Przedmiotem wynalazku jest sposób lacznego uplyn¬ niania i zgazowywania wegla, w którym dzieki syner- gistycznemu polaczeniu obu operacji uzyskano pod¬ wyzszenie sprawnosci cieplnej. Sposobem wedlug wyna¬ lazku mozna przetwarzac wegle bitumiczne i subbitu- miczne oraz lignity.Znany jest sposób polaczonego uplynniania wegla i zgazowywania na bazie bilansu materialowego wodoru.^W artykule zatytulowanym „The SRC-II Process", przedstawionym na Trzeciej Dorocznej Konferencji Zgazowywania i Uplynniania wegla (Third Annual International Conference on Coal Gasification and Liquefaction), Uniwersytet w Pittsburgu, 3—5 sierpnia 1976, przez B.K. Schmida i D.M. Jacksona podkreslono, ze w lacznym procesie uplynniania-zgazowywania ilosc materialu organicznego przekazywanego ze strefy uplynniania do strefy zgazowania winna byc akurat wystarczajaca do wytwarzania wodoru wymaganego -w procesie.Artykul nie sugeruje przekazywania energii jako pa¬ liwa miedzy strefami uplynniania i zgazowania i w .zwiazku z tym nie przewiduje mozliwosci optymalizacji^ sprawnosci w sposób przedstawiony na fig. 1 omówiony -ponizej. Omówienie fig. 1 wykazuje, ze optymalizacja sprawnosci wymaga przekazywania energii jako paliwa miedzy strefami i nie moze byc osiagnieta przez zbilan¬ sowanie wodoru, bez przekazywania energii.Poniewaz VTB (wyciek dolowy z kolumny próznio¬ wej) zawiera calosc mineralnej pozostalosci procesu w zawiesinie, z caloscia normalnie stalego produktu 10 15 20 30 uplynniania wegla wytworzonego w procesie i poniewaz VTB jest w calosci przekazywane do strefy zgazowania, nie jest konieczna separacja mineralnej pozostalosci z produktu uplynniania wegla w drodze saczenia, osa¬ dzania grawitacyjnego wspomaganego rozpuszczalnikiem, oddzielania bogatych w wodór zwiazków od zwiazków ubogich w wodór, zawierajacych mineralna pozostalosc, w drodze ekstrakcji rozpuszczalnikiem, wirowania i podobnych operacji.W polaczonym procesie nie jest konieczne przepro¬ wadzanie takich operacji, jak suszenie mineralnej po¬ zostalosci, oziebianie i przetwarzanie normalnie stalego produktu uplynniania wegla lub koksowania, przedlu* zone lub w zlozu fluidalnym. Eliminacja kazdej z tych operacji znacznie poprawia sprawnosc cieplna procesu.Wedlug wynalazku sposób lacznego uplynniania i zgazowywania wegla, polegajacy na wprowadzaniu zawierajacego substancje mineralna wsadu bitumicznego wegla albo subbitumicznego, lub lignitowego wegla, wodoru, obiegowego cieklego rozpuszczalnika, obiego¬ wego normalnie stalego produktu Uplynniania wegla i obiegowej mineralne! pozostalosci do strefy uplynnia¬ nia w celu uplynnienia materialu weglowodorowego z pozostawieniem mineralnej pozostalosci i hydrokrako- waniu materialu weglowodorowego, z wytworzeniem mieszaniny gazowych weglowodorów cieklego produktu uplynniania wegla, normalnie stalego produktu uplyn¬ niania wegla i zawiesiny mineralnej pozostalosci, przy czym produkt strefy uplynniania rozdziela sie na ciekly destylat i gazowe weglowodory oraz zawiesine 124 859124 859 3 zawierajaca normalnie staly produkt uplynniania wegla, rozpuszczalnik i nieorganiczna pozostalosc, a czesc zawiesiny zawraca sie do strefy uplynniania i pozos¬ talosc wprowadza do urzadzen destylacyjnych obejmuja¬ cych prózniowa kolumne destylacyjna w celu rozdestylo- wania, zas zawiesine dolowa z kolumny destylacyjnej zawierajaca zasadniczo calosc normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla 454 °C+ i mineralna pozos¬ talosc ze strefy uplynniania, zasadniczo nie zawierajaca normalnie cieklego produktu uplynniania wegla i ga¬ zowych weglowodorów, przekazuje do strefy zgazowanej jako jedyne weglowodorowe zasilanie tej strefy obejmu¬ jacej strefe utleniania, W której nastepuje konwersja weglowodorowego materialu w gaz syntezowy, przy czym czesc gazu syntezowego poddaje sie konwersji z wytworzeniem strumienia wzbogaconego w wodór, kierowanego-do strefy uplynniania dla. pokrycia,zapotrze¬ bowania tej strefy na wodór, charakteryzuje sie tym, ze zawarty w zawiesinie normalnie staly produkt uplyniania ^wegla 454°C stosuje sie w ilosci przekraczajacej ilosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla po¬ trzebna do pokrycia zapotrzebowania na wodór w stre¬ fie uplynniania, przy czym ilosc ta okreslona jest wzo¬ rem R = 13+(8—O)—3(Fe-l,5) dla wegla bitumicz¬ nego i R = 13+ (18 — 0)-3 (Fe — 0,5) dla wegla subbitumicznego i lignitowego, przy czym we wzorach tych Fe = % wagowych zelaza w suchym wsadzie we¬ glowym, O = % wagowych tlenu w suchym wsadzie weglowym* a R = zakres wydajnosci produktu uplyn¬ niania wegla 454°C+ powyzej koniecznej do pokrycia zapotrzebowania procesu na wodór w % wagowych w przeliczeniu na suchy wsad weglowy, zas nadmiar gazu syntezowego spala sie w procesie jako paliwo.W sposobie wedlug wynalazku czesc gazu syntezo¬ wego mozna równiez konwertowac w inne paliwa.Mineralna pozostalosc oddziela sie od normalnie stalego produktu uplynniania wegla i usuwa jako zuzel ze strefy zgazowania.W sposobie wedlug wynalazku stosuje sie sumaryczna wydajnosc koksu w strefie uplynniania wynoszaca po¬ nizej 1 % wagowego w odniesieniu do wegla zasilajacego Strefa uplynniania w sposobie wedlug wynalazku obejmuje endotermiczny etap podgrzewania wstepnego i egzotermiczny etap uplynniania. Temperatura w etapie uplynniania jest wyzsza od maksymalnej temperatury podgrzewania wstepnego z powodu zachodzacych w ope¬ racji uplynniania reakcji uwodorniania i hydrokrakingu.Pozostala zawiesina z etapu uplynniania lub z innych operacji procesu zawierajaca ciekly rozpuszczalnik i normalnie staly produkt uplynniania wegla jest po¬ nownie przeprowadzana przez etapy podgrzewania wstepnego i uplynniania.Ga: owe weglowodowry i ciekly destylat weglowodo¬ rowy sa odzyskiwane z ukladu separacyjnego stiefy uplynniania. Czesc rozcienczonej zawiesiny nie jest zawracana do obiegu, lecz wraz z zawartymi w niej skladnikami mineralnymi, wprowadzana do kolumn destylacyjnych, pracujacych pod cisnieniem atmosferycz¬ nym lub obnizonym. Wszelkie normalnie ciekle i gazowe produkty sa odbierane z kolumn od góry, w zwiazku z czym sa one zasadniczo wolne od skladniów mineral¬ nych, natomiast stezona zawiesina ze skladnikami mi¬ neralnymi jest odprowadzana jako wyciek dolowy z ko¬ lumny prózniowej (VTB). Normalnie ciekle skladniki 4 wegla sa okreslane w niniejszym opisie terminem „ciecz destylatowa" i „ciekly wegiel".Oba te terminy dotycza uplynnianych skladników wegla, które normalnie sa ciekle w temperaturze poko- 5 jowej, równiez rozpuszczalnika procesowego. Stezona zawiesina zawiera calosc materialu nieorganicznego* i calosc nierozpuszczonego materialu organicznego (UOM), które lacznie oznaczane sa terminem „mineral¬ nej pozostalosci". Ilosc UOM jest zawsze mniejsza W niz 10 lub 15% wagowych doprowadzanego wegla.Stezona zawbr.inn zawiera równiez skladniki wegla uplynnione w podwyzszonej temperaturze (454 °C + ), które normalnie f»a stale w temperaturze pokojowej i które w niniejszym opisie okresla sie terminem „nor¬ malnie staly produkt uplynniania wegla". Zawiesine te w calosci przekazuje sie, nie saczac jej i nie poddajac innym operacjom oddzielania skladników stalych od cieczy i bez koksowania lub podobnych operaqi, do strefy zgazowania z czesciowym utlenianiem, dostoso¬ wanej do przyjmowania zasilania w postaci zawiesiny, w celu konwersji w gaz syntezowy, który jest mieszanina tlenku wegla i wodoru. Ta zawiesina jest jedynym materialem weglistym doprowadzanym do strefy zgazo¬ wania.W sklad instalacji wchodzi tlenownia, w której naste¬ puje usuniecie azotu z tlenu doprowadzanego do gene¬ ratora, tak, ze wytwarzany gaz syntezowy jest zasadnio- czo wolny od azotu.Czesc gazu syntezowego jest poddawana reakcji wy¬ miany, której produktem jest wodór i dwutlenek wegla.Dwutlenek wegla jest lacznie z siarkowodorem usuwany w ukladzie oddzielajacym gazy kwasne. Zasadniczo calosc tak wytworzonego strumienia bogatego w wodór gazu jest zuzywana w procesie uplynniania.Istotna cecha wynalazku jest to, ze gaz syntezowy jest wytwarzany w ilosci wiekszej niz ilosc przetwarzana w strumien bogaty w wodór. Co najmniej 60, 70 lub 80% molowych nadmiaru gazu syntezowego jest spalane 40 w procesie jako paliwo, tak ze co najmniej 60, 70 lub 80, do 100% zawartego w nim ciepla jest odzyskiwane w procesie poprzez spalanie. Gaz syntezowy spalany w procesie jako paliwo nie jest uprzednio poddawany metanizacji lub innej reakcji zuzytkowujacej wodór, jak 45 wytwarzanie metanolu. Tailosc nadmiaru gazu syntezo¬ wego, która nie jest stosowana w procesie jako paliwo, jest zawsze mniejsza niz 40, 30 lub 20% calosci nadmiaru.Te czesc gazu syntezowego mozna poddac metanizacji lub przetworzyc w metanol. Metanizacja jest procesem 50 zwykle stosowanym w celu podwyzszenia wartosci opalowej gazu syntezowego przez konweraje tlenku wegla w metan.Wedlug wynalazku ilosc materialu weglowodorowego wprowadzanego do generatora w zawiesinie VMB jest 55 utrzymywana na pozipmie wystarczajacym nie tylko do wytworzenia, w drodze czesciowego utlenienia i reakcji wymiany, wodoru zuzywanego w strefie uplynniania, lecz równiez do wytworzenia gazu syntezowego w ilosci pokrywajacej 5—100% sumy zapotrzebowania procesu 60 na energie, w postaci paliwa do podgrzewacza wstepnego, pary do pomp, energii elektrycznej wytwarzanej w insta¬ lacji lub doprowadzanej z zewnatrz itp.Zgodnie z wynalazkiem energia zuzytkowana w obre¬ bie wlasciwej strefy generatora nie jest uwazana za ener- 65 gie zuzytkowana w procesie. Calosc materialu weglistego124 859 -doprowadzanego do generatora jest uwazana nie za paliwo, a za zasilanie generatora. Wprawdzie zasilanie generatora jest poddawane czesciowemu utlenieniu, jednakze gazy z procesu utleniania sa produktami reakcji -zachodzacych w generatorze, a nie gazami odlotowymi. 5 Oczywiscie energia wymagana do wytworzenia pary doprowadzanej do generatora jest uwazana za enegrie -zuzywana w procesie, poniewaz energia ta jest zuzytko¬ wana poza generatorem. Korzystna cecha sposobu we¬ dlug wynalazku jest to, ze zapotrzebowanie generatora 10 na pare jest stosunkowo niskie, z przyczyn nizej przed¬ stawionych.Wszelka energia procesowa nie pochodzaca z gazu syntezowego wytwarzanego w generatorze jest do¬ prowadzana bezposrednio w wybranych, niskogatun- 15 Icowych galowych i/lub cieklych paliwach weglowodo¬ rowych wytwarzanych w strefie uplynniania lub z ener¬ gii spoza procesu, jak energia elektryczna lub z obu tych zródel. Strefa zgazowania jest calkowicie zintegro¬ wana z operacja uplynniania, poniewaz calosc zasilania 20 weglowodorowego strefy zgazowania pochodzi ze strefy uplynniania, a calosc lub wiekszosc produktów gazowych ze strefy zgazowania jest zuzytkowywana w strefie uplynniania, jako reagent lub jako paliwo.Natezenie reakcji uwodorniania i hydrokrakingu, 25 nachodzacych w etapie uplynniania strefy uplynniania, wedlug wynalazku dobiera sie z punktu widzenia opty¬ malizacji sprawnosci cieplnej zintegrowanego procesu, a nie z punktu widzenia bilansu materialowego, jak to mialo miejsce dotychczas. Warunki uplynniania ustala 3° sie biorac pod uwage dobór temperatury, cisnienie wodoru, czas przebywania w reaktorze i ilosc zawracanej do obiegu mineralnej pozostalosci.Prowadzenie lacznego procesu na bazie bilansu ma¬ terialowego jest calkowicie rózna koncepcja operacyjna. 3 Proces jest prowadzony na bazie bilansu materialowego wówczas, gdy ilosc materialu weglowodorowego do¬ prowadzanego do generatora dobiera sie tak, by z gazu syntezowego wytwarzanego w generatorze otrzymac strumien bogatego w wodór gazu dokladnie odpowiadaja- cy zuzytkowywaniu wodoru w procesie, po poddaniu gazu syntezowego reakcji konwersji.Optymalizacja procesu na bazie sprawnosci cieplnej wymaga elastycznosci procesu, tak, by wydajnosc ge¬ neratora nie tylko w pelni pokrywala zapotrzebowanie procesu na wodór, lecz równiez znaczna czesc sumy zapotrzebowania na energie w strefie uplynniania.Gaz syntezowy wytwarzany w generatorze nie tylko w pelni pokrywa zapotrzebowanie na wodór wytwarzany 50 "w reakcji konwersji, lecz równiez, przez spalanie nad¬ miaru, co najmniej okolo 5, 10, 20, 30 lub 50, do 100% sumarycznego zapotrzebowania na energie w procesie, w tym równiez na energie ekektryczna., lub inne rodzaje energii, lecz z wylaczeniem energii wytwarzanej w gene- 55 ratorze. Co najmniej 60, 70, 80 lub 90, do 100% molo¬ wych sumy zawartego w gazie syntezowym H2 i CO jest spalane w procesie jako paliwo, bez metanizacji lub poddania innego rodzaju konwersji uwodorniajacej.Ponizej 40% nadmiaru, jezeli nie jest potrzebne jako 60 paliwo w procesie, moze byc metanizowane i zuzytko- wywane jako gaz sieciowy. Choc proces uplynniania zwykle jest sprawniejszy od procesu zgazowania, a po¬ nizsze przyklady wykazuja, ze przesuniecie czesci la¬ dunku ze strefy uplynniania do strefy zgazowania wy- ' 55 45 woluje obnizenie sprawnosci procesu, co bylo oczeki¬ wane, to jednakze przesuniecie czesci ladunku ze strefy uplynniania do strefy zgazowania dla wytworzenia gazu syntezowego, który jest spalany w procesie, nieoczeki¬ wanie zwieksza sprawnosc cieplna polaczonego pro¬ cesu.Zawracanie do obiegu czesci zawiesiny z zawarta w niej pozostaloscia mineralna, poprzez strefe uplynnia¬ nia, zwieksza stezenie mineralnej pozostalosci w etapie uplynniania. Poniewaz nieorganiczna materia mine¬ ralna w mineralnej pozostalosci jest katalizatorem w re¬ akcjach uwodorniania i hydrokrakingu zachodzacych w etapie uplynniania, jak równiez katalizatorem konwer¬ sji siarki do siarkowodoru i konwersji tlenu w wode, dziek- ki zawracaniu do obiegu mineralnej pozostalosci zmniej¬ sza sie wielkosc reaktora uplynniania i czas pozostawania w tym reaktorze, co umozliwia uzyskanie wysokiej sprawnosci w sposobie wedlug wynalazku.Zawracanie do obiegu mineralnej pozostalosci moze korzystnie zmniejszyc wydajnosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla o okolo polowe i przez to zwiekszyc wydajnosc cenniejszych cieklych i gazowych produktów weglowodorowych i zmniejszyc ilosc zasila¬ nia doprowadzanego do strefy zgazowania. Wskutek za¬ wracania mineralnej pozostalosci proces staje sie auto- katalityczny i nie wymaga doprowadzania katalizatora z zewnatrz, co dalej wplywa dodatnio na sprawnosc procesu.Szczególna cecha wynalazku jest to, ze zawracany do obiegu rozpuszczalnik nie wymaga uwodorniania w obecnosci zewnetrznego katalizatora dla regeneracji jego wlasciwosci wodorodonorowych.Poniewaz reakcje zachodzace w etapie uplynniania sa egzotermiczne, dla uzyskania wysokiej sprawnosci procesu konieczne jest dopuszczenie do wzrostu tem¬ peratury w tym etapie o co najmniej U1, 27,$, 55,5 lub nawet 111 °C powyzej maksymalnej temperatury pod¬ grzewacza wstepnego. Oziebianie etapu uplynniania dla zapobiezenia wystapieniu takiej róznicy temperatury wymagaloby wytwarzania wodoru w reakcji konwersji w zwiekszonej ilosci lub zwiekszenia ilosci ciepla do¬ prowadzanego do podgrzewacza wstepnego, w celu zniwelowania róznicy temperatury miedzy oboma strefami. W kazdym przypadku znaczna czesc wegla bylaby zuzywana w procesie, zmniejszajac jego spraw¬ nosc cieplna.Calosc surowego wegla wprowadzanego do procesu dochodzi do strefy uplynniania, natomiast do strefy zgazowania wegiel nie jest wprowadzany. W zawierajacej mineralna pozostalosc zawiesinie VTB zawarta jest calosc weglowodorowego zasilania strefy zgazowania.Proces uplynniania mozna prowadzic z wyzsza spraw¬ noscia cieplna niz proces zgazowania, przy umiarkowanej wydajnosci stalego produktu uplynniania wegla. Nizsza sprawnosc procesu zgazowania spowodowana jest w cze¬ sci tym, ze proces zgazowania z czesciowym utlenianiem wytwarza gaz syntezowy (CO i H3) i wymaga badz to nastepnej reakcji konwersji tlenku wegla do wodoru przy udziale doprowadzonej pary wodnej, jezeli osta¬ tecznym produktem ma byc wodór, badz metanizacji, jezeli ostatecznym produktem gazowym ma byc gaz sieciowy.Przed metanizacja konieczna jest konwersja, zwieksza-124 859 7 jaca stosunek CO do H2 z okolo 0,6 do okolo 3 i przygo¬ towujaca gaz do metanizacji.Przepuszczenie calosci zasilania surowym weglem przez strefe uplynniania umozliwia konwersje niektórych skladników wegla do wysokogatunkowych produktów przy wyzszej sprawnosci strefy uplynniania, przed prze¬ kazaniem nizej gatunkowego, normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla do strefy zgazowania, dla kon¬ wersji z nizsza sprawnoscia.W .polaczonym procesie uplynniania-zgazowywania wegla wedlug dotychczasowego stanu techniki calosc wytworzonego gazu syntezowego przechodzi przez reak¬ tor konwertujacy z wytworzeniem wodoru w ilosci do¬ kladnie odpowiadajace; wymaganiom procesu. Dla tej przyczyny proces wedlug dotychczasowego stanu techni¬ ki opiera sie na scislym bilansie materialowym. sposób wedlug wynalazku uwalnia proces z braku elastycznosci spowodowanej scislym bilansem materialo¬ wym, przez zasilanie generatora materialem weglowodo¬ rowym w ilosci wiekszej niz wymagana do wytworzenia wodoru procesowego. Gaz syntezowy wytwarzany w nadmiarze w stosunku do ilosci wymaganej dla wytwo¬ rzenia wodoru jest odprowadzany z ukladu zgazowania, np. z punktu umiejscowionego miedzy strefa czesciowego utleniania a strefa reakcji konwersji. Calosc lub co naj¬ mniej 60%, w przeliczeniu na wartosc opalowa, odpro¬ wadzonej czesci gazu, po obróbce usuwajacej kwasne skladniki gazu jest stosowana jako paliwo w procesie, bez poddawania metanizacji lub uwodornianiu. Pozos¬ tale 40% lub mniej odprowadzonej czesci moze byc przepuszczone przez reaktor konwertujacy, w celu wy¬ tworzenia nadmiaru wodoru, który to wodór poddaje sie metanizacji i zuzytkowuje jako gaz sieciowy lub prze¬ prowadza w metanol lub inne paliwo. W ten sposób calosc lub wiekszosc produktu generatora jest zuzytko- wywana w procesie, badz to jako reagent, badz tez jako zródlo energii. Pozostale zapotrzebowanie procesu na paliwo jest pokrywane paliwem wytwarzanym w proce¬ sie uplynniania i energia doprowadzana ze zródel ze¬ wnetrznych.Stosowanie gazu syntezowego lub strumienia bogatego w tlenek wegla jako paliwa w procesie uplynniania przy¬ czynia sie dó wysokiej sprawnosci procesu. Gaz synte¬ zowy lub strumien bogaty w tlenek wegla nie jest pali¬ wem handlowym, poniewaz tlenek wegla jest toksyczny, a wartosc opalowa tego gazu jest nizsza od wartosci opalo¬ wej metanu. Tezastrzezenia zwiazane z handlowym sto¬ sowaniem gazu syntezowego lub tlenku wegla jako paliwa nie dotycza sposobu wedlug wynalazku przede wszystkim dlatego, ze instalacja pracujaca sposobem wedlug wynalazku zawiera wytwornice gazu syntezo¬ wego i w zwiazku z tym jest wyposazona w urzadzenia chroniace przed toksycznoscia tlenku wegla. Jest malo prawdopodobne, by ochrona taka byla stosowana w za¬ kladzie nie produkujacym gazu syntezowego. Po drugie, poniewaz gaz syntezowy jest stosowany jako paliwo w samej instalacji, nie wymaga przekazywania na duza odleglosc. Koszty pompowania sa zalezne od objetosci gazu, a nie od zawartego w nim ciepla, tak wiec koszty przekazywania gazu syntezowego lub tlenku wegla bylyby znacznie wyzsze niz koszty przekazywania me¬ tanu. Poniewaz'jednakze gaz syntezowy lub tlenek wegla sa w sposobie wedlug wynalazku zuzytkowywane w sa¬ mej instalacji, koszty transportu nie maja znaczenia. 8 Poniewaz sposób wedlug wynalazku obejmuje zuzyt¬ kowanie gazu syntezowego lub tlenku wegla jako paliwa bez metanizacji lub innej operacji uwodorniajacej, sprawnosc cieplna proceMi ulega podwyzszeniu. Ponizej 5 wykazano, ze korzysci zwiekszenia sprawnosci cieplnej zostaja zmniejszone lub utracone, jezeli zbyt duza ilosc gazu syntezowego jest metanizowana i zuzytko- wywana jako gaz sieciowy. Ponizej wykazano równiez,, ze jezeli gaz syntezowy jest wytwarzany w generatorze 10 w ilosci przekraczajacej zapotrzebowanie na wodór pro¬ cesowy i calosc nadmiaru gazu syntezowego jest metani¬ zowana, to ma to ujemny wplyw na sprawnosc cieplna polaczonego procesu uplynniania i zgazowywania wegla.Sprawnosc cieplna sposobu wedlug wynalazku jest 15 zwiekszona, poniewaz 5—100% sumy zapotrzebowania procesu na energie, wlaczajac w to paliwo i energie elektryczna, jest pokrywane bezposrednio spalaniem gazu syntezowego wytworzonego w strefie zgazowania.Jest zaskakujace, ze sprawnosc cieplna procesu uplyn- 20 niania mozna podwyzszyc zgazowywaniem normalnie stalego produktu uplynniania wegla otrzymanego w stre¬ fie uplynniania, zamiast poddania tego wegla dalszej konwersji w strefie uplynniania, poniewaz wiadomym jest, ze zgazowywanie wegla jest mniej sprawnym spo- 25 sobem konwersji wegla niz uplynnianie. Tak wiec mozna bylo oczekiwac, ze wprowadzenie dodatkowego ladunku do strefy zgazowania, dla wytworzenia w niej energii procesowej oprócz procesowego wodoru, zmniejszy sprawnosc polaczonego procesu. Ponadto mozna bylo 30 oczekiwac, ze szczególnie niekorzystne bedzie wprowa¬ dzanie do generatora wegla, który juz zostal poddany uwodornianiu, a nie wegla surowego, poniewaz reakcja zachodzaca w strefie generatora jest reakcja utleniania.Pomimo tych zastrzezen nieoczekiwanie stwierdzono, 35 ze sprawnosc cieplna polaczonego sposobu wedlug wy¬ nalazku ulega zwiekszeniu, jezeli generator wytwarza calosc lub znaczna ilosc paliwa procesowego, oprócz procesowego wodoru. Wynalazek wykazuje, ze w kombi¬ nowanym sposobie uplynniania-zgazowywania wegla 40 przesuniecie czesci ladunku procesowego ze sprawniej¬ szej strefy uplynniania do mniej sprawnej strefy zgazo¬ wania, w podanym wymiarze i w opisany sposób, nieo¬ czekiwanie zwieksza sprawnosc polaczonego procesu.Dla wykorzystania stwierdzonej mozliwosci podwyz¬ szenia sprawnosci cieplnej sposobem wedlug wynalazku,, instalacja uplynniania-zgazowania wegla musi byc wypo¬ sazona w przewody do transportowania czesci gazu syn¬ tezowego wytworzonego w strefie czesciowego utlenia¬ nia do jednej lub wiekszej liczby stref spalania W pro¬ cesie, wyposazonych w urzadzenia do spalania gazu syn¬ tezowego. Wpierw gaz syntezowy jest przepuszczany przez uklad usuwania skladników kwasnych, w celu usuniecia zawartego w nim siarkowodoru i dwutlenku „ wegla.Usuwanie siarkowodoru jest wymagane ze wzgledów srodowiskowych, a usuwanie dwutlenku wegla podwyz¬ sza wartosc opalowa gazu syntezowego i umozliwia dokladniejsza regulacje temperatury w palniku stosu-. 60 jacym gaz syntezowy jako paliwo. Dla uzyskania wyka¬ zanego podwyzszenia sprawnosci cieplnej, gaz syntezowy musi byc wprowadzany do strefy spalania bez poddawa¬ nia metanizacji lub innym operacjom uwodorniania.W sposobie wedlug wynalazku prowadzi sie.proces 65 .zgazowania w maksymalnej temperaturze 1204—1982°G124 859 9 korzystnie 1371—1982 °C. Tak wysoka temperatura zwieksza sprawnosc cieplna procesu, ulatwiajac zgazo- wanie zasadniczo calosci weglowego zasilania generatora.Uzyskanie wysokiej temperatury w generatorze jest mozliwe przez odpowiednia regulacje szybkosci dopro- 5 wadzania tlenu i pary wodnej.Szybkosc doprowadzania pary wodnej wplywa na endotermiczna reakcje pary wodnej z weglem, z wytwo¬ rzeniem CO i H2 natomiast Szybkosc doprowadzania tlenu wplywa na egzotermiczna reakcje wegla z tlenem, ie której produktem jest CO. Z powodu wysokiej tampera- tury, gaz syntezowy wytwarzany w sposobie wedlug wynalazku bedzie mial wartosc stosunku H2 do CO po¬ nizej 1, a nawet ponizej 0,9, 0,8 lub 0,7. Poniewaz jednakze wartosci ciepla spalania H* i CO sa zblizone, 15 cieplo spalania wytworzonego gazu syntezowego bedzie nie nizsze niz cieplo spalania gazu syntezowego o wyz¬ szym stosunku Ha do CO. Tak wiec wysoka temperatura w generatorze jest korzystna, przyczyniajac ftie do wysokiej sprawnosci cieplnej, przez umozliwienie prze- 2) tworzenia prawie calosci weglistego materialu w genera¬ torze, a obnizona wartosc stosunku H2 do CO nie stanowi powaznej wady, poniewaz znaczna czesc gazu syntezowe¬ go jest zuzytkowywana jako paliwo. W procesach, w których calosc gazu syntezowego jest poddawana konwer&ji z wytworzeniem wodoru, niska wartosc stosunku H2 do CO stanowilaby powazna wade.Gaz syntezowy moze byc rozdzielony w procesie na podstawie podwielokrotnego lub nic^podwielokrotnego rozkladu zawartosci H2 i CO. Jezeli gaz mi byc rozdzie¬ lany na podstawie nie-podwielokrotnosci, jego czesc moze byc skierowywana do kriogenicznego separatora lub do adsorbera, w celu oddzielenia tlenku wegla od wodoru. Uzyskany strumien bogatego w wodór gazu jest wprowadzany do strumienia wodoru uzupelniaja¬ cego, a z nim do strefy uplynniania. Strumien gazu boga¬ tego w tlenek wegla jest mieszany z gazem syntezowym o pelnym skladzie, stanowiacym paliwo i zawierjacycm pódwifclokrome ilosci H2 i CO lub stosowany niezaleznie, jako paliwo procesowe.StoTOWanie kriogenicznego lub adsorpcyjnego sepa¬ ratora oddzielajacego wodór od tlenku wegla ma wplyw na sprawnosc procesu, poniewaz wprawdzie wodór i tlenek wegla maja w przyblizeniu taka sama wartosc 45 opalowa, jednakze wodór jest cenniejszy jako reagent niz jako paliwo*. Usuwanie wodoru z tlenku wegla jest szczególnie korzystne w procesie, w którym ilosc do¬ stepnego tlenku wegla wystarcza do pokrycia wiekszosci zapotrzebowania procesu na paliwo* Usuniecie wodoru 50 ze spalanego gazu syntezowego moze podwyzszyc war¬ tosc* opalowa pozostalego strumienia bogatego w tlenek wegla. Oaz syntezowy o wartosci opalowej 1117,8756 • • lOkJ/m3 po wanieciu wodoru ma wyrtosc opalowa U9M6876 •lOkJImK 55 Zdolnosc procesu prowadzonego sposobem wedlug ^wynalazku do wymiennego uzytkowania gazu syntezo¬ wego w pelnym zakresie lub strumienia bogatego w tlenek wegla jako paliwa daje moznosc odzyskiwania -cenniejszego skladnika wodorowego gazu syntezowego 60 bez ponoszenia strat wskutek degradacji pozostalego strumienia bogatego w tlenek wegla. Pozostaly strumien bogaty w tlenek wegla moze byc stosowany bezposrednio jako paliwo procesowe* bez poddawania operacji pod¬ wyzszaniajakosci, 45 10 Sposób, w jaki uzyskuje sie nieoczekiwane podwyz¬ szenie sprawnosci w lacznym procesie uplynniania-z ga¬ zowania wegla wedlug wynalazku jest wyjasniony szcze¬ gólowo w nawiazaniu do wykresu z fig. 1. Fig. 1 wykazu¬ je, ze sprawnosc cieplna lacznego procesu uplynniania- -zgazowywania wegla wytwarzajacego jedynie ciekle i gazowe paliwo jest wyzsza od sprawnosci samego pro¬ cesu zgazowania. Najwyzsza sprawnosc osiaga sie, gdy strefa uplynniania wytwarza normalnie staly produkt uplynniania wegiel z wydajnoscia posrednia, a calosc tego produktu jest zuzytkowywana w strefie zgazowania.Posrednia wydajnosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla uzyskuje Sie stosujac recyrkulacje za¬ wiesiny, dzieki katalitycznemu efektowi zawartych w niej skladników mineralnych i mozliwosci dalszej reakcji produktu uplynniania wegla. Sprawnosc cieplna pola¬ czonego procesu bylaby niziza od sprawnosci samego procesu zgazowania, gdyby operacja uplynniania byla tak malo intensywna, a ilosc stalego wegla przekazy¬ wanego do zgazowania tak wysoka, ze ilosc wytworzonego wodoru i gazu syntezowego znacznie przekraczalaby mozliwosc ich zuzytkowywania w samej instalacji; w ta¬ kim bowiem przypadku proces bylby podobny do bez¬ posredniego zgazowania wegla. Jezeli natomiast inten¬ sywnosc procesu uplynniania bylaby tak duza* a ilosc stalego wegla przekazywanego do zgazowywahia tak mala, ze ilosc wytworzonego wodoru nie pokrywalaby zapo¬ trzebowania procesu (wytwarzanie wodoru jest podsta¬ wowym zadaniem zgazowania), braki wodoru musialyby byc pokryte z innych zródel. Jedynym innym praktycz¬ nym zródlem wodoru w procesie bylby reforming para wodna lzejszych gazów, jak metan lub produktów cie¬ klych ze strefy uplynniania. Jednakze taki sposób po¬ stepowania spowodowalby zmniejszenie ogólnej spraw¬ nosci, poniewaz obejmowalby prowadzona w znacznym zakresie konwersje metanu dó wodoru i 2 powrotem, Co poza tym mogloby byc trudne do przeprowadzenia.Sprawnosc cieplna polaczonego procesu wedlug wynalazku oblicza sie z energii wprowadzonej do pro¬ cesu i uzyskanej z niego. Energia uzyskana z procesu jest równa cieplu spalania wszystkich paliw odprowa¬ dzonych z procesu. Energia wprowadzona jest równa sumie ciepla spalania wprowadzonego do procesu wegla, ciepla spalania paliw wprowadzonych do procesu ze zródel zewnetrznych i ciepla potrzebnego do wytwo¬ rzenia dofcrowadzinej energji eiektrycznejz Jezeli przyjmie sie, ze sprawnosc wytwarzania energii elektrycznej wynosi 34%, to cieplo wymagane do wy¬ tworzenia doprowadzonej energii elektrycznej jest równowaznikiem cieplnym energii elektrycznej po¬ dzielonym przez 0,34.W obliczeniu ciepla spalania przyjmuje aie, ze paliwo jest suche, a cieplo zawarte w wodzie powstajacej w wy¬ niku reakcji wodoru z tlenem jest odzyskiwane prze* skroplenie. Sprawnosc ogólna mozna wyliczyc t poda¬ nego dalej wzoru: Calosc surowego wegla wprowadzonego do procesu jest proszkowana i mieszana z zawracana do obiegu goraca zawiesina zawierajaca rozpuszczalnik. Zawiesina zawracana do obiegu jest znacznie bardziej rozcienczona niz zawiesina wprowadzana do strefy zgazowania, po¬ niewaz, nie jest poddawana destylacji prózniowej i za¬ wiera znaczna ilosc goracej (193—454°C) cieczy des- tylatowej, która spelnia role rozpuszczalnika. Na jedna124 859 11 Energia uzyskana Sprawnosc= : —- Energia wprowadzona Cieplo zawarte we wszystkich odprowadzonych paliwach Cieplo zawarte w weglu zasilajacym + Cieplo za¬ warte w pa¬ liwie do-pio- wadzonym + Cieplo wy- 1 magane do wytworzenia doprowadzo¬ nej energii | _ elektrycznejJ czesc surowego wegla stosuje sie 1—4, korzystnie 1,5—2,5 czesci wagowych zawracanej do obiegu zawie¬ siny. Zawiesine, wodór i surowy wegiel przepuszcza sie przez opalana strefe rurowego podgrzewacza wstepnego, a nastepnie wprowadza do reaktora lub strefy uplynnia¬ nia. Stosunek wodoru do surowego wegla wynosi 0,62— 2,48, korzystnie 0,93—1,86 m3/kg.W podgrzewaczu wstepnym temperatura reagentów stopniowo wzrasta, osiagajac na wyjsciu 360—438, korzystnie 371—404°C. W tej temperaturze wegiel ulega czesciowemu uplynnieniu i rozpoczynaja sie egzo¬ termiczne reakcje uwodorniania i hydrokrakingu. Cieplo powstajace w tych egzotermicznych reakcjach w etapie uplynniania, gdzie wystepuje dokladne przemieszane gdzie temperatura jest ogólnie równomierna, dalej podwyzsza temperature reagentów do 427—482 °C, korzystnie 449—466 °C. Czas przebywania w strefie uplynniania jest dluzszy niz czas przebywania w strefie podgrzewania wstepnego. Temperatura w etapie uplyn¬ niania jest co najmniej o 11,1, 27,8, 55,5 lub nawet 111,1 °C wyzsza od temperatury na wylocie z podgrze¬ wacza wstepnego. Cisnienie wodoru w etapach podgrze¬ wania wstepnego i uplynniania wynosi 6864655 — 27458620 Pa, korzystnie 10296982,5 — 17161637,5 Pa.Wodór dodaje sie do zawiesiny w jednym lub kilku punktach. Co najmniej czesc wodoru dodaje sie do zawiesiny przed wejsciem do podgrzewacza wstepnego.Dodatkowy wodór mozna doprowadzac miedzy pod¬ grzewaczem wstepnym a reaktorem uplynniania i /lub w samym reaktorze uplynniania. Wodór doprowadza sie do reaktora uplynniania w róznych punktach, w miare potrzeby, dla utrzymania temperatury na poziomie, na jakim intensywnosc reakcji koksowania jest mala.Poniewaz generator zgazowujacy korzystnie pracuje pod cisnieniem i jest dostosowany do przyjmowania i przetwarzania zawiesiny, wycieki dolowe z kolumny prózniowej stanowia dla niego idealny material zasila¬ jacy i nie musza byc uprzednio poddawane konwersji weglowodorów lub innej obróbce. Przykladowo, nie nalezy poddawac VTB koksowaniu przedluzonemu lub w zlozu fluidalnym przed wprowadzeniem do generatora, dla uzyskania destylatu koksowniczego, poniewaz wy¬ tworzony koks wymagalby przetworzenia w zawiesine wodna, by ponownie uzyskac postac odpowiednia do wprowadzenia do generatora. Generatory przyjmujace paliwo stale wymagaja mechanizmu zasilajacego z lejem odcinajacym i dlatego sa bardziej skomplikowane niz generatory dostosowane do zasilania zawiesina. Ilosc wody wymaganej' do wytworzenia odpowiedniej i nada¬ jacej sie do pompowania zawiesiny koksu jest znacznie wieksza od ilosci, która powinna byc wprowadzona do generatora. Zawiesina wprowadzana do generatora zasa¬ dniczo nie zawiera wody, choc woda lub para wodna 12 w regulowanej ilosci sa doprowadzane do generatora* niezaleznie od zasilajacej zawiesiny, dla wytworzenia CO i H2 w endotermicznej reakcji. Reakcja ta pochlania cieplo, podczas gdy reakcja weglowego zasilania z tle2 5 nem, prowadzaca do CO, wyzwala cieplo. W procesie zgazowania, w którym produktem pozadanym jest nie CO lecz H2, np. gdy po zgazowaniu przeprowadzana jest reakcja konwersji, metanizacji lub wytwarzania me¬ tanolu, wprowadzanie duzej ilosci wody moze byc ko¬ lo rzystne. Jednakze w sposobie wedlug wynalazku, gdzie znaczna ilosc gasu syntezowego jest zuzytkowana jako- paliwo, wytwarzanie wodoru nie ma duzej przewagi nad wytwarzaniem GO, poniewaz H2 i CO maja w przy¬ blizeniu takie same cieplo spalania. Tak wiec w sposobie 15 wedlug wynalazku generator moze pracowac w podwyz¬ szone} temperaturze, podanej ponizej, która sprzyja prawie calkowitemu utlenianiu weglowego zasilania choc wysoka temperatura powoduje,* ze stosunek H2 do CO w gazie syntezowym jest mniejszy od jednosci,. 20 korzystnie mniejszy niz 0,8 lub 0,9, a jeszcze korzystniej mniejszy niz 0,6 lub 0,7.Poniewaz generatory zwykle nie sa zdolne do utle¬ niania calosci doprowadzanego do nich paliwa weglowo¬ dorowego i czesc tego paliwa zawsze jest tracona jaka 25 koksy w odprowadzanym zuzlu, pracuja one z wyzsza sprawnoscia przy zasilaniu weglowodorami w stanie cieklym niz w przypadku zasilania stalym materialem weglowym, jak koks. Poniewaz koks jest stalym, zde¬ gradowanym weglowodorem, nie mozne byc zgazowy- 30 wany ze sprawnoscia zblizona do 100%, jak ciekle za¬ silanie weglowodorowe i wieksze sa straty materialu weglowego w stopionym zuzlu powstajacym w genera¬ torze, niz w przypadku zasilania materialem cieklym.Niezaleznie od tego, jaki material zasila generator, utle- 35 nianiu tego materialu sprzyja wysoka temperatura gene¬ ratora.W sposobie wedlug wynalazku maksymalna tempera¬ tura w generatorze wynosi 1204—1982 °C, korzystnie 1260—1760 °C, a najkorzystniej 1316—1371 °C. W takiej temperaturze mineralna pozostalosc przyjmuje postac stopionego zuzla, który jest odprowadzany od dolu reaktora.Umieszczenie pieca koksowniczego miedzy strefa u- 45 plynniania a strefa zgazowania obnizaloby sprawnosc zintegrowanego procesu. Piec koksowniczy przetwarza normalnie staly produkt uplynniania wegla w paliwa destylatowe i gazowe weglowodory, przy duzej wydaj¬ nosci koksu. Strefa uplynniania równiez przetwarza ^ normalnie staly produkt uplynniania wegla w paliwa destylatowe i gazowe weglowodory, lecz z minimalna wydajnoscia koksu. Poniewaz strefa uplynniania sama moze wytworzyc normalnie staly produkt uplynniania wegla w ilosci wymaganej do uzyskania optymalnej 55 sprawnosci cieplnej w polaczonym sposobie wedlug wynalazku, nie jest wymagany etap koksowania miedzy strefami uplynniania i zgazowania.Przeprowadzenie wymaganej reakcji w jednym eta¬ pie procesowym z minimalna wydajnoscia koksu jest 60 bardziej efektywne niz zastosowanie dwóch etapów.Wedlug wynalazku sumaryczna wydajnosc koksu, który Wystepuje jedynie w postaci niewielkiego osadu w eta-* pie uplynniania, wynosi znacznie ponizej 1 % wagowego, w odniesieniu do zasilajacego wegla, zwykle mniej niz: 65 0,1% wagowego.124 859 13 Proces uplynniania wytwarza znaczna ilosc sprzedaz¬ nego paliwa cieklego i gazowych weglowodorów. Ogólna wydajnosc cieplna jest wyzsza w warunkach wytwarzania znacznych ilosci gazowych weglowodorów, jak i paliw cieklych niz w przypadku warunków odpowiednich do wytwarzania wylacznie gazowych lub wylacznie cie¬ klych weglowodorów. Przykladowo, strefa uplynniania winna wytwarzac co najmniej 8 lub 10% wagowych gazo¬ wych paliw Ci—C4 i co najmniej 15—20% wagowych destylatowego paliwa cieklego (193—454 °C), w odnie¬ sieniu do wprowadzanego wegla. Mieszanine metanu i etanu odzyskuje sie i sprzedaje jako gaz sieciowy. Mie¬ szanine propanu i butanu odzyskuje sie i sprzedaje jako gaz ciekly (LPG). Oba te produkty sa paliwami wysoko¬ gatunkowymi. Odzyskany z procesu olej paliwowy o tem¬ peraturze wrzenia 193—454°C jest wysokogatunkowym paliwem kotlowym. Jest on zasadniczo wolny od sub¬ stancji nieogranicznej i zawiera mniej niz okolo 0,4—0*5% wagowych siarki. Strumien weglowodorów C5 do wrzacych w 193°C moze byc przetwarzany przez obrób¬ ke i j^forming w wysokogatunkowe benzyny. Siarko¬ wodór jest odzyskiwany z odpadów procesowych w ukla¬ dzie usuwania gazowych skladników kwasnych i prze¬ twarzany w siarke pierwiastkowa.Zalety wynalazku sa zihr.rtowane na fig. 1, przedsta¬ wiajacej krzywa sprawnosci cieplnej polaczonego pro¬ cesu uplynniania-zgazowywania wegla, na przykladzie bitumicznego wegla z Kentucky, przetwarzanego w tem¬ peraturze reaktora uplynniania 427—460 °C i pod cis¬ nieniem wodoru w tym reaktorze 116,699135 • 105Pa.Temperatura w reaktorze uplynniania jest wyzsza od maksymalnej temperatury w podgrzewaczu wstepnym.Surowy wegiel jest wprowadzany do strefy uplynniania -z ustalona szybkoscia, a mineralna p&fóstalosc zawra¬ cana do obiegu w zawiesinie z cieklym rozpuszczalnikiem destylatowym i normalnie stalym produktem uplynniania wegla, z szybkoscia tak dobrana, by utrzymac sumarycz¬ na zawartosc skladników stalych w zasilajacej zawiesinie na poziomie 48% wagowych, która to wartosc jest bliska wartosci maksymalnej, dopuszczalnej ze wzgledu na pompowalnosc zawiesiny (okolo 50—55% wagowych).Fig. 1 przedstawia zaleznosc sprawnosci cieplnej polaczonego procesu od wydajnosci uplynnionego wegla 454 °C+ , który jest staly w temperaturze poko¬ jowej. Wielkosc ta obejmuje mineralna pozostalosc, -zawierajaca nierozpuszczona substancje organiczna oraz wycieki dolowe z kolumny prózniowej uzyskane ze strefy uplynniania. Wycieki dolowe z kolumny próznio¬ wej sa jedynym weglowym zasilaniem strefy zgazowania.Sa one przekazywane bezposrednio do strefy zgazowania bez obróbki posredniej. Ilosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla w wyciekach dolowych z kolumny mozna zmieniac zmieniajac temperature, cisnienie wodoru lub czas pozostawania w strefie uplynniania lub stosunek zasilajacego wegla do zawafacanej do obiegu mineralnej pozostalosci. Ze zmiana ilosci uplynnionego wegla 454 °C + w wyciel^ach dolowych z kolumny próz¬ niowej automatycznie zmienia sie sklad zawracanej do obiegu zawiesiny. Krzywa A jest krzywa sprawnosci -cieplnej polaczonego procesu uplynniania-zgazowania.Krzywa B przedstawia sprawnosc cieplna typowego procesu samego zgazowywania, a punkt C przedstawia obszar maksymalnej sprawnosci cieplnej polaczonego procesu, który w przedstawionym przykladzie wynosi okolo 72,4%. 14 Uklad zgazowania z krzywej B obejmuje strefe utleniania wytwarzajaca gaz syntezowy, reaktor kon¬ wertujacy, jednostke, w której usuwa sie kwasne sklad¬ niki gazowe z konwertowanej w bogaty w wodór strumien 5 czesci gazu syntezowego, oddzielna jednostke do usu¬ wania gazów kwasnych z tej czesci gazu syntezowego, która jest stosowana jako paliwo oraz konwertor i reak¬ tor metanizujacy, przeprowadzajace pozostaly gaz syntezowy w gaz sieciowy. 0 Sprawnosc cieplna ukladu zgazowania obejmujacego strefe utleniania, reaktor konwertujacy i reaktor meta¬ nizujacy wynosi zwykle 50—65 % i jest nizsza od spraw¬ nosci cieplnej procesu uplynniania o umiarkowane] wydajnosci normalnie stalego produktu uplynniania 5 wegla. Etap utleniajacy w ukladzie zgazowania wytwa¬ rza gaz syntezowy jako produkt pierwotny.Jak wyzej wskazano, poniewaz gaz syntezowy zawiera tlenek wegla, nie jest paliwem sprzedaznym i dla prze¬ tworzenia w paliwo sprzedazne wymaga konwersji uwo- 0 dorniajacej lub konwersji w metanol. Tlenek wegla nie tylko jest toksyczny, lecz przy tym ma niska wartosc opalowa, co sprawia, ze koszty jego transportu sa niedo¬ puszczalnie wysokie. Mozliwosc stosowania w procesie wedlug wynalazku calosci lub co najmniej 60% ciepla 1 zawartego w H2 i CO obecnych w gazie syntezowym jako paliwa w samej instalacji, bez stosowania hydroge- natywnej konwersji, przyczynia sie do podniesienia sprawnosci cieplnej polaczonego procesu wedlug wyna-r lazku.} Aby gaz syntezowy mógl byc stosowany jako paliwo w urzadzeniu pracujacym sposobem wedlug wynalazku, musi byc ono wyposazone w przewody do przekazywa¬ nia gazu syntezowego lub czesci zawartego w nim CO do strefy uplynniania, po usunieciu kwasnych skladnik- ' ków gazu, a strefa uplynniania musi byc wyposazona w urzadzenia dostosowane do spalania gazu syntezowego lub jego czesci bogatej w tlenek wegla, bez poddawania obróbce uwodorniajacej. Jezeli ilosc gazu syntezowego nie jest wystarczajaca do pokrycia calosci zapotrzebo- 1 wania procesu na paliwo, to instalacja musi byc wyposa¬ zona w urzadzenia do transportowania innego paliwa wytwarzanego w strefie uplynniania, jak wyzsze weglo¬ wodory, LPG lub paliwa gazowe, jak metan lub etan, do urzadzen spalajacych w procesie, dostosowanych do ' zasilania takim paliwem.Z fig. 1 wynika, ze sprawnosc cieplna polaczonego procesu przy wydajnosci produktu uplynniania wegla powyzej 45% nie jest wyzsza od sprawnosci uzyskiwanej w samym zgazowaniu. Jak wskazano na fig. 1, brak recyr¬ kulacji mineralnej pozostalosci, katalizujacej reakcje uplynniania w procesie uplynniania powoduje wzrost wydajnosci produktu uplynniania wegla 454°C+ do okolo 60%, w odniesieniu do wegla wpowadzonego do procesu.Fig. 1 wskazuje, ze zawracanie do obiegu mineralnej pozostalosci powoduje obnizenie wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 °C + do 20—25%, co odpowiada obszarowi maksymalnej sprawnosci cieplnej polaczonego procesu. Zawracajac mineralna pozostalosc do obiegu mozna uzyskac dokladna regulacje wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 °C+, dla optymalizacji sprawnosci cieplnej, przez dobór temperatury, cisnienia wodoru, czasu pozostawania i/lub stosunku zawracanej zawie¬ siny do zasilajacego wegla, przy utrzymywaniu stalego poziomu skladników stalych w zasilajacej zawiesinie.124 859 15 Punkt Di na krzywej A jest punktem chemicznego bilansu wodoru dla polaczonego procesu. Przy wydaj¬ nosci produktu uplynniania wegla 434 °C+ =15% (punkt DJ, generator zgazowujacy wytwarza wodór w ilosci dokladnie odpowiadajacej zapotrzebowaniu procesu uplynniania. Sprawnosc cieplna przy wydaj¬ nosci produktu uplynniania wegla 454°C+ odpowiadaja¬ cej punktowi Di jest taka sama, jak sprawnosc przy wyzszej wydajnosci produktu uplynniania wegla, odpo¬ wiadajacej punktowi D2. Przy prowadzeniu procesu w zakresie nizszej wydajnosci punktu Dj strefa uplyn¬ niania musi byc stosunkowo duza dla uzyskania odpo¬ wiedniego stopnia hydrokrakingu, a strefa zgazowania bedzie stosunkowo mala, z powodu stosunkowo malej ilosci wprowadzanego do niej materialu weglistego.Przy prowadzeniu procesu w zakresie punktu D2 strefa uplynniania bedzie stosunkowo mala, z powodu zmniej¬ szonego hydrokrakingu, wymaganego w punkcie D2, lecz stosunkowo duza bedzie strefa zgazowania. W za¬ kresie miedzy punktami D± i D2 strefy uplynniania i zgazowania beda wzglednie wywazone, a sprawnosc cieplna zblizona do maksymalnej.Punkt Ej na krzywej A jest punktem bilansu proceso¬ wego wodoru, obejmujacego straty wodoru w procesie.Punkt Ej wskazuje ilosc produktu uplynniania wegla 454 °C+, jaka musi byc wytworzona i przekazana do strefy zgazowania, dla wytworzenia wodoru w ilosci odpowiadajacej zapotrzebowaniu procesu i pokrywajacej straty w cieklych i gazowych strumieniach produktu.Przy stosunkowo duzej ilosci produktu uplynniania wegla 454°C+ w punkcie E2 sprawnosc cieplna jest taka sama jak w punkcie Ej. W warunkach punktu B± wielkosc reaktora uplynniania bedzie stosunkowo duza dla uzyskania wymaganego w tym punkcie wyzszego stopnia hydrokrakingu, a wielkosc generatora zgazowuja- cego bedzie odpowiednio stosunkowo mala. Z drugiej strony, w warunkach punktu Ea wielkosc reaktora u- plynniania bedzie stosunkowo mala, z powodu nizszego stopnia hydrokrakingu, a wielkosc generatora zgazowuja- cego stosunkowo duza. Strefy uplynniania i zgazowania beda miafy wzglednie zrównowazona wielkosc miedzy punktami E4 i Ej (tzn. miedzy wydajnoscia produktu uplynniania wegla 454°C+ okolo 17,5% i 27% wago¬ wych), a w tej strefie posredniej sprawnosc cieplna jest najwyzsza.W punkcie X na linii EtE, wydajnosc produktu uplynniania wegla 454°C+ bedzie dokladnie odpowia¬ dac zapotrzebowaniu, procesu na wodór i paliwo. Miedzy punktami Ex i X calosc produktu uplynniania wegla 454 °C+ njie zuzytkowywana do wytwarzania wodoru je$t zuzytkowywana jako paliwo w procesie, a mem , uwodorniajaca konwersja gazu syntezowego nie iest wymagana i sprawnosc cieplna jest wysoka. W zakresie mieto punktami X i E^ nie caly nadmiar produktu UDj^nuiania wegla 454 °C+ moze byc zuzytkowany w procesie i (ego czjesc wymaga dalszej konwersji, w celu sprzedazy w postaci gazu sieciowego.Fig, 1 wykazuje* ze sprawnosc cieplna polaczonego procesu, wzrasta ze wzrostem ilosci gazu syntezowego dostepnego, jako paliwo i osiaga maksimum w punkcie Y, w którym gaz syntezowy jest wytwarzany w ilosci do- kladnie odpowiadajacej calkowitemu zapotrzebowniu procesu A* paKwQ. V/ punkcie Y sprawnosc zaczyna sie zmniejszac, poniewaz ga? syntezowy wytwarzany jest w ilosci wiekszej niz moze byc zuzytkowywana jako 16 paliwo w procesie i poniewaz od punktu Y koniecznym staje sie reaktor metanizujacy, przetwarzajacy nadmiar gazu syntezowego w gaz sieciowy.Fig. 1 wskazuje, ze charakteryzujaca wynalazek- 5 zwiekszona sprawnosc cieplna uzyr.kuje sie, gdy ilosc produktu uplynniania wegla 454 °C+ wystarcza do wytworzenia jakiejkolwiek ilosci, np. od okolo 5, 10 lub 2Q do okolo 90 lub 100% paliwa zuzytkowanego w pro¬ cesie* 10 Z fig. 1 wynika równiez, ze zwiekszona sprawnosc u- trzymuje sie, aczkolwiek w mniejszym ctopniu, gdy wiekszosc wytworzonego gazu syntezowego jest stoso¬ wana, bez metanizacji, do pokrycia zapotrzebowania procesu na paliwo, a ograniczony jego nadmiar wymaga 15 metanizacji dla uczynienia go sprzedaznym. Gdy ilosc wytworzonego gazu syntezowego wymagajacego meta¬ nizacji staje sie nadmierna, jak- wskazano wpunkcie Z, korzysci podwyzszania sprawnosci cieplnej wedlug wyna¬ lazku zostaja utracone. 20 Proces uplynniania winien byc prowadzony w takich warunkach, by iloic wytworzonego normalnie stalego produktu uplynniania wegla 454 °C+ wynosila, w od¬ niesieniu do suchego wegla wprowadzanego do procesu, 15—40, korzystnie 15—30, a jeszcze korzystniej 17—27 % co daje wynikajaca z wynalazku korzysc podwyz¬ szenia sprawnosci cieplnej. Jak wyzej stwierdzono* sumaryczne zapotrzebowanie procesu na energie, w prze¬ liczeniu na energie cieplna, winno byc w co najmniej 30 5,1Q, 2Q lub 30, do 100% pokrywane gazem syntezowym wytwarzanym z materialu wprowadzanego do strefy gene¬ ratora zgazowujacego, a w pozostalej czesci paliwem wy¬ twarzanym w strefie uplynniania i/lub energia dopro¬ wadzana spoza procesu, jak energia elektryczna. Ko- 35 rzystne }tst, gdy ta czesc paliwa zuzytkowywanego w instalacji, która nie je&t gazem syntezowym, pocho¬ dzila z procesu uplynniania* a nie z samego, surowego wegla, poniewaz uprzednia obróbka wegla w procesie uplynniania umozliwia wyekstrahowanie z niego cen- 40 nych frakcji* bez utraty korzysci wynikajacych z pod- wyzazoaej sprawnosci zintegrowanego procesu.Krzywa A z fig. 1 przedstawia spra-wnosc cieplna polacao&cgo procesu uplynniaaia-zgazowania na przy- kladzie przetwarzania bitumicznego wegla z Kentucky* 45 p*zy wydajnosci nonuaJbie stalego produktu uplynniania wegla 454°C+ zawierajacej sie w zakresie od wysokie* wartosci 60% do niskiej' wartosci 10%, w odniesieni* do suchego wegla zasilajacego.Wegiel bitumiczny z Kentucky z ftg. 1 latwo poddaje •• sie hydrokrakingowi w wydajnoscia normalnie stalego produktu uplynniania wegla tak niska;, jak 10%, nato¬ miast pewne mne wegle nie sa podatne na hydrokraking z tak niska wydajnoscia normalnie stalego produktu uplynniania wegla. Odpornosc na dzialanie wysokiej- 55 temperatury, wykazywana przez te inne wegle, jest prawdopodobniespowodowana struktura ich weglowodo¬ rów i/lub skladników mineralnych.Przykladowo zaobserwowano, ze zawarte w weglu zelazo (Fe) dziala jak katalizator hydrokrakingu, a efekt katalityczny zwieksza sie w procesie uplynniania z zawracaniem do obiegu mineralnej pozostalosci.Zaobserwowano, ze wysoka zawartosc Fe w weglu wprowadzanym do procesu, w którym stosuje sie za¬ wracanie do obiegu mineralnej pozostalosci, ma ko* rzystny wplyw na rozmiar hydrokrakingu.124 859 17 Zaobserwowano równiez, ze zawartosc tlenu w suchym weglu zasilajacym ma istotny wplyw na zakres hydro- krakingu zachodzacego w procesie uplynniania; niska zawartosc tlenu w weglu zasilajacym wskazuje na struk¬ ture weglowodorowa odporna na dziabnie wysokiej' temperatury. Prawdopodobnie atom tlenu miedzy dwo¬ ma atomami wegla w strukturze czasteczkowej jest szczeg- gólnie podatny na hydrokraking i stad stosunkowo mala zawartosc tlenu wskazuje na odpornosc struktury czasteczkowej na dzialanie wysokiej temperatury.Zgodnie z wynalazkiem wyprowadzono matematyczne wzory lub korelacje, za pomoca których na podstawie zawartosci zelaza i tlenu w weglu zasilajacym mozna obliczac ilosc produktu uplynniania wegla 454°C+, jaka nalezy wytworzyc w strefie uplynniania i przekazac do strefy zgazowania, dla uzyskania podwyzszonej sprawnosci cieplnej polaczonego procesu wedlug wyna¬ lazku.Stwierdzono, ze pierwszy wzór, przedstawiony ponizej, daje dokladne wyniki dla wegli bitumicznych, a drugi wzór, przedstawiony ponizej, daje dobre wyniki dla wegli subbitumicznych i lignitów. Wzory te umozliwiaja uzyskanie znacznej ilosci danych potrzebnych do wykre¬ slenia krzywych, jak krzywa A z fig. 1, dla wegla zasilajacego kazdego rodzaju.Wzory te opieraja sie na obserwacji, ze podatnosc na hydrokraking w procesie uplynniania wzrasta ze wzros¬ tem zawartosci tlenu i/lub wzrostem zawartosci Fe w weglu zasilajacym. Ze wzrostem podatnosci na hydro¬ kraking zakres optymalnej sprawnosci przedstawiony dlugoscia linii EjE2 na fig. 1 staje sie nieco mniejszy, natomiast ze spadkiem podatnosci na hydrokraking zakres optymalnej sprawnosci przedstawiony linia ElE2 zwieksza sie. Przyczyna zwiekszenia zakresu jest to, ze wegle trudniej poddajace sie hydrokrakingowi wymagaja wiekszej ilosci energii dla doprowadzenia konwersji do danego poziomu* Wzory sa ilosciowym wyrazeniem tych zaleznosci.Poniewaz zakres zawartosci tknu i Fe jest istotnie rózny dla wegli bitumicznych jako jednej grupy i wegli subbitumicznych i lignitów jako drugiej grupy, dla kazdej z tych grup wymagane sa oddzielne wzory. Glów* na przyczyna koniecznosci stosowania oddzielnych wzorów dla kazde) z grap jest to, ze struktura czastecz¬ kowa wegli subbitumicznych i lignitów znacznie rózni sie od struktury wegli bitumicznych, zwlaszcza w od¬ niesieniu do wiazan tlenowych*.Punkt fi na krzywej A z fig. 1 jest punktem bilansu procesowego wodoru. Powyzej wyjasniono* ze mozliwe jest uzyskanie wyzszej sprawnosci cielnej niz.odpowia¬ dajaca punktowi Bu przez wytworzenie w strefie uplynniania produktu uplynniania wegla 454 CG+ w i- losci wiekszej niz odpowiadajaca punktowi E1S leoz nie przekraczajacej odpowiadajacej punktowi E*, pod wa¬ runkiem, ze wieksza ilosc produktu uplynniania wegla daje co najmniej 5% sumy energii wymaganej w procesie uplynniania.Wskazano równiez, ze jezeli ilosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla przekracza ilosc wskazana w punkcie E3 (punkt Z na krzywej A), to korzysci pod¬ wyzszenia sprawnosci cieplnej wedlug wynalazku zostaja utracone. Ponizsze wzory wskazuja zakres wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 CG + odpowiadajacy odcinkowi E1E2 krzywej A z fig. 1 dla wegli bftumiez~ 18 nych jako jednej grupy i dla wegli subbitumicznych i lig¬ nitów jako drugiej grupy.Wzór dla wegli bitumicznych: R = 13 + (8 —O) —3 (Fe— 1,5) 5 Wzór dla wegli subbitumicznych i lignitów: R - 13 + (18 — O) — 3(Fe — 0,5) gdzie: Fe — % wagowych zelaza w suchym wsadzie weglo¬ wym (1) 10 O — % wagowych tlenu w suchym wsadzie weglo¬ wym (2) R — zakres wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 °C+ powyzej punktu bilansu procesowego wodoru, w % wagowych w przeliczeniu na suchy 15 wsadweglowy. n 1) Zawartosc zelaza we wsadzie weglowym oblicza sie jako iloczyn zawartosci popiolu w suchym, weglu i zawartosci Fe203 w suchym popiele, w % wagowych, pomnozony przez 0,7 (0,7 jest zawartoscia zelaza 20 w Fe203) 2) Zawartosc tlenu we wsadzie weglowym oznacza sie z róznicy skladników oznaczonych w suchym weglu; za procentowa zawartosc tlenu przyjmuje sie odjeta od 100 sume procentowych zawartosci wegla, wodoru, 25 siarki, azotu i popiolu.Wegiel bitumiczny z Kentucky przedstawiony krzywa A z fig. 1 i stosowany w przykladach I, II i III ma zawar¬ tosc Fe 2,0 i zawartosc tlenu 9,6. Obliczona z powyzszego wzoru wartosc R wynosi: 30 R = 13 + (8 — 9,6) — 3 (2,0 — 1,5) - 9,9 Ta wartosc R dobrze odpowiada odcinkowi EA na krzywej A z fig. 1. Krzywa A z fig. 1 wykazuje, ze punkt bilansu procesowego wodoru przypada przy wydajnosci normalnie stalego produktu uplynniania wegla okolo 35 17,4%. Z powyzszego obliczenia wynika* ze w przypadku bitumicznego wegla z Kentucky sprawnosc cieplna polaczonego procesu uplynniania-zgazowywania bedzie wyzsza od odpowiadajacej wydajnosci normalnie stalego produktu uplynniania wegla 17,4%, gdy wydajnosc 40 normalnie stalego produktu uplynniania wegla bedzie wyzsza niz 17,4%, lecz nie przekroczy 27,3% (17,4.+; + 9,9), to znaczy wówczas, gdy nadmiar wytworzoncia gazu syntezowego wystarczy do pokrycia co najmniej 5% sumarycznego zapotrzebowania procesu na energie. 45 Jak wyzej przedstawiono, wysoka sprawnosc cieplna jest zwiazana z umiarkowana wydajnoscia normalnie stalego produktu uplynniania wegla, a ta z kojoi je&t zwiazana z umiarkowanymi warunkami uplynniania.W umiarkowanych warunkach wydajnosc gazowych 50 weglowodorów i paliw cieklyeh, ze strefy uplynniania jetr znaczna. Warunki takie niesprzyjaja bapclzo wyso¬ kiej i bardzo niskiej wydajnosci normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla- Jak wskazano, umiarkowane warunki dajace stosunko- 55 wo wywazona mieszanine gazowych weglowodorów oraz cieklego i stalego wegla w strefie uplynniania wyma¬ gaja instalcji o odpowiednio wywazonych, posrednich wielkosciach stref uplynniania i zgazowania.W przypadku wlasciwego zrównowazenia wielkosci 60 stref uplynniania i zgazowania, generator z^azowujacy bedzie wytwarzac wiecej gazu syntezowego niz, wynika z zapotrzebowania prochu na wodór. Taki zrównpwa-, zony proces wymaga instalacji z urzadzeniami do prze¬ kazywania stlumienia gazu syntezowego po usunieciu 65 skladników kwasnych, do strefy uplynniania lub innego124 859 19 punktu lub punktów w procesie, gdzie istnieja urzadze¬ nia dostosowane do spalania gazu syntezowego lub bo¬ gatej w tlenek wegla czesci tego gazu, jako paliwa pro¬ cesowego.Ogólnie biorac spalanie gazu syntezowego lub tlenku wegla wymaga palników innego typu niz stosowane do spalania gazowych weglowodorów. Tylko w takiej instalacji mozna uzyskac optymalna sprawnosc termicz¬ na. Dla tej przyczyny ta cecha instalacji jest krytyczna, jezeli ma byc uzyskana optymalizacja sprawnosci cieplnej wedlug wynalazku.Umiarkowana i stosunkowo wywazona operacje, jak opisana, najlatwiej uzyskuje sie dopuszczajac do ustalenia sie w reaktorze uplynniania warunków reak¬ cyjnych odpowiednich dla tego urzadzenia, nie ograni¬ czajac reakcji i nie prowadzac jej z nadmierna inten¬ sywnoscia.Przykladowo, reakcje hydrokrakingu nie powinny byc prowadzone z nadmierna intensywnoscia, tak, by nor¬ malnie staly produkt uplynniania wegla byl wytwarzany w bardzo malej ilosci lub nie byl wytwarzany wcale.Z drugiej strony, reakcje hydrokrakingu nie powinny byc nadmiernie ograniczone, poniewaz przy bardzo wy¬ sokiej wydajnosci normalnie stalego produktu uplynnia¬ nia wegla silnemu zmniejszeniu uleglaby sprawnosc procesu. Poniewaz reakcje hydrokrakingu sa egzotermi¬ czne, nalezy dopuscic do naturalnego wzrostu tempera¬ tury w reaktorze uplynniania powyzej temperatury podgrzewacza wstepnego.Jak wyzej wskazano, niedopuszczenie do takiego wzrostu temperatury wymagaloby doprowadzania zna¬ cznie wiekszej ilosci wodoru niz wymagana w przypadku dopuszczenia do jej wzrostu. To z kolei obnizyloby sprawnosc cieplna, gdyz ilosc wytworzonego H2 zna¬ cznie przewyzszalaby wymagania procesu, a ponadto konieczne byloby wydatkowanie dodatkowej energii na Sprezenie nadmiaru wodoru* Wystapieniu róznicy tem¬ peratury miedzy strefami podgrzewania wstepnego i uplynniania moznaby zapobiec podwyzszeniem tempe¬ ratury w podgrzewaczu wstepnym, lecz wymagaloby to uzycia nadmiaru paliwa w strefie podgrzewacza wste¬ pnego.Jak wynika z powyzszego, kazde usilowanie utrzyma¬ nia podgrzewacza wstepnego i reaktora uplynniania w tej samej temperaturze byloby przeciwne naturalnej tendencji reakcji uplynniania i obnizyloby sprawnosc cieplna procesu.Mineralna pozostalosc wytwarzana w procesie sta- 50 nowi katalizator uwodorniania i hydrokrakingu. Zawra¬ canie jej do obiegu, w celu zwiekszenia jej stezenia, powoduje zwiekszenie szybkosci reakcji samorzutnych, co skraca czas pozostawania w reaktorze uplynniania i/lub zmniejsza wymagana wielkosc strefy uplynniania. 55 Mineralna pozostalosc jest zawieszona w produkcie w postaci bardzo drobnych czastek, wielkosci 1—20 mikrometrów. Mala wielkosc czastek przypuszczalnie ma korzystny wplyw na czynnosc katalityczna. Zawracanie katalitycznego materialu do obiegu znacznie ogranicza ilosc wymaganego rozpuszczalnika. Z tego powodu zawracanie mineralnej pozostalosci procesowej w za¬ wiesinie w cieklym rozpuszczalniku destylatowym, w ilosci wystarczajacej do zapewnienia wlasciwej rów¬ nowagowej czynnosci katalitycznej, ma korzystny wplyw na sprawnosc cieplna procesu. 20 Katalityczne i inne efekty zwiazane z zawracaniem do obiegu mineralnej pozostalosci procesowej moga zmniej¬ szyc o okolo polowe lub nawet w wiekszym stopniu wydajnosc normalnie stalego produktu uplynniania 5 wegla w strefie uplynniania, poprzez reakcje hydrokra¬ kingu oraz spowodowac zwiekszone usuwanie siarki i tlenu. Jak wskazano na fig. 1, 20—25% wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 °C+ daje zasadniczo maksymalna sprawnosc cieplna w polaczonym procesie 10 uplynniania-zgazowywania. Podobny stopien hydrokra^ kingu nie moze byc uzyskany przez samo doprowadzenie reaktora uplynniania do podwyzszonej temperatury* bez wykorzystania w tym celu zachodzacych w nim rea¬ kcji egzotermicznych, poniewaz spowodowaloby to 15 nadmierne koksowanie.Stosowanie katalizatora zewnetrznego w procesie uplynniania nie jest równowazne zawracaniu do obiegu mineralnej pozostalosci, poniewaz wprowadzenie ze¬ wnetrznego katalizatora zwiekszyloby koszty procesu 2° i skomplikowalo go, a przez to zmniejszylo jego spraw¬ nosc w stosunku do procesu prowadzonego z ozyciem katalizatora powstajacego samorzutnie. Dla tej przy¬ czyny w procesie wedlug wynalazku nie stosuje sie ka¬ talizatora zewnetrznego.Jak juz wskazano, krzywa optymalizacji sprawnosci cieplnej z fig. 1 przedstawia zaleznosc sprawnosci cieplnej od wydajnosci normalnie stalego produktu uplynniania wegla i wymaga, by calosc uzyskanego normalnie stalego produktu uplynniania wegla, bez domieszek cieklego produktu uplynniania i gazowych weglowodorów, byla przekazywana do generatora zgazowujacego. Dlatego nieodzowne jest stosowanie w instalacji pracujacej wedlug opisanej krzywej optymalizacji prózniowej kolumny destylacyjnej, korzystnie lacznie z kolumna pra¬ cujaca pod cisnieniem atmosferycznym, dla uzyskania calkowitego oddzielania normalnie stalego produktu uplynniania wegla od cieklego produktu uplynniania i gazowych weglowodorów. Sama kolumna atmosfe¬ ryczna nie jest zdolna do calkowitego oddzielania cie¬ klego produktu uplynniania od normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla. Kolumna atmosferyczna moze byc pominieta w procesie, jezeli to jest pozadane.Przekazywanie do generatora zgazowujacego cieklego produktu uplynniania wegla spowodowaloby obnizenie sprawnosci, poniewaz w przeciwienstwie do normalnie stalego produktu uplynniania wegla, ciekly produkt uplynniania jest wysokogatunkowym paliwem. Wy¬ twarzanie cieklego produktu uplynniania wegla pochlania -wiecej wodoru niz wytwarzanie normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla. Wzrost zawartosci wodoru w cieklym produkcie uplynniania wegla bylby tracony w strefie utleniania, a ta strata powodowalaby obnizenie sprawnosci procesu.Schemat prowadzenia procesu, wedlug wynalazku jest przedstawiony na fig. 2. Wysuszony i sproszkowany surowy wegiel, który stanowi calkowity wsad surowego wegla w procesie jest przewodem 10 przekazywany do zbiornika mieszajacego zawiesine 12, gdzie jest mie- 60 szany z goraca, zawierajaca rozpuszczalnik zawiesina z procesu, plynaca w przewodzie 14. Zawierajaca roz¬ puszczalnik, zawracana do obiegu zawiesina (w zakresie 1,5—2,5 czesci wagowych na 1 czesc wagowa wegla) jest pompowana w przewodzie 16 za pomoca pompy tloko¬ wej 18 i mieszana z obiegowym wodorem dochodzacym przewodem 20 oraz z wodorem uzupelniajacym docho-124 859 21 dzacym przewodem 92, a nastepnie przechodzi przez wstepny podgrzewacz rurowy 22, z którego przewodem 24 jest doprowadzana do reaktora uplynniania 26.Stosunek wodoru do wsadu wegla wynosi okolo l,24m3 nakg. ! Temperatura reagentów na wylocie z podgrzewacza wstepnego wynosi okolo 371—404°C. W tej tempera¬ turze wegiel jest czesciowo rozpuszczony w obiegowym rozpuszczalniku i rozpoczynaja sie egzotermiczne re¬ akcje uwodorniania i hydrokrakingu. Podczas gdy K w podgrzewaczu rurowym temperatura stopniowo wzrasta, temperatura w reaktorze uplynniania jest w zasadzie równomierna. Cieplo reakcji hydrokrakingu zachodzacych w reaktorze uplynniania podwyzsza temperature reagentów do 449—466°C. 15 W celu regulowania temperatury reakcji i lagodzenia przebiegu reakcji egzotermicznych wtryskuje sie w róz¬ nych punktach reaktora uplynniania wodór doprowadza¬ ny przewodem 28. Odciek z reaktora uplynniania przewodem 29 dochodzi do ukladu separacyjnego para/ 20 ciecz 30. Odbierany z separatora od góry strumien gotacych par jest oziebiony w szeregu wymienników ciepla i dodatkowych separatorów para/ciecz i odbie¬ rany przewodem 32. Ciekly destylat z separatorów przewodem 34 dochodzi do pracujacej pod cisnieniem 25 atmosferycznym kolumny frakcjonujacej 36. Nie skro¬ plony gaz w przewodzie 32, zawierajacy nie przereago- wany wodór, metan i inne lekkie weglowodory oraz H2S i COa przechodzi do jednostki usuwajacej kwasne skladniki gazu 38, w której zostaje zatrzymane H2S 30 i C02. Odzyskany siarkowodór jest przeprowadzany w siarke pierwiastkowa, która jest odprowadzana z pro¬ cesu przewodem 40. Czesc oczyszczonego gazu jest przekazywana przewodem 42 do dalszego przerobu w kriogenicznej jednostce 44, dla usuniecia znacznej 35 ilosci metanu i etanu, które jako gaz sieciowy sa odpro¬ wadzane przewodem 46 oraz propanu i butanu, które jako LPG sa odprowadzane przewodem 48. Oczyszczony wodór (czystosc 90%) odprowadzany przewodem 50 po zmieszaniu z pozostalym gazem z etapu kwasowej obróbki z przewodem 52 stanowi obiegowy wodór pro¬ cesu.Ciekla zawiesina z separatorów para/ciecz 30 prze¬ chodzi przewodem 56 i rozdziela sie na dwa glówne strumienie 58 i 60. Strumien 58 stanowi obiegowa za¬ wiesine, zawierajaca rozpuszczalnik, normalnie staly produkt uplynniania wegla i katalityczna mineralna pozostalosc. Nie zawracana do obiegu czesc zawiesiny przechodzi przewodem 60 do pracujacej pod cisnieniem atmosferycznym kolumny frakcjonujacej 36, w. której nastepuje rozdzielenie glównych produ1 tów proceMi.W kolumnie frakcjonujacej 36 zawiesina jest podda¬ wana destylacji pod cisnieniem atmosferycznym. Górnym przewodem 62 odprowadza sie strumien lzejszych weglo¬ wodorów, przewodem 64 strumien sredniego destylatu, a przewodem 66 strumien dolowy. Strumien dolowy przewodem 66 jest doprowadzany do prózniowej ko¬ lumny destylacyjnej 68. Temperatura zasilania ukladu frakcjonujacego jest utrzymywana zwykle na tak wyso¬ kim poziomie, ze dodatkowe jego podgrzewanie nie jest konieczne, poza ogrzewaniem przy rozruchu insta¬ lacji. Mieszanina oleju paliwowego z atmosferycznej kolumny w przewodzie 64 i sredni destylat odzyskiwany z kolumny prózniowej przewodem 70 stanowia wiekszosc oleju opalowego uzyskiwanego w procesie. Produkt 22 ten jest odprowadzany przewodem 72. Strumien w prze¬ wodzie 72 zawiera destylatowy olej opalowy o tempera¬ turze wrzenia 193—454 °C. Jego czesc moze byc zawra¬ cana do zbiornika mieszajacego zawiesine zasilajaca 12 5 przewodem 73 dla regulacji stezenia skladników stalych w zawiesinie zasilajacej i stosunku wegiel /rozpuszczalnik.Strumien powrotny 73 nadaje procesowi eleastycznosc, umozliwiajac zmiane stosunku rozpuszczalnika do zawracanej do obiegu zawiesiny, tak, ze stosunek ten nie jest ostatecznie ustalony w procesie stosunkiem skladników w przewodzie 59. Moze on równiez popra¬ wic pompowalnosc zawiesiny.Wycieki dolowe z kolumny prózniowej, zawierajace calosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla 1 oraz nierozpuszczona substancje organiczna i nieorga¬ niczna, nie zawierajace cieczy destylatowej i gazowych weglowodorów, przekazuje sie przewodem 74 do strefy zgazowania z czesciowym utlenieniem 76. Poniewaz generator zgazowujacy 76 jest dostosowany do przyjmo¬ wania i przetwarzania strumienia zawierajacego zawie¬ sine weglowodorowa, nie jest konieczne stosowanie konwersji weglowodorów miedzy kolumna prózniowa 68 i generatorem zgazowujacym 76, jak koksowanie, które niszczyloby zawiesine i powodowalo koniecznosc po¬ nownego sporzadzania zawiesiny w wodzie. Ilosc wody wymaganej do sporzadzenia zawiesiny koksu jest wie¬ ksza od ilosci wody normalnie wymaganej w generatorze zgazowujacym, tak wiec sprawnosc generatora zostalaby zmniejszona o cieplo tracone na odparowanie nadmiaru wody. Wolny od azotu tlen do generatora 76 jest wy¬ twarzany w tlenowni 78 i przekazywany do generatora przewodem 80. Para wodna do generatora jest doprowa¬ dzana przewodem 82. Calosc mineralnej zawartosci zasilajacego wegla jest odprowadzana z procesu jako obojetny zuzel przewodem 84, od dolu generatora 76.Czesc gazu syntezowego wytworzonego w generatorze 76 przechodzi przewodem 86 dó reaktora konwertujacego 88, w którym nastepuje konswersja pary wodnej i CO do H2 i C02. Po przejsciu przez strefe usuwania kwasnych skladników gazu 89, zatrzymujacej H2S i COa, oczyszczo¬ ny wodór (czystosc 90 do 100%) jest sprezany do cis¬ nienia procesowego, za pomoca sprezarki 90 i przewodem 92 przekazywany jako wodór uzupelniajacy do stref pod¬ grzewania wstepnego 22 i rozpuszczania 26.Jak wyzej wyjasniono, cieplo powstajace w strefie zgazowania 76 nie jest traktowane jako energia zuzytko- wywana w procesie, lecz jako cieplo reakcji potrzebne do wytworzenia gazu syntezowego.Krytyczna cecha wynalazku jest to, ze ilosc gazu synte¬ zowego wytworzonego w generatorze zgazowuJacYm_7^- wystarcza nie tylko na pokrycie zapotrzebowania na. czasteczkowy wodór w procesie, lecz równiez, z pominie¬ ciem stanu metanizacji, 5—100% calosci zapotrzebo¬ wania procesu na cieplo i energie. Ta czesc gazu synte¬ zowego, która nie jest doprowadzana do reaktora kon¬ wertujacego, przewodem 94 dochodzi do jednostki usu¬ wajacej kwasne skladniki gazu 96, gdzie nastepuje usu¬ niecie C02 i H2S. Po usunieciu H2S gaz odpowiada, stawianym paliwom wymaganiom srodowiskowym, na¬ tomiast usuniecie C02 podwyzsza cieplo spalania gazu syntezowego, przy stosowaniu go jako paliwa. Strumien oczyszczonego gazu syntezowego przewodem 98 docho¬ dzi do kotla 100. Kociol 100 jest wyposazony w urza¬ dzenia do spalania gazu syntezowego. Woda do kotla 100 jest doprowadzana przewodem 102 i w kotle przeprowa-124 859 23 dzana w pare, która przewodem 104 dochodzi do procesu jako para energetyczna, sluzaca np. do napedzania ponipy tlokowej 18.Oddzielny strumien gazu syntezowego z usuwajacej kwasy jednostki 96 jest przewodem 106 przekazywany 6 do podgrzewacza wstepnego 82, gdzie jest zuzytkowy¬ wany jako paliwo.Podobnie gaz syntezowy moze byc zuzytkowywany W innym wymagajacym paliwa punkcie procesu. Jezeli gaz syntezowy nie podrywa calosci zapotrzebowania 10 procesu na paliwo, to pozostalosc zapotrzebowania procesu na paliwo i energie moze byc pokrywana z ja¬ kiegokolwiek strumienia niskogatunkowego paliwa, wy¬ tworzonego bezposrednio w strefie uplynniania. Jezeli to jest ekonomiczniejszc) calosc lub ta czesc energii " procesowej, która nie pochodzi z gazu syntezowego, moga byc doprowadzane ze zródel zewnetrznych w sto¬ sunku do procesu) jak z energii elektrycznej.Dodatkowy gaz syntezowy moze byc przekazywany przewodem 112 do reaktora konwertujacego 114, w celu *° podwyzszenia stosunku wodoru do tlenku wegla z war¬ tosci 0,6 do 3. Wzbogacona mieszanina wodoru jest nastepnie przekazywana przewodem 116 do reaktora metanizujacego 116, w celu przetworzenia w gaz sie¬ ciowy, który przewodem 120 jest przekazywany do w mieszania z gazem sieciowym w przewodzie 46. Ilosc gazu sieciowego, w przeliczeniu na cieplo spalania, przechodzaca przewodem 120 jest mniejsza od ilosci gazu syntezowego stosowanego jako paliwo procesowe, przechodzacego przewodami 98 i 106. Jest to warunek 30 uzyskania podwyzszonej sprawnosci cieplnej w procesie Wedlug wynalazku.Czesc strumienia oczyszczonego gazu syntezowego jest przewodem 122 przekazywana do separatora krio¬ genicznego 124, gdzie nastepuje rozdzielenie wodoru 35 i tlenku wegla. Zamiast separatora kriogenicznego mozna zastosowac separator adsorpcyjny. Bogaty w wo¬ dór strumien jest odprowadzany przewodem 126 i moze byc mieszany ze strumieniem wodoru uzupelniajacego w przewodzie 92, przekazywany do strefy uplynniania ** oddzielnie lub sprzedawany jako produkt procesu.Strumien bogaty w tlenek wegla jest odprowadzany przewodem 128 i moze byc mieszany z gazem syntezo¬ wym stosownym jako paliwo procesowe w przewodzie 98 lub w przewodzie 106, sprzedawany hib stosowany 4S niezaleznie jako paliwo procesowe lub surowiec chemi¬ czny.Fig. 2 ukazuje, ze sekcja zgazowywania procesu jest wysoce zintegrowana z aekcja uplynniania. Calosc zasilania sekcji zgazowania (VTB) pochodzi ze strefy M uplynniania, a calosc lub wiekszosc produktów gazowych sekcji zgazowywania Jeat zuzytkowywana w procesie, badz to jako reagent, badz tez jako paliwo.Przyklad I. Surowy wegiel bitumiczny z Ken¬ tucky proszkuje sie, tuszy i miesza z goraca, zawierajaca 5S rozpuszczalnik zawiesina z procesu. Mieszanine wegiel- -obiegowa zawiesina (w zakreiie 1,5—2,5 czesci wago¬ wych zawiesiny na jedna czesc wegla) przepompowuje sie, lacznie z wodorem, przez opalana strefe podgrze¬ wacza wstepnego do strefy rozpuszczania. Stosunek wo¬ doru do wegla wynosi okolo 1,24 m3 na kg.Temperatura reagentów na wylocie z podgrzewacza wstepnego wynosi okolo 371—399 °C. W tym punkcie wegiel jest czesciowo rozpuszczony w obiegowej za- 61 24 uwodorniania i hydrokrakingu. Cieplo tych reakcji w stre¬ fie rozpuszczania dalej podwyzsza temperature reagen¬ tów, do 438—466°C. Szybkosc przebiegu reakcji egzo¬ termicznych jest ograniczana injekcja wodoru w róznych punktach reaktora uplynniania.Wyciek ze strefy uplynniania przechodzi przez uklad rozdzielania, produktu, obejmujacy kolumne atmosfe¬ ryczna i kolumne prózniowa. Pozostalosc 454 °C + z wiezy prózniowej, zawierajaca calosc nieuplynnionej mineralnej pozostalosci oraz calosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla, wolnego od cieklego pro¬ duktu uplynniania wegla i gazowych weglowodorów* jest wprowadzana do zasilanego tlenem generatora zgazo- wujacego» Wytwarzany w generatorze gaz syntezowy o wartosci stosunku H2 do CO okolo 0,6 przechodzi do reaktora konwertujacego, gdzie para wodna i tlenek wegla ulegaja konwersji w wode i dwutlenek wegla. Z ko¬ lei gaz przechodzi przez etap usuwania skladników kwas¬ nych, gdzie zostaje zatrzymany dwutlenek wegla i siar¬ kowodór. Wodór (czystosc 94%) zostaje sprezony i jako wodór uzupelniajacy jest przekazywany do strefpodgrze¬ wania wstepnego i uplynniania.W niniejszym przykladzie ilosc weglowodorowego materialu wprowadzanego do strefy zgazowania wystar¬ cza do wytworzenia gazu syntezowego w ilosci pokrywa¬ jacej zapotrzebowanie procer.u na wodór, wlacznie ze stratami procesowymi, oraz okolo 5% sumarycznego zapotrzebowania na energie, przez bezposrednie spalanie w procesie. Pozostalosc zapotrzebowania procesu na energie pokrywa sie spalaniem lekkich gazowych weglo¬ wodorów lub weglowodorów ciezszych, wytwarzanych w strefie uplynniania oraz energie elektryczna ze zródel zewnetrznych. stonowany jako material zasilajacy bitumiczny we¬ giel z Kentucky ma nastepujacy sklad: % wagowych w przeliczeniu na substancje sucha: wegiel — 71,5 wodór — 5,1 siarka — 3,2 azot — 1,3 tlen — 9,6 popiól — 8,9 wilgoc — — Ponizej zestawiono produkty strefy uplynniania.Z zestawienia wynika, ze strefa uplyniania wytwarza produkty ciekle i gazowe oraz zawierajaca popiól po¬ zostalosc 454 °C+ . Glównym produktem procesu jest bezpopiolowy olej opalowy, zawierajacy 0,3% wagowych siarki, który moze byc zuzytkowywany w eklektrowniack i w instalacjach przemyslowych.Produkty etapu uwodorniania (reaktor uplynniania).Wydajnosc w % wagowych: gazyCi—C4 — 16,2 weglowodory Cs do wrzacych w 193°C — 11,6 destylatowy olej opalowy (193—454°C) — 31,6 staly produkt uplynniania wegla 454 °C + — 17,7 nieuplynniony material organiczny — 5,4 material nieorganiczny — 5,3 H,S — 2,1 CO +CO, — l,9t H,0 —. 7,8 NH3 — 0,9 wiesinic i rozpoczynaja sie egzotermiczne reakcje 65 suma zuzycie wodoru, % wagowych 104,5 - 4,*124 859 25 26 Produkty pozostale do sprzedazy po pokryciu zapo¬ trzebowania instalacji na paliwo: wegiel zasilajacy (w przeliczeniu — 27,2 x 106 kg/doba na substancje sucha) gazsieciowy — °66 x 106 m3/doba LPCj — 2 563 m3/doba weglowodory frakcji naftowej — 2 874 m3/doba destylowany olej opalowy — 6 497 m3/doba Bilans energii wprowadzonej, energii uzyskanej i sprawnosc cieplna polaczonego procesu przedstawiaja sie nastepujaco: Energia wprowadzona wegiel (27,2 x 106 kg/doba) energia elektryczna (132 megawa¬ ty)* kj X 106/doba — 193 410x4,18 — 7 900x4,18 suma nergia uzyskana gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy 201310x4,18 — 7 688x4,18 — 21431x4,18 — 32 773x4,18 — 82 926x4,18 suma 144 818x4,18 Sprawnosc cieplna,% — 71,9 Niniejszy przyklad wykazuje, ze przy prowadzeniu polaczonego procesu uplynniania-zgazowywania w taki sposób, ze ilosc materialu weglowodorowego przekazy¬ wanego ze strefy uplynniania do strefy zgazowania wystarcza do wytworzenia w generatorze zgazowujacym gazu syntezowego w ilosci pokrywajacej zapotrzebowanie procesu na wodór i pokrycie sumarycznego zapotrzebo¬ wania procesu na energie jedynie w 5% sprawnosc cieplna polaczonego procesu wynosi 71,9%.Przyklad II. Polaczony proces uplynniania-zga¬ zowywania prowadzi sie podobnie jak w przykladzie I, stosujac jako zasilanie ten sam bitumiczny wegiel z Kentucky, z tym, ze weglowodorowy material jest przekazywany ze strefy uplynniania do strefy zgazowania w ilosci umozliwiajacej wytworzenie w strefie zgazowa¬ nia gazu syntezowego pokrywajacego w calosci zapo¬ trzebowanie procesu na wodór oraz w okolo 70% sume zapotrzebowania procesu na energie, przez bezposrednie spalanie tego gazu w procesie.Produkty strefy uplynniania. Wydajnosc w % wago¬ wych : gazyCx—C4 — 12,8 weglowodory C5 do wrzacych w 193°C — 9,9 destylatowy olej opalowy (193—454°C) — 28,8 staly produkt uplynniania wegla 454 °C+ — 25,3 nieuplynniony materialorganiczny — 5,5 material nieorganiczny — 9,3 H2S — 2,0 CO+C02 — 1,8 H20 — 7,7 NH3 — 0,7 suma 103,8 zuzycie wodoru, % wagowych — 3,8 Produkty pozostale do sprzedazy po pokryciu zapo¬ trzebowania instalacji na paliwo: wegiel zasilajacy (w przeli¬ czeniu na substancje sucha) — 27*2 X 106 kg/doba gazsieciowy — 2,16 x 106 kg/doba 10 15 20 25 30 40 50 55 60 LPG — 2 026 m3/doba weglowodory frakcji naftowej — 2 874 m3/doba destylatowy olej opalowy — 5 921 m3/doba Bilans energii wprowadzonej, energii uzyskanej i sprawnosc cieplna polaczonego procesu przedsta¬ wiaja sie nastepujaco: Energia wprowadzona wegiel (27,2 X 106 kg/doba) energia elektryczna (132 megawaty) kj x 10*/doba — 193 410x4,18 — 7 900x4,18 suma Energia uzyskana gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy 201 310 X 4,18 25 364x4,18 16 933x4,18 27 970x4,18 75 579x4,18 *) przy zalozeniu sprawnosci cieplnej elektrowni 34% 65 suma 145 846x4,18 Sprawnosc cieplna,% — 72,4 Uzyskana w przykladzie II sprawnosc cieplna 72,4% jest wyzsza od uzystytnej w przykladzieI (71,9%) o 0,5% (w obu przykladach jako zasilanie stosowano ten sam wegiel bitumiczny z Kentucky). Wyzsza sprawnosc cieplna jest wynikiem zwiekszonej produkcji gazu syn¬ tezowego w generatorze zgazowujacym, która w przykla¬ dzie I pokrywala calosc zapotrzebowania procesu na wodór i 5 % zapotrzebowania procesu na energie, a w przykladzie II calosc zapotrzebowania na wodór i 70% zapotrzebowania na energie.Przyklad III. Polaczony proces uplynniania-zga¬ zowywania prowadzi sie podobnie jak w przykladzie II i stosujac zasilanie z tym samym weglem bitumicznym z Kentucky, z tym, ze calosc nadmiaru gazu syntezowego po pokryciu zapotrzebowania procesu na wodór, jest metanizowana na sprzedaz. Calosc zapotrzebowania procesu na paliwo jest pokrywana gazami Ct—Cj wy¬ tworzonymi w etapie uplynniania.Produkty strefy uplynniania. Wydajnosc w % wago¬ wych: gazyCj—C4 — 12,8 weglowodory C5 do wrzacych w 193°C — 9,9 destylatowy olej opalowy (193—454°C) — 28,8 staly produkt uplynniania wegla 454°C + — 25,3 nieuplynniony material organiczny — 5,5 materialnieorganiczny — 9,3 H2S — 2,0 CO +C02 — - 1,8 H20 — 7,7 NH4 — 0,7 suma 103,8 zuzycie wodoru, % wagowych '— 3,8 Produkty pozostale do sprzedazy po pokryciu zapotrze¬ bowania instalacji na paliwo: wegiel zasilajacy (w przeli¬ czeniu na substancje sucha) — 27,2 X 10* kg/doba gaz sieciowy — 2,21 x 106 m3/doba LPG — 2 026 m3/doba weglowodory frakcji nafto¬ wej — 2 453 m3/doba destylatowy olej opalowy — 5 921 m3/doba Bilans energii wprowadzonej, energiiuzyskanej i spraw- wnosc cieplna procesu przedstawiaja sie nastepujaco: Energia wprowadzona kj x 10*/doba wegiel (27,2 x 106 kg/doba) — 193 410 X 4,1827 energia elektryczna (132 mega¬ waty) — 7 900x4,18 cuma Energia uzyskana gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy 201 310x4,18 — 20 368x4,18 — 16 933x4,18 — 27 970x4,18 — 75 579x4,18 124 859 28 Bilans energii wprowadzonej, energii uzyskanej i sprawnosc cieplna polaczonego procesu przedstawiaja sie nastepujaco: Energia wprowadzona kj xlO6/doba wegiel (27,2 x 106 kg/doba) — 183 525 x 4,18 energia elektryczna (132 mega¬ waty) suma 140 850x4,18 Sprawnosc cieplna,% — 70,0 Podczas gdy w przykladach I i II, w których gaz syn¬ tezowy wytwarzano w ilosci przekraczajacej zapotrzebo¬ wanie procesu na wodór, a jego nadmiar stosowano bez¬ posrednio jako paliwo w procesie, uzyskano sprawnosc cieplna 71,9 i 72,4%, w przykladzie III sprawnosc cieplna wynosi jedynie 70,0%, co wykazuje, ze uwodor¬ nianie nadmiaru gazu syntezowego do paliwa sprzedaz¬ nego, zamiast spalania tego nadmiaru bezposrednio w instalacji, niekorzystnie wplywa na sprawnosc cieplna.Przyklad IV. Polaczony proces uplynniania-zga- zowywania prowadzi sie podobnie jak w przykladzie I, z tym, ze jako zasilanie stosuje sie wegiel bitumiczny z pokladu West Yirginia Pittsburgh. Ilosc materialu weglowodorowego przekazywanego ze strefy uplynniania do strefy zgazowania wystarcza do wytworzenia w stre¬ fie zgazowania gazu syntezowego w ilosci pokrywajacej calosc zapotrzebowania procesu na wodór, wlaczajac w to straty procesowe, oraz okolo 5% sumarycznego zapotrzebowania procesu na energie, przez bezposrednie spalanie w procesie.Sklad wegla z pokladu West VirginLa Pittsburgh X% wagowych), w przeliczeniu na substancje sucha: wegiel — 64,4 wodór — 4,6 siarka — 4,2 azot — 1,2 tlen — 7,5 popiól — 15,1 Produkty strefy uplynniania, wydajnosc w % wago¬ wych wegla suchego: gazyCi—C4 — 17,5 weglowodory C5 do wrzacych w 193°G — 10,6 destylatowy olej opalowy (193—454°C) — 26,3 staly produkt uplynniania wegla 454 °C + — 18,0 nieuplynniony material organiczny — 6,8 materialnieorganiczny — 15,1 HaS — 3,0 CO+C02 — 1,2 H20 — 5,7 NH3 — 0,5 10 15 20 25 30 35 suma Energia uzyskana gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy — 7 900 x 4,18 191425x4,18 — 8 611x4,18 — 23 145x4,18 — 29 948x4,18 — 69 018x4,18 40 45 50 suma zuzycie wodoru, % wagowych 104,7 4,7 55 Produkty pozostale do sprzedazy po pokryciu zapo¬ trzebowania instalacji na paliwo wegiel zasilajacy ( w px liczeniu ne substancje sucha) gaz skcuwy LPG weglowodory frakcji naftowej suma 130 722x4,18 sprawnosc cieplna,% — 68,3 Przyklad V. Polaczony proces uplynniania-zgazo- wywania prowadzi sie podobnie jak w przykladzie IV stosujac ten sam wegiel bitumiczny z pokladu West Virginia Pittsburgh, z tym, ze ilosc weglowodorowego materialu przekazywanego ze strefy uplynniania do strefy zgazowania jest wystarczajaca do wytworzenia gazu syntezowego w ilosci pokrywajacej calosc zapotrze¬ bowania procesu na wodór oraz okolo 37% zapotrzebo¬ wania procesu na energie, przez bezposrednie spalanie w procesie. , Produkty strefy uplynniania. Wydajnosc w % wago¬ wych suchego wegla: gazy A—G4 — 16,0 weglowodory Cf do wrzacych w 193°G — 8,8 destylatowy olej opalowy (193—454°G) — 25,1 staly produkt uplynniania wegla 454 °G + — 21,7 nieuplynniony materialorganiczny — 6,5 materialnieorganiczny — 15,1 H2S ."' — 2,9 CO +G02 — 1,3 H20 — 5,4 NH3 — 0,4 suma 104,2 zuzycie wodoru, % wagowych — 4,2.Produkty pozostale do sprzedazy po pokryciu zapo¬ trzebowania instalacji na paliwo: wegiel zasilajacy (w prze¬ liczeniu na substancje sucha) gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy Bilans energii wprowadzonej, energii uzyskanej i sprawnosc cieplna polaczonego procesu przedstawiaja sie nastepujaco: Energia wprowadzona wegiel (27,2 x 10* kg/doba) energia elektryczna (132 mega¬ waty) —i 7 900x4,18 — 27,2 X 10' kg/doba — 1,83 xl06 m3/doba — 2 200 ni3/doba — 2 428 m3/doba — 5 160 m3/doba kj x 10 183 525x4,18 u. — 27,2 x 106 kg/doba — 0,74 xl06 m3/doba — 2 769 m3/doba suma Energia uzyskana 60 gaz sieciowy LPG weglowodory frakcji naftowej destylatowy olej opalowy 191425x4,18 — 21319x4,18 — 18 391x4,18 — 27688x4,18 — 65 869x4,18 — 2 626 destylatowy olej opalowy — 5 407 m3/doba m3/doba suma 65 Sprawnosc cieplna, % 133 267x4,18 — 69,6124 859 29 Sprawnosc cieplna uzyskana w przykladzie V jest o 1,3% wyzsza od sprawnosci z przykladu IV, przy zasi¬ laniu instalacji tym samym weglem. Wyzsza sprawnosc cieplna w przykladzie V jest wynikiem doprowadzania do generatora zgazowujacego rozpuszczonego wegla 454 °C+ w ilosci pokrywajacej calosc zapotrzebowania procesu na wodór oraz 37% zapotrzebowania procesu na energie, przez bezposrednie spalanie gazu syntezowe¬ go, a nie w ilosci pokrywajacej zapotrzebowanie pro¬ cesu na wodór oraz jedynie 5% zapotrzebowania na energie.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób lacznego uplynniania i zgazowywania wegla, polegajacy na wprowadzaniu zawierajacego substancje mineralna wsadu bitumicznego wegla, wodoru, obiego¬ wego cieklego rozpuszczalnika, obiegowego normalnie stalego produktu uplynniania wegla i obiegowej mi¬ neralnej pozostalosci do strefy uplynniania w celu uplynniania materialu weglowodorowego z pozostawie¬ niem mineralnej pozostalosci i hydrokrakowaniu mate¬ rialu weglowodorowego, z wytworzeniem mieszaniny gazowych weglowodorów, cieklego produktu uplynniania wegla, normalnie stalego produktu uplynniania wegla i zawiesiny mineralnej pozostalosci, przy czym produkt strefy uplynniania rozdziela sie na ciekly destylat i gazo¬ we weglowodory oraz zawiesine zawierajaca normalnie staly produkt uplynniania wegla, rozpuszczalnik i nie¬ organiczna pozostalosc, a czesc zawiesiny zawraca do strefy uplynniania i pozostalosc wprowadza do urzadzen destylacyjnych obejmujacych prózniowa kolumne des¬ tylacyjna w celu rozdestylowania, zas zawiesine dolowa z kolumny destylacyjnej zawierajaca zasadniczo calosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla 454°C + i mineralna pozostalosc ze strefy uplynniania, zasadniczo nie zawierajaca normalnie cieklego produktu uplynniania wegla i gazowych weglowodorów, przekazuje do strefy zgazowania jako jedyne weglowodorowe zasilanie tej strefy obejmujacej strefe utleniania, w której nastepuje konwersja weglowodorowego materialu w gaz syntezo¬ wy, przy czym czesc gazu syntezowego poddaje sie kon¬ wersji z wytworzeniem strumienia wzbogaconego w wo¬ dór, kierowanego do strefy uplynniania dla pokrycia za¬ potrzebowania tej strefy na wodór, znamienny tym, ze zawarty w zawiesinie normalnie staly produktuplynnia¬ nia wegla 454°C+ stosuje sie w ilosci przekraczajacej ilosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla potrzebna do pokrycia zapotrzebowania na wodór w strefie uplynniania, przy czym ilosc ta okreslona jest wzorem R = 13 + (8 — O) —3 (Fe — 1,5), w którym Fe = % wagowych zelaza w suchym wsadzie weglowym, O = % wagowych tlenu w suchym wsadzie weglowym, a R = zakres wydajnosci produktu uplynniania wegla 454 °C + powyzej koniecznej do pokrycia zapotrzebo¬ wania procesu na wodór w % wagowych w przeliczeniu na suchy wsad weglowy, zas nadmiar gazu syntezowego spala sie jako paliwo w procesie. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ^ mineralna pozostalosc usuwa sie jako zuzel ze strefy zgazowania. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces w strefie zgazowania prowadzi sie w maksymalnej temperaturze 1204—1982°G. 65 30 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze prcces w strefie zgazowania prowadzi sie w maksymal¬ nej temperaturze 1371—1982°C. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 5 czesc gazu syntezowego konwertuje sie w inne paliwa. 6. Sposób lacznego uplynniania i zgazowywania wegla polegajacy na wprowadzaniu zawierajacego substancje mineralna wsadu subbitumicznego lub lignitowego wegla, wodoru, obiegowego cieklego rozpuszczalnika, 10 obiegowego normalnie stalego produktu uplynniania wegla i obiegowej mineralnej pozostalosci do strefy uplynniania w celu uplynniania materialu weglowodoro¬ wego z pozostawieniem mineralnej pozostalosci i hydro¬ krakowaniu materialu weglowodorowego, z wytworze- 15 niem mieszaniny gazowych weglowodorów, cieklego produktu uplynniania wegla, normalnie stalego pro¬ duktu uplynniania wegla i zawiesiny mineralnej po¬ zostalosci, przy czym produkt strefy uplynniania roz¬ dziela sie na ciekly destylat i gazowe weglowodory oraz 20 zawiesine zawierajaca normalnie staly produkt uplynnia¬ nia wegla, rozpuszczalnik i nieorganiczna pozostalosc, a czesc zawiesiny zawraca do strefy uplynniania i po¬ zostalosc wprowadza do urzadzen destylacyjnych obej¬ mujacych prózniowa kolumne destylacyjna w celu 25 rozdestylowania, zas zawiesine dolowa z kolumny desty¬ lacyjnej zawierajaca zasadniczo calosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla 454°C+ i mineralna po¬ zostalosc ze strefy uplynniania, zasadniczo nie zawieraja¬ ca normalnie cieklego produktu uplynniania wegla i gazowych weglowodorów przekazuje do strefy zgazo¬ wania jako jedyne weglowodorowe zasilanie tej strefy obejmujacej strefe utleniania, w której nastepuje kon¬ wersja weglowodorowego materialu w gaz syntezowy, przy czym czesc gazu syntezowego poddaje sie kon- werr.ji z wytworzeniem strumienia wzbogaconego w wo¬ dór kierowanego do strefy uplynniania dla pokrycia zapotrzebowania tej strefy na wodór, znamienny tym, ze zawarty w zawiesinie normalnie staly produkt uplyn¬ niania wegla 454 °G+ stosuje sie w ilosci przekraczajacej ilosc normalnie stalego produktu uplynniania wegla po¬ trzebna do pokrycia zapotrzebowania na wodór w stre¬ fie uplynniania, przy czym ilosc ta okreslona jest wzo¬ rem R = 13 + (18 — O) — 3 (Fe — 0,5), w którym Fe = % wagowych zelaza w suchym wsadzie weglowym, O = % wagowych tlenu w suchym wsadzie weglowym, a R = zakres wydajnosci pioduktu uplynniania wegla 454°C+ powyzej koniecznej do pokrycia zapotrzebo¬ wania procesu na wodór w % wagowych w przeliczeniu na suchy wsad weglowy, zas nadmiar gazu syntezowego spala sie jako paliwo w procesie. 7. Sposób wedlug zar.trz. 6, znamienny tym, ze mineralna pozostalosc oddziela sie od normalnie stalego produktu uplynniania wegla. 8. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze proces w strefie zgazowania prowadzi sie w maksymalnej temperaturze 1204—1982°C. 9. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze proces w strefie zgazowania prowadzi sie w maksymalnej temperaturze 1371—1982 °C. 10. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze stosuje sie sumaryczna wydajnosc koksu w strefie uplyn¬ niania ponizej 1 % wagowego w odniesieniu do wegla zasilajacego. 11. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze czesc gazu syntezowego konwertuje sie w inne paliwa.124 859 FIG 1 70 L Sprawnosc cieplna 65 60 55 I Wydajnoscproce I su uplynniania bez| I obiegu mineralnej I pozostalosci Obieg mineralnej pozostalosci E. (Bilans procesowywodoru) U (Bilans chemicznywodoru) 60 50 40 30 2C 10 Wydajnosc wegla rozpuszczonego w A5480» % wagowych wegla suchego FIG 2 zbiornik mieszajqcy mieszanke r oczyszczony LDD Z-d 2, z. 611/: Cej , n. 80+20 egz. PL