Способ получения синтез-газа

 

Изобретение относится к способу получение синтез-газа посредством неполного окисления суспендированного в воде угля при повьшенном давлении и температуре 1000-1бОО с и позволяет повысить степень конверсии угля. Через центральный канал подают 3-20% от необходимого общего количества кислорода или 1-19% от кислорода синтез-газа , через промежуточный кольцевой канал - поток водной суспензии угля и через внешний кольцевой канал дополнительный кислородсодержащий поток , причем поток суспензии угля подают со скоростью 1-25 м/с под углом относительно направления течения подаваемого через центральный канал кислородсодержащего потока, а кислородсодержащие потоки падают со скоростью 50-300 м/с под углом относительно направления течения потока водной суспензии угля. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. О) со о со со оо ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5â 4 С 10 J 3/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3592359/23-26 (22) 19.05.83 (31) Р3219316.6 (32) 22.05.82 (33) DE (46) 07.05.87. Бюл. Р 17 (71) Рурхеми АГ (ВЕ) (72) Винфрнд Материе, Бернхард Шпепер, Ульрих Герхардус, Йозеф Хиббель, Бернхард Лидер, Хайнрих Шеве и Фолькмар Шмидт (DE) (53) 662.765(088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА (57) Изобретение относится к способу получение синтез-газа посредством неполного окисления суспендированного в воде угля при повышенном давлении и температуре 1000-1600 С и позволя,.SU „„1309913 А 3 ет повысить степень конверсии угля.

Через. центральный канал подают 3-20Х от необходимого общего количества кислорода или 1-19Х от кислорода синтез-газа, через промежуточный кольцевой канал — поток водной суспензии угля и через внешний кольцевой канал— дополнительный кислородсодержащий поток, причем поток суспензия угля подают со скоростью 1-25 м/с под углом относительно направления течения подаваемого через центральный канал кислородсодержащего потока, а кислородсодержащие потоки падают со скоростью 50-300 м/с под углом относительно направления течения потока водной суспензии угля. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

13099

Изобретение относится к способам получения синтез-газа.

Целью изобретения является повышение степени конверсии угля.

На чертеже представлено устройство для осуществления способа получения синтез-газа путем частичного окисления суспендированного в воде угля кислородсодержащим газом при

1000-1600 С под давлением 10-200 бар. 10

Устройство содержит реактор 1, в верхней части которого установлено средство (горелка) для ввода водной суспензии угля и кислорода. Горелка состоит из наружной трубы 2 для пода- 15 чи потока чистого кислорода или кислородсодержащей газовой смеси, средней трубы 3 для подачи суспензии угля в воде и внутренней (центральной) трубы 4 для подачи кислородсодержащего газа.

Наружная труба 2 имеет коническое сужение — сопло 5. На конце средней трубы 3 выполнено коническое суже i ,ние — сопло 6 а конец центральной

Ф внутренней трубы 4 также выполнен в виде конического сужения — сопла 7.

Угол сужения и расстояние концов трех сопел определяют угол трех потоков друг относительно друга и влияют на процесс в реакционной зоне 8. Сопла горелки выполнены из термо- и износостойкого материала.

С целью уменьшения термической нагрузки конца горелки наружная труба 2 снабжена охлаждающим элементом

9, по которому пропускают хладагент (воду или водяной пар). Фланец 10 служит для механического крепления горелки к реактору 1.

Охлаждающий элемент 9 имеет вход и выход во фпанце 10, конструктивно выполнен так, что охлаждающий канал

ll находится в коническом сужении— сопле 5.

Снабженный фпанцем патрубок 12 прикреплен на наружной трубе 2 и служит для подачи внешнего газового потока. В среднюю трубу 3 подается внутренний газовый поток через снаб". женный фланцем патрубок 13, во внутреннюю трубу 4 подают внутренний газовый поток через снабженный фланцем патрубок 14.

Перемещение трубы 2 относительно трубы 3 для изменения проходного сечения отверстия сопла и повышения расхода потоков осуществляется сле13 2 дующим образом. Выше патрубка 12 имеется фланец 15 с неподвижным стопорным кольцом 16 и реэьбовой гайкой 17, соединенной с червячным колесом 18, которое приводится в действие двигателем 19, соециненным цепной передачей с червячным валом 20 °

Контрольный штуцер 21 предназначен для проверки уплотнительных колец 22. Штуцер 23 служит для подключения запорной камеры (не показана), предотвращающей выход находящегося под давлением кислорода или кислородсодержащей газовой смеси.

Кроме того, на нижнем конце фланца 15 расположено охлаждающее приспособление, состоящее из охлаждающего канала 24 с трубопроводами 25 и 26 для подачи и отвода охлаждающего агента.

Перемещение трубы 4 относительно трубы 3 для изменения расхода реакционной смеси осуществляется с помощью аналогичного описанному механизма, расположенного на фланце 27 через неподвижные стопорное кольцо 28 резьбовой гайкой 29, соединенной с червячным колесом 30, которое приводится в действие двигателем 31, соединенным цепной передачей с червячным валом 32.

Таким образом, возможно осуществлять изменение расхода реакционной смеси для повьппения степени конверсии.

Устройство работает следующим образом.

По средней трубе 3 подают суспензию угля в воде в реактор, находящийся под давлением 10-200 бар, со скоростью 1-25 м/с, а по центральной и наружной трубам подают газовые потоки в реакционную зону со скоростью

50-300 м/с. Концентрические трубы, через которые проходят отдельно, но одновременно, оба газовых потока и сусйензия угла в воде, имеют на их обращенном к реакционной зоне конце конические сужения.

Для конического сужения внутреннего газового потока выбран сравнительно малый угол 0-15 относительно центральной оси горелки, в то время как угол подачи внутреннего газового потока суспензии угля в воде должен составлять относительно центральной оси горелки 5-.40, а угол подачи нао

1309913

4 ружного газового потока также относительно центральной оси горелки 10-85 .

Благодаря соответствующей комбинации конических сужений направление течения суспензии угля в воде образу- 5 ет вместе с направлением течения внутреннего газового потока угол 5-30, а направление течения наружного газового потока образует вместе с направлением течения суспензии угля в воде 10 угол 5-50 . Вследствие этого поток суспензии вблизи конца конического сужения расширяется внутренним газовым потоком. Таким образом поток суспензии горизонтально отклоняется и 15 не проходит через зону реакции в свободном падении. В результате повышается среднее время пребывания отдельных капель угля и воды, что приводит к лучшей конверсии. 20

Одновременно наружный газовый поток попадает на расширенный внутренним газовым потоком поток суспензии и вызывает дополнительное смешивание газа с суспензией с образованием зоны равномерного распределения газа или кислорода и мелких капель суспензии, что является существенной пред- посылкой для достижения высокой степени конверсии суспенэии. Это допол- 30 нительно поддерживается путем различной скорости входа суспензии угля в воде и газовых потоков. Кроме того, возможна подача газового потока в реакционную зону с большей скоростью, 35 чем наружный газовый поток, и наоборот.

Как подтверждают проведенные опыты, в устье горелки образуется реакционная зона 8. 40

В устройстве газификации угля используемое количество суспензии угля в воде и газа или кислорода постоянно можно согласовать с увеличивающей-45 ся или уменьшающейся потребностью, но следует избегать остановки устройства. Даже кратковременное прекращение работы приводит к недопустимому охлаждению реактора, вследствие чего 50 возникают сложности при осуществлении нового процесса газификации, так как футеровка должна иметь соответст- . вующую температуру, обеспечивающую химическую конверсию воды и угля. Это 55 достигается непрерывным увеличением или уменьшением свободных выходных отверстий суспензии угля в воде и наружного газового потока.

Средняя труба, по которой суспензию угля в воде подают через образованное вместе с внутренней трубой кольцевое пространство, соединена с внутренней трубой не жестко, а так, что внутреннюю трубу можно перемещать в направлении центрической оси относительно средней трубы.

Независимо от перемещения внутренней трубы среднюю трубу можно также непрерывно перемещать относительно наружной, неподвижно расположенной трубы, В случае если среднюю трубу перемещают в направлении ее выходного отверстия, кольцевой зазор между внутренней стороной наружной трубы и наружной стороной средней трубы начинает равномерно уменьшаться. Так как величина этого кольцевого зазора влияет на количество наружного газового потока, т.е. уменьшение кольцевого зазора приводит к уменьшению расхода газа, а увеличение кольцевого зазора — к повышению количества газа, процесс газификации можно соответственно согласовать с требованиями в каждом конкретном случае беэ прекращения процесса газификации. То же относится, независимо от, изменения наружного кольцевого зазора, к кольцевому зазору, через который выходит суспензия угля в воде. Перемещение внутренней трубы в направлении ее выходного отверстия, т.е. параллельно к центральной оси горелки, способствует уменьшению кольцевого зазора, образованного между внутрен- ней стороной средней трубы и наружной стороной внутренней трубы. Перемещение внутренней трубы назад приводит к увеличению свободного кольцевого пространства и таким образом к повышенному расходу суспензии угля в воде.

Требуемое в случае необходимости изменение подаваемого через внутреннюю трубу количества газа можно осуществлять путем повышения или снижения давления газа. Повышение давле,ния газа способствует (при постоянном давлении в процессе газификации) повышению количества газа, а снижение давления газа — уменьшено количества внутреннего газового потока.

Таким образом, возможно согласовать процесс газификации с требуемым количеством синтез-газа беэ прекращения работы установки.

13099

Наружный газовый поток

Степень

Центральный газовый поток

Поток угля конверсии в пересчете на исходный углерод,X

Скорость Угол

Скорость

Угол поСкорость Угол подачи, подачи, м/с град.+" подачи, подачи, м/с, град.« дачи, град. подачи, м/с

50

50

25Î

250

300

10

300

200

200

10

30

97,5

150

150

Относительно направления течения кислородсодержащего потока, подаваемого по центру потока угля, Относительно направления течения потока угля.

Пример 1. В реакционную зону, в которой поддерживают температуру

145(УС и давление 20 бар,подак т 30?0кг/ч водной суспензии угля, содержащей

65,5 вес.7 твердого вещества и 5

48,3 вес.Х углерода, а также

1290 м /ч кислорода. Общее количество кислорода разделяют на два потока, причем подаваемый по центру потока угля газовый поток, содержит 207. от !О общего количества кислорода.

Получаемый при этом синтез-газ содержит, об.7.: СО 48; Н 37; СО 15.

Степень конверсии угля в пересче те на исходный углерод 98,57.

Пример 2. Повторяют пример 1 с той разницей, что подаваемый по центру газовый поток содержит ЗХ от общего количества кислорода, а концентрично подаваемый газовый поток—

9?Х от общего количества кислорода, причем оба потока подают со скоростью

130 м/с. При этом получают синтезгаз, содержащий, об.7.: СО 46,5; Н 3?;

СО 16,5. Степень конверсии угля, в пересчете на исходный углерод 977.

Пример 3 ° Повторяют пример 1 с той разницей, что подаваемый по центру газовый содержит 27 от общего количества кислорода, а концентрично подаваемый газовый поток — 987 от общего количества кислорода. При этом степень конверсии 93,9Х.!

3 6

Пример 4. Повторяют пример 1 с той разницей, что по центральному каналу подают 217 от общего количества кислорода. При этом степень конверсии 98,5Х.

Пример 5. Повторяют пример 1 с той разницей, что в подаваемый по центру поток кислорода вводят вес.Х синтез-газа. Получаемый при этом синтез-газ содержит, об.X: СО 46,7; Н 37;

СО 16,3. Степень конверсии угля в пересчете на исходный углерод 97,47.

Пример 6. Повторяют пример с той разницей, что в подаваемый по центру газовый поток вводят 19 вес.7 синтез-газа, при этом получают син1 тез-газ, содержащий, об.X: СО 48,2;

Н 3?; СО 14 8. Степень конверсии угля в пересчете на исходный углерод

98,?Х, Пример ?. При введении

0,8 вес.7. синтез-газ степень конверсии не HoBbHHGeTGR IIQ p e c примером 5, т.е. не превышает 977, а при введении в количестве 20 вес.7. степень конверсии угля снижается до

98,4Х.

Hp и м е р 8. Повторяют пример 1 при различных скоростях и углах подачи угля и газа.

Результаты опытов приведены в таблице.

2. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что через центральный канал подают поток, содержащий

1-19Х от кислорода синтез-газа.

Составитель И.Попов

Редактор О.Юрковецкая Техред М. Ходанич, Корректор N,Шароши

Заказ 1809/58

Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1309913 8

При проведении опытов по известно- 25 м/с под углом относительно направму способу степень конверсии 85— ления течения подаваемого через цент88,4Е, а согласно предлагаемому— ральный канал кислородсодержащего по93,9-99,57.. тока, а кислородсодержащие потоки— со скоростью 50-300 м/с под углом отФ о р м у л а и з о б р е т е н и я носительно направления течения потока угля, отличающийся

1. Способ получения синтез-газа тем, что, с целью повышения степени путем подачи в реакционную зону че- конверсии угля, через центральный рез центральный канал горелки кисло- 10 канал подают 3-20Х от необходимого родсодержащего потока, через промежу- общего количества кислорода. точный кольцевой канал — потока водной суспензии угля и через внешний кольцевой канал — дополнительного кислородсодержащего потока, причем поток угля подают со скоростью 1