Способ получения горючих газов из угля и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК C10J3/00 C10J3/08 

Для автотермичной газификации угли с кислородом известны три технологических принципа: газификация в летящем потоке, при которой используется мелко размолотая угольная пыль и производится газ с высокой температурой и малым содержанием метана; газификация в псевдоожиженном слое, при которой используется уголь со средними размерами частиц и достигаются средние температуры; шахтная газификация при которой используется кусковой уголь и производится газ с низкой тем Г1ературой, а если не используется HOKC, то с высоким содержанием метана. Известен способ газификации топлива, согласно которому стекающий из Нижней части шахтного газификатора шлак можно тушить внутри га-зификатора и гранулировать на водяной бане. При этом жидкий шлак сначала j .собирается в ванне и от нее течет в установленную под шахтным газификато ром водяную баню. Возникающий при поступлении шлака в водяную баню водяной пар через обходной трубопровод нагнетается в верхнюю часть шахтного газификатора над зоной плавки шлака. Посредством этого предотвращается попадание водяного пара в нижнюю часть шахтного реактора tl Однако при этом способе возможно недостаточное использование теплосодержания жидкого шлака, так как обра зующийся пар используется а качестве технологического пара в неудовлетворительной степени. Известен способ газификации, в ко iтором подаваемый от двух боковых гааификаторов пылевидного топлива первичный газ направляется через засыпку в шахтном газификаторе. Угольна Пыль должна быть в значительной степени преобразована с помощью кислорода, прежде чем она попадает на засыпку из куск9вого угля или кокса, так как в противном случае слой бы засорился. При этом способе шлак может отводиться жидким или сухим 1,2. Выпуск жидкого шлака из шахтных газификаторов, которые находятся под давлением, требует сложных технических устройств, поэтому названные спо собы не пригодны для газификации под давлением. Кроме того, при этих способах полностью или значительно теряется видимое или скрытое теплосодержание жидкого шлака. Известен способ производства смесей горючего газ из мелкозернистых видов топлива, при котором часть угля сжигается с помощью газификациойных средств, кислорода и пара в горелках которые выполнены как циклонные горелки-, а образующийся таким образом первичный газ протекает через псевдоожиженный слой из оставшегося угля, при этом происходят химические реак,ции с углем и охлаждение первичного газа 3 J. Этот способ соединяет относительно высокую экономичность в (пространстве и времени прямоточного способа на первой ступени с хорошим использованием тепла противоточного способа на второй ступени. Однако он осуществим на практике только тогда, когда горелки производят сухой шлак, так как в противном случае псевдоржиженный слой dлипaeтcя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения горючих газов из угля с помощью газифицирующих агентов, включающий газификацию угольной пыли кислородом или кислородсодержащим газом и паром и/или углекислым газом в одной или нескольких горелках, подачу получающегося первичного газа через слой из крупных кусков угля в проти-вотоке снизу вверх с образованием горючего жидкого шлака, отводимого из нижней части газификатора l, Известный способ осуществляют в устройстве для получения горючих помощью газифицирующих агентов, включающем шахту газификатора, снабженную в верхней части средством для загрузки угля и в нижней части выступом для образования свободной поверхности слоя угля, одну или несколько горелок для газификации угольной пыли с газифицирующим агентом и образования струи первичного газа, установленных, под выступом шахты . В известном способе и устройстве для его осуществления уголь посредством просеивания разлагается на кусковую и пылевидную части и кусковая часть подается в шахтный газификатор, в то время как пылевидный уголь газифицируется в горелке, а возникающий при этом первичный газ направляется в шахтный газификатор для сушки и газификации. Жидкий шлак собирается на наклонном дне шахтного газификатора перед образованной как уступ нижней свободной поверхностью засыпки из кускового угля и оттуда может выпус- j каться через отвод для шлака. На процесс можно воздействовать посредством вдувания водяного пара. При этом способе отвод шлака представляет проблему, в частности, если работа ведет-Ю ся под давлением. Кроме того, известный способ является неэкономичным, так как для подачи водяного пара затрачивается дополнительная энергия.

Целью изобретения является повыше-15 ние экономичности процесса за счет использования тепла.жидкого шлака.

Цель достигается тем, что согласно способу получения горючих газов из угля с помощью газифицирующих агентов о включающему газификацию угольной пыли кислородом или кислородсодержащим газом и паром и/или углекислым газом в одной или нескольких горелках, подачу получающегося первичного газа 25 через слой из крупных кусков угля в противотоке снизу вверх с образованием горючего газа и жидкого шлака, отводимого из нижней части газификатора, ; |кидкий шлак собирают в нижней части jjo газификатора в шлаковой ванне и выводят из шлаковой ванны путем слива его через переливной порог при свободном падении в емкость с охлаждающей водой, одну или несколько струй пер- ;j вичного газа направляют на свободную поверхность шлаковой ванны в противотоке к жидкому шлаку, жидкий шлак во время свободного падения гранулируют с помощью одной или нескольких водя- дф ных струй с образованием пара, по крайней мере, часть этого пара подводят к слою угля в качестве газифицирующего агента.

Причем поддерживают соотношение между весовым расходом водяных струи и шлака 2:1 - 10 :1.

Струи воды имеют скорость истечения .20-100 м/с.;

Образующуюся в ванне с охлаждающей водой смесь гранул шлака и охлаждающей воды отводят из емкости с охлаждаЮ1цей водой, снижают давление, гранулы шлака отфильтровывают, а очищенную охлаждающую воду возвращают в про- цессна стадию гранулирования для образования водяных струй.

Устройство для осуществления спог соба, включающее шахту газификатора.

снабженную в верхней части средств для загрузки угля и в нижней части выступом для образования свободной поверхности слоя угля, одну или несколько горелок для газификации уголной пыли с газифицирующим агентом и образования струй первичного газа, установленных под выступом шахты, дополнительно содержит в нижней част шахты переливной порог для образования шлаковой ванны, емкость, заполненную охлаждающей водой, и одну или несколько форсунок для подачи водяных струй, расположенных ниже переливного порога и направленных на свободно падающий шлак.

Причем переливной порог снабжен охлаждающими трубами.

Шахта снабжена охлаждающими трубами .

Выступ направлен внутрь шахты.Кроме того, устройство содержит один или несколько водоохлаждаемых шнеков, расположенных над и/или под выступом.

Кроме того, устройство содержит подключенные к емкости для охлаждающей воды емкость для сброса давления и фильтр для шлаковь1х гранул, труба для отвода охлаждающей воды ко торого подсоединена к форсунке для подачи водяных струй на гранулироваН1ие шлака.

Жидкий шлак во время свободного падения между сливным порогом и емкостью с охлаждающей водой с помощью одной или нескольких водяных струй распыляется с .охлаждением шлака и образованием пара и, по меньшей мере часть пара подается к более крупному углю, предпочтительно к нижней свободной поверхности засыпки в качестве технологического пара.

Тем самым эффективно используется тепло жидкого шлака, а возникающий при этом водяной пар может непосредственно смешиваться с подаваемым из горелки , содержащим СО первичным газом перед его поступлен эм в более крупный уголь, предпочтительно нижнюю свободную поверхность засыпки. У видов угля с содержанием шлака выше 2-10 в зависимости от требуемого состава газа вообще не требуется больше дополнительного пара. Если содержание шлака угля составляет 20 и более, то парообразование согласно предложенному способу настолько велико, что может быть более экономично не

использовать весь пар.в качестве технологического пара, а отводить частичный поток, например использовать для просушивания угля или производства механической или электрической энергии. Для образования водяных струй могут использоваться охлаждающая вода для процесса или же конденсат, который осаждается в подключенной газоочистке, а также другие сточные воды под нагрузкой, которые осаждаются в предварительном или дополнительном про-, цессах. На основании этого предложенный способ очень удобен для окружающей среды, так как не выбрасываются сточные воды процесса, а наоборот, принимаются другие загрязненные сточные воды.

Для эффективного гранулирования и парогенерации целесообразно поддерживать поток массы водяных струй суммарно в 2-10 раз большим, чем поток массы сливаемых шлаков.

При этом для водяных струй целесообразна скорость потока 20-100 м/с.

Если поток массы и/или скорость потока водяных струй будут регулироваться, то можно воздействовать на интенсивность гранулирования.

По меньшей мере, одна струя перв(1Ч ного газа направляется из горелок на свободную поверхность шлаковой ванны. Таким образом достигается полная газификация еще всплывающего в шлаковой ванне угля и относительно высокая температура, а тем самым жидкотекучесть шлаковой ванны.

Если далее струю первичного газа направить через сливной порог во встречном потоке к жидкому шлаку, то сливной порог простым способом может предохраняться от засорения всплывающими кусками угля.

Струя первичного газа направляется таким образом и настолько близко к месту, на которое попадают водяные струи, что возникающий при распылении шлака пар увлекается струей первичного газа в направдрнии более крупного угля, предпочтительно нижней свободной поверхности засыпки. Посредством этого можно достигнуть эффективной подачи возникающего при распылении пара в засыпку угля.

Если образующуюся в емкости с охлаждающей водой смесь из охлаждающей воды и гранулята шлака отводить из емкости с охлаждающей водой, отфильтровывать гранулят шлака, а очищенную охла): дающую воду, в необходимом случае с добавлением дополнительной воды, возвращать для образования водяных струй, то не возникают загрязняющие окружающие среду сточные воды. В качестве дополнительной воды можно использовать промывочную воду очистки газа-продукта после удаления HCN. Образование сложных цианидов при абсорбции HCN из газа-продукта в охлаждающей воде и последующей реакции HCN со шлаком предотвращается посредством относительно большого наличия кислорода в перви.чном газе и чистого потока пара из водяной ванны в направлении сливного порога и в направлении нижней свободной поверхности засыпки угля.

Перед отфильтровыванием гранулята шлака из смеси охлаждающей воды и гранулята шлака его еще можно разгружать от давления; возникающий при этом пар может подаваться для утилизации.

Вследствие того, что струи первичного газа направлены на нижнюю свободную поверхность засыпки, там, несмотря на отфильтровывание капелек шлака из потока первичного газа, происходит эффективная газификация. Это обстоятельство поддерживается еще тем, что если в шахту заходит, по меньшей мере, один подающий механизм например охлаждаемый водой шнек, для перемещения кускового угля в направле.нии к нижней свободной поверхности засыпки, то тогда эта свободная поверхность остается в движении и постоянно обновляется.

Слив загрязняющих окружающую среду сточных вод предотвращается тогда, когда у предложенного устройства к ванне с охлаждающей во,пой дополнительно подключен, в необходимом случае с промежуточным включением разгрузочного резервуара, фильтр гранулята , выход для охлаждающей воды которого соединен с трубкой для водяной струи.

На фиг, 1 показано устройство для газификации, вертикальный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 1 - схема повторного использования охлаждающей воды.

Резервуар 1 под давлением снабжен внешней изоляцией и образует шахтный

99

газификатор. Резервуар имеет вертикальный верхний участок и отходящий под углом в сторону нижний участок, В стенке резервуара установлена горелка 2. Резервуар 1 снабжен охлаждаю щим коробом 3 из трубопроводов, шлюзом , к которому подсоединен трубопровод 5 для подачи нейтрального газа, трубой 6 для отвода получаемых газов. К коробу 3 подсоединены трубопроводы 7 и 8 для подвода и отвода охлаждающей воды. В шахте установлены водоохлаждаемые шнеки 9 и 10. В шахту загружается угольная засыпка 11 имеющая верхнюю 12 и нижнюю 13 свободные поверхности. В нижней части резервуара расположена шлаковая ванна 1А, на свободную поверхность шлака направлена струя 15 первичного газа, выходящая из горелки 2. Шлаковая ванна имеет сливной порог 16. Жидкий шлак подают в емкость 17 с охлаждающей водой.

Устройство работает следующим образом.

В верхнем участке резервуара 1 под давлением загружается кусковой уголь через шлюз , который после каждой загрузки омывается нейтральным газом, например паром, через трубопровод 5. Кусковой уголь попадает в расположенный в резервуаре 1 охлаждающий короб 3 из трубопроводов охлаждающей воды и образует в нем засыпку 11 с имеющим верхнюю свободную поверхность 12 насыпным конусом. Трубопроводы охлаждающего короба 3 снабжаются через нижний кольцевой коллектор 18, к которому ведут спускные трубы 19 расположенные в промежуточном пространст ве между охлах{дающим коробом 3 и резервуаром 1, от верхнего кольцевого распределителя 20, к которому подключен трубопровод 7 подвода охлаждающей воды. Поднимаюидаяся в охлаждающем коробе 3 охлаждающая вода попадает в верхний кольцевой распределитель 21 и оттуда отводится через трубопровод для отвода охлаждающей воды. Охлаждающий короб 3 имеет в нижней трети направленный внутрь выступ 22 который образует верхнюю границу расположенной под ним камеры 23. На основании имеюидегося в охлаждающем коробе 3 с сужения на нижнем конце засыпки 11 неизбежно возникает расположенная наклонно в виде уступа нижняя свободная поверхность 13, которая ограничивает

)и

56/4

камеру 23. Внизу засыпка 11 расположена на образованной в нижней части охлаждающего короба 3 также охлаждающими трубопроводами 2k шлаковой ванны. В нижней части, т.е. ниже выступа 22, внутренняя .сторона охлаждающего короба 3, включая шлаковую ванну 1, снабжена изолирующей массой 25 Сливной порог 16 (фиг.З) выполнен V-образным. Между нижней свободной поверхностью 13 и сливным порогом 16 при работе шахтного газификатора-в шлаковой ванне k может собираться жидкий шлак с одной свободной поверхностью. Свободная поверхность шлаковой ванны 14 ограничивает камеру 23 снизу до отверстия 2б для прохода пара.

Внешняя часть камеры 23 ограничена от охлаждающего короба 3 массой 25 Непосредственно напротив сливного порога 16 в стенке резервуара 1 под давлением установлена горелка 2, к которой подаются пылевидный уголь, кислород или кислородсодержащий газ, а в необходимом случае дополнительный пар. Образованная го{)елкой 2 струя 15 первичного газа направлена наклонно вниз в направлении на нижнюю свободну поверхность 13 и свободную поверхность шлаковой ванны 14.

Таким образом достигается интенсивная . газификация на нижней свободной поверхности 13, а также всплывающего в шлаковой ванне 14 угля и предотвращается засорение сливного порога 16, так как струя 15 первичного гаЭа направлена навстречу текущему к сливному порогу 16 потоку шлака. Жидкий шлак, который проходит через сливной порог 16, образует падающий поток шлака в отверстии 2б для прохода пара. На свободно падающий поток шлака направлена выходящая из установленной в стенке резервуара 1 трубки 27 струя 28 воды под напором. Посредством этого жидкий шлак мелко распыляется и охлаждается. Одновременно образуется пар, который в качестве технологического пара через отверстие 2б для прохода пара увлекается струей 15 первичного газа в камеру 23 и там вместе с .первичным газом поступает на нижнюю свободную поверхность 13 засыпки 11. Как струя 15 первичного газа, так и струя 28 воды под напором могут регулироваться, чтобы управлять ходом процесса и воздействовать .

на него или обеспечивать соответствующие потребностям процесса количества воды для тушения. Избыточный пар может выпускаться через трубу 29 для сброса пара. Распыленный, частич- s но охлажденный шлак попадает для окончательной грануляции с неиспарившейся охлаждающей водой струи 28 в установленную под шлаковой ванной 1 в резервуаре 1 под емкость 17 (водяную 0 анюК Из этой емкости смесь из гранулированного шлака и охлаждающей воды может выпускаться через разгрузочный шлюз 30. В самой низкой точке возле разгрузочного шлюза 30 в ре- 15 зервуаре 1 под давлением находится спуск конденсата для спуска конденсирующегося в резервуаре 1 под давлением во время начальной стадии водяного пара. Для транспортировки куско- 20 вого угля из засыпки 11 в направлении к нижней свободной поверхности 13 находятся имеющие два направленных под углом вниз, обтекаемых охлаждающей жидкостью транспортных шнека 9 25 и 10. На верхней части резервуара 1 под давлением находится также охлаждаемая выпускная труба для газа-продукта. Трубопроводы охлаждающей жидкости выпускнойтрубы 6 газа могут снаб- ,ц жаться отдельно, а также могут быть

соединены с трубопроводами охлаждающего короба 3.

Смесь из гранулята шлака и охлажда- . ющей воды через загрузочный шлюз 30 (.фиг. k) сначала попадает в разгрузочный резервуар 31 с пароотводом 32, оттуда в фильтр 33 гранулята шлака. Гранулят выводится через отводящую линию З для гранулята. Выход 35 охлаждающей воды через насос 36 и пере- пускной трубопровод 37 направлен обратно к трубке 27 для водяной струи. Перед насосом 36 в соединение между выходом 35 охлаждающей воды и перепускным трубопроводом 37 может под- 5 ключаться трубопровод 38 для дополнительной воды.

Предлагаемый способ дает возможность газификации таких видов угля, которые содержат относительно большой 50 процент мелких частиц.

Используется теплосодержание жидкого шлака для процесса. Шлак распыляется в жидкотекучем состоянии, вследствие чего образуются маленькие 55 гранулы шлака, которые без затруднения могут выводиться через шлюз и подвергаться дальнейшей переработке.

При таком способе в одном и ре кторе могут производиться как бедный Ьн/, газ для химической промышленности так и богатый СН газ в качестве газа для газопроводов или для синтеза углеводородов. Благоприятное выгорание без засорения засыпки 11 и использование пара для тушения являются особыми преимуществами предложенного способа. Способ может, например, осуществляться при высокой температуре выхода газа, например 1050 С. Содержание метана в газе-продукте в этом случае очень низкое. В резервуаре 1 устанавливается давление 35 абс.бар. В трубах для охлаждающей жидкости охла хдающего короба производится пар с давлением 40 абс. бар. Он может большей частью использоваться в газоочистке. Избыток может отдаваться в кислородную установку или для производства электроэнергии.

В качестве горелок используются такие реакционные аппараты, у которых угольная пыль, кислород, а в необходимом случае пар или СО, не только тщательно смешиваются и подвергаются химическим превращениям,но и происходит предварительное выделение жидких капелек шлака. Для этой цели особенно пригодны циклонные горелки. Струя первичного.газа, которая поступает из горелок 2 в камеру 23, в значительной степени свободна от жидких капелек шлака. Выделение оставшихся очень мелких капелек шлака происходит во время протекания через засыпку 11 на нижней свободной поверхности 13 которая постоянно обновляется и вследствие этого не засоряется. Первичный газ содержит СО. Перед проникновением в насыпной слой он смешивается с паром. 00,2 и реагируют с углеродом засыпки 11 по следующим уравнениям:

: С + СО + Н С + COjL 2СО

Так как обе реакции являются эндотермическими, ,то происходит быстрое охлаждение первичного газа. Температура выхода газа может устанавлиться посредством высоты засыпки 11. В зависимости от высоты слоя она составляет 30р-1200€.

Содержание метана в газе определяется свойствами угля, температурой и временем пребывания газа в пространстве над засыпкой 11. Если, например,

для химического синтеза нужен газ с низким содержанием метана, то при температуре 950 1200С время пребывания составляет ч. Богатый метаном газ образуется при ZSO-SOO C и 0-5 ч.

Засыпка 11 из кускового угля долж Via не только иметь определенную высо ту, но и дарать возможность для прохождения первичного газа и продуктов распада, которые образуются из кускового угля. Прохождение обеспечивается, если средняя величина частиц кускового угля составляет 10 мм а наименьшая величина частиц не превышает 5 мм. Наибольшие куски угля должны быть не больше 100 мм. Чтобы избежать трудностей при загрузке через шлюз, целесообразно ограничить величину кусков угля до 50 мм.

формула изобретения

1. Способ полумения горючих газов из угля с помощью газифицирующих агентов, включающий газификацию угольной пыли кислородом или кислородсодержащим газом и паром и/или углекислым газом в одной или нескольких горелок подачу получающегося первичного газа через слой из крупных кусков угля в противотоке снизу вверх с образованием горючего газа и жидкого шлака, отводимого из нижней част 1 азифика тора, отличающийся тем, что с целью повышения экономичнос1;и процесса з-а счет использования тепла жидкого шлака, жидкий шлак собирают в нижней части газификатора в шлаковой ванне и выводят из шлаковой ванны путем слива его через переливной порог при свободном падении в с охлаждающей водой, одну или несколькоструй первичного газа Hanpasляют на свободную поверхность шлаковой ванны в противотоке к жидкому шлаку, жидкий шлак во время свободного падения гранулируют с помощью одной или нескольких водяных струй с образованием пара, по крайней мере, Mactb этого пара подводят к слою угля в качестве газифицирующего агента.

2-. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что поддерживают соотношение между весовым расходом водя,ных струй и шлака 2:1-10:1.

3. Способ по пп. 1 или 2, о т л ичающийся тем, ч го струи воды имеют скорость истечения 20-ХОО м/с.

k. Способ по пп. 1, 2 или 3, о т личающийс я тем, что образующуюся в ванне с охлаждающей водой смесь гранул шлака и охлаждающей воды отводят из емкости с охлаждающей водой, снижают давление, гранулы шлака отфильтровывают, а очищенную охлаждающую воду возвращают в процесс на стадию гранулирования для образования водяных струй.

5. Устройство для получения горючих газов из угля с помощью газифицирующих агентов, включающее шахту гази, фикатора, снабженную в верхней части средством для загрузки угля и в нижней части выступом для образования сво|бодной поверхности слоя угля, одну или несколько горелок для газификации угольной пыли с газифицирующим агентом и образования струй первичного газа, установленных под выступбм шахты, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет использования тепла жидкого шлака, оно дополнительно содержит в части шахты переливной поро для образования шлаковой ванны, емкость, заполненную охлаждающей водой, и одну или несколько форсунок .для подачи водяных струй, рас-, положенных ниже переливного порога и направленных на свободно падающий шлак.

6.Устройство по п. 5,отличаю щ е е с я тем, что переливной

.порог снабжен охлаждающими трубами. :

7.Устройство по пп. 5 или б, о т- личающееся тем, что шахта гснабжена охлаждающими трубами,

8.Устройство по ПП.5, б и 7, .о т л и - чающееся тем, что выступ направлен внутрь шахты.

9.Устройство по пп. , о т л и-;чающееся тем, что оно содержит один или несколько водоохлаждаемых шнеков, расположенных над и/или под выступом.

10.Устройство по пп. , отличающееся тем, что оно содержит подключенные к емкости для охлаждающей воды емкость для сброса давления и фильтр для шлаковых гранул, труба для отвода охлаждающей воды ко- торого подсоединена к форсунке для ; подачи водяных струй на гранулирование шлака. Приоритет по пунктам:. 29.12.78по пп. 1-3, 5-8, 23.05.79по пп. и 10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Германии V 2885В8, Цл. 2tf е, 3/0, 191.5, 96156 4 кл. кл. кл. . Патент ФРГ № 10428l7, 2 е З/Об, 1962. 3. Патент ФРГ W 908516, 2k е 1/Q3, 195. . Патент Германии № 58879, 2k е, k, 1928 (прототип).