178266. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lignit-tipusú szenek feljavítására
3 178266 4 1,860,890, 1,871,862, 2,627,497, 2,903,400 és 3,723,079. A brikettező berendezéshez szükséges nagy befektetés, a brikettezéshez szükséges sok munka és a használt kötőés/vagy bevonóanyagok viszonylag magas ára az ilyen eljárások széleskörű ipari alkalmazását meggátolta, és megakadályozta, hogy a nagykiterjedésű amerikai lignit-típusú széntelepeket a jelenlegi energiaválság enyhítésére hasznosítsák. A találmány szerinti eljárás számos problémát megold, és hátrányt leküzd, amelyeket nem sikerült megoldani a lignit-típusú szenek fizikai szerkezetének és fűtőértékének feljavítására vonatkozó ismert eljárásokkal, amelyeket abból a célból dolgoztak ki, hogy a lignittípusú szeneket ellenállóbbá tegyék az időjárás okozta, a kezelés, tárolás és szállítás közben fellépő szétmállás ellen, és alkalmasabbá tegyék azokat szilárd fűtőanyagok céljára, önmagukban vagy jóminőségű szenekkel, így bitumenes szenekkel keverve. A találmány szerint a lignit-típusú szeneket lényegileg úgy, ahogy kibányászták, kb. 20—40% nedvességtartalommal, autoklávba töltjük, és ellenőrzött ideig legalább kb. 400 C° hőmérsékleten és kb. 68 atm nyomáson tartjuk, így a szén kémiai szerkezetét hőhatásra végbemenő átalakításnak alávetjük, és az abban levő nedvességet és az illő szerves komponensek egy részét gázfázisúvá alakítjuk. Az autoklávban végzett művelet befejezése után a lignit-típusú szenet előnyösen a gázfázissal érintkeztetve lehűtjük, így a kondenzálható szerves komponensek a szén felületére rakodnak, és a feljavított szénterméket még jobban stabilizálják, mert ily módon a szén nemhigroszkópos lesz, és az időjárás okozta mállás, valamint a szállítás és tárolás alatti oxidáció iránt ellenállóbbá válik. A nem kondenzálható gázfázist elkülönítjük, ez előnyösen felhasználható mint fűtőanyag az eljárásban az autokláv fűtésére, vagy kereskedelmileg értékesíthető. Az előállított, feljavított széntermék általában kemény, fekete, fényes külsejű, belső szerkezete az eredeti beadagolt lignit-típusú szén belső szerkezetétől eltér, és fűtőértéke megnövekedett kb. 6670—7500 kgkal/kg (kb. 12 000—13 500 BTU/pound) értékre (1 BTU/pound= =0,555 54 kgkal/kg). Ezzel ellentétben egy megszilárdult lignitszén kibányászott állapotban kb. 3890 kgkal/kg fűtőértékű, míg nedvességtől mentes állapotban kb. 5720—6610 kgkal/kg fütőértékű. A találmány szerinti eljárás többi előnyét a leírás és a példák még jobban szemléltetik. A találmány szerinti eljárás alkalmazható a jobb minőségű szenekhez hasonló rétegekben található lignittípusú szenek, így a fenti definíciónak megfelelően a tőzeg és a bitumenes szenek közötti széles tartományba tartozó barnaszenek, lignitek és félbitumenes szenek feljavítására. A fenti lignit-típusú szenek kibányászott állapotban általában kb. 20—40% nedvességet tartalmaznak, és a rostálást kivéve, minden előkezelés nélkül közvetlenül autoklávba tölthetők. A kibányászott lignittípusú szenet előnyösen rostáljuk és/vagy aprítjuk, hogy a nagyobb rögöket eltávolítsuk, így könnyebben kezelhetővé válik, és az autoklávba könnyebben betölthető. A lignit-típusú szén nagysága és alakja azonban a találmány szerinti eljárás előnyös kivitelére nem kritikus. A lignit-típusú szenek nedvességének némi csökkenése következhetik be az időjárás okozta szétmállás miatt, az autoklávba történő betöltés előtti tárolás során. A lignit-típusú szenek moshatók is, és a felesleges nedvesség az autoklávba történő betöltés előtt eltávolítható. Általában azonban a lignit-típusú szeneket lényegileg bányanedves állapotban töltjük be az autoklávba. Az alkalmazott autokláv a technika állásából ismert bármely típusú autokláv lehet, amely a szükséges hő- és nyomásállósággal rendelkezik. Mivel a jelen leírás főképpen az adagokban történő autoklávos kezelésekre vonatkozik, megjegyezzük, hogy folyamatosan működő autoklávok a találmány szerinti eljárás gyakorlati kivitelezésénél ugyancsak alkalmazhatók. A lignit-típusú szenet az autoklávba töltjük, az autoklávot lezárjuk, és legalább kb. 400 C°-ra felfűtjük, mimellett a nyomás nagyobb mint 68 atm, előnyösen nagyobb mint 136 atm. Ezen a hőmérsékleten és nyomáson tartjuk az autoklávot annyi ideig, amíg a szén nedvességtartalma és a szerves komponensek egy része elpárolog, és gázfázist képez. A szén kémiai szerkezetének a hő által előidézett, ellenőrzött mértékű átalakulása és/vagy bomlása is fellép, amit további gáznemű komponensek képződése kísér, mely utóbbiak ugyancsak a gázfázisba kerülnek. Megfigyeltük, hogy az alkalmazott magasabb hőmérsékleten és nagyobb nyomáson gázcsere következtében reakció megy végbe a vízmolekulák és a gáznemű szénhidrogének és/vagy a szilárd lignit-típusú szén között, ami további, fűtőanyagként hasznosítható szénhidrogéngázok képződését eredményezi. Az autoklávos művelet alatt ugyan legalább 400 C° hőmérséklet kívánatos, de előnyösen kb. 540 C° hőmérsékletet alkalmazunk, mivel ez gyorsítja az elpárolgást és a hő által okozott szerkezeti átalakulást nagyobb, állandó szénérték eléréséhez, a tartózkodási idő az autoklávban csökken, és az eljárás hatásossága növekszik. Az autoklávban végzett művelet hőmérséklete elérheti a kb. 680 C’°-ot, de ennél magasabb hőmérséklet alkalmazása általában nem előnyös, mivel a nem kondenzálható gázok aránya a szilárd feljavított termékhez viszonyítva túl nagy lenne. Igen jó eredményeket értünk el kb. 540— 650 C° hőmérséklet és kb. 136—204 atm nyomás alkalmazásával. A használható legnagyobb nyomás kb. 224 atm. Ennél nagyobb nyomást általában nem célszerű alkalmazni, mivel az ilyen nagy nyomásoknak ellenálló autoklávok használata a gyártási költségeket igen megnövelné, ezenkívül az alacsonyabb, kb. 204 atm nyomással kapott eredményekhez hasonlítva, semmi észrevehető előnyt nem nyújt. A betöltött lignit-típusú szén tartózkodási ideje az ■autoklávban különböző lehet, ez függ a specifikus hőmérséklet-nyomás viszonytól, amit a fentiekben említett paramétereken belül tartunk, hogy a lignit-típusú szén nedvességtartalmát lényegileg teljesen, az illékony szerves komponensek elgőzölögtetését pedig részben elérjük, és a lignit-típusú szén szerkezetét a hőhatással szabályozott mértékben átalakítsuk. A hőhatásra történő szerkezeti átalakulás nem teljesen tisztázott, de valószínűleg két vagy több egyidejű kémiai reakció megy végbe a pirolízistermékek és a liginit-típusú anyag sejtszerkezetében levő gázok között. Ezeknek a szerkezetet átalakító reakcióknak a hatásai a következők: 1. a változások a fizikai jellemzőkben, ennek eredménye olyan részecskék képződése, amelyek ellenállóbbak a nedvességadszorpcióval és a szétmállással szemben; 2. változások a kémiai jellemzőkben, ennek eredménye, hogy növekszik a szénhidrogének aránya, és csökken a szén és oxigén mennyisége, amit a szén végső analízisével állapítunk meg. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
