CS226410B2 - Sposob výroby kvapalných a plynných paliv z olejnatých břidlic a uhlia a zariadenie na prevádzanie sposobu - Google Patents

Description

Vynález rieši sposob výroby kvapalných a plynných paliv z olejnatých břidlic a uhlia ako surovin a zariadenie na prevádzanie tejto výroby.

Riešený problém je predmetom mnohých úvah a patentov, ako i experimentov, avšak doteraz nebol realizovaný žiadny projekt ekonomicky zásadného významu.

Hlavnou příčinou je všeobecne nízký obsah hořlaviny v bridliciach, vačšinou pod 10 % váhových, čo při výfažkoch například SO % a pri vlastnej potrebe značnej časti vyrobeného paliva dává možnú výrobu kvapalných a plynných paliv 4 + 7 % na spracovanú bridlicu. U bohatých břidlic to može byť podstatné viac, avšak výskyt bohatých břidlic je malý, naproti tomu uvedené chudobné břidlice sa vyskytujú v prakticky neobmezených množstvách.

Aby výroba paliv z břidlic dosiahla ekonomický význam, musia byť postavené výrobně jednotky o kapacitě řádové 1 000 t/h kvapalných paliv.

U doteraz známých technologií najčastejšie sú hořlavé podiely vyháňané horúcim plynom ako teplonosným médiom, přetlačeným cez vrstvu drtenej suroviny, čo je možné uskutočniť za čiastočného spalovania hořlaviny v retorte, alebo neoxidačným teplonosným médiom. Palivo, obsiahnuté v su2 rovině, sa za teplot 400 + 600 °G prevažne odpaří a vysokomolekulárne uhlovodíky sa tepelne štiepia na lahšie podiely, ktoré prechádzajú do parnej fázy a odchádzajú s teplonosným médiom spolu s proste odpařeným palivom. Teplo sa spotřebuje na ohřev, odparenie a čiastočne štiepenie prchavých paliv, odparenie obsahu vody a na ohřev anorganické} hmoty suroviny, ktorá odchádza ako odpad. Doterajšie publikované riešenie využitia břidlic sú vačšinou kontinuálně, s protiprudom břidlice a teplonosného, príp. spalovacieho plynu vo válcových retortách, ich kapacity sú však váčšinou zodpovedaJúce dimenziám poloprevádzok.

Riešenie retort je zamerené hlavně na dosiahnutie rovnoměrného toku hmot cez prierez, čo v dimenziách, navrhnutých a realizovaných pre presadenie niekolko ton/h břidlice, je konštrukčne i prevádzkovo zvládnuté, avšak extrapolácia na sto až niekolkotisícnásobnú kapacitu sa podlá dostupných informácií doteraz nevyskytla. Hlavnou příčinou obtiažnosti zvačšovania na potřebné kapacity je nerovnoměrný charakter prietoku hmot vo velkých retortách a v obtiažnosti presadenia velkých kubatur plynu cez retorty.

Z velkého počtu patentov ako typické riešenie možno označit U. S. pat. č. 3 736 247, po226410 pisujúci proces vo vertikálně] retorte za kontinuálneho zostupujúceho prúdu drtenej břidlice, pričom teplo na proces sa získává spalováním v retorte časti uvolněného paliva vo dvoch zónách. Spaluje sa i zvyšok uhlíka na odpadnej břidlici. Tento sposob bol odskúšaný v retorte, predstavujúcej modifikáciu pece na pálenie vápna o kapacitě 200 t/d.

Technicky zaujímavé je riešenie ohřevu břidlice pevným teplonosičom.

Podstata vynálezu představuje sposob výroby kvapalných a plynných paliv z olejnatých břidlic a uhlia, drteného na velkost zfn 6 + 30 mm desorbciou za teplot optimálně 480 — 540 °C v kontinuálně pracujúcej retorte, v ktorej surovina prúdi vertikálně cez retortu obdížnikového prierezu a horizontálně cez zostupujňcu vrstvu sú cez ňu vedené tri prúdy teplonosného plynu, ktorým je vlastný plynný produkt. Do spodnej časti retorty vstupuje chladný teplonosný plyn, ktorý odoberie teplo z vydesorbovanej suroviny. Ako zdroj tepla pre proces v retorte je privádzaný horúci teplonosič do hornej časti dolnej zóny retorty. Oba tieto prúdy po přechode cez vrstvu suroviny v dolnej zóně retorty sú vedené do hornej zóny retorty, v ktorej sa surovina predohreje a v podstatě sa vydesorbujú z nej hořlavé podiely. Oba vstupné prúdy teplonosiča vystupujú spolu so zmesou desorbovaných paliv z hornej zóny retorty a sú vedené do spodnej časti separačnej kolony, v ktorej sa priamym stykom s viacstupňovou protiprúdnou sprchou chladného oleja skondenzujú a absorbujú uhlovodíky nad Cs až C6 a vrchom kolony odchádzajú plyny. Z oleja, odvádzaného zo spodnej časti kolony, sa za vákua v odparke adiabaticky odparia uhlovodíky, zodpovedajúce obvyklej frakcii primárného benzínu z ropy. Páry týchto uhlovodíkov sú před kondenzáciou komprimované na atmosférický alebo mierne zvýšený tlak.

Ako kondenzačně a chladiace médium v separačnej kolóne sa používá ťažká írakcia vyrobeného paliva. Pre uvedený spósob výroby sa použije retorta, ktorej horizontálny prierez je štvoruholník, ktorého dve protilehlé steny sú převedené ako žalúzie pre horizontálny vstup teplonosiča na jednej straně a výstup teplonosiča a produktov na druhej straně. Pre jednotlivé prúdy na vstup a výstup sú na žalúzie připojené rozvádzacie a zberné komory.

Surovina vstupuje do retorty cez horný turniket a odpad z nej vystupuje cez dolný turniket. Pre separáciu kvapalných a plynných produktov je použitá viacstupňová sprchová kolona, z jej dna odchádza obiehajúci olej na vrch vákuovej odparky pre odparenie benzínovej frakcie. Výstup pár z vákuovej odparky je zapojený na saciu stranu kompresora pre zvýšenie ich tlaku před vstupom do kondenzátora. Pre oběh chladiaceho oleja je na spodnú časť vákuovej odparky zapojené cirkulačně čerpadlo pre dopravu oleja cez chladič na horné podlažie sprchovej kolony. Ťažký olej ako produkt sa odoberá z výtlačného prúdu cirkulačného čerpadla v množstve, regulovanom od hladiny na dne sprchovej kolony. Iiahké kvapalné palivo z kondenzátora ako produkt odchádza gravitačně. Plynné palivo je odoberané za jeho výstupom zo separačnej kolony.

V tomto vynáleze je prehladná schéma znázorněná na obr. 4.

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

Separácia kvapalných produktov od teplonosiča v sprchovej kolóne, pričom ako teplonosič sa používá vyrobený plyn, pozostávajúci prevažne z 1'ahkých uhlovodíkov, zásadné do Cs až Ce na obr. 3.

Ohřev teplonosiča v tepelných akumulátoroch za využitia odpadného tepla zo spalovacích turbin na obr. 2.

Desorbcia paliv zo suroviny využívá posuvnú tepelnú zónu, vytvorenú vo vrstvě pevnej drtě prúdom horúceho, připadne chladného teplonosiča. V tomto případe je to simulovaný protiprúd teplonosiča a drtenej suroviny na částice s výhodou 6 + 30 mm. Surovina, privádzaná cez koš 112 a turniket 113 prúdi vertikálnym smerom a teplonosič cez ňu prechádza horizontálně cez zvislé steny protifahlých žalúzií. Dospodu prúdi rúrou 408 chladný teplonosič cez komoru 101 a žalúziu 102. Tento prúd chladí odpadnú horúcu surovinu. Nad vstupom chladného teplonosiča je privádzaný rúrou 411 cez komoru 110 a žalúziu 111 horúci teplonosič, ktorý vyhřeje surovinu na maximálnu teplotu a ukončí desorbciu paliv, ktorá však v podstatnej miere už prebehla v hornej zóně retorty 1, do ktorej je rúrou 105 cez komoru 106 a žalúziu 107 převedený prúd plynu a pár z dolnej zóny po přechode cez žalúziu 103 a komoru 104. Tento prúd prináša do hornej zóny teplo, převzaté z odpadnej břidlice i tepelný obsah horúceho plynu, privádzaného rúrou 411. Celé množstvo vstupujúceho teplonosiča i s vydesorbovanými produktami odchádza z hornej zóny žalúziou 108 cez komoru 109 rúrou 412. Odpad zo suroviny odchádza riadiacim turniketom 114. Horúca zóna na vertikálnom řeze retortou 1 je plné šrafovaná vodorovné a chladná čiarkovane šikmo. Pri ustálenom prúde suroviny a plynu je horúca zóna vzhladom ke retorte v stabilnej polohe a všetky částice suroviny majú rovnakú zádržnú dobu v horúcej zóně. Odpadná surovina odchádza chladná, o teplote danej chladiacim účinkom plynu a teplotou teplonosiča.

Teplonosič s produktami z retorty odchádza rúrou 412 na separáciu plynu a kvapalných produktov do viacstupňovej sprchovej kolony 301, kde je prúd z retorty 1 chlade226410 ný sprchou ťažkého oleja, ktorý súčasne absorbuje skvapalnitelné pod.iely. Olej s absorbovaným palivom je vedený do vákuovej desorbčfté] komory 302, v ktorej sa odpaří íahká frakcia paliva, jej páry odsává a komprimuje turbokompresor 306 a dopravuje ich do kondenzátora 307 ha šRvapalnehie, odkíal' 1'ahká frakcia kvapalriých uhlovodíkov odchádža rúřóti 414 ako produkt. Ťažký olej Z komory 392 odsává čerpadlo 303 a cez chladič 301 dopravuje na vrch špfchovej kolony 301, Plyn zo sprčhúVéj kolóný odchádža túrou 413 ako teplonoslč i akó palivo. Vyrobený ťážký olej Odchádža fůrou 413 cez regulačný ventil 303. Neskondenzované Uhlovodíky v 307 sú rúrou 308 vyvedené do okruhu teplónoslča.

TepOnoslč na ohřev je od ventilátor® 403 privádzaný rúrou 410 a strledavo vedený cez tepelné akumulátory 201 a 202 a potrubím 411 do retorty 401. V akumulátůróch tepla s keramičkou náplňóU, s výhodou guličiek 0 15 + 25 mm sa teplonosné médium ohřeje na potrebnú teplotu nad 400 ®C s výhodou 460 — 540 °C, Náplň akúmtllátorov je strledavo vyhrievaná spalinami zo spalovacej turbíny 203. V případe, že teplota spalin z turbín je nízká pre uvedený účel, možno za turbíny zařadil ňížkotlakú komoru 204 na spaTovahie přídavného paliva, čo je možné béz přívodu ďalšieho vzduchu, keďže odplyny z turbín obsahujú dostatok Ch, lebo turbíny pracujú obvykle s prebytkom vzduchu nad 200 °/o, Základný stroj, spafůvacia turbína 203 je priamo spojéhá s osou turbokompřesůťa špaíovacieho vzduchu 203 a s turbokůmprešorom na palivový plyn 208. Uvedeňé kompresory dopravujú Spalovací vzduch a plyn do tlakovej spalovacej komory 207. Spaliny po Výstupe Z turbíny sú vedené do nízkotlakej spalovacej komory 204, dů ktorej je privádzané palivo ventilátorom 206, cez regulačhý ventil 209. Palivový plyn je privádzaný potrubím 409. Idorúče spaliny sú striedavo z 204 rúrou 210 věděné do akumtllátorov tepla 201 a 202 a cez vývody 211 a 212 do komína, Je samozřejmé možné, v případe přednostně] potřeby plynu alěbO jeho nedostatku v surovině, spalovat i kvapalné palivo, čím na obr. 4 přívod plynu bude nahradený prívodom kvapalného paliva. V tom případe aparáty 206 a 208 budú čerpadlá.

Retorta ako zariadenie pre prevádzanie desorbcie paliv z uvedených surovin dává možnost zvačšenia na 1'ubovol'nú kapacitu prostým zvačšením jej prierezu bez skomplikovania pohybu hmot so stúpajúcou kapacitou, možnost volit hrůbku vrstvy suroviny a tým určit prietokový odpor plynu teplonosného média nezávisle od velkosti retorty. Retorta má nízku potřebu tepla, keďže sa horúcim plynom ohrieva iba zlomok spracovanej suroviny a podstatná jej časť sa vyhřeje posuvnou tepelnou zónou, pretláčanou studeným teplonosným médiom. Odpadný materiál odchádža chladný a teda bez nutnosti dochladénia. Jednoduchá a investičně nenáročná konštrhkčia bez vestavby eřózii. Oproti procesům s parciálnym spalováním hořlavin v retortě sa získá plyn herieděhý obsahom plynov z procesu horenia.

Retorta může pracovat i s vnútornou oxidáciou bez potřeby externého zdroja tepla, avšak celkové riešenie energetiky zaríadením podlá obr. 2 dává výbodhú sebestačnosť v potrěbe elektrickej energie.

Retortu možno použit i na predsušenie suroviny,

Ohřev téplonosiča sa uskutočňuje za vysokého využitia tepla — nad 90 %, tepelné akumulátory sú riešitelbé s minimálnym tlakovým spádom a podlá kalkulácií velkokapacitně] jednotky sa uhradí vlastná potřeba prúdu a velký prebytok je k dispozici! mimo vlastnú výrobu,

Otídélovanie kvapalbých produktov od teplohosiča prebieha s minlmálnou stratou tlaku prúdu téplonosiča — 10 - - 30 kp/m², čo značí úsporu bnacej sily na jeho oběh. Kondenzácía sa uskutočňuje absorbciou pár vlastnou kvapalnou fázou, teda prestupom hmoty, miesto přestupu tepla stěnou, odvod tepla se uskutočňuje výměnou protlprúdom kvapallha-kvapalina pri turbulentnom prňdení, miesto chladenia velkého objemu plynov. protlprúd oleja proti vystupujúcemu prúdu z retorty v sprchové] kolóne zvýhodňuje absorpčně oddelenie skvapalnitelných paliv od nekondenzujúcich plynov priamym přestupem hmoty.

Výrobná aparatura podlá tohoto vynálezu o kapacitě 2 mil. t/r ~·· 250 t/h kvapainých paliv z břidlice s obsahom hořlavých podielov 9 až 10 °/o po odpočítaní potřeby paliva pre vlastnú technológiu pri využití 90 % paliva zo suroviny bude spracovávat 3 500 t/h břidlic, k čomu sú potřebné následovně základné aparáty: retorta o reakčnom objeme 1 000 — 2 000 m³ (menší objem pre drobnejšiu drť břidlice), sprchová separačná kolóna s počtom 5 až 7 podlaží, o objeme 7 000 m³, oběžné čerpadlo chladiaceho oleja o výkone 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, tepelné akumulátory s náplňou 2 X 1 500 m³, celkový oběh téplonosiča 400 m³/sek, potřeba chladiacej vody 15 000 m³/h, potřeba prúdu pře technológiu a chladiacu vodu 4,5 MW. Pri použití spalovacích turbín na výrobu prúdu bude jednotka elektricky sebestačná a vznikne prebytok prúdu 45 MW. Vlastná potřeba technologického paliva vrátane výroby prúdu 25 t/h.

Claims (4)

1. Sposob výroby kvapalných a plynných paliv z olejnatých břidlic alebo uhlia, připadne ich zmesí drtených a triedených s výhodou na velkost 6 až 30 mm ako suroviny význačný tým, že do dolnej časti spodnej zóny retorty je vedený chladný plynný teplonosič o teplote okolia, s výhodou však pod 60 °C v množstve danom tepelnou bilanciou pre ochladenie odpadu zo suroviny a do hornej časti spodnej zóny je privádzaný horúci teplonosič o teplote nad 400 °C s výhodou 480 — 540 °C, oba uvedené prúdy teplonosiča s častou vydesorbovaného paliva sú po přechode dolnej desorbčnej zóny vedené do hornej desorbčnej zóny a prúd teplonosiča s celým množstvom vydesorbovaných paliv je vedený z retorty na separáciu kvapalných a plynných paliv, kde je zmes teplonosiča a produktov chladená v sprchovej kolóne obiehajúcim prúdom ťažkého oleja z vlastnej produkcie, pričom olej súčasne absorbuje z plynu uhlovodíky, zásadné Cs a ťažšie, olej prúdi postupné cez niekoTkonásobnú sprchu a prúd teplonosiča s produktami z retorty je vedený horizontálně cez všetky stupně sprchy v protiprúde tak, že z hornej sprchy odchádza plyn, ako teplonosič i plynné palivo, olej po přechode cez sprchu obohatený o produkty z retorty je vedený na odparenie l'ahkých uhlovodíkov za vákua s výhodou pod 0,01 MPa a potom je čerpaný cez chladič na vrch kolony, prebytok oleja je odvádzaný z okruhu separácie ako ťažké kvapalné palivo, páry 1'ahkej frakcie sú odsávané z vákuovej odparky a za atmosférického tlaku kondenzované a odvádzané ako 1'ahké kvapalné palivo, neskondenzované 1'ahké uhlovodíky sú vedené do plynového okruhu.

2. Spósob výroby kvapalných a plynných paliv podl'a bodu 1 význačný tím, že do vystupujúceho prúdu z dolnej zóny retorty před vstupom do hornej zóny retorty sa privádza vzduch alebo kyslík pre parciálně spa1'ovanie desorbovaných hořlavin.

3. Spósob výroby kvapalných a plynných

VYNALEZU paliv podlá bodu 1 význačný tým, že ako teplonosič sa použije vyrobené plynné palivo.

4. Zariadenie pre spósob výroby podfa bodov 1 až 3 význačné tým, že pozostáva z retorty (1), ktorej horizontálny rez je s výhodou pravoúhlý štvoruholník, pričom dve protilehlé steny, vymedzujúce dolnú i hornú desorbčnú zónu sú převedené ako žalúzie (102), (111), (103), (107) a (108), vo vrchnej časti retorty (1) je umiestnený koš (112) a turniket (113) pře vstup suroviny, v spodnej časti retorty (1) sa nachádza rozvádzacia komora (101) so žalúziou (102) a rúrou (408) pre vstup chladného teplonosiča, ktorá vyúsťuje v turniket (114) pre odpad zo suroviny, nad komorou (101) je umiestnená rozvádzacia komora (110) so žalúziou (111) a rúrou (411) pre vstup horúceho teplonosiča, zberná komora (104) s rúrou (105) majú za účel převod prúdu z dolnej desorbčnej zóny do hornej časti zóny cez rozvádzaciu komoru (106) a žalúziu (107), zberná komora (109) so žalúziou (108) a rúrou (412) je určená pre výstup teplonosiča a produktov z hornej desorbčnej zóny do viacstupňovej sprchovej kolony (301) so vstupným hrdlom pře rúru (412) z retorty (1) a výstupnou rúrou (413) pre odvod plynného produktu a teplonosiča, spod kolony (301) je přepojený pre odtah obiehajúceho absorbčného oleja na vrch vákuovej odparky benzínickej frakcie (302), ktorá je vrchom spojená so sasou stranou kompresora (306), ktorého výtlačné potrubie je vyvedené do kondenzátora (307), spojeného rúrou (308) pre odvod neskondenzovaných podielov do plynového okruhu a rúra (414) je určená pre odvod 1'ahkej palivovej frakcie, čerpadlo (303) pre odtah ťažkého absorbčného oleja zo dna vákuovej odparky (30) má zapojená výtlačnú stranu na chladič (304) a cez tento na horné poschodie kolony (301), na spoji chladiča (304) a kolony (301) je zapojená rúra (415) cez regulačný ventil (305) pre odtah ťažkého kvapalného produktu.