PL158461B1 - Sposób uwodorniania stalych materialów wsadowych zawierajacych wegiel PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób uwodorniania stalych materialów wsa- dowych, zawierajacych wegiel, jak wegiel kamienny, wegiel brunatny, przy uzyciu zawierajacych wegiel gazów jako gazu uwodorniajacego w warunkach uwodorniania w fazie blotnej z dolaczonym uwodornianiem w fazie gazowej przy podwyzszonej temperaturze i podwyzszo- nym cisnieniu, a mianowicie w obecnosci katalizatora, z dolaczonym stopniem oddzielacza goracego przy oddziel- nym grzaniu utworzonego z materialów wsadowych i jednego strumienia czastkowego gazu uwodorniajacego strumienia szlamowego i drugiego strumienia czastko- wego gazu uwodorniajacego, przy czym frakcja szczy- towa oddzielacza goracego oddaje w posredniej wymia- nie ciepla swója energie cieplna do wymienionego stru- mienia wsadowego, znamienny tym, ze piec grzejny szlamowy i ogrzewacz gazu uwodorniajacego stosuje sie tylko w specjalnych warunkach pracy, przy rozruchu lub w zanieczyszczonym stanie stosowanego do posredniej wymiany ciepla wymiennika ciepla, przy czym w ogrze- waczu gazu uwodorniajacego ogrzewa sie gaz do tempe- ratury 300 do 650°C, korzystnie 450 do 550°C, a w wyniku nastepujacego dalej polaczenia z ogrzewanym poprzez posrednia wymiane ciepla strumieniem szlamo- wym osiaga sie niezbedna temperature wejscia do reak- tora fazy blotnej. PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

© OPIS PATENTOWY @ PL © 158461 © Bl

Numer zgłoszenia: 276161

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Data zgłoszenia: 02.12.1988 © IntCl⁶:

C10G 1/06

CZYTELHIA 0 G Ó LLA

Sposób uwodorniania stałych materiałów wsadowych zawierających węgiel

Pierwszeństwo:

04.12.1987. DE. P.3741104.7

Uprawniony z patentu:

Ruhrkohle AG, Essen, DE

Pełnomocnik:

PHZ “Polservice”, Warszawa, PL

Zgłoszenie ogłoszono:

24.07.1989 BUP 15/89

O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.1992 WUP 09/92

PL 158461 Bl

1. Sposób uwodorniania stałych materiałów wsadowych, zawierających węgiel, jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, przy użyciu zawierających węgiel gazów jako gazu uwodorniającego w warunkach uwodorniania w fazie błotnej z dołączonym uwodornianiem w fazie gazowej przy podwyższonej temperaturze i podwyższonym ciśnieniu, a mianowicie w obecności katalizatora, z dołączonym stopniem oddzielacza gorącego przy oddzielnym grzaniu utworzonego z materiałów wsadowych i jednego strumienia cząstkowego gazu uwodorniającego strumienia szlamowego i drugiego strumienia cząstkowego gazu uwodorniającego, przy czym frakcja szczytowa oddzielacza gorącego oddaje w pośredniej wymianie ciepła swoją energię cieplną do wymienionego strumienia wsadowego, znamienny tym, że piec grzejny szlamowy i ogrzewacz gazu uwodorniającego stosuje się tylko w specjalnych warunkach pracy, przy rozruchu lub w zanieczyszczonym stanie stosowanego do pośredniej wymiany ciepła wymiennika ciepła, przy czym w ogrzewaczu gazu uwodorniającego ogrzewa się gaz do temperatury 300 do 650°C, korzystnie 450 do 55O⁰C, a w wyniku następującego dalej połączenia z ogrzewanym poprzez pośrednią wymianę ciepła strumieniem szlamowym osiąga się niezbędną temperaturę wejścia do reaktora fazy błotnej.

SPOSÓB UWODORNIANIA STAŁYCH MATERIAŁÓW WSADOWYCH,

ZAWIERAJĄCYCH W^GIEL

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uwodorniania stałych materiałów wsadowych, zawierających węgiel, jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, przy użyoiu zawierających węgiel gazów jako gazu uwoOorniającego w warunkach uwodorniania w fazie błotnej z dołączonym uwodornianiem w fazie gazowej przy podwyższonej temperaturze i podwyższonym ciśnieniu, a mianowicie w obecności katalizatora, z dołączonym stopniem oddzielacza gorącego przy oddzielnym grzaniu tworzonego z materiałów wsadowych i jednego strumienia cząstkowego gazu uwoodmnającego strumienia szlamowego i drugiego strumienia cząstkowego gazu uwo^^naJącego, przy czym frakcja szczytowa oddzielana gorącego oddaje w pośredniej wymianie ciepła swoją energię cieplną do wycenionego strumienia wsadowego, znamienny tym, że pieo grzejny szammowy i ogrzewacz gazu uwodomńa jącego stosuje się tylko w specjalnych warunkach pracy, przy rozruchu lub w zanieczyszcmnym stanie stosowanego do pośredniej wymiany ciepła wymmennika ciepła, ^przy czym w o^grzewaczu ^gazu uwo^rornⁱaj^ące^gr ogrzewa się ^gaz °o tomperatury 300 °o ⁶50°^C, korzystnie 450 °o 55O^oC, a w ^rniku następuj^ące^go ^dalej pouczenia z ogrzewanym poprzez pośrednią wymianę ciepła strumieniem θζΐϋπο^ osiąga się niezbędną temperaturę wejścia do reaktora fazy błotnej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień szammowy /3/ prowadzi się przez wyodenniki ciepła /18, 19, 20/ i oddzielnie ogrzewany drugi strumień /5/ cząstkowy gazu uwodomna jącego prowadzi się przed wejściem do pieca z gazem uwororniaJącym /24/ przez ciepła /21/, /22/, /23/, w przeciwprądzie do strumienia /9/ frakcji szczytowej oddzielacza gorącego przy czym strumień /9/ poddaje się w przeciwprądzie kolejno wraz ze strumieniem /3/ szlm^t^wym w wymienniku ciepła /20/ i ze strumieniem /5/ gazu uwodomna jącego w wymienniku ciepła /23/ wymmaale ciepła, przechodzi przez reaktor /27/ w celu uwodorniθnll w fazie gazowej w złożu fluidalnym, Jako strumień /10/ przechodzi przez wymmeirnik ciepła /19/ i ^rnmeanik ciepła /22/ w celu wymiany ciepła ze strumieniem /3/ ewentualnie strumieniem /5/ oraz przez oddzielacz pośredni /28/ w celu wydzielania frakcji oleju gorącego /11/, aby Jako strumień /32./ przejść przez wymiennik ciepła /18/ 1 wymiennik ciepła /21/ w celu wymiany ciepła ze strumieniem /3/ ewentualnie strumieniem /5/ i być doprowadzony do chłodnicy wodnej /31/ oraz do oddzielacza zimnego /29/, gdzie realizuje się oddzielanie ścieków i spalin oraz uzyskuje się frakcję oleju zimnego /13/ i zawraca się część cai£niętegr obiegu gazu uworomiającegr /15/.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że część strumienia zamkniętego obiegu gazu uwodorniającego jest Jako strumień gazu chłodzącego /16/, w celu regulacji temperatury kieruje się do reaktora z fazą błotną /25/, reaktora fazy gazowej /27/

   1 do oddzielacza gorącego /26/.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że do regulacji temperatury wejściowej fazy gazowej stosuje się obejście gazowo/parowe wymmemaika ciepła /20/, a także obejście gazowe wymieinikl ciepła /23/.

   ⁵. ^SP^osób ^wedł^ug raetm. ¹, ^zns^mienny ^tym, ^że ^pró^żniow^y ole^j gnowy rasila aię Jako strumieniem /32/ do strumienia frakcji szczytowej oddzielacza gorącego przed wy— miennikiem ciepła /20/, albo przed wrmmennikiern ciepła /23/, albo bezpośrednio przed reaktorem fazy gazowej /27/.
5. 6. ^{Sposób w}edł^ug rastrn. ^{1 a}lb^o 3, ^{albo 4}, ^albo ^{5, c}namienny t j o, ^{że pro}d^u^t ^{w f}a^zie ^gazo^wej ^prpr^ce^z nhł^nie w gazowym wy denniku cie^pł^a /22/ ^{z ga}zow^{ym p}°ł^ożenie^m

   158 461 obejściowym do określonej temperatury oddzielacza pośredniego /28/ dzieli się na ozęść błotną /11/ do zawracania rozpuszczalnika i na część szczytową /12/ do produktów netto.
6. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że produkt w fazie gazowej poprzez ochłodzenie w szlamowym wymienniku ciepła /19/ z położeniem obejśc^Nym do określonej temperatury oddzielacza pośredniego /28/, dzieli eię na część błotną /11/ do zawracania rozpuszczalnika i na część szczytową /12/ do produktów netto.
7. 8. Sposób według zastrz. 7» znamienny tym, że oddzielnie ogrzewa się strumień cząstkowy /5/ w ilości od 20 do 95%, korzystnie 40 do 80% ogólnie przeznaczonej do wykorzystania ilości gazu uwodorgnającego.

   Prz^edmiⁱte^m w/[^£^].az^ku ^jes^t spos^ uwodorol-an^ stałych ^mst©ri^ałó^w ^adt^ych, z^awi^ega— jących węgiel, jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, przy użyciu zawierający^ węgiel gazów Jako gazu uwoioΓriającego w warunkach uwoi0rnianil w fazie błotnej, z dołączonym uwodornianiem w fazie gazowej przy podwyższonych temperaturze i ciśnieniu. Typowe temperatu··' ^{ry w} lektorze faz^y dotnej °ynosz^ą od ok. ^{400 do} 5⁰0°C i ^w rektorze ^faz^y ^zcwe,) ^{od ok}. 370 do 45O°C i ciśnienie sposobu może być dobrane między 15 do 120 MPa.

   Znane są sposoby, przy czym całkowita frakcja szczytowa oddzielacza gorącego Jest przeprowadzana przez dołączone za tym uoodoiniaQie w fazie gazowej, i na zakończenie deje są poprzez kondensację częśdową w oddzielaczu pośrednim oddzielane w taki sposób, że część rozpuszczalnika zawnca się jako frakcję błotną oddzielacza pośredniego bezpośrednio do wytwarzania miazgi węglowej - tzw. bezpośrednie zlWΓlianie rozpuszczalnika - a produkty olejowe netto powstają jako frakcja szczytowa oddzielacza pośredniego /opisy nr DE 35 24 449 Al i DE 30 22 158 Al/.

   Znany jest z opisu DE 35 23 709 Al ponadto sposób, w którym dej ciężki jest Jako produkt wsadowy doprowadzany do podgrzewacza i w którym ogrzany w omywanym przez frakcję szczytową iddzlelaizl gorącego gazowym wymienniku ciepła strimień cząstkowy oałej wymaganej ilości gazu uwoiorriającego Jest dodawany do podgrzanej i.θθzaninf deju ciężkiego, dodatku mooyfikującego 1 gazu uwodorgn.a jącego przed wejściem do reaktora fazy błotnej. Sposób ten z oddzielnym podgrzewaniem gazu uwodornia ącego był już proponowany dla uwodornienia węgla w opisie DE 35 05 553 Al.

   Przy przemysłowej realizacji sposobu uwoiorniania z zastosowaniem priiesu uwodorniania w fazie błotnej 1 fazie gazowej muszą być uwzględnione trzy kwestie. Po pierwsze Istotne dla procesu parametry - w szczególności określone temperatury wejściowe reaktora fazy błotnej i reaktora fazy gazowej oraz określona temperatura w oddzielaczu pośrednim - muszą być regulowane. Te regulacje temperatury są utrudnione na skutek zmiennych sprawności wymiany ciepła w następstwie zanieczyszczenia szynowego wymiennika ciepła. Po drugie muszą być uwzględnione specjalne warunki przy wspólnym ogrzewaniu szlamu i gazu uwodorniającego w wymiennikach ciepła przy sposobie pracy ze zintegrowanym uwodornieniem w fazie gazowej; ponieważ wiadomo, że w następstwie zaieniiitJ jakości rozpuszczalnika powstaje zwękazone niebezpieczeństwo wysychania oymiennikl ciepła na skutek wypierania dejów przez gaz uwoCoigiający. Po trzecie ciepło reakcji egzotermicznej z uwodornienia w fazie błotnej i fezie gazowej pioiiii zostać w optymalny sposób wykorzystane do odzysku ciepła, aby uzyskać proces sliowoftaΓczβlif cieplnie lub wymagane jednak grzanie dodatkowe utrzymać na niskim poziomie; należy zrezygnować w największym możliwie stopniu ze szlamowych pieców grzejnych, ponieważ stanowią one krytyczny element każdego uwoioΓnienil w fazie błotnej.

   .7 znanych sposobach /np. w/w DE 35 24 449 Al, DE 30 22 158 Al/ określone temperatury procesu w reaktorze fazy gazowej i oddzielaczu pośrednim są regulowane przy pomocy chłodzed^a dceg^ ^jedn^ak be^z uwzględni^^ Mzytóu ciepła oraz zmiennych s^pr^awności i^ia^ ci^{e p}ł^a szlemiwe^ ^wymiennika depła ^w wstępnie rosnącego zaⁱitcz^fez^cz^tnia.

   'V znanych sposobach z opisu DE 35 23 709 Al i DE 35 05 553 Al jest wprawdzie zredukowane zwiększone niebezpieczeństwo wysychania szlimu w wymennikach ciepła poprzez redulrc^ję ilości. ^ga^zu uwodOΓnⁱają^ceg^{i na} drodze grzania szlamu - duża c^zęść ilości ^gazu uwoⁱor^giając^eg^{i j}e^{st w} ^dzidnych gazowych wymiennikach ^ciepła^; rogilacjja ^obu

   158 461 powyżej określonych temperatur pozostała dotychczas nieuwzględnione. Oba sposoby mają tę wadę, że wymiennik ciepła do ogrzewania meszaniny gazu z cieczą i produktem stayym jest umieszczony za reaktorem fazy gazowej - tzn. na podobnym niskim poziomie temperatur - i w związku z tym nie Jest zapewnione maksymalne ogrzanie mieszaniny gazu z cieczą i składnikiem stałym. W związku z ty.m jest wprawdzie zredukowany w swej pojemności pieo do ogrzewania mieszaniny gazu z cieczą 1 składnikami stałymi, tak zwany pieo szlamowy, względdem wcześniejszych sposobów uwodorriania, nie Jest on jednak całkowicie usunięty.

   Scharakteryzowane przez wielofazowy przepływ gazów i par, cieczy oraz substancji stałych warunki pracy pociągają za sobą istotne wątpliwości w ustawieniu pieca grzejnego oraz przy obliczaniu strat ciśnienia i transportu ciepła.

   Wedy eksploataoyjno-techniczne wynikają z tendencji do pokrywania się osadem wewnętrznej strony rury piecowej i z reakcji koksowania produktu w rurach. Wiąże się z tym ograniczenie czasowe pracy urządzenia uwodorniającego w całości, a także występowanie miejscowych przegrzać, które mogą prowadzić do pęknięć rury.

   Celem wynalazku jest takie opracowanie przebiegu procesu, że po pierwsze istotne dla procesu temperatury będą mogły być regulowane mimo zmiennej sprawności wymiany ciepła szlamowego wymiermika ciepła, po drugie będzie wyeliminowane wysychanie szlamu w szlamowych wymiennikach ciepła 1 po trzecie ciepła reakcji uwodorniania w fazie błotnej 1 fazie gazowej zostaną wykorzystane do samowystarczalnego cieplnie ewentualnie zoptymalizowanego odnośnie techniki cieplnej procesu.

   Cel wynalazku osiąga się dzięki temu, że piec grzejny szumowy i ogrzewacz gazu uwodorniającego stosuje się tylko w specjalnych warunkach pracy, przy rozruchu lub w zanieczyszczonym stanie stosowanego do pośredniej wymiany ciepła wymiecnlika ciepła, przy czym w ogrzewaczu gazu uwoddΓniająos^gc ojgrzewa się ^gaz do temperatur 300 do 65O°C, Jcorzystnie 450 do 5^⁰^ a ^w wyniku nas^pującego dalej pouczenia z ogrzewanym po^przez pośrednią wyiManę ciepła drumleniem βζ^αιοι^ osiąga się niezbędną temperaturę wejścia do reaktora fazy błotne;].

   Korzystnie strumień szlmmowy prowadzi się przez wyominniki ciepła i oddzielnie ogrzewanym drugi strumień cząstkowy gazu uwodorniaJąoegc prowadzi się przed wejściem do pieoa z gazem uwodorniającym przez wymminnlki ciepła w przeciwprądzie do strumienia frakcji szczytowej oddzielacza gorącego, przy czym strumień podaje się w przeciwprądzie kolejno wraz ze strumieniem szumowym w wydenniku ciepła i ze strumieniem gazu uwoodonnającego w ku ciepła wymianis ciepła, przechodzi przez reaktor w celu uwodornienla w fazie gazowej w złożu fluida^ym, Jako strumień przechodzi przez wyιiiθInlik ciepła 1 yymie!Ulik ciepła w celu wymiany ciepła ze strumieniem ewentualnie strumieniem oraz przez oddzielacz pośredni w celu wydzielenia frakcji deju gorącego, aby jako strumień przejść przez wymiennik ciepła i wymiennik ciepła w celu wymiany ciepła ze strumieniem ewentualnie strumieniem 1 być doprowadzony do chłodnicy wodnej oraz do oddzielacza zimnego, gdzie realizuje się oddzielanie ^ściekó^y i ^alin ^oraz uzy^u^ dę ^fra^k°ję deju zimnego i zawraca się część zamkdęte^ obiegu gazu uwodidniająosgd.

   Korzystnie część strumienia zamEdętego obiegu gazu uwodidniającego Jest jako strumień gazu chłodzącego, w celu regulacji temperatury kieruje się do reaktora z fazą błotną, reaktora fazy gazowej i do oddzielacza gorącego.

   Korzystnie do regulacji temperatury wejściowej fazy gazowej stosuje się obejście gazdyd/paΓoys wymie(ulika ciepła, a także obejście gazowe yymaennikr ciepła.

   Korzystnie próżniowy dej gazowy zasila się jako strumieniem do strumienia frakcji szczytowej oddzielacza gorącego przed yy<m.ennikiθa ciepła, albo przed wydennikiem ciepła, albo bezpośrednio przed reaktorem fazy gazowej.

   158 461

   Korzystnie produkt w fazie gazowej poprzez ochłodzenie w szlamowym wymi-emiku ciepła z położeniem obejścoowym do określonej temperatury oddzielacza pośredniego, dzieli się na część błotną do zawracania rozpuszczalnika i na część szczytową do produktów netto.

   Korzystnie oddzielnie ogrzewa się strumień cząstkowy w ilości od 20 do 95%, korzystnie 40 do 80% ogólnie przeznaczonej do wykorzystania ilości gazu uwodorriaaącego.

   Określone regulacje temperatur następują w reaktorze fazy gazowej i w oddzielaczu pośrednim poprzez gazowe wynAerniki ciepła o pracy obejściowej, przy czym w gazowych wymiennikach ciepła ma miejsce pośrednia wymiana ciepła między frakcją szczytową oddzielacza gorącego i ogrzewanych oddzielnie gazem uwodorniającym i obejście następuje po stronie gazu uwororniβjącegr.

   Dzięki oddzielnemu grzaniu zostaje jednocześnie usunięte niebezpieczeństwo wysychania szlamu. Określona regulacja temperatury w reaktorze fazy gazowej następuje ponadto zgodnie z wynalazkiem poprzez obejście od strony frakcji szczytowej oddzielacza gorącego na s^am^c^wym wymiermiku ciepła, który jest umieszczony mędzy oddzielaczem gorąt^^m i reaktorem fazy gazowej oraz poprzez różne zasilania próżniowym olejem gazowym na drodze frakcji szczytowej oddzielacza gorącego do reaktora fazy gazowej.

   Zgodnie z wynalazkiem optymalne grzanie szlamu jest osiągnięte w ten sposób, że przy wykorzystaniu ciepła reakcji z uwodorniania w fazie błotnej 1 fazie gazowej frakcja szczytowa oddzielacza gorącego przenosi swoje ciepło poprzez pośrednią wymianę ciepła na wysokim poziomie temperatur na mieszaninę szlamu 1 gazu uwororniająrsgr i na niskim poziomie temperatur na przeznaczony do oddzielnego ogrzewania gaz uworornialący. Na skutek tego wyeliminowany jest szlmmowy piec grzejny, a przy dobrej izolacji cieplnej również piec grzejny do gazu uwororrialącego, przy normalnej eksplosaacji. Piec do gazu uwodorniającego jest wówczas z reguły przy normalnej eksploatacji omijany przy pomocy mejecia i wykorzystywany tylko do rozruchu.

   Przedmiot wynalazku jest objaśniony za pomocą przykładu wykonania sposobu na rysunku na którym fig. 1 przedstawia pieiwszy układ do realizacji sposobu według w?^nalazku, zaś fig. 2 - drugi układ do realizacji sposobu według wynalazku, schetmaycznle.

   W pierwszym wykonaniu proponowanego sposobu strumień szlamu 3 prowadzony jest przez trzy wymietiriki ciepła 18, 19, 20, a oddzielnie ogrzewany strumień gazu uwodorniającego 5 jest przed wejściem do pieca na gaz uwodoronający 24 prowadzony przez trzy wymieimiki ciepła 21, 22, 23 w przeciwprądzie względem frakcji szczytowej oddzielacza gorącego.

   Przy podziale całej ilości gazu uwodomnającego na oba strumienie cząstkowe można postąpić również w ten sposób, że dla strumienia szlamu jako zasilanie przewidziany jest świeży wodór, a dla drugiego strumienia cząstkowego gazu uwoodonnającego przewidziany jest obieg zamknięty gazu uwororriaJącegr.

   Strumień 9 wchodzi przy tym w przeciwprądzie kolejno ze strumieniem szlamu 3 do wymiennika ciepła 20 i ze strumieniem cząs^i^ym gazu uwo^n^ającego 5 do w/men^ka ciepła 23 w celu wsiany ciepła i przechodzi przez reaktor 27 w celu uwodornienia w fazie gazowej w złożu fluddannym. Temperatura wejścia w reaktor fazy gazowej 27 jest regulowana zależnie od stanu zanieczyszczenia szlamowego wymmennika ciepła 18, 19, 20 poprzez obejścoowe pozycje wymmennika ciepła 20 i 23, w którym następuje oddzielenie ścieków 14 i spalin oraz uzyskanie frakcji oleju zimnego 13 i zawrócenie ozęści zam^nętego obiegu gazu uwodorniającego jako strumień 15 poprzez kompresor 30 do procesu.

   W dołączeniu do oddzielacza zimnego 29 może być na zwykły sposób przewidziana płuczka gazowa do obróbki części zamkniętego obiegu gazu uwo^n^aaącego. Dzięki tego rodzaju obróbce poprzez usunięcie rozpuszczonych w płuczce gazowej przy pomocy cieczy płuczącej składników do jest zapewnione wystarczające ciśnienie cząstkowe wodoru w układzie gazu uwordrnialącegr.

   158 461

   Oddzielny strumień cząstkowy z całe;], przeznaczonej do użyoia, ilośol gazu uwodorniającego może stanowić 20 do 95, zazwyczaj 40 do 80% całkowitej, wymaganej ilości gazu uwodor nia jącego.

   W drugim przykładzie wykonania fig. 2 określona temperatura n oddzielaczu pośrednim 28 nie jest regulowana poprzez gazowy wymiennik ciepła 22 z położeniem obejściwwym, tylko przy pomocy obejścoowego sposobu pracy szlamowego ^^c^mi^in^ika ciepła 19· Na skutek tego wymagana jest wprawdzie w porównaniu z fig. 1 większa powierzchnia wymiany szlamowego wymmeirnika cie pła 19, staje się jednak zbędny gazowy wymmennik ciepła 22.