RU2301826C1 - Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon - Google Patents
Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301826C1 RU2301826C1 RU2005141343/15A RU2005141343A RU2301826C1 RU 2301826 C1 RU2301826 C1 RU 2301826C1 RU 2005141343/15 A RU2005141343/15 A RU 2005141343/15A RU 2005141343 A RU2005141343 A RU 2005141343A RU 2301826 C1 RU2301826 C1 RU 2301826C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- fuel
- product
- coke
- solid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам одновременного получения из конденсированных топлив горючего продукт-газа и твердого конечного продукта, представляющего собой преимущественно углерод, путем проведения пиролиза и коксования конденсированного топлива в противотоке продуктов сгорания смеси горючих газов, выделяющихся при взаимодействии образуемого из топлива кокса с парами воды, получаемыми в зоне охлаждения жидкой водой твердого остатка, содержащего преимущественно углерод.The present invention relates to methods for the simultaneous production of condensed fuels of a combustible product gas and a solid end product, which is predominantly carbon, by pyrolysis and coking of condensed fuel in countercurrent products of combustion of a mixture of combustible gases released by the interaction of coke formed from fuel with water vapor, obtained in the cooling zone with liquid water of a solid residue containing predominantly carbon.
Под конденсированными топливами в заявке подразумеваются ископаемые угли или продукты их обогащения или переработки, торф, тяжелые фракции нефти, древесина или полученный из нее древесный уголь, иная биомасса растительного происхождения и т.п.Condensed fuels in the application mean fossil fuels or products of their enrichment or processing, peat, heavy fractions of oil, wood or charcoal derived from it, other biomass of plant origin, etc.
Многие из перечисленных материалов (далее «топлива»), полностью сжигая, используют для получения тепла и/или электроэнергии. Некоторые из них являются исходным сырьем для получения продуктов в виде продукт-газа (при газификации топлив) или преимущественно содержащего углерод твердого продукта, например металлургического кокса, древесного угля, или активированного угля из древесины, или каменного угля.Many of these materials (hereinafter referred to as “fuels”), completely burned, are used to generate heat and / or electricity. Some of them are raw materials for the production of products in the form of product gas (for gasification of fuels) or predominantly carbon-containing solid product, for example metallurgical coke, charcoal, or activated carbon from wood, or coal.
Использование топлив в традиционной энергетике из-за сложности организации экологически чистого и одновременно полного гетерогенного горения связано с рядом проблем. К примеру, при сжигании на ТЭЦ каменных углей образуется большое количество золы уноса, содержащей от нескольких до десятка процентов несгоревшего углерода. Это приводит не только к прямым потерям топлива, но и требует установки сложных и дорогостоящих очистных сооружений дымовых газов. Возникает также проблема утилизации уловленной золы-уноса, содержащей больше нескольких процентов несгоревшего углерода. Из-за ужесточения нормативов на выбросы окислов азота с дымовыми газами на ТЭЦ вынуждены снижать рабочие температуры горения, что приводит к увеличению недожога и обострению проблем, связанных с золой уноса. Вышеперечисленные негативные факторы практически отсутствуют при использовании в качестве топлива для выработки тепла и/или электроэнергии продукт-газа, получаемого за счет газификации твердых топлив. Сжигание продукт-газа сопровождается образованием существенно меньшего количества вредных выбросов и является более экологически чистым. Более того, такая технология при использовании продукт-газа в комбинированном цикле позволяет существенно увеличить КПД выработки электроэнергии (с 30-35% для традиционных угольных ТЭЦ до 50% и выше для электростанций на основе интегрированного с газификацией комбинированного цикла). Поэтому общепризнанно, что такая технология является наиболее перспективным направлением использования в энергетике твердых топлив.The use of fuels in traditional energy, due to the complexity of organizing environmentally friendly and at the same time complete heterogeneous combustion, is associated with a number of problems. For example, when coal is burned at a CHP plant, a large amount of fly ash is formed, containing from several to ten percent of unburned carbon. This leads not only to direct fuel losses, but also requires the installation of complex and expensive flue gas treatment plants. There is also the problem of disposal of trapped fly ash containing more than a few percent of unburned carbon. Due to the tightening of the standards for emissions of nitrogen oxides with flue gases at CHP plants, they are forced to lower the operating temperature of combustion, which leads to an increase in underburning and aggravation of problems associated with fly ash. The above-mentioned negative factors are practically absent when using product gas obtained as a result of gasification of solid fuels as fuel for generating heat and / or electricity. The combustion of the product gas is accompanied by the formation of significantly less harmful emissions and is more environmentally friendly. Moreover, this technology, when using product gas in a combined cycle, can significantly increase the efficiency of electricity generation (from 30-35% for traditional coal-fired power plants to 50% and higher for power plants based on a combined cycle integrated with gasification). Therefore, it is generally recognized that such a technology is the most promising area for the use of solid fuels in the energy sector.
Известные технологии переработки топлив в такие продукты как металлургический кокс или активированный уголь, являются многостадийными и энергозатратными. Как правило, они включают две основных независимых стадии, проводимые последовательно в разных устройствах (аппаратах). На первой стадии исходное сырье подвергают пиролизу, нагревая его без доступа воздуха, получая полуфабрикат (сырец), после чего проводят его охлаждение. Перед проведением коксования полукокса или активации угля-сырца полуфабрикат вновь нагревают, причем, поскольку эти стадии требуют более высоких температур, затраты энергии на их проведение еще более существенны. Получаемый конечный продукт вновь подвергают охлаждению. Охлаждение полуфабриката и конечного продукта, как правило, сопряжено с безвозвратными потерями тепла, затраченными на их нагрев для проведения процессов. Недостатком традиционных методов получения кокса и активированного угля в две независимых технологических стадии является также длительность периода тушения и охлаждения полуфабриката. Например, при получении угля-сырца продолжительность периода тушения и охлаждения составляет до 40% от всей длительности углежжения.Known technologies for processing fuels into products such as metallurgical coke or activated carbon are multi-stage and energy-intensive. As a rule, they include two main independent stages, carried out sequentially in different devices (devices). In the first stage, the feedstock is subjected to pyrolysis, heating it without access to air, obtaining a semi-finished product (raw), after which it is cooled. Before coking of the semi-coke or activation of the raw coal, the semi-finished product is again heated, and since these stages require higher temperatures, the energy costs for their implementation are even more significant. The resulting final product is again subjected to cooling. The cooling of the semi-finished product and the final product, as a rule, is associated with irretrievable heat losses spent on their heating for carrying out the processes. The disadvantage of traditional methods for producing coke and activated carbon in two independent technological stages is also the length of the quenching and cooling of the semi-finished product. For example, upon receipt of raw coal, the duration of the quenching and cooling period is up to 40% of the total duration of the coal burning.
Необходимые для осуществления процессов энергозатраты могут также приводить и к уменьшению выхода конечных продуктов. Например, расход топлива для осуществления процесса углежжения (получения угля-сырца) в печах различной конструкции составляет от 10 до 20% от общего расхода сырья.The energy required for the implementation of the processes can also lead to a decrease in the yield of the final products. For example, fuel consumption for carrying out the carbonization process (obtaining raw coal) in furnaces of various designs ranges from 10 to 20% of the total raw material consumption.
В частности, производство древесного угля в вагонных ретортах (Общая химическая технология. С.И.Вольфович, А.П.Егоров, Д.А.Эпштейн. Москва-Ленинград. ГНТИ Химической литературы. 1953, т.1, с.164 - ближайший аналог в отношении как объекта - устройство) осуществляется в туннеле, герметизируемом с обеих сторон дверьми, за счет тепла, подводимого извне. Недостатками способа является периодичность и большая продолжительность процесса, использование внешнего источника тепла, безвозвратные потери тепла на стадии тушения.In particular, the production of charcoal in carriage retorts (General chemical technology. S.I. Volfovich, A.P. Egorov, D.A. Epstein. Moscow-Leningrad. GNTI Chemical Literature. 1953, v.1, p.164 - the closest analogue in terms of how the object is a device) is carried out in a tunnel that is sealed on both sides by doors, due to the heat supplied from the outside. The disadvantages of the method are the frequency and long duration of the process, the use of an external heat source, irrevocable heat loss at the stage of extinguishing.
Использование ряда топлив только с одной или другой целью (либо в качестве горючего, либо в качестве исходного сырья для получения твердого преимущественно содержащего углерод продукта) не всегда является рациональным с точки зрения потенциальной возможности их более эффективного применения. Например, при получении активированного угля из древесины его выход не превышает,15-20% от массы исходного сырья. Этот продукт несет в себе всего лишь около одной четверти потенциала исходной древесины как горючего. Поэтому метод, позволяющий получать из топлива одновременно как твердый, преимущественно содержащий углерод продукт, так и горючий продукт-газ, используемый для выработки тепла и/или электроэнергии, более перспективен по сравнению с традиционными технологиями с точки зрения рационального использования ресурсов.The use of a number of fuels for only one or another purpose (either as fuel or as a feedstock to obtain a solid product mainly containing carbon) is not always rational from the point of view of the potential for their more efficient use. For example, upon receipt of activated carbon from wood, its yield does not exceed 15-20% of the mass of the feedstock. This product carries only about one quarter of the potential of the source wood as fuel. Therefore, a method that allows both solid, predominantly carbon-containing product and a combustible gas product used to generate heat and / or electricity to be obtained from fuel is more promising compared to traditional technologies from the point of view of rational use of resources.
Следует отметить, что стадия пиролиза топлив всегда присутствует при их газификации. Например, при газификации материалов, содержащих свободный или химически связанный углерод, в реакторе типа туннельной печи (WO 2004/042278 - ближайший аналог как объекта - способ) в восстановительной зоне реактора происходят процессы сушки, пиролиза и коксования топлива, результатом которых является образование кокса, являющегося потенциальным сырьем для получения металлургического кокса или активированного угля. Численное моделирование процесса газификации углерода в противотоке кислородсодержащего газифицирующего агента показывает, что при фиксированных скоростях подачи в реактор углерода и газифицирующего агента существуют три стационарных режима протекания процесса с разным положением в реакторе начала зоны газификации углерода (РР10.05 V.Fursov, V.Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finitr length. International Conference on Combustion and Detonation Zei'dovich Memorial II. August 30 - September 3, 2004 Moscow, Russia). Полученные в этой работе расчетные зависимости координаты Х положения начала зоны реакции углерода с кислородом в реакторе длиной 4 метра от скорости подачи углерода W_fuel при паровоздушной газификации угля с зольностью 90 и 60% и фиксированной скорости подачи в реактор газифицирующего агента приведены на фиг.2. Точки, помеченные на графике цифрами 1,2 и 3, иллюстрируют, что при скорости подачи углерода 260 кг/ч координата стационарного положения реакционной зоны в реакторе не единственна, а имеет три значения, два из которых являются устойчивыми (1 и 3), а одно неустойчиво (2). Если зона локализована в положении 1 в средней части реактора, то углерод в реакторе расходуется полностью, и твердым продуктом переработки является только зола, которая выводится из реактора охлажденной встречным потоком газифицирующего агента практически до его температуры (77°С). Другим устойчивым положением реакционной зоны является край реактора, куда подается газифицирующий агент (Х=0). В этом случае в реакторе расходуется только 2/3 подаваемого углерода, а 1/3 несгоревшего углерода выгружается из реактора вместе с золой при температуре около 1800°С.It should be noted that the stage of pyrolysis of fuels is always present during their gasification. For example, during the gasification of materials containing free or chemically bonded carbon in a tunnel-type reactor (WO 2004/042278 — the closest analogue as an object — a method), drying, pyrolysis and coking of the fuel occur in the reduction zone of the reactor, resulting in the formation of coke, which is a potential raw material for metallurgical coke or activated carbon. Numerical modeling of the carbon gasification process in countercurrent with an oxygen-containing gasification agent shows that at fixed feed rates of carbon and gasification agent into the reactor, there are three stationary modes of the process with different positions in the reactor of the beginning of the carbon gasification zone (PP10.05 V.Fursov, V.Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finitr length. International Conference on Combustion and Detonation Zei'dovich Memorial II. August 30 - September 3, 2004 Moscow, Russia). The calculated dependences of the coordinate X of the position of the beginning of the reaction zone of carbon with oxygen in a 4-meter-long reactor versus the carbon feed rate W_fuel for steam-gas coal gasification with an ash content of 90 and 60% and a fixed feed rate of the gasification agent into the reactor are shown in Fig. 2. The points marked with
Выше приведенные результаты теоретических расчетов показывают, что способ, описанный в WO 2004/042278, в принципе позволяет получать одновременно с горючим продукт-газом твердый продукт, содержащий преимущественно углерод. Но при этом, во-первых, может быть очень высокой температура выходящего твердого продукта, что приведет к существенным безвозвратным потерям тепла, во-вторых, предлагаемая в способе организация процесса не позволяет осуществить полноценную стадию активации получаемого угля, если предполагается получение активированного угля.The above theoretical calculation results show that the method described in WO 2004/042278, in principle, allows to obtain simultaneously with a combustible product gas a solid product containing predominantly carbon. But at the same time, firstly, the temperature of the outgoing solid product can be very high, which will lead to significant irretrievable heat losses, and secondly, the organization of the process proposed in the method does not allow a full-fledged stage of activation of the obtained carbon if it is supposed to produce activated carbon.
Технической задачей настоящего изобретения является преодоление указанных выше недостатков традиционных методов использования твердых топлив в энергетике или в производстве твердых продуктов, содержащих преимущественно углерод, например кокса или активированного угля.The technical task of the present invention is to overcome the above disadvantages of traditional methods of using solid fuels in the energy sector or in the production of solid products containing predominantly carbon, such as coke or activated carbon.
Техническим результатом изобретения является обеспечение метода и создание устройства, позволяющие получать твердые преимущественно содержащие углерод продукты без внешнего подвода тепла или использования дополнительного топлива для осуществления процесса, с одновременным получением горючего продукт-газа для производства тепловой и/или электрической энергии.The technical result of the invention is the provision of a method and the creation of a device that allows you to get solid predominantly carbon-containing products without external heat or using additional fuel to carry out the process, while receiving a combustible product gas for the production of thermal and / or electrical energy.
Поставленные цели достигаются тем, что в соответствии с предлагаемым способом одновременного получения из конденсированных топлив горючего продукт-газа и твердого конечного продукта, содержащего преимущественно углерод, исходное топливо подают в реактор и перемещают его по реактору; подают в реактор газообразный окислитель, содержащий кислород, навстречу перемещаемому топливу; получают кокс в области пиролиза и коксования топлива, расположенной в реакторе между местом ввода в него топлива и местом ввода газообразного окислителя; проводят тушение кокса водой и выгружают твердый конечный продукт из реактора; газообразный окислитель вводят в среднюю часть реактора, где находится зона горения; образующийся в области пиролиза и коксования кокс перемещают по реактору через зону горения в зону тушения, в которой кокс охлаждают путем подачи в реактор жидкой воды перед выгрузкой из реактора твердого конечного продукта; образующиеся при охлаждении твердого конечного продукта пары воды направляют навстречу перемещаемому по реактору коксу; получаемую в процессе взаимодействия паров воды с коксом смесь горючих газов направляют из зоны тушения в зону горения, где эту смесь горючих газов сжигают, а продукты сгорания смеси горючих газов направляют навстречу подаваемому в реактор топливу для его нагрева и осуществления процессов пиролиза и коксования; топливо и газообразный окислитель подают в реактор в таких количествах, чтобы отношение массы углерода в подаваемом топливе к массе кислорода в подаваемом окислителе находилось в диапазоне от 1,0 до 4,0.The goals are achieved by the fact that in accordance with the proposed method for the simultaneous production of condensed fuels of a combustible product gas and a solid final product containing predominantly carbon, the initial fuel is fed into the reactor and transported through the reactor; feeding a gaseous oxidizing agent containing oxygen to the reactor to meet the transported fuel; get coke in the area of pyrolysis and coking of the fuel located in the reactor between the place of injection of fuel into it and the place of entry of the gaseous oxidizer; coke is quenched with water and the solid final product is discharged from the reactor; a gaseous oxidizing agent is introduced into the middle part of the reactor where the combustion zone is located; the coke formed in the pyrolysis and coking region is transported through the reactor through the combustion zone to the quenching zone, in which the coke is cooled by feeding liquid water to the reactor before unloading the solid final product from the reactor; water vapor formed upon cooling of the solid final product is directed towards the coke being transported through the reactor; the mixture of combustible gases obtained during the interaction of water vapor with coke is sent from the quenching zone to the combustion zone, where this mixture of combustible gases is burned, and the combustion products of the mixture of combustible gases are directed towards the fuel supplied to the reactor for heating and pyrolysis and coking processes; the fuel and gaseous oxidizing agent are fed into the reactor in such quantities that the ratio of the mass of carbon in the supplied fuel to the mass of oxygen in the supplied oxidizer is in the range from 1.0 to 4.0.
Заявляемый способ одновременного получения из конденсированных топлив горючего продукт-газа и твердого конечного продукта, содержащего преимущественно углерод, может быть реализован в устройстве, включающем реактор, средства для подачи исходного топлива в реактор, для его перемещения по реактору и для вывода из реактора твердого конечного продукта, а также средства для подачи в реактор газообразного окислителя; реактор представляет собой туннельную печь; средства для подачи в реактор газообразного окислителя расположены в средней части реактора на расстоянии от конца реактора, из которого выводят твердый конечный продукт, составляющем от 0,03 до 0,5 части от общей длины реактора; у конца реактора, из которого выводят твердый конечный продукт, реактор снабжен средствами для подачи в него жидкой воды; у конца реактора, в который подают исходное топливо, реактор снабжен средствами для создания по всей его длине потока газов, направленного навстречу перемещаемому по реактору топливу, коксу и твердому конечному продукту, и для вывода из реактора горючего продукт-газа, образующегося при переработке топлива.The inventive method for the simultaneous production of condensed fuels of a combustible product gas and a solid end product containing predominantly carbon can be implemented in a device including a reactor, means for supplying the initial fuel to the reactor, for moving it around the reactor and for removing the solid final product from the reactor as well as means for supplying a gaseous oxidizing agent to the reactor; the reactor is a tunnel furnace; means for supplying a gaseous oxidizing agent to the reactor are located in the middle part of the reactor at a distance from the end of the reactor from which the solid final product is withdrawn, comprising from 0.03 to 0.5 parts of the total length of the reactor; at the end of the reactor from which the solid final product is withdrawn, the reactor is equipped with means for supplying liquid water to it; At the end of the reactor, into which the initial fuel is supplied, the reactor is equipped with means for creating a gas stream along its entire length directed towards the fuel, coke and solid final product being transported throughout the reactor, and for withdrawing from the reactor the combustible product gas generated during fuel processing.
Для выработки тепла и/или электроэнергии одновременно с получением твердого конечного продукта образующийся при переработке топлива горючий продукт-газ выводят из реактора и сжигают его в энергетическом агрегате.In order to generate heat and / or electricity simultaneously with obtaining a solid final product, the combustible product gas generated during fuel processing is removed from the reactor and burned in an energy unit.
Для повышения безопасности и экологической чистоты производства топливо подают в реактор, а твердый конечный продукт выгружают из реактора через шлюзовые устройства.To improve the safety and environmental friendliness of production, fuel is fed into the reactor, and the solid final product is discharged from the reactor through the lock devices.
Устройство может быть снабжено энергетическим агрегатом для утилизации выводимого из реактора горючего продукт-газа и выработки тепла и/или электроэнергии.The device may be equipped with an energy unit for utilization of the combustible product gas discharged from the reactor and generation of heat and / or electricity.
Реактор может иметь на своих концах шлюзовые устройства.The reactor may have gateway devices at its ends.
На фиг.1 показана принципиальная схема процесса.Figure 1 shows a schematic diagram of a process.
На фиг.2 приведены графики зависимости расчетного положения начала зоны реакции углерода с кислородом в реакторе длиной 4 метра от скорости подачи углерода, содержащего 90% и 60% золы, при паровоздушной газификации и фиксированной скорости подачи в реактор газифицирующего агента.Figure 2 shows graphs of the calculated position of the beginning of the zone of reaction of carbon with oxygen in a
Далее приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления процесса со ссылками на его схему, показанную на фиг.1, а также описание устройства для его осуществления.The following is a detailed description of a preferred embodiment of the process with reference to its diagram shown in figure 1, as well as a description of the device for its implementation.
Процесс осуществляют, подавая исходное топливо (1), загружаемое на платформы (2), в реактор (3). Платформы перемещают через реактор по рельсам (4). Для инициирования процесса загруженное на первую платформу топливо поджигают любым источником открытого огня и начинают продвигать ее к середине реактора. Необходимый для горения топлива кислород подают в реактор в составе газообразного окислителя через устройство подачи (5), расположенное в средней части реактора (3). В качестве окислителя может быть использован воздух или другой газ, содержащий в своем составе кислород. Для организации газового потока внутри реактора, направленного навстречу перемещаемым по нему платформам, из реактора выводят продукт-газ, образующийся при переработке топлива, через устройство (6), расположенное со стороны входа платформ в реактор. По мере продвижения первой платформы к середине реактора горячие дымовые газы, движущиеся навстречу перемещаемым платформам, будут постепенно прогревать топливо, помещенное на последующих платформах. В результате чего начнется пиролиз и коксование топлива на платформах, находящихся в области реактора (Р), расположенной между устройством для подачи окислителя (5) и устройством для вывода продукт-газа (6). Газообразный окислитель подают в реактор в количестве, не достаточном для полного сгорания подаваемого топлива, в результате чего после ухода первой платформы из области (Р) на ней останется раскаленный несгоревший кокс. К этому моменту в области (Р) будет сформирована структура характерных зон, включающая зону горения с максимальной температурой внутри реактора, локализованную около места ввода в реактор окислителя, зону коксования и пиролиза в середине области (Р) и зону сушки, расположенную вблизи от места вывода горючего газа из реактора и подачи в него исходного топлива. Как уже было отмечено выше, при определенном соотношении скоростей подачи твердого горючего и окислителя такой режим газификации с неполным расходованием углерода, выходящего из реакционной зоны при высокой температуре, является стационарным и устойчивым. Когда первая платформа подойдет к выходу из реактора, на нее начинают подавать жидкую воду через устройство (7), расположенное со стороны вывода из реактора твердого конечного продукта (8). Попадая на раскаленный кокс, большей частью за счет испарения вода будет охлаждать его. Образующиеся пары воды, двигаясь навстречу платформам по направлению к месту подачи окислителя, начнут реагировать с коксом, лежащим на платформах, в результате чего в части области реактора (Q), расположенной между устройствами для ввода воды (7) и газообразного окислителя (5), сформируется зона активации кокса, примыкающая к зоне горения. После начала подачи в реактор жидкой воды подаваемый в реактор окислитель начинает реагировать преимущественно со смесью горючих газов (9) (СО и Н2), образующихся в процессе взаимодействия кокса (10) с парами воды, так как гомогенные реакции в газовой фазе, как правило, идут значительно быстрее гетерогенных реакций на поверхности конденсированной фазы. Это уменьшает расход кокса в зоне горения за счет его окисления подаваемым в реактор кислородом и повышает выход конечного твердого продукта. Смесь горючих газов (9) сгорает в зоне горения, локализованной в районе подачи в реактор окислителя, а образующиеся продукты сгорания (11), двигаясь навстречу перемещаемому по реактору исходному топливу (1), обеспечивают необходимый подвод тепла для проведения процессов коксования, пиролиза и сушки в области (Р). Горение смеси горючих газов (9) сокращает протяженность зоны, в которой полностью расходуется кислород, подаваемый в реактор через устройство (5). Это способствует расширению области реактора с восстановительной средой и повышению калорийности образующегося в области (Р) продукт-газа за счет реакций частичного восстановления углекислого газа и паров воды горячим коксом с образованием СО и H2.The process is carried out by supplying the original fuel (1), loaded onto the platform (2), into the reactor (3). The platforms are moved through the reactor along the rails (4). To initiate the process, the fuel loaded on the first platform is ignited by any source of open flame and begin to propel it toward the middle of the reactor. The oxygen necessary for burning fuel is supplied to the reactor as a part of a gaseous oxidizer through a feed device (5) located in the middle of the reactor (3). Air or another gas containing oxygen may be used as an oxidizing agent. To organize the gas flow inside the reactor, directed towards the platforms moving along it, the product-gas generated during fuel processing is removed from the reactor through the device (6) located on the platform inlet side of the reactor. As the first platform moves toward the middle of the reactor, hot flue gases moving towards the moving platforms will gradually warm the fuel placed on subsequent platforms. As a result, the pyrolysis and coking of the fuel will begin on platforms located in the region of the reactor (P) located between the oxidizer supply device (5) and the product gas output device (6). The gaseous oxidizing agent is fed into the reactor in an amount not sufficient for complete combustion of the supplied fuel, as a result of which, after the first platform leaves the area (P), it will leave hot unburned coke on it. At this point, a structure of characteristic zones will be formed in region (P), including a combustion zone with a maximum temperature inside the reactor, localized near the place of introduction of the oxidizer into the reactor, a coking and pyrolysis zone in the middle of region (P), and a drying zone located near the place of exit combustible gas from the reactor and supplying it with initial fuel. As already noted above, with a certain ratio of the rates of supply of solid fuel and oxidizing agent, such a regime of gasification with incomplete consumption of carbon leaving the reaction zone at high temperature is stationary and stable. When the first platform approaches the exit from the reactor, liquid water begins to be supplied to it through the device (7) located on the side of the outlet from the reactor of the solid final product (8). Getting on hot coke, for the most part due to evaporation, water will cool it. The resulting water vapor, moving towards the platforms towards the oxidizer feed point, will begin to react with coke lying on the platforms, resulting in a part of the reactor region (Q) located between the water inlet devices (7) and the gaseous oxidizer (5), a coke activation zone will be formed adjacent to the combustion zone. After the start of supplying liquid water to the reactor, the oxidizing agent supplied to the reactor begins to react predominantly with a mixture of combustible gases (9) (СО and Н 2 ) formed during the interaction of coke (10) with water vapor, since homogeneous reactions in the gas phase are usually go much faster than heterogeneous reactions on the surface of the condensed phase. This reduces the consumption of coke in the combustion zone due to its oxidation by the oxygen supplied to the reactor and increases the yield of the final solid product. A mixture of combustible gases (9) burns in the combustion zone, localized in the region where the oxidizer is supplied to the reactor, and the resulting combustion products (11), moving towards the starting fuel moving through the reactor (1), provide the necessary heat supply for coking, pyrolysis and drying processes in area (P). The combustion of a mixture of combustible gases (9) reduces the length of the zone in which oxygen is completely consumed, supplied to the reactor through the device (5). This helps to expand the area of the reactor with the reducing medium and increase the calorific value of the product gas formed in the region (P) due to the partial reduction of carbon dioxide and water vapor by hot coke with the formation of CO and H 2 .
Теоретическое моделирование процесса показывает, что осуществление способа одновременного получения горючего продукт-газа и конденсированного продукта, содержащего преимущественно углерод, с максимальным выходом конденсированного продукта возможно только в определенном диапазоне соотношения скоростей подачи в реактор углерода, содержащегося в подаваемом топливе, и кислорода, входящего в состав газообразного окислителя. При неоптимальном соотношении скоростей подачи топлива и кислорода в реактор будет уменьшаться или выход конденсированного продукта (при заниженной скорости подачи топлива в реактор), или ухудшаться его качество из-за неполного завершения процессов пиролиза и коксования топлива. По этим причинам топливо и газообразный окислитель подают в реактор в таких количествах, чтобы отношение массы углерода в подаваемом топливе к массе кислорода в подаваемом окислителе находилось в диапазоне от 1,0 до 4,0. Уменьшение этого отношения ниже 1,0 приведет к сильному снижению выхода твердого конечного продукта, а его увеличение выше 4,0 существенно ухудшит качество получаемого твердого конечного продукта. Оптимальная величина отношения массы углерода в подаваемом топливе к массе кислорода в подаваемом окислителе, с точки зрения максимального выхода твердого конечного продукта при его высоком качестве, зависит от вида исходного топлива. Для исходного топлива типа каменного угля с небольшим содержанием летучих упомянутое оптимальное отношение «углерод/кислород» находится ближе к нижней границе заявляемого диапазона, а для топлива типа древесины с большим выходом летучих оно смещено в сторону верхней границы этого диапазона, поскольку выход кокса при пиролизе угля больше, чем при пиролизе древесины.Theoretical modeling of the process shows that the implementation of the method for the simultaneous production of a combustible product gas and a condensed product containing predominantly carbon with a maximum yield of condensed product is possible only in a certain range of the ratio of the feed rates of the carbon contained in the supplied fuel to the oxygen contained in the composition gaseous oxidizing agent. If the ratio of the rates of fuel and oxygen supply to the reactor is not optimal, either the yield of the condensed product will decrease (with a lower rate of fuel supply to the reactor), or its quality will deteriorate due to incomplete completion of the pyrolysis and coking of the fuel. For these reasons, the fuel and gaseous oxidizing agent are supplied to the reactor in such quantities that the ratio of the mass of carbon in the supplied fuel to the mass of oxygen in the supplied oxidizer is in the range from 1.0 to 4.0. A decrease in this ratio below 1.0 will lead to a significant decrease in the yield of the solid final product, and its increase above 4.0 will significantly impair the quality of the resulting solid final product. The optimal ratio of the mass of carbon in the supplied fuel to the mass of oxygen in the supplied oxidizer, from the point of view of the maximum yield of solid final product with its high quality, depends on the type of source fuel. For initial fuels such as coal with a low volatile content, the mentioned optimal carbon / oxygen ratio is closer to the lower boundary of the claimed range, and for fuels such as wood with a high yield of volatiles, it is shifted toward the upper boundary of this range, since the coke yield during coal pyrolysis more than with wood pyrolysis.
В заявляемом способе еще одним образующимся продуктом является горючий продукт-газ, образующийся в области (Р). Несмотря на свою относительно низкую теплотворную способность, продукт-газ может аккумулировать большую часть теплоты сгорания исходного топлива, особенно для топлив с высоким содержанием летучих, например при получении активированного угля из древесины или торфа. Для повышения энергетической эффективности и рентабельности производства продукт-газ подают в энергетический агрегат (12), где его сжигают, вырабатывая тепло и/или электроэнергию.In the inventive method, another product formed is a combustible product gas formed in region (P). Despite its relatively low calorific value, the product gas can accumulate most of the heat of combustion of the original fuel, especially for fuels with a high volatile content, for example, when activated carbon is obtained from wood or peat. To increase energy efficiency and profitability of production, the product gas is fed to the energy unit (12), where it is burned, generating heat and / or electricity.
Альтернативным путем утилизации выводимого из реактора продукт-газа может быть его использование в качестве химического сырья, например, для получения углеводородов или других химических продуктов с использованием синтеза Фишера-Тропша (Химические вещества из угля. Под ред. Ю.Фальбе. М.: Химия, 1980. 611 с.).An alternative way to utilize the product gas removed from the reactor can be to use it as a chemical raw material, for example, to produce hydrocarbons or other chemical products using Fischer-Tropsch synthesis (Chemicals from coal. Ed. By Y. Falbe. M .: Chemistry , 1980.611 pp.).
Для того, чтобы исключить утечки продукт-газа в атмосферу и неконтролируемое поступление воздуха в реактор во время перемещения платформ для подачи топлива и вывода твердого конечного продукта и тем самым повысить безопасность и экологическую чистоту производства, платформы подают и выводят из реактора через шлюзовые устройства (13) с открывающимися и закрывающимися по очереди дверями.In order to prevent leakage of product gas into the atmosphere and uncontrolled intake of air into the reactor during the movement of the fuel supply platforms and the removal of the solid final product and thereby increase the safety and environmental friendliness of the production, the platforms are fed and removed from the reactor through airlock devices (13 ) with doors opening and closing in turn.
Заявляемый способ получения из конденсированных топлив одновременно горючего продукт-газа и твердого конечного продукта, содержащего преимущественно углерод, может быть реализован в устройстве, включающем реактор, средства для подачи исходного топлива в реактор, для его перемещения по реактору и для вывода из реактора твердого конечного продукта, а также средства для подачи в реактор газообразного окислителя. Реактор представляет собой туннельную печь (3). Средствами подачи, перемещения топлива и вывода твердого конечного продукта могут быть платформы (2) с колесами, на которые помещают топливо (1) перед его подачей в реактор. Туннельная печь имеет рельсовый путь (4) для перемещения по нему платформ. В средней части реактора расположены средства (5) для подачи в реактор газообразного окислителя. Средства для подачи газообразного окислителя могут представлять собой газопровод, сообщающийся с атмосферой или другим источником кислорода и снабженный соответствующим клапаном для регулирования потока окислителя, подаваемого в реактор.The inventive method of obtaining from condensed fuels simultaneously a combustible product gas and a solid end product containing predominantly carbon, can be implemented in a device including a reactor, means for supplying the initial fuel to the reactor, for moving it around the reactor and for removing the solid final product from the reactor as well as means for supplying a gaseous oxidizing agent to the reactor. The reactor is a tunnel furnace (3). The means for supplying, moving fuel and withdrawing the solid end product can be platforms (2) with wheels on which fuel (1) is placed before it is fed to the reactor. The tunnel kiln has a rail track (4) for moving platforms along it. Means (5) are located in the middle part of the reactor for supplying a gaseous oxidizer to the reactor. Means for supplying a gaseous oxidizing agent may be a gas pipeline in communication with the atmosphere or other oxygen source and equipped with an appropriate valve for controlling the flow of oxidizing agent supplied to the reactor.
Место расположения средств (5) для подачи в реактор газообразного окислителя определяет соотношение протяженностей областей (Q) и (Р) в реакторе и тем самым задает соотношение времен пребывания перерабатываемого топлива в соответствующих зонах.The location of the means (5) for supplying a gaseous oxidizer to the reactor determines the ratio of the lengths of the regions (Q) and (P) in the reactor and thereby determines the ratio of the residence times of the processed fuel in the respective zones.
Оптимальная протяженность области реактора (Q), в которой осуществляется тушение и, при необходимости, активация кокса, зависит от требований к свойствам твердого конечного продукта, получаемого при переработке топлива. Например, при получении активированного угля протяженность области (Q) должна быть достаточной, чтобы перемещаемый по реактору кокс успевал прореагировать с парами воды до завершения стадии его активации. Если целевым продуктом являются, например, древесный уголь или металлургический кокс, то протяженность области (Q) должна быть достаточной лишь для тушения кокса и охлаждения твердого конечного продукта. Оптимальное отношение протяженности области (Q) к общей длине реактора, обеспечивающее необходимые свойства твердого конечного продукта, находится в диапазоне 0,03...0,5. При выходе этого отношения за пределы указанного диапазона для обеспечения требуемых свойств твердого конечного продукта необходимо будет уменьшать производительность реактора. В частности, чрезмерная протяженность области (Q) сократит время пребывания топлива в зоне пиролиза и коксования, что потребует уменьшения скорости подачи топлива в реактор для того, чтобы процессы пиролиза и коксования успели пройти в более короткой области (Р). В другом крайнем случае чрезмерно узкой области (Q) время пребывания кокса в ней будет не достаточным для его активации (при необходимости таковой), тушения и охлаждения, что также вынудит уменьшить производительность реактора.The optimal length of the region of the reactor (Q) in which the quenching and, if necessary, the activation of coke is carried out, depends on the requirements for the properties of the solid final product obtained during fuel processing. For example, upon receipt of activated carbon, the extent of the region (Q) must be sufficient so that the coke moved through the reactor has time to react with water vapor until the stage of its activation is completed. If the target product is, for example, charcoal or metallurgical coke, then the extent of the region (Q) should be sufficient only to extinguish coke and cool the solid final product. The optimal ratio of the length of the region (Q) to the total length of the reactor, providing the necessary properties of the solid final product, is in the range of 0.03 ... 0.5. When this ratio goes beyond the specified range to ensure the required properties of the solid final product, it will be necessary to reduce the productivity of the reactor. In particular, the excessive extent of the region (Q) will reduce the residence time of the fuel in the pyrolysis and coking zone, which will require a decrease in the rate of fuel supply to the reactor so that the pyrolysis and coking processes can pass in a shorter region (P). In another extreme case of an excessively narrow region (Q), the residence time of coke in it will not be sufficient for its activation (if necessary), quenching and cooling, which will also lead to a decrease in reactor productivity.
Со стороны вывода твердого конечного продукта (8) реактор снабжен средствами (7) для подачи в него жидкой воды. Эти средства могут включать резервуар с водой, трубопровод, насос для подачи воды, регулирующий клапан и магистрали с форсунками для впрыска воды в реактор. Для создания по всей длине реактора потока газов, направленного навстречу подаваемому топливу, и для вывода из него продукт-газа, образующегося в процессе, реактор со стороны подачи в него исходного топлива снабжен необходимыми средствами (6). Эти средства могут включать коллектор для продукт-газа, соединенный соответствующим трубопроводом с топкой энергоагрегата, снабженной вентилятором-дымососом, дымовой трубой или иным устройством, создающим необходимую тягу для отсоса дымовых газов и создания требуемого разрежения в реакторе.On the output side of the solid final product (8), the reactor is equipped with means (7) for supplying liquid water to it. These may include a water tank, a pipeline, a water supply pump, a control valve, and lines with nozzles for injecting water into the reactor. To create a gas stream along the entire length of the reactor towards the supplied fuel, and to withdraw from it the product gas generated in the process, the reactor is supplied with the necessary means from the side of supplying the initial fuel into it (6). These means may include a product gas manifold connected by an appropriate pipeline to the furnace of the power unit, equipped with a fan exhaust fan, chimney or other device that creates the necessary draft for exhausting the flue gases and creating the required vacuum in the reactor.
Для повышения энергетической эффективности и рентабельности производства устройство может быть сопряжено с энергетическим агрегатом (12) для утилизации выводимого из реактора продукт-газа и выработки тепла и/или электроэнергии. Таким энергетическим агрегатом может быть бойлер или паровой котел, питающий паром турбину с электрогенератором, или иная тепловая машина.To increase the energy efficiency and profitability of production, the device can be coupled with an energy unit (12) to utilize the product gas removed from the reactor and generate heat and / or electricity. Such an energy unit can be a boiler or a steam boiler, which feeds a steam turbine with an electric generator, or another heat engine.
Для того, чтобы исключить утечки продукт-газа в атмосферу и неконтролируемое поступление воздуха в реактор во время перемещения платформ при подаче топлива и вывода твердого конечного продукта из реактора и тем самым повысить безопасность и экологическую чистоту производства, реактор на своих концах может иметь шлюзовые устройства (13) с открывающимися и закрывающимися по очереди дверями для подачи и вывода платформ из реактора.In order to prevent leakage of product gas into the atmosphere and uncontrolled intake of air into the reactor during the movement of the platforms during fuel supply and removal of the solid end product from the reactor and thereby increase the safety and environmental friendliness of production, the reactor at its ends may have lock devices ( 13) with doors opening and closing in turn for feeding and withdrawing platforms from the reactor.
Предпочтительный вариант осуществления заявляемого способа получения из конденсированных топлив горючего продукт-газа и твердого конечного продукта, содержащего преимущественно углерод, позволяет преодолеть недостатки традиционных технологий.A preferred embodiment of the inventive method for producing a combustible product gas and a solid end product containing predominantly carbon from condensed fuels overcomes the disadvantages of traditional technologies.
В частности, он обеспечивает возможность использования твердых топлив в энергетических целях по наиболее перспективному направлению - газификация, интегрированная с комбинированным циклом для выработки электроэнергии. За счет ухода от «грязного» гетерогенного горения твердых топлив к «чистому» горению вырабатываемого из топлива продукт-газа можно существенно уменьшить неблагоприятное воздействие традиционной энергетики на окружающую среду.In particular, it provides the possibility of using solid fuels for energy purposes in the most promising direction - gasification integrated with a combined cycle to generate electricity. By avoiding the “dirty” heterogeneous burning of solid fuels to the “clean” burning of the product gas produced from the fuel, the adverse environmental impact of traditional energy can be significantly reduced.
Предлагаемый способ также дает существенные преимущества по сравнению с традиционными способами получения твердых конечных продуктов, содержащих преимущественно углерод - металлургического кокса, древесного и активированного угля. Способ реализуется в одном устройстве, в котором осуществляются все необходимые технологические стадии для получения конечного продукта с необходимыми свойствами, при этом для проведения процесса не требуется внешних источников тепла и дополнительного горючего. Устранены безвозвратные потери тепла, связанные с охлаждением промежуточных продуктов, и они сведены к минимуму на стадии охлаждения твердых конечных продуктов переработки.The proposed method also provides significant advantages compared with traditional methods for producing solid end products containing predominantly carbon - metallurgical coke, charcoal and activated carbon. The method is implemented in one device in which all the necessary technological stages are carried out to obtain the final product with the necessary properties, while the process does not require external sources of heat and additional fuel. The irrevocable heat losses associated with the cooling of intermediate products have been eliminated, and they are minimized at the stage of cooling the solid end products of processing.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение метода и создание устройства, позволяющие не только получать твердые конечные продукты, содержащие преимущественно углерод без внешнего подвода тепла или использования дополнительного топлива для осуществления процесса, но и одновременно получать горючий продукт-газ, используемый для выработки тепловой и/или электрической энергии.The technical result of the present invention is the provision of a method and the creation of a device that allows not only to obtain solid final products containing predominantly carbon without external heat or using additional fuel to carry out the process, but also to obtain a combustible gas product used to generate heat and / or electrical energy.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005141343/15A RU2301826C1 (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005141343/15A RU2301826C1 (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2301826C1 true RU2301826C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38315516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005141343/15A RU2301826C1 (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301826C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103242876A (en) * | 2013-04-28 | 2013-08-14 | 蔡京鹏 | Drying or low-temperature dry distillation method and device of brown coal or low-metamorphic candle coal |
| CN103333703A (en) * | 2013-06-22 | 2013-10-02 | 蔡京鹏 | Drying or low-temperature destructive distillation method and device of brown coal or low-deterioration long flame coal |
| RU2615690C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Plant for hot gas production from carbonaceous material |
-
2005
- 2005-12-29 RU RU2005141343/15A patent/RU2301826C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103242876A (en) * | 2013-04-28 | 2013-08-14 | 蔡京鹏 | Drying or low-temperature dry distillation method and device of brown coal or low-metamorphic candle coal |
| CN103333703A (en) * | 2013-06-22 | 2013-10-02 | 蔡京鹏 | Drying or low-temperature destructive distillation method and device of brown coal or low-deterioration long flame coal |
| CN103333703B (en) * | 2013-06-22 | 2015-06-10 | 蔡京鹏 | Drying or low-temperature destructive distillation method and device of brown coal or low-deterioration long flame coal |
| RU2615690C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Plant for hot gas production from carbonaceous material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4713036B2 (en) | Method and apparatus for pyrolysis gasification of organic substance or organic substance mixture | |
| CN102530859B (en) | External-heating-type microwave plasma gasification furnace and synthesis gas production method | |
| WO2016104371A1 (en) | Carbonizing furnace, pyrolytic furnace, water gas generation system, hydrogen gas generation system, and power generation system | |
| CA2141682A1 (en) | Gasification of low calorific value solid fuels to produce electric energy | |
| CN101691493B (en) | External combustion internally heated coal carbonization furnace | |
| JP2008014570A (en) | Waste pyrolyzing treatment facility and operating method for waste pyrolyzing treatment facility | |
| KR101397378B1 (en) | Apparatus for two-stage pyrolysis and gasfication and method thereof | |
| CN102746902B (en) | Gasification method of organic wastes and special gasification furnace | |
| RU2301826C1 (en) | Method and the device for simultaneous production from the condensed fuels of the combustible gas and the solid product containing predominantly carbon | |
| RU2315083C2 (en) | Solid fuel gasifier | |
| RU2301374C1 (en) | Method and device for preparing fuel for combustion | |
| RU2615690C1 (en) | Plant for hot gas production from carbonaceous material | |
| CN101691492A (en) | Coal carbonization technology | |
| CN201520746U (en) | External-combustion internal-heating-type coal dry distillation furnace | |
| JP2008520785A (en) | Gasification method of carbonaceous material and apparatus for carrying out this method | |
| US20240026237A1 (en) | Process for Gasifying an Organic Material and Plant for Carrying Out Said Process | |
| RU2408820C1 (en) | Installation for multi-phase pyrolysis of organic raw material | |
| RU2697912C1 (en) | Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation | |
| KR102250690B1 (en) | Apparatus for producing charcoal using biomass and biomass treatment equipment having the same | |
| CN104445482B (en) | A kind of technique utilizing quenching heat energy to process coked waste water | |
| RU2657042C2 (en) | Method for producing a combustible gas from a solid fuel and reactor for its implementation | |
| KR101704767B1 (en) | Gasifier having circulation structure of thermal decomposition gas | |
| Blasiak et al. | Reforming of biomass wastes into fuel gas with high temperature air and steam | |
| RU16193U1 (en) | WASTE PROCESSING PLANT | |
| RU2321617C1 (en) | Process of producing gas from solid fuel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071230 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100220 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201230 |