СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ И/ИЛИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В ЖИДКОЕ ТОПЛИВО (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR CONVERSION OF COAL AND/OR CARBON-CONTAINING WASTE TO LIQUID FUEL (VERSIONS)

Способ относится к области производства углеродсодержащих смесей и может быть использован для сжижения угля и/или углеродсодержащих отходов с более высокой степенью конверсии.
Известен способ сжижения каменного угля, заключающийся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащиие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду разрядным электрическим высоковольтным напряжением, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, подают ее в реактор для электроимпульсного измельчения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в водоугольной органической смеси и выделяют из смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами ожиженное топливо (Патент РФ №2391381, МКИ C10G 1/04, C10G 1/06, опубл. 10.06.2010, бюл. №16 - прототип). Однако недостаточная степень измельчения угля и/или углеродсодержащих отходов в присутствии органического растворителя и воды не позволяет получить степень конверсии сжижаемого угля и/или углеродсодержащих отходов более 90%.
Технической задачей, решаемой изобретением, является получение более высокой степени конверсии сжижаемого угля и/или углеродсодержащих отходов.
Это достигается тем, что по первому варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, подают ее в реактор для электроимпульсного измельчения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в водоугольной органической смеси и выделяют ожиженное топливо из смеси с повторно измельченным углем или углеродсодержащими отходами, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и золоотделитель и подают в реактор для электроимпульсного измельчения, на находящуюся в реакторе электроимпульсного измельчения полученную водоугольную органическую смесь воздействуют разрядом высокой частоты.
По второму варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, подают ее в реактор для электроимпульсного измельчения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в водоугольной органической смеси и выделяют ожиженное топливо из смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и золоотделитель и подают в реактор для электроимпульсного измельчения, на находящуюся в реакторе электроимпульсного измельчения полученную водоугольную органическую смесь воздействуют разрядом прямоугольной формы.
По третьему варианту в способе переработки угля и углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, подают ее в реактор для электроимпульсного измельчения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в водоугольной органической смеси и выделяют ожиженное топливо из смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и золоотделитель и подают в реактор для электроимпульсного измельчения, на находящуюся в реакторе электроимпульсного измельчения полученную водоугольную органическую смесь воздействуют биполярным разрядом прямоугольной формы.
По четвертому варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, и выделяют ожиженное топливо, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и подвергают гидродинамической обработке, гидродинамически обработанную водоугольную органическую смесь через золоотделитель подают в реактор для электроимпульсного измельчения, воздействуют на нее разрядом постоянного напряжения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси и выделяют из гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами ожиженное топливо.
По пятому варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, и выделяют ожиженное топливо, на находящуюся в реакторе для электроимпульсного измельчения полученную водоугольную органическую смесь воздействуют разрядом высокой частоты, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и подвергают гидродинамической обработке, гидродинамически обработанную водоугольную органическую смесь через золоотделитель подают в реактор для электроимпульсного измельчения, воздействуют на нее разрядом высокой частоты, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси и выделяют из гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами ожиженное топливо.
По шестому варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, и выделяют ожиженное топливо, на находящуюся в реакторе для электроимпульсного измельчения водоугольную органическую смесь воздействуют разрядом прямоугольной формы, полученную водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и подвергают гидродинамической обработке, гидродинамически обработанную водоугольную органическую смесь подают через золоотделитель в реактор для электроимпульсного измельчения, воздействуют на нее разрядом прямоугольной формы, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси и выделяют из гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами ожиженное топливо.
По седьмому варианту в способе переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающемся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, и выделяют ожиженное топливо, на находящуюся в реакторе для электроимпульсного измельчения водоугольную органическую смесь воздействуют биполярным разрядом прямоугольной формы, водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и подвергают гидродинамической обработке, гидродинамически обработанную водоугольную органическую смесь подают через золоотделитель в реактор для электроимпульсного измельчения, воздействуют на нее биполярным разрядом прямоугольной формы, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси и выделяют из гидродинамически обработанной водоугольной органической смеси с повторно измельченным углем и/или углеродсодержащими отходами ожиженное топливо.
Изобретение иллюстрируется рисунками. На фиг.1 представлена схема для первого, второго и третьего вариантов осуществления способа, на фиг.2 - для четвертого, пятого, шестого и седьмого вариантов, где 1 - реактор для электроимпульсного измельчения угля и/или углеродсодержащие отходы, 2 - привод, сочлененный со шнеком во внутренней полости левого входного участка реактора для электроимпульсного измельчения, 3 - бункер с углем и/или углеродсодержащими отходами, 4 - емкость с органическим растворителем, 5 - емкость с водой, 6, 7, 8 - «N» электроразрядных ячеек, 9, 10, 11 - соответствующие электроды, 12 - источник высокого напряжения, 13 - приеморазделительный блок, 14 - бак-накопитель ожиженного топлива, 15 - насос, 16 - золоотделитель, 17 - узел гидродинамической обработки. При осуществлении способа может быть использовано стандартное оборудование.
Способ в соответствии с вариантами первым, вторым и третьим осуществляется следующим образом (см. фиг.1). В реактор 1 для электроимпульсного измельчения, выполненного в виде металлической трубы, из бункера 3 с углем и/или углеродсодержащими отходами, емкости 4 с органическим растворителем и емкости 5 с водой подают соответственно уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2, вода - не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, посредством привода 2, сочлененного со шнеком во внутренней полости левого входного участка реактора для электроимпульсного измельчения, обеспечивают их перемещение внутри реактора 1. При этом включают источник высокого напряжения 12, обеспечивая подачу напряжения на электроды 9, 10, 11 «N»-электроразрядных ячеек 6, 7, 8. Измельчаемый уголь и/или углеродсодержащие отходы с органическим растворителем, например, остатками от перегонки нефти, и водой, проходя внутри реактора 1 по горизонтальному участку металлической трубы, испытывают воздействие соответствующего вида электрического высоковольтного разряда, которые осуществляют электроимпульсное измельчение угля и/или углеродсодержащих отходов с органическим растворителем и водой. По первому варианту воздействуют электрическим высоковольтным разрядом высокой частоты, по второму варианту - электрическим высоковольтным разрядом прямоугольной формы, по третьему - электрическим высоковольтным биполярным разрядом прямоугольной формы. Не измельченные до необходимой величины крупные фракции подают со второго выхода приеморазделительного блока 13 насосом 15 через золоотделитель 16 на входной участок реактора 1 для электроимпульсного измельчения и повторно измельчаются в реакторе. По окончании процесса измельчения, осуществляемого в течение 6-8 минут, с первого выхода приеморазделительного блока 13 в бак-накопитель 14 поступает ожиженное топливо.
Способ в соответствии с четвертым вариантом осуществляется следующим образом (см. фиг.2). В реактор 1 для электроимпульсного измельчения, выполненного в виде металлической трубы, из бункера 3 с углем и/или углеродсодержащими отходами, емкости 4 с органическим растворителем и емкости 5 с водой подают соответственно уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2, вода - не менее 5 масс.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, посредством привода 2, сочлененного со шнеком во внутренней полости левого входного участка реактора для электроимпульсного измельчения, обеспечивают их перемещение внутри реактора 1. При этом включают источник высокого напряжения 12, обеспечивая подачу напряжения на электроды 9, 10, 11 «М»-электроразрядных ячеек 6, 7, 8. Измельчаемый уголь и/или углеродсодержащие отходы с органическим растворителем, например, остатками от перегонки нефти, и водой, проходя внутри реактора 1 по горизонтальному участку металлической трубы, испытывают воздействие электрического высоковольтного разряда постоянного напряжения, которые осуществляют электроимпульсное измельчение угля и/или углеродсодержащих отходов с органическим растворителем и водой. Не измельченные до необходимой величины крупные фракции подают со второго выхода приеморазделительного блока 13 насосом 15 на вход узла 17 гидродинамической обработки, в котором за счет дробления жидкости образуются кавитационные пузырьки, и далее через золоотделитель 16 - на входной участок реактора 1 для электроимпульсного измельчения и повторно измельчаются в реакторе, при этом происходит «схлопывание» кавитационных пузырьков с выделением энергии, что способствует более тонкому измельчению угля и/или углеродсодержащих отходов, этому способствует и активация воды вследствие происходящих кавитационных процессов. По окончании процесса измельчения, осуществляемого в течение 5-7 минут, с первого выхода приеморазделительного блока 13 в бак-накопитель 14 поступает ожиженное топливо.
Способ в соответствии с вариантами пятым, шестым и седьмым осуществляется следующим образом (см. фиг.2). В реактор 1 для электроимпульсного измельчения, выполненного в виде металлической трубы, из бункера 3 с углем и/или углеродсодержащими отходами, емкости 4 с органическим растворителем и емкости 5 с водой подают соответственно уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду, при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2, вода - не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, посредством привода 2, сочлененного со шнеком во внутренней полости левого входного участка реактора для электроимпульсного измельчения, обеспечивают их перемещение внутри реактора 1. При этом включают источник высокого напряжения 12, обеспечивая подачу напряжения на электроды 9, 10, 11 «N»-электроразрядных ячеек 6, 7, 8. Измельчаемый уголь и/или углеродсодержащие отходы с органическим растворителем, например, остатками от перегонки нефти, и водой, проходя внутри реактора 1 по горизонтальному участку металлической трубы, испытывают воздействие соответствующего вида электрического высоковольтного разряда, которые осуществляют электроимпульсное измельчение угля и/или углеродсодержащих отходов с органическим растворителем и водой. По пятому варианту воздействуют электрическим высоковольтным разрядом высокой частоты, по шестому варианту - электрическим высоковольтным разрядом прямоугольной формы, по седьмому - электрическим высоковольтным биполярным разрядом прямоугольной формы. Не измельченные до необходимой величины крупные фракции подают со второго выхода приеморазделительного блока 13 насосом 15 на вход узла 17 гидродинамической обработки, в котором за счет дробления жидкости образуются кавитационные пузырьки, и далее через золоотделитель 16 - на входной участок реактора 1 для электроимпульсного измельчения и повторно измельчаются в реакторе при воздействии соответствующего вида электрического высоковольтного разряда, при этом происходит «схлопывание» кавитационных пузырьков с выделением энергии, что способствует более тонкому измельчению угля и/или углеродсодержащих отходов. По окончании процесса измельчения, осуществляемого в течение 5-7 минут, с первого выхода приеморазделительного блока 13 в бак-накопитель 14 поступает ожиженное топливо.
Технический результат подтверждается результатами проведенных сравнительных испытаний для получения сжиженного топлива при одинаковых количествах загрузочных материалов - угля и/или углеродсодержащих отходов, органического растворителя и воды, которые приведены в таблице.
Наименование показателя
При осуществлении способа согласно
прототипу
варианту 1
варианту 2
варианту 3
варианту 4
варианту 5
варианту 6
варианту 7
Степень конверсии, %
90
91
92
91
91
94
93
94
Выход жидких фракций ожиженноготоплива, %
87
88
89
88
88
89
88
89
Время, затраченное на один цикл получения ожиженного топлива, мин
>15
8
7
8
6
6
7
6
Таким образом, предлагаемые варианты способа переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо за счет воздействия при переработке на загрузочные материалы различного вида электрического высоковольтного разряда, а также использование узла гидродинамической обработки в сочетании с воздействием при переработке на загрузочные материалы различного вида электрического высоковольтного разряда обеспечивают более тонкое измельчение угля и/или углеродсодержащих отходов и получение ожиженного топлива с более высокой степенью конверсии. Кроме того, сокращается время, затрачиваемое на один цикл получения ожиженного топлива, и соответственно уменьшаются затраты электроэнергии.