RU2047650C1 - Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ - Google Patents
Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2047650C1 RU2047650C1 RU93045100A RU93045100A RU2047650C1 RU 2047650 C1 RU2047650 C1 RU 2047650C1 RU 93045100 A RU93045100 A RU 93045100A RU 93045100 A RU93045100 A RU 93045100A RU 2047650 C1 RU2047650 C1 RU 2047650C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasification
- coal
- plasma
- synthesis gas
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Использование: в технологических процессах, использующих синтез газ, например в металлургии, в теплоэнергетике и в химической промышленности. Сущность изобретения: процесс газификации осуществляют в три стадии. Две стадии ведут в трубчатых теплообменниках газификационной колонны. Третью заключительную стадию проводят в обьеме плазмореактора одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза. Перед газификацией подготовку угля осуществляют путем диспергирования в метаноловой воде. Угольную суспензию нагревают перед первой стадией газификации до 500 600 К в потоке отходящих из газификационной колонны дымовых газов. Перед второй стадией ее нагревают до 1200 1400 К в потоке синтез газа, отводимого из плазмореактора. 2 з. п. ф-лы. 1 ил.
Description
Изобретение относится к термической переработке каменного угля, в частности к плазмотермическому способу переработки угля в синтез-газ.
Изобретение может быть использовано в энергетике при производстве электроэнергии и тепла, в металлургии при выплавке металла и в химической промышленности при производстве синтетического топлива или любых других материалов на основе углерода.
Основное внимание при создании указанных процессов уделяют их интенсификации в сочетании с малыми капитальными и эксплуатационными затратами. Эта цель может быть достигнута в первую очередь за счет увеличения температуры и давления в реакционной зоне и, как следствие, уменьшения времени пребывания перерабатываемого сырья в ней, а также за счет комплексного использования тепловой энергии всего процесса в целом.
Известен способ термической переработки твердого топлива, включающий двухступенчатый пиролиз исходного угля в вихревых камерах с образованием газовзвеси, состоящей из коксика и пирогазовых продуктов, которую дополнительно охлаждают путем непосредственного омывания водой до 20-80оС с целью получения коксико-смоло-водяной суспензии. При этом часть коксика перед процессом охлаждения отбирают в горячем состоянии, а оставшуюся парогазовую смесь после охлаждения перерабатывают, извлекая из нее ценные продукты, и затем сжигают в котлах-утилизаторах или используют для других целей. Получаемый данным способом пиролизный газ имеет следующий состав, CO2+H2S 27,0; CO 12,2; H2 22,3; CH4 29,2; C2H4 5,6; N2 3,5. Теплотворная способность полученной суспензии при отборе большого количества коксика может составлять 5000 ккал/кг. (См. А.С. СССР N 798159, М. кл. С 10 B 49/12).
Однако полученный данным способом пиролизный газ сильно забалластирован и поэтому без соответствующей переработки малопригоден для использования. Использование же коксико-смоло-водной суспензии в топочных котлах электростанций усложняет последние и не приносит существенного выигрыша. К тому же доставка коксико-смоло-водной суспензии потребителю, как и ее аккумулирование, требует дополнительных затрат и совершенно неприемлемы в суровых климатических условиях.
Известен другой способ газификации углей с помощью электродугового разряда, в котором с целью снижения энергозатрат и увеличения степени газификации угля используют дополнительный поток пылегазовой смеси, вводимой в плазмореактор ниже дуговой зоны последнего. В качестве газифицирующего агента в данном способе используют водяной пар, воздух, кислород и двуокись углерода, вводимые в основной и дополнительный потоки одновременно с измельченным реагентом (углем) при более низкой температуре, чем температура, необходимая для газификации. (См. А.С. СССР N 1699152, A1 M. кл. C 10 J 3/18).
Использование в данном способе дугового разряда, горящего между электродами, одним из которых является корпус плазмореактора, позволяет поднять температуру до 2500 К, но не делает этот процесс экономичным. Вводимый дополнительный поток с достаточно низкими температурами агента и реагента, соответственно 379 и 294 К, частично уменьшает эрозию стенки корпуса, но не исключает ее полностью. Получаемый в данном процессе синтез-газ забалластирован дополнительно продуктами стенки и непрореагировавшего реагента. А использование в качестве агента таких газов, как воздух, кислород и двуокись углерода приводит к еще большему увеличению балластируемого газа.
Более близок к заявляемому решению способ термической переработки твердого топлива, включающий предварительное смешивание измельченного топлива с окислителем и последующую газификацию его путем подачи его в зону электрической дуги с таким расчетом, чтобы реактор скорости указанной смеси имел составляющую, параллельную оси дуги. При этом среднюю температуру синтез-газа поддерживают на уровне 1200-1700оС с регулированием мощности электрической дуги. В качестве окислителя в данном способе используют водяной пар и кислород в соотношении: водяной пар 15-45, а кислород 55-85% (См. патент Франции N 8021102, М. кл. С 10 J 3/46).
Однако данный способ также не лишен недостатков, которые существенно снижают его технико-экономические показатели и существенно усложняют процесс в целом. Так использование в качестве окислителя кислорода приводит к балластированию синтез-газа углекислым газом, и для получения кислорода необходима специальная установка. То и другое приводит к дополнительным затратам энергии, т.к. синтез-газа нужно очищать, а полученный кислород накапливать и хранить по всей вероятности в жидком состоянии. К тому же поддержание температуры получаемого синтез-газа за счет регулирования мощности электрической дуги малоэффективно, ненадежно и сложно.
Целью изобретения является повышение эффективности процесса получения синтез-газа на угле и улучшение его качества.
Указанная цель достигается плазмотермическим способом переработки угля в синтез-газ, процесс газификации в котором ведут в три стадии. Две из них проводят в трубчатых теплообменниках газификационной колонны, а третью, заключительную стадию газификации осуществляют непосредственно в объеме плазмореактора одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза. Цель достигается также тем, что уголь при подготовке диспергируют в метаноловой воде, в которую добавляют поверхностно-активные вещества, преимущественно, алкилоламиды, и полученную угольную суспензию подогревают перед первой стадией газификации до температуры 500-600 К в потоке отходящих из газификационной колонны дымовых газов, а перед второй стадией газификации нагревают до 1200-1400 К в потоке синтез-газа указанного плазмореактора. Цель достигается тем, что в качестве реагента при высокотемператуpном пиролизе используют пары воды, впрыскиваемые в реакционную зону с помощью плазменных источников, направление движения плазменных струй которых противоположно направлению движения газифицируемой смеси относительно оси плазмореактора и совпадает при их проекции на плоскость, перпендикулярную указанной оси. Цель достигается также тем, что полученный в плазмореакторе синтез-газ охлаждают и очищают от балластирующего газа с помощью атмосферного воздуха и воды, из которых первый используют с частью синтез-газа в топочном устройстве газификационной колонны, а вторую в диспергационном устройстве при приготовлении угольной суспензии.
Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что две стадии процесса газификации ведут в трубчатых теплообменниках без доступа свободного кислорода и азота в реакционную зону. Вторым отличием является то, что заключительную стадию газификации проводят не в зоне действия электрической дуги, а в объеме плазменных струй пара, которые при взаимодействии со струями газифицируемой смеси обеспечивают возврат непрореагировавших частиц угля в реакционную зону до тех пор, пока они полностью не перейдут в газ. Отличием является также то, что условия, необходимые для газификации и образования синтез-газа, обеспечиваются самим процессом, т.е. сжигается часть полученного синтез-газа, используется метаноловая вода и рекуперируется тепло дымовых газов газификационной колонны и тепло синтез-газа, выходящего из плазмореактора.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".
На чертеже приведена схема, характеризующая предлагаемый плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ. При этом установка, реализующая предлагаемый способ, включает бункер 1 для угольной пыли, резервуар 2 для окислителя, смеситель 3, диспергирующее устройство 4, насос 5 для перекачки угольной суспензии, подогреватель 6, газодувку 7, дымовую трубу 8, газификационную колонну 9, теплообменник 10 первой ступени газификационной колонны, закалочное устройство 11 синтез-газа, плазмореактор 12, теплообменник 13 второй ступени газификационной колонны, распределитель 14 газифицируемой смеси, плазменные источники 15, теплообменник 16, газодувку 17, устройство очистки синтез-газа 20, горелки 18 и топочное устройство 19 газификационной колонны.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Предварительно измельченный уголь из бункера 1 и окислитель (метаноловая вода с синтетической добавкой) из резервуара 2 вводятся в смеситель 3, в котором с помощью диспергирующего устройства 4 приготовляется угольная суспензия. Приготовленная угольная суспензия с помощью насоса 5 вводится в подогреватель, в котором температура ее поднимается до 500-600 К за счет прокачки через него дымовых газов, отсасываемых с помощью газодувки 7 и дымовой трубы 8 из газификационной колонны 9. После прогрева угольная суспензия вводится в трубчатый теплообменник 10 первой ступени газификации, который расположен внутри корпуса газификационной колонны 9. На этой стадии газификации происходит насыщение угольной фракции водой и ее распад. При этом на поверхности распавшихся частиц угля сорбируется углеводородная пленка, препятствующая слипанию мелкодисперсных частиц угля между собой. Из теплообменника 10 угольная суспензия вводится в закалочное устройство 11 плазмореактора 12. В закалочном устройстве за счет использования теплоты закаливаемого синтез-газа температура угольной суспензии доводится до 1200-1400 К, в результате чего вода полностью переходит в пар, углеводородная пленка разрушается, из угля начинают выделяться продукты разложения пирогенетической влаги. Образовавшаяся парогазоугольная смесь вводится в трубчатый теплообменник 13 второй стадии газификации, который расположен внутри корпуса газификационной колонны 9. В этом теплообменнике в режиме практически идеального вытеснения происходит процесс газификации угля. В результате взаимодействия углерода с паром образуется окись углерода, углекислый газ и водород. При этом водород частично вступает в реакцию с углеродом, образуя простейшие углеводороды. Выделившиеся из угля высшие углеводороды разлагаются при соприкосновении с горячими стенками теплообменника на простые, которые тут же вновь вступают в реакцию между собой, образуя новые виды углеводородов. При этом процесс с разложением воды на кислород и водород смещается в сторону экзотермических реакций, что способствует еще большему газообразованию. Далее парогазовзвесь через распределитель 14 вводится в реакционную зону плазмореактора 12.
При этом газовзвеси придается вращательное и поступательное движение относительно оси плазмореактора 12. Одновременно в реакционную зону с помощью плазменных источников 15 вводится пар. Причем направление движения плазменных струй пара противоположно направлению движения газифицируемой смеси относительно оси плазмореактора и совпадает при проекции этих направлений на плоскость, перпендикулярную упомянутой оси. Такая гидродинамика вынуждает непрореагировавшие частицы угля вновь и вновь возвращаться в реакционную зону до их полного исчезновения. Температура внутри реакционной зоны с помощью плазменных источников поддерживается в интервале 2500-3000 К, что создает благоприятные условия для высокотемпературного пиролиза. Принцип его состоит в том, что углеводороды и пары воды интенсивно смешиваются и образуют газовый вихрь, в котором они диссоциируют и в соответствии с кинетическими и термодинамическими условиями рекомбинируют посредством радикальных процессов. Последующее внезапное уменьшение температуры и давления благодаря воздействию закалочной среды, исключает распад уже образовавшихся углеводородов. После закалочного устройства 11 синтез-газ поступает в зону охлаждения плазмореактора. При этом энергия горящего синтез-газа в первую очередь отдается атмосферному воздуху, прокачиваемому по темплообменнику 16 с помощью газодувки 17. Часть синтез-газа тут же забирается из плазмореактора и вместе с подогретым атмосферным воздухом направляется в горелки 18 топочного устройства 19 газификационной колонны, в которой, сгорая, обеспечивает температурный режим первых двух стадий газификации угля. Из зоны охлаждения синтез-газ вводится в устройство очистки 20, в котором он за счет непосредственного контакта с водой охлаждается в центробежно-барботажном аппарате до температуры окружающей среды и очищается от забалластированного газа. При этом очистку синтез-газа осуществляют способом, который описан в заявке N 4800680/26 от 11.03.90 г. Используемая при очистке вода (абсорбент) служит сырьем для приготовления угольной суспензии. Следует отметить, что та часть синтез-газа, которая сжигается в топочном устройстве газификационной колонны, может выводиться из плазмореактора и после мокрой очистки, т.к. по требованиям экологии целесообразно сжигать очищенный синтез-газ.
Такой подход позволит осуществить химические процессы при высоких температурах вне зоны действия электрической дуги и к тому же без доступа в реакционную зону свободного кислорода и азота. Это гарантировало получение чистого синтез-газа с высокой теплотворной способностью и позволило снизить суммарные энергозатраты на его производство. К достоинству предложенного способа следует отнести также то, что для его реализации могут использоваться серийно освоенные агрегаты, замена любого из которых при выходе из строя может быть осуществлена в короткие сроки и с минимальными затратами. К тому же, с целью повышения надежности и возможности форсирования, число плазменных источников может быть увеличено по отношению к его номинальному режиму в два раза, что позволяет использовать данный способ во многих отраслях народного хозяйства, в том числе в комбинированных системах по выработке тепла, электроэнергии и синтез-газа одновременно.
Согласно заявляемому способу была осуществлена наработка синтез-газа из Кузнецкого угля на опытно-промышленной установке. Полученный синтез-газ обладает большой теплотворной способностью, а содержание в нем вредных примесей не превысило 1,5% В настоящее время ведутся пуско-наладочные работы на установке по производству синтез-газа из Кузнецких углей на Западно-Сибирском металлургическом комбинате, где полученный синтез-газ будет использоваться в металлургических процессах.
Claims (3)
1. ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ В СИНТЕЗ-ГАЗ, включающий подготовку, термообработку и газификацию угля с помощью плазмы в плазмореакторе, отличающийся тем, что процесс газификации осуществляют в три стадии, две из которых ведут в трубчатых теплообменниках газификационной колонны, а третью, заключительную, стадию газификации проводят непосредственно в объеме плазмореактора одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, при этом подготовку угля осуществляют путем диспергирования в метаноловой воде, в которую добавляют поверхностно-активные вещества алкилоламиды и полученную угольную суспензию нагревают перед первой стадией газификации до 500 600 К в потоке отходящих из газификационной колонны дымовых газов, а перед второй стадией газификации нагревают до 1200-1400 К в потоке синтез-газа, отводимого из плазмореактора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента при высокотемпературном пиролизе используют пары воды, которые впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников так, что вектор скорости движения плазменных струй и вектор скорости движения газифицируемой смеси противоположны друг другу при проекции на ось плазмореактора и совпадают при их проекции на плоскость, перпендикулярную оси плазмореактора.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что полученный в плазмореакторе синтез-газ охлаждают и очищают от примесей в центробежно-барботажном аппарате с помощью атмосферного воздуха и воды, при этом атмосферный воздух затем используют с частью синтеза-газа в топочном устройстве газификационной колонны, а воду подают в диспергирующее устройство для приготовления угольной суспензии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045100A RU2047650C1 (ru) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045100A RU2047650C1 (ru) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2047650C1 true RU2047650C1 (ru) | 1995-11-10 |
RU93045100A RU93045100A (ru) | 1997-02-20 |
Family
ID=20147547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93045100A RU2047650C1 (ru) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2047650C1 (ru) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2422602A (en) * | 2005-06-29 | 2006-08-02 | Tetronics Ltd | Combined gasification and plasma treatment of waste |
EA008269B1 (ru) * | 2005-07-29 | 2007-04-27 | Чавдар Ангелов Ангелов | Способ переработки угля в моторные топлива |
US20090259076A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Simmons Wayne W | Process for converting a carbonaceous material to methane, methanol and/or dimethyl ether using microchannel process technology |
RU2458860C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") | Способ обезвреживания отработанного активированного угля с получением калорийного топлива |
US8667914B2 (en) | 2010-05-07 | 2014-03-11 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
RU2536719C2 (ru) * | 2008-08-14 | 2014-12-27 | Холсим Технологи Лтд | Способ обогащения альтернативных, углеродосодержащих, низкокалорийных отходов для применения в топочных установках |
US8957275B2 (en) | 2010-03-19 | 2015-02-17 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
RU2660139C1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения синтез-газа из CO2 |
RU2705131C1 (ru) * | 2019-02-19 | 2019-11-05 | Сангок Ли | Способ газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия и устройство для его осуществления |
-
1993
- 1993-09-28 RU RU93045100A patent/RU2047650C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 798159, кл. C 10B 49/12, 1981. * |
Заявка Франции N 2491490, кл. C 10J 3/46, 1982. * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8438983B2 (en) | 2005-06-29 | 2013-05-14 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment process and apparatus |
US8109218B2 (en) | 2005-06-29 | 2012-02-07 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment process and apparatus |
GB2422602B (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-10 | Tetronics Ltd | Combined gasification and plasma treatment of waste |
US8443741B2 (en) | 2005-06-29 | 2013-05-21 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment process and apparatus |
GB2422602A (en) * | 2005-06-29 | 2006-08-02 | Tetronics Ltd | Combined gasification and plasma treatment of waste |
GB2423079B (en) * | 2005-06-29 | 2008-11-12 | Tetronics Ltd | Waste treatment process and apparatus |
GB2423079A (en) * | 2005-06-29 | 2006-08-16 | Tetronics Ltd | Combined gasification and plasma treatment of waste |
EA008269B1 (ru) * | 2005-07-29 | 2007-04-27 | Чавдар Ангелов Ангелов | Способ переработки угля в моторные топлива |
US20090259076A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Simmons Wayne W | Process for converting a carbonaceous material to methane, methanol and/or dimethyl ether using microchannel process technology |
US9908093B2 (en) * | 2008-04-09 | 2018-03-06 | Velocys, Inc. | Process for converting a carbonaceous material to methane, methanol and/or dimethyl ether using microchannel process technology |
RU2536719C2 (ru) * | 2008-08-14 | 2014-12-27 | Холсим Технологи Лтд | Способ обогащения альтернативных, углеродосодержащих, низкокалорийных отходов для применения в топочных установках |
US8957275B2 (en) | 2010-03-19 | 2015-02-17 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
US8667914B2 (en) | 2010-05-07 | 2014-03-11 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
RU2458860C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") | Способ обезвреживания отработанного активированного угля с получением калорийного топлива |
RU2660139C1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения синтез-газа из CO2 |
RU2705131C1 (ru) * | 2019-02-19 | 2019-11-05 | Сангок Ли | Способ газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7229483B2 (en) | Generation of an ultra-superheated steam composition and gasification therewith | |
CN100366710C (zh) | 多喷嘴水煤浆或粉煤气化炉及其工业应用 | |
KR100602766B1 (ko) | 석탄에 기초한 재연소를 이용하는 NOx 감소 방법 | |
ES2190695A1 (es) | Proceso y aparato para permitir la gasificacion autotermica de combustibles solidos. | |
RU2047650C1 (ru) | Плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ | |
US5620487A (en) | High performance, multi-stage, pressurized, airblown, entrained flow coal gasifier system | |
CN1834535B (zh) | 一种无烟尘的燃煤锅炉 | |
WO2007012151A1 (en) | A method of converting coal into fuels | |
RU2225452C2 (ru) | Объединенная система прямого восстановления железа | |
US4013428A (en) | Coal gasification process | |
RU2509052C2 (ru) | Способ и установка для получения синтез-газа | |
KR19990006972A (ko) | 연료 소모량 및 일산화탄소 방출량이 감소된 직접 환원된 철의 제조 방법 | |
EP0086504A2 (en) | A process for generating mechanical power | |
RU2475677C1 (ru) | Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением синтез-газа | |
US2177379A (en) | Method for the manufacture of gas | |
JP2013539813A (ja) | 間接的加熱ガス化中にコークスを生産する方法および設備 | |
RU2744602C1 (ru) | Способ газификации углеродсодержащего сырья и устройство для его осуществления | |
US2552866A (en) | Manufacture of water gas | |
RU2190661C2 (ru) | Способ переработки угля в синтез-газ | |
US984605A (en) | Method of producing nitrogen and carbon dioxid from gaseous products of combustion. | |
RU2171431C1 (ru) | Двухступенчатый способ термической подготовки пылевидного топлива и установка для его осуществления | |
CN1050213A (zh) | 半干馏煤气发生炉及制气法 | |
CN101210201A (zh) | 一种干煤粉气化炉 | |
US2502670A (en) | Method for the production of water gas | |
CN204085148U (zh) | 煤气化与热处理一体炉 |