RU1776272C - Способ производства газа, используемого дл получени энергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу производства газа, пригодного дл  выработки энергии из угл . Уголь газифицируетс  в противотоке с воздушным дутьем в газификаторе , а образовавшийс  газ затем перемешиваетс  с газом, содержащим кислород, в таком соотношении, что отношение СОа/СО в образованном в результате этого газа не превышает 0,1, чтобы осуществить крекинг смолистых веществ, имеющихс  в газе. После этого газ выводитс  в доломитную или известковую шахту с целью удалени  сернистых соединений любых оставшихс  смолистых веществ и дл  газификации каких-либо сопутствующих угольных частиц, которые еще не газифицированы. 2 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к способу производства газа, пригодного дл  выработки энергии, посредством газификации угл  в противотоке с воздухом в шахте дл  того, чтобы создать газ, имеющий температуру пор дка 500°С и, кроме того, СО и N2, содержащий соединени  серы и смолистые вещества, при этом упом нутый газ подвергаетс  процессу удалени  смолистых веществ , перед тем как он проходит через доломитную или известковую шахту с целью удалени  соединений серы.

Использование угл  дл  выработки энергии в значительной степени сдерживаетс  серьезными факторами окружающей среды, св занными со сгоранием угл . Основна  проблема заключаетс  в разгрузке подкисл ющих веществ, таких как окиси серы и азота. Делались попытки в некоторой степени решить эту проблему различными стади ми, но это влечет за собой значительное увеличение затрат, причем чрезвычайно затруднительно или невозможно при обычной технологии достигнуть требуемой степени очистки, если основным приемлемым

сырьевым продуктом дл  выработки энергии  вл етс  уголь

Эти проблемы могут быть решены вначале газификацией угл , а затем выработкой энергии путем сгорани  образованного газа . Относительно легко достигнуть высокой степени очистки от серы, т.е. более 95%, при восстановлении уголь-газ, а поскольку затем производитс  сгорание газообразного топлива, это может быть выполнено таким образом, чтобы образовывалось значительно меньше окиси азота, чем это возможно в случае твердого или жидкого топлива. Газификаци  также предполагает лучшие решени  в отношении других вредных дл  окружающей среды воздействий вследствие сгорани  угл , таких как выброс ртути, полиароматических углеводородов, т желых металлов и летучей золы.

Недавно были предприн ты значительные усили  дл  разработки способа газификации угл  с целью выработки энергии, но,. как подтверждено, во всех случа х затраты весьма высоки. Основной причиной этого  вл етс  огромное потребление газа, соержащего кислород, с точки зрени  значиельных капиталовложений и относительно высокого потреблени  электроэнергии, св занного с производством кислорода; Кроме того, в большинстве газификаторов угл  10-20% образованного газа сжигаетс  в газификационном реакторе, чтобы удовлетвор ть требовани м в отношении тепла, необходимого дл  газификации, и достигнуть благопри тной температуре реакции. Простыми и дешевыми способами производства газа, пригодного дл  выработки энергии,  вл ютс  процессы газификации угл  с использованием воздуха и потреблением минимального количества угл . Уголь, в основном в виде глыб, газифицируетс  в противотоке гор чего воздушного дуть  в шахтной печи. Образованный газ имеет температуру приблизительно 500°С и благодар  невысокой температуре включает в себ  приемлемые количества смолистых веществ, а также небольшие количества несгоревшего угл  в форме частиц.

Известен способ производства газа, в котором предложено дл  термического крекинга углеводородов, имеющихс  в газе, производимом путем газификации угл , подавать газ, нагретый плазменным генератором . После частичного крекинга.газ пропускаетс  через доломитный фильтр такого типа, который используетс  в процессе Уибер-Шедерфорса. Полный крекинг оставшихс  смолистых веществ получаетс  в течение транспортировани  через фильтр, а одновременно газ очищаетс  от серы. Одна из целей изобретени  заключаетс  в дальнейшем усовершенствовании технологии , предложенной) в вышеупом нутых за вках на патент, посредством дополнительного уменьшени  потреблени  электроэнергии .

Способ согласно насто щему изобретению базируетс  на техническом приеме, указанном здесь во вводной части, и отличаетс  тем, что газ, покидающий шахту и содержащий смолистые вещества, вводитс  в камеру совместно с газом, содержащим кислород, при этом количество добавл емого кислорода регулируетс  таким образом, чтобы отношение СОа/СО в образовавшемс  в результате этого газе не превышало 0,1, причем в упом нутой камере поддерживаетс  температура пор дка 900-1200°С, по- оле этого газ вводитс  в доломитовую или известковую шахту дл  удалени  соединений серы и любых оставшихс  смолистых веществ и газификации каких-либо сопутствующих частиц угл .

Согласно одному из вариантов осущест- влени  изобретени  дл  того, чтобы достичь

температуры, благопри тной дл  крекинга, к реакционной камере подаетс  энерги . Это может быть выполнено посредством предварительного нагрева кислородсодержащего газа перед его вводом в камеру. Энерги  предпочтительно подводитс  частично путем предварительного нагрева кислородсодержащего газа и частично путем сгорани  в камере.

0 Кислородсодержащий газ предпочтительно представл ет собой воздух или воздух , обогащенный кислородом.

Дл  проведени  крекинга без плавлени  важен температурный интервал, а от5 ношение С02/СО существенно с точки зрени  очистки серы и, безусловно, с точки зрени  мощности энергии дл  производимого газа.

Дальнейшие преимущества и отличи0 тельные признаки изобретени  будут указаны в нижеследующем описании, причем далее изобретение будет представлено также посредством примера.

Газификационна  шахта имеет вид га5 зогенератора такого типа, который обычно использовалс , в частности в Англии, в течение первой половины двадцатого столети . Эти газогенераторы полностью заполн лись углем в форме кусков и в них подавалс 

0 гбрючий газ с чрезвычайно высоким содержанием смолы. В нашей конструкции генератор приводитс  в действие гор чим воздушным дутьем и после этого угольна  зола плавитс  в жидкий шлак, а также обес5 печиваетс  возможность нахождени  части угл  в виде угольной пыли, если измененный тепловой баланс компенсируетс  температурой дуть .

Преимущество, получаемое от преобра0 зовани  угольной золы в шлак, заключаетс  в том, что может быть использовано дополнительное шлакоформирующее устройство дл  контрол  композиции золы с целью производства сырьевых продуктов, например,

5 дл  цемента. Недостаток этого типа газификатора заключаетс  в том, что не все виды угл  пригодны дл  газификации при противотоке с небольшим увеличением температуры . Он применим главным образом дл 

0 угл , который преобразуетс  при нагревании в жидкую форму, либо дл  угл , который разрываетс  на мелкие частицы. Это частично компенсируетс  70% сырого угольного продукта, который может быть введен в

5 форме мелких частиц, причем описанные выше ограничени  не налагаютс  на эту данную в процентах величину.

Газ из шахты генератора смешиваетс  с воздухом, чтобы удовлетвор ть требовани м в отношении необходимого количества

кислорода дл  крекинга смолистых веществ . Воздух предпочтительно предварительно нагрет, чтобы избежать высокого содержани  С02 в газе, поскольку этб приведет к ослаблению последующего действи  по очистке от серы. Однако часть требуемой энергии может быть покрыта путем частичного сгорани  в камере. Отношение С02/СО не должно превышать 0,1, чтобы обеспечить указанное количество СОа. которое может быть допущено в газе.

Температура в камере должна находитьс  в интервале 900-1200°С, а предпочтительно должна составл ть 1100°С.

Таким образом, на одной стадии в смесительной камере имеет место перемешивание и повышение температуры в непосредственной св зи с обессеривающей шахтой, в которой после этого газ остаетс  на достаточное врем , чтобы обеспечить полный крекинг и очистку от серы. Серный фильтр представл ет собой опробованный и испытанный фильтр, используемый в процессе Уибер-Шедерфорса дл  извлечени  серы из восстановительного газа. Согласно измерени м, выполненным в этом процессе на сопоставимых газах содержание серы в выпущенном газе остаетс  неизменным, составл   20-30 частей на миллион, в то врем  как доломит используетс  полностью на глубину пор дка 6 мм, если газ остаетс  в шахте примерно 36 часов. Основна  причина того, почему полное повышение температуры газа, поступающего в фильтр, не обеспечиваетс  частичным сгоранием газа, заключаетс  в том, что газ тогда приобрел бы более высокий потенциал кислорода, наруша  при этом услови , необходимые дл  очистки от серы. Значительное преимущество очистки от серы, когда агент, служащий дл  очистки от серы, находитс  в твердой фазе (вместо нахождени , например , в виде шлака), заключаетс  в том, что активность СаО остаетс  близкой к единице , обеспечива  таким образом более полную очистку от серы и уменьшение потреблени  агента, предназначенного дл  очистки от серы.

Кроме смолистых веществ газ, покидающий газификационную шахту, содержит также измен ющиес  количества мелких частиц угл . Они захватываютс  в шахте очистки от серы и, поскольку газ слегка окисл етс  (приблизительно 5% СОа + НаО), они будут медленно газифицироватьс , поэтому доломит, когда он выведен, практически свободен от угл . Таким образом, сочетание преобразовани  золы в шлак и крекинга в доломитных фильтрах приводит к почти 100% выработке из угл .

Очищающим от серы веществом в фильтре  вл етс  необработанный доломит, который обжигаетс  в верхней части шахты. Это дополнительно дает едва ли 1% и 5 уменьшает температуру газа на 50-75°С, так что он покидает фильтр при температуре пор дка 1000°С. Очищенный газ подвергаетс  теплообмену с вход щим воздушным дутьем и покидает газификационную уста0 новку при температуре пор дка 650°С. Газификатор сконструирован дл  работы в диапазоне избыточного давлени , составл ющего 0-3 бар, в зависимости от использовани , дл  которого предназначен газ,

5 Образованный газ имеет тепловую энергию пор дка 4,6 МД/м3. Температура пламени и выпускаемое количество на единицу энергии близки к величинам, достигаемым при обычном сгорании нефти с

0 воздухом. Поэтому надо полагать, что газ должен быть весьма пригоден дл  выработки энергии.

Пример. Уголь газифицируетс  в шахте в противотоке с предварительно на5 гретым воздушным дутьем. Анализ угл  дает следующий состав: С 75.9%;Н 4.3%; О 9,4%; N 1.3%; S 0,5%; зола 8,6%; влага 4%.

Газ из шахты имеет температуру пор дка 500°С и следующий состав: CnHm 6,5%;

0 СОа 1.8%; Н20 1,4%; СО 30,0%; N2 60,2%; H2SO,1%.

Стехиометрически требуетс  29,3 м3 воздуха на 100 кг угл  дл  крекинга всего углеводорода в газе на СО и На.

5 Температура газа, покидающего доломитовую шахту после смесительной камеры составл ет 1000°С, а его состав таков: СОа 0,3%; НаО 0,1%; На 12,0%; СО 32.0%: N2 55,6%.

0 Баланс между СаО + HaS и CaS + НаО вли ет на очистку от серы и дл  стехиомет- рического случа  соотношение НаО : HaS получаетс  пор дка 180, которое обеспечивает 99% очистки от серы.

5 В случае газовой смеси в смесительной камере, имеющей композицию, соответствующую частному

СОа + НаО 0 п С02 + Н20 + СО 4-На

0 требуетс  64,1 м воздуха на 100 кг угл . Газ, покидающий доломитный фильтр, имеет температуру пор дка 1100°С и следующий состав: СОа 1,9%; СО 28.4%; Н20 1.6%; На 9.7%; Na 58.4%; H2S 0.009%. 5В этом случае степень очистки от серы

составл ет 87,5%.

Температура газа, оставл ющего устройство дл  очистки от серы, равна 1000°С (первый пример) и 1100°С (второй пример),

то температура газа до устройства дл  очистки от серы, т.е. на выходе из смесительной камеры {камера крекинга) равна 1050- 1075°Си 1150-1176°С в первом и втором примерах соответственно.

Что касаетс  примера, то после добавки стехиометрического количества воздуха отношение С02/СО в газе, который составл ет камеру смешени /крекинга, равно примерно 0.

В газе, оставл ющем устройство дл  очистки от серы, отношение С02/СО равно 0,3/32,0, т.е. примерно 0,01.

Преимущества за вленного способа состо т в том, что несмотр  иа очень низкую температуру газификации угл  (500°С) можно получить удивительно чистый гзз, таким образом дл  газификации угл  требуемс  небольшое количество энергии. Удивительно было то, что большое количество углеводе- родов, образующихс  при такой низкой температуре газификации, можно исключить путем крекинга, при этом отношение С02/СО поддерживаетс  ниже 0,1. Таким образом, можно получить газ не только при низком расходе энергии, но также частично он может быть эффективно очищен от серы в доломитовой шахте.

Claims (3)

1.Способ производства газа, используемого дл  получени  энергии, посредством газификации угл  в противотоке с воздухом в шахте с получением газа, имеющего температуру до 500°С и содержащего На, СО, Na, соединени  серы и смолистые вещества, причем газ подвергают обработке дл  удалени  смолистых веществ перед пропусканием его через доломитовую или известковую шахту, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности очистки газа от примесей, газ, покидающий шахту газификации, ввод т в камеру смешивани  дл  частичного смешивани  смолистых веществ совместно с кислородсодержащим газом, количество которого регулируют так, ч го отношение С02/СО в получаемом в результате газе не превышает 0,1, причем в упом нутой камере поддерживают температуру 900-1200°С.-

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что кислородсодержащий газ, вводимый в камеру, предварительно нагревают.

3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что кислородсодержащий газ представл ет собой воздух или обогащенный кислородом воздух.