Przedmiotem wynalazku jest sposób uwodorniania wegla, w którym drobno zmielony wegiel miesza sie z olejem zarobowym do postaci papki, papke weglowa spreza sie, podgrzewa a nastepnie w reaktorze uwodor¬ nienia w obecnosci wodoru poddaje sie katalitycznie przys¬ pieszonemu uwodornieniu, i w którym produkt uwodor¬ nienia rozdziela sie na frakcje ciekla, zawierajaca sub¬ stancje stale, i na frakcje gazowa.Znany jest sposób uwodorniania wegla, w którym spro¬ szkowany wegiel miesza sie z olejem do postaci brejo- watej zawiesiny, zawiesine te najpierw w wymianie cie¬ pla z czescia produktu reakcji a nastepnie w podgrzewa¬ czu przez doprowadzenie ciepla obcego ogrzewa sie do w przyblizeniu temperatury reakcji i wreszcie w reakto¬ rze uwodornia sie do oleju, benzyny i nizej wrzacych weglowodorów. Opuszczajaca reaktor frakcje produktu rozdziela sie w oddzielaczu goracym na frakcje szczy¬ towa, zawierajaca gaz, benzyne i oleje destylacyjne, oraz na gestoplynna frakcje denna, skladajaca sie z nierozlo- zonego wegla, popiolu, i innych wieloczasteczkowych substancji, trudno ulegajacych uwodornieniu, takich jak asfalteny. O ile frakcje szczytowa chlodzi sie w wymianie ciepla za pomoca produktów wsadowych i odprowadza z urzadzenia, to czesc frakcji dennej w tak zwanym obie¬ gu goracym doprowadza sie ponownie do swiezej papki weglowej przed wlotem podgrzewacza. Z powodu wiek¬ szej predkosci mieszaniny wsadowej w reaktorze osia¬ ga sie wiec pewna stabilizacje temperatury, potrzebna ze wzgledu na silnie egzotermiczne reakcje.Wada tego znanego sposobu spoczywa w tym, ze wsku- 15 20 25 tek zawrócenia czesci cieklej frakcji dennej do cieklej mieszaniny wsadowej znacznie zwieksza sie w reaktorze stezenie substanq'i trudno ulegajacych uwodornieniu.Nadto w sposobie tym ogrzewanie strumienia wsado¬ wej mieszaniny wegla i oleju stwarza powazne trudnosci.Ze wzgledu na wysoka lepkosc papki weglowej na¬ lezy podczas wymiany ciepla z frakcja szycztowa oddzie¬ lacza goracego prowadzic papke na zewnatrz wiazki rur wymiennika cieplnego, chociaz z punktu widzenia spraw¬ nosci wymiennika cieplnego korzystniejsze byloby pro¬ wadzenie frakqi szczytowej na zewnatrz a papki weglowej wewnatrz wiazki rur. Jest to jednak niemozliwe, gdyz ze wzgledu na zbyt wysoka lepkosc papki weglowej nie u- daje sie osiagnac równomiernego zasilania poszczegól¬ nych rur.Takze dalsze ogrzewanie papki weglowej w podgrze¬ waczu natrafia na trudnosci, gdyz z powodu wysokie) temperatury panujacej w podgrzewaczu bardzo silnie pecznieje wegiel zdyspergowany w papce weglowej, co prowadzi do dalszego podwyzszenia lepkosci, tak wiec ostatecznie mozliwy jest jeszcze tylko pulsujacy przeplyw papki weglowej przez podgrzewacz, zwiazany z silnym odpedzaniem materialu surowego, przy czym moze wys¬ tapic uderzenie fali cisnienia do 10 barów.W przypadku znanych sposobów, omówionych wy- f zej, spreza sie najpierw swieza papke weglowa o zawar¬ tosci okolo 38% substancji stalej, nastepnie ogrzewa sie ja do temperatury okolo 430°C, po czym zasila sie nia re¬ aktor uwodorniania. Niska zawartosc substancji stale) nalezy utrzymywac w celu unikniecia zbyt silnego specz- 111 846111846 3 nienia wegla podczas jego ogrzewania, gdyz inaczej mo¬ glaby bardzo znacznie pogorszyc sie wymiana ciepla w odpowiednich wymiennikach cieplnych, zwlaszcza w pod¬ grzewaczu przewidzianym do ogrzewania ostatecznego.Wada tego niezbednego, znacznego rozcienczenia papki weglowej jest to, ze nalezy wielkie ilosci oleju zarobowe- go z weglem ogrzewac i sprezac wobec znacznych na¬ kladów energii. Poniewaz uzyskiwanie tego oleju zaro- bowego nastepuje w zintegrowanej z urzadzeniem apa¬ raturze destylujacej pod cisnieniem atmosferycznym, to tez aparatura ta musi miec stosunkowo znaczne gaba¬ ryty, a to oznacza powazne naklady inwestycyjne i ru¬ chowe.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu eliminu¬ jacego omówione niedogodnosci i umozliwiajacego eko¬ nomiczne uwodornienie wegla.Cel ten osiaga sie w sposobie wedlug wynalazku, po¬ legajacym na tym, ze z frakcji gazowej oddziela sie frak¬ cje weglowodorowa, wrzaca w temperaturze okolo 200— 500 °C, korzystnie w temperaturze 280—420°C, i przy¬ najmniej czesc tej frakcji wprowadza sie jako domieszke do sprezonej papki weglowej.Sposób wedlug wynalazku, który nadaje sie zwlasz¬ cza do uwodorniania wegla lecz moze byc stosowany takze do uwodorniania innych trudnych do rozpalenia substancji, takich jak piasek roponosny, bitumy, pozosta¬ losci po destylacji prózniowej i pak, wykazuje szereg omó¬ wionych nizej zalet.Dzieki temu, ze zamiast czesci wysokolepkiego, za¬ wierajacego substancje stale produktu dennego z gora¬ cego oddzielacza podlaczonego za reaktorem uwodornie¬ nia obecnie wprowadza sie jako domieszke do papki we¬ glowej wydzielona z gazowej frakcji produktu frakcje weglowodorowa o poczatkowej temperaturze wrzenia powyzej 200°C, korzystnie okolo 280 °C, i o koncowej temperaturze wrzenia ponizej 500 °C, korzystnie okolo 420 °C, a wiec w istocie frakcje oleju sredniego i ciezkie¬ go, udalo sie znacznie obnizyc lepkosc papki weglowej juz sprezonej.Wskutek tego powaznie polepsza sie wymiana ciepla papki weglowej z goracymi produktami rozkladu. Prze¬ de wszystkim mozna jednak ograniczyc w dalekiej mie¬ rze pecznienie wegla podczas podgrzewania i z tym zwia¬ zane, nie dajace sie kontrolowac pulsowanie, z którym lacza sie wysokie straty cisnienia i wielkie zuzycie materia¬ lowe w odpowiednich wymiennikach ciepla.Ponadto, poniewaz w sposobie wedlug wynalazku frak¬ cja weglowodorowa, zawrócona do papki weglowej, nie jest wzbogacona w substancje trudno ulegajace uwodor¬ nieniu, zapobiega sie nieoplacalnemu podwyzszeniu ste¬ zenia takich substancji w reaktorze uwodornienia, stad tez w nim nie sa juz potrzebne tak ostre warunki (cis¬ nienie, temperatura) reakcji.Oddzielenie frakcji weglowodorowej od produktu uwo¬ dornienia wydzielonej frakcji gazowej, która obok juz wspomnianych weglowodorów z zakresu oleju sredniego i ciezkiego zawiera jeszcze weglowodory z zakresu ben¬ zyny (ropa naftowa), nadmiar wodoru, pare wodna oraz dalsze niskowrzace nasycone i nienasycone weglowodory, nastepuje korzystnie na drodze czesciowego skraplania podczas wymiany ciepla ze sprezona papka weglowa i na drodze nastepnego rozdzielenia faz. Wieksza czesc lacz¬ nie prowadzonego ciepla pozostaje przy tym w ukladzie.Oddzielenie frakcji weglowodorowej nastepuje celowo 4 pod cisnieniem równym cisnieniu w reaktorze uwodor¬ nienia.Dalsza poprawe w kierunku samowystarczalnosci ciepl¬ nej sposobu mozna osiagnac wówczas, jesli wedlug dal- 5 szej cechy wynalazku frakcje gazowa, otrzymana pod¬ czas rozdzielania faz, dodatkowo chlodzi sie przed jej przeróbka w wymianie ciepla z papka weglowa.Rozcienczanie papki weglowej, niezbedne dla wyma¬ ganej wymiany ciepla, nastepuje w sposobie wedlug wy- 10 nalazku przez domieszanie frakcji oleju destylacyjnego dopiero po jego sprezeniu do cisnienia niezbednego w uwodornianiu, tak wiec mozna zaoszczedzic powazne ilosci energii na sprezanie. Do tego dochodzi okolicz¬ nosc, ze dzieki zaproponowanemu w sposobie wedlug wy- 15 nalazku wewnetrznemu uzyskiwaniu zawracanego oleju, destylacyjnego mozna planowac znacznie mniejsza apa¬ rature do destylacji pod cisnieniem atmosferycznym niz dotychczas wymagane wedlug stanu techniki. Zbedne- juz jest takze to, by oleje destylacyjne, potrzebne do roz- 20 cienczania papki weglowej a zawarte w otrzymanym pod cisnieniem uwodornieniu produkcie szczytowym oddzie¬ lacza goracego, najpierw rozprezac do cisnienia atmosfe¬ rycznego, a nastepnie ponownie je sprezac do cisnie¬ nia uwodornienia. 25 Okazalo sie, ze dzieki postepowaniu sposobem we¬ dlug wynalazku osiaga sie w porównaniu ze stanem tech¬ niki podwyzszenie sprawnosci o blisko 5%.Sposób wedlug wynalazku jest blizej przedstawionym w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia- 30 schemat technologiczny urzadzenia do uwodorniania, wegla.Zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku drobno zmielony wegiel przewodem 1 a olej zarobowy przewodem 3 doprowadza sie do mieszalnika 2 a w nim 35 razem miesza sie skladniki do postaci papki weglowej.Mieszanina ta zawiera okolo 58—60% wagowych wegla, i okolo 42—40% wagowych oleju. Papke weglowa za po¬ moca pompy 4 spreza sie do cisnienia okolo 200 barów, w polaczonych szeregowo wymiennikach cieplnych 5 i 6 40 oraz dzieki bezposredniemu doprowadzeniu frakcji weglo¬ wodorowej, szczególowo omówionej nizej, ogrzewa sie/ sprezona papke weglowa do temperatury okolo 400 °C i wreszcie zasila sie nia pierwszy stopien reaktora uwodor¬ nienia 7, w którym uwodornienie wegla nastepuje w obec- 45 nosci wodoru i katalizatora w sredniej temperaturze okolo 470°C. Wodór do ukladu doprowadza sie przewodem 8.Wewnatrz pierwszego stopnia uwodorniania 7 jest umieszczona rura srodkowa, otwarta z obu stron, przez która przeplywa strumien zawartosci reaktora ku górze, 50 podobnie jak strumien w pompie mamutowej. Z zewnatrr rury srodkowej strumien przeplywa w kierunku odwrot¬ nym, z góry na dól. Za pomoca tego strumienia goraca zawartosc reaktora z górnego obszaru reaktora uwodor¬ nienia jest stale przesylana ku dolowi a tu zostaje inten- 55 sywnie wymieszana z wprowadzana papka weglowa. W nastepstwie tego papka weglowa ogrzewa sie juz do tem¬ peratury rozpoczecia reakcji uwodornienia okolo 410°C.Frakqe otrzymana w glowicy pierwszego stopnia uwo¬ dornienia 7 doprowadza sie do drugiego stopnia uwo- 60 dornienia 18. W glowicy drugiego stopnia uwodornie¬ nia 18 otrzymuje sie frakcje produktu, która sklada sie w fazie gazowej nizej wrzacych weglowodorów, w fazie cie¬ klej z wyzej wrzacych (ciezkich) weglowodorów, i z sub¬ stancji stalych, takich jak nieprzereagowany wegiel, po- 65 piól i ewentualnie tez czastki katalizatora ze stopni uwo-I 111 846 5 domienia. Frakcja produktu zawiera ponadto wodór i pare wodna. Frakcje produktu doprowadza sie do od¬ dzielacza goracego 10 a w nim w temperaturze okolo 430 °C poddaje rozdzieleniu faz.Jako frakcje blotna oddzielacza goracego 10 otrzy¬ muje sie ciekla frakc;e, zawierajaca substancje stale, która spuszcza sie przewodem 11 i odprowadza do urzadzenia obróbkowego, nie uwidocznionego na rysunku. Sklad¬ nik olejowy tej frakcji mozna jako olej zarobowy wpro¬ wadzac do mieszalnika 2.Frakcje szczytowa z oddzielacza goracego 10, która oprócz weglowodorów o koncowej temperaturze wrzenia do okolo 420 °C zawiera wodór i pare wodna, doprowa¬ dza sie przewodem 12 do wymiennika ciepla 6, w nim chlodzi sie ja do temperatury okolo 370 °C w wymianie ciepla z papka weglowa, przy tym frakcja ta czesciowo skrapla sie, a nastepnie w oddzielaczu 13 poddaje sie ja rozdzielaniu faz.Jako frakcje blotna z oddzielacza 13 otrzymuje sie frak¬ cje ciekla o poczatkowej temperaturze wrzenia okolo 280°C i o koncowej temperaturze wrzenia okolo 420 °C, czyli olej sredni i ciezki. Czesc tego destylatu za pomoca pompy 14 i rozgalezionych przewodów 15 i 16 wprowa¬ dza sie jako domieszke bezposrednio do papki weglowej, dzieki czemu papke zarówno korzystnie rozciencza sie jak i dodatkowo ogrzewa. Dalsza czesc destylatu otrzymane¬ go w oddzielaczu 13 mozna, w razie potrzeby, przewo¬ dem 17 doprowadzic bezposrednio do drugiego stopnia uwodornienia 18 i tam stosowac w celu stabilizowania temperatury.Dzieki opisanemu prowadzeniu sposobu udaje sie za¬ wrócic do ukladu znaczna czesc uzyskanego w reaktorze egzotermicznego ciepla nadmiarowego, co nieoczekiwa¬ nie w wiekszosci przypadków pozwala na zrezygnowanie z kosztownego i pochlaniajacego energie podgrzewacza.Nastawienie temperatury rozpoczecia reakcji uwodor¬ niania w stopniu uwodorniania 7 mozna ulatwic w ten sposób, ze destylaty wprowadzone do przewodu 16 ogrze¬ wa sie ponownie w wymienniku cieplnym 20 ogrzewanym cieplem obcym.To dodatkowe ogrzewanie destylatu jest w porównaniu z ogrzewaniem papki weglowej korzystniejsze ze wzgledu na znacznie mniejsza sklonnosc do koksowania.Ponadto jeszcze dalsza bardzo istotna zaleta sposobu tkwi w tym, ze w otrzymanej w oddzielaczu 13 fazie cie¬ klej sa jeszcze rozpuszczone znaczne ilosci wodoru, który razem z ta ciekla faza równiez latwo zawraca sie do reak¬ tora uwodornienia.Trzecia czesc otrzymanej w oddzielaczu 13 cieklej frak¬ cji weglowodorowej poddaje sie przewodami 23 i 24 do stopnia destylacji 25 i tamze przetwarza sie w cenne pro¬ dukty olejowe.Otrzymana w oddzielaczu 13 gazowa frakcje szczyto¬ wa przewodem 19 doprowadza sie do wymiennika cie¬ plnego 5, czesciowo wkrapla sie w wymianie ciepla ze swieza papka weglowa a nastepnie w oddzelaczu 26 pod¬ daje sie rozdzielaniu faz. Przy tym otrzymany jako frak¬ cja szyczytowa gaz zawierajacy wodór doprowadza sie najpierw przewodem 30 do stopnia olejowego plukania pod cisnieriem 31 a nastepnie pompa 32 i przewodem 33 kieruje sie ponownie do ukladu jako gaz obiegowy. Cie¬ kly produkt denny z tego oddzielacza, skladajacy sie glów¬ nie z oleju sredniego, nafty i wody, udaje sie przewodami 27 i 24 równiez do stopnia obróbki.W stopniu obróbki 25 na drodze destylacji nastepuje 6 obok oddzielenia wody pierwsze wstepne rozlozenie do¬ prowadzonych frakcji na zasadniczo wzbogacone w naf¬ te, wzbogacone w olej sredni i wzbogacone w olej ciezki frakcje czastkowe, które przewodami 29 jako produkty 5 koncowe odprowadza sie z urzadzenia. W razie potrze¬ by czesc produktu destylacyjnego ze stopnia obróbki 25 doprowadza sie przewodem 28 jako olej zarobowy do mieszalnika 2.Ze wzgledu na to, ze odprowadzone przewodami 29 10 frakcje produktu poddaje sie przeróbce na cenne, w pra¬ ktyce potrzebne produkty, takie jak benzyna, olej opa¬ lowy, itp. nastepujacej miedzy innymi na drodze kata¬ litycznego hydrokrakowania, okazalo sie waznym, aby z frakcjami produktu nie byly sciagane zanieczyszczenia 15 w postaci wysokowrzacych skladników, takich jak asfal- teny, gdyz w przeciwnym przypadku osadzalyby sie one na katalizatorach dalszych etapów przeróbki. Takie zanie¬ czyszczenia moga byc porywane z oddzielacza goracego 10 i nastepnie przenoszone z produktem dennym oddzie- 20 lacza 13 do stopnia obróbki 25.Aby temu zapobiec, celowe okazalo sie poddawanie oczysz¬ czaniu dokladnemu frakcji plynacej przewodem 12 z od¬ dzielacza goracego.W sposobie wedlug wynalazku oczyszczanie to prze- 25 prowadza sie bezposrednio w oddzielaczu goracym 10.W tym celu czesc otrzymanej w oddzielaczu 13 cieklej frakcji zawraca sie przewodem 21 jako czesc obiegowa do górnego obszaru oddzielacza goracego i doprowadza fie do wymiany masy z oparami otrzymanymi w oddziela- 30 czu goracym, zanieczyszczonymi przez wychwycone sklad¬ niki wysokowrzace, zwlaszcza asfalteny. Dzieki tej wy¬ mianie masy, polepszonej jeszcze przez umieszczone w oddzielaczu goracym 10 wypelnienie ksztaltowe, nas¬ tepuje pewien rodzaj rektyfikacji na takiej drodze, ze 35 frakcja doprowadzana przewodem 21 czesciowo odparo¬ wuje, przy czym odpowiednio do energii w tym celu po¬ trzebnej skrapla sie równowazna czesc wysokowrzacych par.Przez skroplenie tych wysokowrzacych olejów naste- 40 puje splukanie asfaltenów do cieklej frakcji dennej od¬ dzielacza goracego. Na tej drodze moze nastepowac za¬ równo oczyszczanie oparów szczytowych jak i sterowa¬ nie temperatura oddzielacza, które wówczas jest wazne, gdy oddzielacz moze efektywnie pracowac tylko w waskim 45 przedziale temperaturowym, by ograniczyc koksowanie.Ten rodzaj opisanego oczyszczania wykazuje nadto te zalete, ze cieplo, które oparom wysokowrzacych olejów odbiera sie przez skraplanie, zawraca sie do ukladu lat¬ wo, mianowicie przez odparowanie doprowadzonego 50 przewodem 21 oleju destylacyjnego, w celu ogrzania pap¬ ki weglowej w wymiennikach cieplnych 6 i 5. Przy tym zmieniaja ilosci oleju destylacyjnego doprowadzonego przewodem 21 do stopnia oczyszczania w oddzielaczu goracym 10, zmienia sie w szerokim zakresie tempera- 55 ture oddzielacza goracego z tym samym tez jego stosun¬ ki rozdzielcze.Celowe moze tez okazac sie to, ze zamiast czesci cie¬ klej frakcji oleju sredniego i ciezkiego z oddzielacza 13 doprowadza sie do oddzielacza goracego 10 jako ciecz 60 pluczaca czesc nizej wrzacej frakcji cieklej z oddziela¬ cza 26 lub mieszanine z obu frakcji.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób uwodorniania wegla, w którym drobno zmie¬ lony wegiel miesza sie z olejem zarobowym do postaci 65 papki, papke weglowa spreza sie, podgrzewa a nastepnie111 846 w reaktorze uwodornienia w obecnosci wodoru poddaje sie katalitycznie przyspieszonemu uwodornieniu, i w którym produkt uwodornienia rozdziela sie na frakcje ciekla, za¬ wierajaca substancje stale, i na frakcje gazowa, znamien¬ ny tym, ze pod cisnieniem panujacym w procesie z frak¬ cji gazowej oddziela sie frakcje weglowodorowa, wrzaca w temperaturze okolo 200—500 °C, korzystnie w tem¬ peraturze okolo 280—420°C, i przynajmniej czesc tej frakcji weglowodorowej wprowadza sie jako domieszke do sprezonej papki weglowej. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze od¬ dzielenie frakcji weglowodorowej prowadzi sie droga czesciowego skraplania i nastepnego rozdzielenia faz frakcji gazowej. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze czescio¬ we skraplanie frakcji gazowej nastepuje w wymianie cie¬ pla ze sprezona papka weglowa. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przy¬ najmniej jedna, dodatkowa czescia oddzielonej frakcji 20 weglowodorowej zasila sie bezposrednio reaktor uwodor¬ nienia. 10 15 8 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze otrzy¬ mana jako pozostalosc po oddzieleniu frakcji weglowodo¬ rowej, faze gazowa chlodzi sie w wymianie ciepla ze spre¬ zona papke weglowa, przy czym faze te czesciowo skra¬ pla sie, a nastepnie poddaje sie ja rozdzielaniu faz. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przy¬ najmniej czesc frakcji weglowodorowej, wprowadzanej jako domieszka do papki weglowej, przed domieszaniem ponownie ogrzewa sie przez doprowadzenie ciepla. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze frak¬ cje gazowa, wydzielona z produktu uwodornienia, pod¬ daje sie oczyszczaniu dokladnemu przed jej czesciowym skropleniem. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze o- czyszczanie dokladne nastepuje w podlaczonym za reak¬ torem uwodornienia oddzielaczu goracym przez wymiane masy z czescia frakcji weglowodorowej, wrzacej w tem¬ peraturze okolo 200—500 °C a wydzielonej z frakcji ga¬ zowej po czesciowym skropleniu. 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze sto¬ suje sie oddzielacz goracy, wyposazony w czesci górnej w elementy wbudowane, polepszajace wymiane masy.LDD Z-d 2, z. 590/1400/81, 100 h20 egz.Cena 45 zl PL