CS221911B2 - Method of valuation of less valuable fuel - Google Patents

Description

Tento vynález se týká způsobu zhodnocení méně hodnotného paliva, která má velikost částic menší než 25 mm.

Pevné palivo obssbhjící více než 10 % hmonoosních a zvláště více než 40 % hmoonootních vázané a/nebo- nevázané vody (dále je zde označováno jako méně hodnotné'palivo) se může s výhodou poddooit tepelnému zhodnocení. Toto palivo se označuje jako méně hodnotné, protože jeho slabá nebo drobivé konzistence způsobuje, že se s ním špatně oεmnpuluje a protože tepelná hodnota je příliš nízká proti běžně použit vánému palivu, jako je antracit nebo olej. PTklady takového paliva jsou mladé uhlí (jako je hnědé uhlí), rašelioa, lignit, dřevo a odpady obssauuící uHík (jako je kommpost.

. Mladé uhlí tappíklad obvykle obsahuje 40 až 70 % UmoCnooSnícU vody a rašelioa obsahuje 80 až 90 % UmoCnooSníiU vody. Voda v takových palivech se vyskytuje v řadě forem a zvláště jako inherentní nebo absorbovaná voda, jako složka v kombinovaných organických·látkách (například krystalová voda) . a jako potenciálně přítomná - voda, to jest voda, která vzniká . z chemicky vázaného kyslíku a vodíku během zhodnocení paliva.

Je žádoucí, aby se tyto druhy vody odstranily na požadovanou procentuální hodnotu a oddělily od paliva, a tak tepelná hodnota a zlepššla se možnost oonípulace. Výsledkem takové úpravy paliva jsou menší výdaje na přepravu a zlepšené vlastnosti piř hoření.

Exissuuí různé způsoby jak zhoodnoit méně hodnotné palivo a о^;)Ь1;^г^0^11 používaný postup je tepelné zhodnooeeí. Příklady různých οο^ο^ί dosažení tepelného zhodnocení zahrnojí:

- Paaivo se může suušt (zahříváním - za ltoocSérickéUo tlaku ta teplotu pod 150 °C). Výsledkem je, že se inherentní a absorbovaná voda odežene a o^j^p^Ijl- Postup vyžaduje relativně zoačoé onooství energie (tepla k odpaření) a ve většině případů způsobí jen- - - částečné snížení obsahu vody v palivu. Obbykle se odstreoiěíá voda bude během doby opětovně absorbovat.

- Palivo se může poodooít takovému zahřívání (obvykle mezi 150 a 250 °C), že dojde ¹ k tepelnému zhodnooení. Výsledkem je, že se chemicky vázaná voda eliminuje z paliva a nemůže se opět absorbovat. Toto tepelné zhodnocení se může provádět za podmínek piř kterých se odstraňovaná voda odpařuje (a to vyžaduje dodatkovou enorggi ve formě odpařovacího . tepla) nebo za takového tlaku, že voda zůstává kapalná (tak je nutné fyzikální oddělení pevné a kapalné fáze). ·

- Patovo se může poddooit zpracování za - drastičtoíšíil podmínek, za kterých se organické látky, jako kyseeioy, sooi a estery částečně rozkláde^í, jako například při de^í^irbo^ xylaci (odděluje se kysličník uHičitý). Organická látka (například obecného vzorce R-COOH) kyslíkatou skupinu (například karboxylovou skupinu vzorce COOH) může oddšěěpt kyssičník uHičitý, přičemž vodík se váže ta zbytek uhlíkatého řetězce (například podle rovnice R-COOH—>RH + C0₂). Tento rozklad probíhá při vyšších teplotách - zvláště tad 350 °C - a poj se s drastickými strukturálními změnami paliva. Naaříklad karboxylace způsobuje, že se palivo stává hydrofobní místo 1У^о^1о^ protože dekarboxylace způsobuje odštěpení polárních skupit kyssík, které udělovaly palivu jeho hyddooiltí charakter.

Výhodou tepelného zhodnocování v pří·Comíocti vody (za tXa^u vyššího tež je tlak vodní páry při zvolené teplotě) je, že vz^i.k plynu z paliva (nejčastěji jako výsledek dekarboxylace) začíná již při 300 °C, zatímco za suchých podmínek (za tlaku nižšího tež je tlak vodní páry při zvolené teploto) vznik plynu při teplotě pod 400 °C je zcela bezvýznamný.

V poslední řadě návrhů bylo - předloženo ekonomicky přijateíné zhodnoceni a sám přihlašovatel navrhL také postup typu zmíněného v úvodní čásSí (viz brit^e^ký patentový - spis δ. 1 471 949). Pi tomto postupu, který je suspenzního typu, se jemně rozmělněné palivo smíchá s vodou ta če^atelnou suspenzi a suspenze se zahřívá za zvýšeného tlaku dokud ne3 dojde ke zhodnocení. Vedle řady výhod má suspenzní postup vlastní nevýhodu v tom, -že se přidané možství vody musí také zařhívat. Postup přesto poutá široký zájem z různých míst.

Tento vynález se nevztahuje ke shora uvedenému suspenznímu postupu, ale jde o postup s. pevným ložem, který byl znám určitou dobu a kde palivo, které ner^JÍ v čerpa^lné suspenni, ale v podstatě bez přidané vody, se zahřívá v pevném lóži za takových pocdnínek, že odstraňovaná voda zůstává kapalná. V tomto popisu se mezi postupy s pevným typem Tože zahrnnu'! všechny postupy, u kterých se dávka pevného paliva nebo neepetržitý proud pevného paliva zahřívá, aniž by se předem převedl na čerpa^lnou suspenzi ve vodě. Takové postupy mohou nappíklad využívat pevné, polhyiivé nebo fluidní ' lóže.

Příklddem takového postupu s pevným ložem je postup, který v podstatě spočívá v zahřívání ’'určitého mnnossví paliva v nádobě (viz aneeický patentový spis 1 632 829 á ..iídustfill and &n;ineeeing ^поэ^у, prosinec 1930 /sv. 22, č. 12, str. 1 347 až 1 360/). Palivo- je, přítomno v pevném lóži a ziíwívS se zaváděním nasycené páry do nádoby, kde pára částečně kondenzuje. Kondenzovaná pára a voda vzníkalíií z paliva prochází pevným ložem a odvádí se ze dna nádoby. Tento postup se používá ve značném měřítku v praxi. Vynález se týká takového postupu, při kterém je jednak kapalná voda sice pгícomíl během zahřívání a naproti tomu je přioonno tak malé mníCství vody, že je zahřívaná dávka v pevném stavu.

P*i postupu v pevném stavu Ппхззппг^и typu, palivo v reaktoru, ve kterém se provádí zathiváni, musí mít jednotnou jak jen je možno velikost čássic, jejichž velikost je stanovena v určiéém Horní hranice je dána požadavkem, aby doba prciheívsní byla dostatečně krátká, to jest vnitřek největších čássic musí být schopen být zalhat na požadovanou teplotu dostatečně rychle k zajištění hospocLásnícSi postupu. Dolní hranice je dána požadavkem, aby nezmenší částice - nebyly unášeny z lóže a tkutlčnocsϊ, že poddl inherentní vlhkossi vzrůstá s procentem malých částic paliva (odtok z lóže se zhoršuje).

Některá paliva jsou k .dostání s malou velikostí čássic a nejsou vhodná pro způsob. Jiná paliva obsáhlí frakce, často početné, o příliš velkých částiiíih. Jejich zmenšení (nappíklad mletím nebo drcením) vždy má za výsledek, že vzrůstá kromě použitelné frakce též frakce jemná s ppíliš malými částicemi, které se dosud nemmoiy pouužt při postupu s typem pevného lože. Je zřejmé, že tyto jemné částice představuůí ztrátu, protoSn pocSk'ttljí značně menší přínos než zhodnocené palivo.

Úkolem tohoto vynálezu je změní tento stav a ^0^1 postup s pevným ložem pro zhodnocování jemných poddlů paliva.

Předmětem tohoto vynálezu je způsob zhodnocení méně hodnotného paliva, které je ve formě jemných částic o velikosti než 25 mm, při kterémžto způsobu se palivo zahřívá na teplotu 15/ až 375 °C v příCoenocSi vody původně příCoπlíé v čásSicíih paliva za tluku, který je vyšší než tlak vodní páry za p^uuii^tí teploty, vyzn^uící se tím, že se jemné částice nejprve tvaruí na soudržné částice, dříve než se podrobí tepelnému zpracování a potom se tyto soudržné částice tepelně ipracují.

Bylo zjištěno, že soudržné částice ^ζΐ^^οε^ svoCi původní pevnost během tepelného zhodnocení a často také do^l^i^í^zí k značnému zvýšení pevvíctt. Možné vysvětlení této tkutnčnossi je, že se během zhodnocovaciho zpracování tvoří určité mnnCství dehtu, který může půsoobt jako pojivo. Slaeeořnjmě částice mnutími určitou minimáání syrovou pevnost před tepelrým zpracováním, aby se moohy zavádět, aniž by se rozpadly, . do zařízení, ve kterém se podrobí zpracováni k tepelnému ihodnocení.

Velmi významnou předno^í způsobu podle vynálezu je to, že oddělování zhodnoceného paliva a odloučení vody je mnohem jednodušší a levéjší a že zhodnocený konečný produkt se získává v běžné formě a ne jako prach.

Pi praktickém provedení bylo nalezeno, že požadovaná určitá minimální ‘'syrová pevnost se může dosáhnout ^dou postu^pů. kštice se mohou napří^Lad získ^ávat vytyčováním, briketizací, Haeem (výroba tablet) a důkladiým slšoováním (pěchováním).

Velmi atraktivní metodou, u kterk se tvarování částic může kombbnovat s jejich zaváděním do prostoru, ve kterém se zhodnocovací zpracování provádí, spočívá v zavádění jemných částic do zhodnocovacího prostoru vytyčovacím lseem nebo čerpadlem pro pevnk látky k překonání vysokého tlaku.

Tlak, který se používá pro účely tvarování částic zdálsí mimo jink na typu paliva, ale obvykle se používá tlak mezi 10 až 2 500 kPa a s výhodou mezi 100 a 1 500 kPa.

AČkooiv poožiií vyššího tlaku bude příslušně dražší, často poskytuje výhodu ve větší pevnnosi a možnost částečného odvodnění při tvarování čássic.

. Podle vynálezu je výhodné tvarovat částice, které ' meaí největší rozměr mezi 10 a 150 mm. Takové částice se jednak dostatečně rychle zhodnnoují, jednak jejich přítomnost nezpůsobuje problémy při oddělováni vzniklé vody od dáss^c. Je výhodné, aby během zadíváni částic nebylý příoomnk jemnk poodly, které maj velikost částic menší než 5 mm a s výhodou menší než 10 . . mm.

V tkto soouvisosti se poznamenává, že je zřejmé, že ve všech případech částice ' budou větší než částice z nichž se sklád^í, takže spodní hranice 10 mm se upotřebí jen na částice vyráběné z část^ic o menší v^l^iiko^t^i.

Jessiiže syrová pevnost čásMc není uspooojivá,. může se podle vynálezu přidat k jemným částicím před jejich tvarováním pojivo. Píklady takových poóiv jsou biumen, zbytky frakcí ze zpracování ropy a uhelný dehet,

Pincip, který je sám o sobě znám, může být s výhodou používán pri postupu podle vynálezu. Podle něho se po zahátí částic a odstranění kapalné vody sníží tlak ve zhodnocovacm prostoru a/nebo zvýší teplota tak, že se vytvoří pára, přičemž se urychhí (^Ι^γΜχ/Ιι^ a usnadní oddělení paliva a vody. Během této druhé doby zahřívání za pozměněrných podmínek pokračuje zhodnocovací. zpracování.

Vynález je dále objasněn dvěma zvláštními příklady způsobu podle vynálezu.

Příklad 1 .

Určité ^κ^β^ί hnědého uhlí Victoři! (australského hnědého uh.í s obsahem vody 53,9 % tamonoosních a tepelnou hodnotou 12 887 J/g) se slisuje za -tlaku 500 kPa do formy tablet tvaru polštářku, který má největší průměr 11,4 mm. .

553,8 g tablet se ziMívI na teplotu 250 °C po dobu 60 minut za tlaku 4,5 MPa. Během z a Mívání tablety zůs siIvvIí ve styku s odloučenou vodou, která zůstává kapalná (tlak vodní páry při 250 °C je přibližně 4 MPa). VzníkU voda se pak vypouuší.

Potom se tablety zHívaj 60 minut na teplotu 360 °C za tlaku 4 MPa; během tohoto zpracování veškerá přítomná voda a všechna vzniklá odloučená voda je v parním stavu (tlak vodní páry za teploty 360 °C je přiblžžně 19 MPah

Během obojího zpracování zůstávaj tablety neporušené, ale dochází k žádoucímu smrštěn ní. Po zpracování se tablety zmmnší na pouhých 37 % jejich původního objemu (největší průměr tablety je 8,2 mnb.

Může se proto uvést, že nastalo zhodnocení s ohledem na přepravu (palivo zabírá značně menší prostorů Produkt se z^hodnociujje také s ohledem na jeho výh^vné vlastnosti, neboí tepelná hodnota paliva po zpracování činí 31 820 J/g (co je více než dvojnásobkem původní hodnoty) .

½msniotní bilance se může stanooit takto:

Tablety původně sestávaly z 256 g suchého Uhí a 298 g vody. Po ukončení zpracování zbylo 207,3 g konečného produktu, va^jLkl^o 17,75 litrů plynu (především kysličníku uhhičitého), co odpovídá spotřebě přibližně 35 g = 13,5 % suchého uhhí z výchozího produktu a přibližně 5,5 % suchého uhhí, vztaženo na výchozí produkt, se přeměnilo na dehiet,. Konečný produkt proto obsahuje o 19 % hmoSnosSních suchého uhhí méně než výchozí produkt.

Z této hmoonoosní bilance se může·vypoočtat dále uvedená bil trnce erergeeická.

Výchozí produkt v ImiSstvi 555,,8 g mm výMeevnos 555,,8 x 1 2 887 J = 7 136,8 kJ.

Konečný produkt v moiSstvi 500,3 g má výýhřrýnst 500,3 x 53 820 J = 6 596,2 kJ.

Konečný produkt ppoto ještě mři 92,4 5% vVhhřrýiSti xýchhsího produktu, koncentrované do 37 % původního objemu a 37,4 % původní hmotnost. O zhodnocení se s jisSoSsu může proto říci, že nastalo.

Obsah vody ve zpracovávaných tabletách byl přibližně 1 % hmoSnisSní.

Aby se získala představa o pevnost tablet v různých stupních, stanoví se zatížení, pňi kterém se tablety začnou trhat za tlaku

- syrová pevnost nezpracovaných tablet je 4,0 N,

- tablet po zpracování při teplotě 250 °C je 7,5 N a

- pevnost tablet po zpracování při teplotě 360 °C je 29,8 N.

To zřetelně dokládá, že pevnost tablet vzrůstá jako výsledek zhodnocovacího zpracování, co může mt velkou přednost při pozdějším zpracováni. Poznamenává se, že počáteční pevnost kusů stejného hnědého uhhí (nezpracovaného) je 4,2 N.

K získání znaaoosí o prachových vlastnostech zpracovaného hnědého uhhí se tablety podrobí zkoušce drobení na kousky (ooOifikovaiá norma ASTM D 440). P^oom se testovaná složka drobí lrzpoSeekrStr vhodným způsobem a po zkoušce se analýzou stanoví procento hmSniιstrí frakce o malých částicích ve zbytku:

- tablety zahřívané pouze na 250 °C: 33,0 % hmoonnosních se rozpadlo na částice menší než 2 mm;

- tablety dodatkově zahřívané na 360 °C: pouze 6,3 % hmonnosních se rozpadlo na čássice menní než 2 mm a

- kusové hnědé uhlí o porovnatenném průměru, které bylo tepelně vysušeno 84,0 % hmmtnostních se rozpadlo na částice menší než 2 mm.

To zřetelně ukazuje, že zhodnocení také nastalo s ohledem na prachové vlastnosti a manipulsvaaeenist..

Příklad 2

Hnědé uhlí Morwell (australské hnědé uhlí s obsahem vody 61,2% hmotnostních a tepelnou hodnotou 10 886 J/g) se stlačuje za tlaku 500 kPa na formu jednotných tablet (stejné rozměry jako v příkladě 1). Tablety se potom zahřejí na teplotu 340 °C za tlaku 15,6 MPa na dóbu 1 minuty (tlak vodní páry při 340 °C je přibližně 14,9 MPa) v přítomnosti určitého podílu inherentní vlhkosti.

Během tohoto zpracování se tablety smrští o 40 %, ztráta zpracováním činí přibližně 12 % suchého uhlí.

Konečný produkt má obsah vody 34,6 % hmotnostních a tepelnou hodnotu 20 767 J/g.

Zde opět se proto může uvést, Že nastalo zhodnocení, protože se objem snížil o 40 % a tepelná hodnota je více než dvojnásobná·

Pro úplnost se poznamenává, Že obsah vody v hnědém uhlí je stále značný a je možnost dalšího zlepšení.

Při zkoušce drobení na kousky se 1,9% zhodnocených tablet rozdrobí na frakci menší než 1,18 mm, zatímco u zhodnoceného kusového hnědého uhlí (velikost částic 7,5 až 12 nim) se na frakci menší než 1,18 mm rozdrobí množství 6,9 % hmotnostních.

To ukazuje, že se rovněž při zhodnocovacím zpracování ,o krátkém trvání vyrábějí pevné tablety se sníženým obsahem vody.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob zhodnocení méně hodnotného paliva, které je ve formě jemných částic o velikosti menší než 25 mm, při kterémžto způsobu se palivo zahřívá ha teplotu 150 až 375 °C v přítomnosti vody původně přítomné v částicích paliva za tlaku, který je vyšší než tlak vodní páry za použité teploty, vyznačující se tím, že se jemné částice nejprve tvarují na soudržné částice, (dříve než se podrobí tepelnému zpracování) a potom se tyto soudržné částice tepelně zpracují.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se soudržné částice získávají vytlačováním, briketizací, stlačováním nebo pěchováním.
3. 3. Způsob podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se částice tvarují za tlaku 10 až 2 500 kPa a s výhodou za tlaku 100 až 1 500 kPa.
4. 4. Způsob podle některého z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se tvarují částice, které mají největší rozměr mezi 10 a 150 mm.
5. 5. Způsob podle některého z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, Že se к jemným Částicím před tvarováním na soudržné Částice přidává pojivo.
6. 6. Způsob podle některého z bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že během zahřívání částic nejsou přítomny jemné částice o velikosti menší než 5 mm a s výhodou méně než 10 mm.