CS223877B2 - Method of combined liquefying and gasifying the coal under utilization of the fuel from the attached gasifier - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu ztekucování a oxidačního zplynování uhlí, při kterém se synergickou kombinací dosahuje zvýšené tepelné účinnosti. Uhlí pro tento způsob může zahrnovat bituminózní a subbituminózní uhlí a lignity.

Ztekucovací zóna při způsobu podle vynálezu zahrnuje endotermní předehřívací stupeň a exotermní rozpouštěcí stupeň. Teplota v rozpouštěcím stupni je vyšší než maximální teplota v předehřívacím stupni, jelikož v rozpouštěcím stupni probíhají hydrogenační a hydrokrakovací reakce. Zbylá suspenze z rozpouštěcího stupně nebo z kteréhokoliv jiného stupně procesu, obsahující kapalné rozpouštědlo a normálně pevné rozpuštěné uhlí a suspendované minerální zbytky se recirkuluje předehřívacím a rozpouštěcím stupněm. Plynné uhlovodíky a kapalný uhlovodíkový destilát se získají ze separačního systému pro produkt ze ztukovací zóny. Část zředěné suspenze obsahující zbytky minerálních látek z rozpouštěcí zóny, která se nerecirkuluje, se zavádí do destilační věže pracující za tlaku okolí a do vakuové destilační věže. Všechny normálně tekuté a plynné materiály se odstraňují z hlavy věže a jsou tudíž v podstatě prosty minerálních látek, zatímco zbylá suspenze obsahující minerální látky v koncen trované formě se odstraňuje ze dna vakuové destilační věže.

Žtekucené uhlí se zde označuje výrazem ,,kapalný destilát“, ,.žtekucené uhlí“ a „ztekucený kapalný produkt z uhlí“, přičemž tyto výrazy znamenají žtekucené uhlí, které je kapalné při teplotě místnosti, včetně provozního rozpouštědla. Koncentrovaná suspenze obsahuje všechny anorganické minerální látky a všechny nerozpuštěné organ^:cké látky (NOL), které se zde označují jako „minerální zbytek“. Množství nerozpuštěných organických látek je vždy menší než 10 až 15 % hmotnostních do procesu zavedeného uhlí. Koncentrovaná suspenze obsahuje také produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C, který je normálně pevný při teplotě místnosti, a který se zde označuje jakožto normálně pevné žtekucené uhlí.

Tato suspenze se zavádí jako celek bez jakékoliv filtrace nebo jiného oddělování pevných a kapalných podílů a bez koksování nebo jiného rozrušování suspenze do zóny parciálního oxidačního zplynování, přizpůsobeném k zavádění suspenzní násady, pro konverzi na syntézní plyn, který je směsí kysličníku uhelnatého a vodíku. Suspenze je jedinou uhlíkatou násadou zaváděnou do zplynovací zóny. Kyslíková jednotka je vybavena tak, aby se z kyslíku za223877 vaděného do zplynovací zóny odstranil dusík, takže produkovaný syntézní plyn je v podstatě prostý dusíku.

Část syntézního plynu se podrobuje konverzi na vodík a na kysličník uhličitý. Kysličník uhličitý spolu se sirovodíkem se pak odstraňuje v systému pro odstraňování kyselého plynu. V podstatě všech plynných produktů bohatých vodíkem takto vyrobených se používá při procesu ztekucování uhlí.

Rozhodující charakteristikou způsobu podle vynálezu je skutečnost, že se spíše vyrábí syntézní plyn, než by se převáděl na produkt bohatý vodíkem. Alespoň 60, 70 nebo 80 % molových tohoto nadbytku syntézního plynu se spaluje jakožto palivo při způsobu podle vynálezu, takže alespoň 60, 70 nebo 80 % až 100 °/o jeho tepelného obsahu se využívá při spalování při způsobu podle vynálezu.

Syntézní plyn, který se spaluje při způsobu podle vynálezu, se nepodrobuje methanaci nebo jakékoliv jiné reakci, při které se spotřebovává vodík, jako je produkce methanolu, před spalováním při způsobu podle vynálezu. Množství nadbytku syntézního plynu, kterého se nevyužívá jakožto paliva při způsobu podle vynálezu, je tudíž menší než 40, 30 nebo 20 °/o a může se podrobovat methanaci nebo se může převádět na methanol.

Methanace je běžně používaný způsob pro zvýšení výhřevné hodnoty syntézního plynu převáděním kysličníku uhelnatého na methan.

Při způsobu podle vynálezu se množství uhlovodíkových materiálů, vstupujících do zplynovací zóny, v suspenzi ze dna vakuové destilační věže řídí tak, aby bylo nejen odpovídající potřebě vodíku pro ztekucovací zónu parciální oxidací a konverzí, ale aby také bylo dostatečné pro výrobu syntézního plynu, jehož celkové spalovací teplo musí odpovídat dodání 5 až 100 % veškeré tepelné energie potřebné pro způsob podle vynálezu, přičemž jde o tepelnou energii ve formě paliva pro předehřívací stupeň, ve formě páry pro čerpadla, ve formě potřebné elektrické energie pro způsob podle vynálezu atd.

Vynález se tedy týká způsobu kombinovaného ztekucování a zplynování uhlí za použití paliva z připojeného zplynovače, při kterém se zavádí minerální látky obsahující uhlí, vodík, recyklované rozpuštěné kapalné rozpouštědlo, recyklovaný produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C a recyklovaný minerální zbytek do zóny pro ztekucování uhlí ke ztekucování uhlovodíkového materiálu к oddělení od minerálního zbytku a ke hydrokrakování uhlovodíkového materiálu za vzniku směsi obsahující uhlovodíkové plyny, ztekucený kapalný produkt z uhlí a produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 stupňů Celsia a suspendovaný minerální zbytek, destilující kapalina a uhlovodíkové ply ny se oddělí od suspenze obsahující produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C, rozpouštědlo a minerální zbytek, část této suspenze se recykluje do zt&kucovací zóny, zbytek suspenze se zavádí do destilační zóny zahrnující vakuovou destilační věž pro destilaci, suspenze ze dna této vakuové destilační věže, obsahující v podstatě veškerý produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C a minerální zbytek ze ztekucovací zóny, v podstatě prostá ztekuceného kapalného produktu z uhlí a uhlovodíkových plynů, se zavádí do zplynovací zóny jakožto jediná uhlovodíková vsázka zplynovací zóny, do zplynovací zóny se vstřikuje voda nebo pára, přičemž zplynovací zóna zahrnuje oxidační zónu pracující při teplotě maximálně 1204 až 1982 °C pro konverzi uhlovodíkového materiálu na syntézní plyn s molovým poměrem vodíku ke kysličníku uhelnatému menším než 1, část syntézního plynu se převádí konverzní reakcí na plyn bohatý vodíkem a tento plyn bohatý vodíkem se zavádí do ztekucovací zóny jakožto reakční vodík, který je vyznačen tím, že se do zplynovací zóny zavádí množství uhlovodíkového materiálu dostatečné к produkci přídavného množství syntézního plynu nad množstvím potřebným pro výrobu reakčního vodíku, vodík se alespoň částečně oddělí od kysličníku uhelnatého z tohoto přídavného množství syntézního plynu, čímž vznikne druhý plyn bohatý vodíkem, a plyn bohatý kysličníkem uhelnatým a při procesu se spaluje jakožto palivo plyn obsahující alespoň 60 % molových celkového obsahu kysličníku uhelnatého plus vodíku, obsažených v přídavném množství syntézního plynu к dodání 5 až 100 %, vztaženo na teplo, celkové energie pro proces, přičemž plyn bohatý kysličníkem uhelnatým je alespoň částí tohoto spalovaného paliva.

Energie, spotřebovaná ve vlastní zplynovací zóně, se zde nepovažuje za energii spotřebovanou při procesu. Všechny uhlovodíkové materiály, dodávané do zplynovacího stupně, se považují za vsázku do zplynovacího stupně a nikoliv za palivo. Jakkoliv se vsázka ve zplynovacím stupni podrobuje parciální oxidaci, oxidační plyny jsou reakčními produkty zplynovacího stupně a nikoliv odpadními plyny. Ovšem energie, potřebná pro výrobu páry pro zplynovací stupeň, je považována za energii spotřebovanou při procesu, jelikož se tato energie· spotřebovává mimo zplynovací stupeň. Je výhodným znakem způsobu podle vynálezu, že spotřeba páry ve zplynovacím stupni je poměrně nízká z důvodů, které budou ještě rozvedeny.

Veškerá energie pro způsob podle vynálezu, neodvozená od syntézního plynu ve spalovací zóně, se dodává přímo z vyrobených neprémiových plynných a/nebo kapalných uhlovodíkových paliv vyrobených ve ztekucovací zóně, nebo ze zdrojů ener223877 gie mimo proces, jako například elektrická energie nebo z obou těchto zdrojů. Zplynovací zóna je dokonale spojená se ztekucovací operací, jelikož se uhlovodíková surovina pro zplynovací zónu odvádí ze ztekucovací zóny a veškerý nebo většina plynného produktu ze zplyňovací zóny se spotřebovává ve ztekucovací zóně buď jako reakční složka, nebo jako palivo.

Podmínky hydrogenace a hydrokrakování probíhajícího v rozpouštěcím stupni ztekucovací zóny se mění při způsobu podle vynálezu za účelem optimal ’ zace kombinovaného procesu se zřetelem na tepelnou účinnost na rozdíl od materiálové bilance, na kterou se bral zřetel při způsobech podle známého stavu techniky.

Podmínky v rozpouštěcím stupni jsou dány teplotou, tlakem vodíku, dobou prodlevy a rychlostí vracení minerálního zbytku.

Práce kombinovaného procesu na základě materiálové bilance je ve zcela jiném základě. Proces pracuje na materiálové bilanci, jestbže je množství uhlovodíkového materiálu ve vsázce do zplynovacího stupn^ě ta^k p^řiz^půso^beno^, že se ve zplynovacím stupni v^yr^ábí ve^škerý s^yntéztá ^píyn, naláduje konverze a plyn bohatý vodíkem obsahuje přesně potřebné množství vodíku pro kombinovaný proces.

Optimalizace procesu se zřetelem na tepelnou účinnost vyžaduje pružnost procesu tak, aby výtěžek zplynovací zóny nejen plně kryl potřebu vodíku při procesu, ale také značnou část nebo veškerou energii požadovanou pro ztokucovací zónu. Kromě dodávání veškerého vodíku konverzní reakcí, produkuje zplynovací stupeň dostatečně nadbytek syntézního plynu, jehož spalováním se přímo získá . alespoň 5, 10, 20, 30 nebo ⁵⁰ až 10° % tepla z celkové spotřeby tepelné energie procesu včetně elektrické nebo jiné kupované energie, avšak s výjimkou tepla generovaného ve zplynovacím stupni. Alespoň 60, 70, 80 nebo 90 proč, molových veškerého vodíku plus kysličníku uhelnatého syntézního plynu, na bázi alikvotu nebo nealikvotu vodíku a kyshčmku uliknattoo a . až do ¹⁰⁰ % se spaluje jakožto palivo při procesu bez methanace nebo bez jakékoliv jiné hydrogenační konverze. Mén^ě než ⁴⁰ % syntézníbio plynu, v případě, že není ho zapotřebí jako paUva^ se m^ůže methanovat a používat jakožto dálkového plynu.

I když je ztekucovací proces zpravidla účinnější nežli zplyňovací proces a následující příklady ukazují, že převod části produktu ze ztekucovací zóny do zplynovacího stupně za vzniku methanu vede ke ztrátě účinnosti procesu, což se očekávalo, následupcí příklady s pi-ekvapernm ukazuj^ že převedení části produktu ze ztekucovací zóny do zplyňovací zóny pro výrobu syntézního plynu pro spalování v rámci procesu neočekávaně zvyšuje tepelnou účinnost kombinovaného procesu.

Ve známém stavu techniky je již popsána kombinace ztekucování uhlí a zplynování na bázi vodíkové materiálové bilance. V článku „The SRC—II Process — Presented at -the Third Annual International Conference on Coal Gasífication and Liquefaction, Universit^y o^f sr^pen ³—^{5, 19}76,

Β. K. Schmid a D. M. Jackson zdůrazňují, že při kombinaci ztekucování uhlí a zplynování má být množství organického materiálu procházejícího ze ztekucovací zóny do zplyňovací zóny právě dostatečné pro výrobu vodíku potřebného pro proces. V článku se neuvažuje převod energie jakožto paliva mezi ztekucovací a zplyňovací zónou a není tedy podnětem k realizaci možnosti optimalizace účinnosti jak uvedeno na obr. 1. Popis obr. 1 ukazuje, že optimalizace účinnosti vyžaduje převod energie jakožto paliva mezi zónami a nemůže se jí dosáhnout vyvážením vodíku bez převodu energie.

Jelikož dno vakuové destilační věže obsahuje veškerý minerální zbytek procesu ve formě suspenze s veškerým normálně pevným ztekuceným uhlím vzniklým při procesu a jelikož se zbytek ze dna vakuové destilační věže zavádí jako celek do zplynovaní zóny, není zapotřebí žádné separace minerálního zbytku od ztekuceného uhlí, jako je filtrace, usazování, gravitační usazování podporované přítomností rozpouštědla, extrakce rozpouštědlem vodíkem bohaté sloutreniny s vo^díkem cliudýcli sloučenin obsahujících minerální zbytek, odstřeďování nebo podobné separační operace. Není také zapotřebí sušení minerálního zbytku, chlazení normálně pevného ztekuceného uhlí a manipulace s ním nebo . při kombinovaném způsobu podle vynálezu. Vypuštění nebo vyhnutí se těmto operacím značně zlepšuje tepelnou účinnost způsobu podle vynálezu.

Vracem ^části suspenze oto-ahujíd mmerální zbytek do ztekucovací zóny zvyšuje koncentraci minerálního zbytku v rozpouštěcím stupni. Jelikož jsou anorganické minerální podíly minerálního zbytku katalyzátorem hydrogenační nebo hydrokrakovací reakce probíhající v rozpouštěcím stupni a jsou také katalyzátorem pro konverzi síry na sirovodík a pro konverzi kyslíku na vodu, zmenšuje se rozměr- rozpouštěcí zóny a zkracuje se doba prodlevy v rozpouštěcí zóně v důsledku vracení minerálních láte^k, ^čímž se umožřiuje vysoto ^účinnost procesu. Vrace-ní samotného minerálního zbytku může výhodně snižovat výtěžek normálně pevn^ého ztekucetoho uhn až na polovinu, čímž vzrůstá výtěžek hodnotnějšího kapalného a plynného uhlovodíkového produktu a snižuje se vsázka do zplyňovací zóny. Jelikož se· minerální podíly recyklují, je proces autokatalytickým a není zapotřebí vnášet další katalyzátory, což opět podporuje účinnost procesu. Zvláštní výhodou způsobu podle vynálezu je skutečnost, že recyklované rozpouštědlo nevyžaduje hydrogenaci v přítomnosti vnějších katalyzátor^ů pro obnovení scho^pnosti ^sobti jato donor vodíku.

Jelikož jsou reakce probíhající v rozpouštomm stupm exotem^ v^yža^duje v^ysoto tepelná účinnost, aby . teplota v rozpouštěcím stupni mohla vzrůst o 11,1; 27,8; 55,5; nebo až o 111 °C nebo ještě více nad maximální teplotu v předehřívači. Chlazení rozpouštěcího stupně v předcházení takovým tepelným rozdílům ^by v^yža^dovalo produkci přídavného chladicího vodíku při konverzní reakci nebo by vyžadovalo přídavné zavádění te^pla do předeWw-acíto stupn^{ě k} v^yloučení jakéhokoliv tepelného rozdílu mezi oběma zónami. Jinak by se při procesu spotřebovalo větší množství uhlí, čímž by se tepelná účinnost procesu snižovala.

Ve^štor^é u^hlí, zav^áděn^é jako surovina do kombinovaného procesu se dodává do ztekucovací zóny a žádné se nezavádí přímo do zplynovací zóny. Minerální zbytek obsahující suspenze ze dna vakuové desjtilační kolony o^bsahuje veškerou uMovo^tovou surovinu zaváděnou do zplynovací zóny. Ztekucovací proces může pracovat s vyšší tepelnou účinností než zplynovací proces při mírném výtěžku pevného ztekuceného uhlí jakožto produktu. Částečným důvodem niž^ší fminnosti z^plynovací^ho ^procesu je to, že parciální oxidační zplynovací proces produkuje syntézní plyn, což je kysličník uhelnatý a vodík, který vyžaduje buď následnou tonverzi kyshčníku utotoatoto pridanou párou na vodík, jestliže vodík je žádaným konečným produktem, nebo následující konverzní reakci a methanační stupeň, jestliže je konečným žádaným produktem dálkový plyn. Konverzní reakce se musí provádět před methanací ke zvýšení poměru kysličníku uhelnatého k vodíku z asi 0,6 na asi 3 pro přípravu plynu k methanací. Průchod veškerého dávkovaného surového uhlí ztekucovací zónou umožňuje konverzi některých složek uhlí na prémiové produkty za vyšší účinnosti ztekucovací zóny před zaváděním neprémiového normálně pevného ztekuceného uhlí od zplynovací zóny pro konverzi s nižší účinností.

V souhlase se shora uvedeným známým stavem techniky se při kombinovaném ztetocovárn a z^plynov^ám uhlí zav^ádí veškerý produkovaný syntézní plyn do konverzního reaktoru pro výrobu přesného množství vodíku potřebného ' pro proces. Ze stavu techniky známý způsob je tedy vymezen ^přísn^ě matoriátevou Mlancf ^Způso^b podte v^yn^álezu však umož^ňuje upustit od toto př^ísn^é přesné mater^iálov^{é bi}lance^, pricíemž se do zplynovače zavádí více uhlovodíkového materiálu než je zapotřebí pro výrobu vodíku potřebného pro proces.

S^yntézní plyn, vyrobený v nadbytku nad množstvím potřebným pro výrobu vodíku, se odvádí ze zplynovacího systému naprí kted v mteto mezi z^ónou ^pajrciáln^í oxidace a mezi konverzní zónou. Veškerá hodnota spaln^ého te^pla neto ates^po^{ň 60} % ho^dnoty spaln^ého topte o^dvád^ěn^ého ^podnu se ^po úpravě k odstranění kyselého plynu využívá jakožto paliva pro proces bez methanačního stupně nebo bez jakéhokoliv jiného hydrogenačního stupně. Množství vždy pod ⁴⁰ % odvá^děn^ého ^dH^ ^poto^d takov^é množství vůbec existuje, se může zavádět do konverzního reaktoru pro výrobu nadbytku vodíku pro prodej, methanuje se a využívá se jako dálkového plynu, nebo se může převádět na methanol nebo na jiné palivo. Tím se veškerý výtěžek nebo většina výtožto z^plynova^če s^pot^ře^bov^áv^á uvnitř procesu buď jako reakční složka, nebo jakožto zdroj energie Jakékoliv další požadavky procesu na palivo se uspokojují palivem produkovaným ve ztekucovacím procesu a energií dodávanou ze zdroje nnmo proces.

Využití syntézního plynu nebo produktu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto paliva ve ztekucovacím procesu je rozhodující ctoraktoristitou zpfooto ^podte vyn^átezu a přispívá vysoké účinnosti procesu. Syntézní plyn nebo plyn bohatý kysličníkem uhelnatým nejsou prodejné jakožto paliva, protože kysličník uhelnatý, který tyto plyny obsahují, je toxický a protože má nižší výhřevnou hodnotu než methan. Avšak žádná z těchto námitek proti obchodnímu využití syntézního plynu nebo kysličníku uhelnatého jako paliva neplatí pro způsob po^dle v^yn^álezu. ^pře^dev^ším zanzem ^pro způsob podle vynálezu již zahrnuje jednotku na syntézní plyn a je tedy také vybaveno prostrá^{dky k} oc^hran^ě proti jedovatosti ^kysUčníku uhelnatého. Takové ochranné zařízení pravděpodobně nebude v zařízení, které nev^yrá^bí syntézní ^plyn. Jelito^ž se ^pa^{k p}ou^žívá syntézního plynu přímo jako paliva v zařízení pro způsob podle vynálezu, není zapotřebí transportu na vzdálená místa. Náklady na čerpání dálkového plynu se vztahují na objem plynu a nikoliv na jeho tepelný obsah. Proto se zřetelem na výhřevnou . hodnotu náklady na čerpání pro transport syntézního plynu nebo kysličníku uhelnatého by byly mnohem větší než na transport syntézního plynu nebo kysličníku uhelplynu nebo kysličníku uhelnatého využívá jako paliva v jednotce ^pro ^prová^děm z^působu podle vynálezu, nejsou náklady na transport významné,

Jelikož způsob podle vynálezu spojuje využití syntézního plynu nebo kysličníku uhelnatého jakožto paliva bez methanace nebo bez jinéto ^hydro^genačrnho stu^pně^, má způsob podle vynálezu zlepšenou tepelnou účinnost.

Dále bude doloženo, že výhody dosažené tepelné účinnosti se· zmenšují nebo ztrácí, jestliže se nadbytek syntézního plynu methanuje a využívá jakožto dálkového . plynu.

а

Je také ukázáno, že v připadlé, kdy se ve zplynovací vyrábí syntézní plyn ve větším množství než kolik je ^potreba vodíku ^pro proces, a jestliže se veškerý syntézní plyn methanuje, má to nepříznivý vliv na tepelnou účmnost komínovaného z^půso^bu ztekucování a zplynování.

Te^peln^á činnost z^půso^bu ^po^dle v^ynátezu se zvy^šuje^, jeHko^ž 5 a^ž 100 % ve^škeré energie potřebné pro způsob podle» vynálezu, včetně paliva a elektrické energie, je uspokojováno přímým spalováním syntézního ^plynu vyr^áběn^ého ve z^plynovač^í zóně. Je překvapující, že se tepelná účinnost ztekucovacího procesu může zvýšit zplynováním normálně pevného ztekuceného uhlí, získaného ze ztekucovací zóny, spíše než další konverzí uvedeného uhlí ve ztekucovací zóně, jelikož je známo, že zplynování uhlí je méně účinnějším způsobem konverze uhlí než ztekucování uhlí.

Proto by se mohlo očekávat, že zavedení přídavné vsázky nad zplynovací zónu k získání energie pro proces vedle potřebného vo^díku ^by sní^žno ^účinnost ^komhinovaného procesu. Nadto by se mohlo očekávat, že bude obzvláště neúčinné zavádět do zplynovače uhlí, které bylo již podrobeno hydrogenaci, na rozdíl od surového uhlí, jelikož rea^kce ve z^plynovac^í z^ón^ě je oxidacm reakcí.

Na rozdíl od těchto poznatků se s překvapením zjistilo, že tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu se zvyšuje, jestliže· zplynovač produkuje veškeré nebo významné množství paliva pro proces jakož také potřebného vodíku. Způsob podle ·· vyilálezu ukazuje, že kombinovaný způsob ztekucování a zplynování, při kterém se převádí část procesní vsázky z účinnější ztekucovací z^ón^{y d}o méně ^účmné z^plynovací Zón^y z^půso^bem a v rozsahu ^po^dle v^yn^álezu, vede · neočekávaně k účinnějšímu kombinovanému procesu.

K využití výhody objevené tepelné účinnosti podle vynálezu musí být zařízení pro kombinované ztekucování a zplynování uhlí vybaveno potrubím pro převádění části syn tézního plynu produkovaného v parciální oxidační zóně do jedné nebo do několika spalovacích zón způsobu podle vynálezu, vybavených prostředky pro spalování syntézního plynu. Především se syntézní plyn vede systémem pro odstranění · kyselého plynu, kde se z plynu odstraní sirovodík a kysličník uhličitý. Odstraňování sirovodíku je dáno požadavky na čistotu ovzduší, zatímco odstraňováním kysličníku uhličitého se zvyšuje výhřevná hodnota syntézního plynu a umožňuje se přesnější řízení teploty v hořáku používajícím syntézního plynu jako paliva. K dosažení zlepšené tepelné účinnosti se syntézní plyn musí zavádět do spalovam z^ón^y bez zarézern methanace nebo jiného hydrogenačního · stupně.

Důležité pro způsob podle vynálezu je, že se ve zplynovací zóně používá teplot 1204 ^{až 1932} °C. Tato vysoká teptéta z!e^pšuje účinnost procesu podporováním zplynování v podťaté veškeré uhtíkaté vs^ázky zav^{á dě}n.é ^do z^plynovac^í zóny. Tyto vysok^é te^plo'.y ve z^plynovac^í z^óne jsou umožněny vho^dným nastavením a řízením rychlosti vstři^kov^án^{í p}ér^y a ^kys^líku do z^plynovací zóny. R^ychlost zavádění páry ovlivňuje endotermní reakci páry s uhlíkem k vytváření kyshčmku u^he^lna^tého a vodí^m zatímco r^ychlost zavádění kyslíku ovlivňuje exotermní reakci uhlíku s kyslíkem za vzniku kysličníku uhelnatého

Pro uvedenou vysokou teplotu má syntézní p^lyn v^yrá^běný z^půso^bem ^po^dle v^yn^álezu molární poměr vodíku a kysličníku uhelnatého pod 1 a i pod 0,9, 0,8 nebo 0,7. Avšak v důsledku stejného spalovacího tepla vo^díku a k^hčrnku uhe^tého nern spalovací teplo produkovaného syntézního plynu podle vynálezu nižší než spalovací teplo syntézního plynu s vyšším poměrem vodíku ke kysličníku uhelnatému.

Vysoké teploty ve zplynovací zóně podle vynálezu jsou tedy výhodné tím, že př ‘ spívají k vysoké tepelné účinnosti umožněním oxidace téměř veškerého uhlíkatého materiálu ve zplynovací zóně, ale vysoké teploty nejsou podstatněji nevýhodné z hlediska poměru vodíku _ a kysličníku uhelnatého, jelikož se většiny syntézního plynu využívá jakožto paliva. Při způsobech, při kterých se veškerý syntézní plyn hydrogenuje, by byl nízký poměr vodíku ke kysličníku uhelnatému značnou nevýhodou.

Syntézní plyn se mů^že v · rto procesu stejnoměrně rozdělovat na bázi alikvotního a nealíkvotního rozdělení svého obsahu vodíku a kysličníku uhelnatého. Jestliže se má syntézní · plyn rovnoměrně rozdělovat na nealikvotní bázt může· se část s^tézrnho plynu zavádět do kryogenního separátoru nebo do adsor^pční jednoty ^k oddávání kysličníku uhelnatého od vodíku. Vodíkem bohatý produkt se tak získá a přidává do proudu vodíku zaváděného do ztekucovací zóny. Získaný produkt bohatý kysličníkem uhelnatým se míchá se syntézním plynem používaným jako palivo obsahujícím alikvotní podíl vodíku a kysličníku uhelnatého nebo se ho používá nezávisle jakožto paliva pro proces.

Použ’tí kryogenní nebo adsorpční jednotky nebo jakéhokoliv jiného prostředku k oddělování vodíku od kysličníku uhelnatého zvyšuje účinnost procesu, jelikož vodík a kysličník uhelnatý mají téměř stejné spalovací teplo, vodík je však mnohem hodnotnější jakožto reakční složka než jako ^pahvo. Odstraňování' vodíku z kysiičn&u uhelnatého je obzvl^áště výhodné při způsobu, kde je dostupné přiměřené množství ^kysli^čn^íku u^he^lna^tého ^k uspokojení většiny požadavků procesu na palivo. Zjistilo se, že odstranění vodíku ze syntézního · plynu může ve skutečnosti zvýšit výMevnou · ho^d- notu zbylého produktu bohatého kysličníkem uhelnatým.

Syntézní plyn mající výhřevnou hodnotu 11176 J má po odstranění vodíku zvýšenou výhřevnou hodnotu 11961J. Kapacita způsobu podle vynálezu nezaměnitelně plně využít syntézního plynu nebo produktu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto paliva pro proces s výhodou umožňuje získat více vodíku jakožto hodnotné složky syntézního plynu, a to nikoliv na úkor nebo za odbourání zbylého produktu bohatého na kysličník uhelnatý. Zbylý produkt bohatý kysličníkem uhelnatým se proto může přímo využít jakožto palivo pro proces bez jakéhokoliv zhodnocovacího zpracování.

Způsob, jak se neočekávaně dosahuje výhod tepelné účinnosti při způsobu podle vynálezu při kombinovaném ztekucování a zplynování uhlí, jo podrobně vysvětlen na grafu na obr. 1.

Nia obr. 1 je ukázáno, že tepelná účinnost kombinovaného způsobu ztekucování a zplynování uhlí, při kterém se získá pouze kapalné a plynné palivo je vyšší než pouhého zplyňovacího způsobu. Tato přednost se maximalizuje tehdy, jestliže ztekucovací zóna produkuje jakožto meziprodukt normálně pevné ztekucené uhlí, které se veškeré zavádí do zplyňovací zóny. Výtěžku normálně pevného ztekuceného uhlí jakožto meziproduktu se snadněji dosahuje použitím recyklované suspenze pro katalytický vliv minerálních látek obsažených v recyklované suspenzi a pro vhodnost recyklovaného ztekuceného uhlí pro další reakci. Proto by tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu byla nižší než samotného procesu zplynování, kdyby byla závažnost ztekucovací operace tak nízká a množství pevného uhlí zaváděného do zplyňovací zóny by bylo tak vysoké, že by jednotka produkovala mnohem více vodíku a syntézního plynu jako paliva, než by mohla spotře12 bovat, jelikož by byly podmínky podobné jako u pouhého zplynování uhlí.

Při jiných extrémních podmínkách, jestliže by byla závažnost ztekucovacího procesu tak vysoká a jestliže by bylo množství pevného uhlí zaváděného do zplynovací zóny tak malé, že by zplyňovací zóna neprodukovala ani vodík potřebný pro proces, přičemž produkce vodíku má při zplynování největší důležitost, musel by být nedostatek vodíku kryt z jiného zdroje. Jediným jiným praktickým zdrojem vodíku při procesu by byl parní rěforming lehčích plynů, jako je methan nebo kapalin ze ztekucovací zóny. To by však vedlo ke snížení celkové účinnosti procesu, jelikož by zahrnoval konverzi methanu na vodík ve značném rozsahu <a zase zpátky na methan a způsob by se tak prováděl obtížně a nebyl by praktický.

Tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu se vypočítává z energie zaváděné do procesu a odváděné z procesu. Odváděná energie ze způsobu se rovná vysoké výhřevné hodnotě (vyjádřené v kilo joulech) všech produkovaných paliv při způsobu podle vynálezu. Zaváděná energie odpovídá výhřevné teplotě uhlí zaváděného do procesu a výhřevné hodnotě jakéhokoliv paliva dodávaného do procesu z vnějších zdrojů a teplu potřebnému pro výrobu kupované elektrické energie. Za předpokladu, že se při výrobě elektrické energie dosahuje 34% účinnosti, je teplem potřebným pro výrobu elektrické kupované energie tepelný ekvivalent kupované elektrické energie dělený číslem 0,34. Vysoká výhřevná hodnota dávkovaného uhlí a produkovaných paliv při procesu se používá pro výpočty.

Vysoká výhřevná hodnota předpokládá,, že je palivo suché, a že tepelný obsah vody, produkované reakcí vodíku a kyslíku, se získá kondenzací. Tepelná účinnost se může vypočítat z následující rovnice:

odváděná . energie účinnost = --zavaděna energie

tepelný obsah zaváděného uhlí

tepelný obsah všech získaných paliv tepelný obsah veškerého paliva zaváděného do procesu

teplo potřebné pro výrobu ku- \ pováné elektrické J energie '

Všechno surové palivo, dávkované do procesu, je práškované, sušené a promíchané s horkou recyklovanou suspenzí obsahující rozpouštědlo. Recyklovaná suspenze je značně zředěnější než suspenze zaváděná do zplyňovací zóny, jelikož se předem vakuově nedestiluje a obsahuje závažné množství kapaliny destilující při teplotě 193 až 454 °C, která má funkci rozpouštědla. Jeden až čtyři díly, s výhodou 1,5 až 2,5 dílů hmotnosti recyklované suspenze se používá na jeden díl surového zaváděného uhlí.

Recyklovaná suspenze, vodík a surové uhlí se vedou vyhřívanou válcovou předehříva cí zónou a pak do reaktorové nebo rozpouštěcí zóny. Poměr vodíku к surovému uhlí je 0,62 aiž 2,48 a s výhodou 0,93 až 1,86 m³/kg.

Teplota reagujících složek v předehřívači postupně vzrůstá, takže výstupní teplota z předehřívače je 360 až 438 °C a s výhodou 371 až 404 °C. Uhlí se při této teplotě částečně rozpouští a začíná exotermní hydrogenační a hydrokriakovací reakce.

Teplo, vyvíjející se těmito exotermními reakcemi v rozpouštěči, který je dobře promícháván a udržuje se v něm rovnoměrná teplota, zvyšuje teplotu reakčních složek dále na 427 až 482 °C a s výhodou na 449 až 466 °C. Doba prodlevy v rozpouštěcí zóně je de^lší než v pe^hnvačí zóně. Te^plota v rozpouštěcí zóně je alespoň o 11,1; 27,8; 55,5 ne^bo ^dokonce o ^111,1 °C vyšší než je výstupní teplota z předehřívací zóny.

Tlak vodíku v předehřívací zóně a· v roz^pou^štěc^í z^ón^ě je ^7,0 až ^28,0 a s vý^hodou 1(^5 až 17,5 MPa. Vodík se zavádí do suspenze na jednom nebo na několika- místech. Alespoň část vodíku se zavádí do suspenze před zavedením do předehřívací zóny. Další vo^dík sc· muže zav^ádět mezí předelirívarí a rozpou^štěc^í zónou a/nebo jako^žto ochlazovací vodík do samotné rozpouštěcí zóny. 0chlazovací vodík se vstřikuje na různých místech v případě potřeby do rozpouštěcí zóny k udržování reakcní teploty na hodnotě, kdy se předchází významnější koksovací reakcí.

Jelikož je zplynovac s · výhodou tlakový a přízpůsobený k příjímání a zpracovávání vsázky ve formě emulze, je zbytek ze dna vakuové věže ídeální vsázkou pro zplynovač a nemá se podrobovat jakékolív konvera u^hlovo^dí^ků nebo jinému procesy kiterý rozrušuje suspenzí před zavedením do zplynovače. Například zbytek z vakuové pece se nemá vést aní koksovací jednotkou s prodlevou aní koksovací jednotkou fluídní před zaváděním do zplynovače pro výrobu koksového destilátu, protože produkovaný koks by pak požadoval suspendování ve vodě k převedení na příjatelné podmínky pro zavádění do zplynovače.

ZplynovaC, přizpůsobený pro příjímání pevné vsázky, vyžaduje uza.víratelnou násypku, a je proto mnohem komplíkovanější než zplynovac pro vsázku ve formě suspenze. Množství vody, potřebné k přípravě příjatelné a Cerpatelné suspenze koksu je mnohem větší, než množství vody, které se zavádí do zplynovače podle vynálezu. Sus^penze^, zavřená do z^plynova^če рП z^působu podle vynálezu je v podstatě prostá vody, jakkolív se do zplynovače dávkuje řízené množství vody nebo páry, nezávisle na suspenzní vsázce pro výrobu kyslíčníku uhelnatého a vodíku za endotermní reakce. Tato reakce spotřebovává teplo, zatímco reakce uhlíkaté vsázky s kyslíkem k produkcí kyslíčníku uhelnatého produkuje teplo.

Ve zplynovacím procesu, kde je vodík preferovaným produktem zplynování spíše než kyslíčník uhelnatý, jako jsou reakce, kde následuje konverze, methanační reakce nebo methanolová konverzní reakce, by bylo příznívé zavádění velkého množství vody. Avšak pří způsobu podle vynálezu, kde se závažné množství syntézního plynu využívá jako palívo pří procesu, se snižuje produkce vodíku ve srovnání s produkcí kysLrnntau utetáatého, jeHkož vo^dík a kyslmník uhelnatý mají totéž spalovací teplo.

Zplynovač podle vynálezu může pracovat· při zvýšených teplotách dále uvedených k podpoře téměř dokonalé oxídace uhlíkaté suroviny í když tyto vysoké teploty vedou k produkcí syntézního plynu s molovým poměrem vodíku ke kysTčníku uhelnatému menšímu než 1, s výhodou menšímu než 0,8 nebo 0,9 a obzvláště menšímu než 0,6 nebo 0,7.

Jeliko^ž je zptynovač obecně nevliodmý к oxidací veškerého uhlovodíkového palíva· do něho dodávaného a něco z něho se nevyhnutelně ztrácí jakožto koks v odstraňované strusce, pracuje zplynovač s vyšší účinností pn u^hlovod^íkov^é vsázce v ^ka^patáé ^forme než pří pevné uhlíkaté vsázce, jako je koks. Jelikož je koks pevným odbouraným uhlovo^díkem^, nemůže být z^plynen za. témě^ř 100% účinnosti jako kapalná uhlovodíková vsázka, takže se ho více ztrácí v roztavené strusce vytvořené ve zplynovací než v případě kapalné vsázky do zplynovače, jelikož koks znamená zbytečnou ztrátu uhlíkatého materiálu ze systému.

Oxidace jakékolív vsázky do zplynovače se podporu^· vzrůstem teploty ve zptynovam. Proto má být ve zplynovačí vysoká teplota k dosahování vysoké tepelné účinností pří způsobu podle vynálezu. Maximální teplota ve zp^lynova^čí pn z^půso^bu ^po^dle v^yn^álezu íe 1204 až 1982 °C, s výhodou 1260 až ¹⁷⁶⁰ °^C a ^predev^ším ¹³¹⁶ ne^bo ¹³⁷¹ až ¹⁷⁶⁰ stupňů Celsía. Při těchto teplotách se mínerální zbytek převádí na roztavenou strusku, která se odvádí ze dna zplynovače.

Použití koksovací zóny mezí rozpouštěcí zónou a zplynovací zónou by snižovalo účínnoslt kombínovaného způsobu podle vynálezu. Koksovací zóna převádí normálně pevné ztekucené uhlí na destilované · palívo a na uhlovodíkové plyny s podstatným výtěžkem koksu. Rozpouštěcí zóna také převádí normálně pevné ztekucené uhlí na destilované palívo a na uhlovodíkové plyny, avšak pří nížší teplotě a s minímálním výt^ěžkem ^ko^ksu. JeH^kož rozpou^cí zóna samotná může produkovat dostatek normálně pevného ztekuceného uhlí potřebný k dosažení optimální tepelné účinností v kom^bínovan^ém zplodu ^po^dle v^yn.^álezu^, není zapotřeW zařazoval toksovacffio stupn^ě mezí ztekucovací a zplynovací zónu. Provádění požadované reakce v jedíném procesním stupní s minímálním výtěžkem koksu je mnohem ^účínnějš^í ne^{ž p}oužití dvou stup^ňů. ^při z^půso^bu ^po^dle v^yn^álezu je cellwvý výtěžek koksu, který se vyskytuje pouze ve formě · menších úsad v rozpouštěčí, dobře pod ¹ % hmotnostní vztaženo na· uhH · zaváděné do procesu a zpravídla je menší než ^0,1 % hmotnostního.

Ztekucovací proces produkuje značné množství jak kapalných, tak plynných palív pro prodej. Celková tepelná účínnost se zvyšuje použitím provozních podmínek přízpůsobených pro produkcí významného množství jak uhlovodíkových plynů, tak kapalných palív ve srovnání s provoznímí pod223877 mínkami přizpůsobenými výrobě buď uhlovodíkových plynů samotných, nebo kapalin. NapříMad zte^kucovací zóna má ^pro^du^kovat ales^poň 8 ne^bo 10 % ^hmo'tnostrnc^{h ply}nnýc^{h p}aliv s ¹ aiž 4 atom^y uhlfcu a ates^poň ¹⁵ až ²⁰ % hmotnostmi ^destilovanýc^{h k}a^palných paliv s teplotou varu 193 až 454 °C, vztaženo na zavedené uhlí. Směs methanu a ethanu se získá a prodává jako dálkový plyn. Směs propanu a butanu se získá a prodává jakožto LPG. Oba tyto produkty jsou prémiovými palivy.

Topný olej o teplotě varu 193 až 454 °C se získá jakožto prémiové palivo pro kotle. Je v podstatě prostý minerálních látek a oteahuje m^én^ě ne^ž asi ^0,4 ne^bo ^0,5 % ^hmotnostmi sír^y. ^Těžký ^benzin s ⁵ atom^y uhlíku až s teplotou varu 193 °C se může zhodnotil na benzin prémium předběžným zpracováním a reformováním. Sirovodík so získá z produktu procesu v systému pro odstraňování kyselého plynu a převede se na elementární síru.

Výhoda způsobu podle vynálezu je objasněna na obr. 1, na kterém je křivka tepeln^é účinnosti pro ^komhmovaný z^půso^b ztekucování a zplynování bituminózního uhlí z Kentucky při teplotě v rozpouštěči 427 až 460 °C a za tlaku vodíku v rozpouštěči 11,9 MPa. Teplota v rozpouštěči je vyšší, než je maximální teplota v předehřívači. Do ztekucovací zóny se dodává surové uhlí stálou rychlostí a minerální zbytek se recykluje v · · suspenzi s destilovaným kapalným rozpouštědlem a normálně pevným ztekuceným uhlím rychlostí, která je pevná k dodržení celkového obsahu pevných ^látek v zav^ád^ěné suspenzi ⁴⁸ % ^hmotnos^ltních, což je množství blízké obsahu pevných látek pro čerpatelnost, která je asi ⁵⁰ až ⁵⁵ % hmotnostech.

Obr. 1 se týká tepelné účinnosti kombinovaného procesu pro získání ztekuceného uhlí o -te^plotě varu ⁴⁵⁴ °C, které je · ^pevné při teplotě místnosti, a které spolu s mineráteím z^bУ^tkem^, který oteahuje nerozpustné organické látky, je zbytkem ze dna vakuové věže ztekucovací zóny. Tento zbytek ze dna vakuové věže je jedinou uhlíkovou surovinou zaváděnou do zplynovačí zóny a zavádí so přímo do zplynovačí zóny bez jakéhokoliv zpracování. Množství normálně pevného ztekuceného uhlí ze dna vakuové věže se může měnit měněním teploty, tlaku vodí^ku nebo dob^{y p}rodlev^y v roz^pou^štěcí z^ón^ě nebo m^ěn^ěmm ^pom^ěru zaváného uhh k recyklovanému minerálnímu zbytku.

Jestliže mno^žství zte^kucen^ého uhh (⁴⁵⁴ stupňů Celsia +) ve zbytku ze dna vakuové věže se mění, mění se automaticky složení recyklované suspenze. Křivka A je křivkou tepelné účinnosti kombinovaného procesu ztekucování a zplynování podle vynálezu; křivka B je typickou křivkou tepelné účinnosti pro typický pouhý zplynovací proces; . a bod C znamená obecnou ob^last maximálm úfinnosti ^mtenovaněho ^pro16 cesp ^která je olkote ^72,4 % ve zn^ázor^ňovaném příkladu.

Zptynovačí systém ^po^dle knvky B zahrnuje oxidační zónu pro výrobu syntézního ^plynu, inverzní realktor a jednoti ^pro o^dstraňování kyselého plynu, k převádění Části syntézního plynu na produkt bohatý vodíkem, přičemž konverzní reaktor a jednotka k odstraňování kyselého plynu jsou kombinovány, dále zahrnuje jednotku pro odstraňování kyselého plynu pro čištění jiného podílu syntézního plynu pro použití jakožto paliva a konverzní reaktor v · kombinaci s methanizátorem k převádění veškerého zbylého syntézního plynu na dálkový ^plyn.

^Tepeln^á Mmnosi: z^plynovac^ího systému zahrnupcího oxtéarnň zón^ ^konverzní reaktor a methanizátor ve vzájemné kombinacⁱ je obv^ykle ⁵⁰ až ⁸⁵ % a je nmrn než te^pelná ú&nnost ztekucovacíte ^procesu majl· cího mírný výtěžek normálně pevného ztekuceného uhlí.

Oxidační jednotka ve zplynovacím systému produkuje jakožto první stupeň syntézní plyn. Jak shora uvedeno, není syntézní plyn pokud obsahuje kysličník uhelnatý prodejným pahvem a vyžaduje ^hy^dro^gena^ční konverzi, jako je methanační stupeň nebo methanolovou konverzi pro zhodnocení na ^pro^dejné ^pahvo. Kyslténfa uhelnatý je nejen toxický, má však také nízkou výhřevnou hodnotu, Itakže dopravní náklady na syntézní plyn jsou nepřijatelné při hodnocení z hlediska výhřevné hodnoty. Schopnost způsobu podle vynálezu, využít veškerý nebo atéspofi ⁶⁰ % ^hodnot^y s^palné^ho -tepla vo^díku ^plus obsahu uhelnatého s^yntézního plynu produkovaného jakožto palivo uvnitř používané jednotky bez hydrogenační konverze, přispívá zvýšené tepelné účinnosti kombinovaného způsobu podle vynálezu.

Aby mohl být syntézní plyn využíván jakožto palivo v zařízení podle vynálezu, musí být zařízení vybaveno prostředky pro převádění syntézního plynu nebo nealikvotního podílu jeho obsahu kysličníku uhelnatého do ztekucovací zóny, dále odstraňováním kyselého plynu a ztekucovací zóna musí být vybavena spalovacími prostředky upravenými pro spalování syntézního plynu nebo podílu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto paliva bez zařazené jednotky pro hydrogenací syntézního plynu. Jestliže mno^M syntézntoo p^lynu nern dostateié ^pro plitém veškerýc^{h p}o^žadavk^ů procesu na palivo, musí být zařízení také vybaveno prostředky pro přivádění jiného paliva produkovaného v rozpouštěči zóně, jako je těžký benzin, LPG, plynná paliva jako methan nebo eíhan, ke spalovacím prostředkům v jednotce přizpůsobeným · pro spalování takových paliv.

Obr. 1 ukazuje, že tepelná účinnost kom^binovan^ého ^procesu je tak níz^ká pn ⁴⁵⁴ stupních Celsia + ztel-vrneném uhlí ve výtěžku pod 45 %, že ce neuplatňuje výhoda účinnosti se zřetetem na samotné zpl^ynování při provozování komínovaného procesu při tak vysokých výtěžcích normálně pevného ztekuceného uhlí.

Jak vyplývá z obr. 1 nepřítomnost recyklovaného minerálního zbytku jakožto katalyzátoru ztekucovací reakce při ztekucování vede k výtěžku 454 °C + ztekuceného uhlí v oboru 60 % se zřetetem na uhh zave^dené do procesu, Obr. 1 ukazuje, že recyklování minerálrnho z^byt^ku snižuje výtážek ⁴⁵⁴ °C + ztekucerteho uhh na 20 až ²⁵ °/o, což odpovídá oboru maximální tepelné účinnosti komínovaného ^procesu. S rec^yklovámm minerálního zbytku se může dosáhnout jemného nastavem výtoku ⁴⁵⁴ °C + zíekucen^ ho uhlí k optimalizaci tepelné účinnosti obměňováním teploty, tlaku vodíku, doby prodlevy a/nebo poměru recyklované suspenze k zaváděnému uhlí za udržování konstantního množství pevných látek v zaváděné suspenzi.

Bod D;i na křivce A udává bod chemické bilance vodíku pro kombinovaný proces. U ⁴⁵⁴ °C + ztekucen^ého uMí ve výt^ěžku ¹⁵ % (bod DJ, produkuje zplynovač přesně po'^třebn^é mno^žs^tv^í vodfcu pro proces ztekucování. Tepelná účinnost při 454 °C + ztekuceném uhlí ve výtěžku podle bodu D, je stejná jako účinnost při vyšším výtěžku 414 stupňů Celsia + ztekuceného uhlí podle bodu D2. Při provozování způsobu v oblastí nižšího výtěžku podle bodu Dt, bude rozpouštěl zóna ^poměrn^ě vě® ^k dosažení potřeného stupně hydrokrakování a zplynovací zóna bude poměrně malá, protože se do ní bude zavádět poměrně malé množství uhlíkatého materiálu. se proces provozuje v oblasti bodu D₂, rozpouštěči zóna bude poměrně malá, protože se v bodě D2 bude muset hydrokrakovat snížené množství, avšak zplynovací zóna bude poměrně velká. V oblasti mezi body D, a D2 bude rozpouštěl z^óna a zptynovam z^óna pom^rn^ě vyvážená a tepelná účinnost se bude blížit maximu.

Bod Et na křivce A udává bod bilance vodíku při procesu, který zahrnuje ztráty vodíku při procesu. Bod E_} udává množství •454· °C + ztekuceného uhlí, které se musí vyrobit a zavést do zplynovací zóny k výrobě dostatečného množství plynného vodíku pro uspokojení chemické potřeby vodíku procesu zvětšené o ztráty plynného vodíku v kapalném a plynném produktu. Poměrně velké množství 454 °C + ztekuceného uhh ^produ^kovaného v bodu ^E2 se dosahuje za stejné tepelné účinnosti jaké se dosahuje v bodu Ej. Za podmínek v bodu E.j je rozměr rozpouštěči nádoby poměrně velký k dosažení vyššího stupně hydrokrakování požadovaného v tomto bodu a rozměr zplynovače je odpovídajícím způsobem poměrně malý. Na druhé straně za ^podmrnek podle bodu E2 je rozměr roz^pou^štěče ^pom^ěr ne ma^lý ^pro nim st:upe^ň h^ydгokra.kování^, zJ.ímco rozměr zplynovače bude poměrně ve^lký. Rozpoušterí a zptynovatí zóna jsou navzájem vyváženy ve svých rozměrech v oblasti mezi body E_:1 a E₂ (například mezi výt^ěž^kem ⁴⁵⁴ °C -i- uhh 1^7,5 až ²7 %) a tepeln^é činností v ^této zmm jsou nejvyášL ^V bodě X na spojnicň E^E výt^ek ⁴⁵⁴ stupňů Celsia + ztekuceného uhlí je právě odpovídající ke splnění požadavku na vodík procesu a ke splnění požadavků procesu na veškeré palivo. Při výtěžcích 454 °C + ztekuceného uhlí mezi body Et a X se veškerý syntézní plyn, kterého není zapotřebí pro dodání vodíku pro proces, používá jakožto palivo při procesu, takže není zapotřebí žádné hydrogenační konverze syntézního plynu a tepelná účinnost je vysoká. Av^šak pn vý^těžku ⁴⁵⁴ °C + zte^kucen^ého uhlí v oblasti mezi body X a E₂ 454 °C + ztekucené uhlí produkované v nadbytku se zřetelem na bod X, nemůže být spotřebováno v rámci procesu a musí se proto zpracovávat další konverzí, jako je methanace, pro prodej ve formě dálkového plynu.

Obr. 1 ukazuje, že tepelná účinnost kombinovaného procesu vzrůstá, když vzrůstá množství syntézního plynu vhodného pro palivo a dosahuje vrcholu v oblasti bodu Y, kdy produkovaný syntézní plyn právě splňuje· veškeré požadavky procesu na palivo. Tepelná účinnost začíná klesat v bodě Y, jelikož se produkuje více syntézního plynu, než kolik se v procesu může využít jako paliva a jelikož je v bodě Y zapotřebí methanační jednotky k převedení nadbytku syntézního plynu na dálkový plyn.

Obr. 1 ukazuje, že se dosahuje zlepšení tepelné účinnosti podle vynálezu tehdy, když množství 454 °C + ztekuceného uhlí produkovaného je úměrné produkci jakéhokoliv množství například 5, 10 nebo 20 až asi. ⁹⁰ nebo l°⁰ % ^po^třebn^ého jako ^palivo pro proces. Obr. 1 však ukazuje, že· výhoda tepelné účinnosti stále přetrvává, i když ve zmenšené míře, jestliže se většina syntézního plynu produkovaného využívá bez methanace k plnění požadavku procesu na palivo, jakkoliv se produkuje omezený nadbytek syntézního plynu, který vyžaduje methanaci, aby se stal prodejným. Jestliže množství produkovaného syntézního plynu, který vyžaduje methanací je nadměrné, jak se ukazuje v bodu Z, ztrácí se výhoda tepelné účinnosti podle vynálezu. Je důležité připomenout, že vzrůst tepelné účinnosti o ¹ % u je^dn.otek provozráho rozm^ěru ^po^dle vynálezu může přinést roční úspory kolem ^seti. mihónů ^dolarů.

Ztekucovací proces se má provozovat tak, aby hmotnostní procento 454 °C + normálně pevného ztekuceného uhlí, při přepočtu na suché, do procesu zaváděné, uhlí, bylo jakoukoliv hodnotou mez^{i 15} a ⁴⁵ %, vý^ho^dněp mezi ¹⁵ a 3° % a nejvýhodněji mezi

1⁷ a ²⁷ %; při tomto nejtěsnqmm rozmezí se dosahuje výhod tepelné účinnosti podle vynálezu.

Jak bylo shora uvedeno, procento výhřevné hodnoty vztažené na veškerou požadovanou energii pro proces, které se odvozuje od syntézního plynu produkovaného ze vsázky zavedené do zplynovače, má být ales^pon 5^, 10, 20 ne^bo 30 θθ ^po^čít^áno na vý^hřevn.ou ho^ot^ až ^do ¹⁰⁰ °/o; z^bylá energie pro proces se odvozuje od paliva produkovaného přímo ve ztekucovací zóně a/ /nebo z energie dodávané ze zdrojů mimo ^proces^, ja^ko je elektrická ener^gie.

Je výhodné, aby podíl paliva pro jednotku, kterým není syntézní plyn, byl odvozen ze ztekucovacího stupně spíše· než ze. surového uhlí, jelikož předběžné zpracování uhlí ve ztekucovacím stupni umožňuje extrakci hodnotných frakcí z uhlí při zvýšené účinnosti kombinovaného procesu podle vynálezu.

Jak shora uvedeno, je vysoká -tepelná úclnnost: s^pojena s mírným výt^ěžkem norm^álně pevného ztekuceného uhlí, což je opět spojeno s mírnými podmínkami při ztekucování. - Za mírných podmínek se produkuje ve - ztekucovací - zóně závažné množství uhlovodíkových plynů a kapalných paliv a velmi vysoký a velmi nízký výtěžek normálně pevného ztekuceného - uhlí odrazuje. Jak je uvedeno, mírné podmínky, které vedou k poměrně vyvážené -směsi uhlovodíkových plynů, ztekuceného -a pevného uhlí jakožto k produktům ze ztekucovací zóny, -vyžadují jednotku, ve které velikost rozpouštěcí a zplynovací zóny jsou rozumně vyváženy, přičemž obě zóny jsou střední velikosti. Jesttiže rozměry rozpouštěcí a zplynovací zóny jsou rozumně vyváženy, produkuje - zplynovací zóna - více syntézního - plynu, než je ho zapotřebí pro - - splnění požadavku· - procesu na vodík.

Vyvážený proces vyžaduje proto jednotku vybavenou prostředky pro zavádění proudu syntézního plynu po odstranění kyselého ^plynu do ztekucovarn zeny nebo n^ěkam jinam na jedno nebo několik míst procesu, která jsou vybavena hořáky pro- spalování syntézního plynu -nebo podílu syntézního plynu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto provozního paliva. Obecně jsou nutné odlišné typy hořáku pro spalování syntézního plynu n&bo kysličníku uhelnatého, než jakých je zapotřebí pro spalování uhlovodíkových plynů. Jedině v takovém zařízení se dosahuje optimální tepelné účinnosti. Proto je tato -charakteristika zařízení rozhodující, jestliže má mít zařízení objevenou optímální te^pelnou ^účinnos^{t p}o^dle vyn^álezu.

Mírné a poměrně vyvážené operace, jak popsáno, se dosahuje mnohem snadněji, jestliže se v rozpouštěči nechá ustavit reafcční rovnová^ha ^bez jakéhokohv ^poiHa^čování nebo podporování reakce. Například hydrokrakovací reakce nemá probíhat do té míry, aby vznikalo jen velmi málo normálně pevného ztokuceného uhlí, nebo aby nevzniWo vů^bec ^žádné norm^álne pevné ztekucené uhlí. Na druhé straně se hydrokrakovací reakce nemá příliš potlačovat, jelikož při příliš vysokém výtěžku normálně pevného ztekuceného uhlí by se ostře snižoval ^účinnost procesu.

Jelikož jsou hydrokrakovací reakce - exotermní, teploty v rozpouštěči se mají nechat přirozeně vzrůstat nad teplotu v předehřívači. Jak shora uvedeno, předcházení takovému vzrůstu -teploty by vyžadovalo zavádění značně většího množství chlaďcího vodíku, než je zapotřebí při -takovém vzrůstu teploty. To by snižovalo tepelnou účinnost v důsledku nutnosti vyrábět větší množství vo^díku než jaké^ho ^{by byl}o jmak za^potr&^bí a v^yžadovalo ^{by -}to tedy ná^kla^dů na přídavnou energii ^ke stlačování nadbytku - vodíku. K zábraně rozdílnému vývoji -teplot v předehřívací zóně a v roz^pou^štěc^í zóně se může v předehřívací zóně nechat vzrůst teplota, čímž se ruší jakýkoliv vývoj rozdílů teplot v předehřívací a rozpouštěcí zóně, -to by však vyžadovalo použití více paliva v předehřívací . zóně. Proto se zdá, -že jakákoliv opatření, k udržování teploty v předehřívací a rozpouštěcí zóně by působila nepříznivě na^- ztekucovam rea^krn a srnžovate ^by ^tepelnou ^účinnost procesu.

^pri piOcesu produ^kovaný minerálm z^bytek sestává z ^drogenačrnho a z hydro^kra^kovac^ího ^kata^lyzatoru a z jejich recyklu uvnitř procesu ke vzrůstu jeho koncentrace, což ve^de ^{- k} vzrůste rea^kčm rych^st^ ^která má sklon přirozeně probíhat, - čímž se - snižuje potřebná doba prodlevy - v rozpouštěcí zóně a/nebo se snižuje potřebný - rozměr rozpouštěcí zóny. , Minerální - zbytek je suspen^dován ^{- -} v ^{- p}ro^duk:ované ^- sus^penzi ^- ve terme ^- velmi malýc^{h čá}stic -a; rozm^ěru 1 až. *20 mi^krometrů^{; -} mató velkost ^- částic ^pravdě^podo^bn^{ě p}od^poruje jejmh katalytíckou aktivitu. - Recyklování katalytického materiálu silite snižuje množsM potřebného roz^pouště^dla. ^prote recyMovárn ^pro^du^kovan^ého minerálního zbytku v suspenzi s destilovaným kapalným rozpouštědlem ve vhodném množství pro vytváření vhodné rovnovážné katalytické aktivity podporuje tepelnou účinnost procesu. Katalytické a jiné vlivy recyklovaného produkovaného minerálního zbytku mohou snižovat asi o polovinu nebo i více výtěžek normálně pevného ztekuceného uhlí ve ztekucovací zóně hydrokrakovací reakcí a mohou také navozovat zvýšené odstraňování síry a kyslíku. Jak vy. ^plýv^á z očr. 1 ^{20 -}a^{ž 25} % 454 °C + uhlí poskytuje v podstatě maximální tepelnou ú^činnost ^kom^binované^ho zte^kucovac^ího a zplynovacího procesu podle vynálezu.

Podobného stupně hydrokrakování se nemůže us^po^kojivě Osáhnout, jestltee se teplota v rozpouštěcí zóně nechá vzrůst bez omezování exotermními reakcemi probíhají223877 čími v této zóně, protože by docházelo к nadměrnému koksování.

Použití venkovních katalyzátorů při ztekucovacím procesu není ekvivalentní použití recyklovaného minerálního zbytku, jelikož by zavádění venkovního katalyzátoru zvyšovalo provozní náklady, proces by se stával komplexnějším a tím by se snižovala účinnost procesu na rozdíl od použití vlastního katalyzátoru nebo katalyzátoru vytvářejícího se in šitu. Proto způsob podle vynálezu nepotřebuje používat a nepoužívá venkovních katalyzátorů.

Jak již bylo uvedeno, křivka optimalizace tepelné účinnosti podle obr. 1 se vztahuje na optimalizaci tepelné účinnosti speciálně к získání normálně pevného ztekuceného uhlí a vyžaduje se, aby so veškeré získané normálně pevné ztekucené uhlí bez jakéhokoliv ztekuceného uhlí nebo uhlovodíkových plynů zavádělo do zplynovací zóny. Proto je nezbytné, aby jakákoliv jednotka mající popsanou křivku optimalizace účinnosti byla vybavena vakuovou destilační věží, s výhodou zároveň s destilační věží pracující za tlaku okolí, к dokonalému oddělení normálně pevného ztekuceného uhlí od ztekuceného uhlí a od plynných uhlovodíků. Samotná destilační věž, pracující za tlaku okolí, není schopna oddělit dokonale kapalný destilát od normálně pevného ztekuceného uhlí. Ve skutečnosti se popřípadě destilační věž, pracující za tlaku okolí, může z jednotky vypustit. Když se do zplynovací zóny zavádí ztekucené uhlí, dochází ke snížení účinnosti, jolikož na rozdíl od normálně pevného ztekuceného uhlí je ztekucené uhlí palivem prémium. Ztekucené uhlí spotřebovává při své výrobě více vodíku než normálně pevné ztekucené uhlí. Tento navíc spotřebovaný vodík obsažený ve ztekuceném uhlí by přicházel nazmar v oxidační zóně a tato ztráta vodíku by pak představovala snížení účinnosti procesu.

Schéma provádění kombinovaného procesu podle vynálezu je na obr. 2.

Suché a práškované surové uhlí, které je jedinou uhelnou surovinou zaváděnou do procesu, se vede potrubím 10 do mísící nádrže 12 pro suspenzi, kde se míchá s horkou recyklovanou suspenzí obsahující rozpouštědlo z procesu zaváděnou potrubím 14. Recyklovaná směs suspenze obsahující rozpouštědlo v množství 1,5 až 2,5 dílů hmotnostních suspenze na jeden díl uhlí v potrubí 16 se čerpá pístovým čerpadlem 18 a po přimíšení recyklovaného vodíku, zaváděného potrubím 20 a upraveného vodíku, zaváděného potrubím 92 před průchodem válcovou předehřívací pecí 22 se z válcové předehřívací pece 22 zavádí potrubím 24 do rozpouštěče 26. Poměr vodíku ke zpracovávanému uhlí je asi 1,24 m³/kg.

Teplota reakčních složek při výstupu z válcové předehřívací pece 22 je asi 371 až 404 °C. Při této teplotě je uhlí částečně roz puštěno v recyklovaném rozpouštědle a právě začínají exotermní hydrogenační a. hydrokrakovací reakce. Zatímco se postupně zvyšuje teplota ve válci válcové předehřívací pece 22 je v rozpouštěči 26 obecně rovnoměrná teplota a teplo, vyvíjející se při hydrokrakovacích reakcích v rozpouštěči 26 zvyšuje teplotu reakčních složek na 449 až 466 °C. Chladicí vodík zaváděný potrubím se vstřikuje do rozpouštěče 26 na různých místech к řízení reakční teploty a ke zmírňování důsledků exotermních reakcí.

Výtok z rozpouštěče 26 so vede potrubím do oddělovacího systému 30 pro páru a kapalinu. Proud horké páry odváděný z hlavy oddělovacího systému 30 se ochlazuje v řadě tepelných výměníků a v přídavném oddělovacím systému pro páru a kapalinu a odvádí se potrubím 32. Kapalný destilát z tohoto oddělovacího systému se vede potrubím 34 do frakcionační jednotky 36 pracující za tlaku okolí. Nekondenzovaný plyn v potrubí 32 obsahuje nezreagovaný vodík, methan a jiné lehké uhlovodíky, plus sirovodík a kysličník uhličitý a vede se do jednotky pro odstraňování kyselých plynů 38 к odstranění sirovodíku a kysličníku uhličitého. Získá se sirovodík a převádí se na elementární síru, která se z procesu odvádí potrubím 40. Část vyčištěného plynu se vede potrubím 42 pro další zpracování do kryogenní jednotky 44 к odstranění methanu a ethanu jakožto dálkového plynu, který se odvádí potrubím 46 а к odstranění propanu a butanu jakožto LPG, který so odvádí potrubím 48. Vyčištěný vodík, s čistotou 90 %, v potrubí 50 se mísí se zbylým plynem po odstranění kyselých podílů v potrubí 52 a představuje recyklovaný vodík pro proces.

Kapalná suspenze z oddělovacího systému 30 pro páru a kapalinu se vede potrubím 56 a rozděluje se na dva hlavní proudy v potrubí 58 a 60. V potrubí 58 je recyklovaná suspenze obsahující rozpouštědlo, normálně ztekucené uhlí a minerální zbytek jakožto katalyzátor. Nerecyklovaný podíl suspenze se vede potrubím 69 do frakcionační jednotky 36 pracující za tlaku okolí pro oddělení většiny produktů z procesu.

Ve frakcionační jednotce 36 pracující za tlaku okolí se při destilaci odvádí z hlavy těžký benzin potrubím 62, střední destilát potrubím 64 a zbyt&k ze dna potrubím 66. Zbytek ze dna se potrubím 66 zavádí do vakuové destilační věže 68, Teplota produktu zaváděného do frakcionační jednotky 36 se normálně udržuje tak, aby byla dostatečně vysoká a aby nebylo nutné přídavné předehřívání kromě předehřívání na začátku operace. Směs palivového oleje z frakcionační jednotky 36 pracující za tlaku okolí v potrubí 64 a získaného středního destilátu z vakuové destilační věže 68 odváděná potrubím 70 představuje hlavní část topného oleje produkovaného procesem a od vádí se potrubím 72. Produkt v potrubí 72 obsahuje destilát palivového oleje o teplotě varu 193 až 454 °C a jeho část se může recyklovat do mísicí nádrže· 12 pro suspenzi potrubím 73 . k řízení obsahu pevných látek v suspenzi zaváděné do procesu a k řízení poměru uhlí k rozpouštědlu. Potrubím 73 vedený recyklovaný produkt přispívá pružnosti procesu tím, že umožňuje měnit poměr rozpouštědla k recyklované suspenzi, takže tento poměr není pevně daný pro daný proces materiálem zaváděným potrubím 58. Potrubím 73 vedený recyklovaný produkt může také zlepšovat čerpatelnost suspenze.

Produkt ze dna vakuové destilační věže obsahuje veškeré normálně pevné ztekucené uhlí, nerozpuštěné organické látky a minerální podíl a je prost jakékoliv destilátové kapaliny a uhlovodíkových plynů; vede se potrubím 74 do zplynovače 76 k parciální oxidaci. Jelikož je zplynovač 76 uzpůsoben k přijímání a zpracovávání uhlovodíkové suspenze, nemá být zařazován žádný konverzní stupeň pro uhlovodíky mezi vakuovou destilaění věž 68 a mezi zplynovač 76, jako je například koksovací jednotka, který by ' rozrušoval suspenzi, takže by bylo nutné opětovné suspendování ve vodě.

Množství vody, nutné pro suspendování koksu je větší než množství vody obvykle nutné pro zplynovač, takže by se snižovala účinnost zplynovače množstvím tepla, spotřebovaného , pro odpařování nadbytku vody.

Pro zplynovač 76 se připravuje dusíku prostý kyslík v kyslíkové jednotce· 78 a zavádí se do zplynovače potrubím 80. Pára' se dodává do zplynovače 76 potrubím· 82. Veškerý minerální obsah do procesu zaváděného uhlí potrubím 10 se odvádí z procesu jakožto inertní struska potrubím 84, které odvádí · strusku ze dna zplynovače 76.

Syntézní plyn se produkuje ve zplynovači 76 a jeho část se ' vede potrubím 86 do konverzního' reaktoru 88 pro konverzi konverzní reakcí, při které pára a kysličník uhelnatý se převádějí na ' vodík a kysličník uhličitý, načež se v jednotce pro odstraňování kyselého plynu 89 odstraňuje sirovodík a kysličník uhličitý. Získaný vodík vyčištěný na 90 až 100% čistotu se pak stlačuje na provozní tlak kompresorem 90 a vede se potrubím 92 jakožto upravený vodík do válcové předehřívací pece 22 a do rozpouštěče 26. Jak bylo shora · · uvedeno, vyvíjí se ve zplynovači 76 teplo, 'což se nepovažuje za spotřebu energie v rámci procesu, ale spíše za reakční teplo potřebné pro · výrobu syntézního plynu jakožto reakčního produktu.

Rozhodujícím znakem vynálezu je, že množství syntézního plynu, produkovaného ve zplynovači 76, je dostatečné nejen pro dodávání veškerého molekulárního vodíku pro proces, ale také pro dodávání bez methanačního stupně 5 až 100 °/o veškerého tepla a energie pro proces. Za tímto účelem se část syntézního plynu, která · se nezavádí do konverzního reaktoru, vede potrubím 94 do jednotky 96 k odstraňování kyselého plynu, kde se z něho odstraňuje sirovodík a kysličník uhličitý. Po odstranění sirovodíku splňuje syntézní plyn standardní požadavky z hlediska hygieny ovzduší, zatímco odstraněním kysličníku uhličitého se zvyšuje tepelný obsah syntézního plynu, takže se může dosahovat jemnějšího řízení tepla, jestliže se syntézního plynu použije jakožto paliva.

Proud vyčištěného syntézního plynu s© vede potrubím 95 do boileru 100. Boiler 100 je vybaven prostředky pro spalování syntézního plynu jakožto paliva. Voda teče do boileru potrubím 102 a převádí se v boileru 100 na páru, která se odvádí potrubím 104 pro dodávání energie procesu, jako například k pohánění pístového čerpadla 18. Oddělený proud syntézního plynu z jednotky 96 k odstraňování kyselého plynu se vede potrubím 106 do válcové předehřívací pece 22, kde se ho využívá jakožto paliva. Syntézního plynu se může podobně používat v kterémkoliv jiném místě procesu vyžadujícím palivo. Jestliže syntézní plyn nesplňuje potřebu paliva pro proces, může se zbytek paliva a energie požadované procesem dodávat ve 'formě jakéhokoliv neprémiového paliva připraveného přímo ve ztekucovací zóně. Jestliže je to ekonomičtější, může se určitá část energie nebo ' veškerá energie pro proces, která se neodvozuje od syntézního plynu, odvozovat od neznázorněného zdroje mimo proces, jako například od elektrické energie.

Přídavný syntézní plyn · se může vést potrubím 112 do konverzního reaktoru 114 ke zvýšení poměru vodíku ke· kysličníku uhelnatému z 0,6 na 3. Směs, obohacená vodíkem, se pak vede potrubím 116 do . methanační jednotky 118 pro konverzi na dálkový plyn, který se vede potrubím 120, · · pro míšení s dálkovým plynem v potrubí 46. Množství 'dálkového plynu, vztaženo na výhřevnou hodnotu, vedené potrubím 120 má být menší než množství syntézního plynu používaného jakožto provozní palivo vedené potrubím 98 a 106, aby byly zajištěny výhody tepelné účinnosti' podle vynálezu.

Část vyčištěného syntézního plynu se vede potrubím 122 do kryogenní separační jednotky 124, kde se navzájem oddělují vodík a kysličník uhelnatý. Místo kryogenní separační jednotky se mů'žo použít adsorpční jednotky. Produkt, bohatý vodíkem, se odvádí potrubím 126 a může se mísit s upraveným vodíkem v potrubí 92 a pak se může nezávisle zavádět do ztekucovací zóny nebo se může prodávat jakožto produkt procesu. Produkt, bohatý kysličníkem uhelnatým, se odvádí potrubím 128 a může se mísit se syntézním plynem používaným jakožto provozní palivo, v potrubí 98 nebo v potrubí 106 nebo se může prodávat nebo se mů223877 ^při zp^ůso^bu se z^pracov^ává uhlí tohoto chemického složení:

že nezávisle používat jakožto chemická surovina.

Obr. 2 ukazuje, že zplynovací sekce je pn z^půso^bu ^podta v^yn^álezu dotonata zabudována do ztekucovací sekce. Veškerá surovina zaváděná do zplynovací sekce se odebírá ze ztekucovací sekce a veškerý plynný produkt nebo většina plynného produktu ze zplynovací sekce se spotřebovává v procesu buď jakožto reakční složka, nebo jakožto palivo.

Příklad 1

Surové bitunrnózní uhlí Kentucky se práškuje, suší -a mísí s horkou suspenzí obsahující recyklované rozpouštědlo z procesu. Směs uhlí a recyklované suspenze s 1,5 až 2,5 hmotnostními díly suspenze na jeden díl uhlí se čerpá spolu s vodíkem vyhřátou ^předehř^ívac^í ztoou do roz^pou^št^ěčí zóny. Množství vodíku se zřetelem na uhlí je 1,24 m³/^kg.

Te^plota reakčních složek ve výstupu z předehřívací zóny je asi 371 až 399 °C. V tomto bodu je uhh částečn^ě rozpu^no v recyklované suspenzi a právě začínají exotermní hydrogenační a hydrokrakovací reakce. Teplo, vyvíjející se při těchto reakcích v rozpouštěčí zóně, dále zvyšuje teplotu reak^čníc^h slo^žek na ⁴³⁸ až 466 °C. Úchlazovací vodík se vstřikuje na různých místech rozpouštěčí zóny ke snížení účinků exotermních reakcí.

Produkt z rozpouštěčí zóny s& vede systémem ^pro roztoleto ^pro^duttu, ktérý zahrnuje destilační věž pracující za tlaku okolí a destilační věž pracující za vakua. 454 stupňů Celsia + zbytek z vakuové destilační věže představuje veškerý nerozpuštěný minerální zbytek plus veškeré normálně pevné ztekucené uhlí prosté ztekuceného uhlí a uhlovodíkových plynů a vede se do zplynovače profukovaného kyslíkem. Syntézní ^plyn pro^du^kovaný ve z^nova^ má pom^ěr vodíku ke kysličníku uhelnatému asi 0,6 a vede se do konverzního reaktoru, kde se ^pára a kysltémk utolnaty provátojí na vodík a kysličník uhličitý, načež se vede do je^dnot^ky к odstra^ňov^ám ^kyselých ptyn^ ^kde se z n^ěho odstraní tysltónfc uhličký a sirovo^dík. ^Vo^dík o ⁹⁴% ’ - mstété se pak sttéčuje a zavádí se jako upravený vodík do ^pře^dehřív-ací a roz^pou^štěcí zóny.

Při způsobu podle tohoto příkladu je množství uhlovodíkového materiálu, zaváděné do z^plynovac^í z^óny^, tostatečto ^ke splnění požadavků procesu na vodík v to počítaje ^provozní ztráty vodtou -a ^k dodání 5 % ve^šker^é ener^gie ^po^ža^dované pro proces při přímém spalování v procesu. Zbylé požadavky procesu na energii jsou uspokojovány spalováním lehkých uhlovodíkových plynů a těžkého benzinu, produkovaných ve ztekucovací zóně a kupovanou elektrickou energií.

Bitumiitézin uhh ^Kentuc^ky % tonotnostrn (vztažen^á na suché uhlí)

uhlík	71,5
vodík	5,1
síra	3,2
dusík	1,3
kyslík	9,6
pop&l	8,9
vlhkost	—

Ve ztekucovací zóně vznikají dále uvedené produ^kt^y. Je jasné^, že ztetocovací zóna ^produ^kuje jak ^ka^palný, ^ta^k ptynný prototat ve^dle ⁴⁵⁴ °^C + zhyt^ku dosahujícího popel. Htévrnm protoktem ^procesu je to^pný olej prosty ^po^peté ohsahujuí ^0,3 % hmotnostní síry, který je vhodný pro elektrárny a pro průmyslové závody.

^Vý^těže^{k hy}dro^gena^čn^ího (roz^pou^št^ěcího) stupně % hmotnostm vztétoná na hmotnost suchého uhlí p^lyn C^x a^ž C⁴16 těžký benzin (193 °C)11,6 destilát topného oleje (193 až 454 °C) 31,6 pevné ztekucené uhlí (454 °C + ).17,7 nerozpuštěné organické látky5,4 minerální látky9,3 sirovodík2,1 ^kysl^ičn^ík utotéatý + tyslmnft uhličitý 1,9 voda7,8 amoniak0,9 celkem104,5 spotře^ba vodfcu (% ^hmotnostní)4,

V následující tabulce- jsou uvedeny výtěžky produktů zbývajících pro prodej po odečtení paliva potřebného pro závod.

^Vý^těže^k produtou.

Rychlost zavádění uhlí jakožto suroviny (přepočteno na sušinu) (kg/d) 27,2 x 10⁶

Produkty:

^dálkový ^plyn (mm m^3/d)

LPG (m³/d)2563 těž^ký tonzin (m^3/d)2874 tostdáí: to^pné^ho otéje (m³/ď)6497

V následující tabulce je uvedena zaváděná energie, odváděná energie a tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu.

V následující tabulce jsou uvedeny výtěžky produktů zbývajících pro prodej po odečtení paliva potřebného pro závod.

Výtěžek produktů

Rychlost zaváděného uhlí jakožto suroviny (přepočtena na sušinu)

Tepelná účinnost procesu mm J. kg/d

Zavedeno uhlí (27,2 x 10⁶ kg/d) 809 768,98 elektrická energie (132 megawatů)* 33 075,72

Získáno dálkový plyn^{* (1)} LPG těžký benzin destilát topného ol&je celkem 842 844,70

188,12

727,31

137 213,99

347 194,57 celkem 606 324,00

Tepelná účinnost (procenta) 71,9 * vztaženo na tepelnou účinnost elektrárny 34 % ⁽¹⁾ 48 525 J. kg/m³

Tento příklad ukazuje, že v případě, kdy kombinovaný způsob ztekucování a zplynování pracuje tak, že množství uhlovodíkových látek, vedené ze ztekucovací zóny do zplynovací zóny, je úměrné tomu, aby se ve zplynovací zóně vyrábělo dostatek syntézního plynu к uspokojení požadavků procesu na vodík a jen asi 5 % celkových požadavků procesu na energii, je tepelná účinnost kombinovaného procesu 71,9 %.

Příklad 2

Kombinovaný způsob ztekucování a zplynování se provádí podobně, jako je popsáno v příkladu 1, a používá so stejného bituminózního uhlí Kentucky s tou výjimkou, že množství uhlovodíkových látek, přiváděné ze ztekucovací zóny do zplynovací zóny, je přizpůsobené itak, aby zplynovací zóna produkovala veškerý vodík potřebný pro proces plus syntézní plyn v množství kryjícím 70 °/o celkového požadavku procesu na energii při spalování syntézního plynu přímo v procesu.

Přehled produktů ze ztekucovací zóny % hmotnostní vztažená na hmotnost suchého uhlí plyn Ci alž C₄12,8 těžký benzin (193 °C)9,9 destilát itopného oleje (193 až 454 °C)28,8 pevné ztekucené uhlí (454 °C+)25,3 nerozpuštěné organické látky5,5 minerální látky9,3 sirovodík2,0 kysličník uhelnatý + kysličník uhličitý 1,8 voda7,7 amoniak0,7 (kg/d) 27,2 x 10⁶

Produkty:

dálkový plyn (mm m³/d)2,16

LPG (m³/d)2026 těžký benzin (m³/d)2453 destilát topného oleje (m³/d)5921

V následující tabulce je uvedena zaváděná energie, odváděná energie a tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu.

Tepelná účinnost procesu mm J. kg/d

Zavedeno uhlí [27,24 x 10⁶ kg/d) 809 768,98 elektrická energie (132 megawatů) 33 075,72 celkem 842 844,70

Získáno dálkový plyn⁽¹⁾ 106 193,99

LPG 70 895,08 těžký be-nzin 117 104,78 destilát topného oleje 316 434,15 celkem 610 628,00

Tepelná účinnost (procenta) 72,4 ⁽¹⁾ 48 525,01 Jkg/m³

Tepelná účinnost 72,4 % podle tohoto příkladu je větší než 71,9 % tepelné účinnosti podle příkladu 1, přičemž se při způsobu podle obou těchto příkladů používá téhož bituminózního uhlí Kentucky, přičemž tento rozdíl je 0,5 %. Je zřejmé, že se vyšší tepelné účinnosti dosahuje, jestliže zplynovací zóna dodává veškerý vodík pro proces plus 70 °/o na rozdíl od 5 °/o energie požadované procesom. Připomíná se, že provozní zařízení s kapacitou pro zaváděné uhlí podle tohoto zařízení vykazuje při 0,5% rozdílu tepelné účinnosti roční úspory okolo 5 miliónů dolarů.

celkem 103,8 spotřeba vodíku 3,8

Příklad 3

Používá se kombinovaného způsobu ztekucovacího a zplynovacího, jako je popsán v příkladu 2, a stejného bituminózního uhlí

Kentucky s tou výjimkou, že se veškerý syntézní plyn, produkovaný v nadbytku nad množstvím vodíku potřebného pro proces, methanuje pro prodej. Veškeré palivo pro proces je dodáváno ve formě Ci až C₂ plynu, produkovaného ve ztekucovací zóně.

Přehled produktů ze ztekucovací zóny % iimotnostm vztažená na hmotnost suchého uhlí

plyn Cj alž C4	12,8
těžký benzin [193 °C)	9,9
destilát .topného oleje (193 až 454 °C) 28,8
pevné ztekucené uhlí (454 °C +)	25,3
nerozpuštěné organické totty	5,5
minerální látky	9,3
sirovodík	2,0
kysličník uhelnatý + kysličník uhličitý 1,8
voda	7,7
amoniak	0,7
celkem	103,8
spotřeba vodíku	3,8
V následující tabulce jsou uváděny výtěžky produktů zbývajících pro prodej po odečtení paliva potřebného pro závod.
Výtěžek produktů
Rychlost zavádění uhlí jakožto
suroviny přepočteno na sušinu (kg/d)	27,2 χ 106
Produkty: dálkový ' plyn (mm m3/d)	2,21
LPG (m3/g)	β026
těžký benzin. (m3/d)	2453
destilát topn^.io oteje (m3/d)	5921
V následující tabulce je uvedena zavádě-
ná energie, odváděná energie a	tepelná ú-
mnnost kombinovaného způsote nálezu.	podle vy-
Tepelná účinnost procesu
Zavedeno	mm J. kg/d
uhlí (27,2 χ 106) elektrická energie	809 768,98
(132 megawatů)	33 075,72
celkem	842 844,70
	mm J. kg/d
Získáno dálkový plyn(1)	85 276,74
LPG	70 895,08
těžký benzin	117 104,78
deslilát topného oleje	316 434,15

celkem 589 710,75

Tepelná účinnost (procenta) 70,0 ⁽¹⁾ 38 539,5 J. k^g/m³

Zatímco při způsobu podle příkladu 1 a 2 je tepetaá temnost ^71,9 a ^72,4 °/o ^pro případy, kdy nadbytek vyrobeného syntézní ^ho p^lynu je množstvím ^pot^ře^bným ^pro z^ískání vodíku _ pro proces a zbytek syntézního p^lynu se v^yu^žív^á jakož-to ^pahvo ^pro ^proces^, jev^í se te^peln^á temnost ^70,0 % ^podle tohoto příkladu jakožto nevýhodná, jelikož se vyrábí nadbytek syntézního plynu, který se musí zhodnocovat hydrogenací na obchodní prodejné palivo, místo aby se spálil přímo v závodě.

Příklad 4

Provádí se kombinované ztekucování a zplynování podobně, jako je popsáno v příkladu 1, s tou výjimkou, že se používá bituminózního uhlí z žíly West Virginia Pittsburgh. Množství uhlovodíkového materiálu, zaváděné ze Ztekucovací zóny do zplynovací zóny je upraveno tak, aby zplynovací zóna produkovala veškerý vodík potřebný pro proces a pro ztráty vodíku při procesu plus množství syntézního plynu k ^dod^árn 5 % celkov^{é p}ot^ře^bn^é ener^gie ^pro proces při přímém spalování v procesu.

Při způsobu se zpracovává uhlí tohoto chemického složení:

Uhlí . ze žíly West Virginia Pittsburgh °/o ^hmotnos'tm (vztažen^á na suché uhlí) uhlík vodík síra dusík kyslík popel

67.4

4,6

4.2

1.2

7^,5

15,1

Přehled produktů · ze ztekucovací zóny % ^hmotnostrn vztatená na hmotnost suchého uhlí plyn C, až C417,5 těžký benzin (193 °C)10,6 destilát topného oleje (193 až 454 °C)26,3 pevné ztekucené uhlí (454 °C+)18,0 nerozpuštěné organické látky6,8 minerální látky15,1 sirovodík3,0 kysličník uhelnatý + kysličník и!1ИёПý'1,2 voda5,7 amoniak0,5 celkem104, spotřeba vodíku4,7

V následující . tabulce jsou uvedeny výtěžky produktů zbývajících pro prodej po odečtení paliva potřebného pro závod.

Výtěžek produktů

Rychlost zavádění uhlí jakožto surovrn^y (pre^po^čteno na sumnu) ⁽k^g/d) 27^,2 χ 10⁶

Produkty:

dálkový plyn (mm m³/d) 0,74

LPG (m³/d) 2769 těžký benzin (m³/d) 2626 destilát topného oleje (m³/d) 5407 voda 5,4 amoniak 0,4

V následující .tabulce je uvedena zaváděná energie, odváděná energie a tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu.

Tepelná účinnost procesu mm J. kg/d

Zavedeno

uhlí (27,2 x 106 kg/d) elektrická energie· (132 megaiwatů)	768 382,47 33 075,72
celkem	801 458,19
	mm J. kg/d
Získáno
dálkový plyn	36 052,53
LPG	96 903,49
těžký benzin	125 386,28
destilát topného oleje	288 964,56
celkem	547 306,86
Tepelná účinnost (procenta)	68,3

Příklad 5

Jiný kombinovaný ztekucovací a zplynovací způsob se provádí podobně, jako je popsáno v příkladu 4, za použití téhož bituminózního uhlí ze žíly West Virginia Pittsburgh s tou výjimkou, že množství uhlovodíkového materiálu, zaváděného ze ztekucovací zóny do zplynovací zóny, je takové, že zplynovací zóna produkuje veškerý vodík, potřebný pro proces plus syntézní plyn к dodání 37 % veškeré energie potřebné pro proces při přímém spalování tohoto syntézního plynu při procesu.

Přehled produktů ze ztekucovací zóny %' hmotnostní vztažená na hmotnost suchého uhlí plyn C, až C₄16,0 těžký benzin (193 °C)9,8 destilát topného oleje (193 až 454 °C)25,1 pevné ztekucené uhlí (454 °C+)21,7 nerozpuštěné organické látky6,5 minerální látky15,1 sirovodík2,9 kysličník uhelnatý + kysličník uhličitý 1,3

celkem	104,2
spotřeba vodíku	4,2
V následující tabulce jsou uvedeny vý-
těžký produktů zbývajících pro	prodej po
odečtení paliva potřebného pro	závod.
Výtěžek produktů
Rychlost zaváděného uhlí jakožto
suroviny (přepočteno na sušinu)
(kg/d)	27,2 x 106
Produkty:
dálkový plyn (mm m3/d)	1,83
LPG (m3/d)	2200
těžký benzin (m3/d)	2428
destilát topného oleje (m3/d)	5160
V následující tabulce je uvedena zavádě-
ná energie, odváděná energie a	tepelná ú-
činnost kombinovaného způsobu	podle vý-
nálezu.
Tepelná účinnost procesu
	mm J. kg/d
Zavedeno
uhlí (27,2 x 106)	768 382,47
elektrická energie
(132 megáwaltů)	33 075,72
celkem	801 458,19
	mm J. kg/d
Získáno
dálkový plyn	89 258,39
LPG	76 999,44
těžký benzin	115 924,11
destilát topného oleje	275 780,32

celkem 557 962,26

Tepelná účinnost (procenta)69,6

Tepelná účinnost při způsobu podle tohoto příkladu je vyšší než tepelná účinnost při způsobu popsaném v příkladu 4, přičemž se při způsobu podle obou těchto příkladů používá stejného uhlí z piťtsburghské žíly, rozdíl tepelné účinnosti je 1,3 °/o. Vyšší tepelná účinnost podle tohoto příkladu ukazuje výhody dodávání do zplynovače dostatečného množství 454 °C + ztekuceného uhlí, aby zplynovač dodával veškerý vodík potřebný pro proces plus výhodněji 37 % než 5 % veškeré potřebné energie pro proces za přímého spalování syntézního plynu.

Claims (10)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob kombinovaného ztekucování a zplynování uhlí za použití paliva z připojeného zplynovače, při kterém s& zavádí minerální látky obsahující uhlí, vodík, recyklované rozpuštěné kapalné rozpouštědlo, recyklovaný produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C a recyklovaný minerální zbytek do zóny pro ztekucování uhlí ke ztekucování uhlovodíkového materiálu k oddělení od minerálního zbytku a ke hydrokrakování uhlovodíkového materiálu za vzniku směsi obsahující uhlovodíkové plyny, ztekucený kapalný produkt z uhlí a produkt z uhlí o .teplotě 'tání nad 454 °C a suspendovaný minerální zbytek, destilující kapalina a uhlovodíkové plyny se oddělí od suspenze obsa^hující produ^kt z uhh o teplote tení nad ⁴⁵⁴ stupňů Celsia, rozpouštědlo a minerální zbytek, část této suspenze se recykluje do ztekucovací zóny, zbytek suspenze se zavádí do destilační zóny zahrnující vakuovou destilační věž pro destilaci, suspenze ze dna této vakuové destilační věže obsahující v podstatě veškerý produkt z uhlí o 'teplotě tání nad 454 °C a minerální zbytek ze ztekucovací zóny, v podstatě prostá ztekuceného kapalného produktu z uhlí a uhlovodíkových plynů se zavádí do zplynovací zóny jakožto jediná uhlovodíková vsázka zplynovací zóny, do zplynovací zóny se vstřikuje voda nebo pára, přičemž zplynovací zóna zahrnuje oxidační zónu pracující při teplotě maximálně 1204 až 1982 °C pro konverzi uhlovodíkového materiálu na syntézní plyn s molovým poměrem vodíku ke kysličníku uhelnatému menším než 1, část syntézního plynu se převádí konverzní reakcí na plyn bohatý vodíkem a tento plyn bohatý vodíkem se zavádí do ztekucovací zóny jakožto reakční vodík, vyznačený tím, že se do zplynovací zóny zavádí množství uhlovodíkového materiálu dostatečné k produkci přídavného množství syntézního plynu nad množstvím potřebným pro výrobu reakčního vodíku, vodík se alespoň částečně oddělí od kysličníku uhelnatého z ' tohoto přídavného množství syntézního plynu, čímž vznikne druhý plyn bohatý vodíkem a ' plyn bohatý kysličníkem uhelnatým a při procesu se spaluje jakožto palivo plyn obsahující alespo^ň 60 % motévýc^h celkv^ého obsahu kysličníku uhelnatého z tohoto přídavnéných v přídavném množství syntézního plynu ^k dodám 5 a^{ž 100} %, vzta^ženo na teplo, celkové energie pro proces, přičemž plyn bohatý kysličníkem uhelnatým je alespoň částí tohoto spalovaného paliva.
2. 2. Způšob podle bodu 1 vyznačený tím, že se alespoň část přídavného množství syntézního plynu spaluje v procesu bez oddělování vodíku od kysličníku uhelnatého.
3. 3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se druhý plyn, bohatý vodíkem, zavádí do zóny pro ztekucování uhlí.
4. 4. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že suspenze, zaváděná do zplynovací zóny, oíahuje ¹⁵ a^{ž 45} % hmotnostním produktu z uhlí o teplote tení nad ⁴⁵⁴ °C.
5. 5. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se ze zplynovací . zóny minerální zbytek odstraňuje ve formě strusky.
6. 6. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že maximální teplota ve zplynovací zóně je 1260 až 1982 °C.
7. 7. Způsob podle bodu 2 vyznačený tím, ^že a^lespo^{ň 70} % motévým o^bsa^žen^ého ^kysličníku uhelnatého a vodíku v přídavném množství syntézního plynu se spaluje při procesu jakožto palivo.
8. 8. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, ^že suspenze zavá^ná do z^plynovací je v podstatě prostá vody.
9. 9. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že molový poměr vodíku ke kysličníku uhelnatému v syntézním plynu je menší než 0,9 a zvláště menší než 0,8.
10. 10. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se vodík odděluje od kysličníku uhelnatého kryogenním způsobem nebo absorpčním způsobem.