PL239651B1 - Ekologiczny sposób otrzymywania paliw stałych z węgli kopalnych - Google Patents

Abstract

Wynalazkiem jest ekologiczny sposób otrzymywania paliw stałych z węgli kopalnych przez ekstrakcję rozdrobnionego węgla kopalnego rozpuszczalnikiem lub mieszaniną rozpuszczalników, w warunkach powyżej ich parametrów krytycznych, oraz odebranie ekstraktu, z którego korzystnie oddestylowuje się rozpuszczalnik.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy ekologicznego otrzymywania z węgli kopalnych paliwa stałego pozbawionego substancji rakotwórczych i dymotwórczych, przeznaczonego do stosowania w lokalnych kotłowniach. Węgiel jako kopalina zawiera w sobie około 300 różnych związków chemicznych. To ich obecność w trakcie spalania jest źródłem dymu i tzw. smogu. Powodem tego zjawiska jest brak odpowiedniej ilości tlenu w powietrzu, potrzebnego do całkowitego spalenia wszystkich substancji chemicznych zawartych w węglu. Koks jest produktem powstającym w wyniku procesu uszlachetniania paliw stałych poprzez pirolizę. Polega on na ogrzewaniu węgla w zamkniętym reaktorze stalowym i wykraplaniu powstających par i gazów. Końcowym efektem procesu są trzy rodzaje produktów: gaz, smoła pogazowa oraz koks. Jest to węgiel o dużej czystości chemicznej. Jego spalanie w powietrzu nie wytwarza dymu i sadzy. Proces pirolizy węgla przeprowadza się w koksowniach. Są one zaopatrzone w tzw. piece koksownicze, w których ogrzewa się przeponowo zmielony węgiel o granulacji ziarna ok. 3 mm do temperatury 1050 stopni Celsjusza. Zespół takich komór tworzy baterię koksowniczą, która jest ogrzewana przeponowo gazami powstającymi z procesu pirolizy. Czas pracy komory koksowniczej waha się w granicach 9-30 godzin, w zależności od gatunku węgla. Praca koksowani jest uciążliwa dla środowiska naturalnego z powodu procesu gaszenia gorącego koksu wodą. Przedostają się wtedy do atmosfery różne gazowe substancje chemiczne jak: amoniak, dwutlenek węgla, siarkowodór, cyjanowodór, co powoduje, że koksownie zalicza się do zakładów uciążliwych dla otoczenia. O rentowności całego procesu koksowniczego zadecydowały tylko dwa produkty końcowe - koks i gazy koksownicze. To one decydowały, że rentowność procesu wynosiła ok. 30%. Stosowany obecnie proces pirolizy węgla jest skomplikowany i niebezpieczny. Można go scharakteryzować następująco: przebiega w wysokiej temperaturze 1050°C, procesowi towarzyszy powstawanie palnych gazów, które zmieszane z powietrzem tworzą mieszaniny wybuchowe, sam proces jest energochłonny, a w trakcie gaszenia gorącego koksu wodą przedostają się do atmosfery niebezpieczne i trujące gazy. Dla otrzymania dobrego gatunku koksu potrzebny jest odpowiedni gatunek węgla, tzw. krótkopłomienny. Z jednej tony węgla otrzymuje się średnio 750800 kg koksu i 325 m³ gazów koksowniczych, których masa wynosi 187 kg. Opuszczające komorę koksowniczą gazy zawierają szereg związków chemicznych. W 1 metrze sześciennym tych gazów o temperaturze 730°C zawarte jest od 80 do 130 gram smoły pogazowej, od 8 do 13 gramów amoniaku, od 30 do 40 gramów węglowodorów aromatycznych, od 6 do 25 gramów siarkowodoru i innych związków siarki, od 0,5 do 1,5 grama cyjanowodoru, od 250 do 450 gram wody oraz od 15 do 35 gramów porowatych cząstek paliwa stałego. Daje to w sumie masę rzędu 694,5 grama zanieczyszczeń w 1 metrze sześciennym gazów koksowniczych. Z tego powodu gazy te w dalszym etapie produkcji są poddawane procesowi oczyszczania na specjalistycznej instalacji technologicznej.

Wynalazek polega na tym, że w celu pozyskania czystego paliwa węglowego ciekłe i gazowe substancje z węgla usuwa się przez ekstrakcję dwutlenkiem węgla. Proces ekstrakcji ma tę zaletę, że można odzyskać użyty rozpuszczalnik, co obniża koszty całego procesu. Dodatkową zaletą jest fakt, że cały proces ekstrakcji przebiega w dużo niższej temperaturze niż proces pirolizy węgla. Uzyskane tą metodą paliwo stałe spala się w całości nie dając przy tym dymu. Jego zaletą jest również duża porowatość i odporność na zgniatanie, co gwarantuje dobry przepływ powietrza przez całą masę w trakcie procesu jego spalania. Czysta kopalina, jaką jest węgiel jest złym przewodnikiem ciepła, co jest powodem trudnego jego rozpalania. Produkt otrzymany według wynalazku ma bardzo dobre przewodnictwo cieplne, zbliżone do przewodnictwa cieplnego żelaza i jest łatwy w rozpalaniu.

Ekologiczny sposób otrzymywania paliw stałych z węgli kopalnych z zastosowaniem ekstrakcji, według wynalazku polega na tym, że rozdrobniony węgiel kamienny poddaje się ekstrakcji dwutlenkiem węgla w warunkach powyżej jego parametrów krytycznych a z ekstraktu korzystnie oddziela się dwutlenek węgla, przy czym ekstrakt odbiera się z taką szybkością aby spadek ciśnienia par rozpuszczalnika w reaktorze o 1 atmosferę następował w czasie nie krótszym niż 3-20 minut.

Korzystnie w sposobie według wynalazku ekstrakcji poddaje się węgiel kamienny rozdrobniony w granicach 1-10 milimetrów, najkorzystniej w granicach 3-5 milimetrów.

Przebieg procesu otrzymywania wyżej wymienionego paliwa węglowego według wynalazku jest następujący:

Do stalowego reaktora, zaopatrzonego w płaszcz grzejny wlewamy odmierzoną ilość rozpuszczalnika i stawiamy zasobnik ze zmielonym węglem o wielkości ziarna 3-5 mm. Całość zamykamy hermetycznie i rozpoczynamy podgrzewanie reaktora. Proces podgrzewania trwa tak długo, aż w reaktorze użyty rozpuszczalnik osiągnie parametry nadkrytyczne w zakresie temperatury i ciśnienia. Po ustaleniu

PL 239 651 B1 się równowagi termodynamicznej w reaktorze rozpoczynamy odbiór ciekłego ekstraktu, który wykrapla się w chłodnicy. Po odebraniu całej ilości ekstraktu i ochłodzeniu reaktora produktem jest węgiel pozbawiony domieszek ciekłych i gazowych. Z wyglądu jest to substancja podobna do koksu. Miarą czystości produktu jest przewodnictwo cieplne, zbliżone do przewodnictwa cieplnego żelaza, które wynosi lambda = 54 W/mx°K. Uzyskany ciekły ekstrakt kieruje się do instalacji, w której odpędza się użyty rozpuszczalnik. Jest on ponownie wykorzystany do procesu ekstrakcji, a gęstą pozostałość po oddzieleniu rozpuszczalnika kieruje się do przemysłu petrochemicznego lub koksowniczego w celu wyodrębnienia wszystkich związków chemicznych zawartych w mieszaninie.

Zalety proponowanego według wynalazku rozwiązania, w stosunku do obecnie stosowanej pirolizy węgla, są następujące: proces jest prowadzony w temperaturze nieprzekraczającej 300°C, odzyskiwany jest zastosowany rozpuszczalnik, a otrzymany ciekły ekstrakt po oddzieleniu rozpuszczalnika jest czysty, co ułatwia jego dalsze przetwarzanie. Ponadto brak emisji zanieczyszczeń do atmosfery z powodu prowadzenia procesu na instalacji hermetycznej, a możliwość użycia cieczy, jako nośnika ciepła, w celu poprowadzenia ekstrakcji umożliwia bezpieczne prowadzenie całego procesu.

P r z y k ł a d 1

W reaktorze stalowym o pojemności 12,5 litra umieszczamy 1000 gram suchego, rozdrobnionego węgla o granulacji 3-5 milimetrów. Reaktor zamykamy i doprowadzamy przewodem stalowym 1054 gram dwutlenku węgla. Zamykamy zawór doprowadzający gaz i zaczynamy ogrzewanie reaktora aż użyty rozpuszczalnik osiągnie parametry nadkrytyczne, to jest powyżej temperatury 31,3°C. Po przekroczeniu parametrów krytycznych rozpuszczalnika odczekujemy ok. 0,5 godziny, aby ustalił się stan równowagi termodynamicznej w zamkniętym układzie. Po odczekaniu tego czasu wyłączamy ogrzewanie reaktora i rozpoczynamy odbiór ekstraktu za pomocą chłodnicy wodnej. Szybkość procesu ekstrakcji musi być kontrolowana tak, aby spadek ciśnienia par rozpuszczalnika w reaktorze o 1 atmosferę odbywał się w czasie nie krótszym niż 3-5 minut. Po odebraniu całej ilości ekstraktu - czego dowodem będzie spadek ciśnienia wewnątrz reaktora do 0 - otwieramy reaktor i wyjmujemy produkt finalny. Ilość jego wyniosła 795 gramów.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Ekologiczny sposób otrzymywania paliw stałych z węgli kopalnych z zastosowaniem ekstrakcji, znamienny tym, że rozdrobniony węgiel kamienny poddaje się ekstrakcji dwutlenkiem węgla w warunkach powyżej jego parametrów krytycznych a z ekstraktu korzystnie oddziela się dwutlenek węgla, przy czym ekstrakt odbiera się z taką szybkością aby spadek ciśnienia par rozpuszczalnika w reaktorze o 1 atmosferę następował w czasie nie krótszym niż 3-20 minut.

2. Ekologiczny sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ekstrakcji poddaje się węgiel kamienny rozdrobniony w granicach 1-10 milimetrów, najkorzystniej w granicach 3-5 milimetrów.