CS226410B2 - Method of and apparatus for preparing liquid and gaseous fuel from oil shale and coal - Google Patents

Description

SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA (Ml POPIS VYNALEZU K PATENTU 226410 (11) (B2) (51) Int. Cl.5 C 10 G 1/00 (22) Přihlášené 08 04 80(21) (PV 2377-80) -o (40) Zverejnené 30 04 82 OlAO PRO VYNAIOT (45) Vydané 15 05 86 A OBJSVY (72) (73)

Autor vynálezu MICHÁLEK ONDŘEJ ing., MAŤAŠ MICHAL ing. DrSc., THOMES ONDŘEJa současná ing., BRATISLAVA majitel patentu (54) Sposisb výroby kvapalných a plynných paliv z olejnatých břidlic a uhliaa zariadenie na prevádzanie sposobu 1

Vynález rieši sposob výroby kvapalných aplynných paliv z olejnatých břidlic a uhliaako surovin a zariadenie na prevádzanie tej-to výroby.

Riešený problém je predmetom mnohýchúvah a patentov, ako i experimentov, avšakdoteraz nebol realizovaný žiadny projekt e-konomicky zásadného významu.

Hlavnou příčinou je všeobecne nízký ob-sah hořlaviny v bridliciach, vačšinou pod10 % váhových, čo při výfažkoch například80 % a pri vlastnej potrebe značnej časti vy-robeného paliva dává možnú výrobu kvapal-ných a plynných paliv 4 + 7 % na spraco-vanú bridlicu. U bohatých břidlic to možebyť podstatné viac, avšak výskyt bohatýchbřidlic je malý, naproti tomu uvedené chu-dobné břidlice sa vyskytujú v prakticky ne-obmezených množstvách.

Aby výroba paliv z břidlic dosiahla e-konomický význam, musia byť postavené vý-robně jednotky o kapacitě řádové 1 000 t/hkvapalných paliv. U doteraz známých technologií najčastej-šie sú hořlavé podiely vyháňané horúcimplynom ako teplonosným médiom, přetlače-ným cez vrstvu drtenej suroviny, čo je mož-né uskutočniť za čiastočného spalovaniahořlaviny v retorte, alebo neoxidačným tep-lonosným médiom. Palivo, obsiahnuté v su- 2 rovině, sa za teplot 400 + 600 °G prevažneodpaří a vysokomolekulárne uhlovodíky satepelne štiepia na lahšie podiely, ktoré pre-chádzajú do parnej fázy a odchádzajú s tep-lonosným médiom spolu s proste odpařenýmpalivom. Teplo sa spotřebuje na ohřev, od-parenie a čiastočné štiepenie prchavých pa-liv, odparenie obsahu vody a na ohřev anor-ganické} hmoty suroviny, ktorá odchádzaako odpad. Doterajšie publikované riešenievyužitia břidlic sú vačšinou kontinuálně, sprotiprúdom břidlice a teplonosného, príp.spaťovacieho plynu vo válcových retortách,ich kapacity sú však váčšinou zodpoveda-Júce dimenziám poloprevádzok.

Riešenie retort je zamerené hlavně na do-siahnutie rovnoměrného toku hmot cez prie-rez, čo v dimenziách, navrhnutých a realizo-vaných pře presadenie niekolko ton/h břid-lice, je konstrukčně i prevádzkovo zvládnu-té, avšak extrapolácia na sto až niekolko-tisícnásobnú kapacitu sa podlá dostupnýchinformácií doteraz nevyskytla. Hlavnou pří-činou obtiažnosti zvačšovania na potřebnékapacity je nerovnoměrný charakter prie-toku hmot vo velkých retortách a v obtiaž-nosti presadenia velkých kubatúr plynu cezretorty. Z velkého počtu patentov ako typické rie- šenie možno označit U. S. pat. č. 3 736 247, po- 226410 226410 pisujúci proces vo vertikálně] retorte za kon-tinuálneho zostupujúceho prúdu drtenejbřidlice, pričom teplo na proces sa získáváspalováním v retorte časti uvolněného pali-va vo dvoch zónách. Spaluje sa i zvyšok u-hlíka na odpadnej břidlici. Tento sposob bolodskúšaný v retorte, predstavujúcej modifi-káciu pece na pálenie vápna o kapacitě 200t/d.

Technicky zaujímavé je riešenie ohřevubřidlice pevným teplonosičom.

Podstata vynálezu představuje sposob vý-roby kvapalných a plynných paliv z olejna-tých břidlic a uhlia, drteného na vel'kosť zfn6 + 30 mm desorbciou za teplot optimálně480 — 540 °C v kontinuálně pracujúcej re-torte, v ktorej surovina prúdi vertikálně cezretortu obdížnikového prierezu a horizon-tálně cez zostupujúcu vrstvu sú cez ňu ve-dené tri prúdy teplonosného plynu, ktorýmje vlastný plynný produkt. Do spodnej častiretorty vstupuje chladný teplonosný plyn,ktorý odoberie teplo z vydesorbovanej su-roviny. Ako zdroj tepla pre proces v retorteje privádzaný horáci teplonosič do hornejčasti dolnej zóny retorty. Oba tieto prúdypo přechode cez vrstvu suroviny v dolnejzóně retorty sú vedené do hornej zóny re-torty, v ktorej sa surovina predohreje a vpodstatě sa vydesorbujú z nej hořlavé po-diely. Oba vstupné prúdy teplonosiča vystu-pujú spolu so zmesou desorbovaných palivz hornej zóny retorty a sú vedené do spod-nej časti separačnej kolony, v ktorej sa pria-mym stykom s viacstupňovou protiprúdnousprchou chladného oleja skondenzujú a ab-sorbujú uhlovodíky nad Cs až C6 a vrchomkolony odchádzajú plyny. Z oleja, odvádzané-ho zo spodnej časti kolony, sa za vákua vodparke adiabaticky odparia uhlovodíky,zodpovedajúce obvyklej frakcii primárnéhobenzínu z ropy. Páry týchto uhlovodíkov súpřed kondenzáciou komprimované na atmos-férický aiebo mierne zvýšený tlak.

Ako kondenzačně a chladiace médium vseparačnej kolóne sa používá ťažká frakciavyrobeného paliva. Pre uvedený sposob vý-roby sa použije retorta, ktorej horizontálnyprierez je štvoruholník, ktorého dve proti-lehlé steny sú převedené ako žalúzie pre ho-rizontálny vstup teplonosiča na jednej stra-ně a výstup teplonosiča a produktov na dru-hej straně. Pre jednotlivé prúdy na vstup avýstup sú na žalúzie připojené rozvádzaciea zberné komory.

Surovina vstupuje do retorty cez hornýturniket a odpad z nej vystupuje cez dolnýturniket. Pre separáciu kvapalných a plyn-ných produktov je použitá viacstupňová spr-chová kolona, z jej dna odchádza obiehajúciolej na vrch vákuovej odparky pre odpare-nie benzínovej frakcie. Výstup pár z vákuo-vej odparky je zapojený na saciu stranukompresora pre zvýšenie ich tlaku předvstupom do kondenzátora. Pre oběh chla-diaceho oleja je na spodnú časť vákuovejodparky zapojené cirkulačně čerpadlo pre dopravu oleja cez chladič na horné podla-žie sprchovej kolony. Ťažký olej ako pro-dukt sa odoberá z výtlačného prúdu cirku-lačného čerpadla v množstve, regulovanomod hladiny na dne sprchovej kolony. Iiahkékvapalné palivo z kondenzátora ako produktodchádza gravitačně. Plynné palivo je odo-berané za jeho výstupom zo separačnej ko-lony. V tomto vynáleze je prehfadná schémaznázorněná na obr. 4.

Tepelná desorbcia kvapalných a plynnýchpaliv zo suroviny, olejnatých břidlic a uhlia,připadne ich zmesi, působením teplonosné-ho plynu (v ďalšom texte len teplonosiča)v kontinuálně pracujúcej retorte na obr. 1.

Separácia kvapalných produktov od teplo-nosiča v sprchovej kolóne, pričom ako teplo-nosič sa používá vyrobený plyn, pozostáva-júci prevažne z 1'ahkých uhlovodíkov, zásad-né do Cs až Ce na obr. 3.

Ohřev teplonosiča v tepelných akumulá-toroch za využitia odpadného tepla zo spa-lovacích turbín na obr. 2.

Desorbcia paliv zo suroviny využívá po-suvná tepelná zónu, vytvořená vo vrstvě pev-nej drtě prúdom horúceho, připadne chlad-ného teplonosiča. V tomto případe je to si-mulovaný protiprúd teplonosiča a drtenejsuroviny na částice s výhodou 6 + 30 mm.Surovina, privádzaná cez koš 112 a turniket113 prúdi vertikálnym smerom a teplonosičcez ňu prechádza horizontálně cez zvislésteny protifahlých žalúzií. Dospodu prúdirúrou 408 chladný teplonosič cez komoru101 a žalúziu 102. Tento prúd chladí odpad-nú horúcu surovinu. Nad vstupom chladnéhoteplonosiča je privádzaný rúrou 411 cez ko-moru 110 a žalúziu 111 horúci teplonosič,ktorý vyhřeje surovinu na maximálnu teplo-tu a ukončí desorbciu paliv, ktorá však vpodstatnej miere už prebehla v hornej zóněretorty 1, do ktorej je rúrou 105 cez komoru106 a žalúziu 107 převedený prúd plynu apár z dolnej zóny po přechode cez žalúziu103 a komoru 104. Tento prúd prináša dohornej zóny teplo, převzaté z odpadnej břid-lice i tepelný obsah horúceho plynu, privád-zaného rúrou 411. Celé množstvo vstupujú-ceho teplonosiča i s vydesorbovanými pro-duktami odchádza z hornej zóny žalúziou108 cez komoru 109 rúrou 412. Odpad zo su-roviny odchádza riadiacim turniketom 114.Horúca zóna na vertikálnom řeze retortou 1je plné šrafovaná vodorovné a chladná čiar-kovane šikmo. Pri ustálenom prúde surovi-ny a plynu je horúca zóna vzhladom ke re-torte v stabilnej polohe a všetky částice su-roviny majú rovnakú zádržnú dobu v horú-cej zóně. Odpadná surovina odchádza chlad-ná, o teplote danej chladiacim účinkom ply-nu a teplotou teplonosiča.

Teplonosič s produktami z retorty odchá- dza rúrou 412 na separáciu plynu a kvapal- ných produktov do viacstupňovej sprchovej kolony 301, kde je prúd z retorty 1 chlade- 226410 ný sprchou ťažkého oleja, ktorý súčasne ab-sorbuje skvapalnitelné podiely. Olej s absor-bovaným palivom je vedený do vákuovej de-sorbčné] kůmotý 302, v ktorej sa odpaří íah-ká frakcia paliva, jej páry odsává a kompri-muje turbokompresor 306 a dopravuje ichdo kondensátora 307 na škvapalnehie, od-klal 1'ahká frakcia kvapalných uhlovodíkovodchádža rútou 414 akb produkt. Ťažký olejZ komory 392 odsává čerpadlo 303 á Cěžchladič 301 dopravuje na vrch špfchovejkolony 301, Plyn Zo sprOhúvej kolóný Od-čhádža rúrcu 413 ako teplonoslč i akó palivo.Vyrobený ťážký olej Odchádža fůrou 413 cezregulačný ventil 303. Neskondenzované Uhlo-vodíky v 307 sú rúrou 308 vyvedené do okru-hu teplůnosiča.

TepOnoslč na ohřev ie od ventilátořa 403privádzaný rúrou 410 a striedavo vedený ceztepelné akumulátory 201 a 202 a potrubím411 do retorty 401. V akumulátůróch teplas keramičkou náplňóU, s výhodou guličiek0 15 + 25 mm sa teplonosné médium ohře-je na potrebnú teplotu nad 400 ®C s výhodou460 — 540 °C, Náplň akUmUlátorov je strie-davo vyhrievaná spalinami zo spalovacej tur-bíny 203. V případe, že teplota spalin z tur-bín je nízká pre uvedený účel, možno za tur-bíny zařadil ňížkotlakú komoru 204 na spa-1'ovanie přídavného paliva, čo je možné bezpřívodu ďalšieho vzduchu, keďže odplyny zturbín obsahujú dostatok Ch, lebo turbínypracujú obvykle s přebytkem vzduchu nad200 °/o, Základný stroj, spalůvacia turbína203 je priamo spojená s osou turbokompre-sůřa špalOvacieho vzduchu 203 a s tuřbo-kůmprešorom na palivový plyn 208. Uvede-né kompresory dopravujú Spalovací vzducha plyn do tlakovej spalovacej komory 207.Spaliny po Výstupe ž turbíny sú vedené donízkotlakej spalovacej komory 204, dů kto-rej je privádzané páliVo ventilátorom 206,cez regulačný ventil 209. Palivový plyn jeprivádzaný potrubím 409, Horúče spaliny sústriedávo z 204 rúrou 210 věděné do akuňlú-látorov tepla 201 a 202 a cez vývody 211 a212 do komína, Je samozřejmé možné, v pří-pade přednostně] potřeby plynu alěbo jehonedostatku v surovině, spalovat i kvapalnépalivo, čím na obr. 4 přívod plynu bude na-hradený prívodom kvapalného paliva. V tompřípade aparáty 206 a 208 budú čerpadlá.

Retorta ako zariadenie pre prevádzaniedesorbcie paliv z uvedených surovin dávámožnost zvačšenia na 1'ubovol'nú kapacituprostým zvačšením jej prierezu bez skompli-kovania pohybu hmot so stúpajúcou kapaci-tou, možnost volit hrůbku vrstvy surovinya tým určit prietokový odpor plynu teplo-nosného média nezávisle od velkosti retor-ty. Retorta má nízku potřebu tepla, keďžesa horúcim plynom ohrieva iba zlomok spra-covanej suroviny a podstatná jej část sa vy- hřeje posuvnou tepelnou zónou, pretláča-nou studeným teplonosným médiom. Odpad-ný materiál odchádža chladný a teda beznutnosti dochladenia. Jednoduchá a inves-tičně nenáročná konštrhkčia bez vestavbyeřózii. Oproti procesům s parciálnym spa-lováním hořlavin v retorťě sa získá plyn he-rieděný obsahem plynov z procesu horenia.

Retorta může pracovat i s vnútornou oxi-dáciou bez potřeby externého zdroja tepla,avšak celkové riešenie energetiky zaríade-ním podlá obr. 2 dává výhodnú sebestačnosťv potrébe elektrickej energie.

Retortu možno použit i na predsušenie su-roviny,

Ohřev téplonosiča sa uskutočňuje za vy-sokého využitia tepla — nad 90 %, tepelnéakumulátory sú riešitelňé s minlmálnym tla-kovým spádom a podlá kalkulácií velkoka-pacitně] jednotky sa uhradí vlastná potřebaprúdu a velký prebytok je k dispozici! mi-mo viastnú výrobu,

Otídélovanie kvapalných produktov od te-plonosiča prebieha s mlnlmálnou stratoutlaku prúdu téplonosiča — 10 — 30 kp/m2,čo značí úsporu hnacej sily na jeho oběh.Kondenzácía sa uskutočňuje absorbciou párvlastnou kvapalnou fázou, teda prestupomhmoty, miesto přestupu tepla stěnou, odvodtepla se uskutočňuje výměnou protlprúdomkvapallna-kvapalina pri turbulentnom prňde-ní, miesto chladenm velkého objemu plynov.protiprúd oleja proti vystupujúcetnu prúdu zretorty v sprchové] kolóne zvýhodňuje ab-sorpčně oddelenie skvapalnitelných paliv odnekondenžujúcich plynov priamym prestu-pom hmoty. Výrobná aparatura podlá tohoto vynálezuo kapacitě 2 mil, t/r — 250 t/h kvapalnýchpaliv z břidlice s obsahom hořlavých podie-lov 9 až 10 °/o po odpočítaní potřeby palivapre viastnú technológiu pri využití 90 % pa-liva zo suroviny bude spracovávat 3 500 t/hbřidlic, k čomu sú potřebné následovně zá-kladné aparáty: retorta o reakčnom objeme1 000 — 2 000 m3 (menší objem pre drobnej-šiu drť břidlice), sprchové separačná koló-na s počtom 5 až 7 podlaží, o objeme 7 000m3, oběžné čerpadlo chladiaceho oleja o vý-kone 600 1/sek, H = 35 m, chladič oleja a.ploché 3 000 m3, kondenzátor benzínu 650 m2,odparka pár surového benzínu 0 3,5 m h —— 8 m, spalovacia turbína 50 MW, tepelnéakumulátory s náplňou 2 X 1 500 m3, cel-kový oběh téplonosiča 400 m3/sek, potřebachladiacej vody 15 000 m3/h, potřeba prúdupře technológiu a chladiacu vodu 4,5 MW.Pri použití spalovacích turbín na výrobu prú-du bude jednotka elektricky sebestačná avznikne prebytok prúdu 45 MW. Vlastná po-třeba technologického paliva vrátane výro-by prúdu 25 t/h.

Claims (4)

1. 226410 PREDMET

   1. Sposob výroby kvapalných a plynnýchpaliv z olejnatých břidlic alebo uhlia, při-padne ich zmesí drtených a triedených s vý-hodou na velkosť 6 až 30 mm ako surovinyvýznačný tým, že do dolnej časti spodnej zó-ny retorty je vedený chladný plynný teplo-nosič o teplote okolia, s výhodou však pod60 °C v množstve danom tepelnou bilancioupre ochladenie odpadu zo suroviny a do hor-né] časti spodnej zóny je privádzaný horúciteplonosič o teplote nad 400 °C s výhodou480 — 540 °C, oba uvedené prúdy teplonosi-ča s častou vydesorbovaného paliva sú popřechode dolnej desorbčnej zóny vedené dohornej desorbčnej zóny a prúd teplonosičas celým množstvom vydesorbovaných palivje vedený z retorty na separáciu kvapalnýcha plynných paliv, kde je zmes teplonosiča aproduktov chladená v sprchovej kolóne obie-hajúcim prúdom ťažkého oleja z vlastnejprodukcie, pričom olej súčasne absorbuje zplynu uhlovodíky, zásadné Cs a ťažšie, olejprúdi postupné cez niekoTkonásobnú sprchua prúd teplonosiča s produktami z retortyje vedený horizontálně cez všetky stupněsprchy v protiprúde tak, že z hornej sprchyodchádza plyn, ako teplonosič i plynné pa-livo, olej po přechode cez sprchu obohatenýo produkty z retorty je vedený na odpare-nie l'ahkých uhlovodíkov za vákua s výho-dou pod 0,01 MPa a potom je čerpaný cezchladič na vrch kolony, prebytok oleja jeodvádzaný z okruhu separácie ako ťažkékvapalné palivo, páry l'ahkej frakcie sú od-sávané z vákuovej odparky a za atmosféric-kého tlaku kondenzované a odvádzané ako1'ahké kvapalné palivo, neskondenzované1'ahké uhlovodíky sú vedené do plynovéhookruhu.
2. 2. Sposob výroby kvapalných a plynnýchpaliv podl'a bodu 1 význačný tím, že do vy-stupujúceho prúdu z dolnej zóny retortypřed vstupom do hornej zóny retorty sa pri-vádza vzduch alebo kyslík pre parciálně spa-1'ovanie desorbovaných hořlavin.
3. 3. Sposob výroby kvapalných a plynných VYNALEZU paliv podlá bodu 1 význačný tým, že ako tep-lonosič sa použije vyrobené plynné palivo.
4. 4. Zariadenie pre sposob výroby podfa bo-dov 1 až 3 význačné tým, že pozostáva z re-torty (1), ktorej horizontálny rez je s výho-dou pravoúhlý štvoruholník, pričom dve pro-tifahlé steny, vymedzujúce dolnú i hornúdesorbčnú zónu sú převedené ako žalúzie(102), (111), (103), (107) a (108), vo vrch-nej časti retorty (1) je umiestnený koš (112)a turniket (113) pře vstup suroviny, v spod-nej časti retorty (1) sa nachádza rozvádza-cia komora (101) so žalúziou (102) a rúrou(408) pre vstup chladného teplonosiča, kto-rá vyúsťuje v turniket (114) pre odpad zosuroviny, nad komorou (101) je umiestnenározvádzacia komora (110) so žalúziou (111)a rúrou (411) pre vstup horúceho teplono-siča, zberná komora (104) s rúrou (105) má-jů za účel převod prúdu z dolnej desorbč-nej zóny do hornej časti zóny cez rozvádza-ciu komoru (106) a žalúziu (107), zbernákomora (109) so žalúziou (108) a rúrou(412) je určená pre výstup teplonosiča aproduktov z hornej desorbčnej zóny do viac-stupňovej sprchovej kolony (301) so vstup-ným hrdlom pře rúru (412) z retorty (1) avýstupnou rúrou (413) pre odvod plynnéhoproduktu a teplonosiča, spod kolony (301)je přepojený pre odtah obiehajúceho ab-sorbčného oleja na vrch vákuovej odparkybenzínickej frakcie (302), ktorá je vrchomspojená so sasou stranou kompresora (306),ktorého výtlačné potrubie je vyvedené dokondenzátora (307), spojeného rúrou (308)pre odvod neskondenzovaných podielov doplynového okruhu a rúra (414) je určenápre odvod 1'ahkej palivovej frakcie, čerpadlo(303) pre odtah ťažkého absorbčného ole-ja zo dna vákuovej odparky (30) má zapo-jená výtlačná stranu na chladič (304) a ceztento na horné poschodie kolony (301), naspoji chladiča (304) a kolony (301) je za-pojená rúra (415) cez regulačný ventil (305)pre odtah ťažkého kvapalného produktu. 1 list výkresov