HU180256B

HU180256B - Combustible consisting of residual fuel oil and powdered wood-coke mixture and process for preparing coke from cellulosic materials

Info

Publication number: HU180256B
Application number: HU78KO2944A
Authority: HU
Inventors: Edward Koppelman
Original assignee: Edward Koppelman
Priority date: 1977-09-07
Filing date: 1978-09-06
Publication date: 1983-02-28
Also published as: RO75315A; ATA634278A; YU42279B; SE440914B; NO781629L; FI71336B; GB2003919B; CS222655B2; CA1109820A; FI71336C; JPS6114200B2; DK202378A; DK159974C; BG48338A4; SE7806112L; GB2003919A; FI781462A0; DD138675A6; DK159974B; AU513614B2

Description

Maradék fűtőolajból és porított fa- koksz keverékből álló fűtőanyag és eljárás cellulóztartalmú anyagokból koksz előállítására

A találmány tárgya maradék fűtőolajból és porított fakoksz keverékből álló fűtőanyag és eljárás oellulóztartalmu anyagokból koksz előállítására.

Lignit-típusa szenek minőségének javítására vonatkoztak az 1 38? 888, 3 241 5θ5 és 4 052 168 sz. amerikai szabadalmi leírások.

Ismeretes, hogy a lignit-telepeken kívül minden évben hatalmas mennyiségű olyan, az ipari üzemben jó hatásfokkal el nem tüzelhető cellulóz jellegű anyaggal is számolni lehet, mint a természetes előfordulású tőzeg, vagy a fűrésztelep!, mezőgazdasági hulladékok. Az ilyen, oellulóztartalmu hulladékanyagok mint a fafeldolgozás következtében keletkező fürészpor, kéreg, forgács, ágak, hulladékfa - és a mezőgazdasági hulládékanyágok, mint a gyapotszár és hasonló anyagok eddig hulladékeltakaritás1 problémát jelentettek. Már régen erezhető a hiánya egy olyan eljárásnak. amellyel az ilyen, oellulóztartalmu anyagokat értékes anyagokká, lehet alakítani és ezáltal ez az eljárás nemcsak a tüzelőanyaghiány és az energiaválság orvoslására lenne alkalmas, de a fenti hulladékanyagok eltakarítási költségeit is szükségtelenné tenné.

A fenti problémákon kívül különféle előírások, mint pl. környezetvédelmi szervezetek előírásai is viszonylag szigorúan korlátozzák a gőz és áramfejlesztés céljából ipari létesítményekben elégethető fűtőolajok kéntartalmát. A jelenlegi ilyen előírások a fűtőolajokban 0,7 % maximális kéntartalmat engedélyeznek, míg Kalifornia állam például olyan előírásokat hozott,

-1180256 amelyek a kéntartalom legnagyobb megengedhető értékét egyes területeken 0,3 %-ban határozták meg. Ahhoz, hogy ezek az előírások betarthatóak legyenek, a viszonylag nagyobb kéntartalmú fűtőolajokat sok esetben Importból származó kis-kéntaxtalmu fűtőolajokkal kellett keverni, és Így készíteni a megengedett határok közé eső kéntartalmú keveréket. A felhasznált, importált, kia-kéntartalmu fűtőolajok nemcsak drágák, de növelik is a függőséget a külföldi szénhidrogén nyersanyagtól. Ez a probléma kiküszöbölhető a találmány szerint oly módon, hogy különösen klskéntartalmu és hamutartalmu kokszszerü terméket állítunk elő, amely aprítás után a nagy-kéntartalmú fűtőolajjal keverhető; ily módon folyékony szuszpenzió keletkezik, amely a kéntartalom tekintetében a szabályozó előírásoknak megfelel.

A találmány szerinti megoldás lényege, hogy a fakoksz szilárd tüzelőanyagot a szuszpenzió egészére számított 1-50 %-os mennyiségben, egyenletesen elosztott szuszpendált részecskék alakjában tartalmazza és ezeknek a részecskéknek az átlagos mérete kisebb 0,297 mm-nél.

A találmány szerint úgy járunk el, hogy a cellulóztartalmu nyersanyagot autoklávba tápláljuk, legalább 399 és legfeljebb 677 °C-ra hevítjük és ezen a hőmérsékleten legalább 70 bar, célszerűen 70-230 bar nyomáson tartjuk, a nyersanyagban lévő nedvességtartalom és az illékony szervesanyag tartalom legalább egy részét a gözfázlsba visszük és a képződött szilárd reakcióterméket lehűtjük, a szilárd kokszterméket kinyerjük és kívánt esetben aprítjuk. Az autoklávos kezelés során keletkező gőzöket elvezetjük és nemkondenzálódó részüket - amely fütőgáznak alkalmas - szükség esetén az eljárásban felhasználjuk. Az autoklávos kezelés végén a szilárd koksztérmékét olyan hőmérsékletre hütjük, hogy a levegőn ne gyulladjon meg, majd kívánság szerint tovább aprítható szemcsés tüzelőanyaggá.

A találmány szerinti eljárás további foganatosítási módja szerint az autoklávban előállított kokszot 0,297 mm-nél kisebb, előnyösen 0,074 mm-nél kisebb szemcsenagys águra aprítjuk, majd ezután az egész keverékre számított 1-50 s%-os mennyiségben nagykéntartalmú fűtőolajjal kever jük.és ily módon folyékony szuszpenziót nyerünk. A szemcsés koksz sajátságai következtében a szuszpenzió azuszpendáltató adalék nélkül is stabil, a koksz kéntartalma alacsony, csak 0,1 %-os, hamutartalma csak 1-4 %-os, tehát alkalmas fűtőanyag keverőkomponens.

Találmányunk további előnyei nyilvánvalóvá válnak a találmány legkedvezőbb megvalósítási módjainak leírásából és az ezekhez kapcsolódó példákból.

A találmány szerinti eljárás során a cellulóztartalma nyersanyag illetve különböző cellulóztartalmu anyagokból álló keverék először előkezelésre kerül; ennek során az anyagot alkalmas módszerrel aprítjuk, porltjuk és szitáljuk, hogy nyersanyagunk kívánt szemoseméretü legyen, majd ezután az aprított nyersanyagot hőmérséklet- és nyomásálló reaktorba tápláljuk és nyomás és hő hatásának tesszük ki, hogy a benne lévő nedvességtartalomból és illékony azervesanyag tartalomból keletkező hőbomlási termékek gőzzé alakuljanak és hogy a hőhatás következtében a szénjellegű nyersanyag szerkezete a kívánt mértékben átrendeződjék. A gázalaku termékeket elvezetjük a reaktorból és kondenzátorba tápláljuk, ahol a lecsapódó anyagot kondenzátoraként, a lényegében nem kondenzálódó fázist fütogáz melléktermékként lehet kinyerni; ezt a fütőgázt előnyös visszavezetni és a

-2180256 folyamatban felhasználni vagy az energiatermelésben hasznosítani. A reakcióterinék a reaktor reakciózónájából a hütőzónába jut, ahol olyan alacsonyabb hőmérsékletre hül, amelyen levegővel érintkezve gyulladás vagy más káros jelenség nem következik be. A hütőzónából a szilárd reakcióterméket vagy kokszterméket a tárolóba továbbítjuk. Találmányunk előnyös foganatosítási módjánál a koksztexmék a tárolóból az őrlőbe illetve aprltóba kerül, ahol a kívánt nagyságra tovább poritjuk, hogy mint porított szilárd anyag, az ilyen anyagokra tervezett kemencékben és égőkben elégetésre alkalmas legyen, ügy ls eljárhatunk, hogy az aprított koksz egy részét az őrlőből a keverőbe továbbítjuk, ahol fűtőolajjal keverjük olyan folyékony szuszpenzióvá, amely ellenőrzött mennyiségű szemcsés fa/cellulóz/-kokszot tartalmaz. A keletkező fűtőolaj-koksz azuszpenziót a keverőbői a termék-tárolóba vezetjük.

A nyersanyag számos cellulóztartalmu anyag bármelyike vagy tetszés szerinti keveréke lehet, ideértve a fafeldolgozásból keletkező vagy a mezőgazdaságban hulladékként jelentkező cellulóztartalmu anyagokat. így például termesztés előfordulású cellulóztartalmu anyagok, mint a tőzeg, továbbá a cellulóztartalmu hulladékanyagok, mint a fürészpor, kéreg, forgács_f ágak, hulladékfa, a fafeldolgozásból a fűrésztelepekről, továbbá a különböző mezőgazdasági hulladékanyagok, mint a gyapotszár, dióhéjak, kukoricalevél és hasonlók alkalmas kiindulási anyagok.

A nyersanyagot, mielőtt az autoklávba vezetnénk, ajánlatos előkezelésre vinni; az előkezelés tartalmazhat egy olyan lépést, amelyben a felesleges víztartalom eltávolítása a oél; ezáltal a majadék nedvess égtartalom olyan szintig csökken, amelynél a kezelés könnyebb és a következő lépésbeneltávolltandó vízmennyiség kisebb. Mivel az autoklávos kezelés során lényegében a nyersanyagban lévő összes nedvességtartalom eltávozik, az előbbl előkezelő lépés a legtöbb mezőgazdasági és fafeldolgozási hulladék esetében szükségtelen. Az előkezelés magában foglalhat nyersanyag-aprltó vagy porltó lépést, amelynek során a nyersanyag jellegétől függően a szemcsenagyságot a kezelésre és feldolgozásra alkalmas méretűre állítjuk be. A darabolás vqg y aprltás ezen kívül tartalmazhat megfelelő osztályozó vagy szitáló lépést; ebben a túl nagy szemcséket lehet kiválasztani és az aprltóba vlsszatáplálnl.

A nyersanyagot a feltételes előkezelő lépés végrehajtásával vagy anélkül a bevezető nyíláson át a reaktorba tápláljuk és ott meghatározott ideig legalább 399 °0 hőmérsékleten, legalább 70 bar nyomáson kezeljük, hogy kémiai szerkezete a hőhatás következtében a kívánt módon átrendeződjék, és a benne lévő nedvességtartalom és az illósodó szervesanyag tartalom egy része, továbbá a belőlük keletkező szerves bomlástermékek gőzzé alakuljanak; a gőzt a reaktorból klbocsátjuk és célszerűen hűtőn vezetjük át, hogy az értékes kémiai melléktermékeket tartalmazó kondenzáltathato fázist különválásszűk és összegyü^tsük. A hűtőből távozó, lényegében nem kondenzálódó gázokat előnyösen fütőgázként, a reaktor fűtésére éa kisegítő energiaforrásként lehet használni az eljárás energiaszükségletének fedezésére; az esetleges többlet értékesíthető.

Az autoklávos kezeléshez legalább 399 °C-os hőmérséklet szükséges.előnyösebb azonban 530 körül dolgozni, ahol a nagyobbmérvu illodás és hőhatásra végbemenő nyersanyag-szerkezet

-3180256 átalakulás következtében több fix-karbon keletkezik és rövldebb autoklávos kezeléssel, nagyobb hatásfokkal végezhető a művelet. Az autoklávos kezelés hőmérséklete kb. 677 °C-ig emelhető; ennél magasabb hőmérsékletek már rendszerint előnytelenek, mert a nem kondenzálódó gázok, túl nagy mennyiségben keletkeznek a szilárd, feljavított minőségű koké z térin ékhez viszonyítva,. Különösen jó eredményeket értünk el 538-649 °C közötti hőmérséklettartományban és 70-210 bar nyomástartományban. A legnagyobb alkalmazható nyomás 231 bar lehet. A 2J1 bárt meghaladó nyomások előnytelenek, mert az ilyen nagy nyomásoknak ellenálló nyomásálló berendezések előállítása nagyon drága és az ekkora nyomások alkalmazásából nyert eredmények semmivel sem jobbak, mint a 210 bar alatt kapottak.

A nyersanyag tartózkodási ideje az autoklávban a megfelelő hőmérséklet-nyomás viszonyoktól függ, amelyeket a továbbiakban jellemzett körülmények között tartunk, hogy a nedvességtartalom lényegében teljes elgőzölgését és az illékony szerves őszszetevők egy részének illósodását elérjük és a cellulóz-nyersanyag hőhatásra történő szabályozott szerkezet-átrendeződése bekövetkezzék.

A hőhatásra bekövetkező szerkezet-átrendeződés lefolyása nem teljesen tisztázott, de feltételezhető, hogy a cellulóz nyersanyag sejtszerkezetében jelenlévő gázok és a pirolizis termékek között lejátszódó két vagy több egyidejű kémiai reakcióból áll. A szerkezet-átrendeződési reakciók végeredménye a kémiai jelleg megváltozása, a szén-hidrogén arány növekedése és a kén és oxigén tartalom csökkenése, amint azt a koksztermék elemi analizise bizonyltja. Az autoklávos kezelés alatt ugyancsak lejátszódik egy meghatározott mértékű termikus szerkezet-átrendeződés és/vagy a kémiai szerkezet lebomlása újabb gáztermékek keletkezése kíséretében, amelyek szintén a gázfázisba távoznak.

Az autoklávban uralkodó nyomás és hőmérséklet növekedésével a reaktorban szükséges tartózkodás ideje csökken; ezzel szemben hosszabb tartózkodási idő szükséges ha kisebb hőmérsékletet és nyomást alkalmazunk. Rendszerint 482-649 °θ közötti hőmérsékleteken és 70-210 bar nyomáson a 15 perctől 1 óráig terjedő tartózkodási idők a megfelelőek. Jó eredmények érhetők el bizonyos anyagokkal, ha a megengedhető legnagyobb hőmérséklet- és nyomástartományban olyan rövid tartózkodási időt alkalmazunk, mint 5 perc, de egy órán túli reakcióidő is alkalmazható. Általában az egy óránál hosszabb tartózkodási idő nem nyújt lényeges előnyt a 15 perctől 1 óráig terjedő tartózkodási idővel szemben, gazdasági szempontból pedig hátrányos az ilyen hosszú tartózkodási idők alatt lecsökkent feldolgozóképesség és hatásfok.

Az autokláv belső terének nyomás alá helyezése kényelmesen kivitelezhető olymódon, hogy a nyersanyag nedvességtartalmának figyelembevételével szabályozzuk a betáplált nyersanyagnak az autokláv belső teréhez viszonyított mennyiségét, hogy magasabb hőmérsékletre hevítve a tulhevitett vízgőz és illékony szerves anyag által képződő gázfázis az autoklávban a kívánt nyomást fejtse ki. Az autokláv nyomása növelhető ezen kívül olymódon la, hogy sűrített^ nem oxidáló vagy redukáló gázokat vagy nagynyomású gőzt vezetünk az autoklávba.

Az autoklávos kezelés befejezése után, találmány unitnak megfelelően az autoklávot lehűtjük vagy léghütésael vagy’ valamilyen hűtőfolyadékkal, például hűtővízzel olyan hőmérsékletre, amilyenen az autoklávban feljavított minőségű szilárd kokszter

-4180256 mék a levegőre károsodás nélkül kibocsátható. Rendszerint elegendő az autoklávot 149 °C-ra lehűteni, általában előnytelen az autoklávot 100 C körüli vagy ennél alaosonyabb hőmérsékletre hűteni, mert a vízgőz kondenzálódása következtében a koksz nedvességtartalma megnő és fütőértéke csökken. Előnyösebb a hűtést azután végezni, miután a gázfázist eltávolitottuk, hogy megakadályozzuk az lllósodott szerves alkotók, köztük a viszonylag nehéz szénhidrogén párlatok és kátrányok kondenzálódását, a felületre és a koksz pórusaiba történő lerakódását.

A feljavított minőségű koksz fénytelen fekete, pórusos szerkezetű és maradék nedvességtartalma 1-5 s% között változik.

Találmányunk célszerű megvalósítás esetén az autoklávos kezelés befejezése után az autoklávot a kezelés hőmérsékletén nyomásmentesitjük. a szénhidrogén összetevőket kondenzáltatjuk és összegyűjtjük es a szerves nem kondenzálódó összetevőket fütőgáz melléktermékként kinyerjük. Ebben az esetben az illósodott szerves összetevőknek csak kis része rakodik le a koksztermékre. Az igy nyert kokszterméknek mindemellett termikusán átalakult, nagyobb fütőértéket eredményező szerkezete van.

Megoldható az autoklávos kezelés és a bevona tképzés két lépésben, is oly módon, hogy a gázfázist kibocsájtjuk az autoklavból és a kezelés hőmérsékletén egy másik autokláv-térbe vezetjük, ahol a feldolgozandó nyersanyagot hűtőközegként használjuk a gázfázisban lévő kátrány és olaj kondenzáltétására.

A lehűtött szilárd kokszterméket a hütőzónából a koksztárolóba visszük, ahonnan csomagolható és konténerekben vagy rakományként szállítható vagy továbbfeldolgozható alkalmas aprító ill. őrlő művelettel, amelynek hatására az autoklávos kezelés közben képződött agglomerátumok összetörnek és a termék tovább aprítható a kívánt részecskenagyságra. A koksztermék aprításának mértéke függ a felhasználás céljától és a szemcsés szilárd anyag égetésére használt égő kivitelétől. így például ha a kokszterméket a porított szén és hasonló fűtőanyagok elégetésére használatos égőhöz kívánjuk felhasználni, 0,297 mm-nél kisebb, előnyösen 0,0?4 mm-nél kisebb lyukbőségü szitán áteső szemcsék a szokásosak. Ugyanakkor, ha a kokszterméket automatikus kemencetöltő berendezéshez szánják, megfelelőek a nagyobb szemcsék is.

A szemcseméretre tekintet nélkül a koksztermék értékes szilárd fűtőanyag ás Ilyen alakban vagy más szokásos fűtőanyagokkal együtt közvetlenül felhasználható. A koksztérmékre a nagyon kis, rendszerint 1 a% alatti, még gyakrabban a 0,2-0,06 s% alatti kéntartalom jellemző. Bizonyos mezőgazdasági hulladékanyagok, mint pl. a gyapotszár legfeljebb 20 % hamutartalmu és 1%-nal kisebb kéntartalmú kokszot ad. A koksztermék fütőértéke általában a 6111-8354 kcal/kg tartományon belül van.

Mivel a kokszterméknek ilyen különösen kis kén- és hamutartalma van, előnyösen keverhető egyéb, nagykéntartalmu fűtőanyagokkal és ilymódon lényegesen kisebb átlagos kéntartalmú, az EPA és egyéb, állami és helyi környezetvédelmi előírásoknak megfelelő terméket ad. Bár az aprított koksztermék előnyösen keverhető szemcsés szilárd fűtőanyagokkal, igy különböző bitumenes és antracitszenekkel Is, különösen jó eredmények érhetők el, ha a bekeverést fűtőolajjal végezzük és legalább 1, legfeljebb 50 koksztartalmu folyékony szuszpenziót állítunk elő. A folyékony fűtőolajjal felvetethető maximális kokszmennyiséget

-5130256 az határozza meg, hogy milyen mértékbem nő meg a szemcsés koksz koncentrációjának növekedésével a szuszpenzió viszkozitása. Általában a koksz koncentrációjának felső határa az a szint, amel^nél a szuszpenzió viszkozitása alkalmas a szivattyúval történő továbbításra és arra, hogy a különböző fajta használatban lévő ipái i égők fuvókáin keresztül egyenletes porlasztható legyen. Bár olyan kis koksskoncentrációk is elképzelhetők, mint 1 s%, az ilyen kis koncentrációk nem növelik számottevően azokat az előnyöket, amelyek a kis kén- és hamutartalmu koksz bekeverésével elérhetők és rendszerint a legalább 25-től 50 a%-ig terjedő koncentrációk előnyösek. 50 s%-os koncentrációnál a szuszpenzió-keverék átlagos kéntartalma közelítőleg félakkora, mint a felhasznált fűtőolajé volt, igy tehát mód nyílik a különböző nagykéntartalmú fűtőolajok felhasználására olyan keverékekhez, amelyek megfelelnek az EPA és egyéb, állami és helyi környezetvédelmi előírásoknak.

Felismertük, hogy ha a 0,105 mm-nél kisebb szemeseméretü kokszot, amelyből előnyösen 80 % 0,074 mm-s méret alatt van, olyan sűrű szuszjeenzió készítésére használjuk, amely 50 % kokszot és 50 % fűtőolajat tartalmaz, számottevő mennyiségű szuszpendáltató adalék nélkül is stabil szuszpenzlót kapunk. Az ismertetett koksztermékek esetében rendszerint nincs szükség szuszpendáló szerre, míg a szokásos bitumenes szénből, antracit szénből készített szuszpenzióknál ilyan adalékok szükségesek. Ennélfogva a találmány egyrészt egyszerűsíti a szuszpenzió előállítását, másrészt pedig csökkenti a végső keverék előállítási költségeit.

A találmány szerinti eljárás további szemléltetésére példákat Ismertetünk, azzal a megjegyzéssel, hogy a példák szemléltető jellegűek és nem korlátozó hatályúak a találmány itt leirt és a szabadalmi igénypontokban körvonalazott tárgyára.

1. példa

Száraz tölgy és fenyőfából álló 59,5 g cellulóztartalmú nyersanyagot helyezünk 23,4 g vízzel együtt a kísérleti reaktorba. A betöltött fa 1.6 cm² és 3,2 om’ alapterületű, 20,3 cm névleges hosszúságú hasábokból áll. A kísérleti reaktor 3,45 cm belső átmérőjű éa 30,5 cm hosszúságú rozsdamentes acélhenger,

294,9 cru’ összes térfogattal. A reaktor vízhűtőhöz csatlakozó vezetékkel és vizklszoritásos gázgyüjtővel van felszerelve. 350 bar mér éstartományú nyomásmérő csatlakozik a reaktorhoz a nyomás folyamatos mérésére és K tlpusu termoelemet illesztünk a reaktorban lévő mérőhüvelybe a hofok folytonos regisztrálása céljából. A reaktor és a gázkondenzáltató között nagynyomású kúpos szelep van, hogy a kívánt nyomás biztosítására a reaktortérben lévő gázokból le lehessen fuvatni.

Miután a reaktort betöltöttük és lezártuk, vízszintes helyzetben forró tégelykemencébe tesszük. 5 perc múlva a reaktorban a nyomás 105 bar és a termoelem által jelzett belső hőmérséklet 296 °0. Ekkor a kivezető szeledet kissé megnyitjuk és a hűtőrendszeren keresztül kellő mennyiségű gázt engedünk ki ahhoz, hogy a reaktorban a nyomás lényegében állandó, 105 bar körüli szinten legyen. A következő 5 perces Időtartamban illetve a reaktor tégelykemencébe helyezése után 10 perccel a hőmérséklet a reaktoron belül, amint azt a termoelem mutatja, 554 °c. A reaktort ezután a kemencéből eltávolítjuk és kb. 93 °C-lg hütjük.

-6180256

A reaktorból 18,9 g sziláid kokszterméket és a hűtőrendszerből 20 ml folyadékot nyerünk ki. Több gáz keletkezik, mint amennyit a 7800 cm’ térfogatú gázgyüjtŐ befogad.

A szilárd koksztermékről megtekintés alapján megállapítható, hogy fekete szinü és olyan mézeslép-szerü szerkezete van, amely túlnyomórészt követi a cellulóz /fa/ nyersanyag eredeti szerkezetét és több helyén kokszosodott folyadék benyomását kelti. Az eredeti tölgy és fenyőrudac3k.ák a reakció során deformálódtak, mig a szilárd kokaztermék egyetlen, a reaktornál, kisebb átmérőjű hengert képez.

A kapott gáztermék a hidrogén, szén-monoxld és metanol elegyére jellemző halványkék, lánggal ég.

A szilárd termék összetétele a következő?

Nedvesség /s%/ Illóanyag /s%/	3,93 8,4? 8,82
Hamu /s%/	1,09 1,13
Fix karbon /s%/	86,5 90,1
Fűtőért ék, kcal/kg	7 951
	8 277
Elemi analízis
C /8%/	88,8 92,4
H /0%/	2,06 2,14
S /a%/	0,12 0,12
N /s%/	0,18 0,19
0 /3%/	3,82 4,02
2. példa
Kanadai spagnum tőzegből 100	g-ot helyeztünk az 1. példá

bán előzetesen ismertetett, gőz-hütésü és viz-hütésü kondenzátorokkal ellátott kísérleti reaktorba. A betáplált anyag elemzése 75 s% víztartalmat mutatott ki.

A reaktort betöltése után vízszintes helyzetben forró tégelykemencébe helyezzük, az 1. példában előzetesen ismertetett módon; 11 perc elteltével a reaktorban a nyomás 115,5 bar és e termoelem áltál mutatott belső hőmérséklet 264 °0. Ekkor a kivezető gázszelepet kissé megnyitjuk és a reaktorból a hűtőrendszeren keresztül elegendő gazt bocsátunk ki ahhoz, hogy a nyomást lényegében állandó, 105 bar-os szinten tartsuk.

Egy további 23 perces hevitési idő elteltével Illetve ősz szesen 34 perccel azután, hogy a reaktort a tégelykeraencébe helyeztük, a reaktorban a hőmérséklet °C. A reaktort ezután kivesszük a kemencéből és a nagynyomású szelepet kinyitjuk, hogy az összes ^ázt lefúvassuk, mig a reaktorban légkörire nem csökken a nyomás. A szelepet ezután becsukjuk éa a reaktort hagyjuk lehűlni a környezet hőmérsékletére.

-7180256

Ennek a kísérletnek a befejezésekor a gőzzel hevített kondenzátorban 74 g folyadék van, mig a vizzel hütött kondenzátorban 5 g folyadék és a gázgyüjtőben 4,25 1 gáz gyűlt össze. A szilárd koksztermék 6,99 g súlyú, szemrevételezve törékeny, fekete, szilárd termék, amelyből oxidáció hatására 0,256 g hamu keletkezik.

Az összegyűjtött, meggyujtva kék lánggal égő gáz elemzése a következő összetételt mutatja:

összetevő	Mól %
Hidrogén	4,96
Viz	0,24
Oxigén	1,23
Kén-hidrogén	0,00
Argon	0,11
Szén-dioxid	52,51
Metán	19,24
Etán	2,13
Etilén	0,12
Propán	0,29
Propilén	0,14
i-Bután	0,02
n-Bután	0,05
Bút én	0,03
1-Pentán	0,01
n-Pentán	0,01
Pentén	0,02
Hexán	0,00
Heptán	0,05
Benzol	0,38
Oktán	0,00
Toluol	0,09
Nonán	0,00
Xilol	0,00
Nitrogén	14,44
Szén-monoxld	5,95
Kcal/m’	2813

3. példa

A 2. példában ismertetett kísérletet ismételtük meg ugyanannak a tőzegnek 175 g-jával ugyanabban a berendezésben. A reaktorban a nyomás 8 perccel azután, hogy a reaktort a tégelykemencébe helyeztük, 105 bar és a reaktortérben a hőmérséklet 232 °C. Az anyagot még további 21 percig ezen a hőmérsékleten tartva vagy összesen 29 perccel a hevítés megkezdése után a hőmérséklet a reaktorban 540 °0 és a nyomást 105 bar-on lényegében állandóan tartjuk olymódon, hogy a gázból a hűtőrendszeren át kiengedünk.

A gőzzel hevített kondenzátorban 50010¹ sötétbarna folyadékot gyűjtünk össze, míg a vízzel hütött kondenzátorban 63’ca⁵sárga színű viz kondenzál. A gázgyüjtőben összesen 11,2 liter a felfogott gáz. 19,2 g, a 2. példában nyerthez hasonló szilárd koksztermék keletkezik. A gáz meggyújtáskor ugyanúgy kék lánggal

-8180256 ég, mint a 2. példában.

A kinyert szilárd koksztermék 0,41 % nedvességet tartalmaz. A nyersanyag és a koksz összetétele vízmentes anyagra számítva a következő:

összetevők

ScZ /<?

Illóanyag

Hamu

Fixkarbon

Legnagyobb fűtőért ék, kcal/kg

Elemi analízis s%

C H S N 0

Tőzeg nyersanyag Szilárd koksztermék

77,56,34

1,224,40

21,389,3

48358031

51,8

3,14

0,15

0,61

43,0

90,7

3,35

0,14

0,83

0,61

Látható, hogy a szilárd koksztermék, nedvességmentes alapra számítva 66 %-al nagyobb fütőértékü, mint a nyersanyag; jóminőségü, kis hamutartalma, kis kéntartalmú szilárd fűtőanyag. A termék, miután 0,074 mm-s szemcseméretre megőröltük, ideálisan megfelel arra* hogy nagy kéntartalmú fűtőolajokkal keverve mérsékelt kis kéntartalmú szuszpenzió jellegű, égőben égethető fűtőanyagot képezzen.

A keletkező fütő-olajszuszpenzió átlagos nettó kéntartalma 0,66 %, llymódon alkalmas ipari létesítményekben villamos áram termelésére és összhangban van az EPA maximális kéntartalomra vonatkozó előírásaival, A keletkező szuszpenziót jellemzi még, hogy viszonylag stabilis, és a szilárd kokszszemcsék lényegében egyenletesen szaszpendáltatott állapotban maradnak kisegítő szuszpendáltató illetve dlszpergáltató szerek nélkül.

4. példa

51,76 g, különböző fenyőfajták kérgéből álló* jellegzetes erdei hulladékanyagot töltünk a 2. példában előzetesen ismertetett reaktorba. 7 pero múlva a nyomás 105 bar-ra emelkedik és a gázból kiengedünk, hogy a nyomást állandó szinten tartsuk. A hőmérséklet a reaktoron belül 283 °θ· További 13 perces tartózkodási idő után a hőmérséklet a reaktorban 532 °0 és a nyomást lényegében állandóan tartjuk 105 bar-os szinten olymódon, hogy a gázokat a hűtőrendszeren át kibocsátjuk. 17,9 g szilárd koksz keletkezik és 15,8 g folyadék.

A gőz kondenzáltatásával 5,3 ml sárga folyadék keletkezik, amelynek a felszínén kátrányos anyag úszik. A vízhűtő terméke

10,5 ml tiszta folyadék, nyommennyiségü olajszennyezéssel. Mind a két hűtőből összeengedjük a folyadékot és 14,6 ml vizet különítünk el. 0*28 g a benzol-oldható kátrány és 9000 cm’ a nemkondenzálódó gáz. A szilárd koksztermék összetétele és fütőérteke és a nemkondenzálódó gázfázis összetétele a következő:

I. Koksztermék

Keletkező szilárd anyag /kg/kg nyersanyag/0,346

Nedvességtartalom, %0,27 összetétel /vízmentes anyagra számítva/

Illóanyag, %11,04

Fixkarbon, %84,09

Hamu, %4,87

Elemi analízis /nedvességmentes anyagra számítva/

C, %88,58

H, %2,71

S, %0,06

N, %1,36

O, %2,42

Fütőérték, kcal/kg7932

II* Gáztermék

A keletkező gáz mennyisége, 1/kg nyersanyag 180,4 Átlagos mólsuly31,9

Fütőérték, kcal/m’4483 összetétel /vízmentes anyagra/, mól %

H₂	5,87
ch₄	29,32
co	7,55
Cg szénhidrogének	4,65
C3 szénhidrogének	0,99
θ4 szénhidrogének	0,47
^c5 szénhidrogének	0,26
Cg szénhidrogének	0,40
co₂	50,19

5. példa

Újabb kísérletet végzünk a 2. példában ismertetett reaktorrendszerben 51,8 g, gyapotszárból és maghéjból álló, jellegzetes oellulóztartalmu mezőgazdasági hulladékkal. A reaktorban 6 perccel a tégelykemencébe helyezés után 218 °C a hőmérséklet és 105 bar a nyomás. Ekkor kinyitjuk a szelepet és a tázból kibocsátónk annyit, amennyi a reaktornyomás körülbelül llandó, 105 bar-oa szinten tartásához kell. A tégelykemencében végrehajtott további hevités hatására további 17 perc múlva, illetve 23 perccel a kemencébe helyezés után a hőmérséklet 540 °C-ot ér el és a' gázból folyamatosan ki kell engedni, hogy a nyomás 105 bar-on maradjon. Ennek az Időnek az elteltével a reaktort kiemeljük a kemencéből és a túlnyomást megszüntetjük. Az összes kinyert gáz 11 240 cm’, az összes keletkezett szilárd termék 16,1 g, az összes keletkezett kátrány 0,6 g

A szilárd koksztermék összetétele és fütőértéke és a nemkondenzál ódó gázfázis összetétele a következő:

-10180256

I. Koksztermék

Keletkező szilárd anyag /kg/kg nyersanyag/0,310

Nedvességtartalom, %1,58 összetétel /vízmentes anyagra számítva/

111óanyag, %17,45

Fixkarbon, %62,00

Hamu, %20,55

Elemi analízis /vízmentes anyagra számítva/

C, %72,28

H, %2,62

S, %0,69

N, %1,20

O, %2,66

Fűtőért ék, kcal/kg6394

II. Gáztermék t keletkező gáz mennyisége, 1/kg nyersanyag 21? tlagos mólsuly29,2

Fűtőért ék, kcal/mt4759 összetétel /vízmentes anyagra/, mól %

H₂	10,30
ch₄	34,44
co	3,66
θ2 szénhidrogének	4,01
^C3 szénhidrogének	1,40
θ4 szénhidrogének	0,87
°5 szénhidrogének	0,18
6 szénhidrogének	0,17
co₂	44,97

6. példa g fahulladékból és 15 ml vízből álló töltetet helyezünk a kísérleti reaktorba. A kísérleti reaktor 3,17 cm átmérőjű, 34,29 cm magasságú, 267,10 cm’ térfogatú rozsdamentes acél henger. A reaktor a vlzhűtásü kondenzátorhoz és a vlzkiszoritásos gázszedőhöz osatlakozó vezetékkel van felszerelve. A nyomás állandó mérésére a reaktorhoz 350 bar méréshatáru nyomásmérő csatlakozik és a hőmérséklet folyamatos mérésére K tipusu termoelemet helyezünk a reaktorba benyúló hüvelybe. A reaktor éa a gázkondenzátor között a rendszerben kúpos nagynyomású szelep van beiktatva abból a célból, hogy a reaktorban lévő gázokból a nyomás kívánt szinten tartása érdekében le lehessen fuvatni.

Miután a reaktort betöltöttük és lezártuk, vízszintes helyzetben tégelykemencébe helyezzük. Kilenc perc eltelte után a reaktorban uralkodó nyomás 122,5 bar és a termoelem által mért hőmérséklet 249 °C. Ekkor kissé megnyitjuk a reaktor szelepét, és a hűtőrendszeren át elegendő mennyiségű gázt bocsátunk lel ahhoz, hogy a reaktorban a nyomás lényegében állandó, 105 bar-os szinten maradjon. A következő 21 perces időtartam alatt, illetve 30 perccel azután, hogy a reaktort a tégelykemencébe helyeztük, a reaktorban a hőmérséklet 504 °C-ot ér el; ekkor a reaktort eltávolítjuk a kemencéből, a nyomást légkörire csökkentjük és a reaktort hagyjuk kihűlni.

14*6 g a koksztermék, 11 200 obi’ a nemkondenzálódó éghető gáz; az összes szilárdanyag kihozatal 24 %. A szilárd kokszterméket jellemzi, hogy negjelenési formája kokszszerü, szerkezete törékeny, porózus. A nemkondenzálódó fütőgáz sárgavégü lánggal ég.

A szilárd terméket laboratóriumi méretű golyósmalomban öröljük 10 percen á(T és ezután 0,074 mm-s szitán szitáljuk keresztül. A fennmaradó szemcsefrakciót újabb 10 percig őröljük és ismét szitáljuk. Az ezután fennmaradó szitafrakclót további 5 percen át őröljük; ezután 12,75 S megy át a 0,149 mm-s lyukbőségü szitán és 8,69 g megy át a 0,074 mm-s lyukbőségü szitán. A porított szilárd anyagból 12,75 g-ot adunk 8,52 g Bunker C fűtőolajhoz és 60 % sziláxdanyag tartalmú kemény pasztát képezünk. Annyi további olajat adunk, a kemény pasztához, amennyitől a repedések megtöltődnek. Ekkor a szilárdanyagtartalom 5θ %-os. További olajat adagolunk, amíg a keverék szobahőmérsékleten folyékonnyá válik. Ezesetben 52 % a szilárdanyag-taxtalom.

Egy másik olaj/szilárd anyag szuszpenzlot készítünk fából előállított hasonló koksztermékkel, amelyet előzőleg golyósmalomban megőröltünk és 0,074 mm-s szitán átszitáltunk. Mikor ezt a szilárd kokszterméket azonos mennyiségű Bunker C fűtőolajjal keverjük, a keletkező szuszpenzió nem-newtoni folyadék, amelynek a viszkozitása 93,3 °C-on 20 500 cP, ha Brookfleld viszkoziméterrel 6 fordulat/perccel, és 12 100 cP, ha 60 fordulat/perccel mérjük.

A fent ismertetett esetben laboratóriumi méretű, szakaszos üzemü autoklávval dolgoztunk. Találmányunk megvalósítására bármilyen tlpusu, a folyamat kiviteléhez szükséges nagy nyomásnak és hőmérsékletnek ellenálló, a gyakorlatban ismert autokláv alkalmas. Megjegyzendő* hogy bár az eddig ismertetett esetek főként szakaszos autoklavokra vonatkoztak, az eljárás folyamatos megvalósítására folyamatos üzemü autoklávok ugyancsak alkalmazhatóak; ezekbe a nyersanyagot folyamatosan tápláljuk be a reaktor bevezető nyílásán, alkalmas nyomászáróadagoló vagy szeleprendszer segítségével, és a keletkező kokszot folyamatosan vesszük el a reaktor hütőzónájából hasonló nyomászáró-adagoló vagy szeleprendszer alkalmazásával.

Bár nyilvánvaló, hogy az Ismertetett, találmányunk*szerinti körülmények az eljárás adta lehetőségek és előnyök kihasználására jól vannak méretezve, a találmány szerinti eljárás alkalmas arra, hogy módosításokat, változtatásokat lehessen rajta végrehajtani anélkül, hogy ezek lényegét érintenék.

Claims

1. Maradék fűtőolajból és porított fa-koksz keverékéből álló folyékony tüzelőanyag, azzal jellemezve, hogy a fa-koksz szilárd tüzelőanyagot a szuszpenzio egészére számított 1-50 %os mennyiségben, egyenletesen elosztott szuszpendált részecskék alakjában tartalmazza és ezeknek a részecskéknek az átlagos mérete kisebb 0,297 mm-nél.

-12180256

2. Az 1. igénypont szerinti folyékony tüzelőanyag, kivitelt alakja, azzal jellemezve, hogy a benne azuszpendált részecskék kisebbek 0,0?4 mm-nél.

J. Eljárás cellulóztartalma nyersanyag - kivánt esetben maradék fűtőolajhoz keverhető - szilárd tüzelőanyaggá alakítására, azzal jellemezve, hogy a cellulóztartalmu nyersanyagot autoklávba tápláljuk, legalább 399 és legfeljebb 677 °C-ra hevítjük és ezen a hőmérsékleten legalább 70 bar, célszerűen 70-230 bar nyomáson tartjuk, a nyersanyagban lévő nedvességtartalom ég az illékony szervesanyag tartalom legalább egy részét gőzfázisba visszük és a képződött szilárd reakcióterméket lehűtjük, a szilárd kokszterméket kinyerjük és kivánt esetben aprítjuk.

4. A 3· igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja* azzal jellemezve, hogy a cellulóztartalmu nyersanyagot autoklavban 482 ég 677 °0 közötti hőmérsékleten hevítjük.

5· A 3· igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, ho^y a cellulóztartalmu nyersanyagot az autoklávban 533-649 ^ÓC hőmérsékletien hevítjük.

6. A 3» igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a cellulóztartalmu nyersanyagot az autoklávban 105-210 bar nyomáson hevítjük.

7· A 3· igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy autoklávból a gázfázist kinyerjük, a kondenzálódó összetevők legalább egy részét a gázfázisból kivonjuk és a kondenzálódó és nemkondenzálódó részt kinyerjük.

8. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kinyert szilárd kokszterméket kivánt szemcseméretre aprítjuk.

9. A 3· igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a szilárd koksztermétet 0,297 mm-nél kisebb szemcsenagyságura aprítjuk és ezt az aprított kokszterméket fűtőolajjal a keverék teljes súlyára számított 1-50 a%-oa mennyiségben fűtőolajjal folyékony fütőolajoa szuszpenzióvá alakítjuk.

10. A 9. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a szilárd koksz aprításával túlnyomórészt 0,074 mm alatti szemesenagyságu terméket képezünk.

11. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy cellulóztartalma anyagként tőzeget, mezőgazdasági hulladékányagot, erdőgazdasági hulladékanyagot vagy osak keverékét alkalmazzuk.