PL120665B1

PL120665B1 - Method of manufacture of coke fuel from cellulosic raw materialr'ja

Info

Publication number: PL120665B1
Application number: PL1978209330A
Authority: PL
Inventors: Edward Koppelman
Original assignee: Edward Koppelman
Priority date: 1977-09-07
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1982-03-31
Also published as: GB2003919B; DK202378A; IT1209387B; AT372103B; BR7805847A; JPS5450504A; PL209330A1; JPS6114200B2; HU180256B; YU206278A; NO781629L; NO152450B; FR2402699A2; CA1109820A; YU42279B; IT7827395A0; GB2003919A; AU3962578A; SE7806112L; RO75315A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia paliwa koksowego z surowca celulozowego umozliwiajacy przetworzenie olbrzymich pokladów wegla typu lignitu w uzyteczne paliwo, co sta¬ nowi potencjalne rozwiazanie obecnego kryzysu energetycznego.Ze stanu techniki zawartego w opisie patento¬ wym nr 2580 znany jest sposób wytwarzania kok¬ su z surowca celulozowego polegajacy na ogrze¬ waniu surowca w naczyniu zamknietym pod cis¬ nieniem, bez mozliwosci odprowadzania wody i skladników lotnych powstajacych w tym proce¬ sie, prowadzonym w temperaturze 3i0O°C, czyli w warunkach odpowiadajacych wstepnej fazie kok¬ sowania. Mozna przypuszczac, ze w tyim procesie, podczas swobodnego chlodzenia wsadu po zakon¬ czeniu ogrzewania, nastepuje nasycanie wytworzo¬ nego koksu skroplinasmi.Dla fachowca jest oczywiste, ze proces kokso¬ wania musi byc prowadzony w podwyzszonej, tem¬ peraturze iplla usuniecia skladników lotnych z su¬ rowca a zwykle równiez pod podwyzszonym cis¬ nieniem, zwlaszcza w procesach niskotemperaturo¬ wych, dla uzyskania koksu o chocby (minimalnej wytrzymalosci.Znany sposób wytwarzania koksu z surowca ce¬ lulozowego polega na stosowaniu niskich tempera-' " tur i cisnien, co powoduje, ze nie otrzymuje sie z surowca celulozowego skladników lotnych na¬ dajacych sie do stosowania jako paliwo energe- 10 15 20 30 tyczne. Ponadto w znanym procesie prowadzonym w temperaturze okolo 8i00oC z surowca zostaje usunieta tylko czesc wody. Otrzymany produkt jest wiec tylko czesciowo odgazowany i skoksowany a po ochlodzeniu zmieszany jest z faza wodna, w której rozpuszczone sa produkty rozkladu.Sposobem wedlug wynalazku otrzymuje sie jako produkty paliwo koksowe, gaz opalowy i konden¬ sat zawierajacy glównie wode.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nir 4(052168 znany jest isposób uszlachet¬ niania wegli typu lignitowego, w tym wegla bru¬ natnego, lignitu i wegli bitumicznych w celu prze¬ tworzenia ich w uzyteczne paliwo. W sposobie tym, w wyniku termicznej destrukcji uzyskuje sie weglisty produkt odporny na dzialanie atmosfe¬ ryczne, o zwiekszonej wartosci opalowej, zblizonej do wartosci opalowej wegla bitumicznego.Oprócz duzych pokladów wegla typu lignitowego sa do dyspozycji inne surowce typu celulozowego, zarówno pochodzenia naturalnego, jak torf, jak i produkty odpadowe z operacji pozysku drewna i produkcja rolniczej. Takie surowce powstaja co¬ rocznie w znacznych ilosciach, w postaci nie na¬ dajacej sie do stosowania w charakterze paliwa przemyslowego. Odpadowe surowce celulozowe, ta¬ kie jak trociny, kora, wióry, galezie i odpady z wyrebu lasu oraz rózne odpady rolnicze, jak lo¬ dygi roslin bawelny i podobne, nastreczaja trud¬ nosci w ich zagospodarowaniu. Od dlugiego czasu 120 6653 120 665 4 odczuwa sie potrzebe opracowania sposobu prze¬ twarzania takie1)! surowców celulozowych w war¬ tosciowe paliwo, które stanowiac potencjalne roz¬ wiazanie proiblamu braku paliw i obecnego kry¬ zysu energetycznego, eliminowaloby równoczesnie wydatki zwiazane z ich zagospodarowaniem.Przepisy wielu krajów stawiaja stosunkowo ost¬ re wymagania dotyczace zawartosci siarki w ole¬ jach opalowych spalanych w celu wytwarzania elektrycznosci i paTy energetycznej. Przepisy do¬ puszczaja zawartosc siarki w oleju opalowym do 0,7% wagowych, a na pewnych obszarach wartosc ta bywa ograniczana nawet do 0,3% wagowych.By sprostac tyim wymaganiom, w wielu przypad- kaclf ^o®czne"^e^N«fliieszanie olejów opalowych o 'slisunkowó wysokiej /zawartosci siarki z olejami imi^brtowanyimi o niskiej zawartosci siarki w celu otrzyma^,.^eszaxi4i}y? o dopuszczalnej zawartos¬ ci Msftfci.*Praktyka tiaf zwieksza nie tylko koszty, lecz równiez~ zaTefflUSc od obcych zródel ropy* Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku problem ten rozwiazuje sie przez wytwarzanie paliwa w postaci koksopodobnego produktu o granicznie ma¬ lej zawartosci siarki i popiolu. Paliwo to po roz¬ drobnieniu moze byc zmieszane z olejem opalowym o wysokiej zawartosci siarki, w wyniku czego uzy¬ skuje sie paliwo w postaci cieklej zawiesiny od¬ powiadajacej wymaganiom przepis6w odnosnie do zawartosci sianka w paliwie.Sposób wytwarzania paliwa koksowego z su¬ rowca celulozowego wedlug wynalazku polega na ogrzewaniu surowca celulozowego, takiego jak torf, odpadowe produkty rolne i odpadowe produkty lesne i ich mieszaniny, w autoklawie, w tempera¬ turze zawartej w zakresie 400—675°C, pod cisnie¬ niem co najmniej 0,686 -JlO4 kPa, przy czym wilgoc i co najmniej czesc skladników lotnych przepro¬ wadza isie w faze gazowa i dokonuje sie czescio¬ wego rozkladu struktury chemicznej surowca, gazy wytworzone podczas procesu odprowadza sie a ich nie ulegajaca skropleniu czesc stosuje sie w procesie jako gaz opalowy, natomiast otrzymany staly produkt koksowania ewentualnie rozdrab¬ nia sie do odpowiedniej granulacji.Surowiec celulozowy ogrzewa sie w autoklawie korzystnie w temperaturze zawartej w zakresie 480—675°C a zwlaszcza 540—650°C i pod korzyst¬ nym cisnieniem od co najmniej 0,686 *104 do 8,027 • «105 kPa a zwlaszcza 0,103-105 do 0,206 *105 kPa.Po zakonczeniu ogrzewania paliwo w postaci stalego produktu koksowego oziebia sie do tem¬ peratury, w jakiej moze byc wystawiony na dzia¬ lanie atmosfery nie ulegajac spaleniu i ewentualnie rozdrabnia sie do rozmiarów czastek o wymaganej wielkosci. Przykladowo staly produkt koksowy rozdrabnia sie do rozmiarów ziarn przechodza¬ cych przez sito o wielkosci oczek 0,295 mm albo innej w zaleznosci od potrzeby. Korzystnie staly produkt tak sie rozdrabnia, zeby przewazaly w nim czastki przechodzace przez sito o wielkosci oczek ponizej 0,074 mm.Rozdrobniony koks w ilosci 1—50% wagowych miesza sie z olejem opalowym o wysokiej zawar¬ tosci siarki i otrzymuje sie paliwo w postaci ciek¬ lej zawiesiny. Charakterystyka rozdrobnionego koksu umozliwia otrzymanie trwalych zawiesin bez wprowadzania chemicznych dodatków zawie- sinotwórczych, a dzieki niskiej zawartosci siarki, rzedu okolo 0,1% i popiolu rzedu 1—4°/© uzyskuje sie z koksu mieszanki paliwowe dobrej jakosci.Dalsze korzysci i zalety sposobu wedlug wyna¬ lazku wynikaja z opisu korzystnych wariantów realizacyjnych, nawiazujacych do rysunku przed¬ stawiajacego diagram przeplywów w korzystnym 10 wariancie oraz z przykladów.Jak przedstawiono na rysunku, surowiec celu¬ lozowy lub mieszanine róznych surowców celulo¬ zowych wprowadza sie z magazynu 1 do etapu ob¬ róbki wstepnej 2, w którym poddaje sie go od- 15 powiedniemu rozdrabnianiu, proszkowaniu i prze¬ siewaniu, uzyskujac surowiec zasilajacy o cza¬ stkach odpowiedniej wielkosci. Rozdrobniony su¬ rowiec zasilajacy wprowadza sie do wysokotem¬ peraturowego i wysokocisnieniowego reaktora 3, 20 w którym nastepuje oddzielenie wilgoci, lotnych skladników organicznych i produktów rozkladu termicznego oraz kontrolowany termiczny rozklad chemicznej struktury surowca weglistego.Gazowe produkty uboczne odprowadza sie z re- 25 aktora i wprowadza do skraplacza, w którym skladniki ulegajace wykropieniu odzyskuje sie w postaci kondensatu, a skladniki nie ulegajace wy- kropleniu odprowadza jako gaz opalowy 11 przez skraplacz 10, który korzystnie zawraca sie do 30 obiegu i wytwarzania dodatkowej energii. Kon¬ densat 12 odprowadza sie ze skraplacza 10. Pro¬ dukt reakcji przechodzi do strefy chlodzenia 4, w której ulega oziebieniu do temperatury nizszej od tej, przy której moze byc wystawiony na dzia- 35 lanie atmosfery, niie ulegajac spaleniu lub innym szkodliwym przemianom. Ze strefy chlodzenia sta¬ ly produkt reakcji przechodzi do magazynu 5. W korzystnym wykonaniu sposobu wedlug wynalaz¬ ku, koksowy produkt przechodzi z pomdeszcze- 40 nia magazynowego 5 do mielenia lub rozdrab¬ niania 6, gdzie sproszkowuje sie go do ziaren o pozadanej wielkosci, uzyskujac produkt odpowied¬ ni do uzycia jako staly skladnik paliwa dla da¬ nego typu pieca i palnika magazynowany w zbior- 45 niku 7. Czesc rozdrobnionego koksu mozna prze¬ kazac z urzadzenia rozdrabniajacego do mieszal¬ nika 8, w którym miesza sie go z olejem opalo¬ wym 13, uzyskujac ciekla zawiesine o kontrolo¬ wanym udziale rozdrobnionego koksu drzewnego. 50 Uzyskana zawiesine koksu w-oleju przenosi sie do pomieszczenia magazynowego 9.Zgodnie z diagramem przeplywowym, surowiec zasilajacy moze stanowic jakikolwiek surowiec ce¬ lulozowy lub jakakolwiek ich mieszanine, w tym 55 odpadowe surowce celulozowe z wyrebu lasu i odpady rolnicze. Przykladowo, odpowiednie do przerobu sa surowce celulozowe wystepujace w przyrodzie, jak torf, odpady z wyrebu lasu i z tartaków, jak trociny, kora, szczapy, galezie i 60 scinki oraz surowce odpadowe pochodzenia rol¬ niczego, jak lodygi roslin bawelny, lupiny orze¬ cha, luski ziaren i podobne.Przed wprowadzeniem do autoklawu surowiec zasilajacy ewentualnie poddaje sie obróbce wstep- 65 nej, która moze obejmowac oddzielanie nadmia-120 665 6 ru wody, w celu ograniczenia szczatkowej zawar¬ tosci wilgoci do poziomu ulatwiajacego przerób i zmniejszenia ilosci wody usuwanej w dalszym eta¬ pie reakcji.Poniewaz w operacji autoklawowania z surow¬ ca zasilajacego usuwa sie zasadniczo cala wilgoc, obróbka wstepna zwykle nie jest konieczna w przypadku wiekszosci surowców odpadowych z rol¬ nictwa i wyrebu lasu. Obróbka wstepna moze równiez obejmowac poddanie surowca celulozowe¬ go odpowiedniemu rozdrobnieniu, w którym zmniejsza sie wielkosc czastek surowca zasilajace¬ go, zaleznie od jego natury, do rozmiarów ulat¬ wiajacych operacje i-przerób. Operacja rozdrab¬ niania moze obejmowac odpowiednie klasyfiko¬ wanie lub przesiewanie, w celu oddzielenia cza¬ stek o zbyt duzej wielkosci i zwrócenia ich do urzadzenia rozdrabniajacego.Surowiec zasilajacy wprowadza sie nastepnie, ewentualnie po obróbce wstepnej, do wlotowego konca reaktora, w którym poddaje sie go dziala¬ niu temperatury co najmniej okolo 40OPC, pod cis¬ nieniem co najmniej 0,686-104 kPa, w kontrolo¬ wanym czasie, doprowadzajac do kontrolowanego termicznego rozkladu jego struktury chemicznej i przeprowadzenia wilgoci, czesci skladników lot¬ nych i produktów ich termicznego rozkladu w faze gazowa, która odprowadza sie z reaktora i korzystnie przepuszcza pnzez skraplacz, w celu od¬ zyskania ulegajacej wykropieniu fazy, zawieraja¬ cej cenne produkty uboczne.Nie ulegajaca wykropieniu faze gazowa odpro¬ wadza sie ze skraplacza i korzystnie stosuje sie jako gaz opalowy do ogrzewania reaktora i wy¬ twarzania dodatkowej energii, która zuzytkowuje sie w procesie, a ewentualny nadmiar przezna¬ cza sie na sprzedaz.Jak wspomniano korzystna temperatura w au¬ toklawie wynosi 540°C, z uwagi na zwiekszona szybkosc przeprowadzania skladników lotnych w faze gazowa i termicznego rozkladu surowca za¬ silajacego, z wytworzeniem wiekszej ilosci su¬ rowca weglistego w postaci stalej, przy skróce¬ niu czasu przebywania surowca w autoklawie i zwiekszeniu wydajnosci operacji. Autoklawowanie mozna prowadzic w temperaturze do 675°C. Tem¬ peratura wyzsza zwykle jest niepozadana, ponie¬ waz prowadzi do zbyt wysokiej wartosci sto¬ sunku gazów nie ulegajacych kondensacji do sta¬ lego produktu koksowego.Szczególnie dobre wyniki uzyskuje sie prowa¬ dzac proces w zakresie temperatury 540—650°C, pod cisnieniem 0,686-104 do 0,206-105 kPa. Mak¬ symalne cisnienie moze dochodzic do okolo 0,294 • •105 kPa. Cisnienie powyzej 0,294 *105 kPa jest nie¬ pozadane ze wzgledu na znaczny koszt aparatury wytrzymujacej te warunki i male korzysci wy¬ nikajace z podwyzszenia cisnienia powyzej okolo 0,206-105 kPa.Czas przebywania surowca zasilajacego w au¬ toklawie zmienia sie zaleznie od danej zaleznosci temperatura—cisnienie—czas. Reguluje sie go tak, by doprowadzic do zasadniczo calkowitego odpa¬ rowania wilgoci, przeprowadzenia w faze gazo¬ wa czesci lotnych skladników organicznych i kont¬ rolowanego termicznego rozkladu celulozowego su¬ rowca zasilajacego.Mechanizm termicznych zmian struktury nie jest w pelni zrozumialy. Przyjmuje sie, ze zachodza 5 dwie lub wiecej równoczesnych reakcji chemicz¬ nych miedzy produktami pirolizy a gazami obec¬ nymi w komórkowej strukturze celulozowego su¬ rowca zasilajacego.Efektem wypadkowym sa zmiany charaktery- io styki chemicznej, wyrazajace sie zwiekszeniem stosunku wegiel—wodór i zmniejszeniem zawar¬ tosci siarki i tlenu w koncowym produkcie kok¬ sowym. W operacji autoklawowania równiez za- ' chodzi, w kontrolowanym stopniu, termiczna zmia- 15 na i/lub rozklad struktury chemicznej, czemu to¬ warzyszy powstawanie dodatkowych skladników gazowych, przechodzacych takze do fazy gazo¬ wej.Wymagany czas przebywania w reaktorze 20 zmniejsza sie ze wzrostem temperatury i cisnie¬ nia; przy nizszej temperaturze i cisnieniu wyma¬ gany jest dluzszy czas przebywania surowca w autoklawie. Zwykle odpowiedni jest czas przeby¬ wania od okolo 15 minut do okolo li godziny, w 25 temperaturze 490—600°C, pod cisnieniem 0,686 *104 — 0,206 • 105 kPa. W przypadku niektórych surow¬ ców korzystne wyniki uzyskuje sie stosujac tem¬ perature i cisnienie w poblizu górnej granicy dopuszczalnego zakresu, przy czasie przebywania 30 zaledwie okolo 5 minut.Dopuszczalny jest równiez czas przebywania po¬ wyzej godziny. Zwykle stosowanie czasu przeby¬ wania powyzej okolo godziny nie daje wyników wyraznie lepszych niz uzyskiwane przy czasie 35 przebywania od 15 minut do godziny, a wynika¬ jace z przedluzenia czasu przebywania zmniejsze¬ nie wydajnosci urzadzenia jest niepozadane z eko¬ nomicznego punktu widzenia.Cisnienie wewnatrz autoklawu mozna dogodnie 40 regulowac doborem stosunku ilosci celulozowego surowca zasilajacego do objetosci autoklawu, z uwzglednieniem zawartej w nim wilgoci, w taki sposób, zeby wytworzenie fazy gazowej, zlozonej z przegrzanej pary i lotnego surowca organicz- 45 nego wywolalo wzrost cisnienia w autoklawie do pozadanego poziomu. Dodatkowy wzrost cisnienia w autoklawie mozna osiagnac, jezeli to jest po¬ zadane, doprowadzeniem sprezonego gazu nie ut¬ leniajacego lub redukujacego albo sprezonej pary 50 wodnej.Po zakonczeniu operacji autoklawowania auto¬ klaw oziebia sie powietrzem lub czynnikiem chlodzacym, takim jak woda, np. do temperatury nizszej od tej, przy jakiej uszlachetniony pro- 55 dukt koksowy moze byc bez szkody wystawiony na dzialanie powietrza. Zwykle wystarczajace jest oziebienie do temperatury ponizej okolo 150°C.Oziebienie autoklawu do temperatury 100°C lub nizej jest w obecnosci fazy gazowej zwykle nie¬ co pozadane, poniewaz powoduje wykropienie wody zwilzajacej koks i obnizajacej jego wartosc opa¬ lowa. Korzystnie operacje oziebiania przeprowa¬ dza sie po odparowaniu fazy gazowej, co zapo¬ biega wykropleniu lotnych skladników organicz- 65 nych, w tym stosunkowo ciezkich frakcji weglo-7 120 665 8 wodorowych, i smól a nastepnie odlozeniu ich na powierzchni oraz w porach koksu.Uszlachetniony produkt koksowy ma zwykle ma- towo-czarna barwe, porowata- strukture i zawiera wilgoc szczatkowa w ilosci 1—510/© wagowych.W korzystnym wykonaniu sposobu wedlug wy¬ nalazku, po zakonczeniu procesu autoklawowania autoklaw rozpreza sie w temperaturze autoklawo¬ wania uzyskujac skladniki weglowodorowe przez wykroplenie a organiczne skladniki gazowe nie ulegajace kondensacji odprowadza jako uboczny gaz opalowy. Przy takim sposobie postepowania lotne skladniki organiczne osadzaja sie na pro¬ dukcie koksowym jedynie w niewielkim stopniu, jednakze wyprodukowany koks charakateryzuje sie przeksztalcona termicznie struktura i zwiekszona wartoscia opalowa.Mozna równie? prowadzic dwustopniowa opera¬ cje autoklawowania i powlekania, w której faze gazowa .odprowadzona z autoklawu doprowadza sie utrzymujac ja w wysokiej temperaturze do drugiej komory autoklawowej, gdzie jako czynnik oziebiajacy, sluzacy do wykraplamia smól i olejów, stosuje sie poddawany przeróbce surowiec zasila¬ jacy.Oziebiony staly produkt koksowy przechodzi, zgodnie z diagramem przeplywu, do pomieszcze¬ nia magazynowego, w którym jest pakowany lub z którego transportowany jest w kontenerach lub luzem albo alternatywnie, surowiec moze byc poddwany dalszej obróbce, w operacji rozdrab¬ niania lub mielenia, rozbijajacej agregaty utwo¬ rzone w procesie autoklawowania i doprowadza¬ jacej produkt do postaci ziaren o pozadanych roz¬ miarach. Stopien rozdrobnienia produktu koksowe¬ go bedzie zalezny od zamierzonego zastosowania i konstrukcji palnika, w którym bedzie on spa¬ lany.Przykladowo, jezeli koks ma byc spalany w palnikach typu stosowanego do spalania sproszko¬ wanego wegla i podobnych paliw, to odpowiednia wielkoscia uziarnienia jest ziarno przechodzace przez sito o wielkosci oczek ponizej 0,295 mm, korzystnie ponizej 0,074 mm.Alternatywnie, jezeli produkt koksowy ma byc spalany w kotle z automatycznym podsuwem rusz¬ tu, to z zadowalajacym wynikiem mozna stoso¬ wac koks o wiekszych czastkach.Niezaleznie od wielkosci czastek, produkt kok¬ sowy zawiera cenne paliwo stale i moze byc sto¬ sowany w tej postaci lub w mieszaninie z in¬ nymi konwencjonalnymi paliwami. Produkt kok¬ sowy charakteryzuje sie mala zawartoscia siarki, zwykle ponizej okolo 1, a przewaznie od okolo 0,2% do zaledwie okolo 0,06tyoi wagowych.Ponadto produkt charakteryzuje sie bardzo mala zawartoscia popiolu, zwykle ponizej okolo 5*/» do zaledwie okolo IV* wagowych lub mniej. Z pew¬ nych odpadowych produków rolniczych, takich jak ledygi roslin bawelny, uzyskuje sie produkt kon¬ cowy o zawartosci popiolu do 20*/» i siarki po¬ nizej l^/eu Zwykle wartosc opalowa koksu wy¬ nosi 2,14—3,50-106 J/g.Z powodu (niezwykle niskiej zawartosci siarki i popiolu w produkcie koksowym mozna go z po¬ wodzeniem stosowac w mieszaninie z innymi pali- v wami o duzej zawartosci siarki, uzyskujac mie¬ szanke paliwowa o znacznie nizszej przecietnej zawartosci siarki, odpowiadajacej wymaganiom sta- 5 wlanym przez sluzby ochrony srodowiska. Choc rozdrobniony produkt koksowy mozna z korzyscia mieszac z rozdrobnionymi paliwami stalymi, jak rózne wegle bitumiczne i antracytowe, to szczegól¬ nie korzystne wyniki uzyskuje sie mieszajac go z 10 olejami opalowymi, z wytworzeniem cieklej mie¬ szaniny zawierajacej ,1^50fyo wagowych koksu.Maksymalna zawartosc koksu w cieklym oleju opalowym jest ograniczona wzrostem lepkosci za¬ wiesiny, postepujacym w miare wzrostu zawartos- 15 ci w niej czastek koksu. Ogólnie, górna granica zawartosci koksu jest taki poziom, przy którym uzyskuje sie zawiesine o lepkosci umozliwiajacej pompowanie i przy której nastepuje dostateczne jej rozdrobnienie przez róznego rodzaju dysze sto- 30 spwane w istniejacych palnikach przemyslowych.Mozliwe jest sporzadzanie zawiesin zawierajacych zaledwie okolo Wh wagowego koksu, jednakze przy tak niskiej jego zawartosci nie uzyskuje sie znaczniejszych korzysci wprowadzenia paliwa o 26 malej zawartosci siarki i popiolu. Korzystna za¬ wartoscia koksu w zawiesinie jest zwykle 25— 50tyn wagowych. Przy zawartosci okolo 5Wo wagowych srednia zawartosc w zawiesinie wyno¬ si okolo polowy jej zawartosci w oleju opalowym, 30 co umozliwia stosowanie róznych wysokosiairko- wych olejów opalowych do wytwarzania dopusz¬ czalnych mieszanek paliwowych, odpowiadajacych wymaganiom sluzb ochrony srodowiska.Stwierdzono, ze domieszanie rozdrobnionego kok- as su o wielkosci czastek ponizej okolo 0,104 mm, a korzystnie takiego, w którym 80P/t wagowych sta¬ nowia czastki ponizej okolo 0,074 mm, daje sto¬ sunkowo trwala zawiesine przy udziale 50*/» wa¬ gowych koksu i 50l% wagowych oleju opalowego, 40 bez koniecznosci stosowania znaczniejszych ilosci dodatkowych czynników zawiesinotwórczych, które sa konieczne w przypadku wytwarzania miesza¬ nek zawiesinowych oleju z konwencjonalnymi weglami bitumicznymi i antracytowymi. Tak wiec, 45 w sposobie wedlug wynalazku znacznie upraszcza sie wytwarzanie zawiesiny i obniza koszt wytwa¬ rzania koncowej mieszanki.Sposób wedlug wynalazku jest ilustrowany po¬ nizszymi przykladami. 50 Przyklad I. W reaktorze doswiadczalnym miesza sie celulozowy surowiec zasilajacy, sklada¬ jacy sie z 59,5 g mieszaniny suchego drewna de¬ bowego i swierkowego z 23^4 g wody. Drewno ma postac skrawków o przekroju 1,7 i 3j4 cm2 i 55 nominalnej dlugosci i20 cm.Uklad reaktora doswiadczalnego sklada sie z cy¬ lindrycznej komory z nierdzewnej stali o srednicy zewnetrznej 3,6 cm, dlugosci 3|lj2 cm i sumarycz¬ nej objetosci 295 cm8. Reaktor jest wyposazony w w przewód laczacy go z chlodzonym woda skrapla¬ czem i zbiornikiem gazów z zamknieciem wodnym.W celu ciaglego pomiaru cisnienia do reaktora jest przylaczony (manometr o skali do 0,3l3i2'il05 kPa a w celu ciaglego pomiaru temperatury zaglebiona 65 jest w nim termopara, typu K. Uklad obejmuje9 stozkowy zawór wysokocisnieniowy, umieszczony w przewodzie laczacymi reaktor ze skraplaczem ga¬ zów, majacy za zadanie odpuszczanie z komary reaktora fazy gazowej, dla utrzymania w nim od¬ powiedniego cisnienia.Po zaladowaniu i zamknieciu reaktora, umiesz¬ cza sie go poziomo w goracym piecu muflowym.Po uplywie 5 minust cisnienie w reaktorze wzrasta do7 0,103 • 105 kPa a temperatura wewnetrzna, mie¬ rzona termopara, do 296°C. W tym momencie lek¬ ko otwiera sie zawór wylotowy i przez uklad skraplacza wypuszcza gaz, z taka szybkoscia, by utrzymac w reaktorze zasadniczo stale cisnienie 0403 "10* kPa. W ciagu dalszych 5 minut (10 mi¬ nut po (umieszczeniu reaktora w piecu muflowym) temperatura w reaktorze, mierzona termopara, wzrasta do 558°C. Reaktor wyjmuje sie z pieca i doprowadza do temperatury okolo 93°C.Z reaktora uzyskuje sie 18,9 g stalego produktu koksowego, a ze skraplacza i20 ml cieczy. Gaz powstaje w ilosci wiekszej od pojemnosci zbiorni¬ ka, wynoszacej 7 800 cm*.Jak wynika z ogledzin wzrokowych staly pro¬ dukt koksowy ma barwe czarna i strukture plast¬ ra miodu, zasadniczo odpowiadajaca1 poczatkowej strukturze surowca celulozowego i w kilku miejs¬ cach wyglad skoksowanej cieczy. Poczatkowo od¬ rebne kawalki kebu i swietrkiu ulegaja deforimacji w procesie reakcyjnym i staly produkt koksowy uzyskuje sie w postaci jednego cylindra o srednicy mniejszej od srednicy komory reaktora.Odzyskana forma gazowa pali sie plomieniem barwy jasno niebieskiej, typowym dla mieszani¬ ny wodoru, tlenku wegla i metanolu. Produkt sta¬ ly ma nastepujacy sklad (w F/o wagowych) wilgoc czesci lotne popiól koks wartosc 'opalowa 3,93 8,47 8,82 .1,09 1^13 86,5 90,1 3,38-lO6 J/g 3,47 •,!€• J/g Sklad chemiczny <•/• wagowych) c H S N O 88,8 92^ 2,06 2,14 0,12 0,12 , 0,18 0,19 3,82 4,02 Przyklad II. W ukladzie reaktora doswiad¬ czalnego opisanego w nawiazaniu do fig. 1, obej¬ mujacym skraplacz chlodzony para wodna i skrap¬ lacz chlodzony woda lumieszcza sie 100 g wsadu z torfu.. Zawartosc wody we wsadzie wynosi oko¬ lo 75P/o wagowych.Po zaladowaniu reaktora umieszcza sie go po¬ ziomo w goracym piecu muflowym, jak opisano w przykladzie I. Po uplywie 11 minut cisnienie wre- D665 10 aktorze wzrasta do 0,H3r 10* kPa a temperatura wy¬ kazywana termopara do i266°C. W tym momencie lekjko otwiera sie zawór wylotowy i przez uklad skraplaczy wypuszcza gazy z taka szybkoscia, by 5 utrzymac zasadniczo stale cisnienie 0,103-HO5 kPa.Po dalszych 2(3 minutach grzania {lacznie 34 mi¬ nuty od chwili umieszczenia reaktora w piecu muf¬ lowym) temperatura w reaktorze dochodzi do 54i40C. Reaktor wyjmuje sie z pieca i otwiera za- 10 wór wysokocisnieniowy, wypuszczajac faze gazowa do doprowadzenia komory reaktora do cisnienia atmosferycznego. Nastepnie zawór zamyka sie i doprowadza reaktor do temperatury otoczenia.Po zakonczeniu próby skraplacz ogrzewany para 15 wodna zawiera 74 g cieczy, a skraplacz chlodzony woda 6 g cieczy. W kolektorze gazów zbiera sie 4,25 litra gazów nie ulegajacych skropleniu. Staly produkt koksowy wazy 6,919 g. Ogledziny wizualne wykazuja obecnosc kruchego, stalego produktu bar- 20 wy czarnej, z którego po utlenieniu otrzymuje sie 0^256 g popiolu.Sklad chemiczny gazu, który po zapaleniu pali sie plomieniem barwy niebieskiej, jest nastepuja¬ cy: wodór woda tlen siarkowodór argon dwutlenek wegla metan etan etylen propan propylen izobutan n-butan buten izopentan n-pentan penten heksan heptan benzen oktan toluen nonan ksylen azot tlenek wegla wartosc opalowa % molowy 4,96 0,24 1,23 0,00 0,11 512,51 19,24 2,10 0,12 0,29 0,14 0,012 0,05 0/03 0,01 0,01 0,02 0,00 0,015 0,38 ,0/M) 0,09 0,00 0,00 14,44 3,9)3 4,11-10* Jto« Przyklad III. Powtarza sie próbe opisana w 55 przykladzie II, stosujac 173 g tego samego torfu i te sama aparature. W 8 minut po umieszczeniu reaktora w piecu muflowym cisnienie wzrasta do 0,103-105 kPa a temperatura w komorze reaktora do 273°C. Po dalszych $1 minutach {29 minut po w rozpoczeciu cyklu ogrzewania) temperatura w re¬ aktorze wynosi 5A0PC. Cisnienie utrzymuje sie na zasadniczo stalym poziomie 0,103-105 kPa przez od¬ puszczanie fazy gazowej do ukladu skraplaczy.Ze skraplacza ogrzewanego para wodna uzysku- 65 je sie 58 ml cieczy barwy ciemnobrazowej, a ze120 665 11 12 skraplacza chlodzonego woda 63 ml zólto zabar¬ wionej wody. W ukladzie kolektora gazu zbiera sie 11,2 litra gazu. Staly produkt koksowy, po¬ dobny do uzyskanego w przykladzie II, otrzymuje sie w ilosci 19,2 g. Po zapaleniu gaz pali sie plo¬ mieniem barwy niebieskiej, identycznym jak ob¬ serwowany w przykladzie II.Staly produkt koksowy zawiera 0,41% wago¬ wych wilgoci. W przeliczeniu na substancje sucha ma sklad podany w tablicy 1.Tablica 1 Sklad zasilajacego materialu torfowego i produktu koksowego Skladnik 1% wagowy czesci lotne popiól Torf 77,5 1,22 n Staly produkt koksowy 6,34 4,40 trzymania go na stalym poziomie odprowadza sie powstajace gazy. Temperatura w reaktorze osiaga 289°C. Po uplywie dalszych 13 minut temperatura dochodzi do 532°C. Cisnienie utrzymuje sie na za¬ sadniczo stalym poziomie okolo 0,103 *105 kPa, przez odprowadzanie fazy gazowej do ukladu skrapla¬ czy. Uzyskuje sie 17,9 g stalego produktu kokso- 1 wego i 15,8 g cieczy.Produkt uzyskany w skraplaczu parowym skla¬ da sie z 5,3 ml zólto zabarwionej cieczy, po któ¬ rej plywa 0,6 ml materialu smolistego. W skrap¬ laczu wodnym uzyskuje sie 10,5 ml klarownej cie¬ czy ze sladami oleju. Ciecze z obu skraplaczy la¬ czy sie i oddziela 14,6 ml wody, uzyskujac 0,254 g smoly rozpuszczalnej w heksanie i 0,28 g smoly rozpuszczalnej w benzenie. Nie ulegajacy wykrop- leniu gaz uzyskuje sie w ilosci okolo 9000 cm8.Sklad i wartosc opalowa stalego produktu kok¬ sowego oraz sklad nie ulegajacej kondensacji fazy gazowej sa przedstawione w tablicy 2.•KOKS cieplo spalania J/g 1 Sklad elementarny Ityo wagowy C H S N O Zl,3 2,02-10§ 51,8 3,14 0,15 0,61 40,0 89,3 3,36-10« 90,7 13,35 0,14 0,83 0,61 25 Cieplo spalania koksu (wartosc opalowa sub¬ stancji pozbawionej wilgoci) jest o 66% wyzsza od ciepla spalania materialu zasilajacego. Produkt stanowi wysokiej jakosci paliwo niskopopiolowe i niskosiarkowe. Po zmieleniu do czastek wielkosci okolo 0,074 mm produkt doskonale nadaje sie do mieszania z olejem opalowym o wysokiej zawar¬ tosci siarki, na paliwo typu zawiesinowego o u- miarkowanej zawartosci siarki.Sporzadza sie zawiesine drobno zmielonego pro¬ duktu koksowego otrzymanego z torfu w oleju opalowym, mieszajac równe czesci wagowe koksu z olejem opalowym zawierajacym 1% wagowy siar¬ ki. Zawiesine czastek koksu w oleju uzyskuje sie dodajac rozdrobniony produkt koksowy do oleju w wysokosprawnym mieszalniku. Koks dodaje sie w takiej ilosci, by jego stezenie w zawiesinie wy¬ nosilo okolo 40% wagowych.Otrzymana zawiesina ma srednia zawartosc siar¬ ki 0,66e/o, co czyni ja odpowiednia do stosowania w zakladach uzytecznosci publicznej do wytwa¬ rzania energii elektrycznej, wedlug wymagan sluzb ochrony srodowiska dotyczacych maksymalnej za¬ wartosci siarki w paliwie. Zawiesina jest trwala.Stale czastki koksu pozostaja równomiernie w niej rozproszone bez stosowania dodatków zawiesino- twórczych iAub rozpraszajacych.Przyklad IV. Material zasilajacy, typowe od¬ pady lesne zawierajace kore sosnowa i swierkowa, wprowadza sie w ilosci 51,76 g do ukladu reak¬ tora opisanego w przykladzie II. Po uplywie 7 minut cisnienie wzrasta do 0,103 «105 kPa. Dla u- 35 40 45 50 55 Tablica 2 1 Sklad i wartosc opalowa produktu stalego produkt staly (kg/kg surowca zasilajacego) zawartosc wilgoci sklad substancji suchej czesci lotne koks popiól sklad elementarny substan¬ cji suchej C H S N O wartosc opalowa Sklad produktu gazowego objetosc wyprodukowanego gazu (litrów/kilogramów surow¬ ca zasilajacego) i sredni ciezar czasteczkowy wartosc opalowa Sklad chemiczny gazu | suchego H2 . CH4 CO C02 weglowodory C2 c3 c4 C5 I C6 0,346 0,27% 11,04!% 84,09P/o 4,87% 88,58% 2,71% 0,06% 1,36% 2,42% 3,32-10«J/g 180,4 31,9 1,88 J/m8 % molowych 5,87% 29,32 7,55 50,19 4,65 0,99 0,47 0,26 0,40 Przyklad V. Powtarza sie próbke w reak¬ torze jak opisano w przykladzie II, stosujac 51,8 g surowca celulozowego zawierajacego odpady rol¬ nicze, lodygi i luski rosliny bawelny. Cisnienie w reaktorze dochodzi do 0,103 *105 kPa w ciagu 6 mi- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 czesci lotne popiól koks cieplo spalania J/g Sklad elementarny % wagowy C H S N O 77,5 1,22 21,3 2,02- 51,8 3,14 0,15 0,61 40,0 6,34 4,40 89,3 3,36-10« 90,7 13,35 0,14 0,83 0,61 25^ 120 665 13 14 nut po umieszczeniu w piecu muflowym, a tem¬ peratura dochodzi w tym czasie do 217 PL PL PL PL

Claims

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania paliwa koksowego z su¬ rowca celulozowego przez ogrzewanie w autokla¬ wie, znamienny tym, ze surowiec celulozowy ogrze¬ wa sie w autoklawie, w temperaturze zawartej w zakresie 400—675°C, pod cisnieniem co najmniej 0,686 *104 kPa, przy czym wilgoc i co najmniej czesc skladników lotnych przeprowadza sie w faze ga¬ zowa i dokonuje sie czesciowego rozkladu struk¬ tury chemicznej surowca, gazy wytworzone pod¬ czas procesu odprowadza sie a ich nie ulegajaca skropleniu czesc stosuje sie w procesie jako gaz opalowy, natomiast otrzymany staly produkt kok¬ sowania ewentualnie rozdrabnia sie do odpowied¬ niej granulacji.

2. Sposób wedlug zastrz. U, znamienny tym, ze surowiec celulozowy ogrzewa sie w autoklawie w temperaturze zawartej w zakresie 480—675°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze surowiec celulozowy ogrzewa sie w autoklawie w temperaturze zawartej w zakresie 540—650°C.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze surowiec celulozowy ogrzewa sie w autoklawie 10 15 20 25 pod cisnieniem od co najmniej 0,686-104 do 0,227* •105 kPa.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze surowiec celulozowy ogrzewa sie w auatoklawie pod cisnieniem od co najmniej 0,103-105 do 0,206* •10* kPa.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze z odprowadzonej z autoklawu fazy gazowej wy¬ dziela sie co najmniej czesc ulegajacych wykrop¬ ieniu skladników i odzyskuje sie czesci fazy ga¬ zowej ulegajacej wykropieniu i czesci nie ulegajace wykropieniu.

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze staly produkt koksowy rozdrabnia sie do rozmia¬ rów ziarn ponizej 0,074 mm.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako surowiec celulozowy stosuje sie torf, odpado¬ we produkty rolne, odpadowe produkty lesne i ich mieszaniny.

9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze staly produkt koksowy rozdrabnia sie do rozmia¬ rów ziarn przechodzacych przez sito o wielkosci oczek 0,295 mm a nastepnie rozdrobniony produkt w ilosci 1—50°/o wagowych miesza sie z olejem paliwowym.

10. Sposób wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze staly produkt koksowy rozdrabnia sie do rozmia¬ rów ziarn, wsród których przewazaja czastki prze¬ chodzace przez sito o wielkosci oczek ponizej 0,074 mm. / z ' f 1 3 1 + - ' 1 l 5 6 u ) W 12 1 ^» 13 1 1 8 Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, 296/83 Cena 100 zl PL PL PL PL PL