СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАМЕННОУГОЛЬНОГО ГАЗА Российский патент 2011 года по МПК C10J3/16 C10J3/54 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения каменноугольного газа, в частности, к способу получения каменноугольного газа с использованием пылевидного угля.

Уровень техники

Процесс получения каменноугольного газа с использованием пылевидного угля, главным образом, включает: подачу пылевидного угля, пара, воздуха и кислорода в угольный газогенератор для реакции при высокой температуре для получения каменноугольного газа; пропускание полученного каменноугольного газа через циклонный пылеуловитель, по мере этого выделение и подачу пылевидного угля назад в угольный газогенератор; пропускание каменноугольного газа через котел-утилизатор для получения пара и подачу очищенного и охлажденного каменноугольного газа потребителям. Поскольку температура каменноугольного газа, выходящего из угольного газогенератора, очень высокая, то пар, производимый котлом-утилизатором в избытке от того, что необходимо для производства каменноугольного газа, и избыточная часть будет использоваться для других областей применения. В то же самое время, поскольку температура газифицирующего агента, состоящего из пара, воздуха и кислорода, входящего в угольный газогенератор, относительно низкая, обычно 65-120°С, тогда как при реакции в угольном газогенераторе температуру газифицирующего агента необходимо повысить до 1000-1100°С, то большое количество реакционного тепла будет потребляться в течение увеличения температуры газифицирующего агента. Все вышеперечисленные факторы приводят к тому, что расход угля в установке производства каменноугольного газа становится относительно высоким, обычно около 0,3-0,4 кг/Нм³; и теплотворная способность каменноугольного газа, производимого вышеуказанным традиционным процессом, низкая.

Сущность изобретения

Для решения вышеуказанной проблемы, целью настоящего изобретения является обеспечение способа получения каменноугольного газа, который не только снижает расход угля, но также увеличивает теплотворную способность производимого каменноугольного газа.

Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение обеспечивает способ получения каменноугольного газа, включающий:

подачу исходного пылевидного угля и высокотемпературного газифицирующего агента в угольный газогенератор для реакции для получения каменноугольного газа;

осуществление теплообмена между каменноугольным газом, выходящим из угольного газогенератора, и газифицирующим агентом для получения газифицирующего агента высокой температуры;

осуществление теплообмена между каменноугольным газом, после осуществления теплообмена с газифицирующим агентом, и водой для получения пара, в котором пар является компонентом газифицирующего агента; и

выведение каменноугольного газа после проведения теплообмена с водой и после дальнейшего удаления пыли и обессеривания.

После получения каменноугольного газа и перед осуществлением теплообмена с газифицирующим агентом осуществляется обработка высокотемпературной сухой сепарацией, и отделенный пылевидный уголь подается назад в угольный газогенератор. После получения высокотемпературного газифицирующего агента и перед осуществлением теплообмена между каменноугольным газом и водой осуществляется обработка низкотемпературной сухой сепарацией, и отделенный пылевидный уголь подается назад в угольный газогенератор.

В течение теплообмена с газифицирующим агентом снижение температуры каменноугольного газа, выходящего из угольного газогенератора, равно 500-700°С. Теплообмен каменноугольного газа и воды осуществляется в пределах котла-утилизатора с температурой на входе котла-утилизатора, равной 400-500°С.

Газифицирующий агент может быть воздухом и паром, или кислородобогащенным воздухом и паром, или чистым кислородом и паром.

В начале операции исходный пылевидный уголь подается через нижнюю часть угольного газогенератора. Когда температура угольного газогенератора является нормальной в процессе, то исходный пылевидный уголь подается через верхнюю часть угольного газогенератора.

Высокотемпературный газифицирующий агент может подаваться через три позиции угольного газогенератора. Первая из трех позиций находится в нижней части угольного газогенератора, где вводимое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 50-60%; вторая позиция - в средней части угольного газогенератора, где вводимое количество высокотемпературного газифицирующего агента - 35-45%; третья - в средней части угольного газогенератора, где пылевидный уголь, соответственно отделенный высокотемпературным сепаратором и низкотемпературным сепаратором, и 5% от общего высокотемпературного газифицирующего агента подаются в угольный газогенератор.

Температура высокотемпературного газифицирующего агента равна 750-850°С.

Содержание пылевидного угля каменноугольного газа, подаваемого потребителям, ≤ 5 мг/Нм³. Пропорция воздуха, или кислородобогащенного воздуха, или чистого кислорода в газифицирующем агенте равна 50-80%, и пропорция пара в газифицирующем агенте равна 20-50%.

Способ получения каменноугольного газа согласно настоящему изобретению позволяет осуществляться теплообмену между газифицирующим агентом, входящим в угольный газогенератор, и каменноугольным газом, выходящим из угольного газогенератора, таким образом, температура газифицирующего агента, входящего в угольный газогенератор, способна достигать 750-850°С, расход тепла в реакции пылевидного угля и высокотемпературного газифицирующего агента на 20-30% ниже, чем он же газифицирующего агента при нормальной температуре, и горючего компонента каменноугольного газа на 20-30% выше, чем он же смешанного каменноугольного газа, получаемого с использованием газифицирующего агента при нормальной температуре. В частности, настоящее изобретение осуществляет посредством теплообмена теплообмен между каменноугольным газом, выходящим из угольного газогенератора, при 950-1100°С и газифицирующим агентом при 60-100°С. После теплообмена температура газифицирующего достигает 750-850°С, и каменноугольный газ при температуре, сниженной до 400-500°С, снова входит в котел-утилизатор для получения пара, с температурой каменноугольного газа, после выхода из котла-утилизатора, сниженной до примерно 150°С, тогда каменноугольный газ входит в пылеуловитель Вентури и башенный скруббер для удаления пыли, и, наконец, каменноугольный газ подается потребителям после того, как подвергся обессериванию. Посредством теплообмена между каменноугольным газом и газифицирующим агентом тепло каменноугольного газа передается газифицирующему агенту, и возрастание температуры газифицирующего агента приводит к возрастанию содержания пара и ускорению реакции с углем, которые делают возможным низкий расход угля угольного газогенератора и хорошее качество каменноугольного газа, и более важно, что тепло каменноугольного газа эффективно удаляется, таким образом, достигая 20-30%-ного сокращения расхода угля. В сравнении с потреблением угля 0,3-0,4 кг/Нм³ в угольном газогенераторе предшествующего уровня техники с использованием газифицирующего агента при нормальной температуре расход угля в смешанном каменноугольном газе настоящего изобретения снижается до 0,22-0,25 кг/Нм³. В дополнение, посредством внедрения высокотемпературной сепарации и низкотемпературной сепарации в настоящем изобретении количество пылевидного угля, уносимого каменноугольным газом, значительно сокращается, и отделенный пылевидный уголь снова подается назад в угольный газогенератор, таким образом, снижая расход угля угольным газогенератором. Теплотворная способность смешанного каменноугольного газа, производимого настоящим изобретением с использованием газифицирующего агента, содержащего воздух и пар, равна 5600-6000 кДж/Нм³ (1350-1450 ккал/Нм³), и расход угля равен только 0,22-0,25 кг/Нм³, таким образом, каменноугольный газ низкий по расходу угля, высокий по теплотворной способности, высокий по производительности и низкий по стоимости.

На чертеже представлена блок-схема варианта осуществления способа получения каменноугольного газа настоящего изобретения.

Подробное описание

Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в дальнейшем со ссылкой на чертеж.

Исходный пылевидный уголь 1 с содержанием воды ≤ 8% подается питателем угля в угольный газогенератор. Если содержание воды выше 8%, то исходный пылевидный уголь 1 в первую очередь необходимо высушить. Исходный пылевидный уголь 1 в начале процесса будет подаваться через нижнюю часть угольного газогенератора, и когда температура угольного газогенератора достигнет нормального состояния, то исходный пылевидный уголь 1 будет подаваться через верхнюю часть угольного газогенератора. В то же самое время высокотемпературный газифицирующий агент 7 при 750-850°С подается через три позиции угольного газогенератора для реакции в пределах угольного газогенератора для получения каменноугольного газа, в котором первая из трех позиций находится в нижней части угольного газогенератора, где подаваемое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 50-60% от общего количества высокотемпературного газифицирующего агента, вторая позиция - в средней части угольного газогенератора, где подаваемое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 35-45% от общего количества высокотемпературного газифицирующего агента, и третья - в средней части угольного газогенератора, где и циркулирующий уголь, и примерно 5% всего высокотемпературного газифицирующего агента подается в угольный газогенератор. Каменноугольный газ пропускается через высокотемпературный сухой сепаратор для отделения пылевидного угля 2 с размером частиц более чем 10 мкм, уносимых каменноугольным газом, и пылевидный уголь 2 подается назад в угольный газогенератор, в качестве циркулирующего угля, и отделенный каменноугольный газ снова входит в теплообменник и обменивается теплом с газифицирующим агентом, состоящим из воздуха 3 и пара 4, заставляя газифицирующий агент повышаться в температуре и становиться высокотемпературным газифицирующим агентом 7 при 750-850°С, в то время как падение температуры каменноугольного газа равно 500-700°С. Каменноугольный газ покидает теплообменник при 400-500°С и снова входит в низкотемпературный сухой сепаратор для дальнейшего отделения всех пылевидных частиц угля с диаметром более чем 5 мкм и 50% угольных частиц с диаметром 0-5 мкм, содержащихся в нем, и отделенный пылевидный уголь 5 возвращается назад в угольный газогенератор в качестве циркулирующего угля. После выхода из низкотемпературного сепаратора каменноугольный газ входит в котел-утилизатор для получения пара 4, который является компонентом газифицирующего агента. Каменноугольный газ, выходящий из котла-утилизатора, входит в мокрый пылеуловитель Вентури и башенный скруббер для обессеривания и дальнейшего удаления пыли, в котором промывной раствор 8 поддерживается водяным насосом для циркулирования в мокром пылеуловителе Вентури, башенном скруббере и седиментационном устройстве, 90% угольных частиц менее чем 5 мкм отделяются посредством вышеуказанного мокрого пылеулавливания, пылевидные остатки 9 выгружаются после осаждения седиментационным устройством, и каменноугольный газ 6 после промывки башенным скруббером может посылаться пользователям. Воздух в вышеуказанном процессе может быть также кислородобогащенным воздухом или чистым кислородом. Поскольку газифицирующий агент входит в угольный газогенератор после предварительного нагревания, то вышеуказанный процесс для получения каменноугольного газа уменьшает расход угля, и в то же самое время, поскольку исходный пылевидный уголь входит в угольный газогенератор через два входных отверстия, и пылевидный уголь, уносимый каменноугольным газом, подается назад в угольный газогенератор, то расход угля в дальнейшем сокращается, таким образом, делая расход угля всего 0,22-0,25 кг/Нм³ каменноугольного газа, наряду с увеличением теплотворной способности каменноугольного газа, которая равна 5600-6000 кДж/Нм³ каменноугольного газа (1350-1450 ккал/Нм³ каменноугольного газа). В частности, в этом варианте осуществления количество потребляемого воздуха равно 0,6-0,65 кг/Нм³ каменноугольного газа. Компоненты производимого каменноугольного газа: H₂: 15-20%; CO: 25-30%; CO₂: 5-8%; N₂: 40-50%; CH₄: 2-3% и O₂: 0,2-0,5%. Соотношение воздуха, или кислородобогащенного воздуха, или чистого кислорода в газифицирующем агенте равно 75-80%, и оно же пара равно 20-25%.

Существует несколько комбинаций параметров, как указано ниже, в этом варианте осуществления:

Температура предварительного нагревания газифицирующего агента Температура газа на выходе теплообменника Потребление угля
(кг/Нм³) Теплотворная способность каменноугольного газа (кДж/Нм³) 750 500 0,25 5600 850 400 0,22 6000 800 450 0,24 5800

Нижеследующее является расчетом теплопотребления в производстве 1 ккал каменноугольного газа, принимая воздух и пар в качестве газифицирующего агента, чтобы в дальнейшем теоретически подтвердить реализацию изобретения.

Удельная теплоемкость смешанного газа: 0,33 ккал/Нм³°С.

ΔН₁ = тепло, уносимое смешанным газом,

= количество смешанного газа 1 нм³ каменноугольного газа × 850°С × 0,33,

= 0,8066×850×0,33

= 5068 ккал/кмоль каменноугольного газа.

Расход угля = 0,25 кг/Нм³ = 5,6 кг/кмоль.

Удельная теплоемкость исходного материала = 0,5 кал/кг°С.

ΔН₂ = тепло, необходимое для повышения температуры холодного угля,

= расход угля × удельная теплоемкость исходного материала × температура угля × тепло, необходимое для испарения исходной воды,

= (0,25-0,25×0,1)×0,5×(950-25)×22,4+0,25×0,1×580×22,4,

= 2655,8 ккал/моль

С + О₂ → СО₂ Н°СО₂ = 97700 ккал/кмоль С + О₂/2 → СО Н°СО = 29400 ккал/кмоль С + Н₂О → СО Н°СО = -28300 ккал/кмоль

Содержание СО₂ равно 7%, и расход воздуха на 1 кмоль каменноугольного газа равно 4,55/7,19=0,632 ккал/моль каменноугольного газа.

Содержание кислорода в 0,632 кмоль воздуха равно 0,132 кмоль, и расход кислорода на СО равен половине его же на СО₂.

ΔН_{реакции} = тепло, генерируемое воздухом в получении СО₂ + тепло, генерируемое воздухом в получении СО + тепло, генерируемое паром в получении СО₂,

= 0,07×97700+[(0,132-0,07)×2×29400]+[0,265-2×(0,132-0,07)]×(-28300),

= 64694,3 ккал/кмоль каменноугольного газа.

Удельная теплоемкость каменноугольного газа равна 0,33 кал/Нм³ каменноугольного газа.

1 нм³ каменноугольного газа генерирует 1,04 нм³ влажного каменноугольного газа.

ΔН₃ = 8025,5 ккал/моль.

Таким образом, тепло, потребляемое на производство 1 кмоль каменноугольного газа:

Q = ΔН₁ + ΔН₂ + ΔН₃ + ΔН_{реакции}= 5068 + (-2655,8) + 8025,5 + 6494,3

= 881 ккал/кмоль каменноугольного газа.

Необходимо видеть из расчета, что результат примерно сбалансирован, и остается 881 ккал/кмоль каменноугольного газа, которые могут быть использованы, чтобы генерировать Н₂.

Необходимо отметить, что вышеуказанный вариант осуществления используется только для иллюстрации технического решения настоящего изобретения, но не предназначен для ограничения настоящего изобретения, несмотря на то, что настоящее изобретение описывается детально со ссылкой на предпочтительный вариант осуществления, специалистом в данной области должно быть оценено, что модификации или эквиваленты могут быть сделаны для технического решения настоящего изобретения, не выходя за сущность и объем технического решения.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения каменноугольного газа. Пылевидный уголь и высокотемпературный газифицирующий агент подают в угольный газогенератор для получения каменноугольного газа. Между каменноугольным газом, выходящим из угольного газогенератора, и газифицирующим агентом для получения высокотемпературного газифицирующего агента осуществляют теплообмен. После теплообмена между каменноугольным газом и газифицирующим агентом осуществляют теплообмен между каменноугольным газом и водой для получения пара. Полученный пар является компонентом газифицирующего агента. Пылевидный уголь отделяют и подают обратно в угольный газогенератор. Каменноугольный газ после теплообмена с водой и дальнейшего удаления пыли и обессеривания выводят. Изобретение позволяет снизить расход угля и увеличить теплотворную способность производимого каменноугольного газа. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения каменноугольного газа, включающий:
подачу исходного пылевидного угля и высокотемпературного газифицирующего агента в угольный газогенератор для реакции для получения каменноугольного газа;
осуществление теплообмена между каменноугольным газом, выходящим из угольного газогенератора, и газифицирующим агентом для получения высокотемпературного газифицирующего агента;
осуществление теплообмена между каменноугольным газом после осуществления теплообмена с газифицирующим агентом и водой для получения пара, в котором пар является компонентом газифицирующего агента;
осуществление отделения пылевидного угля и подачу его обратно в угольный газогенератор; и
выведение каменноугольного газа после теплообмена с водой и после дальнейшего удаления пыли и обессеривания.

2. Способ по п.1, в котором после получения каменноугольного газа и перед осуществлением теплообмена с газифицирующим агентом стадия отделения пылевидного угля и подачи его обратно в угольный газогенератор дополнительно содержит обработку высокотемпературной сухой сепарацией, и отделенный пылевидный уголь подают назад в угольный газогенератор.

3. Способ по п.1, в котором после получения высокотемпературного газифицирующего агента и перед осуществлением теплообмена между каменноугольным газом и водой для получения пара стадия отделения пылевидного угля и подачи его обратно в угольный газогенератор дополнительно содержит обработку низкотемпературной сухой сепарацией, и отделенный пылевидный уголь подают назад в угольный газогенератор.

4. Способ по п.1, в котором падение температуры каменноугольного газа, выходящего из угольного газогенератора после теплообмена с газифицирующим агентом, равно 500-700°С.

5. Способ по п.1, в котором теплообмен между каменноугольным газом и водой осуществляют в пределах котла-утилизатора с температурой на входе котла-утилизатора, равной 400-500°С.

6. Способ по п.1, в котором газифицирующий агент является воздухом или паром, или кислород - обогащенным воздухом и паром, или чистым кислородом и паром.

7. Способ по п.1, в котором исходный пылевидный уголь подают через нижнюю часть угольного газогенератора.

8. Способ по п.1, в котором исходный пылевидный уголь подают через верхнюю часть угольного газогенератора.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором высокотемпературный газифицирующий агент подают через 3 позиции угольного газогенератора; первая из трех позиций - нижняя часть угольного газогенератора, где вводимое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 50-60%; вторая позиция - в средней части угольного газогенератора, в которой вводимое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 35-45%; и третья - в средней части угольного газогенератора, в котором вводимое количество высокотемпературного газифицирующего агента равно 5%.

10. Способ по любому из пп.1-8, в котором температура высокотемпературного газифицирующего агента равна 750-850°С.