185615. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kis fütöértékü aprószemcsés tüzelőanyagok nemesítésére
1 185 615 2 A találmány tárgya eljárás 25 mm-nél kisebb szemcseméretű, kis fűtó'értékű tüzelőanyagok nemesítésére, azaz fűtőértékük javítására. Ismert, hogy a 10 sűly%-nál nagyobb (elsősorban a 40 sűly%-ot meghaladó) mennyiségű kötött és/vagy szabad vizet tartalmazó szilárd tüzelőanyagok (a továbbiakban: kis fűtőértékű tüzelőanyagok) hőkezeléssel nemesíthetők. Ezek a tüzelőanyagok laza, morzsalékos szerkezetük miatt nehezen kezelhetők, és fűtőértékük lényegesen kisebb az általánosan alkalmazott tüzelőanyagok, például a kőszén és a fűtőolaj fűtőértékénél. A kis fűtőértékű tüzelőanyagok közé tartoznak például a fiatal szénfajták (így a barnaszén), a tőzeg, a lignit, a fa és a széntartalmú hulladékanyagok (például a komposzt). A fiatal szénfajták rendszerint 40-70 súly% vizet tartalmaznak, míg a tőzeg víztartalma általában 80-90 súly% lehet. Ezekben a tüzelőanyagokban a víz igen sokféle állapotban fordul elő; így például a víz belső nedvességtartalom, abszorbeált víz, a jelenlévő szerves anyagok alkotóelemét képező víz, kémiailag kötött víz (például kristályvíz) vagy potenciálisan jelenlévő víz (a tüzelőanyag nemesítésekor felszabaduló, kémiailag kötött oxigénből és hidrogénből képződő víz) lehet. A tüzelőanyagok fűtőértékének növelése és kezelhetőségének javítása érdekében a tüzelőanyagok víztartalmát meghatározott százalékos értékhatár alá kell csökkenteni, és a víz fölöslegét el kell távolítani a tüzelőanyagokból. E kezelés hatására javulnak a tüzelőanyag égési jellemzői, és ugyanakkor csökkennek a tüzelőanyag szállítási költségei. A kis fűtőértékű tüzelőanyagok nemesítésére számos eljárást dolgoztak ki, amelyek közül a legelterjedtebben a hőkezeléses módszereket alkalmazzák. A hőkezeléses nemesítés például a következő módszerekkel hajtható végre: a) A tüzelőanyagból atmoszferikus nyomáson, 150°C- nál alacsonyabb hőmérsékleten végzett szárítással eltávolítják és elpárologtatják a belső nedvességtartalmat és az abszorbeált vizet. Ez az eljárás viszonylag nagy mennyiségű (a párolgáshő biztosításához szükséges) energia befektetését igényli, és a legtöbb esetben csak a víztartalom egy részének eltávolítására alkalmas. A tüzelőanyag az így eltávolított vizet rendszerint az idő előrehaladtával újból felveszi. b) A tüzelőanyagot olyan körülmények között (előnyösen 150—250 °C-on) hőkezelik, amelynek hatására a tüzelőanyagból eltávozik a kémiailag kötött víz, és ezt a vízmennyiséget a tüzelőanyag a későbbiekben sem veszi fel. A hőkezelés során az eltávolítandó vizet elpárologtatják (ez a módszer a párolgáshő biztosításához szükséges további energia befektetését igényli); az eljárást azonban olyan nyomáson is végezhetik, amelyen az eltávolított víz folyékony halmazállapotú marad. Az utóbbi esetben fizikai módszerekkel különítik el egymástól a szilárd és a folyékony fázist. c) A tüzelőanyag hőkezelését olyan erélyes körülmények között is végezhetik, amelyek mellett a jelenlévő szerves anyagok, például sók, savak és észterek részleges bomlást szenvednek (például széndioxid felszabadulása közben dekarboxileződnek). Az oxigén tartalmú csoportot (például karboxil-csoportot (-COOH/) tartalmazó szerves anyagokból (például az R-COOH általános képletű vegyületekből) széndioxid hasadhat le, és ezzel egyidőben a hidrogén a molekula fennmaradó részéhez 2 kapcsolódik (például R—COOH-----► RH + C02). Ez a bomlási folyamat magasabb — rendszerint 350 °C-ot meghaladó — hőmérsékleten zajlik le, és jelentős változást idéz elő a tüzelőanyag szerkezetében. A dekarboxi- 5 lezés hatására például az eredetileg hidrofil jellegű tüzelőanyag hidrofóbbá válik, mert a dekarboxilezés hatására a tüzelőanyag hidrofil jellegét biztosító oxigéntartalmú poláris csoportok megszűnnek. Ha a hőkezeléses nemesítést vízt jelenlétében (azaz a 10 víz adott hőmérséklethez tartozó gőznyomásánál nagyobb nyomáson) végzik, a gázfejlődés - ami elsősorban a tüzelőanyagban lévő szerves anyagok dekarboxileződésének tulajdonítható — már 300 °C-on megindul; ezzel szemben a „száraz” körülmények között (azaz a víz 15 adott hőmérséklethez tartozó gőznyomásánál kisebb nyomáson) végzett nemesítés során 400 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleteken csak jelentéktelen mennyiségű gáz fejlődik. Korábban már számos módszert javasoltak a nemesí- 20 tési eljárások gazdaságosságának fokozására. Az 1 471 949 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás például iszapképzéses nemesítési eljárást ismertet; ekkor a finomszemcsés tüzelőanyagot vízzel keverik össze, és a kapott szivattyúzható iszapot a kívánt mértékű nemesedés lezajlásáig nagy 25 nyomáson hevítik. Noha ez az eljárás számos előnnyel rendelkezik és a szakmai körökben széleskörű érdeklődést váltott ki, hátránya, hogy az iszapképzéshez felhasznált vizet is fel kell melegíteni a nemesítés hőmérsékletére. 30 A találmány szerinti eljárás rögzített ágyas nemesítési eljárásra vonatkozik. A rögzített ágyas eljárások során (amelyek önmagukban ismertek) a tüzelőanyagból nem képeznek szivattyúzható iszapot, hanem a tüzelőanyagot lényegében víz hozzáadása nélkül hevítik rögzített ágy- 35 ban olyan körülmények között, hogy a tüzelőanyagból eltávolított víz folyékony halmazállapotú maradjon. A leírásban a „rögzített ágyas eljárás” megjelölésen minden olyan eljárást értünk, amelynek során a szilárd tüzelőanyagot egyedi töltet vagy folyamatos anyagáram 40 formájában hevítik anélkül, hogy a tüzelőanyagból előzetesen víz bekeverésével szivattyúzható iszapot képeztek volna. Ezek az eljárások például rögzített ágyas, mozgó ágyas vagy fluid ágyas műveletek lehetnek. Az ismert rögzített ágyas nemesítési eljárások közül 4b példaként a Fleissner-eljárást említjük meg, amelynek során a szilárd tüzelőanyagot reaktorba töltik és ott felhevítik [1 632 829 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás; Industrial and Engineering Chemistry 22, No. 12, 1347-1360 (1930. december)]. A rögzített 50 ágyon elhelyezett tüzelőanyagot úgy hevítik fel, hogy a reaktorba telített vízgőzt vezetnek. A nemesítés során a bevezetett vízgőz egy része kondenzál. A kondenzált vízgőz a tüzelőanyagból eltávolított vízzel együtt átszivárog a rögzített ágyon, és a reaktor alján távozik. 55 Ezt az eljárást viszonylag széles körben alkalmazzák a gyakorlatban. A találmány olyan nemesítési eljárásra vonatkozik, amelyben a hevítés során folyékony halmazállapotú víz van jelen, a víz mennyisége azonban olyan kis érték, hogy a hevített töltet fázisállapotát nem be- 60 folyásolja, azaz a kezelés szilárd fázisú tölteten megy végbe. A Fleissner-típusú rögzített ágyas eljárásokban a tüzelőanyagot a lehető legegyenletesebb szemcseméretű töltet formájában kell felhasználni. A tüzelőanyag szem- 65 cseméretének felső határát az a követelmény szabja meg,
