FI61202B - Foerfarande foer foerbaettrande av vaermevaerdet och stabiliteten hos kol av lignittyp - Google Patents

Description

R55rT] ΓΒ] ni^UULUTUSjULKAISU

JUA LBJ (11) UTLAGGN I NGSSKRIFT 6 I 2 0 2 C Patentti ~ycnnetty 10 06 1032 ^^Patent meddelat (51, Kv.ik3/,m.a.3 c 10 B 53/02 // C 10 L 9/00 SUOMI—FINLAND (*) P»t*nttlh»k*mu*— PatMitmaSknini 771990 (22) HaktmltpUvI — An*6knlnpdtg 27.06.77 (23) Alkupllvt — Glltl|h*tadaf 27· 06.77 (41) Tullut Julktoaksl — Bllvlt offcntllg 23 ±2 j8

Patentti- ja rekisterihallitus .... , .......

_ · (44) NShtivikalpsnon |i kuuL|ulkaUun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen ' Anaekut utlagd och utl.«krtft*n publican* 26.02.82 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—B«|lrd prioritet (71)(72) Edward Koppelman, U1+2U Bergamo Drive, Encino, California 91316, USA(US) (71*) Oy Kolster Ab (51*) Menetelmä ligniittityyppisen hiilen lämpöarvon ja pysyvyyden parantamaseksi - Förfarande för förbättrande av värmevärdet och stabiliteten hos koi av lignittyp

Keksintö koskee menetelmää ligniittityyppisen hiilen, erityisesti kostean hiilen lämpöarvon ja pysyvyyden parantamiseksi. Tässä käytetty sanonta "ligniittityyppinen hiili" käsittää sanonnan laajassa merkityksessä sarjan suhteellisen heikkolaatuisia hiilipitoi-siä materiaaleja tai hiiliä, mukaanluettuna ligniittihiilet, joihin kuuluvat ligniittihiili ja ruskohiili, samoin kuin ruskohiilityyp-piset hiilet, jotka yleensä luokitellaan laaduiksi A, B ja C niiden lämpöarvojen perusteella. Ligniittihiili tarkoittaa hiil.ipitoista heikkolaatuista hiiltä, joka ei ole kypsynyt geologisesti riittävästi sen muuttamiseksi korkealaatuiseksi kovaksi hiileksi, kuten bitumihiileksi tai antrasiitiksi. Ligniittihiili käsittää laajalti määriteltynä sarjan tällaisia hiilipitoisia materiaaleja, jotka sijoittuvat jonnekin turpeen ja ruskohiilen väliin, jolloin ruskohiili on eräs ligniittihiilen muoto, joka on melko läheistä sukua turpeelle. Teknisesti ligniitti on luokiteltu sellaisiksi hiilipi-toisiksi materiaaleiksi, joita esiintyy samankaltaisissa kerrostu- 2 61202 missä kuin hiili, ja joissa hiilen ja vedyn suhde vaihtelee rajoissa noin 11,2:1 - 9,3:1, Ruskohiilet ovat enemmän hiiltyneitä kuin lig-niittihiilet, ja ne on luokiteltu soveltamalla luokitusjärjestelmää, joka on esitetty julkaisussa United States Bureau of Mines , Bulletin n:o 492, 1951 "Methods of Analyzing Coal and Coke", jolloin luokan A lämpöarvo on märkänä 25586 MJ tai enemmän mutta pienempi kuin 30238 MJ, luokan B lämpöarvo on märkänä 22970 MJ tai enemmän mutta alle 25508 MJ, ja luokan C lämpöarvo on märkänä 19307 MJ tai enemmän, mutta alle 22970 MJ,

Yhdysvalloissa sijaitsee laajoja ligniittihiilikerrostumia pohjoisissa keskiosavaltioissa, pääasiallisesti North- ja South-Dakotassa ja Wyomingissa, ja pienemmässä määrin eteläosavaltioissa, mukaanluettuna Texasissa, kun taas ruskohiiliesiintymiä pääasiallisesti on löydetty osavaltioissa Washington, Wyoming ja Colorado.

Nämä laajat kerrostumat edustavat nykyaikaisen energiakriisin ja polttoainevajauksen erästä mahdollista ratkaisua, Ligniittityyppi-nen hiili sisältää valitettavasti louhittuna tavallisesti noin 20 -noin 40 % vettä, josta ainakin osa on poistettava, jotta hiiltä voitaisiin käyttää polttoaineena, Kostean ligniittityyppisen hiilen osittainen tai täydellinen kuivaus johtaa hiilen hajoamiseen hieno-kokoisiksi hiukkasiksi tai pölyksi, jotka aiheuttavat ongelmia sekä äkkipalamisen takia, että myös suurentavat käsittelyvaikeuks.ia niitä kuljetettaessa ja uuniin syötettäessä. Polttoaineen hajoaminen sitä uuniin syötettäessä saa aikaan sen, että osa polttoaineesta putoaa uunin ritilöiden läpi ja aiheuttaa ritilöiden tukkeutumista, mikä alentaa palamisen hyötysuhdetta ja merkitsee polttoaineen potentiaalisen lämpöarvon huomattavaa menetystä.

Useita erilaisia menetelmiä on tähän asti käytetty tai ehdotettu ligniittityyppisen hiilen käsittelemiseksi siten, että se paremmin soveltuisi käytettäväksi kiinteänä polttoaineena. Näiden ennestään tunnettujen menetelmien mukaan kuivataan louhittu ligni.it-tityyppinen hiili osittain sen kosteuspitoisuuden pienentämiseksi, minkä jälkeen polttoaine briketoidaan tai agglomeroidaan siten, että se tulisi paremmin kestäväksi rapautumiseen ja hajoamiseen nähden kuljetuksen, varastoinnin ja lopullisen käytön aikana, Tyypillisiä ennestään tunnetun tekniikan mukaisia menetelmiä ligniittityyppisten hiilien käsittelemiseksi on selitetty seuraavissa US-patenteissa 838 281; 1 205 007; 1 219 155; 1 386 472; 1 477 642; 1 508 617; 1 556 036; 1 577 902; 1 600 065; 1 698 345; 1 860 890; 1 871 862; 2 627 497; 2 903 400 ja 3 723 079. Briketoimislaitteiston vaatimat 3 61202 suuret investoinnit, briketoimisen kuluttama suuri työmäärä ja käytettyjen sidos- ja/tai pinnoitusaineiden suhteellisen suuret kustannukset ovat estäneet näiden menetelmien laajempaa kaupallista käyttöä. Tämä on puolestaan johtanut siihen, että ei ole voitu käyttää hyödyksi laajoja ligniittityyppistä hiiltä olevia kerrostumia nykyisen energiakriisin helpottamiseksi,

Keksinnön mukainen menetelmä poistaa monet niistä ongelmista ja haitoista, joita liittyy ennestään tunnetun tekniikan mukaiseen käsittelyyn. Keksinnön mukaisesti käsitelty ligniittityyppinen hiili muuttuu fysikaaliselta rakenteeltaan ja lämpöarvoltaan ja tulee stabiiliksi. Se ei hajoa sään vaikutuksesta käsittelyn, varastoinnin ja kuljetuksen aikana ja sitä voidaan käyttää kiinteänä polttoaineena yksistään tai sekoitettuina korkealaatuisiin hiiliin, kuten bitumihiileen.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että syötetään ligniittityyppistä hiiltä autoklaaviin, kuumennetaan hiili lämpötilaan noin 400-676°C, paineessa vähintään 6,9 MPa, riittävän pitkä aika veden ja eräiden haihtuvien orgaanisten komponenttien muuttamiseksi kaasufaasiin sekä osittaisen muutoksen aikaansaamiseksi kemiallisessa rakenteessa ja kemiallisen koostumuksen muuttamiseksi, minkä jälkeen ligniittityyppinen hiili jäähdytetään ja käsitelty hiilituote otetaan talteen.

Autoklaavikäsittelyn päättyessä ligniittityyppinen hiili jäähdytetään, sopivasti kosketuksessa kaasufaasin kanssa, kondensoituvien orgaanisten komponenttien kerrostamiseksi hiilen pinnalle, jolloin käsitelty hiilituote stabiloituu vieläkin enemmän ja muuttuu ei-hygroskooppiseksi ja paremmin kestäväksi rapautumiseen ja hapettumiseen nähden kuljetuksen ja varastoinnin aikana. Ei-konden-soituva kaasufaasi otetaan talteen, ja sitä voidaan sopivasti käyttää polttoaineena autoklaavin lämmittämiseksi, Käsitelty hiilituote on yleensä kovaa ja mustan kiiltävää.

Sen sisäinen rakenne on näkyvästi muuttunut alkuperäisestä panostetusta ligniittityyppisestä hiilestä, ja lämpöarvot ovat suurentuneet alueelle noin 27900 - 31400 MJ/kg, kun taas vastalouh.itun ligniittihiilen lämpöarvo on noin 16280 MJ/kg ja vedettömänä noin 23960 - 27680 MJ/kg,

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa edellä esitetyn määritelmän mukaisten ligniittityyppisten hiilien jalostamiseksi, 14 61202 joista hiilistä mainittakoon ruskohiili, ligniittihiili ja lähellä bitumityyppistä hiiltä olevat hiilet, jotka tyypiltään laajalti sijoittuvat turpeen ja bitumihiilien väliin, ja joita on löydetty samanlaisina kerrostumina kuin korkealaatuisemmat hiilet. Tällaiset ligniittityyppiset hiilet sisältävät yleensä louhittuna noin 20-40 % vettä, ja niitä voidaan suoraan käyttää ilman mitään muuta esikäsittelyä kuin seulontaa autoklaavin panostamiseksi. On yleensä edullista suorittaa seulonta ja/tai murskaus louhitun ligniittityyppisen hiilen mahdollisten suurien kasaumien poistamiseksi, niin että panoksen käsittely helpottuu ja autoklaavi voidaan paremmin täyttää. Ligniittityyppisten hiilihiukkasten koko ja muoto eivät kuitenkaan ole kriittisiä keksinnön mukaisen menetelmän etujen saavuttamiseksi.

Ligniittityyppisen hiilen vedenpitoisuuden alenemista voi jossain määrin esiintyä rapautumisen seurauksena varastoinnin aikana ennen panostamista autoklaaviin. Voi myös tulla kysymykseen ligniittityyppisen hiilen peseminen ja liikaveden poistaminen siitä ennen autoklaavikäsittelyä. Autoklaaviin panostettu ligniittityyppisen hiilen kosteuspitoisuus on tavallisesti pääasiallisesti sama kuin vastalouhitun hiilen.

Autoklaaveina voidaan käyttää mitä tahansa ennestään tunnettuja tyyppejä, jotka kykenevät kestämään tarvittavat lämpötilat ja paineet, ja vaikka tässä kuvataan panostyyppisiä autoklaaveja, voidaan keksinnön mukaisessa menetelmässä myös käyttää jatkuvasti toimivia autoklaaveja, Ligniittityyppinen hiili panostetaan autoklaaviin, joka tämän jälkeen suljetaan ja lämmitetään lämpötilaan vähintään noin 400°C ja paineeseen vähintään noin 6,9 MPa, edullisesti vähintään noin 14,0 MPa, niin pitkäksi aikaa, että ligniittityyppisen hiilen sisältämä vesi höyrystyy ja eräät orgaaniset komponentit haihtuvat kaasufaasin muodostamiseksi. Esiintyy myös lämmön aiheuttamaa määrättyä uudelleen muokkautumista ja/tai kemiallisen rakenteen hajoamista, mihin liittyy muiden kaasumaisten komponenttien kehittymistä, jotka komponentit myös siirtyvät kaa-sufaasiin. On havaittu, että käytetyssä korkeassa lämpötilassa ja suuressa paineessa tapahtuu vesimolekyylien ja kaasumaisten hiilivetyjen ja/tai kaasun vaihtoreaktio ligniittityyppisen hi.ilimate-riaalin kiinteiden komponenttien välillä, niin että muodostuu enemmän hiilivetykaasuja, joita voidaan käyttää polttoaineena.

s 61202

Vaikka autoklaavikäsittelyn aikana on eduksi käyttää lämpötiloja, jotka ovat vähintään noin 400°C, ovat noin 537°C lämpötilat edullisempia suurentuneen haihtumisnopeuden takia ja koska lämmön aiheuttama rakenteen uudelleen muuttuminen saa aikaan paremman hiililaadun, jolloin viipymäaika autoklaavissa lyhenee ja käsittelyn hyötysuhde paranee. Autoklaavikäsittelyn lämpötila voi olla niinkin korkea kuin noin 675°C, mutta tätä korkeampien lämpötilojen käyttö on tavallisesti haitaksi, koska syntyy liian paljon ei-kon-densoituvia kaasuja suhteessa jalostettuun kiinteään tuotteeseen. Erikoisen tyydyttäviä tuloksia on saavutettu käyttämällä lämpötiloja noin 537 - 650°C ja paineita, jotka ovat alueella noin 6,9 MPa -noin 14,0 MPa. Suurin käytettävä paine voi olla niinkin suuri kuin noin 22,8 MPa, Tätä suuremmat paineet ovat yleensä haitaksi, koska tätä suuruusluokkaa olevia paineita kestävien paineastioiden valmistuskustannukset nousevat liikaa, eikä tällaisilla korkeilla paineilla saavuteta mitään sanottavia etuja, verrattuna niihin, jotka saavutetaan noin 14,0 MPa paineilla.

Ligniittityyppisen hiilipanoksen viipymäaika autoklaavissa vaihelee riippuen käytetyistä lämpötila-paine-aikasuhteista, jotka säädetään edellä kuvatuissa rajoissa siten, että ligniittityyppisen hiilen sisältämä vesi höyrystyy melkein täydellisesti ja eräät orgaaniset haihtuvat komponentit haihtuvat, sekä tapahtuu rakenteen muuttumista säädetyllä tavalla lämmön vaikutuksesta.

Ei täysin ymmärretä lämmössä tapahtuvan uudelleen muokkautumisen luonnetta, mutta sen luullaan perustuvan kahteen tai useampaan samanaikaiseen kemialliseen reaktioon, joita syntyy pyrolyysi-tuotteiden ja ligniittityyppisen materiaalin solurakenteessa olevien kaasujen välillä. Näiden uudelleen muokkautumiseen johtavien reaktioiden lopputuloksena ovat (1) fysikaalisten ominaisuuksien muuttuminen, minkä seurauksena saadaan hiukkasia, jotka ovat enemmän kestäviä veden absorptioon ja säröilyyn nähden, ja (2) kemiallisten ominaisuuksien muutokset, jotka suurentavat hiili-vetysuh-detta ja pienentävät rikki- ja happipitoisuutta, joka mitataan hiiltä lopuksi analysoitaessa.

Tarvittava viipymäaika autoklaavissa lyhenee sitä mukaa kuin autoklaavissa vallitseva lämpötila ja paine suurenevat, kun taas päinvastoin tarvitaan pitempiä viipymäaikoja siinä tapauksessa, 6 61202 että käytetään alempia lämpötiloja ja pienempiä paineita. Yleensä ovat alueella noin 10 minuuttia - noin 1 tunti olevat viipymäajat tyydyttäviä, kun lämpötila on alueella noin 480 - noin 650°C ja paineet ovat noin 6,9 MPa - noin 14,0 MPa,

Paineen kehittymistä autoklaavissa voidaan sopivasti ohjata säätämällä ligniittityyppisen hiilen määrää, joka panostetaan autoklaaviin, ottamalla samalla huomioon panoksen vesipitoisuus, jolloin panosta lämmitettäessä tulistetusta höyrystä ja haihtuvista orgaanisista komponenteista muodostuva kaasufaasi autoklaavissa aiheuttaa vallitsevan paineen nousun haluttuihin paine-rajoihin. Autoklaavinpainetta voidaan haluttaessa suurentaa syöttämällä autoklaaviin paineen alaista ei-hapettavaa tai pelkistävää kaasua.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan autoklaavikäsittelyn päättyessä annetaan autoklaavin jäähtyä joko jäähdytysilman vaikutuksesta tai käyttämällä jäähdytysväliainetta, esim. jäähdytysvettä, lämpötilaan jossa autoklaavissa käsitelty jalostettu hiili-pitoinen tuote voidaan ilman haitallisia seurauksia saattaa alttiiksi ilman vaikutukselle. Yleensä jäähdytetään autoklaavi sopivasti lämpötiloihin, jotka ovat noin 150°C alapuolella. Sensijaan on autoklaavin jäähdyttäminen lähellä 100°C olevaan lämpötilaan tai tätä alemmaksi yleensä haitaksi, koska höyrystymisvesifaasi tällöin tiivistyy ja kostuttaa jalostettua hiilipitoista tuotetta ja suurentaa sen vesipitoisuutta ja alentaa vastaavasti sen lämpöarvoa, Jäähdytyskäsittelyn aikana haihtuvat orgaaniset komponentit, mukaanluettuna suhteellisen raskaat hiilivetyfraktiot ja tervat, tiivistyvät ensin vähitellen tapahtuvan jäähtymisen aikana, ja laskeutuvat ligniittityyppisen hiil.irakenteen pinnoille ja sen huokosiin ja muodostavat täten pinnoitteen mikä on eduksi koska jalostettu hiilipitoinen tuote paremmin kestää rapautumista ja hajoamista sekä veden absorptiota, kun tämä tuote joutuu alttiiksi kosteille ympäristön sääolosuhteille. Kun haluttu jäähdy-tyslämpötila on saavutettu jäljellä oleva kaasufaasi päästetään autoklaavista ja otetaan talteen sopivana sivutuotteena, jota voidaan käyttää polttokaasuna käsittelyssä.

Jalostettu hiilipitoinen tuote on yleensä ulkonäöltään mustaa ja kiiltävää, mikä todistaa edelleen sen sisäistä muuttumista 7 61202 lämmön vaikutuksesta alkuperäisestä autoklaaviin syötetyn materiaalin himmeästä ligniittityyppisestä hiilirakenteesta. Jalostetun hi.iJi-pitoisen tuotteen jäännösvesipitoisuus on yleensä noin 1-5 paino-%.

Keksinnön mukaisen menetelmän erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaan voidaan autoklaavikäsittelyn päätyttyä autoklaavissa vallitseva suuri paine poistaa ja hiilivetykomponentti ottaa talteen tiivistämällä ja orgaaniset ei-tiivistyvät kaasumaiset komponentit ottaa talteen polttokaasusivutuotteena. Tässä viimeksi mainitussa tilanteessa tapahtuu vain vähäistä haihtuvien orgaanisten komponenttien laskeutumista jalostetuille hiilipitois.ille tuotteille. Silti on tälle tuotteelle tunnusomaista lämmön vaikutuksesta muuttunut rakenne, jolla on parantunut lämpöarvo ja entistä parempi kestokyky rapautumiseen ja hajoamiseen nähden.

Keksinnön puitteissa voidaan myös suorittaa kaksivaiheinen autoklaavi- ja uudelleenpinnoituskäsittely, jolloin autoklaavissa vapautettu kaasufaasi vielä korkeassa lämpötilassa siirretään toiseen jäähdytyskammioon, johon aikaisemmassa autoklaavikäsitte-lyssä jalostettu hiilipitoinen tuote on siirretty jäähtymään, jolloin kaasufaasi saatetaan kosketukseen tämän jäähtyneen panoksen kanssa. Jäähtyneen panoksen annetaan tavallisesti jäähtyä lämpötiloihin, jotka ovat alemmat kuin noin 260°C, ja yleensä lämpötiloihin, jotka ovat noin 150°C tai hiukan alemmat. Joutuessaan kosketukseen jäähtyneen panoksen kanssa tiivistyy kuumasta kaasumaisesta faasista tiivistyvät orgaaniset komponentit panokselle, mikä kuten aikaisemminkin aikaansaa jalostetun hiilipitoisen tuotteen päällystymisen ja kyllästymisen. Jäljellä oleva tiivistymätön kaasufaasi otetaan sivutuotteena talteen polttokaasuna käytettäväksi. Jalostetun panoksen jäähtyminen suoritetaan ei-hapettav.issa olosuhteissa ja voidaan sopivasti suorittaa siirtämällä panos suoraan autoklaavista suljettuun jäähdytyskammioon, joka sopivan venttiilijärjestelmän avulla on sovitettu autoklaavin yhteyteen.

Keksinnön mukaista menetelmää kuvataan lähemmin seuraavissa esimerkeissä.

Esimerkki 1

Ligni.ittihiili (North Dakota, Zap), jonka keskimääräinen vesipitoi- 8 61202 suus on noin 30 paino-%, ja joka on liuskeen värinen, seulotaan siten, että saadaan hienojakoinen panos, jossa hiukkasten koko on pienempi kuin 12,7 mm. Mitattu määrä tätä hiiltä eli 6,64 g sijoitetaan ruostumatonta terästä olevaan paineastiaan, jonka sisäkammion pituus on noin 7,6 cm, ja jonka ympyrämäisen poikkileikkauksen halkaisija on 16 mm, ja seinämän paksuus on noin 6,3 mm. Astian päät suljetaan ruuvityyppisillä kuvuilla kammiossa olevan panoksen sulkemiseksi tiiviisti tähän kammioon. Paineastia eli autoklaavi sijoitetaan uuniin, jonka lämpötila on noin 537°C, ja pidetään viiden minuutin esikuumennus ajan jälkeen tässä lämpötilassa vielä 30 minuuttia. Autoklaavikäsittelyn päätyttyä paineastia poistetaan uunista ja jäähdytetään vesijohtovedessä huoneenlämpöön, irinkä jälkeen toinen pääte-kupu poistetaan jäännöspaineen päästämiseksi ja panos poistetaan astiasta ja kuivataan kohtuullisesti pintaveden poistamiseksi ilma-kuivauksen avulla. Jalostettu ligniittituote painaa 4,98 g, mikä osoittaa 25 % suuruista painon menetystä, ja lämpöarvo on 29 189 kJ/kg. Tämän jalostetun hiilipitoisen tuotteen väri on tumma ja ulkonäkö on kiiltävä.

Esimerkki 2

Toistetaan esimerkin 1 mukainen menettely, mutta käytetään 4,81 g painavaa ligniittihiilipanosta, jota lämmitetään kaikkiaan 60 minuuttia noin 400°C:ssa. Autoklaavikäsittelyn päätyttyä paineastia poistetaan uunista ja annetaan astian jäähtyä ilmassa huoneenlämpöön, minkä jälkeen kupu poistetaan kaasun jäännöspaineen päästämiseksi, jolloin saadun tuotteen lämpöarvo on 26,361 kJ/kg. Jalostetun hiilipitoisen tuotteen paino on 3,5 g, mikä osoittaa 27,3 paino-% suurista painon menetystä.

Esimerkki 3

Esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä toistetaan käyttämällä 5,91 g painavaa ligniittipanosta, jota kuumennetaan kaikkiaan 60 minuuttia uunissa noin 470°C:ssa. Paineastia jäähdytetään vesijohtovedessä huoneenlämpöön ja avataan jäännöskaasunpaineen päästämiseksi. Otetaan talteen 4,1 g jalostettua hiilipitoista tuotetta, mikä osoittaa noin 30 paino-% suuruista painonmenetystä,jolloin lämpö-arvo on 27,319 kJ/kg.

Esimerkki 4

Toistetaan esimerkin 1 mukainen koemenetelmä, mutta käytetään 5,1 g painavaa ligniittipanosta, joka viiden minuutin esikuumennusjakson jälkeen pidetään noin 400°C:ssa 30 minuuttia. Autoklaavikäsittelyn päätyttyä paineastia poistetaan uunista ja pakkojäähdytetään vesi- 9 61202 johtovedellä huoneenlämpöön, minkä jälkeen kupu poistetaan jäännös-kaasunpaineen päästämiseksi. Otetaan talteen kaikkiaan 4,52 g jalostettua tuotetta, joten painonmenetys on 11,3 % ja tuotteen lämpö-arvo on 23,113 kJ/kg.

Esimerkki 5

Toistetaan esimerkin 1 mukainen koemenetelmä käyttämällä 5,67 g painavaa ligniittipanosta, jota kuumennetaan yhteensä 60 minuuttia uunissa, jonka lämpötila on 537°C, minkä jälkeen astia jäähdytetään vesijohtovedellä huoneenlämpöön ja päätekupu poistetaan jäännöskaa-sunpaineen päästämiseksi. Otetaan talteen kaikkiaan 3,56 g jalostettua tuotetta, mikä osoittaa 36,8 paino-% suuruista menetystä, ja lämpöarvo 29,712 kJ/kg.

Esimerkki 6

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä, mutta käytetään 5,58 g painavaa ligniittipanosta, jota esikuumennetaan 5 minuuttia ja sitten pidetään 537°C:ssa 30 minuuttia. Tämän jälkeen paineastia poistetaan uunista ja pakkojäähdytetään vesijohtovedellä huoneenlämpöön. Päätekupu poistetaan jäännöskaasunpaineen päästämiseksi, ja otetaan talteen 3,39 g jalostettua hiilipitoista tuotetta, joten painonmenetys on 39 paino-%. Mitattu lämpöarvo on 27,957 kJ/kg.

Esimerkki 7

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä, mutta käytetään 5,67 g painavaa ligniittipanosta, joka viiden minuutin pituisen esikuumennusjakson jälkeen pidetään 30 minuuttia noin 537°C:ssa. Tämän jälkeen paineastia poistetaan uunista ja pakkojäähdytetään vesijohtovedellä huoneenlämpöön. Tämän jälkeen päätekupu poistetaan jäännöskaasunpaineen päästämiseksi, ja otetaan talteen 3,71 g jalostettua ligniittituotetta. Tämä edustaa 34,5 paino-% suuruista menetystä panostetusta aineesta. Tuotteen mitattu lämpöarvo on 29,384 kJ/kg.

Esimerkki 8

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä, mutta käytetään 5,23 g painavaa ligniittipanosta, joka viiden minuutin pituisen esikuumennusjakson jälkeen pidetään 30 minuuttia noin 537°C:ssa.

Tämän jälkeen kuuma paineastia poistetaan uunista ja sen lämpötilan ollessa yhä edelleen noin 537°C poistetaan päätekupu sisäisen kaasu-paineen päästämiseksi. Otetaan talteen 2,9 g muodostunutta jalostettua hiilipitoista tuotetta, mikä edustaa 44 paino-% suuruista painonmenetystä. Tuotteen lämpö on 27484 kJ/kg.

10 61 202

Esimerkki 9

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä, mutta ligniit-tipanosmateriaaliin kohdistetaan ensin esikuivauskäsittely ilmassa siten, että vedenpitoisuus laskee noin 14 %:iin. Täytettyä ja suljettua paineastiaa esilämmitetään ensin viisi minuuttia, minkä jälkeen astia pidetään 30 minuuttia noin 537°C:ssa. Tämän jälkeen astia pakkojäähdytetään vesijohtovedellä noin huoneenlämpöön. Otetaan talteen 4,2 g jalostettua hiilipitoista tuotetta, kun taas panoksen suuruus oli ennen käsittelyä 5,75 g. Painonmenetys on täten noin 27 paino-%. Tuotteen mitattu lämpöarvo on 26,358 kJ/kg.

Esimerkki 10

Toistetaan esimerkissä 9 selitetty koemenetelmä käyttämällä 4,97 g esikuivattua ligniittipanosta, joka sisältää noin 14 paino-% vettä. Tämän jälkeen esikuumennetaan viisi minuuttia ja sitten 30 minuuttia noin 537°C:ssa, minkä jälkeen astia poistetaan uunista ja annetaan sen jäähtyä ilmassa. Kun astian lämpötila on saavuttanut arvon noin 176°C, poistetaan päätekupu jäännöskaasunpaineen päästämiseksi. Otetaan talteen 4,1 g tuotetta, joten panoksen painonmenetys on noin 31 paino-%. Jalostetun hiilipitoisen tuotteen lämpöarvo on 28,835 kJ/kg.

Esimerkki 11

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä käyttämällä ligniittipanosta,jossa on noin 30 % vettä. Astiaa esikuumennetaan ensin viisi minuuttia, minkä jälkeen se pidetään 30 minuuttia noin 537°C:ssa. Käytetään yhteensä 5,64 g panosainetta. Autoklaavikäsit-telyn päätyttyä paineastia poistetaan uunista ja annetaan sen jäähtyä ilmassa kuten esimerkissä 10 noin 176°c:seen. Tämän jälkeen pääte-kupu poistetaan jäännöskaasunpaineen päästämiseksi. Otetaan talteen 3,33 g jalostettua hiilipitoista tuotetta, joten painonmenetys on noin 40 paino-%, mitattu lämpöarvo on 30,187 kJ/kg.

Esimerkki 12

Toistetaan esimerkissä 1 selitetty koemenetelmä käyttämällä 5,4 g ligniittipanosta, jota esikuumennetaan viisi minuuttia, ja sitten pidetään noin 537°C:ssa 15 minuuttia. Paineastia poistetaan uunista, ja sen annetaan jäähtyä ilmassa nnoin 176°C:seen, minkä jälkeen päätekupu poistetaan jäännöskaasunpaineen päästämiseksi. Saadaan 3,52 g jalostettua hiilipitoista tuotetta,joten painomene-tys on 34,8 paino-%. Tuotteen lämpöarvo on 29,138 kJ/kg.

61202

Kaikissa edellä selitetyissä esimerkeissä, lukuunottamatta esimerkkejä 9 ja 10, lasketaan olosuhteet siten, että paineastian eli autoklaavin paine tulee olemaan rajoissa noin 14,0 - noin 18,6 MPa. Esimerkeissä 9 ja 10 käytetään osittain kuivattua syötettyä materiaalia, joten laskettu paine autoklaavikäsittelyn aikana tulee olemaan noin 6,9 - noin 9,7 MPa, Esimerkeissä 1-12 käytetyt aika-, lämpötila- ja paineolosuhteet osoittavat, että käsittely vaikuttaa lämpöarvoon, joka ilmaistaan suureena kJ/kg jalostettua hiilipitois-ta tuotetta näiden muuttujien fraktiona ja lämpöarvo on myös jossain määrin suhteessa talteenotetun tuotteen painon menetykseen, verrattuna alkuperäisen panoksen painoon. Nämä lukuarvot esittävät selvästi aika-, lämpötila- ja painesuureiden keskinäisen suhteen, kun on kysymys panostetun materiaalin uudelleen muokkaamisesta ja siinä olevan vesimäärän ja haihtuvien orgaanisten komponenttien vapauttamisesta, niin että saadaan jalostettu polttoainetuote, jonka lämpöarvot lähestyvät bitumihiilen lämpöarvoja.

Esimerkeissä 1-12 saaduille jalostetuille hiilipitoisille tuotteille suoritettiin myös kosteuskoe näiden tuotteiden hygroskooppisen luonteen määrittämiseksi, joka osoittaa niiden vastustuskykyä sääolosuhteiden suhteen, kun ne joutuvat olemaan pitkähköjä aikoja alttiina ympäristön ilmaston vaikutuksille. Joka kerta kun panos pakkojäähdytetään, kuivataan jalostettu hiilipitoinen tuote ilmassa kuuman ilman läsnäollessa, niin että jäännöspintavesi saadaan poistetuksi. Tämän jälkeen tuote punnitaan ja sijoitetaan kosteuskammioon, joka pidetään 25 - noin 30°C:ssa ja suhteellinen kosteuspitoisuus pidetään arvossa noin 90 %, Seuraavassa taulukossa 1 on esitetty eräiden näiden kosteuskokeiden tulokset, jolloin taulukossa on lueteltu näytteen viipymäaika kosteuskammiossa ja prosenttimääräinen painonlisäys tai -menetys.

Taulukko 1

Kosteuskokeiden tulokset

Esimerkki Kokonaisaika, h painon lisäys/menetys , % 1 262 0 3 221 - 4 % 8 221 + 3 % 9 77 + 1 % 12 42 + 0,3 % 12 61 202

Taulukossa 1 esitetyistä koetuloksista ilmenee, että jalostetun hiilipitoisen tuotteen keskimääräinen lämpöarvo suurenee, ja että myös on saatu suhteellisen stabiili ja e.i-hygroskooppinen tuote, jolla on suuri kyky vastustaa kosteuden adsorboitumista siitä huolimatta, että suhteelliset kosteuspitoisuudet ovat verrattain pieniä, ja että niiden suuruusluokka yleensä on noin 1 - noin 5 paino-% jalostetun tuotteen painosta.

Esimerkki 13

Toistetaan esimerkissä 11 kuvattu menetelmä, mutta käytetään panoksena 6,71 g Colstrip-tyyppistä ruskohiiltä, joka lämmitetään viiden minuutin kuluessa noin 537°C:seen ja tämän jälkeen pidetään yhteensä 30 minuuttia tässä lämpötilassa. Autoklaavikäsittelyn päätyttyä astian annetaan jäähtyä noin 176°C:seen, minkä jälkeen kupu kierretään irti ja jäännöspaine päästetään. Otetaan talteen 3,99 g tuotetta, joten painonmenetys on *40,9 paino-%. Jalostetun hiilituotteen lämpöarvo on 30,068 kJ/kg. Tätä tuotetta verrataan käsittelemätöntä Colstrip-tyyppistä ruskohiiltä olevaan käsittelemättömään vastalouhittuun ja vedettömään vertailunäytteeseen. Taulukossa 2 on esitetty vertailuarvot, joista nähdään lämpöarvon suureneminen ja rikki" ja happipitoisuuden pieneneminen autoklaavikäsittelyn tuloksena.

Taulukko 2

Vertailuarvot

Puoli-bitumih.iiltä, Colstrip, Montana

Vertailunäyte Käsitelty näyte louhittuna vedettömänä louhittuna vedettömänä

Kosteuspitoisuus, paino-% 16,8 0 1,9 0 Lämpöarvo kJ/kg 22420 26947 30068 30650

Lopullinen analyysi C 56 ,3 67,7 77 ,2 78,7 H 2,90 3,49 2,95 3,01 S 1,30 1,56 1,38 1,41 N 0,78 0,94 1 ,06 1 ,08 0 28,9 14 ,5 5 ,3 3 ,5

Tuhkaa 9,78 11,8 12,1 12,3 13 61 202

Taulukossa 2 esitetyt arvot osoittavat käsitellyn hiilen parantuneita ominaisuuksia alkuperäiseen hiileen verrattuna, mutta näistä lukuarvoista ei selviä, että rikkipitoisuus on pienentynyt. Tämä voidaan osoittaa seuraamalla rikkipitoisuuden vaihtelua käsittelyn aikana. 100 kg vastalouhittua ruskohiiltä sisältää 1,30 kg rikkiä. Tästä saadaan 59,1 kg jalostettua tuotetta, jossa on 1,38 paino-% rikkiä, eli 0,82 kg rikkiä. Tämä osoittaa, että 0,48 kg eli 37 paino-% siitä rikistä, joka on olemassa 100 kg:ssa vasta-louhittua hiiltä, saadaan poistetuksi käsittelyn ansiosta.

Esimerkki 14

Toistetaan esimerkissä 11 kuvattu menetelmä käyttämällä 5,90 g ligniittipanosta, (North Dakota, Buleah). Panos lämmitetään kymmenen minuutin aikana noin 537°C:seen, ja pidetään 30 minuuttia tässä lämpötilassa, Autoklaavikäsittelyn päätyttyä astian annetaan jäähtyä 300°C:seen minkä jälkeen kupu irroitetaan ja jäännöspaine päästetään. Otetaan talteen 3,25 g käsiteltyä ligniittituotetta, joten painon menetys on 44,9 paino-%. Jalostetun ligniittituotteen lämpöarvo on 30350 kJ/kg, Tätä tuotetta verrataan käsittelemätöntä Buleah-ligniittiä olevaan vastalouhittuun ja vedettömään vertailu-näytteeseen. Taulukossa 3 on esitetty lopullisen analyysin tulokset.

Taulukko 3

Vertailuarvot

Ligniitti Buleah, North Dakota

Vertailunäyte Käsittelynäyte louhittuna kuivattuna louhittuna kuivattuna

Kosteuspitoisuus, paino-% 24 ,25 0 2 ,85 0 Lämpöarvo, kJ/kg 19601 25877 30350 31238 „ Lopullinen analyysi C 49,7 65,6 76,5 78,7 H 2,76 3 ,64 3,14 3 ,23 S 1 ,21 1 ,6 0,77 0,79 N 0,58 0,77 0 34,8 19,3 10,6* 8,6*

Tuhkaa 6,91 9,12 9,03 9,27 * 0 + N ilmaistu 0;na

Claims (6)

1, Menetelmä ligniittityyppisen hiilen, erityisesti kostean hiilen lämpöarvon ja pysyvyyden parantamiseksi, tunnettu siitä, että syötetään ligniittityyppistä hiiltä autoklaaviin, kuumennetaan hiili lämpötilaan noin 400-676°C, paineessa vähintään 6,9 MPa, riittävän pitkä aika veden ja eräiden haihtuvien orgaanisten komponenttien muuttamiseksi kaasufaasiin sekä osittaisen muutoksen aikaansaamiseksi kemiallisessa rakenteessa ja kemiallisen koostumuksen muuttamiseksi, minkä jälkeen ligniittityyppinen hiili, jäähdytetään ja käsitelty hiilituote otetaan talteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniittityyppinen hiili saatetaan kosketukseen kaasufaasin kanssa jäähdytyksen aikana kaasufaasin sisältämien kondensoituvien orgaanisten komponenttien kerrostamiseksi käsitellyn hiilituotteen pinnalle.

3, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniittityyppinen hiili kuumennetaan lämpötilaan vähintään noin 482-676°C.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniittityyppinen hiili kuumennetaan paineessa vähintään noin 6,9-22,8 MPa.

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniittityyppinen hiili kuumennetaan korotetussa paineessa vähintään noin 15 minuuttia.

6, Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumennusvaiheen jälkeen kaasufaasi johdetaan pois autoklaavista, siirretään kuumennettu ligniittityyppinen hiili jäähdytyskammioon, jossa oh pääasiallisesti ei-hapettava atmosfääri, ja jäähdytetään ligniittityyppinen hiili, minkä jälkeen jäähtynyt ligniittityyppinen hiili saatetaan kosketukseen autoklaavista poistetun kaasufaasin kanssa.