RU2507238C2

RU2507238C2 - Method of producing synthesis gas from wood wastes

Info

Publication number: RU2507238C2
Application number: RU2012121538/05A
Authority: RU
Inventors: Наиль Фарилович Тимербаев; Рушан Гареевич Сафин; Диляра Фариловна Зиатдинова; Руслан Рушанович Сафин; Зульфия Гаптелахатовна Саттарова; Алмаз Ринатович Садртдинов; Гузель Анасовна Шабаева; Дина Анасовна Ахметова; Лилия Масгутовна Исмагилова
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2014-02-20
Also published as: RU2012121538A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: wood wastes are dried and heated to temperature of 250-350°C. The heated wood wastes are fed into a pyrolysis chamber where temperature rises to 700°C. The obtained charcoal is fed into a gas-generation chamber where it undergoes steam reforming at temperature of 700-1000°C.

EFFECT: invention enables to obtain synthesis gas with high degree of purity which does not require further purification.

1 dwg

Description

Изобретение относится к технике получения газа, содержащего оксид углерода и водород (синтез-газ) из твердых углеродсодержащих веществ при помощи процессов окисления, включающих кислород или пар.The invention relates to techniques for producing a gas containing carbon monoxide and hydrogen (synthesis gas) from solid carbonaceous substances using oxidation processes including oxygen or steam.

Известен способ производства синтез-газа из природного газа с использованием установки для синтеза, содержащую установку риформинга, имеющую реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания. Природный газ, содержащий пар, нагревают путем прохождения через конвекционную секцию установки, а затем вводят реакционную трубку. После нагрева в конвекционной секции в реакционную трубку вводят и двуокись углерода, при этом производится синтез-газ, содержащий водород и окись углерода, см. RU №2204527, МПК C01B 3/38 (2006.01), C07C 1/04 (2006.01), 2003.A known method of producing synthesis gas from natural gas using a synthesis unit, comprising a reforming unit having a reaction tube for steam reforming, a radiation combustion chamber created around the reaction tube for heating the reaction tube, and a convection section in communication with the radiation combustion chamber. Natural gas containing steam is heated by passing through the convection section of the unit, and then the reaction tube is introduced. After heating in the convection section, carbon dioxide is also introduced into the reaction tube, and synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is produced, see RU No. 2204527, IPC C01B 3/38 (2006.01), C07C 1/04 (2006.01), 2003 .

Недостатком данного изобретения является сложность технологического процесса.The disadvantage of this invention is the complexity of the process.

Известен способ получения синтез-газа, включающий термическое разложение древесного сырья в жидком теплоносителе в течение 0,5-10 секунд при температуре 1620-1800°C, см. RU Патент №2341552, МПК C10J 3/57 (2006.01), 2008.A known method of producing synthesis gas, including thermal decomposition of wood raw materials in a liquid coolant for 0.5-10 seconds at a temperature of 1620-1800 ° C, see RU Patent No. 2341552, IPC C10J 3/57 (2006.01), 2008.

Недостатком данного изобретения является использование высоких температур для термического разложения, что приводит к большим энергетическим затратам.The disadvantage of this invention is the use of high temperatures for thermal decomposition, which leads to high energy costs.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения синтез-газа из древесных отходов, включающий сушку с последующим нагревом древесных отходов, которые затем подвергают паровому риформингу при температуре 650-1100°C. Полученный таким способом синтез-газ подвергают дополнительной очистке, включающей стадии удаления тонкодисперсных частиц, а затем удаления нестойких кислотных паров и других загрязняющих веществ, см. RU Патент №2424277, МПК C10J 3/16 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01), 2011.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing synthesis gas from wood waste, which includes drying and subsequent heating of wood waste, which are then subjected to steam reforming at a temperature of 650-1100 ° C. The synthesis gas obtained in this way is subjected to further purification, including the stages of removing fine particles, and then removing unstable acid vapors and other pollutants, see RU Patent No. 2424277, IPC C10J 3/16 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01) , 2011.

Недостатком данного способа является необходимость дополнительной очистки синтез-газа.The disadvantage of this method is the need for additional purification of the synthesis gas.

Задачей изобретения является получение синтез-газа высокой степени чистоты.The objective of the invention is to obtain synthesis gas of a high degree of purity.

Техническая задача решается способом получения синтез-газа из древесных отходов, включающим сушку, нагрев и паровой риформинг при температуре 700-1000°C, в котором перед паровым риформингом нагретые древесные отходы до температуры 250-350°C подают в пиролизную камеру, где температура возрастает до 700°C.The technical problem is solved by a method of producing synthesis gas from wood waste, including drying, heating and steam reforming at a temperature of 700-1000 ° C, in which before steam reforming heated wood waste to a temperature of 250-350 ° C is fed into the pyrolysis chamber, where the temperature rises up to 700 ° C.

Решение технологической задачи позволяет получить синтез-газ высокой степени чистоты с содержанием оксида углерода 50%, водорода 47%, непрореагировавшего водяного пара 3%, который не требует дополнительной очистки.The solution of the technological problem allows to obtain synthesis gas of high purity with a content of carbon monoxide 50%, hydrogen 47%, unreacted water vapor 3%, which does not require additional purification.

Установка для осуществления заявляемого способа переработки древесных отходов в синтез-газ показана фиг.1.Installation for implementing the inventive method of processing wood waste into synthesis gas is shown in Fig.1.

Установка по переработке древесных отходов в синтез-газ состоит из зон загрузки I, сушки II, нагрев III, пиролиза IV, парового риформинга V и сепарации пиролизных газов VI.The plant for processing wood waste into synthesis gas consists of loading zones I, drying II, heating III, pyrolysis IV, steam reforming V and separation of pyrolysis gases VI.

Из зоны загрузки в зону сушки, представляющую собой цилиндрическую камеру 6 с расположенной внутри перфорированной обечайкой 7, древесные отходы подаются с помощью шнекового питателя 2.From the loading zone to the drying zone, which is a cylindrical chamber 6 with a perforated shell 7 located inside, wood waste is fed using a screw feeder 2.

Отвод отработанного сушильного агента осуществляется через перфорированную вставку 8.The exhaust of the dried drying agent is carried out through the perforated insert 8.

Из зоны сушки древесные отходы поступают в зону нагрева, которая представляет собой шнековый питатель снабженный нагревательной рубашкой 12 и обогреваемый топочными газами, поступающие из зоны парового риформинга древесного угля. Далее отходы поступают в зону пиролиза, которая представляет собой цилиндрическую обечайку 13.From the drying zone, wood waste enters the heating zone, which is a screw feeder equipped with a heating jacket 12 and heated by flue gases coming from the steam reforming zone of charcoal. Next, the waste enters the pyrolysis zone, which is a cylindrical shell 13.

Полученный в зоне пиролиза древесный уголь подается в зону парового риформинга угля посредством шнекового питателя 14.Obtained in the pyrolysis zone of charcoal is fed into the zone of steam reforming of coal through a screw feeder 14.

Зона парового риформинга представляет собой камеру газогенерации 15 встроенную в топку 16 и дополнительно снабженную рубашкой обогрева 17. Обогрев осуществляется за счет сжигания несконденсировавшихся пиролизных газов смешанных с воздухом, подаваемым в топку с помощью воздуходувки 18.The steam reforming zone is a gas generation chamber 15 built into the furnace 16 and additionally equipped with a heating jacket 17. Heating is carried out by burning non-condensing pyrolysis gases mixed with air supplied to the furnace using a blower 18.

Подача водяного пара в зону парового риформинга осуществляется через патрубок 19, представляющий собой трубку, обернутую по спирали вокруг камеры газогенерации 15, за счет чего происходит дополнительный прогрев водяного пара.The supply of water vapor to the steam reforming zone is carried out through a pipe 19, which is a tube wrapped in a spiral around the gas generation chamber 15, due to which additional heating of the water vapor occurs.

Отвод полученного синтез-газа из камеры газогенерации 15 осуществляется через патрубок 20. Отведенный синтез-газ проходя через рекуперативный теплообменник 21 отдает свое тепло на нагрев водяного пара и с помощью компрессора 22 подается в газгольдер 23.The resulting synthesis gas is removed from the gas generation chamber 15 through a pipe 20. The exhausted synthesis gas passing through a recuperative heat exchanger 21 gives its heat to heat water vapor and is supplied to the gas tank 23 using a compressor 22.

Отвод золы из камеры газогенерации 15 осуществляется шнековым питателем 24.The ash is removed from the gas generation chamber 15 by a screw feeder 24.

Поступающий в топку 16 зоны парового риформинга несконденсировавшейся газ предварительно проходит зону сепарации пиролизных газов, который включает в себя конденсатор смешения 25, дефлегматор 26, насос подачи жижки 27, емкость конденсата 28, змеевиковый теплообменник 29 и сборник жижки 30.The non-condensing gas entering the furnace 16 of the steam reforming zone preliminarily passes through the pyrolysis gas separation zone, which includes a mixing condenser 25, a reflux condenser 26, a pump for supplying a slurry 27, a condensate tank 28, a coil heat exchanger 29, and a collector 30.

Установка функционирует следующим образом:The installation operates as follows:

Древесные отходы из бункера 1 подаются шнековым питателем 2 в сушильную камеру 6, где конвективно сушатся топочным газом при температуре 95-105°C через перфорированную обечайку 7, образующая со стенкой корпуса кольцевой канал, в который через эжектор 9 подается топочный газ. Отработанный сушильный агент отводят через перфорированную цилиндрическую вставку 8. С помощью дымососа 3, эжектора 9 и задвижки 4 организуется рециркуляция сушильного агента с заданной кратностью.Wood waste from the hopper 1 is fed by a screw feeder 2 into the drying chamber 6, where it is convectively dried by flue gas at a temperature of 95-105 ° C through a perforated shell 7, which forms an annular channel with the body wall into which flue gas is fed through the ejector 9. The spent drying agent is discharged through a perforated cylindrical insert 8. Using a smoke exhauster 3, an ejector 9 and a gate valve 4, the drying agent is recycled with a predetermined ratio.

Высушенные отходы из зоны сушки с помощью шнекового питателя 11 поступают в зону нагрева. Обогрев данной зоны осуществляется за счет подачи топочного газа, поступающего из топки 16 зоны парового риформинга, в рубашку 11. При температуре 250-350°C древесные отходы непрерывно соприкасаясь со стенками камеры нагрева 10 начинают обугливаться.Dried waste from the drying zone using a screw feeder 11 enters the heating zone. The heating of this zone is carried out by supplying the flue gas from the furnace 16 of the steam reforming zone to the jacket 11. At a temperature of 250-350 ° C, wood waste continuously in contact with the walls of the heating chamber 10 begins to carbonize.

Нагретые до температуры 250-350°C отходы подают в камеру пиролиза 13. При данной температуре древесные частицы начинают нагреваться за счет внутренней энергии, их температура возрастает до 700°C вследствие чего происходит разложение на древесный уголь и парогазовую смесь.Waste heated to a temperature of 250-350 ° C is fed into the pyrolysis chamber 13. At this temperature, wood particles begin to heat due to internal energy, their temperature rises to 700 ° C, as a result of which decomposition into charcoal and gas-vapor mixture occurs.

Древесный уголь из камеры пиролиза 13 шнековым питателем 14 подают в камеру газогенерации 15, в которой подвергают паровому риформингу, в результате чего образуется синтез-газ и зола. Паровой риформинг древесного угля осуществляется при температуре 700-1000°C за счет прохождения высокотемпературного пара через слой угля. Полученный синтез-газ выводится из камеры газогенерации 15 через патрубок 20, охлаждается в рекуперативном теплообменнике и передается компрессором 22 в газгольдер 23, а зола удаляется с помощью шнекового питателя 24.Charcoal from the pyrolysis chamber 13 by a screw feeder 14 is fed into the gas generation chamber 15, in which it is subjected to steam reforming, resulting in the formation of synthesis gas and ash. Charcoal steam reforming is carried out at a temperature of 700-1000 ° C due to the passage of high-temperature steam through the coal layer. The resulting synthesis gas is removed from the gas generation chamber 15 through the pipe 20, cooled in a regenerative heat exchanger and transferred by the compressor 22 to the gas holder 23, and the ash is removed using a screw feeder 24.

Парогазовая смесь направляется из зоны пиролиза в зону сепарации пиролизных газов. Из камеры пиролиза 13 парогазовая смесь температурой 400-500°C поступают в конденсатор смешения 25, где конденсация паров осуществляется оборотной жижкой, подаваемой насосом 27 из емкости 28 и охлаждаемой змеевиковым теплообменником 29. Несконденсировавшиеся газы поступают в дефлегматор 26 для конденсации, путем соприкосновения несконденсировавшихся газов с холодной поверхностью тарелок. Конечный несконденсировавшийся газ поступает в топку 16, где окисляется воздухом предварительно подогреваемым в рекуперативном теплообменнике 21 от зольного остатка и подаваемым воздуходувкой 18. Избыточный конденсат отводится в сборник жижки 30.The gas-vapor mixture is sent from the pyrolysis zone to the pyrolysis gas separation zone. From the pyrolysis chamber 13, the gas-vapor mixture at a temperature of 400-500 ° C enters the mixing condenser 25, where the vapor is condensed by the circulating liquid supplied by the pump 27 from the tank 28 and cooled by the coil heat exchanger 29. Non-condensed gases enter the reflux condenser 26 for condensation by contacting non-condensed gases with a cold plate surface. The final non-condensing gas enters the furnace 16, where it is oxidized by air preheated in the recuperative heat exchanger 21 from the ash residue and supplied by the blower 18. Excess condensate is discharged into the collector 30.

Вода, нагреваемая в змеевиковом теплообменнике 29 за счет теплообмена с жижкой, подается в рекуперативный теплообменник 21, где в свою очередь перегревается за счет тепла отходящего синтез-газа. Далее образованный пар подается в патрубок 31, представляющий собой трубку, обернутую вокруг камеры газогенерации 15, где перегревается и поступает в зону парового риформинга. Полученный синтез-газ не требует дополнительной очистки, его направляют на производство метанола.Water heated in a coil heat exchanger 29 due to heat exchange with a liquid is supplied to a regenerative heat exchanger 21, where it in turn overheats due to the heat of the waste synthesis gas. Next, the formed steam is fed into the pipe 31, which is a tube wrapped around the gas generation chamber 15, where it overheats and enters the steam reforming zone. The resulting synthesis gas does not require additional purification, it is sent to the production of methanol.

Отработанный сушильный агент через трубу 5 выбрасывается в атмосферу.The spent drying agent through the pipe 5 is released into the atmosphere.

Таким образом, заявляемый способ получения синтез-газа высокой степени чистоты с содержанием оксида углерода 50%, водорода 47%, непрореагировавшего водяного пара 3% имеет замкнутый цикл и является экологичным, в связи, с чем снижаются расходы на его производство.Thus, the inventive method for producing synthesis gas of high purity with a content of carbon monoxide 50%, hydrogen 47%, unreacted water vapor 3% has a closed cycle and is environmentally friendly, in connection with which the cost of its production is reduced.

Claims

A method of producing synthesis gas from wood waste, including drying, heating, steam reforming at a temperature of 700-1000 ° C, characterized in that before steam reforming heated wood waste to a temperature of 250-350 ° C is fed into the pyrolysis chamber, where the temperature rises to 700 ° C.