Спосіб непрямого зрідження вугілля і пристрій для його здійснення

1. Спосіб непрямого зрідження вугілля, що включає підготовчу стадію, стадію газифікації та стадію зрідження, який відрізняється тим, що на підготовчій стадії вугілля завантажують до простої шахтної печі типу доменної, де при взаємодії з випаленим вапном утворюють карбід кальцію за способом Галинкера при температурі 1800-2200 °С, яку досягають за рахунок збагачення повітря дуття киснем до 60 %, стадію газифікації проводять у газогенераторі, де при взаємодії карбіду кальцію та води одержують ацетилен при C2 2 (19) 1 3 535г вуглецю, тобто теоретичний вихід сумарних продуктів складає: 208,5/535 * 100% = 38,9%. Практично з сумарного продукту отримується 80% бензину і моторного пального, тобто вихід 31,12%, але якість бензину низка, октанове число в межах 50-60). До недоліків відомого способу належать: необхідність у підтриманні одночасно високого тиску та температури у зоні реакції, низький вихід готового продукту, та його низька якість, [див. Г.С.Асланян, Э.Э.Шпильрайн, ВА.Кузьминов, "Твёрдое солнце земли", "Наука", 1990г., Н.И.Гальперин "Основные процессы и аппараты химической технологии" М.,"Химия", 1981г.,]. Відомо пристрій для непрямого зрідження вугілля за способом Фішера й Тропша, що містить газогенератор, газгольдер, бункер-накопичувач, блок каталізатора (у реакторі), насоси, трубопроводи високого та низького тиску, муловідстійник. До недоліків відомого пристрою належать: необхідність у високояксній хімчній агшаратурі з великою кількістю товстостінних температуро - та коррозієстійких елементів великого об'єму, пожежо- та вибухонебезпечність обладнання [див. Г.С.Асланян, Э.Э.Шпильрайн, В.А.Кузьминов, "Твёрдое солнце земли", "Наука", 1990г., Н.ИХальперин "Основные процессы и аппараты химической технологии" М.,"Химия", 1981г.,]. Відомо спосіб непрямого зрідження вутілля(Мобиль-процесс), який полягає в тому, що сировину(вугілля) подрібнюють (підготовча стадія) і завантажують в газогенератор де провадиться стадія газифікації сировини (вугілля), продукт газифікації спрямовують до реактору, де під впливом високого тиску температури та каталізаторів відбувається стадія зрідження готового продукту, тобто містить підготовчу стадію, стадію газифікації та стадію зрідження, наприклад: сировину (вугілля) завантажують у бункернакопичувач газогенератора, суміш СО і Н2 отримують з вугілля у газогенераторі, суміш СО і Н2 спрямовують через газгольдер компресором до реактора де під тиском 25-40МПа і температурі 200-400°С суміш СО і Н2 перетворюється у блоці каталізатора на цеолітовому каталізаторі в метанол, що насосом подають у блок дегідратації, де метанол перетворюється у суміш вуглеводнів етиленового ряду, тобто в бензин з високим октановим числом, а відходи з газогенератора періодично вивантажуються у муловідстійник. На 1моль СН3ОН, що утвориться по реакції: СО + 2Н2 = СН3ОН, необхідно 3моль вуглецю тому, що водень виробляється по реакції СОзрушення, конверсією СО2 Н2 при їхній взаємодії з водяною парою СО + Н2О = СО2 + Н2 Відповідно на 1 тонну метанолу потрібно 1785м3 синтезу-газу, а практично 2400м3. Так як молекулярна вага метанолу 32г/моль,то витрата вуглецю 36г/моль,а фактично у 2400/1785 разів більше, або 48,4г. На 1т метанолу відповідно 1,5126т вуглецю. При дегідратації метанолу в "М"процесі вихід бензину з 1т метанолу 410кг,а на 1т бензину необхідно витратити 3,69т вугілля. Вихід готового продукту 27%. 81471 4 До недоліків відомого способу належать: необхідність у підтриманні одночасно високого тиску та температури у зоні реакції, низький вихід готового продукту, необхідність у дорогих каталізаторах. Пристрій (устатковання) для виконання відомого способу містить газогенератор, газгольдер, бункер-накопичувач, блок каталізатора (у реакторі), насоси, муловідстійник. До недоліків відомого пристрою (устатковання) належать: необхідність у високояксній хімчній аппаратурі з великою кількістю товстостінних температурота коррозієстійких елементів великого об'єму, пожежо- та вибухонебезпечність обладнання. Цей спосіб та пристрій для його здійснення обрано за прототип. Таким чином, в основу першого із групи винаходів поставлена задача удосконалення способу непрямого зрідження вугілля шляхом того, що підготовча стадія відбувається у простій шахтній печі типу доменної де сировина (вугілля) при взаємодії з випаленним вапном утворює карбід кальція, стадія газифікації відбувається у газогенераторі, де за рахунок взаємодії карбіду кальцію та води виникає ацетилен при нормальному тиску та температурі, стадія зрідження (тримерізації ацетилену) відбувається у блоці каталізатора на каталізаторі з активованного вугілля, що приведе до того, що при ККД шахтної печі 60% витрати складають 1,9 кг вугілля на отримання 1 кг бензолу, тобто вихід продукту 53%. Перша поставлена задача досягається тим, що в способі непрямого зрідження вугілля, що включає підготовчу стадію, стадію газифікації та стадію зрідження, згідно винахода, підготовча стадія відбувається у простій шахтній печі типу доменної, де сировина (вугілля) при взаємодії з випаленним вапном утворює карбід кальція за способом Галинкера при температурі 1900-2200°С яка досягається збагаченням повітря дуття на 60% киснем, стадія газифікації відбувається у газогенераторі, де за рахунок взаємодії карбіду кальцію та води виникає ацетилен при нормальному тиску та температурі, та стадії зрідження (тримерізації ацетилену), що відбувається у блоці каталізатора на каталізаторі з активованного вугілля при температурі 580°С по реакції Бертло-Зелінського, причому підігрів каталізатора відбувається за рахунок тепла охолодження розплавленого карбіду кальція, котрий охолоджується у кристализаторіохолоджувачі та циклоні кристализатораохолоджувача, рекуперація вапна і води йде у печі випалу типу сушки з віброзрідженим шаром за рахунок використання тепла охолодження карбіду кальція та допалення чадного газу у кауперах, що приведе до того, що: при ККД шахтної печі 60% витрати складають 1,9 кг вугілля на отримання 1 кг бензолу, тобто вихід продукту 53%. Пристрій для здійснення способу непрямого зрідження вугілля, котрий містить газогенератор, газгольдер, бункер-накопичувач, блок каталізатора, споряджений активованним вугіллям, насоси, муловідстійник, елементи 5 пристрію для непрямого зрідження вугілля з'єднані трубопроводами низького та високого тиску; пристрій для здійснення непрямого зрідження вугілля, згідно винаходу споряджено шахтною (доменною) піччю, копильником, кристализаторомохолоджувачем, циклоном кристализатораохолоджувача, піччю випалу типу сушки з віброзрідженим шаром, утилізаційною паровою турбіною, воздуходувкою, турбодетандером, блок каталізатору споряджено активованим вугіллям, абсорбером, блоком нейтралізації окислів азоту, кауперами, що приведе до того що: при ККД шахтної печі 60% витрати складають 1,9кг вугілля на отримання 1кг бензолу, тобто вихід продукту 53%, зменшується потреба у високояксній хімчній аппаратурі з великою кількістю товстостінних температуро - та корозієстійких елементів великого об'єму, зменшується пожежо- та вибухонебезпечність обладнання. Суть винаходу пояснюється ілюстративним матеріалом де на Фіг.1 зображено схему здійснення способу непрямого зрідження вугілля, а на Фіг.2 зображено схему пристрою для непрямого зрідження вугілля. На Фіг.1 зображено схему здійснення способу непрямого зрідження вугілля що містить підготовчу стадію,стадію газифікації та стадію зрідження вугілля. На Фіг.2 зображено схему пристрію для непрямого зрідження вугілля, що містить, шахтну(доменну) пічі, копильник 2, кристализаторохолоджувач 3, бункер-накопичувач 4, циклон 5 кристализатора-охолоджувача 3, газогенератор 6 (ацетилену), газгольдер 7, муловідстійник 8, піч випалу 9 типу сушки з віброзрідженим шаром, утилізаційну парову турбіну 10, воздуходувку 11, насоси 12, турбодетандер 13, блок каталізатора 14 ( з активованим вугіллям), а також абсорбер 15, блок нейтралізації окислів азоту 16, каупери 17, елементи пристрою для непрямого зрідження вугілля з'єднано трубопроводами низького та високого тиску. Спосіб непрямого зрідження вугілля реалізується наступним чином: на підготовчій стадії сировину (вугілля) завантажують до простої шахтної печі типу доменної, при взаємодії вугілля з випаленним вапном одержують карбід кальція за способом Галинкера при температурі 1800-2100°С яка досягається збагаченням повітря дуття киснем до 60%, стадія газифікації відбувається у газогенераторі де за рахунок взаємодії карбіду кальцію та води отримують ацетилен при нормальному тиску та температурі, на стадії зрідження на каталізаторі з активованного вугілля тримеризують ацетилен при температурі 580°С по реакції Бертло-Зелінського, причому підігрів каталізатора проводять за рахунок тепла охолодження розплавленого карбіду кальція, рекуперацію вапна і води проводять у печі випалу типу сушки з віброзрідженим шаром де використовують тепло охолодження карбіду кальція та допалення чадного газу у кауперах. Пристрій для непрямого зрідження вугілля працює наступним чином: 81471 6 Вапно СаО і сировина-вуглець (антрацит) подаються в шахтну(доменну) пічі. СаО і вуглець реагують в шахтній(доменій) печі з виникненням карбиду кальція СаС2 й чадного газу СО при температурі 1800-2200°С яка досягається збагаченням повітря дуття на 60% киснем; сульфід кальція, фосфід кальція та нітрід кальція в свою чергу виникають у шахтній(доменній) печі при робочій температурі 1800-2200°С при взаємодії наявних природніх домішок у вугіллі, відповідно сірки, фосфору та азоту повітря дуття, частка азоту повітря дуття реагує при температурі 1800-2200°С з киснем повітря дуття з утворенням окису азота. Розплавлений карбід кальцію періодично випускається з печі 1 в копильник 2, з котрого карбід кальцію подається в кристализаторохолоджувач 3 з псевдозрідженим шаром, у котрому зустрічний потік охолоджувального повітря охолоджує, кристалізує й гранулює розплав карбіду кальція у псевдозрідженому шарі. Основна маса охолодженого карбіду кальція вивантажується крізь відповідний боковий отвір у бункер-накопичувач карбіда 4. Частина карбіду кальція виноситься потоком охолоджуючого повітря в циклон 5 кристализатора-охолоджувача 3, де й виконується розділ гарячого повітря й дрібної фракції (пилу) карбіду кальція. Охолоджений карбід кальція подають в газогенератор ацетилену 6 типу "карбід у воду". Ацетилен, що виникає у газогенераторі ацетилену 6 спрямовується до газгольдера 7. З газгольдеру 7 ацетилен направляють на полімерізацію в бензол або стирол у блок каталізатора 14, споряджений активованим вугіллям, а гашене вапно до муловідстійника 8, де виділяються залишкові гази, сірчаний газ, аміак, фосфін, що виникають у муловідстійнику 8 при взаємодії з водою, відповідно сульфіду кальція, нітріду кальція та фосфіду кальція, які, в свою чергу, виникають у шахтній(доменній) печі при робочій температурі 1800-2200°С. Періодично гашене вапно з муловідстійника 8 подають до печі випалу 9 типу сушки с віброзрідженим шаром без контакту теплоносія з гашеним вапном Са(ОН)2, де й відбувається дегідратація гашеного вапна гарячими газами доменим газом й гарячим повітрям з кристализатора-охолоджувача 3 та циклону 5 кристализатора-охолоджувача 3 карбіду кальція. Гідратаційну воду, що виділилась у печі випалу 9 при дегидратації гашеного вапна Са(ОН)2, подають до утилізаційної парової турбіни 10 приводу допоміжних механизмів, воздуходувки 11, насосів 12, турбодетандера 13 (Температура пари 600°С, тиск 3,5МПа, ККД турбіни 34%). Рідке повітря з турбодетандера 13 направляють на ректифікацію для отримання кисня для збагачення дуття. Воду з конденсатора парової утилізаційної турбиіни 10 й з печі випалу 9 подають до генератора ацетилену 6. Ацетилен полімерізують при 550-650°С в бензол у блоці катализатора 14 (з активованного 7 вугілля) причому підігрів відбувається за рахунок тепла доменних газів. Бензол направляють на очищення та охолодженя, а непрореагований ацетилен знову направляють на полімеризацію. Залишкові гази-сірчаний газ, аміак, фосфін, що виникають у муловідстійнику 8 при взаємодії з водою, відповідно, сульфіду кальція, нітріду кальція та фосфіду кальція, які, в свою чергу, виникають у шахтній(доменній) печі при робочій температурі 1800-2200°С з муловідстійника 8, газ з генератора ацетилена 6 направляють до абсорбера 15 на відмивання та поглинання, причому ацетилен направляють на полімерізацію відповідно схеми, а інші гази з раствором відводяться на нейтралізацію. Сірчані гази нейтралізують вапном з виникненням гіпсу, фосфін, відповідно, з виникненням фосфату кальція. Амміак, що виділяється при взаємодії нітріда кальція з водою, направляють на нейтралізацію окису азоту, що виникає у шахтній(доменній ) печі 1 при температурі 1800-2200°С при реагуванні азоту повітря дуття з киснем повітря дуття, в блок нейтралізації окису азоту 16. Чадний газ допалюють у кауперах 17 для регенерації тепла підігрівом дуття. При ККД шахтної печі 60% витрачається 1,9кг вугілля на отримання 1кг бензолу або стиролу, вихід готового продукту 53%. 81471 8