Способ и оборудование для обработки газа, получаемого газификацией твердого топлива под давлением

Изобретение относится к области химии. По трубопроводу 1 через газопромывную колонну 2 первой стадии пропускают входящий газ после удаления HCN и NH3. Первая стадия предназначена для удаления H2S, COS и любых других серосодержащих соединений с получением обессеренного газа. Через теплообменник 15 проходит газообразная флегма, отводимая с прямого восстановления железной руды. Турбина 9 на валу содержит ступень дросселирования 8 и ступень компрессии 10. Ступень компрессии 10 предназначена для приема и сжатия газообразной флегмы, которая может быть пропущена через теплообменник 15, расположенный на трубопроводе 14. Обессеренный газ с первой стадии и сжатую газообразную флегму со ступени компрессии 10 турбины 9 на валу подают в газопромывную колонну 5 второй стадии для отделения СО2. Давление смеси чистого газа может быть затем снижено на ступени 8 дросселирования турбины 9 на валу. Газовую смесь с пониженным давлением затем пропускают через теплообменник 12 до ее возврата на стадию прямого восстановления железной руды в качестве газа-восстановителя и/или топливного газа. Турбина на валу соединена с генератором, который может быть использован в качестве электродвигателя. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки газа. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для обработки неочищенного газа, получаемого газификацией твердого топлива при температуре от 800 до 1500°С под давлением от 2 до 100 бар (абс.), предпочтительно, от 5 до 40 бар (абс.), содержащего, главным образом, Н2, СО, СН4, СО2, N2, пары воды, а также - в зависимости от типа топлива - небольшое количество одного или нескольких компонентов из H2S, COS, HCN, NH3, CnHm и следы HCN, карбонилов никеля и железа, компонентов смол, CS2, меркаптанов, нафталинов, тиофенов и органических сульфидов, из какового получаемого газа необязательно, после конверсии СО, после охлаждения до температуры от 15 до 45°С, на предварительной стадии - HCN и NH3, на первой стадии - H2S, COS и любые другие, возможно присутствующие серосодержащие соединения, и на второй стадии - СО2 удаляют путем физической сорбции, используя оксигенаты с температурой от +10 до 80°С, а чистый получаемый газ подают на прямое восстановление железной руды в качестве газа-восстановителя и/или топливного газа.

Способом газификации под давлением твердые топлива, такие как торф, бурый уголь, кокс, каменный уголь, биомасса и т.п. с зольностью до 50% масс. и влагосодержанием до 50% масс., при использовании смеси паров воды и кислорода или воздуха, подаваемой противоточно под давлением от 1 до 100 бар (абс.) и при температуре ниже температуры плавления зольного остатка, содержащегося в соответствующем топливе, могут быть газифицированы с образованием неочищенного получаемого газа (Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Vol. A 12, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim 1989, p. 218-226; Lurgi Handbuch, Lurgi Gasellschaften, Frankfurt am Main 1970, 2nd chapter 2.1). Из неочищенного получаемого газа с давлением от 5 до 40 бар (абс.) при помощи, так называемого, способа Rectisol® (публикация фирмы № 1676е/07.02/10; Lurgi Ol Gas Chemie GmbH, Frankfurt 2002) содержащиеся в этом газе нежелательные компоненты СО2, СН4, пары воды, N2, Ar, H2S, COS, HCN, NH3, карбонилы никеля и железа, компоненты смол, CS2, меркаптаны, нафталины, тиофены, органические сульфиды и CnHm могут быть абсорбированы в нескольких зонах холодным оксигенатом, таким как CH3OH или DME, при этом СО2 удаляют в последней зоне. Насыщенный оксигенат регенерируют путем редуцирования, вакуумирования или нагревания и, затем, используют снова. Нежелательные компоненты могут быть извлечены из отходящих газов или конденсатов.

Неожиданно было обнаружено, что описанный выше способ очистки неочищенного газа, получаемого газификацией твердого топлива, каковой способ основан на способности холодных оксигенатов, особенно СН3ОН, удалять все газообразные примеси из неочищенного получаемого газа за одну технологическую стадию, также может быть использован для удаления СО2 из циркулирующей газообразной флегмы, образующейся при прямом восстановлении железной руды и насыщенной СО2 и водяным паром. В зависимости от того, какой способ прямого восстановления используется, температура газообразной флегмы составляет от 50 до 250°С, а давление соответствует диапазону от 2 до 8 бар (абс.).

В ходе прямого восстановления железную руду в форме гранул размером от 3 до 15 мм или, также, крупнокусковую руду размером от 3 до 20 мм нагревают во вращающейся печи до температуры восстановления получаемым газом, выступающим в роли восстановителя, и восстанавливают непосредственно до губчатого металлического железа. В результате реакции получаемого газа с железной рудой образуются СО2 и водяные пары, которые необходимо непрерывно удалять из циркулирующей газообразной флегмы путем отделения СО2, по возможности, вместе с соединениями серы, содержащимися в газообразной флегме, посредством хемосорбционной промывки газа и конденсации водяных паров.

Целью настоящего изобретения является освобождение газообразной флегмы, циркулирующей в процессе прямого восстановления железной руды, от водяных паров и осуществление промывки газа с физической сорбцией СО2, содержащегося в газообразной флегме.

Достижение этой цели состоит в том, что газообразную флегму, насыщенную водяными парами и СО2, с температурой от 50 до 250°С и давлением от 2 до 8 бар (абс.) отводят из цикла циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды, охлаждают до температуры от 15 до 45°С, повышают давление до величины от 25 до 75 бар (абс.) и, лишенную водяных паров, смешивают с обессеренным получаемым газом перед физической сорбцией СО2. При этом газообразная флегма, отводимая из цикла циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды при низком давлении от 2 до 8 бар (абс.), может быть сжата до давления от 25 до 75 бар (абс.), необходимого для физической сорбции СО2, и, таким образом, СО2 может быть отделен одновременно от обессеренного получаемого газа и газообразной флегмы. При такой процедуре более нет необходимости в осуществлении хемосорбционной промывки и промывки водой непосредственно в цикле циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды. Кроме того, одновременная физическая сорбция СО2 из газовой смеси, состоящей из обессеренного получаемого газа и отводимой газообразной флегмы, не содержащей водяных паров, позволяет осуществить жидкостное связывание СО2. Энергию, необходимую для повышения давления отводимой газообразной флегмы, получают при дросселировании газовой смеси. Также возможно использование этого избытка энергии для производства электроэнергии.

Водяные пары, содержащиеся в отводимой газообразной флегме, удаляют путем конденсации.

В рамках дальнейшего развития настоящего изобретения, удаление содержащихся в отводимой газообразной флегме, охлажденной до температуры от 15 до 45°С и сжатой до давления от 25 до 75 бар (абс.), водяных паров осуществляют путем физической сорбции с использованием оксигенатов.

Целесообразно отводить из цикла циркуляции процесса прямого восстановления железной руды от 10 до 80% об., предпочтительно, от 10 до 60% об. газообразной флегмы.

Дальнейшее развитие способа настоящего изобретения предусматривает снижение давления газовой смеси, полученной после физической сорбции СО2, имеющей температуру от 0 до 30°С и давление от 25 до 75 бар (абс.), до величины от 2 до 8 бар (абс.), соответствующей давлению циркулирующей газообразной флегмы, нагревание до температуры от 150 до 250°С и подачу в цикл циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды.

Целесообразно осуществлять нагревание газовой смеси с пониженным давлением и температурой от 0 до 30°С путем передачи тепловой энергии от отводимой газообразной флегмы к этой газовой смеси.

В отдельном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается, что СО2, десорбованный путем снижения давления насыщенного оксигената до, практически, атмосферного давления, переводят в сверхкритическое состояние и используют для вытеснения нефти растворителями из тех нефтяных залежей, откуда нефть уже частично извлекли, или для хранения в подземных хранилищах в пористых пластах, кавернах-хранилищах, истощенных месторождениях природного газа или горизонтах соленых вод. С этой целью десорбированный СО2 сжимают до давления от 10 до 30 бар (абс.) и охлаждают до температуры от -5 до -40°С. В других случаях использования достаточно повысить давление десорбированного СО2 до 40 бар (абс.).

Оборудование для осуществления настоящего способа включает установку, состоящую из турбины на валу с компрессорным узлом, в котором содержащую СО2 газообразную флегму, из которой удалена большая часть водяных паров, сжимают до давления очищенного получаемого газа, и дросселирующим узлом, в котором уменьшают давление полученной газовой смеси, и генератора, соединенного с турбиной. В случае возможного дефицита энергетического баланса между отводимой газообразной флегмой и газовой смесью, подаваемой в цикл циркуляции газообразной флегмы, генератор также может быть использован в качестве электродвигателя для компенсации.

Далее настоящее изобретение более подробно поясняется со ссылкой на технологическую схему и пример осуществления, схематически показанный на чертеже.

В не показанном устройстве для газификации под давлением из битуминозного угля (который считается не содержащим воду и золу) производится 200000 кг/ч неочищенного получаемого газа состава 27,8% об. СО2, 23% об. СО, 28,6% об. Н2, 9,1% об. СН4, 0,4% об. CnHm, 0,4% об. N2, который после удаления HCN и NH3 на не показанной предварительной стадии и охлаждения до температуры в диапазоне от 25 до 45°С, предпочтительно, 35°С, под давлением в диапазоне от 15 до 40 бар (абс.), предпочтительно, 27 бар (абс.) подают по трубопроводу (1) на первую ступень (2) газопромывной колонны. В газопромывной колонне H2S и COS, а также любые другие серосодержащие соединения, удаляют путем абсорбции из неочищенного получаемого газа холодным СН3ОН и выводят из процесса по трубопроводу (3) при температуре 30±5°С и давлении 1,5±0,5 бар (абс.). С первой ступени (2) газопромывной колонны обессеренный получаемый газ с температурой в диапазоне от 0 до 30°С, предпочтительно, 18°С подают при, приблизительно, том же давлении по трубопроводу (4) на вторую ступень (5) промывки газа, где СО2 отделяют путем абсорбции холодным СН3ОН и выводят из процесса по трубопроводу (6) при температуре 30±5°С и давлении 1,5±0,5 бар (абс.).

Существует возможность уменьшения давления СН3ОН, насыщенного поглощенным СО2, и сжижения десорбированного СО2 путем переведения его в сверхкритическое состояние и использования для других целей. В остальных случаях использования достаточно повысить давление десорбированного СО2 до 40 бар (абс.).

Газовую смесь, выходящую со второй ступени (5) промывки газа с температурой в диапазоне от 0 до 30°С, предпочтительно, 23°С и давлением в диапазоне от 25 до 75 бар (абс.), предпочтительно, 32 бар (абс.), образованную очищенным получаемым газом и не содержащей СО2 и водяных паров газообразной флегмой, по трубопроводу (7) подают на ступень дросселирования (8) турбины на валу (9), где давление этой газовой смеси снижается до значений диапазона от 2 до 8 бар (абс.), предпочтительно, 4 бар (абс.) при температуре - в зависимости от состава данной газовой смеси - в диапазоне от 0 до 30°С. На ступень компрессии (10) турбины на валу (9) по трубопроводу (11, 11') подают газообразную флегму, насыщенную СО2 и водяным паром, с давлением в диапазоне от 2 до 8 бар (абс.), предпочтительно, 4 бар (абс.) и температурой в диапазоне от 50 до 250°С, предпочтительно, 135°С, отводимую из цикла циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды, каковая газообразная флегма проходит через теплообменник (12), через который проходит и газовая смесь. В теплообменнике (12) большая часть водяных паров, содержащихся в газообразной флегме, подаваемой по трубопроводу (11), конденсируется, конденсат выводится из процесса по трубопроводу (13). Газообразную флегму, выходящую со ступени компрессии (10) по трубопроводу (14), которая после компрессии находится под давлением в диапазоне от 25 до 75 бар (абс.), предпочтительно, 34 бар (абс.) и имеет температуру в диапазоне от 15 до 45°С, предпочтительно, 24°С, после охлаждения подают на вторую ступень (5) промывки газа. Вторая ступень (5) включает колонну обезвоживания, в которой из газообразной флегмы оставшиеся водяные пары удаляют путем охлаждения и сушки с использованием СН3ОН. Перед подачей на вторую ступень (5) промывки газа газообразная флегма, необязательно, может быть пропущена через теплообменник (15), расположенный на трубопроводе (14) с тем, чтобы предварительно снизить температуру газообразной флегмы. Газовую смесь, выходящую со ступени дросселирования (8) турбины на валу (9) по трубопроводу (16, 16') с температурой в диапазоне от 0 до 30°С, предпочтительно, 10°С, направляют в теплообменник (12). В результате теплообмена с отводимой газообразной флегмой газовая смесь, подаваемая на прямое восстановление железной руды, нагревается до температуры в диапазоне от 150 до 250°С, предпочтительно, 280ºС и имеет давление в диапазоне от 2 до 8 бар (абс.), предпочтительно, 6 бар (абс.). С валом турбины (9) соединен генератор (17), который, в случае необходимости, может быть использован в качестве электродвигателя.

1. Способ обработки неочищенного газа, получаемого газификацией под давлением твердого топлива при температуре от 800 до 1500°С под давлением от 2 до 100 бар (абс.), предпочтительно от 5 до 40 бар (абс.), содержащего в основном H2, СО, СН4, СО2, N2, пары воды, а также, в зависимости от типа топлива, небольшие количества одного или нескольких компонентов из H2S, COS, HCN, NH3, CnHm и следы карбонилов никеля и железа, компонентов смол, CS2, меркаптанов, нафталинов, тиофенов и органических сульфидов, причем из получаемого газа после охлаждения до температуры от 15 до 45°С удаляют на предварительной стадии - HCN и NH3, на первой стадии - H2S, COS и любые другие возможно присутствующие серосодержащие соединения, и на второй стадии - CO2 путем физической сорбции, используя оксигенаты с температурой от +10 до 80°С, а чистый получаемый газ подают на прямое восстановление железной руды в качестве газа-восстановителя и/или топливного газа, отличающийся тем, что газообразную флегму, насыщенную водяными парами и СО2, с температурой от 50 до 250°С и давлением от 2 до 8 бар (абс.), отводят из цикла циркуляции газообразной флегмы процесса прямого восстановления железной руды, охлаждают до температуры от 15 до 45°С, повышают давление до величины от 25 до 75 бар (абс.) и, лишенную водяных паров, смешивают с обессеренным получаемым газом перед физической сорбцией СО2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что неочищенный получаемый газ перед подачей на предварительную стадию удаления HCN и NH3 подвергают процессу конверсии СО.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что водяные пары, содержащиеся в отводимой газообразной флегме, удаляют путем конденсации.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что водяные пары, содержащиеся в отводимой газообразной флегме с температурой от 15 до 45°С и сжатой до давления от 25 до 75 бар (абс.), удаляют путем физической сорбции, используя оксигенат.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что из цикла циркуляции отводят от 10 до 80 об.%, предпочтительно от 10 до 60 об.% газообразной флегмы.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что газовую смесь, состоящую из очищенного получаемого газа и не содержащей CO2 и водяных паров газообразной флегмы, полученную после удаления СО2 путем физической сорбции с температурой от 0 до 30°С и давлением от 25 до 75 бар (абс.), после снижения давления до величины от 2 до 8 бар (абс.), преобладающей в цикле циркуляции газообразной флегмы, и нагревания до температуры от 150 до 250°С подают в цикл циркуляции газообразной флегмы.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что тепловая энергия отводимой газообразной флегмы передается к газовой смеси непосредственно после снижения ее давления.

8. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что СО2, десорбованный путем снижения давления насыщенного оксигената до, практически, атмосферного давления, переводят в сверхкритическое состояние и используют для вытеснения нефти растворителями из тех нефтяных залежей, откуда нефть уже частично извлекли, или для хранения в подземных хранилищах в пористых пластах, кавернах-хранилищах, истощенных месторождениях природного газа или горизонтах соленых вод.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что десорбированный CO2 сжимают до давления от 10 до 30 бар (абс.) и охлаждают до температуры от -40 до -5°С.

10. Оборудование для осуществления способа по любому одному или более из пп.1-9, отличающееся тем, что оно содержит: газопромывную колонну первой стадии для приема входящего неочищенного газа после удаления HCN и NH3 на предварительной стадии, причем первая стадия предназначена для удаления H2S, COS и любых других серосодержащих соединений с получением обессеренного газа;
теплообменник, через который проходит входящая газообразная флегма, отводимая с прямого восстановления железной руды;
турбину на валу, содержащую ступень дросселирования и ступень компрессии, причем ступень компрессии предназначена для приема и сжатия газообразной флегмы, которая проходит через теплообменник;
газопромывную колонну второй стадии для приема обессеренного газа с первой стадии и сжатой газообразной флегмы со ступени компрессии турбины на валу и для отделения СО2, который затем отводят с получением смеси чистого получаемого газа, давление которой может быть затем снижено на ступени дросселирования турбины на валу, причем газовую смесь с пониженным давлением затем пропускают через теплообменник до ее возврата на стадию прямого восстановления железной руды в качестве газа-восстановителя и/или топливного газа.

11. Оборудование по п.9, отличающееся тем, что турбина на валу соединена с генератором, который может быть использован в качестве электродвигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбореактивным двигателям, преимущественно двухконтурным, и пригодно для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к энергетике. .

Изобретение относится к нанесению покрытия на топливопроводящую деталь турбины, например на деталь газовой турбины. .

Изобретение относится к способу эксплуатации энергетической установки интегрированным газифицирующим устройством. .

Изобретение относится к газотурбинной технологии, используемой для получения работы и генерации электроэнергии или в качестве привода транспортных средств или компрессорных станций магистральных газопроводов.

Изобретение относится к установкам для выработки пара и может быть использовано в энергетике, например, для парогенерирующих установок с агрегатами наддува, обеспечивающих паром конденсационные паровые турбины, в том числе турбины с давлением пара на входе, превышающем критическое давление, и высокой температурой питательной воды, вплоть до критической.

Изобретение относится к двигателестроению, Камерно-инжекторно-турбинный двигатель содержит сообщенные между собой посредством вала турбину и компрессор с электрогенератором, камеры сгорания, системы управления, охлаждения и зажигания.

Изобретение относится к переработке металлических отходов, загрязненных радионуклидами. .

Изобретение относится к способу получения восстановительных газов. .

Изобретение относится к восстановительной обработке для восстановления цинкосодержащего оксида железа или оксида железа. .

Изобретение относится к железоплавильной печи с жидкой ванной, которая производит железный расплав плавлением железосодержащего сырья, например, плавлением твердого восстановленного железа и скрапа.

Изобретение относится к получению брикетов с использованием исходных материалов в виде железной руды или пыли, содержащих оксиды железа, и может быть применено в способе получения восстановленного металла и способе отделения и извлечения летучих металлов, таких как цинк и свинец.

Изобретение относится к производству железа из материала, содержащего оксид железа. .

Изобретение относится к способу и устройству для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с использованием восстановительного газа.

Изобретение относится к прямому восстановлению частиц оксида железа, чтобы получить железо, восстановленное прямым способом (ЖВПС). .

Изобретение относится к получению расплавленных железосодержащих материалов с использованием синтеза-газа. .

Изобретение относится к печи с восстановительной атмосферой для получения восстановленного железа. .
Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области химии

Наверх