СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОТОКА ИСХОДНОГО ПРОДУКТА ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ Российский патент 2016 года по МПК C10J3/00 C10K1/00 E21B43/00 B01D46/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обработки потока исходного продукта (сырого синтез-газа/сырого сингаза), получаемого в процессе подземной газификации угля (ПГУ). Один из аспектов данного изобретения относится к способу и устройству для охлаждения и начальной очистки сырого синтез-газа, позволяющим сделать поток обработанного продукта ПГУ пригодным для последующего применения, например для выработки энергии или в химическом производстве. Другой аспект изобретения относится к способу и устройству для изоляции, обработки и манипуляций с потоком исходного продукта ПГУ, который образуется при поджиге или выводе из эксплуатации подземного газогенератора и, в силу своего состава, обычно непригоден для применения с целью выработки энергии или в химическом производстве.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Поток исходного продукта (сырого синтез-газа) образуется в процессе ПГУ; синтез-газ является его основным и наиболее востребованным компонентом. Синтез-газ содержит CO, H₂, CO₂, N₂, CH₄, воду и газообразные углеводороды в разных пропорциях, которые зависят от различных факторов, в том числе от типа окислителя, применяемого для ПГУ, степени влияния на процесс воды (как грунтовых вод, так и воды, поступающей извне), качества угля, а также рабочих температуры и давления ПГУ. Кроме того, поток исходного продукта ПГУ, образующийся вскоре после поджига или при выводе из эксплуатации газогенератора, имеет, как правило, неудовлетворительные характеристики (химический состав или теплотворную способность) для применения его с целью выработки энергии или в химическом производстве.

[0003] Поток исходного продукта ПГУ содержит компоненты, которые необходимо удалить или подвергнуть иной обработке, прежде чем указанный поток можно будет использовать в качестве потока синтез-газа (обработанного потока продукта ПГУ), в свою очередь предназначенного для применения в качестве сырья для получения синтетического жидкого топлива (СЖТ), водородных элементов или выработки энергии.

[0004] Типичный поток исходного продукта ПГУ содержит:

основные компоненты синтез-газа (CO, H₂, CO₂, N₂, CH₄);

воду;

второстепенные компоненты, например углеводороды C₂-C₆, кислород и аргон; и вредные примеси, в частности серосодержащие компоненты (например, H₂S, COS, CS₂, меркаптаны), азотистые компоненты (NH₃, HCN), углеводородные компоненты (угольный конденсат и фенолы), микрокомпоненты, например тяжелые металлы (мышьяк и ртуть), и хлориды.

[0005] Источником этих вредных примесей может быть сам уголь, процесс его газификации или привносимый извне окислитель. Некоторые вредные примеси оказывают особенно выраженное замедляющее действие на последующие каталитические реакции, например процесс получения СЖТ; в этом случае крайне важно удалить или подвергнуть другой обработке такие примеси из потока исходного продукта ПГУ. Однако в некоторых случаях возможно выделение самих вредных примесей, их очистка и применение в качестве промышленных побочных продуктов (например, природного газа, метанола, аммиака, элементарной серы, оксоспиртов и диоксида углерода).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ или устройство для начальной обработки потока исходного продукта ПГУ (сырого синтез-газа), позволяющей использовать обработанный поток продукта ПГУ (синтез-газ) в качестве сырья для выработки энергии или в химическом производстве.

[0007] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено устройство для обработки и охлаждения потока исходного продукта ПГУ, при этом указанное устройство содержит:

систему удаления твердых частиц, предназначенную для удаления твердых частиц из потока исходного продукта ПГУ;

систему удаления воды, предназначенную для удаления воды из потока исходного продукта ПГУ; и

систему удаления конденсированных углеводородов, предназначенную для удаления конденсата углеводородов из потока исходного продукта ПГУ.

[0008] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ обработки и охлаждения потока исходного продукта ПГУ, включающий следующие этапы:

пропускание потока исходного продукта ПГУ через систему удаления твердых частиц с целью удаления твердых частиц, захваченных потоком исходного продукта ПГУ;

пропускание потока исходного продукта ПГУ через систему удаления воды с целью удаления воды из потока исходного продукта ПГУ;

пропускание потока исходного продукта ПГУ через систему удаления конденсированных углеводородов с целью удаления конденсированных углеводородов из потока исходного продукта ПГУ.

[0009] Вышеперечисленные этапы не обязательно должны выполняться в указанном порядке.

[0010] Система удаления твердых частиц может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию и может быть изготовлена из любого подходящего материала или материалов. Удаление твердых частиц может осуществляться в два этапа: на первом удаляются более крупные частицы, а на втором - очень мелкие частицы, которые остались в потоке газа после первого этапа. Примерами подходящих систем удаления твердых частиц являются высокотемпературные фильтровальные свечи (где удаление твердых частиц происходит в виде сухого остатка) и водяные скрубберы (где удаление твердых частиц происходит в виде взвеси). Другими примерами подходящих систем удаления твердых частиц являются сепараторы, например циклонные сепараторы или циклонные сепараторы с водяными скрубберами. В предпочтительном варианте система удаления твердых частиц позволяет снизить содержание твердых частиц в потоке исходного продукта ПГУ до уровня менее 1 мг/м³, однако фактически необходимый уровень зависит, разумеется, от предполагаемого применения обработанного потока исходного продукта ПГУ.

[0011] Система удаления воды может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию и может быть изготовлена из любого подходящего материала или материалов. Примерами подходящих систем удаления воды являются конденсаторы и сепараторы, в частности циклонные сепараторы. В предпочтительном варианте система удаления воды позволяет снизить содержание воды/водяного пара в потоке исходного продукта ПГУ до уровня менее 4% объема, однако фактически необходимый уровень зависит, разумеется, от предполагаемого применения обработанного потока исходного продукта ПГУ.

[0012] Система удаления воды позволяет повторно использовать удаляемую воду в качестве хладагента для газоотводящей скважины путем ее повторного нагнетания в скважину.

[0013] Система удаления конденсированных углеводородов может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию и может быть изготовлена из любого подходящего материала или материалов. Примерами подходящих систем удаления конденсированных углеводородов являются конденсаторы и циклонные сепараторы. В предпочтительном варианте система удаления конденсированных углеводородов позволяет снизить содержание конденсированных углеводородов в потоке исходного продукта ПГУ до уровня менее 1% объема, однако фактически необходимый уровень зависит, разумеется, от предполагаемого применения обработанного потока исходного продукта ПГУ.

[0014] Системы удаления твердых частиц, воды и/или конденсированных углеводородов могут представлять собой отдельные системы или могут быть объединены в одну систему.

[0015] В случае применения нескольких газогенераторов система удаления твердых частиц может представлять собой отдельный блок и использоваться в нескольких экземплярах, обеспечивая возможность независимого запуска и вывода из эксплуатации отдельных газогенераторов, а системы удаления воды и/или конденсированных углеводородов могут быть общими для этих нескольких газогенераторов. Как вариант, каждый газогенератор может иметь собственные системы.

[0016] В предпочтительном варианте изобретения системы удаления твердых частиц, воды и конденсированных углеводородов представляют собой циклонный сепаратор или несколько установленных последовательно или параллельно циклонных сепараторов в сочетании с мокрой очисткой.

[0017] Согласно одному из вариантов изобретения система удаления содержит сепаратор пара-жидкости/твердых частиц, имеющий верхнюю и нижнюю часть. В указанном сепараторе может быть предусмотрен выходной канал для газа, расположенный в верхней части сосуда и выходной канал для жидкости, расположенный в нижней части сосуда.

[0018] Сепаратор может содержать входной канал для подачи газа, расположенный по касательной к стенке сосуда с тем, чтобы центробежные силы повышали эффективность отделения газа от жидкости, или, как вариант, внутренний отбойник, направляющий поток исходного продукта ПГУ в нижнюю часть сосуда.

[0019] Сепаратор может содержать верхнюю секцию сосуда, соединенную разъемным соединением с нижней секцией сосуда.

[0020] Сепаратор может содержать корзиночный фильтр, расположенный в нижней секции сосуда. Крупные твердые частицы могут задерживаться корзиночным фильтром. При отсоединении нижней секции от верхней секции обеспечиваются доступ к указанному корзиночному фильтру и возможность его опорожнения.

[0021] Сепаратор может содержать рычаг с гидроприводом, соединенный с нижней секцией сосуда и предназначенный для перемещения нижней секции сосуда относительно верхней секции из закрытого положения в открытое, и наоборот. В открытом положении обеспечиваются доступ к указанному корзиночному фильтру и возможность его опорожнения.

[0022] Отслеживание результатов измерения перепада давления в области корзиночного фильтра позволяет определить момент, когда корзиночный фильтр будет нуждаться в опорожнении.

[0023] Согласно другому варианту изобретения указанная система удаления содержит систему водяного охлаждения и газоочистки, основным назначением которой может быть удаление захваченных мелких частиц и жидкостей (воды и угольного/углеводородного конденсата) из потока исходного продукта ПГУ. Второстепенной функцией может быть охлаждение потока исходного продукта ПГУ за счет прямого контакта с целью дальнейшего удаления из потока продукта угольного конденсата и воды без проблем с засорением теплообменника.

[0024] Указанная система водяного охлаждения и газоочистки может содержать скруббер Вентури, соединенный с циклонным оросительным скруббером. Скруббер Вентури может содержать трубу Вентури, в свою очередь, содержащую сужающуюся секцию, секцию-горловину и расширяющуюся секцию. Подача воды может осуществляться с помощью водопровода в указанную трубу Вентури непосредственно перед секцией-горловиной. Поступающий в сужающуюся секцию поток исходного продукта ПГУ может контактировать с подаваемой водой из водопровода и смешиваться с каплями воды для удаления из потока продукта твердых частиц перед попаданием указанного потока продукта в циклонный оросительный скруббер. Система регулирования расхода позволяет регулировать подачу воды в трубу Вентури.

[0025] Циклонный оросительный скруббер может содержать вертикально расположенный сосуд, а также предусмотренный в нижней части сосуда входной канал для подачи газа, соединенный с расширяющейся секцией трубы Вентури. Циклонный оросительный скруббер может иметь выходной канал для газа, расположенный в верхней части указанного сосуда и предназначенный для потока продукта, отделяемого оросительным скруббером. Циклонный оросительный скруббер может содержать расположенную в указанном выходном канале решетку/каплеотбойник для удаления увлекаемых потоком капель воды. Циклонный оросительный скруббер может иметь выходной канал для жидкости, расположенный в нижней части сосуда.

[0026] Циклонный оросительный скруббер может содержать распылительную систему для дальнейшего охлаждения потока продукта ПГУ в процессе его вихревого движения вверх от входного канала к выходному каналу. Дальнейшее охлаждение обеспечивает дальнейшее удаление вредных примесей из потока газообразного продукта. Распылительная система может содержать манифольд и сопла для распыления воды в направлении стенок сосуда и закручивающегося потока газа с тем, чтобы направлять захваченные распыляемой струей вредные примеси вниз, по направлению ко дну сосуда. Циклонный оросительный скруббер может содержать регулятор температуры, определяющий необходимый режим работы подключенных к нему воздушных охладителей исходя из температуры выходящего газа.

[0027] Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложено устройство для обработки потока исходного продукта ПГУ, содержащее:

трубный узел для направления потока исходного продукта ПГУ из газоотводящей скважины подземного газогенератора в первую систему обработки потока исходного продукта ПГУ и вторую систему обработки потока исходного продукта ПГУ, при этом указанный трубный узел содержит по меньшей мере один входной канал для потока исходного продукта ПГУ из газоотводящей скважины и по меньшей мере два выходных канала для потока исходного продукта ПГУ, при этом первый из двух указанных выходных каналов может соединяться с первой системой обработки потока исходного продукта ПГУ, а второй из двух указанных выходных каналов может соединяться со второй системой обработки потока исходного продукта ПГУ; и

отводное устройство, связанное с указанным трубным узлом и предназначенное для отведения потока исходного продукта ПГУ в первый выходной канал или второй выходной канал.

[0028] Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен способ обработки потока исходного продукта ПГУ, включающий следующие этапы:

соединение входного канала трубного узла с газоотводящей скважиной подземного газогенератора;

соединение первого выходного канала трубного узла с первой системой обработки потока исходного продукта ПГУ;

соединение второго выходного канала трубного узла со второй системой обработки потока исходного продукта ПГУ;

применение отводного устройства, связанного с трубным узлом, для отведения потока исходного продукта ПГУ в первый выходной канал или во второй выходной канал в зависимости от состава потока исходного продукта ПГУ.

[0029] Трубный узел может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию и может быть изготовлен из любого подходящего материала или материалов. Как правило, указанный трубный узел содержит одну или несколько труб, способных обеспечить подачу потока исходного продукта ПГУ из газоотводящей скважины при повышенных значениях температуры (выше температуры конденсации воды), давления и скорости.

[0030] Отводное устройство может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию и может быть изготовлено из любого подходящего материала или материалов. Отводное устройство может представлять собой клапан с ручным и/или автоматическим управлением, которое может обеспечиваться любым подходящим способом. В данной области техники известны как отводные клапаны с ручным управлением, так и клапаны с электроприводом, подключенные к микропроцессорам.

[0031] Будет ли отводное устройство применено для отведения потока исходного продукта ПГУ в первый выходной канал или во второй выходной канал, зависит от характеристик потока исходного продукта ПГУ. Авторы пришли к выводу, что поток исходного продукта ПГУ, создаваемый вскоре после поджига или при выводе из эксплуатации подземного газогенератора, имеет, как правило, неудовлетворительные характеристики (химический состав или теплотворную способность) для применения его с целью выработки энергии или в химическом производстве, и поток исходного продукта ПГУ может причинить серьезный ущерб системам последующей очистки потока продукта. Таким образом, крайне желательно иметь возможность отводить неподходящий, способный причинить ущерб поток исходного продукта ПГУ от систем очистки потока исходного продукта ПГУ, пока подземный газогенератор не начнет вырабатывать поток исходного продукта ПГУ с приемлемыми характеристиками.

[0032] Первая система обработки потока исходного продукта ПГУ может использоваться для обработки потока исходного продукта ПГУ с неудовлетворительными характеристиками, таким образом, чтобы обеспечить возможность хранения и/или безопасного выпуска в окружающую среду обработанного потока исходного продукта ПГУ.

[0033] Согласно одному из вариантов изобретения первая система обработки потока исходного продукта ПГУ может представлять собой факел, с помощью которого обеспечивается воспламенение и выпуск в атмосферу потока исходного продукта ПГУ. Этот вариант предусматривает возможность применения подходящего инертного газа (например азота) с подходящим газовым топливом (например, пропаном, природным газом или сжиженным нефтяным газом) с тем, чтобы обеспечить:

1) минимальное содержание кислорода в газообразном продукте - менее 5% объема;

2) газ с достаточно высокой теплотворной способностью для обеспечения полного сгорания потока продукта ПГУ.

[0034] Согласно другому варианту изобретения первая система обработки потока исходного продукта ПГУ может представлять собой вентиляционный скруббер, например мокрый скруббер, в котором поток исходного продукта ПГУ перед выпуском в атмосферу пропускается в виде пузырьков через жидкую среду.

[0035] Согласно еще одному варианту изобретения первая система обработки потока исходного продукта ПГУ может содержать сочетание скруббера с факелом, обеспечивающее воспламенение и выпуск в атмосферу потока исходного продукта ПГУ после его обработки.

[0036] Вторая система обработки потока исходного продукта ПГУ может представлять собой систему удаления твердых частиц, воды, конденсированных углеводородов или другой вид систем удаления, описанный для первого и второго аспектов настоящего изобретения.

[0037] Первая и вторая системы обработки потока исходного продукта ПГУ, в том числе предназначенные для сброса или для сжигания на факеле пускового газа с высоким содержанием кислорода, могут быть передвижными или использоваться в нескольких экземплярах, обеспечивая возможность независимого запуска и вывода из эксплуатации отдельных газогенераторов.

[0038] При необходимости само устройство может содержать первую и вторую системы обработки потока исходного продукта ПГУ, а также дополнительные системы обработки потока продукта.

[0039] Трубный узел может содержать дополнительные выходные каналы, соединенные с одной или несколькими другими системами обработки потока продукта.

[0040] Устройство может содержать систему контроля потока исходного продукта ПГУ, связанную с указанным трубным узлом и/или отводным устройством, предназначенную для контроля одного или нескольких свойств потока исходного продукта ПГУ с тем, чтобы определить, куда следует направить поток исходного продукта ПГУ - в первый выходной канал или во второй выходной канал. Указанная система контроля может иметь любые подходящие размеры, форму и конструкцию. Система контроля может содержать датчик или датчики любого подходящего типа. Например, датчик может определять характеристики потока исходного продукта ПГУ или конкретного компонента потока исходного продукта ПГУ, например содержание кислорода, соотношение H₂ и CO или другой физический параметр газообразного продукта, например теплотворную способность и т.п.

[0041] Система контроля может быть соединена электрическим соединением с отводным устройством таким образом, что указанное отводное устройство управляется микропроцессором (компьютером). Система контроля может содержать один или несколько известных в данной области техники экранов и панелей управления.

[0042] Чтобы сделать настоящее изобретение более понятным и упростить его воплощение на практике, ниже в качестве примера приведено описание одного или нескольких предпочтительных вариантов изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0043] На фиг.1 показаны общие этапы охлаждения и обработки вырабатываемого подземным газогенератором потока исходного продукта ПГУ (сырого синтез-газа) перед его перенаправлением в факел или же для последующей переработки (например, в синтетическое жидкое топливо) или иного применения согласно одному из вариантов настоящего изобретения.

[0044] На фиг.2 изображены два пусковых (КО) сепаратора согласно одному из вариантов настоящего изобретения, в закрытом положении, но в различных режимах работы.

[0045] На фиг.3 изображен пусковой (КО) сепаратор, показанный на фиг.2, в открытом положении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0046] На фиг.1 показаны общие этапы охлаждения и обработки вырабатываемого подземным газогенератором потока исходного продукта ПГУ (сырого синтез-газа) перед его перенаправлением в факел 2 или же для последующей переработки 3 (например, в синтетическое жидкое топливо) или иного применения (например, выработки энергии). На схеме показано, что поток исходного продукта ПГУ из газогенератора 1 выходит на поверхность через газоотводящую скважину 4 и направляется либо в сепараторное устройство 5 устья скважины (на схеме заключено в пунктирный прямоугольник), либо, прежде чем попасть в сепараторное устройство 5 устья скважины, в систему 6 специальных пусковых сепараторных емкостей (на схеме обведена пунктирной линией).

[0047] В процессе нормального ПГУ поток исходного продукта ПГУ должен содержать незначительные количества твердых частиц (частиц угля и горной породы) и жидкостей (воды и угольного/углеводородного конденсата) и, соответственно, может быть направлен непосредственно в сепараторное устройство 5 устья скважины для очистки. Однако в условиях ввода в эксплуатацию и пуска в потоке исходного продукта ПГУ обычно содержатся значительные количества твердых частиц и жидкостей, способные усложнить последующую переработку потока продукта и, в частности, повредить оборудование, используемое для переработки газообразного продукта. Соответственно, в таких условиях поток исходного продукта ПГУ может вначале направляться в систему 6 сепараторных емкостей для первичного удаления твердых частиц и жидкостей.

[0048] В схеме с несколькими газогенераторами система сепараторных емкостей 6 может использоваться в нескольких экземплярах, число которых соответствует числу подземных газогенераторов 1, или может быть рассчитана на перемещение между несколькими подземными газогенераторами 1; при этом сепараторное устройство 5 устья скважины может быть общим для нескольких газогенераторов 1 (называемых авторами модулем). Вышеупомянутая система из нескольких сепараторных емкостей 6 позволяет осуществлять запуск и вывод из эксплуатации отдельных подземных газогенераторов 1, не осложняя работу сепараторного устройства 5 устья скважины.

[0049] Как показано на фиг.2, система сепараторных емкостей 6 содержит один или пару соединенных параллельно специальных сепараторов пара и жидкости/твердых частиц 8a, 8b (KO1, KO2), где один сепаратор 8a используется при вводе в эксплуатацию подземного газогенератора 1, а второй представляет собой резервный сепаратор 8b. Это позволяет переключаться на резервный сепаратор в процессе работы и производить очистку заполненного сепаратора 8 (в случае его заполнения твердыми примесями).

[0050] Каждый сепаратор 8 содержит сосуд 9, у которого имеется вертикально расположенная верхняя секция 9a, размеры которой соответствуют размерам сборника конденсата традиционной конструкции, и нижняя секция 9b. Стальная рама, служащая опорой для каждого из сосудов 9, не показана. Каждый сепаратор 8 имеет входной канал 10 для подачи газа, расположенный по касательной к стенке сосуда 9a с тем, чтобы центробежные силы повышали эффективность отделения газа от жидкости, или, как вариант, конструкцию с отбойником (не показан), направляющим поток исходного продукта ПГУ (т.е. газообразные, жидкие и твердые компоненты) в нижнюю часть сосуда 9b. У каждого сепаратора 8 имеется выходной канал 12 для газа, расположенный в верхней части сосуда 9.

[0051] Под действием силы тяжести жидкие и твердые компоненты потока исходного продукта ПГУ оседают в нижней части 9b сосуда, где жидкость (вода и угольный конденсат) отводится через выходной канал 13 для жидкости, расположенный под входным каналом 10. Газообразная составляющая потока движется вверх с расчетной скоростью, призванной свести к минимуму захват потоком капель жидкости при выходе газа из сосуда 9.

[0052] Каждый сепаратор 8 также содержит корзиночный фильтр 21, расположенный в нижней секции 9b. При отводе жидкости через устройство 25 регулирования уровня крупные твердые частицы задерживаются корзиночным фильтром 21. Нижняя секция 9b соединена с верхней секцией 9a сосуда быстроразъемным фланцевым соединением 22. При их разъединении рычаг 23 с гидроприводом позволяет отвести нижнюю секцию 9b в открытое положение, обеспечивая доступ к корзиночному фильтру 21 при замене сосуда 9, как показано на фиг.3. Замена сепаратора 8 производится исходя из данных замеров 26 перепада давления в области фильтра 21, поскольку значительный перепад давления указывает на скопление твердых частиц.

[0053] Для регулирования подачи потока исходного продукта ПГУ в систему сепараторных емкостей 6 и из нее используются различные клапаны 17, 18, 19. Корзиночный фильтр 21, содержащий захваченные твердые примеси, удаляется из нижней секции 9b, и указанные твердые примеси помещаются в стандартные бочки 24 емкостью 44 галлона, которые герметично закрываются и вывозятся с объекта для утилизации.

[0054] Как показано на фиг.1, сепараторное устройство 5 устья скважины содержит систему водяного охлаждения и газоочистки, основным назначением которой является удаление захваченных мелких частиц и жидкостей (воды и угольного/углеводородного конденсата) из потока исходного продукта ПГУ. Второстепенной функцией является охлаждение потока исходного продукта ПГУ за счет прямого контакта с целью дальнейшего удаления из потока продукта угольного конденсата и воды без проблем с засорением теплообменника. Дополнительным преимуществом такого подхода является создание оптимальных условий для эффективной объемной сепарации и удаления из системы водно-органической фазы, что позволяет уменьшить объем последующей обработки сточных вод. Кроме того, это позволяет выполнять замеры параметров потока продукта/газа и отбор проб 48 в условиях пониженной температуры и повышенной чистоты, снижая требования к контрольно-измерительной аппаратуре и анализаторам. Еще одним преимуществом применения схемы со скруббером является то, что она упрощает начальную очистку потока продукта/газа от низкоуровневых вредных примесей, например тяжелых металлов (мышьяка и ртути), хлоридов (хлороводорода), цианидов (цианистого водорода), серосодержащих соединений (H₂S, COS), аммиака, следовых количеств органических соединений, например фенола, и т.п.

[0055] Поток исходного продукта ПГУ из подземного газогенератора 1 (или системы сепараторных емкостей 6) направляется в сепараторное устройство 5 устья скважины и сначала взаимодействует с водой в скруббере Вентури 30 с целью эффективного удаления твердых частиц. Затем поток исходного продукта ПГУ поступает в циклонный оросительный скруббер 40 перед отведением его в факел 2 или для дальнейшей переработки 3.

[0056] Скруббер Вентури 30 содержит трубу Вентури 31, в свою очередь, содержащую сужающуюся секцию 32, секцию-горловину 33 и расширяющуюся секцию 34. Подача воды в трубу Вентури 31 осуществляется непосредственно перед секцией-горловиной 33 с помощью линии 35 водоснабжения. Поступающий в сужающуюся секцию 32 поток исходного продукта ПГУ контактирует с подаваемой водой из водопровода 35 и смешивается с каплями воды для удаления из потока продукта твердых частиц перед попаданием указанного потока продукта в циклонный оросительный скруббер 40. Система 37 регулирования расхода регулирует подачу воды в трубку Вентури 31.

[0057] Циклонный оросительный скруббер 40 содержит вертикально расположенный сосуд 41, а также предусмотренный в нижней части сосуда 41 входной канал 42 для подачи газа, соединенный с расширяющейся секцией 34 трубы Вентури. Циклонный оросительный скруббер 40 может иметь выходной канал 43 для газа, расположенный в верхней части сосуда 41 и предназначенный для потока продукта, отделяемого оросительным скруббером. Циклонный оросительный скруббер 40 может содержать расположенную в выходном канале 43 решетку/каплеотбойник 44 для удаления увлекаемых потоком капель воды. Циклонный оросительный скруббер 40 также имеет выходной канал 45 для жидкости, расположенный в нижней части сосуда 41 и предназначенный для подачи отделенных жидкостей в трехфазную сепараторную систему 60.

[0058] Циклонный оросительный скруббер 40 содержит распылительную систему 47 для дальнейшего охлаждения потока продукта ПГУ в процессе его вихревого движения вверх от входного канала 42 к выходному каналу 43. Дальнейшее охлаждение обеспечивает дальнейшее удаление вредных примесей из потока газообразного продукта. Распылительная система 47 содержит манифольд и сопла для распыления воды в направлении стенок сосуда 41 и закручивающегося потока газа с тем, чтобы направлять захваченные распыляемой струей вредные примеси вниз, по направлению ко дну сосуда 41. Циклонный оросительный скруббер 40 содержит регулятор 49 температуры, определяющий необходимый режим работы воздушных охладителей 64 путем регулирования скорости вращения вентилятора исходя из температуры выходящего газа.

[0059] После этого выходящий газ подвергается газовому анализу 48 и направляется либо в факел 2 по факельной линии 50, либо для последующей переработки 3 (например, в блок СЖТ) по питающей линии 51. Факельная линия 50 и питающая линия 51 оснащены регулятором 53 давления.

[0060] Трехфазная сепараторная система 60 содержит барабан-сепаратор 61 жидкостей для объемной сепарации водно-углеводородной фазы. Растворенные газы в барабане 61 отгоняются в факел 2 по факельной линии 87, отходящей из верхней части барабана 61.

[0061] Отделенная водная фаза откачивается с помощью циркуляционного насоса 63 и охлаждается с помощью воздушного охладителя 64 с контролируемой температурой перед возвращением ее в линию 35 водоснабжения Вентури или манифольд системы орошения 47. Излишки воды удаляются из барабана-сепаратора 61 жидкостей через клапан-регулятор 89 уровня в газоотводящую скважину 4 для охлаждения с помощью возвратной линии 86, а остаток направляется в систему 65 последующей водоочистки. Как вариант, вся промывочная вода из системы 60 может направляться в систему водоочистки.

[0062] Легкий угольный конденсат нагнетается 72 через устройство 70 регулирования уровня в резервуар 71 для хранения и вывоза 73. Тяжелый угольный конденсат и твердые частицы, скапливающиеся в первом отделении барабана-сепаратора 61 жидкостей, периодически перемещаются в баки-хранилища (не показаны) или могут вновь смешиваться с легким угольным конденсатом.

[0063] В условия ввода в эксплуатацию/запуска поток исходного продукта ПГУ, вырабатываемого подземным газогенератором 1, может содержать чрезмерное количество кислорода, которое неприемлемо для сжигания на факеле 2. В определенных условиях, если это разрешено соответствующим законодательством, такой газ может направляться в атмосферу через выводную систему 80 (в течение около 1 часа), пока содержание кислорода не станет приемлемым для сжигания на факеле или последующей переработки.

[0064] Выводная система 80 содержит вертикально расположенный сосуд 81, выходной канал 82 для газа в верхней части сосуда 81, жидкостное уплотнение 83 в нижней части сосуда 81 и входной канал 85 для газа, предназначенный для подачи поступающего газа в жидкостное уплотнение 83. Таким образом, входной канал 85 может иметь сопло, погруженное на, например, 10 см в воду жидкостного уплотнения 83 с тем, чтобы не допустить распространение пламени в сепараторное устройство 5 устья скважины в случае возгорания в выходном канале 82. Как только содержание кислорода в потоке исходного продукта снизится до приемлемого уровня, поток продукта направляется в факел 2 или для последующей переработки.

[0065] В других случаях, когда выброс газа в атмосферу запрещен, возможно применение инертного газа (например азота) для разбавления кислорода, содержащегося в сжигаемом продукте ПГУ, до приемлемого для сжигания на факеле уровня. Емкость 90 ISO с N2 размещается поблизости от скважины обслуживания подземного газогенератора 1 и соединяется с устьем скважины 91. Непосредственно перед поджигом N2 нагнетается в скважину, чтобы довести до приемлемого уровня содержание кислорода в газе за точкой поджига.

[0066] Для повышения теплотворной способности газа из газогенератора 1, перед входным каналом факела 2 в поток 93 газа аналогичным образом добавляется газовое топливо 92. Это топливо повышает теплотворную способность газа, что позволяет обеспечить эффективность уничтожения не менее 98%. Таким образом, одновременно обеспечиваются безопасность в обращении с содержащим кислород синтез-газом и полное сгорание указанного синтез-газа.

[0067] Описанные выше варианты изобретения являются всего лишь иллюстрациями его принципов, и специалисту в данной области техники будет очевидна возможность внесения в конструкцию различных изменений. Данное изобретение может быть осуществлено и воплощено различными способами и в других вариантах. Кроме того, следует понимать, что используемая в данной заявке терминология служит лишь для описания и не является ограничивающей.

[0068] Термин «содержать» и различные его производные, например «содержит» или «содержащий», в данной заявке подразумевают включение указанного объекта или объектов, но не означают исключения какого-либо другого объекта или группы объектов, за исключением случаев, когда контекст подразумевает исключение других вариантов.

[0069] Любые содержащиеся в данном описании ссылки на другие публикации не означают, что соответствующие описания являются общеизвестными.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки потока исходного продукта (сырого синтез-газа/сингаза), получаемого в процессе подземной газификации угля (ПГУ). Устройство содержит сепаратор для отделения жидкостей и твердых частиц от сырого сингаза, получаемого в процессе ПГУ, содержащий сосуд, содержащий верхнюю секцию и нижнюю секции; входной канал для подачи газа; выходной канал для газа, расположенный над входным каналом для подачи газа; выходной канал для жидкостей, расположенный под входным каналом для подачи газа; и корзиночный фильтр, размещенный в нижней секции сосуда, при этом нижняя секция сосуда вмещает отделяемые жидкости и твердые частицы; и выводную систему для направления сырого сингаза, содержащего высокую концентрацию кислорода, в атмосферу, при этом выводная система содержит вертикально расположенный сосуд; выходной канал для газа в верхней части сосуда; жидкостное уплотнение в нижней части сосуда; и входной канал для газа для подачи поступающего сингаза в жидкостное уплотнение. Изобретение позволяет сделать поток обработанного продукта ПГУ пригодным для последующего применения, например, для выработки энергии или в химическом производстве. Изобретение можно также использовать для изоляции, обработки и манипуляций с потоком исходного продукта ПГУ, который образуется при поджиге или выводе из эксплуатации подземного газогенератора. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обработки сырого сингаза, получаемого в процессе подземной газификации угля (ПГУ), содержащее
а) сепаратор для отделения жидкостей и твердых частиц от сырого сингаза, получаемого в процессе ПГУ, содержащий:
(i) сосуд, содержащий верхнюю и нижнюю секции;
(ii) входной канал для подачи газа;
(iii) выходной канал для газа, расположенный над входным каналом для подачи газа;
(iv) выходной канал для жидкостей, расположенный под входным каналом для подачи газа; и
(v) корзиночный фильтр, размещенный в нижней секции сосуда,
при этом нижняя секция сосуда вмещает отделяемые жидкости и твердые частицы; и
b) выводную систему для направления сырого сингаза, содержащего высокую концентрацию кислорода, в атмосферу, при этом выводная система содержит:
(i) вертикально расположенный сосуд;
(ii) выходной канал для газа в верхней части сосуда;
(iii) жидкостное уплотнение в нижней части сосуда и
(iv) входной канал для газа для подачи поступающего сингаза в жидкостное уплотнение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной канал для подачи газа расположен по касательной к стенке сосуда.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что верхняя секция сосуда соединена разъемным соединением с нижней секцией сосуда.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что верхняя секция сосуда соединена разъемным соединением с нижней секцией сосуда с применением фланцевого соединения быстросъемного типа.

5. Устройство по 4, отличающееся тем, что дополнительно содержит рычаг с гидроприводом, соединенный с нижней секцией сосуда, при этом рычаг с гидроприводом перемещает нижнюю секцию сосуда относительно верхней секции между открытым и закрытым положением.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сепаратор дополнительно содержит внутренний отбойник.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два сепаратора, расположенных параллельно.

8. Способ отделения жидкостей и твердых частиц от сырого сингаза, получаемого в процессе подземной газификации угля, содержащий этап пропускания сырого сингаза через сепаратор, при этом сепаратор содержит:
a) сосуд, содержащий верхнюю и нижнюю секции;
b) входной канал для подачи газа;
c) выходной канал для газа, расположенный над входным каналом для подачи газа;
d) выходной канал для жидкостей, расположенный под входным каналом для подачи газа; и
e) корзиночный фильтр, размещенный в нижней секции сосуда, при этом нижняя секция сосуда вмещает отделяемые жидкости и твердые частицы.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап направления сырого сингаза, содержащего высокую концентрацию кислорода, в атмосферу,
при этом сырой сингаз направляют в атмосферу посредством выводной системы, при этом выводная система содержит:
a) вертикально расположенный сосуд;
b) выходной канал для газа в верхней части сосуда;
c) жидкостное уплотнение в нижней части сосуда и
d) входной канал для газа для подачи поступающего сингаза в жидкостное уплотнение.

10. Способ обработки потока исходного продукта ПГУ, включающий следующие этапы:
a) соединение входного канала трубного узла с газоотводящей скважиной подземного газогенератора;
b) соединение первого выходного канала трубного узла с первой системой обработки потока исходного продукта ПГУ;
c) соединение второго выходного канала трубного узла со второй системой обработки потока исходного продукта ПГУ, содержащей:
(i) сепаратор для отделения жидкостей и твердых частиц от потока исходного продукта ПГУ и
(ii) выводную систему для направления сырого сингаза, содержащего высокую концентрацию кислорода, в атмосферу; и
d) применение отводного устройства, связанного с трубным узлом, для отведения потока исходного продукта ПГУ в первый выходной канал или во второй выходной канал в зависимости от состава потока исходного продукта ПГУ.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что первая система обработки потока исходного продукта представляет собой факел, с помощью которого обеспечивают воспламенение и выпуск в атмосферу потока исходного продукта ПГУ, при этом инертный газ применяют вместе с подходящим горючим газом с тем, чтобы обеспечить:
a) минимальное содержание кислорода в потоке продукта ПГУ менее 5% объема и
b) газ с достаточно высокой теплотворной способностью для обеспечения полного сгорания потока продукта ПГУ.

12. Способ по п.10 или п.11, отличающийся тем, что сепаратор содержит:
a) сосуд, содержащий верхнюю и нижнюю секции;
b) входной канал для подачи газа;
c) выходной канал для газа, расположенный над входным каналом для подачи газа;
d) выходной канал для жидкостей, расположенный под входным каналом для подачи газа; и
e) корзиночный фильтр, размещенный в нижней секции сосуда,
при этом нижняя секция сосуда вмещает отделяемые жидкости и твердые частицы.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что выводная система содержит:
а) вертикально расположенный сосуд;
b) выходной канал для газа в верхней части сосуда;
c) жидкостное уплотнение в нижней части сосуда и
d) входной канал для газа для подачи поступающего сингаза в жидкостное уплотнение.