RU2084493C1 - Способ газификации твердого топлива, способ газификации угля и устройства для их осуществления - Google Patents

Способ газификации твердого топлива, способ газификации угля и устройства для их осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2084493C1
RU2084493C1 RU9193004509A RU93004509A RU2084493C1 RU 2084493 C1 RU2084493 C1 RU 2084493C1 RU 9193004509 A RU9193004509 A RU 9193004509A RU 93004509 A RU93004509 A RU 93004509A RU 2084493 C1 RU2084493 C1 RU 2084493C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure vessel
vessel
solid
solid fuel
coal
Prior art date
Application number
RU9193004509A
Other languages
English (en)
Other versions
RU93004509A (ru
Inventor
Ричард С. Садовский
Original Assignee
ЦРС Серрайн Инжиниэс Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЦРС Серрайн Инжиниэс Инк. filed Critical ЦРС Серрайн Инжиниэс Инк.
Publication of RU93004509A publication Critical patent/RU93004509A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2084493C1 publication Critical patent/RU2084493C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
    • C10J3/26—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed downwardly
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/485—Entrained flow gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
    • C10K3/003—Reducing the tar content
    • C10K3/008—Reducing the tar content by cracking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0993—Inert particles, e.g. as heat exchange medium in a fluidized or moving bed, heat carriers, sand
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0996—Calcium-containing inorganic materials, e.g. lime

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid-Fuel Combustion (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Назначение: изобретение относится к процессам преобразования твердого углеродистого топлива путем воздействия на него газифицирующих реагентов и может быть использовано, например, при газификации угля с получением смеси различных газов. Сущность: способ газификации твердого топлива заключается в подаче в сосуд высокого давления твердого топлива и взаимодействующих с ним газифицирующих реагентов, удалении из сосуда летучих газов и выброса твердых фракций. Перед подачей осуществляют пиролиз твердого топлива без возгонки в пиролизаторе, связанном с сосудом высокого давления, а взаимодействие газифицирующих реагентов и обрабатываемого топлива осуществляют с осаждением твердых фракций на размещенной внутри сосуда высокого давления вращающейся решетке, посредством которой их удаляют из сосуда. Устройство для газификации твердого топлива включает в себя сосуд высокого давления, с которым связаны источник подачи твердого топлива, трубопроводы газообразного топлива, подачи газифицирующих реагентов и выхода летучих газов, а также отверстие для выброса твердых фракций посредством установленной в сосуде вращающейся решетки. Внутри сосуда высокого давления установлен трубчатый пиролизатор, в котором осуществляется взаимодействие газообразного и твердого топлив. 4 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к процессам преобразования твердого углеродистого топлива путем воздействия на него горячего воздуха, кислорода, пара или двуокиси углерода и может быть использовано, например, при газификации угля с получением смеси, содержащей водород, окись углерода и различные количества азота, двуокиси углерода и т.д. и, возможно, также смолу и пыль в зависимости от условий процесса газификации.
Несмотря на многочисленные исследования в этой области не решены многие проблемы, оказывающие негативное влияние на результаты преобразования твердого топлива. Это относится, в первую очередь, к спеканию угля с образованием мелких комков, собирающих на своей поверхности другие вещества, а также к наличию фракций, включающих в себя смолу и асфальт, попадающих в выпускаемый из газификатора горючий газ, используемый в дальнейшем в различных энергетических установках.
Обычный газификатор работает в противотоке, когда уголь опускается вниз под действием силы тяжести, тогда как воздух и пар, используемые для нагрева и газификации, поднимаются вверх через слой угля и, пройдя через необработанный и расположенный в холодной зоне слой угля, летучие фракции выходят из газификатора, унося с собой вредные примеси.
Традиционный газификатор под давлением Лурджи включает в себя сосуд высокого давления, имеющий вверху бункер для угля, через который подается калиброванный уголь. Имеющаяся в нем рама с углем встряхивается для сохранения пористости и для исключения комкования. Уголь нагревается до температуры 1800-2300o по Фаренгейту путем добавки нагретого пара и кислорода из нижней части сосуда.
Недостаток данного газификатора заключается в том, что выпускное отверстие для необработанного газа находится очень близко к верхней раме с углем, что приводит к попаданию смолы, легкой гранулированной пыли и угля в выходящий из газификатора поток.
Газификатор, разработанный Центром энерготехнологии Моргантауна (ЦЭТМ), основан на другом решении. В нем уголь вводится сверху, а воздух и пар подводятся снизу методом противопотока, при этом бункер подает уголь в тарельчатый питатель, работающий с переменной скоростью, который переносит уголь к шнековому питателю, работающему с большой скоростью, обеспечивающей перемещение угля в объем сосуда до того момента, как уголь нагреется, слипнется и вызовет закупорку. Перемешиватель с тремя лопастями используется для сохранения пористости.
Как и в предыдущей конструкции, недостатком указанного изобретения является то, что в выходящем газовом продукте присутствуют смолы и другие нежелательные фракции. Кроме того, из-за необходимости глубокого перемешивания угля в изобретении должны быть предусмотрены усиление опорных поверхностей, надежная герметичность и т.п. что вызывает усложнение конструкции.
Известен способ газификации твердого топлива, заключающийся в подаче в сосуд высокого давления твердого топлива и газифицирующих реагентов с образованием летучих газов, выпускаемых из верхней части сосуда высокого давления, и твердых фракций, удаляемых из нижней части упомянутого сосуда, причем перед подачей на стадию газификации осуществляют пиролиз твердого топлива (см. а.с. СССР N 88623, кл. C 10 3/48, 1951).
Недостатком известного способа является то, что в нем не исключается явление комкования кусков угля, затрудняющее процесс газификации и резко снижающее его эффективность, при этом в выпускаемых из верхней части сосуда газах присутствует достаточно большое количество ингредиентов смолы и других примесей, ухудшающих эксплуатационные качества газа.
Известно устройство для газификации топлива, которое содержит сосуд высокого давления с вертикальными стенками и верхней и нижней частями, с последней из которых связан трубчатый кожух, верхняя часть которого, имеющая выходное отверстие, соосно установлена в сосуде высокого давления с образованием между ней и вертикальными стенками упомянутого сосуда кольцевого пространства, в котором расположена соединенная с трубчатым кожухом горизонтальная решетка, трубопроводы подачи газифицирующих реагентов и выпуска летучих газов, последний из которых расположен в верхней части упомянутого сосуда, и отверстие для выпуска твердых фракций, а также источник подачи твердого топлива.
Недостатком данного устройства является достаточно сложная конструкция, включающая множество трубопроводов, подводящих различные компоненты. Несмотря на такую сложность устройство не обеспечивает хорошего контакта угля с газифицирующими реагентами из-за образования слипшихся комков твердого топлива, мешающих проведению полноценных химических реакций внутри сосуда высокого давления.
Целью настоящего изобретения является создание способа газификации твердого топлива и устройства для его осуществления, обеспечивающих повышенную производительность процесса путем исключения комкования и слипания кусков топлива с обеспечением более полного реагирования подаваемого на газификацию твердого топлива.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, снижающих до минимума перенос смолы в проводимый горючий газ.
Кроме того, задачей изобретения является уменьшение переходящих в горючий газ испаренных щелочей натрия и калия.
Для достижения указанных целей в известном способе газификации твердого топлива, заключающемся в подаче в сосуд высокого давления твердого топлива и газифицирующих реагентов с образованием летучих газов, выпускаемых из верхней части сосуда высокого давления, и твердых фракций, удаляемых из нижней части упомянутого сосуда, перед подачей осуществляют пиролиз твердого топлива без возгонки путем его взаимодействия с газообразным топливом в пиролизаторе с выходным отверстием, расположенном в сосуде высокого давления, а подачу твердого топлива выполняют с обеспечением осаждения твердых фракций на размещенной внутри сосуда высокого давления вращающейся решетке, посредством которой их удаляют из сосуда.
Подачу газифицирующих реагентов осуществляют с обеспечением крекинга фракций смолы и асфальта. Кроме того, сжигание газообразного топлива в пиролизаторе производят при температуре 870oC, а температуру в сосуде высокого давления поддерживают в диапазоне 925-1050oC.
Устройство для осуществления данного способа, содержащее сосуд высокого давления с вертикальными стенками и верхней и нижней частями, с последней из которых связан трубчатый кожух, верхняя часть которого, имеющая выходное отверстие, соосно установлена в сосуде высокого давления с образованием между ней и вертикальными стенками упомянутого сосуда кольцевого пространства, в котором расположена соединенная с трубчатым кожухом горизонтальная решетка, трубопроводы подачи газифицирующих реагентов и выпуска летучих газов, последний из которых расположен в верхней части упомянутого сосуда, и отверстие для выброса твердых фракций, а также источник подачи твердого топлива, снабжено трубопроводом подачи газообразного топлива, соединенного с нижней частью трубчатого кожуха, с которым соединен также источник подачи твердого топлива, при этом трубопровод подачи газифицирующих реагентов расположен в верхней части сосуда высокого давления, а горизонтальные решетки установлены с возможностью вращения и выполнены в виде взаимосвязанных параллельных пластин.
В верхней части сосуда высокого давления выполнена обечайка, стенки которой расположены параллельно вертикальным стенкам упомянутого сосуда с образованием полости, с которой сообщен выпускной трубопровод летучих газов.
Кроме того, по крайней мере одна из пластин горизонтальной решетки установлена эксцентрично относительно трубчатого кожуха.
Устройство снабжено также трубопроводом подачи воды в сосуд высокого давления, закрепленным на стенках этого сосуда в районе упомянутой решетки, и, кроме того, измерителем толщины слоя твердого топлива.
На фиг. 1 показана схематичная иллюстрация работы устройства; на фиг. 2
продольное сечение по газификатору; на фиг. 3 вращающаяся решетка в увеличенном масштабе.
В общем случае устройство для осуществления предложенного способа должно содержать два основных элемента сосуд высокого давления для газификации топлива и средство для пиролиза твердого топлива. Оба элемента могут быть соединены различными способами. Важно, чтобы все топливо до газификации подвергалось пиролизу. Это препятствует кускованию частиц топлива. Желательно, чтобы лишенное возможности распыляться и прошедшее пиролиз топливо поступало в область высокой температуры газификатора. В предпочтительном варианте пиролизующий компонент поступает в сосуд высокого давления снизу, хотя возможны и иные конфигурации. Под термином "топливо" понимается любой твердый углеродистый материал. Примеры этого (не ограничиваясь перечисленным) уголь, получаемые из отходов материалы и древесина.
Устройство 1 для газификации твердого топлива в предпочтительном варианте содержит пиролизатор 2, верхняя часть которого установлена соосно в сосуде высокого давления 3, имеющем вертикальные стенки 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 части. Пиролизатор 2 представляет собой трубчатый кожух, расположенный в сосуде высокого давления с образованием кольцевого пространства, в котором установлена связанная с кожухом горизонтальная решетка 7. В нижней части пиролизатора 2 выполнена камера 8, к которой подсоединяются трубопроводы 9 подачи горючего газа, такого как природный газ (более 90% метана), и окислителя 10, например воздуха. К нижней части пиролизатора 2 подходит трубопровод от источника подачи твердого топлива 11. Трубчатый кожух пиролизатора связан с нижней частью сосуда высокого давления 3 и имеет сверху выходное отверстие. Газификатор снабжен трубопроводами 12 подачи газифицирующих реагентов, расположенными в верхней части сосуда 3. Выработанные в газификаторе газообразные продукты удаляются из него через трубопроводы 13, также расположенные в верхней части сосуда 3 и сообщенные с полостью 14, образованной вертикальными стенками 4 этого сосуда и установленной в нем обечайкой 15, имеющей стенки, параллельные указанным вертикальным стенкам 4. В нижней части сосуда высокого давления 3 выполнено отверстие 16 для выброса твердых негорючих фракций, таких как зола. Отверстие 16 может быть выполнено в виде трубопровода.
Пиролизатор 2 имеет традиционную конструкцию и представляет собой открытую трубу или цилиндр, способный выдерживать температуру до 1037oC (1900o по Фаренгейту). Пиролизатор 2 имеет три секции. В нижнюю часть подаются горючий газ, окислитель и твердое топливо, последнее из которых подается через трубопровод 11, коаксиально установленный относительно нижней части пиролизатора. Подача твердого топлива, например угля, может осуществляться пневматически с переменной скоростью. Другие секции пиролизатора представляют собой плиту с решеткой 17 и раму 18.
Плита с решеткой 17 газораспределительная, устанавливается автономно, она может выполняться из нержавеющей стали, хотя и другие материалы могут применяться достаточно эффективно.
Плита содержит ряд отверстий, служащих для перемещения горючих газов, и распределяет нагретые газы равномерно по секции рамы реактора 18.
Рама реактора 18 располагается в верхней части пиролизатора 2, и на ней размещаются инертные материалы: известняк или песок, богатая углеродом твердая фракция, служащие для переноса тепла к частицам углеродистого топлива, подвергающимся истиранию и измельчению, а также для сглаживания флуктуации, работая как массивный теплоотвод, и для удаления какой-то части серы в виде сульфида кальция (CaS).
Секция реактора выполнена из огнеупорного сплава. Изолирующей футеровкой могут быть огнеупорный кирпич и отливной огнеупор, хотя могут быть применены и другие теплостойкие составы или/и сварные трубки с водяным охлаждением. Выше рамы реактора 18 диаметр, в основном, постоянен, но его можно увеличить для получения более просторной камеры.
Вертикальная длина системы трубок может меняться, но обычно она составляет 9 3/4 фута, т.е. относительные размеры элементов пиролизатора могут меняться в широких пределах. Например, нижняя часть пиролизатора может иметь диаметр всего около 4 дюймов с внешним диаметром трубы 11 около 1 дюйма. При таких размерах внешний диаметр секции реактора может составить 8 дюймов. Эти размеры можно соответственно изменять с использованием хорошо известных методов конструирования.
Сосуд высокого давления 3 имеет высокотемпературную область 19 и выполнен в виде корпуса, имеющего утолщения 20 и 21, определяющие толщину вертикальных стенок 4, которые могут быть футерованы изолирующим высокотемпературным огнеупором, который в конструкции данного газификатора не дает неблагоприятных последствий благодаря снижению летучих компонентов угля в пиролизаторе до уровня, когда спекание кусков затруднено. В качестве альтернативы корпус может иметь стенку с водяным охлаждением по всей или части ее длины.
В сосуде высокого давления имеется зона 22 пониженной температуры, в которой установлена решетка 7. В районе размещения этой решетки на корпусе закреплены трубопроводы 23 для подачи дополнительного воздуха и пара, служащие для охлаждения решетки, а также выполняющие роль газифицирующих реагентов для осажденных на решетке твердых фракций, содержащих углерод. На стенках сосуда 3 закреплены трубопроводы 24 подачи воды для размельчения комков образующихся фракций на решетке 7.
Решетка 7 может быть любой механической решеткой, приспособленной для размещения цилиндра пиролизатора 2. Она выполняет функцию физической поддержки массы со слоем угля. Решетка выполнена вращающейся посредством приводного элемента 25.
Решетка 7 выполнена в виде взаимосвязанных параллельных пластин 26 (см. фиг. 3). Каждая горизонтальная пластина 26 имеет сквозное отверстие 27. Пластины 26 соединены друг с другом своими горизонтальными поверхностями посредством соединительных элементов 28, закрепленных таким образом, чтобы отверстия 27 образовывали кольцевое пространство, в которое можно поместить трубку пиролизатора 2, которая не обязательно должна герметично соединяться в этих отверстиях, а может иметь диаметр, меньший, чем эти отверстия, так чтобы образовалось некоторое расстояние между пиролизатором и внешним краем 29. Некоторые из параллельных пластин 26 расположены эксцентрично относительно центральной оси трубчатого кожуха, являющейся осью вращения решетки (на фиг. 3 в этом положении показана только самая верхняя пластина). Некоторые из этих пластин имеют толкатель 30 и 31 для регулирования радиального поступления золы. Весь узел вращается с использованием износоустойчивого венца или опорной поверхности (не показаны). Желательно, чтобы вращение решетки происходило по часовой стрелке и чтобы как минимум одна из двух верхних пластин 26 была установлена эксцентрично относительно оси пиролизатора. Толкатель 31 смонтирован на раме 32, прикрепленной к периферийной части пластины.
В предложенном устройстве предусмотрено контролирование определенных параметров, важных для работы газификатора. К ним относятся уровни температур в нижних зонах, температура производимого газа, величина расхода поступающих компонентов, температура реагентов, геометрическое расположение несущей слой угля рамы.
Контролирование уровней температуры в нижней зоне газификатора представляет лучший способ определения положения, размеров и интенсивности зоны сгорания. Для этого в газификаторе могут быть установлены датчики температуры охлаждающей воды в сосуде высокого давления.
Температура производимого газа играет существенную роль, когда режим работы газификатора становится ненормальным, а сгорание в угольном слое идет слишком активно.
Геометрическое расположение поверхности угольного слоя важно для поддержания относительного постоянства характеристик производимого газа. Для измерений параметров этой поверхности в предложенном изобретении можно использовать различные методы, например использование электрических датчиков сопротивления. Наиболее надежный метод предполагает применение ядерного измерителя с использованием измерений затухания пучка ядерного излучения, проходящего через слой угля. Этот метод основан на излучении гамма-лучей внешне установленным источником кобальта-60, которое регистрируют ионизационные камеры.
Предложенный способ газификации твердого топлива и работа устройства для осуществления указанного способа осуществляются следующим образом.
В нижнюю часть трубчатого кожуха подаются горючий газ по трубопроводу 9, окислитель по трубопроводу 10 и твердое углеродистое топливо, например уголь, идущий на обработку.
Предполагается, что термин "пиролиз" определяет общий процесс нагрева угля, включающий экстенсивный термический распад угля, включающий обогащение углеродом оставшегося твердого материала. Продукты обычного высокотемпературного пиролиза угля следующие: богатая водородом летучая фракция, содержащая газ и смолу; богатая углеродом твердая фракция. Летучие газы, выделяемые при пиролизе угля, включают в себя (не ограничиваясь перечисленным) метан, окись углерода, двуокись углерода, водяной пар, водород, этан и окислы азота. В предложенном изобретении используется метод пиролиза с использованием стабильной взвеси частиц угля в восходящем потоке газа. Эти частицы угля переносятся начальным потоком газа эжектированием в горячую вертикальную печь.
Предложенный пиролизатор 2 позволяет справиться с основной трудностью, связанной с пиролизом угля, т.е. спеканием при его нагреве, благодаря тому, что нагретые частицы окружаются инертным материалом. Пиролизатор работает с раскрошенным углем с размером частиц порядка 1/10 дюйма. Желательно, чтобы средние размеры частиц угля находились в диапазоне 0,015-0,250 дюйма. Раскрошенный уголь таких размеров имеет достаточную площадь поверхности, чтобы быстро потерять способность к возгонке при нагреве выше температуры 870oC (1600o по Фаренгейту).
Смесь нагретых горючих газов приводит к образованию стабильной взвеси частиц угля в восходящем потоке газа. Состав горючего газа можно регулировать в ограниченных пределах, добавляя дополнительный воздух для образования определенных долей содержащихся компонентов.
Скорость подачи газа в районе рамы реактора 18 поддерживается на уровне, достаточном для обеспечения быстрого перемешивания богатой углеродом твердой фракции. Слой угля нагревается до заранее выбранной температуры в диапазоне от 760oC (1400o по Фаренгейту) до 1037oC (1900o по Фаренгейту).
После того, как лежащий на раме слой угля нагреется до нужной температуры, скорость газового потока регулируется таким образом, чтобы выйти на параметры, диктуемые конкретными условиями. Затем пиролизатор 2 может перейти в относительно стабильное состояние, о чем можно судить, например, по постоянной температуре угольного слоя. Обычно температура угольного слоя сразу же снижается из-за большого количества тепла, необходимого для разогрева угля для реакции, плюс тепло, выделяемое пиролизом. Пневматическую подачу угля и скорость газового потока можно регулировать так, чтобы температура на раме не падала ниже 760oC. Трубка пиролизатора нагревается для лишения топлива летучести до достаточно высоких температур, чтобы на поверхности угля образовалась защитная корка. Предпочтительно держать температуру в диапазоне 870oC. При температуре 870oC смолянистые выделения крекируются в твердые углеродистые фракции. В то же время пиролизатор 2 не потребляет из угля большого количества фиксированного углерода.
Для того, чтобы еще больше частично окислить уголь без комкования, пиролизатор 2 выпускает продукты переработки прямо внутрь сосуда высокого давления 3. Образующийся газ, содержащий битумную смолу, и твердые продукты пиролиза (уголь, зола и твердые фракции углерода) вытесняются из верхней части трубчатого кожуха и проходят через высокотемпературную область 19 сосуда высокого давления, где смолы крекируются в углерод и газообразные углеводороды.
В сосуде высокого давления окисляется большая часть содержащегося в угле фиксированного углерода. Продуктами газификации угля являются газы с хорошими тепловыми характеристиками, содержащие больше окиси углерода, чем газы, получаемые во время пиролиза, поскольку при газификации используется большее количество углерода. Оставшиеся продукты это зола с небольшим количеством непрореагировавшего углерода.
Газификатор можно сконструировать таким образом, чтобы он выдержал давление до 40 атмосфер. Величина температуры в сосуде высокого давления обычно колеблется от 925 до 1050oC (1697-1922o по Фаренгейту). При таких температурах и давлении желательна гидрогенизация углерода, с тем чтобы газовый продукт содержал 50% водорода, 35% окиси углерода и 15% метана при использовании кислорода в качестве газифицирующего реагента. Газифицирующие реагенты, такие как горячий воздух, пар, кислород или/и двуокись углерода, подаются в сосуд сверху по трубопроводам 12 и взаимодействуют с поступающими сюда продуктами пиролиза. Это позволяет обеспечить движение единого потока указанных составляющих сверху вниз через высокотемпературную область 19.
Область газификации 19 расположена около верхней части пиролизатора и простирается на какое-то расстояние вниз от нее. Она представляет собой область газификации с температурой в диапазоне от 982 до 1260oC (2300o по Фаренгейту). Основные реакции, происходящие в этой зоне газификации, следующие:
экзотермическое окисление углерода
C + O2 CO2;
эндотермические реакции углерода с паром и двуокисью углерода
C + H2O CO + H2 C + CO2 2CO;
экзотермическая реакция смещения между водой и газом
CO + H2O CO2 + H2.
Метан можно получать за счет гидрогенизации углерода и за счет термического крекинга углерода при высоких давлениях, существующих в сосуде высокого давления.
Уголь, выходящий из пиролизатора 2, и воздух /кислород/ и пар /или вода/, поступающие по трубопроводам 12, текут в одном потоке вниз внутри сосуда высокого давления 3. Улетучивающийся газ, выходящий из пиролизатора 2, должен пройти через область высокой температуры сосуда 3, где смолы крекируются в углерод и газообразные углеводороды. Этот внутренний повторный режим выхода газа сводит к минимуму перенос угольной смолы в получаемый горючий газ. Протекание в одном потоке также имеет преимущества, потому что улетучивающиеся щелочные компоненты натрия и калия, образовавшиеся щелочные компоненты натрия и калия, образовавшиеся во время пиролиза в высокотемпературной зоне 19 газификатора, будут конденсироваться и осаждаться в виде золы при охлаждении ниже температуры 870oC (1600o по Фаренгейту) в зоне охлаждения 22 газификатора.
Свободный от щелочей газ удаляется из сосуда высокого давления 3 через один или более трубопроводов 13, расположенных рядом с верхней частью сосуда. Желательно, чтобы выпускные трубопроводы 13 были размещены вне обечайки 15, служащей направляющей для газов и обеспечивающей более эффективный совместный ток, уменьшающий время повторного режима переработки выходного газа, поскольку газы, выходящие из пиролизатора, должны проходить окружным путем, прежде чем они покинут сосуд высокого давления 3.
После того, как совместный поток выходящего из пиролизатора газа, твердой фракции углерода и газифицирующего агента пойдет вниз через охлаждающую зону, он войдет в область температур ниже 870oC, где оставшийся углерод и зола оседают на решетку 7. Дополнительные трубопроводы для воздуха и пара 23 обеспечивают охлаждение решетки, а также поставляют дополнительные реагенты для завершения последнего сжигания углерода, осевшего на решетке 7.
Решетка 7 удаляет нижнюю часть твердых веществ слоя угля с контролируемой скоростью. Теоретически нижняя часть угольного слоя удаляется с той же скоростью, с какой зона сжигания перемещается вверх в газификаторе, что заставляет зону сжигания оставаться фиксированной вертикально. Скорость объемного удаления твердых веществ определяется скоростью вращения решетки.
При использовании приводного элемента 25 зола спадает вниз по поверхности решетки к отверстию 16.
Зола зачерпывается из области стенок газификатора при помощи толкателя 31 и выдавливается радиально внутрь, чтобы потом пройти над/под средней пластиной 29 и провалиться через большие центральные отверстия 27, находящиеся в средней и нижней пластинах, в отводное отверстие 16. Толкатель 30 заставляет золу, оставшуюся на верхней пластине 26, отклоняться и спадать на нижний уровень, где ее подбирает толкатель 31. Хотя какое-то количество золы спадает за периферией нижней пластины, попадая в отверстие 16, основная часть золы выходит из области решетки 7 через центральное отверстие 27 в нижней пластине 26.
Любые куски, большие, чем зазор между пластинами, падают мимо толкателя и размельчаются между эксцентрически смонтированными пластинами и окружающей опорной поверхностью, когда эксцентрически смонтированные пластины доходят практически до нулевого зазора. Главным достоинством такой конструкции решетки является то, что она может эффективно управлять потоком практически любого вида золы от порошка до небольших клинкеров. Размер клинкера определяется расстоянием между пластинами, что, в свою очередь, определяется длиной соединяющих элементов 28. Желательно, чтобы этот зазор составлял 6 дюймов.
В одном варианте реализации изобретения клинкеры можно удалять из сосуда высокого давления 3 путем впрыскивания время от времени струи воды с целью недопущения образования клинкеров. На фиг. 1 и 2 показано, что вода подается сбоку сосуда 3 через трубопроводы 24. Устройства впрыскивания воды могут работать с перерывами. Обычные газификаторы прекращают работу, когда образуются клинкеры больших размеров, чем можно пропустить через их вращающиеся решетки. Использование охлаждения и размельчения клинкеров с помощью подающих воду трубопроводов 24 может не дать выключиться газификатору из-за указанной причины. Образование спекшихся кусков не влияет непосредственно на качество газа, но снижает способность газификатора сбрасывать золу. Кроме того, из-за этого возникает возможность зонам, где происходят реакции, перемещаться вверх в газификаторе, в результате чего снижается температура производимого газа.
Таким образом, большим достижением настоящего изобретения является возможность сохранения потока горючего газа, избавленного от вредных примесей, на всем пути до потребителя, например до газовой турбины.

Claims (8)

1. Способ газификации твердого топлива, заключающийся в подаче в сосуд высокого давления твердого топлива и газифицирующих реагентов с образованием летучих газов, выпускаемых из верхней части сосуда высокого давления, и твердых фракций, удаляемых из нижней части упомянутого сосуда, а перед подачей осуществляют пиролиз твердого топлива, отличающийся тем, что пиролиз твердого топлива осуществляют путем его взаимодействия с газообразным топливом в пиролизаторе с выходным отверстием, расположенным в сосуде высокого давления, а после взаимодействия твердого топлива и газифицирующих реагентов осаждают твердые фракции на размещенной внутри сосуда высокого давления вращающейся решетке, посредством которой их удаляют из сосуда.
2. Способ газификации угля, заключающийся в подаче в сосуд высокого давления угля и газифицирующих реагентов с образованием летучих газов, выпускаемых из верхней части сосуда высокого давления, и твердых фракций, удаляемых из нижней части упомянутого сосуда, а перед подачей осуществляют пиролиз угля, отличающийся тем, что пиролиз угля осуществляют при температуре 870oС путем его взаимодействия с газообразным топливом в пиролизаторе с выходным отверстием, расположенным в сосуде высокого давления, температуру в котором поддерживают в диапазоне 925 1050oС с обеспечением крекинга фракций смолы и асфальта, при этом осаждают твердые фракции на размещенной внутри сосуда высокого давления вращающейся решетке, посредством которой их удаляют из сосуда.
3. Устройство для газификации твердого топлива, содержащее сосуд высокого давления с вертикальными стенками и верхней и нижней частями, с последней из которых связан трубчатый кожух, верхняя часть которого, имеющая выходное отверстие, соосно установлена в сосуде высокого давления с образованием между ней и вертикальными стенками упомянутого сосуда кольцевого пространства, в котором расположена соединенная с трубчатым кожухом горизонтальная решетка, трубопроводы подачи газифицирующих реагентов и выпуска летучих газов, последний из которых расположен в верхней части упомянутого сосуда, и отверстие для выброса твердых фракций, а также источник подачи твердого топлива, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводом подачи газообразного топлива, соединенным с нижней частью трубчатого кожуха, с которым соединен также источник подачи твердого топлива, при этом трубопровод подачи газифицирующих реагентов расположен в верхней части сосуда высокого давления, а горизонтальная решетка установлена с возможностью вращения и выполнена в виде взаимосвязанных параллельных пластин.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в верхней части сосуда высокого давления выполнена обечайка, стенка которой расположена параллельно вертикальным стенкам упомянутого сосуда с образованием полости, с которой сообщен выпускной трубопровод летучих газов.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что по крайней мере одна из пластин горизонтальной решетки установлена эксцентрично относительно трубчатого кожуха.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что снабжено трубопроводом подачи воды в сосуд высокого давления, закрепленным на стенках этого сосуда в районе упомянутой решетки.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено измерителем толщины слоя твердого топлива.
8. Устройство для газификации твердого топлива, содержащее сосуд высокого давления с вертикальными стенками и верхней и нижней частями, с последней из которых связан трубчатый кожух, верхняя часть которого, имеющая выходное отверстие, соосно установлена в сосуде высокого давления с образованием между ней и вертикальными стенками упомянутого сосуда кольцевого пространства, в котором расположена соединенная с трубчатым кожухом горизонтальная решетка, трубопроводы подачи газифицирующих реагентов и выпуска летучих газов, последний из которых расположен в верхней части упомянутого сосуда, и отверстие для выброса твердых фракций, а также источник подачи твердого топлива, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводом подачи газообразного топлива, соединенного с нижней частью трубчатого кожуха, с которым соединен также источник подачи твердого топлива, и трубопроводом подачи воды, закрепленным на стенках сосуда высокого давления, при этом в верхней части упомянутого сосуда расположен трубопровод подачи газифицирующих реагентов и выполнена обечайка, стенки которой расположены параллельно вертикальным стенкам этого сосуда с образованием полости, с которой сообщен выпускной трубопровод летучих газов, а горизонтальная решетка установлена с возможностью вращения и выполнена в виде пластин.
RU9193004509A 1990-08-09 1991-07-23 Способ газификации твердого топлива, способ газификации угля и устройства для их осуществления RU2084493C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US565039 1990-08-09
US07/565,039 US5133780A (en) 1990-08-09 1990-08-09 Apparatus for fixed bed coal gasification
PCT/US1991/005180 WO1992002599A1 (en) 1990-08-09 1991-07-23 Process and apparatus for fixed bed coal gasification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93004509A RU93004509A (ru) 1996-06-20
RU2084493C1 true RU2084493C1 (ru) 1997-07-20

Family

ID=24256958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9193004509A RU2084493C1 (ru) 1990-08-09 1991-07-23 Способ газификации твердого топлива, способ газификации угля и устройства для их осуществления

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5133780A (ru)
EP (1) EP0544753A4 (ru)
JP (1) JPH06500134A (ru)
CN (1) CN1028112C (ru)
AU (1) AU647520B2 (ru)
PL (1) PL168853B1 (ru)
RU (1) RU2084493C1 (ru)
WO (1) WO1992002599A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA007798B1 (ru) * 2005-10-25 2007-02-27 Ооо "Сибтермо" Способ слоевой газификации угля

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994024230A1 (en) * 1993-04-08 1994-10-27 Shell Oil Company Method of reducing halides in synthesis gas
US5618321A (en) * 1994-09-15 1997-04-08 Thermal Technologies, Inc. Pyrolysis gasifier with inner sleeve member
US5895508A (en) * 1996-08-09 1999-04-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Down-flow moving-bed gasifier with catalyst recycle
US8192514B2 (en) * 2004-12-08 2012-06-05 Sasol Technology (Proprietary) Limited Fixed bed coal gasifier
EP1966346A1 (en) * 2005-09-08 2008-09-10 Millennium Synfuels, LLC. Hybrid energy system
US7910392B2 (en) * 2007-04-02 2011-03-22 Solaria Corporation Method and system for assembling a solar cell package
US8690977B2 (en) 2009-06-25 2014-04-08 Sustainable Waste Power Systems, Inc. Garbage in power out (GIPO) thermal conversion process
DE102009036119A1 (de) * 2009-08-05 2011-02-10 Uhde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines feinkörnigen Feststoffes bei gleichzeitigem Austausch des darin enthaltenen Lückenraumgases
DE202011004328U1 (de) * 2011-03-22 2012-06-25 Big Dutchman International Gmbh Schachtvergaser zum Betrieb bei einer unterstöchiometrischen Oxidation
US20150041716A1 (en) * 2012-01-24 2015-02-12 Sasol Technology (Proprietary) Limited Rotary plough for gasifiers
CN103045307B (zh) * 2012-12-21 2014-09-24 中国科学院过程工程研究所 一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法及热解气化装置
CN103952183A (zh) * 2014-03-25 2014-07-30 佛山市凯沃森环保科技有限公司 生物质燃气化设备
CN105238442B (zh) * 2014-05-30 2018-08-10 中国科学院工程热物理研究所 处理含有碱金属化合物的燃料的方法和设备
US10800987B2 (en) * 2014-06-27 2020-10-13 University Of Wyoming Composite iron-sodium catalyst for coal gasification
GB2527829A (en) 2014-07-03 2016-01-06 Dps Bristol Holdings Ltd A gasifier
CN111690437B (zh) * 2020-05-29 2021-05-28 中国科学院广州能源研究所 一种适应易结渣的农林生物质气化装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2577632A (en) * 1946-08-27 1951-12-04 Standard Oil Dev Co Process for supplying plasticizable carbonaceous solids into a gasification zone
US2582710A (en) * 1946-09-28 1952-01-15 Standard Oil Dev Co Method for the conversion of carbonaceous solids into volatile products
US2582712A (en) * 1947-05-17 1952-01-15 Standard Oil Dev Co Fluidized carbonization of solids
US2677603A (en) * 1947-12-29 1954-05-04 Directie Staatsmijnen Nl Process and apparatus for the gasification of fine-grained carbonaceous substances
US2662816A (en) * 1948-07-20 1953-12-15 Hydrocarbon Research Inc Gasification of carbonaceous materials containing volatile constituents
DE1545461A1 (de) * 1966-05-20 1970-01-29 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Herstellung von ueberwiegend Kohlenmonoxyd und bzw. oder Wasserstoff enthaltenden Gasen aus festen Brennstoffen
US3463623A (en) * 1967-09-07 1969-08-26 Us Interior Process for gasifying caking coals
ZA745349B (en) * 1973-10-24 1975-09-24 Metallgesellschaft Ag Process and apparatus for a continuos gasification of coal under superatmospheric pressure
CH599991A5 (ru) * 1976-05-26 1978-06-15 Rieter Ag Maschf
DE2736687A1 (de) * 1977-08-16 1979-03-01 Metallgesellschaft Ag Verfahren und vorrichtung zur vergasung koerniger kohle unter erhoehtem druck
US4300914A (en) * 1980-03-20 1981-11-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for gasifying with a fluidized bed gasifier having integrated pretreating facilities
DE3032949A1 (de) * 1980-09-02 1982-04-22 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren und vorrichtung zum aufgeben fester brennstoffe in die festbett-vergasung
US4405339A (en) * 1980-08-07 1983-09-20 Mittetu Chemical Engineering, Ltd. Process and apparatus for gasifying combustible materials
US4372756A (en) * 1981-06-30 1983-02-08 Mansfield Carbon Products, Inc. Two-stage coal gasification process
US4400181A (en) * 1982-01-28 1983-08-23 Hydrocarbon Research, Inc. Method for using fast fluidized bed dry bottom coal gasification
FI80066C (fi) * 1986-01-22 1991-07-29 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer foergasning av kolhaltigt material.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 88623, кл. C 10 J 3/48, 1951. Патент США N 4300914, кл. C 10 J 3/68, 1981. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA007798B1 (ru) * 2005-10-25 2007-02-27 Ооо "Сибтермо" Способ слоевой газификации угля

Also Published As

Publication number Publication date
PL168853B1 (pl) 1996-04-30
AU8406891A (en) 1992-03-02
PL299063A1 (en) 1994-03-07
WO1992002599A1 (en) 1992-02-20
CN1028112C (zh) 1995-04-05
US5133780A (en) 1992-07-28
EP0544753A1 (en) 1993-06-09
AU647520B2 (en) 1994-03-24
CN1058801A (zh) 1992-02-19
JPH06500134A (ja) 1994-01-06
EP0544753A4 (en) 1993-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2084493C1 (ru) Способ газификации твердого топлива, способ газификации угля и устройства для их осуществления
US4498909A (en) Process for the gasification of fuels
JP5890440B2 (ja) 廃棄物処理方法および装置
US6005149A (en) Method and apparatus for processing organic materials to produce chemical gases and carbon char
US4321877A (en) Gasification furnace
CN1376188A (zh) 一种用来气化有机物料和物料混合物的方法
EP2285939B1 (en) Method for multistage gasification
JP2017186565A (ja) 供給原料をガス化するための方法およびデバイス
RU2333929C1 (ru) Способ и установка для газификации твердого топлива
JP2004292768A (ja) バイオマスのガス化方法及びその装置
CN101918309A (zh) 碳基材料向天然气和活性碳的转化
RU2347139C1 (ru) Способ газификации конденсированных топлив и устройство для его осуществления
CA1134208A (en) Gasification furnace
PL137643B1 (en) Method of controlling temperature in a rotary furnace for dry gasification of solid carbonaceous material
US5145490A (en) Process for fixed bed coal gasification
US4336131A (en) Gasification furnace with discharge hopper
WO2011057040A2 (en) Direct-fired pressurized continuous coking
US3771263A (en) Method for disposal of refuse by degasifying and gasification thereof
JP2007263534A (ja) 廃棄物ガス化装置及びその運転方法
Sharma et al. Effect of steam injection location on syngas obtained from an air–steam gasifier
RU2703617C1 (ru) Реактор для переработки твердого топлива с получением горючего газа
WO2014207755A1 (en) Zero effluent discharge biomass gasification
RU2733777C2 (ru) Способ получения свободного от пиролизных смол горючего газа при газификации конденсированного топлива и устройство для его осуществления
RU2304251C1 (ru) Способ сжигания твердых углеводородных горючих в горелочно-топочных аппаратах и устройство его реализации
JP3339419B2 (ja) 廃棄物のガス化溶融炉およびガス化溶融方法