182594. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gyenge minőségű szén, pl. barnaszén vagy egyéb szén jellegű anyagok, tőzeg lignit vagy szénhulladék feljavítására
182594 4 A találmány tárgya eljárás és berendezés gyenge minőségű szén, például barnaszén vagy egyéb szén jellegű anyagok : tőzeg, lignit vagy szénhulladék feljavítására. A jelen szabadalmi leírásban mindezekről az anyagokról szénként fogunk beszélni. A gyenge minőségű szenek kedvezőtlen esetben akár 90 s% vizet is tartalmazhatnak. Általában azonban az ilyen szenek víztartalma 40 és 70 s% között van. A viz a szénben különböző megjelenési formákban lehet jelen: vegyileg megkötve, gélként és abszorbeált vízként. A víznek a szénből történő eltávolítása nem csupán a szállítás hatékonyságának növelése érdekében, hanem a fűtőérték fokozása és az egyéb égési tulajdonságok javítása miatt is szükséges. A vizet a szénből hevítéssel történő szárítás segítségével lehet részlegesen eltávolítani. A hevítés során a felületen levő és abszorbeált víz elgőzölög. A szénben levő víz teljes eltávolítását termikus feljavítással lehet megoldani. Általában a szárítással eltávolított víz helyett rövid idő után ismét víz abszorbeálódik a szén felületén, a termikus feljavítással eltávolított víz azonban a szénbe már nem kerülhet vissza, minthogy az anyagban a termikus feljavítás során vegyi átalakulások mennek végbe. A különböző szénfajták termikus feljavítása általában két fokozatból áll. Az első fokozat a víztelenítés, a 'második fokozat pedig a dekarboxilozás, amely oxigéntartalmú csoportok eltávolítását jelenti. A víztelenítés általában körülbelül 200 °C hőmérsékleten történik és hatására a szénben megkötött víz jelentős része eltávozik. Miután ezt a vizet a szénből kiválasztottuk, ehelyett a szén nem vesz fel később sem vizet. A dekarboxilozás a víztelenítésnél magasabb hőmérsékleten, rendszerint 300 °C fölött történik és ennek során a szénben további szerkezeti változások játszódnak le. A szén jelentős mértékben hidrofóbbá válik az oxigénben dús poláros csoportok eltávolítása következtében. A strukturális változást bizonyítja a szén petrográfiai analízise is, amelyből jól látható, hogy a barnaszén jellegzetes üveges reflektálása 300 °C fölött végzett kezelés eredményeképpen 0,35 értékről 0,7 értékre emelkedett, ami lényegében megfelel egy szubbitumenes szén reflektálási értékének. Bizonyos fajta szenek szárítása jó eredménnyel elvégezhető, a szárítás hatékonysága-azonban jóval kisebb, ha a szénnek viszonylag nagy víztartalma van, tehát az elgőzölögtetéshez szükséges látens hőt a szárítási technológia során kell biztosítani. Ezen túlmenően a szárítás során gyakorlatilag nem játszódik le változás a szén szerkezetében, így a kapott száraz termék hidrofil marad, és ha nem megfelelő körülmények között tárolják, a környezetből ismét vizet vesz fel. A szárítással kezelt szenek kalorikus értéke viszonylag alacsony marad, így csak viszonylag olcsón adhatók el, amivel esetleg a szállítási költségek már nem fedezhetők. Gyenge minőségű szenek feljavítására már létezik egy korábbi találmányunk is. Ezt írja le az 1471949 sz. 3 brit szabadalmi leírás. Az eljárás során finoman eloszlatott szénszemcséket tartalmazó vizes diszperzót szivattyúzunk egy reaktorba, ahol nyomás alá helyezzük és mintegy 150 °C hőmérsékletre hevítjük a víztelenítés elvégzéséhez. Annak érdekében, hogy a víz elgőzölgését megakadályozzuk, a nyomást a víz adott hőmérsékleten vett gőznyomásánál nagyobb értéken kell tartani. Minthogy azonban a leghatékonyabb feljavítás viszonylag magas hőmérsékleten történik, a műveleteket meglehetősen nagy nyomás mellett kell végezni ahhoz, hogy a víz végig folyékony fázisban maradjon. Tekintettel arra, hogy a szén feljavításának csak nagy mennyiségekben van értelme, az alkalmazott reaktorok igen nagyméretűek kell legyenek, és ez a nagy nyomások alkalmazása miatt az eljárás költségeit rendkívüli módon megnöveli. A jelen találmánnyal olyan eljárás és berendezés kialakítása a célunk, amely lehetővé teszi az említett hátrányok kiküszöbölését, és amelynek segítségével nagy mennyiségű, gyenge minőségű szén feljavítása biztonságosan és viszonylag olcsón elvégezhető. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy első lépésként a szenet 150 és 300 °C közötti hőmérsékletre hevítjük legalább olyan nyomás mellett, amely azonos a víz adott hőmérsékleten vett gőznyomásával, majd az anyag víztartalmát elvezetjük és következő lépésként 300 °C-nál magasabb, előnyösen azonban 400 °C-nál kisebb hőmérsékletre melegítjük, az adott hőmérséklethez tartozó gőznyomásnál kisebb nyomás mellett. A találmány szerinti eljárás nagy előnye, hogy a szénben levő víz jelentős részét viszonylag kis nyomáson, már az első lépésben el lehet távolítani anélkül, hogy a víz elgőzölögne, ugyanakkor a dekarboxilozás és a feljavítás igen jó hatásfokkal elvégezhető a második lépésben, amelyet viszonylag magas hőmérsékleten lehet elvégezni, anélkül, hogy a nyomást az adott hőmérséklethez tartozó gőznyomás fölé kéne emelni. Jelenlegi ismereteink szerint a második lépés során a hőmérsékletet nem célszerű 400 °C-nál magasabb hőmérsékletre emelni, minthogy elgázosodás léphet fel. Ha azonban valamely különleges esetben rendkívül gazdaságosnak tűnik a 400 °C-nál magasabb hőmérséklet alkalmazása, a találmány szerint nincs akadálya ilyen technológia elvégzésének sem. A találmány szerinti kezelés elvégzésekor általában jelentős mennyiségű kátrány válik ki a szénből. A kivált kátrányok önmagukban is értékesek és a vízből kinyerhetők vagy a szénből lehet őket kivonni megfelelő oldószer, például toluol segítségével. Ismeretes, hogy a barnaszén hővezető képessége rendkívül gyenge. Annak érdekében, hogy a hővezető képességet növeljük és az eljárás első lépésében a víztelenítést könnyebbé tegyük, vizet vezetünk a kezelendő szénhez. Emellett célszerű a szenet finoman eloszlatott formában, előnyösen szivattyúzható zagyként bevezetni, ami megkönnyíti az anyag kezelését és a nyomás alá helyezést is. Az első lépés elvégzése után a vizet egyszerűen elvezetjük a szénről, illetve hagyományos szétválasztást 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
