СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ Российский патент 2010 года по МПК C10B49/10 

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного термообработанного твердого топлива для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности.

Известен ряд способов термической обработки углей с использованием техники псевдоожиженного (кипящего) слоя, предназначенных для получения высококалорийного твердого топлива (полукокса). Характерным примером является «Способ получения полукокса из бурых и каменных углей» (патент РФ № 2073061, приоритет от 10.02.1997 г.). Данный способ заключается в термообработке угля в кипящем слое при температуре 600-700°C с добавлением к воздушному дутью водяного пара и отводом с газораспределительной решетки материалов, оседающих из кипящего слоя.

Недостатком данного способа является повышенная зольность полукокса, обусловленная тем, что не обеспечивается эффективная сепарация минеральной части исходного угля. Это по существу исключает возможность получения полукокса, пригодного для металлургии, из рядового (необогащенного) угля, т.к. зольность полукокса не удовлетворяет техническим требованиям к коксовой мелочи (класс 0-10 мм): согласно ТУ 14-7-115-89 зольность должна быть не выше 16% на сухую массу.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения металлургического среднетемпературного кокса» (патент РФ № 2285715, приоритет от 29.07.2005 г.). Данный способ заключается в термоокислительном коксовании угля крупностью 0-15 мм в кипящем слое при температуре 800-900°C с получением высококалорийного твердого топлива - среднетемпературного кокса металлургического назначения.

Основным недостатком этого способа является то, что для получения качественного термообработанного твердого топлива с низкой зольностью (например, A^d не выше 16% для коксовой мелочи согласно ТУ 14-7-115-89) в качестве сырья необходимо применять либо низкозольный уголь, что сужает сырьевую базу для применения способа, либо исходный рядовой уголь, имеющий повышенную зольность, необходимо предварительно обогащать (например, до зольности 7-9% на сухую массу), что усложняет и удорожает переработку угля.

Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков известных способов, а именно в повышении эффективности и упрощении переработки угля за счет исключения стадии предварительного обогащения исходного рядового угля.

Техническим результатом изобретения является получение из высокозольных рядовых углей высококалорийного (удельная теплота сгорания - 6300-7000 ккал/кг) низкозольного термообработанного твердого топлива без предварительного обогащения исходного угля.

Указанный технический результат достигается путем термоокислительной обработки измельченного до 10 мм угля в псевдоожиженном (кипящем) слое при температуре 700-950°C с использованием воздушного дутья, при этом дутьевой воздух на псевдоожижение слоя подают в количестве 2500-4200 м³/(м²×ч), что обеспечивает одновременно как поддержание температурного режима в псевдоожиженном слое, так и эффективную сепарацию минеральной части угля, более тяжелой, чем уголь, со снижением зольности (обогащением) получаемого термообработанного твердого топлива.

Способ осуществляют следующим образом. В аппарат с кипящим слоем угля, который в зависимости от назначенного режима, определяемого соотношением расхода воздушного дутья к расходу угля и удельной теплотой сгорания угля, имеет температуру от 700 до 950°C, питателем непрерывно подают предварительно измельченный уголь. Частицы угля, нагреваясь до температуры слоя и перемещаясь в горизонтальном направлении, последовательно проходят стадии сушки, пиролиза и выгружаются из аппарата путем естественного перетока через отборный патрубок. Мелкодисперсный уголь, парогазовые продукты термического разложения угля, а также продукты газификации кокса частично сгорают в кипящем слое, обеспечивая его рабочую температуру, выносятся из кипящего слоя и догорают в надслоевом пространстве за счет подачи вторичного воздушного дутья. Более тяжелые частицы породы, содержащейся в высокозольном рядовом угле, оседают в нижней части псевдоожиженного слоя и по мере накопления удаляются из аппарата через провальную колосниковую решетку. Продукты сгорания подаются в котел-утилизатор на генерацию тепловой энергии - горячей воды или пара.

В примерах, иллюстрирующих способ, использован аппарат кипящего слоя с размером камеры коксования в плане 540×55 мм и отбором твердого продукта на высоте 560 мм.

Пример 1:

В качестве сырья использовали кузнецкий уголь марки ДР (длиннопламенный рядовой), измельченный до 5 мм, имеющий удельную теплоту сгорания на рабочую массу =5020 ккал/кг и следующий технический и элементный состав:

W^r _t=8,8%; A^d=24,3%; V^daf=41,2%; C^daf=78,3%; H^daf=5,5%; N^daf=2,1%; O^daf=13,6%; S^daf=0,37%.

В аппарат подается 100 кг/час угля и 75 нм³/ч воздуха.

Температура в кипящем слое - 910-950°C.

Удельный расход воздуха - 2525 м³/(м²×ч).

Выход коксового остатка - 41% от массы исходного угля.

Полученный коксовой остаток имеет зольность ниже, чем исходный уголь, по зольности удовлетворяет требованиям ТУ 14-7-115-89 для коксовой мелочи (A^d не более 16%), имеет удельную теплоту сгорания на рабочую массу =6490ккал/кг и следующий технический и элементный состав:

W^r _t=0,5%; A^d=15,4%; V^daf=4,0%; C^daf=92,5%; H^daf=1,3%; N^daf=1,9%; O^daf=3,9%; S^daf=0,4%.

Пример 2.

В качестве сырья использовали уголь марки 2БР (бурый, рядовой) месторождения «Багануур» (Монголия), измельченный до 10 мм, имеющий удельную теплоту сгорания на рабочую массу =3275ккал/кг и следующий технический и элементный состав:

W^r _t=33,0%; A^d=14,6%;V^daf=45,0%; C^daf=70,0%; H^daf=5,0%; N^daf=0,7%;O^daf=23,7%; S^daf=0,52%.

В аппарат подается 170 кг/час угля и 124 нм³/ч воздуха.

Температура в кипящем слое - 700-730°C.

Удельный расход воздуха - 4175 м³/(м²×ч).

Выход коксового остатка - 26% от массы исходного угля.

Полученный коксовой остаток имеет зольность ниже, чем исходный уголь, по зольности удовлетворяет требованиям ТУ 14-7-115-89 для коксовой мелочи (A^d не более 16%), имеет удельную теплоту сгорания на рабочую массу =6700ккал/кг и следующий технический и элементный состав:

W^r _t=1,3%; A^d=12,7%; V^daf=10,7%; C^daf=92,8%; H^daf=1,5%; N^daf=1,0%; O^daf=4,2%; S^daf=0,44%.

Пример 3 (сравнительный из патента РФ № 2073061, приоритет от 10.02.1997 г.).

В качестве сырья использовали подсушенный уголь фракции 0,5-7 мм марки 3Б (месторождение «Лермонтовское», Сахалин), имеющий следующий технический и элементный состав:

W^r _t=6,25%; A^d=31,2%; V^daf=44,9%; C^daf=73,4%.

В аппарат поперечным сечением 0,075 м² подается 75 кг/час угля и 106 нм³/ч воздуха и 8,5 кг/ч водяного пара.

Температура в кипящем слое - 680-720°C.

Удельный расход воздуха - 1413 м³/(м²×ч).

Выход коксового остатка - 63% от массы исходного (подсушенного) угля.

Зольность полукокса A^d=54,2% - не удовлетворяет требованиям ТУ 14-7-115-89 для коксовой мелочи (A^d не более 16%). Полукокс имеет зольность существенно выше, чем исходный уголь, что обусловлено отсутствием эффективной сепарации минеральной части угля.

Таким образом, предложенный способ позволяет перерабатывать высокозольный рядовой уголь в низкозольное высококалорийное термообработанное твердое топливо с одновременным производством тепловой энергии без предварительного обогащения исходного угля.

Изобретение может быть использовано в металлургии, энергетике и других отраслях промышленности. Переработку измельченного до 10 мм угля осуществляют путем одновременной термоокислительной обработки угля при температуре 700-950°С за счет частичного окисления угля воздухом и сепарации минеральной части угля, более тяжелой, чем уголь. Дутьевой воздух на псевдоожижение слоя подают в количестве 2500-4200 м³/(м²×ч). Мелкодисперсный уголь, парогазовые продукты термического разложения угля, а также продукты газификации кокса частично сгорают в кипящем слое, обеспечивая его рабочую температуру. Более тяжелые частицы породы оседают в нижней части псевдоожиженного слоя и удаляются из аппарата через провальную колосниковую решетку. Продукты сгорания подаются в котел-утилизатор на генерацию тепловой энергии. Изобретение позволяет получить из высокозольных углей высококалорийное низкозольное термообработанное твердое топливо без предварительного обогащения исходного угля.

Способ переработки угля с получением термообработанного твердого топлива и тепловой энергии, включающий термоокислительную обработку измельченного угля в кипящем слое, отличающийся тем, что переработку осуществляют путем одновременной термоокислительной обработки угля при температуре 700-950°С за счет частичного окисления угля воздухом и сепарации минеральной части угля, более тяжелой, чем уголь, со снижением зольности получаемого термообработанного твердолго топлива, а в качестве исходного сырья используется уголь, измельченный до 10 мм, причем дутьевой воздух на псевдоожижение слоя подают в количестве 2500-4200 м³/(м²×ч).