Способ получения ацетилена и синтез-газа Советский патент 1989 года по МПК C07C11/24 C10J3/18 

315

ревают до средней температуры ЗбОО С И подвергают пиролизу в течение 2 м с. Получаемую газо-Коксовую смес охлаждают добавлением воды до температуры , затем кокс в циклоне отделяют и газ подают на очистку путем промывки водой или щелоком. Коли чество образовавшегося газа 45 кг/ч, что соответствует 1,5-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 32%, а удельный расход энергии 11,3 кВт ч/кг ацетилена .

Степень использования угля 45%.

Отделенный от газа кокс температурой 150°С, содержащий 9,8% летучих компонентов, сверху подают в снабженны футеровкой цилиндрический реактор с помощью смеси из 25% водяного пара и 75% водорода. Одновременно в реактор подают плазменную струю из водорода, имеющую плотность энергии 3,0 кВт-ч/нм . Эта струя создается в электродуговом реакторе мощностью 300 кВт. Кроме того, сверху в реактор подается водяной пар так, что в пересчете на содержание углерода в коксе поддерживается молярное соотношение 0:С, равное . Газификацию проводят при средней температуре 1300°С в течение 6 с.

Часть шлака получается в жидком виде на днище реактора, а газ отводится сбоку на конце реактора, пропускается через теплообменник и в скруббере Вентури охлаждается до .При этом одновременно и вымывается сажа, вследствие чего в отработанном газе отсутствует углерод. Отбирают пробу стекающей воды и определяют содержание твердогй углерода.

По количеству воды и содержанию углерода можно определить степень газификации (97%). Выход синтез-газа (СО+Н) 3,6 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля 98,3%.

Пример 2.В одноступенчатую электродуговую печь мощностью 360 кВт работающую на смеси из 80% водорода, 19% окиси углерода и 1% метана в качестве п.чазменного газа, поступающей со стадии газификации, при плотности энергии 2,8 кВт.ч/нм и давлении 0,5 бар подают мелкораздробленный уголь с содержанием летучих компонен0

5

0

5

8494

тов 25% в количестве 120 кг/ч (без учета воды и 3osu,) при помощи газа того же состава, что и плазменный, и подвергают пиролизу при средней температуре 2200°С в течение 2 м-с. Получаемую газококсовую смесь водой охлаждают до 600°С и затем в котле- утилизаторе доводят до . Кокс и газ отделяют аналогично примеру 1. Отделенный кокс содержит 9,8% летучих компонентов. Выход газа, т.е. степень использования угля, 42%, т.е. 1,68- кратное летучих компонентов угля. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь составляет 27% при удельном расходе энергии 11,1 кВТ ч/кг ацетилена. Далее работают как в примере 1. При этом степень газификации 92%. а выход синтез-газа 3,4 нм /кг.

Общая степень использования угля 96%.

Пример 3. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что в газификатор подают плазменную струю, соэ- даваемуто в электродуговом реакторе мощностью 300 кВт, из газовой смеси, содержащей, об.%: водород 60, водяной пар 25-, двуокись углерода 10, окись углерода 5. Плотность энергии 3,2 кВт.ч/нм ..При этомп|ж соотношении 0:С, равном 1:2. процесс проводят при средней температуре 1350°С в течение 5 с. Степень газификации 95%, что соответствует выходу синтез-газа, равному 3,5 кокса.

Общая степень использования угля 98%.

Пример 4. Повторяют пример 1 с той разницей, что пиролиз проводят в одноступенчатой электродуговой печи моищостью 300 кВт при плотное энергии 1 кВт ч/нм , средней температуре 1500 с и давлении 0,1 бар в течение 10 м-с с использованием угля, содержащего 39,8% летучих компонентов .

При этом выход газа, т.е. степень использования угля 31,8%. что соответствует 0,8-кратному количеству летучих компонентов угля. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 23,1% при удельном расходе энергии 13 кВт ч/кг ацетилена.

Отделенный от газа кокс, содержа- 5 щий 12,8% летучих компонентов, подвергают газификации при плотности энергии плазменной струи водорода, равной 3.9 кВт- ч/нм и средней темпе0

5

0

5

0

515

,ратуре в течение 1 с. Степень газификации 97%, а выход синтез-газа 3,6 кокса.

Общая степень использования угля 98%.

Пример 5.В электродуговую печь мощностью 360 кВт, работающую на водороде при давлении 1,2 бар и плотности энергии 5 кВт.ч/им , подают 120 кг/ч (без учета водЫ| и зо/гы) мелкораздробленного угля (90%, - 150 мкм), содержащего 27,3% летучих компонентов, при помо1(и потока водорода при нагрузке 20 кг/кг газа. Пиролиз проводят при /средней температуре в течение 0,5 м с, после чего реакцию прекращают охлаждением водой.

Выход газа, т.е. .степень использования угля, 49,1%, что соответствует 1 ,8-кратному количеству летучих компонентов исходного угля. При этом выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 27,3%, что соответствует удельному расходу энергии 11,0 кНт ч/кг ацетилена.

60 кг (без учета воды и золы) кокса с содержанием летучих компонентов 5,3%, отделенного от газовых продуктов пиролиза, подают в снабженный футеровкой реактор при помощи газовой смеси, состоящей из 80% водорода, 19% окиси углр-рода и 1% метана. Реакционную смесь подвергают плазменной струей с тем же составом, что и газ-носитель, имеющей плотност энергии 2,3 кВт-ч/нм (струя создается в дуге мои1ностью 240 кВт). Путем добавления водяного пара соотношение П:С доводят до 1,15.

Газификацию проводят при средней температуре 800°С в течение 15 с. Пр этом степень газификации 92%, а выход синтез-газа 3,4 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля 95%.

Пример 6. Повторяют пример 5 с той разницей, что используют 140 кг/ч (без учета воды и золы) каменного угля, содержащего 16,1% летучих компонентов. При этом пиролиз прекращают после образования газа в количестве 28,2%, что соответствует 1,75-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле.

Таким образом степень использования угля 28.2%.

96

Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 22,2% при удельном расходе энергии 12,7 кВт-ч/кг ацетилена.

Кокс с содержанием летучих компонентов 6,7%, отделенный от газовых продуктов пиролиза, подвергают газификации в условиях примера 1. При

этом степень газификации 93%, а выход синтез-газа 3,4 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля 95,7%.

Пример 7. Повторяют пример

1 с той разницей, что используют

104 кг мелкораздробленного и высушенного бурового угля, содержащего 4% золы и 49% летучих компонентов. Количество образовавшегося газа 78,4 кг/ч

что соответствует 1 ,6-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле. Таким образом, степень использования угля 78,4%. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь

29,9%, а удельный расход энергии 12,5 кВт-ч/кг ацетилена.

Отделенный от газа кокс, содержа- пщй 7,3% летучих компонентов, температурой 150 С подают сверху в снаб-

женный футеровкой 1щлиндрический реактор с помощью смеси из 25% водяного пара и 75% водорода. Газификацию проводят описанным в примере 1 образом.

По количеству воды и содержанию

углерода можно определить степень

газификации (91%). Jiыxoд синтоз-газа (CO+Hj) 3,4 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля

98,4%.

Пример 8 (по известному способу) . Повторяют пример 7 с той разницей, что пиролиз осуществляют при температ фе 4200 К и плотности энергии 6 кВт Ч/нм в течение 1 м-с. При этом количество образовавшегося газа 68.3 кг/ч, что соответствует 1 ,4-кратному количеству комонентов в исходном угле.

Таким образом, степень использоваия угля 68,3%. Выход ацетилена в пеесчете на исходный уголь , а дельный расход энергии 23,9 кВт.ч/кг цетилена.

Отделенный от газа кокс, со/1ержл- ий 2,1% летучих компонентов,темпеатурой 150°С сверху подают в снабенный футеровкой цилиндрически ректор с помощью смеси из 25% вопяио

го пара и 75% водорода. Газификацию проводят описанным в примере 1 образом.

По количеству воды и содержанию углерода можно определить степень газификации (70%). Выход синтез-газа (СО+Н) 2,6 нм /кг KOKcaji

Таким образом, степень использования угля составляет лишь 89%

Сравнение результатов примеров 1с результатами сравнительного опыта 8 свидетельствует о достижении цели предлагаемого способа. Кроме того, экономичность предлагаемого способа повьпцается еще и тем, что удельный расход энергии значительно ниже. , П.р и м е Р 9. Повторяют пример с той разницей, что пиролиз проводят в течение 13 м-с. При этом получают 60 кг/ч газа, что соответствует 2-кратному количеству летучих компонентов исходного угля.

Таким образом, степень использования угля 60%.

Выход ацетата в пересчете на исходный уголь 27%, а удельный расход энергии 13,3 кВт-ч/кг ацетилена.

При газификации отделенного от газовых продуктов пиролиза кокса, содержащего 3,3% летучих компонентов, в условиях примера 1 получают сле- дуюрдие результаты.

- Степень газификации 70%, а выход синтез-газа 2,6 нм /кг кокса. Общая степенгэ использования 88%.

Пример 10. Повторяют пример 1 с той разницей, что пиролиз проводят в течение 9 М С при плотности энергии плазменной струи, равной 6 кВт Ч/нм . При этом получают 57,7 кг/ч газа, что соответствует 1,9-кратному количеству летучих компонентов исходного угля о Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 26,3%, удельный расход энергии 13,7 кВт-ч/кг ацетилена, а степень использования угля 57,7%.

При газификации отделенного от газовых продуктов пиролиза кокса, содержащего 2,9% летучих компонентов в условиях примера 1 получают следующие результаты.

Степень газификации 73%. а выход синтез-газа 2,7 нм /кг кокса. Общая степенТ) исгишьзоваиия угля 87%.

Сраниени результатов примера 1 и срарнительиых примеров 9, 10 сви- дете. о том, что при пр-изеде0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

НИИ пиролиза до образования газовых соединений в количестве, превышающем 1,8-кратное количество летучих компонентов исходного угля, выход ацетилена снижается от 32 до 27 и 26,3% соответственно, при повышении удельного расхода энергии от 11,3 до 13,3 и 13,7 кВт,ч/кг ацетилена соответственно и, кроме того, степень газификации снижается от 97 до 70 и 73% соответственно, что означает 25-28%- ное уменьшение выхода синтеза-газа (от 3,6 до 2,6-2,7 нм /кг кокса). Существенно снижается и общая степень использования угля.

Пример 11. Повторяют пример 4 с той разницей, что пиролиз осуществляют в злектродуговой печи мощностью 250 кВт. При этом плотность энергии 0,8 кВт.ч/нм и средняя температура снижается 1400°С. Газ образуется в ко:п1честве 25,3%, что соответствует 0,6-кратному количеству летучих компонентов исходного угля.

Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 12.9% при удельном расходе энергии 19.4 кВт-ч/кг ацетилена. Таким образом, степень использования угля 25,3%.

При газификации отделенного от газовых продуктов пиролиза кокса, содержащего 23,9% летучих компонентов, в условиях примера 4 получают следующие результаты.

CTerietii, гаяи()икации 78%, а выход синтез-газа 2,8 нм /кг кокса. Об1цая cTonetib использования угля составляет 82%.

Сравнение результатов примера А и сравнительного примера 11 свидетельствует о том, что при проведе)ши пиролиза до образования газовых соединений в количестве, меньшем 0,8- кратного количества летучих компонентов ИСХОДН01-0 угля, выход ацетилена снижается от 23,1 до 12,9% при повышении удельного расхода энергии от 13,7 до 19,4 кВт-ч/кг ацетилена, а выход синтез-газа уменьшается от 3,6 до 2,8 кокса при снижении степени газификации от 97 до 78%.

Существенно снижается и общая степень испо/тьзования угля,

П р и м е р 12. Чс пторянтг приме р I с roil разницеГ;, тгс г ПИ| и11;, П1,пю осуществляют ПРИ и I t; qonvrr

16 с. При этом степень газификации 577,, а выход синтез-газа 2 кокса.

Пример 13. Повторяют пример 1 с той разницей, что газификацию осуществляют при ПЗО с в течение 0,8 с. При этом степень газиЪикации 67%, выход синтез-газа 2,4 нм /кг кокса.

Данные по количеству и составу ацетиленсодержащего газа и синтез- газа сведены в таблице.

Сравнение результатов газифика1дии в примерах 1-7 с результатами газификации в сравнительных примерах 12 и 13 свидетельствует о существенности предлагаемых пределов режима процесса газификации, так как при их несоблюдении результаты газификации являются неудовлетворительными.

р и

10

53184910

Формула изобретения Способ получения ацетилена и син 1ез-газа путем пиролизации в потоке| газа-носителя в электродуговом реакторе, охлаждения продуктов пиролиза и последующего отделения содержащего ацетилен газового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет более полного и эффективного использования сырья, пиролиз осуществ-. ляют при плотности энергии 1 - 5 кВт ч/нм и температуре 1500 - 2600°С в течение 0,5-10 мс до образования газообразных соединений в количестве, равном 0,8-1,8-кратному количеству летучих компонентов угля, а остаток пиролиза, содержащий 5,3-12,8% летучих компонентов, подвергают газификации с использовани- 1 ем технологии плазмы в присутствии агента газификации при 800-1700 с в течение 1-15 с.

15

20

Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа или газа-восстановителя из угля по технологии электрической дуги или плазмы и позволяет повысить экономичность способа за счет более полного и эффективного использования сырья. В первом электродуговом реакторе порошковый уголь подвергают пиролизу при плотности энергии 1 - 5 квт/ч/нм³, времени пребывания 0,5 - 10 мс и температуре 1500 - 2600°С. Получаемые из угля газообразные соединения не превышают 0,8 - 1,8-кратное количество летучих компонентов угля. Оставшийся после резкого охлаждения кокс подают во второй электродуговой реактор, в котором кокс превращают до синтез-газа или газа-восстановителя при 800 - 1700°С в течение 1 - 15 с в присутствии агента газификации по технологии электрической дуги или плазмы, и полученные на стадиях пиролиза и газификации газы перерабатывают известным образом тем, что газовый поток, отводимый со стадии пиролиза, очищают, из него при помощи избирательных растворителей выделяют ацетилен и газ со стадии газификации очищают в случае необходимости, после охлаждения. 1 табл.