Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia weglika wapnia.Wytwarzanie weglika wapnia przez reakcje nadmiaru koksu z wapnem palonym w obecnosci tlenu w piecu tleno-termicznym, zwanym równiez 5 piecem karbotermicznym, jest znane np. z Che- mie-Ingenieur-Technik28, 1956, 4-5.Sposób ma te wade, ze energia do wytwarzania tlenu z powietrza, jesli nie ma do dyspozycji ener¬ gii wodnej, musi byc pokryta przez wstepne pod- io laczenie obiegu pary opartego na skraplaniu albo tez obiegu gazowego. Mozna przy tym jednak juz teoretycznie osiagnac tylko wspólczynnik spraw¬ nosci najwyzej 45%.Uzyskiwane zwykle wspólczynniki sprawnosci wy- 15 nosza 30-38%.Opis patentowy RFN nr 2925897 opisuje juz sposób otrzymywania weglika wapnia przez reak¬ cje koksu z wapnem w obecnosci tlenu w piecu) tleno-termicznym, przy czym wegiel koksuje sie w piecu trzonowym przy temperaturze gazu odlo¬ towego wynoszacej co najmniej 750° C, otrzymany w ten sposób koks o wystepujacej jeszcze w jego wnetrzu temperaturze powyzej 500° C doprowadza sie bezposrednio do procesu pieca tleno-termicz- nego i w piecu tleno-termicznym z dodatkiem wapna i tlenu otrzymuje sie weglik wapnia. Moz¬ na przy tym wykorzystac cieplo odlotowe pieca trzonowego i pieca tleno-termicznego do wytwa¬ rzania pary, która ze swej strony moze byc uzyta 30 20 25 do otrzymywania tlenu i suszenia wstepnego weg¬ la stosowanego w piecu trzonowym. Przez pola¬ czenie przedstawionych etapów procesu mozna by¬ lo zwiekszyc wspólczynnik sprawnosci do okolo 80%. Potrzebna energie uzyskuje sie przy tym przez zastosowanie tak zwanego procesu „przeciw- cisnieniowego", to znaczy uruchamia sie za po¬ moca wytworzonej przegrzanej pary wysokoprez¬ nej turbine, na której „stronie przeciwnej" wyp¬ lywa goraca para niskoprezna, która stosuje sie do wstepnego suszenia wegla i do innych celów.Podawanie goracego koksu do pieca tleno-ter¬ micznego wedlug opisu patntowego RFN nr 2925897 prowadzi do oszzczednosci ciepla potrzebnego do podgrzania koksu do temperatury podawania.W opisie patentowym RFN nr 2925897 opisano juz równiez, ze goracy koks z pieca trzonowego mozna zmieszac z wapnem palonym i dopiero mieszanine doprowadzic do naczynia reakcyjnego pieca tleno-termicznego, przy czym do goracego koksu doprowadza sie tyle wapna palonego do je¬ go wstepnego ogrzewania, ze temperatura miesza¬ niny wapna i koksu przed wejsciem do naczynia reakcyjnego wynosi okolo 600°C albo ponizej.Przy wytwarzaniu karbidu potrzebne wapno do¬ prowadza sie do pieców w postaci tlenku wapnia, który otrzymuje sie w innym miejscu albo przez prazenie (dekarbonizacje) wapienia albo przez od¬ wodnienie otrzymanego przy zgazowaniu karbidu (wodorotlenku) wapnia, W przypadku odwodnienia 127 216127 216 mozna zbudowac obieg wapnia (tak zwane „wapno powrotne").Obecnie celem wynalazku jest zwiekszenie wspólczynnika sprawnosci procesu dalej do 85-90%, przy czym do sposobu wytwarzania karbidu wla¬ cza sie razem energetycznie nie tylko, jak w spo¬ sobie wedlug opisu patentowego RFN nr 2925897, wytwarzanie koksu z wegla, np. wegla brunatnego o wilgoci kopalnianej, i ewentualnie ogrzewanie wstepne wapna palonego, z wapienia albo wodo¬ rotlenku wapnia. Sposób wedlug wynalazku mozna przeprowadzic dzieki temu, ze równiez w sposobie wedlu^^g^ RFN nr 2925897 po¬ zostaje jeszcze* nadniiar fenergii, który jest zalez¬ ny od uzytego rodzaju Wegla i w samym sposobie nie moze*byfr juz ,/wykorfcystany, lecz tylko jeszcze w turbinach kondensacyjnych o wspólczynniku sprawnosci okolo~35%. Ten nadmiar energii mozna teraz zastosowac wedlug wynalazku do dekarbo¬ nizacji albo odwodnienia nosnika wapnia do CaO, do czego nie potrzeba stosowac albo uruchamiac zadnych dodatkowych urzadzen, poniewac kokso¬ wanie nosnika wegla jak równiez odwodnienie (de- karbonizowanie, kalcynowanie) nosnika wapnia nastepuja równoczesnie w tych samych urzadze¬ niach. Bezposrednie -polaczenie kalcynatora (urza¬ dzenia do koksowania), (piec trzonowy) do pieca karbidowego zapobiega przy tym rehydratyzacji CaO.Nadwyzka energii wedlug opisu patentowego RFN nr 2925897 i w sposobie wedlug wynalazku pochodzi stad, ze z jednej strony przy koksowa¬ niu i kalcynowaniu z doplywem powietrza spalaja sie skladniki lotne wegla, np. weglowodory, a z drugiej strony w piecu tleno-termicznym z doply¬ wem czystego tlenu spala sie czesc koksu, przy czym wyzwalaja sie duze ilosci energii, które na¬ lezy wykorzystac mozliwie calkowicie i z wyso¬ kim wspólczynnikiem sprawnosci.Wszczególnosci wynalazek dotyczy teraz sposobu wytwarzania weglika wapnia przez reakcje nad¬ miaru koksu z wapnem palonym w obecnosci tle¬ nu w piecu tleno-termicznym, który polega na tym, ze miesza sie wegiel jako material wyjsciowy dla koksu i Ca(OH)a albo wapien jako materia- wyjsciowy dla wapna palonego, obydwa w posta¬ ci wstepnie rozdrobnionej, mieszanine uwalnia sie w strefie suszenia w temperaturze 80-120° C od przylegajacej wody i cieply wysuszony material doprowadza sie bezposrednio do kalcynatora, gdzie przy doprowadzaniu powietrza w tempera¬ turze 900-1400° C koksuje sie skladnik wegla i jed¬ noczesnie odwadnia lub dekarbonizuje skladnik wapna, i ze wstepnie obrobiona termicznie mie¬ szanine materialów wyjsciowych o wystepujacej w ich wnetrzu temperaturze 900-1000° C, dopro¬ wadza sie bezposrednio do pieca tleno-termiczne¬ go i tam w obecnosci tlenu przereagowuje z ut-i worzeniem weglika wapnia.Sposób wedlug wynalazku moze ponadto ko¬ rzystnie i do wyboru polegac na tym, ze a) jako kalcynator stosuje sie piec trzonowy, b) jako wegiel stosuje sie wegiel brunatny, c) wegiel brunatny o zawartosci wilgoci kopal¬ nianej przed zmieszaniem z wapnem rozdrabnia sie do wielkosci ziarna 0-10 mm, d) wodorotlenek wapnia albo wapien stosuje sie w wielkosci ziarna 0-10 mm, e) cieplo odlotowe kalcynatora, korzystnie pie- 5 ca trzonowego, stosuje sie do wytwarzania prze¬ grzanej pary wysokopreznej z wody do zasilania kotla, f) za pomoca przegrzanej pary wysokopreznej uruchamia sie turbine, która stosuje sie zarówno io do rozkladu w niskiej temperaturze powietrza w celu uzyskania tlenu potrzebnego do eksploatacji pieca tleno-termicznego, jak równiez do wytwa¬ rzania pradu, przy czym po stronie przeciwnej turbiny wystepuje goraca para niskoprezna, która 15 przynajmniej czesciowo doprowadza sie do strefy suszenia w celu wysuszenia zmieszanych mate¬ rialów wyjsciowych, g) otrzymany w strefie suszenia kondensat od¬ ciaga sie, ogrzewa wstepnie za pomoca gazów od- 20 lotowych pieca tleno-termicznego i stosuje jako wode do zasilania kotla do wytwarzania prze¬ grzanej pary wysokopreznej za pomoca ciepla od¬ lotowego kalcynatora, h) wodorotlenek wapnia otrzymany w reakcji 25 karbidu z woda z utworzeniem acetylenu stosuje sie jako material wyjsciowy dla wapna palonego, ewentualnie po brykietowaniu, zwraca do procesu wytwarzania karbidu i miesza z rozdrobnionym wstepnie weglem jeszcze przed wejsciem do stre- ao fy suszenia.Sposób wedlug wynalazku wyjasniono ponizej za pomoca zalaczonego schematu procesu techno¬ logicznego w warunkach brzegowych specyficz¬ nych dla wegla brunatnego, przy czym nie jest on 35 w szczególnosci ograniczony do przedstawionej i opisanej kombinacji gazowej.Wegiel surowy z zawartoscia wilgoci kopalnia¬ nej, rozdrabnia sie w strefie mokrej 1 przez zmie¬ lenie i przesiewanie albo sortowanie powietrzne 40 do wielkosci ziarna odpowiedniej do suszenia wy¬ noszacej np. 0-10 mm. Nastepnie doprowadza sie przez przewód transportowy 4 nosnik wapnia, ewentualnie po zbryleniu w urzadzeniu do bry¬ kietowania 3, np. do uziarnienia równiez 0-10 mm, 45 laczy sie z nosnikiem wegla w przewodzie trans¬ portowym 2 i mieszanine doprowadza sie do stre¬ fy suszenia 5. Tam suszy sie nosnik wegla przez ogrzewanie mieszaniny do temperatury, np. 100°C do zawartosci okolo 14% wilgoci resztkowej. Jed- 50 noczesnie z nosnika wapnia odciaga sie ewentu¬ alna wilgoc resztkowa.Potrzebne do tego cieplo pobiera sie z pary niskopreznej z turbiny prze- ciwcisnieniowej 6. Powstajace przy suszeniu opary odprowadza sie przez przewód 7. Otrzymany kon- 55 densat pary odprowadza sie przez przewód 8, pod¬ daje dzialaniu wysokiego cisnienia za pomoca pompy 24, ogrzewa wstepnie w wymienniku ciep¬ la 9 i doprowadza do kotla na cieplo odpadko¬ we 10. Wysuszone nosniki wegla i wapnia mozna 60 równiez wspólnie rozdrobnic i uformowac w urza¬ dzeniu do brykietowania 3, przy czym w przy¬ padku wegla brunatnego mozna wykorzystac jego zdolnosc do brykietowania bez lepiszcza. W przy¬ padku wspólnego brykietowania odpada wymie¬ nione przedtem brykietowanie nosnika Ca. Ogrza-127 216 na wstepnie i wysuszona mieszanine nosnika weg¬ la i wapnia doprowadza sie w stanie cieplym do kalcynatora 11, korzystnie do pieca trzonowego, lecz równiez pieca komorowego, pieca obrotowego rurowego albo pieca z gazem pluczacym.Przy zastosowaniu pieca trzonowego doprowa¬ dza sie do niego od góry przez przewód 12 gora¬ ce powietrze, które powoduje odgazowanie wegla (koksowanie) i odszczepianie wody z wodorotlen¬ ku wapnia (kalcynowanie). Lotne produkty ubocz¬ ne wegla spalaja sie przy tym i wywiazuja tego rodzaju cieplo, ze doplywajace zimne powietrze natychmiast sie ogrzewa. W ten sposób podgrze¬ wa sie równiez mieszanine wegla (wodorotlenku wapnia), przy czym wspólczynnik sprawnosci prze¬ noszenia ciepla jest wysoki. Od temperatury okolo 300° C zaczyna sie odgazowanie wegla, które po¬ stepuje do okolo 900°C. Wodzian wapnia zaczyna dehydratyzowac od temperatury okolo 450° C, przy czym tlenek wapnia ogrzewa sie dalej do temperatury okolo 900° C. Opuszczajace piec trzo¬ nowy 11 gorace gazy odlotowe o temperaturze okolo 1100-1400°C, które skladaja sie glównie z azotu, dwutlenku wegla i pary wodnej, mozna wy¬ korzystac w kotle na cieplo odpadkowe jako os¬ rodek przenoszenia ciepla.W przypadku mieszanin wegiel/wapien procesy ' termiczne dla wegla zachodza w taki sam sposób.Kalcynator lub piec trzonowy 11 wyklada sie jednak dla temperatury okolo 1000°C. Przemiana CaC03 do CaO zachodzi w temperaturze 900- -1000°C.Cieplo odlotowe z kalcynatora 11 stosuje sie w kotle na cieplo odpadowe 10 do wytwarzania przegrzanej pary wysokopreznej, która otrzymuje sie z wody zasilajacej doprowadzanej przez prze¬ wód 8, która przeplywa przez kociol na cieplo odpadowe 10 w wezownicy grzejnej i zostaje przy tym podgrzana posrednio przez gorace gazy odlo¬ towe. Oziebione gazy odlotowe opuszczaja kociol na cieplo odpadowe przez przewód 25. Przegrzana para wysokoprezna pod cisnieniem, np. 90 barów przechodzi przez przewód 13 do turbiny przeciw- cishieniowej 6 i stamtad jako goraca para nisko- prezna pod cisnieniem, np. 5 barów zawraca przy¬ najmniej czesciowo do strefy suszenia 5. Reszte pary niskopreznej przez przewód 14 doprowadza sie do turbiny kondensacyjnej i tam z niewielkim wspólczynnikiem sprawnosci przeprowadza sie w energie elektryczna albo wykorzystuje bezposred¬ nio do celów grzejnych. Odpowiednia ilosc wody zasilajacej doprowadza sie ponownie do ukladu przez przewód 23 do przewodu 8.Uzyskana w turbinie 6 energie mechaniczna przeksztalca sie czesciowo w generatorze 15 w energie elektryczna i czesciowo do uruchomienia rozkladu w niskiej temperaturze 16 powietrza w celu uzyskania tlenu.Odciagana z kalcynatora 11 z temperatura 900- -1000°C mieszanine C/CaO doprowadza sie bezpo¬ srednio do tleno-termicznego pieca karbidowego 17. Oprócz tego przez przewód 18 wdmuchuje sie tlen z rozkladu w niskiej temperaturze 16, który powoduje spalenie nadmiaru koksu, przez co uzys¬ kuje sie energie dla reakcji endotermicznej 6 462 kilo-dzuli + CaO+3C 1600°C CaC2+CO.Gaz odlotowy, glównie CO, odpyla sie w cyklonie 5 goracym 19 i przez przewód 20 doprowadza sie do wymiennika ciepla 9 do ogrzania wody do za¬ silania kotla. Po czesciowym oziebieniu mozna poddac gaz konwersji na gaz syntezowy albo za¬ stosowac do celów grzejnych. Jesli otrzymany w 10 piecu 17 weglik wapnia nie jest stosowany do in¬ nych celów, mozna go doprowadzic do zgazowania karbidu 21 z uzyskaniem acetylenu. Otrzymany przy tym wodorotlenek wapnia (wapno zwrotne) mozna ponownie mieszac z weglem surowym w , 15 obiegu przez przewód transportowy 4. Jesli nie dysponuje sie wapnem zwrotnym albo jako ma¬ terial wyjsciowy ma byc stosowany wapien, to zadany nosnik wapnia doprowadza sie kazdorazo¬ wa swiezy przez przewody transportowe 22 i 4 do 20 ukladu.Przyklad I. 136,54 t/h surowego wegla bru¬ natnego (zawartosc wody 60% wagowych) poddaje sie zmieleniu w strefie mokrej 1 do wielkosci ziarna 0-10 mm, miesza z 19,9 t/h wodorotlenku 25 wapnia (wielkosc ziarna 0-10 mm, 2% wagowe wil¬ goci resztkowej) i mieszanine suszy sie w strefie suszenia 5 do 63,75 t/h wegla suchego (zawartosc wody 14% wagowych) i 19,5 t/h wodorotlenku wapnia. Na to zasila sie strefe suszenia 108,6 t/h 30 pary niskopreznej o cisnieniu 5 barów i tempera¬ turze 180°C, podczas gdy 73,19 t/h oparów i 108,6 t/h kondensatu odplywa ze strefy suszenia 5. Do kondensatu w przewodzie 8 dodaje sie przez prze¬ wód 23 71,4 t/h wody zasilajacej, mieszanine 35 (180 t/h) doprowadza sie za pomoca pompy 24 do cisnienia 90 barów, ogrzewa wstepnie w wymien¬ niku ciepla 9 do temperatury 177°C i prowadzi przez wezownice grzejna w kotle na cieplo od¬ padkowe 10. 40 Mieszanine wegla suchego i wodorotlenku wap¬ nia w piecu trzonowym 11 ze 122.130 m8/h po¬ wietrza (przy 1,013 barów i 273,15 K) koksuje sie lub kalcynuje, przy czym powstaje mieszanina zlozona z 23,51 t/h koksu i 14,74 t/h CaO i dopro- 45 wadza do tleno-termicznego pieca karbidowego 17.Przy wdmuchiwaniu 13,789 m8/h (przy 1,013 bara i 273,15 K) tlenu (98%) powstaje tam 12,82 t/h( weglika wapnia (normalny karbid o zawartosci 80% wagowych CaCi) oraz 37,069 m«/h (przy 1,013 50 bara i 273,15 K) gazu odlotowego o temperaturze 600°C. Z gazu odlotowego oddziela sie w goracym cyklonie 19 4,16 t/h pylu i zawraca do procesu.Po przeplynieciu przez wymiennik ciepla 9 gaz od¬ lotowy ma jeszcze temperature 200°C. Karbid zga- 55 zowuje sie w procesie zgazowania karbidu 21 za pomoca wody do 3.846 m*/h acetylenu (przy 1,013 bara i 273,15 K), przy czym otrzymuje sie 19,9 t/h wapna zwrotnego o zawartosci 2% wagowych wil¬ goci resztkowej, które prowadzi sie w obiegu przez eo przewód transportowy 4 w celu zmieszania z roz¬ drobnionym weglem surowym.Gorace gazy odlotowe z pieca trzonowego 11 ogrze¬ waja przeplywajaca przez wezownice grzejna w kotle na cieplo odpadkowe 10 wode zasilajaca (180 t/h, 177°C, 90 barów) do temperatury 492°C, tak ze127 216 8 wystepuje ona jako przegrzana para wysokoprez¬ na, za pomoca której via turbina przeciwcisnie- niowa 6 i generator 15 wytwarza sie 19,1 mega¬ watów nadmiaru pradu i via rozklad niskotem¬ peraturowy 16 rozklada sie 79,451 m8/h powiet¬ rza (przy 1,013 bara i 273,15 K) na 13.789 m8/h O2 i 65.662 ms/h N2. Po stronie przeciwnej turbiny 6 otrzymuje sie 180 t/h pary niskopreznej o tem¬ peraturze 180°C i cisnieniu 5 barów, z czego 108,6 t/h przechodzi do strefy suszenia 5. Pozostale 71,4 t/h przeplywa przez przewód 14 do dalszej turbi¬ ny z generatorem, przez co wytwarza sie 4,27 me¬ gawatów nadmiaru pradu. Ogólem otrzymuje sie w tym procesie 19,10+4,27=23,37 MW pradu.Przyklad II. Przyklad porównawczy wed¬ lug opisu patentowego RFN nr 2925897.Postepuje sie jak w przykladzie I, jednakze bez domieszania wodorotlenku wapnia do zmielonego surowego wegla brunatnego. Przewód dla wapna zwrotnego 4 tym samym odpada. Zamiast tego dodaje sie 14,74 t/h CaO bezposrednio do pieca 17.Do wysuszenia i ogrzania wegla w strefie suszenia 5 wystarcza 106,6 t/h pary niskopreznej, tak ze odciaga sie tez tylko 106,6 t/h kondensatu przez, przewód 8. Przez przewód 23 dodaje sie 86,4 t/h wody zasilajacej i mieszanine (193 t/h) poddaje sie dalszej obróbce jak w przykladzie I. W gene¬ ratorze 15 wytwarza sie 20,9 MW pradu. Reszta pary niskopreznej (86,4 t/h, 180°C, 5 barów, od¬ powiednio 5,17 MW pradu) opuszcza urzadzenie przez przewód 14. Ogólem uzyskuje sie w tym, sposobie 20,90+5,17=26,07 MW pradu.Róznica 26,07 MW (przyklad II) minus 23,37 MW (przyklad I) aas2,70 MW wystarcza zatem do calr kowitego odwodnienia i wstepnego ogrzania wodo¬ rotlenku wapnia wedlug niniejszego wynalazku.Przy zalozeniu 2% wilgoci resztkowej w wodoro¬ tlenku wapnia dla tych samych przeksztalcen i og¬ rzewan wstepnych trzeba zastosowac okolo 39 gi- gadzuli/h.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania weglika wapnia przez reakcje nadmiaru koksu z wapnem palonym w obecnosci tlenu w piecu tleno-termicznym, zna¬ mienny tym, ze miesza sie wegiel jako material wyjsciowy dla koksu i wodorotlenek wapnia albo wapien jako material wyjsciowy dla wapna palo¬ nego, obydwa w postaci wstepnie rozdrobnionej, mieszanine w strefie suszenia w temperaturze 80-120°C uwalnia sie od przylegajacej wody i ciep- 20 ly material suchy doprowadza sie bezposrednio- do kalcynatora, gdzie koksuje sie skladnik weglo¬ wy, przy doprowadzaniu powietrza w temperatu¬ rze 900-1400°C i jednoczesnie odwadnia lub de- 5 karbonizuje skladnik wapna, i ze obrobiona wste¬ pnie termicznie mieszanine materialów wyjscio¬ wych o panujacej w jej wnetrzu temperaturze 900-1000°C doprowadza sie bezposrednio do pieca tleno-termicznego i tam w obecnosci tlenu prze- 10 reagowuje z utworzeniem weglika wapnia. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako kalcynator stosuje sie piec trzonowy. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze jako wegiel stosuje sie wegiel brunatny. 15 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze stosuje sie wegiel brunatny o wilgoci kopalnianej i rozdrabnia sie go przed zmieszaniem z wapnem do wielkosci ziarna 0-10 mm. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie wodorotlenek wapnia albo wa¬ pien o wielkosci ziarna 0-10 mm. 6. Sposób wedlug zastrzezenia 1 albo 2, zna¬ mienny tym, ze cieplo odlotowe kalcynatora, ko¬ rzystnie pieca trzonowego, stosuje sie do wytwa- 2'5 rzania przegrzanej pary wysokopreznej z wody do zasilania kotla. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze za pomoca przegrzanej pary wysokopreznej wpro¬ wadza sie w ruch turbine, która stosuje sie za¬ równo do niskotemperaturowego rozkladu powiet¬ rza w celu uzyskania tlenu potrzebnego do eksplo¬ atacji pieca tleno-termicznego jak równiez do wy¬ twarzania pradu, przy czym po stronie przeciwnej turbiny wystepuje goraca para niskoprezna, która 35 przynajmniej czesciowo doprowadza sie do strefy suszenia do wysuszenia wymieszanych materia¬ lów wyjsciowych. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze otrzymany w strefie suszenia kondensat odciaga sie, ogrzewa wstepnie za pomoca gazów odloto¬ wych pieca tleno-termicznego i stosuje jako wode do zasilania kotla do wytwarzania przegrzanej pary wysokopreznej za pomoca ciepla odlotowego kalcynatora. 9. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 4 albo 7 albo 8, znamienny tym, ze otrzymany w reakcji- karbidu z woda z utworzeniem acetylenu wodo¬ rotlenek wapnia jako material wyjsciowy dla wapna palonego, ewentualnie po zbrykietowaniu, 30 zawraca sie do procesu wytwarzania karbidu i miesza z wstepnie rozdrobnionym weglem jeszcze™ przed wejsciem do strefy suszenia. 30 40 45127 216 1 ---*.__, K 2\ v\ A N Ce IOH], . H,l —-u- i_ i PL