СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ Российский патент 1999 года по МПК C10B53/06 

Изобретение относится к топливной промышленности, а также к энергетической и химической промышленности, а именно к термической переработке сланцев и других видов ископаемого топлива с повышенным содержанием серы.

Недостатком ранее предложенного способа термической переработки сланцев в пылевидном состоянии путем смешения сланца с газообразным теплоносителем в циклонном реакторе [1] является разбавление летучих продуктов термолиза газовым теплоносителем, что затрудняет их извлечение.

Известен способ термической переработки сернистых сланцев [2], взятый за прототип. Согласно этому способу часть сланца подвергается полукоксованию с твердым теплоносителем для получения смолы. Фракции смолы с температурой кипения выше 150^oC подвергаются пиролизу при 700^oC путем контакта с зольным остатком, полученным в результате газификации другой, большей части сланца и имеющего температуру 850^oC. В результате пиролиза смолы получается газ и смесь бензольных углеводородов с гетероциклическими соединениями серы - тиофеном и его производным.

Недостатком способа, защищенного этим патентом, является то, что для производства целевой продукции тиофено-ароматического концентрата используется лишь не более третьей части перерабатываемого сланца и очень велики затраты энергоресурсов в виде газифицируемого сланца для получения зольного теплоносителя.

Задачей настоящего изобретения является повышение выхода тиофено-ароматического концентрата на общую массу переработанного сланца.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки сернистых сланцев в пылевидном состоянии, включающем предварительный подогрев сланца с газоносителем в теплообменнике и последующий пиролиз смеси, газовзвесь сланца прогревают до 300^oC или выше в окислителе, количество определяют из условия, чтобы на один килограмм органической массы сланца приходилось не менее 20 и не более 50 г кислорода, при этом в качестве окислителя используют воздух или смесь воздуха с перегретым паром, кроме этого проводят в реакторе циклонного типа окислительный пиролиз подогретой газовзвеси, при этом в нее перед подачей в реактор вводят подогретый до температуры газовзвеси окислитель в количестве, достаточном для достижения температуры пиролиза, равной 700-800^oC, в качестве которого используют воздух или смесь кислорода с водяным паром, или смесь кислорода с диоксином углерода, или воздух, обогащенный кислородом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Установка содержит бункер 1 со смесительным аппаратом 2, теплообменник 1, реактор 4 с форкамерой 5 и разгрузочно-смесительным устройством 6, циклонную топку 7 и теплообменник 8.

Способ термической переработки осуществляют следующим образом. Из бункера 1 с помощью смесительного аппарата 2 измельченный горючий сланец в виде взвеси в ограниченном количестве первичного окислителя (воздух, смесь воздуха с перегретым паром) подают в теплообменник змеевикового или иного типа 3, в котором осуществляют скоростной нагрев потока газовзвеси до 300^oC и выше. Количество первичного окислителя принимается таким, чтобы на один килограмм органического вещества сланца приходилось не менее 20 и не более 50 г кислорода. При этом кислород газа носителя взаимодействует с органическим веществом перерабатываемого сланца с образованием нестойких перекисных соединений. Из теплообменника 3 поток взвеси, не содержащей свободного окислителя, подается через форкамеру 5 в реактор 4. В форкамеру вводится основное количество окислителя, подогретого в теплообменнике 3 до температуры поступающего в форкамеру 5 потока газовзвеси. Количество подаваемого в форкамеру окислителя регулируется так, чтобы в результате окислительных процессов температура потока газовзвеси, поступающей из форкамеры в реактор, повысилась до заданного значения 700-800^oC и поддерживалась путем закручивания потока газовзвеси в кольцевом пространстве реактора 4 на необходимом для завершения окислительной конверсии уровне.

Вследствие быстрого повышения температуры потока в реакторе происходит интенсивное разрушение перекисных групп, образовавшихся на стадии предварительного подогрева, что инициирует распад высокомолекулярного органического вещества сланца с образованием пиролизного газа, бензольных углеводородов и гетероатомных соединений серы - тиофена и его производных.

Вследствие закрученного движения потока в реакторе происходит разделение парогазовых продуктов конверсии и твердых коксовых частиц. Последние отбрасываются к стенке реактора, выпадают из потока и накапливаются в нижней, конической части реактора. Здесь выделение парогазовых продуктов завершается и пылевидный коксовый остаток через разгрузочно-смесительное устройство направляется в циклонную топку 7 для дожигания. Высокотемпературные газообразные продукты сгорания используются как теплоноситель в теплообменнике 3 для нагрева окислителя и предварительного подогрева газовзвеси пылевидного сланца в ограниченном количестве окислителя.

Смесь летучих продуктов из реактора 4 через теплообменник 8 направляется в систему охлаждения и конденсации, где происходит разделение пиролизного газа с теплотой сгорания до 8 мДж/м³ и жидких продуктов пиролиза, представляющих собой смесь ароматических углеводородов и гетероциклических соединений, например тиофена и его производных.

Пример осуществления предлагаемого способа. Перерабатывается высокосернистый горючий сланец состава, вес.%: C - 21,1; H - 3,1; S - 4,58; A - 54,6; (CO₂)_карб - 8,2.

Пылевидный сланец смешивается с воздухом в отношении 80 л на килограмм, смесь нагревается в подогревателе до 300^oC и направляется в циклонный реактор. На выходе в реактор в поток смеси дополнительно подается нагретый до 300^oC воздух в количестве 200 л на один килограмм сланца.

В результате окислительных процессов температура в реакторе возрастает до 800^oC, интенсивно протекает распад органической массы и на килограмм сланца образуется 620 л газа с теплотой сгорания 8340 кДж/м³ и 32 г газового бензина, что составляет 3,2% на сухую массу переработанного сланца.

Газовый бензин представляет собой смесь бензольных углеводородов и сернистых гетероциклических соединений - тиофена и метилтиофенов. В газовом бензине содержится, %: бензол - 60, толуол - 20, тиофен - 11,5, метилтиофен - 4,5 и ксилолы - 4. Этот продукт является тиофено-ароматическим концентратом. Выделение газового бензина из смеси неконденсирующихся газовых продуктов пиролиза осуществляется по технологии, принятой на коксохимических заводах для улавливания сырого бензола.

В описании к [2] указано, что на переработку направляется 9995 т сланца, из которых 2092 т подвергается полукоксованию и 7903 т - газификации. В результате получается 80,8 т газового бензина, состоящего из бензольных углеводородов, тиофена и его производных. Выход газового бензина составляет 0,8% на сухой переработанный сланец.

Таким образом, выход тиофено-ароматического концентрата при переработке сланца предлагаемым способом в четыре раза превышает выход аналогичного продукта по способу, описанному в прототипе.

Источники информации:
1. Патент США N 4340463.

2. Авторское свидетельство СССР N 1645286, C 10 B 53/06, 1991.

Изобретение может быть использовано для совершенствования технологии термической переработки высокосернистых горючих сланцев. Высокое содержание серы в сланцах некоторых месторождений препятствует использованию их в качестве энергетического топлива. Путем термической переработки горючих сланцев с высоким содержанием серы в органическом веществе могут быть получены гетероциклические сернистые соединения - тиофен и его производные. Задача изобретения состоит в увеличении выхода этих соединений на переработанный сланец и повышении их концентрации в летучих продуктах термической переработки сланца. Высокосернистый сланец в пылевидном состоянии в виде газовзвеси в ограниченном количестве первичного окислителя нагревают до 300^oC и выше, далее поток подогретой газовзвеси через форкамеру подают в реактор циклонного типа, при этом в форкамеру вводят дополнительно окислитель в количестве, достаточном для повышения температуры в реакторе до 700-800^oС. 1 ил.

Способ термической переработки сернистых сланцев в пылевидном состоянии, включающий предварительный подогрев смеси сланца с газоносителем в теплообменнике и последующий пиролиз смеси, отличающийся тем, что газовзвесь сланца прогревают до 300^oC или выше в окислителе, количество которого определяют из условия, чтобы на 1 кг органической массы сланца приходилось не менее 20 и не более 50 г кислорода, при этом в качестве окислителя используют воздух или смесь воздуха с перегретым паром, кроме этого, проводят в реакторе циклонного типа окислительный пиролиз подогретой газовзвеси, при этом в нее перед подачей в реактор вводят подогретый до температуры газовзвеси окислитель в количестве, достаточном для достижения температуры пиролиза 700 - 800^oC, в качестве которого используют воздух, или смесь кислорода с водяным паром, или смесь кислорода с диоксидом углерода, или воздух, обогащенный кислородом.