Способ получения горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества Советский патент 1985 года по МПК C10J3/46 

2. Способ -по п. i , о т л ичающийся тем , что пото ки углеродсодержащих веществ вводят при массовом соотношении первого и второго потоков (2,4-10):.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что газификацию первого потока в первой зоне ведут при температуре 1500-2500 С, а газификацию второго потока во второй зоне ведут при температуре 1300-1500°С и давлении 100-5000 кПа.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА, преимущественно из пылевидного, включающий подачу в первую зону реактора первого потока исход- ного вещества и газифицирукщего агента, газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второго потока исходного вещества, газифицирукндего агента и продуктов газификации первого потока и газификацию второго потока во второй зоне реактора, отличающийс я тем, что, с целью повышения выхода горючих газов и КПД процесса, второй поток исходного вещества вводят в первую зону реактора, в качестве газифицирующих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне - водяной пар, а кислород в первую зону вводят в стехиометрическом количестве по in отношению к .первому потоку исходно.го вещества. о со со со

Изобретение относится к способам газификации и может быть использовано для получения энергетических и технологических газов в химической и нефтехимической промьшленности. Целью изобретения является увеличение выхода горючих газов и повышение КПД процесса газификации. На чертеже представлена схема реактора для получения горючих газов из твердого углеродсодержацего вещества, разделенного на три зоны. В зону 1 реактора подают углерод содержа1цее вещество, предварительно разделенное па первьй и второй потоки одинакового фракционного состава (0,1-1,0 мм) в массовом соотношении (2,4-10):1 и кислород. В зоне 1 реактора в присутствии второго потока протекает экзотермическая окислительная реакция между углеродной массой первого потока и кислородом 2С + 0 2СО + Q(1) Расход кислорода, подаваемого в первую зону, определяется стехиомет рическим соотношением реагентов и рассчитывается по уравнению (1). Температура в первой зоне 1500 2500°С, давление 100-5000 кПа. За счет теплоты, выделяющейся пр протекании реакции (1), в первой зоне происходит радиационный нагрев второго потока углеродсодержащего вещества. Высокотемпературный поток СО с температурой 1500-2500 С и подогретый второй поток углеродсодержащего вещества поступают в зону 2 реактор куда подают подяной пар. В зоне 2 п 1300-1500 0 протекает эндотермическая реакция: С + СО Hj - Q (2) Компенсация эндотермического эффекта реакции (2) осуществляется теплотой высокотемпературного потока СО и подогретого второго потока углеродсодержащего вещества, поступающих из зоны 1. Из зоны 2 отводят газовый поток, содержащий СО и Н и мелкодисперсные частицы золы. Газификация первого потока угле- родсодержащего вещества в первой зоне стехиометрическим количеством кислорода при массовом соотнощении первого потока ко второму (2,4-10):1 позволяет организовать в первой зоне оптимальный режим температур 1500-2500 С, при котором протекает экзотермическая окислительная реакция (1) с образованием окиси углерода, что исключает потери кислорода с балластным компонентом С02 и увеличивает выход горючего газа. При введении второго потока исходного углеродсодержащего вещества в зону 1 реактора обеспечивается за счет, теплоты, выделяющейся при протекании реакции (1), радиационный нагрев второго потока до температур, оптимальных для протекания реакции (2), компенса1Ц1я эндотермического эффекта реакции (2) и газификация подогретого второго потока во второй зоне реактора водяным паром при 1300-1500°С, что позволяет исключить образование балластных компонентов (COj , Н,,0, СНц) по следующим реакциям и увеличить выход горючих газов до 2,2 м/кг исходного углеродсодержащего вещест- ва и КПД процесса до 92%, С + 2Н2 СН4 + Q + Н, + Q

3

в нижней части реактора расположена зона кристаллизации шлака 3. Из зоны 3 выводят горючий газ на очистки от золы.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока углеродсодержащего вещества ко второму потоку менее 2,4 нецелесообразно, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемого в первой зоне реактора по реакции (1), недостаточно для подогрева второго потока до температуры, оптимальной для протекания процесса газификации во второй зоне и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах ниже оптимальных (ниже 1500 и соответственно), образованию балластных компонентов (COj, HjjO, СН), уменьшению выхода горючих газов до 1,6 и снижению КПД процесса газификации до 71%.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока ко второму более 10 неэкономично, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемо го Б первой зоне по реакции (1), является избыточньЕм для подогрева второго потока до оптимальной температуры и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах выше оптимальных (выше 2500 и 1500 С соответственно) и снижению вы хода горючих газов до 1,7 м-/кг и КПД процесса до 75%, (таблица пример 5) .

Пример 1. В качестве исходного углеродсодержащего вещества взят кокс Западно-Сибирского комбината. Состав сухой массы кокса, мае. %: С 89,0, Н 0,4, 0 0,3, S 0,3, N 1,1, А 8,9, 0 29580 кДж/кг.

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм) делят на два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 2,4:1. В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 42 кг второго потока углеродсодержащего

99794

вещества и 118 кг 0 с температурой 25с, В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием 5 208 кг СО и 0,4 кг водорода Н.

За счет теплоты экзотермической реакции температура в первой зоне достигает 2500 С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание 10 второго потока углеродсодержащего вещества.

Во вторую зону реактора поступает из первой зоны 42 кг подогретого до второго потока углеродсо 5 держащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащие в основном СО и Н при . Одновременно во вторую зону подают 56 кг водяного пара с температурой 300 С. 20 Во второй зоне при и давлении 2000 кПа протекает эндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля.

При этом образуется 87 кг СО и 25 6 кг Hj. Полученный газ в количестве 311 нм имеет теплоту сгорания 12164 кДж/м и содержит (без учета .HjS и NJ), об.%: СО 75, И 25. Балластные компоне}1ты отсутствуют. 30 Выход горючих газов составляет 311/142 2,2 . КПД процесса составляет 90,1%.

Пример 2. В качестве исходного углеродсодержагцего вещества 35 взят бурый уголь Канско-Ачииского бассейна Ирша-Бороднпского месторождения. Состав сухой массы угля, мае. %: с 65,2, И 4,49, 0 20,1, S 0,31, N 0,92, А 8,98, 40 OH 24058 кДж/кг.

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм) делят на два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 5 6,7:1. В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 15 кг второго потока углеродсодержащего вещества с температурой800 С и 66,8 кг 0 с температурой 600 С.

0 В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием 152,1 кг Со и 4,5 кг Н. За счет теплоты экзотерм1гческой реакции 5 температура в первой зоне достигает 1890 С, при этом в первой зоне реактора происходит нaгpeFJaниe второго потока углеродсодержащего ве цества. Во вторую зону поступает из первой зоны 15 кг подогретого до 1890 С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основном СО и Hj с температурой 1890°С. Одновременно во вторую зону подают 11,3 кг водяного пара с температурой 300 С. Во второй зоне при 1300°С и давлением 2000 кПа протекает эндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля. При этом образуется 22,-8 кг СО и 1,9 кг Hj. Полученньй газ в количестве 211,8 им- имеет теплоту сгор ния 2070 кДж/м- и содержит (без уч та HjS и Nj), об, %: СО 66,1,Н2 33, Балластные компоненты отсутствую Выход горючих газов составляет 211,8/115 1,8 . КПД процесса составляет 92,4%. П.ример 3. В качестве исходного углеродсодержащего вещества взят бурый уголь Канско-Ачинского бассейна Ирша-Бородинского месторождения. Состав сухой массы угля, мас С 65,2, 11 4,49, О 20,1, S 0,31, N 0,92, А 8,98, 24058 кДж/кг. Исходное углеродсодержащее вещест во (размер частиц 0,1-1,0 мм) делят на два потока при массовом cooTHoujeнии первого потока ко второму 10:1, В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 10 кг второго потока у1леродсодержа1цего вещества с температурой и 66,8 кг О, с температурой 800 С. В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием 152,1 кг СО, 4,5 кг Hj ., За счет теплоты экзотер в1ческой реакции температура в первой зоне достигает 1940°С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание второго .потока углеродсодержащего вещества. Во вторую зону поступает из первой зоны 10 кг подогретого до 1940С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основном СО и li с температурой 1940 С. Одновременно во вторую зону подают 7,5 кг водяного пара с температурой 300°С. Во второй зоне при 1500°С и давлением 5000 кПа протекает эндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля При этом образуется 15,2 кг СО и 1,3 кг Н. Полученный газ в количестве 198,5 нм имеет теплоту сгорания 12096 кДж/м и содержит (без учета и N), об. %: СО 67,4, Н 32,6, Балластные компоненты отсутствуют. Выход горючих газов составляет 198,5/110 1,8 мз/кг, КПД процесса составляет 90,7%, Результаты расчетов приведены в таблице. Использование предлагаемого способа получения горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества позволяет по сравнению с известным способом повысить выход горючих газов с 1,6 до 2,2 исходного углерод- содержащего вещества, т.е. на 37%, и увеличить КПД процесса газификации с 71% до 92%, т.е. на 29%, за счет получения безбалластного газа, содержащего СО и Hj при одновременном упрощении процесса газификации за счет исключения из технологического цикла стадии очистки горючего газа от COj и .