PL91136B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania stalych czastek wegla z wodnych dyspersji, a w szczególnosci z wodnej zawiesiny, która powstaje przy plukaniu woda gazowych produktów, otrzy¬ mywanych na drodze reakcji paliw kopalnych z tlenem, w celu otrzymania gazu opalowego, to jest mieszaniny tlenku wegla z wodorem, • Czesciowe spalanie paliw kopalnych jest wysoce ekonomicznym sposobem wytwarzania gazu opa¬ lowego. Proces ten polega na tym, ze kopalne pa¬ liwo, na przyklad wegiel, rope naftowa lub gaz ziemny poddaje sie w zamknietej strefie reakcji z gazem zawiedajacym tlen. Przewaznie korzystnie jest wstepnie ogrzewac skladniki reakcji, która jest reakcja egzotermiczna i wytwarzane cieplo umozliwia prowadzenie jej w temperaturze 980— 1930°C, zwlaszcza 980—1540°C. Reakcje prowadzi sie pod cisnieniem 0,7—210 atn. Do reaktora moz¬ na wprowadzac pare wodna, w oelu ulaitwianiia dyspergowania cieklego paliwa, ulatwienia regulo¬ wania temperatury reakcji, a takze w celu zwie¬ kszenia wzglednej ilosci wytwarzanego wodoru.

Produkt zawiera' glównie tlenek wegla i wodór, a w przypadku wytwarzania gazu opalowego rów¬ niez metan, a poza tym zmienna ilosc pary wod¬ nej, dwutlenku wegla oraz stalego wegla w postaci drobnych czastek, które latwo ulegaja zwilzaniu woda.

Ilosc wolnego tlenu doprowadzanego ido strefy reakcji ogranicza sie tak, aby uzyskac mozliwie najwieksza wydajnosc zadanych gazów. Stosuje sie w tym celu powietrze, ewentualnie wzbogacone w tlen ,albo praktycznie biorac czysty tlen otrzy¬ mywany z powietrza. Tlen otrzymywany z powie¬ trza na skale przemyslowa ma zwykle czystosc po¬ wyzej 95% molowych i moze byc stosowany do omawianego procesu sam lub zmieszany z powie¬ trzem.

Otrzymane gazy zawieraja duze ilosci ciepla, które rnoznja wykorzystywac do wytwarzania pary wodnej. Jezeli wytwarzany gaz jest przeznaczony do dalszego procesu prowadzonego w obecnosci pary wodnej, na przyklad do wytwarzania gazu wodnego,, to pare wodna mozna wytwarzac przez bezposrednie wprowadzanie wody do gazów ulatu¬ jacych z generatora. Jezeli zas obecnosc pary wod¬ nej w gazie nie jest pozadana, to cieplo mozna odzyskiwac prowadzac gazy z generatora przez wy¬ miennik ciepla lub wykorzystywac do ogrzewania koitlów parowych, z których pare kieruje siie na przyklad do omawianego procesu. Skladniki re¬ akcji, na przyklad paliwo doprowadzane do reakto¬ ra, mozna wstepnie ogrzewac w wymiennikach cie¬ pla. Jezeli otrzymane gazy chlodzi sie przez po¬ srednia wymiane ciepla, to korzystnie jest chlo¬ dzic je tylko do temperatury wyzszej od tempe¬ ratury roszenia pod danym cisnieniem, w celu unikniecia zaklócen w wymianie ciepla przez wo¬ de skraplajaca sie na powierzchniach wymiany i ladhezje wegla porwanego przez gazy. 01136i s Unoszony wegiel usuwa sie skutecznie z gazo¬ wych produktów w ten sposób, ze ochlodzone ga¬ zy poddaje sie zetknieciu z woda w odpowiednim urzadzeniu, takim jak na przyklad wieza natrysko¬ wa, wieza iz ibelkottoami, mieszailinik Ventuiriego itp. Gazy z syntezy mozna równiez chlodzic w stre¬ fie przemywania odparowujac czesc wody uzytej do plukania, chlodzac wode do plukania lub sto¬ sujac oba te sposoby. W celu unikniecia trudnosci w przepompowywaniu, korzystnie jest utrzymywac zawartosc substancji stalych w wodzie do plukania mniejsza niz okolo 21%, a zwlaszcza okolo 0,5— —1,0%. Zawartosc te reguluje sie wycofujac czesc dyspersji substancji stalych w wodzie, przewaznie z dma strefy plukania^ ipo czym oddziela sie czesci stale i oczyszczona wode zawraca na wierzcholek strefy plukania. Poniewaz ilosc dyspersji, która trzeba poddawac procesowi usuwania stalych cza¬ stek jest przy danej predkosci wytwarzania we¬ gla odwrotnie proporcjonalna do zawartosci sta¬ lych substancji w dyisfpersji, przeto korzysitmie jest utrzymywac zawartosc sitaiych siuibsitancji w dy¬ spersji usuwanej z dna pluczki wynoszaca okolo 0,5—1,0%. Jednakze, alby plukanie bylo islkuiteozine, trzeba stosowac ilosc wody wieksza od wymaganej do utworzenia zawiesiny wydzielonego wegla, totez czesc dyspersji mozna zawracac, w celu uzyskania dostatecznej ilosci cieczy do plukania. Temperatu¬ ra dyspersji odprowadzanej ze strefy plukania po¬ winna byc korzystnie dosc wysoka, aby ulatwic nastepne zabiegi. Oczywiscie temperatura ta nie moze byc wyzsza od temperatury wrzenia wody pod cisnieniem w strefie plukania.

Dostatecznie wysoka róznice temperatury w tej strefie mozna uzyskac wprowadzajac na szczyt tej strefy wode ochlodzona tak, ze czysty, wyplukany gaz odprowadzany ma stosunkowo niska tempera¬ ture i odpowiednio mala zawartosc pary wodnej.

Korzystnie jest utrzymywac w pluczce cisnienie wysokie, mianowicie praktycznie biorac równe ci¬ snieniu gazu odplywajacemu z generatora, z uwz¬ glednieniem spadku cisnienia w przewodach i wy¬ mienniku ciepla. Stosowanie wysokiego cisnienia umozliwila stosowanie wzglednie wysokiej tempe¬ ratury w strefie plukania, co wplywa korzystnie na prowadzone dalej zabiegi oddzielania wegla i umozliwia otrzymywanie gazowego produktu na¬ dajacego sie do dalszego uzytku bez koniecznosci ponownego silnego sprezania.

Przy oddzielaniu wegla z zawiesiny wegla w wo^ dzie, otrzymywanej przy plukaniu gazowych pro¬ duktów czesciowego utleniania paliw kopalnych, otrzymuje sie duze 'ilosci wody zawierajacej oko¬ lo 0,5—1% wagowego wegla. Ze wzgledów gospo¬ darczych oraz w zwiazku z koniecznoscia oczysz¬ czania .odprowadzanych scieków, trzeba oddzielac wegiel z przynajmniej glównej czesci wodnej za¬ wiesiny, odzyskujac przy tym wegiel nadajacy sie do uzytku oraz wode, która zawraca sie do ,plu- kiamia. W celu usuwania wegla z wody po pluka¬ niu proponowano mieszac dokladnie wodna za¬ wiesine wegla z cieklym weglowodorem takim,-jak na przyklad paliwo poddawane procesowi czescio¬ wego utleniania. Poniewaz jednak jako paliwo pod- 136 4 dawane procesowi wytwarzania paliwa gazowego zwykle stosuje sie ciezka olej, iprzeto rozdzielanie mieszaniny tego oleju z woda na faze olejowa i faze woidna czesto trwa bardzo dlugo i powstaje emulsja trudna do przeróbki.

Proponowano równiez oddzielac wegiel zawarty w wodzie po plukaniu gazów przez mieszanie wodnej zawiesiny wegla z lzejszymi weglowodo¬ rami, na przyklad z ciezka benzyna, powodujac przejscie sadzy z fazy wodnej do benzyny. Po od¬ staniu i rozdzieleniu faz miesza sie iciezka benzy¬ ne zawierajaca sadze weglowa zvciezkiim olejem stanowiacym paliwo ipoddiawaine procesowi i na¬ stepnie oddestyilowuje ciezka benzyne, wykorzy- stujac ja ponownie w procesie, a pozostaly ciezki olej zawierajacy wegiel poddaje czesciowemu utlenianiu. Sposób ten jest opisany w opisie pa¬ tentowym Stanów Zjedn. Am. Nr '2992906 i istosuje sie igo w technice na dosc duza skale. Wada tego sposobu jest to, ze w celu przeprowadzenia wegla z wodnej zawiesiny do lekkich weglowodorów trzeba stosowac duze ilosci tych weglowodorów, mianowicie co najmniej 5 razy wiecej, a korzy¬ stnie 10 — 30 razy wiecej w stosunku wagowym od 'ilosci wegla zawartego w wodnej zawiesinie. Ze wzgledu na duza objetosc stosowanych lekkich weglowodorów trzeba do oddzielania ich od wody stosowac urzadzenia dekantacyjme o znacznej obje¬ tosci, a nastepnie duze urzadzenia destylacyjne, w celu oddestylowania lzejszych weglowodorów od ciezkiego oleju.

Sposób wedlug wynalazku nie ma opisianych wyzej wad. Cecha tego gpasobu jelst to, ze wode z plukania zawierajaca wegiel miesza sie z lekka frakcja cieklych weglowodorów w takiej tylko ilosci, która wystarcza aby uczynic wegiel hydro¬ fobowym. Mieszanine pozostawia sie do odstania i do strefy 'Odsitawania dodaje przy minimalnym 40 mieszaniu dodatkowa porcje cieklych weglowodo¬ rów, w celu otrzymania zawiesimy wegla w we¬ glowodorze. Zawiesine te 'odprowadza sie ze stre¬ fy odstawania i stosuje jako dodatek do produktu wyjsciowego kierowanego do syntezy gazu lub 45 wykorzystuje jiako paliwo ido ogrzewania kotlów.

Oczyszczona wode równiez odprowadza sie ze stre¬ fy odsitawania i wykorzystuje ponownie do pluka¬ nia gazów lub tez wprowadza do strefy wytwa¬ rzania giazu. 5b Jako 'ciekly weglowodór stosowany do poczat¬ kowego mieszania z wodna zawiesina mozna sto¬ sowac dowolny weglowodór, który w warunkach procesu jest ciekly, przy czym moze on nie byc 'ciekly. Mozna w tym celu stosowac dowolny lekki 55 weglowodór, taki jak butany, pentany, heksany, benzyna lekka, benzyna ciezka, nafta, lekki olej gazowy itp., jialk równiez ich mieszaniny. Weglo¬ wodory ite moga zawierac w malych ilosciach za¬ nieczyszczenia, takie jak zwiazki siarki, zwiazki 80 azotu, kwasy organiczne itp. Glówna cecha tego weglowodoru jest to, ze po zetknieciu z sada we¬ glowa powinien nadawac jej wlasciwosci hydro¬ fobowe. Korzystnie stosuje sie ciekly weglowodór majacy wartosc grawitacyjna w skali A P I wy¬ to inoszaca co majmniej 00°. Korzystnie stosuje sie5 91136 « taki lekki weglowodór, Mory daje sie latwo od¬ dzielac od ciezkiego oleju na drodze odparowywa¬ nia przez rozprezanie ogrzanej mieszaniny.

Ciekly weglowodór miesza sie zwykle z woda zawierajaca okolo 0,5—l°/o wagowego wegla w ta¬ kich warunkach, aby uzyskac dobre zetkniecie sie tego weglowodoru z weglem. Nie jesit przy tym konieczne bardzo energiczne mieszanie, aczkol¬ wiek stwierdzono, ze ze wzgledu nia mala ilosc stosowanego weglowodoru nawet w przypadku bar¬ dzo silnego mieszania nie powstaje emulsja. Mie¬ szanie to mozna prowadzic za pomoca znanych urzadzen.

Weglowodór dodaje sie tylko w takiej ilosci, któ¬ ra jest konieczna w celu uczynienia wegla hydro¬ fobowym. Wegiel oddziela sie od wody szybko i praktycznie biorac calkowicie i wyplywa ma po¬ wierzchnie w postaci nie skupionej sadzy, która ma wyglad suchej. Ilosc weglowodoru, który nale- zy dodac mozna ustalic doswiadczalnie, pobierajac próbke wody odplywajacej z pluczki i dodajac d© niej weglowodór w ilosciach wzrastajacych i wy¬ trzasajac w celu spowodowania wyplyniecia wegla nia powierzchnie wody, która powinna byc czysta.

Jezeli woda ma nadal barwe czarna, to nalezy zwiekszyc ilosc dodawanego weglowodoru. Gdy woda staje sie czysta, a wegiel „suchy" i puszysty oznacza to, ie dodano optymalna ilosc weglowodo¬ ru. Jezeli wegiel wydaje sie „mokry" a nie „suchy" i puszysty to trzeba zwiekszyc dodatek weglowo¬ doru. Ilosc weglowodoru która trzeba dodac jest w przyblizeniu do dwóch razy wieksza od liczby ce¬ chujacej zdolnosc weglowodoru do adsorbowania sadzy i wynosi 1,5—10 kg, a zwlaszcza 1,5—5 kg na 1 kgwegla. • Mieszanine lekkiego weglowodoru, wegla i wody wprowadza sie do strefy osadzania, na przyklad do naczynia do dekantacji, w którym wegiel wraz z weglowodorem wyplywa szybko na powierzchnie wody. Do górnej czesci naczynia dodaje sie dodat¬ kowa porcje weglowodoru, unikajac przy itym mie¬ szania, aby nie powodowac zmetnienia cieczy na granicy faz. Ten dodatkowy weglowodór imoznia wprowadzac na przyklad przez belkotke umiesz¬ czona nia granicy faz lub w poblizu dna naczynia i dajaca sie przesuwac ku górze tak, aby wyloty z niej mogly byc przesuwane w poblize sttrefy igranioznej, w zaleznosci od jej polozenia.

Weglowodorem dodawanym dodatkowo moze byc taki sam Jak weglowodór dodawany poczatkowo, ale ze wzgledów gospodarczych stosuje sie do tego celu przewaznie olej ciezki, który jest stosowany równiez do reakcji wytwarzania gazu. Ciezar wlas¬ ciwy tego oleju powinien byc taki, lafey igófina^ warstwa olejowa nie przenikala do dolnej warstwy wodnej. Jezeli ciezar wlasciwy oleju dodawanego dodatkowo jest taki, ze nie uzyskuje sie zadawfc-M lajacego rozdzielenia obu faz cieklych, ito mozna-:, wprowadzic poprawke rozcienczajac warstwe ole¬ jowa lzejszym weglowodorem, takim jak olej ga¬ zowy, inafta ciezka, benzyna itp. Weglowodór wtór¬ ny dodaje isie w ilosci dostatecznej do otrzyma¬ nia dyspersji zawierajacej .okolo 1—5% wagowych wegla w oleju.

Wegiel, który oddziela sie od fazy wodnej, dys¬ perguje sie w górnej warstwie olejowej stosujac mozliwie slabe mieszanie aby uniknac sklócania fazy granicznej. Mieszanie to uzyskuje sie nia iprzy- klad wprowadzajac olej dodawany dodatkowo w poblizu granicznej fazy obu cieczy w kierunku po¬ ziomym, (powodujac porywanie czastek- wegla ze strefy granicznej ~ i dyspergowanie ich w górnej . fazie. Mozna tez stosowac inne znane sposoby mie- 45 50 szania.

Temperatura w sitrefie osadzania czyli oddziela¬ nia powinna wymosicv co najmniej 82°C. Górna granica temperatury nie mia* decydujacego znacze- nia, lale nie powinna przewyzszac temipenatury, w której zawiesina wegla w wodzie wyplywa ze stre¬ fy plukania, to jest temperatury okolo 245°C, Ko- irzystnie temperatura w strefie rozdzielania wynosi okolo 120—180°C. Cisnienie w tej strefie powinno byc dostatecznie wysokie do utrzymania .zarówno weglowodorów jak i wody w stanie cieklym w da¬ nej temperatuirze i wynosi ono korzystnie co naj¬ mniej 7 iatn, a moze byc nawet równe cisnieniu pod którym prowadzi sie proces wytwairzania ga- zowego paliwa. Nie jest przy tym konieczne, aby temperatura obu warstw, to jest wodnej i olejowej byla jednakowa. Jednakze, gdy ciezary wlasciwe obu tych cieczy sa zblizone do siebie, moze byc korzystnym utrzymywac temperature górnej war- atwy olejowej wyzsza od temperatury warstwy wodnej. Lagodne mieszanie górnej warstwy umoz¬ liwia dyspergowanie w niej oddzielonego wegla, po czym otrzymana dyspersje i oczyszczona wode odprowadza sie oddzielnie ze* strefy oddzielania.

Glówna zaleta dwustopniowego dodawania cie¬ klych weglowodorów sposobem wedlug wynalazku jest to, ze unika sie powstawania emulsji, nawet jezeli stosuje sie srodki emulgujace w weglowo¬ dorze lub w dyspersji wegla w wodzie* Ilosc we- 40 glowodoru dodawanego w pierwszym stadium jest ograniczona do tej, która jest niezbedna do nada¬ nia sadzy weglowej wlasciwosci hydrofobowych tak, ze czastki wegla wyplynelyby szybko i prak¬ tycznie biorac calkowicie na powierzchnie wody, przy czym nadmiar weglowodoru powinien byc mozliwie niewielki. Powstawania emulsji unika sie, poniewaz weglowodór dodaje sie w ilosci mniej¬ szej od tej, która umozliwilaby utworzenie cieklej fazy weglowodorowej. W drugim stadium olej we¬ glowodorowy dodaje sie w ilosci znacznie wiekszej niz w stadium pierwszym, przy czym dodaje sie go do strefy osadzania stosujac minimalne tylko mieszanie wody, nie powodujace powstawania emulsji nawet w razie obecnosci emulgatorów. Ta f x moznosc unikania powstawania emulsji stanowi fiardzo wazna zalete sposobu wedlug wynalazku w porównaniu ze sposobami znanymi.

- ; Jezeli w drugim stadium procesu jako weglowo- 60 dorów stosuje sie olej resztkowy lub jego miesza¬ nine z lzejszymi weglowodorami, wówczas otrzy¬ mana dyspersje wegla w oleju kieruje sie do strefy, w której lzejszy weglowodór odparowuje sie przez rozprezenie i pozostala dyspersje wegla 65 w oleju resztkowym wykorzystuje jako produkt :*<"059-~-«91136 8 wyjsciowy do syntezy gazu lub jako paliwo do ogrzewania kotlów.

Przyklad. Dyspersje wegla w wodzie, za¬ wierajaca 1,5% wagowych wegla, otrzymana przez plukanie woda gazu wytwarzanego przez czescio¬ we utlenianie oleju opalowego, poddaje sie proce¬ sowi wedlug wynalazku. Prowadzi sie próbe A i próbe B. W obu probach w pierwszym stadium stosuje sie ciezka benzyne o 70° AP I, natomiast w drugim stadium w próbce A stosuje sie dodatek ciezkiej benzyny, zas w próbce B mieszanine za¬ wierajaca 55% wagowych oleju California Reduced Crude i 45% wagowych ciezkiej benzyny. W pierw¬ szym stadium procesu ciezka benzyne dodaje sie za pomoca zaworu mieszajacego, a w drugim sta¬ dium ciekle weglowodory dodaje sie za pomoca belkotki i kieruje na plyte rozdzielcza umieszczona tuz nad poziomem wody. Warunki procesu podano w tablicy.

Tablica Panaimetry Ilosc doprowadzonego wegla Ldozba adsorpcji oleju mg/g Ilosc ciezkiej benzyny dodawanej w pierw¬ szym staidiuim kg/godz.

Stosunek wagowy nafty do wegla w pierwszym stadium !kg/kg Ilosc weglowodorów dodawanych w drugim stadium kg/godz.

Calkowita ilosc doda¬ wanych weglowodorów kg/godz.

Calkowity stosunek wagowy weglowodorów do wegla kg/kg Proces oddzielania Temperatura Cisnienie miamome- tryczine atn Zawartosc wody w dy¬ spersji wegla w weglo¬ wodorze Zawartosc wegla w dy¬ spersji wegla w weglo¬ wodorze Próba A ,9 2,26 128,5 . 4,2 515,7 644,2 21 13'6°C ,5 2,18% 4,48 B ,6 2,92 77,2 4,9 312,3 389,5 150°C 18,9 4,64% 3,68 Dane zamieszczone w tablicy swiadcza o tym, ze wegiel zostal usuniety z wody po plukaniu praktycznie biorac calkowicie i ze górna warstwa weglowodoru z weglem zawiera mniej niz 5% wody. Poza tym, ze wzgledu na mala ilosc ciezkiej benzyny dodanej w pierwszym stadium procesu i minimalne mieszanie wody z olejem podczas dru- • giego stadium procesu, unika sie powstawania emulsji podczas dekantacji.

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe i. Siposóib oddzielania czastek wegla z wodnych 15 dyspersji, znamienny tym, ze dyspersje wodna wegla imieszia sie z pierwszym cieklymi weglowodo¬ rem luzytyrn w talkiej ilosci, laby uczynic wegiel suchym i puszystym, ipo czym otrzymana miesza- nitne pozostawia sie do odsltania, umozliwiajac umo- 20 szenie sie wegla ma .powierzchnie wody, ia foiastep- niie dodaje siie drugi ciekly weglowodór, wytwarza¬ jac ma powierzchna Wiody dyspersije wegla w we¬ glowodorze i dyspersje te oddziela od wody.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 25 jialko drugi weglowodór stosuje sie olej resztkowy z ropy maftowej lub jego mieisziainine z ciezka benzyna.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 80 jiako pierwszy weglowodór stosuje sie frakcje ro¬ py miaftowej o temperaturze wrzenia ciezkiej ben¬ zyny o' 5 atomiach wegla.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze frakjcje o temperaturze wrzenia ciezkiej benzyny 35 o 5 atomach wegla odparowuje sie z dyspersji wegla w weglowodorze metoda rozprezania po oddzieleniu tej dyspersji w strefie osladzania.

5. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze pozositaloisc po odparowaniu poddaje siie czesdo- wemu utlenianiu w celu otrzymania gazu zawie¬ rajacego glównie tlenek wegla i wokiór.

6. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, zev prodiutot odparowiany przy roziprezaniu zawraca sie 45 do strefy mieszania.

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dyspersje wegla w 'weglowodorze oddziela sie w temperaturze 82—246°C. rcZtTELNlA I UrzyW W.Z.Graf. Znd. Nr 2, zaim. 688/77, A4, 120. Cena 10 zl