СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ Российский патент 1997 года по МПК C10B53/06 

Изобретение относится к области термокаталитической переработки сернистых твердых топлив, в частности горючих сланцев Поволжья и может быть применено на сланцеперерабатывающих заводах и комбинатах, основной товарной продукцией которых является сланцевый бензин, чистые энергоносители и строительные материалы. Сланцевый бензин представляет собой смесь газового бензина и бензиновой фракции.

Алкилтиофены, содержащиеся в сланцевом бензине используются в качестве сырья для получения лекарственных веществ, гербицидов и инсектофунгицидов, присадок к топливам, антиоксидантов, ускорителей вулканизации каучука и биологически активных веществ.

Известен способ полукоксования мелкозернистого топлива, включающий полукокосование исходного сланца с твердым теплоносителем, нагрев твердого теплоносителя в аэрофонтанной топке, пиролиз парогазовых продуктов полукоксования при 650-900^oC [1] аналог.

Известный способ обладает следующими недостаками: невысокий выход и низкое качество жидких продуктов.

Известен способ (аналог) термокаталитического воздействия на газовую смесь (ПГС) продуктов полукоксования сланца при температуре 480-650^oC. Время температурной выдержки 30 мин. Испытан ряд катализаторов. Основной товарный продукт алкилрезорцин [2]
Рассматриваемый способ обладает следующими недостатками: большое время пребывания парогазовой смеси на катализаторе приводит к обессериванию жидких продуктов и соответственно к снижению в них ценных сероорганических соединений.

Известен способ термической переработки сернистых сланцев, включающий полукоксование исходного сланца с твердым теплоносителем, пиролиз тяжелых и средних фракций смолы на высокотемпературном зольном теплоносителе в потоке полукоксового газа при 700-750^oC [3] прототип.

Недостатками известного способа являются низкое содержание метилтиофенов в сланцевом бензине, большой расход тепла на процесс пиролиза тяжелых и средних фракций смолы. Наличие процессов полимеризации смол, сопутствующих их улавливанию в системе конденсации, резко ухудшает их качество как полупродукта для последующего пиролиза.

Задачей изобретения является повышение выхода -2-метилтиофена и тиофена в сланцевом бензине, а также снижение затрат тепла на процесс пиролиза парогазовых продуктов полукоксования сернистого сланца.

Решение поставленной задачи достигается тем, что согласно способу термической переработки сернистых сланцев, включающему полукоксование исходного сланца с твердым теплоносителем, последующий пиролиз парогазовых продуктов полукоксования осуществляют на катализаторе при температуре 550-575^oC и времени контакта 0,2 сек. При этом пиролиз парогазовых продуктов полукоксования проводят на катализаторе, содержащем: SiO₂ - 78% Cr₂O₃ 18% K₂O 4%
Отличительные признаки предлагаемого способа.

1. Цель получение ценного товарного продукта сланцевого бензина, содержащего 2-метилтиофен в количестве 23,8 кг на тонну условной органической массы. Содержащийся в сланцевом бензине 2-метилтиофен, после экстрактивной ректификации может быть использован в ветеринарии как готовый лекарственный препарат, в то время как тиофен (получаемый в прототипе) необходимо рассматривать как сырье для промышленности тонкого органического синтеза.

2. Условия ведения процесса. Пиролиз парогазовых продуктов полукоксования на активной насадке осуществляют при температуре 550- 575^oC и времени контакта парогазовой смеси с катализатором 0,2 сек.

Процесс пиролиза парогазовой смеси предлагается осуществлять на синтетическом катализаторе состава (в): SiO₂ 78; Cr₂O₃ 18; K₂O 4%
3. Снижение температуры процесса пиролиза парогазовой смеси с 700-750^oC (прототип) до 550-575^oC за счет использования катализатора позволяет сократить количество тепла, подводимое на процесс.

При осуществлении процесса пиролиза тяжелых и средних фракций смолы на высокотемпературном зольном теплоносителе появляются значительные потери тепла при конденсации и охлаждении парогазовой смеси и дополнительные расходы при их нагреве и испарении для последующего пиролиза.

В предлагаемом способе указанные потери тепла отсутствуют, так как нагретая парогазовая смесь поступает в зону пиролиза, без промежуточного охлаждения.

На чертеже изображена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Установка содержит: бункер мелкозернистого сланца 1; шлюзовой затвор 2; ленточный транспортер 3; ленточные весы 4; элеватор 5; бункер 6; шнековый питатель 7; аэрофонтанная сушилка 8; циклон сухого сланца 9; шнек сухого сланца 10; смеситель 11; реактор с пересыпными полками 12; пылевая камера с циклонами очистки ПГС 13; вентилятор ПГС 14; шнек полукокса 15; аэрофонтанная топка 16; циклон зольного теплоносителя 17; реактор пиролиза ПГС 18; нагреватель 19; зольный циклон 20; зольный теплообменник 21; котел-утилизатор 22; топка 23; теплообменник ПГС 24; система конденсации 25; газодувка 26; отделение выделения сланцевого бензина 27; отделение сероочистки 28; батарея рукавных фильтров 29; нагнетатель 30; шнек 31; газодувка 32; воздуходувка 33.

Способ осуществляется следующим образом.

Горючий сланец фракционного состава 1-5 мм из бункера 1, через шнековый питатель 2 поступает на ленточный транспортер 3, снабженный ленточными весами 4, по которым производится регулирование работы питателя 2 и элеватором 5 подается в бункер 6, из которого шнековым питателем 7 направляется в аэрофонтанную сушилку 8, где высушивается теплотой топочного газа. Аэровзвесь сухого сланца и газа теплоносителя разделяется в циклоне 9. Сухой сланец шнековым питателем 10 через смеситель 11 подается в реактор с пересыпными полками 12. В смесителе и реакторе за счет теплоты зольного теплоносителя, поступающего из циклона 17, происходит термическое разложение сланца при температуре 500-550^oC. Дымовые газы после сушилки 8 выходят из циклона 9, проходят дополнительную очистку от пыли в рукавных фильтрах 29 и далее, при температуре около 150^oC, сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Парогазовая смесь (ПГС), выходящая из реактора 12, поступает в пылевую камеру 13, где очищается от пыли во встроенных циклонах. Из пылевой камеры ПГС отсасывается вентилятором 14 и подается на термокаталитическую переработку в реактор 18 с кипящим слоем катализатора при температуре 550-575^oC.

Нагрев и регенерация катализатора (выжег кокса) осуществляется в кипящем слое при температуре 600^oC в нагревателе 19. Теплоноситель для нагревателя 19 приготавливается в топке 23 путем сжигания топлива (обратного газа), а затем поступает в котел-утилизатор 22 для выработки пара.

Из реактора 18 парогазовая смесь поступает через теплообменник 24 в систему конденсации смолы 25 и далее газодувкой 26 направляется в отделение выделения сланцевого бензина 27 и отделение сероочистки 28.

Смесь полукокса и золы теплоносителя из реактора 12 поступает в нижнюю часть пылевой камеры 13, из которой она шнековым питателем 15 подается в аэрофонтанную топку 16, куда нагнетателем 30 через зольный теплообменник 21 подается горячий воздух. В топке 16 происходит сжигание полукокса, за счет чего вся масса золы теплоносителя нагревается до требуемой температуры. Аэровзвесь топочных газов и горячей смолы направляется в циклон теплоносителя 17, в котором выделяется необходимое количество теплоносителя, поступающего в смеситель 11. Избыточная зола выделяется в циклоне 20, из которого дымовые газы направляются в котел-утилизатор 22, а зола через зольный трубчатый теплообменник 21 поступает в систему утилизации золы. Охлажденный до 500^oC дымовой газ из котла-утилизатора подается в сушилку 8. Сланцевая пыль, уловленная в рукавных фильтрах 29, шнеком 31 по пневмосистеме направляется в реактор 12.

Пример. По данному способу сухой сланец в количестве 2000 т с теплотой сгорания 9992 кДж/кг и со следующими характеристиками качества,
A^α 55,5;
(CO₂)αм

= 16; (O+N)^α = 14,2;
C^α = 21,4; H^α = 2,9; Sαt = 6.
Условная органическая масса,
100 - [(CO₂)αм + A^α] = 28,4
подвергают полукоксованию при температуре 500-550^oC и последующему пиролизу парогазовой смеси на катализаторе при температуре 550-575^oC и времени контакта парогазовой смеси и катализатора 0,2 сек.

В результате пиролиза парогазовой смеси на катализаторе получают сланцевый бензин 120•10³ кг, в том числе, кг: 2- метилтиофен 13,5•10³; тиофен 7,47•10³; бензол 9,39•10³; толуол 9,79•10³; легкие компоненты 8,2•10³; смолу 70•10³; газовую серу 55•10³; технологический газ.

В табл. 1 представлены данные выхода 2-метилтиофена, полученного при различных условиях ведения процесса пиролиза парогазовой смеси на катализаторе заданного состава.

Данные табл. 1 показывают, что с увеличением температуры пиролиза парогазовой смеси с 550^oC до 600^oC концентрация 2- метилтиофена в сланцевом бензине увеличивается с 11,3 до 13,73 мас. в то же время выход сланцевого бензина снижается с 60 до 13,5 г на кг сухого сланца. С точки зрения выхода сланцевого бензина в пересчете на сухой сланец температура 550^oC является наиболее оптимальной. При этой температуре выход сланцевого бензина 60 г на кг сухого сланца, а выход 2-метилтиофена 6,78 г на кг сухого сланца. При 600^oC выход 2-метилтиофена 1,85 г на кг сухого сланца.

В табл. 2 представлена сравнительный анализ выхода ценных продуктов, получаемых в известном способе (прототипе) и предлагаемом способе полукоксования сернистого сланца с последующим пиролизом парогазовой смеси на катализаторе заданного состава.

Данные табл. 2 показывают, что при полукоксовании сернистого сланца и последующем пиролизе парогазовой смеси на катализаторе заданного состава, выход 2-метилтиофена повышается с 3-х кг на тонну условной органической массы до 23,8 кг на тонну условной органической массы.

При осуществлении непрерывного процесса в производственных условиях выходы ценных продуктов могут быть существенно выше, этому будет способствовать также применение сланца с повышенным содержанием органического вещества.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить выход ценного продукта 2-метилтиофена в 8 раз и снизить затраты тепла на процесс пиролиза ПГС.

Использование: изобретение относится к способам термокаталитической переработки сернистых твердых топлив. Сущность изобретения: способ представляет собой процесс полукоксования сланца с твердым теплоносителем и пиролиз парогазовой смеси на насадке в потоке полукоксового газа. При этом пиролиз парогазовых продуктов полукоксования осуществляют на катализаторе при температуре 550-575^oC и времени контакта 0,2 сек. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ термической переработки сернистых сланцев, включающий полукоксование сланца с твердым теплоносителем, пиролиз парогазовой смеси на насадке в потоке полукоксового газа, отличающийся тем, что осуществляют пиролиз парогазовых продуктов полукоксования на катализаторе при температуре 550 575^oС и времени контакта 0,2 с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор содержит,
SiO₂ 78
Cr₂O₃ 18
K₂O 4е