СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ Российский патент 2014 года по МПК C10B53/06 C10B49/16 

Изобретение относится к области переработки высокозольных топлив, к способам и установкам для термической переработки горючих сланцев и может быть использовано в химической, топливоперерабатывающей промышленностях при производстве жидкого и газообразного топлива или заменителя нефти.

Известен способ переработки высокозольных топлив, например горючих сланцев, включающий сушку топлива газообразным сушильным агентом, отделение топлива от отработанного сушильного агента, пиролиз подсушенного топлива циркулирующим твердым теплоносителем с образованием парогазовых продуктов и коксозольного остатка, сжигание последнего с образованием газовзвеси, постадийное разделение последней на циркулирующий твердый теплоноситель, возвращаемый на стадию пиролиза, и газовзвесь, разделяемую в сепараторах на выводимую из процесса золу и газ, направляемый в котел-утилизатор на дожигание и используемый затем в качестве сушильного агента на стадии сушки сланца.

Также известна установка для осуществления указанного способа, содержащая последовательно установленные аэрофонтанную сушилку, сепаратор отработанного сушильного агента, реактор пиролиза, снабженный патрубком вывода парогазовой смеси, аэрофонтанную топку, сепаратор твердого теплоносителя, пылеспускной патрубок которого подключен к смесителю высушенного сланца с твердым теплоносителем, выходной патрубок которого подключен ко входу реактора, сепаратор газовзвеси, теплообменник для нагрева дутьевого воздуха аэрофонтанной топки и котла-утилизатора, выходной патрубок которого подключен к аэрофонтанной сушилке (см. патент №52852, РФ).

Недостатками известного способа и установки являются:

- высокая температура сушильного агента, которым являются дымовые газы котла-утилизатора с температурой 590°C. Эта температура примерно на 200°C превышает температуру начала активации пиролиза сланца, составляющую примерно 370°C (См. «Энерготехнологическое использование топлива», выпуск 1, Издательство Академии наук СССР, 1960 г., стр.159, рис.3), что приводит к перегреву частиц сланца и их первичному пиролизу с образованием оксида углерода, сероводорода, паров сланцевой смолы и пиролизного газа. В результате резко снижается выход целевых продуктов пиролиза сланца - смолы и газа, а также возрастает количество диоксида серы в уходящих дымовых газах котла-утилизатора (См. Отчет №91 о НИР «Создание процесса энерготехнологической переработки сланца с твердым теплоносителем на Эстонской ГРЭС на агрегатах УТТ-3000 с котлом ТП-101 на сланцевом масле при одновременной выработке золы для сельского хозяйства и промышленности стройматериалов», Энергетический Институт им. Г.М. Кржижановского, Москва, 1985 г., УДК 662.67.004.14, 665.6.032.57, Гос. регистрация №01813001643, стр.63, стр.199, табл.6.11). Температура и расход сушильного агента являются неизменными и определяют расчетное количество тепла для сушки сланца с влажностью 12% масс.;

- отсутствие регулирования количества тепла, вносимого сушильным агентом в аэрофонтанную сушилку в зависимости от влажности сланца, которая не является постоянной. При повышенной влажности сланца (весна, осень, зима) не достигается полное высушивание сланца, в результате чего остающаяся в сланце влага поступает в реактор пиролиза и далее конденсируется вместе со сланцевым маслом, требует выделения и глубокой очистки от фенолов, что усложняет эксплуатацию установки. При пониженной влажности сланца избыток вносимого сушильным агентом тепла способствует пиролизу сланца в аэрофонтанной сушилке.

Целью изобретения (способа и установки) является увеличение КПД установки и снижение загрязнения окружающей среды.

Сжигание полукоксового газа, например, в котле-утилизаторе УТТ-3000 необходимо в случае отсутствия рядом с промплощадкой какого-либо постоянного потребителя этого газа. Эта ситуация типична для всех перспективных площадок, поскольку новые сланцеперерабатывающие заводы будут строиться вдалеке от существующих потребителей, а транспортировка этого газа на расстояния более 1 км потребовала бы его полной осушки от влаги и газового бензина, что при небольшой выработке газа экономически нецелесообразно.

Построенные в Эстонии заводы на базе установок УТТ-3000 в нормальном эксплуатационном режиме передают полукоксовый газ на сжигание в существующие энергетические котлы электростанций, а в переходных режимах (пуск и останов УТТ-3000) сбрасывают газ в атмосферу через факельные трубы. Факельные установки занимают значительные площади и загрязняют атмосферу выбросами органических веществ в режиме сброса газа без сжигания в факеле. Использование полукоксового газа в котле-утилизаторе позволяет значительно увеличить выработку собственной электроэнергии, отказаться от факельного хозяйства и снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Сушка сланца на действующих заводах производится дымовыми газами с температурой 780-800°C («Завод масел») и 600-610°C («Петротер»). Кинетика термического разложения сланца, результаты исследования которой приведены в «Справочнике по переработке горючих сланцев», Гостоптехиздат, Ленинград, 1963 г., такова, что при температуре нагрева примерно 170°C из сланца выделяются влага, диоксид и оксид углерода. С увеличением температуры нагрева сланца начинается его пиролиз, однако при температурах менее 400°C он идет медленно и требуется несколько часов для полного разложения сланца. Чтобы предотвратить пиролиз сланца в сушилке нужно стремиться использовать сушильный агент с минимально возможной для полной сушки сланца температурой и минимально возможное время пребывания сланца при температуре 400°C и выше. Эти условия выдерживаются при использовании сушильного агента с температурой 400°C и временем пребывания сланца в сушилке, которое измеряется секундами для сланца с фракционным составом 25 мм и менее.

Для полной сушки сланца необходимо определенное количество тепла, которое может быть обеспечено относительно малым расходом сушильного агента с высокой температурой или большим расходом сушильного агента с низкой температурой. Технологические схемы действующих заводов в этом плане не могут обеспечить снижение температуры сушильного агента до 400°C, т.к. его расход определяется работой АФТ и не может быть увеличен сверх номинала. Именно этот расход и определяет температуру сушильного агента 600°C в реализованных в промышленном масштабе решениях.

В новой технологической схеме предусматривается сжигание в котле-утилизаторе, кроме газа АФТ, полукоксового газа, что создает условия для использования для сушки сланца сушильного агента с меньшей, чем на действующих заводах, температурой, поскольку возникают условия для подачи в АФС необходимого для сушки сланца количества сушильного агента с температурой 400°C.

В новой схеме сушильный агент отбирается из зоны температур примерно 400°C и подается в аэрофонтанную сушилку в необходимом для сушки сланца объеме. Остальной дымовой газ проходит поверхности нагрева котла далее, охлаждаясь с 400 до 150°C и направляется в электрофильтр. На газопроводе от котла к электрофильтру устанавливается регулирующий клапан, работающий по импульсу температуры за сушилкой. При падении температуры газа за сушилкой клапан закрывается, обеспечивая увеличение расхода сушильного агента, при увеличении температуры газа за сушилкой клапан открывается для снижения расхода сушильного агента.

Задачей предлагаемого изобретения является поддержание оптимальных режимных параметров на стадии сушки сланца при одновременном снижении загрязнения окружающей среды газообразными выбросами и увеличение степени использования потенциального тепла перерабатываемого сланца и увеличение КПД всей установки.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сушат топливо газообразным сушильным агентом, отделяют высушенный сланец от отработанного сушильного агента, подвергают пиролизу высушенный сланец с циркулирующим твердым теплоносителем с образованием парогазовых продуктов и коксозольного остатка, сжигают последний с образованием газовзвеси, постадийно разделяют газовзвесь на циркулирующий твердый теплоноситель, возвращаемый на стадию пиролиза, золу, выводимую из процесса, дымовой газ, направляемый в котел-утилизатор, при этом вместе с дымовыми газами на сжигание в котел-утилизатор подается полукоксовый газ, полученный в отделении конденсации, с разделением получаемых продуктов сгорания на сушильный агент, направляемый на стадию сушки сланца и дымовой газ, выводимый из процесса, при этом количество тепла для сушки сланца регулируется расходом сушильного агента с температурой, не превышающей температуры начала пиролиза сланца в зависимости от его влажности.

Для достижения поставленной задачи установка содержит последовательно установленные аэрофонтанную сушилку, сепараторы отработанного сушильного агента, смеситель сухого сланца с твердым теплоносителем, реактор пиролиза с патрубком для вывода получаемой парогазовой смеси и коксозольного остатка, пылевую камеру для разделения потоков парогазовой смеси и коксозольного остатка, аэрофонтанную топку, делитель потока, сепаратор твердого теплоносителя, сепараторы газовой взвеси, золоспускные патрубки которых подключены к зольному теплообменнику, а газовыхлопной патрубок сепараторов газовой взвеси подключен к котлу-утилизатору с экономайзером, отводящий газоход которого снабжен регулятором расхода сушильного агента и подключен к входу в электрофильтр, выходной патрубок которого подключен к дымовой трубе, а из рассечки высокотемпературной секции и экономайзера котла-утилизатора имеется трубопровод на вход аэрофонтанной сушилки.

Установка термической переработки высокозольных топлив приведена на фигуре. Она содержит последовательно установленные аэрофонтанную сушилку 1, сепараторы отработанного сушильного агента 2, газовыхлопной патрубок которых подключен ко входу электрофильтра 13, смеситель сухого сланца с твердым теплоносителем 3, реактор пиролиза 4, снабженный патрубком для вывода парогазовой смеси и коксозольного остатка в пылевую камеру 5, аэрофонтанную топку 6, делитель потока зологазовой смеси 7, сепаратор твердого теплоносителя 8, пылеспускной патрубок которого подключен к смесителю 3, сепараторы газовзвеси 9, золоспускные патрубки которых подключены к зольному теплообменнику, а газовыхлопной патрубок которых подключен к котлу-утилизатору 11 с экономайзером 17, отводящий газоход которого снабжен регулятором расхода сушильного агента 12 и подключен ко входу в электрофильтр 13, выходной патрубок которого подключен к дымовой трубе 14, а дымовой газ из рассечки секций 11 и 17 отводится в аэрофонтанную сушилку 1.

Установка работает следующим образом.

Измельченный сланец 0-25 мм подают в аэрофонтанную сушилку 1 и в потоке газообразного сушильного агента высушивают. Полученную газовзвесь направляют в сепараторы отработанного сушильного агента 2, в которых частицы сланца отделяют от потока сушильного агента. Далее высушенный мелкозернистый сланец перемешивают с горячим циркулирующим зольным теплоносителем и полученную газовыделяющую смесь подают в реактор 4. В реакторе протекают процессы тепло- и массообмена и термодеструкции с образованием коксозольного остатка и парогазовых продуктов. Эти продукты направляют в пылевую камеру 5, из которой парогазовые продукты направляют в отделение конденсации (не показано). В этом отделении продукты постадийно охлаждают и выделяют целевые продукты - сланцевое масло и полукоксовый (пиролизный) газ.

Коксозольный остаток из реактора направляют в аэрофонтанную топку 6. В ней в потоке подогретого воздушного дутья сжигают оставшуюся в коксозольном остатке горючую массу и выделенное тепло расходуют на нагрев циркулирующего теплоносителя - золы перерабатываемого сланца и дымовых газов. Газовзвесь из аэрофонтанной топки 6 через делитель потока 7 направляют в сепаратор теплоносителя 8. В последнем из газовзвеси выделяют теплоноситель и направляют в реактор 4, а оставшуюся газовзвесь подают в сепараторы 9. В них разделяют газовзвесь на дымовой газ и золу. Дымовой газ направляется на дожиг в котел-утилизатор 11, 17, а золу в зольный теплообменник 10 для утилизации ее физического тепла. Теплообменник имеет две секции - одна для подогрева дутьевого воздуха аэрофонтанной топки 6, воздух в которую подается нагнетателем 15, вторая - для подогрева дутьевого воздуха котла-утилизатора, воздух в которую подается вентилятором 16. Охлажденная зола выводится из процесса. В секцию 11 котла-утилизатора вместе с дымовым газом из сепараторов 9 подается на сжигание пиролизный газ собственного производства. Это обуславливает в отличие от аналога по патенту №52852, РФ получение большего количества дымового газа, чем требуется для сушки сланца. В этих условиях часть дымового газа из рассечки котла отбирается в качестве сушильного агента и направляется в аэрофонтанную сушилку 1, при этом в зависимости от влажности сланца этот расход регулируется регулятором 12 по температуре среды на выходе из сушилки, которая не должна превышать 150°C. При повышении этой температуры регулятор 12 прикрывается, уменьшая расход сушильного агента, при снижении температуры регулятор открывается, увеличивая расход сушильного агента. Дымовые газы из секции 17 котла (экономайзера) и после сепараторов 2 отводятся в электрофильтр для санитарной очистки от пылевидных частиц и через дымовую трубу 14 направляются в атмосферу.

Группа изобретений может быть использована в химической и топливоперерабатывающей промышленностях. Способ переработки горючих сланцев включает сушку сланца в сушилке (1) газообразным сушильным агентом. Высушенный сланец отделяют от отработанного сушильного агента в сепараторах отработанного сушильного агента (2) и пиролизуют в реакторе пиролиза (4) с циркулирующим твердым теплоносителем с образованием парогазовых продуктов и коксозольного остатка. Коксозольный остаток сжигают в аэрофонтанной топке (6) с образованием газовой взвеси. Полученную газовую взвесь постадийно разделяют в сепараторе твердого теплоносителя (8) и сепараторах газовой взвеси (9) на твердый теплоноситель, дымовой газ и выводимую из процесса переработки золу. Последнюю охлаждают в зольном теплообменнике (10), который имеет две секции - для подогрева дутьевого воздуха аэрофонтанной топки (6), а вторая - для подогрева дутьевого воздуха котла-утилизатора(11) с экономайзером (17). Дымовой газ вместе с полукоксовым газом, полученным в отделении конденсации, подается на сжигание в котел-утилизатор (11) с экономайзером (17). Из рассечки высокотемпературной секции котла-утилизатора (11) и экономайзера (17) отбирается дымовой газ в качестве сушильного агента в аэрофонтанную сушилку (1). Количество тепла для сушки сланца регулируется расходом сушильного агента, который регулируется клапаном (12), с температурой, не превышающей температуры начала пиролиза сланца в зависимости от его влажности. Отработанный сушильный агент подвергается очистке от пылевидных частиц в электрофильтре (13) и выводится в атмосферу через дымовую трубу (14). Группа изобретений позволяет снизить загрязнения окружающей среды газообразными выбросами, увеличить степень использования потенциального тепла перерабатываемого топлива и КПД всей установки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки горючих сланцев, включающий сушку топлива газообразным сушильным агентом, отделение высушенного сланца от отработанного сушильного агента, пиролиз высушенного сланца циркулирующим твердым теплоносителем с образованием парогазовых продуктов и коксозольного остатка, сжигание последнего с образованием газовзвеси, постадийное разделение последней на циркулирующий твердый теплоноситель, возвращаемый на стадию пиролиза, золу, выводимую из процесса, дымовой газ, направляемый в котел-утилизатор, отличающийся тем, что с дымовыми газами на сжигание в котел-утилизатор подается полукоксовый газ, полученный в отделении конденсации, с разделением получаемых продуктов сгорания на сушильный агент, направляемый на стадию сушки сланца, и дымовой газ, выводимый из процесса, при этом количество тепла для сушки сланца регулируется расходом сушильного агента с температурой, не превышающей температуру начала пиролиза сланца в зависимости от его влажности.

2. Установка для термической переработки горючих сланцев, содержащая последовательно установленные аэрофонтанную сушилку, сепараторы отработанного сушильного агента, смеситель сухого сланца с твердым теплоносителем, реактор пиролиза с патрубком для вывода получаемой парогазовой смеси и коксозольного остатка, пылевую камеру для разделения потоков парогазовой смеси и коксозольного остатка, аэрофонтанную топку, делитель потока, сепаратор твердого теплоносителя, сепараторы газовой взвеси, золоспускные патрубки которых подключены к зольному теплообменнику, отличающаяся тем, что газовыхлопной патрубок сепараторов газовой взвеси подключен к котлу-утилизатору с экономайзером, отводящий газоход которого снабжен регулятором расхода сушильного агента и подключен к входу в электрофильтр, выходной патрубок которого подключен к дымовой трубе, а из рассечки высокотемпературной секции и экономайзера котла-утилизатора имеется трубопровод на вход аэрофонтанной сушилки.