способ и устройство электрохимической переработки углей

Формула изобретения

1. Способ электрохимической переработки углей, включающий стадию конверсии углей в растворе электролита, отличающийся тем, что конверсию проводят путем обработки электролита, представляющего собой поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, переменным электрическим током при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой.

2. Устройство электрохимической переработки углей, содержащее магнитодинамический аппарат с входным и выходным патрубками, а также систему коаксиальных трубчатых проводников, электрически соединенных последовательно, отличающийся тем, что в аппарате на пути электролита, представляющего собой поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, размещена в виде индуктора система коаксиальных трубчатых проводников, соединенных электрически последовательно с помощью проточных для электролита электрических кольцевых перемычек между собой и с источником переменного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к углехимии и предназначены для переработки углей путем ожижения в промышленных условиях.

Известны аналоги предлагаемого способа:

Способ переработки битуминозных песчаников по а.с. №401699, СССР, МПК С 10 G 01/04, БИ №41/1973.

Способ переработки углеводородного сырья, содержащего серу, золу и асфальтены, по а.с. №476752, СССР, МПК С 10 G 31/14, БИ №25/1975.

По способу переработки битуминозных песчаников, описанному в а. с. №401699, переработку углеводородного сырья для извлечения содержащейся в нем нефти осуществляют растворителем - бензином или лигроином до извлечения 80-85% от потенциального содержания с последующей сушкой и обжигом отработанного песчаника.

Так как для осуществления переработки по способу, описанному в а.с. №401699, необходимо использовать в качестве растворителей бензин или лигроин, которые сами являются продуктами переработки нефти, то это обстоятельство значительно снижает производительность продукции, полученной по описанному способу.

Способ по а.с. №476752 включает стадию конверсии асфальтенов в серусодержащий углеводородный продукт в присутствии водорода и катализатора на пористом носителе - сульфиде металла IVB, VB или VIB групп Периодической системы. Предварительно обеззоливают сырье путем экстракции селективным растворителем с получением золосодержащего рафината и асфальтенсодержащего экстракта, направляемого на стадию конверсии асфальтенов.

Так как при осуществлении способа по а.с. №476752 необходимо использовать предварительно произведенные органические растворители, водород и сульфиды титана, ванадия и вольфрама, то данный способ имеет низкую производительность. Кроме того, так как пористый носитель катализаторов, используемых по прототипу, создает высокое гидравлическое сопротивление, то данное обстоятельство дополнительно снижает производительность извлечения высокомолекулярных углеводородов.

Известен аналог предлагаемого устройства:

многофазный индукционный электрокоагулятор по патенту РФ №2077954, МПК 6 В 03 С 5/00, БИ №12/1997.

Многофазный индукционный электрокоагулятор по патенту РФ №2077954 включает корпус с входным и выходным патрубками и токоподвод, выполненный в виде тороидальных индукторов.

Индуктор, описанный в патенте РФ №2077954, обладает высоким реактивным сопротивлением, что снижает его коэффициент мощности. Кроме того, данный индуктор создает высокое гидравлическое сопротивление гидропотоку, что в итоге не позволяет обеспечить осуществление высокопроизводительного процесса.

Прототипом предлагаемого способа является способ получения жидких продуктов из угля, описанный в а.с. СССР №1648077 МПК 6 С 10 G 1/04, БИ №7/1995.

Способ по прототипу заключается в обработке угля при атмосферном давлении и комнатной температуре в водном растворе хлористого натрия водородом, образующимся при электролизе раствора электролита в течение 6-36 часов при силе тока 0,5-1 А, с последующей экстракцией полученных продуктов кипящей водой.

Так как способ по прототипу осуществляется в два этапа - обработка электролитом между электродами и экстракция кипящей водой, то есть в двух различных аппаратах, то данное обстоятельство ухудшает массогабаритные показатели оборудования для осуществления способа и снижает его производительность.

Так как обработку углей электролитом по прототипу осуществляют между электродами, то на поверхности электродов протекают известные электрохимические реакции, приводящие к образованию диэлектрического слоя и дополнительному падению напряжения, снижая энергоэффективность и производительность способа.

Прототипом заявляемого устройства электрохимической переработки углей является магнитодинамический аппарат, описанный в патенте РФ №2147555, МПК 7 С 01 D 1/04, БИ №11/2000.

Магнитодинамический аппарат, описанный в патенте РФ №2147555, содержит входные патрубки для подачи раствора и выходные патрубки для отвода продуктов электролиза, а также магнитодинамические электролизеры в виде системы коаксиальных трубчатых проводников, электрически соединенных последовательно. Он предназначен для воздействия индукционными токами на возвратно-поступательный гидропоток раствора, что также создает высокое гидравлическое сопротивление, препятствуя высокопроизводительному осуществлению процесса.

Техническим результатом, на достижение которого направлены изобретения, является увеличение производительности получения высокомолекулярных углеводородов из углей.

Для получения такого технического результата в способе электрохимической переработки углей, включающем стадию конверсии углей в растворе электролита, конверсию проводят путем обработки электролита, представляющего поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, переменным электрическим током при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой.

Отличием предлагаемого способа от прототипа является то, что конверсию углей в растворе электролита проводят путем обработки электролита, представляющего поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, переменным электрическим током при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа электрохимической переработки углеводородного сырья критерию «новизна».

Этот технический результат достигается применением устройства электрохимической переработки углей, содержащего магнитодинамический аппарат с входным и выходным патрубками, а также систему коаксиальных трубчатых проводников, электрически соединенных последовательно, отличающегося тем, что в аппарате на пути электролита, представляющего поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, размещена в виде индуктора система коаксиальных трубчатых проводников, соединенных электрически последовательно с помощью проточных для электролита электрических кольцевых перемычек между собой и с источником переменного тока.

Отличием заявляемого устройства является то, что в магнитодинамическом аппарате на пути электролита, представляющего поток водной пульпы угольной пыли в смеси с раствором хлорида натрия, размещен индуктор в виде системы коаксиальных трубчатых проводников, соединенных электрически между собой последовательно с помощью проточных для электролита кольцевых электрических перемычек и с источником переменного тока.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявленного устройства электрохимической переработки углей критерию «новизна».

Анализ патентной и научно-технической информации не позволил выявить источники, содержащие сведения об известности отличительных признаков заявляемых изобретений, что свидетельствует о соответствии заявляемых изобретений критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Конверсию угля проводят путем обработки электролита переменным током при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой. Для этого электролит, представляющий поток пульпы угольной пыли в смеси с водным раствором хлористого натрия, пропускают через проточный индуктор, соединенный с источником переменного электрического тока. Подключают переменный электрический ток. В электропроводящем растворе хлорида натрия возникает электромагнитная индукция с высоким значением ЭДС. В результате в потоке электролита индуцируются вторичные короткозамкнутые электрические токи, под действием которых осуществляется электролиз и образуется гидроксид натрия, обеспечивая в потоке пульпы угольной пыли щелочную среду и насыщение среды ионами хлора и водорода. Одновременно с указанными электрохимическими реакциями в потоке электролита осуществляется его интенсивное нагревание за счет выделения теплоты при протекании электрического тока по электрическим проводникам и при помощи индуцированных в электропроводной среде потока электролита вторичных короткозамкнутых электрических токов. При протекании описанных процессов в водной пульпе угольной пыли создается щелочная среда с насыщением ионизированным водородом при одновременном нагревании, что обеспечивает осуществление конверсии углей при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой.

Следовательно, технический результат предлагаемого способа достигается тем, что условия и необходимые компоненты для переработки углей с образованием высокомолекулярных углеводородов создаются непосредственно при осуществлении способа, за счет чего и увеличивается его производительность.

Так как процесс образования высокомолекулярных углеводородов при конверсии углей происходит в потоке непрерывно и одновременно с созданием благоприятных условий для протекания электрохимических реакций: нагреванием среды и насыщением ее ионизированным водородом и гидроксидом натрия, то производительность устройства в отличие от устройства по прототипу определяется размещением на пути электролита индуктора в виде системы коаксиальных трубчатых проводников, соединенных электрически последовательно с помощью проточных для электролита электрических кольцевых перемычек между собой и с источником переменного тока.

Для осуществления предлагаемого способа электрохимической переработки углей предлагается устройство электрохимической переработки углей.

Устройство поясняется чертежами, где представлены:

Фиг.1. Устройство электрохимической переработки углей. Общий вид сбоку.

Фиг.2 Устройство электрохимической переработки углей. Вертикальный разрез. Индуктор внутри корпуса устройства не разрезан.

Фиг.3. Индуктор устройства электрохимической переработки углей. Вертикальный разрез.

Фиг.4. Заготовка проточной кольцевой электрической перемычки с радиальными щелями до разведения кромок щелей в противоположные стороны. Вид в плане.

Фиг.5. Проточная кольцевая электрическая перемычка с радиальными щелями с разведенными кромками щелей в противоположные стороны. Вид в плане.

Устройство электрохимической переработки углей содержит магнитодинамический аппарат, в котором на пути электролита, представляющего поток водной пульпы угольной пыли с раствором хлористого натрия, размещена в виде индуктора система коаксиальных трубчатых проводников.

Устройство электрохимической переработки углей включает входную камеру 1 с входным патрубком 2 ввода электролита, снабженным резьбой 3 для присоединения штуцера гидролинии от накопителя пульпы. Торцевой отбортовкой 4 входная камера 1 крепится на верхнем торце индукционной камеры 5, содержащей индуктор 6, укрепленный с помощью диэлектрических опорных колец 7 и снабженный электрическими выводными клеммами 8 и 9 от начала и конца индуктора 6 через диэлектрическую пробку 10 в стенке индукционной камеры 5. Торцевой отбортовкой 11 индукционная камера 5 крепится на верхнем торце камеры 12, снабженной выходным патрубком 13 с резьбой 14 для присоединения штуцера гидролинии к накопителю экстракта. Трубчатый индуктор 6 состоит из системы коаксиальных трубчатых проводников 15, 16, 17 и осевого стержневого проводника 18, соединенных электрически последовательно с помощью проточных для электролита кольцевых электрических перемычек 19, 20 и 21 между собой и с источником переменного тока. Электрические выводные клеммы 8 и 9 от начала трубчатого проводника 15 и от конца осевого стержневого проводника 18 индуктора 6 выполнены в виде электроизолированных проводов 22 и 23. Проточные для электролита кольцевые электрические перемычки 19, 20 и 21 выполнены в виде плоских металлических колец с радиальными щелями 24, кромки которых раздвинуты в противоположные стороны, образуя отверстия для протекания электролита и сохраняя при этом площадь сечения перемычки, являющейся проводником для электрического тока. Фундамент 25 предназначен для установки предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Источник переменного электрического тока (на чертежах не показан) с помощью типовых электрических изолированных проводов (на чертежах не показаны) подключается к электрическим выводным клеммам 8 и 9 индуктора 6. С помощью запорно-регулирующей аппаратуры (на чертежах не показана) и насосного оборудования (на чертежах не показано) к входному патрубку 2 ввода электролита присоединяют гидролинию от накопителя электролита (на чертежах не показан) и к выходному патрубку 13 присоединяют гидролинию к накопителю и сепараторам экстракта по фракциям (на чертежах не показаны).

При включении электропитания индуктора 6 для подачи переменного тока и насосного оборудования (на чертежах не показано) по каналу камер 1, 5 и 12 через зазоры между трубчатыми проводниками 15, 16, 17 и осевым стержневым проводником 18 индуктора 6 создается поток электролита. Так как переменный электрический ток по индуктору 6 создает в зазорах между трубчатыми проводниками переменное магнитное поле, то в потоке электролита индуцируются вторичные короткозамкнутые электрические токи, под действием которых осуществляется электролиз и образуется гидроксид натрия, обеспечивая в потоке пульпы угольной пыли щелочную среду и насыщение среды ионами хлора и водорода. Одновременно с указанными электрохимическими реакциями в потоке электролита осуществляется его интенсивное нагревание за счет выделения теплоты в электропроводкой среде потока электролита вторичными короткозамкнутыми электротоками и за счет нагревания от трубчатых проводников 15, 16, 17 и осевого стержневого проводника 18 индуктора 6. Таким образом, по описанному в потоке электролита создаются необходимые условия для осуществления конверсии углей в присутствии ионов водорода при одновременной экстракции образующихся высокомолекулярных углеводородов водной средой.

Так как через индуктор 6 устройства электрохимической переработки углей с помощью типового насосного оборудования и типовой запорно-регулирующей аппаратуры (на чертежах не показаны) поддерживается непрерывный поток электролита, то процесс экстракции высокомолекулярных углеводородов осуществляется в непрерывном режиме, чем и обеспечивается повышение производительности, то есть достижение технического результата изобретения, который не может быть достигнут по прототипу или другими аналогичными способами. Кроме того, так как общая (суммарная) поверхность частиц угольной пыли в водной пульпе имеет большую площадь обработки в щелочной среде в присутствии ионов водорода, то экстракция высокомолекулярных углеводородов по описанному путем электрохимической переработки углей достигает максимума, что невозможно по прототипу.

Устройства для образования водного раствора хлористого натрия, накопления и создания напора потока водной пульпы угольной пыли к входному патрубку 2 входной камеры 1 известны, являются типовыми, применяются по своему прямому назначению, в объем данного описания изобретения не входят, поэтому на чертежах не показаны и в тексте не описаны.

Устройства и аппараты для перемещения экстракта от выходного патрубка 13, накопление и сепарация экстракта по фракциям после завершения процесса электрохимической переработки углей являются типовыми, применяются по своему прямому назначению, в объем описания изобретения не входят, поэтому на чертежах не показаны и в тексте не описаны.

Блок электропитания устройства электрохимической переработки углей, коммутационная аппаратура известны, являются типовыми, применяются по своему прямому назначению, в объем описания изобретения не входят, поэтому на чертежах не показаны и в тексте не описаны.

Материалом камер 1, 5 и 12 выбирается сталь, пассивированная к щелочам, габаритные размеры камер определяются заданной производительностью устройства и конкретными условиями эксплуатации.

Материалы трубчатых проводников 15, 16, 17 и осевого стержневого проводника 18, проточных кольцевых электрических перемычек 19, 20 и 21, электроизолированных проводов 22 и 23 выбираются из термостойких проводниковых сплавов. Соединения между трубчатыми проводниками и соответствующими проточными для пульпы кольцевыми электрическими перемычками выполняются сваркой. Количество трубчатых проводников индуктора и их геометрические размеры не ограничены и определяются заданной производительностью устройства и конкретными условиями эксплуатации.

Устройство в сборе установлено вертикально на фундамент 25, который является типовым, применяется по своему прямому назначению, поэтому на чертежах показан условно по месту выполнения.

Запорно-регулирующая аппаратура и насосное оборудование, необходимые в процессе работы устройства по описанному, являются типовыми, применяются по своему прямому назначению, в объем описания изобретения не входят, поэтому на чертежах не показаны и в тексте не описаны.

Производительность устройства электрохимической переработки углей по описанному определяется мощностью индуктора в виде системы коаксиальных трубчатых проводников, соединенных электрически последовательно с помощью проточных для электролита электрических кольцевых перемычек между собой и с источником переменного тока, а также сечением потока электролита, представляющего водную пульпу угольной пыли в смеси с раствором хлористого натрия, конкретными условиями эксплуатации, составом обрабатываемых углей, концентрацией раствора хлористого натрия и других параметров, которые определяются заданными условиями эксплуатации и могут быть предусмотрены в конкретном техническом проекте.

Пример. С помощью описанного устройства с индуктором 6 из нихрома мощностью 10 кВт, пропускающего поток водной пульпы угольной пыли Азейского месторождения Иркутской области при концентрации хлористого натрия 10% с расходом 10 литров в секунду и температуре электролита +90°С, можно экстрагировать углеводороды в водную среду при 100% конверсии исходного сырья, что невозможно аналогами и прототипом.

Экстракт, полученный на выходе заявляемого устройства электрохимической переработки углей, поступает в накопитель для последующей сепарации по фракциям известными методами с помощью известного типового оборудования в соответствии с заданными условиями эксплуатации.

Экстракт имеет преимущественно жидкую фазу, поэтому в результате сепарации на выходе устройства образуется комплекс жидких высокомолекулярных углеводородов.