CS212241B2

CS212241B2 - Palivová směs

Info

Publication number: CS212241B2
Application number: CS588379A
Authority: CS
Inventors: Joseph P Giannetti; Harold E Swift
Original assignee: Gulf Research Development Co
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Tato palivová směs obsahuje hmotnostně 87,0 až 93 % uhlíku, 5,0 až 11,0 % vodíku, 0,5 až 2,0 % dusíku, 0,1 až 3,0 % kyslíku a nejvýše 0,5 % síry a je tvořena pevným a/nebo polopevným materiálem, obsahujícím hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,5 až 9.5 % vodíku, 0,3 až 3j0 % dusíku, nejvýše 1.5 % kyslíku a nejvýše 0,5 % síry, připraví telným procesem, při kterém se suspenze, skládající se z uhlí a z rozpouštědla, které je donorem vodíku, hydrogenuje spolu s vodíkem v nepřítomnosti katalyzátoru v první hydrogenaění zóně za vzniku suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziproduktu, tato suspenze uhlí a rozpouštědla se odpopeluje za vzniku roztoku uhlí v rozpouštědle, roztok uhlí v rozpouštědle se kataly-, ticky hydrogenuje ve druhé hydrogenaění zóně za vzniku produktu, který se dělí za tlaku okolí na první kapalnou frakci o teplotě varu 100 až 375 °C, na druhou kapalnou frakci o teplotě varu vyšší než má první kapalná frakce, a to 200 až 525 °C a na pevný a/ngbo polopevný materiál, přičemž se alespoň druhá část kapalné frakce recykluje do první hydrogenaění zóny, déle je tvořena nízkovroucími uhlovodíky o teplotě varu 100 až 375 °C za tlaku okolí a obsahující hmotnostně 85 až 93 % uhlíku, 7,0 až 12,0 % vodíku, nejvýše 2,0 % dusíku, nejvýše 2,0 % kyslíku a nejvýše 3,0 % síry, přičemž hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je 20:1 až 1,5:1.

Description

(54) Palivová směs

Tato palivová směs obsahuje hmotnostně 87,0 až 93 % uhlíku, 5,0 až 11,0 % vodíku, 0,5 až 2,0 % dusíku, 0,1 až 3,0 % kyslíku a nejvýše 0,5 % síry a je tvořena pevným a/nebo polopevným materiálem, obsahujícím hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,5 až

9.5 % vodíku, 0,3 až 3j0 % dusíku, nejvýše

1.5 % kyslíku a nejvýše 0,5 % síry, připraví telným procesem, při kterém se suspenze, skládající se z uhlí a z rozpouštědla, které je donorem vodíku, hydrogenuje spolu s vodíkem v nepřítomnosti katalyzátoru v první hydrogenaění zóně za vzniku suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziproduktu, tato suspenze uhlí a rozpouštědla se odpopeluje za vzniku roztoku uhlí v rozpouštědle, roztok uhlí v rozpouštědle se kataly-, ticky hydrogenuje ve druhé hydrogenaění zóně za vzniku produktu, který se dělí za tlaku okolí na první kapalnou frakci o teplotě varu 100 až 375 °C, na druhou kapalnou frakci o teplotě varu vyšší než má první kapalná frakce, a to 200 až 525 °C a na pevný a/ngbo polopevný materiál, přičemž se alespoň druhá část kapalné frakce recykluje do první hydrogenaění zóny, déle je tvořena nízkovroucími uhlovodíky o teplotě varu 100 až 375 °C za tlaku okolí a obsahující hmotnostně 85 až 93 % uhlíku, 7,0 až 12,0 % vodíku, nejvýše 2,0 % dusíku, nejvýše 2,0 % kyslíku a nejvýše 3,0 % síry, přičemž hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je 20:1 až 1,5:1.

2241

Vynález se týká palivové směsi, které je tvořena pevným a/nebo polopevným materiálem připravitelným hydrogenací uhlí v přítomnosti rozpouštědla, které je donorem vodíku, a nízkovroucími uhlovodíky o teplotě varu 100 až 375 °C.

Při rafinaci uhlí rozpouštědlem se získá pevný a/nebo polopevný materiál, který se nemůže snadno převést na palivo s nižěí viskozitou, pokud se nesmíché s velkým množstvím nízkovroucího uhlovodíku nebo pokud se nepodrobí hydrogenací. Nevýhodou hydrogenace je velké spotřeba vodíku. Jak míchání s nízkovroucím uhlovodíkem, tak hydrogenace jsou nákladné procesy.

Uhlí je stéle důležitým zdrojem energie. Jeho zpracování na palivo prosté popele, síry a jiných nežádoucích složek se věnuje stálé pozornost.

Vynálezem je nová' palivová směs obsahující hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,0 až 11,0 % vodíku, 0,5 až 2,0 % dusíku, 0,1 až 3,0 % kyslíku a nejvýěe 0,5 % síry, která je vyznačena tím, že obsahuje pevný a/nebo polopevný materiál obsahující hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,5 až 9,5 % vodíku, 0,3 až 3,0 % dusíku a nejvýěe 1,5 % kyslíku a 0,5 % siry, který je připravitelný procesem, při kterém se suspenze skládající se z uhlí a z rozpouštědla, které je donorem vodíku, hydrogenuje vodíkem v nepřítomnosti katalyzátoru v první hydrogenační zóně za vzniku suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziproduktu, tato suspenze uhlí a rozpouštědla se odpopeluje za vzniku roztoku uhlí v rozpouštědle, roztok uhlí v rozpouštědle se katalyticky hydrogenuje ve druhé hydrogenační zóně za vzniku produktu, který se dělí za tlaku okolí ne první kapalnou frakci o teplotě varu 100 až 375 °C, na druhou kapalnou frakci o teplotě varu vyšší, než mé první kapalná frakce, a to 200 až 525 °C a na pevný a/nebo polopevný materiál, přičemž se alespoň část kapalné frakce recykluje do první hydrogenační zóny, a déle obsahuje nízkovroucí uhlovodíky o teplotě varu 100 až 375 °C za tlaku okolí a obsahující hmotnostně 85 až 93 % uhlíku, 7,0 až 12,0 % vodíku a nejvýše 2,0 % dusíku, nejvýše 2,0 % kyslíku a nejvýše 3,0 % síry, přičemž hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je 20:1 až 1,5:1.

Nová palivové směs podle vynálezu je vhodná jako palivo pro výrobu energie místo topného oleje připravovaného z ropy. Je připravitelné ekonomickým způsobem.

Obecnš se suspenze obsahující uhlí a rozpouštědlo, které je donorem vodíku, spolu s vodíkem hydrogenuje v nepřítomnosti katalyzátoru v první hydrogenační zóně za podmínek uvedených v tabulce 1.

Tabulka 1

Podmínky hydrogenace v nepřítomnosti katalyzátoru

Obecný obor

Výhodný obor

Teplota, °C	343	až	510	399	až	482
Tlak, kPa	3 447	až 34	470	6 894	až	13 888
Hmotnostní poměr
rozpouštšdlo/uhlí	0,5/1	až	10/1	1/1	až	4/1
Hmotnostní poměr
vodík/zaváděné uhlí	0,01/1	až	0,30/1	0,05/1	až	0,10/1
Čistota vodíku,
% molové	85	až	100	95	až	97
Prodleva, hodiny	0,1	až	5,0	0,5	až	2,0

Hydrogenaci suspenze v nepřítomnosti katalyzátoru se získá suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziprodukt. Popel a/nebo jiné nerozpouětěné látky se oddělí od meziproduktu tvořeného suspenzí uhlí v rozpouštědle, a tak se získá roztok rozpouštědla a uhlí. Tento vytvořený roztok uhlí v rozpouštědle se katalyticky hydrogenuje ve druhé hydrogenační zóně. Podmínky katalytické hydrogenace jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2

Podmínky katalytické hydrogenace

	Obecný obor		Výhodný	obor
Teplota, °C	260 až	538	399	až	454
Tlak, kPa	3 447 až 68	940	6 894	až 27	576
Hodinová prostorová rychlost
kapaliny zaváděný objem/objem
katalyzátoru/hodina	0,3 až	10	1,0	až	4
Rychlost toku vodíku
kmol vodíku/m^ násady	25 až	190	60	až	90

Může se použít jakéhokoliv katalyzátoru vhodného pro hydrogenaci uhlí. Výhodný katalyzátor obsahuje hydrogenační složky volená ze souboru zahrnujícího kovy VI a VIII skupiny, jejich oxidy a sulfidy, nesené na nosiči jiném než zeolitové povahy, přičemž je katalyzátor promotován kovy ze skupiny IVB. Jako příklady katalyzátorů zvláět vhodných při způsobu podle vynálezu se uvádějí kovové kombinace niklu, titanu a molybdenu, niklu, kobaltu a molybdenu a niklu a wolframu na oxidu hlinitém jako nosiči.

Produkt vzniklý katalytickou hydrogenaci se může rozdělit jakýmkoliv způsobem známým ze stavu techniky, zvláětě destilací za tlaku okolí na a) první kapalnou frakci o teplotě varu 100 až 375 °C, zvláětě 150 až 325 °C, b) na druhou kapalnou frakci o teplotě varu vyfiěí než má první kapalná frakce, a to 200 až 525 °C, s výhodou 250 až 475 °C a c) na pevný a/nebo polopevný materiál. Elementární analýza typického pevného a/nebo polopevného materiálu, který je nutnou složkou nové palivové směsi podle vynálezu, je uvedena v tabulce 3.

Tabulka 3

Analýza pevného a/nebo polopevného materiálu

Obecný obor % hmotnostní

Výhodný obor % hmotnostní

Uhlík	87,0	až	93,0	88,0	až	92,0
Vodík	5,5	až	9,5	6,5	až	8,0
Dusík	0,3	až	. 3,0	0,8	až	2,0
Kyslík	0,0	až	1,5	o,’	až	1,0
Sira	0,0	až	0,5	0,0	aŽ	0,2

Pevný a/nebo polopevný materiál se může mísit s nízkovroucími uhlovodíky o teplotě varu asi 100 až 375 °C, s výhodou o teplotě varu 150 až 325 °C za tlaku okolí. Typická elementární analýza takových nízkovroucích uhlovodíků je uvedena v tabulce 4.

Tabulka 4

Analýza nízkovroucích uhlovodíků

Obecný obor % hmotnostní

Výhodný obor % hmotnostní

Uhlík	85,0
Vodík	7,0
Dusík	0,0
Kyslík	0,0
Síra	0,0

až	93,0	88,0 až	91 ,0
až	12,0	8,5	až	1 1 ,0
až	2,0	0,1	až	0,7
až	2,0	0,1	až	0,7
až	3,0	0,0	až	0,3

Obecně vhodné nízkovroucí uhlovodíky, kterých se může podle vynálezu použít, zahrnuji například topný olej, petrolej, palivo pro tryskové motory, naftu, benzín, lehké frakce oleje ze živičné břidlice a lehké frakce získané při hydrogenaci uhlí. Obzvláště výhodnými nizkovroucími uhlovodíky je tzv. první kapalná frakce o teplotě varu 100 až 375 °C, s výhodou 150 až 375 °C. Elementární analýza této první kapalné frakce je uvedena v tabulce 5.

Tabulka 5

Obecný obor % hmotnostní

Výhodný obor % hmotnostní

Uhlík	87,0	až	93,0	88,0	až	91,0
Vodík	7,0	až	12,0	8,5	až	11,0
Dusík	0,0	až	2,0	0,1	až	0,7
Kyslík	0,0	až	2,0	0,1	až	0,7
Síra	0,0	až	0,5	0,0	až	0,3

Pevný a/nebo polopevný materiél se mísí s nizkovroucími uhlovodíky způsoby dobře známý mi ze stavu techniky. Složky se mísí až do získání homogenního produktu. Hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je asi 20:1 až 1,5:1, výhodný je hmotnostní poměr 10:1 až 2:1.

Elementární analýza homogenního produktu je uvedena v tabulce 6.

Tabulka 6

Obecný obor % hmotnostní

Výhodný obor % hmotnostní

Uhlík	87,0	až	93,0	88,0	až	91,5
Vodík	5,0	až	11,0	6,0	až	9,0
Dusík	0,5	až	2,0	0,8	až	1,5
Kyslík	0,1	až	3,0	0,2	až	1,5
Síra	0,0	až	0,5	0,0	až	0,2

Produkt podle vynálezu je vhodný jako palivo pro výrobu energie místo topného oleje připravovaného z uhlí a ropy.

Vynález je objasněn v následujících příkladech.

Příklad 1

Pro experimentální práce bylo použito uhlí obsahujícího popel z dolů Pittsburg and Midway Coal Company Colonial Mine. Uhlí má toto složení.

Tabulka7

Analýza popel obsahujícího uhlí (vztaženo na suchý stav)

% hmotnostní
Uhlík	71,8
Vodík	5,0
Dusík	1,3
Kyslík	7,9
Síra	3,7
Popel	10,3

Uhlí se rozpustí v rozpouštědle definovaném v podstatě v tabulce 6 shora uvedeného československého patentu spolu s vodíkem za podmínek hydrogenace v nepřítomnosti katalyzátoru, jak je uvedeno v tabulce 8, v první hydrogenační zóně za vzniku suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziproduktu.

Tabulka 8

Podmínky hydrogenace v nepřítomnosti katalyzátoru

Teplota, °C 450

Tlak, kPa 10 755

Hmotnostní poměr rozpouětědlo/uhlí 2,14/1

Hmotnostní poměr vodík/zavedené uhlí 0,08/1

Prodleva, hodiny 1

Popel a/nebo jiné nerozpustné podíly se oddělí ze suspenze uhlí v rozpouštědle filtrací za podmínek uvedených v tabulce 9, za vzniku roztoku uhlí v rozpouštědle. Analýza roztoku uhlí v rozpouštědle je v tabulce 10.

Tabulka 9

Filtrační podmínky

Teplote filtru, °C

Tlak na filtru, kPa

Pokles tlaku, kPa

Posun nože, mm/min

Rychlost bubnu, min/počet otáček Základní povlak Předběžný povlak

229 1 206

207 0,254 1,0 až 1,5

Fibra F10-11C a Celite 545 Celíte 535

Tabulka 10

Analýza roztoku uhlí v rozpouštědle

% hmotnostní
Uhlík	89,3
Vodík	6,3
Dusík	1,2
Kyslík	2,5
Síra	0,7
Popel	0,04

Roztok uhlí v rozpouštědle se katalyticky hydrogenuje prováděním roztoku specifickým katalyzátorem za specifických reakčních podmínek uvedených v tabulce 11.

Tabulka 11

Složení katalyzátoru a reakční podmínky katalytické hydrogenace

Katalyzátor’

Teplota, °C

Tlak, kPa

Hodinová prostorová rychlost kapaliny ml násady/ml katalyzátoru/hodina

Rychlost toku vodíku kmol vodíku/m-^ násady

0,5 % hmotnostních niklu 1,0 % hmotnostních kobaltu 8,0 % hmotnostních molybdenu

427 20 700

2,0

75,2 'Kovy jsou uloženy na oxidu hlinitém o povrchu 185 m^/g, o průměrní pórů 18,8 nm a o objemu pórů 0,66 ml/g.

Po katalytické hydrogenaci se produkt rozdělí destilací za vaniku a) první kapalné frakce o teplotě varu asi 191 až 288 °C, b) druhé kapalné frakce o teplotě varu asi 288 až 396 °C a c) pevného a/nebo polopevného materiálu. Analýza těchto produktů je v tab. 12.

Tabulka 12

Analýza kapalných frakcí a pevného a/nebo polopevného produktu hmotnostní)

První kapalné frakce	uhlík	89,3	%
teplota varu 191 až 288 °C	vodík	9,θ	%
	dusík	0,4	%
	kyslík	0,4	%
	síra	0,06	%
Druhá kapalná frakce	uhlík	90,6	%
teplota varu 288 až 403 °C	vodík	8,’	%
	dusík	0,5	%
	kyslík	0,4	%
	síra	0,1	%

212241 6 pokračování tab. 12

Pevný a/nebo polopevný materiál	uhlík vodík dusík kyslík síra	89,3 % 7,0 % 1,3 % 0,8 % 0,1 %
Pevný a/nebo polopevný materiál,	definovaný v tabulce 12, se	smísí s nízkovroucími
uhlovodíky, definovanými v tabulce 12	jako první kapalná frakce.	Směs má charakteristiky
uvedené v tabulce 13.
Tabulka 13
Směs pevného a/nebo polopevného materiálu a první kapalné frakce
	Směs číslo 1	Směs číslo 2
Pevný a/nebo polopevný materiál
% hmotnostní (A)	82	75
První kapalná frakce
% hmotnostní (B)	18	25
Poměr A/B	4,6	3,0
Viskozita Sayboltova
furol, sekundy při teplotě 99 °C	180	58
	% hmotnostní	% hmotnostní
Uhlík	89,3	89,3
Vodík	7,5	8,2
Dusík	1,1	’,1
Kyslík	0,7	0,7
Síra	0,1	0,’

Příklad 2

Postupuje se stejně, jako je popsáno v příkladu 1, s tou výjimkou, že hydrogenačni pod minky jsou následující:

Teplota, °C 427

Tlak, kPa 10 300

Hodinová prostorová rychlost kapaliny ml násady/ml katalyzátoru/hodina 2

Rychlost toku vodíku kmol vodíku/m^ násady 75,2 a hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu (teplota varu nad 454 °C) k nízkovroucím uhlovodíkům je 2,7:1. Získaný konečný produkt má vlastnosti uvedené v tabulce 14.

Tabulka 14

Vlastnosti směsi pevného a/nebo polopevného materiálu a první kapalné frakce

Směs číslo 3
Pevný a/nebo polopevný materiál % hmotnostní (A) První kapalná frakce		73
% hmotnostní (B) Viskozita Sayboltova		27
furol, sekundy při teplotě 99 °C		75
		% hmotnostní
Uhlík		90,8
Vodík		7,1
Kyslík		1,3
Dusík		’,3
Síra		0,1
Příklad 3
Postupuje se stejně, jako je popsáno v příkladu	1, s tou výjimkou, že podmínky kataly-
tické hydrogenace jsou následující: Teplota, °C		427
Tlak, kPa Hodinová prostorová rychlost kapaliny ml násady/ml katalyzátoru/hodina Rychlost toku vodíku		20 700 1
kmol vodíku/m3 násady		75,2
Pevný a/nebo polopevný materiál (o	teplotě varu nad 389 °C) se smísí s	první kapalnou
frakcí. Směs má charakteristiky uvedené	v tabulce 15.
Tabulka 15
Vlastnosti směsi pevného a/nebo polopevného materiálu	a první kapalné frakce
	Směs číslo	4 Směs číslo 5	Směs číslo 6
Pevný a/nebo polopevný materiál % hmotnostní (A) První kapalná frakce	89	87	82
% hmotnostní (B)	11	13	18
Poměr A/B Viskozita Sayboltova	8,1	6,7	4,6
furol, sekundy, při teplotě 99 °C	180	70	30
		% hmotnostní
Uhlík	89,6	89,6	89,6
Vodík	7,6	7,6	7,8
Dusík	1,2	1,2
Kyslík	0,4	0,4	0,4
Síra		vždy menší než 0,04

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Palivové směs, obsahující hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,0 až 11,0 % vodíku, 0,5 až 2,0 % dusíku, 0,1 až 3,0 % kyslíku a nejvýše 0,5 í síry, vyznačená tím, že obsahuje pevný a/nebo polopevný materiál, obsahující hmotnostně 87,0 až 93,0 % uhlíku, 5,5 až 9,5 % vodíku, 0,3 až 3,0 % dusíku, 0 až 1,5 % kyslíku a nejvýše 0,5 % síry, připravitelný procesem, při kterém se suspenze složené z uhlí a z rozpouštědla, které je donorem vodíku, hydro genuje spolu s vodíkem v nepřítomnosti katalyzátoru v první hydrogenační zóně za vzniku suspenze uhlí a rozpouštědla jako meziproduktu, tato suspenze uhlí a rozpouštědla se odpopeluje za vzniku roztoku uhlí v rozpouštědle, roztok uhlí v rozpouštědle se katalyticky hydrogenuje ve druhé hydrogenační zóně za vzniku produktu, který se délí za tlaku okolí na první kapalnou frakci o teplotě varu 100 až 375 °C, na druhou kapalnou frakci o teplotě varu vyšší, než má první kapalné frakce, tj. 200 až 525 °C, a na pevný a/nebo polopevný materiál, přičemž se alespoň druhé část kapalné frakce recykluje do první hydrogenační zóny déle obsahuje nízkovroucí uhlovodíky o teplotě varu 100 až 375 °C za tlaku okolí a obsahující hmotnostně 85 až 93 % uhlíku, 7,0 až 12,0 % vodíku, nejvýše 2,0 % dusíku, nejvýše 2,0 % kyslíku a nejvýše 3,0 % síry, přičemž hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je 20:1 až 1,5:1.
2. Palivové směs podle bodu 1, vyznačená tím, že hmotnostní poměr pevného a/nebo polopevného materiálu k nízkovroucím uhlovodíkům je 10:1 až 2:1.
3. Palivová směs podle bodu 1, vyznačená tím, že nízkovroucí uhlovodíky mají teplotu varu 150 až 325 °C za tlaku okolí.
4. Palivové směs podle bodu 1, .vyznačené tím, že se nízkovroucí uhlovodíky volí ze sku piny zahrnující topný olej, petrolej, palivo pro tryskové motory, naftu, těžký benzín o teplotě varu do 193 °C, lehkou frakci oleje ze živičné břidlice a lehké frakce získané při hydrogenaci uhlí.
5. Palivová směs podle bodu 1, vyznačená tím, že nízkovroucími uhlovodíky je první kapalná frakce o teplotě varu 100 až 375 °C.
6. Palivové směs podle bodu 1, vyznačená tím, že nízkovroucími uhlovodíky je první kapalná frakce o teplotě varu 150 až 375 °C.