Способ газификации бурых углей


 


Владельцы патента RU 2543194:

Закрытое акционерное общество "ФПК "ИНВЕСТТЭК" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении горючих газов из твердого углеродосодержащего топлива. Бурый уголь влажностью 20-53% измельчают до крупности 2-3 мм, затем подают на двухступенчатую вихревую сушку путем забора части генераторного газа из газогенераторной установки с температурой 960°C при отсутствии в нем O2. Высушенный уголь смешивают с водой для получения водоугольной суспензии, которую подвергают тонкому измельчению, после чего разбавляют водой до Ж:Т=2:3, осуществляют газификацию путем подачи воздуха при давлении в 0,1-0,11 МПа при температуре 850-1100°C. Количество дутьевого воздуха (α) составляет 0,25-0,35 от стехиометрического количества (α=1), необходимого для полного окисления углерода, водорода и серы, содержащихся в сухой беззольной массе газифицируемого бурого угля. Изобретение позволяет повысить КПД и производительность процесса газификации при исключении его взрывоопасности. 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к способам получения горючих газов из твердого углеродосодержащего топлива, а именно к способам газификации кускового и гранулированного топлива, и может найти применение в топливной и химической промышленности, а также в теплоэнергетике.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны различные способы газификации углеродосодержащего топлива. В частности, известен способ получения газа из торфа, раскрытый в патенте RU 2185418, опубликованном 20.07.2002, который включает нагрев торфа с последующей подачей в зону нагрева паровоздушного или парокислородного дутья до достижения температуры 180-220°C, причем нагрев осуществляется в присутствии палладиевого катализатора.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящего катализатора, применение паровоздушного дутья, что снижает теплоту сгорания газа, либо применение специального кислородного дутья.

Также известен способ сжигания дробленого угля по патенту RU 2078283, опубликованному 27.04.1997, в котором сжигание осуществляют путем предварительной ступенчатой газификации в кипящем слое и дожигания в топке котла полученного газа в результате раздельного и последовательного проведения операций газогенерации, дожигания и охлаждения в кипящем слое и ввода продуктов газификации и дожигания в топку котла.

Среди недостатков данного способа можно выделить такие, как ограниченность возможности газификации вследствие значительного уноса при повышении скорости на поверхности кипящего слоя, что ограничивает производительность газогенератора, т.к. превышение скорости газа свыше 3-4 м/с ведет к экспоненциальному возрастанию расхода уносимых частиц и среднего размера уносимых частиц. В результате самые крупные из них не успевают догореть в топке котла и образуют механический недожог, снижая КПД котла.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ термической обработки органических углеродистых материалов, раскрытый в патенте RU 1085509, опубликованном 07.04.1984, который включает смешивание исходного материала с жидкостью, транспортирование полученной смеси снизу вверх через слой жидкости с регулируемый уровнем, подачу влажного материала в зону реакции, его обработку при повышенном давлении и температуре с получением газов и твердого продукта, отвод полученных газов и твердого продукта, при этом влажный материал перед подачей в зону реакции предварительно нагревают путем пропускания через него противотоком газов, полученных в зоне реакции.

Недостатком данного способа является применение повышенного давления, повышенной температуры и необходимость нагрева материала перед подачей в зону реакции, что удорожает процесс газификации и не исключает его пожароопасность.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении КПД и производительности процесса газификации при исключении его взрывоопасности, повышении теплоты сгорания газа, а также в обеспечении возможности эффективного использования отходов производства в качестве добавок в других отраслях, например в строительной промышленности, при изготовлении строительных материалов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе газификации бурый уголь влажностью 20-53% предварительно измельчают до крупности 2-3 мм, затем осуществляют, по крайней мере, двухступенчатую вихревую сушку путем забора части генераторного газа из газогенераторной установки с температурой 960°C при отсутствии в нем О2, после чего высушенный уголь смешивают с водой для получения водоугольной суспензии с соотношением Ж:Т=0,5:1, которая сначала проходит операцию тонкого измельчения содержащегося в ней угля до крупности частиц менее 10 мкм, после чего водоугольная суспензия разбавляется водой до Ж:Т=2:3 и затем осуществляется газификация водоугольной суспензии путем подачи воздуха при давлении в 0,1-0,11 МПа при температуре газификации 850-1100°C, при этом количество дутьевого воздуха (α) составляет 0,25-0,35 от стехиометрического количества (α=1), необходимого для полного окисления углерода, водорода и серы, содержащихся в сухой беззольной массе газифицируемого бурого угля.

Исследования, проведенные различными авторами по подбору оптимального соотношения воды и угля для водоугольного топлива (ВУТ), показали, что при сжигании ВУТ и при его газификации необходимо стремиться к оптимизации соотношения твердого к жидкому до соотношений не менее 60:40.

Использование водоугольной суспензии (ВУС) с содержащимся в ней углем, измельченным до крупности частиц менее 10 мкм, позволяет повысить КПД газификации топливосодержащих компонентов смеси и существенно увеличить производительность процесса газогенерации. Кроме того, подобные ВУС расслаиваются с существенно меньшей скоростью.

Бурые угли - наиболее широко распространенный в России (а также и за рубежом) вид низкосортных углей, хорошо освоенных в Канско-Ачинском и других буроугольных бассейнах и месторождениях, расположенных от европейской части до Сахалина. Среди них Канско-Ачинский бассейн является крупнейшим, обеспечивая добычу более 50 млн т угля в год. Бурые угли имеют сравнительно невысокую зольность - чаще всего до 20%, но они, как правило, являются повышенно влажными - с влажностью до 40-50%. В настоящее время канско-ачинские угли промышленно освоены для получения полукокса на соответствующих газогенераторах, но, к сожалению, этот полукокс не пользуется коммерческим спросом. В то же время бурые угли любых марок легко поддаются газификации с выходом горючих генераторных газов. Поэтому в настоящем исследовании в качестве одного из основных видов широкодоступного низкосортного угольного топлива предусматривается применение обводненных бурых углей.

При этом, чтобы обеспечить получение водной суспензии бурых углей с соотношением Ж:Т≥6:4, необходимо предусмотреть предварительное осушение бурых углей и их двухстадийное измельчение - сначала до 2 мм, а затем до микронных размеров.

Заявленный способ газификации обязательно предусматривает проведение отобранных бурых углей на детальный анализ химического и минералогического состава их минеральной части, что обеспечит реальный прогноз возможностей использования золошлакового выхода процесса газификации по пригодности к тому или иному техническому использованию. Так, если минеральная часть содержит CaO менее 10%, тогда золу-унос и измельченный шлак можно добавлять в цемент в объеме до 20-25% без снижения марки цемента, т.е. каждые 1,20-1,25 кг полученной смеси можно будет продавать по цене чистого цемента. Но если превысить этот предел добавок, тогда получим снижение марки цемента и, соответственно, снижение его цены, что тоже может оказаться выгодным особенно в случаях, когда нам не нужны высокая марка бетона.

При газификации ВУС бурых углей нужно обеспечить повышенную безопасность на стадии вихревой сушки угля при температуре 150-720°C, что достигается подачей газового теплоносителя с содержанием кислорода в нем, меньшим 1%. В существующих технологиях газификации ВУС используется газовый теплоноситель, полученный сжиганием угля в специльном топочном устройстве при коэффициенте избытка воздуха 1,1-1,5.

В заявленном способе газификации предлагается обеспечить вихревую сушку бурого угля путем забора части генераторного газа из газогенераторной установки с температурой 960°C при O2=0. В результате этого температура генераторного газа, нагревающего вихревую сушку, снижается до 550-600°C, а далее эта часть генераторного газа смешивается с его основным потоком, используемым для реализации работы мини-ТЭС или мини-ТЭЦ, что повышает эффективность способа за счет следующих преимуществ:

а) отпадает необходимость в отдельной топке для вихревой сушки;

б) в сушильном агрегате обеспечивается нулевое содержание кислорода, полностью исключающее взрывоопасность.

Таким образом, способ газификации бурых углей всех марок (от Б1 до Б3) основан на использовании водоугольной суспензии, в которой упрощается нагрев угля при вихревой сушке бурых углей для получения продуктов сушки влажностью 2-3%, необходимой для получения ВУС с оптимальным содержанием твердого (не менее 60%) - за счет получения имеющегося на общей технологической схеме теплоносителя вместо отдельного устройства топочного подогрева продуктов путем сжигания используемого бурого угля. Практически здесь используется часть полученного газогенераторного газа с температурой 960°C с последующим ее возвратом после выхода из вихревой сушки, в смесь с основным количеством продукта генерации - газообразного топлива для получения электроэнергии и тепла.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена общая технологическая схема газификации водоугольной суспензии, получаемой из обводненных бурых углей с двухстадийным измельчением.

Осуществление изобретения

Способ газификации бурого угля осуществляют следующим образом.

Бурый уголь влажностью Wr=20-53% предварительно измельчают до крупности 2-3 мм в серийно выпускаемых барабанных дробилках. Затем измельченный уголь подают на вихревую сушку, которая осуществляется путем забора части генераторного газа из газогенераторной установки с температурой 960°C при отсутствии в нем O2. Вихревая сушка осуществляется в две или три ступени в вихревых камерах, например, конструкции ИГИ - ЗАО «Компомаш - ТЭК» до обеспечения влажности угля Wr=2-3%. В процессе сушки угля до Wr=2-3%. происходит его бертинирование, сопровождающееся некоторым снижением содержания кислорода и увеличением на 15-17% теплоты сгорания (в расчете на его сухую беззольную массу).

После этого высушенный уголь смешивается с водой для получения водоугольной суспензии (ВУС) с соотношением Ж:Т=0,5:1. Полученная ВУС направляется для тонкого измельчения содержащегося в ней угля в кавитационно-вибрационном аппарате, например, конструкции ЗАО «Компомаш - ТЭК», до крупности частиц менее 10 микрон. Из аппарата тонкого измельчения полученная ВУС направляется в емкость с мешалкой, где разбавляется водой до Ж:Т=2:3 и передается в газогенератор

Газификация водоугольной суспензии осуществляется подачей воздуха при давлении в 0,1-0,11 МПа. Температура газификации составляет 960°C. Содержащаяся в ВУС вода испаряется и, следовательно, осуществляется паровоздушная газификация. Количество дутьевого воздуха (α) составляет 0,25-0,35 (в зависимости от вида газифицируемого топлива) от стехиометрического количества (α=1), необходимого для полного окисления углерода, водорода и серы за вычетом кислорода, содержащихся в сухой беззольной массе газифицируемого топлива.

Газообразные продукты (генераторный газ) вместе с твердыми частицами, представляющими смесь минеральных веществ, образующихся из минеральных компонентов исходного топлива, и «недожега» коксоподобных частиц, состоящих главным образом из углерода, направляются в серийно выпускаемые котлы, для получения тепла (пара и горячей воды) и электроэнергии.

Охлажденные в котле до 150-200°C газообразные продукты очищаются от твердых частиц в мультициклонах или электрофильтре и выбрасываются в атмосферу. Уловленные частицы, вместе с твердыми частицами, собираемые при периодической очистке газогенератоа и теплообменных поверхностей котла, называют золошлаковыми отходами (ЗШО)

Утилизация ЗШО производится по различным направлениям в зависимости от их состава и местных условий. Одними из наиболее масштабных направлений их использования, связанных с наименьшими капитальными затратами, являются в качестве частичной замены земляного грунта и песка - применение при строительстве искусственных земляных сооружений (дамб, насыпей, фундаментов зданий и др.) и автомобильных дорог. Возможно также смешение (10-20 мас.%) с цементом без изменения его марки, а также в качестве исходного сырья для производства разнообразных строительных материалов (строительных растворов, кирпича, пористых заполнителей для бетонов и др.)

Способ газификации бурого угля, характеризующийся тем, что бурый уголь влажностью 20-53% предварительно измельчают до крупности 2-3 мм, затем осуществляют, по крайней мере, двухступенчатую вихревую сушку путем забора части генераторного газа из газогенераторной установки с температурой 960°C при отсутствии в нем O2, после чего высушенный уголь смешивают с водой для получения водоугольной суспензии с соотношением Ж:Т=0,5:1, которая сначала проходит операцию тонкого измельчения содержащегося в ней угля до крупности частиц менее 10 мкм, после чего водоугольная суспензия разбавляется водой до Ж:Т=2:3 и затем осуществляется газификация водоугольной суспензии путем подачи воздуха при давлении в 0,1-0,11 МПа при температуре газификации 850-1100°C, при этом количество дутьевого воздуха (α) составляет 0,25-0,35 от стехиометрического количества (α=1), необходимого для полного окисления углерода, водорода и серы, содержащихся в сухой беззольной массе газифицируемого бурого угля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т , где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии.

Изобретение относится к устройству для непрерывной подачи мелкоизмельченного топлива в систему газификации угля. Изобретение касается устройства для подачи твердых топливных материалов в реактор для газификации твердых топливных материалов, содержащего измельчительное устройство (2), пылеуловитель (3), резервуар-хранилище (4), по меньшей мере два шлюзовых питателя (5), одно или несколько соединительных устройств (12) для транспортировки плотным потоком, питающий резервуар (13), реактор для газификации (15), в котором измельчительное устройство (2) соединено с резервуаром-хранилищем (4) посредством соединительных устройств, причем пылеуловитель (3) размещен между измельчительным устройством (2) и резервуаром-хранилищем (4), содержащего устройство (18) для повышения давления, которое возвращает транспортирующий газ из питающего резервуара (13) в шлюзовой питатель (5), при этом резервуар-хранилище (4) соединен со шлюзовыми питателями (5) через соединительные устройства, выполненные с возможностью перемещения самотеком или транспортировки плотным потоком, а шлюзовые питатели (5) соединены с питающим резервуаром (13) посредством совместно используемых одного или нескольких соединительных устройств (12), которые пригодны в качестве трубопровода (12) непрерывной подачи для транспортировки плотным потоком, причем питающий резервуар соединен с реактором (15) для газификации через дополнительные топливные трубопроводы (14).

Изобретение относится к области газификации твердого топлива. .
Изобретение относится к области обезвреживания отходов. .

Изобретение относится к области газификации твердого топлива. .

Изобретение относится к области тепловой энергетики, в частности к системам выработки электроэнергии на основе использования твердого топлива, преимущественно бурых и каменных углей.

Изобретение относится к химии, а именно к способам получения монооксида углерода. .

Изобретение относится к способу получения синтез-газа путем совместной газификации в потоке твердого и жидкого топлива, содержащих золу. Причем указанное топливо подают отдельно в реактор газификации угля через несколько горелок, при этом горелки имеют концентрический угол горения более 0°, что снижает образование сажи и повышает степень конверсии. Твердую фракцию подают совместно с инертным газом в реактор газификации. Золосодержащее твердое топливо содержит, по меньшей мере, частично мелкие частицы угля, полученные при добыче угля, которые не подходят для газификации в неподвижном слое угля. Золосодержащее жидкое топливо содержит остаток от газификации в неподвижном слое угля. Техническим результатом является совместное использование при газификации во взвешенном потоке золосодержащих жидких остатков от газификации в неподвижном слое и мелких частиц угля, которые не могут быть использованы при газификации в неподвижном слое, а также сведение к минимуму образования сажи. 9 з.п. ф-лы, 3 ил. 1 пр.

Изобретение может быть использовано для производства электроэнергии из сырьевого материала, содержащего углерод, более конкретно из угля и/или сухой биомассы. Способ получения электроэнергии из сырьевого материала, содержащего углерод, включает стадии газификации сухого сырьевого материала в газификационном реакторе газовым потоком, содержащим главным образом СО2, при высокой температуре с созданием первого газового потока, включающего главным образом молекулы монооксида углерода; окисления в окислительном реакторе носителями кислорода в окисленном состоянии (МеО) при высокой температуре с созданием второго газового потока, содержащего СО2, и носители кислорода в восстановленном состоянии (Ме); активации в активационном реакторе носителей кислорода в восстановленном состоянии газовым потоком активации, включающим элементы кислорода, с созданием обедненного кислородом газового потока активации; и преобразования части тепловой энергии потока активации в электроэнергию. Изобретение позволяет получать электроэнергию из биомассы, содержащей углерод, а также создавать ценный продукт общей энергии для питания системы для генерирования электроэнергии, такой как турбоальтернатор. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к газификатору биомассы с газификацией в перемещающемся потоке и способу газификации с использованием газификатора для получения синтез-газа из биотоплива в присутствии СВЧ-возбужденной плазмы. Газификатор содержит корпус печи, расположенный вертикально и содержащий впуск для топлива, в виде форсунок, выпуск для синтез-газа и выпуск для шлака, систему предварительной обработки топлива, расположенную снаружи корпуса печи и содержащую устройство дробления топлива, отсеивающее устройство, первый топливный контейнер для приема частиц топлива пригодного размера, второй топливный контейнер для приема частиц топлива непригодного размера и питающий бункер, нижняя часть которого соединена с корпусом печи посредством форсунок, и блок мониторинга. Слои микроволновых генераторов плазмы расположены параллельно у зоны газификации корпуса печи, и каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит от 2 до 4 впусков для рабочего газа. Изобретение обеспечивает высокоинтенсивную газификацию биомассы и экономическую эффективность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх