PL158169B1 - Method for manufacturing liquid coal-containing charge materials - Google Patents

Abstract

1. Sposób uwodorniania cieklych materialów wsa- dowych zawierajacych wegiel, takich jak ciezkie oleje, oleje odpadkowe, pozostalosci po odpedzeniu lotnych skladników lub pozostalosci po destylacji pod zmniej- szonym cisnieniem, surowce wytwarzane z lupków bitu- micznych, piasków smolowych, smól i paku z wegla kamiennego lub brunatnego, za pomoca gazów zawiera- jacych wodór jako gazu uwodorniajacego, w warunkach uwodorniania w fazie blotnej, w podwyzszonej tempera- turze i pod zwiekszonym cisnieniem, w obecnosci dodat- ku uszlachetniajacego lub katalizatora, z wlaczonym jako nastepny stopien rozdzielaczem goracym, z zasto- sowaniem oddzielnego ogrzewania materialów wsado- wych i czesci strumienia gazu uwodorniajacego, tworza- cych razem strumien wsadowy, i drugiego strumienia czesciowego gazu uwodorniajacego, znamienny tym, ze z frakcji szczytowej z rozdzielacza goracego oddaje sie ene- rgie cieplna na drodze przeponowej wymiany ciepla strumieniom wsadowym, zas przez dalsze ogrzewanie drugiej czesci gazu uwodorniajacego w podgrzewaczu tego gazu, a nastepnie polaczenie z ogrzanym na drodze przeponowej wymiany ciepla strumieniem wsadowym osiaga sie wymagana temperature wlotowa do reaktora z faza blotna. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uwodorniania ciekłych materiałów wsadowych zawierających węgiel, takich jak ciężkie oleje, oleje odpadkowe, pozostałości po odpędzeniu lotnych składników lub pozostałości po destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem, surowce wytwa150 169 rżane z łupków bitumicznych, piasków smołowych, smół i paku z węgla kamiennego lub brunatnego, za pomocą gazów zawierających wodór jako gazu uwodorniającego, w warunkach uwodorniania w fazie błotnej, w podwyższonej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności dodatku uszlachetniającego lub katalizatora, z włączonym jako następny stopień rozdzielaczem gorącym, z zastosowaniem oddzielnego ogrzewania materiałów wsadowych i części strumienia gazu uwodorniającego, tworzących razem strumień wsadowy i drugiego strumienia częściowego gazu uwodorniającego. Materiały wsadowe są ciekłe w temperaturze normalnej lub podwyższonej.

Typową temperaturą pracy w reaktorze z fazą błotną jest tu temperatura około 400-500’C, a ciśnienie, pod jakim prowadzi się proces, może być dobrane w zakresie 15-120 MPa.

Znany jest z opisu RFN nr 3 523 709 Al, w którym ciężki olej, stosowany jako materiał wsadowy, doprowadza się do podgrzewacza wstępnego i w której częściowy strumień ogólnej ilości potrzebnego gazu uwodorniającego, ogrzany w gazowym wymienniku ciepła frakcją szczytową z rozdzielacza gorącego, dodaje się do ogrzanej wstępnie mieszaniny ciężkiego oleju oraz ewentualnie dodatku uszlachetniającego i gazu uwodorniającego przed wprowadzeniem do reaktora fazy błotnej.

W znanym sposobie wymienionego na wstępie rodzaju ogrzewanie materiałów wsadowych do temperatury wymaganej przed wprowadzeniem ich do systemu reakcyjnego uwodorniania w fazie błotnej wykonuje się w piecu ogrzewczym, zainstalowanym na trasie strumienia materiałów wsadowych. Ten piec ogrzewczy stanowi jedno z najbardziej krytycznych ogniw instalacji do uwodorniania w fazie błotnej. Wynika to przede wszystkim z warunków ruchomych charakteryzujących się wysokim ciśnieniem cząsteczkowym wodoru w rurze, wysoką temperaturą ścianki rury i wysokim ciśnieniem całkowitym, warunków stawiających techniczne granice ruchowe stosowanym materiałom konstrukcyjnym.

Według pracy Die katalytische Druckhydrierung . von Kohlen, Teeven und Mineralfllen (Katalityczne uwodornianie ciśnieniowe węgla,, smół i olejów mineralnych), Spirnger-Verlag, Berlin (GBttingen)Heidelberg 1950, strona 232, ogrzewanie reagentów odbywało się głównie w wymiennikach ciepła i we wstępnych podgrzewaczach szczytowych·, jako wymienniki ciepła stosowano ogólnie regeneratory wiązkowe, a do wstępnego ogrzewania szczytowego za pomocą ogrzewanych z zewnątrz pieców ogrzewczych używano rur ciśnieniowych w kształcie litery V, o średnicy 90-110 mm w świetle i o całkowitej długości 30000 mm, przy czym strumień materiału wsadowego płynął wewnątrz rur ogrzewanych gazem obiegowym.

Warunki ruchowe charakteryzujące się wielofazowym przepływem gazów i par, cieczy oraz ciał stałych przez rury powodowały znaczne niepewności zarówno przy konstruowaniu pieca ogrzewczego jak i podczas obliczania strat ciśnienia oraz transportu ciepła.

Stosowanie takich wstępnych podgrzewaczy szczytowych niesie z sobą ryzyko, gdyż są one obarczane wadami technologicznymi wynikającymi z występujących w nich dużych strat ciśnienia, złego przenoszenia ciepła i istnienia nieokreślonych stanów ze względu na obecność w rurach układu trójfazowego.

Techniczne wady ruchowe powodowane są skłonnością do zarastania osadem wewnętrznych ścianek rur w piecu i reakcjami koksowania produktów, zachodzącymi w rurach. Powoduje to ograniczenie trwałości całej instalacji uwodorniania jak również pojawienie się problemów bezpieczeństwa technicznego, takich jak występowanie hot spots (gorących plam), które mogą powodować pękanie rur.

Stosownie do tego celem wynalazku jest takie ukształtowanie gospodarki cieplnej procesu przez wykorzystanie ciepła reakcji, aby można było zrezygnować z pieca do ogrzewania materiałów wsadowych doprowadzanym z zewnątrz czynnikiem energetycznym. W drukowanej publikacji Nr DE 26 51 253 Al podano wprawdzie, że według sposobu podobnego do sposobu opisanego na wstępie podgrzewacz wstępny ogrzewany obcym ciepłem mógłby być znacznie zmniejszony, a ewentualnie nawet całkowicie opuszczony, za to przewidziano jednak, że jedna z

158 169 frakcji destylacji, zawracana jako materiał wsadowy, jest ogrzewana w wymienniku zasilanym obcym ciepłem. Dodatkowe ogrzewanie destylatów jest korzystniejsze niż ogrzewanie papki węglowej w podgrzewaczu wstępnym ze względu na znacznie mniejszę skłonność destylatów do koksowania.

Według wynalazku wyżej postawiony cel osiągnięto w sposobie opisanego na wstępie rodzaju w ten sposób, że frakcja szczytowa z oddzielacza gorącego oddaje swoją energię cieplną na drodze przeponowej wymiany ciepła wymienionym strumieniom wsadowym i że przez dalsze ogrzewanie oddzielanie doprowadzanej części gazu uwodorniającego w podgrzewaczu tego gazu a następnie połączenie z ogrzanym na drodze przeponowej wymiany ciepła strumieniem wsadowym osiąga się wymaganą temperaturę wlotową do reaktora z fazą błotną.

Wymieniony sposób nadaje się do przerabiania podatnych na uwodornienie ciekłych materiałów wsadowych zawierających węgiel, takich jak ciężkie oleje, oleje odpadkowe (pozostałości po odpędzeniu lotnych składników i pozostałości po destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem), surowce wytwarzane np. z łupków bitumicznych, piasków smołowych, ciężkich olejów, smół i paku z węgla kamiennego lub brunatnego.

W niniejszym sposobie oprócz używanych jako materiały wsadowe ciężkich olejów lub pozostałości zawierających oleje mineralne można jednak stosować także mieszaniny drobno zmielonego węgla i przewidywanych według wynalazku materiałów wsadowych jako tak zwanych obcych olejów (Copressing). Taki sposób pracy daje tę korzyść, że w przypadku uwodorniania węgla strumienie zawracane do obiegu w celu sporządzenia zawiesiny drobno zmielonego węgla odpadają częściowo lub całkowicie. Korzystne są stosunki wagowe węgla do oleju obcego w zakresie od 1-5 do 4-5. Mogą być stosowane wszystkie gatunki węgla, które nadają się do ekonomicznego uwodorniania, przykładowo typowe węgle gazowo-płomienne z Zagłębia Ruhry.

Stwierdzono, że przez maksymalne odzyskanie energii cieplnej z produktów reakcji można tak ukształtować przebieg procesu, że wystarczy zainstalowanie podgrzewacza gazu uwodorniającego dla oddzielnego strumienia częściowego gazu uwodorniającego, aby przy rozruchu osiągnąć wymaganą temperaturę rozpoczęcia reakcji uwodorniania na wlocie do reaktora uwodorniania w fazie błotnej i wyrównać straty ciepła. Wynik taki mógł być osiągnięty tylko przez optymalizację przesyłania produktów reakcji i materiałów wsadowych w przeciwprądzie, i zaskakujące jest to, że udało się dostarczyć do procesu potrzebną ilość energii cieplnej za pomocą częściowego strumienia gazu uwodorniającego bez konieczności stosowania ogrzewania ciekłych lub stało-ciekłych materiałów wsadowych obcym czynnikiem energetycznym.

jako podgrzewacze gazu uwodorniającego, zwane dalej piecami gazu uwodorniającego, wchodzą w grę piece cyrkulacyjne a zwłaszcza także piece promiennikowe, w których gaz jest ogrzewany do temperatury 300-650“C, zwłaszcza 490-550’C.

W dalszym przebiegu proponowanego sposobu strumień wsadowy przesyłany jest poprzez trzy wymienniki ciepła, a ogrzewany oddzielnie strumień gazu uwodorniającego przesyłany jest przed wprowadzeniem do pieca gazu uwodorniającego poprzez inne trzy wymienniki ciepła w przeciwprądzie do frakcji szczytowej z rozdzielacza gorącego.

Przy podziale całkowitej ilości potrzebnego gazu uwodorniającego na obydwa strumienie częściowe można także postępować w ten sposób, że do zasilania strumienia materiałów wsadowych stosuje się świeży wodór a jako drugi strumień częściowy - gaz uwodorniający zawracany z obiegu.

Strumień szczytowy w kierunku odpływu kolejno ogrzewa przeponowo strumień materiału wsadowego w wymienniku ciepła i częściowy strumień gazu uwodorniającego w drugim wymienniku ciepła a następnie płynie przez reaktor do uwodorniania w fazie gazowej na złożu stałego katalizatora. Strumień produktu rafinowanego w reaktorze do uwodorniania przepływa jako strumień przez dwa wymienniki ciepła ogrzewając przeponowo strumień wsadowy i strumień gazu uwodorniającego a następnie przez rozdzielacz pośredni, w którym zostaje oddzielona frakcja oleju gorącego. Strumień resztkowy, odciągany z rozdzielacza, oddaje resztę

158 169 ciepła, które ma być zużyte do ogrzewania materiałów wsadowych, na przeponowe ogrzanie strumienia materiałów wsadowych i strumienia gazu uwodorniającego a następnie wprowadzany jest do rozdzielacza zimnego. W rozdzielaczu tym oddziela się odciek wodny, frakcję oleju zimnego i gaz odpadkowy, który jako strumień zawracany jest poprzez sprzężarkę do procesu w charakterze składnika obiegowego gazu uwodorniającego.

Oo regulowania temperatury w reaktorze z fazą błotną i w rozdzielaczu gorącym służy część strumienia gazu obiegowego jako strumień gazu do chłodzenia bezprzeponowego, który jest do dyspozycji i w razie potrzeby może być doprowadzony do tych urządzeń.

W połączeniu z rozdzielaczem zimnym może być zastosowana w zwykły sposób płuczka gazowa do obróbki składnika obiegowego gazu uwodorniającego. Obróbka taka, polegająca na usuwaniu w płuczce za pomocą cieczy płuczącej rozpuszczalnych w niej składników C^-C^, zapewnia utrzymanie właściwego ciśnienia cząstkowego wodoru w systemie gazu uwodorniającego. Oddzielny strumień częściowy z łącznie stosowanej ilości gazu uwodorniającego może stanowić 20-95%, zwłaszcza 40-80% łącznie potrzebnej ilości gazu uwodorniającego.

Przebieg sposobu według wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat przebiegu procesu.

Przebieg procesu jest następujący:

Strumień 1 substancji wsadowych w postaci- zawiesiny z dodatkiem uszlachetniającym lub katalizatorem łączy się ze strumieniem częściowym 2 gazu uwodorniającego, otrzymanego przez zmieszanie strumienia 15 obiegowego gazu uwodorniającego, podawanego przez sprężarkę 30, ze strumieniem 17 świeżego gazu uwodorniającego, otrzymując strumień 3, który na drodze przeponowej wymiany ciepła w wymiennikach ciepła 18, 19 i 20 ogrzewa się wstępnie do temperatury przewidzianej dla strumienia 4. Oddzielny strumień 5 gazu uwodorniającego ogrzewa się również wstępnie na drodze przeponowej wymiany ciepła w wymiennikach ciepła 21, 22 i 23, a w podgrzewaczu 24 gazu uwodorniającego ogrzewa się go do wymaganej temperatury, tak że po zmieszaniu ze strumieniem materiałowym 4 osiąga się dla strumienia 7 wymaganą temperaturę wlotową do reaktora 25. W reaktorze 25 lub w kaskadzie połączonych szeregowo reaktorów otrzymuje się żądane produkty, które w rozdzielaczu gorącym 26 rozdziela się na strumień 8 pozostałości (muł) i strumień szczytowy 9. Strumień szczytowy 9 stosuje się do ogrzewania wstępnego w przeciwprądzie strumienia 3 materiału wsadowego i strumienia 5 gazu uwodorniającego w wymiennikach ciepła 18, 19, 20, 21, 22 i 23. W schemacie przedstawionym na załączonym rysunku włączono w skład aparatury reaktor 27 fazy gazowej, którego zadaniem jest rafinacja i dalsze usuwanie związków zawierających heteroatomy w cząsteczce, zwłaszcza atomy 0, S i N. Korzystnym miejscem umieszczenia reaktora 27 fazy gazowej jest miejsce między wymiennikami ciepła 23 i 19.

Produkty wykroplone przez odbieranie ciepła w wymiennikach ciepła są zbierane w rozdzielaczu pośrednim 28 i w rozdzielaczu zimnym 29. Skroplmy, którymi są: olej gorący 11 i olej zimny 13, usuwane są z obiegu wysokociśnieniowego poprzez śluzy. Po odprowadzeniu oleju gorącego można wtrysnąć wodę, aby uniknąć zasolenia zainstalowanych dalej wymienników ciepła. Wodę tworzącą się w wy-niku reakcji uwodornienia oddziela się ewentualnie razem z wodą wtryśniętą w rozdzielaczu zimnym 29 i jako strumień 14 usuwa z obiegu wysokociśnieniowego poprzez śluzę. W strumieniu tym zawarte są między innymi usunięte przez rafinację związki heteroatomów w postaci rozpuszczonych w odcieku prostych związków wodoru, jak HjS a zwłaszcza Nj. Zależnie od konstrukcji wymienników ciepła lub rozdzielacza pośredniego temperaturę w rozdzielaczu pośrednim można dobrać swobodnie wewnątrz określonego zakresu. Gaz resztkowy odbierany z głowicy rozdzielacza zimnego 29, po ewentualnym odprowadzeniu jego części poprzez śluzę, jest zawracany do obiegu za pomocą sprężarki obiegowej 30. Z gazu zawracanego odprowadza się część jako strumień 16 gazu ziemnego, który służy do regulowania temperatury w reaktorze i w rozdzielaczu gorącym. Potrzebny do reakcji świeży wodór doprowadzany jest jako strumień 17. Można także przyjąć, że jako strumień 2 doprowadza się strumień świeżego wodoru.

158 169

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uwodorniania ciekłych materiałów wsadowych zawierających węgiel, takich jak ciężkie oleje, oleje odpadkowe, pozostałości po odpędzeniu lotnych składników lub pozostałości po destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem, surowce wytwarzane z łupków bitumicznych, piasków smołowych, smół i paku z węgla kamiennego lub brunatnego, za pomocą gazów zawierających wodór jako gazu uwodorniającego, w warunkach uwodorniania w fazie błotnej, w podwyższonej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności dodatku uszlachetniającego lub katalizatora, z włączonym jako następny stopień rozdzielaczem gorącym, z zastosowaniem oddzielnego ogrzewania materiałów wsadowych i części strumienia gazu uwodorniającego, tworzących razem strumień wsadowy, i drugiego strumienia częściowego gazu uwodorniającego, znamienny tym, że z frakcji szczytowej z rozdzielacza gorącego oddaje się energię cieplną na drodze przeponowej wymiany ciepła strumieniom wsadowym, zaś przez dalsze ogrzewanie drugiej części gazu uwodorniającego w podgrzewaczu tego gazu, a następnie połączenie z ogrzanym na drodze przeponowej wymiany ciepła strumieniem wsadowym osiąga się wymaganą temperaturę wlotową do reaktora z fazą błotną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiały wsadowe stosuje się w postaci mieszaniny z drobno zmielonym węglem.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w podgrzewaczu gazu uwodorniającego prowadzi się ogrzewanie do temperatury 300-650°C, zwłaszcza 490-550'C.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że strumień wsadowy (3) przesyła się przez wymienniki ciepła (18, 19 i 20), zaś ogrzewany oddzielnie drugi strumień częściowy (5) gazu uwodorniającego przesyła się przed wprowadzeniem do pieca (24) gazu uwodorniającego przez wymienniki ciepła (21, 22 i 23) w przeciwprądzie do strumienia (9) frakcji szczytowej z rozdzielacza gorącego, przy czym strumień (9) w kierunku odpływu kolejno poddawany jest wymianie ciepła ze strumieniem wsadowym (3) w wymienniku ciepła (20) i z częściowym strumieniem (5) gazu uwodorniającego w wymienniku ciepła (23), przepływa przez reaktor (27) do uwodorniania w fazie gazowej na złożu stałego katalizatora, przepływa jako strumień (10) przez wymiennik ciepła (19) i przez wymiennik ciepła (22) w celu wymiany ciepła ze strumieniem (3) i ze strumieniem (5) jak również przez rozdzielacz pośredni (28) w celu oddzielenia frakcji (11) oleju gorącego, aby następnie jako strumień (12) być poprowadzonym poprzez wymiennik ciepła (18) i wymiennik ciepła (21) w celu wymiany ciepła ze strumieniem (3) i strumieniem (5) do rozdzielacza zimnego (27), gdzie oddziela się ściek i gaz odpadowy jak również otrzymuje się frakcję oleju zimnego i zawraca się składnik obiegowego gazu uwodorniającego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że temperaturę w reaktorze (25) z fazą błotną, rozdzielaczu gorącym (26) i reaktorze (27) fazy gorącej reguluje się częścią strumienia uwodorniającego gazu obiegowego jako strumieniem (16) gazu do chłodzenia bezprzeponowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się płuczkę gazową do obróbki składnika obiegowego gazu uwodorniającego za oddzielaczem zimnym (29).
7. 7. Sposób według zastrz. 4, znamienny t y rn, że oddzielnie ogrzewany strumień częściowy (5) stosuje się w ilości 20-95%, zwłaszcza 40-80% łącznie potrzebnej ilości gazu uwodorniającego.

   * * *