HU216759B - Berendezés és eljárás széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya őlyan berendezés széntartalmú anyagők gőzzel valókezelésére, amely berendezésnek egy bemenettel és attól távközzelelhelyezkedő kimenettel ellátőtt kamrája van, amely a s éntartalmúanyagőt a bemenethez jűttató eszközzel, valamint a széntartalmúanyagőt a kamra kimenetétől eltávőlító eszközzel rendelkezik, tővábbáa kamráhőz csatlakőztatőtt, a kamra előre meghatárőzőt nyőmású gőzzelvaló ellátására szőlgáló eszköze, a kamra belsejében a gőzhőmérsékletét érzékelőeszköze és a kamráhőz csatlakőztatőtt, a gőzt ésaz abból kőndenzálódőtt vizet a kamrából kibőcsátó, é az előremeghatárőzőtt gőzhőmérsékletnek az érzékelőeszköz által jelzetteléréséig nyitőtt, majd ezűtán lezáró, a széntartalmú anyag izzításáta kamrában gőz jelenlétében meghatárőzőtt gőzhőmérsékle en és nyőmásőnlehetővé tevő szelepe van. A találmány tárgya tővábbá eljárásszéntartalmú anyagők gőzzel való kezelésére, amely eljárás sőrán aszéntartalmú anyagőt betáplálják egy kamrába, a kamra bemeneténnagynyőmású gőzt jűttatnak be, am a széntartalmú anyagtölteten a kamrakimenete irányában végigvándőről 551,2–1653,5 kPa nyőmás és 270–343 řCgőzhőmérséklet eléréséig, a töltet nedvességtartalmának és illékőnyszerves összetevői egy részének gázfázisba való átjűtása űtán atöltetet lehűtik, végül a feljavítőtt minőségű terméket kinyerik. ŕ

Description

A találmány tárgya berendezés és eljárás széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére.

A találmány szerint a széntartalmú anyagokat - melyek kezelésére az eljárás elsősorban, de nem kizárólag alkalmas - nagy nyomással és megnövelt hőmérsékleten kezeljük, amelynek során a betáplált anyag hevítését és a kívánt reakció lefolyását kiváltó befektetett energiát lényegében visszanyerjük, ezáltal az eljárás hatékonyabb és gazdaságosabb lesz az ismerteknél. A találmány szerinti eljárás jellemzően különböző természetes eredetű szerves széntartalmú anyagok, úgymint fa vagy tőzeg kezelésére alkalmas, és abból a nedvesség túlnyomó részét eltávolítja, alkalmazható továbbá szubbitumenes szenek - úgymint lignit - kezelésére; az eljárással kezelt széntartalmú anyagok kedvezőbben alkalmazhatóak szilárd tüzelőanyagként való felhasználásra.

Az ismert eljárások során a széntartalmú anyagot nagynyomású gőzzel kezelik, hogy egy ideig növelt hőmérsékleten tartsák szabályozott körülmények között, és így a kívánt hőkezelés végbemenjen. Számos eljárás és berendezés vált ismertté széntartalmú anyagok kezelésére abból a célból, hogy alkalmasabbá tegyék őket szilárd tüzelőanyagként való felhasználásra. Ezeknek az eljárásoknak a hátrányai közé tartoznak a befektetett és/vagy felszabadult energia hatékony felhasználásával kapcsolatos problémák, a folytonos működtetéshez szükséges szabályozás nehéz és bonyolult volta, és az ilyen eljárásokhoz alkalmazott berendezések általános rugalmatlansága, alkalmatlanságuk más anyagok eltérő hőmérsékleten és/vagy nyomáson végzett kezelésére való átállításra.

A 4047 898 számú USA-beli szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek, amelynek során a szenet 149-371 °C (300-700 °F) hőmérsékletre hevítik olyan nyomáson, amelyen a reakcióedényben szintén jelen lévő víz folyékony halmazállapotú marad. Az 1 perctől 2 óráig teijedő reakcióidő letelte után az edényt lelevegőztetik, és eltávolítják belőle a zagyot. A reakcióedénybe járulékosan hidrogént is bevezetnek. Ezzel az eljárással a szilárd anyag minőségi feljavítását víz alkalmazásával valósítják meg növelt hőmérsékleten, az elérhető minőségjavulás azonban nem kielégítő mértékű, és a kapott anyag nedvességtartalma meglehetősen magas.

A találmányunk szerinti eljárás és berendezés lehetővé teszi az ismert eljárások számos problémájának és hátrányának kiküszöbölését; a találmányunk szerinti berendezés egyszerű felépítésű, tartós konstrukciójú, rugalmasan alkalmazható és könnyen átállítható különböző betáplált anyagok eltérő hőmérsékleteken és/vagy nyomásokon való feldolgozására, és így különböző termékek előállítására.

A találmány szerinti berendezésre jellemző továbbá az, hogy egyszerűen szabályozható, és működtetése hatékony a hőenergia felhasználása és visszanyerése szempontjából, ezáltal alkalmazása gazdaságos, és biztosítja az erőforrások hatékony felhasználását.

Találmányunk tárgya tehát berendezés széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére; a találmány szerinti berendezést az jellemzi, hogy egy bemenettel és attól távközzel elhelyezkedő kimenettel ellátott kamrája van, amely a széntartalmú anyagot a bemenethez juttató eszközzel, valamint a széntartalmú anyagot a kamra kimenetétől eltávolító eszközzel rendelkezik; továbbá a kamrához csatlakoztatott, a kamra előre meghatározott nyomású gőzzel való ellátására szolgáló eszköze; a kamra belsejében a gőz hőmérsékletét érzékelő eszköze; és a kamrához csatlakoztatott, a gőzt és az abból kondenzálódott vizet a kamrából kibocsátó, és az előre meghatározott gőzhőmérsékletnek az érzékelőeszköz által jelzett eléréséig nyitott, majd ezután lezáró, a széntartalmú anyag izzítását a kamrában gőz jelenlétében, a meghatározott gőzhőmérsékleten és nyomáson lehetővé tevő szelepe van.

A berendezés mellett találmányunk kiterjed széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére szolgáló eljárásokra is.

A találmány felsorolt előnyeit és kedvező tulajdonságait olyan eljárásokkal érjük el, amelyeknél a széntartalmú anyagot, mely lényegileg abban az állapotban van, amelyben kibányászták, és körülbelül 20-80 t% nedvességet tartalmaz, betöltjük egy kamrába - előnyösen egy autoklávba -, ahová azután nagynyomású és magas hőmérsékletű gőzt injektálunk egy ellenőrzött időtartamon keresztül, hogy a széntartalmú anyag szerkezetét hőkezeléssel, szabályozott módon változtassuk meg, és a nedvességet, valamint az illékony szerves összetevők egy részét gázfázisba vigyük át. A kamrában végzett kezelési - előnyösen autoklávozási - művelet során vizet, viaszt és kátrányt nyerünk vissza: a művelet befejezésekor a széntartalmú anyagot hagyjuk lehűlni, majd eltávolítjuk a kamrából - előnyösen az autoklávból.

A találmány szerinti egyik, széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére szolgáló eljárás értelmében:

a széntartalmú anyagot betápláljuk egy kamrába; a kamra bemenetén nagynyomású gőzt juttatunk be

- ami a kamra széntartalmú anyagtöltetén a kamra kimenete irányába végigvándorol - az 551,2-1653,5 kPa (800-2400 psig) nyomás és a 270-343 °C (520-650 °F) gőzhőmérséklet eléréséig;

a töltet nedvességtartalmának és illékony szerves összetevői egy részének gázfázisba való átjutása - és ezáltal a széntartalmú anyag részleges átstrukturálódása és kémiai szerkezetének megváltozása - után a széntartalmú anyagtöltetet lehűtjük; és a feljavított minőségű terméket kinyerjük.

Ennek az eljárásnak egy előnyös megvalósítási módja az, amelynek során:

a széntartalmú anyagot betápláljuk egy kamrába; a kamrába nagynyomású gőzt injektálva a kamra belső nyomását 1102,4-1240,2 (1600-1800 psig) értékre állítjuk be;

ezt a nyomást fenntartjuk a kamrában, miközben érzékelővel méljük a gőz és a széntartalmú anyagból távozó nedvesség és a kondenzálódott gőz hőmérsékletét a kamrában;

eltávolítjuk a nedvességet és a kondenzálódott gőzt;

HU 216 759 Β ezután lezárjuk a kamra kimenetét, amint a gőz a 310-327 °C (600-620 °F) hőmérsékletet elérte, és a széntartalmú anyagot izzani hagyjuk a nem kondenzálódott gőzben, amíg további termikus átstrukturálódása lezajlik; és ezután a kezelt széntartalmú anyagot kinyerjük.

Egy másik, a találmány szerinti eljárás értelmében a széntartalmú anyagot, amely körülbelül 20-801% nedvességet tartalmaz, egy külön álló előmelegítő kamrába adagoljuk be, ahol a betöltött anyagot viszonylag kis [137,8-413,4 kPa (200-600 psig), előnyösen körülbelül 344,5-378,9 kPa (500-550 psig)] nyomáson, körülbelül 204-260 °C (400-500 °F), előnyösen 240-246 °C (465-475 °F) hőmérsékletre hevítjük. A víz, amely gyakorlatilag mentes a széntől, kátránytól és egyéb szennyezőktől, visszanyerhető az előmelegítő kamrából, majd gáztalanítva visszavezethető a gőzfejlesztő bojlerbe, tápvízként. Az előmelegített betöltött anyagot ezután lelevegőztetjük a szabad környezeti atmoszférába, és átvisszük egy másik autoklávba, ahol nyomás alatt gőzzel kezeljük egy ellenőrzött időtartamig, így szabályozott módon, hőhatással megváltoztatjuk a szerkezetét. A vizet, a viaszt és a kátrányt visszanyerjük az autoklávozási eljárás során, miközben a nyomás alatt lévő víznek legalább egy részét szüljük, és hőtartalmának (BTU) egy részét elvonjuk elpárologtatóedények útján, és visszajuttatjuk az előmelegítő kamrába, hogy ezáltal segítsük a betöltendő anyag második adagjának előmelegítését, mely anyagot közben az előmelegítő kamrába vezettünk be. A viasz- és kátránytermékek, amelyeket a második autoklávból visszanyertünk, hőforrásként hasznosíthatók a gőzfejlesztőnél, ily módon egy önfenntartó gőzfejlesztő kezelőrendszert alakíthatunk ki.

Ennek az előmelegítést is alkalmazó találmány szerinti eljárásnak az értelmében tehát úgy járunk el, hogy a széntartalmú anyagot egy előmelegítő kamrába helyezzük;

egy első, körülbelül 137,8 és 413,4 kPa (200600 psig) közötti nyomáson gőzt vezetünk az előmelegítő kamrába;

folyamatosan követjük az előmelegítő kamrát elhagyó kondenzált víz hőmérsékletét;

a gőzbevezetést elzárjuk, és az előmelegítő kamrát az atmoszférába lelevegőztetjük, amikor az előmelegítő kamrát elhagyó gőz eléri az első, körülbelül 204 °C és 260 °C (400-500 °F) közötti hőmérsékletet;

az előmelegített széntartalmú anyagot az előmelegítő kamrából egy fő műveleti kamrába ürítjük;

a fő műveleti kamrába egy második, körülbelül 551,2 és 1653,5 kPa (800-2400 psig) közötti nyomáson gőzt vezetünk be;

folyamatosan követjük a gőz és az abból kondenzálódott, a fő műveleti kamrát elhagyó víz hőmérsékletét;

a fő műveleti kamrát lezárjuk, amíg a széntartalmú anyag termikus szerkezetátalakulása végbemegy nem kondenzálódott gőz jelenlétében egy második nyomáson, amikor a fő műveleti kamrát elhagyó gőz elér egy második, körülbelül 270-343 °C (520-650 °F) hőmérsékletet; és a megfelelő idő letelte után a kezelt széntartalmú anyagot a fő műveleti kamrából a kimeneti eszközbe ürítjük.

A feljavított minőségű termék belső struktúrája olyan, amely láthatóan eltérő az eredetileg betöltött széntartalmú anyagétól és megnövekedett fűtőértékkel rendelkezik, amelynek nagysága általában körülbelül 26 747-31 399 kJ/kg (25 352-29 762 BTU/kg). A szubbitumenes szén például kibányászott állapotában körülbelül 18607 kJ/kg (17637 BTU/kg) fűtőértékű, míg nedvességmentes állapotában ez a fűtőérték körülbelül 23 956-26 747 kJ/kg (22 707-25 352 BTU/kg). Ugyanilyen mértékű fűtőérték-növekedést tapasztalhatunk egyéb széntartalmú anyagok esetében is. Az autoklávozási művelet során visszanyert kátrány és viasz fűtőértéke továbbá körülbelül 24886-25 584 kJ/kg (23 58924250 BTU/kg).

A találmányt és annak előnyeit a továbbiakban előnyös megvalósítási módok kapcsán ismertetjük részletesebben a csatolt rajzok segítségével, amelyek közül:

- az 1. ábra egy találmány szerinti, fő elemeként egy autoklávot tartalmazó kezelőberendezés működési vázlata,

- a 2. ábrán a találmány szerinti kezelőberendezés egy másik megvalósítási módjának működési vázlata látható.

A találmány szerinti eljárás széntartalmú anyagok minőségének javítására szolgál. Ilyen anyagok például a barnaszén, a lignit és a szubbitumenes szenek, mint a fa- vagy tőzegalapú vagy bitumenes szenek széles skálája, amelyek a jobb minőségű szenekéhez hasonló lelőhelyeken, rétegekben találhatók. Az ilyen széntartalmú anyagok abban az állapotban, ahogy kibányászták őket, általában körülbelül 20-80 t% nedvességtartalmúak, és egy szitálást leszámítva minden előzetes kezelés nélkül betölthetők a kamraként alkalmazott 101 autoklávba (1. ábra). A kibányászott széntartalmú anyag szitálása és/vagy őrlése általában előnyös az esetleg hozzátapadt nagyobb részek eltávolítására, hogy javítsuk az adag kezelhetőségét és a 101 autoklávba való betölthetőségét. A széntartalmú anyag mérete és elrendeződése azonban nem játszik döntő szerepet a találmányunk szerinti eljárás előnyeinek elérésénél.

Az 1. ábrán látható 101 autokláv bármilyen ismert típusú lehet, amely ellenáll az itt szükséges hőmérsékleteknek és nyomásoknak, és jóllehet leírásunkban különösen a szakaszos üzemű autoklávokat említjük, belátható, hogy folytonos üzemű autoklávok is alkalmazhatók a találmány megvalósításához. A széntartalmú anyagot a 101 autoklávba annak egyik - felső - végénél lévő bevezetőcsövön, a bemenetként alkalmazott 102 szelep megnyitásával töltjük be, és ezután a 108 bojlerből - amit az autokláv előre meghatározott nyomású gőzzel való ellátására szolgáló eszközként alkalmazunk - nagynyomású gőzt vezetünk a 109 szelepen át a 103 nyíláshoz, amely a bemeneti 102 szelep szomszédságában található a 101 autoklávon.

Miután a nagynyomású gőzt bevezettük a 101 autoklávba, a gőz érintkezésbejut a 101 autoklávban lévő széntartalmú anyaggal, és csaknem azonnal kondenzá3

HU 216 759 Β lódik. Ez a kondenzálódott gőz - azaz víz - lefelé halad a 101 autokláv alja irányában, és amint a nagynyomású gőznek a 101 autokláv tetején való bevezetését folytatjuk, elkezdi hevíteni a széntartalmú anyagot, amíg egy előre meghatározott hőmérséklet és nyomás ki nem alakul a 101 autokláv teljes térfogatában. Látható tehát, hogy az adag a mozgó, nagynyomású gőzatmoszféra hatása alatt áll a betáplált adag tetejétől az aljáig.

A 101 autoklávban uralkodó nyomást a 116 nyomásérzékelővel követjük, és megváijuk, amíg elér egy előre meghatározott szintet, majd ennek a nyomásnak a fenntartására kinyitjuk a 101 autokláv alján lévő 104 biztosítószelepet. A 101 autokláv belsejében uralkodó gőzhőmérsékletet a 107 hőelemmel követjük mindaddig, amíg az eléri az előre meghatározott hőfokot a 104 biztosítószelepnél. Egy másik lehetőség a hőmérséklet követése az autokláv kimenővezetékében az autokláv belseje helyett. Amikor a megfelelő gőzhőmérsékletet elértük, a 104 biztosítószelepet lezárjuk, és a széntartalmú anyagot annyi ideig hagyjuk izzítani, ami alatt a hő hatására végbemenő szerkezetváltozás és/vagy bomlás a kívánt mértéket eléri.

Az alkalmazott gőzhőmérséklet- és nyomásértékek körülbelül 270 °C-tól (520 °F) - körülbelül 551,2 kPa (800 psig) nyomáson - körülbelül 343 °C-ig (650 °F) - körülbelül 1654 kPa (2400 psig) nyomáson - teijedhetnek ahhoz, hogy a széntartalmú anyag hő hatására bekövetkező szerkezetváltozása végbemenjen. A széntartalmú anyagok kezelésénél a legjobb eredményeket azonban akkor kapjuk, ha a gőz hőmérsékletét körülbelül 327 °C-ig (620 °F), és a 101 autoklávban lévő nyomást körülbelül 1240,2 kPa-ig (1800 psig) hagyjuk növekedni.

A széntartalmú anyagtöltetnek a 101 autoklávban való tartózkodási ideje a hő hatására végbemenő szerkezetváltozás kívánt mértékétől és a kívánt fütőértéktől függően változik. A tartózkodási idő általában körülbelül 5-15 perc azt követően, hogy a 104 biztosítószelepnél a gőzhőmérséklet elérte a körülbelül 327 °C-ot (620 °F).

A szükséges tartózkodási idő csökken, ha a 101 autoklávban növekszik a hőmérséklet és a nyomás. Megfordítva, a tartózkodási időt meg kell növelni, ha kisebb hőmérsékletet és nyomást alkalmazunk.

A 101 autokláv belsejének nyomását az annak aljánál elhelyezkedő 104 biztosítószelep segítségével szabályozzuk. Amikor a 101 autokláv belsejében a nyomás eléri az 1240,2 kPa (1800 psig) értéket, akkor a 104 biztosítószelepet nyithatjuk ennek a nyomásnak a fenntartására. Ezt az 1240,2 kPa (1800 psig) nyomást addig tartjuk fenn, amíg a 327 °C (620 °F) hőmérsékletű gőz eléri a 104 biztosítószelepet. Ekkor a 104 biztosítószelepet zárjuk, és a széntartalmú anyagot hagyjuk izzani a nagynyomású gőz jelenlétében 327 °C-on (620 °F), előnyösen körülbelül 5-15 percig. A műveleti idő - azaz amennyi idő alatt a bevezetett nagynyomású gőz eléri a kívánt hőmérsékletet, beáll a kívánt nyomás, és a 104 biztosítószelepet zárjuk - általában körülbelül 5-60 perc.

A találmány egyik megvalósítási módjánál az autoklávozási lépés végén a 101 autoklávot lelevegőztetjük az atmoszférába vagy egy csatlakozó, vagy rendelkezésre álló tartályba, és a 101 autokláv aljánál lévő, kimenetként alkalmazott 105 szelepet nyitjuk. A széntartalmú anyagot azután egy 115 szűrőn - például Johnson-szitán - keresztül eltávolítjuk a 101 autoklávból a 106 extruder útján.

A találmány értelmében az autoklávozási művelet során a képződött vizet, viaszt és kátrányt kinyerhetjük a 104 biztosítószelepen keresztül, és továbbíthatjuk ezeket egy csatlakozó hagyományos 110 szeparátorhoz, ahol a kátrányt és a viaszt elválaszthatjuk a víztől, például centrifugális erő segítségével, és egy csatlakozó 111 tartályhoz továbbítjuk későbbi felhasználásra. A vizet ezután a 112 szelepen nyerhetjük vissza, és a csatlakozó 113 tartályhoz továbbítjuk hulladékvízként, amíg a víz hőmérséklete el nem éri a körülelül 121 °Cot (250 °F). Ekkor a vizet visszanyerjük későbbi felhasználásra, és egy csatlakozó 114 felfogótartályhoz továbbítjuk. Egy másik lehetőség a körülbelül 121 °C (250 °F) fölötti hőmérsékletű víz betáplálása egy másik autoklávba, az abba betöltött anyag előmelegítésére.

A 2. ábra a találmány szerinti berendezés egy másik lehetséges, előnyös formája, amely a betöltendő anyag számára egy külön előhevítő, nyomás alatt álló kamrát tartalmaz, amelybe a töltet a kamraként alkalmazott nagynyomású autoklávba - például az 1. ábra szerinti 101 autoklávba - való betáplálása előtt kerül. Amint a

2. ábrán látható, a betáplálandó anyag - például szubbitumenes szén - egy beadagoló konvejorról érkezik a

250 vezetéknél, a nagynyomású 230 szelepen át a 201 előmelegítő kamrába. A 201 előmelegítő kamra

251 kilépővezetéke egy 203 szűrőhöz (például egy Johnson-szitához) van kapcsolva, majd az anyag a nagynyomású 231 szelepen keresztül a 252 bemeneti vezetékhez jut, ami a 205 nagynyomású autoklávba visz.

A 205 nagynyomású autoklávban kezelt anyagot azután a 253 kimenővezetéken, a 207 szűrőn (ami például szintén egy Johnson-szita lehet) és a 232 szelepen keresztül vezetjük egy kiszállító konvejorhoz vagy extruderhez, a 254 vezetéken keresztül.

A 213 gőzfejlesztő 255 kimenetén nagynyomású gőzt szolgáltat, amit a 233 szelepen, a 219 hőkompresszoron, a 234 szelepen és a 256 belépővezetéken keresztül a 201 előmelegítő kamra belsejébe vezetünk. Ezenkívül a képződött gőzt a 255 kimenettől a 235 szelepen át a 203 szűrőhöz vivő 260 bemenethez vezetjük, a 236 szelepen keresztül a 205 nagynyomású autokláv 259 belépővezetékéhez, és a 239 szelepen keresztül a 207 szűrőhöz vezető 261 belépővezetékhez.

A 207 szűrő egyik kimenete a 240 szelepen keresztül a primer 209 elpárologtatóedényhez csatlakozik; ennek egyik kimenete a 238 szelepen keresztül a 201 előmelegítő kamra 256 belépővezetékéhez csatlakozik, míg a primer 209 elpárologtatóedény másik kimenete a 241 szelepen keresztül a szekunder 211 elpárologtatóedény bemenetéhez van csatlakoztatva. A 211 elpárologtatóedény egyik kimenete a 242 szelepen keresztül egy hagyományos 217 viasz- és kátrányeltávolító

HU 216 759 Β

258 bemenetéhez, míg a 211 elpárologtatóedény másik kimenete a 237 szelepen keresztül a 219 hőkompresszorhoz csatlakozik.

A viaszt és a kátrányt, valamint a 211 elpárologtatóedény hulladékvizéből a 217 viasz- és kátrányeltávolító útján választottunk el, a 263 vezetéken keresztül betáplálhatjuk a 213 gőzfejlesztőhöz hőforrásként (tüzelőanyagként) való felhasználásra gőzfejlesztéshez.

A 203 szűrő egyik kimenete a 243 szelepen keresztül csatlakozik a 257 bemenethez, ami egy hagyományos 215 gáztalanító- és tárolórendszerhez vezet; az ebbe a 203 szűrőn keresztül betáplált vizet kezeljük, és lényegében tiszta állapotban a 262 csővezetéken keresztül a 213 gőzfejlesztőhöz vezetjük tápvízként való felhasználásra.

A 201 előmelegítő kamrában kialakuló belső nyomást a 223 nyomásérzékelővel követjük, míg a 201 előmelegítő kamrában használt előmelegítő közeg hőmérsékletét a 221 hőmérséklet-érzékelő (például egy hőelem) segítségével követjük, amit a 201 előmelegítő kamra 251 kilépővezetékében helyeztünk el. Hasonlóképpen a 205 nagynyomású autoklávon belüli nyomást a 227 nyomásérzékelő segítségével és a 205 nagynyomású autokláv hevítőközegének hőmérsékletét a 225 hőmérséklet-érzékelő (például egy hőelem) útján követjük, mely utóbbit a 205 nagynyomású autokláv 253 kimenővezetékében helyeztünk el.

A 2. ábra szerinti berendezés külön álló 201 előmelegítő kamrája viszonylag kis nyomáson üzemel úgy, hogy a 201 előmelegítő kamrát a 203 szűrőn keresztül elhagyó víz elég tiszta ahhoz, hogy újra felhasználható legyen a 213 gőzfejlesztőben. Ennek köszönhetően a nagyobb hatékonyság lényegileg további költség nélkül érhető el, mivel a 201 előmelegítő kamra a benne alkalmazott kisebb nyomás következtében olcsóbb szerkezeti kialakítású lehet.

A 2. ábra szerinti berendezés működtetésekor egy adag töltetet táplálunk be a 250 vezetéken és a nagynyomású 230 szelepen keresztül a 201 előmelegítő kamrába. Ezután lezárjuk a 230 szelepet, és a 201 előmelegítő kamrába gőzt vezetünk be körülbelül 137,8-413,4 kPa (200-600 psig), előnyösen körülbelül 344,5-378,9 kPa (500-550 psig) nyomáson. A kondenzálódott víz ezután elhagyja a 201 előmelegítő kamrát a 203 szűrőn és a 243 szelepen keresztül, és a 215 gáztalanító- és tárolórendszerbe jut, majd innen kezelés után a 262 csővezetéken keresztül visszavezetjük a 213 gőzfejlesztőbe a rendszerhez szükséges további gőz fejlesztéséhez.

Miután a 201 előmelegítő kamrában lévő töltetet egy előre meghatározott hőmérsékletre - előnyösen 240-246 °C-ra (465-475 °F) - előmelegítettük, a 201 előmelegítő kamrát lelevegőztetjük a szabad atmoszférába, és a 231 szelepet megnyitva atmoszferikus nyomáson leürítjük a töltetet a fő 205 nagynyomású autoklávba.

Ezután zárjuk a 231 szelepet, és ekkor egy újabb töltetadagot vezethetünk be a 201 előmelegítő kamrába a 250 vezetéken és a 230 szelepen keresztül. Ezzel egyidejűleg nagynyomású - előnyösen 1240,2 kPa (1800 psig) - gőzt vezetünk be a fő 205 nagynyomású autoklávba a 236 szelepen keresztül, hogy a gőzt érintkeztessük az előmelegített betáplált anyaggal, amit a felső 201 előmelegítő kamrából vezettünk ide.

A kondenzálódott forró víz a 205 nagynyomású autoklávból a 253 kimenővezetéken távozik, miután a nyomás a 205 nagynyomású autoklávban elérte az előnyösen 1240,2 kPa (1800 psig) értéket, és a 207 szűrőtől a 240 szelepen keresztül a primer 209 elpárologtatóedénybe jut. A nyomásesés következtében, ami a 209 elpárologtatóedénybe belépő víz esetében tapasztalható, a gőz a saját fütőértékével (BTU-értékével) visszaáramlik a 201 előmelegítő kamrába a 238 szelepen és a 256 belépővezetéken keresztül, és segíti a 201 előmelegítő kamrába betáplált további töltetadag előmelegítését.

Ezután a primer 209 elpárologtatóedényből származó vízmaradékot a szekunder 211 elpárologtatóedénybe irányítjuk, ahol járulékos gőzlefejtés történik, éspedig a 219 hőkompresszomál képződött vákuum által előidézett még további nyomásesés következtében. Ezt a járulékos gőzt hasonlóképpen a 237 szelepen és a 219 hőkompresszoron, valamint a 234 szelepen és a 256 belépővezetéken keresztül tápláljuk be a 201 előmelegítő kamrába, hogy tovább segíthessük az előmelegítési folyamatot. A szekunder 211 elpárologtatóedényben visszamaradt víz, viasz és kátrány keveréket azután a 242 szelepen keresztül a hagyományos 217 viasz- és kátrányeltávolító 258 bemenetéhez juttatjuk. A 217 viasz- és kátrányeltávolítóban a vizet a hagyományos módszerekkel választjuk el a viasztól és a kátránytól, mely utóbbiakat azután a 261 belépővezetéken keresztül a 213 gőzfejlesztőbe vezethetjük, ahol tüzelőanyagként használjuk a tápvíz forralásához, a 2. ábra szerinti berendezésben szükséges gőz fejlesztéséhez.

Amikor a 205 nagynyomású autoklávból a víz gőzformában kilép előre meghatározott hőmérsékleten és nyomáson, a 232 és 240 szelepeket zárjuk, és a betáplált anyagot hagyjuk izzani a nagynyomású gőz jelenlétében előre meghatározott hőmérsékleten és előre meghatározott ideig (előnyösen 5-15 percig), az 1. ábra kapcsán a 101 autoklávra leírthoz hasonló módon.

A találmány szerinti megoldást a következő nem korlátozó példákkal szemléltetjük, melyek a találmány keretében alkalmazható idő-, hőmérséklet- és nyomásviszonyok egyes lehetséges változatait mutatják be.

7. példa

Kibányászott állapotában 30 t% nedvességtartalmú szenet, melynek fűtőértéke körülbelül 18 839 kJ/kg (17 857 BTU/kg), betöltünk egy autoklávba. Ezt követően nagynyomású gőzt vezetünk az autoklávba 15 percig, miközben az autokláv belsejében 1240,2 kPa (1800 psig) nyomást tartunk fenn, az autoklávban lévő gőz hőmérséklete pedig eléri a 327 °C-ot (620 °F). Ezután az autoklávot lezárjuk, és a szenet 1240,2 kPa (1800 psig) nyomáson, 327 °C-on (620 °F) izzítjuk 15 percig. Az autoklávozási művelet befejeztével az autokláv aljánál elhelyezkedő szelepet megnyitjuk, és az adagot eltávolítjuk. Az így feljavított minőségű széntermék nedvességtartalma 0,4 t%, mért futőértéke 29 015 kJ/kg (27 502 BTU/kg).

HU 216 759 Β

2. példa

Kibányászott állapotában 30 t% nedvességtartalmú és körülbelül 18 839 kJ/kg (17 857 BTU/kg) ffitőértékű szenet betöltünk egy autoklávba. Ezt követően nagynyomású gőzt vezetünk be az autoklávba 16 percig, miközben az autokláv belsejében 1102,4 kPa (1600 psig) nyomást tartunk fenn, az autokláv belsejében lévő gőz hőmérséklete pedig eléri a 316 °C-ot (600 °F). Ezután az autoklávot lezárjuk, és a szenet hagyjuk izzani 1102,4 kPa (1600 psig) nyomáson, valamint 316 °C (600 °F) gőzhőmérsékleten 20 percig. Az autoklávozási művelet befejezésekor az autokláv aljánál lévő szelepet nyitjuk, és az adagot eltávolítjuk. A feljavított minőségű szén nedvességtartalma 3,17 t%, mért fütőértéke 28 257 kJ/kg (26 784 BTU/kg).

3. példa

Kibányászott állapotában 30 t% nedvességtartalmú és körülbelül 18 839 kJ/kg (17857 BTU/kg) fütőértékű szenet betöltünk egy autoklávba. Ezt követően nagynyomású gőzt vezetünk be az autoklávba 15 percig, míg az autokláv belsejében 792,3 kPa (1150 psig) nyomást tartunk fenn, s az autokláv belsejében lévő gőz hőmérséklete 293 °C-ot (560 °F) értéken van. Ezután az autoklávot lezáquk, és a szenet 792,3 kPa (1150 psig) nyomáson és 293 °C (560 °F) gőzhőmérsékleten izzítjuk 10 percig. Az autoklávozási művelet befejeztével az adagot eltávolítjuk az autoklávból. A feljavított minőségű széntermék nedvességtartalma 3,9 t% és mért fütőértéke 27 052 kJ/kg (25 642 BTU/kg).

4. példa

Kibányászott állapotában 30 t% nedvességtartalmú szenet, melynek fűtőértéke 18 839 kJ/kg (17 857 BTU/kg), betöltünk egy autoklávba. Ezt követően nagynyomású gőzt vezetünk be az autoklávba 15 percig, miközben az autokláv belsejében 1240,2 kPa (1800 psig) nyomást tartunk fenn, és az autokláv hőmérséklete eléri a 327 °C-ot (620 °F). Az autoklávozási művelet során a kátrányt egy szelepen át visszanyerjük, és eljuttatjuk egy szeparátorhoz, azzal a vízzel együtt, ami a kondenzálódott gőzként alakult ki. A kátrányt ezután elválasztjuk a víztől; a kátrány fűtőértéke 25 175 kJ/kg (23 862 BTU/kg). A feljavított minőségű széntermék nedvességtartalma körülbelül 3-41%.

5. példa

Kibányászott állapotában körülbelül 30 t% nedvességtartalmú szenet, melynek fütőértéke 18 607 kJ/kg (17637 BTU/kg), betöltünk egy előmelegítő kamrába. Az előmelegítő kamrába 344,5 kPa (500 psig) nyomású gőzt táplálunk be addig, amíg az előmelegítő kamra alján távozó gőz hőmérséklete eléri a körülbelül 240 °C (465 °F) hőmérsékletet. Az előmelegítő kamrát a szabad atmoszféra felé le levegőztetjük, majd a benne lévő szénadagot a fő autoklávba visszük át, amelybe 1240,2 kPa (1800 psig) nyomású gőzt vezetünk be. Amikor a fő autokláv aljánál a gőz hőmérséklete eléri a 327 °C-ot (620 °F), az autoklávot lezárjuk, és a szénadagot 10-15 percig izzítjuk. Az autoklávozási művelet befejeztével az autoklávot a szabad atmoszféra felé lelevegőztetjük, és a szénadagot eltávolítjuk. A feljavított minőségű széntermék nedvességtartalma 0,4-2,01%, mért fütőértéke 28 608 kJ/kg (27 116 BTU/kg).

A találmány bemutatott előnyös megvalósítási módjai alkalmasak a kitűzött célok megvalósítására; a leírtakon kívül más változatok és módosított megvalósítások is lehetségesek a szabadalmi igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül.

Claims (20)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére, azzal jellemezve, hogy egy bemenettel és attól távközzel elhelyezkedő kimenettel ellátott kamrája van, amely a széntartalmú anyagot a bemenethez juttató eszközzel, valamint a széntartalmú anyagot a kamra kimenetétől eltávolító eszközzel rendelkezik; továbbá a kamrához csatlakoztatott, a kamra előre meghatározott nyomású gőzzel való ellátására szolgáló eszköze; a kamra belsejében a gőz hőmérsékletét érzékelő eszköze; és a kamrához csatlakoztatott, a gőzt és az abból kondenzálódott vizet a kamrából kibocsátó, és az előre meghatározott gőzhőmérsékletnek az érzékelőeszköz által jelzett eléréséig nyitott, majd ezután lezáró, a széntartalmú anyag izzítását a kamrában gőz jelenlétében, a meghatározott gőzhőmérsékleten és nyomáson lehetővé tevő szelepe van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot a kimeneten át a kamrából való távozáskor extrudáló eszköze van.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szelephez csatlakoztatott, a kátrányt a kondenzálódott gőzből képződött víztől elválasztó eszköze van.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kondenzálódott gőzből képződött vizet egy előre meghatározott vízhőmérséklet alatt a hulladék vízbe, egyébként egy csatlakozókamrába vezető háromutas szelepe van.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kamra egy hosszúkás autokláv (101) tartálya, a bemenet egy szelep (102) ezen autokláv egyik végén, a kimenet egy szelep (105) az autokláv ellentétes oldali másik végén, a gőzzel való ellátásra szolgáló eszköz egy bojler (108), mely az autokláv (101) bemenete közelében csatlakozik az autoklávhoz (101), és az előre meghatározott gőzhőmérsékletnek az érzékelőeszköz által jelzett eléréséig nyitott, majd ezután lezáró szelep egy biztosítószelep (104), mely az autokláv (101) kimenete közelében csatlakozik az autoklávhoz (101).
6. 6. Eljárás széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot betápláljuk egy kamrába; a kamra bemenetén nagynyomású gőzt juttatunk be

   - ami a kamra széntartalmú anyagtöltetén a kamra kime6

   HU 216 759 Β nete irányába végigvándorol - az 551,2-1653,5 kPa (800-2400 psig) nyomás és a 270-343 °C (520-650 °F) gőzhőmérséklet eléréséig;

   a töltet nedvességtartalmának és illékony szerves összetevői egy részének gázfázisba való átjutása - és ezáltal a széntartalmú anyag részleges átstrukturálódása és kémiai szerkezetének megváltozása - után a széntartalmú anyagtöltetet lehűtjük; és a feljavított minőségű terméket kinyeijük.
7. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot betápláljuk egy kamrába; a kamrába nagynyomású gőzt injektálva a kamra belső nyomását 1102,4-1240,2 (1600-1800 psig) értékre állítjuk be;

   ezt a nyomást fenntartjuk a kamrában, miközben érzékelővel méljük a gőz és a széntartalmú anyagból távozó nedvesség és a kondenzálódott gőz hőmérsékletét a kamrában;

   eltávolítjuk a nedvességet és a kondenzálódott gőzt; ezután lezárjuk a kamra kimenetét, amint a gőz a

   310-327 °C (600-620 °F) hőmérsékletet elérte, és a széntartalmú anyagot izzani hagyjuk a nem kondenzálódott gőzben, amíg további termikus átstrukturálódása lezajlik; és ezután a kezelt széntartalmú anyagot kinyeijük.
8. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárást 1170,9-1240,2 kPa (1700-1800 psig) nyomáson végezzük.
9. 9. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárást 1585-1654 kPa (2300-2400 psig) nyomáson végezzük.
10. 10. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot legalább 5 percig tartjuk a megadott hőmérsékleten és a megadott nyomáson.
11. 11. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot legalább 15 percig tartjuk az előre megadott hőmérsékleten és a megadott nyomáson.
12. 12. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy felső szelep kinyitásával széntartalmú anyagot töltünk egy autoklávba, majd az autokláv felső részébe nagynyomású gőzt töltve a nyomást egy előre meghatározott értékre állítjuk be, ezután a nyomás fenntartására megnyitjuk az autokláv aljánál lévő biztosítószelepet, eltávolítjuk a gőz kondenzálódásából keletkezett vizet, és ezt a vizet egy csatlakozótartályba továbbítjuk, a biztosítószelepet lezárjuk, miután a gőz az autokláv alján lévő biztosítószelepnél egy előre meghatározott hőmérsékletet elért, a széntartalmú anyagot egy előre meghatározott ideig izzítjuk, végül az autoklávot lelevegőztetjük a szabad atmoszférába, és a feljavított minőségű széntartalmú anyagot kinyeijük.
13. 13. Az 1. igénypont szerinti berendezés széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére, azzal jellemezve, hogy van egy bemenettel és attól távközzel elhelyezkedő kimenettel ellátott előmelegítő kamrája (201), és a széntartalmú anyagnak az előmelegítő kamra (201) bemenetén való bevezetésére szolgáló szelepe (230), továbbá az előhevített széntartalmú anyagnak az előmelegítő kamra (201) kimenetén keresztül való eltávolítására szolgáló kilépővezetéke (251);

    gőzfejlesztője (213);

    az előmelegítő kamrához (201) és a gőzfejlesztőhöz (213) csatlakoztatott, a gőznek az előmelegítő kamrába (201) egy első, előre meghatározott nyomáson való bevezetésére szolgáló hőkompresszora (219);

    a gőzből kondenzálódott, az előmelegítő kamrát (201) a kilépővezetéken (251) keresztül elhagyó víz hőmérsékletét érzékelő hőmérséklet-érzékelője (221);

    egy bemenettel és attól távközzel elhelyezkedő kimenettel ellátott nagynyomású autoklávja (205), az előhevített széntartalmú anyagnak a nagynyomású autoklávba (205) annak bemenetén keresztül való bevezetésére szolgáló, a kilépővezeték (251) és a nagynyomású autokláv (205) bemenete közé csatlakozó bemeneti vezetéke (252) és a kezelt széntartalmú anyagnak a nagynyomású autoklávból (205) való eltávolítására szolgáló kimenővezetéke (253);

    a kilépővezetékben (251) egy nagynyomású szelepe (231), amelyet az előmelegítő kamrát (201) elhagyó kondenzvíz első, előre meghatározott hőmérsékletének érzékelésére szolgáló hőmérséklet-érzékelő (221) működtet, az előmelegítő kamrának (201) a külső atmoszferikus nyomásra való lelevegőztetésére és az előhevített széntartalmú anyagnak az előmelegítő kamra (201) kimenetétől a nagynyomású autoklávba (205) való áthaladására, a bemeneti vezetéken keresztül (252);

    a nagynyomású autoklávhoz (205) és a gőzfejlesztőhöz (213) csatlakoztatott belépővezetéke (259) a gőznek egy második, előre meghatározott nyomáson a nagynyomású autoklávba (205) való bevezetésére; és a nagynyomású autoklávból (205) a kimenővezetéken (253) át kilépő, gőzből kondenzálódott víz hőmérsékletének érzékelésére egy hőmérséklet-érzékelője (225);

    a kilépővezetékben (251) egy szelepe (240) a gőznek és az abból kondenzálódott víznek a nagynyomású autoklávból (205) való kiengedésére, amíg a hőmérséklet-érzékelő (225) egy második, előre meghatározott hőmérsékletet jelez, amikor is a szelep (240) bezár, és a nagynyomású autoklávban lévő széntartalmú anyag gőz jelenlétében izzani kezd a második, előre meghatározott gőznyomáson és -hőmérsékleten.
14. 14. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kilépővezeték (251) tartalmaz egy, az előmelegítő kamra (201) kimenete és a nagynyomású szelep (231) közé csatlakoztatott szűrőt (203), amelynek egy, a kondenzálódott vizet a szűrőből (203) a gőzfejlesztőbe (213) tápvízként való visszavezetésére szolgáló csővezetéke (262) van.
15. 15. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fő műveleti kimenővezeték (253) tartalmaz egy, a nagynyomású autokláv (205) kimenete és a második szelep (232) közé csatlakoztatott második szűrőt (207), és a második szűrőhöz (207) csatlakoztatva tartalmaz egy eltávolítóeszközt (209) a második szűrőben (207) a vízből a további gőz elpárologtatására, a viasz és a kátrány eltávolítására, és a további gőznek az

    HU 216 759 Β előmelegítő kamrába (201) való gőzbevezetésre szolgáló eszközhöz történő visszavezetésére.
16. 16. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy egy, a vízből a második szűrőben (207) elválasztott viasznak és kátránynak a gőzfejlesztő eszközbe - ott fűtőanyagként való felhasználásra - való visszavezetésére szolgáló eszközt (217) tartalmaz.
17. 17. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a második szűrőhöz (207) kapcsolódó, a vízből további gőz gyors elpárologtatására szolgáló eszközök tartalmaznak:

    egy primer elpárologtatóedényt (209) és egy szekunder elpárologtatóedényt (211); és a primer elpárologtatóedénynek (209) van egy, a második szűrőből (207) érkező víznek és az azzal kevert kátránynak és viasznak a bevezetésére szolgáló bemenete (240), egy, a gyorsan elpárologtatott gőznek az előmelegítő kamrába (201) való gőzbevezető eszközhöz vezetésére szolgáló első kimenete (238), egy, a víz, viasz és kátrány szekunder elpárologtatóedény (211) bemenetéhez való vezetésére szolgáló kimenete (241); és a szekunder elpárologtatóedénynek (211) van egy, a gyorsan elpárologtatott gőznek az előhevítő kamrába (201) való gőzbevezető eszközhöz vezetésére szolgáló első kimenete (237) és egy, a víznek, a viasznak és a kátránynak a kátrányt és a viaszt a víztől elválasztó eszközhöz vezetésére szolgáló második kimenete (242).
18. 18. A 14. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az első szűrő (203) egy szűrőszitát és egy, a gőzfejlesztő eszközhöz kapcsolt, a szitatisztító gőz szelektív fogadására szolgáló szűrőbemenetet tartalmaz.
19. 19. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a második szűrő (207) egy szűrőszitát és egy, a gőzfejlesztő eszközhöz kapcsolt, a szitatisztító gőz szelektív fogadására szolgáló szűrőbemenetet tartalmaz.
20. 20. Eljárás széntartalmú anyagok gőzzel való kezelésére, azzal jellemezve, hogy a széntartalmú anyagot egy előhevítő kamrába helyezzük;

    egy első, 137,8-413,4 kPa (200-600 psig) nyomáson gőzt vezetünk az előhevítő kamrába;

    folyamatosan követjük az előhevítő kamrát elhagyó kondenzált víz hőmérsékletét;

    a gőzbevezetést elzátjuk, és az előhevítő kamrát az atmoszférába lelevegőztetjük, amikor az előhevítő kamrát elhagyó gőz eléri az első, 204 °C és 260 °C (400-500 °F) közötti hőmérsékletét;

    az előhevített széntartalmú anyagot az előhevítő kamrából egy fő műveleti kamrába ürítjük;

    a fő műveleti kamrába egy második, 551,21653,5 kPa (800-2400 psig) nyomáson gőzt vezetünk be;

    folyamatosan követjük a gőz és az abból kondenzálódott, a fő műveleti kamrát elhagyó víz hőmérsékletét;

    a fő műveleti kamrát lezáijuk, amíg a széntartalmú anyag termikus szerkezetátalakulása végbemegy nem kondenzálódott gőz jelenlétében egy második nyomáson, amikor a fő műveleti kamrát elhagyó gőz elér egy második, 270-343 °C (520-650 °F) hőmérsékletet; és a megfelelő idő letelte után a kezelt széntartalmú anyagot a fő műveleti kamrából a kimeneti eszközbe ürítjük.