СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ОТВОДОМ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C10B49/22 C10J3/64 B01D53/52 B01D53/58 B01D53/72 

Изобретение относится к комплексной термохимической переработке твердого топлива и может быть применено в топливоперерабатывающей промышленности, в энергетике и химической отрасли, производящей синтетическое жидкое топливо, кислоты (никотиновая и изоникотиновая), ПАВ, антисептики, углеродные сорбенты, а также получение элементной серы или серной кислоты.

Известен способ получения синтез-газа из твердого топлива путем его непосредственной газификации с использованием кислородного или парокислородного дутья (RU 2052492 C1).

Известен способ термической переработки мелкозернистого топлива путем его пиролиза твердым теплоносителем в кипящем слое в первом реакторе с получением полукокса и парогазовой смеси. Полукокс и смесь, содержащую дымовые газы с 0,05 до 0,1 об. кислорода и водяной пар в количестве 50-75 об. от смеси, соотношения водяного пара к полукоксу (1-8):1, подают во второй реактор, в котором полукокс нагревают и при 700-850°C, активируют с отводом готового продукта и возвращают нагретый полукокс в первый реактор в качестве твердого теплоносителя (RU 2074223 C1).

Известен способ и установка для термической переработки бурых углей с выработкой электроэнергии, являющийся ближайшим аналогом и включающий следующие стадии. Уголь подвергают пиролизу твердым теплоносителем с получением парогазовой смеси и полукокса. Парогазовую смесь очищают и конденсируют с выделением двух фракций смолы: легкой и тяжелой и несконденсированной парогазовой смеси. Последнюю сжигают в камере сгорания газовой турбины с выработкой электроэнергии. Оставшийся после отделения твердого теплоносителя нагретый полукокс разделяют на два потока с направлением одного из них в газогенератор с получением генераторного газа, подаваемого после очистки в камеру сгорания газовой турбины. Другой поток нагретого полукокса подают в активатор для получения мелкозернистого и пылевидного активированного угля. Очищенный газ активации сжигают в парогенераторе. Легкую фракцию смолы, например, с температурой кипения Т_кк<350°C сжигают в камере сгорания газовой турбины, а тяжелую фракцию с температурой кипения Т_нк>350°C направляют в реактор пиролиза и парогенератор на сжигание (RU 2211927 F0).

Известен способ комплексной термической переработки твердого топлива путем его пиролиза с получением парогазовой смеси и полукокса с последующим их разделением и очисткой парогазовой смеси от тяжелых фракций смолы и получением максимально возможного количества топлив широкого назначения и выработкой электроэнергии при сжигании парогазовой смеси в камере сгорания газотурбинной установки (RU 2340651C).

Недостатками известных способов являются ограничение по содержанию в топливе серы и азота, так как не предусмотрена очистка от сернистых соединений, и незначительный выход побочных продуктов, которые могут использоваться как в самой технологической схеме в качестве реагентов, так и в других производствах.

Для достижения результатов более эффективного использования компонентов органической массы твердого топлива способ включает измельчение топлива до пылевидного состояния, совмещенное с его сушкой, пиролиз в псевдоожиженном слое твердым теплоносителем, образующемся при частичном сжигании угольной пыли в технологической топке с получением парогазовой смеси и полукокса, ступенчатое разделение парогазовой смеси с выделением на первой стадии продуктов, не подвергающихся дальнейшему разложению, с выделением на второй стадии продуктов, позволяющих получить каменноугольное масло, с отделением на третьей стадии легкой фракции смолы, направляемой в качестве товарного продукта на производство фенолоальдегидных смол, полиамидов, полиарилатов, полиариленсульфонов, эпоксидных смол, антиоксидантов, бактерицидов и пестицидов (например, нитрафен), очистку полученного газа от сероводорода, аммиака и сырого бензола (основной компонент бензол), используемого в качестве сырья для производства этилбензола, кумола и циклогексана, получения анилина, малеинового ангидрида, а также как компонент моторного топлива для повышения октанового числа, как растворитель и экстрагент в производстве лаков, красок, ПАВ и др., получения из части полукокса активированного угля, используемого в качестве сорбента, парокислородную газификацию части полукокса, сжигание полученной смеси коксового и генераторного газа в камере сгорания газотурбинной установки с утилизацией теплоты продуктов сгорания в котле-утилизаторе и получением пара, используемого при газификации полукокса.

Предлагаемый способ позволяет перерабатывать каменные, бурые угли и торф.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи комплексного использования компонентов органической массы твердого топлива для обеспечения производства энергии на основе использования ГТУ и обеспечения процесса необходимыми реагентами, получаемыми в процессе ступенчатого отвода продуктов разделения.

На чертеже представлена схема установки комплексной термохимической переработки твердого топлива с последовательным отводом продуктов разделения.

Установка содержит сушильно-мельничную установку 3, соединенную линией подачи 2' подсушенного и измельченного топлива с реактором пиролиза 1.

Реактор пиролиза 1 снабжен выводом 3' полукокса и парогазовой смеси (ПГС), содержащей отводимые на ступенях разделения конденсированные продукты (ди- и трифенилметан, пирен, дифенил, фенантрен, хризен, нафталин и гидроксинафталин, фенол) и неочищенный от сероводорода, аммиака и бензола коксовый газ.

Разделитель 4 ПГС и полукокса содержит вывод полукокса 4', соединенного с сепаратором 62, и вывод ПГС 5'. Технологическая топка 2 снабжена выводом твердого теплоносителя 6' в реактор пиролиза 1 и входом 7' циркулирующего твердого теплоносителя из реактора пиролиза 1.

Вывод дымовых газов 8' из технологической топки 2 подключен к сушильно-мельничной установке, по линии 9' в топку 2 поступает воздух.

Вывод ПГС 5' из разделителя полукокса 4 подключен к конденсатору первой ступени разделения 5. Конденсатор первой ступени разделения 5 снабжен входом надсмольной воды 11' и активированного угля 12'. Вывод ПГС 13' соединен с конденсатором второй ступени разделения 6, вывод конденсированных продуктов (ди- и трифенилметана, пирена, дифенила, фенантрена, хризена) 14' соединен с отстойником 12.

Конденсатор второй ступени разделения 6 также снабжен входом надсмольной воды 15'. Вывод конденсированных продуктов (нафталина и гидроксинафталина) 16' конденсатора второй ступени разделения 6 подключен к абсорберу 38.

Отвод ПГС 17' от конденсатора второй ступени разделения 6 подключен к газосборнику третьей ступени разделения 7, который снабжен входом надсмольной воды 20', выводом ПГС 21' в сепаратор 8 и конденсированных продуктов (воды и смол-фенола) 22' в отстойник 12.

Сепаратор 8 соединен с холодильником 9 линией отвода ПГС 24' и с отстойником 12 линией отвода конденсированных продуктов 25'.

Холодильник 9 снабжен линией подачи 27' и отвода 28' охлаждающей воды, а также линией отвода конденсированных продуктов 29' в отстойник 15 и линией отвода неочищенного коксового газа 30' посредством нагнетателя 10, который соединен с отстойником 15 линией отвода конденсата 31' и с электрофильтром 11 линией отвода коксового газа 32'.

Электрофильтр 11 оборудован линией отвода коксового газа 33' в абсорбер 17 для очистки от H₂S, линией отвода конденсированных продуктов 34' в отстойник 15 и линией отвода отработанного активированного угля 35' в смеситель 61.

Отстойник 12 соединен линией отвода воды 38' с отстойником 13, линией отвода смолы 39' с отстойником 15 и выходом фусов (твердого остатка, выделившегося из первичной смолы при ее конденсации) 40'.

Отстойник 13 снабжен выходом надсмольной воды 41' через насос 14. Линия 42' снабжена отводом избыточной надсмольной воды 43'. Отстойник 13 соединен выходом смолы 44' с отстойником 15, который снабжен выходом избыточной надсмольной воды 45' и готовой смолы на переработку 48', удаляемую насосом 16. Линия 45' снабжена отводом части надсмольной воды 47', направляемой через насос 14 на пополнение цикла газосборника третьей ступени разделения 7.

Абсорбер 17 подключен к входу аммиачной воды 50', из холодильника 20 и выходу очищенного от H₂S коксового газа 51' и охлажденного раствора гидросульфида аммония 52', удаляемого насосом 23 и подаваемого линией 54' на орошение сероводородной колонны 21. Линия 53' снабжена отводом части раствора гидросульфида аммония 55' в теплообменник 18.

Холодильник 20 снабжен входом части охлажденного раствора аммиачной воды 56'.

Сероводородная колонна 21 соединена с линией подачи подогретого раствора гидросульфида аммония 57', подключенной к теплообменнику 18 и подогревателю 19. Сероводородная колонна 21 снабжена линией отвода концентрированного сероводорода 59', линией подачи рециркулирующего раствора 61', подогреваемого в подогревателе 22 и отводе раствора гидроксида аммония (аммиачной воды) 62' при помощи насоса 24 в теплообменник 18.

Абсорбер 17 соединен линией отвода очищенного от H₂S коксового газа 51' с паровым подогревателем 25, который оборудован входом пара 64' и отводом конденсата 65', а также соединен линией отвода подогретого газа 66' с сатуратором 26.

Сатуратор 26 подключен входом серной кислоты 67' из напорного бака 27.

Сатуратор 26 снабжен линией отвода пульпы 68' в циркуляционную кастрюлю 28, оборудованную выходом кислой смолки 69', из циркуляционной кастрюли 28 насосом 29 пульпа 70' возвращается в сатуратор 26. Вывод пульпы 72' из нижней части сатуратора соединен через насос 35 с кристаллоприемником 31.

Кристаллоприемник 31 снабжен выходом осветленного маточного раствора 74', соединенного с сатуратором 26 через емкость обратных потоков 32, линией отвода сгущенной пульпы 76' в центрифугу 33 и выводом раствора на пиридиновую установку 77'.

Центрифуга 33 соединена выходом отделяемого раствора 78' через емкость обратных потоков 32 с сатуратором и выходом соли 79', соединенным с сушилкой псевдоожиженного слоя 34, откуда далее направляется на склад. Сушилка 34 снабжена линией подачи горячего воздуха 80', отводом отработанного воздуха 81' и сульфата аммония 82'.

Кислотная ловушка 30 соединена линией отвода очищенного от NH₃ коксового газа 83' в абсорбер 36, отвода раствора 84' в циркуляционную кастрюлю 28 и линией подачи 85' с сатуратором 26.

Абсорбер 38 снабжен линией подачи конденсированных продуктов 16', подачи газа на улавливание бензола 93', линией отвода очищенного от бензола коксового газа 86', часть которого 87' направляется в камеру сгорания газовой турбины 65 и часть 88' направляется в кондиционер потока 57, и линией отвода абсорбента (каменноугольного масла) 89', подаваемого в промежуточный сборник 41.

Промежуточный сборник 41 соединен через насос 43 с холодильником 45 линией отвода масла 91'. Отвод абсорбента 92' производится через систему последовательно соединенных абсорберов 36, 37, 38, где абсорбер 36 снабжен линией подачи очищенного от NH₃ коксового газа 83'.

Промежуточный сборник 39 подключен выходом масла 100', насыщенного бензолом, к дефлегматору 51.

Дефлегматор 51 снабжен линией подачи 101' паров воды, сырого бензола и масла и линией отвода конденсирующегося масла (флегмы) 102' и насыщенного масла 103', соединенной выходом с теплообменником 52.

Теплообменник 52 подключен выходом подогретого насыщенного масла 105' к бензольной колонне 55 через паровой подогреватель 54, в котором происходит окончательный нагрев насыщенного масла 106', и выходом поглотительного масла 130' к холодильнику 53. Холодильник 53 снабжен линией подачи 132' и отвода 133' охлаждающей воды.

Отвод части паров воды, сырого бензола и масла 107' из бензольной колонны 55 соединен с паровым регенератором 56, отвод горячего масла 108' соединен с холодильником 53 через теплообменник 52. В нижней части бензольной колонны 55 имеется линия подачи паров воды и масла 109' из парового регенератора 56.

Паровой регенератор 56 снабжен линиями подачи острого пара 112', пара 113' и линиями отвода полимеров 114' и конденсата 115'.

Дефлегматор 51 соединен линией отвода паров 116' с разделительной колонной 49, снабженной подогревателем 50 и дефлегматором 48.

В нижней части разделительной колонны 49 имеется выход тяжелого бензола 117', верхняя часть разделительной колонны снабжена линией отвода паров воды и легкого бензола 118', соединенной через дефлегматор 48 с конденсатором 47.

Сепаратор 46 соединен входом паров воды и легкого бензола 127' с конденсатором 47 и снабжен выходами легкого сырого бензола 128' и воды 129'.

Кондиционер потока 57 снабжен линией подвода очищенного генераторного газа 134' из системы очистки генераторного газа 60 для оптимизации состава газа и линией отвода генераторного газа 135' в реактор синтеза жидких продуктов 58, где получают жидкие топлива 136' по каталитической технологии Фишера-Тропша.

Система очистки генераторного газа 60 подключена входом активированного угля 137' к активатору 59 и входом генераторного газа 138' к газогенератору 63 и снабжена линией отвода отработанного активированного угля 139' в смеситель 61.

Смеситель 61 снабжен линией отвода смеси отработанного активированного угля и очищенного газа 140' в газогенератор 63.

Газогенератор 63 соединен входом мелкой фракции полукокса 141' с сепаратором 62, входом кислорода 142' с кислородной станцией 64, снабженной линией подачи воздуха 143' и линией отвода азота 144', выходом очищенных отработанных сушильных агентов и дымовых газов 145' с активатором 59 и выводом шлака 146'.

Активатор 59 соединен линией подачи крупной фракции полукокса 147' с сепаратором 62, линией подачи пара 148' с котлом-утилизатором 66 и линией отвода активированного угля 12'.

Газовая турбина 65 снабжена выводом сбросных газов 149' в котел-утилизатор 66. Отвод отходящих дымовых газов 150' от котла-утилизатора 66 подключен через систему очистки дымовых газов 67 к дымовой трубе 68. Система очистки 67 подключена входом отработанного сушильного агента 10' к сушилке 3.

Изобретение относится к комплексной термохимической переработке твердого топлива. Способ комплексной термохимической переработки твердого топлива заключается в сушке и измельчении топлива до пылевидного состояния. Проводят пиролиз с получением парогазовой смеси и полукокса. Парогазовая смесь подвергается многоступенчатому разделению. На первой стадии выделяют продукты, не подвергающиеся дальнейшему разложению, такие как ди- и трифенилметан, пирен, дифенил, фенантрен, хризен. На второй стадии выделяют нафталин и гидроксинафталин, которые позволяют получить каменноугольное масло и направляются в систему очистки парогазовой смеси от бензола. На третьей стадии выделяют легкую фракцию смолы. После многоступенчатого разделения коксовый газ очищают от сероводорода, аммиака и бензола. Очищенный коксовый газ сжигают в камере сгорания газовой турбины. Получают пар и проводят утилизацию продуктов сгорания в котле-утилизаторе. Полученный пар используют при парокислородной газификации части полукокса. Из остальной части полукокса получают активированный уголь, который используют в качестве сорбента. Также предложена установка комплексной термохимической переработки твердого топлива. Технический результат - комплексная переработка твердого топлива с последовательным отводом продуктов разделения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ комплексной термохимической переработки твердого топлива с последовательным отводом продуктов разделения, включающий измельчение топлива до пылевидного состояния, совмещенное с его сушкой, пиролиз в псевдоожиженном слое твердым теплоносителем, образующемся при частичном сжигании угольной пыли в технологической топке с получением парогазовой смеси и полукокса, отличающийся тем, что парогазовая смесь направляется на ступенчатое разделение с выделением на первой стадии продуктов, не подвергающихся дальнейшему разложению, с выделением на второй стадии продуктов, позволяющих получить каменноугольное масло, с отделением на третьей стадии легкой фракции смолы, очистку полученного газа от сероводорода, аммиака и сырого бензола (основной компонент бензол), получения из части полукокса активированного угля, используемого в качестве сорбента, парокислородную газификацию части полукокса, сжигание коксового и генераторного газов в камере сгорания газовой турбины с утилизацией теплоты продуктов сгорания в котле-утилизаторе и получением пара, используемого при газификации полукокса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии ступенчатого разделения выделяются такие вещества как ди- и трифенилметан, пирен, дифенил, фенантрен, хризен, на второй стадии - нафталин и гидроксинафталин, направляемые в качестве каменноугольного масла в систему очистки парогазовой смеси от бензола.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на третьей стадии ступенчатого разделения выделяются фенолы, направляемые в качестве товарного продукта на производство феноло-альдегидных смол, полиамидов и т.д.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение продуктов первой стадии разделения ПГС осуществляется в конденсаторе первой стадии разделения ПГС, подключенного входом ПГС к разделителю ПГС и полукокса, выходом конденсированных продуктов первой стадии разделения к отстойнику, выходом ПГС к конденсатору второй стадии разделения, конденсатор второй стадии разделения подключен входом к газосборнику и снабжен выводом конденсированных продуктов второй стадии разделения, подключенного к первому абсорберу системы очистки от бензола.

5. Установка для осуществления способа по п.1, отличающаяся тем, что система очистки парогазовой смеси содержит блок очистки от сероводорода, подключенный входом к электрофильтру системы разделения парогазовой смеси, блок очистки от аммиака, подключенного входом к абсорберу системы очистки от сероводорода, блок очистки от бензола, подключенный входом к кислотной ловушке системы очистки от аммиака.