NL7812248A - Thermische behandeling van kool. - Google Patents

Description

> K 5481 NET « ' ---- ν f

Aanvrager: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.

Carel van Bylandtlaan 30. 's-Gravenhage

Korte aanduiding: Thermische behandeling van kool

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de thermische veredeling van jonge kool, bijvoorbeeld bruinkool, en ander koolstofhoudend materiaal, bijvoorbeeld turf. ligniet, hout of koolstofhoudend afval.

5 In deze beschrijving zal dergelijk ander koolstofhoudend materiaal geacht worden te vallen onder de term "kool".

Jonge kool kan in het ongunstigste geval tot 90 gewichtsprocent water bevatten, maar meer in het algemeen is het watergehalte 40 tot 70%. Het water is in 10 verschillende vormen aanwezig, namelijk als chemisch gebonden water, als gel en als geabsorbeerd water.

Dit water moet uit de kool worden verwijderd, niet alleen met oog op efficient transport, maar ook om de calorische waarde (en dus de handelswaardel te verhogen en de verbrandingseigenschappen te verbeteren.

Dit water kan, of gedeeltelijk worden verwijderd door thermisch drogen, waarbij aanhangend en geabsorbeerd water wordt verdampt, of geheel worden verwijderd door thermische veredeling. Over het algemeen zal water dat 20 door thermisch drogen wordt verwijderd na verloop van tijd weer geabsorbeerd worden, maar bij water dat verwijderd wordt door thermische veredeling zal dit niet gebeuren vanwege chemische veranderingen die in de kool plaatsvinden.

De thermische veredeling van kool kan worden ver- 78 1 22 4 8 -2- τ' deeld in twee onderscheiden stappen, namelijk ontwatering en decarboxylatie (verwijdering van zuurstofhou-dende groepen). Ontwatering vindt over het algemeen plaats bij ongeveer 200°C en heeft tot resultaat dat 5 een belangrijk deel van het gebonden water wordt afge stoten. Bij het scheiden van het water van de kool is er geen neiging dat het weer geabsorbeerd wordt.

De carboxylatie vindt plaats bij een aanzienlijk hogere temperatuur, in het bijzonder boven 300°C en leidt 10 tot een verdere structurele verandering van de kool.

De kool wordt zeer duidelijk hydrofoob door de verwijdering van zuurstofrijke polaire groepen die verantwoordelijk zijn voor de hydrofiele eigenschappen van de kool. Bevestiging van de structurele verandering van de kool 15 wordt, bijvoorbeeld, gevonden door petrografische ana lyse, waaruit blijkt dat de vitrinitische reflectie voor een typische bruinkool als gevolg van een behandeling boven 300°C is verbeterd van ongeveer 0.35 voor de behandeling tot 0.70, hetgeen gelijk staat aan die 20 van een sub-bitumineuze steenkool.

Terwijl bij sommige soorten kool thermisch drogen met voordeel kan worden toegepast, is het voor kool met een hoog watergehalte minder doelmatig, doordat de verdamp ingswarmte voor het water moet worden toegevoerd.

25 Bovendien vindt er praktisch geen structuurverandering in de kool plaats, zodat het gedroogde produkt dat ontstaat hydrofiel blijft en het zal, als er geen speciale voorzorgsmaatregelen worden genomen, daarom in een vochtig milieu weer veel water absorberen. De calorische waarde zal bovendien niet voldoende zijn gestegen 30 om een prijs te. kunnen bedingen die transportkosten over een behoorlijke afstand rechtvaardigt.

Volgens de werkwijze voor veredeling, voorgesteld in ons Britse octrooischrift 1.471.949, wordt een verpomp-* 35 bare dispersie van fijn verdeelde kool in water onder 78 1 22 48 . < -3- druk gebracht en daarna verwarmd tot een temperatuur boven 150°C om de ontwatering van de kool te bewerkstelligen. Teneinde verdamping van het water te voorkomen, wordt een druk gehandhaafd die groter is dan de 5 dampspanning van het water. De meest doeltreffende veredeling vindt echter plaats bij betrekkelijk hoge temperaturen die behandeling bij een zeer hoge druk vereisen wil het water in de vloeistoffase blijven. Voor de behandeling van grote hoeveelheden kool zijn de daarvoor 10 vereiste drukvaten zeer kostbaar.

De uitvinding betreft nu een werkwijze voor de veredeling van jonge kool. door behandeling van de kool bij verhoogde temperatuur in aanwezigheid van water, waarbij de kool wordt onderworpen aan verhoogde tempe-25 ratuur in aanwezigheid van water, met het kenmerk, dat de werkwijze wordt uitgevoerd in twee stappen, een eerste stap waarin de kool wordt verwarmd tot een temperatuur tussen 150 en 300°C, bij een druk die tenminste gelijk is aan de waterdampspanning bij de toegepaste 20 temperatuur, en een tweede stap waarin de kool, waarvan de vloeibare waterfase, aanwezig na de eerste stap, is afgevoerd, wordt onderworpen aan een temperatuur boven 300°C, en bij voorkeur onder 400°C, bij een druk beneden die van de waterdampspanning bij de toegepaste 25 temperatuur.

Een dergelijke werkwijze heeft het belangrijke voordeel, dat in de eerste stap een groot deel van het water dat zich in de kool bevindt verwijderd wordt bij een betrekkelijk lage druk, zonder de noodzaak het 3q water te moeten verdampen, terwijl een zeer hoge graad van decarboxylatie en veredeling in de tweede stap kan plaatsvinden, wat kan geschieden bij een aanzienlijk hogere temperatuur, zonder het probleem van een dusdanig hoge druk te moeten handhaven dat het water niet verdampt 35 bij de temperatuur die in deze tweede stap wordt toege- 78 1 22 48 % -4- * past.

Op het ogenblik wordt het in de meeste gevallen niet voordelig geacht om bijvoorbeeld hoger dan 360°C te gaan, vanwege de vergassing die dan gaat plaatsvinden, maar als het in een bijzonder geval economisch aantrek-5 kelijk zou worden, zou dit met de werkwijze volgens de uitvinding technisch niet op moellijkheden stuiten.

Tijdens de behandeling komt uit de kool vaak een belangrijke hoeveelheid lichte teer vrij. Deze zijn op zich waardevol en kunnen uit het water worden terugge-wonnen, of eventueel geschikt geëxtraheerd worden met een oplosmiddel, zoals tolueen.

Van ruwe bruinkool is de warmtegeleidbaarheid buitengewoon gering. Teineinde in de eerste stap de warmteoverdracht naar de kool te verbeteren en de ont-15 watering te vergemakkelijken, kan water worden toege voegd. De kool kan verder in fijnverdeelde vorm worden toegevoerd, vaak als een verpompbare slurry, waardoor hij gemakkelijker kan worden gehanteerd en onder druk gebracht.

20 Aan het eind van de eerste stap kan het water een voudig aan de kool worden onttrokken door het af te tappen of worden afgescheiden met behulp van gebruikelijke technieken zoals centrifugeren, agglomereren, enz.

In de tweede stap wordt de kool zeer geschikt recht-25 streeks verhit door stoom, bij voorkeur door oververhitte stoom waarvan de temperatuur tussen de 500 en 540°C kan liggen.

Het is gebleken dat de druk waarbij de werkwijze wordt uitgevoerd slechts een geringe invloed heeft in 30 vergelijking met die van de temperatuur, en in het bij zonder de druk die in de tweede stap heerst. De druk in de eerste stap dient echter voldoende te zijn om het water in de vloeistoffase te houden. Voor het optimum temperatuurgebied van 200 tot 230°C zal de druk tussen 78 1 22 48 -5- * 30 en 45 bar liggen.

Hoewel in het eerste vat de ontwatering vrij snel plaatsvindt, zodat los van de tijd die nodig is om de kool te verhitten tot de ontwateringstemperatuur, geen ^ verblijftijd van betekenis nodig zal zijn, duurt in de tweede stap de decarboxylatie iets langer. Zo kan. afhankelijk van de temperatuur waarbij en de mate waarin de behandeling moet worden uitgevoerd, de kool gedurende een période liggend tussen 5 minuten en 5 uur, op de tempe-ratuur blijven die in de tweede stap heerst, hoewel dit normaliter tussen de 15 en 30 minuten zal zijn. Het za1 duidelijk zijn dat de optimale verblijftijd normaliter bepaald zal worden door een kosten-baten analyse van het veredelings-proces, waarbij rekening wordt gehouden met de aard van de 15 kool, de toegevoegde waarde en de mate waarin de kool verbeterd kan worden.

Hoewel in de tweede stap van de behandeling water kan verdampen, gaat de latente warmte ervan geenszins verloren in de werkwijze volgens de uitvinding, aange- 20 zien het grotendeels weer condenseert in de eerste zone waar de druk minstens gelijk is aan de waterdampspamp'ng bij de daar heersende temperatuur. Dit verhoogt niet alleen het rendement van de werkwijze, maar ook de flexibiliteit er van.

25 De werkwijze is zelfs geschikt voor kool in de vorm van grote brokken: brokken tot ongeveer 150 mm zijn nog geschikt. Deeltjes in de orde van 5 mm worden echter gemakkelijker verwerkt als de kool in de vorm van slurry wordt ingebracht. Kleinere deeltjes zijn waarschijn'1 ijk moeilijk van de waterfase te scheiden aan het eind van 30 λ „ „ de eerste stap.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting waarmede de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd en welke kan bevatten: een eerste reactor- 35 vat dat ingericht is om een lading kooi en water te ontvan- 78 1 22 48 ‘a -6- gen en deze aan een temperatuur te onderwerpen liggend tussen 150 en 300°C bij een druk die hoger ligt dan de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur, middelen om de kool van het water te scheiden, en een tweede 5 reactorvat dat ingericht is voor de opvang van kool uit het eerste reactorvat en om deze aan een temperatuur te onderwerpen liggend tussen 300 en 400°C bij een druk die lager is dan de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur.

Het eerste reactorvat kan zijn voorzien van een voedingssysteem dat is ingericht voor de toevoer van kool en van water dat nodig is voor de eerste stap van de behandeling. Als de voeding voldoende water bevat, kan een pomp worden gebruikt.

^ Teneinde het energieverbruik zo laag mogelijk te houden, is het voordelig om voor het water dat aan de voeding wordt toegevoegd gebruik te maken van water dat aan het eerst reactievat wordt 'onttrokken. Zo kan ook de warmte die nodig is voor de eerste stap van de reac-20 tie grotendeels worden geleverd door stoom die het tweede reactorvat verlaat.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de reactorvaten boven elkaar geplaatst, namelijk het eerste boven het tweede, zodat, nadat de druk in de twee 25 vaten genivellerd is, de lading uit het eer.ste vat onder invloed van de zwaartekracht in het tweede kan vallen.

In een andere uitvoeringsvorm wordt de lading van het eerste vat, nadat daaruit overtollig water is afge-30 voerd, met mechanische middelen, bijvoorbeeld met een schroeftransporteur, overgebracht naar het tweede vat. Een dergelijke inrichting heeft het voordeel dat het transport van de kool van de eerste naar de tweede reactie in hoofdzaak continu kan geschieden.

78 1 22 48 3 2 -7-

Aan de andere kant kan de inrichting een of meer reactorvaten omvatten, d?'e eik zijn ingericht voor het uitvoeren van beide stappen van de werkwijze volgens de uitvinding. In zijn eenvoudigste vorm is elk vat inge-5 richt om een lading kool en water te ontvangen en te verwarmen tot een ontwateringstemperatuur tussen 150°C en 300°C, bij een druk boven die van de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur. Er zijn middelen aanwezig voor het scheiden van het water van de kool (of vice 10 versa)5 na beëindiging van de eerste stap van de werkwijze, en het vat is dusdanig .ingericht dat de kool daarna verwarmd kan worden tot een temperatuur tussen 300 en 400°C, bij een druk lager dan die van de waterdampspannlng bij de toegepaste temperatuur. Uit een oogpunt van econo-15 mie kan een aantal vaten rond een centraal kooltoevoer- systeem worden aangebracht; zij zijn voorzien van kanalen voor het transprt van water/stoom van het ene vat naar het andere. De werkwijze kan danladingsgewijs worden uitgevoerd, waarbij iedere lading tijdens de hele behande-20 ling in een enkel vat blijft, terwijl stoom die bijvoorbeeld een vat verlaat waarin de tweede stap van de behandeling wordt uitgevoerd, naar een vat wordt geleid waar de eerste stap wordt uitgevoerd en water uit de eerste stap wordt gebruikt voor de voorverwarming van verse, on-25 behandelde kool in een ander vat.

De werkwijze kan ook continu worden uitgevoerd in een enkelvoudig reactorvat. Een dergelijk vat kan twee zones omvatten, een eerste reactorzone waar de eerste stap van de werkwijze wordt uitgevoerd, en een tweede reactor-30 zone waar de tweede stap plaats vindt, waarbij mechanische middelen aanwezig zijn om de kool door het vat voort te bewegen van de eerste naar de tweede zone. Het vat kan geschikt schuin geplaatst zijn, zodat het water de neiging heeft in de onderste zone te blijven, wat in 35 feite de zone met de laagste temperatuur is. Stoom van 78 1 22 48 -8-

V

hoge temperatuur dat de bovenste zone binnen komt, wordt zo geleid dat het naar de onderste zone stroomt in tegenstroom met de kool, waarvan de temperatuur stijgt naarmate deze opwaarts door het reactorvat wordt voortbewogen. Op 5 deze wijze wordt de toegevoerde energie optimaal gebruikt, omdat de stoom grotendeels gecondenseerd is tegen de tijd dat hij de onderkant van de eerste zone bereikt, en water, indien aanwezig, dat in het bovenste deel van de reactor uit de kool is verdampt, verder naar beneden weer conden-10 seert, zodat de latente verdampingswarmte niet verloren gaat.

De mechanische middelen kunnen bestaan uit een transporteur met een zeef, emmers of armen, die, hetzij continu, hetzij met tussenpozen bewegen, of snel of lang-15 zaam heen en weer gaan. In een voorkeursuitvoering bestaat de transporteur uit een veelheid van opvouwbare emmers, armen of vorkvormige elementen die aan een centrale aandrijf stang zijn bevestigd, die tijdens een opwaartse slag de kool meesleept om het met een element a opwaarts te 20 bewegen van een oorspronkelijke positie A naar een nieuwe positie B. Tijdens een tegengestelde slag vouwen de elementen zich naar de aandrijfstang en element a keert terug in de oorspronkelijke positie A en laat de kool bij B. Een element b is dan gereed om bij de volgende opwaartse beweging kool 25 mee te slepen bij B om het naar een nieuwe positie C, boven B, voort te bewegen, en zo voort. Een dergelijke heen en weer bewegende transporteur heeft het voordeel dat hij de kool langzaam door het reactorvat kan voortbewegen, terwijl er voor gezorgd wordt, dat de kooi licht wordt 30 gemengd, zonder dat deze gebroken wordt. De aandrijving kan hydraulisch geschieden zodat geen ingewikkelde afdichting moet worden aangebracht tussen de binnenkant en de buitenkant van het vat, door de heersende druk in het vat.

Er kan ook een schroeftransporteur worden gebruikt.

78 1 22 48 -9-

Het reactorvat zelf kan worden geconstrueerd als een schuin staand, buisvormig stalen vat met of zonder isolatie, of kan ook bestaan uit een vat van gewapend beton van iedere gewenste dwarsdoorsnede (die niet over de hele 5 lengte gelijk hoeft te zijn), niet alleen om de transporteur beter te plaatsen, maar ook om het onttrekken van water aan de kool te vergemakkelijken.

Bij de uitgang van de tweede zone kan de behandelde kool geschikt door een pers worden afgevoerd en, 10 naar wens, weer tot korrels worden gevormd, of gewoon in brokken worden gelaten die hoofdzakelijk bij elkaar worden gehouden door hun teergehalte.

In het bijzonder als de behandeling voor de veredeling onder zware condities wordt uitgevoerd, zullen er 25 waardevolle koolteerachtige produkten vrijkomen; deze kunnen met het water worden verwijderd en met conventionele middelen worden afgescheiden of uit de behandelde kool met oplosmiddelen worden geëxtraheerd.

De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan 2q de hand van voorbeelden met verwijzing naar de bijge voegde tekeningen.

Fig. 1 is een blokdiagram van een werkwijze overeenkomstig de uitvinding;

Fig. 2 is een schematische tekening van een instal-25 latie overeenkomstig de uitvinding voor het uitvoeren van de beschreven werkwijze met verwijzing naar Fig. 1 als een batch proces.

Fig. 3 is een schematische tekening van een installatie overeenkomstig de uitvinding voor het uitvoeren 2q van de beschreven werkwijze met verwijzing naar Fig. 1 als een semi-continu proces, en

Fig. 4 is een schematische tekening van een installatie overeenkomstig de uitvinding voor het uitvoeren van de beschreven werkwijze met verwijzing naar Fig. 1 22 als een continu proces.

" In fig.l komt een mengsel dat jonge kool ett 40 tot 78 1 22 48 -10- 50 gewichtsprocent water bevat via 1 ending 10 een eerste zone 12 binnen, waar de temperatuur wordt verhoogd tot tussen ongeveer 200 en 250°C bij een druk van 30 tot 45 bar. Onder deze condities overtreft de druk de damp-5 spanning van het aanwezige water, zodat het water in de vloeistoffase blijft, wat voorkomt dat verdampings-warmte moet worden toegevoegd. Aan het eind van de vereiste verblijftijd, die afhankelijk is van de aard en de leeftijd van de kool, en van de toegepaste temperatuur, 10 verlaat de kool de eerste zone 12 via leiding 14 en gaat naar een tweede zone 16. In dit stadium heeft de kool al iets aan kwaliteit gewonnen en heeft hij ongeveer driekwart van zijn oorspronkelijk watergehalte verloren, en daar de kool nu wat minder hydrofiel is, kan deze met een geringe overmaat aan water naar de tweede zone 16 worden geleid.

Terwijl in de tweede zone 16 de druk in hoofdzaak dezelfde is als die welke in de eerste zone heerst, is de temperatuur belangrijk hoger, namelijk 320 tot 350°C. 2o Bij deze temperatuur en druk is het water in de damp-fase, en tijdens de behandeling in de tweede zone zal eventueel op het oppervlak van de kool aanhangend water snel verdampen; gebonden water zal vrijkomen en eveneens verdampen en de polaire zuurstofhoudende groe-25 pen zullen hoofdzakelijk in worden omgezet.

Warmte wordt via leiding 18 naar de tweede zone geleid in de vorm van oververhitte stoom van 500 tot 540°C, welke stoom vervolgens via leiding 20 naar de eerste zone 12 wordt gevoerd.

2q Bij het verlaten van de tweede zone via leiding 22 wordt van de behandelde kool bij 24 druk afgelaten en eventuele gassen en achtergebleven stoom worden via leiding 26 verwijderd. Normaal zullen deze gassen waterdamp bevatten, wat H^S en sporen van andere gassen.

2^ zoals lichte koolwaterstoffen en een aanzienlijke hoe- 78 1 22 48 -11- veelheid CC^, ontstaan in de tweede zone door de decar-boxylering, die daar plaatsvindt. Er wordt bij 28 ook wat gas uit de eerste zone afgezogen. Wanneer deze gassen voldoende koolwaterstoffen bevatten, kunnen ze ge-5 schikt geheel of gedeeltelijk worden gebruikt om de warmte te leveren die nodig is voor het uitvoeren van de werkwijze die licht endotherm is.

Water wordt bij 30 aan de eerste zone onttrokken. teneinde de verhouding water/kool binnen de ge-10 wenste grenzen te houden; normaal is dit ongeveer 1 deel. water op 1 deel steenkool. Het water blijkt niet alleen noodzakelijk te zijn voor het veredelings-proces, maar ook om een doeltreffende en efficiënte warmteoverdracht naar de steenkool te garanderen.

15 Dit water, dat een temperatuur heeft van 200 tot 250°C, kan via "leiding 32 naar leiding 10 worden teruggeleid om een suspensie te vormen van de te behandelen kool, of de warmte van het water kan worden overgebracht (niet getekend) naar de onder druk gebrach-20 te voeding in leiding 10. Afvalwater stroomt weg via leiding 34 en zal voor het geloosd wordt een behandeling moeten ondergaan om verontreinigende stoffen, zoals bijvoorbeeld mineralen, opgeloste zwavelverbindingen, enz., te verwijderen en tenslotte zal de temperatuur 25 verlaagd moeten worden.

Kool die is behandeld volgens de werkwijze heeft de volgende kenmerken: hij is glimmend, hard,heeft een watergehalte van minder dan 5 gew’chtsprocent en is, tengevolge van de verwijdering van het overgrote deel van zijn polaire zuurstofhoudende groepen tijdens de 30 behandeling, hydrofoob.

In bepaalde gevallen wordt de kool bekleed met zijn eigen teer. of kan rechtstreeks zonder bindmiddel tot briketten worden gevormd met gebruik van zijn eigen 35 teergehalte. Hij kan desgewenst ook verder worden ver- 78 1 22 4 8 -12-. ί werkt, worden vergast, enz.

Het Is duidelijk dat de economie van de werkwijze in hoge mate afhangt van de verblijftijd van de kool in de eerste en in de tweede zone. Deze kan tot op zekere 5 hoogte worden verminderd door de deeltjesgrootte te beperken. maar beneden een bepaalde grens is de kool moeilijk te hanteren; in het bijzonder is de kool dan moeilijk van het water te scheiden, en de oppervlakte ervan stijgt dusdanig, dat meer water nodig is om hem in een 10 gemakkelijk verpompbare vorm te houden.

De meest opmerkelijke parameter in de werkwijze is echter de temperatuur, in het bijzonder die in de tweede zone. Een stijging bijvoorbeeld van 300°C naar 340°C kan de verblijftijd met een orde van grootte ver-15 minderen voor dezelfde toename in de calorische waarde van de behandelde kool. Er is een grens aan de hoogte tot welke men de temperatuur in de tweede zone kan laten stijgen; dit vanwege het optreden van een snelle vergassing van de steenkool, die pleegt plaats te vin-20 den vanaf ongeveer 400°C. Hierdoor wordt de temperatuur waarbij de oververhitte stoom kan binnenkomen beperkt tot ongeveer 500 - 550°C.

In Fig. 2 wordt kool achtereenvolgens geleid door de vier vaten 36, 12, 16 en 24 om de veredeling overeen-25 komstig de uitvinding te bewerkstelligen.

Een vastgestelde hoeveelheid kooldeeltjes, die grotendeels een afmeting hebben tussen de 20 en 150 mm, wordt in het bovenste silovat 36 gebracht door middel van · een transportband 40 en een hoeveelheid water wordt 30 toegevoegd via leiding 42 om het vrije watergehalte van het mengsel tot 60 gewichtsprocent van het totaal (d.w.z. 40 gewichtprocent kool) te verhogen.

Als het eerste reactorvat 12 leeg is, wordt de in - de bovenste silo 36 bereide lading gelost in vat 12 door 78 1 22 48 -13- een toevoerkanaal 44 dat wordt gesloten door klep 46, nadat de lossing heeft plaats gevonden. Oververhitte stoom met een druk van 35 bar en een temperatuur tussen 315 en 350°C komt binnen vla leiding 48 en wordt door het 5 mengsel geblazen tot de temperatuur ervan de 230°C bereikt bij een druk van 45 bar. Eventueel ontstane gassen en ongecondenseerde stoom worden verwijderd door leiding 28. Afhankelijk van het soort kooi. worden deze condities zo lang gehandhaafd, dat de eerste stap van de ont-10 watering van de kool in boofdzaak is voltooid. Het water wordt dan via leiding 50 uit het vat afgevoerd, vanwaar het gedeeltelijk naar de nieuwe voeding in de bovenste silo 36 wordt teruggevoerd en gedeeltelijk als afvalwater wordt afgevoerd v'a leiding 38 voor 15 passende behandeling en warmteuitwisseling. Bij een typisch monster "Victorian Brown Coal" za1 na de behandeling in vat 12 bij een beginlading van 40 kg kooi en 60 kg water, 40 kg water verwijderd worden.

De overblijvende 60 kg natte koo1 wordt dan afge-20 voerd naar het tweede reac torvat 16 vi a een doorvoerkanaal 52 tussen de twee vaten. Nadat de lading is afgevoerd, wordt het doorvoerkanaal gesloten door klep 53 en oververhitte stoom van 540°C en een spanning van 45 bar komt bij 54 het vat binnen en wordt door de half 25 ontwaterde kool heen geblazen totdat de temperatuur ervan de 340°C heeft bereikt. De koelere, maar nog steeds oververhitte, stoom verlaat het tweede reactorvat 16 via leiding 48 die naar het eerste reactorvat 12 voert, zoals hierboven genoemd.

30 Als de lading in het tweede reactorvat 16 de ge wenste temperatuur heeft bereikt, wordt de toevoer van de stoom gestopt en de afvoer van de lading kan plaatsvinden naar een lager silo 24 door een doorvoerkanaal 56. Als de lading geheel is afgevoerd, wordt het kanaal 56 35 gesloten met klep 57 en de druk in vat 24 wordt ver- 781 22 48 i' -14- minderd door klep 58 in ontluchtings1eidlng 60 te openen.

Onder de bovengenoemde condities zal ongeveer 96 gewichtsprocent van het verkregen gas over het algemeen 5 uit C02 bestaan: er zullen ook sporen I^S en lichte koolwaterstoffen aanwezig zijn. In het genoemde voorbeeld zal ongeveer 40 kg kool met een uiteindelijk wa-tergehalte van minder dan 10 gewichtsprocent gewonnen worden. Ongeveer 17 kg H20 en 3 kg 02 worden uit de 10 kool in het tweede vat verwijderd. Van de kool zal ongeveer 5.5 kg worden gewonnen in de vorm van "lichte teer, de rest als harde, glanzende, zwarte of donkerbruine brokken. Als de teer van het oppervlak van de brokken niet verwijderd wordt, kunnen de brokken 15 rechtstreeks tot briketten worden gevormd, zonder toevoeging van een bindmiddel.

Na ontgassing en afkoelen worden de behandelde kooldeeltjes uit vat 24 op een transportband 62 gedoseerd.

Een dergelijk batchproces heeft het voordeel dat 20 het zeer flexibel is, zodat verschillende kwaliteiten kool onder optimum condities kunnen worden behandeld, zowel wat temperatuur als verblijftijd betreft. Bovendien heeft het het voordeel dat er slechts betrekkelijk eenvoudige apparatuur voor nodig is. De 25 resultaten die bereikt worden bij gebruik van een werkwijze volgens de uitvinding zijn te vergelijken met die welke tot op heden alleen maar verkregen konden worden met gecompliceerde apparatuur voor zeer hoge drukken.

30 De installatie welke in Fig. 3 wordt getoond is een gewijzigde versie van die volgens Fig. 2 maar heeft het voordeel dat hij is aangepast voor semi-continue operatie.

Het eerste reactorvat 12 wordt via leiding. 64 35 gevoed met een suspensie van kooldeeltjes van ongeveer 78 1 22 48 -15- 5 mm in water dat onder druk staat en zich reeds op verhoogde temperatuur bevindt door gebruik van heet procesv/ater via leiding 66 voor de vorming van de suspensie in 68. Zoals al eerder het geval was. wordt 5 stoom van 315 tot 350°C gebruikt om de slurry te ver-warmen tot 220 C bij een druk van 30 tot 35 bar. De kooldeeltjes zakken langzaam naar de bodem van het vat, en water wordt afgevoerd door een zeef 70. terwijl de kooldeeltjes door een transportschroef worden getrans-10 porteerd naar het tweede reactorvat 16.

Het water wordt via leiding 74 van de bodem van het eerste reactorvat weggezogen en een deel ervan wordt via leiding 66. zoals reeds eerder, weer gebruikt voor de vorming van de suspensie. De rest wordt na behande-15 ling en warmteuitwisseling via leiding 76 afgevoerd.

De afgewerkte stoom die het eerste reactorvat 12 verlaat via 'leiding 78, kan ook worden gebruikt om het water of de in te voeren suspensie te verwarmen.

Het tweede reactorvat 16, dat kleiner is dan het 20 eerste reactorvat 12, is voorzien van een inlaat voor stoom 80, waardoor oververhitte stoom, van 540°C en een druk van 40 bar door de gedeeltelijk ontwaterde kooldeeltjes kan worden geblazen. Een deel van het overblijvende water zal vanzelfsprekend verdampen en 25 zal met de stoom via leiding 82 naar het eerste reactorvat stromen, maar door de aldaar heersende condities zal veel van het water weer condenseren, waardoor de latente warmte niet verloren gaat.

Van de inhoud van het tweede reactorvat 16 gaat 30 met tussenpozen een deel naar silo 24 door een afsluitbaar verbindingskanaa! 56. De druk in silo 24 wordt verminderd door het door de kool geproduceerde gas te verwijderen via leiding 60. De kool wordt dan afgevoerd door uitlaat 84 van de silo op een transportband 62.

35 In het geval dat de veredelde kool rechtsstreeks 78 1 22 48 -16- > gebruikt moet worden-voor vergassing, briketvorming, of nodig is voor verdere verwerking, kan de uitlaat van de silo passend worden gewijzigd, teneinde profijt te hebben van de temperatuur en/of druk van de lading.

De installatie die wordt getoond in Fig. 4 is ingericht voor continue operatie en is geschikt voor de behandeling van grote hoeveelheden steenkool. Evenals de installatie in Fig. 2 bestaat deze in hoofdzaak uit een toevoervat 36, een reactorvat 88 dat is verdeeld in een eerste reactorzone 12 voor het uitvoeren van de ontwateringsstap, een tweede reactorzone 16 voor de decarboxylering en een afvoervat 24.

Kool wordt toegevoerd aan het toevoervat 36 terwijl water kan worden toegevoegd via leidingen 42 en 86. De kool. wordt dan overgebracht naar de eerste zone 12 van het reactorvat 88.

Het reactorvat 88 omvat een langgerekt, cylindrisch vat, waarvan de twee reactorzones 12 en 16 verschillende diameters hebben en door een kegelvormig deel 92 met elkaar zijn verbonden: de eerste zone 12 heeft een grotere diameter dan de tweede 16. De as van vat 88 loopt schuin naar boven van de eerste zone 12 naar de tweede zone 16 onder een hoek die over het algemeen tussen 5 en 15°ligt: hier is de hoek ongeveer 12f°. Als de installatie in bedrijf is, wordt kool door vat 88 voortbewogen door een schroeftransporteur 94, die wordt aangedreven door een motor 96 die zich buiten de installatie bevindt.

De eerste zone 12 van vat 88 is, behalve met de kool. hoofdzakelijk met water van een temperatuur van 240°C gevuld en in het vat wordt een druk van 45 bar gehandhaafd. De uit vat 36 toegevoerde kool treedt via leiding 64 binnen. De schroeftransporteur 94 neemt de kool mee en transporteert hem langzaam via het kegelvormige deel 92 naar de tweede zone 16. Het water blijft hoöfdzakelijk in de eerste zone.

_ . Overmaat water verzamelt zich in de zinkbak 99 en wordt 781 22 48 -17- daaruit verwijderd via leiding 100 en overgebracht naar een bezinkvat 108.

In vat 112 kan het water door bezinken gescheiden worden van lichte teer die uit de kool is gevormd. De 5 teer wordt afgevoerd via Teiding 110, het water via leiding 114. Het water kan gerecirculeerd worden naar de kool in het toevoervat 36 via 1 eiding 42 zoals boven vermeld. Eventueel aanwezige gassen en ongecondenseerde stoom worden uit het vat 88 afgevoerd via leiding 28 naar een coalescentievat 102, 10 vanwaar water, lichte teer en gassen worden verwijderd, respectievelijk via leidingen 86, 104 en 106.

Vanwege de helling van het reactorvat en het feit dat de lichtelijk samengeperste kool slechts gedeeltelijk de schroeftransporteur 94 vult, waardoor een tegenstroom 15 van stoom van de tweede reactiezone 16 naar de eerste mogelijk is, heeft het merendeel van het water de neiging in de eerste zone 12 te blijven, terwijl de kool bovenwaarts wordt voortbewogen van de eerste zone naar de tweede.

De stoom, welke is oververhit tot 540°C, komt de tweede 20 zone 16 binnen bij 116. De druk in de tweede zone is in hoofdzaak gelijk aan die in de eerste zone, namelijk 45 bar, en daardoor wordt, zoals dit reeds voor andere gevallen hierboven werd beschreven, water dat zich eventueel nog in de kool zou bevinden, snel afgedampt. De kool wordt door 25 de stoom verwarmd tot ongeveer 340°C, op welke temperatuur hij gedurende de gewenste verb1ijftijd wordt gehouden voordat bij door een vertikale doorgang 120 wordt afgevoerd naar het afvoervat 24. Gassen die uit de kool kunnen komen, laat men ontsnappen, en de veredelde kool is, na afkoelen, 2q gereed voor transport of voor verdere behandeling, als dat wenselijk is, zoals bijvoorbeeld een extractiestap met oplosmiddelen om de bij de behandeling geproduceerde lichte teer te verwijderen.

Zoals hierboven genoemd, kan de kool in de vorm van een slurry naar het reactrovat worden gevoerd, of door 78 1 22 48 *' -18- Λ* middel van een silo-systeem zoals beschreven met verwijzing naar Fig. 2. Hij kan ook naar de reactor worden gevoerd door een vastestofpomp, of een schroefmechanisme, en het onderdeel aangegeven koor 36 kan leder geschikt voedings-5 mechanisme voorstellen. Eveneens kan de behandelde kool bij de uitlaat afgevoerd worden via een silo-systeem, zoals beschreven met betrekking tot Fig. 2, of door een schroefmechanisme gevolgd door, bijvoorbeeld, een granulator.

781 22 48

Claims (20)

1. Werkwijze voor de veredeling van jonge kool waarbij de kool wordt onderworpen aan verhoogde temperatuur in aanwezigheid van water, met het kenmerk, dat de werkwijze wordt uitgevoerd In twee stappen, een eerste stap waarin 5 de kool wordt verwarmd tot een temperatuur tussen .150 en 300°C, bij een druk die tenminste gelijk is aan de water-dampspanning bij de toegepaste temperatuur, en een tweede stap waarin de kool, waarvan de vloedbare waterfase, aanwezig na de eerste stap, is afgevoerd, wordt onderworpen 10 aan een temperatuur boven 300°C, en bij voorkeur onder 400°C, bij een druk beneden die van de waterdampspannlng bij de toegepaste temperatuur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de tweede stap de kool rechtstreeks door oververhitte 15 stoom wordt verwarmd.

3. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de steenkool in de eerste stap wordt verwarmd tot een temperatuur tussen de 180 en 260°C.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 3, met 2q het kenmerk, dat de steenkool in de eerste stap wordt verwarmd tot een temperatuur tussen de 200 en 230 C

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de steenkool in de tweede stap wordt verwarmd tot een temperatuur tussen de 300 en 340°C. 2^

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kool in de tweede stap een verblijftijd heeft van 5 minuten tot 5 uur.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, in beide stappen een druk wordt toegepast 3Q die ligt tussen de 30 en 45 bar.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de druk in de eerste stap in hoofdzaak dezelfde is als die in de tweede stap. 78 1 22 48 ï -20-

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat eventueel in de kool aanwezige teer na de tweede stap wordt verwijderd met een oplosmiddel.

10. Installatie voor het uitvoeren van de werkwijze vol- 5 gens een der voorgaande conclusies, bestaande uit een eerste reactorvat dat ingericht is om een lading kool en water te ontvangen en deze aan een temperatuur te onderwerpen liggend tussen 180 en 260°C bij een druk die hoger is dan de water-dampspanning bij de toegepaste temperatuur, middelen om 10 overtollig water van de steenkool te scheiden en een tweede reactorvat dat is ingericht voor de opvang van koo1 uit het eerste reactorvat en om deze aan een temperatuur te onderwerpen liggend tussen 300 en 400°C bij een druk die lager is dan de waterdampspanning bij de toegepaste tempera-15 tuur.

11. Installatie volgens conclusie.10, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een silo voor de toevoer van koo1 naar het eerste reactievat.

12. Installatie volgens conclusie 10 of 11-, met het ken-20 merk, dat deze is voorzien van een silo om kool onder druk te ontvangen uit het tweede vat en van middelen om de druk te reduceren tot die van de omgeving.

13. Installatie volgens een der conclusies 10 tot 12. met het kenmerk dat het middel om overtollig water te laten af- 25 vloeien een zeef is, die zich in het eerste reactievat bevindt.

14. Installatie volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de zeef een hoek vormt met de as van het vat en een helling heeft in de richting van de afvoer van het vat.

15. Installatie volgens een der conclusies 10 tot 14. met het kenmerk, dat deze is voorzien van mechanische middelen om de kool van het eerste reactorvat naar het tweede reactorvat te transporteren.

16. Installatie volgens een der conclusies 10 tot 17, met 35 het kenmerk, dat het tweede reactorvat een kleinere capaciteit heeft dan het eerste reactorvat.

17. Installatie volgens een der conclusies 10 tot 16. met het kenmerk, dat deze is voorzien van middelen voor de toevoer 78 1 22 48 -21- < van oververhitte stoom nabij de afvoer van het tweede reactorvat en zo is ingericht dat de stroom in tegenstroom met de kool naar het eerste reactorvat kan p1aatsvinden.

18. Een inrichting voor het uitvoeren van een werkwijze 5 volgens een der conclusies 1 tot 9, bestaande uit tenminste een reactorvat, waarbij elk reactorvat is ingericht om kool te ontvangen en om deze in de eerste stap van de werkwijze in aanwezigheid van water te onderwerpen aan een temperatuur liggend tussen 150 en 300°C, bij een druk die 10 hoger ligt dan de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur, waarbij middelen aanwezig zijn om de kool van het water te scheiden (of vice versa) alvorens de kool aan de tweede stap van de werkwijze te onderwerpen bij een temperatuur liggend tussen 300 en 400°C, bij een druk die 15 lager is dan de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur.

19. Een inrichting volgens conclusie 18, bestaande uit een aantal reactorvaten die zijn aangebracht rond een centraal kooltoevoersysteem, waarbij kanalen zijn aangebracht die 20 een verbinding vormen tussen de vaten om het transport van stoom/water mogelijk te maken van een reactorvat met een hoge temperatuur naar een met een lagere temperatuur.

20. Een inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat elk reactorvat een langwerpig, schuin staand vat omvat 25 waarbij de eerste stap van de werkwijze plaats vindt in het lager gelegen gedeelte van dat vat. en de tweede stap in het hoger gelegen gedeelte, welk vat is voorzien van middelen om de kool voort te bewegen van het lagergelegen gedeelte naar het hoger gelegen gedeelte, middelen om over-3q verhitte stoom aan het hoger gelegen gedeelte van het vat in te voeren en middelen om water af te voeren uit het lager gelegen gedeelte van het vat. 78 1 22 48