放出は、図４に概要を示したエレメントによって管理できる。処理によるあらゆる副生成物を封じ込めるシステムであっても、法的な取り扱い及び回収要求事項を満たしているとの認証を受けなければならない。
【００８２】
・処理工程から発散する臭気：
副生成物の封じ込めそれ自体は臭気を排除するものでないが、副生成物エアフロー・システムによって臭気を最小化すべきである。相当の残存臭気がある場合には、エア・キャリヤを介して吸収材を添加し、臭気を吸収するか他の方法で最小化することが必要になることがある。
【００８３】
・火災及び爆発制御：
温度センサ、赤外線検知器及び画像化システムのような、これらの要求事項を満たすための標準的手順及びシステムが利用可能である。
【００８４】
・塵埃管理：
石炭を取り扱うどんな環境でも問題であるが、塵埃の発生は、主としてチャンバへの石炭の出し入れに関連する。この石炭の移送は、一部は既存の事業所内のコンベヤを使って行われると予測されるので、外部への塵埃はわずかなはずである。システム中で発生した塵埃は副生成物取り扱いシステムによって制御することになろう。
【００８５】
・大気汚染（煙霧又はフォッグを含む）、化学物質及び有害物質：
出荷前に適格性審査試験を実施し、システムが大気汚染、又はほぼ汚染がないことを検証することになる。有害とはされていない不活性ガスの使用可能性の他は、化学物質又は有害物質をシステムで使用又はこれへの持込みはしない。
【００８６】
・安全及び電磁放射の封じ込め：
マイクロ波放射への曝露に対する安全レベルは厳格に規制され、マイクロ波放射を使用するあらゆる処理システムは、これらのレベル及びガイドラインを満たすことの適格性審査を受けることを要求されている。大規模マイクロ波乾燥システムの多くの製造者は、自分たちのシステムを、石炭処理に必要な、大きなスループットのための使用には非実際的で不適なように構成することによって、これらの規則を満たしている。
【００８７】
一つの解決策は、マイクロ波を最小化又は完全に封じ込めること、すなわち検知可能な漏洩がないことに重点を置いている製造者のマイクロ波・システムの一つを使用することである。処理後にマイクロ波・チャンバから出てくる材料は、マイクロ波に曝された後であっても、そのレベルは非常に低いとはいえ短時間の間あるレベルのマイクロ波放射をまだ放っているのであって、これにはキッチン・マイクロ波・オーブンから取り出される食品も含まれる。マイクロ波を外に出さないシステム内部設計に加えて、適切に配置された金属スクリーン及び金属ダクトテープによってシステムを外部から遮蔽することができる。いずれのケースにおいても、マイクロ波漏洩点検のため定期的で系統的な現場調査を行い、安全システムに問題がないこと確認する。特定用途のため製作されたマイクロ波検知器を購入又は設計することができる。
【００８８】
９）  中核処理システムの変更
前記８項の情報に基づいて、必要に応じ、中核処理システムの設計を変更する。
【００８９】
１０）  ４つの主要処理システムの各々の設計、製作及び試験
４つの主要処理システム（すなわち、前加熱システム、電磁放射システム、複数パラメータ測定及びフィードバック・システム、及び副生成物取り扱いシステム）を設計、製作し、別々に試験する。
【００９０】
１１）  結合及び共同運転時の４つのサブ・システムの機能試験
次のステップは、４つのサブ・システムを結合し、共同運転した時のそれぞれの機能試験を行い、その後に端から端まで全体の処理システムに対する適格性審査及び検証試験することであり、終端間の全体試験は、処理工程が設計された対象の石炭バッチのサンプルを使って実施する。
【００９１】
前記のステップ１０及び１１によって、実験室及び商業施設で使用され、さらには多くの場合装置を遠隔制御しなければならない海洋、大気圏、及び宇宙環境において使用される、いくつものサブ・システムで構成された大きなシステムを開発する際に用いられる、実証され効果的で標準化された方法が提供される。
【００９２】
１２）  現場への据付け
全体処理システム性能試験が合格完了した後、カスタム設計され、十分に試験されたインテリジェント処理システムは、意図された運転場所に出荷される。到着したならば、システムはさらに試験され、輸送取り扱い及び出荷による変化がないことを確実にする。そこで、処理システムは意図された位置に移動され、既存の現地の石炭取り扱いシステム又はその改造体、出力接続部、水、及びエア又は、必要に応じ、不活性ガス生成システムに結合され、稼動に供する前にさらに試験される。
【００９３】
Ｂ．制御、監視及び管理
周波数又は他のパラメータの選択によって順序を別途変更するように制御されていなければ、水分及び次の灰分次の硫黄の放出の後で石炭素地が破砕する。一部の石炭においては、各成分放出段階は、別々で区別でき、他の石炭ではこれら段階はオーバーラップする。例えば、あるものは水分がまだ放出中に灰分及び硫黄の放出が始まる。
【００９４】
処理の全体的均一性の監視の一つの備えの手段として、石炭の処理中に、処理チャンバのいくつかの位置で石炭の表面温度を測定する。石炭のサイズ、形状及び特性は均一でなく、コンベヤ上に均一に散布されていないので、このような温度測定値は、「平均」で代表データを提供すると見なされる。さらに、石炭は破砕されつつあるので、測定された温度の一部は、内部温度に近いことがあり、通常いくらか高めになっている。目的は、こういった区域におけるマイクロ波・パワーを必要に応じ調整して、大きな温度のバラツキを回避する機能を具えることである。
【００９５】
石炭から放出される水分を、以下に限らないが、こういったいくつかの方法のいずれかによって回収することができる：
・水分をチャンバの壁に凝結させ、処理チャンバの下にある回収、貯蔵システムの中に、乾燥エアで吹き落とすことができる；
・水分を含有するエアを、強制乾燥エア（正圧）によって、処理チャンバの軸沿いにチャンバの外に追い出し、そこでエア中の水分を凝結により回収することができる；及び
・水分を含有するエアを、強制乾燥エア（陰圧）によって引き出し、そこでエア中の水分を凝結により回収することができる。小粒子（微細粉ではない）及びガスは捕捉セルにエア駆動され、そこで回収、分離及び貯蔵される。
【００９６】
脱湿及びＢＴＵ／ｌｂ向上が、主たる又は唯一の求められる特性変化である場合、オンライン水分分析装置及びフィードバック・システムを含めることができる。このシステムは、所望のＢＴＵ／ｌｂを提供できる水分レベルに処理過程が到達した時期を判定することができ、システムは、そこで必要に応じ、処理を変更するか停止することができる。
【００９７】
灰分及び硫黄の特定量の削減が求められる主たる変化である場合、オンライン化学物質（硫黄及び配分）シグネチャ・レベル分析装置を含めることができる。前記同様、フィードバック・システムを使い、オプションとして、処理を変更又は停止させることができる。また、オプションとして、必要に応じ、オフラインのサンプリング、重量測定、及び試験ステーションを使用することもできる。
【００９８】
実際面ではほとんどの石炭に対して、オンライン又はオフラインの最小限のサンプリング及び試験が必要であり、処理操作者は、過去の経験を用いて、所望の石炭特性レベルに到達した時期を判定することができる。石炭は、チャンバから、システムの場所と処理フロー速度とに合わせて設計された排出シュート（例えば、シュートを、投入ステーションに供給するようにしたり、別のコンベヤに連結するなどの設計をすることができる）に取り出される。
【００９９】
全体としての結果は、この処理方法は、システムをカスタムに設計できる能力によって、「設計者」の石炭を生産することができることである。すなわち、任意のランク及び形態の石炭を処理して、顧客の選択に沿って幅広く選択可能な任意の特性レベルを持つ新しい違った石炭にすることができる。言葉を換えれば、これらの方法を使って、生の未処理炭には見られなかった広範囲の向上した燃料特性を持つ新しい石炭を生成することができる。
【０１００】
Ｃ．本方法の実施形態
図３に、典型的方法１００の流れ図を示す。方法１００は、石炭又は別の炭素ベースの燃料のような燃料の燃焼特性を改善するための取り扱い及び処理ステップを例示したものである。さまざまなシステム及び装置の任意のものによって、方法１００を実行、又は別なふうに実施することができる。例として、図４に概略的に占めしたシステム２００によって実行される、方法１００を以下に説明し、図３の方法例を説明する際に、システム２００の各種エレメントを参照する。本発明を、他のシステム及び処理工程においても、同様に実行し具現化することができる。以降、添付図面中に図示された本発明の典型的な実施形態を詳細に引用することになる。図面全体を通し及び以降の記述において、同じ参照番号を使って同一又は同様部品を参照する。
【０１０１】
図３に示す各ブロックは、典型的方法１００において実施される一つ以上のステップを表す。ブロック１０２において、方法例１００は、ブロック１０２から開始され、処理のための未処理燃料が受領される。例えば、方法１００は、図４に示し後記に説明する未処理燃料セクション２０２において処理のため未処理炭を受取ることができる。
【０１０２】
一部の例においては、未処理燃料サイズ揃えされる。未処理燃料は粉砕装置で所定のサイズに揃えられる。例えば、図４に示し後記で説明する未処理燃料セクション２０２によって未処理炭のサイズ揃えをすることができる。
【０１０３】
ブロック１０２の後はブロック１０４となり、ここでは燃料の組成特性が測定される。燃料は分析され、燃料の水分含有量のような組成特性が測定される。例えば、処理コンベヤ・セクション２０４及び／又はフィードバック・システム２０６（図４に示す）とともに水分分析装置を使って、燃料の水分含有量を測定することができる。
【０１０４】
ブロック１０４の後はブロック１０６となり、ここでは消費者が所望する石炭の特性が決定される。所望の燃料特性と未処理炭の組成とを用いて、選択した処理システムの「設計」パラメータが設定される。印加するエネルギーのパワー及び持続時間を、水分含有量のような所望の燃焼特性に基づくものとすることができ、また、電磁放射発生装置２０８（図４に示す）と燃料の速度又はスループットとの相対関係に基づいて決めることができる。「持続時間」を動作周期の形とし、これによりパワーをオンとオフとでサイクルさせ、パワーレベルを低減することができる。前記の例において、未処理炭の水分含有量と所望の特性とを用いて、「設計者」石炭を生成するのに必要なウェーブ・エネルギーの量及び他の処理パラメータを決定する。フィードバック・システム２０６は、水分分析装置を使って燃料を監視し、電磁放射・エネルギーのパワー及び持続時間を選択的に調整して所望の水分レベルを得ることができる。
【０１０５】
後記のシステム実施形態において、一連の電磁放射発生装置（２０８と同様なもの）を作動させ、電磁放射発生装置に隣接して通過するコンベヤ・ベッド又は処理コンベヤ２０４上の石炭ベッドに、選択した量の電磁エネルギーを供給して石炭ベッドに十分に浸透させ、石炭ベッドから特定量の水分、灰分及び硫黄を除去することができる。
【０１０６】
ブロック１０６の後はブロック１０８となり、ここでは電磁周波数、ウェーブ・エネルギー量及び不活性ガスが燃料に加えられる。システムの実施形態で述べたように一連の電磁放射発生装置を作動させ、燃料に特定量のウェーブ・エネルギーを印加することができる。
【０１０７】
ブロック１０８の後は、ブロック１１０，１１２、及び１１４に続き、ここでは、燃料から副生成物が除去又は別なやり方で回収される。電磁放射発生装置２０８により燃料に印加された電磁エネルギーの結果、燃料から過剰な水分、灰分又は硫黄のような副生成物が生成されることになる。これらの副生成物は、さらに後で説明するようにブロック１１０、１１２、１１４の一つで回収される。例えば、ブロック１１０においては、燃料からある量の水分が除去され、又は別途回収される。ブロック１１２においては、燃料からある量の硫黄が除去され、又は別途回収される。ブロック１１４においては、燃料から他の副生成物が除去され、又は別途回収される。燃料に印加された電磁エネルギー直接の結果として、燃料の燃焼特性は改善される。改善された燃料は、改善された改良燃料セクション１１６によって回収され、又は別途受領される。
【０１０８】
Ｄ．燃料処理パラメータ
石炭のサイズ及び形状、硬度、揮発成分、炭素含有量、微量鉱物質、燃焼及び他の特性は、大きく違っている。従って、選択する石炭処理パラメータも幅広く変わり、以下のファクターに従って変わってくる：処理する石炭量、処理に利用可能な時間及び場所、石炭がバッチ・モード又は連続又はこれらのなんらかの組み合わせかどうか、処理を実施する目的、及び石炭の用途。いい換えれば、処理パラメータに関しては安易な一般化できない。しかしながら、処理工程に用いるのに適した範囲を識別することができ、以下に概要を説明する。
【０１０９】
１）  電磁波エネルギー
処理に使うことのできる、電磁波発生装置の適切な周波数は、１００ＭＨＺより下から２０，０００ＭＨｚの上までである。単一の周波数又は複数の周波数を、同時並行に又は交互に又は段階的に使用することができる。単複の周波数を連続波、パルス、又は動作周期化（すなわち、キッチン・マイクロ波・オーブンが機能するのとほとんど同様にパワー・オン及びパワー・オフするように周期化する）とすることができる。
【０１１０】
２）  パワー
電磁発生装置のパワーを、１００Ｗから１００，０００とし、メガワットまで拡大することができる。
【０１１１】
３）  処理時間
適切な電磁放射の印加時間の範囲は、処理する石炭如何によって、５秒から４５分の範囲である。
【０１１２】
４）  処理能力
システムがバッチ・モードで運転するよう設計されている場合には、システムの能力を数オンスから数トンとすることができる。連続処理システムにおいては、時間当たり数十ポンドから数百トンまで処理することができる。チャンバ雰囲気を乾燥酸素にし、ウェーブ・エネルギー及び処理結果により高い均一性を与えることができる。不活性ガスは、処理過程でのＳＯ２、ＣＯ２、及びＮＯｘのような酸化物の生成を防止し、発炎及び／又は燃焼のリスクを低下又は排除する。
【０１１３】
５）  石炭及びエアの温度
処理中の石炭の表面及び内部の温度を、室温からほぼ２５０℃の範囲とすることができる。
【０１１４】
関連する処理パラメータは、処理されている石炭の表面温度及び処理チャンバの内部のエア温度である。実験室試験での設定による電磁放射処理において、定期的に石炭の表面温度測定を行えば、よりよい評価とよりよい理解とが得られる。このような測定は、携帯型赤外線センサ又はチャンバ内部の配置した温度プローブによって簡単に行うことができる。大規模な石炭連続処理に対しては、こういった温度測定及び監視はさらに重要である。処理される個別の石炭のセットごとに、温度の閾値が事前設定され、これらは、処理目標（例、水分削減だけ又は他の削減との組み合わせ）の如何による。より高水分の石炭は、より低水分の石炭よりも電磁放射をより迅速に吸収することになり、従って、任意の所定温度により速く到達する。発火閾値温度に到達又は上回ることは、たとえ不活性ガスによって燃焼が回避されたとしても、ＢＴＵ／ｌｂの損失をもたらす。従って、処理システムに、温度測定とフィードバックの結合システムを具え、温度がこれらの閾値に達した場合には、印加マイクロ波・パワー又は滞留時間又はエアフローのような処理パラメータが直ちに誘起され変更される。このような温度閾値を、大きく異なる石炭バッチ特性の各セットに対し実験で事前設定するができ、またこれに換えて、処理の経験から温度閾値を設定することができる。
【０１１５】
温度閾値の別の様式は、物質の変化、特にここで対象とする硫黄と関連するものである。硫黄気相の主形態は１１９℃で溶融し、１６０℃までの温度では黄色、透明の液体であり、この温度で硫黄は分子変換され、硫黄原子は暗色で粘性のある液体を生成する。いい換えれば、１１９°以下及び１６０°以上の温度では、自由硫黄又は石炭成分と結合した硫黄は非常に異なる物理的及び化学的特性を示し、何らかの予測可能な方法で硫黄を削減できるようにするためには、このことを考慮に入れなければならない。本発明者らは、処理テストにおいてこれら異なる各々の形態の硫黄を観察してきた。さらなる別の例として、サンプルした多くの石炭の一つのロット、処理開始から数秒後、水分さえ放出されていない前にもうもうたる黄色の煙を放出した。試験した他の石炭にこのようには反応はなかった。同様な処理前試験条件を、通常、この処理方法では硫黄に先行して放出される灰分に適用する。最高温度限度を便宜的に約２００℃に設定することができる、というのは、これより高い温度は、石炭に他の望ましくない変化をもたすことがあり、又は、石炭の特性の変化が速過ぎて制御が困難になりかねないからである。
【０１１６】
最後に、予期されるより高いチャンバ温度の検知は、発燃の指標であり、処理工程への懸念はもとより、安全上の問題となる可能性が高い（すなわち、全体の処理システムの不可欠の一部として、温度監視及びフィードバック・システムを含める必要についてのさらなる理由を提供する）。また、安全及び処理への懸念を充足すためのゆとりを確実にするため、目視監視及び遠隔画像化システムを用いることができる。
【０１１７】
６）  エアフロー
エアフローは、重要な多目的処理パラメータである。乾燥した、粒子をろ過したエアが特に適しており、エア流量は、処理チャンバの構成及びサイズ、及び石炭をチャンバに出し入れするやり方如何による。制御されたエアフローは、エアをチャンバに混ぜ入れて、チャンバ内のより均等な熱分布を保証する。エアは、処理から生じた水分、微粒子物質及び一切のガスのような、処理副生成物のキャリヤである。十分なエアフローは、使用されるチャンバのサイズ、形状及びパワーレベルに対して、処理（負荷）されるバッチが十分に大きな場合、処理中の電気アーク又はスパークの一切の可能性を防止する。
【０１１８】
エアフローがないと、水分はチャンバ内壁に凝縮し、さまざまな悪影響が生じる。濡れた表面は電磁放射の一部を吸収し、これによりシステムの全体的効率を低減させ、より長時間の処理が必要となる。さらに、水分は石炭の上に滴下し、石炭全体に対して不均一な加熱及び不均一な電磁放射の浸透をもたらし、処理されている全体の石炭バッチに対し一貫した又は代表的な結果を得ることをより困難にする。結果として、処理されるバッチの底の方にある石炭の一部には、マイクロ波放射が十分に浸透せず、バッチの最上部により近い石炭ほどには粉砕されないことになって、同じ量の構成成分は放出されないことになろう。最後に、前記の不均一な加熱はいわゆるホットスポットをもたらし、これは、処理においてすべて回避しなければならない発炎、発火、及び発燃の前駆症状である。
【０１１９】
エアフローをオンにして、副生成物回収及び貯蔵システムを使わないと、蒸気が処理工程から出て行くのを見ることができる。短時間の処理に限ると、無色の水蒸気が、処理中にチャンバから出て行くのを見ることができる。処理を継続し、及び／又は他の処理パラメータを用いて他の構成成分を除去する場合、蒸気の色が変化してきて、蒸気は最初は淡い黄色身を帯び、硫黄又は硫黄化合物の存在の特徴である臭いがするようになる。処理を続けると、より濃い色のガス及び放出された他の形態の硫黄及び灰分を含む液体が出てくる。硫黄は、例えば、１３０℃から２４０℃の範囲の温度で放出される。また、長い時間処理していると、最後には炭化水素及びタールが放出されることになるが、後者の２つは望ましくない、というのは、これらは石炭中の熱成分失損の証拠だからである。
【０１２０】
７）  不活性ガス
チャンバ内における不活性ガスの使用はオプションである。チャンバ内で不活性ガスを使用する場合、不活性ガスの量は処理工程如何による。
【０１２１】
不活性ガス（望ましくは乾燥窒素又はアルゴン）はいくつかの目的を果たす。さまざまな要因のいずれもが、石炭バッチの一部又はサンプル又は石炭塊の一部に、発火及び燃焼が生じかねないレベルの過熱をもたらす可能性を持っている。チャンバ内に窒素又はアルゴン雰囲気を用いることで、処理中の一切の石炭燃焼を防止することができよう。実験室用途に、乾燥ガス状態で、タンク詰めで計量された窒素を容易に入手でき、２０から２５ＣＦＨ（時間当たり立法フィート）で、小型のキッチン・サイズ・マイクロ波・チャンバにおける処理の間、燃焼を防止しながら、液状及びガス状の副生成物を除去するために十分なフローが得られる。より大型のチャンバには、適切に規模設定されたより大量の窒素フローが必要となる。市場で入手可能な圧力スイング・システム及び他の用途での一般的方法を利用することができる。これらのシステムは、鉱山又は石炭燃焼施設における処理のように大量の窒素が必要となる場合に、空気中から直接窒素を取り出すシステムである。窒素は、広範囲の入手可能性及びアルゴンと比較してより低いコストの故に、最適な不活性ガスとなっている、但し、望ましくない段階、炭化水素、特にタール放出段階に到達し、温度閾値の超過又は過剰時間処理がもたらす化学物質から有害化合物が形成される可能性の生じる前に、石炭処理が停止されることを保証した上でのことである。また、チャンバ中に不活性ガス雰囲気を使うことによって、処理過程で、ＳＯ２、ＣＯ２、及びＮＯｘのような酸化物が生成することを防止する。
【０１２２】
８）  水素
チャンバ中での水素の使用（例、水素発生装置から取り入れ）はオプションである。水素を導入して、処理過程で石炭に生じる変化をさらに制御することができる。
【０１２３】
９）  処理チャンバ内の気圧
処理チャンバ内の圧力は通常１気圧であるが、標高（海抜）のある場所で処理をする場合、必要であれば処理パラメータを変更することができる。また、一部のケースにおいては減圧を用いることができる。
【０１２４】
１０）  オンライン測定システム
オンライン測定システムを具え、水分、灰分、硫黄、微量鉱物質及びチャンバ中の温度を測定することができる。これらすべては、処理パラメータを、必要に応じ調整するためのフィードバックを提供するように設計されており、これらの目標とされたレベルが外れることなく達成され、これにより石炭が処理不足又は過剰処理にならないことを確実にする。
【０１２５】
ＩＩＩ．装置−実施形態Ａ
Ａ．未処理燃料セクション
図４に示すシステム２００は、未処理燃料セクション２０２を含む。未処理燃料セクション１０２を、装置が処理することになる未処理炭を収集、又は別途受取るための収納容器とすることができる。通常、未処理燃料は、炭鉱のような遠隔の場所から受け入れられ、さらなる処理のために必要となるまで未処理燃料セクション２０２に集められる褐炭、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、低硫黄炭、高硫黄炭、及びブレンド炭のような未処理燃料を、必要になるまで未処理燃料貯蔵所に保管することができる。システム２００の他の部分での処理のため、選択された量の未処理燃料が、未処理燃料セクション２０２によってサイズ揃えされる。また、未処理燃料セクション２０２に、比較的大きな石炭の塊をより小さな石炭片に割るための、一台以上の一連の石炭圧砕装置を含めることができる。未処理燃料セクション２０２に、以下に限らないが、粉砕機、石炭圧砕機、ボールミル、又は砕炭機のような装置を含めることができる。例として、石炭圧砕機を使って、未処理炭をほぼ４インチ（１０ｃｍ）の直径に揃える。本発明のさまざまな実施形態によって、より大きい又はより小さいサイズの石炭又は他の燃料を用いることができる。
【０１２６】
Ｂ．追加の相互作用システム
未処理燃料セクション２０２の次は処理コンベヤ・セクション２０４である。処理コンベヤ・セクション２０４は、未処理燃料セクション２０２と相互交流して処理される所定量の燃料を受取る。
【０１２７】
また、処理コンベヤ・セクション２０４は、フィードバック・システム・セクション２０６、電磁放射発生装置セクション２０８、エア取り扱いシステム・セクション２１０、及び処理済み燃料セクション２１２とも相互接続している。
【０１２８】
Ｃ．フィードバック・システム
フィードバック・システム・セクション２０６は、処理コンベヤと相互交流して、燃料中の水分パーセント又は灰分パーセントのような、燃料の特性を測定する。フィードバック・システム・セクション２０６は、湿度センサ２１４、温度センサ２１６、灰分分析装置２１８、及び分光化学分析装置２２０を含む。例えば、これら構成要素の一部又は全部を使って燃料から特定の量の水分を除去するために必要なマイクロ波・エネルギーのおおよその量と持続時間を判定することができる。測定可能な他の組成特性は、燃料中の灰分、硫黄、炭化水素、炭素、窒素、及び他の化合物又は元素である。
【０１２９】
他の装置や方法にも、燃料の一つ以上の燃焼特性を測定するのに適しているものがあることに注目されたい。このような装置及び方法をオンライン又はオフラインで使用することができる。こういった装置及び方法には、以下に限らないが、水分分析装置、配分分析装置、温度センサ、及び分光化学分析装置が含まれる。
【０１３０】
また、フィードバック・システム・セクション２０６及び処理コンベヤ・セクション２０４は、処理制御セクション２２２とも相互交流する。処理制御セクション２２２は、電磁放射発生装置セクション２０８と相互交流し、フィードバック・システム・セクション２０６からのフィードバック制御又は他の命令を与えて電磁放射発生装置セクション２０８を制御する。
【０１３１】
Ｄ．電磁放射発生装置
電磁放射発生装置セクション２０８は、処理コンベヤ・セクション２０４上の燃料にマイクロ波・エネルギーを印加する。  電磁放射発生装置セクション２０８は、処理コンベヤ・セクション２０４上の燃料に対して配置された一連のマグネトロンを含み、マグネトロンは、要求される水分パーセントのような事前設定された特性に基づいて、燃料中に電磁放射エネルギーを当てる。
【０１３２】
例えば、電磁放射発生装置セクション２０８のマグネトロンの各々を、パワー、持続時間、及び他のパラメータについて制御し、十分な量又は質のウェーブ・エネルギーを供給して燃料に浸透させ、目標とされた量の水分を除去することができる。本発明に従って、電磁放射発生装置は、燃料に対し特定の規定量のウェーブ・エネルギーを供給する。水分含有量のようなフィードバック・システム・セクション２０６が収集した情報を用いて、処理制御セクション２２２は、各々の発生装置を選択的に調整し、処理コンベヤ・セクション２０４上の石炭ベッドに対し、石炭から所定量の水分が除去されるまで特定量のエネルギーを供給することができる。
【０１３３】
燃料に所定量のウェーブ・エネルギーを印加するためのウェーブ・エネルギー手段として、他の装置又は方法を使うことができることにも注目されたい。こういった装置及び方法には、以下に限らないが、マグネトロン、クライストロン及びジャイロトロンが含まれる。
【０１３４】
より低い周波数の電磁エネルギーの方が、より高い周波数よりも燃料材中により深く浸透することに注目されたい。システム２００に適した電磁放射発生装置は、１００ＭＨｚから２０ＧＨｚｍでの間の周波数出力を発生させる。本発明の他の実施形態によれば、他の周波数のウェーブ・エネルギーを使用することができる。
【０１３５】
ウェーブ・エネルギーのパワーをパルス化又は連続にすることができる。前記に提示した例において、発生装置は連続パワーでウェーブ・エネルギーを供給することができる。また、燃料に印加されるウェーブ・エネルギーを調節するために、ウェーブ・エネルギー出力を、一定周波数の定まった時間間隔でパルス化することもできる。出力源あたりのパワーは、ある実施形態においては９２８ＭＨｚ以下の周波数において少なくとも７５ｋＷであり、他の実施形態においては、９０２ＭＨｚ以上の周波数において少なくとも７５ｋＷである。
【０１３６】
さらに、一連の発生装置により出力されるウェーブ・エネルギーの範囲内を移送される特定の燃料の「スループット」速度に基づいて、各々の発生装置を制御することができる。スループット速度を、特定の時間幅にウエーブ・リアクタを通過する特定の燃料量の速さとして定義することができる。例えば、石炭のような燃料のスループットを、分あたり２００から４００ポンド（９０−１８０ｋｇ）とすることができる。
【０１３７】
各種の燃料を、燃料の種類、燃料の状態、及び、燃料の状況又は燃料自体の特性に応じて、違った量及び質の電磁エネルギーによって取り扱うことができる。
【０１３８】
Ｅ．エア取り扱いシステム
エア取り扱いシステム・セクション２１０は、処理コンベヤ・セクション２１０のため副生成物の回収を実施する。エア取り扱いシステム・セクション２１は、水分回収／貯蔵セクション２２４、ガス回収／貯蔵セクション２２６、及び副生成物回収／貯蔵セクション２２８を含む。エア取り扱いシステム・セクション２１０は、処理されている燃料からの副生成物を回収し、貯蔵する。例えば、未処理炭への電磁エネルギーの印加により水蒸気、及び処理コンベヤ・セクション２０４に凝結水を生成する。水分回収／貯蔵セクション２２４は，凝結水を回収し、貯蔵し、後に使用する。水蒸気及びガス類は、ガス回収／貯蔵セクション２２６によって回収され後に使用することができる。処理コンベヤ・セクション２０４からの他の副生成物は、副生成物回収／貯蔵セクション２２８によって回収され後に使用される。
【０１３９】
Ｆ．処理後の装置
処理済み燃料の残存分は、処理コンベヤ・セクション２０４から処理済み燃料セクション２１２の中に移送、又は別途回収される。このような装置には、以下に限らないが、貯蔵大箱、列車、貯蔵積載所、又は、燃焼工程へ直接搬送するコンベヤ（図示せず）とすることができる。
【０１４０】
そこで処理済み燃料セクション２１２からの燃料は、例えば燃焼バーナーと蒸気ボイラーとを組み合わせた工程において利用される。また、本発明による処理済み燃料を他の従来式燃焼工程でも使用することができる。
【０１４１】
Ｇ．フィーダ及びコンベヤ・システム
図５は、本発明に従って改造可能な既存コンベヤ・システム３００の斜視図である。図示したコンベヤ・システム３００は、Ｔｒｉｐｌｅ／Ｓ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｉｎｃ．が設計、製作したＳｌｉｐｓｔｉｃｋ（商標）コンベヤである。図示したコンベヤ・システム３００を、図４に示した処理コンベヤ・セクション２０４とともに用いるか、別途これに含めることができる。図５に示すコンベヤ・システムを使って、本発明によるさまざまな装置を構築することができる。また、本発明の実施形態によって、他のコンベヤ・システムを使うこともできる。
【０１４２】
図５−１０は、本発明による典型的装置４００を例示する。本発明の実施形態によって、装置４００をさまざまなシステムの任意のものに組み込むみ、多様な方法を実行させることができる。例として、装置４００を前記のシステム２００に組み込み、又は別途これと共用することができる。図５−１２の典型的装置を説明するにあたっては、システム２００中の各種エレメント参照する。さらに、例として、前記の方法２００を、図５−１２に示した装置４００によって実行させることができる。装置４００は、図５−１２に示すように、フィーダ・アセンブリ４０２、駆動部４０４、コンベヤ・アセンブリ３０６、及びリアクタ部４０８を含む。フィーダ・アセンブリ４０２は、前サイズ揃えされた石炭のような燃料を受けるようにされており、さらに、燃料をリアクタ部４０６の方に導くようにされている。駆動部４０４は、リアクタ部４０６を通して燃料を搬送するようにされている。リアクタ部４０６は、所定量の電圧時エネルギーを燃料に印加するようにされている。各種の構成部分４０２、４０４、４０６、４０８及び装置４００の機能については、後記でさらなる詳細を説明する。
【０１４３】
図６は、装置４００のためのフィーダ・アセンブリ４０２を図示したものである。フィーダ・アセンブリ４０２は、スリップスティック（ｓｌｉｐｓｔｉｃｋ）駆動メカニズムの前方、コンベヤ・チャンバの入り口端の真上に置かれている。フィーダ・アセンブリ４０２は、インプット・セクション４１８、移行セクション４２０、及びアダプタ・セクション４２２を含む。フィーダ・アセンブリ４０２０ｂそのそれぞれのセクション４１８、４２０、４２２は、典型的には、およそ０．１３インチ（３．２ｍｍ）厚さのアルミニウム・プレートで製作されている。システム２００の処理能力に応じて、本発明により、これに換わるフィーダ・アセンブリの構成を設計することができる。インプット・セクション４１８は、図４の未処理燃料セクション２０２からの燃料を受ける大きさに合わせて作られている。示された例において、インプット・セクション４１８は、燃料計量端から移行セクション端に向け狭まった正方形状の断面を持つ「じょうご」である。未処理燃料セクション２０２、システム２００の処理能力、及び／又は移行セクション４２０の形状に応じて、インプット・セクション４１８を、別の構成、形状、及びサイズとできることに注目されたい。
【０１４４】
移行セクション４２０は、前記のインプット・セクション４１８からの前サイズ揃えされた燃料を受ける大きさに合わせて作られている。示された例において、移行セクション４２０は、インプット・セクション端からアダプタ・セクション端に向かって一定の正方形状断面を持つダクトである。スライド・ゲート４１６のセットを、インプット・セクション端及びアダプタ・セクション端に、又はその近辺に設置して、未処理燃料セクション２０２からの燃料の流れの制御を設けることができる。移行セクション４２０を、システム２００の処理能力、インプット・セクション４１８及び／又はアダプタ・セクション４２２の形状に応じて、別の構成、形状、及びサイズにできることに注目されたい。他の種類のゲート又はバルブを、フィーダ・アセンブリ４０２とつないで使用することができる。
【０１４５】
アダプタ・セクション４２２は、前記の移行セクション４２０からの燃料を受ける大きさに合わせて作られている。示された例において、アダプタ・セクション４２２は、駆動部４０４の対応開口部に当てはまるようにされた凹面上の部分品である。アダプタ・セクション４２２を、システム２００の処理能力、移行セクション４２０及び駆動セクション４０４の形状に応じて、別の構成、形状、及びサイズにできることに注目されたい。
【０１４６】
一部の実施形態において、伸縮継手（図示せず）を、フィーダ・アセンブリ４０２の各種の構成要素４１８、４２０、４２２とつないで、フィーダ・アセンブリ４０２、又はフィーダ・アセンブリ４０２に隣接して動作する部品類の何らかの熱膨張を調整することができる。
【０１４７】
コンベヤ・アセンブリ４０６は、移送ベッド４２４を含む。移送ベッド４２４は、フィーダ・アセンブリ４０２からの燃料を受けるようにされており、さらに、移送ベッド４２４の長さ方向に沿って、移送ベッド４２４の他の端部にある回収域４２６に向けて燃料を移送するようにされている。示された移送ベッド４２４は、水平方向の開放型側受け付凹形容器である。移送ベッド４２４を、システム２００の能力に応じて、端子構成、形状、及びサイズにすることができる。
【０１４８】
図７−１２は、図５に示した装置の移送ベッドのフードの様態を例示したものである。図７−１２に示すように、リアクタ部４０８は、移送ベッド・フード５００及び一連のマグネトロン（図４に、電磁放射発生装置セクション２０８として記載したもの）を含む。移送ベッド・フード５００は、移送ベッド４２４の開放側部分をカバーするようにされている。一連のマグネトロンは、移送ベッド・フード５００の長さ方向に沿って据付けられており、移送ベッド４２４内に置かれた燃料に向けて電磁エネルギーを供給するよう配置される。前に説明したように、フィードバック・システム・セクション２０６、処理制御セクション２２２、及び電磁放射発生装置セクション２０８は、処理コンベヤ・セクション２０４と相互交流し、移送ベッド・フード５００及び移送ベッド４２４に沿って配列された、一連のマグネトロンが供給する電磁エネルギーの量を制御、監視及び調整する。本発明に従って、リアクタ部４０８の違った構成を、システム２００又は類似のシステムとともに実施することができる。
【０１４９】
作動時に、コンベヤ・アセンブリ４０６、は反復的な駆動力を移送ベッド４２４に加え、石炭のような固形燃料は、フィーダ・アセンブリ４０２から移送ベッド４２４の端部近くに搬送される。各々の駆動力が移送ベッド４２４に加えられるごとに、その力によって、燃料は移送ベッド４２４の末端部の方に動かされる（回収ポイント４２６の方向）。燃料が移送ベッド４２４の長さ方向に移動している間に、マグネトロンが作動され、移送ベッド３４２中の燃料に対し所定量の電磁エネルギーを供給する。電磁エネルギーの量は、移ベッド中の燃料の量及び移送ベッド４２４に沿った燃料の移動速度に部分的に基づいて、フィードバック・システム・セクション２０６及び／又は処理制御セクション２２２により決定される。
【０１５０】
Ｈ．バッチ処理装置
図１３−１５は、石炭又は他の固形燃料のバッチ処理のための装置１０００を図示したものである。この装置１０００を、図５−１２に氏名した装置につなげて、又は別々に使用することができる。図３に記載した処理方法、特にブロック１０８を、装置１０００によって実行することができる。示された例において、マグネトロン１００２を使って、装置内に収納された石炭のような燃料に、所定量の電磁エネルギーが印加される。ウェーブ・エネルギーは、導波管を通って、装置のＷＧ（導波管）入力部に導かれる。装置１０００は、電磁放射監視ポート１００４、及びチャンバに石炭を搭載するための前面ドア１００６を含む。本発明に従って、他の構成のバッチ処理装置を作製することができる。
【０１５１】
ＩＶ．装置−実施形態Ｂ
試作プラントの実施形態を図１６に示す。プラントは、供給タンク１１０６へ未処理炭を移送するバケット・エレベータ１１０４と結合されたバケット・エレベータ供給部１１０２を特色としている。供給タンク１１０６は、シャトル・バルブ１１１０、ホッパー１１１２及びホッパー・バルブ１１１４の上に取り付けられている。石炭が、供給タンク１１０６から、ホッパー・バルブ１１１４を通って流れ落ちると、石炭は、移送オーガー１１１６中に放出され、オーガーは石炭をマイクロ波処理チャンバ１１１８の中に移送する。石炭は、マイクロ波処理チャンバ１１１８から出ると、石炭受け１１２０及びバルブ１１２２を流れ通って、貯蔵容器１１２４に入る。
【０１５２】
また、処理チャンバ１１１８は、排液管１１２６に取り付けられており、これは排出ライン１１２８に中に送出している。排出ライン１１２８は硫黄捕捉器１１３０へと導かれる。別のライン１１３２は、硫黄捕捉器１１３０からの流れを凝縮器１１３４へ、次に水貯蔵タンク１１３６、そして最後には排気送風装置及び排気制御システム１１３８へと導いている。
【０１５３】
このプラントを通した処理フローを、以下に簡潔に説明する。
【０１５４】
最初に、排気送風装置１１３８を始動し、積み降ろし作業から発生する塵埃を抑制する。排気送風装置１１３８はバケット・エレベータ１１０４からシステムを通してエアを吸引しもたらされたクリーンエアを送り出す。
【０１５５】
石炭は、ドラムで供給され、ドラム取り扱い／積み降ろし装置を具えたスキッドステアローダ又はフォーク・トラックを使って、バケッケト・エレベータ供給ホッパー１１０２に降ろされる。バケット・エレベータ１１０４は、処理するバッチの石炭サンプルを供給タンク１１０６に移送する。試験稼動の規模によっては、５５ガロンドラム数缶をシステムに搭載することができる。
【０１５６】
石炭バッチが供給タンク１１０６に搭載されたならば、窒素パージを始動し、供給タンク１１６０を閉鎖して処理システムを隔離する。排気送風装置１１３８は、処理システムの冷却を含め、処理を通して作動を続ける。
【０１５７】
供給タンク１１０６に移送された石炭の量は、ロード・セル１１０８によって監視され、これも供給速度の情報を提供する。シャトル・バルブ１１１０を使って、供給タンク１１０６から未処理材料移送システムへの流量を制御する。石炭のフローを一定の速度に維持するために、このバルブ１１１０は、往復運動をして少量の石炭を回転ホッパー１１１４に移動させる。シャトル・バルブ１１１０の油圧シリンダは、シャトル弁が石炭の中を通り動き、必要な場合には大きな塊を砕くのに十分なパワーを具えている。
【０１５８】
シャトル・バルブ１１１０及びホッパー・バルブ１１１４のサイズは、ホッパー１１１２の過剰搭載を防止するように設計されているので、ホッパー１１１２は、連続して回転することができ、これによって移送オーガー１１１６への一定量の石炭を供給する。移送オーガー１１１６は、マイクロ波処理チャンバ１１１８に供給される石炭の速度を均一化する機能を果たしている。
【０１５９】
処理制御及びフィードバック・システム及びコンベヤは、石炭が処理チャンバに滞留している時間中に、平均して、必要な照射量を受けることが確実になるよう設計されている。各々の供給ユニット（シャトル・バルブ、１１１０、ホッパー・バルブ１１１４、及び移送オーガー１１１６）を、独立して制御し、マイクロ波処理チャンバ１１１８中の材料移送システムに対し、一定速度で石炭を供給する。
【０１６０】
処理済み炭は、チャンバ１１１８の出口端に到達し、取り去られる前に、臭気の制御及び処理済炭からの他の放出物の回収を促進するため、さらなる放出と冷却をさせるための区域（図示せず）に入る。製品が冷却された後、窒素パージは停止されるが、排気送風装置１１３８の作動は継続され、処理済み炭をドラムに移す際に生成される塵埃を捕捉する。油圧バルブ１１２２を使って、処理済炭のドラム１１２４中への移送を助力する。すべての石炭が処理され、冷却され、ドラム１１２４に移された後、排気送風装置１１３８は停止される。
【０１６１】
処理作業の間、マイクロ波処理チャンバ１１１８から、揮発性物質（水分、硫黄、炭化水素、水銀、及び他の揮発性物質）を除去する。チャンバの「過度に弓なりになった」壁から流れる水及び他の流体は、硫黄捕捉器１１３０中に捕捉される。そこで揮発性物質（水及び炭化水素）は、硫黄捕捉器から凝縮器１１３４を介して引き出され、水貯蔵タンク１１３６の中に落下する。物質を放出する前に水銀の点検が行われることになる。
【０１６２】
窒素を排出する前に、残留揮発性物質が、粒子を除去するためフィルタに、有機物質、水銀、及び臭気物質を除去するために炭素床に誘導される。フィルタ及び炭素床は排気送風及び制御装置１１３８内に配置される。炭素床はリサイクルされるか、又は有害廃棄物として処分されることになる。
【０１６３】
Ｖ．処理済み石炭の特性
未処理炭の特性変動に対しては、定常的監視及び処理システムに適した本明細書に記載の妥当なフィードバック調整で対応し、均一な特性を持つ固形燃料の生産を確実にする。一部の石炭燃焼型ボイラーは、その最高温度に限界がある。こういったケースにおいては、対象ボイラーに対する最大ＢＴＵ／ｌｂ及び関連する最高温度を超過しないようにして、最適なＢＴＵ／ｌｂを達成するように、水分及び灰分の削減の目標を設定し制御する。
【０１６４】
これらの方法及び装置を介して、自然では見つけられない固形燃料「設計者石炭」の新しいファミリーを生成することができる。これらの処理をされた石炭は、以下の一つ以上で特徴付けられる：
・任意のランクの石炭において、水分含有量を、下限１％までの所望の任意のレベルに削減すること；
・任意のランクの石炭において、ＢＴＵ／ｌｂを、少なくとも上限、水分がない場合に有するレベル（灰分含有量及び硫黄含有量も低減され、これらの低減がＢＴＵ／ｌｂのさらなる増加に寄与する）までの任意のレベルに増大すること；
・任意のランクの石炭において、およそ１０％から６５％を上回る範囲の低減幅で、灰分含有量を削減すること（後記の表１及び２に示した例を参照）；及び
・あらゆる形態の硫黄を低減し、硫黄総計で５０％から７５％、一部の石炭についてはさらに多くを削減すること。
【０１６５】
「新しい燃料」には、以下に記載する各炭種に対する７つの特性の範囲のうちのどれかに含まれる特性を持つ、一切の、処理を施した石炭が含まれる。
【０１６６】
瀝青炭：
米国炭：
典型的な未処理対最善処理対比
ＢＴＵ／ｌｂ      １２５３７から１４３０１へ
％水分            ３．３９から０．４４へダウン
％灰分            １０．９４から２．６５へダウン
％総計Ｓ          ３．７３から１．２１へダウン
％黄鉄鉱          １．８８から０．３２へダウン
％硫酸塩          ０．１４から０．０１へダウン
％有機Ｓ          １．７３からへ０．６２ダウン
海外炭：（後記表１及び２参照）
典型的な未処理対最善処理対比
ＢＴＵ／ｌｂ      １２７３７から１４５３７へ
％水分            ２．００から０．８３へダウン
％灰分            １０．２９から２．２４へダウン
％総計Ｓ          ３．９４から１．８４へダウン
％黄鉄鉱          ０．８８から０．１１へダウン
％硫酸塩          ０．１３から０．０１へダウン
％有機Ｓ          ２．９４からへ１．６５ダウン
褐炭：
米国褐炭：
典型的な未処理対最善処理対比
ＢＴＵ／ｌｂ      ７２６６から１１５５０へ
％水分            ３８．２７から３．７３へダウン
％灰分            ７．２９から５．２２へダウン
％総計Ｓ          ２．１８から１．１３へダウン
％黄鉄鉱          ０．６８から０．０１へダウン
％硫酸塩          ０．０２から０．０１へダウン
％有機Ｓ          １．４８から１．１２へダウン
海外褐炭：
典型的な未処理対最善処理対比
ＢＴＵ／ｌｂ      ８１９５から１１７２９へ
％水分            ２５．５８から５．６７へダウン
％灰分            １０．６８から６．７６へダウン
％総計Ｓ          ５．８６から１．７８へダウン
％黄鉄鉱          ２．６０から０．２３へダウン
％硫酸塩          ０．４５から０．０７へダウン
％有機Ｓ          ２．８１から１．３１へダウン。
【０１６７】
本開示の方法及び装置によって処理を行った他の石炭及び石炭のクラスに対しても同様な請求を行うことができ、追加の処理試験結果によって、任意のランク又はクラスの石炭に対して、このような新しい燃料を識別し生成することができよう。最終結果は、すべての石炭ランク及びクラスと、本発明による処理から得ることのできるすべての「新しい燃料」とのマトリックスとなろう。
【０１６８】
ＶＩ．実験結果
前記に概要を示した特性を持つ石炭は、以下に述べる実験で生成した。同じランク、同じクラスの同じバッチからの未処理炭と処理済み炭との特性を比較することによって、本発明者らは、これらの方法及び装置による処理に起因する７つの燃料特性各々の向上幅を判断することができる。さらに詳しくは、例として、後記に提示するのは、瀝青炭及び褐炭の未処理炭及び処理済み炭サンプルのいくつかの群に対する第三者（スタンダードラボラトリーズ社）の試験結果である。未処理炭に対しては「典型的」特性の平均値を使った。ここに提示する処理済み炭の結果は、処理パラメータを変化させた影響を試験する本発明者らのプログラムの一部として採取されたものなので、これらは本発明の全体範囲を実証するものではない。言葉を換えれば、目標とする又は最適の特性を実現するため制御した処理工程からは、評価処理の過程から得られるよりも良好な特性が得られると期待することができる。この理由により、各処理済み燃料特性に対し、ここに示した「最善値」を使っており、実証目的のため、これらの値を生の未処理炭の「典型的」値と比較している。
【０１６９】
いかに本処理方法が水分を削減でき、ＢＴＵ／ｌｂを増大でき、そして灰分及びすべての形態の硫黄を低減できるかを例証するために、未処理及び処理済みの３つの異なる石炭のセットが処理された。これらサンプルのすべては、大きなサンプル・バッチからランダムに選択され、これらの結果のすべては、ウエストバージニア州、チャールストンのスタンダードラボラトリーズ社が実施した試験によるものである。
【０１７０】
後記の表１及び２において、それぞれ、海外未処理炭の特性と前記の電磁放射方法により処理された同一地域の石炭の特性とを並べて配置している。
【０１７１】
この未処理サンプル海外炭バッチの特性は、サンプル番号２０７３１１１０を除き、あらゆるカテゴリーで一貫性があった。処理済み海外炭における灰分の大幅な削減により、処理済み米国炭より高いＢＴＵ／ｌｂが得られた。未処理炭において、一つのサンプル（サンプル番号２０９２５１０７）は大きく異なる特性を有しており、このケースでは、各形態の硫黄について最高の硫黄含有度であった。但し、より高い硫黄含有量はＢＴＵ／ｌｂには何の影響もなく、これは主として水分含有量及び灰分含有量によって決まるものであることに注目されたい。概して、サンプル特性には多少のバラツキがあった。これらの石炭も、同様な但し同一ではない方法（パラメータ及び時間）で処理された。
【０１７２】
【表１】
2007514044.tif 000003
【０１７３】
【表２】
2007514044.tif 000004
（海外炭処理の内容）
表２に、スタンダードラボラトリーズ社（ＳＬ）の処理済み炭試験結果をリストする。これらの初期処理試験を用いて、これらの石炭の処理パラメータに対する特性反応を判定した。小型キッチン・サイズの電磁放射チャンバを、低い電磁パワー（１０００ワット以下）及び比較的小さなサンプル（２から５ポンド）とともに使用した。「新しい」石炭に対する本発明者らの実験室の最初の処理試験のすべてを、このやり方で実施した。
【０１７４】
初期処理において、異なったサイズ、色合いなどの石炭を選出し、それらの処理後の特性に対する個々の反応及び影響（ある場合）を調査した。ここに述べる試験において、各サンプル・バッチは、一部は高積みの一部はフラットな層の区画に分割され、これら区画は、例えばＰｙｒｅｘ（商標）で作られた保持容器の上又は中に置かれた、これに換えて、容器を、高温セラミック・プレート、アルミ化合物処理の皿、又は他の高温材料とすることができる。容器のチャンバ内の位置を変え、また、印加電磁パワー及び動作周期（パワーのオン及びオフ時間）を変化させた。微細粒、中から大の塊、及び一部の十分に混合したサンプル等を別々に試験を実施して、これらの個別及び組み合わせ各々の影響を調査した。以下に、表２の最初の４サンプルに対する処理順序をコメント及び観察事項とともにリストする。
【０１７５】
（サンプル２０７３１１１２及び２０７３１１１３（表２参照）
これらのサンプルは、処理前は、全体が小から中程度の大きさの塊で構成されていた。液体及びガス類を除去するためにチャンバの取出しポートに透明管がつながれたが、これらのサンプルの処理には強制エアフローは使われず、温度／圧力増加だけで、これにより副生成物はチャンバ外に排出された。
【０１７６】
元のサンプルに対する処理順序の概要を以下に示す。
【０１７７】
【表３】
2007514044.tif 000005
（１）処理チャンバ・システムにおけるパワー・レベル（１）は、１から１０の範囲であり、１０は利用可能な最高のパワー・レベル（おおよそ１０００ワット）に相当するが、レベルは、特に高レベルでは、正確にリニアではない。
【０１７８】
前記の処理順序は単一のサンプルに適用され、サンプルは、試験のためスタンダードラボラトリーズ社に送付される前に２つの等サイズに分割された（‘１１１２及び‘１１１３）。ＳＬ試験データを表２に示しているが、これには、この試験において、灰分及び硫黄のパーセントは双方とも５０％を超えて低減された事実を実証している。２つの処理済みサンプル部分の特性の差異は、特に、前記のようにサンプル設置場所及び他の条件が違っていたこと、及びこれがこの石炭バッチの最初で方向付けの試験であったことを考えると、十分許容可能限度内にある。２４分の合計曝露時間は、サンプルサイズ、印加パワーレベル、及び、処理中及びその後に観察された煙霧の量と色合いとに関連する。
【０１７９】
サンプル２０７３１１１４及び２０７３１１１５は、全体が小片から細かな粒子で構成され、２つのセラミック・プレート上に１／２から３／４インチの高さに搭載され、平坦なプレートは、マグネトロンに最も近い壁の近くに、丸みのあるプレートは反対側の壁の近くに置かれた。
【０１８０】
【表４−１】
2007514044.tif 000006
【０１８１】
【表４−２】
2007514044.tif 000007
【０１８２】
【表４−３】
2007514044.tif 000008
ほとんどの場合、破砕は処理の最初に発生し、その後、水分、灰分、及び硫黄の放出に伴い、この順序で生じる。この海外炭については、硫黄の放出が水分よりも先行しているように見えたが、この石炭中の水分パーセントが低いため、最初に放出されたかもしれない少量の水分が覆い隠された可能性がある。
【０１８３】
（特性の比較）
サンプル‘１１１２及び‘１１１３は、サンプル‘１１１４及び‘１１１５に対して得られたよりも相当に大幅な、灰分パーセント及び硫黄総計の低減を明示している。灰分及び硫黄のより向上した低減は、より高いパワーレベル（５対６、おおよそ６００から７００ワットを発生）の使用、及び、これによる‘１１１２及び‘１１１３に対するより短い曝露時間に直接的に起因する。‘１１１４及び‘１１１５に対して用いられたより低いパワー（ほとんどが４及び５レベル）、及び、この長さでも前記最初の２つのサンプルに近い低減を達成できなかった、大幅に長い曝露時間を参照されたい。このようなすべての試験測定値は、あらゆる石炭が印加パワーに対して非常に敏感であること、すなわち、各々が、大きな変化、場合によっては突然な変化が見られるパワー閾値を有することを示している。石炭に対するこれらの閾値を識別した後、処理パラメータの組み合わせを検証し、これらの閾値が達成されるパラメータの組み合わせを明確にすることができる。そこで、識別されたパラメータの組み合わせを活用することにより、これらの閾値を目標として、対象石炭処理の管理をすることができる。
【０１８４】
（パワー及び時間パラメータのバラツキ）
下記に概要を示す試験は、テキサス褐炭に対して実施されたものである。これら試験の目的は、印加する電磁パワーとチャンバ中の処理滞留時間とのいくつかの組み合わせを使って、水分の削減量及びそれによるＢＴＵ／ｌｂ向上の微調整をすることが可能であることを実証することであった。
【０１８５】
ＢＴＵ／ｌｂについて求める処理値を、意図的に７０００台高めを超える目標から始め、パワー及び時間の小さな変化量による制御の下に、８０００ＢＴＵ／ｌのやや下に落着し、８３８１ＢＴＵ／ｌｂ及び２６．１１％水分量からスタートして７９２６ＢＴＵ／ｌｂ及び２３．２１％水分量で終わった。下記の表５に示すように、５／７０のパワー／時間パラメータは高過ぎるバー設定となり、同じパワーだが５０秒長い処理を用いることによってＢＴＵ／ｌｂを低めることができた（表中のデータの各行は、同一バッチ（Ａ）の褐炭からの異なるサンプルに対応していることを思い起こされたい）。時間は常に処理の最重要点なので、次の調整ではパワーを増大し時間を短くして、ＢＴＵ／ｌｂのさらなる低減という予期した結果が得られた。その後の２つのサンプルは同じパワー／時間の設定で処理されたが、その時間はさらに低減され、それに応じて「バランス」の取れた印加パワーの増加が行われた。これら２つのサンプル（３０７２８１２５及び３０７２８１２６）の違いは、別サンプルの処理としては、十分に容認可能範囲にあり、さらに範囲処理方法の内部整合性を示している。最後に、最終サンプルに対して同じ処理パワーレベルが使われたが、処理時間はさらに５秒間延長され、目標とするＢＴＵ／ｌｂが得られた。
【０１８６】
【表５】
2007514044.tif 000009
表５の例は、どのように、２つの主要パラメータだけを使ってＢＴＵ／ｌｂ及び水分パーセントの所定特性を狙うかを示すため記載したものである。本発明者らが以前に実験室でこれらと同じ褐炭バッチを測定し処理しており、従って、これらの特性及び多重パラメータ電磁放射処理に対する反応についての予備知識を持っていたことに注目頂くことが重要である。これらの情報によって、本発明者らは、パワー及び時間だけに起因する変化から予期できるこれらの変化を正確に指摘することができたのである。どんな石炭を商業規模で処理するに先だっても、同様な技術を用いて、求められる各々の指定特性に対する実験室又は現場での設定を行うことができる。
【０１８７】
表５に報告した試験で用いられたのと同様な方法の例が、下記、表６に提示された時間−パワー対比の中に示されている。「Ａ」と標識された同一の褐炭バッチからの１１の別個のサンプルが、印加電磁パワー及び処理時間を除き、すべての処理パラメータを一定に保持して処理された。この褐炭のユーザの意図は、８％から１２％の間の水分パーセント削減と、それに応じたＢＴＵ／ｌｂの７０００台高めへの増大を目標とすることであった。１１の処理済みサンプルのうちの２つ、３０７２８１１及び‘１１９に対して、ＢＴＵ／ｌｂ値は、他のサンプルと相当に違っており（より低い）、また、第一のサンプルは最も高い水分パーセントを含んでいた。第一試験設定の５ｋＷと３０秒との組み合わせは、当該サンプルに対し所望の水分削減を実現するには、明らかに小さすぎ、また、その処理過程で処理チャンバからは、比較的少量の水蒸気しか出てくるのが見られなかった。表は、パワーと時間とのさまざまな組み合わせを使った結果を提示しており、２０／１５組み合わせの一つを除き、他のすべての組み合わせは求められるレベルを提供している。３セットのサンプル、‘１１３／’１１４と、‘１１５／’１１６と、‘１１９／’１２０／’１２１とは、パワー及び時間を含め、まったく同じのパラメータを使用した。これらのセットの各々におけるサンプル間の特性の違いは、サンプル自体に内在する特性の違いに起因すると考えられ、処理に起因する違いではない。
【０１８８】
【表６】
2007514044.tif 000010
【０１８９】
【表７】
2007514044.tif 000011
これらの結果は、さらに別なやり方で、本処理方法における処理パラメータを変化させる能力を効果的に用いて、サイズ及び特性の分布のあるサンプルを有する石炭バッチ（石炭バッチごと）であっても、特定量の水分削減及びそれによる比較的狭い範囲のＢＴＵ／ｌｂを目標とすることができることを示している。さらに、この結果は、比較的少ない試験セットで、所望の特性を実現するために使うことのできる多様なパワー／時間の組み合わせを識別できることを示している。最後に、簡単な前処理試験によって、未処理炭中の灰分及び硫黄の量、及び特定の石炭が処理に対しどのように反応するかを査定することもでき、その結果、本システムは、必要に応じ、ただ単に水分を削減する以上の処理によって、石炭の全体的燃料特性を向上することができる。
【０１９０】
意味のある実験室試験を行おうとする一切の試みにおいて、サンプルサイズ、チャンバのサイズ及び構成、使える電磁パワー及びその周波数、パワー及び動作周期を変える能力、実験室システムの安定性及び再現性、及び少なくとも実際の電磁パワーの石炭表面への入射量の見積もりの検討が必要である。本明細書に示したような実験室試験によって、特定の石炭特性を目標とし実現することのできる全体的な処理システムをカスタム設計するため必要な、基礎的前処理での石炭反応インプット・データを得ることができる。
【０１９１】
下記の表６に、本開示の方法により処理された各種石炭に対する、水分、硫黄、灰分、及び排出指数の低減、ならびに、ＢＴＵ／ｌｂ増大のリストを提示する。
【０１９２】
【表８】
2007514044.tif 000012
表８の略語の内容
Ｍ、Ｓ        水分、硫黄
Ｐｒｏｃ      処理済み
Ｒｅｄｎ      低減
Ｉｎｃ        増大
ＥＩ          放出指数
ＮＤ          データなし又は不足
ＮＡ          適用外
ＮＣ          感知できる変化なし
ＩＬ１        インド、ネーベリ（ＳＷ）褐炭
ＩＬ２        インド、ネーベリ（ＳＷ）褐炭
ＩＬ３        インド、グジャラート（ＮＷ）褐炭
ＩＢ          インド、アッサム（ＮＥ）瀝青炭
ＷＹ          ワイオミング亜瀝青炭
ＰＡ          ペンシルベニア（ＮＷ）瀝青炭
ＰＲＢ        ワイオミング、パウダーリバー流域亜瀝青炭
ＯＢ          オハイオ（ＳＥ）瀝青炭
ＴＬ          東テキサス褐炭
ＩＬＰＣ      イリノイ、グリーンペット・コークス
ＯＫ          オクラホマ瀝青炭
ＡＬ          アラバマ軟質瀝青炭。
【０１９３】
本発明の実施形態を記載するに際して、明瞭化のため特定の用語を用いている。記述目的の上で、各々の特定用語には、少なくとも、同様な目的を成就するため同様な方法で作用するすべての技術的及び機能的な相当用語を含むことが意図されている。例えば、本明細書中のマイクロ波への言及には、技術的に無線波と見なすことのできる幾分低めの周波数も、もしそれら周波数が固形燃料サンプルに同様な影響を与えるならば、マイクロ波に含まれると解釈すべきである。同様に、おおむね石炭を参照しているが、これらの方法は、他の固形有機燃料にも適用できる。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム・エレメント又は方法ステップを含む一部の例において、これら複数のエレメント又はステップを単一のエレメント又はステップで置き換えることができ、同様に、単一のエレメント又はステップを同じ目的で機能する複数のエレメント又はステップで置き換えることができる。さらに、本発明を、その特定の実施形態を参照して示し説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対し形態及び詳細についてのさまざまな別途の変更を加えることができることを理解していよう。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】図１は、ある褐炭における電磁放射吸収を周波数の関数として示したプロットである。
【図２】図２は、２５度Ｃ水中における電磁放射浸透深さを周波数の関数として示したプロットである。
【図３】図３は、本発明の実施形態による処理方法を概要的に説明する流れ図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った処理システム要素の流れ図である。
【図５】図５は、コンベヤ・システムを図示したものである。
【図６】図６は、図５のコンベヤ・システムとともに用いるフィーダ・アセンブリを図示したものである。
【図７】図７は、図５及び６の装置のコンベヤ端面図を提示する。
【図８】図８は、図５及び６の装置のコンベヤ端面図を提示する。
【図９】図９及び１０は、図５に示した装置に対する移送ベッド・フードの斜視図を示す。
【図１０】図９及び１０は、図５に示した装置に対する移送ベッド・フードの斜視図を示す。
【図１１】図１１及び１２は、図５に示した装置に対する移送ベッド・フードの斜視図を示す。
【図１２】図１１及び１２は、図５に示した装置に対する移送ベッド・フードの斜視図を示す。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態によるバッチ処理アセンブリを図示したものである。
【図１４】図１４及び１５は、図１３に示したバッチ処理アセンブリの上面及び側面を図示したものである。
【図１５】図１４及び１５は、図１３に示したバッチ処理アセンブリの上面及び側面を図示したものである。
【図１６】図１６は、パイロット・プラントを図示したものである。
【図１】
2007514044.tif 000013
【図２】
2007514044.tif 000014
【図３】
2007514044.tif 000015
【図４】
2007514044.tif 000016
【図５】
2007514044.tif 000017
【図６】
2007514044.tif 000018
【図７】
2007514044.tif 000019
【図８】
2007514044.tif 000020
【図９】
2007514044.tif 000021
【図１０】
2007514044.tif 000022
【図１１】
2007514044.tif 000023
【図１２】
2007514044.tif 000024
【図１３】
2007514044.tif 000025
【図１４】
2007514044.tif 000026
【図１５】
2007514044.tif 000027
【図１６】
2007514044.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月10日(2006.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理の固形燃料バッチを処理するための方法であって、
処理のため未処理固形燃料バッチを受取る工程と、
前記未処理固形燃料バッチに対し、水分パーセント、ＢＴＵ／ｌｂ、灰分パーセント、硫黄総計パーセント、各種形態の硫黄の各々のパーセント、揮発性物質パーセント、固定炭素パーセント、ハードグローブ粉砕性指数、微量鉱物質の重量、ならびに電磁放射に対する燃料及びその各構成成分の反応の項目から選択した一つ以上の特性を測定する工程と、
処理後の前記固形燃料バッチに所望の燃料特性を決定する工程と、
前記測定された未処理固形燃料の特性に基づいて、システム構成を設計し、前記所望の燃料特性を持つ処理済み固形燃料バッチを得られることになるようにパワーレベル・プロフィールを選択周波数において選択する工程と、
前記固形燃料バッチを前記選択された周波数及びパワーレベル・プロフィールで電磁放射に曝すことにより処理する工程とを
含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料バッチが前記所望の燃料特性を有することになるように電磁放射曝露の持続時間を選択し、前記固形燃料バッチをその持続時間、前記電磁放射に曝す工程をさらに含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料サンプルからの各種成分の目標とする放出を達成するように、複数のパワーレベルが所定の順序で用いられる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチの複数の特性が測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチ特性のほとんどが測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記未処理固形燃料バッチ特性のすべてが測定され、前記パワーレベル・プロフィールの選択に活用される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料は石炭である、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記石炭はスラリー形態でない、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記固形燃料は破砕又は選別されて、前記バッチは約８インチ以下の直径を持つ固形燃料小片に限定される、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記方法は、前記未処理固形燃料バッチを、前記選択された周波数及びパワーレベル・プロフィールによる前記電磁放射に曝す前に、前（まえ）加熱する工程をさらに含み、前記前加熱と電磁エネルギー及び持続時間とは、前記固形燃料を処理することによって該燃料を破砕しその後に続く水分の目標とする放出を制御する順序で加えられる、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記前加熱は、その後の前記電磁放射への曝露とは異なる周波数で行われる、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記前加熱は熱源によってなされる、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して乾燥エアを流す工程を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記乾燥エアは、前記水分を含むガスを除去するのに十分な流量で供給され、前記チャンバ中の発炎防止を促進する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記乾燥エアの流量は、前記チャンバのサイズ及び構成と、前記固形燃料から除去される前記水分の量とによって決められる、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料をさらに処理し、前記灰分の目標とする放出を制御するように、前記電磁エネルギー及び持続時間が加えられる、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して乾燥エアを流す工程をさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記乾燥エアは、前記灰分を含むガス及び微粒子を除去するのに十分な流量で供給され、前記チャンバ中の発炎防止を促進する、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記乾燥エア流量は、前記固形燃料から除去されることになる前記灰分の量によって決められる、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記固形燃料を破砕し、水分を放出させ、次により高い温度でより長い時間、前記石炭をさらに処理して前記固形燃料からの硫黄の目標とする放出を達成するように、前記電磁エネルギー及び持続時間が、前記固形燃料に加えられる、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、目標とする硫黄放出のための前記より高い温度は、１３０℃と２４０℃との間である、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記固形燃料バッチはチャンバ内で処理され、前記方法は、処理の間前記チャンバを通して不活性ガスを流す工程を含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記不活性ガスは、前記チャンバ内の発炎及び燃焼を防止するのに十分な流量で供給される、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記流量は、チャンバ容積立法フィートあたりに対し、時間あたり少なくとも１５立方フィートである、方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記処理の前記硫黄削減フェーズにおいて水素を供給する工程をさらに含む方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料の前記ＢＴＵ／ポンドを少なくとも１，０００ＢＴＵ／ポンド増大できる、方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記水分パーセントを、少なくとも約１パーセントから９８パーセントまでの間で選択的に削減できる、方法。
【請求項２８】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の灰分の少なくとも約２パーセントから上限６０パーセントまでの削減を達成する、方法。
【請求項２９】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の硫黄総計パーセントの少なくとも約２パーセントから上限７０パーセントまでの削減を達成する、方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、固形燃料中の前記黄鉄鉱パーセントを少なくとも約３パーセントから上限９５パーセントまで削減する、方法。
【請求項３１】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記硫酸塩パーセントを少なくとも約５パーセントから上限９５パーセントまで削減する、方法。
【請求項３２】
請求項１に記載の方法であって、前記電磁放射処理は、前記固形燃料中の前記有機硫黄パーセントを少なくとも約１パーセントから上限６０パーセントまで削減する、方法。
【請求項３３】
石炭を処理するための多重エレメント電磁放射システムであって、
速度可変のコンベヤと、
前記速度可変コンベヤが通り抜ける前加熱システムと、
電磁放射発生システムであって、電磁エネルギー源と、前記電磁エネルギーが中に取り入れられる処理チャンバとを含み、前記速度可変コンベヤは前記処理チャンバを通り抜ける、システムと、
電磁エネルギーの前記発生を制御する命令を生成するためのソフトウエア・コードを格納したコンピュータ可読媒体と連結されたコンピュータ・プロセッサを含むコントローラと、
前記電磁エネルギーによる処理作業の間、前記電磁放射発生システムにおける前記固形燃料の前記特性の変化を測定し、前記測定値を前記コントローラに送信するよう構成された測定及びフィードバック・システムと、
前記処理チャンバを通してガスを流し、電磁放射への曝露の結果として前記処理チャンバ中に放出された副生成物を捕捉し貯蔵するよう構成されたエアフロー及び副生成物取り扱いシステムとを
含むシステム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、前記エネルギー源あたり１５ｋＷ以上の電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項３５】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、前記エネルギー源の各々について、９０２ＭＨｚ以上の周波数において、電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項３６】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁エネルギー源は、商用になる処理のスループットに適したもので、複数のマグネトロンと前記マグネトロン用の発生器を含む、システム。
【請求項３７】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、前記コンベヤ上の固形燃料片の前記表面温度を監視するための温度センサを含む、システム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システム及び前記コントローラは、前記チャンバ内の固形燃料の前記表面温度を監視し、これらの温度が、処理中の前記固形燃料の前記発火温度に達しないことを確実にするように構成されている、システム。
【請求項３９】
請求項３７に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された固形燃料の表面温度に基づいて、
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４０】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の水分パーセントを測定するように構成されている水分分析装置を含む、システム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の水分パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４２】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の硫黄パーセントを測定するように構成されている硫黄分析装置を含む、システム。
【請求項４３】
請求項４２に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の硫黄パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料の灰分パーセントを測定するように構成されている灰分分析装置を含む、システム。
【請求項４５】
請求項４４に記載のシステムであって、前記コントローラは、測定された前記固形燃料の灰分パーセントに基づいて
前記電磁放射の前記パワー、
前記電磁放射曝露の前記持続時間、及び
エアフロー
の一つ以上を調整するようにプログラムされている、システム。
【請求項４６】
請求項３３に記載のシステムであって、前記測定及びフィードバック・システムは、処理中に前記固形燃料中の百万分の一単位の量（ＰＰＭ）を測定するように構成されている微量鉱物質分析装置を含む、システム。
【請求項４７】
石炭及び他の固形燃料を処理するための方法であって、
前記未処理固形燃料バッチに対し、水分パーセント、ＢＴＵ／ｌｂ、灰分パーセント、硫黄総計パーセント、各種形態の硫黄の各々のパーセント、揮発性物質パーセント、固定炭素パーセント、ハードグローブ粉砕性指数、微量鉱物質の重量、ならびに電磁放射に対する燃料及びその各構成成分の反応の項目から選択した一つ以上の特性を測定する工程と、
周波数９２８ＭＨｚ以下で前加熱、及びマイクロ波又は無線周波数処理のための電磁エネルギーを発生させる工程と、前記固形燃料バッチをこれらの周波数の前記エネルギーに曝して、前記測定された特性を変更する工程とを含む方法。
【請求項４８】
請求項３４に記載のシステムであって、前記電磁エネルギーは、前記各エネルギー源あたり、９２８ＭＨｚ以下の周波数において供給される、システム。
【請求項４９】
請求項３５に記載のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、前記各エネルギー源あたり、少なくとも７５ｋＷ以上の電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項５０】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、前記エネルギー源あたり、１ｋＷ以上の電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【請求項５１】
請求項３３に記載のシステムであって、前記電磁エネルギーは、前記各エネルギー源あたり２５００ＭＨｚ以下の周波数において供給される、システム。
【請求項５２】
請求項５２に記載のシステムであって、前記電磁放射発生システムは、前記各エネルギー源あたり２４００ＭＨｚ以上の周波数において電磁エネルギーを供給することができる、システム。
【国際調査報告】
2007514044.tif 000029
2007514044.tif 000030
2007514044.tif 000031
2007514044.tif 000032
2007514044.tif 000033