(57)【要約】高イオウ石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために該高イオウ石炭を処理する方法であって、該石炭内にトラップされた周囲流体を取り出すことによって該石炭の一部を破壊するのに充分な減圧の圧力タンク（１６）中に該石炭を置くことを含む方法。この破壊石炭は、導管（２１）を経た炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物と接触され、そして次いで該水性組成物の大部分が該石炭との接触から除去される。この水性組成物処理された石炭は、圧力タンク（１６）において二酸化炭素雰囲気下で、第１工程において生成された石炭中の割れ目に該炭酸カルシウムが入るのに充分な期間加圧される。
2004536163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高イオウ石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために該高イオウ石炭を処理する方法であって、
（ａ）該石炭内にトラップされた周囲（ambient）流体を取り出すことによって該石炭の一部を破壊するのに充分な減圧の環境中に該石炭を配置し、
（ｂ）この破壊石炭を、炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物と接触させ、
（ｃ）該水性組成物の大部分を該石炭との接触から除去し、そして
（ｄ）この水性組成物処理された石炭を二酸化炭素雰囲気下で、工程（ａ）において生成された石炭中の割れ目に該炭酸カルシウムが入るのに充分な期間加圧することを含む方法。
【請求項２】
減圧が、約２６″〜約３０″水である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
石炭を破壊するに先だって、石炭を約５センチメートル（ｃｍ）未満の最大断面距離（cross sectional distance）のサイズに減少させる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
石炭を、約３ｃｍ未満の最大直径のサイズに減少させる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
石炭を、約５０ミクロン（μｍ）〜約４ミリメートル（ｍｍ）のサイズに減少させる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
石炭を、約３ｍｍ〜約４ｍｍのサイズに減少させる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
石炭内にトラップされた周囲流体を取り出しつつ、減圧をそれがその最小値に達した後１時間までの間維持する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
減圧を、その最小値に達した後約１０〜約４５分の間維持する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
二酸化炭素雰囲気が、実質的に純粋な二酸化炭素である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
二酸化炭素雰囲気が、少なくとも５０ｐｓｉの圧力を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
圧力が、約１００ｐｓｉ〜約３００ｐｓｉである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
石炭を水性組成物内に浸漬してスラリーを形成させる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
スラリーを攪拌する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
石炭に水性組成物を吹き付けることにより、石炭を水性組成物と接触させる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
水性組成物が、少なくとも約１３．５のｐＨを示す請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
水性組成物が、少なくとも約１３．８のｐＨを示す請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
水性組成物が、ケイ酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
水性組成物が、酸化カルシウムを更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
水性組成物が、少なくとも約１３．５のｐＨを示し且つケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウムおよび酸化カルシウムを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
水性組成物が、少なくとも約１３．５のｐＨを示し且つ約２％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖのケイ酸ナトリウム、約１５％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖの炭酸カルシウムおよび約１．５％ｗ／ｖ〜４．０％ｗ／ｖの酸化カルシウムを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
石炭が、約０．５質量（重量）パーセントより多いイオウを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
石炭が、約０．８質量（重量）パーセントより多いイオウを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理から生じた石炭が、少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量を与えるために充分な、石炭内に沈着された炭酸カルシウムを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の工程を２回繰り返す請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の処理から生じた石炭が、少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量を与えるために充分な、石炭内に沈着された炭酸カルシウムを有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
工程（ａ）〜（ｄ）により処理された石炭が、シリカを少なくとも０．１５重量％のレベルで含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
工程（ｂ）において、各１００ポンドの石炭を約１０〜約１００ガロンの水性組成物と接触させる請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
生じた石炭を高温で燃焼させる工程を更に含み、しかもかかる燃焼の結果として、生じた燃焼放出物の二酸化イオウ含有率が、高イオウ石炭が請求項１に記載の方法に従って処理されなかった場合の燃焼放出物の二酸化イオウ含有率より約６０パーセント〜約１００パーセント少ない請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理から生じた石炭が、石炭と会合された約０．５質量（重量）パーセント〜約１．５質量（重量）パーセントの炭酸カルシウムを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
生じた石炭が、それと会合された約１．０質量（重量）パーセントの炭酸カルシウムを有する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
石炭を破壊するに先だって、石炭を酸化カルシウムと混合する請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
破壊石炭を水性組成物中に完全に浸漬する請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
高イオウ石炭であって、該石炭が真空破壊されており、少なくとも約０．５質量（重量）パーセントのイオウを含み、しかも更に該石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量で含む高イオウ石炭。
【請求項３４】
イオウ含有率が重量により約０．５パーセント〜約７．０パーセントのイオウであり、そして石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムが、約１〜４のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量にある請求項３３に記載の高イオウ石炭。
【請求項３５】
石炭が、少なくとも０．１５重量％のレベルで存在するシリカを更に含む請求項３３に記載の高イオウ石炭。
【請求項３６】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の方法により作られた高イオウ石炭。
【請求項３７】
高イオウ石炭を燃焼させることからエネルギーを作る一方、かかる燃焼からの放出物の二酸化イオウ含有率を減少させる方法であって、真空破壊された石炭中の割れ目内に炭酸カルシウムを沈着させそして生じた炭酸カルシウム含有高イオウ石炭を高温で燃焼させることを含む方法。
【請求項３８】
石炭が、少なくとも約０．５質量（重量）パーセントのイオウと、少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量の、石炭の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムとを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
石炭のイオウ含有率が約０．５重量％〜約７．０重量％であり、そして炭酸カルシウムを、約１〜４のモル比を与えるために充分な量で石炭中の割れ目内に沈着させる請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
炭酸カルシウムを請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法に従って石炭の割れ目内に沈着させる請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
石炭が、５センチメートル未満の粒子サイズを有する請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
石炭が、約５０ｍｍ〜約２ｍｍの粒子サイズを有する請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
石炭を粉末化し、そしてそれを炉中に吹き込み、それを酸素の源と混合しそしてこの混合物を点火することにより約３，２００°Ｆ〜約３，７００°Ｆの温度で燃焼させる請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
温度が、約３，５００°Ｆである請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
高イオウ石炭の燃焼の結果として生成される硫酸カルシウムの量を増加させる一方、同時にかかる燃焼からの二酸化イオウ放出を減少させる方法であって、該石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを有するところの真空破壊された高イオウ石炭を燃焼させそしてかかる燃焼の結果として生成された硫酸カルシウムを回収することを含む方法。
【請求項４６】
石炭が、少なくとも約０．５質量（重量）パーセントのイオウを含み且つ少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量の、石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを更に含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
イオウ含有率が重量により約０．５パーセント〜約７．０パーセントのイオウであり、そして石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムが、約１〜４のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量にある請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
石炭が、少なくとも０．１５重量％のレベルで存在するシリカを更に含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
石炭が、５センチメートル未満の粒子サイズを有する請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
石炭が、約５ｍｍ〜約２ｍｍの粒子サイズを有する請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
石炭が１ｉｎ未満の粒子サイズを有し、そして石炭をストーカー炉中で約２，４００°Ｆ〜約２，６００°Ｆで燃焼させる請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
石炭を粉末化し、そしてそれを炉中に吹き込み、それを酸素の源と混合しそしてこの混合物を点火することにより約３，２００°Ｆ〜約３，７００°Ｆで燃焼させる請求項４５に記載の方法。
【請求項５３】
高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために適した水性組成物であって、水性シリカコロイド組成物と統合された炭酸カルシウムの過飽和溶液を含む組成物。
【請求項５４】
水性組成物が、少なくとも１２のｐＨを示す請求項５３に記載の組成物。
【請求項５５】
水性組成物が、少なくとも１３．５のｐＨを示す請求項５４に記載の組成物。
【請求項５６】
水性組成物が、少なくとも１３．５のｐＨを示し且つケイ酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含む請求項５４に記載の組成物。
【請求項５７】
水性組成物が、酸化カルシウムを更に含む請求項５６に記載の組成物。
【請求項５８】
組成物が、約２％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖのケイ酸ナトリウム、約１５％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖの炭酸カルシウムおよび約１．５％ｗ／ｖ〜４．０％ｗ／ｖの酸化カルシウムを含む請求項５７に記載の水性組成物。
【請求項５９】
水性組成物が、二酸化ケイ素を強水性アルカリ金属水酸化物溶液中に高温で溶解しそして生じた混合物中に炭酸カルシウムを溶解して該水性組成物を形成させることにより作製される請求項５３に記載の水性組成物。
【請求項６０】
酸化カルシウムを更に含む請求項５９に記載の水性組成物。
【請求項６１】
アルカリ金属水酸化物が、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであり且つ少なくとも約３モル濃度のレベルで組成物中に存在する請求項６０に記載の水性組成物。
【請求項６２】
アルカリ金属水酸化物が、少なくとも約４モル濃度のレベルで存在する水酸化ナトリウムである請求項６１に記載の水性組成物。
【請求項６３】
コロイド構造中に組み込まれたカルシウムイオンを有するところの約１μｍ〜約２００μｍのサイズ範囲のコロイド粒子を含む請求項５３に記載の水性組成物。
【請求項６４】
コロイド粒子が、ケイ素および酸素に基づいたポリマー構造を示す請求項６３に記載の組成物。
【請求項６５】
高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の燃焼生成物の二酸化イオウ含有率を減少させるために適した水性組成物を作製する方法であって、炭酸カルシウムを強水性アルカリ性コロイドシリカ組成物中に、そのシリカ由来のコロイド粒子中にカルシウムイオンを統合させて炭酸カルシウムの過飽和溶液を形成させるのに充分な条件下で溶解することを含む方法。
【請求項６６】
酸化カルシウムが水性組成物中に含まれる請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
生じた組成物を少なくとも１つの磁場勾配に通流させる請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
生じた組成物を複数の磁場勾配に通流させる請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
磁場勾配を通る流量が、約１〜１００ガロン毎分（ｇｐｍ）である請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
組成物の一部が、組成物の別の部分の流れに対して向流様式で流れる請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
向流の流れが、向流の流れなしで得られるよりも高度に荷電されたコロイド粒子の集合物を与えることになる請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
複数の磁場勾配を通る流れが、組成物をかかる磁場勾配に通流させないで得られるよりも高度に荷電されているコロイド粒子を与えることになる請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
高イオウ石炭を加圧下で水性組成物で処理する装置であって、
該石炭を保持するのに適した加圧可能な容器、
該水性組成物が該容器に入りそして該石炭と接触するようにさせる第１入口、
該容器から該水性組成物を除去する機構、
二酸化炭素が大気圧より高い圧力下で該容器に入るようにさせる第１入口、
第１入口に連結された加圧二酸化炭素の給源、および
該容器から該石炭を除去する出口を含む装置。
【請求項７４】
シリカが、約０．１５重量％〜約２．５重量％のレベルで存在する請求項３５に記載の高イオウ石炭。
【請求項７５】
イオウ含有率が０．５重量％と７．０重量％の間にあり、炭酸カルシウムが、約０．５〜４．０のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分なレベルで存在し、そしてシリカが約０．１５重量％〜約２．５重量％のレベルで存在する請求項３３に記載の高イオウ石炭。
【請求項７６】
炭酸カルシウムおよびシリカが、ケイ酸ナトリウムおよび随意に酸化カルシウムと統合された過飽和炭酸カルシウムの水性コロイド組成物から沈着される請求項７５に記載の高イオウ石炭。
【請求項７７】
コロイド組成物が、−４０〜−７５ｍＶのゼータ電位を示すコロイド粒子を含む請求項７６に記載の高イオウ石炭。
【請求項７８】
石炭が、少なくとも０．１５重量％のレベルで存在するシリカを更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項７９】
シリカが、石炭中に約０．１５重量％〜約２．５重量％のレベルで存在する請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
石炭のイオウ含有率が０．５重量％と７．０重量％の間にあり、炭酸カルシウムが、約０．５〜４．０のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分なレベルで存在し、そしてシリカが約１５重量％〜約２．５重量％のレベルで存在する請求項３８に記載の方法。
【請求項８１】
炭酸カルシウムおよびシリカを、ケイ酸ナトリウムおよび随意に酸化カルシウムと統合された過飽和炭酸カルシウムの水性コロイド組成物から沈着させる請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
コロイド組成物が、−４０〜−７５ｍＶのゼータ電位を示すコロイド粒子を含む請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
コロイド粒子が、約−４０〜−７５ｍＶのゼータ電位を示す請求項５３〜６４のいずれか一項に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本特許出願は、２００１年３月２８日に出願された「二酸化イオウ（ＳＯ2）、亜酸化窒素および水銀の大いに減少された放出物でもって高温炉中で燃焼するように、イオウ分の高い石炭を処理するための装置および方法」という名称のHolcombの米国仮出願第６０／ 号（参照することにより、その全体をここに取り込む）の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、石炭に関する。一層特に、本発明は、石炭燃焼中二酸化イオウ放出を減少させるために石炭を処理することに関する。
【背景技術】
【０００３】
石炭は、世界において最も豊富な燃料源の一つである。石炭は、典型的には、化石化植物体から形成されている暗褐色ないし黒色の黒鉛様物質として存在する。石炭は、一般に、いくらかの有機および無機化合物と化合された無定形炭素を含む。石炭の品質およびタイプは、高品質の無煙炭（すなわち、ほとんど揮発性不純物を有さない高炭素含有率であり、そしてクリーンな炎を伴って燃焼する）から瀝青炭（すなわち、揮発性不純物の高割合であり、そして煙を出す炎を伴って燃焼する）ないし亜炭（瀝青炭より軟質であり、また完全には炭素に転換されていない植物質を含み、そして非常に煙を出す炎を伴って燃焼する）まで変動する。石炭は、電気の形態のエネルギーを作るために、世界中で石炭火力発電所において燃焼される。ここ何年にもわたって、石炭燃焼中生成される放出物のタイプに石炭中の或る不純物が有意な影響を及ぼし得る、ということが認識されてきた。特に厄介な不純物はイオウである。イオウは、石炭中に、微量から数質量（重量）パーセントまで（例えば、７質量（重量）パーセント）存在し得る。イオウは、石炭中に、様々な形態例えば有機イオウ、黄鉄鉱イオウまたは硫酸塩イオウで存在し得る。イオウを含有する石炭が燃焼される時、二酸化イオウ（ＳＯ2）が、典型的には、燃焼ガス中で大気中に放たれる。大気中のＳＯ2の存在は、ＳＯ2および水から形成する硫酸または亜硫酸から生じる酸性雨の形成に結びつけられてきた。酸性雨は様々な具合で環境を損ない得、そして米国において、環境保護庁（ＥＰＡ）は、石炭火力発電所からのＳＯ2放出物を制限するところの、石炭を燃焼させるための標準規格を定めてきた。
【０００４】
石炭は米国においてこの国の多くの地域で産出されるけれども、容易に採掘される（そしてそれ故安価である）石炭の多くは、しばしば、ＥＰＡによって許されるより多い燃焼ガス中のＳＯ2のレベルを与えることになる高レベルのイオウを含有する。かくして、石炭火力発電所は、しばしば、発電所から遠い距離に位置し得る鉱山からより高品質の石炭を購入しそして有意な輸送および他のコストを払わねばならない。高イオウ石炭の燃焼からの燃焼ガス中のＳＯ2の量を減少させるために、有意な一群の技術がそのうちに開発されてきた。この技術は、燃焼前、燃焼中および燃焼後における石炭に対する処理を伴っていた。しかしながら、かかる処理は、一般に、ＳＯ2放出物の減少効能と経済的な実施実現可能性との満足な結合を達成していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明を開発する必要が生じたのは、この背景がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は、高イオウ石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために該高イオウ石炭を処理する方法である。該方法は、
【０００７】
（ａ）該石炭内にトラップされた周囲流体を取り出すことによって該石炭の一部を破壊するのに充分な減圧の環境中に該石炭を配置し、
【０００８】
（ｂ）この破壊石炭を、炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物と接触させ、
【０００９】
（ｃ）該水性組成物の大部分を該石炭との接触から除去し、そして
【００１０】
（ｄ）この水性組成物処理された石炭を二酸化炭素雰囲気下で、工程（ａ）において生成された石炭中の割れ目に該炭酸カルシウムが入るのに充分な期間加圧することを含む。
【００１１】
本発明の別の側面は、高イオウ石炭であって、該石炭が真空破壊されており、少なくとも約０．５質量（重量）パーセントのイオウを含み、しかも更に該石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを少なくとも０．５のＣａ：Ｓのモル比を与えるために充分な量で含む高イオウ石炭である。
【００１２】
本発明の別の側面は、高イオウ石炭を燃焼させることからエネルギーを作る一方、かかる燃焼からの放出物の二酸化イオウ含有率を減少させる方法であって、真空破壊された石炭中の割れ目内に炭酸カルシウムを沈着させそして生じた炭酸カルシウム含有高イオウ石炭を高温で燃焼させることを含む方法である。
【００１３】
本発明の更に別の側面は、高イオウ石炭の燃焼の結果として生成される硫酸カルシウムの量を増加させる一方、同時にかかる燃焼からの二酸化イオウ放出を減少させる方法であって、該石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを有するところの真空破壊された高イオウ石炭を燃焼させそしてかかる燃焼の結果として生成された硫酸カルシウムを回収することを含む方法である。
【００１４】
本発明の更なる側面は、高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために適した水性組成物である。該組成物は、アルカリ性水性シリカコロイド組成物と統合された炭酸カルシウムの過飽和溶液を含む。
【００１５】
本発明の更に更なる側面は、高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の燃焼生成物の二酸化イオウ含有率を減少させるために適した水性組成物を作製する方法であって、炭酸カルシウムを強水性アルカリ性コロイドシリカ組成物中に、そのシリカ由来のコロイド粒子中にカルシウムイオンを統合させて炭酸カルシウムの過飽和溶液を形成させるのに充分な条件下で溶解することを含む方法である。
【００１６】
本発明の最後の側面は、高イオウ石炭を加圧下で水性組成物で処理する装置であって、
【００１７】
該石炭を保持するのに適した加圧可能な容器、
【００１８】
該水性組成物が該容器に入りそして該石炭と接触するようにさせる第１入口、
【００１９】
該容器から該水性組成物を除去する機構、
【００２０】
二酸化炭素が大気圧より高い圧力下で該容器に入るようにさせる第１入口、
【００２１】
第１入口に連結された加圧二酸化炭素の給源、および
【００２２】
該容器から該石炭を除去する出口を含む装置である。
【００２３】
本発明の他の側面は、本発明の詳細な説明を読解すると、当業者にとって明らかであり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の諸具体的態様は、石炭の独特な燃焼前処理により、ＳＯ2および他の有害燃焼ガスを減少させる手法を提供する。未処理石炭（例えば、天然に存在する石炭）に関して処理石炭中のカルシウム（Ｃａ）の量を有意的に増加させるために、石炭は、炭酸カルシウム（好ましくは、酸化カルシウムと会合された）で過飽和された水性シリカコロイド組成物で処理され得る。一層特に、石炭から流体を除去して石炭を破壊するために、真空が石炭に適用され得る。破壊石炭は、次いで二酸化炭素（ＣＯ2）の加圧下で水性組成物と接触され得る。この過程は、水性組成物の一部が石炭中の割れ目に浸透し、その結果炭酸カルシウムが割れ目内で結晶化しそして更に石炭を破壊すると考えられる。この処理石炭が燃焼される時、石炭が高温で燃焼するにつれて、炭酸カルシウム、ＮａＨＣＯ3並びに二酸化イオウ−硫酸および／または亜硫酸の間の化学反応により、イオウはＣａＳＯ4およびＮａ2ＳＯ4に転換される。この利点は、石炭が低二酸化イオウ（ＳＯ2）放出物でもって燃焼することである。加えて、酸化窒素（ＮＯX）、水銀（Ｈｇ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）および炭化水素（ＨＣ）の比較的低い放出物についての証拠がある。燃焼放出物の質が改善されることと同時に、燃焼過程の固体状副生成物は、採集され得る有用な固体の量を増加するように変性される。特に、灰は、セメントの製造において有用な成分（ＣａＳＯ4）を与える。
【００２５】
本発明の一つの具体的態様は、石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために石炭を処理する方法である。第１工程において、石炭内にトラップされた周囲流体を取り出すことによって石炭の一部を破壊するのに充分な減圧の環境中に、石炭は置かれる。第２工程において、この石炭は、炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物と接触される。第３工程において、該水性組成物は、石炭との接触から除去される。第４工程において、この石炭は、二酸化炭素雰囲気下で、第１工程において生成された石炭中の割れ目に該炭酸カルシウムが入るのに充分な期間加圧される。
【００２６】
本方法により処理され得る石炭のタイプは、処理なしに燃焼されるならばＳＯ2の望ましくないまたは違法なレベルを与えることになるイオウの望ましくないレベルを有する任意の石炭である。かくして、該石炭は、約０．２質量（重量）パーセントから７質量（重量）パーセントより大までのイオウ含有率を有する無煙炭、瀝青炭または亜炭であり得る。或る用途については、少なくとも０．５質量（重量）パーセントのイオウ含有率を有する石炭が、高イオウ石炭と見ることができる。石炭の密度はしばしば石炭のタイプに依存し、そして典型的には約１．２ｇ／ｃｍ3から２．３ｇ／ｃｍ3（例えば、液体置換により測定される場合の見掛け密度）で変動する。減圧段階において処理される石炭のサイズは、たいていの鉱山から得られるサイズ、例えば約２インチから約１／４インチ未満までの最大断面サイズを有する不整形状であり得る。大きいストーカーバーナーについてうまくいくサイズは約３／４〜１インチであり、一方小さいストーカーバーナーについてうまくいくサイズは約１／２インチ未満である。かくして、本方法は、石炭が燃焼されることになっている場所の近くの加工プラントでまたはまさに採鉱現場で使用可能な。所望される場合、石炭は、減圧に先だって、例えば石炭を約５ｃｍ未満例えば３ｃｍ未満のサイズ（５０μｍから３００μｍまたは５０μｍから１００μｍの範囲のサイズが、或る用途については望ましい）を有する粒子の粉末に破砕、摩砕または微粉砕することにより、サイズについて減少され得る。石炭のこのサイズ減少は、減圧におよび水性組成物に暴露され得る表面積を増加するよう働き得、また石炭を加工するのに必要とされる時間量を減少するよう働き得る。所望される場合、スラリーを形成させるために、サイズについて減少された石炭は液体（例えば、水）と混合され得る。或る用途については、減圧に先だって、例えば石炭を粉末化形態の酸化カルシウムと混合することにより、石炭を酸化カルシウムと接触させることが望ましくあり得る。石炭を酸化カルシウムと接触させることは、ＳＯ2放出物を更に減少させるよう働き得る。
【００２７】
上記に論考された第１工程において、石炭は、密封および減圧され得る容器中に置かれる。減圧は、気体であろうが液体であろうが石炭中にトラップされた流体を除去するのに充分である。これは、石炭を破壊するすなわち石炭中に小さい亀裂、欠陥またはチャンネルの形態の割れ目を生じさせることになると信じられる。その代わりにまたはそれと共に、減圧は、気体であろうが液体であろうが石炭中の先在する割れ目内にトラップされた流体を除去するよう働き得る。割れ目は、減圧により生じせしめられようがまたは先在しようが、典型的には細長く、また相互連結され得または総体的に平行な態様で離間され得る。割れ目は、炭酸カルシウムで過飽和された水性組成物の充分な量が割れ目に浸透するようにさせるのに適切な数および断面サイズで存在すべきである。例えば、減圧は０．０１μｍ〜１μｍの範囲の断面サイズを有する数多くの割れ目を石炭中に生じさせ得る。この過程を援助するために石炭は加熱され得るけれども、減圧は一般に周囲温度で行われる。圧力は、用いられる真空ポンプの強力度に依存して、周囲の大気圧未満に例えば１気圧の約１０分の１またはそれ以下に減じられる。一般に、石炭が減圧される時間の長さは典型的には１時間未満例えば約１５分未満であり、しかして約３〜１０分が多くの用途について充分である。
【００２８】
石炭が減圧されると、それは次いで炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物と、溶解された該炭酸カルシウムを割れ目に注入するのに充分な時間接触される。これは、炭酸カルシウムを石炭と親密に会合させそして割れ目内の炭酸カルシウムの結晶化によって石炭を更に破壊することになると考えられる。石炭の破壊を高めるために、水性組成物が酸化カルシウムも含むことが望ましくあり得る。接触工程は、高められた温度が使用可能なけれども、プロセスの容易性のために周囲温度で行われる。一般に、用いられる水性組成物の量は、石炭１００ポンド当たり約５ガロンから約２０ガロンまたはそれ以上である。経済的規模については、典型的には、石炭１００ポンド当たり約１０ガロンが用いられる。水性組成物は容器中の石炭上に吹き付けられまたは注がれ得、また石炭は水性組成物中に浸漬され（例えば、完全に浸漬され）得る。所望される場合、水性組成物と親密に混合させるために、石炭は撹拌または攪拌され得る。一般に、水性組成物を石炭に周囲の温度および圧力下で添加するのに数分しか必要とされない。水性組成物に関しての更なる詳細は、以下に論考される。
【００２９】
水性組成物が石炭と充分な時間量接触されると、石炭が入れられている容器は、水性組成物の一部を石炭の割れ目中に押しやり、割れ目中の溶解炭酸カルシウムの結晶化を開始させそして石炭を更に破壊するのに充分な時間、ガス好ましくは二酸化炭素で加圧される。好ましくは、水性組成物は、加圧工程に先だって、石炭との接触から除去される。特に、石炭に浸透しなかった水性組成物の残存部分（例えば、７０％〜９０％）は、様々な方法により、例えば石炭を濾過するまたは単に水性組成物の該残存部分をメッシュまたは篩を通って容器から流出させることにより除去され得る。
【００３０】
一般に、加圧工程は、周囲温度でおよび５０ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）を越える好ましくは１００ｐｓｉより大の圧力で行われる。圧力は３００ｐｓｉを越え得るけれども、３００ｐｓｉより大はたいていの用途について必要とされないということが証拠により示唆される。加圧は、典型的には、１時間より大でない間一般に約２０〜４５分間行われる。加圧が完了すると、石炭は、石炭からエネルギーを引き出すためのいずれかの慣用方法に従って燃焼されまたは別の具合に加工され得る。所望される場合、石炭は、処理後、例えば石炭を粒子の粉末に破砕、摩砕または微粉砕することにより、サイズについて減少され得る。或る用途については、石炭は、上記に論考された同じ方法により再処理され得る。特に、諸工程は２回またはそれ以上繰り返され得るが、しかし一般に２回より多いサイクルは、ＳＯ2放出物の減少についての満足な結果のために必要とされない。好ましくは、濾液は次のサイクル用に再使用され、しかして前記に論考されたような水性組成物対石炭の所望比率を与えるように新鮮な水性組成物が添加される。２回のサイクルは時間およびコストの考慮事項に関して石炭への炭酸カルシウムの適切な注入を与える、ということが考えられる。
【００３１】
本方法に従って処理された石炭は、それと会合された炭酸カルシウムを有し、そのため該石炭が高温で燃焼される時、ＳＯ2の放出は所望レベルに減少される。特に、処理石炭は、処理石炭中に存在するＣａ対Ｓのモル比が典型的には少なくとも０．５である（少なくとも１（例えば、１〜４）の比率が好ましい）ような炭酸カルシウム含有率を有し得る。この炭酸カルシウム含有率は、ＳＯ2放出物を未処理石炭に関して少なくとも約５パーセント例えば２０パーセント未満減少し得、しかして６０パーセント〜１００パーセント減少が時には観察される。石炭中に含有されたイオウは炭酸カルシウムと反応して硫酸カルシウムを生成して、かくしてＳＯ2の形成を減少または排除する、ということが考えられる。生成される硫酸カルシウムは、ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ（セッコウ）の形態にあり得る。処理石炭を構成する炭酸カルシウムの質量（重量）パーセントは、典型的には、Ｃａ対Ｓの所望モル比が達成されるように、未処理石炭中のイオウの質量（重量）パーセントに依存して変動する、ということが認識されるべきである。また、燃焼される石炭中のイオウの５０％までは、フライアッシュ中に残存し得そしてＳＯ2として放たれない。従って、１未満（例えば、０．５）のＣａ対Ｓのモル比は、或る用途については適切であり得る。
【００３２】
本発明の別の具体的態様は、前記に記載された方法から生じる。この具体的態様は、石炭の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを有する破壊石炭である。割れ目は、減圧により生じせしめられようがまたは先在しようが、典型的には細長く、また相互連結され得または総体的に平行な態様で離間され得、そして０．０１μｍ〜１μｍの範囲の断面サイズを有し得る。本石炭は上記に論考された方法により生成され得、そしてＣａ対Ｓのモル比が典型的には少なくとも０．５であるような、石炭の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを含む。加えて、該石炭は、割れ目内に約０．１５質量（重量）パーセントから２．５質量（重量）パーセントまでのシリカを含み得る。該石炭は割れ目内に沈着された酸化カルシウムを更に含み得、そしてこの酸化カルシウムはＣａ対Ｓの所望モル比を達成することに寄与する。先に論考されたように、本方法により処理され得る石炭のタイプは、処理なしに燃焼されるならばＳＯ2の望ましくないまたは違法なレベルを与えることになるイオウの望ましくないレベルを有しそして約０．２質量（重量）パーセントから７質量（重量）パーセントより大までのイオウ含有率を有し得る任意の石炭である。処理される石炭のサイズは約２インチから約１／４インチ未満までであり得、あるいは例えば石炭を約５ｃｍ未満例えば３ｃｍ未満のサイズ（５０μｍ〜１００μｍの範囲のサイズが、或る用途については望ましい）を有する粒子の粉末に破砕、摩砕または微粉砕することにより、サイズが減少されていてもよい。
【００３３】
本発明の更に別の具体的態様は、石炭の燃焼からエネルギーを作る一方、かかる燃焼からの放出物の二酸化イオウ含有率を減少させる方法である。該方法は、石炭中の割れ目内に炭酸カルシウムを沈着させ、そして生じた炭酸カルシウム含有石炭を高温で燃焼させてエネルギーを作ることを含む。特に、炭酸カルシウムは、炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物を用いて、上記に論考された方法に従って石炭中の割れ目内に沈着され得、その結果炭酸カルシウム含有石炭は石炭の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを含む。炭酸カルシウム含有石炭は、エネルギーを作るために、様々な慣用技法を含めて、様々な技法に従って燃焼され得る。例えば、炭酸カルシウム含有石炭は、固定床燃焼（例えば、下込めストーカー燃焼法、移床ストーカー燃焼法または散布式ストーカー燃焼法）、浮遊燃焼（例えば、微粉燃料燃焼または粒子注入法）、流動床燃焼（例えば、循環流動床燃焼または加圧流動床燃焼）、磁気流体発電、等に従って燃焼され得る。炭酸カルシウム含有石炭を燃焼させるために選択された特定の技法および装置は、燃焼工程と関連した次の特性の一つまたはそれ以上に影響を及ぼし得る。すなわち、（１）燃焼中に遭遇される温度（例えば、約１，８００°Ｆから約４，０００°Ｆ）、（２）炭酸カルシウム含有石炭が炭酸カルシウムの沈着後の湿潤形態で用いられるかまたは最初に乾燥されるかどうか、（３）用いられる炭酸カルシウム含有石炭のサイズ、および（４）作られ得るエネルギーの量。例えば、炭酸カルシウム含有石炭は約１インチ未満の粒子サイズを有し得、そして約２，４００°Ｆ〜約２，６００°Ｆのストーカー炉中で燃焼される。別の例として、炭酸カルシウム含有石炭は約３００μｍ未満の粒子サイズに粉末化され得、そして浮遊燃焼に従ってそれを炉中に吹き込み、それを酸素の源と混合しそしてこの混合物を点火することにより、約３，２００°Ｆ〜約３，７００°Ｆ（例えば、約３，５００°Ｆ）で燃焼される。
【００３４】
本発明の別の具体的態様は、高イオウ石炭の燃焼の結果として生成される硫酸カルシウムの量を増加させる一方、同時にかかる燃焼からの二酸化イオウ放出を減少させる方法である。該方法は、石炭中の割れ目内に沈着された炭酸カルシウムを有する石炭を燃焼させそしてかかる燃焼の結果として生成された硫酸カルシウムを回収することを含む。炭酸カルシウムは、炭酸カルシウムで過飽和された水性シリカコロイド組成物を用いて、上記に論考された方法に従って割れ目内に沈着され得、そして石炭は、前記に論考されたような様々な技法に従って燃焼され得る。石炭を燃焼させるために用いられる技法に依存して、１種またはそれ以上の様々な燃焼生成物、例えばフライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ、排煙脱硫物質が生成され得る。かかる燃焼生成物は、例えばセメント、コンクリート、セラミック、塑性充填剤、金属マトリックス複合材および炭素吸収剤用のような、様々な用途における利用性を有し得る。例えば、本具体的態様による石炭の燃焼からのフライアッシュは、セメントの製造において使用可能な。特に、石炭中に含有されたイオウは割れ目内に沈着された炭酸カルシウムと反応して、硫酸カルシウムを生成する。先に論考されたように、生成される硫酸カルシウムは、典型的には、フライアッシュ中に残存するセッコウ（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）の形態にある。このフライアッシュはそのまま用いられ得、あるいはセメント（例えば、ポルトランドセメント）の成分として用いるためのＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏを抽出するために、当該技術において知られた１つまたはそれ以上の分離方法が使用可能な。
【００３５】
本発明の別の具体的態様は、高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために適した水性組成物である。該水性組成物は、水性シリカコロイド組成物と統合されたおよび随意に酸化カルシウムと会合された炭酸カルシウムの過飽和溶液を含む。特に、該水性組成物は、約２％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖのケイ酸ナトリウムまたはシリカ、約１５％ｗ／ｖ〜４０％ｗ／ｖの炭酸カルシウムおよび約１．５％ｗ／ｖ〜４．０％ｗ／ｖの酸化カルシウムを含み得る。本明細書において用いられる場合、１％ｗ／ｖの物質は、組成物１００ｍｌ当たり１ｍｇの該物質に等価であるところの組成物中の該物質の濃度を指す。本発明の更なる具体的態様は、高イオウ石炭を処理してこの処理石炭が燃焼される際の二酸化イオウ放出を減少させるために適した水性組成物を作製する方法であって、炭酸カルシウムを強水性アルカリ性シリカコロイド組成物中に、そのシリカ由来のコロイド粒子中にカルシウムイオンを統合させて荷電コロイド粒子を形成させるのに充分な条件下で溶解することを含む方法である。論考のたやすさのために、これらの２つの具体的態様が一緒に論考される。
【００３６】
シリカは二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）としても知られており、そして遊離形態（例えば、砂）または他の酸化物と化合されてケイ酸塩の形態のどちらかで地殻のほぼ６０パーセントを構成する。シリカは、人間により少量で摂取される（ＳｉＯ2としてまたはケイ酸塩として）場合に何らかの有意的毒性作用を有するとは知られておらず、そして米国中のたいていの公共給水システムにおける飲料水中に通常存在する。本発明の本具体的態様において有用な組成物の基礎は、分散体またはコロイド懸濁液と称され得るアルカリ性水性シリカコロイド組成物の作製である。
【００３７】
この水性組成物は、粒子状シリカを高アルカリ性水中に溶解することにより作製され、しかして該高アルカリ性水は、強塩基を水中に溶解して高塩基性（すなわち、１０より大の好ましくは少なくとも１２一層好ましくは少なくとも１３．５のｐＨ）である水溶液を与えることにより作製される。強塩基は、典型的には、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム好ましくは後者のような、アルカリ金属水酸化物である。少なくとも３のモル濃度量がアルカリ性溶液を作製するために用いられ、しかしてそのくらいの多量がｐＨを所望レベルに維持するために用いられる。シリカの溶解性（安定なコロイド組成物を形成するその能力）は温度を増加すると共に増加する故、アルカリ性溶液は、周囲温度を越え該溶液の沸点まで（沸点を含む）の温度に加熱されることが好ましい。これを越える温度は使用可能なけれども、加圧容器の必要性に因り、これは一般に好まれない。水酸化ナトリウムでアルカリ性にされた水中にシリカを溶解する際に、ケイ酸ナトリウム溶液が形成されると考えられる。その組成は、密度と同様に、ナトリウムとシリカの間の変動比率に関して変動する。Ｎａ2Ｏ対ＳｉＯ2の比率が大きければ大きいほど、アルカリ性度はより大きくそして溶液はより粘着性である。その代わりに、同じ目的が、固体状ケイ酸ナトリウムを水中に溶解することにより達成され得る。数多くの水性ケイ酸ナトリウムコロイド組成物が、約２０％〜約５０％ｗ／ｖで商業的に入手できる。周知の溶液は「卵用保存剤」として知られ、しかしてこれはこの方法により作製され得そして約４０％ｗ／ｖのＮａ2Ｓｉ3Ｏ7（ケイ酸ナトリウムの通常入手できる乾燥形態）を含有すると計算される。標準的な商業的に入手できるケイ酸ナトリウムは、２７％ｗ／ｖケイ酸ナトリウムであるものである。
【００３８】
いかなる特定の理論によっても縛られたくないけれども、シリカの溶解の化学は、次の反応式で近似され得ると信じられる。
【化１】
2004536163.tif 000003
【００３９】
アルカリ性シリカコロイド組成物が作製されると、アルカリ土類炭酸塩好ましくは炭酸カルシウムが、この混合物に好ましくは微細粉末として添加される。炭酸カルシウムの添加は、コロイド構造中に統合されたカルシウムイオン（Ｃａ+2）を有する安定なコロイド組成物を形成させるのを援助する、ということが考えられる。加えて、酸化カルシウムもまた好ましくは添加され、しかしてこれは後に、前記に論考された方法において高圧ＣＯ2雰囲気下で石炭の割れ目内でＣａＣＯ3に転換される。炭酸カルシウム（および酸化カルシウム）によるＣａ+2イオンの源の添加は、次のように視覚化され得るＳｉ（ＯＨ）4の重合に通じ得る。
【化２】
2004536163.tif 000004
【００４０】
これは、例えば図１に示されたように、Ｃａ+2イオンが封鎖されているコロイド粒子に通じると考えられる。図１においては、用いられた塩基は、Ｋ+イオンを与える水酸化カリウムである、ということが留意される。本具体的態様に従って形成されたコロイドは、公知のコロイド系よりもより堅く結合されており且つより広範に分岐されていると考えられる。図２は、本方法に従って形成されたところの、典型的なシリカコロイド粒子と会合された典型的な水の二重層を表す、ということが更に考えられる。図２に示されたように、シリカコロイド粒子は正味の負電荷を有し、そして周囲水中の荷電イオンにより取り囲まれている。シリカコロイド粒子の固体表面に最も近いステム層（「心層」）において、荷電イオンはたいてい正に荷電されており、また負に荷電されたシリカコロイド粒子に引きつけられるＣａ+2イオンを含み得る。１個またはそれ以上のＣａ+2イオンがシリカコロイド粒子の内部内に含まれ得る、ということが認識されるべきである。
【００４１】
本発明の水性組成物の作製中、それは、好ましくは、シリカコロイド粒子上の静電荷を増加するように処理される。これは、図３および４に示された起電機を用いることにより行われる。更なる詳細は、２０００年１２月２６日に出願されそして２００１年１０月４日にＵＳ２００１／００２７２１９として公表されたHolcombの米国特許出願第０９／７４９，２４３号におよび１９９６年７月１６日に発せられたHolcombの米国特許第５，５３７，３６３号（それらの開示は参照することにより、それらの全体をここに取り込む）に見ることができる。これらの刊行物におけるおよび本明細書におけるサイズおよび容量は、例示のためのみであり、制限的でない。起電機を機能させることはポンプ１を伴い、しかしてポンプ１は容器３中に入れられている水性組成物５を取り上げ、そして水性組成物５を導管２にそして次いでポンプ１に導いて通過させる。ポンプ１は、ポンプおよびパイプのサイズに依存する速度を生じさせる。これは、約１ガロン毎分（ｇｐｍ）〜約１００ｇｐｍ（例えば、比較的小さいシステムにおいて約４ｇｐｍ〜約１０ｇｐｍ）および約１０ｐｓｉの圧力であり得る。この前記の圧力および速度における水性組成物５は導管６を通流しそして導管７に入り、しかして導管７は少なくとも１本の同心導管（例えば、導管１３）により取り囲まれている。図２に示されているように、水性組成物５は導管７を通流し、そして穴８を通って導管１３（例えば、１″パイプ）中に出る。水性組成物５は次いで反対方向で導管１３を通流し、穴９を通って出て、そして再び方向転換して導管１４（例えば、１．５″パイプ）を通る。水性組成物５は穴１０を通って導管１４から導管１５中に出て、室１１に入り、導管１２を通流し、そして導管４を通って容器３に運ばれ戻される。
【００４２】
充分な速度で且つ充分な時間量の、向流装置を通る流れが、向流帯電効果の故、本発明の本具体的態様による好ましい組成物を生じさせる。この向流帯電効果は磁場勾配を生じさせ、しかして次いで該磁場勾配は、起電機の同心導管中において向流過程で移動するシリカコロイド粒子上に静電荷を蓄積させる、ということが考えられる。この静電荷の蓄積は、より安定であるより大きいシリカコロイド粒子と結びつけられると考えられ、そして次いで例えばより多量のＣａ+2イオンを封鎖することにより、より多量の炭酸カルシウムが水性組成物中に組み込まれることを可能にし得る。好ましくは、多数の二方向磁場を発生させることにより該向流帯電効果を高めるために、１個またはそれ以上の磁気ブースターユニットが用いられる。図４は、図３に示された起電機と共に使用可能な磁気ブースターユニットの機能および配置を示す。図４の磁気ブースターユニット（ユニットＡ、ＢおよびＣ）を加える場合、静電荷ははるかに速くシリカコロイド粒子上に蓄積する、ということが観察された。３個の磁気ブースターユニットが図４に示されているけれども、より多いまたはより少ないユニットが特定用途に依存して使用可能な、ということが認識されるべきである。典型的には、２個の隣接磁気ブースターユニット（例えば、ユニットＡおよびＢ）は、それぞれのユニットにより発生する磁場の間の相互作用を減じるよう充分に離間される、ということが所望される。
【００４３】
図５の上部は、図４に示された同心導管の断面上面図を示す。図５から気づかれ得るように、磁気ブースターユニット（例えば、ユニットＡ）は、複数の磁石（例えば、電磁石）を含む。ここでは、４個の磁石が一平面に配置されて示され、そしてその平面において四辺形（例えば、長方形または正方形）の頂点を形成する。隣接磁石の極は、図５に示された「＋」および「−」符号により指摘されるように、反対の配向を有する。図５の下部に示されているように、４個の磁石のこの配置は、磁場についてｚ軸（すなわち、図５の上部に示された平面から延出する軸に沿った磁場の成分）において、多数の勾配を生じさせる。ここでは、測定値は、磁石の平面の上に約１インチ変位されている線Ａ−Ａ′に沿ったｚ軸における磁場について示されている。勾配はまた、磁場についてｘ軸およびｙ軸（すなわち、線Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′に沿った磁場の成分）において存在し得る。これらの多数の勾配は、起電機が水性組成物を加工し続けるにつれてシリカコロイド粒子上に蓄積し得る有意な静電荷の原因である。水性組成物を図４に示された起電機で処理することにより、約１μｍから約２００μｍの範囲典型的には約１μｍから約１５０μｍまたは約１μｍから約１１０μｍの範囲のサイズを有するシリカコロイド粒子を生成させることができる。シリカコロイド粒子は、約−５ミリボルト（ｍＶ）から約−７５ｍＶを越える範囲典型的には約−３０ｍＶから約−５０または−６０ｍＶの範囲のゼータ電位を有し得る。当業者は理解するように、ゼータ電位はコロイド粒子により示される静電荷を表し、そしてより大きい大きさのゼータ電位は典型的にはより安定なコロイド系（例えば、粒子間斥力の結果として）に相当する。
【００４４】
本発明の別の具体的態様は、高イオウ石炭を加圧下で水性組成物で処理する装置である。該装置は、石炭を保持するのに適した加圧可能な容器、水性組成物が容器に入りそして石炭と接触するようにさせる第１入口、容器から水性組成物を除去する機構、二酸化炭素が大気圧より高い圧力下で容器に入るようにさせる第１入口、第１入口に連結された加圧二酸化炭素の給源、および容器から石炭を除去する出口を含む。
【００４５】
本発明のこの具体的態様は、図６に示されたシーケンスの全体的論考において見ることができる。石炭は列車１０２によって水蒸気発生プラントにもたらされ、そして制御塔１００の下の石炭ホッパー１０３中に落とされる。その代わりに、石炭は、該発生プラントの代わりに炭田において処理され得る。石炭は次いでコンベヤーベルト１０４上に供給され、そして導管１０５を経て石炭破砕機１０８および１０９に輸送される。低品質の不合格品および破片は、導管１０６および１０７を経て不合格品パイル１１１および１１２に輸送される。石炭は、直径１〜２ｍｍのサイズの粒子に破砕された後、破砕機から放たれる。石炭はコンベヤー１１０上に落下し、しかしてコンベヤー１１０はそれを導管１１４中に、次いで導管１１３および１１４ａに落とす。導管１１４ａは石炭をホッパー１１５に運び、しかしてホッパー１１５は石炭を圧力ハッチを通って圧力タンク１６中に落とす。圧力ハッチは、ホッパー１１５の下でおよび出口導管１８と圧力タンク１６との接合部において閉鎖される。石炭がホッパー１１５を通ってタンク１６中に供給されるにつれて、タンク１６が約４５°に傾け上げられながら、オーガー１７が石炭をタンク１６の遠位部分に押し進める。タンク１６は密封されそして真空（約２６″〜３０″の水）が２３に収容された真空ポンプにより２０分間適用され、そしてタンク１６は中立位置に下げ戻される。建物２７において合成され得る本発明の水性組成物は導管３５を経て貯蔵タンク２４中にポンプ輸送され、次いで導管３４を経て導管２１にポンプ輸送され、そして弁が真空状態の方へ開かれる時タンク１６中に引き入れられる。シリカコロイド粒子、イオン化炭酸カルシウム、酸化カルシウムおよび水を含む水性組成物は、石炭の排気された細孔中に引き入れられる。系が平衡になった後、水性組成物の残存部分は除去され、そしてＣＯ2がタンク２６から導管３６を経て制御器２３をそして次いで導管２１を通流するように弁が開かれる。約１００〜３００ｐｓｉの圧力が１時間までの間（例えば、５〜４０分）維持され、そして解放される。ＣＯ2圧は、増加重炭酸イオン充填量を石炭の細孔中に入れる。重炭酸イオンのこの増加利用可能性は石炭の細孔中におけるＣａＣＯ3の結晶化を引き起こし、それにより石炭を破壊しそしてより多くのおよびより大きい細孔を炭酸カルシウムおよび酸化カルシウムの浸透のために利用可能にする。この時点で、石炭中へのシリカ炭酸カルシウムの統合を最大にするために、本方法は好ましくは１回または２回繰り返される。充分に加工されると、生じた石炭は次いでオーガー１７により導管１８を通ってベルト３０上へ押し出され、しかしてベルト３０は処理石炭を「ライブ品パイル」３１に運ぶ。
【００４６】
処理石炭は、「ライブ品パイル」からベルト３２によってコンベヤー３３に放たれる。処理石炭はストーカー用石炭としてストーカーバーナー中で約２，４００°Ｆ〜約２，６００°Ｆの温度で燃焼され得、あるいは微粉砕されそしてブロワー炉中で約３，２００°Ｆ〜３，７００°Ｆの温度で燃焼され得る。図７に見られるように、処理石炭は炉に運ばれ、しかしてそこでそれは燃焼される。燃焼している石炭は水を加熱して水蒸気にし、しかして水蒸気はタービンを駆動する。次いで、タービンは発電機を駆動し、しかして発電機は送電線を通じて電力を送る。その代わりに、図８に示されているように、処理石炭は、図６のコンベヤー３３と連通するコンベヤー２０１を通じて石炭バンカー２１０に送達される。石炭は要求に応じて秤２０９を通って、粉末化石炭を生成させる微粉砕機２０７中に計量供給される。この粉末化石炭は、炭塵・空気管路２０５を通りそして燃料注入ノズル２０３を通じて炉２０４中に導かれる。この粉末化石炭は炉２０４中に吹き込まれ、しかしてそこでそれは着火して、約３，５００°華氏で燃焼する強烈な渦巻く火になる。燃焼時に、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水および二酸化イオウは強烈な熱の存在下で反応してより多量のセッコウ（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）および石灰を形成し、しかしてこれらは灰中に残存する。増加セッコウはセメント用の増加価値の灰を作り、そしてそれはこの使用のために灰庫２０６から除去される。それ故、高イオウ石炭は、改善品質の燃焼生成物と共に大いに減少された放出物でもって燃焼され得る。生じた灰はまた特に微小球としてより多量のケイ酸塩を有する、ということが考えられる。これらの微小球状ケイ酸塩は、例えば、絶縁ペイント用に有用である高い絶縁性質を有する。
【００４７】
次の例は、当業者に本発明を例示して説明するために、本発明の特定の側面を記載する。これらの例は単に本発明を理解および実施する際に有用な特定の方法論を与えるにすぎないので、これらの例は、本発明を制限すると解釈されるべきでない。
【実施例】
【００４８】
実施例Ｉ
この例は、燃焼に先だって石炭を処理するために用いられる本発明の水性組成物を作製する方法を記載する。良質の水５ガロンを、容器に入れる。この水を４．５〜５ｇｐｍおよび２０ｌｂ／ｉｎ2で１時間、エレクトレット起電機（上記の米国特許出願第０９／７４９，２４３号参照）を通って循環させ、そして捨てる。起電機を４．５〜５ｇｐｍで作動させ続けながら、ケイ酸ナトリウム５リットルを起電機に入れる。このケイ酸塩は、４．０モル濃度のＮａＯＨ中２７％ｗ／ｖの濃度にある。ケイ酸ナトリウムがすべて系に入れられた後、起電機を１時間作動させ続ける。この混合物に炭酸カルシウム６１５グラムをスラリーとして、２０分を越える間でゆっくり添加する。起電機を、同じ条件下で更に１時間作動させる。この時点におけるｐＨは、１０．０より大である。酸化カルシウム（ＣａＯ）５００グラムをゆっくり添加しつつ、溶液を４．５〜５ｇｐｍで起電機を通って走行させ続ける。この溶液を、更に１時間起電機を通って走行させ続ける。この時点における物質は、灰色であり且つわずかに曇った非常に濃密なコロイドである。
【００４９】
実施例ＩＩ
この例は、本発明の代表的な水性組成物をその作製方法と共に記載する。「起電機」への言及は、２０００年１２月２６日に出願されそして２００１年１０月４日にＵＳ２００１／００２７２１９として公表されたHolcombの米国特許出願第０９／７４９，２４３号に記載された装置についてである。起電機は、１５０ガロン容量および約９０〜１００ガロン毎分（ｇｐｍ）の流量を有する。最終組成物は、約４０，０００ｐｐｍまたは４％ｗ／ｖのケイ酸ナトリウムの濃度を示す。
【００５０】
水（ｐＨ８．１３）４２ガロンを起電機に添加し、そして２０分間起電機を通って循環させる。ケイ酸ナトリウム（２７％ｗ／ｖ濃度）８ガロンを起電機に添加し、そして４５分間循環させる。これにより、５０ガロンの総量の１２．２０のｐＨを有するケイ酸ナトリウム溶液がもたらされる。
【００５１】
ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）ペレット１４．６ｌｂを起電機からの溶液５ガロン中に溶解し、そして生じた溶液を起電機中に添加し戻す。水２．５ガロンを起電機に添加しそして９０分間循環させて、１３．８４のｐＨを有する組成物がもたらされる。
【００５２】
溶液２０ガロンを起電機タンクから容器中にポンプ輸送し、そしてその中に炭酸カルシウム５１．３ｌｂを溶解する。生じた溶液を、２０分の期間にわたってゆっくり起電機に添加し戻す。この組成物を２０分間循環させ、しかして１３．８８のｐＨを示す。再び、溶液２０ガロンを起電機から取り出し、そしてその中に炭酸カルシウムを更に５１．３ｌｂ溶解する。生じた組成物を、２０分の期間にわたって起電機中に計量供給する（ｐＨ１３．９１）。２０分間の更なる循環により、１３．９２のｐＨを有する組成物がもたらされる。
【００５３】
生じた溶液１０ガロンを起電機から取り出しそして酸化カルシウム５．５ｌｂを容器に添加すると、スラリーがもたらされることになり、しかしてこのスラリーを１０分の期間にわたって起電機に添加し戻す。生じた組成物を、３０分間循環させる（ｐＨ１３．９８）。
【００５４】
この循環組成物２０ガロンを混合バレル中に添加し、そして混合しながら塩化アンモニウム１．０ｋｇをゆっくり添加する。この組成物を１０分の期間にわたって起電機に添加し戻し、そして起電機において３０分間循環させる（ｐＨ１３．９３）。
【００５５】
５５ガロンの生じた組成物を、本明細書において論考された方法において石炭を処理する際の将来の使用のために、１個または複数個の適切な容器に入れる。生じた組成物のコンシステンシーは水より粘稠であり、そして薄いミルクセーキのものと同様な粘度を有するように見える。
【００５６】
実施例ＩＩＩ
この例は、石炭の処理のための本発明の方法を実施するための代表的な詳細を与える。
【００５７】
破砕石炭を小さいストーカーサイズ（約１／２インチ未満）に篩分けし、そして１００ｌｂを量り取りそして５０ガロンバレル中に入れ、バレルを密封しそして１０分間タンブルして石炭をブレンドする。石炭をランダム様式で８ｌｂの増分で除去し、そして２個の別の容器に入れる。すなわち、（ａ）対照５０ｌｂおよび（ｂ）処理用５０ｌｂ。
【００５８】
酸化カルシウム５ｌｂを５０ｌｂ石炭サンプル（ｂ）と混合しそして圧力室のサンプルホッパー中に入れ、そしてホッパーを圧力室中に置く。圧力ドアを閉じ、そして密封するようしっかり締める。真空状態を引き起こし（２９″〜３０″の水）、そしてその範囲内に４５分間維持する。
【００５９】
実施例ＩＩにおいて作製された組成物の４ガロンサンプルを真空でもってサンプルホッパー中に引き入れ、そして系を１０分間平衡に保たせる。ＣＯ2を室中に流すことにより、真空状態を逆転させる。
【００６０】
過剰の液を石炭から除去し、そして室を再密封する。空気を真空により除去し、そして圧力をＣＯ2でもって３００ｐｓｉまで（範囲１００ｐｓｉ〜３００ｐｓｉ）適用する。圧力を３０分間保持し、そして解放する。これらの工程を、更に２サイクル繰り返す。
【００６１】
完了すると、過剰の液を除去し、そして石炭を貯蔵し、輸送しまたは燃焼させる。この石炭を燃焼させる際に、二酸化イオウ放出は、約９５％〜１００％減少されるように見える。かかる減少と共に、約４０％〜６０％のＮＯX放出物、４０％〜８０％の一酸化炭素放出物、４０％〜６０％の炭化水素放出物および１２％〜１６％の二酸化炭素放出物の減少も見られる。これらの減少の理由を完全には理解していないけれども、ガスのより完全な燃焼および固体の形成を援助するべき何らかのタイプの触媒的役割をシリカが果たしているのかもしれない、ということが考えられる。
【００６２】
本明細書において挙げられたまたは言及された特許出願、特許、刊行物および他の出版文書の各々は、各々の個々の特許出願、特許、刊行物および他の出版文書が参照することにより組み込まれるように特定的におよび個々に指摘されるのと同じ程度まで、参照することにより、それらの全体をここに取り込む。
【００６３】
本発明はその特定の具体的態様に関して記載されてきたけれども、添付の特許請求の範囲により定められるような本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更が成され得および等価物が代用され得る、ということが当業者により理解されるはずである。加えて、特定の状況、物質、物質の組成、方法、プロセス工程を本発明の目的、精神および範囲に適応するために、多くの改変が成され得る。かかる改変のすべてが、本明細書に添付された特許請求の範囲内にあると意図されている。特に、本明細書に開示された方法は特定の順序で遂行される特定の諸工程に関して記載されてきたけれども、これらの工程は、本発明の教示から逸脱することなく等価の方法を形成するように結合、細分または再順序づけされ得る、ということが理解される。従って、本明細書に特定的に指摘されていなければ、諸工程の順序および組分けは本発明の制限事項でない。
本発明の特質、目的および利点の更なる理解のために、次の図面と共に読解される次の詳細な説明が参照されるべきであり、しかして図面において同様な参照数字は同様な要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の具体的態様によるところの、Ｃａ+2イオンが封鎖されているシリカコロイド粒子の信じられた構造を表す図である。
【図２】図２は、本発明の具体的態様に従って形成されたところの、典型的シリカコロイド粒子と会合された水の二重層を表す図である。
【図３】図３は、本発明の具体的態様による起電機を表す図である。
【図４】図４は、本発明の具体的態様によるところの、３個の磁気四重極ブースターユニットと共に図３の起電機を表す図である。
【図５】図５は、本発明の具体的態様によるところの、磁場と磁場勾配に加えて図４の起電機の断面上面図である。
【図６】図６は、本発明の具体的態様によるところの、レールカーから前選炭および処理を通じて高イオウ瀝青炭を取得する方法を表す図である。
【図７】図７は、本発明の具体的態様によるところの、処理石炭を加工し、燃焼させそして熱エネルギー、放出物、水および灰（セッコウを含めて）に転換する水蒸気プラントを表す図である。
【図８】図８は、本発明の具体的態様によるところの、電力を発生させるために使用可能な熱エネルギーを作るために処理石炭が燃焼される高温炉を表す図である。
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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