NL8000750A

NL8000750A - Werkwijze en inrichting voor het ontwateren van koolslurries.

Info

Publication number: NL8000750A
Application number: NL8000750A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1980-02-07
Filing date: 1980-02-07
Publication date: 1981-09-01
Also published as: US4294584A

Description

f A

K 5U91 NET

4

WERKWIJZE Eli INRICHTING VOOR HET ONTWATEREN VAN KOOLSLURRIES

De onderhavige uitvinding heeft eetrekking op het ontwateren van koolslurries en in het hij zonder op een werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van geharde pillen uit een koolslurry.

Kool kan naar grootte worden geclassificeerd. Deeltjes die 5 groter zijn dan bijvoorbeeld 25 mm worden gewoonlijk aangeduid als "brokken”. Bij grootten tussen 25 mm en bijvoorbeeld 150 micron kunnen de deeltjes worden aangeduid als "korrels" en beneden 150 micron als "gruis". De eigenlijke classificatiegrenzen liggen niet vast; zo kan bijvoorbeeld begrenzing tussen korrels en gruis 10 willekeurig tussen 75 micron en 250 micron liggen ofschoon het gebruikelijker is hiervoor 100 of 150 micron aan te houden.

De. uitvinding heeft in hoofdzaak betrekking op korrels en gruis daar deze grootten het meest algemeen worden aangetroffen in koolslurries zoals die welke worden gebruikt voor transport per 15 pijpleiding. Grotere brokken kunnen moeilijk in de vorm van een slurry worden vervoerd daar met het in suspensie houden daarvan een grote hoeveelheid energie is gemoeid; gruis daarentegen leent zich voor een dergelijk vervoer per pijpleiding, doch kan niet gemakkelijk worden ontwaterd. Een techniek welke geschikt is voor 20 het ontwateren van gruis omvat het agglomeren daarvan onder toepassing van een bindmiddel. De verkregen agglomeraten kunnen vervolgens langs mechanische weg uit het water en eventueel niet geagglomereerd materiaal worden afgescheiden door bijvoorbeeld filtreren of centrifugeren. Afhankelijk van de bereidingswijze 25 kunnen de agglomeraten tot zeer harde pillen worden gevormd, ofschoon de "groene pillen", namelijk die welke niet een zekere mate van warmtebehandeling of harding hebben ondergaan, slap zijn en tijdens het hanteren kunnen uiteenvalien. Met het harden van de pillen is warmte gemoeid waardoor de verwerkingskosten toenemen; 30 een dergelijke behandeling kan tevens leiden tot het ontstaan van schadelijke geuren en dampen.

Volgens de uitvinding omvat een werkwijze voor het ontwateren 8000750 2 ί- *

Tan een slurry kooldeeltjes en voor het vervaardigen van sterke pillen het agglomereren van de kooldeeltjes onder toepassing van een koolwaterstofbindmiddel bij verhoogde temperatuur, waardoor koolpillen worden verkregen, en het onderwerpen van de pillen aan 5 een warmtebehandeling bij een temperatuur van 200-30Q°C, welke werkwijze daardoor is gekenmerkt, dat de door de pillen tijdens hun warmtebehandeling afgegeven gassen met de slurry in aanraking worden gebracht teneinde uit de gassen de condenseerbare componenten te verwijderen en de warmte op de slurry over te brengen en dat 1Q althans een deel van de niet condenseerbare brandbare gassen vervolgens wordt verbrand ter verkrijging van warmte voor de genoemde warmtebehandeling.

De werkwijze volgens de uitvinding biedt het voordeel dat de tijdens de warmtebehandeling vrijkomende gassen, waarmede anders 15 moeilijk kan worden gewerkt als gevolg van de zware dampen die zij bevatten, door de slurry zeer doelmatig worden gewassen. De gereinigde gassen kunnen vervolgens uit de slurry worden afgescheiden en verbrand ter verkrijging van een deel van of de volledige warmte die voor de warmtebehandeling is vereist en in sommige 20 gevallen, in afhankelijkheid van het type kool, van een hoeveelheid nuttige extra stoom of aanvullende fysische arbeid - met de mogelijkheid deze laatste te gebruiken voor de aandrijving van een agglomeratievat dat bij de agglomeratietrap wordt toegepast.

De gassen kunnen worden gebruikt voor het opwekken van stoom 25 waardoor het mogelijk wordt de pillen rechtstreeks te verhitten.

Het is ook mogelijk de genoemde gassen te verbranden en de hete verbrandingsgassen toe te passen voor het indirect verhitten van de pillen. In zo'n geval kan de slurryvoeding welke binnentreedt worden verdeeld in twee afzonderlijke stromen waarvan er 3Q een wordt verhit door de "gekoelde" verbrandingsgassen afkomstig uit het indirecte deel van de warmtebehandelingstrap terwijl de andere stroom wordt verhit door de dampen die de pillen gedurende de warmtebehandeling afstaan. Nadat de gassen uit de twee stromen zijn afgescheiden worden zij opnieuw gecombineerd en doorgeleid 35 naar de agglomeratietrap; het behoeft geen betoog dat de twee 8000750 3 V è stromen niet noodzakelijkerwijs even groot zijn. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is gelegen in het feit dat het door de pillen afgestane gas niet met een inert gas, bijvoorbeeld stoom, is verdund en een hogere verbrandingswaarde zal hebben.

5 Wanneer de warmtebehandeling betrekkelijk drastisch is, kan een afgepaste hoeveelheid lucht in de warmtebehandelingszone worden gelaten en in aanraking worden gebracht met de pillen. Een deel van de kool zal dan met de lucht verbranden waarbij de vereiste warmte ontstaat. Deze wijze van werken kan bijzonder aan-30 trekkelijk zijn indien rookloze brandstof moet worden verkregen.

Bij een andere uitvoeringsvorm wordt de warmtebehandeling in twee of meer trappen uitgevoerd; hierdoor wordt een nauwe regeling en tenslotte de combinatie van rechtstreekse verhitting en indirecte verhitting van de pillen mogelijk.

35 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

Een dergelijke inrichting voor de bereiding van koolpillen uit een koolslurry omvat een agglomeratievat met toevoerleiding voor de slurry, welk vat is voorzien van middelen voor de toevoer 20 van een afgepaste hoeveelheid bindmiddel, alsmede een warmtebehan-delingstoestel, waarbij wordt voorzien in middelen voor de ontwater ingsbehandeling tussen het agglomeratievat en het toestel voor da warmtebehandeling beneden het agglomeratievat, welke inrichting wordt gekenmerkt door een doorvoer voor het recirculeren van uit 25 het varmtebehandelingstoestel afkomstige gassen naar een wastoren die in de slurrytoevoerleiding boven het agglomeratievat is opgenomen, en middelen in de leiding tussen de wastoren en het agglomeratievat voor het afscheiden van de behandelde gassen uit de koolslurry.

30 De inrichting volgens de uitvinding biedt het voordeel dat gebruik wordt gemaakt van conventionele apparatuur, zij het dat deze op een nieuwe manier is opgesteld, waardoor een hogere doelmatigheid wordt bereikt dan aanvankelijk werd voorzien. 27iet alleen kan een maximale hoeveelheid warmte uit de warmtebehan-35 delingstrap worden teruggewonnen doch tevens kunnen de door de 8000750 t * k koolpillen afgestane gassen worden teruggewonnen en bij de werkwijze toegepast, waardoor deze wat energie betreft nagenoeg onafhankelijk wordt.

Wanneer de kool bijzonder rijk is aan vluchtige bestanddelen 5 kan er zelfs een energieoverschot zijn ten opzicht van de voor de warmtebehandelingstrap vereiste hoeveelheid. Onder deze omstandigheden kan dit overschot worden toegepast voor het geheel of gedeeltelijk verschaffen van de energie die is vereist voor het aandrijven van het agglomeratievat.

10 Voor de rechtstreekse verhitting van de pillen kan een stoom generator worden toegepast waarin de behandelde gassen worden verbrand voor het opwekken van de voor de warmtebehandelingstrap vereiste stoom. Indien door de aard van de kool meer stoom beschikbaar is dan voor de warmtebehandelingstrap is vereist, kan een expansie-15 vat zoals een stoomturbine tussen de stoomgenerator en het warmte-behandelingstoestel worden opgesteld.

Bij indirecte verwarming van de koolpillen zijn er twee gasstromen van het warmtebehandelingstoestel - een stroom bestaande uit hete verbrandingsgassen en de andere bestaande uit brandbare 2Q gassen en dampen die door de koolpilllen zijn afgestaan. Teneinde de beschikbare energie met de grootst mogelijke doelmatigheid terug te winnen wordt de koolslurryvoeding bij voorkeur in twee stromen verdeeld waarbij elke stroom naar zijn eigen wastoren en daarop aansluitende afscheidingsinrichting wordt geleid. De twee 25 stromen zijn niet noodzakelijkerwijs van dezelfde orde van grootte. De gassen uit êén van de afscheidingsinrichtingen worden aan de atmosfeer geloosd - verbrandingsgassen die door hun aanraking met de koolslurry zijn gereinigd - terwijl de gassen van de andere afscheidingsinrichting worden tereuggewonnen, welke gassen bestaan 30 uit de waardevolle niet condenseerbare en brandbare gassen die door de koolpillen zijn afgestaan.

De uitvinding wordt thans bij wijze van voorbeeld verder beschreven onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen waarin Figuur 4 een schematische voorstelling is van een inrichting voor 35 het uitvoeren van een werkwijze volgens de uitvinding, met 8000750 > Λ 5 rechtstreekse verhitting van de koolpillen tijdena de warmtet)ehan-deling daarvan; en Figuur 2 een schematische voorstelling is van een inrichting voor het uitvoeren van een werkwij ze volgens de uitvinding, met indirecte verhitting van de pillen tijdens de 5 warmtebehandeling daarvan.

De in Figuur 1 weergegeven inrichting omvat een agglomeratie-vat 30 met een koolslurrytoevoerleiding 32 en middelen voor de toevoer van een afgepaste hoeveelheid bindmiddel via leiding l4.

Gevormde "groene” pillen verlaten het agglomeratievat via een lei-3Q. ding 16 en bewegen over een ontwateringszeef 38 die zodanig is opgesteld dat de pillen van water en eventueel niet geagglomereerd .materiaal worden gescheiden. Deze laatste materialen verlaten de inrichting via een heet water-reservoir 20 waarvan het hete water via een leiding 22 kan worden toegevoerd naar het agglomeratievat 35 of via een leiding 23 naar een koelreservoir; eventueel aanwezige vaste stof laat men bezinken en wordt van de bodem van het reservoir verwijderd via een leiding 2k,

De pillen worden van de zeef 38 overgebracht naar een warmte-behandelingstoestel 26 waarin zij met behulp van via een leiding 20 28 binnentredende stoom aan verhoogde temperatuur worden onderwor pen. De met warmte behandelde of geharde pillen worden via een leiding 27 afgevoerd.

Gedurende de warmtebehandeling staan de koolpillen gassen af.

Deze gassen worden uit het toestel verwijderd door een leiding 30 25 die naar een wastoren 32 voert welke in de koolslurrytoevoerleiding 33 is opgenomen. In de wastoren worden de gassen in innige aanraking gebracht met de slurry welke aanraking de tweeledige functie heeft de gassen te reinigen en eventueel aanwezige teer en andere eondenseerbare componenten te verwijderen en de warmte van de hete 3Q gassen over te brengen op de koolslurry.

Het mengsel van de gassen en de koolslurry verlaat de wastoren via een leiding 3¼ welke voert naar een scheidingsinrichting 36 waarin de koolslurry en de gassen met behulp van de zwaartekracht worden gescheiden.

35 De verkregen voorverhitte koolslurry verlaat de scheidings- 8000750 6 inrichting 36 via toeyoerleiding 12. welke naar het agglomeratievat yoert.

De behandelde gassen verlaten de scheidingsinrichting via een leiding 38 welke naar een stoomgenerator bO voert waarin de gassen 5 met lucht worden verbrand welke via een leiding 1+2 binnentreedt voor het opwekken van de voor de warmtebehandelingstrap vereiste stoom.

De verbrandingsgassen verlaten de stoomgenerator via een schoorsteen hb terwijl oververhitte stoom via een leiding k6 wordt IQ afgevoerd naar een stoomturbine 1+8 die het agglomeratievat bedient. Geëxpandeerde stoom verlaat de turbine via een leiding 28 welke voert naar het warmtebehandelingstoestel.

Eet agglomeratievat 10 kan uit verscheidene in de handel beschikbare modellen worden gekozen en omvat in algemene zin een 15 cilindrisch vat met een axiaal bekrachtigde roerinrichting, welke zodanig is aangebracht dat een koolwaterstofbindmiddel innig met een waterige slurry onder turbulente omstandigheden wordt gemengd.

Als gevolg van de affiniteit van het bindmiddel voor de kool, waarvan het bindmiddel het oppervlak preferentieel bevochtigt ten 20 opzichte van dat van as en andere minerale substantie, treedt over het algemeen een vermindering van asgehalte van de kool na pil-vorming op. Zorgvuldige selectie van het bindmiddel kan dit effect verhogen.

Door de aansluitende warmtebehandelingstrap is het mogelijk 25 het bindmiddel uit een ruim traject koolwaterstoffen te kiezen. De lichtere koolwaterstoffen zoals gasolie hebben het voordeel dat zij in hoge mate selectief zijn voor de kool ten opzichte van de as en andere niet brandbare materialen; zwaardere koolwaterstoffen, bijvoorbeeld "long residues" en koolteer, zijn goedkoper, dragen 3Q bij tot de verbrandingswaarde van het produkt en vormen sterkere pillen.

Eet bindmiddel kan worden toegevoegd in de vorm van een vloeistof, hetzij onversneden of in de vorm van een waterige emulsie of in het geval van zwaardere residuen in poedervorm. De 35 temperatuur van de slurry tijdens de agglomeratie wordt in hoge 8000750 7 mate bepaald door de eigenschappen van het bindmiddel doch ligt normaliter tussen 6q en H20°C (waarbij het water in de vloeibare fase wordt gehoudenI.

De inrichting volgens Figuur 2 komt in hoofdonderdelen overeen 5 met die in Figuur 1 en omvat een agglomeratievat JO met toevoer-openingen voor de koolslurryvoeding en bindmiddel bij 12 en 3½ en een afvoer 16 voor de gevormde "groene" pillen die na ontwatering naar het warmtebehandelingstoestel 26 worden overgebracht.

Evenals volgens Figuur 1 worden de door de pillen in het 30 warmtebehandelingstoestel afgegeven gassen gewonnen en naar een wastoren 32' geleid. Zij verlaten deze toren door een leiding 3¼1 naar een scheidingsinrichting 36'. De behandelde gassen verlaten deze inrichting door een leiding 38’ en worden na compressie in een verbrandingsinrichting βθ met lucht verbrand. De hete ver-15 brandingsgassen worden.in een turbine 1*8 geëxpandeerd welke zij verlaten via een leiding 28 welke voert naar het warmtebehandelingstoestel 26 waarin zij de pillen indirect verhitten. Extra vermogen van de turbine 1*8 wordt gebruikt voor de compressie van lucht en gas.

20 De verbrandingsgassen die worden gebruikt voor het leveren

van warmte aan het warmtebehandelingstoestel worden daaruit verwijderd via een leiding 50 welke voert naar een tweede wastoren 52 waarin zij in innig contact worden gebracht met de koolslurry die via een leiding 53 binnentreedt. Het mengsel verlaat de tweede 25 wastoren door middel van een leiding 5^ die voert naar een tweede scheidingsinrichting 56 vanwaar de gassen worden afgevoerd en de slurry opnieuw gecombineerd met die afkomstig uit de wastoren 36' om het agglomeratievat te worden binnengeleid. yOORBEELD

30 Een pijpleidingslurry die 50 gew.% kooldeeltjes bevatte die kleiner waren dan 25Q micron werd op 80°C verhit en gedurende 30 minuten gemengd met 21 gew(berekend op de kool] zwaar residu koolwaterstofbindmiddel in een agglomeratievat waardoor nagenoeg ronde, "groene" pillen met een diameter van 3 tot 5 22m werden 35 verkregen.

De pillen werden ontwaterd en naar een warmtebehandelings- 8000750 8 toestel overgebracht waar zij rechtstreeks werden yerhit tot 300°C net behulp van yerse stoom. De verkregen gassen werden teruggewon-, nen en gebruikt voor het yoorverwarmen van de binnentredende slurry die op deze wijze tot 90°C in temperatuur werd verhoogd. De 5 gassen werden van de slurry gescheiden en waren in voldoende hoeveelheid beschikbaar voor het verkrijgen van oververhitte stoom van 5Q0°C. Na te zijn geëxpandeerd voor het aandrijven van het agglomeratievat bezat de stoom een temperatuur van ongeveer 300°C en was geschikt voor de toevoer van de warmte vereist voor de 1Q warmtebehandeling van de pillen in het warmtebehandelingstoestel.

De aan de warmtebehandeling onderworpen pillen hadden na de warmtebehandelingstrap ongeveer een derde van de hoeveelheid bindmiddel verloren.

t

De behandelde pillen bleken buitengewoon geschikt om te 15 worden vermalen terwijl de "groene" pillen daarentegen niet konden worden vermalen; er vormde zich vrijwel onmiddellijk een kleverige pasta als gevolg waarvan de molen verstopt raakte. Bovendien voorzag de inrichting nagenoeg in eigen energiebehoeften terwijl vrijwel geen schadelijke dampen konden vrijkomen.

8000750

Claims

3 5*
1. Werkwijze voor het ontwateren van een slurry kooldeeltjes en voor het vervaardigen van sterke pillen daaruit door agglomereren van de kooldeeltjes met een koolwaterstofbinder bij een verhoogde temperatuur ter verkrijging van koolpillen en door de 5 pillen aan een warmtebehandeling te onderwerpen bij een temperatuur gelegen tussen 200 en 300°C, met het kenmerk, dat de tijdens de warmtebehandeling van de kool daaruit vrijgekomen gassen met de slurryvoeding in aanraking worden gebracht teneinde de condenseer-bare componenten uit de gassen te verwijderen en warmte naar de 10 slurry over te brengen en dat althans een deel van de niet condenseerbare brandbare gassen vervolgens worden verbrand ter verkrijging van de voor de warmtebehandeling vereiste warmte.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste een deel van de niet condenseerbare gassen wordt verbrand voor 15 het opwekken van stoom, welke stoom wordt gebruikt om de pillen rechtstreeks te verhitten.
3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat althans een deel van de stoom wordt geëxpandeerd voor het leveren van de voor het agglomeren vereiste mechanische energie.
20 Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aan de verbranding yan de niet condenseerbare gassen onttrokken gassen worden gebruikt om de pillen indirect te verhitten.
5. Werkwijze volgens conclusie Ij·, met het kenmerk, dat de AA koolslurryvoeding m twee stromen wordt gesplitst waarvan er een 25 wordt gebruikt om in aanraking te komen met de brandbare gassen die tijdens de warmtebehandeling van de koolpillen daaruit vrij komen en de andere stroom wordt gebruikt om in aanraking te komen met de verbrandingsgassen verkregen uit de verbranding van de niet condenseerbare gassen.
6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bij de verbranding van de niet condenseerbare gassen verkregen gassen na verbranding worden geëxpandeerd 8000750 teneinde energie te yerschaffen voor het agglomereren yan de slurry.
7. Inrichting yoor het ontwateren yan een slurry kooldeeltjes en yoor het daaruit vervaardigen yan sterke pillen door 5 agglomereren yan de kooldeeltjes meteen toolvaterstofbindmiddëL bij verhoogde temperatuur ter verkrijging van koolpillen, die een agglomeratievat met een toevoeropening voor de slurryvoeding omvat en is voorzien van middelen voor de toevoer van een afgepaste hoeveelheid bindmiddel berekend op de slurryvoeding, en een IQ varmtebehandelingstoestel, waarbij mechanische ontwaterings-middelen zijn aangebracht tussen het agglomeratievat en het warmtebehandelingstoestel stroomafwaarts van het agglomeratievat, gekenmerkt door een doorvoer voor gassen uit het warmtebehandelingstoestel die naar een wastoren moeten worden gerecirculeerd welke 15 zich bevindt in de toevoerleiding voor koolslurry stroomopwaarts van het agglomeratievat en in de leiding tussen de wastoren en het agglomeratievat aanwezige middelen voor het afscheiden van de niet condenseerbare gassen uit de koolslurry.
8. Inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat een 20 stoomgenerator is opgesteld voor de verbranding van de niet condenseerbare gassen ter verkrijging van stoom voor het warmtebehandelingstoestel.
9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een stoomturbine aanwezig is welke voorziet in de bediening van het 25 agglomeratievat en welke zodanig is opgesteld dat de turbine met uit de stoomgenerator afkomstige stoom wordt gevoed. 1C. Inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat is voorzien in een verbrandingsinrichting voor de verbranding van de niet condenseerbare gassen naar het warmtebehandelingstoestel.
11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de verbrandingsinrichting van het warmtebehandelingstoestel is gescheiden en een gasturbine is opgesteld welke de hete gassen van de verbrandingsinrichting ontvangt en vermogen voor het 8000750 aandri jven van het agglomeratievat verschaft. J2. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de toeyoerleiding voor de koolslurry in twee takken wordt gesplitst die elk zijn voorzien van een wastoren en een scheidings-5 inrichting, waarbij een tak is bestemd om in aanraking te worden gebracht met de brandbare gassen die door de koolpillen gedurende hun warmtebehandeling worden afgegeven en de andere om in aanraking te worden gebracht met de bij de verbranding van de niet conden-seerbare gassen verkregen gassen. 8000750