CS222655B2 - Method of making the fuel from cellulose materials - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby paliva z celulózových materiálů, zejména odpadních, na hodnotné palivo s ní zlým obsahem síry a s nízký! no osivím popela.

Je zoám způsob zvyšování jakosti uhlí ligniiického typu zahrnujícího hnědé uhlí, lignit a smolné hnědé UJÍ, aby uHí bylo . v důsledku tepelné změny chemické struktury vhodnnjěí jako pevné palivo. Vznnklý kvalitnější uhlíkatý produkt je stabilní, odolný proti vlivům povětrnosti a má zvýšenou výhřevnost blížící se černému udí. Uvedeným způsobem se lignitické uH1í · z domááích rozsáhlých ložisek může přeměnnt na užitečné palivo, což představuje jedno z možtných řešení energetické krize.

Kromě velkých domááích ložisek ligniicckého typu vznik j každý rok velká mmnžžtví celulozového typu, která jsou jednak z přirozeného výskytu jako například rašelina, a jednak odpady při těžbě dřeva a při zemědělských pracích; tyto mater ály jsou ve formě, které není vhodná k jejich pouužií jako komerčního paliva. Odpacdní celulózové materiály, jako jsou piliny, kůra, dřevěný odpad, větve a třísky z těžby dřeva, a různě zemědělské odpadní maaterály, jako stonky baviníku, představní až dosud velký problém z KLeáLska H^idace. Proto se už dlouhou dobu hledá 1í způsoby, jak přemést taková celulózové ma^erá^ na hodnotné palivo, čímž by se nejen částečně vyřeěšl problém nedostatku paliva, nýbrž by se oddsranOly nebo alespoň zmcenily náklady na likvidaci těchto odpaidOLch materiálů.

Kromě uvedených problémů existuje další vážný problém spojený s ochranou životního prosTedí, kde státní normy připouštěl obsah síry v topných olejích, jež se mohou spalovat v zařízeních pro výrobu elektřiny a páry, asi na 0,7 % llDoUnoutnícl, přičemž v některých státech je povoleno maximáání mnoossví síry pouze 0,3 % . lmoUnoutnícl·. Aby se vyhovělo těmto předpisům, bylo až dosud nezbytné smíchávat topné oleje domácího původu, které maj poměrně vysoký obsah síry, s topnými olej s nízkým obsahem síry dováženými ze zahriaOČÍ, aby tak vznikla směs s obsahem síry ležícím v přípustných mmeích. Dovozní cena topných olejů s nízkým obsahem síry způsobme, že tento postup je nejen drahý, nýbrž i zvyšuu· závislost ox zahraničních zdrojích.

Předmětem vynálezu · je způsob výroby paLiva z celulózových. mater álů, který odstraňuje zmíněné problémy. Poddtata vynálezu spočívá v tom, že vsázka se zahřívá v xutuklávu ox teplotu 400 až 677 °C při tlaku 7 až 23 MPa, voda a těkavé organické složky se převedou na plynnou fázi při současné tepelné přeměně chemické struktury-a chemického složení vsázky a vzniklý pevný Cuksouitý produkt se ochladí a případně rozemle. Plynná fáze, vznO^jc! během zpracování v reaktoru, se před ochlazením odvede z reaktoru a nechá se kondí^ov^, přičemž složky neschopné kondenzace se o^^^i^é^dějí jako plynné palivo.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu se kukaouitý produkt rozemele oa částice menší než 48 mesh, s výhodou oa velikost pod 200 mesh, a suspenduje se v topném oleji v κ^Β^ί 1 až 50 % hmot,, koksu, přepočteno na celkovou hmoonost směsi tvořící tekutou topnou kaši. Jeko vsázka pro výrobu kokso^tého produktu slouží například rašelioa, zemědělské odpady, dřevěné odpady a jejich шп1п^

Vynález umooňuje zpracování odpadních celulóz tvých které dosud zůstávaly or1ipuUžey a zpravidla se likvidovaly, na hodnotné palivo koksového typu s vysokou výhřevnossí, které má nízký obsah síry a popela. Rozemletý koks · se může přidávat do topných olejů s vysokým obsahem síry a jeho vlastnosti umožňuj vytvoře ní stabilních suspenoí, aniž by bylo potřebí přidávat chemická činidla podp)oorUící suspendovaní; nízký obsah síry v·koksu, ležící kolem 0,1 % lmoUnoutních, a popela letící v rozmezí od 1 do 4 í hmoOnoutních zajišťuje, že palivová směs vyhovuje všem požadavkům a zejména předpisům týkajícím se obsahu síry.

Vynález bude · vysvětlen v následujícím popisu v souuvslosti s výkresem x příklady provedení. Výkres přitom znázorňuje sled jednotlivých pracovních pochodů, ze ktrrých^řtrttáiá způsob podle vynálezu.

Celulózová vsázka nebo směs různých celulózových materiálů se zavádí ze zásobníku J. do předběžného zpracovávacího stupně 2, kde se vsázka drtí, rozemílá a prosévá, čímž vznikne surovina s - vhodnou velikostí částic; potem se rozemletý maaterál zavádí do vysokotlakého reaktoru 3 s vysokou teplotou, kde na něj působí teplo a tlak, aby se extrahovala vlhkost a těkavé organické složky a aby došlo k přeměně produktů tepelného rozkladu v plyny, přičemž dále nestává tepelné přeměna chemické struktury uhlíkaté vsázky.

Plynné veddejší prodře ty se oddeíraaí z reaktoru 3 a zaváddjí se do kondenzátoru J, ze kterého fáze schopná kondenzace se odebbrá jako kondenzát, zatímco fáze neschopná kondenzace se odebírá jako -topný plyn, tvořící veddejší produkt, který lze s výhodou zavádět zpátky a používat přímo ve způsobu podle vynálezu a k výrobě přídavné energie. Reakční produkty přlcházeeí z reakční zóny reaktoru 3 do chladicí zóny g, v níž se ochlaz^í na teplotu, při které se mohou vystavit působení okooní atmooféry, aniž by došlo ke spalování nebo jiným nepříznivým jevům. Z chladicí zóny 2 se pevný reakční produkt nebooi vzniklý koks převádí do koksového zásobníku 6.

Podle výhodného provedení vynálezu se vzniklý koks vede ze zásobníku 6 do drtiče J, kde se dále drtí na prášek požadované velikosti zrn, čímž se stává-vhodným pro pooužtí jako - práškové pevné palivo-podle speciálního typu pece a hořáku, který má být pouužt.

K tomuto účelu se vede do zásobní nádoby 8. Podle vynálezu lze také část rozdrceného práškového koksu zavést z drtiče . 1 do mísičky 2, - kde se smíchává s topným olejem přiváděným z olejové nádrže JO. Tím vzniká kaše, která obsahuje regulované mmnžssví suspendovaného rozemletého dřevěného koksu. Výsledný prodlet tvořený srnmsí topného oleje a rozemletého koksu se vede z mísičky 2 ůo zásobní nádrže 11 na směs topného oleje a práškového koksu.

Při způsobu podle vynálezu postupem znázorněiým- na tomto sdémmtu může vsázkový mmteriál obsahovat nejrůzněěší druhy nebo směs celulózovýd maateiélů včetně celulózovýd odpadů vznnkajících při těžbě a zpracování dřeva a zemědělských odpadů. Tak například lze použít přírodních celulózovýd maaeriálů jako je raželi-na i odpadních celulózovýd maatelálů, jako jsou piliny, kůra, zbytky dřeva, větve a třísky, vznZkεtící při těžbě a zpracování dřeva, a nejrůznější zemědělské odpadní maateiály, jako jsou bavlníkové stonky, ořechové skořápky, vyluštěné kukuřičné palice - a podobný odpad.

Předběžné zpracování vsázkového maateiálu před zavedením do reaktoru 3 Může zahrnovat zpracování sloužící k odstranění přebytečné vody a- tedy ke snížení zbytkové vlhkosti na hodnotu, jež usnadňuje další zpracování a mmanplaci a srn.žuje mnnžžsví vlhkosti při následduící reakci v reaktoru J.

Poněvadž v podstatě veškerá vlhkost ze vsázky se odstraňuje během zahřívání v autoklávu, není pro většinu zemmddlskýd odpadů a odpadů dřeva toto předběžné odvodnění zpra^dLďla nezbytné. Předběžné zpracování zahrnuje drcení nebo rozemleeí vsázky, čímž se částice vsázky v zártsloti na její povaze zmmnnuuí na rozměr usnaddňžící mmanpulaci a zpracován. Po drcení a rozemílání m^íže následovat třídění nebo prosévánn, aby se - odd^llly nadměrně velké částice, které se zavádděí zpátky do drtiče.

Předběžně zpracovaný nebo případně nezpracovaný vsázkový maaterál se pak zavádí do vstupního otvoru reaktoru 3, v němž se podrobí působení teploty alespoň 400 °C a tlaku alespoň 7 MPa během předem stanoveného řízeného časového intervalu, aby došlo k regulované tepelné přeměně chemické struktury a ke konvvirsi vlhkosti a těkavých organických složek i produktů tepelného rozkladu na plynnou fázi. Tato plynná fáze se odebbrá z reaktoru a vede se s výhodou do kondirnnátoru 4, aby se odč^Hla kondenzace schopná fáze obsea^ích cenné chemické sloučeniny tvořící veddejší produkty.

Kondenzace neschopná plynná fáze, odebíraná z kondenzátoru 4, se může s výhodou pouužt jako plynné palivo k vytápění reaktoru 3 a k výrobě pomocné energie pro celý postup,- přičemž přebytek energie zůstává k dispozici pro prodej.

Třebaže při 'zpracování v autoklávu ’ jsou žádoucí teploty-alespoň 400 °C, teplota kolem 540 °C je nejvýhodnější, poněvadž při ní dochází k rychlému vypaření a tepelné přeměně struktury vsázky a ' ke vzniku produktu s vysokým pevným obsahem díku. Tím se snižuje doba prodlevy v autoklávu a zvyšuje účinnost celého postupu. Teplota při zpracování v autoklávu může být . až 700 °C, přičimž teploty nad touto hodnotou jsou obvykle nežádoucí, poněvadž vzniká příliš vysoké množsví plynů neschopných kondenzace v poměru k pevnému koksovému produktu. Obzvláště uspokojivých výsledků bylo dosaženo při pouHtí teplot v rozmezí 540 až 650 °C ' při tlaku v rozmezí od 7 do 21 MPa. Maximální použitelný tlak obnáší asi 23 MPa. Vyšší tlaky jsou nežádoud, a to zejména pro vysoké náklady na výrobu ' tikových nádob, schopných vydržet tyto vysoké tlaky, a proto, že při tlacích nad 21 MPa nedochází ani ke zlepšen, ani ke zrychlení postupu.

Doba prodlevy sxuroviny v autová™ se mění v záv^l^ti na poměru teploty, tlaku a doby, který se kontroluje v takovém rozmezí, aby došlo v podstatě k úplnému o^jpe^i^í^i^zí vlhkosti a k vypaření některých těkavých organických složek a k řízené tepelné přeměně struktury ceové - vsázky.

Povaha tepelné přeměny struktury.není úplně jasná, předpokládá se však, že spočívá na dvou nebo několika současných chemických reakcích mezi produkty pyrolýzy a plyny, které jsou příoomné v buněčné struktuře celulózováho vsázkového maateiHu. Výsledkem těchto reakcí mědících strukturní jsou změny chemických vlastno^í, jež maaí za následek zvýšení poměru uhlíku o vodíku a snížení obsahu síry a kyslíku, což lze naměěit analýzou vyrobeného koksu.

Během zpracování v a^tokUvu dochází k regulované tepelné přeměně struktury a/nebo o rozkladu chemické struktury, což je doprovázeno vznikem přídavných plynných složek, jež rovněž přecháázeí v plynnou fázi.

Potřebné doba prodlevy v reaktoru J ' se snižuje se zvyšováním teploty a tlaku. Naopak při pot^žtí nižších teplot a tlaků je potřebí delší doby prodlevy v аиккИ™. Obvykle je vyHovující doba prodlevy v rozmezí od 15 minut asi do jedné hodiny při teplotách v rozsahu 485 až 650 °C a tlacích meei 7 a 21 MPa. Уу^л^!^ výsledků bylo rovněž dosaženo u některých maaeeiálů při po^Htí teplot a tlaků u horní hranice přípustného rozmel, přičemž doba prodlevy byla pouze pftit minut, zatímco doba prodlevy převyšu^cí jednu hodinu je rovněž pojCitzlíl. Obecně nepřináší doba prodlevy nad jednu hodinu znatelně zlepšené výsledky o^i^c^o^ťi definovanému rozmezí 15 minut až 1 . hod·, a snížené prosazené m^n^ožst^^í a nižší účinnost postupu spojené s takovou dlouhou dobou prodlevy je nežádoucí z ekonomického hlediska.

Zvýšení tlaku m^itř autoklávu lze s výhodou provádět tím, že se m^c^ožst^zí celulozové^ vsázkového maateiHu vzhledem k vnitřnímu objemu autoklávu řídí s přihlédnutím k obsahu llhOjsti..lz vsázce tak, aby při zahMtí vsázky na zvýšenou teplotu vzniklo takové ěncjiSví plynné fáze sesténaící z přehřáté páry a těkavých organických složek, aby došlo ke zvýšení tlaku v tutoOH™ na žádoucí rozmezí tlaku. Podle potřeby lze přídavně zvýšt tlak v autoklá™ zaváděním tlakového nzo:£Lnačního nebo redukčního plynu nebo tlakové páry.

Po skončeném zpracování . v bu^OI-Ivu lze podle výhodného provedení vynálezu nechat autokláv například vzduchovým chlazením nebo chladicí kapalinou, například vodou, a to na teplotu, při které tuhý koks lze vysta^t působení vzduchu bez škodlivých účinků. Zpravila je pHLí^z^ ocM-eddi autokl^ na toploto ^po^d 1⁵° °C. toh^zení na ^p^u blízcí se 100 °C nebo ještě níže je v příjoěno8Si plynné fáze nežádoucsí, poněvadž plynná vodná fáze kondenzuje a samčí vyrobený koks, čímž zvyšuje jeho obsah vlhkosti a tím snižuje výhřevnost. S výhodou se chlazení provádí po odvedení plynné fáze, aby nemohlo doit ke kondenzaci odpařených organických složek včetně poměrně uhlovodíkových frakcí a dehtů, a tedy O jejich usazení na povrchu a v pórech koksu.

Vyrobený koks zlepšené kvality má obvykle matně černý vzhled, pórovitou . strukturu a zbytkový. obsah vlhkosti ležící v rozmezí od 1 do 5 % hmoonosSních.

Podle výhodného provedení vynálezu se po skončeném zpracování v autoklávu zbývalící vysoký tlak uvntř autoklávu uvolní při pracovní teplotě a uhlovodíkové složky se získávali kondennací, zatímco organické plynné složky neschopná kondenzace se odeeíraaí jako topný plyn tvořící veddejší produkt. Za těchto okoonootí dochází pouze k nepatrnému usazování odpařených organických složek na vyrobeném koksu. Koks vyrobený tímto způsobem je nicméně charakterizován tím, že má tepelně přeměněnou strukturu, jež má zvýšenou výhřevnost.

Podle vynálezu lze rovněž provádět dvoustupňové zpracování v autoklávu a povlékání, při kteném se plynná fáze, uvolněná z autoklévu při pracovní teplotě, převádí do druhé autoklávové komory, kde se vsázky, jež se má zpracovat, používá jako chladicího média ke kondenzaci dehtů a olejů z plynné fáze.

Ochlazený pevný vyrobený koks se dopravuje z chladdcí zóny — podle schématu do koksového zásobníku, ze kterého se může dopravovat v kontejnerech nebo volně; 1^0X01111101^ lze koks dále zprccovával_>a to vhodným drcením nebo mletím, aby se rozrušily shluky vzniklé během zpracování v autoklávu a aby se prodlet rozemlel na žádanou průměrnou velikost částic. Stupeň rozmělňování vyrobeného koksu závisí na jeho zamýšleném pouuiií a na konOrétní konstrukci hořáku, který bude sloužžt ke spalování tohoto koksu jako práškového pevného paliva. Když se například vyrobeného koksu má používat v hořácích typu, jenž je vhodný pro spalování práškového uhlí a podobných paliv, jsou ρoužiteloé velikosti částic menší než asi 48 mesh a s výhodou menší než asi 200 mesh. Alternativně lze použžt vyrobeného koksu v pecích s automatickým přikládáním, kde jeho částice mohou mít větší velikost.

Bez ohledu na velikost částic představuje vyrobený koks hodnotné pevné palivo a dá se použžt přímo v tomto tvaru nebo ve srnmsi s jirými konvenčními palivy. Vyrobený koks se vyznačuje tím, že má velmi nízký obsah síry, obvykle nižší než asi 1 % hmoOnouSních, většinou od 0,2 do asi 0,06 % hmoonnosních. Mimo to se vyrobený koks vyznačuje velice nízkým obsahem poppla, obvykle nižším než 5 % hmoUnouSních a případně nižším než 1 % hooUnouSní. Některé zemědělské odpadní suroviny, například stonky bavloíku, ά^^ί koks s obsahem popela asi 20 % h^oot^os^s^i^JÍch a s obsahem síry méně než 1 % hmoUnoutní. V typickém případě má vyrobený koks výhřevnost v rozmezí od 25 580 do 34 890 kJ/kg.

V důsledku velice nízkého obsahu síry a popela ve vyrobeném koksu lze tento koks s výhodou pouužt ve soOsí s palivy, která maj velký obsah síry, čímž vznikne výsledná palivové směs, která má podstatně nižší průměrný obsah síry a odpovídá tedy státním i místním noímaám předppsujícím přípustný obsah síry.

Třebaže rozemletý koks podle vynálezu lze s výhodou smíchat s práškovými pevnými palivy, například s různými druhy černého uhlí a koksu, dosáhne se obzvláště výhodných výsledků tehdy, když se koks smíchá s topnými oleji na tekutou kaši, která obsahuje od 1 do 50 % hmoUnoutních koksu. Maximmání ono0itví koksu obsažené . v ' této topné kaši je dáno obletom na zvýšenou viskositu kaše při zvyšování koncentrace rozemletého koksu. Hoooií hrudci koncentrace koksu představuje takové tmloUitta, při kterém kaše má vhodnou aiskuzltu, aby se mohla čerpat, přičemž při této viskositě dochází při poi^žtí -v .různých běžných hořácích k přiměřenému rozprašování. Třebaže přlcházzeí v úvahu koncentrace kaše obnnššjící jen 1 % hmmt. koksu, oe^^v^y^užije se při tak nízké konczeOraci v podstatě výhody eo8sCiteloé podle vynálezu smícháním olejů s koksem, který má nízký obsah síry a . pojpBla; v důsledku toho se dává přednost 'koncentracím nejméně 25 až 50 % taích. Při koncceOraci kolem 50 % hcoUnoutních je průměrný obsah síry v kaši přibližně poloviční než její obsah v kopném ooeji, což umooňuje vyuužtí oejiůzomjších topných olejů s vysokým obsahem síry k. vyrobení přijat eOrých topných srnmsi udpouadelícícl složením státním a místním normám.

Bylo zjiStěno, že přidáním rozemletého koksu s velikostí částic asi 150 meah s.aatavým rozdělením, kde 80 % částic má menší rozměr než 200 mesh, vznikne při koncentrac1 50 % hmotnostních koksu t 50 % hmotnosSních topného oleje poměrně stabilní kaše, aniž by bylo třeba požívat větších mmoožsví přídavných suspsndačních činidel k zajištění staaiiity. Běžně není třeba používat činidel udržujících susjpnnz, zatímco v případě běžných sbOsí černého uhlí a antracitu s olejem jsou taková činidle nezbytná. V důsledku - toho.se dosáhne podstatně jednoduššího složení. kaše a sníženi ceny výsledné směsi.

K vysvětlení způsobu podle vynálezu slouží následnici příklady, která nijak ontmonuUí rozsah vynálezu.

Příklad 1

Celulózová vsázka obssahjící 59,5 g směsi suchého dubového a jedlového dřeva se vloží do zkušebního reaktoru společně s 23,4 g vody. Dřevěné vsázka je ve tyček, jejichž základna rnměí 6,35 . 12,7 mm a délka 203,2 mm.

Zkušební reaktor sestává z válcové komory z nerezzavějcí occll, které má vnitřní průměr 34,925 mm a délku 305 mm, takže její celkový objem je 295 cm³. Reaktor je opatřen potrubím p^ipojeiým k vodou chlazenému kondennztoru a k plynovému sběrači. Tlakoměr se stupnicí 35 MPa je připojen k reaktoru ke spo^té regulaci tlaku, a terooolektrieký článek typu K je uložen v jímce reaktoru ke spi^ité regulaci teploty. Soustava obsahuje kuželový vysokotlaký veenil v potrubí mezi reaktorem a plynovým kondensátorem, aby bylo možno vypouštět plynnou fázi z reaktoru a udržovat tak v komoře reaktoru potřebný tlak.

Po naplnění a uzavření . se reaktor vloží ve vodorovné poloze do vytopené morfiové pece. Po době 5 min. stoupne tlak v reaktoru ne 10,5 MPa a vntřní teplota udávaná terooteekkrlekým článkem na 295 °C. V tomto okamžiku se 'vypouštěcí veentl nepatrně otevře a přes kondenzátor se vypuusí takové mnot8Sví plynu, aby se v reaktoru udržoval v podstatě konstantní - tlak 10,5 MPa. Během následnících 5 minut, nebooi celkem po - 10 minutách po vložení reaktoru do molové pece se teplota uvnitř reaktoru udávaná termoelektrickým článkem zvýší na 544 °C. Reaktor se ^pak v^yjme z - pece a necW se och^dl-t asi na ⁹³ °C.

Po otevření se z reaktoru vyjme pevný vyrobený koks o hmoonoosi 18,9 g a 20 cm3 tekutiny se odebere z soustavy. Mioožsví vzniklého plynu je větší než kaFeac^ sběrné ná^b^ ^která má o^im 7 800 ш³.

Zraková kontrola vyrobeného pevného koksového produktu ukazuje, že koks má černou barvu a voštinovou strukturu, která v podstatě odpovídá povodní struktuře celulózové dřevěné vsázky a má na mnoha místech vzhled zkoksované tekutiny. Původní jednooiivé tyčky dubového a jedlového dřeva se během reakce zdeformuj takže získaný pevný produkt má tvar jedioUtého válce o menším průměru,než je průměr komory reaktoru.

Získaná plynná fáze hoří světle modrým plamenem, který je typický pro stmel vodíku, kysličníku uhelnatého a (^βηο^. Pevný produkt má toto složení:

vlhkost (% 1шо^)3,93 těkavé složky (% hmo^)

8,82 popel (% 1шо^)

1,13 vázaný uhlík (% Iocoí)

90,1 výhřevnost (kJ/kg) 33 287

653

Chemické složen:!

C (% hiOO.)

88,8

92,4

2,06

2,14

0,12

0,12

0,18

0,19

3,82

4,02

Příklad 2

Vsázka kanadské rašeliny z raáeliníku o hmoOnooSi 100 g se vlož! do zkušebního reaktoru popsaného v souuVslosti s příkadeem 1 a opatřeného kondenzst,ory, z nichž jeden je chlazený párou a druhý vodou. Analýzy vsázkového · mattritlu ukazuje, že obsah vlhkosti je asi 75 % hmoonoosních.

Po naplnění se reaktor uloží ve vodorovné poloze do vytopené mtďlové pece způsobem popsaným v souvvslosti s příkaadeo 1. Po době 11 min se tlak wvntř reaktoru zvýší na 11,5 №a a nnntřní teplota udávaná terioorektriclýi Slénkem na 264 °C. V tomto окашИки se vypouštěcí plynový vennil.nepatrně otevře a z reaktoru se přes kondenzační soustavu vyr pussí takóvé ííožžsví plynu, aby tlak uvititř reaktoru měl hodnotu 10,5 MPa.

Po další době ohřevu 23 min neboli po celkové době 34 min po uložení reaktoru do mulové pece je teplota uvtitř reaktoru 544 °C. Reaktor se potom vyjme z·pece a vysokotlaký vypouutěcí venntl se otevře, aby se vyppustla veškerá plynná fáze a komora reaktoru byla pod timosfáriklýi tlakem. Verntl se potom uzavře a reaktor se nechá o^l^li^í^ďt na okolní teplotu.

Na konci pokusu obsaHije parou vytápěný kondenzstor 74 g tekutiny, zatímco vodou chlazený kondenzátor obsahuje 5 g tekutiny^ 4,25 1 plynu neschopného kondenzace je zachyceno ve sběrači plynu. Reakění produkt má hmoonost 6,99 g a vizuální kontrola ukazuje, že sestává z křehkého, černého pevného produktu, jenž při oxidaci dává 0,256 g popela.

Plyn, který po zapálení Hří modrým plamenem, má toto složení:

Složka mo. procent vodík voda kyslík sirovodík argon kysličník vhllčiiý metan etan etylen propan pnpylen izobutan n~butan

4,96

0,24

Ц23

0,00

0,11

52,51

19,24

2,13

0,12

0,29

0,14

0,02

0,05 pokračování

Složka	ind. procent
buten	0,03
izopeotan .	0,01
o-pentao	0,01
penten	0,02
hexan	0,00
heptan	0,05
beozeo	0,38
oktan	0,00
toluen	0,09
oooao.	0,00
sylen	0,00
dusík	14,44
kysličník uhelnatý	3,93
výhřevnost (kJ/m^)	11 370

Příklad 3

Opaamje se zkouška popsaná v příkladu 2 s použitím 173 g stejné rašellnové vsázky a stejného zařízení. 8 min po vložení reaktoru do muďlové pece je tlak uvOtř reaktoru 10,5 MPa a teplota wviltř komory reaktoru 232 °C. Po dalších 21 minutách při téže teplotě, neboli celkem pol29 min po začátku topného cyklu, je teplota uvrltř reaktoru 540 °C a tlak se udržuje na koostiaatní hodnotě 10,5 MPa vypouštěním plynné fáze do kondenzační

V parou vytápěném tandenzátoru se zís^ká celkový objem ⁵⁸ cm^P tmavě ^hoědé tetatio^ zatímco z vodou c^hlazené^ho ^kondenoátoru se zto^ ⁶3 cu^P žlutě zbarvené vody. V ^plynn^é sběrné soustavě se zachytí celkové m^n^ožst^^í 11,2 1 plynu. Z reaktoru se získá tuhý vyrobený koks o hmoonoosi 19,2 g, který je podobný produktu podle příkladu 2. Po zapálení hoří plyn modrým plamenem stejně jako v příkladu 2.

Vyrobený pevný koks obsahuje 0,41 % ^^ηο^η!^ vlhkosti a mé v sušině a prvkové složení podle oásseddjící tabulky:

Kvant, analýza % УmoOnootní	Rašellnové vsázka	Vyrobený pevný koks
těkavé složky	. 77,5	6,34
popel	1,22	4,4
vázaný uhlík	21,3	89,3
vyšší výhřevnost (kJ/kg)	20' 241	33 620
Prvky (St hrno.)
C	51,8	90,7
H	3,14	3,35
S	0,15	0,14
N	0,61	0,83
0	43,0	0,61

Vyrobený tuhý koks oe bázi sušiny jasně dokazuje zvýšenou výhřevnost opro!! vsázce, a to o 66 %, a tvoří velice kralitoí pevoé palivo s nízkým obsahem popela a síry. Po následujícím rozemliel oa ' částice asi 200 mesh je produkt ideálně vhodný ke smíchání se zbytkový9 vými topnými oleji o vysokém obsahu síry, čímž vznikne kašovité palivo pro hořáky, které mé nízký obsah síry.

Topná ·- olejová kaše se připravuje tak, že se jemné rozemletý koks, vyrobený z rašeliny způsobem podle vynálezu, smíchá ve stejném hmoonostním poměru se zbytkovým topným olejem, který obsahuje 1 % hmoonoosní síry. Suspendování koksových částic v topném oleji se dosáhne přidáváním práškového ' koksu do topného oleje při míchán ve vysokootáčkovém tícl^i^tde. Vyrobený koks se přidává v takovém onoVstvi, aby·jeho koncentrace byla asi 40 % hooonootních celkové hmoonoosi kaše.

Výsledné topná olejová kaše má průměrný obsah síry 0,66 % hmoonootních, takže je vhodné jako palivo v elektrárnách a odpovídá všem státním a místním normám týkajícím se moaXmOlního obsahu síry. Kaše vyrobená smícháním zbytkového topného oleje a práškového koksu je v podstatě stabblní a částice koksu jsou rovnoměrně suspendovány, aniž by bylo třeba používat činidel podpoorjících suspendování a/nebo dispergování.

Příklad 4

Vsázka vbsthující typické dřevěné zbytky, a to kůru·z jedlí a borovic, v oooossví 51,76 g se vvooí do reaktora poppaného v ppřkladu 1. Po době 7 шОп dosátane tlak 11,5 1Ma a ^ply^{n se} vypcou^ ab^y tlak zAsILaX kvnstanOní. Teplota wvntf reaktoru je 283 °C. další době 13 min se teplota v reaktoru zvýší na 532 °C, přičemž tlak se udržuje na konstantní hodnotě 10,5 MPa vypouštěním plynné féze do kondenzační soustavy. Získá se 17,9 g pevnéhp koksového produktu a 15,8 g tekutiny.

Produkt z parního kondenzátora sestává z 5,3 mililitrů žluté tekutiny, na které pLave 0,6 mililitrů dehtového maateiálu. Produkt z vodního kondenzátoru sestává z 10,5 mililitrů čiré·tekutiny se stopami oleje. Tetanina z obou kondenzátorů se smíchá, načež se získá 14,6 mililitrů vody, 0,254 g dehtů rozpustných v hexanu a 0,28 g dehtů rozpustných v b^enz^enu. Současně s^e zííská asi 9 ⁰⁰⁰ cm³ ^ynu nescho^^o kondenzace. Složení a výhřevnost pevného vyrobeného koksu a složení plynné fáze neschopné kondenzace je uvedeno v následnici tabulce:

Složení pevného produktu a výhřevnost

Pevný produkt (kg/kg vsázky) 0,346 % procento vlhkosti 0,27 % první analýza, (sušina) těkavé létky vázaný uhlík popel

11,04 84,09

4,87 prvkové analýza (sušina)

C

H

S

N

88,58

2,71

0,06

1,36

2,42

Výhřevnost (kJ/kg)

313

Složení vyrobeného plynu

Objem vyrobeného plynu (lltry/kg vsázky) průměrné mol. hmot, výhřevnost (kJ/m^)

Složení molových procent (sušině) H₂

CH₄ co c₂ co₂ ^c6

180,4 %

31,9

979

5,87 %

29,32 %

7,55 %

4,65 %

50,19 %

0,99 %

0,4.7 %

0,26 %

0,40 %

Příklad 5

Byl opakován pokus s reaktorem, popsaným v souvislosti s příkladem 2, avšak s použitím 51,8 g celulózového vsázkového materiálu obsahujícího zemědělské odpady tvořené bavlníkovými stonky a tobolkami. Tlak reaktoru dosáhl hodnoty 10,5 MPa po 6 minutách po uložení do muflové pece, přičemž vnitřní teplota reaktoru byla 217 °G. V tomto okamžiku se otevře vypouštěcí ventil a plynná fáze se vypouští к udržení konstantního tlaku reaktoru na hodnotě asi 10,5 MPa. Po dalších 17 minutách zahřívání v muflové peci je teplota 541 °C, tedy po celkové době reakce 23 min., a plyn se neustále vypouští к udržení konstantního tlaku

10,5 MPa. Na konci této doby se reaktor vyjme z pece a tlak se sníží na atmosférickou hodnotu. Celkové množství vzniklého plynu je 11 240 cm\ celkové množství pevného produktu je 16,1 g a celkové množství dehtů je 0,6 g.

Složení a výhřevnost vyrobeného pevného koksu a složení plynné fáze neschopné kondenzace je uvedeno v následující tabulce.

Složení pevného produktu a výhřevnost

Pevný produkt (kg/kg vsázky)	0,310
procento vlhko8ti	1,58 %
první analýza (sušina)
těkavé složky	17,45 «
vázaný uhlík	62,00 Ж
popel	20,55 «

Prvková analýza (sušina)
c	72,28	%
H	2,62	%
S	0,69	%
N	1,20	%
0	2,66	%
výhřevnost (kJ/kg)	26 792

Složení vyrobeného plynu
Objem vyrobeného plynu (litů/kg vsázky)	217,00
průměrná moo.	29,2
výhřevnost (Ы/п3)	20 151
Složení mol procent (bez vlhkoott)
h2	10,30	%
0H4	34,44	%
co	3,66	%
C2	4,01	%
co2	44,97
C3	1 ,40	%
C4	’ 0,87	%
C5	0,18	%
C6	0,17	%

Příklad 6

Do zkušebního reaktoru byla vložena vsázka sestávající ze 60 g dřevěných hoblin a z ¹5 cn³ vody· Soustava zkušební^ reaktoru sesrárá z válcové komory z nerezaaějící oce^li o průměru 31,75 nm a ^délce 336,21 cm, ta^kže objem je ^O,461 5 m³. Reaktor je opatřen potrubím ústícím do vodou chlazeného kondenzátoru a do sběrače plynu. K reaktoru je připojen tlakoměr na tlak do 35 MPa za účelem spojité regulace tlaku, a termoeeektrický článek typu K je uložen v Jímce reaktoru ke spcoité regulaci teploty. Soustava obsahuje kuželový vysokotlaký ventil umístěný v potrubí mezi reaktorem a plynovým kondenzétorem, aby bylo možno vypouštět plynnou fázi z reaktoru a udržovat tak potřebný tlak.

Po naplnění a uzavření se reaktor uloží ve vodorovné poloze do vytopené morfiové pece. Po době 9 min je tlak uvnntř reaktoru 12,3 MPa a teplota udávaná termoelektrickým článkem je 249 °C. V tomto okamžiku se ven^l reaktoru mírně otevře a přes kondenzační soustavu se vypoušší takové m^ož^í plynu, aby tlak uvnntř reaktoru se udržoval na konstantní hodnotS asi 10,5 MPa Během následduící periody 21 min, nebooi po celkové době 30 po uložení reaktoru do miHové pece je teplota reaktoru 540 °C; potom se reaktor vyjme z pece, tlak . se sníží na 10,5 MPa a reaktor se nechá na vzduchu zchladnout.

Zístó se ^{14,6 g p}evného ^ko^ksu, ^{11 200} cm³ to^ého pl^ynu neschopného ^ken^denzace^, takže pevné látky tvoří 24 % hmžentetních. Vyrobený pevný koksový produkt je iharaaceritiiiCý svým vzhledem podobným koksu a mé křehkou pórovitou strukturu. Kondenzace neschopný topný plyn hoří plamenem se žlutým koncem.

Vyrobený pevný produkt se mele v laboratorním kulovém mlýnu po dobu 10 min a pak se proseje sítem o velikosti ok 200 mesh. Zbytek frakce větší než 200 mesh se mele 10 minut a znovu prosévá. Frakce nad 200 mesh se mele dalších 5 minut, a po této době 12,75 g projde sítem 100 mesh a 8,69 g sítem 200 mesh. 12,75 g rozemleté pevné látky se přidá k 8,52 g topného oleje, čímž vznikne tuhá pasta ebssahšící 60 % hmžOnootníih pevných látek. K této pevné pastě se přidá další olej, až všechny dutiny jsou vyplněné. V této fázi má pasta 56 % hžoenoetních pevných látek. Poté se přidává další olej tak dlouho, až směs teče při teplotě místnost. Tato směs obsáhuje 52 Ά hmženoetních tuhých látek.

Druhá šarže kaše s^i^l^i^^^s^ající z oleje a tuhých látek se připraví z podobného vyrobeného koksu, připraveného ze dřeva, který byl rozemlet v kulovém mlýnu a prosát sítem s velikostí ok 200 mesh. ,

Když se tento rozemletý pevný koks smíchá se stejrým hmot, množstvím palivového oleje, je výsledné kaše tvořena nenewtonskou kapalinou o viskozité 20,5 Pa.s při teplotě 93,3 °C naměřené Bro.odkrieddoiýfa viskozimetrem při 6 ot/min, a 12,1 Pa.s. při 60 ot/min.

V předchozích . příkladech bylo použito autoklévu tvořeného modelem laboratorní velikosti, v němž byly zpracovávány jednooiivé vsázky mattriálu. Je samozřejmá, ie lze pouužt jakéhokoliv autoklévu známého typu, který vydrží’tlaky a teploty přicházzeící v úvahu při způsobu podle vynálezu.

Rovněž je sarnoořejmé, že třebaže předchozí popis se týká autoklávů prac^ících s jedno tlivou vsázkou, lze při způsobu podle vynálezu pouužt i sppoitě preclících autoklávů, do kterých se vsázka přivádí spooitě do vstupního otvoru reaktoru přes vhodnou uzavřenou násypku nebo jiné ventilové ússrooi» a vyrobený koks se sppoitě odebírá z chladicí zóny reaktoru přes podobný tlakový vypouŠtěcí otvor nebo ventilové ústrooí.

Třebaže vynález byl popsán v sozži81zsti s konkrétními příklady,- je sa^c^oz^iejmé, že jej lze různě cOsíí a zbв0ňooаt.

Claims (4)

1. Způsob výroby paliva z celulózových materiálů, vyznačený tím, že vsázka se zahřívá v autoklávu na teplotu 400 až 677 °C při tlaku 7 až 23 MPa, voda a těkavé orgaMcké složky se převedou na plynnou fázi při současné tepelné přeměně chemické struktury a chemického složenH vsázky a vzniklý pevný koksoovtý produkt se ochladí a případně rozemele.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že před ochlazením reakčního produktu se plynná fáze odvede z reaktoru a nechá se kondenzor t, přičemž složky neschopné kondenzace se odvádějí jako plynné plivo.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že koks se rozemele na částice menší než 48 mesh a suspenduje se v topném oleji v oni0iSví 1 až 50 hmc>t. % koksu, přepočteno na celkovou hutnost směsi tvořící tekutou topnou kaši.

4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že jako vsázky se použžje celulózových lů ze skupiny zahrnnuící rajcHnu, zemědělské odpady, dřevné odpady a jejich sidOss.