SU862835A3 - Способ предварительного нагрева горючего сланца - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА ГОРЮЧЕГО ... Изобретение относитс  к области переработки твердого топлива, а име но к способам предварительного нагр ва горючего сланца. Известен способ предварительного нагрева горючего сланца, включающий нагрев сланца до 204-342°С путем со местной обработки сланца И гор чего дымового газа, подаваемых в зону нагрева, сгорание мелочи горю чего сланца и углеводородных па- ров, содержащихс  в дымовых газах,-. отводимых из зоны нагрева и подаваемых , в-зону сгорани  . Нёдостатком известного способа;  вд етс  выброс значительных количеств экологически вредных углеводородов в атмосферу в результате пре ждевременного пиролиза сланцевого ма л.а, содержащегос  в горючем сланце, во врем  проведени  одиостадийного быстрого нагрева сланца. Цель изобретени  - повышение эффективности процесса и снижение загр з нени  атмосферы.. Это достигаетс  тем, что сланец . нагревают до 204-342с в восход щем потоке, по крайней мере, в двух зонах , сланец подают в первую зону нагрева , а гор чий дымовой газ - в поСЛАНЦА следнюю зону нагрева, дымовые газы, содержащие мелочь горючего сланца и углеводородные пары отвод т из последней зоны нагрева и подают в зону сгорани , сжигают мелочь горючего сланца и углеводородные пары в течение 0,3-1,0 с при температуре выше 7Q4°C, предпочтительно 760-815°С, дымовые газы, поступающие из зоны сгорани  , охлаждают до 430-482°С и направл ют в предпоследнюю зону нагрева. Когда горючий бланец подогрет таким образом, становитс  возможным нагреть сланец до 204-342 0 без выбрасывани  значительных количеств углеводородов в атмосферу в результате преждевременного пиролиза горючего сланца в процессе предварительного нагрева, и,за счет того, что процесс идет в восход щем потоке, уменьшгиотс  потери тепла в процессе и повыпаетс  эффективность процесса. Процесс предварительного нагрева выполн етс  до постепенного нагрева горючего сланца путем использовани  серии восход щих потоков, каждый из которых работает при разных температурах дымовых газов, Восход щие потоки используютс  дл  обеспечени  быстрой передачи тепла от дымового газа к твердой фазе, имеющей широкий естественный диапазон распределени  размеров частиц. На табл. 1 представлен анализ сыро го сланца. В св зи с тем, что мелкие частицы Нагреваютс  значительно быстрее, чем крупные, важно контролировать температуру дымового газа на входе в восход щий поток с целью сведени  к минимуму преждевременного пиролиза и . образовани  углеводородов. Было обнаружено , что больша  часть углеводо рсщов выдел етс  в процессе предвари тельного нагрева сланца до температур превышающих т°с. При температурах ниже 177°С концентраци  углево дородов в дымовом газе, выбрасываемы в атмосферу из-за частичного испарени  битума, имендцегос  в сланце, не превышает 100 частей на миллион. При температурах предварительного подогрева 260-315°С концентраци  углеводорода в дымовом газе составл ет 500-1000 частей на миллион. Эти повышенные концентрации вызваны частич ным пиролизом керогена и выпариванием битума. С точки зрени  заботы об окружающей среде, если вьаделение углеводородов эффективно проконтроли ровать, а тепло, содержащеес  в них соответствующим образом использовать то можно достичь как сохранени  природных ресурсов, так и улучшени  экономических показателей за счет образовани  дополнительного топлива 5-15% тепла, требующегос  дл  предварительного нагревани  горючего сланца до температуры 290°С, может Сыть получено от мелочи горючего сланца и углеводородов, выделенных в процессе предварительного нагрева Этот процесс проводитс  дл  постеенного предварительного нагревани  сего горючего сланца до температуы 180°С без образовани  значительных концентраций углеводородов. Дальнейшее нагревание всего горючего сланца от 204 до проходит при сопутствующем выделении углеводородов, а также при использовании теплотворной способности этих углеводородов, равно как и теплотворной способности меочи горючего сланца, котора  попадат ет в дымовой газ. На последней стадии подогрева в восход щем потоке образуютс  углеводороды и ввод тс  вместе с мелочью горючего сланца в поток дымового газа, который идет в зону сгорани , где используетс  теплотворна  способность этих материалов. Установлено, что выделенные углеводороды и мелочь горючего сланца могут быть эффективно сожжешл при 700815°С . Более высокие температуры могут быть использованы, если будут выдержаны более высокие уровни разложени  карбоната. Было также установлено , что фактически полное сжигание может быть завершено при этих температурах в точение 0,3-1,0 с. Гор чий дымовой газ из зоны сгорани  частично охлаждаетс  обычной теплоиспользующей техникой и его тепло используетс  дл  предварительного подогрева сырого сланца в восход щем потоке (со стороны сланца) стадий подогрева, температура дымового газа, который контактирует с горючим сланцем на этапах предварительного нагревани  в процессе подъема, должна быть достаточно низкой (пор дка 430-482с}во избежание образовани  и выброса значительных количеств углеводородов в атмосферу. Две стадии предварительного подогрева с одной промежуточной зоной сгорани  и повторным нагревом полносстью обеспечивают задачу. Однако три стадии предварительного нагрева, использующие единственную зону сгорани , расположенную между второй и третьей стади ми, предпочтительны. Две межстадийные зоны сгорани  также могут быть прогрессивно использованы , когда одна зона сгорани  расположена между первой и второй зона№1 предварительного нагрева, а друга  зона - между второй и третьей зонами предварительного нагрева. Горючий сланец, измельченный до номинального размера 12,7 мм, выгружаетс  из дробилки и поступает в первую зону предварительного нагрева в восход щем потоке, в котором сланец контактирует с дымовым газом при температуре, достаточной дл  частичного подогрева сланца и удалени  свободной влаги. Дымовой газ, выход щий после первой стадии, проходит в атмосферу после прохождени  через пылеулавливающее устройство, например рукавный фильтр, электрофильтр, мокры скруббер, в зонах предварительного нагрева с более высокой температуро расположенных ниже по движению пото ка относительно первой зоны предвар тельного нагрева, горючий сланец нагреваетс  до более высоких темпер тур за счет контактировани  сланца с более гор чими дымовыми газами из зоны сгорани . Предварительно по догретый горючий сланец из конечной зоны предварительного подогрева проходит в зону пиролиза. Частично охла зденные газы из зон предварительного нагрева, расположенные ниже по движению потока Ссо стороны газа) от носительно последней зоны предварительного подогрева, проход т через одну или несколько промежуточных зон сгорани , где дымовые газы дополнительно нагреваютс  за счет горени  смеси топлив , включающей в себ  углеводороды и мелочь сырого сланца. Контроль температуры дымовых газов . поступающих в различные зоны предварительного нагрева, может быть выполнен за счет смешивани  дополнительного количества холодного.свежего воздуха или дымового, газа с пер вичным потоком гор чего дымового газа , или за счет пропускани  дымовых газов через теплообменники. На чертеже изображена установка дл  реализации способа с использованием трех зон -предварительного подогрева в восход щем потоке с одной промежуточной зоной сгорани . Измельченный горючий сланец (вклю ча  мелочь и влагу) непрерывно подаетс  по линии 1 , в подъемную линию или первую зону 2 предва рительного нагрева при скорости загрузки около 450 т/ч, в кртор-й он контактирует и транспо ртируетс  с ды мовым газом при 246с,поступающим из линии 3. Дымовой газ, поступающий из линии 3 в первую зону предвс1рительного нагрева, представл ет собой смесь дымового газа, имеющего температуру 190°С, из второй зоны предварительного нагрева или подъемной ли НИИ 4, подаваемого через линию 5, с дымовым газом, имеющим температуру , из промежуточной печи-рекуператора 6, подаваемого через линию 7. В первой зоне 2 предварительного нагрева горючий сланец предварительно нагреваетс  до , продвига сь к сборнику 8 и циклонному сепарато-. ру 9, в котором частицы горючего сла ца отдел ютс  от дымового газа. Частично предварительно нагретый сланец подаетс  самотеком во вторую зону .4 предварительного нагрева через линии 10 и 11 njm скорости подачи 450 т/ч дл  дальнейшего нагрева. Дымовой газ, ссщержа1ций пыль горючего сланца и волу, при из циклонного сепаратора 9 проходит через мокрый скруббер (ма чертеже не показан) и затем выбрасываетс  в атмосферу при . Приблизительно 114 л/мин воды удал етс  из горючего сланца в первой зоне 2 предварительного нагрева. В подъемной линии или второй зоне 4 предварительного нагрева горючий сланец продолжает нагреватьс  до 177-200с, при этом он транспортируетс  гор чим далмовым газом, имеющим температуру на входе 430с. Гор чий дымовой газ во вторую зону пЕ едварительного нагрева подаетс  через линию 12 и содержит дымовой газ из третьей зоны 13 предварительного нагрева с температурой rdaa на выходе 302°С, подаваемого через линию 14 в промежуточную печь-рекуператор 6, где он вновь нагреваетс  до 760°С за счет сгррани  углеводородов , выделившихс  на последней стадии предварительного нагрева, сланцевой мелочи и дополнительного топлива . Печь-рекуператор 6 состоит из зоны горени  а, где сжигаютс  воздух и топливо, ьоны смешени  б, где дымовой газ из линии 14 смешиваетс  с продуктами горени  из зоны а, зоны озолени  в и зоны охлаждени  г. Газ с температурой 760°С в зоне охлгикдени  г печи-рекуператора б Охлаждают до 430°С перед подачей его во : вторую зону 4 предварительного нагрева . Сланец отдел етс  от дымового газа в сборнике 15 и циклонном сепараторе 16, а затем поступает через линии 17 и 18 в третью зону 13 предварительного нагрева. Некоторое количество вод ного пара удал етс  из второй зоны предварительного нагрева. Частично нагретый горючий сланец при 177-200 С поступает в третью зону предварительного нагрева, контактирует и транспортируетс  дымовьв газом , вводимым при 47б-760°С через линию 19 таким образом, чтобы .равномерно нагреть весь поток сырого сланца до 290с без значительного пиролиза , предшествующего пиролизу в аппарате 20. Дымовой газ, подаваемый в последнюю зону 13 предварительного иаГрева , содержит примесь дымового гА-. за шарового нагревател , подаваемого через линию 19, которы; при необходимрсти может быть охлажден путем об аБлени  охлаждающего в.оздуха при 33-40С через линию 21. Охлаждение проводитс  дл  обеспечени  управлени  процессом. Предварительно нагретый горючий сланец отдел етс.  от ымового газа в борнике 22 ч циклон- сепараторе 23 а затем поступат в аппарат 20 дл  пиролиза через инии 24 и 25, где пиролиз горючего ланца обеспечиваетс  за счет контака с гор чими керамическими телами/

подаваемьми из шарового нагревател  26 через линию 27.

Шаровой нагреватель 26 состоит из камеры нагрева д, камеры сгорани  е и зоны выпуска газа ж. В камеру нагрева д шарового нагревател  26 керамические шары ввод тс  из подъемника 28 шаров через линию 29, где контактируют с гор чим дымовьлм газом из камеры сгорани  е. Воздух и топливо подаютс  через линии 30 и 31 соответственно , к горелке распылительного типа (на чертеже не показана), расположенной в камере сгорани  е, в которой сгорает смесь, образу  гор чий ДЫГ40ВОЙ газ . Поскольку керамические шары и дымовой газ движутс  вниз через шаровой нагреватель, шары нагреваютс , в то врем  как дымовой газ охлаждаетс . Дымовой газ выходит из шарового нагревател  26 через зон выпуска ж и линию 19 дл  использовани  при нагреве сырого сланца в зоне 13 предварительного нагрева, нагретые шары удал ютс  из камеры нагрева д через линию 27 и поступают в аппарат 20 пиролиза.

Аппарат пиролиза выполнен в виде вращающегос  барабана, в котором гор чие керамические шары из шарового нагревател  26 контактируют с сыгрым сландем, предварительно нагретым до 290°С, дл  обеспечени  последую щего пиролиза. Шары и гор чий сланец проход т через аппарат пиролиза , где тепло шаров передаетс  горючему сланцу с выделением углеводородных паров сланцевого масла и обработанных твердых частиц сланца. Вьделившийс  пар, обработанные твердые частицы сланца и охлажденные шары из аппарата пиролиза через трубопровод 32 подаютс  во вращающеес  барабанное сито 33, имеющее отверсти , причем эти отверсти  таковы, что измельченный обработанный твердый сланец проходит через них, в то врем  как обладающие более значительными .размераг ш шары задерживаютс , выдел ющийс  пар удал етс  через паровой колпак 34 и проходит через линию 35 в секцию рекуперации (на чертеже не показана). В основном весь обработанный твердый горючий сланец проходит через барабанное сито 33 и сборник 36 обработанного твердого сланца 36, из которого частицы твердого сланца через линию 37 проход т в область скоплени  твердых обработанных частиц сланца. Охлажденные шары из сборника 38 через линию 39 проход т к подъемнику шаров 28 и возвращаютс  в шаровой нагреватель 26 через линию 29 дл  нагревани .

Предварительные испытани  на конкретном сорте горючего сланца показывают , что желательно либо повысить либо понизить степень предварительного нагрева в одной из трех стгший

предварительного нагрева дл  изменени  выделений в атмосферу углеводородов , и/или изменить подачу топлива в зону предварительного нагрева. Услови  предварительного нагрева могут быть изменены без изменени  основных положений, изложенных выше.

Испытани  провод т на установке производительностью 1000 т в день горючего сланца дл  определени  количества углеводородов, выдел ющихс  при специальных услови х предварительного нагрева дл  каждой из тре стадий предварительного нагрева. По этим испытани м установлено,что при предварительном нагревании горючего сланца (измельченного до минус 12,7 мм) от 10 до 342 Я:: в трехступенчатой системе выдел етс  в сред нем 400-700 частей на миллион углеводородов . Из этого количества частей на миллион углеводородов выдел етс  на конечной стадии п|редва рительного нагрева, а частей на первых двух стади х. В этих испытани х подъемные линии работали при температурах дымового газа на входе приблизительно 343, 482 и соответственно , в то врем  как горючий сланец нагревалс  до температур 93, 176 и 342°С, соответственно в каждой из трех стадий предварительного нагрева.

Другие серии испытаний были выполнены дл  определени  условий, необходимых дл  существенного снижени  содержаний углеводсчродов в дымовом газе, выпускавшем из третьей подъемной линии, приблизительно размера частиц и содержани  углерода в мелочи горючего сланца, содержащейс  в дымовом газе.

Анализ средних размеров частиц мелочи горючего сланца, вход щей в зону пиролиза из третьей зоны предварительного нагрева, представлен

в табл. 2.m г,

Таблица 2

0,1

О , 2

0,6

1,2

2,0 ,

3,3 11,6 50, 1

Продолжение табл. 2

Анализ содержани  органического углерода мелочи горючего сланца, полученного по изокинетическим пробам,, вз тым на BXQqe и выходе камеры сгорани  при работе зоны сгорани  при 721-774 € приведен в табл. 3. Эти данные свидетельствуют о том, что мелочь содержит органический углерод, который может быть сожжен с использованием его теплотворной способности.

Таблица 3

В табл. 4 представлены результаты испытаний по определению количества углеводородов, вьщеленных в третьей 30 стадии предварительного нагрева, и рабо«шх условий, необходигиых дл  обес-. печени  значительного восстановлени  содержани  углеводородов.в дшловом. газе, проход щем через зону сгорани . 35

Содержание углёводсчэодов на входе в печь в этой серии испытаний было значительно выше, чем отмечено в испытани х , описанных выше, из-за различий в механических размерах и форме установки Испытани  проводились на ответной установке производительностью 24 т в день.

1

Claims (6)

1. ; Т а б л и ц а 4. Из таблиц видно, что значительное ;количество мелкого горючего сланца попадает в поток дымового газа, который может быть использован в качестве топлива дл  системы предварительного нагрева. Кроме того, расположение зоны сгорани  между второй и третьей стади ми предварительного нагрева очень эффективно в восстановлении содержани  углеводорода в дымовом, газе , когда зона сгорани  работает при , предпочтительно 760°С, -и времени пребывани , по меньшей мере,О,5 Предлагаемый процесс перегонки ил пиролиза горючего сланца использует весь сланец, включа  мелкий материал , с целью выделени  100% углеводо родов либо в виде жидких или газооблибо в качестве разных продуктов., топлива дл  системы предварительного нагрева. Кроме того, процесс обеспечивает предварительное нагревание ojporo горючего сланца до 204-342 -с без возникновени  значительного пиролиза основной части сланца до операции перегонки или пиролиза. К тому же процесс обеспечивает повыленную экономию тепла за счет выгрузки дымо вого газа в атмосферу при более низ КОЙ температуре. Способ обеспечивает существенное сокращение потреблени  углеводорода за счет ржигани  паров углеводорода, выдел емых из битума, содержащегос  в сланЦе, Использование свежего сырого сланца дл  предва рительного нагрева подъемной линии нецелесообразно, поскольку при его контакте с дымовыми газами высокой температуры С649-760°С), прекратилос бы шаделенне углеводородов, а при температуре дымового газа на входе в нем содержалось бы значитель ное количество несгорающих углеводорсздов . Формула изобретени  1, Способ предварительного нагрегорючего сланца до 204-342°С пуПродолжение табл. 4 ем совместной обработки сланца и го чего дымового газа, подаваемых в зону нагрева, сгорани  мелочи горючего сланца и углеводородных паров, содержащихс  в дамовых газах, отводимых из зоны нагрева и подаваелвлх в зону сгорани , о т л и ч а ю щ и flc   тем, что, с целью повышени  эффективности процесса и снижени  загр знени  атмосферы, нагревают горючий сланец в восход щем потоке, по крайней мере, в двух зонах., сланец подают в первую зону нагрева, а гор чий дымовой газ - в последнюю зону нагрева, дымовые газы, содержащие мелочь горючего сланца и углеводородные пары, от|вод т из последней зоны нагрева и по (дают в зону сгс рани , из зоны сгорани  дымовые газы направл ют в предпоследнюю зону нагрева.
2. 2.Способ по П.1, о тли ч аюUI и и с   тем, что дымовой газ из зоны сгорани  охлаждают до 430-482°С.
3. 3.Способ non.l, о тли ч ающ и и с   тем, что содержит последующую стсщию ввода частично предварительно нагретого горючего сланца из первого восход щего потока во второй восход щий пОток с охлажденным дымовым газом из зоны сгорани  дл  обеспечени  частичного предварительного нагрева горючего сланца дл  последующего ввода в последний восход щий поток и частичного охлахадени  дымового газа дл  ввода в первый восход щий поток,
4. 4. Способ по п.3,отли ч ающ и и с   тем, что происходит дгшьнейшее прохождение частично охлажденного дымового газа из второго восход щего потока через вторую зону сжига- ни  таким образом, чтобы частично CHOsa нагреть дымовой газ и сжечь выделившиес  углеводородные пары и включенные чаотицы мелочи горючего сланца, выделившиес  из восход щего потока, перед охлажцением и вводом частично снова нагретого дымового газа в пврвыЛ восход щий поток.
5. 5.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и Я с   тем, что горючий сланец, загружаемый в последний восход щий поток, предварительно нагревают до 177-2000С.
6. 6.Способ по п.1, отличающийс  т.ем, что врем  пребыва

   J.

   11

   /

   W

   fj

   fZ

   ни  дымового газа в зоне сгорани 

   0,3-1,0 с при Teo-eis c.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Патент США 3803022, кл. 208-11, 09.04.74, (прототип).

   1 -.

   2

   .23