FI74994B - Foerfarande foer framstaellning av braensle av fast bitumen- och/eller lignosellulosamaterial. - Google Patents

Description

1 74994

Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi kiinteästä bitumi-ja/tai lignoselluloosamateriaalista Tämä keksintö kohdistuu menetelmään polttoaineen valmistamiseksi kiinteästä bitumi- ja/tai lignoselluloosamateriaalista, jossa menetelmässä sanotusta materiaalista poistetaan vettä kuuman, nestemäisen hiilivedyn, sopivimmin öljyn avulla, jonka kiehumapiste on veden kiehumapistettä korkeampi, alennetussa paineessa, jolloin hiilivedyn pääosa erotetaan materiaalista ja hiilivety palautetaan vedenpois-tovaiheeseen.

Saksalaisessa patenttijulkaisussa 256 653 esitetään menetelmä kiinteiden kappaleiden kuivaamiseksi upottamalla kappaleet nesteeseen, joka on lämmitetty yli 100°C:n lämpötilaan .

Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa 321 195 esitetään menetelmä metallioksidien kuivaamiseksi, jossa menetelmässä metallioksidi upotetaan hienojakoisena nestemäiseen hiilivetyyn, joka on vettä raskaampaa, veden syrjäyttämiseksi oksidista. Julkaisussa suositellaan seoksen lämmittämistä noin 100°C:n lämpötilaan.

US-patenttijulkaisussa 2 236 445 esitetyn menetelmän mukaan hiili kuivataan upottamalla se kuumaan nesteeseen.

Nämä julkaisut osoittavat selvästi, että sellainen materiaalien kuivaustekniikka on hyvin tunnettu, jonka mukaan vettä syrjäytetään materiaalista nesteen avulla. On tietenkin myös tunnettua poistaa vettä materiaalista kuumentamalla sitä.

Lopuksi on myös tunnettua poistaa vettä ja kosteutta materiaaleista saattamalla materiaalit paineen alaiseksi, joka 2 74994 on ympäristön tai ilmakehän painetta alhaisempi. Niinpä tunnetaan esimerkiksi useita tyhjökuivausmenetelmiä.

Kaikki tunnetut kuivausmenetelmät vaativat kuitenkin energiaa tai ovat kalliita suorittaa, ja on olemassa suuri tarve kuivausmenetelmistä ja vedenpoistomenetelmistä, joiden avulla kosteita bitumi- ja lignoselluloosamateriaaleja voidaan kuivata sopivien polttoaineiden valmistamiseksi kustannuksin, jotka ovat riittävän alhaisia, jotta nämä materiaalit voivat kilpailla öljyn ja korkealaatuisen hiilen kanssa. Ennenkuin öljyn hinta alkoi nousta 1970-luvun alkupuolella oli hyvin vähän mielenkiintoa käyttää vaihtoehtoisia energialähteitä, öljyn hinnan voidaan tuskin odottaa laskevan tulevaisuudessa. Tästä syystä yritetään ]öytää muita energialähteitä ja etenkin muita polttoaineita, jotka voisivat korvata öljyn. Korkealaatuisen hiilen esiintymät ovat rajoitettuja ja tästä syystä on yritetty käyttää hyväksi heikkolaatuisia hiilipolttoaineita, kuten turvetta, ruskohiiltä ja metsäjätteitä. Näiden materiaalien sisältämä vesi muodostaa probleeman kun niitä käytetään polttoaineina.

Näin ollen on olemassa suuri tarve uusista vedenpoistomenetelmistä polttoaineita valmistettaessa, joissa menetelmissä alhaisten energiakustannusten vaatimus on mitä tärkein.

Nyt on todettu, että voidaan menestyksellisesti poistaa vettä bitumi- ja lignoselluloosamateriaalista ja etenkin turpeesta ja metsäjätteistä saattamalla materiaali kosketukseen hiilivetyyn perustuvan, veden kanssa sekoittumattoman nestemäisen tuotteen kanssa, jonka kiehumapiste on veden kiehumapistettä korkeampi, 35 ja 80°C:n välisessä korotetussa lämpötilassa suljetussa astiassa, jossa ylläpidetään kokonaispaine, joka on ilmakehän painetta alhaisempi, 100 kPaT sopivimmin 5-50 kPa. Käytetty hiilivety on edullisesti öljytuote, sopivimmin paloöljy (parafiini), ja öljyn kiehumapiste on 150°C tai korkeampi.

Il 3 74994 Lämpötila pidetään edullisesti veden kiehumapistettä veden-poistoastiassa vallitsevassa paineessa korkeampana, ja se on ainakin noin 35°C 5 kPa:n paineessa ja ainakin 80°C 50 kPa:n paineessa. Käytetyn laitteiston teknisiin ominaisuuksiin nähden on suositeltavaa keksintöä sovellettaessa, että vedenpoistoastiassa vallitseva paine on noin 9,5-31 kPa ja lämpötila noin 45-70°C, ja sopivimmin paine on 12-20 kPa ja lämpötila noin 50-60°C.

Materiaalin, josta vettä on poistettava, kosteuspitoisuus voi olla niin suuri, että aineesta melkein tippuu vettä. Normaalisti materiaalia kuitenkin puristetaan siihen sisältyvän veden poistamiseksi, minkä johdosta turpeen vesipitoisuus vähenee 57 %:iin. Vaahdotetussa hiilikaivoksen vakio-tuotteessa kosteuspitoisuus on noin 30 %. Vesipitoisuus voi kuitenkin olla ainakin 80 %:iin asti.

Materiaalin, josta vettä on poistettava, kanssa kosketukseen saatetun nestemäisen hiilivedyn lämpötilan tulee olla vähintään 30-50°C korkeampi kuin materiaalin lämpötila.

Menetelmä esitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jonka ainoassa kuviossa on esitetty vedenpoistoastia 1, joka on järjestetty siten, että siinä vallitseva paine on ilmakehän painetta alhaisempi. Astiasta poistuva ilma ja höyry pumpataan tyhjöpumpulla 2 johdon 3 kautta. Bitumi- tai lignoselluloosamateriaalia syötetään astiaan 1 johdon 4 ja syöttöventtiilin (ei esitetty) kautta. Kuumaa öljyä johdetaan vedenpoistoastiaan 1 johdon 5 kautta ja sekoitetaan astiassa materiaalin kanssa, jota syötetään astiaan johdon 4 kautta. Suurin osa materiaaliin sisältyvästä vedestä höyrystyy ja poistuu johdon 3 ja pumpun 2 kautta. Täten poistettu kaasu jäähdytetään kylmällä öljyllä jäähdytyskierukassa 7, joka on sijoitettu jäähdyttimeen 6. Jäljelle jäävä kaasu poistetaan johdon 8 kautta. Vaihtoehtoisesti höyrystynyt kaasu poistetaan johtoon 3 sijoitetun lämpökompressorin (ei esitetty) kautta, 4 74994 jolloin kaasun paine saatetaan ilmakehän paineeseen, 101 kPa, ja lämpötilaa samalla korotetaan. Esimerkiksi lämpötila reaktorissa on 50°C ja paine 12 kPa, jolloin kaasun lämpötila kohoaa 320°C:een ja paine kohoaa 101 kPa:iin. Lämmönvaihdon jälkeen syötetyn öljyn kanssa kaasu poistetaan johdon 8 kautta. Tällöin jäähdyttimen/lämmönvaihtimen paine ylläpidetään ilmakehän paineessa. Höyrystynyt vesi lauhdutetaan jäähdyttimessä 6 yhdessä tietyn öljymäärän kanssa, ja lauhde johdetaan johdon 9 kautta erotuslaittee-seen 10, jossa öljy ja vesi erotetaan toisistaan. Vesi johdetaan johdon 11 kautta sopivaan puristuslaitteeseen (ei esitetty), ja öljy palautetaan johdon 12 kautta järjestelmässä kiertävään öljyyn.

Kuumalla öljyllä kuumennettu materiaali johdetaan johdon 13 kautta öljynpoistolaitteeseen 14, joka edullisesti on mekaaninen laite, jossa öljyä puristetaan materiaalista ja kierrätetään takaisin johdon 15, jäähdyttimen 6 ja johdon 5 kautta. Käyttövalmis polttoaine poistetaan johdon 16 kautta.

Saadun polttoaineen kosteuspitoisuus on hyvin alhainen ja se sisältää tietyn määrän öljyä. Polttoaineeseen jäävän öljyn määrä määräytyy öljyn hinnan ja öljyn poistamisesta materiaalista aiheutuvien kustannusten mukaisesti. Esimerkiksi kuivattaessa turvetta, materiaaliin jäävän öljyn määrä voi olla noin 5-15 %. Koska polttoaineen käyttökelpoisuutta voidaan lisätä lisäämällä siihen sisältyvän öljyn määrää, saattaa olla sopivaa antaa vähän öljyä kulkea materiaalin mukana. Lienee selvää, että polttoaineen mukana järjestelmästä poistuva öljy on korvattava lisäämällä öljyä, ja tämä lisäys suoritetaan edullisesti järjestelmään syötettävän materiaalin mukana. Tästä seuraa se hyöty, että materiaaliin sisältyvä pöly tulee sidotuksi.

Eräissä tapauksissa saattaa olla edullista ja toivottavaa, että polttoaine sisältää suhteellisen suuren määrän jään-

II

5 74994 nösöljyä. Eräs esimerkki tästä on vedenpoisto hiili-vesilietteistä, jotka on saatu mustan hiilen märkäkäsittelystä epäpuhtauksien, esimerkiksi metallisulfidien, erottamiseksi siitä. Hiili-öljytuotteella on usein edullisen korkea lämpöarvo ja se soveltuu myös hyvin kuljetettavaksi ja varastoitavaksi. Tällaista tuotetta voidaan polttaa öljyllä lämmitetyissä laitoksissa.

Vedenpoistoastia 1 muodostaa edullisesti autoklaavin. Kosteata materiaalia voidaan syöttää autoklaaviin joko panoksittaan tai jatkuvasti kuljettimella, joka on varustettu sopivilla venttiileillä paineen tasaamiseksi. Materiaali voidaan tällöin sulkea nestettä läpäiseviin koreihin tai sen tapaisiin sen estämiseksi, että materiaali muodostaa öljyn kanssa lietteen.

Kun materiaali on käsitelty vedenpoistoastiassa, öljy poistetaan öljynpoistolaitteessa, jonka edullisesti muodostaa yksi tai useampi telapari, joiden läpi materiaali saatetaan kulkemaan. Tällöin turvetta voidaan helposti puristaa niin paljon, että sen jäännösöljymäärä on suuruusluokkaa 5-15 %. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää sen tapaisia tavanomaisia puristimia, joita käytetään turvebrikettien valmistukseen. Pumppu voi olla tavanomainen mäntäpumppu, nestepumppu tai ejektoripumppu.

Käsittelyn jälkeen jäävä kosteusmäärä voi olla 1-10 %, riippuen käsiteltävän materiaalin laadusta.

Keksinnön mukaisen menetelmän havainnollistamiseksi esitetään sovellutusesimerkki, jossa koelaitosta käytettiin käyttäen seuraavia materiaali- ja energiamääriä.

Jäännösöljymäärää voidaan edelleen vähentää alle 1 % yksinkertaisella öljyn haihdutuksella puhaltamalla ilmaa sekoitetun materiaalin yli.

6 74994

Esimerkki 1

Autoklaaviin syötettiin 1 kg turvetta, joka sisälsi 51 % vettä, yhdessä noin 8 kg:n kanssa öljyä, jonka lämpötila oli 140°C. Autoklaavin paine säädetään 25 kPa:iin, jolloin 0,5 kg vettä poistui ja autoklaavista poistettiin 1,0 kg turvetta, joka sisälsi 0,5 kg öljyä ja 0,01 kg vettä, 65°C:n lämpötilassa. Turve johdettiin telapuristimeen, jossa 0,425 kg öljyä puristettiin turpeesta, joka tällöin sisälsi 490 kg kuivaa turvetta, 75 q öljyä ja 10 g vettä. Höyrystynyt vesi poistettiin tyhjöpumpun kautta, jolloin lämpötila kohosi 65°C:sta 200°C:een. Autoklaavista poistettiin 7,5 kg öljyä, jonka lämpötila oli 65°C, ja se saatettiin lämmönvaihtoon tyhjöpumpun alavirran puolella olevan kaasun kanssa, jolloin lämpötila kohosi 105,5°C:een kaasun lämpötilan laskiessa 110°C:een. Kuumaa kaasua käytettiin syötetyn öljyn lämmittämiseksi noin 65°C:n lämpötilaan. Koetta suoritettaessa ainoa syötetty energia oli tyhjöpump-puun syötetty energia ja öljyn lämpötilan kohottamiseen 105,5°C:sta 140°C:een turpeenpoistouunin kuumilla palamis-kaasuilla. Palamiskaasuja käytettiin myös uuniin syötetyn ilman lämmittämiseen. Turpeena ja tuotettuun polttoaineeseen 15 %:n määrin sisältyvänä öljynä syötetystä energiasta voitiin 88 % käyttää hyväksi polttoaineena. 12 % syötetystä energiasta käytettiin polttoaineen tuottamiseen.

Esimerkki 2

Autoklaaviin johdettiin 1000 kg mustahiiltä, joka oli vaahdotettu rikin ja muiden ei-haluttujen aineosien poistamisek- 3 si ja joka sisälsi 30 % vettä, yhdessä noin 2,5 m kanssa paloöljyä, jonka lämpötila oli 200°C. Autoklaavin paine säädettiin 12 kPa:iin, jolloin 300 kg vettä poistui ja saatiin 900 kg hiiltä, joka sisälsi 200 kg paloöljyä ja 9 kg vettä. Hiili johdettiin tclapuristimen kautta, jolloin paloöljy-pitoisuus väheni 5 %:iin, haihduttimeen, jonka läpi puhallettiin ilmaa ympäristön lämpötilassa, jolloin paloöljypi-toisuus aleni alle 1 %:n. Paloöljy poistettiin haihdutti-mesta ja siirrettiin adsorptiolaitteeseen, josta paloöljy

II

7 74994 haihdutettiin höyryllä ja palautettiin prosessiin. Autoklaavissa höyrystynyt kaasu poistettiin ja sen painetta ja lämpötilaa kohotettiin lämpökompressorissa 101 kPa:iin ja 320°C:een ja sitä käytettiin prosessissa käytetyn öljyn lämmittämiseen. Osaa käsitellystä höyrystä käytettiin palo-öljyn haihduttamiseen adsorptiolaitteesta.

Lopputuote käsitti 700 kg hiiltä, joka sisälsi alle 9 kg vettä ja huomattavasti alle 9 kg paloöljyä. Tuote oli vapaasti juoksevaa.

Claims (4)

1. 74994
2. 1. Menetelmä veden poistamiseksi polttoaineena käytettäväksi tarkoitetusta kiinteästä, kosteasta, bitumi- ja/tai lig-nosel1 uioosapitoisesta aineesta, jossa ainetta panostetaan suljettuun astiaan yhdessä pääasiallisesti nestemäisen hiili-vetytuotteen kanssa, jolla on korkeampi kiehumispiste kuin vedellä; ja ylläpitäen astiassa 5-50 kPa:n kokonaiskaasunpai- o netta; hiilivedyn lämpötila on yli 60 C ja on lisäksi vä-o hintään 30 C vesihöyryn lämpötilan yläpuolella kyseisessä paineessa; jolloin vesihöyryä poistetaan 1-10 paino-i:n jään-nöspitoi suuteen aineessa; ainetta ja hiilivetyä poistetaan astiasta ja erotetaan ainetta mainitusta hiilivedystä, tunnettu siitä, että vesihöyryä poistetaan aineesta, termokom- primoidaan mainittua vesihöyryä paineen nostamiseksi 101 o kPariin ja sen lämpötila noin 320 C:een ja 1ämpövaihdetaan tuleva määrä nestemäistä hii1ivetytuotetta mainituilla komp-rimoiduilla ja lämmitetyillä höyryillä mainitun nestemäisen hii1ivetytuotteen lämmittämiseksi, ja erotetun sekä lämmitetyn nestemäisen hii1ivetytuotteen palauttamiseksi prosessiin, ja käsitellyn aineen poistamiseksi polttoaineena.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pääasiallisesti nestemäinen tuote on paloöljyä, o jonka lämpötila on yli 75 C.
4. 1. Förfarande för avvattning av fasta, vita, bituminösa och/eller 1ignocel1 uiosahaltiga materia! att användas som bränsle, omfattande satsning av materialet tili ett slutet kärl tillsammans med en huvudsakl igen flytande koi väteprodukt som har en högre kokpunkt än vatten; och bibehällande i kär- let ett totalt gastryck av 5-50 kPa; temperaturen hos kolvä-o o tet är över 60 C och är vidare minst 30 C över temperaturen hos vattenSngan vid det aktuella trycket; avlägsnande av vattenänga tili ett resti nnehal1 i materialet av 1-10 vikt-%; avlägsnande av materialet och kolvätet fran kärlet och sepä-