Способ получения полукокса из бурых и каменных углей

 

Изобретение касается углепереработки, в частности производства мелкого полукокса из бурых и каменных углей. Сущность изобретения: полукоксование бурых и каменных углей осуществляют в кипящем слое при 600 - 700^oC в потоке воздуха с подачей угля непосредственно на газораспределительную решетку. В кипящий слой дополнительно подают водяной пар. Соотношение водяной пар:воздух составляет 1: (10 - 30) мас.%. С газораспределительной решетки осуществляют отвод материалов, оседающих на ней из кипящего слоя. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение касается углепереработки и рекомендуется для производства мелкого полукокса из бурых и каменных углей. Полученный мелкий полукокс возможно использовать как сырье в следующих технологических процессах: агломерация железных руд, вдувание в доменные печи с целью экономии доменного кокса, прямого восстановления железных руд, формования бездымного бытового топлива и недоменного кокса. Как показали исследования, полукокс, полученный из бурых углей, легко активируется смесью водяного пара и углекислого газа с образованием активных адсорбентов.

Известны методы полукоксования углей в кипящем слое, где на газораспределительной решетке псевдоожижается уголь посредством подаваемых под решетку продуктов сгорания топлива. В кипящий слой [1] нагретый до 500 - 800^oC, непрерывно подается дробленый уголь и из него также непрерывно выводится полукокс. Образующаяся при этом пыль полукокса, газ и пары смолы выводятся из аппарата полукоксования и подвергаются очистке от пыли и смолы. Оставшийся газ сжигается в котле-экономайзере.

Наиболее близким к предложенному является способ карбонизации угля в кипящем слое для производства порошкообразного кокса, газа и гудрона [2] Согласно этому способу предусматривается трехступенчатое полукоксование угля в кипящем слое.

На первой ступени уголь нагревается до температуры 300 400^oC. При этом из угля удаляются водяные парсы и адсорбированные газы а разложение органической части угля почти не происходит. Нагрев угля осуществляется продуктами сгорания газа, образующегося на третьей ступени полукоксования угля. При этом имеет место окисление поверхности угля, что предотвращает его спекание. Отработанные газы первой ступени полукоксования сбрасываются в атмосферу.

Нагретый до 300 400^oC уголь поступает на вторую ступень, где подвергается полукоксованию при температуре 500 700^oC. Необходимое для полукоксования тепло образуется за счет сжигания части угля в токе воздуха, подающегося в кипящий слой. Отходящие газы поступают в систему охлаждения, а образующийся полукокс направляется на третью ступень полукоксования.

На третьей ступени происходит нагрев полукокса до температуры 700 - 800^oC, в ходе которого продолжается удаление содержащихся в нем летучих веществ. Необходимое для нагрева полукокса тепло образуется за счет сжигания части полукокса в токе воздуха, подающегося в кипящий слой. Образующиеся в процессе полукоксования газы сжигаются в токе воздуха и полученный газ-теплоноситель используется для нагрева угля в первой ступени полукоксования. Образующийся в третьей ступени полукоксования полукокс направляется на охлаждение.

Описанный способ имеет следующие недостатки: процесс не является экологически чистым, так как отходящие газы первой ступени полукоксования, сбрасываемые в атмосферу будут содержать летучие фенолы и другие вредные органические вещества; тепло, необходимое для полукоксования угля на второй и третьей ступенях, образуется за счет сжигания части полукокса, что приводит к увеличению зольности полукокса и снижению его качества; на второй ступени полукоксования отходящие газы содержат пыль полукокса и большое количество паров смолы. Такая смесь имеет тенденцию к налипанию на стенки трубопроводов с образованием плотной полукоксовой корки. Со временем эта корка увеличивается и аппарат приходится останавливать на чистку; схема получения кокса в три ступени является дорогостоящей и требует больших эксплуатационных затрат; при нарушениях температурных режимов на второй и третьей ступенях полукоксования возможно шлакование газораспределительных решеток и остановка аппаратов на чистку; уголь является неоднородным материалом и обычно содержит породу и сростки ее с углем. Эти примеси, имеющие плотность значительно выше угля, оседают на газораспределительных решетках аппаратов полукоксования и вынуждают останавливать их; полукоксы, полученные нагревом угля в среде дымовых газов, содержащих мало водяных паров, имеют низкую удельную поверхность (около 20 м²/г и ниже). Поэтому полученный по описанному способу полукокс будет обладать низкой реакционной активностью.

Указанные недостатки устраняются тем, что бурые и каменные угли подвергаются полукоксованию в кипящем слое при температуре 600 750^oC в токе воздуха с подачей угля непосредственно на газораспределительную решетку, причем вместе с воздухом в кипящий слой подается водяной пар в соотношении 1:10^oC30 (мас. ). Кроме того с газораспределительной решетки предусмотрен отвод материалов, выседающих из кипящего слоя.

На чертеже представлена предлагаемая установка.

Установка, в которой осуществляется предлагаемый способ полукоксования углей состоит из шнека 1, посредством которого уголь подается в аппарат 2. В нижней части аппарата размещена газораспределительная решетка 3, на которой находится слой псевдоожиженного топлива 4. Под решетку 3 через патрубки подаются воздух и водяной пар. С поверхности решетки 3 удаляются порода и огарки через золотоотводящее устройство 5. Образующийся в аппарате полукокс отводится через шлюзовое устройство 6. Отработанный газ-теплоноситель выводится из аппарата 2 и направляется в циклон 7, где обеспыливается.

Способ осуществляется следующим образом.

Бурый или каменный уголь крупностью до 70 10 мм подается шнеком 1 на газораспределительную решетку 3. Уголь подвергается полукоксованию в кипящем слое при температуре 600 750^oC. Псевдоожижение угля осуществляется смесью воздуха и водяного пара, которые подаются под газораспределительную решетку 3. Подача водяного пара под решетку предотвращает ее шлакование при нарушениях температурного режима процесса.

Поступающие в нижнюю часть кипящего слоя частицы исходного угля подвергаются скоростному нагреву, в ходе которого из них бурного выделяются пары воды, смолы и газы разложения [3] Так что каждая частица угля окружена облаком защитной атмосферы, препятствующему доступу кислорода воздуха к ее поверхности. Горение выделяющихся газов и паров осуществляется на периферии газового облака. Тем самым в нижней части кипящего слоя поверхность частиц угля не подвергается озолению кислородом воздуха.

В процессе скоростного нагрева происходит интенсивное измельчение частиц угля в результате их термодеструкции и разрушения в процессе соударений. Измельчение частиц сопровождается уменьшением их кажущейся плотности вследствие выделения из пор частиц паров влаги и смолы. Поэтому измельченные и облегченные частицы образовавшегося полукокса перемещаются в верхнюю часть кипящего слоя, где продолжается полукоксование, в ходе которого протекает выделение из них газов разложения и паров смолы, но не так бурно, как в нижней части кипящего слоя.

Если в нижней части кипящего слоя частицы угля находятся в паровоздушной среде, содержащей значительное количество кислорода, то в верхней части газовая среда состоит из продуктов сгорания с примесью газа полукоксования. Содержание кислорода в этой среде невелико и поэтому не происходит озоления поверхности частиц образующегося полукокса.

В верхней части кипящего слоя под действием паров воды протекает активация полукокса, в ходе которой увеличивается поверхность полукокса и он становится более активным в химических реакциях взаимодействия.

Вместе с углем в нижнюю часть кипящего слоя попадает порода и сростки угля, которые вследствие их повышенной плотности выседают из кипящего слоя на газораспределительную решетку и периодически с нее выгружаются через устройство 5. Образующийся в верхней части кипящего слоя газ полукоксования, как показали исследования, содержит очень мало паров смолы (около 1 г/м³), что предотвращает образование пылесмоляных наростов на внутренних поверхностях труб и аппаратов.

Выходящий из кипящего слоя низкокалорийный газ поступает в сепарационное пространство аппарата 2. При этом унесенные из слоя крупные частицы полукокса выпадают обратно в кипящий слой, а газ выходит из аппарата и очищается от полукоксовой пыли в циклоне 7. Полукоксовая пыль присоединяется к выгруженному из аппарата полукоксу, а низкокалорийный газ, имеющий температуру 500 600^oC, сжигается в топке котла утилизатора. Тем самым обезвреживаются содержащиеся в нем примеси.

В качестве примера приводятся характеристики полукоксования угля Лермонтовского месторождения о.Сахалин в пилотном аппарате по предлагаемому способу (см. табл. 1).

Как следует из приведенных в табл. 1 данных, полученных на пилотном аппарате, процесс полукоксования протекает достаточно эффективно и не требует для проведения газообразного или иного топлива, чем выгодно отличается от известных процессов полукоксования.

Вскрытие системы тракта отходящих газов пилотного аппарата, проведенное после его работы в течение нескольких сотен часов, показало, что на внутренних поверхностях тракта отсутствуют наросты и налипание смолы и пыли.

Сравнительные показатели процессов полукоксования углей по способу фирмы Лурги-Рургаз и способу, предлагаемому автором, приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что предлагаемый способ полукоксования характеризуется низким содержанием смолы в газе и низким содержанием летучих в полукоксе при приблизительно одинаковом выходе полукокса.

Формула изобретения

1. Способ полукоксования бурых и каменных углей в кипящем слое при 600 - 700^oС в токе воздуха с подачей угля непосредственно на газораспределительную решетку, отличающийся тем, что в кипящий слой дополнительно подают водяной пар, причем массовое соотношение водяной пар воздух составляет 1 10 30.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с газораспределительной решетки осуществляют отвод материалов, оседающих на ней из кипящего слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3