Способ газификации твердых горючих Советский патент 1939 года по МПК C10J3/04 

Изобретение касается способа газификации твердых горючих в слое.

При обычном способе газификации твердого топлива процесс газообразования идет в два этапа:

1.Сжигание твердого горючего с образованием в качестве конечных продуктов, главным образом, углекислоты и водяных паров.

2.Восстановление части углекислоты и водяных паров на раскаленном слое углерода кокса газифицируемого твердого топлива (в отсутствии в газе кислорода).

При обычном способе газификации, применяемом в настоящее время в преобладающем больщинстве промышленных газогенераторов, второй этап газификации является основным рабочим этапом. В связи с тем, что первый этап взаимодействия топлива с кислородом и паром дутья является более быстропротекающим, то очевидно, что второй этап газификации, т. е. образование горючих газов в восстановительной зоне является- определяющим и со стороны интенсивности процесса газификации. Так как в определенных условиях (неограниченное воспламенение) скорость газификации всякого твердого горючего определяется скоростью газификации кокса данного горючего, то из вышесказанного очевидно, что при обычном методе газификации газификация всякого твердого топлива определяется работой зоны восстановления.

При значительной форсировке обычного процесса газификации в зоне горения (кислородной зоне) развиваются высокие температуры, соответствующие большому тепловому эффекту и малым относительным теплопотерям.

Согласно настоящему изобретению предлагается, в целях интенсификации процесса газификации, вести его только в одной окислительной зоне, выбирая скорость дутья с таким расчетом, чтобы продолжительность контакта газов (как окись углерода, водород и др.), образовавшихся в этой зоне в результате первичного взаимодействия горючего с кислородом дутья, была меньше времени, необходимого для протекания с практически заметными результатами реакции вторичного взаимодействия между указанными газами и кислородом дутья.

При этом процесс газификации можно проводить при толщине слоя горючего, достаточной для совершения в ней реакции первичного взаимодействия между углеродом горючего и кислородом

дутья, но не больше той, которая определяется указанной выше продолжительностью контакта газов первичного взаимодействия с кислородом.

Предлагаемый способ, при соответствуюш,ем конструктивном оформлении, позволяет нри малой высоте слоя тонлива получать высокую интенсивность газификации и высокую производительность газогенератора. Максимальные температуры в зоне горения значительно ниже, чем при интенсивном ведении газификации обычным способом. Теоретическая температура нри воздушном дутье, при газификации обычным способом будет выше 2000, а при газификации предлагаемым (высокоскоростным) способом будет меньше 1500-1600° в зависимости от активности газифицируемого твердого топлива. Применение паровоздушного или парокислородного дутья позволяет вести газификацию и при температуре 1000-1100.

Предлагаемый способ газификации основан на следуюш,их особенностях процесса газификации и горения углерода:

1.Большинство видов топлива при взаимодействии углерода с кислородом может давать значительное количество первичной окиси углерода, причем относительное количество этой окиси углерода растет при форсировке процесса (увеличение линейной скорости дутья) и при повышении концентрации кислорода в дутье.

2.Пары воды разлагаются в присутствии кислорода с большой скоростью, позволяюш,ей при незначительном времени . контакта (значительно меньше 0,002 сек.) разложить пар с образованием СО, СО2 и РЬ.

3.При высокоскоростной газификации по предлагаемому способу первичные продукты взаимодействия углерода с кислородом и паром дутья (СО, СО„ и Н2) сохраняются в кислородной зоне за счет отличия скорости этих реакций от скорости горения СО и Н. и восстановления СО2. Последние реакции значительно медленнее реакции углерода с О2 и Н2О (в кислородной зоне).

При увеличении линейной скорости дутья почти пропорционально уменьI шается время контакта СО и Н, с углем в кислородной зоне, так как размер кислородной зоны остается при увеличении линейной скорости почти постоянным (наблюдается незначительный j рост ее). При некоторой скорости дутья, I различной для различных условий,окиси i углерода и водород не усневают реагиj ровать с О2 в кислородной зоне и, I следовательно, выносятся с газом из I слоя газифицируемого топлива. I Необходимая для проведения газиI фикации по предлагаемому способу лиj нейная скорость дутья определяется размером кислородной зоны для данных конкретных условий и определяется . максимально допустимым временем контакта газа в кислородной зоне.

Авторами настояш;его изобретения установлено, что начало высокоскоростной газификации для большинства рабочих топлив обеспечивается временем контакта газа в кислородной зоне, примерно, меньшим 0,002 сек.

Минимальная линейная скорость, необходимая для высокоскоростной газификации топлив, зависит, в основном, от размера частиц газифицируемого топлива, а не от его сорта, так как размер кислородной зоны почти не зависит от сорта топлива, но почти прямо пропорционален размеру частиц газифицируемого топлива.

При высокоскоростной газификации древесного угля, торфа или подмосковного угля (для коксовой части) состав получаюш,егося первичного газа практически идентичен и при наровоздушном дутье (для коксовой части) состав сухого газа может быть, примерно, характеризован следуюшими цифрами: СО2 - объемных, СО - 23о/о объемных, объемных и N2 55%объемных.

Подготовка рабочего топлива при I высокоскоростной газификации идет i обычным путем и при неограниченI ном воспламенении (направление восi пламенения слоя и движение газоI вого потока совпадают) всегда обеспечена даже и при влажности топлива выше 400/0 и очень высокой интенсивности газификации. Основной газ при этом обогашается за счет горючей части летучих, выделяюш ихся при швелевании топлива.

При газификации частиц угля размером в 2-4 Л1М высота кислородной зоны составляет 8 jto;. Максимальная истинная линейная скорость газового потока, обеспечивающая высокоскоростну о газификацию. Ун, составляет прн этом ,1 м/сек. Это соответствует Бремени контакта газа с кислородом (выше ) Оа), равному i, 0,0023 сек.

При более высоких скоростях процесс протекает еще более устойчиво. Максимально допустимые для газификации скорости газового потока пока необнаружены и лежат выше 100 м/сек. При газификации частиц кокса, подмосковного угля или торфяного кокса размером 20-40 мм (размер частиц указывается не начальный загружаемого топлива, а частиц топлива, находящихся в кислородной зоне) будет 20-35 м/сек, размером 40-80 ли будет 50-70 л/сек и-т. д. ,

Процесс высокоскоростной газификации возможен при температуре слоя выше 800°. Наиболее благоприятными температурными условиями являются пределы температур от 1100 до 1600°.

Предмет изобретения.

1.Способ газификации твердых горючих, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса газификации, его ведут только в одной окислительной зоне, выбирая скорость дутья с таким расчетом, чтобы продолжительность контакта газов, образовавшихся в этой зоне в результате первичного взаимодействия горючего с кислородом дутья (как окись углерода, водород и др.) была Д1еньше времени, необходимого для протекания с практически заметными результатами реакции вторичного взаимодействия между указанными газами и кислородом дутья.

2.Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что процесс газификации проводят при толщине слоя горючего, достаточной для заверщения в ней реакции первичного взаимодействия между углеродом горючего и кислородом дутья, но не большей той, которая определяется указанной в п. 1 продолжительностью контакта газов первичного взаимодействия с кислородом.