ОЧИСТКА ГОРЯЧЕГО ГАЗА Российский патент 2013 года по МПК B01D53/02 

Изобретение относится к способу и установке для обработки генерируемого установкой газификации во взвешенном потоке горячего неочищенного газа.

Проблемой при газификации углеводородсодержащего топлива во взвешенном потоке (уголь, биомасса, остатки из химических установок, Orimulsion® или т.п.) является то, что подключенные компоненты установки подвержены отрицательному коррозионному воздействию хлоро- и сероводорода. Соответственно прикладываются усилия для существенного снижения концентрации хлоро- и сероводорода.

До сих пор отделение хлоро- и сероводорода производится преимущественно в холодной зоне мокрым способом посредством подходящих реагентов или же моющих средств. Недостатком способов в холодной зоне является то, что для очистки газа газ должен охлаждаться. Отсюда вытекают значительные потери КПД и высокие технические затраты.

С энергетической и экономической точек зрения в некоторых процессах желательно проводить отделение хлоро- и сероводородсодержащих газовых компонентов по возможности в высокотемпературной зоне для предотвращения охлаждения. Горячий газ может без охлаждения передаваться, например, для прямого восстановления железа. Улучшения КПД также можно добиться, например, если восстановительный газ без существенного охлаждения переводится непосредственно в газовую турбину. Также возможен перенос этого метода на другие процессы.

Обработка неочищенных газов известна в различных вариантах выполнения. Исключительно в качестве примера можно было бы сослаться на DE 3537493 A1 или на DE 3531918 A1, DE 4238934 C2, DE 4317319 B4 или DE 69003183 ТЗ из большого количества других публикаций.

Поэтому, исходя из вышеуказанных причин, задачей изобретения является отделение серо- и углеводородных соединений таким образом, чтобы для дальнейшего применения предоставлялся в распоряжение горячий газ.

С помощью способа вышеуказанного типа данная задача согласно изобретению решена таким образом, что горячий неочищенный газ, горячее чем 600°C, подается на обессеривание и удаление хлороводорода, при этом далее отбирают парциальный поток для образования охлажденного потока охлаждающего газа и после охлаждений, тонкого обеспыливания, сушки и сжатия снова подают в горячий поток неочищенного газа за газификатором взвешенного потока.

В газификаторе взвешенного потока в реакторной зоне возникают температуры от 1200 до 1600°C. В данном температурном диапазоне оставшиеся частицы шлака жидкие и/или клейкие, и поэтому для предотвращения загрязнения их нужно перевести в твердое состояние. Для предотвращения отложений или же блокирований в подключенных частях установки и использования преимущества удаления хлор- и серосодержащих соединений с помощью сорбентов в идеальном температурном окне имеет смысл охлаждать горячий восстановительный газ с помощью рециркулируемого неочищенного газа из процесса газификации.

Рециркулируемый неочищенный газ для охлаждения возникает из процесса получения охлаждающего газа, где он, помимо всего прочего, охлаждается и освобождается от пыли. В процессе получения охлаждающего газа парциальный поток неочищенного газа охлаждается водой в водяном охлаждении и частично освобождается от хлороводорода (HCl). Охлажденный, с пониженным содержанием хлороводорода неочищенный газ следует дополнительно очищать от пыли. Для тонкого обеспыливания используется газоочиститель Вентури. Охлажденный и освобожденный от остатков пыли неочищенный газ пока еще содержит воду. Содержащуюся в неочищенном газе воду еще нужно сконденсировать. Для этого неочищенный газ охлаждается за счет поверхностей теплообменника, и сконденсированная вода отделяется посредством сепараторов. Неочищенный газ следует посредством компрессора для неочищенного газа довести до давления газификации.

После сжатия в поток неочищенного газа можно ввести сорбент. Охлажденный, сжатый неочищенный газ позволяет использовать его для охлаждения неочищенного газа из реакторной зоны процесса газификации. Также преимуществом является использование полученного потока охлаждающего газа после его последующего сжатия для комбинированной очистки с помощью фильтрующих элементов для удержания пыли и серосодержащих соединений.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что предотвращается слишком сильное охлаждение этого газа, при этом посредством рециркуляции парциального потока возможно оптимальное управление предлагаемым способом.

Варианты выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. При этом может быть, например, предусмотрено, что в горячий неочищенный газ с целью обессеривания и/или удаления хлороводорода подаются сорбенты.

Данные сорбенты могут представлять собой, например, оксид кальция или же известняк, а также карбонат кальция, гидрооксид кальция или также железную руду. Следующее выполнение изобретения состоит в том, что сорбенты (присадки) подаются в рециркулируемый поток охлаждающего газа, и/или в газификатор взвешенного потока, и/или в топливо и/или перед обеспыливанием, и/или после обеспыливания.

Добавление подобного типа сорбентов или же место добавления при этом определяется, как правило, типом используемой установки и/или применяемой присадки.

Предпочтительное совершенствование изобретения состоит в том, что отводимый поток охлаждающего газа перед подачей в генерируемый горячий неочищенный газ проходит через водяное охлаждение, газоочиститель Вентури, охладитель неочищенного газа, отделитель воды и компрессор для неочищенного газа, при этом также может быть предусмотрено, что часть рециркулируемого потока охлаждающего газа через последующее сжатие неочищенного газа в качестве очищающего газа подается в свечевой фильтр.

Следующее выполнение изобретения заключается предпочтительно в том, что генерируемый горячий неочищенный газ очищается посредством циклона и/или свечевого фильтра, при этом циклон и/или свечевой фильтр расположены до или после обессеривания.

Для особо экономичной организации способа согласно изобретению может быть предусмотрено, что в качестве сорбента используется оксид кальция или же известняк, который после снижения его способности осаждения заменяется или регенерируется с помощью обогащенных водяными парами дымовых газов, и/или что используются другие сорбенты, например железная руда или т.п.

Также изобретение предусматривает установку для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов формулы изобретения, которая отличается тем, что последовательно по направлению потока горячего газа за газификатором расположено обессеривание, за ним расположено отделение твердых веществ, при этом за отделителем твердых веществ парциальный поток газа через водяное охлаждение подключен за газоочистителем Вентури, охладителем неочищенного газа, а также за отделителем воды и компрессором, поток которых за газификатором перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур.

Несколько модифицированный вариант выполнения установки в соответствии с изобретением заключается в том, что последовательно по направлению потока горячего газа за газификатором расположено отделение твердых веществ, за ним следует обессеривание и еще одно отделение твердых веществ, при этом за отделителем твердых веществ парциальный поток газа через водяное охлаждение подключен за газоочистителем Вентури, охладителем неочищенного газа, а также за отделителем воды и компрессором, поток которых за газификатором перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур.

Следующее преимущественное выполнение состоит в том, что из охлажденного парциального потока газа перед подведением в основной поток газа отбирается другой парциальный поток посредством газового компрессора, который очищает выполненный в виде свечевого фильтра отделитель твердых веществ.

При этом может быть предпочтительно, если к газификатору, наряду с топливом и кислородом, также присоединена подача присадки и/или к рециркуляционной магистрали охлажденного парциального потока газа присоединена подача присадки.

В модифицированном варианте выполнения установки подача присадки также может быть предусмотрена между циклоном и обессериванием.

Другие признаки, подробности и преимущества изобретения проясняются на основании нижеследующего описания, а также на основании чертежей, на которых показано:

фиг.1 - принципиальная схема установки для осуществления способа согласно изобретению;

фиг.2 - модифицированная принципиальная схема.

Со ссылкой на фиг.1 предлагаемая, обозначенная общим ссылочным обозначением 1 установка имеет газификатор 2, при этом в газификатор 2, который на фигурах обозначен лишь символически, подается топливо 3, кислород 4 и, при известных обстоятельствах, присадка 5. Из газификатора выходит шлак 6, что показано штриховой стрелкой.

Покидающий газификатор при температуре от 1200 до 1600°C газ охлаждается с помощью потока охлаждающего газа примерно до 800°C и подается в устройство обессеривания, которое, в свою очередь, загружает, в смысле подачи газа, обозначенный ссылочным обозначением 8 циклон и свечевой фильтр 9, удаление пыли или же удаление использованной присадки в этих частях установки показано пунктиром и обозначено ссылочными обозначениями 10 и 11.

Наконец, горячий полезный газ покидает систему, что обозначено блоком 12.

За свечевым фильтром 9 показана магистраль 13, через которую часть горячих газов подается на водяное охлаждение 14, оттуда на газоочиститель 15 Вентури, затем на охлаждение 16 неочищенного газа, далее на отделение 17 воды, сжатие 18 неочищенного газа, при этом сжатый и охлажденный таким образом парциальный поток газа через магистраль 19 подается для регулировки температуры в основной поток между газификатором 2 и устройством 7 обессеривания.

Наконец на фиг.1 также показано, что в этом последнем месте магистрали 19 может подмешиваться присадка, что обозначено пунктирной стрелкой 20.

В примере выполнения согласно фиг.2 разница заключается в основном в том, что за газификатором 2 сначала включен выполненный в виде циклона 8 отделитель твердых веществ, за которым затем следует обессеривание 7, при этом все остальные элементы установки на фиг.2 имеют те же самые ссылочные обозначения, что и на фиг.1. Возможность добавления присадок отображена на фиг.2 пунктирной стрелкой 21, при этом подача в данном случае производится между циклоном 8 и устройством 7 обессеривания.

Общим в обеих схемах является то, что парциальный поток рециркулируемого охлаждающего газа также является подаваемым в компрессор неочищенного газа по магистрали 22, которая подает в свечевой фильтр 9 очищающий газ, что представлен пунктирной магистралью 22а.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ:

1 Установка

2 Газификатор

3 Подача топлива

4 Подача кислорода

5 Подача присадки

6 Удаление шлака

7 Обессеривание

8 Циклон

9 Свечевой фильтр

10 Удаление твердых веществ

11 Удаление твердых веществ

12 Полезный газ

13 Магистраль

14 Водяное охлаждение

15 Газоочиститель Вентури

16 Охлаждение неочищенного газа

17 Отделение воды

18 Сжатие неочищенного газа

19 Магистраль

20 Подача присадки

21 Подача присадки

22 Магистраль

22а Магистраль

23 Компрессор неочищенного газа

В заявке описаны способ и установки для обработки горячего неочищенного газа, генерируемого установкой газификации во взвешенном потоке. В установке последовательно по направлению потока горячего газа за газификатором подключено обессеривание, за ним подключено отделение твердых веществ, при этом за отделением твердых веществ парциальный поток газа подключен через водяное охлаждение, газоочиститель Вентури, охладитель неочищенного газа, а также отделение воды и компрессор, направление потока которых за газификатором перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур. Изобретение позволяет охладить и обеспылить возвращенный парциальный поток газа. 3 н. и 14 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки горячего неочищенного газа, генерируемого установкой газификации во взвешенном потоке, при осуществлении которого неочищенный газ с температурой, превышающей 600°С, подают на обессеривание и удаление хлороводорода, отличающийся тем, что далее отбирают парциальный поток для образования охлажденного потока охлаждающего газа и после охлаждений, тонкого обеспыливания, сушки и сжатия снова подают его в горячий поток неочищенного газа за газификатором взвешенного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в горячий поток неочищенного газа для обессеривания и/или удаления хлороводорода подают сорбенты.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сорбенты (присадки) подают в рециркулируемый поток охлаждающего газа, и/или в газификатор взвешенного потока, и/или в топливо и/или перед обеспыливанием, и/или после обеспыливания.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отводимый поток охлаждающего газа перед подачей в генерируемый горячий неочищенный газ проходит через водяное охлаждение, газоочиститель Вентури, охлаждение неочищенного газа, отделение воды и сжатие неочищенного газа.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что часть рециркулируемого потока охлаждающего газа через последующее сжатие неочищенного газа подают в качестве очищающего газа в свечевой фильтр.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что генерируемый горячий поток неочищенного газа очищают посредством циклона и/или свечевого фильтра, при этом циклон и/или свечевой фильтр расположен до или после обессеривания.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют оксид кальция или же известняк, который при снижении его способности осаждения заменяют или регенерируют посредством обогащенных водяными парами дымовых газов.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют другие сорбенты, такие как железная руда или т.п.

9. Установка для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов, характеризующаяся тем, что последовательно за газификатором (2) по направлению потока горячего газа подключено обессеривание (7), за ним подключено отделение (8, 9) твердых веществ, при этом за отделением (8, 9) твердых веществ парциальный поток (13) газа подключен через водяное охлаждение (14), газоочиститель (15) Вентури, охладитель (16) неочищенного газа, а также отделение (17) воды и компрессор (18), направление (19) потока которых за газификатором (2) перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур.

10. Установка по п.9, характеризующаяся тем, что из охлажденного парциального потока (19) перед подачей в основной поток газа другой парциальный поток (22) отбирают газовым компрессором (23), который очищает выполненный в виде свечевого фильтра (9) отделитель твердых материалов в основном потоке газа.

11. Установка по п.10, характеризующаяся тем, что к газификатору (2), наряду с топливом (3) и кислородом (4), присоединена подача (5) присадки.

12. Установка по п.9, характеризующаяся тем, что к магистрали (19) рециркуляции охлажденного парциального потока присоединена подача (20) присадки.

13. Установка по одному из пп.9-12, характеризующаяся тем, что между выполненным в виде циклона (8) отделителем твердых веществ и устройством (7) обессеривания предусмотрена подача (21) присадки.

14. Установка для осуществления способа по одному из пп.1-8, характеризующаяся тем, что последовательно за газификатором (2) по направлению потока горячего газа подключено отделение (8) твердых веществ, за ним следует обессеривание (7) и еще одно отделение (9) твердых веществ, при этом за отделением (8, 9) твердых веществ парциальный поток (13) газа подключен через водяное охлаждение (14), газоочиститель (15) Вентури, охладитель (16) неочищенного газа, а также отделение (17) воды и компрессор (18), направление (19) потока которых за газификатором (2) перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур.

15. Установка по п.14, характеризующаяся тем, что из охлажденного парциального потока (19) перед подачей в основной поток газа другой парциальный поток (22) отбирают газовым компрессором (23), который очищает выполненный в виде свечевого фильтра (9) отделитель твердых материалов в основном потоке газа.

16. Установка по п.15, характеризующаяся тем, что к газификатору (2), наряду с топливом (3) и кислородом (4), присоединена подача (5) присадки.

17. Установка по одному из пп.14-16, характеризующаяся тем, что между выполненным в виде циклона (8) отделителем твердых веществ и устройством (7) обессеривания предусмотрена подача (21) присадки.