Способ переработки угля в синтез-газ

Изобретение относится к термической переработке угля в высококачественный синтез-газ и может быть использовано в химической промышленности при производстве синтез-газа как первичного сырья для получения химических продуктов, например легких углеводородов, в энергетике, в металлургии при выплавке металла. Предлагается способ переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, подачу его в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды. Полученную смесь подвергают механохимической активации, пропуская через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии. Предварительно омагниченную суспензию двумя потоками подают в трубчатый реактор на газификацию и на сжигание для поддержания процесса. Полученный при высокоскоростном нагреве суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой. Затем синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой. Техническим результатом является интенсификация процесса газификации при одновременном исключении использования внешнего теплоносителя, а также обеспечение надежного функционального результата по получению незабалластированного целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к термической переработке угля в высококачественный синтез-газ и может быть использовано в химической промышленности при производстве синтез-газа как первичного сырья для получения химических продуктов, например легких углеводородов, в энергетике, в металлургии при выплавке металла.

Известна установка для получения синтез-газа из водоугольного топлива по патенту РФ №2217477 (опубл. 27.11.2003, бюллетень №33), при использовании которой реализуется способ переработки угля в синтез-газ, включающий получение водоугольной суспензии, сжигание ее части для поддержания процесса газификации.

Известное техническое решение предполагает использование в камере газификации завихрителей потока, снижающих скорость протекания реакций газификации, а следовательно, эффективность реализуемого установкой способа. Кроме того, увеличение числа сборочных единиц и соответственно площади поверхности для нежелательных отложений ухудшает показатели надежности функционирования. Предполагается необходимость проведения дополнительных мероприятий по интенсификации теплообмена между продуктами сжигания водоугольной суспензии и газифицируемой ее частью путем установки дополнительных тепловых трубок в наружной стенке камеры газификации.

Из уровня техники известен способ переработки угля в синтез-газ, принятый за прототип, по патенту РФ №2190661 (опубл. 10.10.2002, бюллетень №28), предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топлива в трубчатом реакторе.

Известный способ предполагает независимый нагрев до 1000°С теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство реактора, отрицательно сказывающийся на энергетическом балансе процесса в целом, приводит к усложнению аппаратурного оформления технологического процесса и снижению эффективности его использования. Существенно высокая температура (200-800°С) проведения реакции между органической частью угля и водяным паром тем не менее не позволит обеспечить эффективное проведение этого процесса в случае использования низкореакционных углей, например антрацита. Получаемая дисперсная топливная система состоит из сравнительно тяжелых коллоидных частиц и подвержена расслоению, что в совокупности с отсутствием технологических приемов и режимных условий по ее очистке от примесей перед поступлением в реактор на газификацию приведет к образованию накипи в трубах, снижению скорости протекания реакций газификации, уменьшению полезного объема труб и, следовательно, объема тпливной системы, перерабатываемой в единицу времени, обусловит снижение эффективности и надежности способа, увеличение затрат на обслуживание и профилактику оборудования.

Задачей заявляемого технического решения является создание способа переработки угля в синтез-газ, обеспечивающего повышение эффективности получения синтез-газа путем реализации условий по обеспечению интенсификации процесса газификации топливной системы в реакторе за счет повышения ее реакционной способности, седиментационной устойчивости и по минимизации вероятности возникновения нежелательных помех для ее движения в трубах реактора при одновременном исключении использования внешнего теплоносителя и обеспечении надежного функционального результата по получению назабалластированного целевого продукта при снижении верхней границы используемого для разложения воды диапазона температур.

Поставленная задача решается предлагаемым способом переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топливной системы в трубчатом реакторе. Особенность заключается в том, что до осуществления механохимической активации дробленый уголь подают в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды, полученную смесь подвергают механохимической активации посредством пропускания через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии с последующим направлением ее в расходную емкость, омагничивают суспензию и двумя потоками направляют в реактор, один поток - в трубы реактора на газификацию, другой - на сжигание для поддержания процесса, полученный в результате высокоскоростного нагрева суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой, а синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой.

В частности, накапливающийся в смесительной емкости и в емкости с оборотной водой шлам периодически сливают.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от ближайшего аналога наличием многоаспектной подготовки топливной системы перед подачей непосредственно в реактор; использованием теплоносителя, имеющего иное происхождение - сжигание части полученной дисперсной топливной системы (в прототипе организуют приход нагретого вне основного процесса теплоносителя); иным агентом, используемым для охлаждения синтез-газа - вода (в прототипе - воздух); наличием двухуровневого охлаждения синтез-газа, один из которых совмещен с очисткой; иным аппаратурным оформлением стадии отделения водного конденсата; снижением верхней границы используемого для разложения воды диапазона температур до 400°С (в прототипе - 800°С).

При создании способов переработки угля в синтез-газ обычно уделяют основное внимание оптимальному сочетанию интенсификации процесса и экономической привлекательности. В заявляемом способе достигнута сбалансированность сочетания основных технологических параметров - высокоскоростной пиролиз и использование тепловой энергии, получение которой обеспечивается самим процессом.

Предлагаемый способ иллюстрируется графическим изображением (см. чертеж), на котором схематично представлена установка, на примере которой охарактеризовано воплощение способа.

Установка содержит шнековый питатель 1 для подачи дробленого угля в емкость 2 с предварительно нагретой водой, насос 3, кавитатор 4, расходную емкость 5, второй насос 6, омагничивающее устройство 7, реактор 8 с трубами 9 (изображены условно) и устройством 10 сжигания части полученной топливной системы, скруббер-промыватель 11, емкость 12 с оборотной водой, холодильник-конденсатор 13. Омагничивающее устройство 7 представляет собой высокоэнергетические магниты, установленные в корпусе с образованием рабочего зазора, через который протекает суспензия. Омагничивающие устройства изготавливаются промышленностью. Например, ООО "Энирис-СГ" (г.Москва) выпускает гидромагнитные системы (ГМС) различных моделей по ТУ 3697-001-46492190-2000; ЗАО "МВС КЕМА" (г.Новосибирск) производит магнитные активаторы воды МПАВ МВС КЕМА по ТУ 3697-001-76479620-05.

Способ осуществляют следующим образом.

Дробленый уголь, степень измельчения которого не превышает 2 мм, непрерывно подается шнековым питателем 1 в емкость 2, в которую предварительно залита нагретая вода из системы охлаждения целевого продукта и введена кальцинированная сода. Помимо своих каталитических свойств, понижающих энергию активации реакции угля с водой, кальцинированная сода обладает способностью эффективно связывать серу, оставляя ее в воде в виде сульфатов, а также улучшает реологические свойства получаемой суспензии, предотвращая ее расслаивание. В процессе циркуляции смеси угля, воды и кальцинированной соды при помощи насоса 3 через кавитатор 4 смесь доизмельчается и гомогенизируется, образуя суспензию. Шлам, накапливающийся емкости 2 и образующийся в результате засоренности угля пустой породой и из-за сверхтонкого кавитационного измельчения, периодически сливают. Готовую топливную систему транспортируют в расходную емкость 5 для дальнейшего использования. В опорожненную емкость 2 вновь загружают исходное сырье. Из расходной емкости 5 вторым насосом 6 приготовленную суспензию омагничивают для предотвращения образования накипи в трубах 9 реактора 8, пропуская через устройство 7, где она получает дополнительную активацию, становится более седиментационно устойчивой. Затем двумя потоками омагниченную суспензию подают в трубы 9 реактора 8 для газификации и в устройство 10 (например, две горелки) для сжигания с получением теплоносителя, имеющего температуру 1000-1200°С. Реакция образования синтез-газа происходит с высокой скоростью в течение 0,2-2 секунд, после чего образовавшийся синтез-газ, непрореагировавшие части и зольный остаток выводят из зоны реактора 8. Далее целевой продукт направляют на промывку и охлаждение в скруббер-промыватель 11. В скруббере-промывателе 11 циркулирует оборотная вода из емкости 12 с добавленной в нее гидроокисью кальция, что позволяет окончательно удалить соединения серы, а также уловить частицы золы. Золу и образующийся гипс транспортируют промывной водой в емкость 12 для осаждения. По мере накопления шлама (количество зависит от зольности и количества серы в угле) последний удаляют через нижний слив. Всплывшую непрореагировавшую угольную мелочь (коксик) собирают и возвращают в начало процесса в емкость 2. Промытый и очищенный синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе 13. Образующийся водный конденсат отводят в емкость 12, а газ (практически незабалластированная смесь СО и Н₂) направляют потребителю.

Шлам из емкости 12 при сгущении, например, на гидроциклоне пригоден для производства строительных материалов.

Предлагаемый способ поэтапно опробован при переработке рядового угля марки "ЗБ" Мунайского месторождения Алтайского края. В настоящее время ведутся работы по созданию установки по переработке угля в синтез-газ заявляемым способом.

1. Способ переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топливной системы в трубчатом реакторе, отличающийся тем, что до осуществления механохимической активации дробленый уголь подают в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды, полученную смесь подвергают механохимической активации посредством пропускания через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии с последующим направлением ее в расходную емкость, омагничивают суспензию и двумя потоками направляют в реактор, один поток - в трубы реактора на газификацию, другой - на сжигание для поддержания процесса, полученный в результате высокоскоростного нагрева суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой, а синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что накапливающийся в смесительной емкости и в емкости с оборотной водой шлам периодически сливают.