Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии, посредством газификации угля в противотоке с воздухом в шахте для того, чтобы создать газ, имеющий температуру порядка 500°С и, кроме того, СО и N2, содержащий соединения серы и смолистые вещества, при этом упомянутый газ подвергается процессу удаления смолистых веществ, перед тем как он проходит через доломитную или известковую шахту с целью удаления соединений серы.
Использование угля для выработки энергии в значительной степени сдерживается серьезными факторами окружающей среды, связанными со сгоранием угля. Основная проблема заключается в разгрузке подкисляющих веществ, таких как окиси серы и азота. Делались попытки в некоторой степени решить эту проблему различными стадиями, но это влечет за собой значительное увеличение затрат, причем чрезвычайно затруднительно или невозможно при обычной технологии достигнуть требуемой степени очистки, если основным приемлемым
сырьевым продуктом для выработки энергии является уголь
Эти проблемы могут быть решены вначале газификацией угля, а затем выработкой энергии путем сгорания образованного газа. Относительно легко достигнуть высокой степени очистки от серы, т.е. более 95%, при восстановлении уголь-газ, а поскольку затем производится сгорание газообразного топлива, это может быть выполнено таким образом, чтобы образовывалось значительно меньше окиси азота, чем это возможно в случае твердого или жидкого топлива. Газификация также предполагает лучшие решения в отношении других вредных для окружающей среды воздействий вследствие сгорания угля, таких как выброс ртути, полиароматических углеводородов, тяжелых металлов и летучей золы.
Недавно были предприняты значительные усилия для разработки способа газификации угля с целью выработки энергии, но,. как подтверждено, во всех случаях затраты весьма высоки. Основной причиной этого является огромное потребление газа, соержащего кислород, с точки зрения значиельных капиталовложений и относительно высокого потребления электроэнергии, связанного с производством кислорода; Кроме того, в большинстве газификаторов угля 10-20% образованного газа сжигается в газификационном реакторе, чтобы удовлетворять требованиям в отношении тепла, необходимого для газификации, и достигнуть благоприятной температуре реакции. Простыми и дешевыми способами производства газа, пригодного для выработки энергии, являются процессы газификации угля с использованием воздуха и потреблением минимального количества угля. Уголь, в основном в виде глыб, газифицируется в противотоке горячего воздушного дутья в шахтной печи. Образованный газ имеет температуру приблизительно 500°С и благодаря невысокой температуре включает в себя приемлемые количества смолистых веществ, а также небольшие количества несгоревшего угля в форме частиц.
Известен способ производства газа, в котором предложено для термического крекинга углеводородов, имеющихся в газе, производимом путем газификации угля, подавать газ, нагретый плазменным генератором. После частичного крекинга.газ пропускается через доломитный фильтр такого типа, который используется в процессе Уибер-Шедерфорса. Полный крекинг оставшихся смолистых веществ получается в течение транспортирования через фильтр, а одновременно газ очищается от серы. Одна из целей изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании технологии, предложенной) в вышеупомянутых заявках на патент, посредством дополнительного уменьшения потребления электроэнергии.
Способ согласно настоящему изобретению базируется на техническом приеме, указанном здесь во вводной части, и отличается тем, что газ, покидающий шахту и содержащий смолистые вещества, вводится в камеру совместно с газом, содержащим кислород, при этом количество добавляемого кислорода регулируется таким образом, чтобы отношение СОа/СО в образовавшемся в результате этого газе не превышало 0,1, причем в упомянутой камере поддерживается температура порядка 900-1200°С, по- оле этого газ вводится в доломитовую или известковую шахту для удаления соединений серы и любых оставшихся смолистых веществ и газификации каких-либо сопутствующих частиц угля.
Согласно одному из вариантов осущест- вления изобретения для того, чтобы достичь
температуры, благоприятной для крекинга, к реакционной камере подается энергия. Это может быть выполнено посредством предварительного нагрева кислородсодержащего газа перед его вводом в камеру. Энергия предпочтительно подводится частично путем предварительного нагрева кислородсодержащего газа и частично путем сгорания в камере.
0 Кислородсодержащий газ предпочтительно представляет собой воздух или воздух, обогащенный кислородом.
Для проведения крекинга без плавления важен температурный интервал, а от5 ношение С02/СО существенно с точки зрения очистки серы и, безусловно, с точки зрения мощности энергии для производимого газа.
Дальнейшие преимущества и отличи0 тельные признаки изобретения будут указаны в нижеследующем описании, причем далее изобретение будет представлено также посредством примера.
Газификационная шахта имеет вид га5 зогенератора такого типа, который обычно использовался, в частности в Англии, в течение первой половины двадцатого столетия. Эти газогенераторы полностью заполнялись углем в форме кусков и в них подавался
0 гбрючий газ с чрезвычайно высоким содержанием смолы. В нашей конструкции генератор приводится в действие горячим воздушным дутьем и после этого угольная зола плавится в жидкий шлак, а также обес5 печивается возможность нахождения части угля в виде угольной пыли, если измененный тепловой баланс компенсируется температурой дутья.
Преимущество, получаемое от преобра0 зования угольной золы в шлак, заключается в том, что может быть использовано дополнительное шлакоформирующее устройство для контроля композиции золы с целью производства сырьевых продуктов, например,
5 для цемента. Недостаток этого типа газификатора заключается в том, что не все виды угля пригодны для газификации при противотоке с небольшим увеличением температуры. Он применим главным образом для
0 угля, который преобразуется при нагревании в жидкую форму, либо для угля, который разрывается на мелкие частицы. Это частично компенсируется 70% сырого угольного продукта, который может быть введен в
5 форме мелких частиц, причем описанные выше ограничения не налагаются на эту данную в процентах величину.
Газ из шахты генератора смешивается с воздухом, чтобы удовлетворять требованиям в отношении необходимого количества
кислорода для крекинга смолистых веществ. Воздух предпочтительно предварительно нагрет, чтобы избежать высокого содержания С02 в газе, поскольку этб приведет к ослаблению последующего действия по очистке от серы. Однако часть требуемой энергии может быть покрыта путем частичного сгорания в камере. Отношение С02/СО не должно превышать 0,1, чтобы обеспечить указанное количество СОа. которое может быть допущено в газе.
Температура в камере должна находиться в интервале 900-1200°С, а предпочтительно должна составлять 1100°С.
Таким образом, на одной стадии в смесительной камере имеет место перемешивание и повышение температуры в непосредственной связи с обессеривающей шахтой, в которой после этого газ остается на достаточное время, чтобы обеспечить полный крекинг и очистку от серы. Серный фильтр представляет собой опробованный и испытанный фильтр, используемый в процессе Уибер-Шедерфорса для извлечения серы из восстановительного газа. Согласно измерениям, выполненным в этом процессе на сопоставимых газах содержание серы в выпущенном газе остается неизменным, составляя 20-30 частей на миллион, в то время как доломит используется полностью на глубину порядка 6 мм, если газ остается в шахте примерно 36 часов. Основная причина того, почему полное повышение температуры газа, поступающего в фильтр, не обеспечивается частичным сгоранием газа, заключается в том, что газ тогда приобрел бы более высокий потенциал кислорода, нарушая при этом условия, необходимые для очистки от серы. Значительное преимущество очистки от серы, когда агент, служащий для очистки от серы, находится в твердой фазе (вместо нахождения, например, в виде шлака), заключается в том, что активность СаО остается близкой к единице, обеспечивая таким образом более полную очистку от серы и уменьшение потребления агента, предназначенного для очистки от серы.
Кроме смолистых веществ газ, покидающий газификационную шахту, содержит также изменяющиеся количества мелких частиц угля. Они захватываются в шахте очистки от серы и, поскольку газ слегка окисляется (приблизительно 5% СОа + НаО), они будут медленно газифицироваться, поэтому доломит, когда он выведен, практически свободен от угля. Таким образом, сочетание преобразования золы в шлак и крекинга в доломитных фильтрах приводит к почти 100% выработке из угля.
Очищающим от серы веществом в фильтре является необработанный доломит, который обжигается в верхней части шахты. Это дополнительно дает едва ли 1% и 5 уменьшает температуру газа на 50-75°С, так что он покидает фильтр при температуре порядка 1000°С. Очищенный газ подвергается теплообмену с входящим воздушным дутьем и покидает газификационную уста0 новку при температуре порядка 650°С. Газификатор сконструирован для работы в диапазоне избыточного давления, составляющего 0-3 бар, в зависимости от использования, для которого предназначен газ,
5 Образованный газ имеет тепловую энергию порядка 4,6 МД/м3. Температура пламени и выпускаемое количество на единицу энергии близки к величинам, достигаемым при обычном сгорании нефти с
0 воздухом. Поэтому надо полагать, что газ должен быть весьма пригоден для выработки энергии.
Пример. Уголь газифицируется в шахте в противотоке с предварительно на5 гретым воздушным дутьем. Анализ угля дает следующий состав: С 75.9%;Н 4.3%; О 9,4%; N 1.3%; S 0,5%; зола 8,6%; влага 4%.
Газ из шахты имеет температуру порядка 500°С и следующий состав: CnHm 6,5%;
0 СОа 1.8%; Н20 1,4%; СО 30,0%; N2 60,2%; H2SO,1%.
Стехиометрически требуется 29,3 м3 воздуха на 100 кг угля для крекинга всего углеводорода в газе на СО и На.
5 Температура газа, покидающего доломитовую шахту после смесительной камеры составляет 1000°С, а его состав таков: СОа 0,3%; НаО 0,1%; На 12,0%; СО 32.0%: N2 55,6%.
0 Баланс между СаО + HaS и CaS + НаО влияет на очистку от серы и для стехиомет- рического случая соотношение НаО : HaS получается порядка 180, которое обеспечивает 99% очистки от серы.
5 В случае газовой смеси в смесительной камере, имеющей композицию, соответствующую частному
СОа + НаО 0 п С02 + Н20 + СО 4-На
0 требуется 64,1 м воздуха на 100 кг угля. Газ, покидающий доломитный фильтр, имеет температуру порядка 1100°С и следующий состав: СОа 1,9%; СО 28.4%; Н20 1.6%; На 9.7%; Na 58.4%; H2S 0.009%. 5В этом случае степень очистки от серы
составляет 87,5%.
Температура газа, оставляющего устройство для очистки от серы, равна 1000°С (первый пример) и 1100°С (второй пример),
то температура газа до устройства для очистки от серы, т.е. на выходе из смесительной камеры {камера крекинга) равна 1050- 1075°Си 1150-1176°С в первом и втором примерах соответственно.
Что касается примера, то после добавки стехиометрического количества воздуха отношение С02/СО в газе, который составляет камеру смешения/крекинга, равно примерно 0.
В газе, оставляющем устройство для очистки от серы, отношение С02/СО равно 0,3/32,0, т.е. примерно 0,01.
Преимущества заявленного способа состоят в том, что несмотря иа очень низкую температуру газификации угля (500°С) можно получить удивительно чистый гзз, таким образом для газификации угля требуемся небольшое количество энергии. Удивительно было то, что большое количество углеводе- родов, образующихся при такой низкой температуре газификации, можно исключить путем крекинга, при этом отношение С02/СО поддерживается ниже 0,1. Таким образом, можно получить газ не только при низком расходе энергии, но также частично он может быть эффективно очищен от серы в доломитовой шахте.
Формула изобретения
1.Способ производства газа, используемого для получения энергии, посредством газификации угля в противотоке с воздухом в шахте с получением газа, имеющего температуру до 500°С и содержащего На, СО, Na, соединения серы и смолистые вещества, причем газ подвергают обработке для удаления смолистых веществ перед пропусканием его через доломитовую или известковую шахту, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа от примесей, газ, покидающий шахту газификации, вводят в камеру смешивания для частичного смешивания смолистых веществ совместно с кислородсодержащим газом, количество которого регулируют так, ч го отношение С02/СО в получаемом в результате газе не превышает 0,1, причем в упомянутой камере поддерживают температуру 900-1200°С.-
2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что кислородсодержащий газ, вводимый в камеру, предварительно нагревают.
3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что кислородсодержащий газ представляет собой воздух или обогащенный кислородом воздух.
Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии из угля. Уголь газифицируется в противотоке с воздушным дутьем в газификаторе, а образовавшийся газ затем перемешивается с газом, содержащим кислород, в таком соотношении, что отношение СОа/СО в образованном в результате этого газа не превышает 0,1, чтобы осуществить крекинг смолистых веществ, имеющихся в газе. После этого газ выводится в доломитную или известковую шахту с целью удаления сернистых соединений любых оставшихся смолистых веществ и для газификации каких-либо сопутствующих угольных частиц, которые еще не газифицированы. 2 з.п.ф-лы.
