CS222691B2 - Method of quality ammeliorating of the low-quality solid fuel - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu zhodnocování nízkojakostního pevného paliva tepelným zpracováním nad taplotau vyšší než 300 °C v přHcmmooti vody a za padavku kyseliny.

Termínem nízkojakostní pevné palivo se v uvedeném popisu vynálezu míní matteiál obsahující uhlík, u kterého uhlík vznikl fotosyntézou, a který je k dispozici s různým stupněm zttieeiuatění (jako je například biomasa, rostlirný nahrál, odpad, hnů, rašelina a hnědé uií). Rovněž se výše uvedeným termínům míní takové nízkojakostní pevné pQivo, které . je uvedeno shora a které již bylo podrobeno předběžnému zpracováváni Z důvodu jednoduchosti označování tohoto Ββ^^άΐη, bude tento zpracovávaný mátaná! označován v dále uvedeném textu termínem palivo.

Uvedené palivo obsahuje zpravidla značné ^κ^β^ί vody. Tato voda je částečně absorbována fyzikálním způsobem, částečně je vázána v gelových strukturách, a částečně je vázána chemiclým způsobem. Uvedené palivo rovněž obsahuje ob^kla velký podíl skupin obsaahjjcích kyslík. . Kalorická hodnota paliva může být značně zvýšena odstraněním vody do takové míry, jak je to jenom proveddtelné, při^č^<^mž se pouMje odvodňovacího postupu, ' a dále odstraněním skupin obes^uících kyslík, přičemž se pouMje dekarboxylačního postupu.

Odstraňování skupin obes^uících kyslík a vody se obvykle provádí zahříváním maateiálu na teplotu vyšší než 300 °C v příoomnooti vody. Tímto způsobem se oddtraní značné ^^Ε^νί vody přítomné v palivu, přičemž se současně dosáhne vysokého stupně dekarbojqrlaee. Výsledkem tohoto zpracovávání je palivo se značně zvýšenou jakossí, s nízkým obsahem vody a s vysokou kalorickou hodnotou. Toto zahřívání probíhá v příoomnosti kapalné vody a/nebo vodní páry, přičemž příomnost vody je důležitá k provedení dekarboxylace.

Palivo může již v nezpracovaném stavu obsahovat dehett, který se popřípadě odddluje extrakcí, ^přičemž zahřívání paliva na^d taplota ³⁰⁰ °C může vést v některých přípatoch к tamu, že se zvýší obsah dehtu, který je oddělován od výsledného zhodnoceného pevného paliva.

Podle uvedeného vynálezu bylo zcela neočekávaně zjiStěno, že ^^Β^ί dehtu, který se vytvoří při výše uvedeném zahřívání, může být značně zvýšeno tím, že se s^ížií hodnota pH vody přítomné v ' palivu.

Podstata způsobu zlepšování kvalty nízkojakostního pevného paliva zahříváním na teplotu nad 300 °C v přítmnooti vody podle uvedeného vynálezu spočívá v tom, že se před zahříváním nebo během zahřívání nad teplotu 300 °C k uvedenému palivu přidává silná anorganická kyselina, jako je kyselina chlorovodíková nebo kyselina sírová, nebo organická kyselina jako je kyselina lijnosulf onová, kyselina' mravenčí nebo kyselina octová.

Ve výhodném provedení podle vynálezu'se kyselina přidává v takovém množstv, že hodnota pH vody příoomné v palivu je 6 nebo nižší a zahřívání se provádí při tlaku pod 8,35 mPa, přičemž kyselina se přidává před zahříváním. Část dehtu, jenž se vytvoří během postupu, - se bu&to oddděí od zhodnoceného produktu nebo se pou^je pro peletizování nebo briketování zhodnoceného produktu. Rovněž je výhodné, jestliže se kyselina přidává před nebo během předběžného zpracovávání ^liva při teplotě po^hy^ící se v rozmezí od 150 do 300 °C a p^ii tlaku, který' je vyšší než je tlak vodních par p^íi uvedené teplotě, přičemž palivo získané při předWžném zpracovávání se odd^í od oddělené vo^{dy p}ře^d zahrá věrní m na taplota na^{d 300} °C.

Hlaraí výhodou postupu podle uvedeného vynálezu je to, že je možno kromě získání vysokojakostního ^liva získat i značné m^n^žžst^ií dehtu. Při provádění tohoto postupu je možno více než 10 56 hmoonoosních nízkojakostního paliva převést na dehet. Přinejmenším část z takto vzniklého dehtu je možno vhodným způsobem odddšit od zhodnoceného paliva a/nebo se s výhodou po^je tento dehet při peletizování nebo briketování h^<^r^n^onn^jšího pevného paliva.

Takto získaný dehet mé obvykle vysoce alifatccký - charakter a nízký obsah polyarojattekých složek.

Povaha kyseliny, které se přidává při prováděni způsobu podle vynálezu k nízkojakostnímu mateeiálu není příliš důležitá. Může to být anorganická kyselina, jako je například. kyselina chlorovodíková nebo kyselina sírová, přičemž je možno použit rovněž'organickou kyselinu, jako je nappíklad lignosutoonová kyselina, a velmi vhodná je například kyselina mra·* věnčí nebo kyselina octová. Stejně tak je možno.pouuit aromaaické alkoholy, jako je nappíklad fenol. .

^po^ža^dovaný účinek zahřívání se _ ^dosá^hne pPi ^dost^i^4^i^J^í topLoty na^d 300 °C. V zdátslosti na zpracovávaném ^palivu mů^že · být zvolena i teplota znač^e vyšší ne^ž je 3⁰⁰ °C.

Uvedené zahřívání může být prováděno pPi tlaku nižším než je 8,36 m^pa. Tato voda uvolněná z pliva odchází v ·tomto případě ve f^o^rmě páry.

V některých pPípadech, kdy se zahPívání provádí pPi teplotách nižších než . je kritick^á tepLota voty (co^ž je 374 °C), potom ‘ odpařování vody je možno zcela zabrčit zahPívčím pPi tlaku, který je vyšší než tlak vodní páry pPi zvolené teplotě. Voda uvolněná z uvedeného paliva potom zůstává v kapalném stavu, a je možno ji odděěit jako takovou od zhodnoceného paliva.

Během provádění zahPívání může část vzniklého dehtu přecházet do vodní páry nebo do vody v · kapalné foímě, přičemž je možno tento dehet zpětně získávat. Dehet příoomný · ve zhodnoceném palivu po · zahPívání může být oddělen z tohoto paliva různými . známými postupy,.například extrakcí za pomoci rizpouštědel, jako je například toluen, extrakcí prováděnou v nadkritckéérn stavu, nebo azeotropickou desstlací s pomocí páry.

Ve výhodném provedení podle uvedeného vynálezu, jak již bylo uvedeno, se přidává k pali^u takové mmnožsví kyseliny, že hodnota pH vody zde přítom^né dosahuje hodnoty 6 nebo nižší. DbIší snížení hodnot pH pod hodnoty v rozmezí od 3,5 do 5 může vést v mnoha případech k dalšímu ztyšení výtěžku dehtu.

Rovněž může být v některých případech výhodné impregnovat palivo kyselinou před zahříváním. Tímto opatřením je možno s pomooí kyseliny dosáhnout snížení · hodnoty pH vody přítomné v palivu. Reakce, která vede k vyššímu výtěžku dehtu, může v tomto případě zapodt dříve. V tomto bodě je nutno poznamená, že v případech, kdy se tepelné zpracovávání paHva provádí bez přebytku kyseHny, je spotřeba kyseliny značně snížena a riziko koroze zařízení je z tohoto důvodu meení.

Po provedení přidání, kyseliny může být v některých případech vhodné nezačínat · zahřívání dříve než po určité době, dokud difúze kyseliny v uvedeném palivu,·zvláště v případech, kdy toto palivo je ve formě vhodných velkých hrudek, nei^^ úplná, přičemž reakce mezi paHvem a kyselinou již v tomto stadiu- započala. Toto opatření vede dále ke s^^íže^jí potřebného mmnožsví kyseliny.

V ^ípadech ^kdy se ^prov^ádí zahřívání při toplotoč vrších ne^ž je 3⁰⁰ °C ^při tlaku pod 8,35 mPa, což znamená, že během zahřívání není přítomna žádná kapalná voda, je vhodné přidávat kyselinu před zahříváním. V těchto případech je vhodné poddolbt palivo předběžnému zpracovávání za účelem odstranění většího poddlu vody před samotným zahříváním na teplotu nad 3⁰⁰ °C. ^pou^uie^á kysen na je ^tm přid^áv^ána ^řřs^d ne^bo · ^během ^edb^ného · z^acovávání patova při toploto pohytauící se v rozmezí o^d I^{50 d}o ³⁰⁰ °C a ^při tlak^ který ^je vyšší než je tlak vodních par při dané pouUieé. teplotě, přičemž předběžně zpracované palivo se oddděí od separované vody před samotným zahříváním na teplotu nad 300 °C.

Uvedené provedení postupu podle vynálezu má značnou výhodu oppooi dosud prováděnému postup, při kterém se ^prov^ádí zahřívůní na^d toptoto ³°0 °C, v ^t,m, ^že se ^při něm odst^iní značný poddl vody, která je příomna v palivu, při relativně nízkém tlaku, aniž by nastalo odpařování vody) při^<^<^m^{ž běh}em zahřívání ^llva na teplotu nad 3°⁰ °C se dmáhM ^vУ^sckéh^c stupně dekarbouQrlace) zhodnocení paliva a 'tvorby dehtu při mnohem vyšší teplotě, aniž by bylo nutné zvyšovat tlak. Odppřování malého mnnOsSví vody, která je přítomna při zahřívání na^d teplotu 300 °C není žádným nedostatkem ^postu^pu.

Postup podle uvedeného vynálezu bude v dalŠim blíže objasněn ve čtyřech příkaadech provedení.

Příklad!

Podle tohoto provedení bylo australské hnědé uhlí s obsahem vody 60,0 % hmoonootních a s obsahem popelovln 1,0 % hmooncoSní, suspendováno ve vodě v poměru 6 dílů vody na 10 dílů hnědého udí, přičemž k této suspenzi se přidala potom technicky čistá ledová kyselina octová v otioožsví odpovídajícím hodnotě pH 3,5 (což .znamená 14 dílů hrnoonnotních ledové kyseliny octové na 1 000 dílů hnědého udí), a potom se provedlo zahřívání v autoklávu na teplotu З⁴⁰ °^{C p}ři rychlosti zahřívání 8 °C/min. *

V dalším postupu byl autcklév otevřen a voda c pH 4,0 byla oddělena cd udí pomocí prosévání, přičemž bylo získáno tvrdé černé uhH s obsahem vody 15 % lmoOnovSních.

Takto získané tvrdé černé udí . tylv potom podrobeno extrahování toluenem, přičemž mnnCžsví dehtu, které přešlo do roztoku, odpovídalo 6,8 % lmo0nocSníhc, vztaženo na původní hnědé udí.

Pro srovnání byl proveden pokus, při kterém bylo původní hnědé udí podrobeno extrakcí toluenem, přičemž výtěžek dehtu je v tomto případě 1,2 % IooCi^c^^s^i^íÍIo, vztaženo na půvccdní hnědé udí.

Pro další srovnání byl proveden další pokus, při kterém byl prováděn stejný způsob zhodnocování, jako je uveden shora, přičemž bylo vynecháno zpracovávání pomooí ledové kyseliny octové. Konečný výtěžek dehtu byl v tomto případě 2,4 % hmoOnocSníhv, vztaženo na původní hnědé udí, a hodnota pH vody po dokončení postupu zhodnocování udí je 7,5.

Výše uvedený příklad, společně se srovnávacími testy ukazuje, že jsou zde ckoCnocsi, které vedou při okyselení hnědého udí před samotným prováděním zahřívání na tepLotu nad 3⁰⁰ °^C к výřímu ^výt^ěžku dehtu. .

Příklad 2

Podle tohoto.příkladu provedení byl kravský hnůj suspendován ve vodě, do které bylo přidáno tolik ledové kyseliny octové, že hodnota pH činila 4,5, a tato suspenze byla zahhív^ána v autvdávu .na te^plotu ³²⁵ °C, ^pí4čco^ž potom ^bylc udí prospáno. Při tomto z^dnoc^ání paliva bylo na každých 100 dílů hmoCnoctních maateiálu zbaveného popelová a vody, přítomné v kravském h^c^cj-, získáno 40 dílů lιnoCnocSnícl udí bez poppIovío a vody, přUemž z tohoto podílu je možno získat 25 dílů lmoVnovtnícl dehtu extrakcí.

Potom byl tento test opakován, přičemž byla vynechána operace s ledovou kyselinou octovou a hodnota pH suspenze kravského hnoje ve vodě byla v tomto případě 7,5. V tomto provedení bylv získáno 34 dílů l[noOnocSnícl uhlí bez popplcvin a vvdy, které bylv přív^rnc v kravském hníci, přičemž z tohoto poddlu je možno získat zpětnou extrakcí 11 . dílů hmoCnoctních dehtu.

Pouhou extrakcí kravského hnoje se získá pouze dehet v m^n^Cžst^^Í 4 díly hmoCnovsní na 100 dílů lmovnoctnícl mate^lu bez vody a poppIovío.

Postup podle tohoto příkladu provedení ukazuje, že při provádění postupu podle uvedeného vynálezu se zvyšuje obsah dehtu při zhodnocování kravského hnoje.

Příklad 3

Podle tohoto příkladu provedení bylo 2 500 gramů australského hnědého uhlí, které bylo použito v příkladu 1, které obsahovalo 1 500 gramů vody, 975 gramů organických složek a 25 gramů popelovin, a které bylo ve formě suspenze okyselené na hodnotu pH 3,5, podrobeno předběžnému zpracovávání při teplotě 240 °C. Toto předběžné zpracovávání bylo prováděno v autoklávu při tlaku vyšším než je tlak vodních par při teplotě 240 °C. Toto předběžné Zpracovávání se provádí v autoklávu při tlaku vyšším než je tlak vodních par při teplotě 240 °C. Takto se po oddělení kapalné vody získá 1 300 gramů částečně zuhelnatělého produktu, který obsahoval 300 gramů vody, 975 gramů organických složek a 25 gramů popelovin.

Takto získaný produkt byl potom podroben při atmosférickém tlaku dalšímu zpracovávání při teplotě 340 °C, při kterém se zahřívání provádělo přímo přehřátou parou. Tímto způsobem bylo získáno 645 gramů uhlí, které neobsahuje vodu, přičemž tento produkt dále obsahoval 25 gramů popelovin a 140 gramů dehtu. Tento dehet byl odstraněn s parou a potom byl zpětně regenerován kondenzací.

Podle tohoto příkladu provedení byl výtěžek dehtu 5,6 % hmotnostních, vztaženo na výchozí surovinu.

Příklad 4

Podle tohoto příkladu provedení bylo 1 000 gramů australskéhó hnědého uhlí, které bylo použito v příkladu 1, a které obsahovalo 600 gramů vody, 390 gramů organických složek a 10 gramů popelovin, ve formě vodné suspenze okyselené na hodnotu pH 3,0, podrobeno předběžnému zpracovávání zahříváním při teplotě 250 °C při rychlosti zahřívání 10 °C/min. Toto předběžné zpracovávání se provádí v autoklávu při tlaku vyšším než je tlak vodních par při teplotě 250 °C po dobu 30 minut. Tímto způsobem se získá po odstranění kapalné vody 250 gramů částečně zuhelnatělého produktu, který obsahuje 120 gramů vody, 390 gramů organických složek a 10 gramů popelovin.

Takto získaný produkt se potom podrobil dalšímu zpracovávání za tlaku 5 mPa a při teplotě 340 °C, přičemž toto zahřívání se provádí přímo přehř u vodní parou při rychlosti zahřívání 8 °C/minutu, a potom následuje okamžité ochlazeni > dosažení teploty 340 °C.

Tímto způsobem se získá 258 gramů uhlí zbaveného vody, přiče tento produkt obsahoval 10 gramů popelovin a 56 gramů dehtu.

V dalším postupu byl tento produkt bez oddělování dehtu t iován na brikety o průměru 11,5 milimetru. Maximální síla v tlaku takto vytvořených briket byla 29,9 N.

Pro srovnání byl prováděn stejným způsobem dvoustupňový postup, přičemž bylo použito stejných podmínek s tím rozdílem, že hodnota pH byla udržována v tomto případě na 8. Maximální síla v tlaku takto připravených briket byla v tomto případě pouze 6,1 N.

Briketováním samotného australského uhlí, bez aplikace tepelného zpracovávání, byly získány brikety s maximální silou v tlaku pouze 4,0 N. Briketováním produktu získaného po první fázi uvedeného dvoustupňového postupu tepelného zpracovávání byly získány produkty 8 maximální silou v tlkau briket 6,0 N a 7,5 N, při použité hodnotě pH 8 a pH 3-

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1, Způsob zlepšování kvality nízkojakostního pevného paliva zahříváním ne teplotu nad 300 °C v přítomnosti vody, vyznačující se tím, že před zahříváním nebo během zahřívání na teplotu 300 °C se к uvedenému palivu přidává silné anorganická kyselina, jako je kyselina sírová nebo kyselina chlorovodíková, nebo organická kyselina, jako je lignosulfonová kyselina, kyselina mravenčí nebo kyselina octová.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se kyselina přidá v takovém množství, že hodnota pH vody přítomné v palivu je 6 nebo nižší.
3. 3· Způsob podle bodu 1, vyznačující sa tím, že zahřívání se provádí při tlaku pod 8,35 mPa, přičemž kyselina se přidává před zahříváním·
4. 4. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že kyselina se přidává před nebo během předběžného zpracovávání paliva při teplotě v rozmezí od 150 do 300 °C a při tlaku, který je vyšší než je tlak vodních par při uvedené teplotě, přičemž palivo získané při předběžném zpracovávání se oddělí od oddělené vody před zahříváním na teplotu nad 300 °C.
5. 5« Způsob podle některého nebo některých z předchozích bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že část dehtu, jenž se vytvoří během postupu, se oddělí od zhodnoceného produktu.
6. 6. Způsob podle některého nebo některých z předchozích bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že část dehtu, jenž se vytváří během postupu, se použije pro peletizování nebo briketování zhodnoceného produktu.