СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
EXTRACTION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе для извлечения и к способу извлечения, в частности к системе для извлечения и к способу извлечения угля из загрязненного сырья.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере истощения ресурсов угля и возрастания спроса на уголь во всем мире уголь как сырьевой ресурс становится все более дорогостоящим, и, кроме того, это обстоятельство осложняется тем, что добыча оставшихся природных ресурсов становится все более и более затруднительной, поскольку оставшиеся месторождения находятся на все более и более удаленных территориях.
Уголь применяют во многих отраслях промышленности, которые, в частности, включают производство стали и получение энергии. В течение нескольких столетий уголь добывали на угольных шахтах наиболее экономически эффективными и выгодными способами. В результате наиболее простые способы добычи угля приводили к образованию терриконов/отвалов, состоящих из углесодержащего (отработанного) грунта, полученного на угольной шахте. Впоследствии переработка угля была модернизирована и усовершенствована; этот процесс стали осуществлять на больших комплексных предприятиях. Тем не менее, побочные продукты обработки угля, получаемые на предприятиях угольной промышленности, сбрасывали в терриконы (отвалы), которые загрязняют окружающую среду. В результате деятельность предприятий угольной промышленности приводит к образованию заброшенных терриконов, содержащих углерод, который может самопроизвольно загореться в любой момент, а также содержащих высокие концентрации соединений, которые представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека.
В настоящее время добыча угля, используемого в производстве стали, приводит к ежегодному сбрасыванию в отвалы миллионов тонн углесодержащих отходов, и при этом применяемый способ промывки не обеспечивает эффективного извлечения угля из мелкого и/или очень мелкого грунта.
Ввиду повышения цен на необогащенный уголь было бы целесообразно разработать способ извлечения угля, оставшегося в отвалах/терриконах, который в то же время позволил бы переработать загрязнения, содержащиеся в терриконах, образовавшихся за многие десятилетия. Кроме того, если разработанный способ извлечения окажется эффективным и позволит получить уголь высокой чистоты, такой способ принесет очевидную пользу.
Задачи настоящего изобретения состоят в обеспечении решений упомянутых выше и других проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к системе для извлечения, предназначенной для извлечения в жидкостной среде одного или более твердых ископаемых топлив из загрязненного источника, где система включает средства первичного извлечения и средства вторичного извлечения, и при этом средства первичного и вторичного извлечения пригодны для работы с жидкостными средами, имеющими разные удельные плотности.
Средства первичного извлечения могут включать первичный циклон. Средства вторичного извлечения могут включать вторичный циклон.
4
5
4
5
5
Предпочтительно средства первичного извлечения включают первичный циклон, который пригоден для работы под давлением от 10 до 20 psi (фунтов на квадратный дюйм, что приблизительно соответствует от 6,9·10 Па до 1,4·10 Па), более предпочтительно приблизительно от 13 до 17 psi (от 8,96·10 до 1,17·10 Па) и наиболее предпочтительно приблизительно при 16 psi (1,1·10 Па). Предпочтительно средства первичного извлечения включают первичный циклон, который пригоден для загрузки в него загружаемого материала, содержащего частицы, размер которых составляет приблизительно до 50 мм, более предпочтительно приблизительно до 40 мм.
Предпочтительно средства первичного извлечения включают первичный циклон, который пригоден для отбраковки приблизительно от 10 до 100 тонн в час, более предпочтительно приблизительно от 70 до 90 тонн в час. Предпочтительно средства первичного извлечения включают первичный циклон, который пригоден для извлечения приблизительно от 5 до 50 тонн в час твердого ископаемого топлива, более предпочтительно приблизительно от 25 до 35 тонн в час ископаемого топлива.
4
5
4
5
5
Предпочтительно средства вторичного извлечения включают вторичный циклон, который пригоден для работы под давлением от 10 до 20 psi (что приблизительно соответствует от 6,9·10 Па до 1,4·10 Па), более предпочтительно приблизительно от 13 до 17 psi (от 8,96·10 до 1,17·10 Па) и наиболее предпочтительно приблизительно при 16 psi (1,1·10 Па). Предпочтительно средства вторичного извлечения включают вторичный циклон, который пригоден для загрузки в него загружаемого материала, содержащего частицы, размер которых составляет приблизительно до 50 мм, более предпочтительно приблизительно до 40 мм.
Предпочтительно средства вторичного извлечения включают вторичный циклон, который пригоден для отбраковки приблизительно от 10 до 100 тонн в час, более предпочтительно приблизительно от 70 до 90 тонн в час. Предпочтительно средства вторичного извлечения включают вторичный циклон, который пригоден для извлечения приблизительно от 5 до 50 тонн в час твердого ископаемого топлива, более предпочтительно приблизительно от 25 до 35 тонн в час ископаемого топлива.
Предпочтительно средства первичного извлечения пригодны для работы с жидкостной средой, удельная плотность которой составляет приблизительно от 1,25 до 1,35, более предпочтительно приблизительно от 1,26 до 1,33, более предпочтительно приблизительно от 1,27 до 1,30. В наиболее предпочтительном примере осуществления средства первичного извлечения пригодны для работы со средой, удельная плотность которой составляет приблизительно от 1,28 до 1,29.
Предпочтительно средства вторичного извлечения пригодны для работы со средой, удельная плотность которой составляет приблизительно от 1,15 до 1,249, более предпочтительно приблизительно от 1,2 до 1,24, более предпочтительно приблизительно от 1,21 до 1,24. В наиболее предпочтительном примере осуществления, средства вторичного извлечения пригодны для работы со средой, удельная плотность которой составляет приблизительно от 1,22 до 1,23.
5
Согласно настоящему изобретению удельные плотности измеряют при обычной температуре и обычном давлении, т.е. при 20°С и 1 атмосфере (что приблизительно составляет 1,013·10 Па).
Предпочтительно система дополнительно включает средства предварительного извлечения. Находясь в работающем состоянии, средства предварительного извлечения предпочтительно способны вращаться предпочтительно вокруг своей продольной оси и предпочтительно со скоростью, приблизительно составляющей от 4 до 50 об/мин, более предпочтительно приблизительно от 15 до 25 об/мин, более предпочтительно приблизительно от 17 до 23 об/мин и наиболее предпочтительно приблизительно от 18 до 22 об/мин. В наиболее предпочтительном примере осуществления средства предварительного извлечения способны вращаться со скоростью, приблизительно составляющей 20 об/мин. Средства предварительного извлечения могут включать сепараторный барабан.
Средства предварительного извлечения могут быть установлены с небольшим наклоном. Другими словами, продольная ось средств предварительного извлечения может быть установлена под углом к горизонтали. Предпочтительно продольная ось средств предварительного извлечения установлена под углом, приблизительно составляющим от 5 до 15 градусов с горизонталью, более предпочтительно приблизительно от 8 до 10 градусов с горизонталью и наиболее предпочтительно приблизительно 9 градусов с горизонталью.
Средства предварительного извлечения могут включать средства промывки, которые могут включать средства добавления жидкости к разделяемому материалу, где жидкость предпочтительно представляет собой воду.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу извлечения одного или более твердых ископаемых топлив из загрязненного источника, осуществляемому в жидкостной среде, где способ включает первичное извлечение жидкостной среды, имеющей первую удельную плотность, и последующее вторичное извлечение жидкостной среды, имеющей вторую удельную плотность, и при этом вторая удельная плотность отличается от первой удельной плотности.
Предпочтительно вторая удельная плотность отличается от первой удельной плотности на по меньшей мере 0,001. Предпочтительно вторая удельная плотность отличается от первой удельной плотности менее чем на 1. Предпочтительно вторая удельная плотность отличается от первой удельной плотности на величину, приблизительно составляющую от 0,005 до 0,5, более предпочтительно приблизительно от 0,01 до 0,1, наиболее предпочтительно приблизительно от 0,02 до 0,08.
Предпочтительно первая удельная плотность приблизительно составляет от 1,25 до 1,35, более предпочтительно приблизительно от 1,26 до 1,33, более предпочтительно приблизительно от 1,27 до 1,30. В наиболее предпочтительном примере осуществления первая удельная плотность приблизительно составляет от 1,28 до 1,29.
Предпочтительно удельная плотность жидкостной среды подвергается изменению, предпочтительно после проведения первичного извлечения и до проведения вторичного извлечения, и при этом изменение удельной плотности может включать разбавление среды предпочтительно водой.
Первичное извлечение может быть выполнено в средствах первичного извлечения. Средства первичного извлечения могут представлять собой средства, описанные выше при рассмотрении первого аспекта.
Вторичное извлечение может быть выполнено в средствах вторичного извлечения. Средства вторичного извлечения могут представлять собой средства, описанные выше при рассмотрении первого аспекта.
Предпочтительно вторая удельная плотность приблизительно составляет от 1,15 до 1,249, более предпочтительно приблизительно от 1,2 до 1,24, более предпочтительно приблизительно от 1,21 до 1,24. В наиболее предпочтительном примере осуществления вторая удельная плотность приблизительно составляет от 1,22 до 1,23.
Способ также может включать этап предварительного извлечения, где предварительное извлечение может быть выполнено в средствах предварительного извлечения. Средства предварительного извлечения могут представлять собой средства, описанные выше при рассмотрении первого аспекта.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу извлечения угля из загрязненного источника, и при этом способ включает:
- добавление загрязненного источника угля к жидкостной среде;
- изменение удельной плотности жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля, до достижения первой удельной плотности;
- проведение первичного извлечения из жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля и имеющей первую удельную плотность;
- изменение удельной плотности жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля из первичного сепаратора, до достижения второй удельной плотности, и при этом вторая удельная плотность отличается от первой удельной плотности;
- последующее проведение вторичного извлечения из жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля и имеющей вторую удельную плотность.
Предпочтительно изменение удельной плотности жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля, до достижения первой удельной плотности производят посредством добавления воды и минерального грунта.
Предпочтительно изменение удельной плотности жидкостной среды, транспортирующей загрязненный источник угля, до достижения второй удельной плотности производят посредством добавления воды и минерального грунта.
Термин «минеральный грунт» означает любой из следующих материалов: аргиллиты, сланцы, уголь, песчаник и глина, предпочтительно сланцы.
Предпочтительно минеральный грунт получен из загрязненного источника.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к твердому ископаемому топливу, которое может быть получено при помощи системы или способа, представленного в рассмотренных выше аспектах.
Предпочтительно чистота получаемого таким образом твердого ископаемого топлива составляет по меньшей мере 95%, более предпочтительно по меньшей мере 97% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 98%.
Все отличительные признаки, приведенные в настоящем описании, могут быть скомбинированы с любым из рассмотренных выше аспектов в любом сочетании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для лучшего понимания изобретения и демонстрации способов воплощения изобретения ниже приведены неограничивающие примеры осуществления, сопровождаемые графическими материалами.
На Фиг.1 схематически представлена система регенерации.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На приведенной схеме, начало которой находится в крайней левой части изображения, схематически представлен способ согласно изобретению; в начале способа загружаемый материал, содержащий ископаемые топлива и/или загрязняющие соединения, помещают (показано стрелкой, обозначенной "FEED IN" («загрузка»)) в загрузочное устройство 1. Загрузочное устройство 1 включает бетонное сооружение, в котором находится цепной подающий механизм непрерывного действия, подающий готовое сырье, из которого материал направляют на промывку. Загрузочное устройство 1 сконструировано с возможностью непосредственной загрузки с самосвала или ковшового погрузчика. Цепной подающий механизм непрерывного действия приводят в движение с помощью гидравлического блока питания с регулируемой скоростью и двигателя, обеспечивающего регулируемую скорость подачи, составляющую 0-450 тонн в час. С помощью загрузочного устройства 1 загружаемый материал поступает на предварительный загрузочный конвейер (сортировочный транспортер 2).
Максимальная загрузка сортировочного транспортера 2 составляет 450 тонн в час; сортировочный транспортер 2 перемещает загружаемый материал с панцирного конвейерного цепного загрузочного устройства 1 в загрузочный грохот 4. Конструкция сортировочного транспортера позволяет оператору (человеку) 3 вручную убирать непригодные загрязняющие материалы с сортировочного транспортера 2.
Материал с сортировочного транспортера 2 непосредственно загружают в загрузочный грохот 4 (двухвалковый), в котором любой материал, размер которого превышает заданный (камни, куски угля, глины и куски загружаемого материала), измельчается до размера менее 150 мм для проведения промывки. Загружаемый материал непосредственно выгружают из грохота 4 на подающий ленточный конвейер 5. Подающий ленточный конвейер 5 транспортирует загружаемый материал из загрузочного грохота 4 в барабанный загрузочный моечный лоток со скоростью, составляющей до 450 тонн в час.
Материал размером от 0 до 150 мм, направляемый с загрузочных конвейеров, сгружают в загрузочный моечный лоток, и затем он смывается по моечному лотку в предварительный сепаратор 7 (барабанного типа, как указано ниже), в котором вода и сланцы смешиваются естественным образом с поступающей загрузкой с получением заранее заданного значения плотности (измеряемой в виде удельной плотности) и прокачиваются через резервуар моечного лотка для проведения предварительного извлечения.
Предварительный сепаратор представляет собой NM барабан АТН размерами 2,4 метра (диаметр) × 10,9 метра, или 1,8 метра × 10,9, или 2,1 метра × 10,9 метра, или 2,7 метра × 12,1 метра длиной. Крутящийся барабан снабжен конусом обезвоживания для сланцев и опорным кольцом барабана. Средняя загрузка барабана 7 составляет 350 тонн в час, а пиковая загрузка барабана составляет 450 тонн в час.
Скорость вращения предварительного сепаратора 7 превышает приблизительно 4 об/мин. и предпочтительно приблизительно составляет от 18 до 22 об/мин В наиболее предпочтительном примере осуществления скорость вращения предварительного сепаратора 7 приблизительно составляет 20 об/мин. Как показано на Фиг.1, предварительный сепаратор 7 (барабан) расположен под углом к горизонтали. Этот угол предпочтительно составляет приблизительно 9 градусов с горизонталью.
Предварительное извлечение осуществляют в предварительном сепараторе 7 (барабанного типа), из барабана 7 которого тяжелые отходы (хвосты) выгружают на обезвоживающий грохот 16 для обезвоживания хвостов. Углесодержащую среду пропускают через барабан, и продукт стекает на сортировочный грохот 8, через который проходит материал размером от более 0 до 38 мм, поступая в загрузочный резервуар 9 первичного сепаратора (циклона) для проведения первичного извлечения. Материал размером более 38 мм, остающийся на грохоте, транспортируют в дробилку 15, где его измельчают до размера, составляющего от более 0 до 38 мм. Измельченный материал затем вновь загружают в сортировочный грохот 8 и в загрузочный резервуар 9 первичного циклона, где он находится в суспензии и в котором производят первичное извлечение.
Устанавливают откалиброванный подходящим образом обезвоживающий грохот 16 для обезвоживания хвостов барабанного типа. В грохот для окончательного обезвоживания загружают не содержащие угля отходы, извлеченные из барабана 7. Из грохота 16 отходы направляют на конвейер 19 для отходов No 1, на конвейер 20 для отходов No 2 и в отвал 46 для крупных отходов.
Система включает загрузочный резервуар 9 первичного циклона и загрузочный резервуар 17 моечного лотка, расположенный на том конце барабана 7, где собирают продукт. Загрузочный резервуар 17 моечного лотка снабжен насосом 18, откалиброванным подходящим образом, который перекачивает жидкостную среду в барабанный моечный лоток, из которого загружаемый материал смывается в барабан 7 для предварительного извлечения.
Загрузочный резервуар 9 первичного циклона снабжен насосом (насосами) 10, откалиброванным подходящим образом, который перекачивает продукт из барабана (среду, обычно содержащую приблизительно 70% угля и 30% грунта) в систему первичных циклонов 21, 22, где производят первичное извлечение.
Система первичных циклонов 21, 22 включает серию горизонтальных NM первичных циклонов АТН, установленных на моечной установке, которые пригодны для обработки грунтовых материалов, содержащих от 4% до 70% угля, что позволяет обрабатывать в системе материалы, содержащие 4% угля и 96% грунта, а также обрабатывать материалы, содержащие 70% угля и 30% грунта. Производительность по отходам каждого циклона 22 составляет 80 тонн в час, а производительность по углю составляет 30 тонн в час. Материал перекачивают из загрузочного резервуара 9 первичного циклона в циклоны 22, где производят первичное извлечение.
Удельная плотность среды в первичном циклоне составляет приблизительно от 1,25 до 1,35, предпочтительно приблизительно от 1,27 до 1,32, наиболее предпочтительно приблизительно 1,29. Продукт (среда, обычно транспортирующая приблизительно 95% угля, 5% грунта), извлекаемый из первичных циклонов 22, пропускают через неподвижное дуговое сито 23 для обесшламливания и извлечения первичной среды, а затем направляют в загрузочный резервуар 27 вторичного циклона, в котором продукт поддерживают в суспендированном состоянии во вторичной среде с более низкой удельной плотностью, причем эта среда представляет собой воду и сланцы, поступающие из загружаемого материала, которые примешивают для получения заранее заданного значения плотности; вторичную среду получают разбавлением первичной среды свежей водой до достижения заранее заданного значения плотности, обычно удельной плотности, составляющей приблизительно от 1,2 до 1,249, предпочтительно приблизительно от 1,21 до 1,24, наиболее предпочтительно приблизительно 1,225. Вторичный загрузочный резервуар 27 снабжен насосами, откалиброванными подходящим образом, которые перекачивают продукт в систему вторичных циклонов 29, 30, где производят вторичное извлечение.
Отходы, извлекаемые из первичных циклонов 22, выгружают на неподвижные дуговые сита 31 для обесшламливания и извлечения среды, а затем - на обезвоживающий грохот 32 для обезвоживания отходов, поступающих из циклона, снабженный форсуночными стойками для подачи чистой воды, где производят окончательное обесшламливание, промывку и обезвоживание.
Для обезвоживания отходов, получаемых в циклоне, устанавливают откалиброванный подходящим образом обезвоживающий грохот 32 для обезвоживания отходов. В обезвоживающий грохот 32 направляют отходы из первичных 22 и вторичных 30 циклонных сепараторов для проведения окончательного обезвоживания. Обезвоживающий грохот 32 может обрабатывать 150 тонн в час отходов, после чего обезвоженный материал направляют по конвейеру No 1 для отходов.
4
5
5
Вторичная система циклонов 29, 30 включает серию АТН горизонтальных NM вторичных циклонов, установленных в моечной установке. Производительность каждого циклона 30 по отходам составляет 80 тонн в час, а производительность по углю - 30 тонн в час. Материал перекачивают в циклон под давлением, составляющим 13-16 psi (8,96·10 - 1,1·10 Па) и предпочтительно при 16 psi (1,1·10Па), и направляют из загрузочного резервуара 27 вторичного циклона в циклоны 30, где производят вторичное извлечение.
Конструкции первичных и вторичных циклонов 22, 30 позволяют обрабатывать материалы, размеры которых находятся в диапазоне от более 0 до 38 мм. Каждый из циклонов включает регулируемую воронку и раструб, при помощи которых можно регулировать границу отделения фракции внутри циклона, что позволяет контролировать качество получаемого угля.
Отходы, извлекаемые из циклонов 30, выгружают на неподвижное дуговое сито 31 для проведения первичного обезвоживания и извлечения среды, а затем - на обезвоживающий грохот 32 для обезвоживания отходов циклона для проведения окончательного обесшламливания и обезвоживания.
Получаемый уголь, содержащий 97% угля и 3% грунта и шлам, захваченный из среды, направляют в серию неподвижных дуговых сит 24 и 25 для проведения обесшламливания, обезвоживания и извлечения вторичной среды, а затем - на обезвоживающий грохот 26 для обезвоживания получаемого угля.
Обезвоживающий грохот 26 включает подходящим образом откалиброванный одноярусный обезвоживающий грохот, и получаемый в системе вторичных циклонов 29, 30 уголь пропускают через грохот для проведения первичного обезвоживания и промывки, а затем направляют в центрифугу 33 для угля. На выходе из грохота содержание угля в продукте составляет от 99,5 до 100%, но предпочтительно 100%, то есть весь грунт и шламы, захваченные из среды, вымываются из продукта.
Производительность грохота 26 составляет более 90 тонн угля в час.
Для обезвоживания получаемого угля, сгружаемого с грохота для обезвоживания угля, устанавливают центрифугу 33 для угля. Для транспортировки угля из центрифуги 33 для угля устанавливают конвейер 34.
Уголь, поступающий с конвейера, непосредственно выгружают на радиальный (поворотный) конвейер для разгрузки угля, откуда его направляют на использование.
В соответствии с описанным выше принципом может быть проведено разделение загружаемого материала, содержащего загрязненный уголь, в результате которого получают уголь высокой чистоты. Особенностью описанного выше способа является двукратная промывка угля, в то время как осуществление первых двух этапов извлечения направлено на то, что при проведении последнего этапа в отвал направляют только грунт, и при этом способ включает возможность выбора качества требуемого угля, поскольку его осуществление позволяет удалять весь оставшийся грунт и уголь, не отвечающий установленным требованиям.
Изменяемым признаком способа/системы является то, что переключением клапанов на технологических линиях, включающих первичные циклоны 22, система может быть переключена в режим двукратной промывки грунта. Такой подход может быть реализован при низком содержании полезного продукта в загружаемом материале, и в этом случае работа системы будет направлена не на отделение угля требуемого качества, а на извлечение угля из грунта в соответствии с установленными требованиями.
Содержание всех публикаций и документов, касающихся настоящей заявки, поданных одновременно с настоящей заявкой или ранее и находящихся в открытом доступе, включено в настоящее описание посредством ссылки.
Все признаки, рассмотренные в настоящей заявке (включая прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и графические материалы), и/или все этапы любого из описанных способов или процессов могут быть применены в любой комбинации, за исключением тех комбинаций, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.
Если не указано обратное, каждый из признаков, рассмотренных в настоящей заявке (включая прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и графические материалы), может быть заменен альтернативным признаком, имеющим аналогичное, эквивалентное или такое же применение. Таким образом, если не указано обратное, каждый из рассмотренных признаков представляет собой один пример из ряда эквивалентных или аналогичных признаков.
Изобретение не ограничено изложенным в приведенных примерах (примере) осуществления. Изобретение включает любой из новых признаков или любую новую комбинацию признаков, рассмотренных в настоящей заявке (включая прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и графические материалы), или любой из новых этапов описанных способов или процессов или любые новые их комбинации.