PL98165B1 - Sposob otrzymywania paliw i surowcow nieenergetycznych z wegla - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompleksowy sposób otrzymywania plynnych, stalych i gazowych paliw oraz surowców nieenergetycznych zwegla, poprzez etapy rozpuszczalnikowej ekstrakcji wegla, separacji czesci stalych z surowego ekstraktu przez odwirowanie oraz uwodornienia oczyszczonego ekstraktu. Sposobem tym otrzymuje sie frakcje olejowe o charakterze plynnych paliw niskosiarkowych i produktów chemicznych, pólkoks stosowany jako paliwo bezdymne oraz produkty gazowe, które moga byc wykorzystane do produkcji wodoru lub gazu opalowego.

Opracowanie ekonomicznie uzasadnionego sposobu przemiany wegla na paliwa plynne i surowce chemicz¬ ne, jest uzaleznione od spelnienia szeregu warunków. Sposób ten powinien zapewniac uzyskanie odpowiedniej ilosci wysokojakosciowych cieklych produktów i pelne wykorzystanie wszystkich produktów ubocznych, a ponadto dla zapewnienia ciaglosci pracy i oplacalnosci produkcji powinien skladac sie z opanowanych pod wzgledem mechanicznym i technologicznym etapów.

Znane dotychczas sposoby przemiany wegla na paliwa plynne okazaly sie niezadawalajace miedzy innymi równiez na skutek trudnosci konstrukcyjnych w poszczególnych wezlach, urzadzeniach lub aparatach instalacji, które sa spowodowane koniecznoscia stosowania ostrych parametrów (cisnienia i temperatury) oraz operowania mediami stanowiacymi zawiesiny ciala stalego w cieczy lub ciecze o wysokich temperaturach krzepniecia i duzych lepkosciach.

Wieloletnie badania nad technologia konwersji wegla do paliw plynnych doprowadzily miedzy innymi do opracowania sposobu, którego zalozenia sa oparte na wykorzystaniu zjawiska depolimeryzacji wegla i przejscia wstan ciekly w wyniku jego ekstrakcji rozpuszczalnikami, w warunkach podwyzszonego cisnienia i temperatury oraz uwodornienia otrzymanych ekstraktów weglowych. Wegiel poddany cisnieniowej ekstrakcji rozpuszczalni¬ kiem wodorodonorowym, na przyklad uwodornionym olejem antracenowym lub olejami wytworzonymi w procesie, ulega depolimeryzacji i czesciowemu uwodornieniu z wytworzeniem nizej czasteczkowych substancji (gazów, olejów i ekstraktu). Ekstrakt weglowy poddany procesowi uwodornienia ulega dalszej glebokiej konwersji na niskowrzace produkty ciekle, w których w znacznej mierze nastepuje wzrost zawartosci wodoru i zmiana skladu chemicznego w kierunku zwiekszenia udzialu zwiazków o charakterze nasyconym — parafino¬ wych i naftenowych.2 98 165 Rozwój opisywanego sposobu otrzymywania syntetycznych paliw plynnych zwegla siega roku 1934, w którym A.Pott i H.Broche opatentowali sposób ekstrakcji rozpuszczalnikowej wegla. Od tego czasu w szeregu rozwiazaniach, zwlaszcza amerykanskich, podawano rózne odmiany sposobu otrzymywania paliw plynnych z wegle przez ekstrakcje rozpuszczalnikowa, zwana równiez uplynnianiem wegla oraz uwodornienie ekstraktów weglowych. Do podstawowych trudnosci opanowania tych sposobów otrzymywania paliw plynnych, w skali umozliwiajacej produkcje przemyslowa, nalezy separacja czesci nierozpuszczalnych i popiolu z surowego ekstraktu weglowego oraz pelny odzysk rozpuszczalnika o odpowiednich wlasnosciach zapewniajacych wysoka i stabilna wydajnosc ekstraktu. Rozwiazanie wymienionych' trudnosci moglo by zapewnic ciaglosc procesu i uzyskanie korzystnych wksazników ekonomicznych.

Znany jest sposób otrzymywania paliw plynnych z wegla metoda ekstrakcji rozpuszczalnikowej i uwodor¬ nienia ekstraktu pod nazwa Consol (Consol Synthetic Fuel), w którym rozdrobniony i wysuszony wegiel jest mieszany z olejem rozpuszczalnikowym w stosunku od 1 :1 do 1 : 3 i poddawany ekstrakcji rozpuszczalnikowej w temperaturze 390°C i pod cisnieniem okolo 2,8 MPa. Wydajnosc ekstraktu wynosi okolo 50-70% w przelicze¬ niu na substancje organiczna wegla. Ekstrakt surowy jest oczyszczany od nieprzereagowanej czesci wegla i substancji mineralnej w hydrocyklonach lub filtrach cisnieniowych. Z roztworu ekstraktu o zawartosci do 1% popiolu oddestylowuje sie pod próznia rozpuszczalnik, natomiast podgeszczony ekstrakt poddaje sie ewentual¬ nie odpopieleniu roztworem kwasu solnego pod cisnieniem 11,2 MPa i w temperaturze okolo 300°C. Ciezki produkt z hydrocyklonów, o zawartosci okolo 40% cial stalych, poddaje sie karbonizacji w temperaturze do 510°C, w wyniku której otrzymuje sie pólkoks, gaz, wode i smole wytlewna, zawracana do strumienia ekstraktu przed separacja.

Uwodornienie ekstraktu podgeszczonego prowadzi sie w ukladzie reaktorów z wrzacym zlozem katalizato¬ ra utrzymywanym przez cyrkulacje produktu cieklego w temperaturze 410—455°C i pod cisnieniem okolo ,0 MPa. Ciekly produkt uwodornienia jest destylowany, czesc destylatu stanowi jeden ze strumieni rozpuszczal¬ nika powrotnego, pozostala czesc jest produktem finalnym tak zwana ropa weglowa (ropa syntetyczna), poddawanym obróbce koncowej metodami destrukcyjno-uwodorniajacymi, analogicznymi do stosowanych w przemysle rafineryjnym. Wodór do uwodornienia ekstraktu uzyskuje sie z przeróbki gazów procesowych oraz metoda pólspalania ciezkiej pozostalosci po uwodornieniu ekstraktu.

Podstawowa trudnoscia wystepujaca w czasie prób w skali pilotowej jest dobór metody separacji czesci stalych z surowego ekstraktu. Próby filtracji surowego ekstraktu nie powiodly sie na skutek trudnosci mechanicznych, a zastosowanie hydrocyklonów poprawia ciaglosc ruchu instalacji, jednak powoduje wzrost zawartosci popiolu w filtracie. Otrzymanie ekstraktu o niskiej zawartosci popiolu umozliwia separacja nieprzere- agowanych czesci wegla z ekstraktu surowego poprzez jego odwirowanie w wirówce sedymentacyjnej.

Celem wynalazku jest rozwiazanie powyzszych trudnosci przez opracowanie sposobu ciaglego otrzymywa¬ nia z wegla paliw plynnych i surowców nieenergetycznych, z wykorzystaniem separacji czesci stalych z surowe¬ go ekstraktu poprzez odwirowanie oraz umozliwienie zamkniecia bilansu rozpuszczalnika poprzez uzupelnienie jego ilosci odpowiednimi frakcjami uwodornionego oleju z wytlewania pozostalosci po wirowaniu. Cel ten zostal osiagniety dzieki zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku. Istota wynalazku polega na tym, ze olej z wytlewania stalej powierzchni z procesu wirowania poddaje sie uwodornieniu i destylacji, a nastepnie frakcje srednia zawraca sie jako jeden ze strumieni powrotnego rozpuszczalnika do ekstrakcji wegla, natomiast podgeszczony roztwór ekstraktu uwodornia sie w dwóch stopniach z zastosowaniem dwóch róznych katalizatorów.

Uwodornienie oleju z wytlewania stalej pozostalosci z procesu wirowania prowadzi sie na stalym zlozu katalizatora kobaltowo-molibdenowego lub niklowo-molibdenowego w temperaturze 400-440°C i pod cisnie¬ niem 20,0-25,0 MPa. Uzyskany ciekly produkt destyluje sie na frakcje ponizej 200°C, frakcje 200-380°C zawracana do obiegu jako rozpuszczalnik oraz frakcje powyzej 380°C, która jest poddawana dalszemu uwodornieniu wspólnie z podgeszczonym filtratem z procesu wirowania. Uwodornienie tego podgeszczonego roztworu wraz z frakcja wrzaca prowadzi sie w zlozu stalym kobaltowo-molibdenowym lub niklowo-molibdeno- wym w temperaturze 400-450°C i pod cisnieniem 25,0—30,0 MPa. Uzyskany produkt destyluje sie na frakcje do 200°C, frakcje 200-380°C i frakcje powyzej 380°C. Jedna czesc frakcji 200-380°C zawraca sie do obiegu jako jeden ze strumieni rozpuszczalnika, a druga czesc tej frakcji poddaje sie glebokiemu uwodornieniu, dearmomaty- zacji, na stalym zlozu katalizatora niklowego lub wolframowego w temperaturze 200-400°C i pod cisnieniem ,0—25,0 MPa. Pozostalosc powyzej 380°C z destylacji produktu uzyskanego po pierwszym stopniu uwodornienia zawraca sie do tego pierwszego stopnia uwodornienia.

Zastosowanie sposobu otrzymywania paliw i surowców nieenergetycznych z wegla wedlug wynalazku pozwala na uzyskanie frakcji wrzacej do 200°C, która po oddzieleniu wody stanowi produkt finalny, produktu cieklego o wysokiej zawartosci wodoru wrzacego w zakresie temperatur 200-380°C, produktu ciezkiego wrzacego w temperaturze powyzej 380°C, pól koksu i gazów reakcyjnych, które po oczyszczeniu stanowia zródlo wodoru procesowego lub sa wykorzystywane jako gaz opalowy.98 165 3 Przedmiot wynalazku zostanie dokladnie przedstawiony w przykladzie zastosowania ponizej. 100 kg zmielonego wegla o nastepujacej charakterystyce Wlasnosc Wartosc % wagowych Wilgoc Popiól Czesci lotne Analiza elementarna Wegiel Wodór Siarka Azot Wa Aa vdaf cdaf Hdaf gdaf Ndaf 4,35 6,42 40,39 79,55 ,5.35 1,10 1,56 miesza sie z 270 kg rozpuszczalnika o zawartosci wodoru 8,43% wagowych i nastepujacym zakresie wrzenia: poczatek wrzenia -158°C do 200°C - 1,1% objetosciowych do360°C - 95,0% objetosciowych Zawiesine poddaje sie procesowi ekstrakcji w temperaturze 425°C i pod cisnieniem 4,5 MPa, bez dodatku wodoru. Otrzymany surowy ekstrakt o zawartosci czesci nierozpuszczalnych w krezolu 5,7% wagowych i popio¬ lu 1,6% wagowych, poddaje sie wirowaniu w wirówce sedymentacyjnej, w wyniku którego otrzymuje sie roztwór ekstraktu w rozpuszczalniku (filtrat) o zawartosci popiolu ponizej 0,05% oraz pozostalosc. Roztwór ekstraktu o zawartosci skladników wrzacych powyzej 400°C 17% wagowych destyluje sie pod próznia, odbierajac oddzielnie frakcje wrzaca ponizej 200°C jako produkt finalny, oraz frakcje wrzaca w granicach 200-380°C o zawartosci wodoru okolo 8% wagowych jako czesc oleju powrotnego (rozpuszczalnika). Pozostalosc wrzaca powyzej 380°C o zawartosci popiolu okolo 0,15% wagowych stanowi surowiec do uwodornienia. Pozostalosc zwirowania o zawartosci okolo 10% wagowych popiolu podaje sie wytlewaniu do temperatury koncowej wewnatrz retorty 550°C. Produkty z tego etapu stanowia pólkoks o zawartosci popiolu 21,8% wagowych i czesci lotnych \^a = 16,55% wagowych, gaz o zawartosci okolo 45% objetosciowych wodoru i okolo 40% objetosciowych weglowodorów Ct —C4 oraz olej wytlewny o zawartosci 7% wagowych wodoru i zakresie wrzenia: poczatek -187°C frakcja do 200°C - 0,5% objetosciowych frakcja do 380°C - 79,2% objetosciowych Pólkoks stanowi produkt finalny, natomiast olej wytlewny po odwodnieniu podaje sie uwodornieniu w reaktorze ze stalym zlozem katalizatora niklowo-molibdenowego. Ciekly produkt destyluje sie uzyskujac frakcje wrzaca do 200°C jako produkt koncowy, frakcje wrzaca w zakresie 200—380°C, zawracana do strumienia rozpuszczalnika powrotnego oraz pozostalosc powyzej 380°C, która laczy sie ze strumieniem ekstraktu podgeszczonego. Ekstrakt podgeszczony wraz z pozostaloscia do destylacji uwodornionego oleju wytlewnego poddaje sie przeróbce uwodorniajacej na katalizatorze niklowo-molibdenowym, przy cisnieniu 250 atn i maksy¬ malnej temperaturze strefy reakcji od 400 do 440°C.

Uwodornienie przerowadza sie w reaktorze ze stalym zlozem katalizatora, a ciekle produkty destyluje sie na frakcje wrzaca do 200°C, frakcje wrzaca w zakresie 200-360°C, której czesc zawraca sie do strumienia rozpuszczalnika powrotnego w ilosci koniecznej dla zamkniecia jego bilansu, a czesc pozostala stanowi surowiec dla glebokiego uwodornienia, oraz na pozostalosc wrzaca powyzej 360°C. Glebokie uwodornienie (dearomaty- zacje) czesci frakcji 200-360°C na katalizatorze niklowym prowadzi sie przy cisnieniu 15,0 MPa i maksymalnej temperaturze strefy reakcji 270°C, w reaktorze ze stalym zlozem katalizatora. Uzyskany ciekly hydrogenizat rozdziela sie na produkty koncowe, czyli frakcje wrzaca do 200°C i frakcje wrzaca w granicach 200—360°C.

Wynikiem przedstawionego sposobu wedlug wynalazku jest uzykanie ze 100 kg wegla surowego 43,5 kg produktów cieklych, 28 kg pól koksu oraz 22 kg produktów gazowych. «4 98 165

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób otrzymywania paliw i surowców nieenergetycznyeh zwegla, polegajacy na jego ekstrakcji rozpuszczalnikiem, separacji czesci stalych z surowego ekstraktu poprzez odwirowanie oraz uwodornieniu ekstraktu, znamienny tym, ie olej z wytlewania stalej pozostalosci z procesu wirowania poddaje sie uwodornieniu i destylacji, a nastepnie frakcje srednia zawraca sie jako jeden ze strumieni powrotnego rozpusz¬ czalnika do ekstrakcji wegla, natomiast podgeszczony roztwór ekstraktu uwodornia sie w dwóch stopniach z zastosowaniem dwóch róznych katalizatorów. ¦

2. Sposób wedlug zastrz. 1; znamienny tym, ze olej z wytlewania stalej pozostalosci z procesu wirowania poddaje sie uwodornieniu na stalym zlozu katalizatora kobaltowo-molibdenowego lub niklowo-molib- denowego w temperaturze 400-440°C i pod cisnieniem 20,0-25,0 MPa, a uzyskany ciekly produkt destyluje sie na frakcje ponizej 200°C, frakcje 200—380°C zawracana do obiegu jako rozpuszczalnik oraz frakcje powyzej 380°C. która jest poddawana dalszemu uwodornieniu wspólnie z podgeszczonym filtratem z procesu wirowania. •

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podgeszczony roztwór ekstraktu wraz z frakcja wrzaca powyzej 380°C z uwodornionego oleju wytlewnego poddaje sie uwodornieniu w zlozu stalym lub w zlozu wrzacym katalizatora kobaltowo-molibdenowego lub niklowo-molibdenowego w temperaturze 400-450° i pod cisnieniem 25,0-30,0 MPa, a uzyskany produkt destyluje sie na frakcje do 200°C, frakcje 200—380°C i frakcje powyzej 380°C, przy czym jedna czesc frakcji 200-380°C zawraca sie do obiegu jako jeden ze strumieni rozpuszczalnika, a druga czesc tej frakcji poddaje sie glebokiemu uwodornieniu, dearomatyza- cji, na stalym zlozu katalizatora niklowego lub wolframowego w temperaturze 200-400°C i pod cisnieniem 15,0-25,0 MPa, natomiast pozostalosc powyzej 380°C z destylacji produktu uzyskanego po pierwszym stopniu uwodornienia zawraca sie do tego pierwszego stopnia uwodornienia. < Prec. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl