Спосіб гідрогенізації вугілля

Реферат: Винахід належить до способів гідрогенізації вугілля і може знайти застосування у комплексах виробництва синтетичних паливних продуктів і моторних палив. Спосіб включає приготування вугільної суміші, її нагрівання і змішування з пастоутворювачем, наступне виділення цільового продукту. У процесі використовують вугілля двох типів, а сам процес здійснюють у дві послідовні стадії - газифікації і гідрогенізації - в одному контактному об'ємі, при цьому на першій стадії, газифікації, використовують активовану водовугільну суспензію, приготовану з вугілля UA 107440 C2 (12) UA 107440 C2 першого типу, що характеризується природним максимальним вмістом комплексу металів в мінеральній складовій, яку піддають індукційному нагріванню у плазмогенеруючій камері до температури повного відновлення металів, з утворенням квазіоднорідного потоку водневмісного продукту газифікації і мікрокрапель відновленого комплексу металів, а на другій стадії, гідрогенізації, як пастоутворювач назустріч потоку водневмісного продукту газифікації подають "вугільну" пасту з вугілля другого типу, за яке використовують збагачене молоде вугілля, при цьому другу стадію здійснюють при температурі не вище значення, яке забезпечує гідрогенізацію. Винахід забезпечує підвищення ефективності процесу і зниження його як будівельної, так і експлуатаційної вартості. UA 107440 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів гідрогенізації вугілля і може знайти застосування у комплексах виробництва синтетичних паливних продуктів і моторних палив. Відомо спосіб гідрогенізації вугілля, що здійснюється шляхом змішування дрібнодисперсного вугілля з розчинником, наступної обробки отриманої суміші у середовищі водню при температурі 350-450 °C і тиску 100-300 бар в присутності залізовмісного каталізатора, за який використовують колошниковий пил, поділ продуктів на газ та рідину, атмосферно-вакуумну дистиляцію рідини і газифікацію залишку вакуумної дистиляції при частковому окисленні з отриманням синтез-газу (див., наприклад, патент SU1176846, МПК: C10G 1/06, 30.08.85). Недоліком відомого способу є низька якість продуктів гідрогенізації і висока вартість процесу. Відомий також спосіб гідрогенізації вугілля, що здійснюється шляхом приготування вугільної суміші, яка містить подрібнене вугілля, пастоутворювач на основі продуктів термічного модифікування висококиплячої фракції вугільного гідрогенізату у середовищі парів води на оксидах заліза при температурі 450-500 °C і залізовмісний каталізатор, підданий механохімічній обробці і диспергований з використанням ультразвуку у фракції продуктів гідрогенізації вугілля; нагрівання вуглемасляної пасти при підвищеному тиску у середовищі водню з наступним виділенням цільового продукту (див., наприклад, патент RU2333930, MПК:C10G1/06; 20.09.08). За технічною суттю та ефектом, що досягається, відомий спосіб є найбільш близьким до того, що заявляється. Недоліками відомого способу є невисока ефективність процесу і висока вартість як самих каталізаторів, так і технологічного устаткування для їх введення і відновлення. В основу винаходу поставлено задачу створення способу гідрогенізації вугілля, що дозволяє підвищити ефективність процесу і знизити його як будівельну, так і експлуатаційну вартість. Поставлена задача вирішується у способі гідрогенізації вугілля, що включає приготування вугільної суміші, її нагрівання і змішування з пастоутворювачем, наступне виділення цільового продукту; згідно з винаходом, у процесі використовують вугілля двох типів, а сам процес здійснюють у дві послідовні стадії - газифікації і гідрогенізації, в одному контактному об'ємі, при цьому на першій стадії, газифікації, використовують активовану водовугільну суспензію, приготовану з вугілля першого типу, що характеризується природним максимальним вмістом комплексу металів в мінеральній складовій, яку піддають індукційному нагріванню у плазмогенеруючій камері до температури повного відновлення металів, з утворенням квазіоднорідного потоку водневмісного продукту газифікації і мікрокрапель відновленого комплексу металів, а на другій стадії, гідрогенізації, як пастоутворювач назустріч потоку водневмісного продукту газифікації подають "вугільну" пасту з вугілля другого типу, за яке використовують збагачене молоде вугілля, при цьому другу стадію здійснюють при температурі не вище значення, яке забезпечує гідрогенізацію. Відмінними ознаками способу, що заявляється, є: - у процесі використовують вугілля двох типів, а сам процес здійснюють у дві послідовні стадії - газифікації і гідрогенізації в одному контактному об'ємі, - на першій стадії, газифікації, використовують активовану водовугільну суспензію, приготовану з вугілля першого типу, що характеризується природним максимальним вміщенням комплексу металів в мінеральній складовій, яку піддають індукційному нагріванню у плазмогенеруючій камері до температури повного відновлення металів, з утворенням квазіоднородного потоку водневмісного продукту газифікації і мікрокрапель відновленого комплексу металів, - на другій стадії, гідрогенізації, як пастоутворювач назустріч потоку водневмісного продукту газифікації подають "вугільну" пасту з вугілля другого типу, за яке використовують збагачене молоде вугілля, при цьому другу стадію здійснюють при температурі не вище значення, яке забезпечує гідрогенізацію. Виходячи з описаного рівня техніки витікає, що вказані відмінності є новими. Суть ефекту полягає в тому, що для гідрогенізації в способі, що заявляється, використовують вугілля, яке має ступінь перетворення, що характеризується відношенням кількості водню до вуглецю, не менш 5,5, тобто: 100  p   5.5 C Завдяки використанню на першій стадії вугілля першого типу, яке характеризується природним максимальним вмістом металів, відновлені молекули заліза, алюмінію самі по собі є найсильнішим каталізатором і у їх спеціальному введенні у процес немає необхідності. 1 UA 107440 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Вугілля другого типу - це збагачене молоде вугілля, що має підвищений вміст водню, і в способі, що заявляється, є донорами водню. Плазмова технологія забезпечує однорідне розпилення мікрокрапель металів та інших компонентів вугілля першого типу у зоні газифікації, які є дуже ефективними каталізаторами процесу гідрогенізації. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. Процес здійснюють в одному контактному об'ємі в апараті у вигляді довгої труби, на початку якої встановлено індукційний плазмовий пальник. Активовану водовугільну суспензію, що приготована з вугілля першого типу, подають на першу стадію, газифікацію, в плазмогенеруючий канал індукційного плазменного пальника, де вона піддається індукційному нагріванню і має на виході з пальника температуру більш 2000 °C. Утворюється потік водневмісного продукту газифікації і мікрокраплі відновленого комплексу металів, що містяться у мінеральній частині вугілля першого типу - заліза, алюмінію, кальцію, а також неметалу кремнію. Далі по ходу потоку у процес вводять пасту з вугілля другого типу - збагачене молоде вугілля, яке містить дуже великий процент водню. В цій зоні встановлюється температура не більш 500 °C, яка є граничною температурою гідрогенізації. Ця температура, наявність мікрокрапель природного каталізатора і проведення процесу протягом заданого часу забезпечує ефективну гідрогенізацію. Отриманий цільовий продукт виводять з апарату. Спосіб, що заявляється, пояснюється прикладом. Приклад Готують активовану водовугільну суспензію з вугілля першого типу, наприклад, вугілля, що видобувається на шахті Білореченській, яке має такий склад мінеральної частини: Fe2O314,47 %, Аl2О3-29,98 %, СаО - 6,32 %. Цей тип вугілля характеризується тим, що має ступінь перетворення 7,69. Активовану водовугільну суспензію, що приготована з вугілля першого типу, подають в апараті у вигляді довгої труби, на початку якої встановлено індукційний плазмовий пальник. на першу стадію, газифікацію, в плазмогенеруючий канал індукційного плазменого пальника, де вона піддається індукційному нагріванню і має на виході з пальника температуру більш 2000 °C. Утворюється потік водневмісного продукту газифікації (синтез-газ - суміш водню і монооксиду вуглецю) і мікрокраплі комплексу відновлених металів. Назустріч водневмісному продукту газифікації подають збагачене вугілля другого типу, у даному випадку те саме вугілля Білореченської шахти, але попередньо збагачене (видалена значна частина мінеральної складової). Мікрокраплі відновлених металів контактують з цим вугіллям і відіграють роль каталізаторів для гідрогенізації. Синтез-газ, що утворився, і пара здійснюють процедуру конверсії: СН4 + Н2О (пара) + каталізатор = СО + 3Н2. Температура в цій зоні підтримується регульованою швидкістю подання суміші вугілля другого типу при оптимальному значенні для скраплення 450 °C. Час прогону - експозиція з воднем - приблизно 1 година. При умові підтримання парціального тиску водню не нижче 80 % і витрати водню приблизно 5 % на виході отримують дистиляту не менш 80 % перетвореного вугілля другого типу. Отриманий цільовий продукт виводять з апарату. Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні з способом-прототипом, полягають у підвищенні ефективності процесу і зниженні його як будівельної, так і експлуатаційної вартості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Спосіб гідрогенізації вугілля, що включає приготування вугільної суміші, її нагрівання і змішування з пастоутворювачем, наступне виділення цільового продукту, який відрізняється тим, що у процесі використовують вугілля двох типів, а сам процес здійснюють у дві послідовні стадії - газифікації і гідрогенізації - в одному контактному об'ємі, при цьому на першій стадії, газифікації, використовують активовану водовугільну суспензію, приготовану з вугілля першого типу, що характеризується природним максимальним вмістом комплексу металів в мінеральній складовій, яку піддають індукційному нагріванню у плазмогенеруючій камері до температури повного відновлення металів, з утворенням квазіоднорідного потоку водневмісного продукту газифікації і мікрокрапель відновленого комплексу металів, а на другій стадії, гідрогенізації, як пастоутворювач назустріч потоку водневмісного продукту газифікації подають "вугільну" пасту з вугілля другого типу, за яке використовують збагачене молоде вугілля, при цьому другу стадію здійснюють при температурі не вище значення, яке забезпечує гідрогенізацію. 2 UA 107440 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3