CS220057B1 - A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process - Google Patents
A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process Download PDFInfo
- Publication number
- CS220057B1 CS220057B1 CS545281A CS545281A CS220057B1 CS 220057 B1 CS220057 B1 CS 220057B1 CS 545281 A CS545281 A CS 545281A CS 545281 A CS545281 A CS 545281A CS 220057 B1 CS220057 B1 CS 220057B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- gas
- coal
- reactor
- separator
- reaction
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Vynález se týká oblasti zplyňování uhlí na syntézní nebo topný plyn a řeší zhospodárnění konverze. Uhlí je ve formě prášku dávkováno do horní části reakční zóny, kde se zahřeje na reakční teplotu a vzniklá směs postupuje souproudně reakční zónou směrem dolů, přičemž po celé délce reakční zóny dochází k intenzívní výměně tepla mezi plynem a tuhou fází. Reaktor a odlučovač tvoří jedno těleso, reaktor je od odlučovače oddělen přepážkou, opatřenou spojovacím potrubím. Odvod plynu z odlučovače je umístěn výše než dolní konec spojovacího potrubí.The invention relates to the field of coal gasification into synthesis or fuel gas and solves the problem of cost-effective conversion. Coal is dosed in powder form into the upper part of the reaction zone, where it is heated to the reaction temperature and the resulting mixture proceeds cocurrently through the reaction zone downwards, with intensive heat exchange between the gas and the solid phase occurring along the entire length of the reaction zone. The reactor and the separator form a single body, the reactor is separated from the separator by a partition provided with a connecting pipe. The gas outlet from the separator is located higher than the lower end of the connecting pipe.
Description
Vynález se týká způsobu zplyňování uhlí pomocí plynu obsahujícího kyslík a zařízení k provádění tohoto způsobu, a to za účelem výroby vodíku a kysličníku uhelnatého, kterých je možno použít k chemickým nebo topným účelům.The invention relates to a process for the gasification of coal by means of an oxygen-containing gas and to an apparatus for carrying out the process for the production of hydrogen and carbon monoxide which can be used for chemical or heating purposes.
Zplyňování uhlí je vhodné především pro méně hodnotné uhlí typu lignit nebo hnědé uhlí, přičemž vlastní zplyňování probíhá v autotermním reaktoru při teplotách 1300 — 2200 °C a tlaku 0,1 — 6 MPa. Za těchto podmínek vzniká plyn s vysokým obsahem Hž a COz, bez dehtovitých látek a s velmi nízkým obsahem metanu. Při zplyňování probíhají tepelně téměř neutrální pyrolyzní reakce, silně exotermní spalovací reakce a silně endotermní zplyňovací reakce.Coal gasification is particularly suitable for less valuable lignite or brown coal, while the gasification itself takes place in an autothermal reactor at temperatures of 1300 - 2200 ° C and pressures of 0.1 - 6 MPa. Under these conditions, a gas with a high H 2 and CO 2 content is produced, free of tarry substances and a very low methane content. The gasification process involves thermally almost neutral pyrolysis reactions, strongly exothermic combustion reactions and strongly endothermic gasification reactions.
Pro zplyňování uhlí při uvedených reakčních podmínkách se v průmyslové praxi používá v podstatě dvou způsobů.Basically, two processes are used for the gasification of coal under the above reaction conditions.
Při prvém způsobu je uhlí dávkováno do reaktoru ve formě kapalné směsi s vodou. Reakční směs pak proudí reaktorem směrem dolů, opouští reaktor ve spodní části a prochází aparátem, ve kterém dochází k odloučení popela a ochlazení plynu nepřímým způsobem.In the first process, the coal is fed into the reactor as a liquid mixture with water. The reaction mixture then flows down the reactor, leaving the reactor at the bottom and passing through an apparatus in which the ash is separated and the gas is cooled indirectly.
Tento způsob zplyňování má termodynamickou nevýhodu v tom, že odparem vody se odebírá takové množství tepla, že u méně výhřevných druhů uhlí není možné udržet výhodné rozmezí reakčních teplot bez enormní spotřeby kyslíku a ztráty uhlíku.This type of gasification has the thermodynamic disadvantage that the evaporation of water takes away so much heat that it is not possible to maintain the preferred reaction temperature range for less heating coal types without enormous oxygen consumption and carbon loss.
Při druhém způsobu je uhlí dávkováno do reaktoru ve formě prášku. Vstup uhlí je umístěn ve středu nebo ve spodku reaktoru.In the second process, the coal is fed to the reactor as a powder. The coal inlet is located in the center or at the bottom of the reactor.
Prostor okolo nástřiku a pod nástřikem je využíváno k uskutečnění pyrolyzních a spalovacích reakcí, prostoru nad nástřikem pak k uskutečnění zplyňovacích reakcí.The area around and below the feed is used to carry out pyrolysis and combustion reactions, and the area above the feed is used to carry out gasification reactions.
V místě vstupu uhlí dochází k odlučování plynné a tuhé fáze (tj. popela], která padá dolů a ve formě roztavené strusky s vysokou teplotou odtéká mimo reaktor. Vzniklý plyn stoupá nahoru a opouští reaktor vrchem.At the inlet of the coal, the gaseous and solid phase (i.e., ash) separates, which falls down and flows out of the reactor in the form of molten high-temperature slag, leaving the reactor rising and leaving the reactor at the top.
Uvedené uspořádání má podstatnou nevýhodu v tom, že při tomto uspořádání není možné využít zjevného tepla odcházející strusky k uskutečnění endotermních zplyňovacích reakcí. Protože zjevné teplo plynu v horní části nestačí pokrýt tuto potřebu teplem, musí se volit rychlost proudícího plynu tak, aby stoupající plyn unášel sebou cca 20 — 50 % hmotnostních tuhé fáze (vztaženo na nastřikované uhlí], která tak tvoří teplonosič. Unášená tuhá fáze však obsahuje nezreagovaný uhlík, a proto je nutno ji v následujících stupních odloučit a vrátit do reaktoru.This arrangement has the significant disadvantage that in this arrangement it is not possible to utilize the apparent heat of the slag to carry out endothermic gasification reactions. Since the apparent heat of the gas in the upper part is not sufficient to cover this need with heat, the velocity of the flowing gas must be selected so that the rising gas entrains about 20-50% by weight of the solid phase (based on the injected coal) forming the heat carrier. it contains unreacted carbon and must therefore be separated and returned to the reactor in subsequent stages.
Uvedené nevýhody odstraňuje v podstatné míře způsob zplyňování podle vynálezu, jehož podstatou je, že uhlí je ve formě prášku pneumaticky dávkováno do horní části reakční zóny, kde se zahřeje na reakční teplotu a vzniklá směs se pohybuje souproudně směrem dolů, přičemž po celé délce reakční zóny dochází k intenzívní výměně tepla mezi plynou a tuhou fází. Vynález lze provádět tak, že se z reakčního plynu odstraňuje převážná většina popela urychlením reakční směsi zúžením průtočného profilu a pak následnou změnou směru plynu o 180°. Vynález lze provádět též i tak, že se reakční plyn chladí přimícháváním chladnější vodní páry vzniklé odparem vody, do které padá horký popel, přičemž voda je umístěna ve vodní části odlučovací zóny.The above-mentioned disadvantages are substantially eliminated by the gasification process according to the invention, which is characterized in that the coal in the form of powder is pneumatically metered into the upper part of the reaction zone where it is heated to the reaction temperature. there is an intense heat exchange between the gas and the solid phase. The invention can be carried out by removing the vast majority of the ash from the reaction gas by accelerating the reaction mixture by narrowing the flow profile and then subsequently changing the gas direction by 180 °. The invention can also be carried out by cooling the reaction gas by admixing the cooler water vapor produced by the evaporation of water into which the hot ash falls, the water being located in the water part of the separation zone.
Pro zplyňování jsou nejvýhodnější reaktory s unášeným ložem, ve kterých plynná fáze i tuhá prochází reaktorem velkou rychlostí, přičemž část tuhé fáze odchází s reakčním plynem z reaktoru ven a musí být vrácena zpět.Driven bed reactors are most preferred for gasification in which both the gas phase and the solid phase pass through the reactor at high speed, with some of the solid phase leaving the reactor gas out of the reactor and must be returned.
Dosažení nejintenzívnější výměny tepla a odloučení převážné většiny tuhé fáze je realizováno zařízením k provádění způsobu podle vynálezu, tvořené reaktorem a odlučovačem, jehož charakteristikou je, že reaktor a odlučovač tvoří jediné těleso, přičemž reaktor je od odlučovače oddělen přepážkou opatřenou spojovacím potrubím a odvod plynu z odlučovače je umístěn výše, než dolní konec spojovacího potrubí.Achieving the most intensive heat exchange and separating the vast majority of the solid phase is accomplished by a reactor and separator device according to the invention, characterized in that the reactor and the separator form a single body, the reactor being separated from the separator by a baffle and the separator is located higher than the lower end of the connecting pipe.
Způsob a zařízení podle vynálezu má tyto výhody:The method and apparatus of the invention have the following advantages:
protože se jednak pro reakci používá práškové uhlí a nikoliv směs uhlí a vody a jednak v maximální míře využívá pro reakční účely tepelný obsah roztaveného popela tím, že jeho veškeré množství je ve styku s plynnou fází po celé délce reaktoru, takže se využívá pro endotermní zplyňovací reakce nejen zjevného tepla plynu, ale i zjevného tepla veškerého popela z uhlí a dosahuje se vysokých výstupních teplot plynu jež způsobují vysoký výtěžek vodíku a kysličníku uhelnatého.since, on the one hand, pulverized coal is used for the reaction and not the mixture of coal and water, and, on the other hand, it utilizes the thermal content of the molten ash to the maximum extent by contacting all of it with the gas phase over the reactor; the reaction not only of the apparent heat of the gas, but also of the apparent heat of all the ash from the coal, and high gas outlet temperatures are achieved which cause high yields of hydrogen and carbon monoxide.
Teoretický rozbor zplyňování uhlí ukázal, že přítomnost tuhé fáze má velký význam pro dosažení konečné teploty reakční směsi, která musí být dostatečně vysoká (cca 1300 — 1600°C), aby se dosáhlo optimálního výtěžku vodíku a kysličníku uhelnatého. Podle vynálezu se tuhá fáze v okolí hořáku ohřeje na vysokou teplotu (cca 1800 až 2|200°Cj a v zóně endotermních zplyňovacích reakcí pak předává teplo plynu, tj. působí jako teplonosič. Svou přítomností navíc příznivě snižuje teplotu hořáku, a tím i tepelné ztráty do stěn reaktoru. Snížení maximální teploty vede dokonce k tomu, že u méně hodnotných uhlí není nutné používat chladící páru. Je přirozené, že nejvyššího efektu se dosáhne tehdy, je-li využito tepla veškerého popela a po celé délce reaktoru. Lze to zajistit tehdy, proudí-li plynná i tuhá fáze souproudně směrem od shora dolů a je ve styku po celé délce reaktoru.Theoretical analysis of coal gasification has shown that the presence of a solid phase is of great importance for reaching the final temperature of the reaction mixture, which must be sufficiently high (about 1300 - 1600 ° C) to achieve optimum yield of hydrogen and carbon monoxide. According to the invention, the solid phase in the vicinity of the burner is heated to a high temperature (approx. 1800 to 200 ° Cj) and in the zone of endothermic gasification reactions it transfers heat of gas, ie acts as a heat carrier. The lowering of the maximum temperature even makes it unnecessary to use cooling steam for less valuable coal, and it is natural that the greatest effect is achieved when the heat of all ash is utilized and over the length of the reactor. if both the gaseous and solid phases co-flow from top to bottom and are in contact over the entire length of the reactor.
Na připojeném výkresu je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu.The attached drawing shows an exemplary embodiment of the device according to the invention.
Reaktor 8 opatřený přívodem 1 práškového uhlí, přívodem 2 kyslíku, nebo kyslíkem bohatého vzduchu a hořákem 7 tvoří s odlučovačem 10, opatřeným odvodem 3 plynu, odvodem popela, vodní částí 11 s přívodem 5 a odvodem 6 vody jedno těleso. Obě části jsou od sebe odděleny přepážkou 12 se spojovacím kanálem 9.The reactor 8 provided with pulverized coal inlet 1, oxygen inlet 2 or oxygen-rich air and the burner 7 forms, with a separator 10 provided with gas outlet 3, ash outlet, water part 11 with inlet 5 and water outlet 6, one body. The two parts are separated from one another by a partition 12 with a connecting channel 9.
Způsob podle vynálezu je podrobně vysvětlen v následujícím příkladu zplyňování lignitu kyslíkem.The process of the invention is explained in detail in the following example of gasification of lignite with oxygen.
PříkladExample
Způsob podle vynálezu je provozován na zařízení podle vynálezu, znázorněném na připojeném výkresu.The method of the invention is operated on the apparatus of the invention shown in the accompanying drawing.
Práškový lignit je dopravován pneumaticky kysličníkem uhličitým přívodem 1 do hořáku 7 umístěným v horní části reaktoru 8. V hořáku je uhlí parciálně oxidováno kyslíkem přiváděným přívodem 2. Specifikace lignitu a kyslíku, dále pak jejich vzájemný poměr je uveden v tabulce 1.Powdered lignite is conveyed pneumatically by carbon dioxide inlet 1 to a burner 7 located at the top of the reactor 8. In the burner, coal is partially oxidized by oxygen supplied through inlet 2. Specifications for lignite and oxygen, and their relative ratios are shown in Table 1.
Na výstupu z hořáku 7 dochází k pyrolyzním a spalovacím reakcím, při kterých se v okolí plamene zvyšuje teplota na 1800 až 2000 °C. Vysoká teplota způsobuje roztavení popela a velmi urychluje pyrolyzní a spalovací reakce. Vyhřátá reakční směs pak proudí reaktorem 8 směrem dolů, přičemž dochází k intenzívní výměně tepla mezi plynnou a tuhou fází. Struska se přitom ochlazuje a svým zjevným teplem pomáhá jednak urychlit a jednak uskutečnit žádoucí endotermní reakce v potřebné míře a potřebnou rychlostí. Při použití podmínek uvedených v tabulce 1 se dosáhne tímto způsobem teploty cca 1400 °C.At the outlet of the burner 7 pyrolysis and combustion reactions occur, during which the temperature around the flame rises to 1800 to 2000 ° C. High temperature causes melting of ash and greatly accelerates pyrolysis and combustion reactions. The heated reaction mixture then flows down the reactor 8, with intense heat exchange between the gaseous and solid phases. The slag cools and, by its apparent heat, helps both accelerate and carry out the desired endothermic reactions to the required extent and at the required rate. Using the conditions given in Table 1, a temperature of about 1400 ° C is achieved.
Reakční směs opouští zónu reaktoru 8 v jeho spodní části a prochází spojovacím potrubím 9 do odlučovače 10 strusky, bezprostředně navazujícího na reakční zónu a umístěného s reakční zónou v jediném tělese a odděleného od reakční zóny přepážkou 12, V odlučovači 10 dochází k oddělení strusky od plynu a k ochlazení plynu.The reaction mixture leaves the reactor zone 8 at the bottom thereof and passes through a connecting line 9 to a slag separator 10 immediately adjacent to the reaction zone and located with the reaction zone in a single body and separated from the reaction zone by partition 12. and to cool the gas.
Odloučení strusky z cca 95 % hmotnostních se výhodně provádí kombinací urychlení plynu ve spojovacím potrubí 9 a změnou jeho směru o 180° tím, že konec spojovacího potrubí 9 je umístěn níže než odvod 3 plynu. Podstatně rozdílné průřezy spojovacího potrubí 9 a odlučovače 10, které vedou k snížení rychlosti plynu ve směru k odvodnímu hrdlu, způsobuje dále intenzivnější separaci popela.The slag separation of about 95% by weight is preferably carried out by combining the acceleration of the gas in the connecting pipe 9 and changing its direction by 180 ° by placing the end of the connecting pipe 9 lower than the gas outlet 3. Substantially different cross-sections of the connecting pipe 9 and the separator 10, which lead to a reduction in the gas velocity in the direction of the outlet throat, further cause more intense ash separation.
Převážná část strusky padá v odlučovači 10 do vody nacházející se ve vodní části 11 odlučovače 10, ve které se granuluje a periodicky se odpouští potrubím 4. Při styku s vodou se struska chladí a způsobuje odpař vody, který pomáhá při ochlazování reakční směsi. Nízká teplota vody (cca 200°C) je zajišťována cirkulací vody přívodem 5 a odvodem 6.The bulk of the slag falls in the separator 10 into the water located in the water portion 11 of the separator 10, in which it is granulated and periodically discharged through line 4. On contact with water, the slag cools and causes water evaporation to assist in cooling the reaction mixture. Low water temperature (approx. 200 ° C) is ensured by water circulation through inlet 5 and outlet 6.
Popsaným způsobem lze dosáhnout při použití uhlí o specifikaci uvedené v tabulce 1, výtěžku a účinností, které jsou uvedeny v tabulce 2.Using the coal described in Table 1, the yield and efficiency shown in Table 2 can be achieved as described.
T a b u 1 k a 1T a b u 1 k a 1
Specifikace uhlí, kyslíku a hmotnostních poměrůSpecification of coal, oxygen and weight ratios
Složení uhlí:Coal composition:
hořlavina — 59,73 % hmotnostních vlhkost — 8,00 % hmotnostních popel —32,37 % hmotnostníchcombustible - 59.73% by weight humidity - 8.00% by weight ash - 32.37% by weight
Složení hořlaviny:Composition of combustible material:
uhlík — 68,00 % hmotnostních vodík — 5,5 % hmotnostních kyslík — 22,00 % hmotnostních síra — 3,0 % hmotnostních dusík — 1,5 % hmotnostníchcarbon - 68,00% hydrogen - 5,5% oxygen - 22,00% sulfur - 3,0% nitrogen - 1,5%
Složení kyslíku:Oxygen composition:
kyslík — 98,0 % hmotnostníchoxygen - 98.0% by weight
Poměr kyslíku k uhlí: — 0,48 : 1Oxygen to coal ratio: - 0.48: 1
Tabulka 2Table 2
Výtěžky a účinnosti zplyňování výtěžek H2 +CO — 1 Nm3/t uhlíYields and gasification efficiency yield H2 + CO - 1 Nm 3 / t coal
Složení suchého plynuDry gas composition
H2 — 27,5 % molovýchH2 - 27.5 mol%
CO — 59,5 % molovýchCO - 59.5 mol%
CO2 — 10,5 % molovýchCO2 - 10.5 mol%
CH4 — 0,1 % molových konverze uhlíku >98 % účinnost chem. vázaného tepla 78 % max.CH4 - 0.1 mole% carbon conversion> 98% chemically bound heat efficiency 78% max.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS545281A CS220057B1 (en) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS545281A CS220057B1 (en) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS220057B1 true CS220057B1 (en) | 1983-03-25 |
Family
ID=5399463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS545281A CS220057B1 (en) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS220057B1 (en) |
-
1981
- 1981-07-16 CS CS545281A patent/CS220057B1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101432401B (en) | Gasification system and its application | |
| EP2462088B1 (en) | Process for the production of methane | |
| US5478370A (en) | Method for producing synthesis gas | |
| BRPI0920029B1 (en) | PROCESS FOR DIRECT REDUCTION OF IRON ORE | |
| CN102585947B (en) | A kind of method and apparatus that is contained the gas of methane by coal preparation | |
| CN103571541B (en) | A catalytic gasification method for co-production of methane and tar | |
| JP2016524654A (en) | Blast furnace and blast furnace operating method | |
| NO309520B1 (en) | Process for the preparation of carbon monoxide-rich gas | |
| US20100162626A1 (en) | Adiabatic reactor and a process and a system for producing a methane-rich gas in such adiabatic reactor | |
| CA2330302A1 (en) | Method and apparatus for the production of synthesis gas | |
| JP3594898B2 (en) | Method and apparatus for utilizing smelting reduction furnace gas | |
| JPS63297209A (en) | Manufacture of carbon monoxide | |
| CN105263891B (en) | Method and apparatus for recycling methane | |
| JPS5921915B2 (en) | Hydrogen gasification method | |
| US4201571A (en) | Method for the direct reduction of iron and production of fuel gas using gas from coal | |
| CA1092783A (en) | Gasification process with zinc condensation on the carbon source | |
| GB2086411A (en) | Efg process | |
| JP3904161B2 (en) | Method and apparatus for producing hydrogen / carbon monoxide mixed gas | |
| JP5827511B2 (en) | Coal gas production method and methane production method | |
| US4261856A (en) | Ammonia synthesis gas production | |
| CS220057B1 (en) | A method for coal gasification and apparatus for carrying out this process | |
| JP4438791B2 (en) | Ammonia production method and apparatus | |
| GB2187751A (en) | Integrated synthesis gas production | |
| US3088816A (en) | Method and apparatus for the dry ash generation of hydrogen and carbon monoxide gases from solid fuels | |
| US4253986A (en) | Ammonia synthesis gas production |