Przedmiotem wynalazku jest sposób rozpuszczal¬ nikowego uplynniania wegla z zastosowaniem zlo¬ zonego wsadu weglowego. Sposobem wedlug wy¬ nalazku uplynnia sie wegle bitumiczne, wegle pod- bitumiczne, lub lignity.Jakkolwiek najbardziej pozadanymi produktami procesu rozpuszczalnikowego uplynniania wegla sa ciekle produkty uplynnienia i gazy weglowodorowe, procesy takie sprzyjaja zazwyczaj powstawaniu z duza wydajnoscia normalnie stalego produktu uplynniania. Normalnie staly produkt uplynnienia jest ze wzgledów ekonomicznych mniej wartoscio¬ wy od cieklego produktu uplynnienia i gazów weglowodorowych, gdyz ma on postac ciala sta¬ lego, a zawartosc siarki i innych zanieczyszczen jest w nim na ogól wyzsza.Ponadto ze wzgledu na fakt, ze normalnie staly produkt uplynnienia odprowadza sie ze strefy uplynniania w postaci szlamu zawierajacego zawie¬ sine pozostalosci mineralnej, konieczna jest jego przeróbka w etapie rozdzielania substancji stalych i cieczy, droga np. filtracji lub osadzania. Ponie¬ waz czastki tworzacej zawiesine pozostalosci mine¬ ralnej sa bardzo male, zabieg rozdzielania sub¬ stancji stalych i cieczy jest trudny do przeprowa¬ dzenia, co ma bardzo niekorzystny wplyw na eko¬ nomike operacji uplynniania.W procesie rozpuszczalnikowego uplynniania wegla mozna korzystnie uniknac etapu rozdziela¬ nia substancji stalych i cieczy prowadzac desty- 10 15 20 30 lacje prózniowa produktu ze strefy uplynniania w celu uzyskania produktu ze strefy uplynniania w postaci szlamu zawierajacego normalnie staly produkt uplynnienia i pozostalosc mineralna, a nas¬ tepnie wprowadzajac ten szlam do generatora gazu dla przeprowadzenia weglowodorów zawartych w szlamie w wodór i gaz syntezowy, które wykorzys¬ tuje sie w procesie. Stanowiacy produkt szlam za¬ wiera cala ilosc normalnie stalego produktu uplyn¬ nienia powstalego w strefie uplynniania, przy czym korzystnie nie zawiera on zasadniczo cieklego produktu uplynnienia i gazów weglowodorowych, jako ze ciekly produkt uplynnienia i gazy weglo¬ wodorowe powstajace w strefie uplynniania sta¬ nowia paliwa wysokiej jakosci, nie wymagajace dalszej przeróbki. Szlam ten moze byc zasadniczo jedynym wsadem weglowodorowym do strefy zga- zowania sprzezonej ze strefa uplynniania i zasad¬ niczo w strefie zgazowania zbedne jest stosowanie innego wsadu weglowodorowego.Stwierdzono, ze sprawnosc cieplna polaczonego procesu uplynniania i zgazowywania wegla jest stosunkowo niska gdy wydajnosc wytwarzania normalnie stalego produktu uplynniania jest wy¬ soka, przy czym sprawnosc cieplna mozna zwiek¬ szyc stosunkowo znacznie obnizajac wydajnosc normalnie stalego produktu uplynnienia tak, aby droga zgazowania tego produktu otrzymac wodór i gaz syntezowy w ilosci akurat wystarczajacej na pokrycie zapotrzebowania na nie w procesie. 123 5913 123 591 4 Wydajnosc normalnie stalego produktu uplyn¬ nienia, mozna w polaczonym procesie uplynniania i zgazowywainia wegla korzystnie obnizyc zawra¬ cajac cala ilosc szlamu zawierajacego normalne staly produkt uplynnienia i pozostalosc mineralna, którego nie wprowadza sie do strefy zgazowania.Zawracanie szlamu wplywa pod wieloma wzgle¬ dami korzystnie na proces rozpuszczalnikowego uplynniania wegla. Po pierwsze, zawracanie w sta¬ nowiacym produkt szlamie normalnie stalego pro¬ duktu uplynnienia stwarza sposobnosc zajscia kon¬ wersji tego materialu do bardziej wartosciowego cieklego paliwa lub gazów weglowodorowych. Po drugie, pozostalosc mineralna zawarta w szlamie stanowi katalizator reakcji zapoczatkowanych w strefie podgrzewania i biegnacych nadal w strefie uplynniania (w reaktorze), co sprzyja powstawaniu cieklego produktu uplynnienia. Wreszcie, poniewaz cala ilosc powstajacego w strefie uplynniania nor¬ malnie stalego produktu uplynnienia zawraca sie lub zgazoiwuje, w procesie nie otrzymuje sie nad¬ wyzki normalnie stalego produktu uplynnienia, a zatem mozna pominac trudny etap rozdzielania substancji stalych i cieczy, a sprawnosc procesu wzrasta.Z wyzej podanych przyczyn polaczony proces uplynniania i zgazowywamija wegla prowadzony z zawracaniem szlamu w celu zmniejszenia ilosci normalnie stalego produktu uplynnienia moga¬ cego stanowic wsad do generatora gazu, zachodzi przy sprawnosci cieplnej znacznie wyzszej niz w przypadku polaczonego procesu uplynniania i zga¬ zowywania wegla, w którym nie zawraca sie szla¬ mu.W celu uzyskania wysokiej sprawnosci cieplnej polaczonej operacji uplynniania i zgazowywania wegla konieczne jest, aby cala ilosc normalnie sta¬ lego produktu uplynnienia uzyskanego w strefie uplynniania wprowadzac do strefy zgazowywania oraz by ten normalnie staly produkt uplynnienia stanowil zasadniczo jedyny wsad weglowodorowy w strefie zgazowania. Sprzezenie stref uplynniania i zgazowywania w celu osiagniecia wysokiej spraw¬ nosci cieplnej wymaga, aby ilosc normalnie stalego produktu uplynnienia, z którego usunieto zasad¬ niczo cala ilosc cieklego produktu uplynnienia i gazów weglowodorowych, byla wystarczajaca akurat na to, by umozliwic wytwarzanie w strefie zgazowania calkowitej ilosci wodoru technologicz¬ nego oraz gazu syntezowego w ilosci pokrywaja¬ cej zapotrzebowanie na paliwo w procesie w 5— —10(M.Jesli we wsadzie do generatora gazu znajdzie sie jakis inny produkt ze strefy uplynniania, np. ciekly produkt uplynnienia lub gazy weglowodorowe, lub tez jesli w strefie uplynniania powstanie normalnie staly produkt uplynnienia w ilosci wiekszej od niezbednej dla wytworzenia w strefie zgazowywa¬ nia wodoru technologicznego i stanowiacego paliwo gazu syntezowego, to wówczas sprawnosc cieplna polaczonego procesu uplynniania i zgazowywania wegla ulegnie zmniejszeniu.W polaczonym procesie uplynniania i zgazowy¬ wania wegla konieczne jest zawracanie strumienia szlamu w celu zmniejszenia nadwyzki normalnie stalego produktu uplynnienia do poziomu wystar¬ czajaco niskiego na to, by zapewnic wysak.} sprawnosc cieplna polaczonego procesu. Jak stwier¬ dzono powyzej, strumien obiegowy sprzyja zmniej- 5 szeniu wydajnosci normalnie stalego produktu uplynnienia ze wzgledu na zwiekszona zawartosc dzialajacych katalitycznie substancji stalych i wy¬ dluzony czas przeróbki normalnie stalego produktu uplynnienia. W przypadku wsadów weglowych, z których powstaje znaczna ilosc pozostalosci mi¬ neralnej, stezenie substancji stalych w szlamie obiegowym, a tym samym w mieszalniku wsadu weglowego, moze stac sie tak wysokie, ze moga wystapic trudnosci w przepompowywaniu strumie¬ nia opuszczajacego mieszalnik wsadu.Duzemu stezeniu stalych substancji w mieszal¬ niku zapobiega sie zazwyczaj zwiekszajac predkosc zawracania szlamu przy danej predkosci podawa¬ nia wsadu weglowego, gdyz zwiekszenie predkosci zawracania szlamu wywoluje efekt rozcienczajacy.Jednak w przypadku wegli wysokopopiolowych, to jest zawierajacych powyzej 15—20°/o wagowych nieograniczonej substancji mineralnej w przeli¬ czeniu na sucha mase, dla zmniejszenia zawartosci substancji stalych w mieszalniku wsadu nalezy predkosc zawracania szlamu zwiekszyc tak znacz¬ nie, ze koszt operacji staje sie nadmierny ze wzgle¬ du na koszty przepompowywania szlamu i roz¬ miary podgrzewacza. Przy danej wielkosci insta¬ lacji taka sytuacja moze pociagnac za soba ko¬ niecznosc drastycznego zmniejszenia predkosci za¬ silania niewzbogaconym sortowanym weglem sta¬ nowiacym wsad.Sposób wedlug wynalazku umozliwia unikniecie tych trudnosci dzieki zmniejszeniu ilosci zawraca¬ nych substancji stalych przy jednoczesnym utrzy¬ maniu odpowiedniej aktywnosci katalitycznej. Do¬ datkowo, przy danej predkosci zawracania substan¬ cji stalych aktywnosc katalityczna mozna zwiek¬ szyc. Efekty te uzyskuje sie segregujac substancje stale w stanowiacym produkt szlamie tak, ze za¬ równo w szlamie bedacym wsadem do generatora gazu, jak i w szlamie obiegowym zawartosc sub¬ stancji stalych rózni sie proporcjonalnie od zawar¬ tosci tych substancji w szlamie stanowiacym pro¬ dukt, przy czym substancje stale w szlamie obie¬ gowym maja stosunkowo mniejsze srednie roz¬ miary od substancji stalych we wsadzie do gene¬ ratora gazu i sa aktywniejsze katalitycznie.Zgodnie z niniejszym wynalazkiem szlam obie¬ gowy proporcjonalnie zawiera wagowo mniej sub¬ stancji stalych, a szlam stanowiacy wsad do ge¬ neratora gazu proporcjonalnie zawiera wagowo wiecej substancji stalych niz szlam stanowiacy produkt ze strefy uplynniania jako calosc.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze w mieszalniku wsadu weglowego miesza sie caly wsad weglowy skladajacy sie z co najmniej dwóch rodzai wegli, obiegowy normalnie staly produkt uplynnienia zawierajacy ciekly rozpuszczalnik i obiegowa pozostalosc mineralna pochodzaca ze wspomnianych wegli, przy czym jeden z tych wegli stanowi co najmniej 5°/o, korzystnie 10%, zwlaszcza 20°/o wagowych calkowitej ilosci wsadu weglowego i po uplynnieniu powstaje zen pozostalosc mine- 15 2t 3f 31 40 45 M 555 ralna zlozona z czastek o srednicach, których sred¬ nia wartosc jest mniejsza od srednicy wartosci srednic czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z pozostalej czesci wsadu weglowego, po czym wspomniane wegle tworzace wsad weglowy, wodór, obiegowy normalnie staly produkt uplynnienia, obiegowy ciekly rozpuszczalnik i obiegowa pozos¬ talosc mineralna wprowadza sie do strefy uplyn¬ niania wegla w celu wyekstrahowania z pozosta¬ losci mineralnej substancji weglowodorowych i pod¬ danie tych substancji weglowodorowych zhydrokra- kowaniu dla wytworzenia mieszaniny zawierajacej gazy weglowodorowe, ciekly produkt uplynnienia, normalnie staly produkt uplynnienia i zawiesine pozostalosci mineralnej, nastepnie strumien odcieku ze strefy uplynnienia przeprowadza sie przez urza¬ dzenia do rozdzielania oparów i cieczy w celu od¬ dzielenia wodoru, gazów weglowodorowych i ben¬ zyny ciezkiej tworzacych produkt górny do szlamu resztkowego zawierajacego ciekly produkt uplyn¬ nienia, normalnie staly produkt uplynnienia i za¬ wiesine pozostalosci mineralnej, po czym do mie¬ szalnika wsadu weglowego zawraca sie pierwsza porcje tego szlamu resztkowego, a druga porcje tego szlamu resztkowego wprowadza sie do urza¬ dzen do rozdzielania produktów, a cecha sposobu wedlug wynalazku jest to, ze trzecia porcje szlamu resztkowego przeprowadza sie przez hydrocyklon, a nastepnie odprowadza sie z hydrocyklonu górny strumien szlamu zawierajacy ciekly produkt uplyn¬ nienia, normalnie staly produkt uplynnienia i za¬ wiesine pozostalosci mineralnej, o stosunkowo ma¬ lych czastkach, i ten górny strumien szlamu zaw¬ raca sie do strefy uplynniania w celu selektywnego zwiekszenia w strefie uplynniania proporcji czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z wyzej wspomnianego jednego z wegli tworzacych wsad weglowy, natomiast dolny strumien szlamu odpro¬ wadzany z hydrocyklonu, zawierajacy ciekly pro¬ dukt uplynnienia, normalnie staly produkt uplyn¬ nienia i zawiesine pozostalosci mineralnej zlozonej ze stosunkowo duzych czastek wprowadza sie do urzadzen do rozdzielania produktów.Normalnie ciekly produkt uplynnienia stanowi wstepny produkt niniejszego procesu. Normalnie ciekly produkt uplynnienia zwany jest tu „ciek¬ lym destylatem" lub „cieklym produktem uplyn¬ nienia", przy czym oba okreslenia oznaczaja pro¬ dukt uplynnienia, który w temperaturze pokojowej jest normalnie ciekly, w tym takze produkt zwany czasem rozpuszczalnikiem stanowiacym donor wo¬ doru technologicznego. W strefie uplynniania otrzy¬ muje sie stezony szlam.Stezony szlam zawiera calkowita ilosc nieorga¬ nicznej substancji mineralnej i calkowita ilosc nierozpuszczalnej substancji organicznej (UOM) obecnych we wsadzie weglowym, zwanych wspól¬ nie „pozostaloscia mineralna". Ilosc UOM stanowi zawsze ponizej 10—15% wagowych wsadu weglo¬ wego. Stezony szlam zawiera takze produkt uplyn¬ nienia 454°C+, który w temperaturze pokojowej jest normalnie staly i który zwany jest tu „nor¬ malnie stalym produktem uplynnienia".Gaz syntezowy wytworzony w strefie zgazowy¬ wania poddaje sie reakcji konwersji tlenku wegla 591 6 w celu przeprowadzenia go w wodór i dwutlenek wegla. Dwutlenek wegla wespól z siarkowodorem usuwa sie nastepnie w ukladzie usuwania gazów kwasnych. Zasadniczo caly uzyskany w ten sposób s strumien gazu bogatego w wodór zuzywa sie w procesie uplynniania. Korzystnie wytwarza sie wiecej gazu syntezowego niz jest to konieczne dla pokrycia zapotrzebowania na wodór technologiczny.Aby sprawnosc cieplna polaczonego procesu io uplynniania i zgazowania wegla byla wysoka, co najmniej 60,70 lub 90 i az do 100% molowych tej nadmiarowej ilosci gazu syntezowego powinno sie spalic jako paliwo w procesie. Nadmiaru gazu syn¬ tezowego nie nalezy poddawac przed jego spala- 15 niem w procesie ani metanizacji, ani innym zuzy¬ wajacym wodór reakcjom. Gdy operacja zgazowy¬ wania jest w pelni sprzezona z operacja uplyn¬ niania, tak, ze zasadniczo caly wsad weglowodo¬ rowy do strefy zgazowania pochodzi ze strefy 20 uplynniania i zasadniczo cala ilosc gazowego pro¬ duktu ze strefy zgazowania zuzywa sie w strefie uplynniania jako stanowiacy reagent wodór lub jako stanowiacy paliwo gaz syntezowy, to wówczas sprawnosc cieplna polaczonego procesu staje sie 25 niespodziewanie wysoka.Podwyzszona sprawnosc cieplna osiagalna w po¬ laczonym procesie uplynniania i zgazowywania wegla ilustruje wykres na rysunku, który obrazuje zaleznosc sprawnosci cieplnej polaczonego procesu 30 uplynniania i zgazowywania wegla od wydajnosci normalnie stalego produktu uplynniania, to jest produktu uplynnienia 454°C+, który w tempera¬ turze pokojowej ma postac ciala stalego. W w/w po¬ laczonym procesie nie stosuje sie zgodnej z niniej- 35 szym wynalazkiem metody segregacji substancji stalych i wykres przedstawiony na rysunku jest raczej ilustracja potrzeby stosowania takiej me¬ tody. W procesie tym stanowiacy produkt szlam zawraca sie w strefie uplynniania i nadwyzke szla- 40 mu 454°C+ ze strefy uplynniania wprowadza sie do strefy zgazowywania. Gdy zmienia sie ilosc pro¬ duktu uplynnienia 454°C+ wytworzonego i wpro¬ wadzonego do strefy zgazowania, automatycznie zmienia sie sklad i ilosc szlamu obiegowego w stre¬ fie uplynniania. Punkt A na krzywej odpowiada ogólnemu obszarowi maksymalnej sprawnosci ciepl¬ nej polaczonego procesu.Z wykresu wynika, ze sprawnosc cieplna polaczo¬ nego procesu jest bardzo niska gdy wydajnosc pro¬ duktu uplynnienia 454°C+ przewyzsza 35 lub 40%.Rysunek wskazuje na fakt, ze w przypadku braku obiegowej pozostalosci mineralnej wydajnosc pro¬ duktu uplynnienia 454°C+ wynosi 60% w przeli¬ czeniu na wsad weglowy, natomiast gdy zawraca sie pozostalosc mineralna, wydajnosc produktu uplynnienia 454°C+ zmniejsza sie. do 20—25%, co odpowiada zakresowi maksymalnej sprawnosci cieplnej polaczonego procesu.Czesto zmniejszenie wydajnosci normalnie sta¬ lego produktu uplynnienia w polaczonym procesie uplynniania i zgazowania do poziomu na tyle nis¬ kiego, by mozliwe stalo sie uzyskanie sprawnosci odpowiadajacej optymalnemu obszarowi A jest trudne. Jedna z metod przezwyciezania tych trud- B5 nosci jest zwiekszenie zawartosci substancji sta-123 591 8 lych w strumieniu szlamu obiegowego droga zmniejszenia ilosci zawartego w tym szlamie nor¬ malnie cieklego produktu uplynnienia. W praktyce jednak zastosowanie tej metody jest ograniczone, a czynnik ograniczajacy stanowi zawartosc sub¬ stancji stalych w mieszalniku wsadu weglowego.W polaczonym procesie uplynniania i zgazowania wegla, w którym stosuje sie sposób wedlug niniej¬ szego wynalazku, wydajnosc normalnie stalego produktu uplynnienia 454°C+ obnizona jest do po¬ ziomu umozliwiajacego osiagniecie optymalnej sprawnosci cieplnej A, czesciowo dzieki wyko¬ rzystaniu drugiego strumienia obiegowego. Drugim strumieniem obiegowym jest strumien odbierany u szczytu hydrocyklonu, jak to opisano ponizej.Strefa uplynniania w omawianym procesie sklada sie ze strefy podgrzewania i strefy reakcji uplyn¬ niania, usytuowanych szeregowo. Strefa uplynnia¬ nia moze pracowac niezaleznie lub moze byc sprze¬ zona ze strefa zgazowywania, jak to opisano po¬ wyzej. Temperatura reagentów stopniowo rosnie w miare ich przeprowadzania przez wezownice podgrzewacza tak, ze u wylotu z podgrzewacza temperatura wynosi zazwyczaj 360—438°C, ko¬ rzystnie 371—404°C. Ogólnie, roztwarzanie wegla zachodzi w najwiekszym stopniu w strefie pod¬ grzewania i egzotermiczne reakcje uwodorniania i hydrofcrakowania rozpoczynaja sie przy maksy¬ malnej temperaturze w strefie podgrzewania. Pod¬ grzany szlam wprowadza sie nastepnie do reaktora uplynniania czyli do strefy reakcji, w której re¬ akcje uwodorniania i hydrokrakowania zachodza nadal.W strefie reakcji uplynniania wystepuje na ogól intensywne mieszanie wsteczne i panuje w niej stosunkowo równomierna temperatura. Cieplo wytworzone w wyniku egzotermicznych reakcji w strefie reakcji uplynniania powoduje wzrost temperatury w fej strefie d* 427—482°C, korzystnie do 339—468°C. Czas przebywania szlamu w strefie reakcji uplynniania jest dluzszy od czasu przeby¬ wania w strefie podgrzewania. Ze wzgledu na egzotermiczne reakcje zachodzace w strefie reakcji uplynniania temperatura w tej strefie moze byc o co najmniej 11, 27,5, 55,5 lub nawet 111°C wyzsza od temperatury u wylotu z podgrzewacza.Strefa reakcji uplynniania nie zawiera zadnego stalego zloza katalitycznego, ani nieruchomego, ani wrzacego, totez w strefie .tej we wnetrzu reaktora nie istnieje ani rzeczywisty poziom, ani pozorny poziom zloza katalizatora. Jedynym katalizatorem sa substancje mineralne tworzace zawiesine w szlamie technologicznym, wprowadzane do reaktora uplynnienia i odprowadzane zen w postaci zawie¬ siny w szlsunfct^ za¬ trzymanie niewielkiej ilosci substancji stalych wewnatrz reaktora jest mozliwe, lecz zasadniczo wszystkie czastki sa ostatecznie z reaktora usu¬ wane.Cisnienie wodoru w strefie podgrzewania iw strefie reakcji uplynniania wynosi €900—27600 ko¬ rzystnie 10300—17200 kPa/cm*. Zazwyczaj wodór wprowadza sie do szlamu w wiecej niz jednym punkcie. Co najmniej czesc,wodoru dodaje sie do szlamu przed wlotem strefy podgrzewania. Dodat- 10 15 20 25 30 40 45 50 60 65 kowa ilosc wodoru mozna wprowadzic miedzy str-efa podgrzewania i strefa reakcji uplynniania i/lub w postaci chlodziwa wodorowego w samej strefie reakcji uplynniania. Chlodziwo wodorowe wtryskuje sie w razie potrzeby w róznych punk¬ tach strefy reakcji uplynniania w celu utrzymania zadanej temperatury ^ reakcji, co zapobiega zacho¬ dzeniu w zbyt znacznym stopniu reakcji koksowa¬ nia. Stosunek calkowitej ilosci wodoru do niewzibo- gaconego sortowanego wegla stanowiacego wsad wynosi 0,62—2,48, korzystnie 0,93^1,-86 mtykg.Zgodnie ze stanowiacym wynalazek wariantem dotyczacym strefy zgazowania, maksymalna tempe¬ ratura w generatorze gazu wynosi zazwyczaj 1204^1982°C, korzystnie 1260—176Q°C, a najko¬ rzystniej 1316 lub 1371—1760°C. Przy takich tem¬ peraturach nieorganiczna substancja mineralna ulega konwersji do cieklego zuzla, który usuwa sie u dna generatora gazu.W procesie uplynniania wytwarza sie na sprze¬ daz znaczna ilosc zarówno cieklego produktu uplynnienia, jak i gazów weglowodorowych. -Gdy proces uplynniania prowadzi sie bez stosowania strefy zgazowania, mozna uzyskac na sprzedaz równiez pewna ilosc normalnie stalego produktu uplynnienia. Jednak w przypadku braku strefy zgazowania korzystne jest zawracanie normalnie stalego produktu uplynnienia do wyczerpania, dzieki czemu uzyskuje sie z wyzsza wydajnoscia ciekly produkt uplynnienia i gazy weglowodorowe.W procesie uplynniania prowadzonym bez sprze¬ zonej strefy zgazowania, w którym powstaje nad¬ wyzka normalnie stalego produktu uplynnienia, czesc szlamu technologicznego mozna poddac filtra¬ cji w celu otrzymania normalnie stalego produktu uplynnienia wolnego od substancji stalych. Nor¬ malnie staly produkt uplynnienia wolny od sub¬ stancji stalych mozna zawracac do wyczerpania lub odzyskiwac jako produkt.Gdy operacja uplynniania jest sprzezona z ope¬ racja zgazowania, ogólna sprawnosc cieplna pro¬ cesu ulega zwiekszeniu dzieki zastosowaniu wa¬ runków procesu dobranych tak, by otrzymac znaczne ilosci gazów weglowodorowych i cieklych paliw, w przeciwienstwie do warunków procesu dobranych tak, by wymusic powstawanie wylacz¬ nie gazowych lub cieklych weglowodorów. W sprze¬ zonej operacji uplynniania i zgazowania w strefie uplynniania powinno powstawac co najmniej 8—10°/o wagowych gazowych paliw zlozonych ze zwiazków o 1—4 atomach wegla i co najmniej 15— —20% wagowych cieklego paliwa destylacyjnego 193—454ÓC w przeliczeniu na suchy wsad wegjLowy.Mieszanine metanu i etanu odzyskuje sie i zuzywa jako gaz miejski. Mieszanine propanu i butanu zu¬ zywa sie po odzyskaniu jako gazol. Oba te pro¬ dukty stanowia paliwa ulepszone. Olej opalowy o temperaturze wrzenia 1&3—454°C odzyskiwany w procesie stanowi ulepszony olej opalowy, który jest zasadniczo wolny od substancji mineralnej i zawiera ponizej okolo 0,4 lub 0,5% wagowego siarki. Siarkowodór odzyskuje sie ze strumiejiia od¬ prowadzanego z ukladu usuwania ^azAw kwasnych i poddaje konwersji do siarkJL erejr*ientarnej.Szlam odplywajacy ze strefy resafccji uplynniania przeprowadza sie przez urzadzenie do rozdzielania123 591 10 oparów i cieczy w celu oddzielenia oparów zawie¬ rajacych wodór, gazy weglowodorowe, benzyna ciezka i ewentualnie pewna ilosc cieklego desty¬ latu, od szlamu resztkowego zawierajacego ciekly produkt uplynnienia o temperaturze wrzenia roz¬ puszczalnika, normalnie staly produkt uplynnienia i tworzaca zawiesine pozostalosc mineralna. Zaisad- niczo cala ilosc wodoru i zasadniczo cala ilosc weglowodorów o temperaturze wrzenia nizszej od temperatury wrzenia cieklego produktu stanowia¬ cego rozpuszczalnik, w tym równiez gazów weglo¬ wodorowych i benzyny ciezkiej, usuwa sie jako produkt górny z urzadzen do rozdzielania oparów i cieczy. Niewielka ilosc cieklego produktu o tem¬ peraturze wrzenia rozpuszczalnika usuwa sie w produkcie górnym, a w resztkowym szlamie w urzadzeniach do rozdzielania pozostaje niewielka ilosc benzyny ciezkiej.Szlam resztkowy uzyskany po destylacji rzutowej mozna rozdzielic na trzy czesci na nizej podanej zasadzie. Pierwsza porcje szlamu resztkowego po destylacji rzutowej, stanowiaca okolo 10—75% wa¬ gowych calkowitej ilosci szlamu resztkowego po destylacji rzutowej, zawraca sie bezposrednio do mieszalnika wsadu, nie wprowadzajac jej do hyd¬ rocyklonu wedlug niniejszego wynalazku. Cieplo wyczuwalne szlamu resztkowego po destylacji rzu¬ towej ogrzewa wsad weglowy w mieszalniku i sprzyja wysychaniu wegla jesli jest on mokry.Druga porcje szlamu resztkowego po destylacji rzutowej, stanowiaca okolo 15—40% wagowych cal¬ kowitej ilosci szlamu resztkowego, wprowadza sie bezposrednio do ukladu rozdzielania produktów obejmujacego urzadzenia do destylacji atmosfe¬ rycznej i prózniowej, w celu oddestylowania ciek¬ lych produktów uplynnienia o temperaturze wrze¬ nia 193—454°C od stezonego szlamu zawierajacego normalnie staly produkt uplynnienia 454°C+ i po¬ zostalosci mineralnej tworzacej zawiesine. Trzecia porcje szlamu resztkowego po destylacji rzutowej,, stanowiaca 10—75% wagowych calkowitej ilosci szlamu resztkowego, przeprowadza sie przez hyd- rocyklon.Szlam resztkowy po destylacji rzutowej, którego pierwsza, druga i trzecia porcja stanowia czesci podwielokrotne, zawiera okolo 5—40% wagowych substancji stalych. Z hydrocyklonu odbiera sie strumien górny i strumien dolny. Górny strumien z hydrocyklonu zawiera wagowo mniej niz pod- wielokrotna czesc substancji stalych obecnych w hyidTocyklonie, podczas gdy dolny strumien z hyd¬ rocyklonu zawiera wagowo wiecej niz podwielo¬ krotna czesc substancji stalych obecnych w hydro- cyklonie. Strumien górny z hydrocyklonu ubogi w substancje stale stanowi zazwyczaj okolo 40— —60% wagowych strumienia doprowadzanego do hydrocyklonu i zawiera okolo 0,2—20% wagowych substancji stalych.Srednia srednica czastek substancji stalych w górnym strumieniu z hydrocyklonu jest mniejsza od srednic czastek w dolnym strumieniu z hydro¬ cyklonu i wynosi okolo 0,5—5 mikrometrów (calko¬ wity zakres wartosci srednic czastek wynosi okolo 0,1—10 mikrometrów). Strumien górny z hydro¬ cyklonu zawraca sie do mieszalnika wsadu weglo- it 15 M 30 55 wego albo sam, albo w postaci mieszaniny z pierw¬ sza porcja szlamu resztkowego po destylacji rzu¬ towej. Dolny strumien z hydrocyklonu stanowi okolo 20—60% wagowych strumienia bedacego wsadem do hydrocyklonu i zawiera okolo 10—50% wagowych substancji stalych. Dolny strumien wprowadza sie do ukladu rozdzielania produktów albo sam, albo w postaci mieszaniny z druga porcja szlamu resztkowego po destylacji rzutowej.Hydrocyklon jest wyposazony w usytuowany stycznie przewód wlotowy, nadajacy przeplywaja¬ cemu przezen strumieniowi ruch wirowy. Do hyd¬ rocyklonu nie wprowadza sie zasadniczo weglowo¬ dorów majacych w warunkach normalnych postac gazów, a takze nie wprowadza sie benzyny ciezkiej lub wprowadzona jej ilosc jest niewielka. W hyd- rocyklonie nie nastepuje oddzielanie arui zatezainie wprowadzonych don skladników weglowodorowych.Dlatego tez, z wyjatkiem zawartosci substancji stalych, strumien górny i strumien dolny sa do siebie podobne i maja prawie taki sam sklad i zakres temperatur wirzenlia, przy czym kazdy z tych strumieni zawiera takie samo stezenie cieklego produktu uplynnienia i normalnie stalego produktu uplynnienia jak szlam resztkowy po destylacji rzutowej.Obecny w obiegowej pierwszej porcji szlamu resztkowego i obiegowym górnym strumieniu z hydrocyklonu ciekly produkt uplynnienia 193— —454°C zawiera weglowodory bedace donorami wodoru i stanowi rozpuszczalnik stosowany w pro¬ cesie uplynniania. Normalnie staly produkt uplyn¬ nienia 454°C+ zawarty w tych strumieniach obie¬ gowych tak samo moze spelniac pewne funkcje rozpuszczalnika. Zazwyczaj pierwsza porcja szlamu resztkowego i górny strumien z hydrocyklonu za¬ wieraja cala ilosc rozpuszczalnika konieczna w procesie i stosowanie niezaleznego obiegowego strumienia rozpuszczalnika jest zbedne. Niezalezny obiegowy strumien rozpuszczalnika mozna jednak zastosowac jesli zachodzi taka potrzeba.Zasadniczo cala ilosc cieczy wrzacych ponizej za¬ kresu temperatur wrzenia rozpuszczalnika nalezy usunac w produkcie górnym z rozdzielaczy oparów i cieczy by zapobiec ich zawracaniu i towarzysza¬ cemu mu nadmiernemu krakowaniu. Zawracanie weglowodorów wrzacych ponizej zakresu tempera¬ tur wrzenia rozpuszczalnika pogarsza gospodarke wodorem, selektywnosc i wykorzystanie przestrzeni reaktora.Wyzej wspomniana pierwsza porcja szlamu reszt¬ kowego zwana tu bedzie pierwszym strumieniem obiegowym, zas górny strumien z hydrocyklonu drugim strumieniem obiegowym, jako ze stanowi on uzupelnienie pierwszego czyli glównego stru¬ mienia obiegowego. Zarówno pierwszy, jak i drugi strumien obiegowy maja podwyzszona temperature, co sprzyja dostarczeniu ciepla do wsadu weglo¬ wego w mieszalniku i usuwaniu wszelkich pozos¬ talosci wilgoci w tym wsadzie. O ile pierwszy (omi¬ jajacy hydrocyklon) strumien obiegowy zawiera na ogól okolo 5—40% wagowych, zazwyczaj okolo 20% wagowych substancji stalych, to drugi (wyplywa¬ jacy u szczytu hydrocyklonu) strumien obiegowy zawiera na ogól 0,2—20% zazwyczaj jedynie okolo123 591 11 12 0,5—1% wagowego substancji stalych. Srednia wartosc srednicy czastek w pierwszym strumieniu obiegowym wynosi okolo 1—10 mikrometrów (cal¬ kowity zakres wartosci srednic czastek wynosi 0,1—40 mikrometrów), podczas gdy srednia wartosc srednic czastek w drugim strumieniu obiegowym jest mniejsza i wynosi okolo 0,5—5 mikrometrów.Stosunek wagowy drugiego strumienia obiego¬ wego do pierwszego strumienia obiegowego wynosic moze okolo 0,1—3 i mozna go okresowo lub w sposób ciagly regulowac w celu kontrolowania proporcji stosunkowo malych stalych czastek i cal¬ kowitej ilosci zawracanych stalych czastek. Zazwy¬ czaj predkosc zawracania pierwszego strumienia obiegowego odpowiada 0,2—4 czesciom wagowym szlamu na czesc wagowa niewzbogaconego sorto¬ wanego wegla stanowiacego wsad i predkosc zaw¬ racania drugiego strumienia obiegowego odpowiada 0,2—4 czesciom szlamu na czesc niewzbogaconego sortowanego wegla stanowiacego wsad.Uwaza sie, ze glównym czynnikiem katalizuja¬ cym w obiegowej pozostalosci mineralnej sa siarczki zelaza (piryt, pirotyn). Zawracanie tego materialu polepsza konwersje normalnie stalego produktu uplynnienia do cieklego produktu uplyn¬ nienia i gazów weglowodorowych. Zawracanie pozostalosci mineralnej jest ograniczone, gdyz powoduje ono wzrost lepkosci ograniczajacy moz¬ liwosc przepompowywania szlamu stanowiacego wsad. Zgodnie z wynalazkiem uzyskuje sie wysoka wydajnosc cieklego produktu uplynnienia bez nad¬ miernego zawracania pozostalosci mineralnej dzieki zawracaniu górnego strumienia z hydrocyklonu obok pierwszego czyli typowego obiegowego stru¬ mienia szlamu. Srednia wartosc srednic czastek w górnym strumieniu z hydrocyklonu jest mniej¬ sza, a zatem czastki te sa aktywniejsze katalitycz¬ nie od substancji stalych zawartych w pierwszym strumieniu obiegowym. Ponizsze przyklady wyka¬ zuja, ze strumien górny z hydrocyklonu funkcjo¬ nuje w sposób wysoce niezalezny w stosunku do pierwszego czyli glównego strumienia obiegowego.Przyklad I. Próby przedstawione ponizej do¬ tycza wprowadzania pirytu i zgorzeliny walcow¬ niczej do procesu rozpuszczalnikowego uplynniania wegla prowadzonego bez zawracania szlamu.W próbach tych proces rozpuszczalnikowego uplyn¬ niania wegla bez zawracania szlamu prowadzono zarówno bez stosowania dodatków, jak i dodajac stosunkowo duze ilosci sproszkowanego pirytu ,FeSa) otrzymanego przez wymywanie woda nie¬ wzbogaconego sortowanego wegla oraz stosunkowo duze ilosci zgorzeliny walcowniczej (FegO^. Zgo¬ rzelina walcownicza powstaje na powierzchni ze¬ laza podczas walcowania na goraco. Tlenki zelaza maja sklonnosc do przechodzenia w trakcie pro¬ cesu w siarczki w wyniku reakcji z siarkowodorem.Warunki oraz wyniki prób przedstawiono w ta¬ beli 1.Tabela 1 Warunki procesu 10 15 20 30 35 40 45 50 Temperatura Stosunek wagowy rozpuszczalnik/wegiel Nominalny czas prze¬ bywania szlamu w reaktorze 1 Natezenie przeplywu wo¬ doru w przeliczeniu na wsad c 450°C 1,56 26,6 minut 1,05 Nm1 na d. tabeli 1 i 1 kg wegla Dane wydajnosciowe Dodatek Calkowita ilosc dodat¬ ku, °/o wagowe w prze¬ liczeniu na suchy wegiel Calkowita zawartosc zelaza (Fe) w stano¬ wiacym wsad szlamie (Fe w szlamie i do¬ datku lacznie), e/o wa¬ gowe w przeliczeniu na suchy wegiel Wydajnosc, °/t wagowe w przeliczeniu na suchy wegiel: Zwiazki o 1^4 ato¬ mach wegla Calkowita ilosc oleju, C5 —454°C Normalnie staly produkt uplynnienia S50°F+ (454°C+) Nierozpuszczona sub¬ stancja organiczna Nie stoso¬ walno 0,0 0,& 4,9 17,7 62,0 6,4 Piryt 3,4 2,1 4,8 17,8 62,9 6,3 Piryt 7,5 3,9 5,0 18,4 62,4 6J Zgo-I rzeli- na wal¬ cow¬ nicza Fe304) 4,25 3,9 4,5 13,6 65,5 7,8 Wegiel Cisnienie Poklad Pittsburgh, plukany 13300 kPa/cm* 65 Dane zawarte w tabeli 1 opublikowano w SOLVENT REFINED COAL (SRC) PEOCESS, Monthly Report for the Period February 1978, The Pittsburgh and Midway Coal Mining Co., wydano w marcu 1978 r., United States Departmerit of Energy. Contract No. EX-76-C-01-496, FE/496—147 UC-90d, strona 14.Dane z tabeli 1 wskazuja na fakt, ze wprowa¬ dzenie stosunkowo duzych ilosci sproszkowanego pirytu lub sproszkowanej zgorzeliny odlewniczej do procesu rozpuszczalnikowego uplynniania wegla prowadzonego bez zawracania szlamu nie powo¬ duje wzrostu wydajnosci procesu. Wprowadzenie pirytu nie daje widocznego efektu, podczas gdy dodanie zgorzeliny odlewniczej powoduje zmniej¬ szenie wydajnosci cieklego oleju i gazu weglowo¬ dorowego, czemu towarzyszy wzrost wydajnosci normalnie stalego produktu uplynnienia.Przyklad II. Przeprowadzono próby ilustru¬ jace efekt wprowadzenia do procesu uplynniania wegla prowadzonego z zawracaniem szlamu sprosz-123 591 13 14 kowanego pirytu otrzymanego przez wymywanie woda niewzbogaconego sortowanego wegla. Wa¬ runki i wyniki prób podano w tabeli 2.Tabela 2 Wsad weglowy r i Nominalny czas przebywania, godziny Natezenie przeply¬ wu wsadu weglo¬ wego (kg/godzine/m8) Sklad szlamu (w mieszalniku wsadu), */o wa¬ gowe Wegiel Szlam obiegowy (z rozpuszczal¬ nikiem) 1 Dodatek (piryt) Skladniki szlamu (w mieszalniku wsadu), °/o wa¬ gowe Wegiel Ciekly rozpuszczal¬ nik (193—454°C) Staly produkt uplynnienia (454°C+) Popiól (ze szlamu obiegowego) Nierozpuszczona substancja orga¬ niczna (ze szlamu obiegowego) Dodatek (piryt) * Natezenie przeply¬ wu wodoru 8/o wagowe w prze* liczeniu na szlam Normalne m*/l kg wegla Nominalna tempe¬ ratura w reak¬ torze uplyn¬ niania, °C Cisnienie, kPa/cm* Wydajnosci, ?/• wa¬ towe w przeli¬ czeniu na suchy wegiel HiO CO, C02, H2S, NH, Zwiazki o 1—4 ato¬ mach wegla Benzyna ciezka (Ci — 193°C) Destylat sredni (133—249°C) Podklad Pittsburgh 1 (plukany) 2 0,99 339,2 29,3 68,5 2,2 29,3 23,8 26,4 12,4 5,9 2,2 4,61 1,84 455 15500 6,8 4,5a 17,6 11,4 7,8 3 0,99 ¦ 344 29,7 69,4 0,9 ; * ,_ 29,7 20,9 32,7 9,6 6,2 0,9 4,62 1,68 455 15500 6,0 3,8* 17,2 9,4 7,9 1 * 1,01 340,8 30,0 70,0 0,0 30,0 ' 21,5 34,3 7,4 6,8 0,0 4,71 1,80 455 15500 5,8 3,2 16,6 7,3 6,8 10 15 35 40 50 55 60 1 Destylat ciezki (powyzej 249°C) Calkowita ilosc oleju (Cs — desty¬ lat ciezki) Staly produkt uplynnienia (454°C+) Nierozpuszczona substancja orga¬ niczna Popiól Ogólem Przereagowany wodór j(bilans gazu) Konwersja w prze¬ liczeniu na wegiel suchy i bez po+ piolu, °/o 2 25,5 44,7 23,5 5,2 6,2b 108,5c 5,8 94,5 c. d. tabeli 2 3 23,6 40,9 27,5 5,2 6,lb 106,8c 5,8 94,5 4 23,4 37,5 29,8 5,9 6,4 105,2 5,2 93,7 a) z uwzglednieniem H2S powstalego z dodanego pirytu b) z poprawka na popiól pochodzacy z dodanego pirytu c) suma nie jest równa 100 + %H2 ze wzgledu na dodany piryt *) piryt z wymywania wegla, 85% pirytu, 15% skaly, przechodzi w 100% przez sito 150 rhesh Dane zawarte w tabeli 2 opublikowano w BOL- VENT REFINED COAL (SRC) PROCESS, Monthly Report for the period March 1978, The Pittsburgh and Midway Coal Mining Co., wydano w kwietniu 1978 r.,United States Department of Energy, Con- tract No. EX-76-C-01-496. FE/496-148 UC-90d, stro¬ na 13.Dane z tabeli 2 wskazuja na fakt, ze wprowadze¬ nie pirytu otrzymanego przez wymywanie wegla dla procesu uplynniania wegla prowadzonego z zawra¬ caniem stanowiacego produkt szlamu ma znaczny wplyw na ten proces. Z danych wynika, ze przy dodaniu odpowiednio 0,0, 0,9 i 2,2% wagowych pirytu uzyskano niskie wydajnosci normalnie sta¬ lego produktu' uplynnienia wynoszace odpowiednio 29,8, 27,5 i 23,5% wagowych, natomiast wydajnosc cennego destylatu C$+ wynosila odpowiednio 37,5, 40,9 i 44,7% wagowych. Tak wiec wprowadzenie pirytu ma znaczny korzystny 'wplyw na proces rozpuszczalnikowego uplynniania wegla prowadzo¬ ny z zawracaniem szlamu, w przeciwienstwie do procesu, w którym nie zawraca sie szlamu, gdyz jak wynika z tablicy 1 nawet dodawanie wiekszych ilosci pirytu nie wplywa w Widoczny sposób na taki proces.Tak wiec z danych przedstawionych w tabeli 1 i tabeli 2 wynika, ze zastosowamie obiegowego strumienia szlamu nadaje pirytowi aktywnosc ka¬ talityczna, podczas gdy piryt nie wykazuje aktyw¬ nosci katalitycznej, nawet uzyty w wiekszych ilosciach, gdy szlam nie jest zawracany.123 591 15 16 Przyklad III. Zebrano dane dla okreslenia rozkladu rozmiarów czastek, wyrazonych jako zmierzona w mikronach srednica czastki pirytu lub zgorzeliny odlewniczej wprowadzanych do pro¬ cesu uplynniania wegla w próbach opisanych w przykladach I i II. Zebrano takze dane dotyczace ciezaru wlasciwego i rozkladu rozmiarów czastek substancji mineralnej (czastki pozostalosci mine¬ ralnej zlozonej z substancji mineralnej i nieroz- puszczonej substancji organicznej) uzyskiwanych 10 zostalosci mineralnej pochodzacej z wsadu weglo¬ wego w procesach prowadzonych bez zawracir.ia szlamu. Z danych w tabeli 3 wynika wreszcie, ze najwieksza róznica miedzy srednim ciezarom wlas¬ ciwym czastek i ciezarem wlasciwym badanej cieczy, (który zblizony jest co ciezaru wlasciwego cieklego produktu uplynnienia polaczonego zwykle z czastkami) wystepuje w przypadku dodawania zgorzeliny odlewniczej i pirytu, mniejsza róznica miedizy tymi wartosciami ciezaru wlasciwego wyste- Wskazane rozmiary — srednica w mikro¬ metrach 0,5 (w mikrometrach) 1 2 3 4 5 8 10 20 f 30 Sredni ciezar wlasci¬ wy czastek w g/cm* w temperaturze 30°C Ciezar wlasciwy bada¬ nej cieczy w g/cm8 w temperaturze 30°C Zgorzelina odlewnicza jako dodatek (sproszko¬ wana) (w %) 0,5 1,5 7,5 15 23 31 52,5 65 94 99 5,38 1,08 Tabela ! Piryt jako dodatek (sproszko¬ wany) (w % 7 11 16,5 22 26 29 i 38 42 58 70 4,17 1,08 3 % wagowy czastek przy rozmiarach pozostalosc mineralna po¬ chodzaca z wsadu weglo¬ wego w procesach bez zaw¬ racania szlamu A (w °/o) 1,5 7,5 25 43 55 63 72 73 77 79 2,48 1,08 B (w %) 2,5 8,5 26 40 50 56 64 67 72 77 2,66 1,08 - wskazanych pozostalosc mi¬ neralna pocho¬ dzaca z wsadu weglowego w procesie z zaw¬ racaniem sElamu (w °/o) 7 15 36 56 70 80 93 96 99 100 ¦ 1,9 1,12 { z wsadu weglowego w dwóch typowych procesach uplynniania wegla prowadzonych bez zawracania szlamu. Zebrano wreszcie dane obrazujace rozklad rozmiarów czastek i ciezar wlasciwy czastek po¬ zostalosci mineralnej uzyskanej z wsadu weglo¬ wego i zawartej w odcieku pochodzacym z typo¬ wego procesu uplynniania wegla prowadzonego z zawracaniem szlamu. Wyniki prób przedsta¬ wiono w taibeli 3.Z danych w tabeli 3 wynika, ze rozmiary czastek zgorzeliny odlewniczej w chwili jej wprowadzenia do procesu uplynniania wegla w próbach opisa¬ nych w tablicach 1 i 2 sa nieco wieksze, a roz¬ miary czastek dodanego pirytu sa umiarkowanie wieksze od typowych rozmiarów czastek pozosta¬ losci mineralnej powstajacej z wsadu weglowego w procesie uplynniania wegla prowadzonym bez zawracania szlamu. Z tabeli 3 wynika ponadto, ze czastki pozostalosci mineralnej pochodzacej z wsa¬ du weglowego w procesie uplynniania wegla pro¬ wadzonym z zawracaniem szlamu i zawartej w odcieku z tego procesu sa mniejsze od czastek po- 50 u puje w przypadku pozostalosci mineralnej pocho¬ dzacej z wsadu weglowego w procesie uplynniania wegla prowadzonym bez zawracania szlamu, a naj¬ mniejsza róznica wartosci ciezaru wlasciwego wystepuje w przypadku procesu uplynniania wegla prowadzonego z zawracaniem szlamu.Podczas pracy hydrocyklonu, w którym naste¬ puje rozdzielanie malych i duzych czastek, naj¬ wieksza sila rozdzielania wystepuje wtedy, gdy oddziela sie male czastki o niewielkiej róznicy ciezarów wlasciwych w porównaniu ze zasocjowana ciecza od duzych czastek o znacznej róznicy cieza¬ rów wlasciwych. Wyniki z tabeli 3 wskazuja na fakt, ze w procesie uplynniania prowadzonym z zawracaniem szlamu powstaja czastki o mniej¬ szych rozmiarach i mniej rózniace sie ciezarem wlasciwym w porównaniu z procesem realizowa¬ nym z pominieciem etapu zawracania szlamu. Tak wiec z danych w tabeli 3 wynika, ze dodane zwiaz¬ ki zelaza wykazuja aktywnosc katalityczna w próbach z przykladu II, a nie wykazuja jej w pró-123 591 17 18 bach z przykladu I, gdyz operacja zawracania zmniejsza rozmiary dodanych substancji stalych.Najwyrazniej, operacja zawracania wzmaga reakcje chemiczne zachodzace miedzy nieorganicznymi substancjami mineralnymi i siarkowodorem, wo¬ dorem lub innymi substancjami w srodowisku reakcji, sprzyjajac zmianie rozmiarów, gestosci i skladu tworzacych zawiesine potencjalnie aktyw¬ nych katalitycznie czastek.Stwierdzono, ze wprowadzone czastki potencjal¬ nie aktywnych katalitycznie substancji, takich jak siarczki zelaza, które nie dzialaja katalitycznie lub dzialaja slabo katalitycznie, ulegaja zmniejszeniu pod wzgledem rozmiarów i/lub ciezaru wlasciwego albo ulegaja konwersji do chemicznego stanu ak¬ tywniejszego katalitycznie pod wplywem powta¬ rzanej operacji zawracania i osiagaja stan wysokiej aktywnosci katalitycznej. Aktywnosc katalityczna stalego katalizatora wzrasta wraz ze wzrostem pola powierzchni czastki, przy czym pole powierz¬ chni zewnetrznej rosnie, gdy maleje srednica czastki. W procesie uplynniania wegla realizowa¬ nym jako pojedyncza ciagla operacja czastki wpro¬ wadzonego pirytu lub wprowadzonej zgorzeliny odlewniczej maja najwyrazniej takie rozmiary jak w chwili wprowadzenia, a zatem zbyt duze dla osiagniecia aktywnosci katalitycznej. Pod wply¬ wem powtarzajacej sie operacji zawracania w pró¬ bach opisanych w tablicy 2 czastki wprowadzonego pirytu ulegaja widocznie zmniejszeniu pod wzgle¬ dem rozmiarów i gestosci oraz przemianie w pos¬ tac chemiczna, w której sa równie aktywne kata¬ litycznie jak pochodzaca z wsadu weglowego po¬ zostalosc mineralna lub nawet aktywniejsze.Zgodnie z wynalazkiem wykorzystuje sie hydro- cyklon dla zwiekszenia wplywu zawracania na rozmiary i ciezar wlasciwy zawracanych katali¬ tycznych czastek. Katalityczne czastki moga po¬ chodzic z wsadu weglowego lub mozna je wpro¬ wadzac. W hydrocyklonie nastepuje korzystne zawrócenie stosunkowo malych czastek, zwlaszcza " czastek o niewielkiej róznicy ciezarów wlasciwych, co zwieksza stezenie tych czastek w procesie.Wlasnie wplyw jaki strumien obiegowy wywiera w procesie uplynniania wegla przedstawionym w tablicy 3 na wprowadzane lub powstajace in situ czastki, umozliwia zwiekszenie plynacych z tego korzysci. Zgodnie z wynalazkiem hydrocyklon pra¬ cuje równolegle do glównego obiegowego strumie¬ nia szlamu, a strumien górny z hydrocyklonu zaw¬ raca sie równolegle do glównego strumienia obie¬ gowego lub w postaci mieszaniny z tym strumie¬ niem. W górnym strumieniu z hydrocyklonu wystepuja w zwiekszonym stezeniu selektywnie oddzielone w celu zawrócenia stosunkowo male czastki dodatku lub pozostalosci mineralnej ma¬ jace niska gestosc, natomiast w strumieniu tym nie wystepuja selektywnie oddzielone czastki o wiekszych rozmiarach i wiekszej gestosci pocho- dzace ze strefy uplynniania wegla. Tak wiec górny steiimien z hydrocyklonu powoduje selektywny wairost proporcji stosunkowo malych czastek do £<ówitej zawartosci substancji stalych w calym sslamje obiegowym i w strefie uplynniania, a za¬ tem zmniejsza sie srednia wartosc srednic czastek w szlamie obiegowym.Niezaleznie od tego czy katalityczne substancje stale stanowia dodane katalityczne substancje mi- 5 neralne, czy pozostalosc mineralna pochodzaca z wsadu weglowego, czy oba te materialy, w opi¬ sywanym procesie wykorzystuje sie odkrycie do¬ tyczace wplywu zmniejszajacego srednie wymiary czastek tych substancji stalych i zwieksza sie ten wplyw dla polepszenia ich aktywnosci katalitycz¬ nej. Efekt zmniejszania rozmiarów czastek ulega wzmocnieniu dzieki wspólzaleznemu zawracaniu glównego obiegowego strumienia szlamu i obiego¬ wego strumienia szlamu stanowiacego górny stru¬ mien z hydrocyklonu.Te strumienie obiegowe plyna równolegle i na zewnatrz strefy uplynniania. Aby te dwa strumie¬ nie obiegowe mogly wspólzaleznie zwiekszac efekt zmniejszania rozmiarów przerabianych substancji stalych, czastki tych substancji stalych musza byc dostatecznie male na to, aby mozliwe bylo ich zatrzymywanie i transportowanie w szlamach two¬ rzacych te strumienie i by zasadniczo nie wystepo¬ walo stale gromadzenie sie substancji stalych w reaktorze. Stale gromadzenie sie czyli zaleganie substancji stalych w reaktorze (np. stale zloze ka¬ talizatora) powodowaloby obnizajace wydajnosc zajmowanie przestrzeni reaktora przez stosunkowo duze czastki, których niezdolnosc do wyplyniecia z reaktora uniemozliwialaby korzystne ich wyko¬ rzystanie zgodne z wynalazkiem. Ponadto, roz¬ miary stosunkowo duzych czastek pozostajacych stale w reaktorze moga zwiekszac sie w wyniku osadzania sie na tych czastkach mniejszych czastek pozostajacych w obiegu, a wiec zatrzymywanie sie substancji stalych w reaktorze moze na rozmiary czastek wywierac wplyw wrecz przeciwny niz zgodny z wynalazkiem wplyw zmniejszajacy roz¬ miary czastek.Wspólzalezne zawracanie glównego obiegowego strumienia szlamu i obiegowego strumienia szlamu stanowiacego strumien górny z hydrocyklonu zmniejsza srednia wartosc srednic czastek sub¬ stancji stalych, dzieki czemu w procesie wzrasta aktywnosc katalityczna przy danej predkosci zaw¬ racania calej ilosci substancji stalych. Wzrost aktywnosci katalitycznej sprzyja wzrostowi wy¬ dajnosci cieklego produktu uplynnienia przy danej predkosci zawracania calej ilosci substancji sta¬ lych. Wynalazek mozna takze realizowac pozwa¬ lajac czastkom o zmniejszonych srednicach na za¬ chowanie stalej aktywnosci katalitycznej w pro¬ cesie przez zmniejszenie predkosci zawracania substancji stalych. Wariant ten pozwala przy da¬ nym ograniczonym poziomie substancji stalych w mieszalniku wsadu weglowego na zwiekszenie predkosci zasilania wsadem, co zwieksza przepus¬ towosc instalacji.Aby zawracanie substancji mineralnych moglo wywrzec w pelni wplyw na proces uplynniania, substancje mineralne trzeba zawracac zarówno przez strefe podgrzewania, jak i przez strefe re¬ akcji uplynniania w procesie uplynniania. Proces uplynniania wegla rozpoczyna sie w strefie pod¬ grzewania i kontynuowany jest w strefie reakcji 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6019 123 591 20 uplynniania. Uplynnienie wsadu weglowego za¬ chodzi w najwiekszym stopniu w strefie podgrze¬ wania.Wolne rodniki powstaja i lacza sie z wodorem w strefie podgrzewania ze wzgledu na zachodzace W niej reakcje depolimeryzacji. Normalnie staly produkt uplynnienia ulega hydrokrakowaniu z wy¬ tworzeniem cieklego produktu uplynnienia i gazów weglowodorowych w strefie reakcji uplynniania.Poniewaz roztwarzanie niewzbogaconego sortowa¬ nego wegla zachodzi w glównym stopniu w strefie podgrzewania, wiekszosc czastek pozostalosci mine¬ ralnej uwalniana jest z podloza weglowego w tej wlasnie strefie, podczas gdy w strefie reakcji uplynniania czastki pozostalosci mineralnej katali¬ zuja hydrokrakowanie powstalego w strefie pod¬ grzewania normalnego stalego produktu uplynnie¬ nia do cieklego produktu uplynnienia i gazów weglowodorowych.Przyklad IV. Podane ponizej dane wskazuja na fakt, ze obliczona w mikrometrach srednica czas¬ tek pozostalosci mineralnej uwolnionej z podloza weglowego w procesie uplynniania wegla stanowi czesciowo charakterystyke wsadu weglowego, nie¬ zalezna od wplywu wywieranego przez obiegowy strumien wsadu. Dane z tabeli 4 dotycza rozkladu rozmiarów czastek pozostalosci mineralnej powsta¬ jacej podczas rozpuszczalnikowego uplynniania wegla z Pokladu Pittsburgh i wegla Kentucky, w dwóch niezaleznych procesach, prowadzonych bez zawracania szlamu.Tabela 4 Wskazany rozmiar — sred¬ nica w mikrometrach 2 3 4 5 6 1 10 15, 20 % objetosciowy czastek o wskazanych rozmiarach wegiel Kentucky °/o objeto¬ sciowy 9 40 71 88 93 98 99 99,3 wegiel z Pokladu Pittsburgh % objeto^ sciowy 5,5 12 18 25 30 51 70 82 | Dane te pochodza z wykresu opublikowanego przez Electric Power Research Institute w SRC QUATERLY REPORT No, 1, Analysis of Opera- tionns Runs 62—72, 1 stycznia — 31 marca1 1976 r., Solvent Refined Coal Pilot Plant, opublikowano 25 czerwca 1976 r., str. 122.Z danych przedstawionych w tabeli 4 wynika, ze w przypadku wegla kentucky procent obje¬ tosciowy czastek o srednicy ponizej 5 mikro¬ metrów jest okolo 3,5 raza wyzszy nuz w przypad¬ ku wegla z Pokladu Pittsburgh. Jest rzecza ogólnie wiadoma, ze produkt rozpuszczalnikowego uplyn¬ niania wegla Kentucky zawiera wiecej cieklego produktu uplynnienia w stosunku do normalnie stalego produktu uplynnienia w porównaniu z pro¬ duktem rozpuszczalnikowego uplynniania wegl:? z Pokladu Pittsburgh.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku stosuje sie hydrocyklon w celu wyodrebnienia mniejszych 5 czastek pochodzacych z okreslonego wegla beda¬ cego jednym z wegli wchodzacych w sklad wsadu weglowego i wzmocnienia katalitycznego dzialania tych czastek. Górny strumien z hydrocyklonu za¬ wiera w wiekszym stezeniu mniejsze czastki po¬ lo zostalosci mineralnej pochodzacej z okreslonego wegla bedacego jednym z wegli wchodzacych w sklad wsadu weglowego, podczas gdy dolny stru¬ mien z hydrocyklonu zawiera w wiekszym ste¬ zeniu czastki pochodzace z innego wegla wcho- 15 dzacego w sklad wsadu weglowego. W rezultacie nagromadzenie stosunkowo malych aktywnych ka¬ talitycznie czastek w strumieniu obiegowym moze umozliwic zmniejszenie wagi calkowitej ilosci zawracanej pozostalosci mineralnej, co wplywa ko- 20 rzystnie na wydajnosc procesu.Zgodnie z tym wariantem wynalazku wsad do procesu stanowi wiecej niz jeden wegiel, przy czym srednia wartosc srednic czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z jednego z tych wegli jest 25 znacznie mniejsza od sredniej wartosci srednic czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z po¬ zostalych wegli. Dzialanie hydrocyklonu powoduje zwiekszenie proporcji malych czastek pozostalosci mineralnej w strumieniu obiegowym, a zatem 30 zwieksza sie ilosc zawracanych w procesie czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z okreslonego wegla wchodzacego w sklad wsadu weglowego.Zgodnie z tym wariantem procesu wegiel, z którego pochodza male czastki stanowi co najmniej 5 lub 35 10, a ewentualnie co najmniej 20, 30 lub 50*Vo wa¬ gowych calkowitego wsadu weglowego w przeli¬ czeniu na sucha mase. Pozostala czesc wsadu weg¬ lowego stanowi wegiel lub wegle, z których pow¬ staje pozostalosc mineralna o czastkach majacych 40 wieksze lub rózne wartosci srednic.Zgodnie z innym jeszcze wariantem wynalazku do procesu rozpuszczalnikowego uplynniania wegla wprowadza sde z zewnatrz stala substancje lub stale substancje o dzialaniu katalitycznym, przy 45 czym srednia wartosc srednic ich czastek w chwili wprowadzania jest mniejsza od sredniej wartosci srednic czastek powstajacych in situ w wyniku ich uwolnienia z podloza weglowego w pojedyn¬ czej ciaglej operacji prowadzonej bez zawracania 50 szlamu. Odpowiednim dodawanym z zewnatrz ka¬ talizatorem jest piryt otrzymywany droga wymy¬ wania wsadu weglowego stosowanego w procesie lub wymywania wegla pochodzacego z innej ko¬ palni. 55 Wegiel poddaje sie czesto plukaniu woda w celu obnizenia zawartosci siarki, jako ze w wyniku wymywania woda wegiel traci siarke w postaci pirytu. Jakkolwiek tendencje do dzialania katali¬ tycznego wykazuja substancje zawierajace zelazo, stosowac mozna takze inne dodatki aktywne ka¬ talitycznie, zawierajace metale z grupy VI lub grupy VIII ukladu okresowego pierwiastków.Srednia wartosc srednic czastek takich wprowa¬ dzanych z zewnatrz katalizatorów w chwili ich 65 wprowadzania wynosi korzystnie ponizej 3 mikro-21 123 591 22 metrów, zwlaszcza ponizej 1—2 mikrometrów, a szczególnie korzystnie ponizej 2 mikrometrów, przy czym moze wynosic okolo 0,1—1 mikrometra.Stosunkowo male rozmiary doprowadzanych z zew¬ natrz czastek umozliwiaja ich wyodrebnienie w górnym strumieniu z hydrocyklonu w proporcji wagowej przewyzszajacej podwielokrotna propor¬ cje wagowa tych czastek w chwili ich wprowa¬ dzania do pozostalosci mineralnej pochodzacej z wsadu weglowego. Tak wiec istnieje wspólza-r leznosc miedzy stosunkowo malymi rozmiarami czastek wprowadzanych z zewnatrz katalitycznych substancji stalych i dzialaniem hydrocyklonu.Rozmiary czastek wprowadzanych z zewnatrz substancji stalych mozna regulowac przed ich wprowadzeniem do procesu droga zabiegów me¬ chanicznych, takich jak proszkowanie lub mielenie, albo droga zabiegów chemicznych, takich jak roz¬ twarzanie lub stracanie.Wprowadzane z zewnatrz substancje stale mozna dobrac tak, by podczas powtarzajacego sie zawra¬ cania w warunkach procesu rozpadaly sie one na czastki, dla których srednia wartosc srednic jest równie mala jak srednia wartosc srednic czastek zawracanych pochodzacych z wsadu weglowego, jakkolwiek moze byc ona takze mniejsza lub taka sama. W procesie moze zachodzic wiele reakcji po¬ wodujacych rozpadanie sie wprowadzanych z zew¬ natrz substancji stalych na czastki w trakcie pow¬ tarzajacego sie zawracania. Przykladowo, wpro¬ wadzony z zewnatrz piryt moze rozpasc sie w trakcie zawracania w wyniku reakcji redukcji FeSj + H2-? FeS + H2S. Zachodzic moga równiez inne reakcje powodujace rozpad pirytu lub innych dodatków. Tlenki zelaza moga w trakcie powtarza¬ jacego sie zawracania ulegac np. powodujacej roz¬ pad reakcji przemiany w siarczki z wytworzeniem siarczku zelazowego, a nastepnie powodujacej roz¬ pad reakcji redukcji do siarczku zelazawego.Przyklad V. Dane z tabeli 2 wskazuja na fakt, ze w procesie uplynniania wegla prowadzo¬ nym z zawracaniem szlamu wprowadzanie pirytu w róznych ilosciach lub stanowiace dzialanie ekwi¬ walentne zawracanie ze zmiennymi predkosciami górnego strumienia z hydrocyklonu, zawierajacego male czastki bioracej udzial w procesie pozosta¬ losci mineralnej, wplywa na zmniejszenie ilosci normalnie stalego produktu uplynnienia w mie¬ szalniku wsadu. Poniewaz normalnie staly produkt uplynnienia obecny w mieszalniku wsadu pochodzi bezposrednio ze szlamu obiegowego i poniewaz nie zawracana czesc tego szlamu obiegowego stanowi wsad weglowodorowy do strefy zgazowania sprze¬ zonej ze strefa uplynniania w wyzej opisany spo¬ sób, zmniejszone stezenie normalnie stalego pro¬ duktu uplynnienia w mieszalniku wsadu wiaze sie ze zmniejszeniem ilosci normalnie stalego produktu uplynniania zasilajacego generator gazu.Takie zmniejszenie ilosci wsadu do generatora gazu jest wysoce korzystne gdyz, jak podano po¬ wyzej, wysoka sprawnosc cieplna polaczonego pro¬ cesu uplynniania i zgazowywania wegla zwiazana jest z niska wydajnoscia normalnie stalego pro¬ duktu uplynnienia, która mozna czasem osiagnac w procesie uplynnienia wegla prowadzac ten pro¬ ces w warunkach ograniczonej przepompowalnosci szlamu.Tak wiec z danych z tablicy 2 wynika, ze niniej¬ szy wynalazek mozna stosowac w polaczonym pro- 5 cesie uplynniania i zgazowania wegla z duza ko¬ rzyscia, gdy w procesie tym pewna czesc stano¬ wiacego szlam normalnie stalego produktu uplyn¬ nienia zawraca sie, a pozostala czesc szlamu stosuje sie jako wsad do generatora gazu. Zgodnie ze zna- 10 nymi sposobami rozklad rozmiarów czastek zawar¬ tych w szlamie obiegowym i w szlamie stanowia¬ cym wsad do generatora gazu odpowiadal war¬ tosciom podwielokrotnym. Zgodnie jednak z niniej¬ szym wynalazkiem co najmniej czesc czastek two- 15 rzacych zawiesine w normalnie stalym produkcie uplynnienia stanowiacym szlam ulega segregacji pod wzgledem rozmiarów, przy czym zawracana czesc szlamu jest stosunkowo bogatsza w czastki mniejsze, a czesc szlamu stanowiaca wsad do ge- 20 neratora gazu jest stosunkowo bogatsza w czastki wieksze, w stosunku do rozkladu rozmiarów czastek w nierozdzielonym szlamie stanowiacym produkt.Segregacja pod wzgledem rozmiarów czastek szlamu nadaje kontroli polaczonego procesu uplyn- 25 niania i zgazowania wegla nowy stopien swobody, pozwalajacy na zmniejszenie wydajnosci normalnie stalego produktu uplynnienia w procesie realizo¬ wanym z ograniczeniem wynikajacym z przepom¬ powalnosci substancji stalych. so Zastrzezenia patentowe 1. Sposób uplynniania wegla z zastosowaniem zlozonego wsadu weglowego, zgodnie z którym w mieszalniku wsaclu weglowego miesza sie caly 35 wsad weglowy skladajacy sie z co najmniej dwóch rodzai wegli, obiegowy normalnie staly produkt uplynnienia zawierajacy ciekly rozpuszczalnik i obiegowa pozostalosc mineralna pochodzaca ze wspomnianych wegli, przy czym jeden z tych wegli 40 stanowi co najmniej 50/« wagowych calkowitej ilosci wsadu weglowego i po uplynnieniu powstaje zen pozostalosc mineralna zlozona z czastek o sred¬ nicach, których srednia wartosc jest mniejsza od srednicy wartosci srednic czastek pozostalosci mi- 40 neralnej pochodzacej z pozostalej czesci wsadu weglowego, po czym wspomniane wegle tworzace wsad weglowy, wodór, obiegowy normalnie staly produkt uplynnienia, obiegowy ciekly rozpuszczal¬ nik i obiegowa pozostalosc mineralna wprowadza 50 sie do strefy uplynniania wegla w celu wyekstra¬ howania z pozostalosci mineralnej substancji weg¬ lowodorowych i poddanie tych substancji weglowo¬ dorowych zhydrokrakowaniu dla wytworzenia mie¬ szaniny zawierajacej gazy weglowodorowe, ciekly 55 produkt uplynnienia, normalnie staly produkt uplynnienia i zawiesine pozostalosci mineralnej, nastepnie strumien odcieku ze strefy uplynnienia przeprowadza sie przez urzadzenie do rozdzielania oparów i cieczy w celu oddzielenia wodoru, gazów 60 weglowodorowych i benzyny ciezkiej tworzacych produkt górny do szlamu resztkowego zawieraja¬ cego ciekly produkt uplynnienia, normalnie staly produkt uplynnienia i zawiesine pozostalosci mi¬ neralnej, po czym do mieszalnika wsadu weglo- 55 wego zawraca sie pierwsza porcje tego szlamu23 123 591 24 resztkowego, a druga porcje tego szlamu resztko¬ wego wprowadza sie do urzadzen do rozdzielania produktów, znamienny tym, ze trzecia porcje szla¬ mu resztkowego przeprowadza sie przez hydrocyk- lon, a nastepnie odprowadza sie z hydrocyklonu górny strumien szlamu zawierajacy ciekly produkt uplynnienia,- normalnie staly produkt uplynnienia i zawiesine pozostalosci mineralnej o stosunkowo malych czastkach, i ten górny strumien szlamu zawraca sie do strefy uplynniania w celu selek¬ tywnego zwiekszenia w strefie uplynniania pro¬ porcji czastek pozostalosci mineralnej pochodzacej z wyzej wspomnianego jednego z wegli tworzacych wsad weglowy, natomiast dolny strumien szlamu odprowadzany z hydrocyklonu, zawierajacy ciekly produkt uplynnienia, normalnie staly produkt uplyamienia i zawiesine pozostalosci mineralnej zlozonej ze stosunkowo duzych czastek wprowadza sie do urzadzen do rozdzielania produktów. 10 20 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jeden z wegli stanowi co najmniej 10°/o wagowych calkowitej ilosci wsadu weglowego. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jeden z wegli stanowi co nfcjmniej 20e/o wagowych calkowitej ilosci wsadu weglowego. 4. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze trzecia porcja szlamu resztkowego stanowi okolo 10—75°/o wagowych calkowitej ilosci szlamu resztko¬ wego. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze resztkowy szlam zawiera okolo 5—40% wagowych substancji stalych. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, laiamienny tym, ze górny strumien szlamu zawiera okolo 0,2—20% wagowych substancji stalych. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze srednia wartosc srednic czastek substancji stalych zawartych w górnym strumieniu szlamu wynosi okolo 0,5—5 mikrometrów.Sprawnosc n cieplna (X) Polaczony proces uplynniania tzgazonytiania fnosc procesu uplynniania, "igrtfcp óez zamhcania froces uplynnienia nc suchy negitl. •ir X J- » io *54°C* wydajnosc n % nagortyoh * przeliczeniu ÓZGraf. Z.£. Dz-wo, z. 554 (90+15) 2.8 Ctn» ltt ii PL