CS223878B2 - Method of combined liquefying and gasiying the coal - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu ztekucování a oxidačního zplynování uhlí, při kterém se synergickou kombinací dosahuje zvýšené te^peln^é účinnosti. Uhlí ^pro tento z^půso^b m^ůže 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 z& ztekucovací z^ón^y. ^Část zre^děn^é suspenze oteahujírn zbyt^ky minerálníc^h l^átek z rozpouštem zóny, která se nerecirkuluje, se zavádí do destilační věže pracující za tlaku okolí a do vakuové destilační věže. Všechny normáW te^kut^é a ^plynn^é materiály se odstraňují z hlavy věže a jsou tudíž v podstatě ^prosty minerálrnch láte^k, zatimco z^byl^á suspenze obsabující minerální látky v koncen trovan^{é f}orm^ě se · o^dstra^ňuje ze ^dna vakuové destilační věže.

Ztekucené uhlí se zde označuje výrazem „kapalný destilát“, „zte^kucen^é uhH“ noho „zte^kucený ^kapatoý produto z uhh“, přičemž tyto výrazy znamenají ztekucené uhlí, které je kapalné při teplotě místnosti, včetně provozního rozpouštědla. Koncentrovaná suspenze obsahuje všechny anorganické minerální látky a všechny nerozpuštěné organické látky (NOL), a označuje se zde jako „minerální zhytek“. ^Množství nerozletěných organických látek je vždy menší než ¹⁰ až ¹⁵ % ^hmotnostmc^h do ^procesu zavedeného uhlí. Koncentrovaná suspenze obsahuje také produkt z uhlí o teplotě tání nad 454 °C, který je tedy normálně pevný při teplotě místnosti a označuje se zde jako ^,,norm^áln^ě pevné zte^kucen^é 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, přizpůsobené ^k zavadám sus^pe.nzrn násady pro konverzi na syntézní plyn, který je směsí ^slmmku u^helnatého a vodfcu. Suspenze je jedinou uhlíkatou násadou zaváděnou do zplyňovací zóny. Kyslíková jednotka je vybavena tak, aby se z kyslíku zaváděného do zplynovací zóny odstranil dusík, takže produkovaný syntézní plyn je v podstatě prostý dusíku.

Část s^itézrnho ^plynu se ^po^drobuje inverzi na vo^dík a na kyshčmk: uhUCitý. K^yslinčík 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 ^bo^hatý volkem. Ates^po^ň 60, 70 ne^bo 8⁰ % motevýc^h tohoto na^dbyt^ku s^ynt^ézního plynu se spaluje jakožto palivo při z^půso^bu ^po^dle v^yn^álezu, takro alespo^{ň 60, 7}0 nebo ⁸⁰ % až 1⁰0 % je^ho tepeln^ého 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 ‘tu^díž men^ší · než 4^{0, 30} nebo 2⁰ % a může se podrobovat methanaci nebo se může převádět na methanol.

Methanace je běžně ' ^pou^žívaný z^působ pro zvýšení výhřevné hodnoty syntézního plynu převáděním kysličníku uhelnatého na methan.

Při způsobu podle vynálezu se množství .u^hlovodíkovýc^h . m-atertólfy vstupující^ do zplynovací zóny, v suspenzi ze dna vakuové .· destilační věže · ·řídí · tak, aby · bylo nejen •odpovídající·· spotřebě vodíku pro ' ztekucovací zónu parciální Oxidací · a konverzí,· ale aby také · bylo dostatečné pro výrobu syntézního plynu, jehož celkové spalovací tepte musí · odpovteat ^do^dám 5 a^{ž 100} % veškero te^pe^lné e-nergte ^po^třebn^{é p}ro z^působ · podle vynálezu, přičemž jde o tepelnou energii ve · formě paliva pro předehřívací stupe^ň ve formě pár^{y p}ro ^čerpa^dla^, ve ^form^ě . ^potřebn^é elektrické ener^gie ^pro způso^{b p}odle vynálezu atd.

Vynález se tedy týká způsobu kombinovaného ztekucování a zplynování uhlí, při kterém se zavádí minerální látky obsahující uhlí, ' vodík, recyklované rozpuštěné kapalné rozpou^št^ěd^lo^, rec^yklovaný produta 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 uhh o 'teploto tom na^{d 454} °C a suspendovaný minerální zbytek, de^tíJlující kapalina a uhlovodíkové plyny se oddělí od suspenze obsahující produkt z uhlí o teplotě

Um na^{d 454} °C, roz^pou^ště^dlo a mine^m z^byte^k, část: této sus^penze se recyMuje ^do ztekucovací zóny, zbytek suspenze se zavádí do destilační zóny zahrnující vakuovou destHacrn vě'^{ž p}ro destilaci, sus^penze ze dna 'této vakuové destilační věže, obsahující v podstatě veškerý produkt z uhlí o tepteto ^tání na^{d 454} °^C a mineróteí zb^yte^k ze ztekucovací zóny a v podstatě · prostá ztekuceného kapalného produktu z uhlí a uhlovodíkových plynů se zavádí do · zplynovací zóny, která obsahuje oxidační zónu pro konverzi uhlovodíkového materiálu na syntézní plyn, část syntézního plynu se převádí konverzí na plyn bohatý vodíkem, který se zavádí do ztekucovací zóny jakožto reakční · vod^ který je vyznačený tím^ ^že se do zplynovací ztay zavádí ^dostatečn^é mno&M uhtevodíkového materiálu pro výrobu přídavného množství syntézního plynu nad množstvím · potřebným pro výrobu reakčního vodíku, ^při^čem^ž cenový obsah s^paln^ého te^pla to^hoto p^řídavn^ého množství^ syntézrnho ^plynu . je 5 · a^{ž 100} · %, vzterono na tepte cenové energie potřebné, pro proces, a toto přídavné množství syntézního plynu se při procesu spaluje. .

Energie spotřebovaná ve vlastní spalovací zóně se zde nepovažuje za energii spotřebovanou při procesu. Všechny · · uhlovodíkové materiály, · dodávané do zplynovacího stupně, se považují za vsázku do zplynovacílio sta^pn^ě 'a nikoliv za ^palivo. Jakkoliv se vsázka ve zplynovacím stupni podrobuje parciální oxidaci, oxidační plyny jsou reakčrnmi produkty zptynovactoo 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 ještě budou rozvedeny.

^Veš]kerá ener^gte pro způsob ^po^dle v^yn^álezu neodvozená od syntézního plynu ' ve zplynovací zóně, se dodává přímo z vybraných neprémiových plynných a/nebo kapalných uhlovodíkových paliv vyrobených · ve ztekucovací zóně, nebo ze zdrojů energie 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 že ztekucovací zóny a veškerý nebo většina plynného produktu ze zplynovací zóny se s^potre^bov^ává ve zte^icovad z^ón^{ě b}ud' · ja^ko reakční složka, nebo jako palivo.

Podmínky hydrogenace a hydrokrakování probíhajícího v rozpouštěcím stupni ztekucovací zóny se mění při způsobu podle v^ynátezu za táetem o^ptimahzace ^kombinovaného procesu se zřetelem na 'tepelnou účinnost na rozdíl od materiálové bilance, na kterou se bral zřetel při způsobem podle známého stavu 'techniky.

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

^pr^áce ^kom^binovan^ého ^procesu na z^ákladě materiálové bilance je na zcela jiném základě. Proces pracuje na materiálové bilanci, jestliže je množství uhlovodíkového materiálu ve vsázce do zplynovacího stupně tak přizpůsobeno, že se ve zplynovacím stupni vyrábí veškerý syntézní plyn, následuje 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 ztekucovací zónu. Kromě dodávání veškerého vodíku konverzní reakcí, produkuje zplynovací stupeň dostatečný nadbytek syntézního plynu, jehož spalováním se přímo získá alespoň 5, 10, 20, 30 nebo 50 až 100 % tepla z celkové spotřeby tepelné energie procesu včetně elektrické nebo jiné kupované energie avšak s výjimkou tepla generovaného ve zplynovacím stupni. Alespo^ň 6^0, 7^0, 80 nebo ⁹⁰ % molovýc^h ve^škerého vodíku plus kysličníku uhelnatého syntézního plynu, na bázi alikvotu nebo nealikvotu vodíku a kysličníku uhelnatého a až do ¹⁰⁰ % se spaluje jakožto pahvo při procesu bez methanace nebo bez jakékoliv jiné ^hydrogenaem konverze. Méto ne^{ž 40} proč, syntézního plynu, v případě, že není ho za^pot^ře^bí jako ^Uva^ se m^ůže methanovat a používat jakožto dálkového plynu.

I když je ztekucovací proces zpravidla účinnější nežli zplynovací proces a následupm ^př^íklad^y ukazují že ^převo^d (tásh produktu ze ztekucovací zóny do zplynovacího stupně za vzniku methanu vede ' ke ztrátě toinnosti ^oces^ co^ž se oček^a^ následující příklady s překvapením ukazují, že převedení části produktu ze ztekucovací zón^y do z^plynovac^í z^ón^{y p}ro výro^bu s^yntézního plynu pro spalování v rámci procesu neočekávaně zvyšuje tepelnou účinnost kombinovaného procesu.

Ve známém stavu techniky je již popsána kombrnace ztetocovárn uhh a zptynování na bázi vodíkové materiálové bilance. V článku „The SRC—II Process — Presented at the Third Annual International Conference on Coal Gasificatien and Liquefactto^ University o^f Pittsbur^gh“, sr^pen ³—^5, 1976, Β. K. Schmid a D. M. Jackson zdůrazňují, že při kombinaci ztekucování uhlí a zptynovtoí má ^být množsM or^ganick^ého materiálu procházejícího ze ztokucovací zón^y do z^plynovací z^ón^{y p}r^áv^ě dostatečné ^pro výrobu vodíku potřebného pro proces. V ^člán^ku se neuvažuje ^převod energie jatožto paliva mezi ztetocovací a z^ptynovací z^ónou a není tedy podnětem k realizaci možnosti optimalizace účinností jak uvedeno na obr. 1.

Popis obr. ' 1 ukazuje, že ' optimalizace účinnosti vyžaduje převod energie jakožto ^paliva mezi zónami a nem^ůže se j^í dchnout 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 zplynovací zóny, není zapotřebí žádné separace minerálního zbytku od ztekuceného uhlí, jako je filtrace, usazování, gravitační usazování podporované přítomností rozpouštědla, extrakce rozpouštědlem vodíkem bo^hat^é sloučeni^ z vodtáem c^hudýc^h stoučenin obsahujících minerální zbytek, odstředování nebo podobné separační operace. Není také zapotřebí sušení minerálního zbytku, chlazení normálně pevného ztekuceného uhlí a manipulace s ním nebo koksování při kombinovaném způsobu podle vynálezu. Vypuštění nebo vyhnutí se těmto operacím značně zlepšuje tepelnou ' účinnost z^půso^bu ^po^dle v^ynálezu.

Vracení části suspenze obsahující minerální zbytek do ztekucovací zóny zvyšuje koncentraci minerálního zbytku ' v rozpouštěcím stupni. Jelikež 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 látek, čímž se umožňuje vysoká účinnost procesu. Vracení samotného minerálního zbytku může výhodně snižovat výtěžek normálně pevného ztekuceného uhlí až na polovinu, čímž vzrostá výtožek todnotnňštoo topatnXo a plynného uhlovodíkového produktu a snižuje se vsázka do zplynovací 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 roz^pou^št^ědlo nev^yžaduje ^hydrogenaci v pntomnosti vnějších katalyzátorů pro obnovení schopnosti působit jako donor vodíku.

Jelikož jsou reakce probíhající v rozpouštěcím stupni exotermní, vyžaduje vysoká te^peln^á tomnosí ab^y teplotá v roz^pou^št^ěcím stupni mohla vzrůst o 11,1; 27,8; 55,5; nebo až o 111 '°C nebo ještě více . nad maximální teplotá v ^pre^deh^říva^či. Chlazern rozpototěcího stupně k předcházení takovým tepelným rozdMm ^by v^adovato produ^kcⁱ pridavného chladicího vodíku při konverzní reakci, nebo by vyžadovalo přídavné zavádě223878 ní tepla do předehřívacího stupně k vyloučení jakéhokoliv tepelného rozdílu mezi ob^ěma zónami. Jinak ^by se př^{i p}rocesu spotřebovalo větší množství uhlí, čímž by se tepelná účinnost procesu snižovala.

Ve^škeré uWf zav^áděn^é ja^ko surovina ^do kombinovaného procesu se dodává do ztekucovací zóny a žádné se nezavádí přímo do zplynovači zóny. Minerální zbytek obsahující suspenze ze dna vakuové destilační kolony obsahuje veškerou uhlovodíkovou surovinu zaváděnou do zplynovací zóny. Ztekucovací proces může pracovat s vyšší tepelnou · účinností než zplynovaní proces při mírném výtěžku pevného ztekuceného uhlí jakožto produktu. Částečným důvodem nižší účinnosti zplynovacího procesu je to, že parciální oxidační zplynovači proces produkuje syntézní plyn, což je kysličník uhelnatý a vodík, který vyžaduje buď následnou konverzi kysličníku uhelnatého přidanou 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 do zplynovači zóny pro konverzi s nižší účinností.

V souhlase se shora uvedeným známým stavem techniky se při kombinovaném ztekucování a zplynování uhlí zavádí 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 matertalovou blance ^Způso^{b p}o^dle vynálezu však umožňuje upustit od této přísné přesné materiálové bilance, přičemž se do zplynovače zavádí více uhlovodíkového materiálu, než je zapotřebí pro výrobu vodíku potřebného pro proces.

Syntézní plyn, vyrobený v nadbytku nad množstvím potřebným pro výrobu vodíku, se odvádí ze zplynovacího systému například v místě mezi zónou parciální oxidace a mezi konverzní zónou. Veškerá hodnota spaln^ého ^te^pla nebo ales^po^{ň 60} % ^hodnoty spalného tepla odváděného podílu se po úpravě k odstranění kyselého plynu využívá jatožto ^paliva ^pro proces bez methanao n^ího stupn^ě ne^bo ^bez ja^hokohv jrného h^ydrogena^črnho stupně ^Mno^žství vžd^{y p}o^{d 40} % o^dv^áděného ^dtí^ ^po^ku^d takové množsM v^ůbec existuje, se m^ůže zav^ét 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 větši na výtěžku zplynovače spotřebovává uvnitř procesu buď jako reakční složka, nebo jar ^ko^žto zdroj ener^gie. Jakékoliv dalb po^žadavky procesu na palivo · se uspokujují palivem produkovaným ve ztekucovacím procesu a energií dodávanou ze zdroje mimo proces.

Využití syntézního plynu nebo produktu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto paliva ve ztekucovacím procesu je rozhodující charakteristikou způsobu podle vynálezu a přispívá vysoké účinnosti procesu. ^Synt^ézní ^plyn nebo ^plyn ^botaty tyslrnníkem uhelnatým nejsou prodejné jakožto paliva, protože kysličník uhelnatý, který tyto plyny obsahují, je toxický a protože mají nižší výhřevnou hodnotu než methan. Av^šak ^žádn^á z tecbo n^ámite^k proti o^bcho^dnímu využití syntézního plynu nebo kysličníku uhelnatého jako paliva neplatí pro zp^ůsob ^po^dle vyn^álezu. ^pře^dev^ším zanzení pro způsob podle vynálezu již zahrnuje jednotku na syntézní plyn a je tedy také vybaveno prostředky k ochraně proti jedovatostí kysltérnku uhetaatého. Ta^kov^é oc^hrann^é zařízení pravděpodobně nebude v zařízení, které nevyrábí syntézní plyn. Jelikož se pak používá syntézního plynu přímo jako paliva v zařízení pro způsob podle vynálezu, není zapotřebí transportu na vzdálená místa. Nákta^dy na ^čer^pám ^dálkov^ého ^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 methanu. Jelikož se pak syntézn^ího ^plynu nebo kysltómku utataatého využívá jako paliva v jednotce pro provádění způsobu podle vynálezu, nejsou náklady na transport významné.

Jelikož způsob podle vynálezu spojuje využití syntézního plynu nebo kysličníku uhelnatého jakožto paliva bez methanace nebo bez jiného hydrogenačního stupně, má z^působ ^po^dle v^ynálezu zlepšenou tejnou účinnost.

Dále bude doloženo, že výhody dosažené tepehm činností se zmenš^ ne^bo ztrécp jestliže se nadbytek syntézního plynu methanuje a využívá jakožto dálkového plynu. Je také ukázáno, že v případě, kdy se ve zplynovači vyrábí syntézní plyn ve větším množství, než kolik je potřeba vodíku pro proces, a j*es-tliže se veškerý syntézní plyn methanuje, má to nepříznivý vliv na tepelnou účinnost kombinovaného způsobu ztekucování a zplynování.

Tepeln^á u&nnost způsotei podta v^ynálezu se zvy^šuje, jehkož 5 až 1ДО % veškeré energie potřebné pro způsob podle vynálezu, včetně paliva a elektrické energie, je uspokojováno přímým spalováním syntézního plynu vyráběného ve zplynovači zóně. Je překvapující, že se tepelná účinnost ztekucovacího procesu může zvýšit zplynováním normálně pevného ztekuceného uhlí, získaného ze ztekucovací zóny, spíše ne/ další konverzí uvedeného uhlí ve ztekucovací zón^ě, jeHkoz je zn^ámo^, ze zptynovte! uhh je m^éně účlnn^ějsím z^púsobem konverze u^hlí než ztekucování uhlí.

Proto by se mohlo očekávat, že zavedení přídavné vsázky nad zplynovací zónu k získání energie pro proces vedle potřebného vodíku by snížilo účinnost kombinovaného 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 reakce ve zplynovací zóně je oxidační reakcí.

Na rozdU od téclito ^poznat^ků se· s Nekvapením 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 po^dle v^yn^álezu ukazuje^, že ^kom^binovaný zp^ůsob ztekucování a zplynování, při kterém se převádí část procesní vsázky · z účinnější ztekucovací zóny do méně účinné zplynovací zóny způsobem a v rozsahu podle vynálezu, vede neočekávaně k účinnějšímu kombinovanému procesu.

K využití výhody objevené tepelné účinnosti podle vynálezu musí být zařízení pro kombinované ztekucování a zplynování uhlí v^ybaveno potrubím ^pro převte^ části syntézního 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 odstraňování kyselého plynu, kde se z plynu odstraní sirovodík a kyslmník uhličký. OdsÍrariovám sirovodíte 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 spalovací zóny bez zařazení methanace nebo jiného hy^dro^gena^ční^ho stopne.

Důle^žité ^pro z^půso^{b p}odte vyn^álezu je^, že se ve zplynovací zóně používá teplot 1204 alž 1982 °C. Tato· vysoká teplota zlepšuje účinnost procesu podporováním zplynování v podstatě veškeré uhlíkaté vsázky zaváděné do z^plynovac^í z^óny. T^ylo vysok^é teploty ve zplynovací zóně jsou umožněny · vhodným nastavením a řízením rychlosti vstřikování páry a kyslíku do zplynovací zóny. Rychlost zavádění páry ovlivňuje endotermní reakci páry s uhlíkem k vytváření kysličníku uhelnatého a vodíku, zatímco rychlost zavádění kyslíku ovlivňuje exotermní reakci uhhku s k^yslí^kem za vzntou kyslteníku uhelnatého.

Pro uvedenou vysokou teplotu má syn tozrn ptyn vyráběný způso^bem podte vyn^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 vodíku a kysličníku uhelnatého, není spalovací teplo produkovaného syntézního plynu podle vynálezu nižší než spalovací tepte syntozního ^plynu s v^yšším ^pomerem vo^díku ke kyslmmte uhehnatemu.

Vysoké teploty ve zplynovací zóně podle vynálezu jsou tedy výhodné, tím, že přispívají 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 může v rámci procesu stejnomteně roztelovat na tezi abkvotrnho a nealikvotmho rozdělení svého obsahu vodíku a kysličníku uhelnatého, Jestliže se má syntézní plyn rovnoměrně rozdělovat na nealikvotní bázi, může se část syntézního plynu zavádět do kryogenního separátoru nebo do adsorpční jednotky k oddělování 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 synitézním plynem používaným jako palivo obsahujícím alikvotní podíl vodíku a kysličníku uhelnatého · nebo · se ho používá nezávisle jakožto paliva pro proces.

Použití 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 palivo. O^í^^^j^aňování vodíku z kysličníku uhelnatého je obzvláště výhodné při způsobu, kde je dostupné přiměřené množství kysličníku uhelnatého k uspokojení většiny požadavků procesu na· palivo. Zjistilo se, odstratem vo^díku ze syntézntoo ^plynu může ve skutečnosti zvýšit výhřevnou hodnotu zbylého produktu bohatého · kysličníkem uhelnatým.

Syntézní plyn mající výhřevnou hodnotu 11176 J má po odstranění vodíku zvýšenou výhřevnou hodnotu 11 961 J. 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 utelnaitým se proto ntože prfao vy223878 užít 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, je podrobně vysvětlen na grafu na obr. 1.

Na 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 zplynovacího způsobu. Tato přednost se maximalizuje tehdy, jestliže ztekucovací zóna produkuje jakožto meziprodukt normálně pevné ztekucené uhlí, které se veškeré zavádí do zplynovací 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 zplynovací zóny by bylo (tak vysoké, že by jednotka produkovala mnohom více vodíku a syntézního plynu jako paliva než by mohla spotřebovat, jelikož by byly podmínky podobné jako u pouhého přímého 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 zplynovací zóna neproodváděná , _v. energie účinnost = ----, zavaděna energie ^ř tepelný obsah % zaváděného uhlí 1 tepelný obsah ·/

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 zplynovací 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 předehřívací zónou a pak do reaktorové nebo rozpouštěcí zóny. Poměr vodíku к surovému uhlí je 0,62 až 2,48 a s výhodou 0,93 až 1,86 m³/kg.

TeplOfta reagujících složek v předehřívači postupně vzrůsitá, 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 hydroge dukovala 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 reiforming 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 ve způsobu se rovná vysoké výhřevné hodnotě (vyjádřené v kilojoulech] všech produkovaných paliv při způsobu podle vynálezu. Zaváděná energie odpovídá výhřevné hodnotě 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°/o 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:

tepelný obsah všech získaných paliv (veškerého paliva zaváděného do procesu

teplo potřebné \ pro výrobu kupor i váné elektrické J energie · nační a hydrokrakovací reakce. Teplo, vyvíjející se těmito exotermními reakcemi v rozpouštěči, který je dobře promícháván a udržuje se v něm rovnoměrná teplota, zvyšuje iteplota reakčních složek dále na 427 až 482 °C a s výhodou na 449 až 466 °C. Doba prodlevy v rozpouštěcí zóně je delší než v předehřívací zóně. Teplota v rozpouštěcí zóně je alespoň o 11,1; 27,8; 55,5 nebo dokonce· o 111,1 °C vyšší, než je výstupní teplota z předehřívací zóny.

Tlak vodíku v předehřívací zóně a v rozpouštěcí zóně je 7,0 až 28,0 a s výhodou 10,5 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 vodík se může zavádět mezi předehřívací a rozpouštěcí zónou a/nebo jakožto ochlazovací vodík do samotné rozpouštěcí zóny. Ochlazovací vodík se vstřikuje na různých místech v případě potřeby do rozpouštěcí zóny k udržování reakční teploty na hodnotě, kdy se předchází významnější koksovaní reakci.

Jelikož je zplynovač s výhodou tlakový a přizpůsobený k přijímání a zpracovávání vsázky ve formě . emulze, je zbytek ze dna vakuové věže ideální vsázkou pro zplynovač .a nemá se podrobovat jakékoliv konverzi uhlovodíků nebo jinému procesu, který rozrušuje suspenzi před zavedením do zplynovače. Například zbytek z vakuové pece se nemá vést ani koksovací jednotkou s prodlevou ani koksovací jednotkou fluidní před zaváděním do zplynovače pro výrobu koksového destilátu, protože produkovaný koks by pak vyžadoval suspendování ve vodě k převedení na přijatelné podmínky pro zavádění do zplynovače.

Zplynovač, přizpůsobený pro přijímání pevné vsázky, vyžaduje uzavíraitelnou násypku, a je proto mnohem komplikovanější než zplynovač pro vsázku ve formě suspenze.

Množství vody, potřebné k přípravě přijatelné a čerpatelné suspenze koksu je mnohem větší, než množství vody, které se zavádí do zplynovače podle vynálezu. Suspenze, zaváděná do zplynovače .při způsobu podle vynálezu je v podstatě prostá vody, jakkoliv se do zplynovače dávkuje řízené množství vody nebo páry nevázisle na suspenzní vsázce pro výrobu kysličníku uhelnatého a vodíku za endotermní reakce. Taito reakce spotřebovává teplo, zatímco reakce uhlíkaté vsázky s kyslíkem· k produkci kysličníku uhelnatého . produkuje teplo.

Ve zplynovacím· procesu, kde je vodík preferovaným produktem zplynování spíše než kysličník uhelnatý, jako jsou reakce, kde následuje konverze, methanační reakce nebo methanolová konverzní reakce, by bylo příznivé zavádění velkého množství vody. Avšak při způsobu podle vynálezu, kde se závažné množství syntézního plynu využívá jako palivo při procesu, se snižuje produkce vo^díku ve srovnáte s ^produ^kcí kysličníku uhelnatého, jelikož vodík a kysličník uhelnaitý mají totéž spalovací teplo.

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

Jelikož je zplynovač obecně nevhodný k oxidaci veškerého uhlovodíkového paliva do něho dodávaného a něco z něho se nevyhnutelně ztrácí jakožto koks v odstraňované strusce, pracuje zplynovač s vyšší účinností při uhlovodíkové vsázce v kapalné formě než při povné uhlíkaté vsázce, jako je koks. Jelikož je koks pevným odbouraným uhlovodíkem, nemůže být zplyněn za téměř 10⁰% tóinnosti ja^ko ^ka^pate^á u^hlovo^díková vsázka, takže se ho více ' ztrácí v roztavené strusce vytvořené ve zplynovači než v případě kapalné vsázlky do zplynovače, jelikož koks znamená zbytečnou ztrátu uhlíkatého materiálu ze systému.

Oxidace jakékoliv vsázky do zplynovače se podporuje vzrůstem teploty ve zplynovači. Proto má být ve zplynovači vysoká teplota k dosahování vysoké tepelné účinnosti při způsobu podle vynálezu. Maximální teplota ve zplynovači při způsobu podle vynálezu je 1204 až 1982 °C, s výhodou 1260 až 1760 °C a především 1316 nebo 1371 až 1760 °C. Při těchto teplotách se minerální zbytek převádí na roztavenou strusku, která se odvádí ze dna zplynovače.

Použití koksovací zóny mezi rozpouštěcí zónou a zplynovací zónou, by snižovalo účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu. Koksovací zóna převádí normálně pevné ztekucené uhlí na destilované palivo a na uhlovodíkové plyny s podstatným výtěžkem koksu. Rozpouštěcí zóna také převádí normálně pevné ztekucené uhlí na destilované palivo a na uhlovodíkové plyny avšak při nižší teplotě a s minimálním výtěžkem koksu. Jelikož rozpouštěcí zóna samotná může produkovat dostatek normálně pevného ztekuceného uhlí potřebný k dosažení optimální tepelné účinnosti v kombinovaném způsobu podle vynálezu, není zapotřebí zařazování koksovacího stupně mezi ztekucovací a zplynovací zónu. Provádění požadované reakce v jediném procesním stupni s minimálním výtěžkem koksu je mnohem účinnější než použití dvou stupňů. Při způsobu podle vynálezu je celkový výtěžek koksu, který se vyskytuje pouze ve formě menších úsad v rozpouštěcí, dobře ^po^d 1 % ^hmotnos'tn^í, vztaženo na uhh zaváděné do procesu a zpravidla, je menší než 0,1 % ^hmotnostn^ího.

Ztekucovací proces produkuje značné množství jak kapalných, tak plynných paliv pro prodej. Celková tepelná účinnost se zvyšuje použitím provozních podmínek přizpůsobených pro produkci významného množství jak uhlovodíkových plynů, · tak kapalných paliv ve srovnání s provozními podmínkami přizpůsobenými výrobě buď uhlovod^íkovýc^{h ply}n^ů samotných ne^bo samotných kapalin. Najpříklad ztekucovací zóna má produkovat ates-^po^{ň 8} neho 1° % ^hmotnostních plynných paliv s 1 až 4 ^tomy uhlíku a ales^po^ň 15 až ²⁰ %· ^hmotnosttech destilovaných kapalných 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 získává 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 minerálmch Látek a o^bsahuje m^éně než asi ^0,4 ne^bo ^0,5 % hmotnostrnc^h sír^y. Těžký benzin s 5 atomy uhlíku až s teplotou varu 193 °C se může zhodnotit na ' ' benzin prémium předběžným zpracováním a reformováním. ' Sirovodík se 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 tepelné účinnosti pro kombinovaný způsob ztekucování a zplynování bituminózního uhlí z Kentucky při teplotě v rozpouštěči 427 .až 460 °C a za itlaku vodíku v rozpouštěči 11,9 MPa. Teplota v rozpouštěči je vyšší, než je maximální teplota v předehřívací. Do ztekucovací zóny se dodává surové uhlí stálou rychtostf a mínerálm z^byte^k se recyMuje v suspenzi s destilovaným kapalným rozpouštědlem a normálně pevným ztekuceným uhlím rychlostí, která je pevná k dodržení celkového obsahu pevných látek v zaváděné suspenzi 48 % hmotnostrnch což ^je množství blízké obsahu pevných látek pro če^ate^os^ které je asi ⁵⁰ až 55 % hmotnostních.

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 minerálním zbytkem, který obsahuje nerozpuštěné organické látky, je zbytkem ze dna vakuové věže ztekucovací zóny. Tento zbytek ze dna vakuové věže je jedinou uhlíkovou surovinou zaváděnnou do zplynovací zóny a · zav^ádí se ^prímo do zptynova-cí z<5ny bez jakéhokoliv zpracování. Množství normálně pevného ztekuceného uhlí ze dna vakuové věže se mů^že měnd m^ěn^ěmm te^plot^y Gaku vodíku nebo doby prodlevy v rozpouštěcí zóně nebo měněním poměru zaváděného uhlí k recyklovanému minerálnímu zbytku. Jestliže množství ztekuceného uhlí (454 °C+) 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 oblast maximální účinnosti kombinovaného procesu, která je oko^lo ^72,4 % ve zn^ázorňovaném pHkladu.

Zplynovací systém podle křivky B zahrnuje oxidační zónu pro výrobu syntézního plynu, konverzní reaktor a jednotku pro odstraňování kyselého plynu, k převádění části syntézního plynu na produkt bohatý vo^díkem^{, přič}emž tonverzrn reaktor a jednotka k odstraňování kyselého plynu jsou kombinovány, dále zahrnuje jednotku pro odstratovarn k^yse^lého ^plynu ^pro frštěrn jiného podílu syntézního plynu pro . použití jakožto paliva a konverzní reaktor v kombinaci s methanizátorem k převádění veškerého zbylého s^yntézního plynu na dálkový plyn..

Tepelná účinnost zplynovacího systému zahrnujícího . oxidační zónu, konverzní reaktor a methanizátor ve vzájemné kombinaci je o^bv^yklé ⁵⁰ až ⁶⁵ % a je nⁱžš^í ne^ž to^pelná ^účinnos^t ztetocovactao ^procesu majícího mírný výtěžek norm^áln^ě pevtoho ztekuceného uhlí.

Oxidační jednotka ve zplynovacím systému produkuje jakožto první stupeň syntézní. plyn. Jak shora uvedeno, není syntézní plyn pokud obsahuje kysličník uhelnatý prodejným palivem a vyžaduje hydrogenační konverzi, jako je methanační stupeň nebo methanolovou konverzi pro zhodnocení na prodejné palivo. Kysličník uhelnatý je nejen toxický, má však také nízkou výhřevnou hodnotu, 'takže dopravní náklady na syntézní plyn jsou nepřijatelné při hodnocení z htedtaka výMevto ^ho^dnot^y. ^Scho^pnos^t zásobu podle vynálezu využít veškeré nebo atespo^{ň 60} °/o ho^dnot^y spalného te^pla vode ku plus obsahu kysličníku uhelnatého syntézního plynu produkovaného jakožto palivo uvnitř používané jednotky bez hydroge^ načni 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 prostředkem pro' převádění syntézního plynu nebo nealikvotního podílu jeho obsahu kysličníku uhelnatého do ztekucovací zóny, dále odstraňováním kyselého plynu a ztekucovací zóna mus^í být v^ybavena spalovací ^prost^ře^dky u^pravenými ^pro s^palovám s^yntezn^ího ptynu nebo podílu bohatého kysličníkem uhelnatým jakožto paliva bez zařazené jednotky pro hydrogenací syntézního plynu. Jestliže množství syntézmho ^plynu nem (dostatečné ^pro splnění veškerých požadavků procesu na palivo, musí být zařízení také vybaveno prostředky pro přivádění jiného paliva produkovaného v rozpouštěcí zóně, jako je těžký benzin, LPG, plynná paliva jako methan nebo etha^ ^ke sjpalovamm ^prostře^dkům v jednotce přizpůsobeným pro spalování takových paliv.

^Obr. 1 u^kazuje^, že te^pe^ln^{á úč}innos^{t k}ombinovaného procesu je tak nízká při 454 stupních Celsia + ztekuceném uhlí ve výtěžto pod ^{45 ž}e se neujplatéuje výho^da účinnosti se zřetelem na samotné zplynování při provozování kombinovaného procesu při tak vysokých výtěžcích normálně pevného ztekuceného uhlí.

Ja^k v^yplýv^á z obr. 1 nejpntomnost recyiklovaného minerálního zbytku jakožto katalyzátoru ztekucovací reakce při ztekucování vede k výtěžku 454 °C + ztekuceného uhlí v otoru ⁶⁰ % se zrátelem na uhh zavedené do procesu. Obr. 1 ukazuje, že recyklování minerálního zbytku snižuje výtěžek 454 stupňů Celsia + ztekuceného uhlí na 20 až ²⁵ . co^ž o^dpoví^dá otoru maximálrá tepelné účinnosti kombinovaného procesu. S recyklováním minerálního zbytku se může dos^áhnout: jemného nastavení výtěžto ⁴⁵⁴ °^C + ztekuceného uhlí k optimalizaci tepelné ú223878 činnosti obměňováním teploty, tlaku vodíku, doby prodlevy a/nebo poměru recyklované suspenze к zaváděnému uhlí za udržování konstantního množství pevných látek v zaváděné suspenzi.

Bod Di na křivce A udává bod chemické bilance vodíku pro kombinovaný proces. IJ 454 °C + ztekuceného uhlí ve výtěžku 15 proč, (bod D_t), produkuje zplynovač přesně potřebné množství vodíku pro proces zťeku.cování. Tepelná účinnost při 454 °C + ztokuceného uhlí ve výtěžku podle bodu Όχ je stejná jako účinnost při vyšším výtěžku 454 stupňů Celsia + ztekuceného uhlí podle bodu D₂. Při provozování způsobu v oblasti nižšího výtěžku podle bodu D_b bude rozpouštěcí zóna poměrně větší к dosažení pohřebného stupně hydrokrakování a zplynovací zóna bude poměrně malá, protože se do ní bude zavádět poměrně malé množství uhlíkatého materiálu. Jestliže se proces provozuje v oblasti bodu D₂, rozpouštěcí 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 rozpouštěcí zóna a zplynovací zóna poměrně vyvážená a tepelná účinnost se bude blížit maximu.

Bod E_;l na křivce A udává bod bilance vodíku při procesu, který zahrnuje ztráty vodíku při procesu. Bod Ei udává množství 454 °C + ztekuceného uhlí, které se musí vyrobit a zavést do zplynovací zóny к 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 uhlí produkovaného v bodu E₂ se dosahuje za stejné tepelné účinnosti jako se dosahuje v bodu Ε_υ Za podmínek v bodu Et je rozměr rozpouštěcí nádoby poměrně velký к dosažení vyššího stupně hydrokrakování požadovaného v tomto bodu a rozměr zplynované je odpovídajícím způsobem poměrně malý. Na druhé straně za podmínek podle bodu E₂ je rozměr rozpouštěče poměrně malý pro nižší stupeň hydrokrakování, zatímco rozměr zplynovače bude poměrně velký. Rozpouštěcí a zplynovací zóna jsou navzájem vyváženy vc< svých rozměrech v oblasti mezi body E₄ a E₂ (například mezi výtěžkem 454 °C + uhlí 17,5 až 27 %) a tepelné účinnosti v této zóně jsou nejvyšší.

V bodě X na spojnici EíE₂ výtěžek 454 stupňů Celsia 4- 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 E.j а 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. Avšak při výtěžku 454 °C + ztekuceného uhlí v oblasti mezi body X a E₂ 454 °C ч- 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 me-thanace, 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 palivo, a jelikož je v bodě Y zapotřobí methanační jednotky к 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 množsitví například 5, 10 nebo 20 až asi 90 nebo 100 % potřebného jako palivo pro proces. Obr. 1 však ukazuje, že výhoda tepelné účinnosti stále přetrvává, i když ve zmenšené míře, jestliže so většina syntézního plynu produkovaného využívá bez methanace к plnění požadavku procesu na palivo, jakkoliv se produkuje omezený nadbytek syntézního plynu, který vyžaduje methan-aci, aby se stal prodejným. Jestliže množství produkovaného syntézního plynu, který vyžaduje methanaci je nadměrné, jak se ukazuje v bodu Z, ztrácí se výhoda, tepelné úč nnosti podle vynálezu. Je důležité připomenout, že vzrůst tepelné účinnosti o 1 proč, u jednotek provozního rozměru podle vynálezu můžo přinést roční úspory kolem deseti miliónů dolarů.

Ztekucovací proces se má provozovat tak, aby hmoitnostní procento 454 °C i- normálně pevného ztekuceného uhlí při přepočtu na suché, do procesu zaváděné, uhlí, bylo jakoukoliv hodnotou mezi 15 a 45 °/o, výhodněji mezi 15 a 30 % a nejvýhodněji mezi 17 a 27 %'; při tomto nejtěsnějším rozmezí se dosahuje výhod tepelné účinnosti podle vynálezu.

Jak bylo shora uvedeno, procento výhřevné hodnoty vztažené na veškerou požadovanou energi pro proces, které se odvozuje od syntézního plynu produkovaného ze vsázky zavede»né do zplynovače, má být alespoň 5, 10, 20 nebo 30 °/o, počítáno na výhřevnou hodnoitu, až do 100 %; zbylá energie pro proces se odvozuje od paliva produkovaného přímo ve ztekucovací zóně a/nebo z energie dodávané ze zdrojů mimo proces, jako je elektrická energie.

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 účin223878 nosti kombinovaného procesu podle vynálezu.

Jak shora uvedeno, je v^yso^ká te^pe^ln^á účinnost spojena s mírným výtěžkem normálně 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 je^ot^ ve kter^é vehkost: roz^poušt^ěčí a zplynovali zóny jsou rozumně vyváženy, při^č&mž o^bě zóny jsou stresů vehkosti. Jestliže rozměry rozpouštěči 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 s^yn^tézrnho ^plynu po odstranění ^kyse^lého plynu do ztekucovací zóny nebo někam 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 nebo kysličníku uhelnatého, než jakých je zapotře^bí pro s^palov^ám uMovo^díkovýc^{h p}l^ynů . Jedině v takovém zařízení se dosahuje opti. mální tepelné účinnosti. Proto je tato charakteristika zařízení rozhodující, jestliže má mít zařízení objevenou optimální tepelnou účinnost podle vynálezu.

Mírné a poměrně vyvážené operace, jak popsáno, se dosahuje mnohem snadněji, jestliže se v rozpouštěči nechá ustavit reakční rovnováha bez jakéhokoliv potlačování nebo podporování reakce. Například hydrokrakovací reakce nemá probíhat do té míry, aby vznikalo jen velmi málo normálně pevného ztekuceného uhlí, nebo aby nevznikalo vůbec žádné normálně pevné ztekucené uhlí. Na druhé straně se hydrokrakovací reakce nemá příliš potlačovat, jelikož při příliš vysokém výtěžku normálně pevného ztekuceného uhlí by se ostře snižovala 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 chladicího vodíku, než je zapotřebí při takovém vzrůstu teploty. To by snižovalo tepelnou účinnost v důsledku nutnosti vyrábět větší množství vodíku, než jakého by bylo jinak zapotřebí a vyžadovalo by to _ tedy nákladů na přídavnou energii ke· stlačování nadbyt ku vodíku. K zábraně rozdílnému . vývoji teplot v předehřívací zóně a v rozpouštěči zón^ě se mů^že v ^edehnv.am zóně nechat vzrůst .teplota, čímž se. ruší jakýkoliv vývoj rozdM ^te^plo^t v ^přede^hřívac^í a roz^pouš^těčⁱ zóně, to by však vyžadovalo použití více paliva v předehřívací zóně. Proto se zdá, že jakákoliv opatření, k udržování teploty v předehřívací a rozpouštěčí zóně by působila nepříznivě na ztekucovací reakci .a snižovala by te^pelnou úmnnost procesu.

Při procesu produkovaný minerální zbytek sestává z hydrogenačního a z hydrokrakovacího katalyzátoru a z jejich recyklu uvnitř procesu ke vzrůstu jeho koncentrace, co^ž vede ^ke vzrůste rea^kční rychtestt, ^která má sklon přirozeně probíhat, čímž se snižuje potřebná doba prodlevy v rozpouštěči zóně a/nebo se snižuje potřebný rozměr rozpouštěcí zóny. Minerální zbytek je suspendován v produkované suspenzi ve formě velmi malých částic a o rozměru 1 až 20 mikrometrů; malá velikost částic pravděpodobně podporuje jejich katalytickou aktivitu. Recyklování katalytického materiálu silně snižuje množství potřebného rozpouštědla. Proto recyklování produkovaného minerálního zbytku v suspenzi s destilovaným kapalným rozpouštědlem ve vhodném množství pro vytváření vhodné rovnovážné katalytické a^itivity 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 zvýšení odstraňování síry a ^kys^líku. Ja^k v^yplývá z o^br. 1 ²⁰ až ²⁵ proč. 454 °C + uhlí poskytuje v podstatě maximální tepelnou účinnost kombinovaného ztekucovacího a zplynovacího procesu podle vynálezu. Podobného stupně hydrokra^kovám se nemůže uspolkopvě dos^hnoui^ jestliže se teplota v rozpouštěči zóně nechá vzrůst bez omezování exotermními reakcemi probíhajícími v této zóně, protože by docházelo k nadměrnému koksování.

Použití venkovních katalyzátorů . při ztekucovacím procese 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 sítu. 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 speciáln^{ě k} zfelrání normáhiě pevného zte^kucen^ého uhlí a vyžduje se, aby se veškeré získané normálně pevné ztekucené uhlí bez jakéhokoliv ztekuceného uhlí nebo uhlovodíko223878 vých plynů zavádělo do zplynovací zóny. Proto je nezb^ytne, ab^y jakákoliv jedlnotka mající popsanou křivku optimalizace účinnosti byla vybavena vakuovou destilační věží, s výhodou zároveň s destilační věží pracující za· tlaku okolí, k 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 zplynovači zóny zavádí ztekucené uhlí, dochází ke snížení účinnosti, jehkož na rozdíl od normálně pevného ztekuceného uhlí je ztekuccné uhlí palivem prémium. Ztekucené uhlí spotřebovává při své výrobě více vodíku než normálně pevné ztekucené uhlí. Tento navíc spotřebovaný vodík obsažený ve ztekucertem uhlí ^{by při}cháze^l nazmar v oxtacčm 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 18 do m'sicí nádrže 12 pro suspenzi, kde se míchá s horkou recyklovanou suspenzí obsahující rozpouštědlo z procesu zaváděnou potrubím 14. Recyklovaná směs suspenze obsahující roz^pou^št^ědlo v mno^žstv^í 1,5 až 2,5 ^{dílů h}mot nostních suspenze na. jeden díl uhlí v potrubí' ^16, se ^čer^pá ^písiovým ^čer^pa^dlem ¹⁸ a po přimíšení recyklovaného vodíku, zaváděného potrubím 20 a upraveného vodíkn zavád^ěn^ého ^potru.b^ím ^{92 p}řed ^průc^hodem válcovou předehřívací pecí 22 se z válcové předehřívací pece 22 zavádí potrubím 24 do rozpouštěče 26. Poměr vodíku ke z^pracov^ávan^ému uhH je asi I/2⁴ nTVkg.

Teplota reakčních složek při výstupu z válcové předehřívací pece 22 je asi 371 až 404 °C. Při této · teplotě · e uhlí částečně rozpuštěno 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 toptata a te^plo, vyv^epcí se při hy^drotoakovamch reakcuta v roz^pou^{štěči 26} zv^yšuje te^plo^tu reakcmch stažek na ⁴⁴⁹ až 466 °C. Chladicí vodík, zaváděný potrubím se vstřikuje do rozpouštěče 26 na různých místech k řízení reakční teploty a ke zmírňování důsledků exotormních reakcí.

Výtok z rozpouštěče 26 se 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 frakclonační jednotky 36 pracu j^íc^í za tlaku otoh. Netondenzovaný ptyn 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 ^k oďstraněrn sirovo^díku a kyshernku uhličitého. Získá se sirovodík a převádí se na elementární síru, která se z procesu odvá^{dí p}o^trub^ím ⁴⁹. Část v^yči^štěn^ého ^plynu se vede potrubím 42 pro další zpracování do kryogenní jednotky 44 k odstranění methanu a ethanu jakožto dálkového plynu, který se odvádí potrubím 46 a k odstranění propanu a butanu jakožto LPG, který se odvádí potrubím 48. Vyčištěný vodík, s čistotou 90%, v potrubí 50 se mísí se zbylým plynem po odstranění kyselých podílů v potrubí ⁵² a ^pře^dstavuje recyklovaný vodík pro proces.

Kapalná suspenze z odělovacího systému 33 pro páru a kapalinu se vede potrubím ⁵⁶ a roz^děluje se na ^dva hlavrn ^prou^dy 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 60 do írakcionační jednotky 36 pracující za tlaku okolí pro od^dělern většiny ^produkt^ů 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 zbytek ze» dna potrubím 66. ^Zbyte^k ze dna se ^potru^bím ⁶⁶ zavádí do vakuové destilační věže 68. Teplota produktu zaváděného do írakcionační jednotky 36 se normálně udržuje · tak, aby byla dosta^tecn^ě vysoká a aby nebyte nutn^é přídavné p^ře^de^hřív^ám, ^krome ^edehhvtoí na zac^átku 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 73 představuje hlavní část topného oleje produkovaného procesem a odvádí se potrubím 72. Produkt v potrubí 72 obsahuje destilát palivového oieje 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 rec^yklovaný ^pro^dukt pružnosti procesu tím, že umožňuje měnit pomě? roz^pou^štědla ^k rec^yklované suspenzi, takže tento poměr není pevně daný · pro ^daný proces materiátem zaváděným potru^bím ⁵⁸. PotruWm ⁷³ vedený rec^yklovan^ý produkt mů^že tato ztepšovat ^čerpatelnost suspenze.

Produkt ze dna vakuové destilační věže obsahuje veškeré normálně pevné ztekucené uhlí, nerozpuštěné organické látky a minerá^ ^po^díl a je ^prost jakétoliv destilátové kapaliny a uhlovodíkových plynů; vede se . potrubím 74 do zplynovače 76 k par223878 ciální oxidaci. Jelikož je zplynovač 76 uzpůsoben k přijímání a zpracovávání uhlovodí^kové suspenze, nemá ^být zařazován ^žádný ^konverzm sto^peň ^pro u^hlovo^díky mezi vakuovou destilační věž 66 a mezi zplynovač ⁷⁶ ja^ko je na^př^íklad ^ko^ksovací jednotka^ který ^by rozrušoval suspenzi ta^kže ^{by by}lo nutné opětovné suspendování ve vodě.

Množství vody, nutné pro suspendování ^ko^ksu je v^ětší ne^ž mno^žství vo^dy o^bv^ykle nu^tn^{é p}ro zptynova^ ^ta^kže ^by se sntéovala ú^činnos^t z^plynovače mnofetvím te^pla s^po^tře^bov^ávan^ého pro o^dpařovárn nad^bytku vody.

Pro zplynovač 76 se připravuje dusíku prosty kyslík v ^kysl^íkové je^dnotce ⁷⁶ a zavádí se do zplynovače potrubím 60. Pára se dodává do zplynovače · 76 potrubím 62. Veškerý minerální obsah do procesu zaváděného uhlí potrubím 10 se odvádí z procesu jakožto inertní struska potrubím 64, které odvádí strusku ze dna zplynovače 76.

/Syntézní plyn se produkuje ve · zplynovači ⁷⁶ a je^ho část se ve^de ^potru^bím ^{66 d}o konverzního reaktoru 66 pro konverzi konverzm reakci pH ^kter^{é p}ara a kyshCnft uhelnatý se převádějí na vodík a kysličník uhličitý, načež se v jednotce pro odstraňování kyselého plynu 69 odstraňuje sirovodík a kysličník uhličitý. Získaný vodík vy^čištěný na ⁹⁰ · až 100% čistotu se ^pak stla^čuje na ^provozn^í Uak ^kom^presorem 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 zplynovačí 76 teplo, což se nepovažuje za spotřebu energie v rámci procesu, ale spíše za rea^kčm tepta ^po^tře^bn^é pro výrobu syntézního plynu jakožto reakčního produktu.

Rozhodujram zna^kem v^yn^álezu ^je ^že množství syntézního plynu, produkovaného ve zplynovací 76, je dostatečné nejen pro ^do^dáv^ání vešker^ého molekutérního vodfau pro proces, ale také · pro dodávání bez me^thanační^ho stu^pn^ě 5 a^{ž 100} % vešker^ého ^te^pla a ener^gie pro ^proces. ^Za tfmto táetem se ^část s^yntézního ^plynu, která se nezav^ádí 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 se vede potrubím 98 do bojleru 100. Bojler 100 je vybaven prostředky pro spalování syntézrnho ^plynu jako^žto ^pahva. ^Voda te^če do bojleru potrubím 102 a převádí se v bojleru 100 na páru, která se odvádí potrubím 104 pro dodávání energie procesu, jako například k pohánění pístového čerpadla 18.

Odd^ěleⁿý prou^d syntézního ^plynu z jednotky 96 k odstraňování kyselého plynu se · vede potrubím ¹⁰⁶ do v^álcov^é ^etehHvací ^peče 22 kde se ho využívá jakožto paliva. Syntézního plynu se může podobně používat v kterémkoliv jiném místě procesu vyžadujícím palivo. Jestliže syntézní plyn nesplňuje vederou ^po^tře^bu pahva ^pro ^proces, m^ůže se z^byte^{k p}ahva a ener^gie požadované ^procesem dod^ávat ve formě ja^kéhokoliv ne^prémⁱov^ého pahva 'připraveného pnmo ve ztekucovací zóně. Jesttliže je to ekonomič^tějsí^, m^ůže· se určká část ener^gie ne^bo ve^škerá energie pro proces, která se odvozuje od syntézního plynu, odvozovat od neznázorněného zdroje mimo proces, jako například od elektrické energie.

^přídavný syntézm ^plyn se m^ůže vést potrubím 112 do konverzního reaktoru 114 ke zvýšení poměru vodíku ke kysličníku uhelnatému z ^0,6 na 3. Směs^, obohacená volkem 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 te^pe^lné ^mnosti ^po^dle vynálezu.

Část vyětéténého ^ntézrnho ^ptyn.u se vede potrubím 122 do kryogenní separační jednotky 124, kde se navzájem oddělují vodík a kysličník uhelnatý. Místo kryogenní se^pai^ační jednotky se může použít adsorpční jednotky. Produkt, bohatý vodíkem, se odvádí potrubím 128 a může se mísit s upraveným vodíkem v potrubí 92 a pak se může nezávisle zavádět do ztekucovací zóny nebo se m^ůže ^pro^dávat jako^žto ^produkt procesu. Produkt, bohatý kysličníkem uhelnatým se odvádí potrubím 128 a může se mfeit; se syntézrnm ^pl^ynem pou.nvaným jakožto provozní · palivo, v potrubí 98 nebo v potrubí 106 nebo se může prodávat nebo se může nezávisle používat jakožto provozní palivo nebo jakožto chemická surovina.

^Obr. ² ukazuje^, že zjjtynovam sekce je při způsobu podle vynálezu dokonale zabudována do ztekucovací sekce. Veškerá surovina zav^ád^ěná do z^plynovac^í 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 l

Surové bituminózní 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 čer^pá s^polu s vo^díkem v^yhřátou ^prostý to^pný otej obsahujfcí ^0,3 % ^hmotnostní síry, který ' je vhodný pro elektrárny a pro průmyslové závody.

Výtěžek hydrogenačního (rozpouštěcího) stupně % hmotnostm vztažená na hmotnost suchého uhlí předehřívací zónou do rozpouštěcí zóny.

Množství vodíku se zřetelem na uhlí je 1,24 m³/kg.

Teplota reakčních složek ve výstupu z předehřívací zóny je asi 371 až 399 °C. V tomto bo^du je uhh částečně roz^pu^štěno v recyklované suspenzi a právě začínají exotermní ^hydrogenačm a ^hydro^kra^kovací reakce. Te^plo^, v^yv^íjej^íc^í se pH tetoto reakcích v rozpouštěcí zóně, dále zvyšuje teplotu reatoních stežčk: na ⁴³⁸ až ⁴θ6 °C. Ochlazovaní vodík se vstřikuje na různých místech rozpouštěl zón^{y k}e srnžem účinto exotermních reakcí.

Produkt z rozpouštěcí zóny se vede systémem pro rozdělení produktu, který zahrnuje destilační věž pracující za tlaku okolí a destilační věž pracující za vakua. 454 °^C + z^byte^k z va^kuov^é destHacm věže představuje veškerý nerozpuštěný minerální z^byte^{k pl}us veštoró norm^álně pevn^é ztekucené uhlí prošité ztekuceného uhlí a uhlovod^íkovýc^{h ply}n^ů a ve^de se ^do z^plynovače produkovaného kyslíkem. S^yntézní plyn, produkovaný ve zplynovačí, má poměr vodíku ke kysličníku uhelnatému asi 0,6 a ve-de se do konverzního reaktoru, kde se pára a kysličmk u^he^lna^tý ^převá^děj^í na vo^dík a kysltční^k uHrc^ nače^ž se ve^de ^do je^dno^tky k odstraňování kyselých plynů, kde se z něho odstraní ' kysličník uhličitý a sirovodík. Vodí^k o ⁹⁴% mstete se ^pa^k stlatoje a zavádí se jako upravený vodík do předehřívací a rozpouštěcí zóny.

Při způsobu podle tohoto příkladu je . množsM u^hlovo^díkov^ého materiály zavá^děné do zplynovací zóny, dostatečné ke splnění požadavků procesu na vodík v to počítaje provozní ztráty vodíku, a k dodání 5 %' veštoró ener^gie požadovaite 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.

Při způsobu se zpracovává uhlí tohoto chemického složení:

bituminózní uhlí Kentucky

	% hmotnostm (vz>tažená na suché uhlí)
uhlík	71,5
vodík	5,1
sína	3,2
dusík	1,3
kyslík	9,6
popel	8,9
vlhkost	—

Ve ztekucovací zóně vznikají dále uvedené produkty. Je jasné, že ztekucovací zóna produkuje jak kapalný, tak plynný produkt vedle ⁴⁵4 °C + ztytau obsahujfcmo popel.

Hlavmm pro^du^ktem procesu je popele

plyn až C4	16,2
těžký . benzin (193 °C)	11,6
destilát topného oleje (193 až 454 °C) 31,6
pevné ztekucené uhlí (454 °C+)	17,7
nerozpuštěné organické látky	5,4
minerální látky	9,3
sirovodík	2,1
kysličník uhelnatý + kysličrnk uhličitý 1,9
voda	7,8
amoniak	0,9
celkem	104,5
spotřeba vodíku (% hmotnostní)	4,5
V následující tabulce jsou uvedeny vý-
těžky produktů zívajících pro	prodej po
odečtení paliva potřebného pro	závod.
Výtěžek produktů
Rychlost zaváděného uhlí jakožto
suroviny (přepočteno .na sušinu)
(kg/d)	27,2 χ 106
Produkty:
dálkový plyn (mm m3/d)	0,66
LPG (m3/d)	2563
těžký benzin (m3/d)	2874
dessilát topného oteje (m3/d)	6497
V následující tabulce je uvedena. zavádě-
ná energie, odváděná energie a	tepelná · ú-
činnost kombinovaného způsobu	podle vy-
nálezu.
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
celkem	842 844,70
Získáno
dálkový plyn(1)	32 188,12
LPG	89 727,31
těžký benzin	137 213,99
destilát topného oleje	347 194,57

celkem 606 324,00

Tepelná účinnost (procenta) 71,9 * vztaženo na tepelnou účinnost elektrárny %

^U) 48 525 ^Jkg/m³

Tepelná účinnost procesu

Tento příklad ukazuje, že v případě, kdy kombinovaný způsob ztekucování a zplynování pracuje tak, že množství uhlovodíkových látek, vedených ze ztekucovací zóny do zplynovací zóny je úměrné tomu, aby se ve zplynovací zóně vyrábělo dostatek syntézního plynu k uspokojení požadavků procesu na vodík a jen asi 5 % celkových požadavků 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 se stejného bituminózního uhlí Kentucky s tou výjimkou, že množství uhlovodíkových látek, zaváděné ze ztekucovací zóny do zplynovací zóny, je přizpůsobené tak, aby zplynovací zóna produkovala veškerý vodík potřebný pro proces plus syntézní plyn v množství kryjícím 70 % celkového požadavku procesu na energii při spalování syntézního plynu přímo v procesu.

Přehled produktů . ze ztekucovací zóny:

% hmotnostní vztažená na hmotnost suchého uhlí

12,8

9,9

28,8 ~ ² ₅’₅“

5,5*1

9,3

2,0 plyn Cj až C₄ těžký benzin (193 °C) destilát topného oleje (193 až 454 °C) pevné ztekucené uhlí (454 ⁰C+) nerozpuštěné organické látky minerální látky sirovodík kysličník uhličitý + kysličník uhelaatý 1,8 voda7,7 amoniak0,7 čolkem103,8 spotřeba vodíku3,8

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

Výtěžek produktů ........

Rychlost zavádění uhlí jakožto

suroviny (přepočteno na suché uhlí) (kg/d) 27,2 x 10«

Produkty:

dálkový plyn (mm m-3/d)2,16

LPG (m³/d)2026 těžký benzin (m³/d)2453 destilát topného oleje (^T³/^/d)5921

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

Zavedeno uhlí (27,24 x 106 kg/d) elektrická energie (132 megawatů) mm J . kg/d

809 768,98

075,72 čolkem 842 844,70

Získáno dálkový plyn·/'¹¹

LPG těžký benzin destilát topného oleje

106 193,99

895,08

117 104,78

316 434,15 celkem 610 628,00

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

Tepelná účinnost 72,4 % podle tohoto příkladu je větší než 71,9 % tepelné účinnosti podle příkladu 1, přičemž se při způsobu podle obou příkladů používá téhož bitumínózního 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 % na rozdíl od 5 % energie požadované procesem. Připomíná se, že provozní zařízení s kapacitou zaváděného uhlí podle tohoto zařízení vykazuje při 0,5% rozdílu tepelné účinnosti roční úspory okolo 5 miliónů dolarů.

Příklad 3

Používá se kombinovaného ztekucovacího a zplynovacího procesu, který 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 Ct až C2 plynu, produkovaného ve ztekucovací zóně.

Přehled produktů ze ztekucovací zóny % hmotnostní vztažená na hmotnost suchého uhlí plyn Qt aiž C412,8 těžký benzin (193 °C)9,9 destilát topného oleje (193 až 454 °C)28,8 pevné ztekucené uhlí (454 °C+)25,3 nerozpuštěné organické látky5,5 minerální látky9,3 sirovodík2,0 kysličník uhelnatý + kysličník u^iličltý ,8,8 voda7,7 amoniak0,7 celkem103,8 spotřeba vodíku 3,8 % cenové ^potře^bné energie ^pro ^proces při přímém spalování v procesu.

^při způso^bu se z^pracov^ává uhlí tohoto chemického složení:

V následující tabulce jsou uváděny výtěžky produktů zbývajících pro prodej po odčtem ^paliva ^potře^bné^ho ^pro z^ávod.

Výtěžek produktů

Rychlost zaváděného uhlí jakožto surovin^{y p}ře^počteno na sušinu (kg/d) 27,2 χ 106

Produkty:

^dál^kový ^plyn (mm m³/d)2,21

LPG (m³/d)2026 tě^žký ^benzín (m^3/d)2453 destilát to^pn^ého oleje (m³3d)5921

V následující tabulce je uvedena zaváděná energk-;, otiv^ád^ěná ener^gie a te^pelná úfrnno^ ^kom^binovan^ého z^působu ^podle v^ynálezu.

Tepelná účinnost procesu

Zavedeno uhlí (27,2 χ 106) elektrická energie (132 megawatů) mm J. kg/d •*$ý · (

809 768,98

075,72 celkem 842 844,70 mm J. k^g/d

Získáno dálko^{vý p}l^yn^{* (1)} 85 276,75

LPG 70 895,00 těžký benzin 117 104,77 destilát topného oleje 316 434,15 celkem ^9 710,7⁵

Te.pelná účinnost procesu (procenta) ' 70,0 ⁽¹⁾ 38;539^,5 · J. k^g/m³

Zatímco ' při · způsobu podle . příkladu . 1 a 2 je· tepetaá . činnost .71^,9 a 7^2,4 % ^pro ^případy,·· kdy nadbytek vyrobeného · syntézního plynu je množstvím potřebným· pro získání vodíku pro ·· proces a zbytek syntézního plynu se využívá jakožto palivo pro proces, jev^í se te^pelná ricinnost ·⁷0,⁰ % ^podle to^hoto příkladu jakožto nevýhodná, jelikož se vyrábí nadbytek syntézního plynu, který se musí zhodnocovat hydrogenací na obchodní prodejné palivo místo aby se s^pálil přímo v závo^dě.

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 Vírginia 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 syntéznfto pl^ynu ^k dodám

Uhlí ze žíly West Vírginia Pittsburgh % hmotnostrn (vztažená na suché uhlí) uhlík vodík síra dusík kyslík popel

57,4

4.5

4.2

1.2

7^.5

15^,1

Přehled produktů ze ztekucovací zóny % hmotaostní vzta^žená na hmotnost suchého uhlí plyn C_t až C417,5 těžký benzin (193 °C)10,5 destilát topného oleje (119-a-ž 554 ^OC )26,3 pevné ztekucené uhlí (445 °O+)18,0 nerozpuštěné organické látky6,8 minerální látky15,1 sirovodík3,0 kysličník uhelnatý + kysličník ubihčhý 1,2 voda5,7 amoniak0,5 celkem104,7 spotřeba vodíku4,7 ^V náSle^ujíc^í tabutee jsou uv^áděn^y výtěžky produktů zbývajících pro prodej ý po odečtení paliva potřebného pro závod.

Výtěžek produktů

Rychlost zav^áděrn uMí jia^kožto suroviny (přepočteno na sušinu) (k^g/d) 27^,2 ^χ 10⁶

Produkty:

^dál^kový ^pl^yn (mm m^3/d)0^4

LPG (m³/d⁾2769 ^těžký benzin (m³/^d)2626 destilát to^pného oleje (m³/cl)

V následující tabulce jo uvedena zavedená energie, odváděná energie a tepelná účinnost kombinovaného způsobu podle vynálezu.

Tepelná účinnost procesu

Zavedeno uhlí (27,2 χ 106 kg/d) elektrická energie (132 megawatů) mm J. kg/d

768 382,47

075,72 celkem 801557,19 mm J. kg/d

Získáno dálkový plyn 36 052,53

LPG 96 903,43 těžký benzin 125 386,28 destilát topného ' oleje 288 964,56

Výtěžek produktů

Rychlost zavádění uhlí jakožto suroviny (přepočteno na sušinu) celkem 847 503,53

Tepelná účinnost (procenta) 35,5

P ř í k 1 ia d 8

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 k dodání 57 % 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 Cf až C413,0 těžký benzin (145 °C)4,5 destilát topného oleje [145 a - 844 0 )85,1 pevné ztekucené uhlí (484 °C+)21,7 nerozpuštěné organické látky3,8 minerální látky18,1 sirovodík2,4 kysličník uhelnatý + kysličník uhličit)1,3 voda8,4 •amoniak0,4 celkem104,2 spotřeba vodíku4,2

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

(kg/d) 27,2 x 10⁶

Produkty:

dálkový plyn (mm m5/d]1,55

LPG (m³/d)2200 těžký benzin (m³/d)2425 destilát topného oleje (m³/d)8130

V následující tabulce je uvedena zavedená energie, odváděná energie a tepelná účlnnost kombinovaného způsobu podle vynálezu.

. ..· ··

Tepelná účinnost procesu mm J. kg/d Zavedeno uhlí (27,2 - x 10⁶ ) 768 382,47 elektrická energie (152 megawatů) 33 077,72 celkem 631456,19 mm J. kg/d Získáno dálkový plyn 89 258,54

LPG 76 999,73 těžký benzin 115 924,11 destilát topného oleje 275 780,78 celkem 887 432,23

Tepelná - účinnost (procenta) 34,3

Tepelná účinnost při způsobu podle - tohoto příkladu je vyšší než tepelná účinnost při způsobu popsaném v příkladu 4, přičemž se při způsobu podle obou příkladů používá stejného uhlí z pittsburghské žíly, rozdíl tepelné - účinnosti je 1,5 %. Vyšší - tepelná - účinnost podle tohoto příkladu ukazuje výhody dodávání do - zplynovače - - dostar tečného množství 484 °C + ztekuceného uhlí, aby zplynovač dodával veškerý vodík potřebný pro proces plus výhodněji 57 % než 8 % veškeré potřebné energie pro proces za přímého spalování syntézního plynu.

Claims (8)

1. Způsob kombinovaného ztekucování a zplynování uhlí, při kterém se zavádí minerální látky obsahující uhlí, vodík, recyklované rozpuštěné kapalné rozpouštědlo, recyklovaný produkt z uhlí o teplotě tání nad 484 °C a recyklovaný minerální zbytek do zóny pro ztekucování uhlí ke ztekucení 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 484 °C a suspendovaný minerální zbytek, destilující kapalina a uhlovovynAlezu dikové plyny se oddělí od suspenze obsahující produkt z uhlí o teplotě tání nad 484 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 484 °C a minerální zbytek ze ztekucovací zóny a v podstatě prostá ztekuceného kapalného produktu z uhlí a - uhlovodíkových plynů se zavádí do zplynovací zóny, která obsahuje oxidační zónu pro konverzi uhlovodíkového materiálu na syntézní ^plyn, část syntézního plynu se převádí konverzí na plyn bohatý vodíkem, který se zavádí do ztekucovací zóny jakožto reakční vodík, vyznačený tím, že se do zplynovací zóny zav^{ádí d}ostatécn^é množství u^hlovo^díkov^ého materiálu pro výrobu přídavného množství syntézního plynu nad množstvím potřebným pro výrobu reakčního vodíku, přičemž celkový o^bsah s^paln^ého té^pla té^hoté phdavn^ého mno^žství s^yntézn^ího ^plynu je 5 až 100 proč., vztaženo na teplo celkové energie potřebné pro proces, a toto přídavné množství syntézního plynu se při procesu spaluje»,

2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že veškerý obsah spalného tepla znamená alespoň ¹⁰ %, ^po^čítáno na tépetéou bázi, veškerého požadavku procesu na energii.

3. Způso^{b p}o^dle ^bo^du ¹ v^yzna^čený tfm, že suspenze zaváděná do zplynovací zóny obsa.hu^je 15 až 45 %' hmoímostmch produR tu z uhlí o téptété tém nad 454 °C, vztaženo na zaváděné uhlí.

4. Z^působ ^podle ^bo^du 1 v^yznačený tm že se ze zplynovací zóny odstraňuje minerální zbytek ve formě strusky.

⁵. ^Způsob podté ^bo^du 1 v^yzna^čený itm že se spaluje přídavné množství syntézní^ho ^pl^ynu obsahujtétoo atéspo^{ň 60} % molových cel^kov^ého o^bsahu ^kyshčníku u^helnatého a vodíku.

6. ^Způso^b podte ^bo^du 5 v^yzna^č&ný tím, že se aiespo^{ň 70} '% motévým ^shčntou uhelnatého a vodíku, obsažených v přídavném syntézním plynu, spaluje jakožto palivo při procesu.

7. ^Zp^ůso^{b p}o^dle ^bodu ⁵ v^yzna^čený tm že se ates^po^{ň 80} % molovým kysličníku uhelnatého a vodíku, obsažených v přídavném syntézním plynu, spaluje jakožto palivo při procesu.

8. Způsob podle bodu 5 vyznačený tím, že molový poměr vodíku ke kysličníku uhelnatému v přídavném syntézním plynu je menší než 1.

9. ^Způso^{b p}o^dle ^bodu ⁵ významný tm že motévý poměr vodíku ke ^kysličrnku uhelnatému v přídavném syntézním plynu je menší než 0,8.

1° ^Způso^{b p}o^dle ^bodu ⁵ v^yznacený tm že se ve zplynovací zóně udržuje teplota maximálně 1204 až 1982 °C, s výhodou 1371 až 1982 °C.