Способ предварительного нагрева горючего сланца Советский патент 1981 года по МПК C10B53/06 C10B49/10 

(54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА ГОРЮЧЕГО ... Изобретение относится к области переработки твердого топлива, а име но к способам предварительного нагр ва горючего сланца. Известен способ предварительного нагрева горючего сланца, включающий нагрев сланца до 204-342°С путем со местной обработки сланца И горячего дымового газа, подаваемых в зону нагрева, сгорание мелочи горю чего сланца и углеводородных па- ров, содержащихся в дымовых газах,-. отводимых из зоны нагрева и подаваемых, в-зону сгорания . Нёдостатком известного способа; явдяется выброс значительных количеств экологически вредных углеводородов в атмосферу в результате пре ждевременного пиролиза сланцевого ма л.а, содержащегося в горючем сланце, во время проведения одиостадийного быстрого нагрева сланца. Цель изобретения - повышение эффективности процесса и снижение загряз нения атмосферы.. Это достигается тем, что сланец . нагревают до 204-342с в восходящем потоке, по крайней мере, в двух зонах, сланец подают в первую зону нагрева, а горячий дымовой газ - в поСЛАНЦАследнюю зону нагрева, дымовые газы, содержащие мелочь горючего сланца и углеводородные пары отводят из последней зоны нагрева и подают в зону сгорания, сжигают мелочь горючего сланца и углеводородные пары в течение 0,3-1,0 с при температуре выше 7Q4°C, предпочтительно 760-815°С, дымовые газы, поступающие из зоны сгорания , охлаждают до 430-482°С и направляют в предпоследнюю зону нагрева. Когда горючий бланец подогрет таким образом, становится возможным нагреть сланец до 204-342 0 без выбрасывания значительных количеств углеводородов в атмосферу в результате преждевременного пиролиза горючего сланца в процессе предварительного нагрева, и,за счет того, что процесс идет в восходящем потоке, уменьшгиотся потери тепла в процессе и повыпается эффективность процесса. Процесс предварительного нагрева выполняется до постепенного нагрева горючего сланца путем использования серии восходящих потоков, каждый из которых работает при разных температурах дымовых газов, Восходящие потоки используются для обеспечения быстрой передачи тепла от дымового газа к твердой фазе, имеющей широкий естественный диапазон распределения размеров частиц. На табл. 1 представлен анализ сыро го сланца. В связи с тем, что мелкие частицы Нагреваются значительно быстрее, чем крупные, важно контролировать температуру дымового газа на входе в восходящий поток с целью сведения к минимуму преждевременного пиролиза и .образования углеводородов. Было обнаружено, что большая часть углеводо рсщов выделяется в процессе предвари тельного нагрева сланца до температур превышающих т°с. При температурах ниже 177°С концентрация углево дородов в дымовом газе, выбрасываемы в атмосферу из-за частичного испарения битума, имендцегося в сланце, не превышает 100 частей на миллион. При температурах предварительного подогрева 260-315°С концентрация углеводорода в дымовом газе составляет 500-1000 частей на миллион. Эти повышенные концентрации вызваны частич ным пиролизом керогена и выпариванием битума. С точки зрения заботы об окружающей среде, если вьаделение углеводородов эффективно проконтроли ровать, а тепло, содержащееся в них соответствующим образом использовать то можно достичь как сохранения природных ресурсов, так и улучшения экономических показателей за счет образования дополнительного топлива 5-15% тепла, требующегося для предварительного нагревания горючего сланца до температуры 290°С, может Сыть получено от мелочи горючего сланца и углеводородов, выделенных в процессе предварительного нагрева Этот процесс проводится для постеенного предварительного нагревания сего горючего сланца до температуы 180°С без образования значительных концентраций углеводородов. Дальнейшее нагревание всего горючего сланца от 204 до проходит при сопутствующем выделении углеводородов, а также при использовании теплотворной способности этих углеводородов, равно как и теплотворной способности меочи горючего сланца, которая попадат ет в дымовой газ. На последней стадии подогрева в восходящем потоке образуются углеводороды и вводятся вместе с мелочью горючего сланца в поток дымового газа, который идет в зону сгорания, где используется теплотворная способность этих материалов. Установлено, что выделенные углеводороды и мелочь горючего сланца могут быть эффективно сожжешл при 700815°С. Более высокие температуры могут быть использованы, если будут выдержаны более высокие уровни разложения карбоната. Было также установлено, что фактически полное сжигание может быть завершено при этих температурах в точение 0,3-1,0 с. Горячий дымовой газ из зоны сгорания частично охлаждается обычной теплоиспользующей техникой и его тепло используется для предварительного подогрева сырого сланца в восходящем потоке (со стороны сланца) стадий подогрева, температура дымового газа, который контактирует с горючим сланцем на этапах предварительного нагревания в процессе подъема, должна быть достаточно низкой (порядка 430-482с}во избежание образования и выброса значительных количеств углеводородов в атмосферу. Две стадии предварительного подогрева с одной промежуточной зоной сгорания и повторным нагревом полносстью обеспечивают задачу. Однако три стадии предварительного нагрева, использующие единственную зону сгорания, расположенную между второй и третьей стадиями, предпочтительны. Две межстадийные зоны сгорания также могут быть прогрессивно использованы, когда одна зона сгорания расположена между первой и второй зона№1 предварительного нагрева, а другая зона - между второй и третьей зонами предварительного нагрева. Горючий сланец, измельченный до номинального размера 12,7 мм, выгружается из дробилки и поступает в первую зону предварительного нагрева в восходящем потоке, в котором сланец контактирует с дымовым газом при температуре, достаточной для частичного подогрева сланца и удаления свободной влаги. Дымовой газ, выходящий после первой стадии, проходит в атмосферу после прохождения через пылеулавливающее устройство, например рукавный фильтр, электрофильтр, мокры скруббер, в зонах предварительного нагрева с более высокой температуро расположенных ниже по движению пото ка относительно первой зоны предвар тельного нагрева, горючий сланец нагревается до более высоких темпер тур за счет контактирования сланца с более горячими дымовыми газами из зоны сгорания. Предварительно по догретый горючий сланец из конечной зоны предварительного подогрева проходит в зону пиролиза. Частично охлаязденные газы из зон предварительного нагрева, расположенные ниже по движению потока Ссо стороны газа) от носительно последней зоны предварительного подогрева, проходят через одну или несколько промежуточных зон сгорания, где дымовые газы дополнительно нагреваются за счет горения смеси топлив , включающей в себя углеводороды и мелочь сырого сланца. Контроль температуры дымовых газов. поступающих в различные зоны предварительного нагрева, может быть выполнен за счет смешивания дополнительного количества холодного.свежего воздуха или дымового, газа с пер вичным потоком горячего дымового газа, или за счет пропускания дымовых газов через теплообменники. На чертеже изображена установка для реализации способа с использованием трех зон -предварительного подогрева в восходящем потоке с одной промежуточной зоной сгорания. Измельченный горючий сланец (вклю чая мелочь и влагу) непрерывно подается по линии 1 , в подъемную линию или первую зону 2 предва рительного нагрева при скорости загрузки около 450 т/ч, в кртор-й он контактирует и транспо ртируется с ды мовым газом при 246с,поступающим из линии 3. Дымовой газ, поступающий из линии 3 в первую зону предвс1рительного нагрева, представляет собой смесь дымового газа, имеющего температуру 190°С, из второй зоны предварительного нагрева или подъемной ли НИИ 4, подаваемого через линию 5, с дымовым газом, имеющим температуру , из промежуточной печи-рекуператора 6, подаваемого через линию 7. В первой зоне 2 предварительного нагрева горючий сланец предварительно нагревается до , продвигаясь к сборнику 8 и циклонному сепарато-. ру 9, в котором частицы горючего сла ца отделяются от дымового газа. Частично предварительно нагретый сланец подается самотеком во вторую зону .4 предварительного нагрева через линии 10 и 11 njm скорости подачи 450 т/ч для дальнейшего нагрева. Дымовой газ, ссщержа1ций пыль горючего сланца и волу, при из циклонного сепаратора 9 проходит через мокрый скруббер (ма чертеже не показан) и затем выбрасывается в атмосферу при . Приблизительно 114 л/мин воды удаляется из горючего сланца в первой зоне 2 предварительного нагрева. В подъемной линии или второй зоне 4 предварительного нагрева горючий сланец продолжает нагреваться до 177-200с, при этом он транспортируется горячим далмовым газом, имеющим температуру на входе 430с. Горячий дымовой газ во вторую зону пЕ едварительного нагрева подается через линию 12 и содержит дымовой газ из третьей зоны 13 предварительного нагрева с температурой rdaa на выходе 302°С, подаваемого через линию 14 в промежуточную печь-рекуператор 6, где он вновь нагревается до 760°С за счет сгррания углеводородов, выделившихся на последней стадии предварительного нагрева, сланцевой мелочи и дополнительного топлива. Печь-рекуператор 6 состоит из зоны горения а, где сжигаются воздух и топливо, ьоны смешения б, где дымовой газ из линии 14 смешивается с продуктами горения из зоны а, зоны озоления в и зоны охлаждения г. Газ с температурой 760°С в зоне охлгикдения г печи-рекуператора б Охлаждают до 430°С перед подачей его во : вторую зону 4 предварительного нагрева. Сланец отделяется от дымового газа в сборнике 15 и циклонном сепараторе 16, а затем поступает через линии 17 и 18 в третью зону 13 предварительного нагрева. Некоторое количество водяного пара удаляется из второй зоны предварительного нагрева. Частично нагретый горючий сланец при 177-200 С поступает в третью зону предварительного нагрева, контактирует и транспортируется дымовьв газом, вводимым при 47б-760°С через линию 19 таким образом, чтобы .равномерно нагреть весь поток сырого сланца до 290с без значительного пиролиза, предшествующего пиролизу в аппарате 20. Дымовой газ, подаваемый в последнюю зону 13 предварительного иаГрева, содержит примесь дымового гА-. за шарового нагревателя, подаваемого через линию 19, которы; при необходимрсти может быть охлажден путем об аБления охлаждающего в.оздуха при 33-40С через линию 21. Охлаждение проводится для обеспечения управления процессом. Предварительно нагретый горючий сланец отделяетс.я от ымового газа в борнике 22 ч циклон- сепараторе 23 а затем поступат в аппарат 20 для пиролиза через инии 24 и 25, где пиролиз горючего ланца обеспечивается за счет контака с горячими керамическими телами/

подаваемьми из шарового нагревателя 26 через линию 27.

Шаровой нагреватель 26 состоит из камеры нагрева д, камеры сгорания е и зоны выпуска газа ж. В камеру нагрева д шарового нагревателя 26 керамические шары вводятся из подъемника 28 шаров через линию 29, где контактируют с горячим дымовьлм газом из камеры сгорания е. Воздух и топливо подаются через линии 30 и 31 соответственно, к горелке распылительного типа (на чертеже не показана), расположенной в камере сгорания е, в которой сгорает смесь, образуя горячий ДЫГ40ВОЙ газ . Поскольку керамические шары и дымовой газ движутся вниз через шаровой нагреватель, шары нагреваются, в то время как дымовой газ охлаждается. Дымовой газ выходит из шарового нагревателя 26 через зон выпуска ж и линию 19 для использования при нагреве сырого сланца в зоне 13 предварительного нагрева, нагретые шары удаляются из камеры нагрева д через линию 27 и поступают в аппарат 20 пиролиза.

Аппарат пиролиза выполнен в виде вращающегося барабана, в котором горячие керамические шары из шарового нагревателя 26 контактируют с сыгрым сландем, предварительно нагретым до 290°С, для обеспечения последую щего пиролиза. Шары и горячий сланец проходят через аппарат пиролиза, где тепло шаров передается горючему сланцу с выделением углеводородных паров сланцевого масла и обработанных твердых частиц сланца. Вьделившийся пар, обработанные твердые частицы сланца и охлажденные шары из аппарата пиролиза через трубопровод 32 подаются во вращающееся барабанное сито 33, имеющее отверстия, причем эти отверстия таковы, что измельченный обработанный твердый сланец проходит через них, в то время как обладающие более значительными .размераг ш шары задерживаются, выделяющийся пар удаляется через паровой колпак 34 и проходит через линию 35 в секцию рекуперации (на чертеже не показана). В основном весь обработанный твердый горючий сланец проходит через барабанное сито 33 и сборник 36 обработанного твердого сланца 36, из которого частицы твердого сланца через линию 37 проходят в область скопления твердых обработанных частиц сланца. Охлажденные шары из сборника 38 через линию 39 проходят к подъемнику шаров 28 и возвращаются в шаровой нагреватель 26 через линию 29 для нагревания.

Предварительные испытания на конкретном сорте горючего сланца показывают, что желательно либо повысить либо понизить степень предварительного нагрева в одной из трех стгший

предварительного нагрева для изменения выделений в атмосферу углеводородов, и/или изменить подачу топлива в зону предварительного нагрева. Условия предварительного нагрева могут быть изменены без изменения основных положений, изложенных выше.

Испытания проводят на установке производительностью 1000 т в день горючего сланца для определения количества углеводородов, выделяющихся при специальных условиях предварительного нагрева для каждой из тре стадий предварительного нагрева. По этим испытаниям установлено,что при предварительном нагревании горючего сланца (измельченного до минус 12,7 мм) от 10 до 342 Я:: в трехступенчатой системе выделяется в сред нем 400-700 частей на миллион углеводородов. Из этого количества частей на миллион углеводородов выделяется на конечной стадии п|редва рительного нагрева, а частей на первых двух стадиях. В этих испытаниях подъемные линии работали при температурах дымового газа на входе приблизительно 343, 482 и соответственно, в то время как горючий сланец нагревался до температур 93, 176 и 342°С, соответственно в каждой из трех стадий предварительного нагрева.

Другие серии испытаний были выполнены для определения условий, необходимых для существенного снижения содержаний углеводсчродов в дымовом газе, выпускавшем из третьей подъемной линии, приблизительно размера частиц и содержания углерода в мелочи горючего сланца, содержащейся в дымовом газе.

Анализ средних размеров частиц мелочи горючего сланца, входящей в зону пиролиза из третьей зоны предварительного нагрева, представлен

в табл. 2.m г,

Таблица 2

0,1

О , 2

0,6

1,2

2,0 ,

3,3 11,6 50, 1

Продолжение табл. 2

Анализ содержания органического углерода мелочи горючего сланца, полученного по изокинетическим пробам,, взятым на BXQqe и выходе камеры сгорания при работе зоны сгорания при 721-774 € приведен в табл. 3. Эти данные свидетельствуют о том, что мелочь содержит органический углерод, который может быть сожжен с использованием его теплотворной способности.

Таблица 3

В табл. 4 представлены результаты испытаний по определению количества углеводородов, вьщеленных в третьей 30 стадии предварительного нагрева, и рабо«шх условий, необходигиых для обес-. печения значительного восстановления содержания углеводородов.в дшловом. газе, проходящем через зону сгорания. 35

Содержание углёводсчэодов на входе в печь в этой серии испытаний было значительно выше, чем отмечено в испытаниях, описанных выше, из-за различий в механических размерах и форме установки Испытания проводились на ответной установке производительностью 24 т в день.

1

; Т а б л и ц а 4. Из таблиц видно, что значительное ;количество мелкого горючего сланца попадает в поток дымового газа, который может быть использован в качестве топлива для системы предварительного нагрева. Кроме того, расположение зоны сгорания между второй и третьей стадиями предварительного нагрева очень эффективно в восстановлении содержания углеводорода в дымовом, газе, когда зона сгорания работает при , предпочтительно 760°С, -и времени пребывания, по меньшей мере,О,5 Предлагаемый процесс перегонки ил пиролиза горючего сланца использует весь сланец, включая мелкий материал, с целью выделения 100% углеводо родов либо в виде жидких или газооблибо в качестве разных продуктов., топлива для системы предварительного нагрева. Кроме того, процесс обеспечивает предварительное нагревание ojporo горючего сланца до 204-342 -с без возникновения значительного пиролиза основной части сланца до операции перегонки или пиролиза. К тому же процесс обеспечивает повыленную экономию тепла за счет выгрузки дымо вого газа в атмосферу при более низ КОЙ температуре. Способ обеспечивает существенное сокращение потребления углеводорода за счет ржигания паров углеводорода, выделяемых из битума, содержащегося в сланЦе, Использование свежего сырого сланца для предва рительного нагрева подъемной линии нецелесообразно, поскольку при его контакте с дымовыми газами высокой температуры С649-760°С), прекратилос бы шаделенне углеводородов, а при температуре дымового газа на входе в нем содержалось бы значитель ное количество несгорающих углеводорсздов. Формула изобретения 1, Способ предварительного нагрегорючего сланца до 204-342°С пуПродолжение табл. 4 ем совместной обработки сланца и гоячего дымового газа, подаваемых в зону нагрева, сгорания мелочи горючего сланца и углеводородных паров, содержащихся в дамовых газах, отводимых из зоны нагрева и подаваелвлх в зону сгорания, о т л и ч а ю щ и flc я тем, что, с целью повышения эффективности процесса и снижения загрязнения атмосферы, нагревают горючий сланец в восходящем потоке, по крайней мере, в двух зонах., сланец подают в первую зону нагрева, а горячий дымовой газ - в последнюю зону нагрева, дымовые газы, содержащие мелочь горючего сланца и углеводородные пары, от|водят из последней зоны нагрева и по(дают в зону сгс рания, из зоны сгорания дымовые газы направляют в предпоследнюю зону нагрева. 2.Способ по П.1, о тли ч аюUI и и с я тем, что дымовой газ из зоны сгорания охлаждают до 430-482°С. 3.Способ non.l, о тли ч ающ и и с я тем, что содержит последующую стсщию ввода частично предварительно нагретого горючего сланца из первого восходящего потока во второй восходящий пОток с охлажденным дымовым газом из зоны сгорания для обеспечения частичного предварительного нагрева горючего сланца для последующего ввода в последний восходящий поток и частичного охлахадения дымового газа для ввода в первый восходящий поток, 4. Способ по п.3,отли ч ающ и и с я тем, что происходит дгшьнейшее прохождение частично охлажденного дымового газа из второго восходящего потока через вторую зону сжига- ния таким образом, чтобы частично CHOsa нагреть дымовой газ и сжечь выделившиеся углеводородные пары и включенные чаотицы мелочи горючего сланца, выделившиеся из восходящего потока, перед охлажцением и вводом частично снова нагретого дымового газа в пврвыЛ восходящий поток.

J.

11

/

W

fj

fZ

ния дымового газа в зоне сгорания

0,3-1,0 с при Teo-eis c.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 -.

2

.23