Способ получения углеводородов из угля и установка для его осуществления

Способ получения углеводородов из угля и установка для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ получения углеводородов из угля, включающий стадии компримирования сухого порошкообразного или кускового угля, подаваемого посредством герметичного загрузочного устройства, в подготовительной камере е фрикционными элементами, нагрева и каталитической гидрогенизации в присутствии водорода при повышенном давлении с последующим разделением в горячем состоянии полученных продуктов , отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, стадии компримирования и нагрева угля проводят в подготовительной камере при переводе его в пластичное состояние за счет теплоты трения угля с фрикционными элементами и стадию гидрогенизации проводят при 400-535°С, давлении 356-530 атм. и интенсивном движении, вызывающим распределение и разбивку пластичного СО угля, полученного на стадии компримирования и нагрева, с одновременной подачей водорода.

СОКИ 008ЕТСНИХ

ОЗЛИЛ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Pvz. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ . СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2885202/23-04 (22) 25.02.80 (31) P 2943537.8 (32) 27.10.79 (33) ФРГ (46) 30. 11.83. Бюл. Р 44 (72) Клаус Кох (ФРГ) (71 ) Херманн Бершторфф Машиненбау

ГмбХ (ФРГ) (53 ) 662.74 (088.8 ) (56) 1. Заявка ФРГ Ю 2723457, кл. С 10 G 1/06,,опублик. 1977.

2. Патент CtdA М 3775071, кл. 48-197, опублик. 1973 (прототип ). (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

ИЗ УГЛЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ-

ВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ подучения углеводоро-,. дов из угля, включающий стадии компримирования сухого порошкообразного или кускового угля, подаваемого пос,.SU„„0 8508 А

5(59 С 10 G 1 06 С 10 3 3 50 редством герметичного загрузочного устройства, в подготовительной камере с фрикционными элементами, нагрева и каталитической гидрогениэации в присутствии водорода при повышенном давлении с последующим разделением в горячем состоянии полученных продуктов, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, стадии компримирования и нагрева угля проводят в подготовительной камере при переводе его в пластичное состояние эа счет теплоты трения угля с фрикционными элементами и стадию гидрогенизации проводят при 400-535 С, давлении 356-530 атм и интенсивном движении, вызывающим I распределение и разбивку пластичного угля, полученного на стадии компримирования и нагрева, с одновременной подачей водорода.

1058508

2. Установка для получения угле- .. водородов из угля, включающая загрузочную воронку, подготовительную камеру с фрикционными элементами, установленными на валу, и камеру гидрогенизации с соплами для подачи водоро. да, соединенными с источником давле ния, о т л.и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения установки, подготовительная камера подсоединена непос- . редственно к камере гидрогенизации и расположена с ней в одном корпусе, камера гидрогенизации снабжена ротором с лопастями, расположенным по ее оси, запираюшим клапаном, расположен ным на ее выходном конце, и теплооб- . менной рубашкой, сопла для подачи водорода снабжены обратными клапанами и расположены радиально и аксиально между лопастями ротора.

3. Установка по п. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, -что лопасти ротора выполнены прерывистыми и расположены по спирали.

4. Установка по п. 2, о т л и ч аи щ а я с я тем, что камера гидроге1

Изобретение относится к способу и устройству для получения углеводородов из угля и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и углехимической областях промышленности. 5

Известен способ получения углеводородов из угля, в котором сухие угольные частицы размером 40-50 мкм инжектируются в камеру, где в течение 10-50 м с обрабатывается уголь 30 горячим водородом при температуре в камере равной 60 С 1) .

Известно также устройство -для по-, лучения углеводородов из угля, вклю- чающее камеру гидрогенизации с инжекторной системой для подачи угля (13.

Недостатками известных способа и устройства являются сложность процесса и ненадежная работа устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения углеводородов из угля, включающий стадии компримнрования сухого порошкообразного или кускового угля, подаваемого посредством герметичного загрузочного

% устройства, в подготовительной камере с фрикционными элементами, наг- рева и каталитической гидрогенизации в присутствии водорода при повышенном давлении с последующим разделе- 30 нием н горячем состоянии полученных продуктов (2j . низации имеет внутренний диаметр вдвое больШе внутреннего дйаметра подготовительной камеры.

5. Установка по п. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что подготовительная камера и камера гидрогенизации имеют одинаковый диаметр и диаметр вала ро тора вдвое меньше диаметра вала фрикционных элементов. б. Установка по п. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что вал фрикционных элементов и ротор имеют индивидуаль ные приводы.

7. Установка по и. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что расстояние,между перегородками фрикционных элементов и угол их наклона к вертикали выполнены уменьшающимися в направлении к камере гидрогенизации.

8. Установка по и. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что на внутренней стенке подготовктельной камеры со стороны, противоположной .камере гидрогенизации, выполнены горизонтальные или спиралеобразные канавки.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для получения углеводородов из угля, включающая загрузочную воронку, подготовительную камеру с фрикционными элементами, установленными. на валу, и камеру гидрогенизации с соплами для подачи водорода, соединенными с источником давления f2) .

Недостатками данных способа и ус".. тановки является сложность технологии получения углеводородов и установки, так как процесс осуществляется в че» тырех последовательно соединенных с помощью клапанов экструдерах, работающих при ступенчатом росте давления.

Цель изобретения — упрощение технологии процесса и установки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения углеводородов из угля, включающему стадии компримирования сухого порошкообразного или кускового угля, подаваемого посредством герметичного загрузочного устройства, в подготовительной камере с фрикционными элементами, нагрева и каталитической гидрогенизации в присутствии водорода при повышенном давлении с последующим разделением в горячем состоянии полученных продуктов, стадии компримирования и нагрева угля проводят в подготови1058508 тельной камере. при переводе его в пластичное состояние за счет теплоты трения угля с фрикционными элементами . и стадию гидрогенизации проводят при

400-535 С, давлении 356-530 атм и интенсивном движении, вызывающим

5 распределение и разбивку пластичного угля, полученного на стадии компримирования и нагрева, с одновременной подачей водорода.

В установке для осуществления 10 способа получения углеводородов из угля, включающей загрузочную воронку, подготовительную камеру с фрикционными элементами, установленными на валу, и камеру гидроганизации с соплами для подачи водорода, соединенными с источником давления, подготовительная камера подсоединена непосредст- . венно к камере гидрогенизации, и расположена с ней в одном корпусе, каме- 20 ра гидрогенизации снабжена ротором с лопастями, расположенным по ее оси, запирающим клапаном, расположенным на ее выходном конце, и .теплообменной рубашкой, сопла для подачи водорода снабжены обратными клапанами и расположены радиально и аксиально между лопастями ротора.

Лопасти ротора выполнены прерывистыми и расположены по спирали.

Камера гидрогенизации истлеет внутренний диаметр вдвое больше внутреннего диаметра подготовительной камеры.

Подготовительная камера и- ка|лера гидрогенизации имеют одинаковый диа- 35 метр и диаметр вала ротора вдвое меньше диаметра вала фрикционных элементов.

Вал фрпкционных элементов и ротор имеют индивидуальные приводы. 40

Расстояние между перегородками фрикционных элементов и угол их нак-, лона к. вертикали выполнены уменьшающимися в направлении к камере гидрогенизации.

На внутренней стенке подготовительной камеры со стороны, противо-, положной камере гидрогенизации, выполнены горизонтальные или спиралеобразные канавки.

Количество введенной в уголь теплоты трения зависит от мощности привода, которая через вращающиеся фрикционные элементы вводится в массу угля. Чем быстрее вращается вал с фрикционными элементами, тем

55 быстрее частицы угля переводятая в пластичное состояние и транспортируются в камеру гидрогенизации.

Одновременно при возрастающем числе оборотов, связанного с валом 60 фрикционных элементов ротора, в камере гидрогенизации происходит ин тенсивное перемешивание и завихрение угля поданным водородом, благодаря чему процесс гидрогенизации протекает быстро и равномерно во всем объеме камеры гидрогенизации. Отсюда следует высокая производительность установки и тем.самым экономичное проведение процесса гидрогенизации.

Необходимое для гидрогенизации давление создается в начале подготовительной камеры, тогда как основной нагрев производится в конце подготовительной камеры.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 подготовительная камЕра и камера гидрогйнизации, имеющие разный внутренний диаметр, продольный разрез; на фиг. 3 — сопла для подачи водоро» да, продольный разрезу на фиг. 4 разрез A-A на фиг. 2; на фиг. 5 подготовительная камера, продольный разрез; на фиг. 6 — установка с вертикальной камерой гидрогениза-. ции,общий вид,на фиг. 7 — подготовительная камера и каглера гидрогенизации, имеющие одинаковый внутренний диаметр, продольный разрез.

Установка включает загрузочную воронку 1, подготовительную камеру 2 с фрикционными элементами 3, установленными на валу 4, и камеру 5 гидрогенизации с соплами 6 для подачи водорода, соединенными с источником

7 давления.

Камера 5 гидрогенизации снабжена ротором 8 с лопастями 9, запирающим клапаном 10, расположенным на ее выходном конце, теплообменной рубаш кой 11. Сопла 6 для подачи водорода в камеру 5 гидрогенизации снабжены обратными клапанами 12 и расположены радиально и аксиально между лопастями 9 ротора 8 (фиг. 3) .

На внутренней стенке подготовительной камеры 2 со стороны, противоположной камере 5 гидрогенизации, выполнены горизонтальные или спиралеобразные канавки 13 и 14 соответст венно. Вал и ротор 8 могут приводиться во вращение от индивидуального привода 15.

Установка для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

Порошкообразный или кусковой уголь загружают в загрузочную воронку 1.

В загрузочной воронке 1 закрывают клапан 16 и создают давление. Затем уголь в виде порошка или кусков при помощи ячейкового секторного затвора

17 подается в подготовительную камеру 2. Необходимо, .чтобы кусковой или порошкообразный уголь не образовывал в загрузочной воронке 1 никаких мостиков и тем самым не вызывал помех в работе. Для этой цели в загрузочной воронке 1 расположены перемешиваюшие элементы, позволяющие осуществлять постоянное движение угля в загрузочной воронке. Для обес1058508 печения воэможности непрерывной работы можно предусмотреть вторую загрузочную воронку 1, клапан которой и подача в подготовительную камеру 2 переключаются, если первая емкость опорожнилась.

Ячейковый секторный затвор 17 позволяет осуществить дозированную подачу угля в подготовительную камеру 2.

Одновременно ячейконый секторный зат нор 17 обеспечивает герметичность подготовительной камеры 2.

В подготовительной камере 2, которая разделена на две зоны, а именно на зону 18 создания давления и фрикционную зону 19, уголь перемеща- 15 ется .при по>лощи вращающегося вала 4 с фрикционными элементами 3 в направлении к камере 5 гидрогенизации.

Благодаря тому, что расстояние между перегородками фрикционных эле- 2О ментов 3 и угол их. наклона к вертикали выполнены уменьшающимися в направле- г нии к камере 5 гидрогенизации, материал претерпевает постоянное компримирование. За счет вращательного . движения вала 4 с фрикционными элементами кусочки угля транспортируются в направлении камеры 5 гидрогенизации. Частицы угля претерпевают сдвигающее перемещение, за счет . чего создается теплота трения и час тички угля агломерируются в возрастающей мере. Таким образом, частички угля из его кускового или порошкообразного состояния переходят в агломератное состояние и из него снова за счет возрастающей нагрузки сдвига в пластичное состояние.

Для того, чтоб ускорить процесс гидрогенизации можно в конце подготовительной камеры 2 у><е подавать водо-40 род в ставший пластичным уголь, который имеет температуру 400ОC и давле". ние 400 бар. Водород подают посредством сопел 6, соединенных трубопроводом 20 с источником 7 давления 45 (компрессором) и источнико л 21 водорода.

Доведенный н подготовительной камере до высокой температуры пластичный и уже.обогащенный водородом уголь попадает за счет транспортирующего движения фрикционных элементов ,3 н камеру 5 гидрогенизации, в которой он благодаря лопастям 9 ротора 8 и расположенным между ними статическим смесительным соплом 6 подвергается интенсивному перемешивающему и сдниганхцему воздействию.

Доведенный компрессс>ром 7 до дав=. ления процесса водород вдувается одновременно через все смесительные сопла 6 в камеру 5 гидрогениэации.

Благодаря тому, что с лесительные сопла 6 располох<ены н камере 5 гидро. генизации радиально и акисально, во," дород вдувается во многих местах 65 одновременно и почти по центру, за счет чего достигается интенсивное равномерное перемешивание и растирание пластичного угля во всем объеме камеры 5 гидрогенизации. Следствием; является исключительно интенсивная и быстрая гидрогенизация.

3а счет растирания существенно ускоряется расщепление агломерирован ных частиц угля и тем самым процесс гидрогенизации. Разбивка или соскребание содержимого камеры 5 гидрогенизации происходит первично на ннутренней стенке камеры.

Так как камера 5 гидрогенизации также охвачена проходящей в радиальном или осевом направлении теплооб<-. менной рубашкой 11, становится возможным дополнительный подвод тепла снаружи н фазе запуска установки.

Так как реакция гидрогенизации в. камере 5 гидрогенизации протекает экзотермически, то теплообменная рубашка 11 после периода запуска установки переключается и применяется как,охлаждающая камера с циркулирую".„ щим хладагентом для отвода тепла.

В подготовительной камере 2 и в камере 5 гидрогенизации создается очень высокое давление до 500 бар.

Поэтому необходимо, чтобы выходное отверстие из камеры 5 гидрогенизации было выполнено герметически закрываемым при помощи клапана 10, открывающегося при превышении заранее выбранного давления. Продукты гидрогениэации. после того, как они пройдут клапан,10, попадают в горячий отделитель 22, которнй разделяет твердые и х<идкие продукты гидрогенизации через клапаны 23 и 24. После этого продукты гидрогенизации перерабатываются дальше известным обра зом.

На фиг. 2 представлена устанонка с вертикально расположенной камерой

5 гидрогенизации. При расположении камеры 5 гидрогенизации вертикально в подготовительной камере 2 нал 4 фрикционного элемента 3 через угловую преедачу 25 приводит но вращение расположенный в камере 5 гидрогениэации ротор 8. При таком расположе нии ротор 8 с обеих сторон устанонлен в подшипниках 26 и 27. Подобное .расположение камеры 5 гидрогенизации и подготоннтельной камеры 2 требует мало места и поэтому н определенных случаях предпочтительно.

Пример 1 ° Установку нагревают до 400 С. Затем приводят в . движение фрикционные элементы и ротор . с помощьк> узла привода и через отверстия ячейкового загрузочного шлюза подают в установку размельченный на зерна величиной 0,1 мм каменный уголь вместе с катализатором, предварительно смешанным с каменным углем.

1058508

50

Катализатор состоит из 1, 5% сульфата железа и 2% массы Байера, состоящей из Ъ: Fe O — 48; AI>O

20; SiOg — 0,2; Т О, а также окислы

Мп, Са, Ng Na К. 6.

Подготовительная камера имеет прогрессивно возрастающую температуру от 250 до 450 С, 3а счЕт вращательного дьлжения фрикционного зле лента уголь пластифицируется и давление на выходе подготовительной камеры составляет 398 атм затем пластифицированный таким способом уголь непрерывно подают в камеру гидрирования и через неподвижные смесительные сопла обрабатывают . 15 водородом.

В камере гидрирования давление создается 356 ать и в результате экзотермически протекающей реакции устанавливается температура в пре- 20 делах 400-430ОС. Выходящую из камеры смесь улавливают в отделителе. Анализ продуктов отделителя дает следующие величины.

Выход, .кг на 100 кг угля: ° 25

Пек 31 6

Газ 12,7

Легкое масло 18,3

Среднее масло 5,8

Выход очищенных продуктов, кг на

100 кг угля:

Анилин 0,012

Ароматические растворители 3,01

Основания 1,2

Хинолины З5

Метилнафталины 0,59

Нафталин 0,42

Нейтральное легкое масло 12,0

Высококипящие углеводороды 220-280 С 2,43

Высококипящие углеводороды выше 280 С 3,52

Низкокипящие углеводороды 1,44 45

Фенол 0,28

Крезол 1,21

Низкокипящие фенолы 1,31 м-Фенолы 1,12

Высококипящие фенолы 6,33

Толуидины 0,032

Ксилидины 0,21

Тетралин 0,14

Пример 2. Установка подогревается до температуры 420ОС. Затем фрикционный элемент с расположенным на нем ротором приводится в движение при помощи приводного агрегата и подается в камеру с помощью шлюзового затвора каменный уголь, измельченный 60 до размера зерен 0,5 мм, вместе с катализатором, предварительно смешанным с каменныл углем.

Катализатор состоит из компонен тов, аналогичных примеру. 1. 65

Подготовительная камера имеет прогрессивно нарастающую температуру от 290 о С до 480оС.

В результате вращательного движения фрикционного элемента уголь подвергается пластификации и на выходе из камеры давление равняется

450 атм.

Затем пластифицированный таким образом уголь непрерывно подается в камеру гидрогенизации и через статические смесительные сопла подается водород.

В камере гидрогенизации создается давление 480 атм и в результате экзотермически протекающего процесса реакции устанавливается температура между 450 и 520 С.

Выходящая из камеры смесь улавливается в отделителе.

Анализ продуктов отделителя дает следующие результаты.

Выход, кг на каждые 100 кг угля:

Пек 31,6

Газ 12,7

Легкое масло 25,6

Среднее масло 7,2

Выход очищенных продуктов (кг на

100 кг угля} равен в основном выходу продуктов по примеру 1.

Пример 3. Установка .подогревается до 4800С. Затем приводится в движение фрикционный элемент с расположенным на нем ротором при помощи приводного агрегата и с помощью шлюзового затвора подается в установку каменный уголь, измельченный до размера зерен 0,1 мм, вместе с катализатором, предварительно смешанным с каменным углем.

Катализатор состоит иэ компонентов, аналогичных примеру 1. Подготовительная камера имеет прогрессивно нарастающую температуру от 320 до 510ОC.

В результате вращательного движения фрикционного элемента уголь подвергается пластификации и на выходе иэ камеры давление равно 460 атм. Затем пласгифицированный таким образом уголь непрерывно подается в камеру гидрогенизации, а через статические смесительные сопла подаетсяводород.

В камере гидрогенизации создается давление 502 атм и в результате экзотермически протекающего процесса реакции устанавливается температура ,между 480 и 530 С.

Выходящая из камеры смесь улавливается в отделителе.

Анализ продуктов отделителя дает следующие результаты.

Выход, кг на 100 кг угля:

Пек 31,6

Газ 12,7

Легкое масло 26,3

Среднее масло 8,2

1058508

Выход очищенных продуктов (кг на

100 кг угля) равен в основногл выходу продуктов.по примеру 1.

Пример 4. Установка подогревается до температуры около 510ОC.

Затем приводится в движение фрикционный элемент с расПоложенным на нем ротором при помощи приводного агрегата и с помощью шлюзового затвора подается в установку каменный уголь, измельченный . до размера зерен

0,1 мм, вместе с катализатором, предварительно сглешанным.с каменным углем

Катализатор состоит иэ компонентов аналогичных примеру 1.

Подготовительная камера имеет прогрессивно нарастающую температуру от 300 до 550 С.

В результате вращательного движения фрикционного элемента уголь под-. вергается пластификации и на выходе из камеры давление равно 470 атм.

Затем пластифицированный таким образом уголь непрерывно подается в камеру гидрогениэации, а через- статические смесительные сопла подается водород.

B камере гидрогениэации создается давление 530 атм и в результате экзотермически протекающего процесса реакции .устанавливается температура между 490 и 535ОС.

Выходящая из камеры смесь улавливается -в отделителе.

Анализ продуктов отделителя дает следующие величины. .Выход, кг на 100 кг угля:

Пек 31,6

Гаэ 12,7

Легкое масло 28;2

Среднее масло 9,0

Выход очищенныХ продуктов (кг на

100 кг угля) равен и в этом случае выходу продуктов по примеру 1.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют упростить технологию и используемое. оборудование.

Выполнение камеры гидрогениэации и подготовительной камеры с одинаковым диаметром- имеет то преимущество, что может быть изготовлен один

15 проходящий цнлиндр, что проще с точки зрения техники изготовления и требует меньших затрат.

Выполнение внутреннего диаметра камеры гидрогенизации вдвое больше, 2и чем Внутренний диаметр подготовительной камеры имеет то преимущество, что объегг в камере гидрирования . также увеличен до четырехкратного и тем самым в одинаковое время может быть достигнута также учетверенная производительность гидрирования.

В случае, когда диаметры подготовительной камеры и камеры гидрогениэации одинаковы, то целесообразно соответственно уменьшить диаметр вала ротора для того, чтобы иметь в распоряжении больше объема для проведения процесса гидрогениэации. В предпочтительной форме исполнения в подобном случае диаметр вала ротора

35 выбирается вдвре меньше, чем диаметр вала фрикционных элементов.

1058508

А -А

Фиг,5

27

1058508

Редактор Р. Ковач Техред Л".. Костик Корректор В. Бутяга

Закаэ 9624/60 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам иэобретений и открытий

113035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4