Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к химии, а именно к способам переработки твердых углеродсодержащих материалов: некондиционного топлива (в том числе угля), угольной пыли, углеродсодержащих материалов, переработка которых традиционными способами затруднительна из-за большого содержания минерального остатка или уноса, и позволяет проводить переработку твердых углеродсодержащих материалов с большим содержанием минерального остатка и/или малой теплотворной способностью с повышенным требованием по полноте переработки. За счет движения углеродсодержащего материала в режиме транспорта через каталитически активную насадку предотвращается смешение исходного углеродсодержащего материала с продуктами реакции. Использование каталитически активной насадки позволяет снизить температуру проведения процесса, что существенно при низкой теплотворной способности углеродсодержащего материала. Насадка увеличивает время пребывания твердого углеродсодержащего материала в реакционном объеме, одновременно интенсифицируя процессы тепломассообмена, что позволяет быстро нагревать и перерабатывать твердые углеродсодержащие материалы с одновременным каталитическим превращением на насадке газообразных реагентов. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к химии, а именно к способам переработки твердых углеродсодержащих материалов: некондиционного топлива (в т. ч. угля), угольной пыли, углеродсодержащих материалов, переработка которых традиционными способами затруднительна из-за большого содержания минерального остатка или уноса.
Известен способ комбинированного сжигания природного газа, угольной пыли и газообразных продуктов термохимической переработки угля в вертикальной топке (патент РФ 2143084, F 23 С 1/12, опубл. 20.12.1999). Недостатками данного способа являются невозможность переработки крупных частиц твердого углеродсодержащего материала, а также необходимость поддержания высоких температур в топке для сжигания угольной пыли. Наиболее близким к заявляемому является способ осуществления экзотермических каталитических реакций на катализаторе, выполненном в виде малообъемной организующей насадки, расположенной в реакторе с псевдоожиженным слоем частиц твердого дисперсного теплоносителя (патент РФ 2084761, F 23 С 11/02, опубл. 20.07.1997). Каталитически активная насадка в известном способе выполняется в виде неподвижного блока, элементы которого представляют собой решетки, насадки типа колец "Рашига" и т.п. Способ включает подготовку твердых углеродсодержащих материалов и газового потока, подачу твердых частиц углеродсодержащих материалов и газового потока в рабочий объем, организацию движения потоков частиц и газа, их каталитическое превращение на активной насадке, отвод тепла. Недостатками данного способа являются неполная степень превращения твердых углеродсодержащих материалов и сложность отделения минерального остатка при большом его содержании, а также унос мелких частиц твердых углеродсодержащих материалов. Перед авторами ставилась задача разработать способ, позволяющий проводить переработку твердых углеродсодержащих материалов с большим содержанием минерального остатка и/или малой теплотворной способностью с повышенным требованием по полноте переработки. Поставленная задача решается следующим образом. В способе переработки твердых углеродсодержащих материалов, включающем подготовку углеродсодержащих материалов и газового потока, подачу твердых частиц углеродсодержащих материалов и газового потока в рабочий объем, организацию движения потоков частиц и газа, их каталитическое превращение на активной насадке, отвод тепла, дополнительно равномерно распределяют твердый углеродсодержащий материал и газовый поток на входе в каталитически активную насадку, на выходе из рабочего объема проводят разделение твердой и газовой фаз, а движение твердого углеродсодержащего материала и газового потока через каталитически активную насадку осуществляют в режиме транспорта либо спутно, либо противотоком, либо сверху вниз, либо снизу вверх, отвод тепла проводят с помощью теплообменника, располагая последний на выходе из насадки по движению потока твердых углеродсодержащих материалов. Подготовку углеродсодержащих материалов выполняют либо дроблением, либо измельчением, либо перемалыванием, добавляя инертную дисперсную добавку. Подготовку газовых смесей осуществляют, добавляя либо газообразный, либо жидкий компонент, реагирующий на каталитически активной насадке. В качестве газообразного компонента используют газы, обладающие окислительными или горючими свойствами, и их смеси, а в качестве жидкого компонента - дизельное топливо. Кроме того, используют каталитически активную насадку, выполненную в виде неподвижного блока, элементы которого представляют собой решетки, блоки, насадки типа колец "Рашига", зернистый слой. Заявляемый способ осуществляется следующим образом. За счет движения углеродсодержащего материала в режиме транспорта через каталитически активную насадку предотвращают смешение исходного углеродсодержащего материала с продуктами реакции. Использование каталитически активной насадки позволяет снизить температуру проведения процесса, что существенно при низкой теплотворной способности углеродсодержащего материала. Насадка увеличивает время пребывания твердого углеродсодержащего материала в реакционном объеме, одновременно интенсифицируя процессы тепломассообмена, что позволяет быстро нагревать и перерабатывать твердые углеродсодержащие материалы. Одновременно на насадке каталитически превращают компоненты газовой смеси. Распределение потока твердого углеродсодержащего материала осуществляется на входе в насадку, а отбор тепла - на выходе из насадки. Пример 1. Сжигание некондиционных бурых углей. Воздушный поток, содержащий кислород и уголь в виде частиц диаметром 50-1000 мкм, в спутном потоке подают на разогретую до температуры 600-1000oС каталитическую насадку. В качестве насадки используют катализатор ИКТ-12-8 в виде колец Рашига диаметром 14 мм. В результате интенсивного теплообмена между насадкой и дисперсной фазой происходит нагрев последней до температуры, при которой из твердого топлива выделяют летучие, горючие вещества. Газообразные вещества каталитически окисляют на поверхности насадки с выделением тепла, в результате чего происходит устойчивое поддержание температуры каталитической насадки. После каталитического слоя дисперсный и газовый поток подают на теплообменник. Далее холодный минеральный остаток отделяют от отходящих газов. Пример 2. Переработка бурых углей в облагороженное твердое топливо. Аналогичен примеру 1, но с неполным сжиганием. Поскольку летучие, горючие вещества окисляются на катализаторе быстрее, чем твердые вещества, то селективность процесса регулируется высотой каталитического слоя. На выходе из реактора коксовый остаток отделяют от воздушной смеси. Пример 3. Дожигание сажи в технологических выбросах. В газовый поток, содержащий частицы сажи, добавляют газообразные углеводороды (метан, бутан и т.п.), обеспечивающие адиабатический разогрев потока до температуры 600-1000oС, и воздух по стехиометрии. Пылегазовый поток подают на неподвижный каталитический слой с катализатором ИКТ-12-8 в форме колец Рашига диаметром 8-14 мм, который обеспечивает полное совместное окисление сажи и углеводородов до углекислого газа и воды. Температура каталитического слоя регулируют концентрацией добавляемых углеводородов. Пример 4. Конверсия углеродсодержащего материала в синтез-газ. Нагретый в печи до 1000-1500oС углеродсодержащий материал в виде частиц 100-2000 мкм подают сверху вниз в реактор с неподвижным каталитическим слоем. Противотоком на этот же слой подают парогазовый поток, содержащий H2O и/или СО2. На катализаторе происходит конверсия углеродсодержащего материала до синтез-газа, который далее выводят из реактора. Известно устройство, включающее реактор, каталитически активную насадку, теплообменник, опорную решетку, узел ввода газовых смесей, узел ввода твердых материалов, блок разделения твердых и газовых фаз, которое взято в качестве прототипа (патент РФ 1832673, С 07 С 31/04, опубл. 27.04.1996). Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет перерабатывать твердые углеродсодержащие материалы. Перед авторами стояла задача разработать устройство, которое позволяло проводить переработку твердых углеродсодержащих материалов с большим содержанием минерального остатка и/или малой теплотворной способностью с повышенным требованием по полноте переработки. Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для переработки твердых углеродсодержащих материалов, содержащее реактор, каталитически активную насадку, теплообменник, опорную решетку, узел ввода газовых смесей, узел ввода твердых материалов, блок разделения твердых и газовых фаз, дополнительно содержит бункер, дозатор и блок распределения твердого углеродсодержащего материала, а узел ввода газовых смесей выполнен обеспечивающим подачу газовой смеси на каталитически активную насадку либо сверху вниз, либо снизу вверх, узел ввода твердых материалов выполнен обеспечивающим подачу твердых углеродсодержащих материалов либо спутно, либо в противотоке с газовым потоком, теплообменник расположен после каталитически активной насадки по движению потока твердых углеродсодержащих материалов, блок разделения твердых и газовых фаз расположен после теплообменника. Технический эффект предлагаемого устройства заключается в возможности переработки некондиционного твердого углеродсодержащего топлива, угольной пыли, углеродсодержащих материалов, переработка которых традиционными способами затруднительна из-за большого содержания минерального остатка или уноса, а также повышении степени превращения и уменьшении температуры осуществления процесса. На чертеже представлена блок-схема устройства, включающего бункер для твердого дисперсного материала 1, дозатор дисперсного материала 2, блок распределения 3, каталитическую насадку 4, узел ввода газовой смеси 5, опорную решетку 6, теплообменник 7, блок разделения твердых и газовых фаз 8. Устройство работает следующим образом. Исходный углеродсодержащий материал подается в бункер 1, из которого через дозатор 2, который осуществляет регулировку расхода углеродсодержащего материала, последний подается на распределительную решетку 3 и далее на каталитически активную насадку 4. Одновременно через узел ввода газовой смеси 5 на каталитически активную насадку 4 подается поток газа. Каталитически активная насадка расположена на опорной решетке 6. После выхода с каталитически активной насадки твердый материал подается на теплообменник 7 и далее в сепаратор 8, где отделяется от газа. Преимущество предлагаемого способа переработки твердых углеродсодержащих материалов и устройства для его осуществления заключается в возможности переработки некондиционного твердого углеродсодержащего топлива, угольной пыли, углеродсодержащих материалов, переработка которых традиционными способами затруднительна из-за большого содержания минерального остатка или уноса, а также повышении степени превращения и уменьшении температуры осуществления процесса. За счет движения углеродсодержащего материала в режиме транспорта через каталитически активную насадку предотвращается смешение исходного углеродсодержащего материала с продуктами реакции. Использование каталитически активной насадки позволяет снизить температуру проведения процесса, что существенно при низкой теплотворной способности углеродсодержащего материала. Насадка увеличивает время пребывания твердого углеродсодержащего материала в реакционном объеме, одновременно интенсифицируя процессы тепломассообмена, что позволяет быстро нагревать и перерабатывать твердые углеродсодержащие материалы с одновременным каталитическим превращением на насадке газовой смеси.Формула изобретения
1. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов, включающий подготовку углеродсодержащих материалов и газового потока, подачу твердых частиц углеродсодержащих материалов и газового потока в рабочий объем, организацию движения потоков частиц и газа, их каталитическое превращение на активной насадке, отвод тепла, отличающийся тем, что дополнительно твердый углеродсодержащий материал и газовый поток равномерно распределяют на входе в каталитически активную насадку, на выходе из рабочего объема проводят разделение твердой и газовой фаз, а движение твердого углеродсодержащего материала и газового потока через каталитически активную насадку осуществляют в режиме транспорта либо спутно, либо противотоком, либо сверху вниз, либо снизу вверх, отвод тепла проводят с помощью теплообменника, располагая последний на выходе из насадки по движению потока твердых углеродсодержащих материалов. 2. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по п. 1, отличающийся тем, что подготовку углеродсодержащих материалов выполняют либо дроблением, либо измельчением, либо перемалыванием. 3. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что подготовку углеродсодержащих материалов выполняют добавляя инертную дисперсную добавку. 4. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по пп. 1-3, отличающийся тем, что подготовку газовых смесей осуществляют добавляя либо газообразный, либо жидкий компонент, реагирующий на каталитически активной насадке. 5. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по п. 4, отличающийся тем, что в качестве газообразного компонента используют газы, обладающие окислительными или горючими свойствами и их смеси. 6. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по п. 4, отличающийся тем, что в качестве жидкого компонента используют дизельное топливо. 7. Способ переработки твердых углеродсодержащих материалов по пп. 1-6, отличающийся тем, что используют каталитически активную насадку, выполненную в виде неподвижного блока, элементы которого представляют собой решетки, блоки, насадки типа колец "Рашига", зернистый слой. 8. Устройство для переработки твердых углеродсодержащих материалов, содержащее реактор, каталитически активную насадку, теплообменник, опорную решетку, узел ввода газовых смесей, узел ввода твердых материалов, блок разделения твердых и газовых фаз, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит бункер, дозатор и блок распределения твердого углеродсодержащего материала, а узел ввода газовых смесей выполнен обеспечивающим подачу газовой смеси на каталитически активную насадку либо сверху вниз, либо снизу вверх, узел ввода твердых материалов выполнен обеспечивающим подачу твердых углеродсодержащих материалов либо спутно, либо в противотоке с газовым потоком, теплообменник расположен после каталитически активной насадки по движению потока твердых углеродсодержащих материалов, блок разделения твердых и газовых фаз расположен после теплообменника.РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Топка с кипящим слоем // 1688034
Топка с кипящим слоем // 1666863
Жаротрубный котел // 1663306
Топка // 1615464
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании жидких топлив ухудшенного качества
Устройство для сжигания топлива // 1613800
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах
Топка с кипящим слоем // 1605086
Способ сжигания топлива // 1599618
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании твердого топлива низкого качества, шламов
Топка с кипящим слоем // 1548596
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котельной технике
Изобретение относится к реактору с циркулирующим псевдоожиженным слоем
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может использоваться в котлостроении
Изобретение относится к способу и устройству для регенерации тепла в реакторе с псевдоожиженным слоем
Изобретение относится к теплообменнику с псевдоожиженным слоем, предназначенному для котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем, предусмотренному с подобным теплообменником
Реакторная установка с псевдоожиженным слоем // 2507445
Изобретение относится к энергетике. Реакторная установка с псевдоожиженным слоем, в котором реактор с псевдоожиженным слоем содержит по меньшей мере нижнюю часть, крышечную часть и по меньшей мере одну боковую стенку, вертикально простирающуюся между нижней частью и крышей, причем упомянутая боковая стенка выполнена наклонной у нижней части таким образом, что поперечное сечение реакторной камеры реактора уменьшается к нижней части, и причем эта реакторная установка с псевдоожиженным слоем содержит камеру теплообмена, в которой упомянутая боковая стенка образует разделительную стенку между камерой теплообмена и реакторной камерой. Задняя стенка камеры теплообмена присоединена к боковой стенке реакторной камеры от верхней части задней стенки у области соединения таким образом, что ее направление совпадает с направлением боковой стенки по меньшей мере у соединения. Изобретение позволяет улучшить соединение камеры теплообмена с реактором с псевдоожиженным слоем за счет создания крепкой и простой структуры. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к способу проведения пиролиза. Описан способ проведения пиролиза с использованием бойлера, в котором материал носителя, полученный из процесса горения (1) в псевдоожиженном слое бойлера, рециркулируют обратно в процесс горения в ходе проведения процесса пиролиза (4b), в котором его смешивают с твердым топливом и далее выделяют из полученной смеси конденсируемые газообразные вещества за счет тепла, полученного от горячего материала носителя, который движется в процессе горения (1) попутно отходящим газам, после чего его отделяют от отходящих газов в сепараторе (3), и движется между сепаратором и процессом горения за счет сил гравитации в процесс пиролиза (4b), где конденсируемые газообразные вещества выделяют за счет эффекта псевдоожижения из указанной выше смеси материала носителя и топлива, после этого газообразные вещества отделяют от газового потока (7), идущего из процесса пиролиза, с переводом их в жидкую форму в виде так называемого пиролизного масла, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) проводят в камере, ограниченной камерой сгорания бойлера с циркулирующим псевдоожижающим слоем и из которой материал носителя, кокс и другие горючие материалы, смешанные с материалом носителя, направляют через один или более возвратные выводные патрубки в камеру сгорания. Также описано устройство для проведения пиролиза, включающее в себя камеру сгорания (1), действующую на принципе горения в псевдоожиженном слое, пиролизер (4) и каналы потока, которые соединяют камеру сгорания (1) и пиролизер (4) для организации циркуляции (С) материала носителя в процессе горения в псевдоожиженном слое между камерой сгорания и пиролизером, причем упомянутое устройство дополнительно включает в себя ввод подачи (14) для подачи топлива, предназначенного для пиролиза, в пиролизер (4), средства (5) подачи сжижающего газа, расположенные в пиролизере для сжижения смеси материала носителя и топлива, и вывод (6) для отбора из пиролизера (4) конденсируемых газообразных веществ, отделенных от пиролизуемого топлива, и конденсер (8) для конденсации конденсируемых газообразных веществ, причем циркуляцию материала носителя организуют в камере сгорания (1) попутно упомянутому каналу потока горячих выводных газов, причем сепаратор (3) размещают выше пиролизера (4), причем сепаратор выполнен с возможностью отделения материала носителя от выводных газов, причем циркуляция также включает соединительный трубопровод (11, 12) между сепаратором (3) и пиролизером (4) для перемещения материала носителя за счет гравитации к пиролизеру (4) и возвратный трубопровод (12, 12') между пиролизером (4) и камерой сгорания (1) для возврата материала носителя в камеру сгорания (1), причем вывод (6) сформирован в камере, образованной пиролизером (4), в ее верхней части, в соединении с пространством поверх псевдоожиженной смеси материала носителя и топлива для отвода конденсируемых газообразных веществ из пиролизера, отличающееся тем, что пиролизер (4) представляет собой камеру, ограниченную камерой сгорания (1) и которая соединена одним или более возвратными выводами (12') с камерой сгорания (1). Технический результат упрощение схемы циркуляции носителя. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области энергетики. Способ уменьшения выбросов оксидов азота при кислородотопливном сгорании включает подачу в топку (11) котла (10) с циркулирующим псевдоожиженным слоем, по меньшей мере, одного потока (15) первичного газа и, по меньшей мере, одного потока (16) вторичного газа, где первичный газ (15) и вторичный газ (16) получены смешиванием кислорода и циркулирующего топливного газа. Содержание кислорода в первичном газе (15) регулируют так, что у дна топки (11) формируют восстановительную зону (I), а содержание кислорода во вторичном газе (16) регулируют так, что над восстановительной зоной (I) формируют окислительную зону (II), причем содержания кислорода в первичном газе (15) и вторичном газе (16) регулируют путем изменения отношения кислорода к циркулирующему топочному газу в упомянутых газовых потоках (15, 16). Два или более потока вторичного газа подают в топку (11) на двух или более различных уровнях. Содержания кислорода во вторичных газовых потоках, подаваемых на различных уровнях, регулируют так, что содержания кислорода отличаются друг от друга. Кислород (24) и циркулирующий топочный газ (25) смешивают с помощью средств смешивания, связанных с топкой (11), непосредственно перед подачей первичного газа (15) или вторичного газа (16) в топку (11). Температуру в топке регулируют путем изменения содержания кислорода в первичном газе (15) и/или во вторичном газе (16). Изобретение позволяет уменьшить выбросы оксидов азота при кислородотопливном сгорании. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к котлам на гранулированном топливе. Котел на гранулированном топливе с регенеративным нагревателем роторного типа содержит печь; регенеративный нагреватель роторного типа, включающий: главный корпус теплообменника; устройство привода для придания вращения главному корпусу теплообменника вокруг своей центральной оси; разделительный элемент, установленный в главном корпусе теплообменника вдоль центральной оси, разделяющий главный корпус теплообменника как минимум на одну пару принимающих камер, причем каждая пара принимающих камер расположена диаметрально противоположно по отношению к центральной оси; теплоноситель, принимаемый в принимающих камерах, соответственно, изготавливаемый из неметаллического твердого материала, причем дымовой газ имеет температуру 65-75°С после теплообмена при помощи регенеративного нагревателя роторного типа; газопровод дымового газа со входом, соединенным с верхней частью печи, и выходом, соединенным с регенеративным нагревателем роторного типа, для того чтобы дымовой газ в печи подавался как минимум в одну принимающую камеру спаренных принимающих камер и осуществлял теплообмен с теплоносителем, находящимся в ней; и воздуховод для подачи воздуха в другую принимающую камеру спаренных принимающих камер, для того чтобы теплоноситель, находящийся в ней, обменивался теплом с воздухом и воздух после теплообмена подавался в печь. Изобретение направлено на повышение КПД рециклирования остаточного тепла. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
