CS273648B2

CS273648B2 - Method of water content and ash forming substances reduction in coal tars

Info

Publication number: CS273648B2
Application number: CS83788A
Authority: CS
Inventors: Gerd-Peter Dr Blumer; Reinhard Dipl Ing Alff
Original assignee: Ruetgerswerke Ag
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS83788A2; ES2003848B3; EP0283584A1; PL271346A1; PL151440B1; DE3709465A1; JPS63254187A; EP0283584B1; DE3764637D1; ES2003848A4

Description

Způsob snižování obsahu vody a popelotvorných látek v surových kamenouhelných dehtech (57) Navrhujeme mechanický způsob odvodňování a odpopelňování surových dehtů pomocí třífázové dekantační odstředivky, která je opatřena otevřeným šnekem. Dehet se předehřeje na 60 až 105 °C a s dobou prodlení 30 až 80 s, při čísle odstředění 1000 g až 3000 g a diferenčním počtu otáček mezi šnekem a rotorem 10 až 50 min! se kontinuálně dělí ve vodnou fázi, dehtovou fázi a fázi pevných látek. Periodickým přerušováním plnění alespoň na 1 minutu po maximálně 6 hodinách se dosáhne vysokého a dlouhou dobu konstantního odlučovacího stupně. Při tom se obsah částí nerozpustných v chinolinu surového dehtu prakticky nemění.

CS 273 64B B2

Vynález se týká mechanického v surových kamenouhelných dehtech způsobu snižování obsahu vody a popelotvorných látek pomocí odstředivek.

Při koksování kamenného uhlí vznikají vedle topných plynů, amoniaku a benzenu také dehty, které se vyznačují následujícími analysními hodnotami:

Q_n η , ,, ~ , on „/__3 hustota při 20 C obsah vody části nerozpustné v toluenu (TI) části nerozpustné v chinolinu (QI) popelotvorné látky

1,14 až 1,20 g/cm' až 6,5 % až 15 %

0,5 až 10 %

0,05 až 0,30

Podle Francka/Collina Steinkohlenteer str. 25 ař 27 se může obsah vody surových dehtů snižovat mechanickým způsobem.

Mechanickému odvodňování se dává přednost před odvodňováním destilačním, protože při destilaci jednak s vodou přechází mnoho látek obsažených v dehtu a proto je nutná redestilace olejové fáze, jednak v destilačním zbytku zůstávají sole rozpustné ve vodě a snižují tak kvalitu smoly.

Nejčastěji se odddělování vody provádí dekantací za samotíze při 60 °C. Obsah vody se při tom nechá snížit asi na 3 %. Tlakové odvodňování při teplotách až 200 °C a tlacích asi 0,15 MPa za samotíze vede ke snížení obsahu vody asi na 1 až 1,5 %. K tomu jsou ovšem zapotřebí retorty odolné proti tlaku. Tím se použitelnost omezuje na malá množství dehtu.

Zvlášt účinné, ale i nákladné je odvodňování odstřeďováním. Zde se dosahuje obsah vody 0,5 až 1 %. Qako příklad se uvádí talířové separátory s dýzovou výpustí a odstředivým číslem 6000 až 7000 . g, při kterých současně vzniká koncentrát bohatý na sediment.

Společné odvodnění a odpopelnění surových dehtů se však ztěžuje tím, že alespoň část popelotvorných látek působí jako emulgátory. Tak vzniká stabilní emulse mezi pevnými látkami, dehtem a vodou a dosažitelné stupně dělení a čeření jsou u různých dehtů různé. Závisí mimo to na zrnitosti pevných látek, hustotě a viskozitě dehtu. Snížení viskozity zvýšenými zpracovatelskými teplotami má však hranice kvůli obsahu látek v dehtu, které vrou pod 100 °C, kvůli azeotropům tvořících se s vodou a kvůli vzrůstající rozpustnosti dehtových kyselin a bází ve vodě. Při použití rozpouštědel ke snížení viskozity musí se počítat se zvýšenými destilačními náklady.

Talířové separátory s kontinuálním vypouštěním pevných látek dýzami, navržené pro čištění surových dehtů jsou ve vysoké míře orientovány na pevné látky. Proto se používají pro maximálně vznikající koncentrace pevných látek. Při klesajícím obsahu pevných látek ve vtoku musí proto příslušně klesat i koncentrace ve výtoku. Protože musí být pevné látky schopné proudění, mohou se ve výtoku dosahovat koncentrace pevných látek pouze asi 60 %, Klesne-lí koncentrace ve vtoku z 5 na 0,5 %, klesne ve výtoku asi na 6 %.

Svazky talířů separátoru jsou opatřeny stoupacími kanály, které mají ležet v rovině dělicí vrstvy mezi lehčí fází (voda) a těžší fází (dehet), čímž je umožněno optimální dělení. Poněvadž poloha dělicí vrstvy závisí na poměru hustoty mezi dehtem a vodou, posunuje se při změně hustoty dehtu.

Těžkosti působené měnícím se obsahem pevných látek a měnícími se hustotami surového dehtu jsou důvodem, proč se talířové separátory s dýzovým výtokem neprosadily. Místo toho se surové dehty dodnes odvodňují v tancích sedimentací a pak se v samočisticích talířových separátorech šaržovitým výtokem pevných látek zbavují nerozpustných látek. Při tom se popelotvorné látky a sazovité částice (QI bez popele) oddělují ve stejné míře. Bezpopelový QI je ve smole velmi žádoucí pro mnoho použití, jako například pro výrobu pojidel elektrod nebo tvrdých smol pro koksování. Z tohoto důvodu se také pevných látek zbavují pouze dehty zvlášt bohaté na popel.

H. Ullrich a C. Loss navrhli, dehet odtékající ze samotížného odlučovače při zpracování plynu z koksových pecí s obsahem vody až 20 % zahřívat parou vytápěným výměníkem tepla

CS 273 648 B2 a přivádět jej do třífázové dekantační odstředivky, aby se rozdělil do tří fází, voda, dehet a hustý dehet (Erdol und Kohle, 1977, str. 558 až 564). Dociluje se při tom zbytkových obsahů vody obecně pod 5 %. Takto získaný surový dehet je při skladování stabilní a v prodejném stavu. Údaje o dosaženém stupni čeření obsahuje publikace právě tak málo jako poukaz na obsah dehtu ve vodné fázi. Protože se voda podle pracovního schéma vrací k dodatečnému čeření do samotížného odlučovače, možno z toho usuzovat, že voda vedle látek rozpustných z obsahu látek v dehtu obs'ahuje také značné množství látek nerozpuštěných.

Vzhledem ke stupni čeření může se pouze docílit zabránění sedimentace při skladování. Při tom se mohou pouze odstranit relativně hrubé pevné látky sestávající z částic koksu a popele. Cílem navrženého postupu za použití třífázové dekantační odstředivky je tedy předčištění surového dehtu, při kterém kolísání ve složení se vyrovnává v připojených skladovacích nádržích.

Mishin et al. referuji podrobně o čištěni předtištěného surového dehtu v celopláštových odstředivkách (Koks i Khimiya, 1978, str. 47 až 49). Pokusy byly prováděny při teplotách mezi 67 a 76 °C v odstředivkách s odstředivým číslem 445 . g. Při každém cyklu byly po naplnění odstředivky a po sedimentační době 8 až 12 minut vypuštěny vodná fáze a pak dehtová fáze. Po několika cyklech byla odstraněna i těžká dehtová fáze obsahující pevné látky. V závislosti na sedimentační době se snižoval obsah vody ze 7,1 až 7,5 % na 1,8 až

5,5 % a obsah popelotvorných látek z 0,14 až 0,17 % na 0,06 až 0,11 %. Při tom bylo zjištěno, že sedimentační doba nesmí být pod 10 minut, když se má dosáhnout dostatečného stupně dělení a čeření. Poněvadž se způsob provádí diskontinuálně, nehraje kolísání ve složení surových dehtů žádnou roli. Nenastává také promíchání fází vlivem dodatečného proudění, jako je tomu u kontinuálních způsobů. Výsledky proto nejsou přenosné na kontinuální způsoby, jejichž výsledky podle očekávání musí být za srovnatelných podmínek podstatně horší. Dlouhé sedimentační doby věak ukazují, že navržený způsob je málo vhodný pro technické provádění.

Je proto úkol vyvinout kontinuální způsob snižování obsahu vody a popelotvorných látek v předčištěných kamenouhelných dehtech, při kterém by se vedle dostatečného dělicího a čeřícího stupně uskutečnily požadavky na malou sedimentační dobu a na malé ztráty bezpopelových QI.

Úkol se řeší tím, že se popřípadě předzpracovaný surový dehet v třífázové dekantační odstředivce s odstředivým číslem mezi 1000 a 3000 . g, opatřené otevřeným, jednoduchým nebo dvouohodým, zejména pancéřovaným šnekem á obvyklými jezy a vynášecími zařízeními, při teplotě mezi 60 až 105 °C, střední době prodlení dehtu mezi 30 a 80 sekundami a diferenčním počtu otáček mezi šnekem a rotorem 10 až 50 min^-1, kontinuálně dělí ve vodnou fázi, dehtovou fázi a fázi pevných látek, přičemž se během kontinuálního provozu plnění periodic ky, vždy až v 6ti hodinových intervalech přerušuje na dobu alespoň 1 minuty.

Na surové dehty se před dekantací může působit demulgátory, vločkovacími nebo/a zřeďovacími prostředky, jak je obvyklé v dělicí technice ke zlepšení čeřícího popřípadě dělicího stupně. Dekantaci může také předcházet praní vodou, jak je obvyklé v dehtárenském prů myslu ke snížení obsahu solí.

Ke zjednodušení rozjezdu postupu je výhodné nejdříve předložit fázi pevných látek a potom zvýšit množství surového dehtu až na jmenovitý výkon. Fáze pevných látek by se v žád ném případě neměla rozviřovat náhlým uváděním velkého množství surového dehtu.

Dekantery se všeobecně používají pro čeření kapalin, jejichž obsah pevných látek je tak vysoký, že již nemohou být zpracovávány v talířových separátorech. Obvyklé obsahy pevných látek jsou asi mezi 20 a 60 %. Při zpracování plynu z koksových pecí se může v zařízeních koksových pecí s odsáváním plynu takových obsahů pevných látek dosáhnout.

Nyní bylo překvapivě nalezeno, že se i u surových dehtů s obsahem QI méně než 5 % hmot. může obsah popelotvorných látek účinně snížit, aniž by znatelně klesl podíl bezpopelového QI.

CS 273 648 02

Účinnost způsobu podle vynálezu se dokládá následujícími příklady.

V přikladu 1 se provádí odvodnění a odpopelnění dehtu v obvyklé třífázové dekantační odstředivce jak navrhují Ullrich a Lass. Výsledky tohoto srovnávacího pokusu představují tím stav techniky. V příkladu 2 se používá dekanter obměněný způsobem podle vynálezu, aniž by se postup oproti příkladu 1 měnil. Příklady 3 a 4 ukazují dvě varianty nárokovaného způsobu podle vynálezu.

Příklad 1 (Srovnávací)

Surový dehet uložený při 60 °C se pomocí teplotně řízeného parního topení zahřeje na 80 °C a v množství 3,8 n?/h se přivádí do cylindrické třífázové dekantační odstředivky s konickou výpustí. Odstředivka má následující parametry:

délka bubnu	1260 mm
průměr bubnu	355 mm
počet otáček bubnu	3600 min“¹
odstředivé číslo	2550 g
diferenční počet otáček	30 min 1
tloustka vrstvy fáze	voda. 41 mm

dehet 8 mm pevná látka 2 mm výška jezu pro dehtovou fázi 42,5 mm šnek, jednochodý, stoupání 114 mm

Kvůli jednoduchosti analysní methody se jako míra dělicího efektu stanovuje pouze obsah vody ve vsázce, v dehtové a vodné fázi podle DIN 51 582. Aby se vyloučily eventuální rozjezdové efekty, bere se prvni vzorek 2 hodiny po začátku pokusu. Výsledky jsou uvedené v tabulce 1.

Tabulka 1

Odebrání vzorku	Obsah vody (% obj.) Dehtová fáze	Vodná fáze
po	Vsázka
2 h	4,9	3,2	78
8 h	5,3	' 4,1	61
16 h	6,1	5,1	32

Jak ukazují analysní údaje nedosáhne se dostatečného dělení fází a stupeň odlučování se zhoršuje se vzrůstající dobou pokusu.

Příklad 2 (Srovnávací)

Surový dehet uložený při 60 °C se zahřeje na 85 °C a v množství 4,0 m⁵/h se přivádí do stejné třífázové dekantační odstředivky jako v příkladu 1. Odstředivka je opatřena jednoduchým, otevřeným, šroubovým šnekem (stoupání 114 mm, výška závitů 30 mm, což odpovídá 11/20 až 16/25 celkové tlouštky všech fází). Obsahy vody vzorků jsou uvedené v tabulce 2.

Tabulka 2

Odebrání vzorku	Obsah vody (¾ obj.) Dehtová fáze	Vodná fáze
po	Vsázka
2 h	. 5,5	2,6	80
B h	6,0	3,1	78
16 h	5,5.	4,3	77

S' CS 273 648 B2 4

Podobných výsledků se dosáhne, když se místo jednochodého, šroubového šneku použije šnek z dělených jednotlivých segmentů.

Oddělování vody je vestavěním otevřeného šneku oproti příkladu 1 sice lepší, ale i zde se ukazuje snížení dělicího výkonu během trvání pokusu.

Příklad 3

Příklad 2 se opakuje se surovým dehtem teploty 82 °C, přičemž plnění do třífázové dekantační odstředivky se vždy po 4 hodinách přeruší na dobu 1 minuty.

Tímto opatřením se překvapivě daří snížit úbytek dělicího výkonu popisovaný v příkladu 2. Vedle dobrého a stejnoměrného oddělování vody se také snižuje obsah popelotvorných látek o více než 40 %, aniž by současně nastávalo přiměřené snižování součástí nerozpustných v chinolinu (Ql).

Poměr tloušíky vrstvy lehké ku těžké fázi 4,5 až 5,4, upravený výškou odebiraciho hrdla a výškou jezu vede ke vzniku čistého fázového dělení.

Výsledky jsou uvedené v tabulce 3.

Tabulka 3

Odebrání vzorku po	Obsah vody (¾ obj.)	Popel (% hmot.)	Ql (% hmot.)
Vsázka	Dehtová fáze	Vodná fáze	Vsázka	Dehtová fáze	Vsázka	Dehtová fáze
2 h	4,6	1,3	83,0	0,21	0,12	2,73	2,63
6 h	5,0	1,7	81,5	0,22	0,13	2,76	2,65
14 h	4,6	1,6	81,5	0,21	0,11	2,71	2,58
22 h	4,6	1,6	83,2	0,22	0,12	2,75	2,64
200 h	6,0	1,5	87,3	0,23	0,12 β	2,74	2,70

Příklad 4

Tento příklad zahrnuje 5 pokusných sérií s různými předzpracovanými surovými dehty. Při tom se také mění teploty surových dehtů a Výkon.

K surovým dehtům se v tanku při 60 °C přidá 5 % objemových dehtové frakce vroucí mezi 200 a 230 °C, 0,1 % objemového obchodního demulgátoru a 5 % objemových vody (pokusná série a až c), popřípadě 10 % objemových 50 % emulse dehet/voda. Obsah se během celého trvání pokusu promíchává přečerpáváním. Vsázka pro dekantační odstředivku se odebírá asi uprostřed tanku, přičemž se současně do tanku plní odpovídající množství surového dehtu, dehtového oleje, demulgátoru a vody, popřípadě emulse.

Tímto předzpracováním se má dosáhnout následující:

Přídavek dehtového oleje má snížit viskozitu surového dehtu a demulgátor má rozrušit emulsi dehet/popel/voda, aby se docílilo lepšího dělení. Přídavná voda má ze surového dehtu vylučovat sole a snižovat obsah chloru.

Oddělování vody a pevných látek se provádí stejným způsobem se stejnou dekantační odstředivkou jako v příkladu 3. Vzorek se odebírá vždy 22 h po začátku pokusu.

Úplná analysní data jsou shrnuta v tabulce 4. Ukazují, že přídavek olejů a demulgátorů způsobuje jen malé zlepšení odlučovacího stupně. Naproti tomu je překvapivé, že u dehtů s tak rozdílným obsahem vody a popele se bez přizpůsobení pracovního postupu nebo odstředivkové geometrie, jako napřiklad výšky odebiraciho hrdla pro vodnou fázi nebo výšky jezu pro dehtovou fázi, dosáhne tak dobrých výsledků dělení.

CS 273 64B B2

Tabulka 4

Pokus	Teplota (°)	Výkon (m³/h)	Surový dehet	Dehtová fáze	Vodná fáze voda (% obj.)	Fáze pevných látek popel (% hmot.)
voda (¾ obj.)	popel (% hmot.)	QI (% hmot.)	voda (% obj.)	popel (¾ hmot.)	QI (% hmot/
a	B0	4,0	4,6	0,12	2,8	1,4	0,09	2,8	81	5,1
b	90	4,0	6,5	0,24	2,5	1,9	0,14	2,4	90	6,3
c	93	4,0	6,2	0,09	2,6	1,5	0,07	2,5	80	5,1
d	100	2,4	17,1	0,24	2,6	1,7	0,09	2,6	90	6,9
e	105	4,0	14,0	0,30	2,7	2,0	0,14	2,7	85	8,0

Fáze pevných látek je úplně bez vody, takže se například může ve dvoufázové dekantační odstředivce jednoduchým způsobem zkoncentrovat tak dalece, že zůstává tečení schopný uhlovodíkový koncentrát, který se může používat jako příměsná komponenta pro kamenné uhlí.

Výkony udané v příkladech odpovídají asi následujícím středním dobám prodlení dehtu, počítáno na bázi celkového kapalinového obsahu odstředivky.

2,4 m^/h = 71 s

3,8 m³/h = 45 s

4,0 n?/h = 42 s

Doby prodlení leží tím značně pod hodnotami nalezenými Mischinem et al. pro plně opláštované odstředivky, alespoň 10 min., aniž by se zhoršil čeřící nebo dělicí výkon. Tento výsledek je překvapující, poněvadž se mělo za to, že způsob podle vynálezu kvůli promíchávání fází působeném prouděním povede k horším výsledkům. Mimo to se očekávalo, že kolísáni složení surových dehtů se projeví ve větší míře na obsahu vody a popele dehtové fáze.

PŘEDMĚTVY NÁLEZU

Claims

1. Způsob snižování obsahu vody a popelotvorných látek kontinuálním dělením zahřátých kamenouhelných dehtů ve vodnou fázi, dehtovou fázi a fázi pevných látek pomocí třífázové dekantační odstředivky při teplotě mezi 60 a 105 °C, odstředivém čísle mezi 1000 a 3000 g, diferenčním počtu otáček mezi šnekem a rotorem 10 až 50 min ¹ a střední době prodlení dehtu mezi 30 a 80 sekundami, vyznačený tím, že se surový dehet dělí v třífázové dekantační odstředivce s otevřeným jednoohodým nebo dvouchodým šnekem, přičemž plnění se během kontinuálního provozu periodicky vždy až v šestihodinových intervalech přerušuje na dobu alespoň 1 minuty.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se k surovému dehtu před odstřeďováním přidávají voda, demulgátory, vločkovací prostředky a dehtové oleje jako zřeďovací prostředky jednotlivě nebo v kombinaci.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se při rozjezdu postupu nejdříve předloží fáze pevných látek z předchozího dělicího cyklu alespoň v takovém množství, které odpovídá objemu kruhového prostoru mezi šnekem a stěnou odstředivky a potom se plnění surového dehtu zvýší na jmenovitý výkon.

4. Způsob podle bodu Γ,.vyznačený tím, že poměr tloušťky vrstvy vodné fáze k tloušťce vrstvy dehtové fáze v dekantační odstředivce leží mezi 4,5 až 5,4.