Przedmiotem wynalazku jest sposób zapobiega¬ nia spiekaniu sie stalych czastek wegla w zlozu fluidalnym.Stale paliwa kopalniane mozna poddawac takim procesom jak: koksowanie, zgazowywanie, hydro- koksowanie i hydrozgazowanie. W wyniku tych procesów, wprowadzajac fluidalne zloze drobno sproszkowanych czastek wegla do strefy reakcji i poddajac je reakcji w podwyzszonej tempera¬ turze w obecnosci obojetnych gazów, powietrza, pary wodnej, wodoru itp., uzyskuje sie paliwa syn¬ tetyczne.Glówna trudnoscia w prowadzeniu takich pro¬ cesów jest tendencja czastek wjpgla do zbrylania sie w podwyzszonych, niezbednych do przeprowa¬ dzenia reakcji temperaturach, nasilajaca sie zwla¬ szcza w przypadku bogatego w wodór srodowiska reakcji.Czastki wegla, szczególnie wegla koksujacego, peczniejacego lub zbrylajacego sie, ogrzewane w atmosferze bogatej w wodór staja sie lepkie. Na¬ wet wegle niekoksujace, niepeczniejace i niezbry- lajace sie staja sie lepkie po ogrzaniu w tych wa¬ runkach. Czastki wegla, w zaleznosci od specy¬ ficznych wlasnosci wegla, otaczajacej je atmosfe¬ ry oraz szybkosci ogrzewania zaczynaja wykazy¬ wac kleistosc w zakresie temperatur od okolo 350 do okolo 500°C. Lepkosc ta jest wynikiem tworze¬ nia sie substancji smolistych lub plastycznych na powierzchni kazdej czastki wegla, na skutek cze- 80 2 sciowego stopienia lub procesu rozkladu. W mia¬ re dalszego ogrzewania substancja smolista lub plastyczna przeksztalca sie w substancje stala, cal¬ kowicie porowata, zwana „koksem". Czas ogrze¬ wania, na ogól rzedu minut, zalezy od temperatu¬ ry ogrzewania i maleje z jej wzrostem. Pod termi¬ nem „transformacja plastyczna" stosowanym w niniejszym opisie nalezy rozumiec opisany wyzej proces, w trakcie którego powierzchnie ogrzewa¬ nych czastek wegla, zwlaszcza wtedy gdy ogrze¬ wanie prowadzi sie w atmosferze wodoru, wyka¬ zuja najpierw kleistosc, a nastepnie zmieniaja sie w niekleiste powierzchnie stalego koksu. „Trans¬ formacji plastycznej" moga ulegac zarówno wegle normalnie zbrylajace sie, jak i te, które zbrylaja sie tylko w atmosferze wzbogaconej w wodór.Lepkie czastki wegla, które ulegly transformacji ^plastycznej, maja sklonnosc do przyklejania sie do wiekszosci napotykanych powierzchni, takich jak scianki i przegrody w reaktorze, zwlaszcza zas scianki i przegrody chlodne. Ponadto kontakt z innymi lepkimi czastkami, które ulegly transfor¬ macji plastycznej, powoduje wzrost ilosci duzych czastek na skutek wzajemnego przylepiania sie do siebie czastek kleistych. Tworzenie sie oraz wzrost tych aglomeratów nieslychanie utrudnia utrzymanie zloza w stanie fluidalnym, a jakikol¬ wiek znaczniejszy*ich wzrost na ogól calkowicie to uniemozliwia.Zatkaniu calkowitemu lub czesciowemu ulegaja 90 629przede wszystkim otwory wlotowe i plytki roz¬ prowadzajace gaz stosowane w aparaturze do kon¬ wersji wegla w zlozu fluidalnym. Co wiecej, nawet jesli zatykanie nie jest duze, to lepkie czastki ma¬ ja sklonnosc do przylegania do scian naczynia, w którym prowadzony jest proces. Ciagly wzrost wielkosci czastek draz tworzenie wieloczastkowych zlepów i Dolaczen hamuje przebieg procesu, a cze- 4 sto powoduje jego jcalkowite zatrzymanie.A -Zbrylanie czastek wegla w wyniku ogrzewania zalezy od warunków prowadzenia procesu, takich jak szybkosc ogrzewania, temperatura koncowa, sklad gazu tworzacego atmosfere reakcji, typ we¬ gla, wielkosc czastek i cisnienie calkowite. Nawet wegle niezbrylajace sie, takie jak lignity lub we¬ gle pochodzace z niektórych zlóz pólbitumicznych, ogrzewane w atmosferze wodoru staja sie lepkie i podatne na zbrylanie. Tak wiec, w reaktorze do hydrokarbonizacji, w którym ogrzewanie w atmo¬ sferze bogatej w wodór sprzyja tworzeniu lepkich powierzchni na czastkach wegla, zbrylanie jest znaczne. Ponadto^ wprowadzanie palnych, stalych czastek wegla, nawet takich, które zwykle nie ule¬ gaja spiekaniu, do zloza fluidalnego znajdujacego sie w srodowisku wykazujacym tendencje do wy- . wolywania aglomeracji moze spowodowac zbryla¬ nie i uniemozliwic fluidyzacje.W prowadzonych w zlozu fluidalnym procesach konwersji wegla przerabia sie czasami równiez ciezkie substancje ciekle. Moga to byc ciezkie pro¬ dukty smolowe zawracane w celu przeprowadze¬ nia ich w produkty o mniejszym ciezarze cza¬ steczkowym, takie jak lekkie produkty ciekle i ga¬ zowe, lub moga to byc ciezkie produkty ciekle po¬ chodzace ze zródel zewnetrznych, a dodawane, na przyklad w celu wzbogacenia zwyklych produktów gazowych i/lub cieklych, lub latwiejszego wypro¬ wadzenia produktów odpadkowych. Wprowadzenie do procesu takich cieczy powoduje szybkie zaha¬ mowanie fluidyzacji z uwagi na zbrylanie sie cza¬ stek i zatykanie przelotów.W jednej z prób zapobiegania spiekaniu sie cza¬ stek, koks zawracany z procesów fluidalnych mie¬ sza sie z surowym, latwo spiekajacym sie weglem w stosunku az do 8 do 1. Równiez smole, przed wprowadzeniem do procesu miesza sie w mieszal¬ niku kulowym z duzym nadmiarem koksu, sto¬ sowanego tu jako adsorbenta. Jednakze sposób ten jest kosztowny z uwagi na to, iz takie operacje zmniejszaja wydajnosc instalacji i przynosza stra¬ ty energii. Inne próby polegaly na zastosowaniu etapu obróbki wstepnej, w którym wegiel utlenia sie i/lub pozbawia powierzchniowo czesci lotnych w celu zapobiezenia zlepiania sie i spiekania cza¬ stek. Próby takie obnizyly jednak wydajnosc uzy¬ tecznych produktów. Tak wiec, z ekonomicznego punktu widzenia jest rzecza wielce pozadana unik¬ niecie lub przynajmniej zredukowanie rozmiarów wstepnej obróbki lub zawracania koksu.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu za¬ pobiegania zbrylaniu sie w zlozu fluidalnym cza¬ stek latwopalnego ciala stalego zawierajacego we¬ giel w procesach konwersji wegla.Nieoczekifwanie stwierdzono, ze zbrylaniu czastek wegla w zlozu fluidalnym mozna w znacznym 629 4 stopniu zapobiec wprowadzajac do strefy reakcji w zlozu fluidalnym czastki wegla z duza szybko¬ scia, dostateczna do szybkiego i jednolitego roz¬ proszenia swiezych czastek wegla wchodzacych w zloze fluidalne w temperaturze nizszej od tempe¬ ratury transformacji plastycznej, do niezrbylaja- cych sie czastek zloza fluidalnego.Stwierdzono, ze wprowadzanie fluidyzowanego strumienia czastek wegla doi strefy reakcji w zlozu fluidalnym w fazie gestej z szybkoscia wieksza niz okolo 60 m/sek, a korzystnie wieksza niz okolo 120 m/sek, znacznie zapobiega zbrylaniu lub spie¬ kaniu zloza fluidalnego'. Stosujac mniejsza szyb¬ kosc wtrysku, na przyklad okolo 30 m/sek, nie za- pobiega sie zbrylaniu. Niezbrylajace sie czastki za¬ warte w zlozu fluidalnym moga byc substancjami obojetnymi, jak popiól, masa koksu obiegowego • itp., które z natury swej nie ulegaja zbrylaniu.Korzystnie, czastkami niespiekajacymi sie sa gorace czastki czesciowo przeredagowanego wegla oraz^ koksu, które ulegly transformacji plastycz¬ nej, znajdujace sie w strefie reakcji w zlozu flui¬ dalnym o temperaturze równej temperaturze re¬ akcji. Zwykle, na skutek róznicy pomiedzy tem- peraturami wchodzacych czastek wegla, a tempe¬ ratura strefy reakcji, nastepuje wymiana ciepla miedzy strefa reakcji a wchodzacymi czastkami wegla, które wskutek tego daza do przejscia trans¬ formacji plastycznej i zbrylania sie. Jednak stwier- dzono, ze czastki wegla wprowadzane z duza szyb¬ koscia w zloze fluidalne, jednolicie rozpraszaja sie w niezbrylajacych sie czastkach zloza, zanim ulegna transformacji plastycznej.Gorace niezbrylajace sie czastki oddaja cieplo j5 wchodzacym czastkom wegla. Ta wymiana ciepla umozliwia wchodzacym czastkom wegla przejsc przez zakres temperatur transformacji plastycznej nie napotykajac przedtem wiekszej ilosci innych, lepkich czastek wegla. W efekcie swieze czastki 40 wegla ulegaja transformacji plastycznej bez wiek¬ szego zbrylenia w strefie reakcji w zlozu fluidal¬ nym.Wynalazek szczególnie stosuje sie w procesach hydrokoksowania w zlozu fluidalnym w fazie ge- 45 stej, czyli pirolizy lub koksowania wegla w boga¬ tej w wodór atmosferze, w tak dobranych warun¬ kach, by wegiel 'i/lub czesciowo przereagowany wegiel i/lub lotne produkty reakcji wegla wcho¬ dzily w reakcje z wodorem. Termin „faza gesta" W oznacza stezenie substancji stalej w gazie powo¬ dujacym fluidyzacje od okolo 71 do okolo 639 gra¬ mów substancji stalych na litr gazu, na ogól od okolo 213 do okolo 568 g/l. W procesie hydrokok¬ sowania, w którym stosuje sie zloze fluidalne w 55 fazie gestej, czastki tego zloza sa w znacznej mie¬ rze wymieszane, co zapewnia prawie jednolity ich sklad w calym zlozu. Swieze czastki wegla powin¬ ny byc wprowadzane do zloza z szybkoscia dosta¬ teczna do blyskawicznego wtargniecia i rozlokowa¬ no nia sie w calym zlozu.W sposobie wedlug wynalazku mozna osiagnac korzystna szybkosc w dowolny sposób. Do nadania czastkom wegla duzej szybkosci mozna wykorzy¬ stywac wloty o zwezajacym sie lub szyjkujacym w przekroju kanalu. Mozna do fluidyzowanego stru-99 629 6 mienia swiezych czastek wegla dodawac gaz pro¬ cesowy, zanim zfluidyzowany strumien dostanie sie do strefy reakcji. Dodanie gazu procesowego zwieksza szybkosc przeplywu fluidyzowanego stru¬ mienia, a co za tym idzie i szybkosc czastek wegla.Nalezy stosowac ilosc gazu procesowego dostatecz¬ na do osiagniecia zadanej szybkosci wejsciowej czastek wegla.Ze wzgledu na wlasnosci scierne wegla, szybkosc przeplywu równa predkosci wtryskiwania do reak¬ tora nie jest konieczna, poniewaz zfluidyzowane czastki wegla przenoszone sa w rurach strumie¬ niem fazy gestej. Szybki przeplyw czastek wegla przez przewody wymagalby zainstalowania plyt ochronnych wzdluz calej dlugosci przewodu w celu zapobiegania szybko zachodzacej erozji rur; plyty takie bylyby niepozadanym wydatkiem. Zgodnie z wynalazkiem, zaledwie niewielka powierzchnia be¬ daca w bezposredniej bliskosci reaktora bedzie na¬ razona na zuzycie przez scieranie i czesc ta moze byc latwo i tanio wymieniana przy niewielkim przestoju ukladu lub w ruchu..W sposobie wedlug wynalazku mozna stosowac otwór wlotowy w formie dyszy, zawierajacy prze¬ lot o malym lub zwezajacym sie przekroju wyko¬ nany z materialu o powierzchni odpornej na scie¬ ranie, np. z weglika krzemu, weglika wolframu i innych. Aby mozna bylo uzyskac zadana szybkosc wprowadzania stalych czastek wegla lub nielot¬ nego oleju obiegowego, stosunek dlugosci dyszy do jej przekroju poprzecznego powinien byc wiekszy niz okolo 5 do 1, korzystnie wiekszy niz 10 do 1.Pozwala to na osiagniecie na okreslonym odcinku koniecznym do uzyskanja przyspieszenia przez cza¬ stki wegla i/lub nielotnego oleju obiegowego szyb¬ kosci bliskiej predkosci gazu nosnego.Zgodnie z wynalazkiem korzystnie jest wprowa¬ dzac fluidyzowany strumien czastek wegla do dol¬ nego konca strefy reakcji w zlozu fluidalnym. Naj¬ bardziej korzystny sposób polega na wprowadza¬ niu tych czastek w strefe reakcji poprzez co naj¬ mniej jeden otwór wlotowy reaktora w kierunku pionowo do góry. Wlot umieszczony jest w dnie reaktora lub blisko dna w poblizu jego osi pio¬ nowej.Naturalny obieg czastek wegla w strefie reakcji w zlozu fuidalnym reaktora, korzystnie pionowego, mozna opisac dzielac strefe reakcji na dwie kon¬ centryczne podstrefy, wewnetrzna i otaczajaca ja podstrefe zewnetrzna. ° Czastki wegla w podstrefie wewnetrznej, znaj¬ dujacej sie w centralnej czesci reaktora wzgledem jego osi, w wiekszosci plyna ku górze. W podstre¬ fie zewnetrznej, znajdujacej sie w poblizu scian reaktora, czastki wegla opadaja w dól. Wprowa¬ dzanie czastek wegla do zloza fluidalnego reak¬ tora scisle pionowo ku górze ma te zalete, ze wspomaga sie naturalny obieg czastek wegla w zloza fluidalne i, ze osiagaja one co najmniej minimalny czas pobytu. Wprowadzenie czastek we¬ gla w zlozu fluidalnym reaktora sprzyja obiegowi kanalowemu czastek wzdluz linii obiegu natural¬ nego w strefie reakcji. Zwieksza sie w ten sposób wiry obiegowe, co sprzyja rozproszeniu wchodza¬ cych czastek wegla w matrycy niezbrylajacych sie czastek wewnatrz strefy reakcji w zlozu fluidal¬ nym.Fluidyzowane czastki wegla nalezy wprowaflzac do centralnej strefy reakcji w kierunku ku górze reaktora, talk, by uniknac zetkniecia sie ich ze sciankami reaktora, lub dostania sie ich do strefy zewnetrznej przeplywu w dól. Korzystnie jest wprowadzac czastki wegla poprzez podstawe lub dno reaktora jednym lub kilkoma wlotami usytu¬ owanymi w poblizu punktu przeciecia pionowej osi reaktora z jego podstawa.„Strefa reakcji" oznacza przestrzen, w której czastki palnej substancji stalej lub cieklej, zawie¬ rajacej wegiel, poddane sa procesom koksowania, zgazowywania i uwodorniania na sucho (hydro¬ koksowania).Niniejszy wynalazek mozna stosowac przy róz¬ nych procesach konwersji wegla. Na przyklad, mozna prowadzic hydrokoksowanie tak, by mozna bylo stosowac w procesie ciaglym zarówno zbryla¬ jace sie i/lub niezbrylajace gatunki wegla przy zachowaniu fluidyzacji zloza. Podczas hydrokokso- wania gesty strumien fazy czastek wegla prze¬ puszcza sie przez strefe podgrzewania zanim wpro¬ wadzi sie go do strefy hydrokoksowania w zlozu fluidalnym, w której czastki wegla ulegaja gwal¬ townemu ogrzaniu w atmosferze pozbawionego tlenu gazu o duzej ilosci wodoru do temperatury powyzej okolo 500°C, w której zachodza zadane reakcje.Ulepszony sposób bedacy przedmiotem niniej¬ szego wynalazku obejmuje wprowadzanie w zloze fluidalne, podgrzanych, fluiidyzowanych czastek wegla z duza szybkoscia poprzez dno strefy hy¬ drokoksowania w kierunku pionowo do góry. Po¬ woduje to przejscie wprowadzanych czastek wegla w stan czesciowego przereagowania, w wysokiej temperaturze i brak wlasnosci klejenia sie, bez kontaktu ze zbyt duza iloscia innych czastek rów¬ niez, przechodzacych przez zakres temperatur transformacji plastycznej. Podgrzany, rozdrobnio¬ ny wegiel w stanie fluidalnym korzystnie wprowa¬ dza sie w strefe hydrokoksowania w zlozu flui¬ dalnym w wyzej opisany sposób w kierunku pio¬ nowo do góry z szybkoscia wieksza niz okolo 60 m/sek, korzystniej wieksza niz 120 m/sek.Wegiel klasyfikuje sie wedlug gatunków jak po¬ kazano w tabeli A. a — niniejsza klasyfikacja nie obejmuje kilka ga¬ tunków wegla posiadajacych nietypowe wla¬ snosci fizyczne i chemiczne, których charak¬ terystyki mieszcza sie w zakresie ilosci we¬ gla zwiazanego lub wartosci cieplnej gatun¬ ków podbitumicznych i bitumicznych o duzej lotnosci.Kazdy z tych gatunków zawiera mniej" niz 48% wegla zwiazanego bez wilgoci i popiolu albo wilgotny, bez popiolu ma wartosc ciepl¬ na 15 500. b — jesli spieka sie, klasyfikowany jest w grupie wegli bitumicznych o niskiej lotnosci, c — wilgotny — odnosi sie do wegla zawieraja¬ cego wilgoc w swym naturalnym zlozu ale nie majacy wody dostrzegalnej na powierzch¬ ni wegla. 90 Z5 40 45 50 55 607 99 629 8 d — wiadomo, ze w kazdej grupie klasy bitumicz¬ nej moga byc odmiany niekoksujace. e — gatunki wegla zawierajace w suchej, pozba¬ wionej skladników mineralnych podstawie wiecej niz 69% wegla zwiazanego beda kia- 5 syfikowane wedlug jego ilosci bez wzgledu na wartosc cieplna. f — w grupie wegla bitumicznego C o duzej lot¬ nosci wyrózniane sa trzy odmiany, a miano¬ wicie: odmiana 1 spiekajaca sie i nie ulega¬ jaca wietrzeniu; odmiana 2 spiekajaca sie i ulegajaca wietrzeniu.Klasa I. Antracyt II. Bitumiczny*1 UL Podbitu- miczny lVi Brunatny Grupa 1. Metaantracyt 2. Antracyt 3. Pólantracyt* 1. Wegiel bitumiczny o niewielkiej ilosci zwiazków lotnych 2. Wegiel bitumiczny o sredniej ilosci zwiazków lotnych 3. Wegiel bitumiczny A o duzej ilosci zwiazków lotnych 4. Wegiel bitumiczny B o duzej ilosci zwiazków lotnych . Wegiel bitumiczny o duzej ilosci zwiazków lotnych 1. Wegiel podbitumiczny A 2. Wegiel podbitumiczny B i 3. Wegiel podbitumiczny C 1. Lignit 2. Wegiel brunatny Zakres ilosci wegla zwiazanego lub wartosc cieplna, osnowa bez popiolu Suchy F.C., 98% lub wiecej (suchy C.M., 2% lub mniej) Suchy F.C., 92% lub wiecej a mniej niz 98% (suche V.M., 8% lub mniej a wiecej niz 2%) Suchy F.C., 86% lub wiecej a mniej niz 92% (suche V.M., 14% lub mniej a wiecej niz 8%) Suchy F.C., 78% lub wiecej a mniej niz 86% (suche V.M., 1 22% lub mniej a wiecej niz 14%) Suchy F.C., 69% lub wiecej a mniej niz 78% (suche V.M., 31% lub mniej a wiecej niz 22%) Suche F.C., mniej niz 69% (suche V.M., wiecej niz 31%) Wilgotny0, 3276 kcal lub wiecej a mniej niz 3528 kcale Wilgotny, 2772 kcal lub wiecej a mniej niz 3276 kcale Wilgotny, 2772 kcal lub wiecej a mniej niz 3276 kcale Wilgotny, 2394 kcal lub wiecej a mniej niz 2772 kcale Wigotlny, 2092 kcal lub wiecej a mniej niz 2394 kcale Wilgotny, mniej niz 2092 kcal Wilgotny, mniej niz 2092 kcal Zgodnie z tabela A korzystne gatunki wegla dla ilosciowego uzyskiwania maksymalnych wydajno¬ sci produktów smolowych takich, jak zwiazki fe¬ nolowe obejmuja gatunki najposledniejsze, klasy niespiekajacych sie wegli podbitumicznych i bru¬ natnych.Jak widac z powyzszej tabeli A, do korzyst¬ nych gatunków wegla mogacych znalezc zasto¬ sowanie w sposobie wedlug wynalazku bez dodat¬ kowego etapu obróbki wstepnej majacego na celu zapobiezenie spiekaniu sie nalezy wegle najniz¬ szej jakosci — niespiekajace sie wegle klasy pod < bitumicznej i odmiany wegla brunatnego — wegle klasy III i IV.Wegle spiekajace sie jak wiekszosc odmian we¬ gla bitumicznego i niektóre wegle podbitumiczne ulegaja znacznemu zbryleniu w atmosferze wodo¬ ru. Nie mozna poslugiwac sie nimi w sposób ty¬ powy bez etapu obróbki wstepnej. Obecnie moz¬ na je przerabiac stosujac sposób wedlug wynalaz¬ ku, a w razie koniecznosci, w procesie polaczo¬ nym z etapem obróbki wstepnej. Jesli etap ten jest konieczny, ilosc surowców na obróbke oraz jej koszt sa mniejsze. Na przyklad uzycie w pro¬ cesie hydrokoksowania bardzo zbrylajacego sie wegla, wywoluje obecnie, nawet przy solidnej ob¬ róbce wstepnej, problem zbrylania zachodzacego w zlozu fluidalnym. Zastosowanie sposobu 'wedlug wynalazku zapobiega zbrylaniu. 40 45 55 60 W Wynalazek jest blizej wyjasniony przy pomocy schematu instalacji pracujacej zgodnie ze sposo¬ bem wedlug wynalazku.Instalacja przedstawiona schematycznie na fig. 1 sklada sie ze zbiorników zasilajacych wegla 10 i 16, dozownika wegla 22, podgrzewacza 30 i reak¬ tora 40. Elementy te sa polaczone rurociagami do transportu drobno sproszkowanych czastek wegla.Rurociagiem 26 przesyla sie czastki wegla z ko¬ mory 18 do podgrzewacza 30, a stamtad, rurocia¬ giem 34 do reaktora 40. Uzyskana w reaktorze 40 koksowa pozostalosc wyprowadza sie rurociagiem 44 do ukladu odzyskiwania produktów stalych, lub zawraca do obiegu. Rurociag 42 przeznaczony jest do wyprowadzania z reaktora 40 uzyskanych produktów cieklych lub gazowych i kierowania ich do dalszego przerobu i/lub do obiegu.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku, su¬ rowy wegiel rozdrabnia sie i miele na czastki o rozmiarach mniejszych niz 8 mesh (wg Tylera), a korzystnie o rozmiarach 20 mesh Tylera lub mniej¬ szych. Surowe kawalki wegla powinny byc osuszo¬ ne, to znaczy nie powinny zawierac wilgoci na po¬ wierzchniach zewnetrznych, a moga zawierac wode zaabsorbowana. Czastki wegla spelniajace powyzsze warunki nazywa sie czastkami fluidyzowalnymi.Zaabsorbowana przez wegiel woda odparowuje w trakcie podgrzewania. Uzyskana w ten sposób pa¬ ra wodna stanowi czesc obojetnego gazu nosnego, wobec czego nadmierna zawartosc wody m,oze spQi9 99 629 wodowac niepotrzebni zwiekszenie ilosci gazu no¬ snego.Zasobniki 10 i 16 moga zawierac warstwe przy¬ stosowanych do uzycia zgodnie ze sposobem we¬ dlug wynalazku, fluidyzowalnych czastek 'wegla.Zasobnik 10 jest typowym lejem samowyladow¬ czym pracujacym pod cisnieniem atmosferycznym, natomiast zasobnik 16 jest typowym lejem Sarno¬ wywolawczym spelniajacym role zbiornika slu¬ zowego, w którym przy uzyciu gazu, procesowego lub innego, nadajacego sie do fluidyzacji gazu mozna sprezyc zawiesine fluidalna wegla do od¬ powiedniego cisnienia.Sposób dzialania zbiorników 10, 16 i 22 mozna przedstawic na typowym przykladzie. Przy zam¬ knietych zaworach j.4 i 17, lej samowyladowczy 16 napelnia sie do okreslonej wysokosci weglem, podawanym pod cisnieniem atmosferycznym ru¬ rociagiem 11, ze zbiornika 10 poprzez otwarty za¬ wór 12. Nastepnie zamyka sie zawory 12 i 17 i przy pomocy gazu podawanego rurociagiem 13 przez otwarty ziwór 14, zwieksza cisnienie w le¬ ju samowyladowczym 16 do okreslonej wartosci, wyzszej od wartosci cisnienia w strefie reakcji.Nastepnie zamyka sie zawory 12 i 14, po czym rurociagiem 20 wprowadza sie wegiel poprzez za¬ wór 17, do zasobnika medium fluidalnego ,22. Cala ta operacja trwa zwykle od okolo 10 do okolo 30 minut. Po zamknieciu zaworu 17 fluidalna zawie¬ sine wegla wprowadza sie z okreslona predkoscia rurociagiem 26 do podgrzewacza 30.Do zasobnika zawiesiny fluidalnego 22 dopro¬ wadza sie rurociagiem 24 gaz, z predkoscia wy¬ starczajaca do porwania fluidowalnych czastek wegla i przetransportowania ich w strumieniu ge¬ siej fazy, rurociagiem 26 do dolnej cZeScrpodgrze- wacza 30, lub bezposrednio do rurociagu 34, jesli nie zachodzi potrzeba podgrzewania. W celu ula¬ twienia transportu gestej fazy do rurociagu 26 mozna doprowadzic dodatkowa ilosc gazu. Jako gaz do fluidyzacji mozna stosowac dowolny gaz nieutleniajacy, taki jak gaz spalinowy, azot, wo¬ dór, para wodna itp. Jednak korzystne jest sto¬ sowanie gazu uzywanego do reakcji lub gazu obiegowego.Podgrzewacz 30 jest urzadzeniem sluzacym do szybkiego podgrzewania drobno sproszkowanych czastek wegla w warunkach zloza fluidalnego, w atmosferze beztlenowej, do temperatury nizszej od temperatury mieknienia lub temperatury reakcji.Maksymalna, dopuszczalna temperatura podgrze¬ wania zawiera sie w granicach od okolo 325 do okolo 400°C.Strumien gestej fazy sfluidyzowanego wegla ogrzewa sie, przepuszczajac go szybko przez pod¬ grzewacz. Czastki wegla podgrzewa sie w podgrze¬ waczu 30 do pozadanej temperatury, za pomoca promienników lub goracych "gazów spalinowych.Goracy gaz spalinowy" wprowadza, sie do dolnej czesci podgrzewacza 30 furócragiem 28 i wypro¬ wadza ze szczytutodgrzewaeW:W*rurociagiem 32.Z podgrzewacza 30 gorace czastkf'wegla wpro¬ wadza sie rurociagiem 34 do dolnej1 czesci reak¬ tora 40, w poblize jej czesci centralnej:4 40 45 50 55 60 65 Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku czastki wegla wprowadza sie z duza predkoscia do zloza fluidalnego strefy reakcji od dolu reaktora. Stru¬ mien podgrzanych, sfluidyzowanych czastek weg- 1 la wprowadza sie do centralnej czesci zloza flui¬ dalnego w reaktorze z duza predkoscia, w kierun¬ ku pionowym do góry. Korzystnie, gdy strumien taki wprowadza sie od dolu reaktora.Zawracany olej mozna wprowadzac do reaktora 40 rurociagiem 36, z predkoscia wieksza okolo 60 m/sek lub korzystnie — z predkoscia 120 m/sek lub wieksza. Olej wprowadza sie do centralnej cze¬ sci zloza fluidalnego reaktora od dolu, w kie¬ runku prawie pionowym do góry. Podobnie jak w przypadku czastek wegla, strumien zawracanego oleju wchodzi do osiowocentralnej czesci reaktora.Wprowadzanie obiegowego oleju i fluidalnej za¬ wiesiny czastek wegla do reaktora odbywa sie w taki sposób, ze nie stykaja sie one ze sciankami reaktora, dziejki czemu unika sie niepotrzebnego i niepozadanego spiekania.Na fig. 1 pokazany jest tylko jeden krociec do wprowadzania podgrzanych czastek wegla i je¬ den — do wprowadzania obiegowego oleju, jed¬ nakze mozna stosowac ich wiecej. Wieksza ilosc krócców moze byc pozadana w przypadku duzego reaktora, lub gdy wprowadza sie rózne strumie¬ nie zawracanego oleju. Wlot czastek wegla i/lub zawracanego oleju umieszcza sie korzystnie w po¬ blizu osi^ pionowej przechodzacej przez dno reak¬ tora. Kazdy ze strumieni czastek wegla i/lub za¬ wracanego oleju wprowadza sie przez poszczególne krócce korzystnie ze znaczna predkoscia, w kierun¬ ku pionowym do góry, przy czym krócce te umiesz¬ czone sa w dnie reaktora lub w jego poblizu, moz¬ liwie blisko punktu, w którym os pionowa prze¬ chodzi przez dno reaktora.W ten sposób poszczególne strumienie substan¬ cji zawierajacych wegiel wprowadza sie oddziel¬ nie. W zlozu fluidalnym nastepuje szybkie ich wy¬ mieszanie z czastkami czesciowo przereagowanego wegla i koksu.Wprowadzone do reaktora substancje zawieraja¬ ce wegiel poddaje sie w zlozu fluidalnym reakcji z odpiowiednim reagentem w temperaturze powy¬ zej 500°C.Koks z reaktora 40 usuwa sie w sposób ciagly rurociagiem.Produkty ciekle i gazowe usuwa sie z reaktora 40 rurociagiem 42, gaz do fluidyzacji doprowadza sie do reaktora 40 rurociagiem 38, przy czym ro¬ dzaj stosowanego gazu zalezy od typu prowa¬ dzonego procesu. I tak, w przypadku procesu zga- zowywania do konwertora wprowadza sie pare wodna lub mieszanine pary wodnej i tlenu. W przypadku -procesu koksowania do konwertora wprowadza sie gaz niereaktywny, natomiast w pirzypadku procesu hydrokoksowania — gaz za¬ wierajacy wodór i nie zawierajacy tlenu.Podane nizej przyklady sluza jako ilustracja sposobu wedlug wynalazku, sluzacego do zapo¬ biegania spiekaniu sie wegla w procesach pro¬ wadzonych w zlozu fluidalnym, a polegajacego na wprowadzeniu z duza predkoscia czastek wegla do strefy reakcji.•9«29 11 12 Przyklad I. Instalacja doswiadczalna sklada sie, z dwu lejów samowyladowczych 10 i 16 pod¬ laczonych równolegle do zbiornika medium flui¬ dalnego 22, podgrzewacza 30 i reaktora 40. Ruro¬ ciag sluzacy do transportu czastek wegla stanowi 5 rura o srednicy wewnetrznej 3/8' i srednicy ze¬ wnetrznej 5/8'. Kazdy z lejów samowyladowczych i 16 zasilajacych zbiornik medium fluidalnego posiada srednice wewnetrzna okolo 180 mm i wy¬ sokosc okolo 3,2 m. Zbiornik medium fluidalnego 10 22 ma srednice wewnetrzna okolo 610 min i Wy¬ sokosc okolo 6 m. Podgrzewacz 30 ogrzewany przy pomocy lazni olowiowej ogrzewanej palnikiem o „spalaniu powierzchniowym" posiada srednice we¬ wnetrzna okolo 610 mm i wysokosc okolo 3,6 m.Reaktor 40 ma w miejscu zloza fluidalnego sred¬ nice wewnetrzna okolo 280 mm. Wysokosc zloza fluidalnego wynosi okolo 5,3 m, a pole przekroju poprzecznego okolo 0,06 m2.Srednia predkosc przeplywu gestej fazy wegla przez rurociag nie jest zbyt wysoka. Predkosc maksymalna wynosi okolo 12 m/sek przy wlocie do reaktora, a okolo 4,5 m/sek przy wylocie ze zbiornika medium fluidalnego. Przy tych pred¬ kosciach przeplywu erozja rury pozostaje na do¬ puszczalnym poziomie. Próby wprowadzania we¬ gla do reaktora z predkosciami rzedu 30 m/sek powoduja spiekanie i koksowanie w zlozu flui¬ dalnym. Do zwiekszania predkosci szybkosci wpro¬ wadzania fluidalnej zawiesiny wegla do reaktora do predkosci 60 m/sek stosuje sie dysze wolfra- mowo-weglikowa o srednicy 15/32' i o powierzch¬ ni odpornej na erozje.Reaktor napelnia sie weglem i wolno ogrzewa az do uzyskania zalozonych warunków przy usta¬ bilizowanym cisnieniu i przeplywie gazu. Jako faze gazowa stosuje sie wodór. Po osiagnieciu i ustabilizowaniu zalozonych warunków rozpoczyna sie zasilanie reaktora weglem. Po zakonczeniu do¬ swiadczenia reaktor otwiera sie. Nie stwierdza sie Tabela I Numer doswiadczenia Cisnienie w reaktorze • Temperatura w reaktorze Szybkosc fluidyzacji Natezenie doplywu wegla Gaz wprowadzany do reaktora Czas trwania doswiadczenia Predkosc strumienia wegla na wlocie do reaktora Nominalny czas przebywania czastek stalych w zlozu 1 —42 atn 470—520°C cm/sek 454—545 kg/h wodór 45 godzin 60 m/sek .18—22 min 1 42 atn 470—520°C cm/sek 45*4—545 kg/h wodór 34 godziny 60 m/sek 18—24 min 3 28—70 atn 480—570°C 7,5—15 cm/sek 272—454 kg/h wodór 78 godzin 60 m/sek 19—46 min 4##) 49 atn 520—560°C cm/sek 454 kg/h wodór 29 godzin 60 m/sek 9,4 min | *) Temperatura poczatkowa 470°C, po kazdych 6 godzinach wzrost temperatury o 10°C z tym, ze reaktor schladza sie do temperatury 450—470°C po kazdym przerwaniu doplywu wegla i przed rozpoczeciem ponownego zasilania.#*) Wysokosc zloza fluidalnego zmniejsza sie dó okolo 2,15 m. Analiza surowca podana jest w tabeli II.Tabela II Osnowa pozbawiona wilgoci i popiolu C H N S . . O Popiól Woda % wagowy 72,0 ,3 1,3 1,0 ,4 | 11,9 (suchej osnowy) (jako uzyskana) 45 *0 obecnosci spieków ani koksu. Warunki ruchowe hydrokoksowania przedstawione sa ponizej w ta- "* beli I.Przyklad II. Prowadzi sie dwa dalsze prze¬ biegi sposobem i w urzadzeniu podobnym do sto¬ sowanego w przykladzie 1 z tym, ze zawraca sie* do reaktora substancje olejowa, wysokuwrzace ^° frakcje produktów cieklych (wszystkie produkty wrzace w temperaturze powyzej 235°C). Urzadze¬ nie póltechniczne wyposazone jest w sprzet do obiegu substancji olejowej skladajacy sia ze zbior¬ nika oleju obiegowego do zatrzymywania oleju •*• obiegowego, podgrzewacza oleju sluzacego do pod- grzewanai oleju przed wprowadzeniem do reak¬ tora.Glówny strumien wodoru do reaktora dzieli sie na dwa, w przyblizeniu równe, strumienie, z któ¬ rych kazdy podgrzewany jest do temperatury 300°C do 350°C. Do jednego z Jych strumieni pom¬ puje sie ciezki olej obiegowy i wtryskuje go do reaktora z szybkoscia okolo 120 m/sek po*przez dysze z weglika wolframu o srednicy 0,63 cm. Dy¬ sza wstawiona pionowo do reaktora umieszczona jest posrodku jego dna 1,5 m powyzej wlotu weg¬ la. l£)rugi strumien wodoru miesza sie z podgrza¬ nym weglem i wprowadza w dno reaktora z szyb¬ koscia okolo 48 m/sek w kierunku pionowo do gó¬ ry poprzez dysze z weglika wolframu o srednicy 1,19 cm.Dane z tych przebiegów zebrane sa w tabeli III.Prowadzeniu tycb przfcblfegow nae towarzysza zadne trudnosci. Nie ma sladów zbrylania w zlozu fluidalnym nawet gdy wtrys^iwaaao ol*J z szyb¬ koscia 108 kg/h.Przyklad III. Stosowane w tym przykladzie Una&aeme wielkosci stolu warsztatowego skla- cl& sie z leja- sainowylactorwczegD sproszkowany99 629 13 Tabela III 14 Przebieg Szybkosc dozowania wegla Cisnienie dozownika wegla Cisnienie reaktora Temperatura reaktora 1 Szybkosc fluidyzacji w reaktorze Czas przebiegu Szybkosc podawania oleju obiegowego Szybkosc wlotowa strumie¬ nia wegla z wodorem Szybkosc wlotowa strumie¬ nia o leju z wodorem 1 450 kg/h 77 atn atn 550°C 0,15m/sek godz. 45 kg/h 48 m/sek 126 m/sek 2 | V 1 450 kg/h 77 atn atn 580°C 0,15 m/sek godz. 108 kg/h 48 m/sek 126 m/sek wegiel o pojemnosci substancji stalej 4,5 litra zbudowanego z rury ze stali weglowej, o sredni¬ cy 7,62 cm i wysokosci 1,2 m, pozycja katalogo¬ wa 80; reaktora wykonanego z rury ze stali nie¬ rdzewnej o srednicy wewnetrznej 2,54 cm i dlu¬ gosci 22,86 Cm o grubosci scian 0,63 cm i rozsze¬ rzonej glowicy o wysokosci 10,16 cm o srednicy wewnetrznej 5,08; rury przelewowej substancji sta¬ lych zbudowanej z rur o srednicy 1,27 om, pozycja katalogowa 40; przewodu zbudowanego z rur o sre¬ dnicy wewnetrznej 0,95 cm wykonanych ze stali nierdzewnej oraz dozownika substancji stalych.Urzadzenie wyposazone jest w dwie pompy do¬ zujace ciecz: jedna do dozowania badanej cieczy, druga do dozowania wody tworzacej pare. Pomie¬ dzy pompami dozujacymi a dysza wtryskujaca su¬ rowiec do reaktora wstawia sie wyparke i prze- grzewacze cieczy i wody ogrzewane elektrycznie wykonane z rur ze stali nierdzewnej o zewnetrz¬ nej srednicy 1,27 cm. Termopary umieszczone w odleglosci 7,62 om, 15,24 cm, 20,32 cm, 29,94 cm od dna reaktora sa zamocowane w gniezdzie ter- mometrycznym o srednicy zewnetrznej 0,63 cm umieszczonym osiowo w srodku reaktora. Trzy nizsze termopary zanurzone sa w zlozu fluidal¬ nym zas wyzsza w przestrzeni parowej nad zlo¬ zem.Do procesu, jako surowiec dla strefy reakcji kon¬ wersji do olejów wrzacych ponizej temperatury 230°G uzywa sie smoly wrzace w temperaturze powyzej 235°C otrzymane z hydrokoksowania.Smoly destyluje sie odbierajac rózne frakcje z ca¬ losci produków cieklych otrzymanych przez hydro- koksowanie i mieszanina owych frakcji stosowana w tym przykladzie ma dla 75% smól zakres tem¬ peratur wrzenia dla cisnienia atmosferycznego od 235°C do 460°C. Pozostale 25% smól wrze powy¬ zej 460°C. Lej samowyladowczy wypelnia sie w opisany sposób koksem z hydrokoksowania wegla.Zbiorniki wody i smoly napelnia sie i ogrzewa do stosowanej temperatury. W czasie podgrzewania przepuszcza sie przez pusty reaktor wczesniej okreslony strumien wodoru. Zaraz po osiagnieciu warunków ruchowych rozpoczyna sie dozowanie koksu i wody (pary wodnej przegrzanej przed wejsciem clo reaktora poprzez dysze, wtryskowa).Trzy termopary umieszczone w zlozu fluidyzowa- nym na zaznaczonych wyzej poziomach sluza jako wskazniki zachowania zloza. Dozowanie tego stru-, mienia smól z szybkoscia 30, 60 i 90 m/sek powo-' duje gwaltowne zbrylanie fluidyzowanego zloza w reaktorze. W celu osiagniecia szybkosci wtryski¬ wania smoly 120 m/sek stosuje sie dysze „26 gauge hypoderimic". Stosujac te predkosc wlotu dla calego strumienia zasilania zapobiega sie spiekaniu zlo¬ za fluidyzowanego w reaktorze przy nastepujacych warunkach ruchowych zawartych w tabeli IV.Tabela IV 40 45 50 55 60 •3 Cisnienie Czastkowe cisnienie wodoru Czas pobytu par w zlozu kokso¬ wym oparty na powierzchniowej predkosci liniowej Dozowanie koksu Szybkosc dozowania oleju Dozowanie wody (w formie pary) Strumien wodoru w reaktorze Temperatura Powierzchniowa szybkosc liniowa wodoru Czas przebiegu Gaz fluidyzujacy ,5 atn 8,05 atn 1,33 sek 250 g/h 2 ml/min 3 ml/min 0,99 m3/godz. 650 °C 0,15 m/sek godz. wodór Przyklad IV. Do niskotemperaturowego re¬ aktora do pirolizy w zlozu fluidalnym o tempera¬ turze reaktora równej 540°C wprowadza sie z szybkoscia 45 kg/godz. wegiel o wielkosci ziaren 20 mesh w celu uzyskania produktów cieklych paliwa gazowego oraz suchego koksu, bedacy wysoce pecz¬ niejacym, spiekajacym sie weglem bitumicznym A o duzej zawartosci substancji lotnych. Nomi¬ nalny czas przebywania wegla i otrzymanego kok¬ su w zlozu reaktora wynosi 15 minut. Jezeli we¬ giel wprowadzany jest do zloza reaktora wraz z recyklowanym produktem gazowym z szybkoscia wtryskiwania wegla i gazu równa 6 m/sek, to na¬ tychmiast nastepuje zbrylanie zloza reaktora. W ciagu 30 minut zloze jest tak znacznie zbrylone, ze nie zachodzi fluidyzacja, i praktycznie niemozliwe jest wtryskiwanie dalszych ilosci wegla.Natomiast wprowadzajac swiezy wegiel w zloze fluidalne reaktora z szybkoscia wtryskiwania 60 m/sek, 90 m/isek i 120 m/sek, utrzymuje sie bez wiekszego zbrylania zloze fluidalne o temperatu¬ rze 500—700°C. Wprowadzone swieze czastki we¬ gla blyskawicznie mieszaja sie z czesciowo skokso- wanym weglem (koksem) krazacym w zlozu tak, ze czastki wegla, które przechodza transformacje plastyczna i staja sie lepkie, napotykaja przede wszystkim czastki, które juz ulegly transformacji plastycznej i nie sa lepkie. Produkty koksowania — gazy, smoly i inne ciecze, woda oraz koks sa w sposób ciagly usuwane z reaktora do koksowa¬ nia.Przyklad V. W generatorze z obiegiem spie¬ czonego popiolu typu opisanego w opisie patento¬ wym. Stanów Zjednoczonych nr 3171369 zgazowuje sie przy pomocy pary wodnej 450 kg/godz. swie¬ zego wegla c wielkosci ziaren §0 rnesh, w t^mpe-90 029 13 16 raturze od okolo 816°C do okolo 1000°C. Cieplo dostarczane jest do gazogeneratora przez obieg oko¬ lo 540 kg/godz. spdeiazonych czastek popiolu z flui¬ dalnej komory spalania opalanej koksem. Przy wtryskiwaniu swiezego wegla z para wodna z szybkoscia 6 m/sek do fluidalnego zloza popiolu i czesciowo przereagowanego wegla ma -miejsce czesciowe zbrylanie. Tworza sie duze zlepience koksu, których nie mozna oddzielic od spieczonego popiolu i uzyskuje sie kiepska fluidyzacje a rów¬ niez zla wydajnosc cieplna. Dla prowadzenia pro¬ cesu wazne jest, by w trakcie koksowania i zga- zowywania wegiel utrzymywany byl w stanie swo¬ bodnego przeplywu i byl dokladnie rozdrobniony.Przy szybkosci wtryskiwania wegla oraz pary zwiekszonej do 120 m/sek uzyskuje sie doskonale rozproszenie w zlozu fluidalnym. Nie ma miejsca zadne widoczne zbrylanie i latwo rozdziela sie utworzony drobny koks i wieksze czastka spieczo¬ nego popiolu o wiejkszyim ciezarze wlasciwym.Wprowadzanie swiezego wegla z .szybkosci 120 m/ /sek do fluidyzowanego, na ogól opadajacego zloza goracego spieczonego popiolu odbywa sie w punk¬ cie w poblizu dna zloza ale troche ponad nim aby uniknac znoszenia w dól wegla lub koksu przez krazacy popiól. Na ogól wtryskiwanie odbywa sie w kierunku pionowym z dolu do góry. Wzmaga sie w ten sposób burzliwy przeplyw popiolu, we¬ gla oraz koksu w poblizu punktów wprowadzania, który powoduje rozproszenie wegla w zlozu i sku¬ tecznie zapobiega zbrylaniu. - PL