PL187267B1

PL187267B1 - Sposób i urządzenie do zmniejszania zawartości produktów ubocznych w materiałach węglowych

Info

Publication number: PL187267B1
Application number: PL96324853A
Authority: PL
Inventors: Edward Koppelman
Original assignee: Kfx Inc
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2004-06-30
Also published as: CN1192771A; CA2228006C; CZ37398A3; AU6543596A; MX9800943A; TR199800184T1; SK14798A3; WO1997006227A1; JPH11510538A; CZ298211B6; CZ301706B6; TW397860B; GEP20012393B; AU715926B2; KR100454066B1; KR19990036253A; UA37280C2; CN1078607C; US5769908A; CA2228006A1

Abstract

1. Urzadzenie do usuwania produktów ubocznych z materia- lów weglowych, zawierajace wlot i wylot dla materialów weglo- wych umieszczone na obu koncach obudowy, znamienne tym, ze stanowi typ wymiennika ciepla (10), gdzie wewnatrz zewnetrznej obudowy (12) jest umieszczona co najmniej jedna rura (14) do przechowywania materialu weglowego z wlotem (16) materialu weglowego umieszczonym na jednym koncu obudowy (12) oraz wylotem (20) materialu weglowego, umieszczonym na drugim koncu obudowy (12), przy czym wlot (16) jest zaopatrzony w zawór (18) zas wylot (20) jest zaopatrzony w zawór (22), natomiast rura (14) od strony wlotu (16) jest polaczona ze zró- dlem (28) gazu wtryskiwanego pod cisnieniem a od strony wylotu (20) jest polaczona ze zródlem podcisnienia (26), a ponadto wewnatrz obudowy (12) jest umieszczony uklad do krazenia czynnika wymieniajacego cieplo w obudowie (12) 11. Sposób usuwania produktów ubocznych z materialów weglowych poddawanych obróbce cieplnej i cisnieniowej, zna- mienny tym, ze do co najmniej jednej rury (14) wprowadza sie wlotem (16) po uprzednim zamknieciu zaworu (22) na wylocie (20), material weglowy, po czym zamyka sie zawór (18) na wlocie (16), nastepnie wlotem (30) szybu (36) wprowadza sie czynnik wy- mieniajacy cieplo o temperaturze, co najmniej 93,3°C, który przeplywajac kanalami (24) nagrzewa scianki rury (14), a tym samym nagrzewa material weglowy, w rurze (14) wytwarza sie podcisnienie, i do rury (14) wtryskuje sie gaz pod cisnieniem, po czym poddaje sie material weglowy obróbce pod cisnieniem, a po zakonczeniu obróbki otwiera sie zawór (22) i odprowadza sie mate- rial weglowy wylotem (20). F ig . 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy zwłaszcza, ale nie koniecznie jest do tego ograniczony, sposobów obróbki materiałów węglowych poprzez wtryskiwanie pary znajdującej się pod ciśnieniem albo przy podciśnieniu, albo w obu tych stanach, w celu zmniejszenia zawartości niepożądanych materiałów ubocznych, a zwłaszcza siarki, w materiale węglowym. Typowo sposoby, dla których znajduje zastosowanie niniejszy wynalazek, obejmują obróbkę różnych występujących w naturze materiałów węglowych, takich jak drewno, torf, albo węgiel podbitumiczny, w celu przetworzenia ich na bardziej odpowiednie paliwo stałe.

Jak dotąd zastosowano albo zaproponowano pewną ilość wynalazków dotyczących polepszania jakości paliwa węglowego tak, aby paliwo węglowe stało się bardziej odpowiednim paliwem stałym. Powszechnym problemem są wysokie koszty, zarówno wytwarzania jak i pracy systemów polepszania jakości paliwa węglowego, trudne i złożone sterowanie umożliwiające pracę systemów polepszania jakości paliwa węglowego, oraz ogólny brak elastyczności i uniwersalności takiego wyposażenia, służącego przystosowywaniu do obróbki różnych materiałów w różnych temperaturach i/lub przy różnych ciśnieniach.

Kiedy dokonano postępu w dziedzinach dotyczących wielu ze wspomnianych powyżej spraw, jak dotąd zaproponowano niewiele systemów, które są związane z zastosowaniem pary kondensującej jako środków do zmniejszania ilości produktów ubocznych zawartych w ładunkach materiałów węglowych. W znanych systemach wykorzystujących parę kondensującą stosowane urządzenia nie zawierają urządzeń sterujących, które mają zapewnić obróbkę materiału węglowego obrabianego w sposób konsekwentny zasadniczo w całej objętości ładunku.

Na przykład, patent Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,071,447, zgłoszony przez wynalazcę, ujawnia sposoby i urządzenia do obróbki materiałów węglowych za pomocą pary. W systemie ujawnionym w patencie nr 5,071,447 para jest wdmuchiwana na górze urządzenia przetwarzającego, ale nie ma w nim żadnych urządzeń sterujących, służących do kierowania wprowadzaniem pary. Tak, więc para kondensuje się na pierwszej partii materiału, która się z nią kontaktuje. To z kolei powoduje wprowadzanie do systemu dodatkowej pary, która podąża w materiale torem o najmniejszym oporze, co powoduje nierówne rozprowadzanie pary kondensującej, w związku z tym obróbkę nie całego ładunku materiału.

Celem sposobu i urządzenia według wynalazku jest przezwyciężanie wielu problemów i wad związanych z wcześniejszym znanym wyposażeniem oraz stosowanymi do tej pory technikami.

Urządzenie do usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych, zawierające wlot i wylot dla materiałów węglowych umieszczone na obu końcach obudowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi typ wymiennika ciepła, gdzie wewnątrz zewnętrznej obudowy jest umieszczona, co najmniej jedna rura do przechowywania materiału węglowego z wlotem materiału węglowego umieszczonym na jednym końcu obudowy oraz wylotem materiału węglowego, umieszczonym na drugim końcu obudowy, przy czym wlot jest zaopatrzony w zawór zaś wylot jest zaopatrzony w zawór, natomiast rura od strony wlotu jest połączona ze źródłem gazu wtryskiwanego pod ciśnieniem a od strony wylotu jest połączona ze źródłem podciśnienia, a ponadto wewnątrz obudowy jest umieszczony układ do krążenia czynnika wymieniającego ciepło w obudowie.

Korzystnie układ do krążenia czynnika wymieniającego ciepło zawiera szyb rozciągający się do góry obudowy, który ma dolny wlot czynnika, przy czym szyb jest połączony przepływowo z rozciągającymi się do dołu kanałami umieszczonymi w obudowie zaś wylot czynnika wystaje z obudowy.

Korzystnie rura od strony wlotu jest połączona ze źródłem gazu obojętnego.

Korzystnie rura od strony wlotu jest połączona ze źródłem wodoru.

Korzystnie rura od strony wlotu jest połączona ze źródłem pary.

Urządzenie do usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych zawierające wlot i wylot dla materiałów węglowych umieszczone na obu końcach obudowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi typ wymiennika ciepła zawierającego zewnętrzną obudowę i wewnętrzną komorę, przy czym w zewnętrznej obudowie jest umieszczony wlot materiału węglowego, zaś z drugiej strony obudowy jest umieszczony wylot materiału węglowego, przy czym wlot jest zaopatrzony w zawór zaś wylot jest zaopatrzony w zawór, na187 267 tomiast w wewnętrznej komorze jest umieszczony rozdzielacz dzielący komorę na podłużne części do przechowywania materiału węglowego, zaś powyżej rozdzielacza jest umieszczony wtryskiwacz pary.

Korzystnie komora jest podzielona za pomocą rozdzielacza na podłużne części o zasadniczo takiej samej pojemności objętościowej. .

Korzystnie rozdzielacz stanowi szczelną przegrodę pomiędzy częściami komory zapobiegając przepływowi pary pomiędzy nimi.

Korzystnie wtryskiwacz pary jest umieszczony na górze komory i zawiera wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień połączone, co najmniej jednym przewodem do wprowadzania pary do pierścieni, przy czym pierścienie zawierają wiele skierowanych do dołu dysz do wprowadzania pary do oddzielonych od siebie za pomocą rozdzielacza podłużnych części komory.

Korzystnie pomiędzy zewnętrzną obudową i wewnętrzną komorą, znajduje się szczelina, w której jest umieszczona izolacja.

Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddawanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że do co najmniej jednej rury wprowadza się wlotem, po uprzednim zamknięciu zaworu na wylocie, materiał węglowy, po czym zamyka się zawór na wlocie, następnie wlotem szybu wprowadza się czynnik wymieniający ciepło o temperaturze, co najmniej 93,3°C, który przepływając kanałami nagrzewa ścianki rury, a tym samym nagrzewa materiał węglowy, w rurze wytwarza się podciśnienie, i do rury wtryskuje się gaz pod ciśnieniem, po czym poddaje się materiał węglowy obróbce pod ciśnieniem, a po zakończeniu obróbki otwiera się zawór i odprowadza się materiał węglowy wylotem.

Korzystnie gaz pod ciśnieniem wprowadza się do co najmniej jednej rury i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 13,8 kPa do 20700 kPa.

Korzystnie podczas obróbki ładunek materiału węglowego utrzymuje się wewnątrz co najmniej jednej rury przez co najmniej trzy minuty.

Korzystnie wtryskuje się do co najmniej jednej rury gaz pod ciśnieniem zawierający gaz obojętny.

Korzystnie wtryskuje się do co najmniej jednej rury gaz pod ciśnieniem zawierający także wodór.

Korzystnie jako gaz pod ciśnieniem stosuje się parę.

Korzystnie nagrzewa się materiał węglowy w rurze, wytwarza się w niej podciśnienie, po czym wtryskuje się do rury parę, która gwałtownie skrapla się na materiale węglowym przyspieszając usunięcie produktów ubocznych z materiału węglowego.

Korzystnie parę wprowadza się do co najmniej jednej rury i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 2070 kPa do 20700 kPa.

Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddawanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że po uprzednim zamknięciu zaworu na wylocie wprowadza się materiał węglowy, co najmniej jednym wlotem, do co najmniej jednej części wewnętrznej komory, po czym zamyka się zawór, a następnie, zasadniczo równomiernie, za pomocą wtryskiwacza pary wtryskuje się parę do każdej z tych części, przy czym opcjonalnie poddaje się, co najmniej jeden materiał węglowy umieszczony w jednej z części komory działaniu podciśnienia, po czym po poddaniu działania podciśnienia i wprowadzeniu pary w dostatecznej ilości materiał węglowy jest poddawany chemicznemu przekształceniu, a powstałe produkty uboczne są usuwane z materiału węglowego, zaś chemicznie przekształcony materiał węglowy odprowadza się z urządzenia.

Korzystnie parę wprowadza się zasadniczo równomiernie w całej wewnętrznej komorze.

Korzystnie parę wprowadza się do co najmniej jednej podłużnej części komory przy żądanej temperaturze i ciśnieniu, przez co najmniej trzy minuty.

Korzystnie wewnątrz komory utrzymuje się ciepło za pomocą izolacji.

Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że do co najmniej jednej rury wprowadza się materiał węglowy, następnie wprowadza się czynnik wymieniający ciepło

187 267 o temperaturze co najmniej 93,3°C i nagrzewa się materiał węglowy, a następnie wtryskuje się parę pod ciśnieniem do rury za pomocą wtryskiwacza, poddaje materiał węglowy obróbce pod ciśnieniem, a po zakończeniu obróbki usuwa się produkty uboczne z materiału węglowego.

Korzystnie parę pod ciśnieniem wprowadza się do co najmniej jednej rury i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 13,8 kPa do 20700 kpa.

Korzystnie ładunek materiału węglowego przetrzymuje się wewnątrz co najmniej jednej rury podczas obróbki przez co najmniej trzy minuty.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano urządzenia o prostej i trwałej konstrukcji, uniwersalne w stosowaniu i łatwe do przystosowania do obróbki różnych dostarczanych materiałów przy zmiennych temperaturach i/lub ciśnieniach. Urządzenia według wynalazku charakteryzują się ponadto prostotą sterowania i dużą sprawnością w wykorzystywaniu energii cieplnej, w ten sposób zapewniając ekonomiczne działanie i oszczędne zużycie surowców.

Urządzenia i sposoby według wynalazku są przeznaczone zwłaszcza do bardziej skutecznej obróbki materiału węglowego w całym jego ładunku, co jest być może najważniejsze. Dzięki dostarczeniu wtryskiwacza pary, który równo rozprowadza parę podczas wprowadzania, a także wewnętrznych rur albo rozdzielacza, w zależności od przykładu wykonania wymiennika ciepła, możliwa jest bardziej skuteczna obróbka materiałów węglowych.

Jedną z ważniejszych zalet niniejszego wynalazku w stosunku do znanych systemów do obróbki materiałów węglowych jest to, że urządzenia i sposoby według wynalazku kontrolują zwłaszcza wprowadzanie pary, w celu dostarczenia produktu końcowego o większej konsystencji.

Dokładniej mówiąc, zgodnie z pierwszym sposobem, według wynalazku materiały węglowe po dostarczaniu ich do urządzenia wymieniającego ciepło są poddawane działaniu podciśnienia. Podczas kiedy rura wewnętrzna zawierająca materiał węglowy jest wystawiona na podciśnienie, to czynnik wymieniający ciepło o temperaturze pomiędzy około 121°C do około 648,8°C, a ogólnie około 398,8°C, krąży w obudowie tak, że kontaktuje się z obwodem zewnętrznym rury wewnętrznej. Gdy materiał węglowy osiągnie określoną temperaturę, do rury wewnętrznej wtryskuje się parę, która kondensuje się na materiale węglowym w warunkach podciśnienia i opuszcza materiał z różnych produktów ubocznych. Temperatura materiału węglowego pozostaje podwyższona przez pewien kontrolowany okres czasu po tym, jak para zostanie wprowadzona. Produkty uboczne, takie jak smoła, a zwłaszcza siarka, które zostały odpędzone z materiału węglowego, odzyskuje się wraz z wodą przez zawór umieszczony na dole wymiennika ciepła. Na zakończenie etapu wymiany ciepła, materiał węglowy usuwa się z wymiennika ciepła w celu jego dalszej obróbki albo zmagazynowania.

W alternatywnym sposobie według wynalazku, zamiast ładowania materiału węglowego do różnych rur wewnętrznych, stosuje się obudowę z komorą wewnętrzną, w którą wprowadza się materiał węglowy. Komora wewnętrzna jest podzielona na różne wydłużone, liniowe sekcje albo „ćwiartki” za pomocą rozdzielacza, który rozciąga się przez całą długość komory. Po załadowaniu materiału węglowego do komory i uszczelnieniu komory, materiał węglowy poddaje się działaniu podciśnienia, a następnie wtryskuje się do niego przez określony okres czasu parę, w celu oczyszczenia materiału z niepożądanych produktów ubocznych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia rzut boczny pierwszego przykładu wykonania wymiennika ciepła według wynalazku; fig. 2 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 2-2 z fig. 1; fig. 3 przedstawia rzut boczny częściowo wycięty, przedstawiający drugi przykład wykonania wymiennika ciepła według wynalazku; fig. 4 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 4-4 z fig. 3; oraz fig. 5 przedstawia rzut boczny przedstawiający część zespołu wtryskiwacza pary według wynalazku.

Na fig. 1, pokazano wymiennik ciepła 10, który zawiera obudowę 12, posiadającą wewnątrz kilka rur 14, umieszczonych wzdłuż długości obudowy 12, służących do przechowywania obrabianego materiału węglowego. Każda rura 14 posiada wlot 16 mający zawór 18 i wylot 20 mający zawór 22. Wymiennik ciepła 10 zawiera także sieć umożliwiającą krążenie

187 267 czynnika wymieniającego ciepło w obudowie 12, która to sieć składa się z wielu kanałów 24, umieszczonych wzdłużnie wewnątrz obudowy 12.

Jak dalej pokazano na fig. 1, źródło podciśnienia 26 jest ogólnie połączone bezpośrednio z kilkoma rurami 14, w celu przemieszczania materiału węglowego w kierunku dolnego końca rur 14. Z kilkoma rurami 14 jest połączone także, ogólnie w pobliżu wlotów 16, źródło 28 wtryskiwanego gazu obojętnego pod ciśnieniem i/lub pary. Należy zauważyć, że podczas kiedy preferowane jest, aby ujawnione urządzenie według fig. 1 było wyposażone w źródło podciśnienia 26, nie uważa się tego za istotne, według wynalazku, ponieważ zastosowanie gazu pod ciśnieniem, pary i tym podobnych zapewnia ulepszenie ilości odzyskiwanych produktów ubocznych w stosunku do znanych układów do obróbki materiału węglowego.

Obudowa 12 według fig. 1 zawiera sieć służącą do krążenia czynnika wymieniającego ciepło w wymienniku ciepła 10. Sieć zawiera wlot 30 umieszczony na dolnym końcu w celu wprowadzania czynnika wymieniającego ciepło do obudowy 12. Sieć zawiera także wylot 32 umieszczony na dolnym końcu obudowy 12, służący do usuwania z obudowy 12 czynnika wymieniającego ciepło po tym jak przejdzie on przez obudowę 12. Wylot 32 wystaje z obudowy 12. W idealnym przypadku, czynnik wymieniający ciepło będzie krążył przez piec (nie pokazany) w celu ponownego podgrzania czynnika wymieniającego ciepło przed ponownym wprowadzeniem do wymiennika ciepła 10.

W celu przeprowadzenia obróbki materiału węglowego z wykorzystaniem wymiennika ciepła 10 z fig. 1, materiał węglowy jest ładowany do kilku rur 14 przez wloty 16, po zamknięciu zaworów 22 umieszczonych na wylotach 20. Po napełnieniu rur 14 pożądaną ilością materiału węglowego zamykane są zawory 18 umieszczone na wlotach 16, w celu utrzymania materiału węglowego w zamkniętym systemie.

Czynnik wymieniający ciepło, taki jak podgrzany gaz, roztopiona sól, albo korzystnie olej, posiadający temperaturę pomiędzy około 121°C do 648,8°C, a korzystnie około 398,8°C, krąży następnie w sposób ciągły w obudowie 12, dzięki wprowadzeniu czynnika wymieniającego ciepło przez wlot 30. Czynnik wymieniający ciepło przemieszcza się do góry w szybie 36, a następnie powraca na dół wieloma kanałami 24. Następnie czynnik wymieniający ciepło wychodzi przez wylot 32 w celu ponownego podgrzania go przed ponownym wprowadzeniem przez wlot 30.

Podczas, kiedy w obudowie 12 krąży czynnik wymieniający ciepło, w kilku rurach 14 zawierających materiał węglowy jest opcjonalnie, ale jest to preferowane, wytwarzane podciśnienie. Następnie do kilku rur 14 jest wtryskiwany gaz, taki jak gaz obojętny, dwutlenek węgla, wodór, albo kombinacja takich gazów tak, że gaz działa jako nośnik przekazujący ciepło poprzez zetknięcie się ze ściankami wewnętrznymi rur 14, pochłaniając ciepło i przenosząc ciepło do materiału węglowego. Ciśnienie, przy którym gaz obojętny, dwutlenek węgla, a opcjonalnie wodór jest wprowadzany i utrzymywany wewnątrz rur 14, może mieścić się w zakresie od około 13,8 kPa do około 20700 kPa.

Kiedy stosuje się wodór, to stechiometryczna ilość wodoru jest wtryskiwana do kilku rur 14 w celu pomocy w odpędzaniu nadmiaru siarki z materiału węglowego. Poprzez „ilość stechiometryczną” rozumie się, że ilość użytego wodoru jest bezpośrednio powiązana z ilością siarki zawartej w materiale węglowym. Ogólnie, im większa jest zawartość siarki, tym wymaga się więcej wodoru do reakcji z nią, co powoduje powstanie składnika siarkowodorowego, który może być wydmuchany z tych kilku rur 14.

W wyniku działania zarówno ciepła jak i grawitacji, wilgoć zawarta w materiale węglowym odparowuje i skrapla się na dalszych warstwach materiału węglowego umieszczonego w kilku rurach 14, unosząc ze sobą produkty uboczne odpędzone z materiału węglowego. Na koniec, zasadniczo cała woda, produkty uboczne, a zwłaszcza siarka o względnie wysokim stężeniu jest usuwana z materiału węglowego i odprowadzana przez wyloty 20 przed odebraniem materiału węglowego.

Jak wcześniej zauważono, długość czasu koniecznego do obróbki materiału węglowego wewnątrz wymiennika ciepła będzie się zmieniała w zależności od rozmiaru granulek materiału węglowego, temperatury, przy której pracuje system, ciśnienia gazu wtryskiwanego do rur i pożądanej objętości podgrzewania. Przeważnie, ilość czasu mieści się w zakresie od

187 267 około 3 minut do około 30 minut. Ilość czasu wymaganego do obróbki ogólnie zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia wewnątrz wymiennika ciepła. Przeciwnie, ilość wymaganego czasu wzrasta, kiedy stosowane są niższe temperatury i ciśnienia.

W alternatywnym sposobie obróbki materiału węglowego wykorzystującym wymiennik ciepła 10 według fig. 1, po załadowaniu kilku rur 14, krążeniu czynnika wymieniającego ciepło w wielu kanałach 24 przez długość czasu wystarczającą do podniesienia temperatury materiału węglowego do pożądanego poziomu i opcjonalnie wytworzeniu podciśnienia tak jak opisano powyżej, do kilku rur 14 jest wtryskiwana para. Para jest wtryskiwana do kilku rur 14 w pobliżu wlotu 16 i jest utrzymywana pod ciśnieniem pomiędzy około 2070 kPa do około 20700 kPa tak, że para pod wysokim ciśnieniem przemieszcza się do dołu przez materiał węglowy. Kiedy para skrapla się na materiale węglowym podczas jej ruchu na dół wewnątrz rur, to para ta służy do oczyszczania materiału z produktów ubocznych. Po obróbce materiału przez okres czasu mieszczący się ogólnie w zakresie od około 3 minut do około 30 minut, wszystkie gazy zawarte w rurach 24 są wywiewane, a produkty uboczne są usuwane przez wyloty 20. Następnie obrobiony materiał węglowy może być usunięty.

Na fig. 3, pokazano alternatywny przykład wykonania wymiennika ciepła 110, które zawiera zewnętrzną, obudowę 112, posiadającą zawartą w niej względnie cylindryczną komorę 114, co pokazano dokładniej na fig. 4. Cylindryczna komora 114 rozciąga się ogólnie wzdłuż znacznej części długości zewnętrznej obudowy 112 i służy do przechowywania materiału węglowego podczas procesu obróbki. Wewnątrz cylindryczna komora 114 jest wyposażona w rozdzielacz 140, który dzieli komorę 114 na kilka wydłużonych części, w celu podzielenia materiału węglowego przed obróbką, przy czym każda część posiada ogólnie w przybliżeniu tą samą pojemność objętościową co inne części. Wymiennik ciepła 110 zawiera także jeden albo więcej wlotów 116, posiadających zawory 118, służących do wprowadzania ładunku materiału węglowego do różnych części komory 114, oraz jeden albo więcej wylotów 120, posiadających zawory 122, służących do usuwania materiału węglowego z wymiennika ciepła 110 po obróbce. W pobliżu dolnego końca obudowy 112, powyżej zaworu 122 znajduje się zawór 126, który jest uruchamiany w celu zamknięcia komory 114 podczas obróbki materiału węglowego. Korzystnie, pomiędzy wewnętrzną ścianką obudowy 112 i zewnętrzną ścianką komory 114 znajduje się szczelina 128, w której jest umieszczony, jak to pokazano na fig. 3, materiał izolacyjny 142, służący do zatrzymywania ciepła wewnątrz wymiennika ciepła 110.

Wymiennik ciepła 110 zawiera także wtryskiwacz pary 130, umieszczony w górnej części komory 114 w celu wprowadzania pary do różnych części komory 114. Jak pokazano najdokładniej na fig. 4, wtryskiwacz pary 130 zawiera wewnętrzny pierścień 132 i zewnętrzny pierścień 134, z których każdy posiada wiele rozciągających się do dołu dysz 136, służących do wprowadzania pary do różnych części cylindrycznej komory 114. Wewnętrzny pierścień 132 i zewnętrzny pierścień 134 są połączone przynajmniej jednym przewodem 138, do którego na początku jest wprowadzana para.

W celu przeprowadzenia obróbki materiału węglowego wykorzystywanego w wymienniku ciepła z fig. 4, materiał węglowy jest ładowany do komory 114 przez wloty 116, które wchodzą bezpośrednio do komory 114, po zapewnieniu, że zawór 126 umieszczony na dolnym końcu komory 114 jest zamknięty. Po napełnieniu różnych części komory 114 materiałem węglowym, zawory 118 umieszczone na wlotach 116 są zamykane w celu utrzymania materiału węglowego w zamkniętym systemie wewnątrz komory 114. Następnie para jest wprowadzana przez wtryskiwacz pary 130, który z kolei zasadniczo równomiernie rozprowadza parę w różnych częściach komory 114. Poprzez równomierne rozprowadzenie pary w każdej części komory 114, para może się względnie równomiernie skraplać na materiale węglowym. W przypadku idealnym, ciśnienie, przy którym para jest utrzymywana wewnątrz komory 114, będzie się mieściło pomiędzy około 2070 kPa do około 20700 kPa, głównie w zależności od wymagań dla dowolnego danego ładunku materiału węglowego.

Kiedy para skrapla się i przemieszcza do dołu przez materiał węglowy, rozdzielacz 140 zapewnia to, że ilość skraplającej się pary w każdej części jest z grubsza równa ilości w innej części. W wyniku równego rozprowadzenia pary w komorze 114, może być osiągnięta wyższa skuteczność w odniesieniu do obrabianego materiału węglowego.

187 267

Po obróbce materiału węglowego przez wystarczającą ilość czasu, przeważnie mieszczącą się pomiędzy od około 3 minut do około 30 minut, zawory, odpowiednio, 122 i 126 są otwierane w celu odprowadzenia wszystkich gazów, takich jak siarkowodór, który powstał jako wynik reakcji kondensującej pary z materiałem węglowym. Dalej, wszystkie produkty uboczne unoszone w zanieczyszczonej wodzie są także odprowadzane przez zawór 126. Po wydaleniu gazów i innych produktów ubocznych, materiał węglowy może być następnie wydobyty przez jeden albo więcej wylotów 120, umieszczonych na dolnym końcu wymiennika ciepła 110.

„Obrobiony” materiał węglowy wytworzony według wspomnianych powyżej sposobów, wykorzystujących urządzenia przedstawione na fig. 1-5, jest wystawiony zarówno na przekształcanie fizyczne jak i chemiczne. Poprzez „przekształcenie fizyczne” rozumie się, że średni rozmiar cząsteczek materiału węglowego zostaje zmniejszony o współczynnik wynoszący w przybliżeniu dwadzieścia pięć procent rozmiaru średniego. To zmniejszenie rozmiaru cząsteczkowego powoduje, że cząsteczki są gęściej rozmieszczone, w ten sposób umożliwiając materiałowi węglowemu dłuższe spalanie, co jest wysoce pożądane.

O tak zwanym „przekształcaniu chemicznym” najlepiej świadczą emisje gazów, które wynikają z obróbki materiału węglowego w podwyższonych temperaturach i ciśnieniach, jak to opisano powyżej. Dodatkowo do produktu ubocznego gazowego siarkowodoru powstają jeszcze inne gazowe produkty uboczne, obejmujące, ale nie ograniczone do nich takie jak, dwutlenek węgla, tlenek węgla i metan. Ogólnie, czego dowiodły analizy w podczerwieni, gazowe produkty uboczne powstają podczas dekarboksylacji materiału węglowego, w którym zachodzi znaczne zmniejszenie ilości wiązań węglowotlenowych, które tworzą wiązania w materiale węglowym. Ponadto, uważa się, że rozpad kwasów karboksylowych i fenoli dokonuje zmniejszenia równowagowej zawartości wilgoci.

Niniejszy wynalazek jest użyteczny przy oczyszczaniu z niepożądanych produktów ubocznych, takich jak siarka, materiałów węglowych obejmujących, ale nie ograniczonych do tej grupy, węgiel kamienny, lignit i węgle podbitumiczne typu mieszczącego się w szerokim zakresie pomiędzy drewnem, torfem i węglami bitumicznymi, które są znajdowane w złożach podobnych do węgla kamiennego. Urabiane materiały węglowe zawierają jednak pewną ilość niepożądanych zanieczyszczeń, które inaczej są nazywane produktami ubocznymi, które posiadają niewielką, jeśli w ogóle jakąś, wartość energetyczną. Tak więc, jest wysoce pożądane, aby usunąć tak dużo produktów ubocznych jak to jest możliwe, w celu uzyskania paliwa wysokoenergetycznego .

Ważne jest aby na początku zauważyć, że rozmiar cząsteczkowy materiału węglowego, który jest obrabiany tak jak to tutaj opisano, w dużej części określa czas konieczny do usunięcia produktów ubocznych z materiału węglowego. Generalnie, im większy jest rozmiar cząsteczkowy, tym więcej czasu zajmuje osiągnięcie zmniejszenia zawartości niepożądanych produktów ubocznych materiału węglowego. Z tego powodu podczas stosowania sposobów według wynalazku należy zwrócić baczną uwagę na rozmiar cząsteczkowy.

Osoby znające temat powinny teraz docenić część zalet niniejszego wynalazku, takich jak bardziej skuteczną obróbkę materiału węglowego, a zwłaszcza większą koncentrację odzyskiwanych produktów ubocznych, co z kolei dostarcza materiały węglowe o większej wydajności jako paliwa.

Osoby będące specjalistami w tej dziedzinie dostrzegą jeszcze inne zalety wynalazku, po przestudiowaniu opisu, rysunku i dołączonych zastrzeżeń patentowych.

Claims

1. Urządzenie do usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych, zawierające wlot i wylot dla materiałów węglowych umieszczone na obu końcach obudowy, znamienne tym, że stanowi typ wymiennika ciepła (10), gdzie wewnątrz zewnętrznej obudowy (12) jest umieszczona co najmniej jedna rura (14) do przechowywania materiału węglowego z wlotem (16) materiału węglowego umieszczonym na jednym końcu obudowy (12) oraz wylotem (20) materiału węglowego, umieszczonym na drugim końcu obudowy (12), przy czym wlot (16) jest zaopatrzony w zawór (18) zaś wylot (20) jest zaopatrzony w zawór (22), natomiast rura (14) od strony wlotu (16) jest połączona ze źródłem (28) gazu wtryskiwanego pod ciśnieniem a od strony wylotu (20) jest połączona ze źródłem podciśnienia (26), a ponadto wewnątrz obudowy (12) jest umieszczony układ do krążenia czynnika wymieniającego ciepło w obudowie (12).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ do krążenia czynnika wymieniającego ciepło zawiera szyb (36) rozciągający się do góry obudowy (12), który ma dolny wlot czynnika (30) przy czym szyb (36) jest połączony przepływowo z rozciągającymi się do dołu kanałami (24) umieszczonymi w obudowie (12) zaś wylot czynnika (32) wystaje z obudowy (12).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rura (14) od strony wlotu (16) jest połączona ze źródłem (28) gazu obojętnego.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rura (14) od strony wlotu (16) jest połączona ze źródłem (28) wodoru.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rura (14) od strony wlotu (16) jest połączona ze źródłem (28) pary.

6. Urządzenie do usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych zawierające wlot i wylot dla materiałów węglowych umieszczone na obu końcach obudowy, znamienne tym, że stanowi typ wymiennika ciepła (110) zawierającego zewnętrzną obudowę (112) i wewnętrzną komorę (114), przy czym w zewnętrznej obudowie (112) jest umieszczony wlot (116) materiału węglowego, zaś z drugiej strony obudowy (112) jest umieszczony wylot (110) materiału węglowego, przy czym wlot (116) jest zaopatrzony w zawór (118) zaś wylot (120) jest zaopatrzony w zawór (122), natomiast w wewnętrznej komorze (114) jest umieszczony rozdzielacz (140) dzielący komorę (114) na podłużne części do przechowywania materiału węglowego, zaś powyżej rozdzielacza (140) jest umieszczony wtryskiwacz pary (130).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że komora (114) jest podzielona za pomocą rozdzielacza (140) na podłużne części o zasadniczo takiej samej pojemności objętościowej.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że rozdzielacz (140) stanowi szczelną przegrodę pomiędzy częściami komory (114) zapobiegając przepływowi pary pomiędzy nimi.

9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wtryskiwacz pary (130) jest umieszczony na górze komory (114) i zawiera wewnętrzny pierścień (132) i zewnętrzny pierścień (134) połączone co najmniej jednym przewodem (138) do wprowadzania pary do pierścieni (132, 134), przy czym pierścienie (132, 134) zawierają wiele skierowanych do dołu dysz (136) do wprowadzania pary do oddzielonych od siebie za pomocą rozdzielacza (140) podłużnych części komory (114).

10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że pomiędzy zewnętrzną obudową (112) i wewnętrzną komorą (114), znajduje się szczelina (128), w której jest umieszczona izolacja (142).

11. Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddawanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej, znamienny tym, że do co najmniej jednej rury (14) wprowadza się wlotem (16) po uprzednim zamknięciu zaworu (22) na wylocie (20), materiał węglowy, po

187 267 czym zamyka się zawór (18) na wlocie (16), następnie wlotem (30) szybu (36) wprowadza się czynnik wymieniający ciepło o temperaturze, co najmniej 93,3°C, który przepływając kanałami (24) nagrzewa ścianki rury (14), a tym samym nagrzewa materiał węglowy, w rurze (14) wytwarza się podciśnienie, i do rury (14) wtryskuje się gaz pod ciśnieniem, po czym poddaje się materiał węglowy obróbce pod ciśnieniem, a po zakończeniu obróbki otwiera się zawór (22) i odprowadza się materiał węglowy wylotem (20).

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że gaz pod ciśnieniem wprowadza się do co najmniej jednej rury (14) i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 13,8 kPa do 20700 kPa.

13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas obróbki ładunek materiału węglowego utrzymuje się wewnątrz co najmniej jednej rury (14) przez co najmniej trzy minuty.

14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wtryskuje się do co najmniej jednej rury (14) gaz pod ciśnieniem zawierający gaz obojętny.

15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wtryskuje się do co najmniej jednej rury (14) gaz pod ciśnieniem zawierający także wodór.

16. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że jako gaz pod ciśnieniem stosuje się parę.

17. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że nagrzewa się materiał węglowy w rurze (14), wytwarza się w niej podciśnienie, po czym wtryskuje się do rury (14) parę, która gwałtownie skrapla się na materiale węglowym przyspieszając usunięcie produktów ubocznych z materiału węglowego.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że parę wprowadza się do co najmniej jednej rury (14) i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 2070 kPa do 20700 kPa.

19. Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddawanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej, znamienny tym, że po uprzednim zamknięciu zaworu (122) na wylocie (120) wprowadza się materiał węglowy co najmniej jednym wlotem (116) do co najmniej jednej części wewnętrznej komory (114), po czym zamyka się zawór (118), a następnie, zasadniczo równomiernie, za pomocą wtryskiwacza pary (130) wtryskuje się parę do każdej z tych części, przy czym opcjonalnie poddaje się co najmniej jeden materiał węglowy umieszczony w jednej z części komory (114) działaniu podciśnienia, po czym po poddaniu działania podciśnienia i wprowadzeniu pary w dostatecznej ilości materiał węglowy jest poddawany chemicznemu przekształceniu, a powstałe produkty uboczne są usuwane z materiału węglowego, zaś chemicznie przekształcony materiał węglowy odprowadza się z urządzenia.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że parę wprowadza się zasadniczo równomiernie w całej wewnętrznej komorze (114).

21. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że parę wprowadza się do co najmniej jednej podłużnej części komory (114) przy żądanej temperaturze i ciśnieniu, przez co najmniej trzy minuty.

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że wewnątrz komory (114) utrzymuje się ciepło za pomocą izolacji (142).

23. Sposób usuwania produktów ubocznych z materiałów węglowych poddanych obróbce cieplnej i ciśnieniowej, znamienny tym, że do co najmniej jednej rury wprowadza się materiał węglowy, następnie wprowadza się czynnik wymieniający ciepło o temperaturze co najmniej 93,3°C i nagrzewa się materiał węglowy, a następnie wtryskuje się parę pod ciśnieniem do rury za pomocą wtryskiwacza, poddaje materiał węglowy obróbce pod ciśnieniem, a po zakończeniu obróbki usuwa się produkty uboczne z materiału węglowego.

22. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że parę pod ciśnieniem wprowadza się do co najmniej jednej rury i utrzymuje się pod ciśnieniem pomiędzy 13,8 kPa do 20700 kPa.

25. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że ładunek materiału węglowego przetrzymuje się wewnątrz co najmniej jednej rury podczas obróbki przez co najmniej trzy minuty.