PL93199B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania ekstraktów weglowych o niskiej zawartosci popiolu, majacych zastosowanie jako surowiec dla dalszej przeróbki do paliw plynnych lub jako material wyjsciowy dla otrzymywania wysokogatunkowych wegli elektrodowych.

Znany sposób otrzymywania ekstraktów weglowych polega na ekstrakcji wegla rozpuszczalnikami donoro wodorowy mi w temperaturze, w której nastepuje termiczna depolimeryzacja organicznej substancji weglowej. W tych warunkach polaczenia metaloorganiczne, których stabilnosc termiczna jest niska, ulegaja rozpadowi, a uwolnione atomy metali przechodza do ekstraktu weglowego. Skladniki nieorganiczne nie zwiazane z organiczna substancja weglowa w warunkach ekstrakcji pozostaja w nierozpuszczonej czesci wegla w tak zwanym weglu resztkowym.

W celu otrzymywania ekstraktu pozbawionego wegla resztkowego z mieszaniny ekstrakcyjnej oddziela sie wegiel resztkowy przez filtracje, wirowanie lub rozdzial w hydrocyklonach.. Ze wzgledu na ograniczona efektywnosc wymienionych metod rozdzialu pewna ilosc wegla wraz ze skladnikami nieorganicznymi przechodzi do roztworu weglowego w rozpuszczalniku powodujac wzrost zawartosci popiolu w ekstrakcie Znane sposoby otrzymywania ekstraktów weglowych o niskiej zawartosci popiolu polegaja badz na poprawie efektywnosci rozdzialu poprzez udoskonalenie operacji filtracji, na przyklad przez filtracje mieszaniny ekstrakcyjnej rozcienczonej w stosunku 1 :10 rozpuszczalnikiem o niskiej wiskozie, na filtrach cisnieniowych, badz na odpopielaniu otrzymanych ekstraktów zawierajacych popiól, na przyklad przez mycie ekstraktu rozcienczonymi kwasami mineralnymi.

Oba wymienione sposoby sa malo efektywne i trudne w realizacji w skali wiekszej. Dotychczas nie znane sa sposoby otrzymywania ekstraktów weglowych o zawartosci pooiolu ponizej 0,3 procent wagowych która to zawartosc powoduje zatrucie katalizatorów stosowanych w reakcji uwodornienia ekstraktu obnizajac efektywny czas pracy katalizatora oraz powodujac koniecznosc jego czestej regeneracji i wymiany.. Krótka zywotnosc katalizatorów w procesie uwodornienia ekstraktów weglowych zawierajacych powyzej 0,3% wagowych popiolu komplikuje proces otrzymywania paliw plynnych z wegla pod wzgledem technologicznym i ruchowym.2 G3 199 Sposób wedlug wynalazku polega na ekstrakcji wegla rozpuszczalnikiem donorowodorowym w obecnosci naturalnych sorbentów jak bentonity lub ily bentonitowe. W obecnosci naturalnych sorbentów nastepuje na ich powierzchni adsorpcja skladników nieorganicznych, uwolnionych w rezultacie depolimeryzacji substancji weglowej w warunkach ekstrakcji wegla* Ponadto proces ekstrakcji prowadzony w obecnosci naturalnych sorbentów jak bentonity lub ily bentonitowe ze wzgledu na ich kataliczne dzialanie przebiega zwieksza efektywnoscia, uzyskany ekstrakt weglowy zawiera wieksze ilosci skladników o nizszym ciezarze czasteczkowym w porównaniu z ekstraktem uzyskanym w tych samych warunkach w procesach ekstrakcji prowadzonych bez sorbentów naturalnych.

Mieszanina ekstrakcyjna zawierajaca ekstrakt weglowy, naturalny sorbent, wegiel resztkowy i rozpuszczalnik jest nastepnie podawana separacji w celu otrzymania roztworu ekstraktu weglowego w rozpuszczalniku. Uzyskany filtrat charakteryzuje sie niska zawartoscia popiolu okolo 0,1 procenta wagowego i nie zawiera wegla resztkowego. W sposób ekstrakcji wedlug wynalazku osad z filtracji zawierajacy wegiel resztkowy, sorbent naturalny oraz pewne ilosci ekstraktu weglowego i rozpuszczalnika poddawany jest operacji ,-^.wytlewania walozu fluidalnym. Jako produkty wytlewania uzyskuje sie gaz. smole wytlewna oraz pólkoks 'osadzony ^a^ziarnach naturalnego sorbenta. Ten ostatni produkt wprowadzany jest do paleniska fluidalnego, w którym w strumieniu powietrza nastepuje wypalenie z powierzchni sorbenta jaturalnego pólkoksu. Powstale znap^ne jjpscj ciepla wykorzystane sa dla otrzymania pary wysokopreznej. Sorbent naturalny pozbawiony osadów weglowych zawracany jest do procesu ekstrakcji wegla.

Dzieki zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku w procesie ekstrakcji wegli kamiennych uzyskuje sie ekstrakty weglowe o niskiej zawartosci popiolu, okolo 0,1 procenta wagowego, wzbogacone w skladniki o nizszym ciezarze czasteczkowym. Zastosowanie sposobu wedlug wynalazku upraszcza proces separacji. Na przyklad przy zastosowaniu filtracji, jako sposobu separacji mieszaniny ekstrakcyjnej, uzyskuje sie wzrost wydajnosci filtratu o niskiej zawartosci skladników popiolowych.

Sposób wedlug wynalazku ma zastosowanie do otrzymywania ekstraktów weglowych o niskiej zawartosci popiolu, które stanowia pólprodukt w procesie otrzymywania paliw plynnych zwegla lub surowiec dla otrzymywania wysokogatunkowych wegli elektrodowych.

Sposób otrzymywania ekstraktów weglowych o niskiej zawartosci popiolu jest blizej objasniony w przykladzie zilustrowanym na rysunku, który przedstawia schemat ideowy urzadzen sluzacych do realizacji sposobu wedlug wynalazku.

P r z y k l a d. 50 kG wegla kamiennego typu 32 o ponizszej charakterystyce: sklad elementarny: Hb - 5,39% wagowych, Cb - 80,88% wagowych. N& - 0,68% wagowych, Ob - 12,44% wagowych, Sb - 0,61% wagowych, zawartosc popiolu — 4,87% wagowych, zawartosc czesci lotnych —39,33% wagowych, doprowadza sie przewodem do urzadzenia mielacego 1, w którym wegiel ulega rozdrobnieniu do ziarn ponizej 1 mm. W czasie rozdrobnienia nastepuje równiez usuniecie wilgoci z wegla, w tym celu do urzadzenia mielacego 1, wprowadzony jest azot o temperaturze 400°K. Rozdrobniony wegiel z urzadzenia mielacego 1 wprowadzany jest do mieszalnika 2. Do mieszalnika 2 wprowadzone jest 100 kg rozpuszczalnika w postaci uwodornionego oleju antracenowego.

Rozpuszczalnik taki w warunkach ekstrakcji posiada zdolnosc oddawania wodoru który r rzylaczony jest przez substancje weglowa umozliwiajaca jej gleboka depolimeryzacje. Jednoczesnie do mieszalnika 2 z zasobnika 3 wprowadza sie 15 kG sorbentu naturalnego - w postaci formowanej o ziarnach o ksztalcie sferycznym o przecietnej srednicy 1 mm. Mieszalnik 2 stanowi naczynie cylindryczne wyposazone w sprawny system intensywnego wymieszania zawartosci.

Mieszanina zawierajaca wegiel, rozpuszczalnik i ziarna sorbentu naturalnego odprowadzana jest z mieszalnika 2 i laczona ze strumieniem gazu wodorowego zawierajacego powyzej 70 procent objetosciowych wodoru. Mieszanina o wspomnianym wyzej skladzie wprowadzana jest do ekstraktora 4. Proces ekstrakcji prowadzony jest w temperaturze 673°K pod cisnieniem 11 MN/m2 w czasie 1,5 godziny. Czas ekstrakcji oraz pozostale warunki powinny byc tak dobrane, aby stopien ekstrakcji organicznej substancji weglowej wynosil 50 do 80 procent. Ekstrakt uzyskiwany przy wyzszym stopniu ekstrakcji organicznej substancji weglowej, ze wzgledu naznaczna zawartosc skladników o wysokim ciezarze drobinowym i zlozonej budowie chemicznej, posiada gorsze wlasnosci. W ekstraktorze zachodzi proces ekstrakcyjnej depolimeryzacji uwodorniajacej wegla.

Uwolnione w procesie depolimeryzacji substancji weglowej skladniki nieorganiczne zostaja zaadsorbowane na powierzchni ziarn sorbenta.

Mieszanina ekstrakcyjna, w sklad której wchodzi roztwór ekstraktu weglowego w rozpuszczalniku, wegiel resztkowy, sorbent oraz gaz wodorowy, zawierajacy pewne ilosci weglowodorów i innych gazowych produktów, z ekstraktora 4 wprowadzana jest do separatora 5, w którym nastepuje rozdzial fazy gazowej.. Faza gazowa, w sklad której wchodzi gaz wodorowy oraz gazy powstale w procesie ekstrakcji odprowadzana jest z separatora 5 do urzdzen oczyszczajacych gaz. Gaz ten po oczyszczeniu od weglowodorów zawracany jest do obiegu (jako93 199 3 obiegowy gaz wodorowy). Pozostale produkty ekstrakcji z separatora 5 wprowadzane sa na filtr obrotowy 6.

Filtracja prowadzona jest na cisnieniowych filtrach obrotowych w temperaturze 573°K pod cisnieniem do 3 MN/m2. Ziarnista struktura sorbenta osadzonego na powierzchni filtrujacej wplywa na obnizenie oporów filtracji, wzrost szybkosci filtracji oraz poprawia efektywnosc rozdzialu. Filtrat stanowiacy roztwór ekstraktu weglowego o niskiej zawartosci popiolu w rozpuszczalniku z filtra 6 odprowadzany jest do kolumny destylacyjnej 7. Z górnej czesci kolumny destylacyjnej 7 odprowadzany jest destylat, który jako rozpuszczalnik zawracany jest do mieszalnika 2, Z dolu kolumny destylacyjnej 7 odprowadzany jest ekstrakt weglowy o niskiej zawartosci popiolu pozbawiony rozpuszczalnika. Wydajnosc produktów ekstrakcji w procentach wagowych w stosunku do wegla bezpopiolowego jest nastepujaca: produkty gazowe 2,0% wagowych, ekstrakt weglowy 59% wagowych, wegiel resztkowy 39% wagowych.

Osad z filtra 6 zawierajacy wegiel resztkowy, ziarna sorbenta oraz pewne ilosci ekstraktu weglowego i rozpuszczalnika, od prowadzany jest z filtra 6 i laczony z gazem nosnym, w sklad którego wchodzi gaz cyrkulacyjny, powietrze i para wodna.. Osad z filtracji mieszaniny ekstrakcyjnej w strumieniu gazu nosnego wprowadzany jest do komory wytlewania 8. Proces wytlewania prowadzony jest w temperaturze 900°K, przy czym temperatura w strefie wytlewania utrzymywania jest przez spalanie w zlozu fluidalnym w stref ie odgazowania 9 czesci pólkoksu uzyskanego w komorze wytlewania 8 i wykorzystanie uzyskanego ciepla w procesie wytlewania. W komorze wytlewania 8 w warunkach karbonizacji osad filtracyjny ulega karbonizacji do pólkoksu w obecnosci ziarn sorbenta zawartych w osadzie filtracyjnym oraz powstaja gazowe i parowe produkty wytlawania. W procesie wytlewania uzyskuje sie 10,3% wagowych smoly wytlewnej w stosunku do ilosci osadu filtracyjnego, która laczy sie z ekstraktem weglowym.

Pól koks osadzony na ziarnach sorbenta z komory wytlewania 8 doprowadzany jest do pracujacej równiez w zlozu fluidalnym komory odgazowania 9.. Transport pólkoksu osadzonego na ziarnach sorbenta z komory wytlewania 8 do komory odgazowania 9 odbywa sie w strumieniu gazu nosnego, którym jest gaz recyrkulacyjny.

W strefie odgazowania pólkoks osadzony na ziarnach sorbenta utrzymywany jest w zlozu fluidalnym w temperaturze 1073°K. Gaz z odgazowania pólkoksu odprowadzany jest z komon/ odgazowania 9 i wykorzystany jest jako gaz nosny. Czesc pólkoksu z komory odgazowania 9 w strumieniu powietrza dostarczana jest do przewodu 10, w którym nastepuje czesciowe spalenie pólkoksu osadzonego na ziarnach sorbenta powodujac wzrost temperatury. Mieszanina powietrza, gazów spalinowych oraz goracych ziarn sorbenta, zawierajacych nie spalony pólkoks, przewodem 10 wprowadzana jest do cyklonu 11, w którym nastepuje rozdzial goracych ziarn od gazów. Gazy, w sklad których wchodzi powietrze i gaz spalinowy, z cyklonu 11 odprowadzane sa do urzadzen dla odzysku ciepla.

Gorace ziarna sorbenta z pól koksem z cyklonu 11 wprowadzane sa do komory wytlewania 8 stanowiac zródlo ciepla w procesie wytlewania. Transport goracych ziarn z komory odgazowania do komory wytlewania 8 odbywa sie w strumieniu gazu cyrkulacyjnego> Ze strefy wytlewania 8 przewodem 12 odprowadzane sa ziarna sorbenta z osadzona na powierzchni warstwa pólkoksu. Ziarna te w strumieniu powietrza doprowadzanego do przewodu 12 wprowadzane sa do fluidalnej komory spalania 13, gdzie w zlozu fluidalnym nastepuje calkowicie spalenie tlenem z powietrza warstwy pólkoksu osadzonej na ziarnach sorbenta .Powstale znaczne ilosci ciepla sa odbierane przez wezownice parowa 14, która znajduje sie wewnatrz komory spalania 13. Gazy spalinowe, zawierajace drobne ilosci pylu powstalego w rezultacie scierania sie ziarn sorbenta w zlozu fluidalnym, odprowadzane sa w górnej czesci komory spalania 13 i wprowadzane sa do cyklonu 15. W cyklonie 15 nastepuje odpylanie gazu (pyl odprowadzany jest z cyklonu 15 na zewnatrz), zas odpylony gaz odprowadzany jest do atmosfery lub zawracany jest do obiegu jako gaz nosny.

Ziarna sorbenta pozbawione koksu z komory spalania 13 odprowadzane sa w strumieniu gazu i wprowadza¬ ne do zasobnika 3, skad podawane sa do mieszalnika 2, w którym przygotowywana jest mieszanina ekstrakcyjna.

Gaz nosny z zasobnika 3 odprowadzanyjest na zewnatrz. Produkty wytlewania zawierajace gaz wytlewny oraz pary weglowodorów, po wstepnym oddzieleniu od ziarn cial stalych w wewnetrznych cyklonach 16 i 17 odprowadzane sa z komory wytlewania 8 i wprowadzane sa do separatora 18. W separatorze 18 nastepuje rozdzial cieklych i gazowych produktów wytlewania. Produkty gazowe stanowiace niskokaloryczny gaz wytlewny odprowadzane sa z separatora 18. Produkty ciekle wytlewania zawierajace wode rozkladowa oraz smole wytlewna odprowadzane sa z separatora 18 i doprowadzane do przewodu, którym podawany jest roztwór ekstraktu weglowego w rozpuszczalniku do kolumny destylacyjnej 7. Wysokowrzace produkty wytlewania odbierane sa lacznie z niskopopiolowym ekstraktem weglowym. Otrzymany ekstrakt weglowy zawiera 0,12% wagowych popiolu. Ekstrakt uzyskany z tego samego wegla w tych samych warunkach ekstrakcji bez dodatku sorbenta zawiera 0,53% wagowych popiolu. •4 93 199

Claims (1)

Zastrzezenie patentowe Sposób otrzymywania ekstraktów weglowych o niskiej zawartosci popiolu przez gleboka, depolimeryzacyjna ekstrakcje wegla rozpuszczalnikiem donorowodorowym, znamienny tym, ze wegiel poddaje sie ekstrakcji w obecnosci 3-30% wagowych sorbenta mineralnego pod cisnieniem OJ-11 MN/m wodoru w temperaturze 573-723°K, przy czym jako sorbenty mineralne stosuje sie bentonity, ily bentonitowe zuzyte katalizatory, lub inne mineralne sorbenty przemyslowe w formie ziarn o srednicy

1. -2 mm, zas produkt ekstrakcji stanowiacy mieszanine ekstrakcyjna zawierajaca ziarna sorbenta rrrneralnego poddaje sie filtracji .przy czym ziarna sorbenta spelniaja role masy filtracyjnej poprawiajac wydajnosc i efektywnosc filtracji, a osad filtracyjny wraz z ziarnami sorbenta mineralnego poddaje sie wytlewaniu, a otrzymany pólkoks osadzony na ziarnach sorbenta spala sie w palenisku fluidalnym, przy czym ziarna sorbenta pozbawione pólkoksu zawracane sa do procesu ekstrakcji wegla. \ek5trakt weglowy produkty ciekle powietrze gaz nosny powietrze Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl