186751. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gyenge minőségű szilárd fűtőanyagok minőségének javítására
1 186.751 2 A találmány tárgya új eljárás gyenge minőségű szilárd fűtőanyagok minőségének javítására 300 C feletti hőmérsékleten, víz jelenlétében végzett hevítéssel. A leírás egész&en és az igénypontokban gyenge minőségű szilárd fűtőanyagon olyan szén-tartalmú anyagokat értünk, amelyek széntartalma fotoszintézisből származik, és amelyek a szenesedés különböző fázisaiban lehetnek (úgymint biomassza, növényi anyag, hulladék, trágya, tőzeg és barnaszén). A gyenge minőségű szilárd fűtőanyag megnevezés feldeli azokat a fent jellemzett anyagokat is, amelyek már előkezeltek. Az egyszerűség kedvéért mindezeket az anyagokat ,/űtőanyag”-nak fogjuk nevezni a továbbiakban. Az ilyen fűtőanyagok rendszerint sok vizet tartalmaznak. A víz részben fizikailag abszorbeált állapotban, részben gél-szerkezet formájában megkötve, részben kémiailag kötött formában van jelen. A fűtőanyagok ezen kívül sok oxigén-tartalmú csoportot tartalmaznak. A fűtőanyagok fűtőértéke jelentősen növelhető úgy, hogy víztelenítési eljárásokkal annyi vizet távolítunk el, amennyit csak lehetséges, és dekarboxilezési módszerekkel elválasztjuk az oxigén- 4artalmú csoportok jelentős részét. Ezt az eltávolítást igen könnyen megoldhatjuk úgy, hogy az anyagot víz jelenlétében 300 °C feletti hőmérsékleten hevítjük. Dyen eljárást ismertetnek a 3.660.054 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban, mely eljárást szerint a hőkezelést 315-375 °C hőmérsékleten végzik. így a fűtőanyagban levő víz jelentős mennyisége eltávozik, és nagymértékű dekarboxileződés lép fel. A kapott fűtőanyag fűtőértéke jelentősen megnő, víztartalma pedig lecsökken. így a kiindulási anyagnál sokkal értékesebb termékhez jutunk. A hevítést víz és/vagy vízgőz jelenlétében is végezhetjük, de a víz jelenlétére feltétlenül szükség van a dekarboxilezéshez. A hőkezelés előkezeléssel is egybeköthető. Ilyen előkezeléssel egybekötött hőkezelési eljárást ismertetnek például a 1.471579. számú nagy-britanniai szabadalmi leírásban. A fűtőanyag még a kezelés előtt tartalmazhat kátrányt, ami extrahálással távolítható el belőle. A 300 °C feletti hőmérsékleten végzett hevítés bizonyos esetekben növelheti a gyenge minőségű szilárd tüzelőanyagból elkülönülő kátrány mennyiségét. Azt találtuk, hogy a hevítés során keletkező kátrány mennyisége lényegesen növelhető a tüzelőanyagban jelenlevő víz pH-jának csökkentésével. A találmány szerint a 300 °C felett, víz jelenlétében végzett hevítés előtt vagy közben savat adunk a feldolgozandó fűtőanyaghoz. Ezzel az eljárással a jóminőségű fűtőanyag mellett jelentős mennyiségű kátrányhoz is juthatunk. így a rossz minőségű tüzelőanyag több, mint 10 súly%-a kátránnyá alakítható. A képződött kátránynak legalább egy részét előnyösen elkülönítjük a javított minőségű fűtőanyagból és/vagy a javított minőségű fűtőanyag brikettezéséhez használjuk fel. A kapott kátrány jellegzetesen erősen alifás jellegű, és csak kevés poliaromás komponenst tartalmaz. A kezelés során használt sav természete nem lényeges. Szervetlen sav, így sósav vagy kénsav, vagy szerves sav, így például lignin«zulfonsav egyaránt lehet. Legelőnyösebben a hangyasav és ecetsav Alkalmazható. Aromás alkoholok, például fenol szintén használható. A kívánt eredményt akkor érjük el, ha a hefötést 300 °C feletti hőmérsékleten végjezzük. A pontos hőmérséklet a feldolgozni kívánt tüzelőanyag függvénye , és lényegesen meghaladja a 300 °C-t. A hevítés 8,3 • 10* Pa alatti nyomáson is végezhető. Ekkor a fűtőanyagból felszabaduló viz elpárolog. Ha a hevítést a viz kritikus hőmérséklete (374 °C) alatti hőmérsádeten folytatjuk, a víz elpárolgását úgy akadályozhatjuk meg, hogy olyan nyomáson dolgozunk, amely nagyobb, mint a víz gőznyomása a választott hőmérsékleten. így a fűtőanyagból felszabadult víz folyadék állapotban marad, és ilyen formában elkülöníthető a javított minőségű fűtőanyagból. A hevítés alatt a képződött kátrány egy része gőzzel vagy vízzel transzportálható, majd visszanyerhető a szállító közegből. A javított minőségű fűtőanyagban jelenlevő kátrány különböző módszerekkel, például oldószer-extrakcióval, így toluollal, szuper-kritikus extrakcióval vagy azeotróp desztillációval, gőzzel különíthető el. Előnyösen annyi 'savat adunk a fűtőanyaghoz', hogy a jelenlévő víz pH-értéke 6 vagy alacsonyabb legyen. A pH további csökkenése 3,5 és 5 közötti értékre, sok esetben a kátrány-kitermelés további növekedéséhez vezethet. Előnyösnek bizonyulhat a fűtőanyag impregnálása a savval a heyítés előtt, így a sav lecsökkenti a fűtőanyagban jelenlevő víz pH-értékét. Ennek következtében a nagyobb kátrány-tartalomhoz vezető reakciók korábban beindulhatnak. A fűtőanyagot sav-felesleg nélkül hevítve jelentősen lecsökkenthető a sav-szükséglet, és az alkalmazott berendezés korróziójának veszélye kisebb lesz. A-sav hozzáadása után előnyösen nem kezdjük meg azonnal a hevítést úgy,hogy a sav bediffundáíása a fűtőanyagba, külö csen ha az utóbbi meglehetősen nagy darabokból áU, teljesebbé válik, miközben folyik a fűtőanyag és a sav közötti reakció. Ez tovább csökkenti a szükséges sav mennyiségét. A hevítés 300 X felett,83 • 106 Pa alatti nyomáson végezve (ami azt jelenti, hogy nincs jelen víz a hevítés alatt),a savat hevítés előtt kell a fűtőanyaghoz hozzáadni. Ebben az esetben a tüzelőanyagot előnyösen előkezeljük, a víz nagyobb részének eltávolítása céljából a felhevítés előtt, majd a savat a fűtőanyag előkezelése előtt vagy alatt hozzáadjuk. Az előkezelést 150-300 °C hőmérsékleten, az adott hőmérsékleten a víz gőznyomásánál nagyobb nyomáson végezzük, és az előkezelt fűtőanyagot elkülönítjük a felszabadult víztől, mielőtt felhevitenénk 300 °C fölötti hőmérsékletre. Az ilyen eljárás nagy előnye, hogy a fűtőanyagban jelenlevő víz jelentős részét még a 300 “C-ra történő felmelegítés előtt eltávolítjuk, viszonylag alacsony nyomáson, a víz elpárologtatása nélkül, míg a 300 °C feletti hevítés során igen nagyfokú dekarboxileződés, minőség javulás á kátrányképződés lép fel, lényegesen magasabb hőmérsékleten anélkül, hogy szükség lenne a nyomás növelésére. A még jelenlévő kis mennyiségű víz elpárolgása a 300 °C feletti hőmérsékleten végzett hevítés során nem jár igazi hátránnyal. Az előzőekben ismertetetteknek megfelelően tehát a hőkezelést úgy végezzük,hogy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
