从粉煤灰中分离碳的方法及装置制造方法及图纸

从粉煤灰中分离碳颗粒的装置及方法，包括增加或降低粉煤灰的相对湿度以达到最佳湿度范围，并将该最佳湿度的粉煤灰送入摩擦电分离装置中，以便使其中的碳颗粒和粉煤灰摩擦带电，最终将带电的碳颗粒从带电的粉煤灰中静电分离出来。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对利用摩擦电逆流传送带型分离装置将碳从粉煤灰中分离出来的工艺的改进，更特别的是控制进入分离装置的粉煤灰的相对湿度，使其达到最佳湿度范围。2.相关技术描述在世界范围内，大量的煤被燃烧用来发电。通常，煤被研磨成细的粉末，靠压缩空气将弥散的煤粉送入锅炉并燃烧，其燃烧释放出的热量用于产生蒸汽提供给涡轮发电机发电。在锅炉内，煤中的碳成分燃烧并释放出热量。而未燃烧的原料被加热到较高的温度，通常被熔化且以粉煤灰的形式通过并排出锅炉。这些粉煤灰通常在烟道气沉积和扩散到大气中之前被收集。例如，一个1000兆瓦的发电厂每个小时大约燃烧500吨煤。世界上许多燃煤电厂的煤灰水平通常都在10％的范围内，随之而来的是在这个工业化的世界里，产生了大量的煤灰。每一个电厂的经济的设计方案都需要在基本投资和保养费用之间权衡，研磨煤达到完全燃烧所需的花费被煤燃烧时释放出的BTUs值以及煤在被研磨之前的成本所平衡。另外，近年来，大量的实用电厂的燃煤所造成的空气污染这一事实已经变得重要了，NOX(氮氧化物)的排放是空气污染的其中一例，各电厂都在试图减少这一污染。NOX是由氮气和氧气在高温下反应形成的，并受惠于高温。降低NOX排放的一条途径是降低锅炉内的温度并减少过剩的氧气。这种方式是通过称之为“低NOX燃烧器”来实现的。许多锅炉的制造厂家生产这种低NOX燃烧器，并且已在许多应用中正在安装这种设备。但是，降低燃烧室中的温度和过剩氧气的负面效应是增加了锅炉所排出的粉煤灰中未燃烧的碳。在穿过高温锅炉及其后的粉煤灰收集的不燃烧物的通道之后，通常跟随锅炉的冷却管线，将煤中相对不活泼的粘土和页岩矿物转变成玻璃陶瓷状的物质。这些无机物颗粒的一个特性是，它们易于与石灰反应生成水泥样的(cementacious)材料，粉煤灰的这一火山灰质的特性在工业领域中被广泛开发利用，例如，将粉煤灰掺入水泥中，以取代一些水泥，并与在水合作用过程中从水泥中释放出的游离的石灰反应，并用很少的游离态的石灰制造高强度的混凝土，使其变成抗硫酸盐、高强度、廉价的水泥。在混凝土中用粉煤灰作为火山灰的一个优点是将大量的废物转变为大量有用的材料；在混凝土中用粉煤灰取代水泥的另一个优点是减少了水泥的生产。水泥通常是由含钙、铝和硅的矿物原料生产的，在生产水泥时这些矿物在水泥窑炉中结合在一起并被加热到垂熔(incipient fusion)。但是，生产每吨水泥大约需要开采两吨的矿物，以及大约有一吨的CO2被排放到大气中，其中一些CO2来自燃料的燃烧，而另一些来自作为钙原料所使用的石灰石。因而，用粉煤灰替代水泥的再一个优点是以1∶1的比例降低了CO2的排放。具体说，每使用一吨的粉煤灰，就减少了所需排放的一吨CO2。粉煤灰在混凝土中的使用要求粉煤灰具有特定的物理特性。这些特性的其中之一是碳含量少于6％。但是这一说明只是一个上限，并且许多用户希望碳的含量尽可能低。不幸的是，粉煤灰使锅炉达到低NOX锅炉所增加的碳，常常导致粉煤灰的碳水平超过由潜在的粉煤灰用户定义的能接受的限度，因而，这是一个折中方案即减少了大气中的NOX，而加重了另一个问题，CO2的温室排放。因而，从粉煤灰(例如，从低NOX的燃烧器产生的粉煤灰)中去除碳，使其能用于混凝土中，有益于实用电厂避免废物处理的问题，有益于用比水泥成本低的原料生产混凝土的生产厂家，同时也有益于减少环境中CO2的排放。已经提出大量的用于从粉煤灰中去除碳的方法，包括低温燃烧、泡沫浮选、颗粒粒径分类以及静电分离。静电分离包含众多的不同技术，基于待分离的颗粒的电学特性。一种类型的静电分离是导体/非导体的分离，这有赖于不同颗粒之间的导电性的不同。通常颗粒借助电晕和与导电表面的接触两种方式带电的比率决定了哪些颗粒被接收、哪些颗粒被拒绝。这种类型的分离装置在文献中有详细的描述，(例如由Norman L.Weiss编辑，American Institute of Mining 1985年版权所有，Society ofMining Engineers(SME)Mineral Processing手册的第六章，Metallurgical and Petroleum Engineers，(Library of Congresscatalog card number 85-072130))。但是，这种导电/非导电类型的分离装置的一个共同问题是，需要每一种颗粒与导电表面接触。对于粉末状的颗粒来说，这一与导电表面接触的要求呈现了许多困难，诸如，颗粒在导电表面的附着力，以及因分离装置的能力对其表面区域颗粒的厚度的依赖关系而减少的分离能力。另一种类型的静电分离方法是利用接触带电，并将在此后被称为摩擦电静电分离。在这种方法(同样在SME MineralProcessing手册中有描述)中，各颗粒依靠它们互相之间的接触带电。这一方法具有无须接触带电表面的优点，以及理论上允许用于小粒径颗粒的分离。The SME Mineral Processing手册设置了一个基于作者实际经验的20微米的较低的限度。然而，Whitlock在美国专利第4,839,032和4,847,507号专利中所描述的一种摩擦电逆流传送带型分离装置，已经在比20微米更细的颗粒下成功并连续运行，并从粉煤灰中分离碳(见，例如Whitlock，(1993)，“Electrostatic Separation of Unburned Carbonfrom Flysh”Proceedings Tench International Ash Use Symposium，第二卷，第70-1至70-12页)。该科技和工程文献中大量地讨论了低环境湿度对发现和实践静电的影响的重要性。所给出的理由是，固体表面的水薄膜是导电的，这一表面的传导泄露了颗粒上的所有电荷，从而使分离无效。更进一步，该文献解释了由于粉末状颗粒吸收水分并可能导致在吸收水分后结块，因而，水分薄膜的传导与颗粒因湿度而结块的结合效应都要求静电分离装置必须在低湿度环境下运行。例如在美国专利第5,513,755号中，Heavilon等人揭示了避免颗粒聚集的低湿度的重要性。特别是，Heavilon等人揭示了了一种静电分离装置，该装置使碳颗粒或是通过与导电的传送带接触或是通过传导带电，带电的碳颗粒从行进在导电的传送带上的一个粉煤灰层，借助置于导电传送带下面的粉煤灰层的拍打杆的搅动装置被释放，该带电的碳颗粒飞起与一个电极接触，并借助接触接受了一个相反的电荷。带有该相反电荷的颗粒最终向外、向下运动进入产品废料斗或废料仓中。因而Heavilon等人的这种静电分离装置是一种以上所描述的导体/非导体型的分离装置，其是依靠碳颗粒的导电性而带电，并使不导电的煤灰矿物质不带电，而导致上述讨论的缺点。加热用于将粉煤灰从远距离的收集仓输送到例如一个静电分离装置中的传输空气，以及此后对用于将粉煤灰中结块的气动传输的加热，以赶走其中的水分的方法已在电子应用工业中广泛采用。另外，Heavilon等人描述了加热器的使用是在运送粉煤灰到装料斗之前，将粉煤灰以在静电分离装置的导电传送带上的一个薄层运送，加热器将粉煤灰加热到一个高于露点的足够高的温度，驱赶水分足以削弱碳和煤灰之间的表面粘合。这是参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从粉煤灰中分离碳颗粒的方法，包括如下步骤： 借助一种增加或降低粉煤灰相对湿度的手段，控制粉煤灰的相对湿度，达到最佳的相对湿度范围，以便制造经处理的粉煤灰；以及 将待处理的粉煤灰送入摩擦电分离装置中，以便使碳颗粒和粉煤灰摩擦带电，从而从带电的粉煤灰中静电分离带电的碳颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯D比特尼，托马斯M当恩，小弗兰卡J哈瑞琪，
申请(专利权)人：分离技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]