СПОСОБ ОЧИСТКИ СИНТЕЗ-ГАЗА ИЗ БИОМАССЫ ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2016 года по МПК C10J3/86 C10K1/06 B01D50/00 B01D47/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение касается способа и устройства для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При сокращающемся запасе ископаемого топлива возобновляемая чистая энергия из биомассы привлекает все большее внимание и быстро развивается. Получение газа и получение нефтепродуктов с использованием биомассы является важным исследовательским проектом в области разработки новой энергии.

Подобно получению газа из угля, получение газа из биомассы требует способов очистки из охлаждения и промывки. В настоящее время исследования способа газификации биомассы добились большого количества результатов, тогда как было выполнено относительно мало исследований очистки синтез-газа из биомассы, главным образом в отношении обычного способа охлаждения и промывки угольного газа. Однако было бы неправильно копировать обычный способ для предварительного охлаждения угольного газа, не принимая в рассмотрение практическую ситуацию того, что выходная температура синтез-газа из биомассы гораздо выше, чем выходная температура угольного газа, то есть температура сырого угольного газа из печи карбонизации составляет 650°C, тогда как температура синтез-газа на выходе из газификатора способа данного изобретения выше чем 1000°C. Таким образом, желательно разработать новый способ охлаждения для синтез-газа из биомассы.

Обычные средства для предварительного охлаждения угольного газа включают в себя: непрямое предварительное охлаждение, прямое предварительное охлаждение и непрямое-прямое предварительное охлаждение. Предварительное охлаждение, главным образом, означает, что угольный газ охлаждается до температуры от 22 до 35°C после выхода из печи карбонизации и до входа в электроосадитель смолы.

Непрямое предварительное охлаждение представляет собой способ, в котором угольный газ косвенно контактирует с охлаждающей средой, между двумя данными фазами происходит теплоперенос, но не массоперенос. Непрямое предварительное охлаждение имеет хорошее охлаждающее и очищающее действие.

Прямое предварительное охлаждение представляет собой способ, включающий в себя распыление аммиачного раствора в угольном газе так, чтобы позволить аммиачному раствору прямо контактировать с угольным газом, так что происходит и теплоперенос, и массоперенос. По сравнению с непрямым предварительным охлаждением прямое предварительное охлаждение имеет высокую эффективность охлаждения угольного газа, маленькое сопротивление, низкую стоимость устройств и большое потребление энергии.

Непрямое-прямое предварительное охлаждение представляет собой комбинированный способ, который включает в себя введение угольного газа в непрямой охладитель и прямой охладитель соответственно, и имеет преимущества и прямого предварительного охлаждения, и непрямого предварительного охлаждения.

Способы удаления пыли из угольного газа включают в себя: осаждение, фильтр, циклон, электроосаждение, водяную промывку и удаление пыли с помощью скруббера Вентури. Разные способы удаления пыли варьируют в эффекте удаления пыли и расходах на сопротивление.

Основным устройством для удаления смолы из угольного газа является электроосадитель смолы.

Характеристики синтез-газа, получаемого из различных исходных материалов и с помощью разных способов газификации, почти одинаковые. Однако целевой способ и конфигурацию системы необходимо адаптировать, чтобы гарантировать улучшенную целевую очистку и целевую экономию.

Отличающиеся сложностью системы, длительной процедурой, высоким потреблением энергии, низкой эффективностью и стабильностью, и неэкономичностью обычные способы очистки угольного газа необходимо оптимизировать и разрабатывать, когда их применяют для обработки синтез-газа из биомассы.

Техническое решение данного изобретения дает в качестве результата обширных исследований способ охлаждения и газификации синтез-газа путем объединения способа высокотемпературной газификации биомассы с химическими и физическими свойствами синтез-газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним объектом данного изобретения является обеспечить способ и устройство для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов. Путем адаптирования оптимизированной схемы целевого способа и разработки процедуры, путем разумной конфигурации устройств способа и путем надлежащих параметров контроля способа решаются проблемы того, что обычный химический промышленный способ очистки угля имеет сложную систему, длительную процедуру, высокое потребление энергии, низкую эффективность и стабильность и является неэкономичным, так что технология и экономика соединяются.

Техническое решение данного изобретения разработано на основании характеристик способа высокотемпературной плазменной газификации в неподвижном слое биомассы и синтез-газа (имеющего температуру от 1000 и 1100°C, содержание пыли ниже 20 г/Нм³ и содержание смолы ниже 3 г/Нм³) и согласно способу охлаждения и очистки угольного газа. Способ очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов содержит: аэрирование высокотемпературного пиролитического газификатора путем использования вентилятора для окисления; введение высокотемпературного синтез-газа, полученного в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, через высокотемпературный водоохлаждаемый газоход в водоохлаждаемый башенный охладитель, где вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ для охлаждения части шлака; введение синтез-газа из водоохлаждаемого башенного охладителя в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа и бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, где отходящее тепло отбирается в двух секциях при двух давлениях, а побочные продукты, включающие пар среднего давления и пар низкого давления, получаются и подаются во внешние устройства, и тяжелая смола конденсируется и отбирается с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа; введение синтез-газа из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя для промывки синтез-газа и удаления пыли; введение синтез-газа из скруббера Вентури в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы для такой очистки, что содержание пыли и содержание смолы в синтез-газе составляет <10 мг/Нм³, температура синтез-газа составляет <45°C, и отбор теплосодержания составляет выше чем 80%; и перенос обработанного синтез-газа в бак мокрого газа для хранения или в процесс ниже по потоку для использования.

В данном техническом решении высокотемпературный синтез-газ, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, имеет температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли ниже чем 20 мг/Нм³ и содержание смолы ниже чем 3 мг/Нм³. Высокотемпературный синтез-газ вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°C и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа для отбора среднетемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа, имеет температуру 450±20°C. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа, снижается до 200±10°C. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя, чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет 45±2°C. Синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы в нем, так что синтез-газ имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°C и отбор теплосодержания больше чем 80%. Обработанный синтез-газ переносится в бак мокрого газа для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. В параллельном соединении с баком мокрого газа находится факел для сжигания отходящего газа.

В качестве улучшения данного изобретения, вентилятор для окисления применяется, чтобы вдувать воздух и обеспечивать положительное давление, устраняя, тем самым, нагнетатель угольного газа. Путем увеличения выходного давления вентилятора для окисления, выходное давление высокотемпературного пиролитического газификатора преодолевает сопротивление промывочной системы, и входное давление бака мокрого газа все еще поддерживается между 4 и 6 кПа, позволяя водоохлаждаемому башенному охладителю, бойлеру-утилизатору отходящего тепла водотрубного типа, бойлеру-утилизатору отходящего тепла жаротрубного типа, скрубберу Вентури в отсутствие наполнителя, мокрому электросборнику пыли и баку мокрого газа работать при положительном давлении, предохраняя атмосферу от проникновения в вышеуказанные устройства и снижая вероятность взрыва газа.

В качестве улучшения данного изобретения, высокотемпературный водоохлаждаемый газоход и водоохлаждаемый башенный охладитель используют мембранные водоохлаждаемые трубчатые структуры, снижая, тем самым, их массу, избегая проблемы опадания огнезащитных материалов и улучшая надежность работы. Высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, водоохлаждаемый башенный охладитель и бойлер-утилизатор отходящего тепла соединены последовательно, образуя систему циркуляции воды, так что решается проблема охлаждения циркулирующей воды, и реализуется полный отбор тепловой энергии.

В качестве улучшения данного изобретения, вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ в водоохлаждаемом башенном охладителе для снижения температуры синтез-газа до 800±20°C и конденсации шлака в синтез-газе; и шлак выгружают из нижней части башни. Таким образом, нагревающие поверхности бойлеров-утилизаторов отходящего тепла предохраняются от загрязнения шлаком, и гарантируется стабильность осуществления теплообмена бойлеров-утилизаторов отходящего тепла.

В качестве улучшения данного изобретения, бойлер-утилизатор отходящего тепла включает в себя высокотемпературную секцию и низкотемпературную секцию. Высокотемпературная секция используется в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа, а низкотемпературная секция используется в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа. Температура синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа составляет 450±20°C, что выше точки конденсации тяжелой смолы, тем самым избегается конденсация смолы. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа равняется или больше чем 1,6 мегапаскалей, улучшая, тем самым, качество температуры пара и удовлетворяя требованиям соответствующего химического пара.

Температуру синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа регулируют к величине, меньшей чем 200°C, чтобы конденсировать тяжелую смолу в этой секции и собирать тяжелую смолу лотком. Низкотемпературная секция использует бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для улучшения эффекта теплообмена. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа составляет 0,5 мегапаскалей, и пар низкого давления, полученный в нем, направляют в мокрый электросборник пыли для очистки.

Синтез-газ из биомассы имеет относительно низкие содержание пыли и содержание смолы. Скруббер Вентури (в отсутствие наполнителя) организован для предварительного удаления пыли, но реализуются не только задачи удаления пыли и снижения температуры, но также удаление промывкой вредных газов, включая H₂S, NH₃ и HCN.

Мокрый электросборник пыли организован в задней части потока способа для гарантии контроля задач удаления пыли и удаления смолы.

По сравнению с предшествующим уровнем техники данное изобретение решает следующие проблемы и имеет очевидные преимущества.

Данный способ применим к адиабатическому высокотемпературному газификатору, и решаются те технические проблемы, что газификатор в водяном охлаждении или охлаждении полученного газа имеет сложную структуру и большой размер, шлак легко агрегирует на стенках газификатора, накипь легко образуется на водной стороне, высоки потребление энергии и потребление мощности. Хотя стабильность газификации улучшается, производственные затраты в основном устройстве газификации сохраняются.

Применяется высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, так что решаются те проблемы, что адиабатическая труба является громоздкой, объемистой и трудна для обращения, ее облицовка легко разрушается, и срок ее службы является коротким.

Процесс охлаждения выполняется вне газификатора путем распыления воды, так что это не влияет на процесс газификации. Степень охлаждения частично регулируется, таким образом влияние конденсации шлака и термическая эффективность системы улучшаются.

Конфигурация двух секций бойлеров-утилизаторов отходящего тепла при двух давлениях приводит к централизованному сбору тяжелой смолы, постепенному отбору отходящего тепла и улучшению тепловой эффективности устройств.

Скруббер Вентури в отсутствие наполнителя используется, чтобы промывать газ и удалять пыль, а мокрый электросборник пыли используется, чтобы дополнительно удалять смолу и пыль, реализуя, тем самым, задачу очистки путем постепенного удаления пыли и смолы.

Данное изобретение имеет простую систему, сглаженный процесс, низкое потребление энергии, высокую эффективность, безопасность и стабильность, и высокую экономическую выгоду.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа данного изобретения для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Способ очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов дополнительно иллюстрируется ниже вместе с чертежом.

Как показано на Фиг. 1, устройство для осуществления основного способа данного технического решения содержит: высокотемпературный водоохлаждаемый газоход 1, водоохлаждаемый башенный охладитель 2, бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3, бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4, скруббер Вентури 5, мокрый электросборник пыли 6, бак мокрого газа 7 и факел 8.

Параметры и протекание способа данного изобретения следующие: вентилятор для окисления применяется, чтобы вдувать воздух в высокотемпературный пиролитический газификатор. Высокотемпературный синтез-газ, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, имеющий температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли ниже чем 20 г/Нм³ и содержание смолы ниже чем 3 г/Нм³, вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу 1 в водоохлаждаемый башенный охладитель 2, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°C и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3 для отбора среднетемпературного отходящего тепла. Полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа 3, имеет температуру 450±20°C. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4 для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа 4, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа 4, снижается до менее 200°C. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури 5 (в отсутствие наполнителя), чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет <45°C. Потом синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли 6 для дополнительного удаления пыли и смолы. Синтез-газ после вышеуказанных охлаждающей и очищающей обработок имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°C и отбор теплосодержания больше чем 80%, что полностью удовлетворяет требованиям к газу для последующих процессов. Обработанный синтез-газ затем переносится в бак мокрого газа 7 для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. Факел 8 находится в параллельном соединении с баком мокрого газа 7 и является важным устройством для сжигания отходящего газа, когда система запускается и состав синтез-газа является чрезмерным.

Протекание основного способа охлаждения и промывки синтез-газа при положительных давлениях и соответствующие устройства описаны выше. В дополнение к вспомогательным системам, таким как система распыления воды для башенного охладителя, система подачи воды для двух секций бойлера-утилизатора отходящего тепла, система циркуляции воды для скруббера Вентури, система поливки водой для мокрого электросборника пыли и система герметизации воды для бака мокрого газа, также обеспечиваются некоторые стандартные или нестандартные устройства. Данные стандартные или нестандартные устройства образуют индивидуальные подсистемы посредством труб и клапанов и служат сопутствующими устройствами, так что реализуется протекание всего способа охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы.

Изобретение относится к очистке синтез-газа и может быть использовано в химической и нефтегазовой промышленности. Способ очистки синтез-газа включает введение высокотемпературного синтез-газа в водоохлаждаемый башенный охладитель 2. Из водоохлаждаемого башенного охладителя 2 синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3 для отбора среднетемпературного отходящего тепла. Полученный пар среднего давления направляют во внешние устройства. Затем синтез-газ переносят в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4 для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждают в бойлере-утилизаторе жаротрубного типа 4 с одновременным отделением тяжелой смолы и вводят в скруббер Вентури 5. Затем синтез-газ вводят в мокрый электросборник пыли 6 и достигают содержания пыли и смолы в синтез-газе <10 мг/Нм³. Обработанный синтез-газ переносят в бак мокрого газа 7 для хранения или в процесс ниже по потоку для использования. Изобретение позволяет упростить способ очистки, сократить время его проведения, снизить потребление энергии, повысить эффективность и стабильность очистки синтез-газа. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов, в котором:
аэрируют высокотемпературный пиролитический газификатор путем использования вентилятора для окисления;
вводят высокотемпературный синтез-газ, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, через высокотемпературный водоохлаждаемый газоход в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляют воду в высокотемпературный синтез-газ для охлаждения части шлака;
вводят синтез-газ из водоохлаждаемого башенного охладителя в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа (3) для отбора среднетемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства; затем синтез-газ переносят в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа (4) для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства; синтез-газ охлаждают в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа (4) и одновременно отделяют тяжелую смолу и собирают в лоток;
вводят синтез-газ из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя для промывки синтез-газа и удаления пыли;
вводят синтез-газ из скруббера Вентури в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы для такой очистки, что содержание пыли и содержание смолы в синтез-газе составляет <10 мг/Нм³, температура синтез-газа составляет <45°C и отбор теплосодержания составляет выше чем 80%; и переносят обработанный синтез-газ в бак мокрого газа для хранения или в процесс ниже по потоку для использования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высокотемпературный водоохлаждаемый газоход (1) и водоохлаждаемый башенный охладитель (2) используют мембранные водоохлаждаемые трубчатые структуры.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочее давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа (3) равно или больше чем 1,6 МПа и температура синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа (3) составляет 450±20°C.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа (4) регулируют к величине меньше чем 200°C, чтобы конденсировать тяжелую смолу в этой секции и собирать тяжелую смолу лотком.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочее давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа (4) составляет 0,5 МПа; и пар низкого давления, полученный в нем, направляют в мокрый электросборник пыли (6) для очистки.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выходное давление вентилятора для окисления способно гарантировать, что выходное давление высокотемпературного пиролитического газификатора преодолевает сопротивление промывочной системы, и входное давление бака мокрого газа (7) поддерживают между 4×10^-3 и 6×10^-3 МПа, тем самым позволяя водоохлаждаемому башенному охладителю (2), бойлеру-утилизатору отходящего тепла водотрубного типа (3), бойлеру-утилизатору отходящего тепла жаротрубного типа (4), скрубберу Вентури (5) (в отсутствие наполнителя), мокрому электросборнику пыли (6) и баку мокрого газа (7) работать при положительном давлении.