Способ непрерывного производства синтез-газа из нефтеносного песка и/или нефтеносного сланца


 


Владельцы патента RU 2575226:

ЭКОЛУП ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу непрерывного получения синтез-газа непосредственной газификацией углеродных фракций, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, в вертикальной технологической камере (2) с зоной кальцинирования и зоной окисления, где кальцинированные фракции, богатые углеродом, окисляются содержащим кислород газом. Газообразные продукты реакции отбирают в верхней части вертикальной технологической камеры (2), которая выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окисляется, проходит непрерывно сверху вниз. Содержащий кислород газ (10) вводят, по меньшей мере, частично ниже зоны окисления, таким образом продвигая возрастающий газовый поток. Сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца. Добавление щелочных веществ преобразует при восстановительных условиях газообразные серосодержащие соединения, которые были получены при температурах свыше 400°C из компонентов нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, путем химической реакции в твердые серосодержащие соединения, которые, по меньшей мере, частично отводятся с газообразными продуктами реакции и при температурах выше 300°C удаляются из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов. Способ является подходящим с экологической точки зрения и энергосберегающим, при этом не создает больших количеств загрязненных остатков. 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

[0001] Изобретение относится к способу непрерывного производства синтез-газа непосредственной газификацией углеродных компонентов, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, в вертикальной технологической камере с зоной кальцинирования и зоной окисления, в которой зона кальцинированных богатых углеродом компонентов окисляется содержащим кислород газом, и вертикальная технологическая камера выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окисляется, проходит непрерывно сверху вниз, и сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, где посредством добавления щелочных веществ при восстановительных условиях твердые серосодержащие соединения в вертикальной технологической камере преобразуются путем химической реакции с щелочными веществами при температурах свыше 400°C в твердые серосодержащие соединения.

[0002] Из-за сильного международного спроса на природное топливо и основанное на нефти сырье, так же как и ожидаемый долгосрочный дефицит обычной нефти, добыча энергетических носителей и сырья из источников нефтеносного сланца и/или нефтеносного песка становится все более и более важной.

[0003] Встречающиеся в природе нефтеносные пески или нефтеносный сланец включают материнскую горную породу и содержат до 20% битумной смеси. Эта битумная смесь, по существу, содержит органические соединения углерода с различными молекулярными массами и точками кипения.

[0004] Предпосылки создания изобретения

[0005] Чтобы сделать эти соединения углерода доступными для целенаправленной добычи, битумная смесь должна быть сначала отделена от компонента материнской горной породы.

[0006] Отделение битума от этих масс материнской горной породы можно сделать, по существу, с помощью двух технологий.

[0007] Добыча путем добычи открытым способом

[0008] В этом способе массив горных пород, содержащий битум, забирается, применяя донные насосы землечерпальных машин или фронтальные погрузчики и транспортируется на перерабатывающие производства с помощью транспортных средств, используемых на труднопроходимых дорогах. Обработка, как правило, заключается в следующих этапах:

1. Разрушение/измельчение породы, как правило, при подаче водяного пара или горячей воды.

2. Отправка полученной суспензии к первому этапу экстракции, где осадок и вода формируют нижний разделительный слой, и битум с пеной формирует верхний разделительный слой.

3. Отведение слоя нижнего осадка и воды к обычным искусственным озерам или водным отстойникам.

4. Отведение верхнего битумного слоя ко второму этапу экстракции, где отделяются остатки воды и мелкие частицы. Битум обычно растворяют в органическом растворителе (как правило, ″сырая нефть″, которая является продуктом процесса добычи легких фракций нефти). Получают так называемый природный битум.

5. Природный битум отправляется на следующую обработку битума (″обогащение″).

[0009] Добыча так называемым ″способом in-situ″

[0010] В этой технологии природный битум уже восстановлен в почве, под поверхностью и без разрушение массивов горных пород. Это осуществляется следующим образом.

6. Водяной пар высокого давления впрыскивается глубоко в содержащую битум породную толщу. В результате достигается термоожижение природного битума.

7. Этот сжиженный природный битум перевозится целенаправленно в подземные точки сбора и перекачивается оттуда на поверхность, посредством подходящей технологии откачивания.

8. Затем природный битум, восстановленный таким образом, как правило, следует той же самой процедуре, как и на этапе 5 выше.

[0011] Экстракция легких фракций нефти и жидких топлив из природного битума.

[0012] Природный битум (возможно, из обоих способов добычи) объединяется в следующей технологической установке (″обогащение″). Там обычно выполняются следующие этапы процесса.

9. Из смеси, включающей природный битум и сырую нефть, отгоняют летучие углеводороды. В конце то, что остается - нерастворимый остаток, называется нефтяной кокс. В зависимости от применяемого материала, он может содержать до 10% серосодержащих компонентов.

10. Газообразные углеводороды от перегонки разделяют путем фракционной конденсации на сырую нефть, керосин и газойль; сырую нефть, как правило, по крайней мере, частично возвращают в процесс.

11. В зависимости от требуемого качества отдельных фракций, на дополнительном этапе может быть сделана десульфурация. Это обычно делается путем гидрирования и отделения элементарной серы.

12. В конце процесса происходит хранение и отгрузка жидких фракций.

[0013] Тем не менее, описанный выше способ для восстановления легких фракций нефти и топлив из нефтеносного сланца и/или нефтеносных песков имеет значительные недостатки.

[0014] Например, извлечение природного битума из массивов горных пород требует значительных количеств горячей воды и водяного пара. На единицу объема легких фракций нефти должно быть применено до 6 объемных единиц воды. Получение пара и горячей воды, как правило, производиться в котлах с помощью природного газа. Спрос на природный газ является чрезвычайно высоким и приводит к чрезвычайно неблагоприятному энергетическому балансу всего процесса. Кроме того, в результате особых выбросов СО2 на баррель полученных легких фракций нефти процесс является фундаментально неприемлемым с экологической точки зрения и в связи с необходимостью экономно применять ценные ресурсы.

[0015] Несмотря на усилия по циркуляции воды, по крайней мере, частично, высокое потребление воды согласно способу приводит к соответствующему высокому охвату заражения загрязненной сточной воды. В результате этого процесса, сточная вода содержит не только осадок, но и прежде всего остаточные концентрации битума, полициклические ароматические углеводороды, также называемые как РАН, и тяжелые металлы. РАН представляет собой смесь ароматических органических веществ очень разных молекулярных масс. В таких смесях РАН, как правило, также широко распространены токсические вещества. В частности, должен быть упомянут бенз(а)пирен, который, полагают, является канцерогенным.

[0016] Эти загрязненные сточные воды, как правило, хранятся в искусственных озерах или искусственных прудах-отстойниках. Там они представляют чрезвычайно высокий риск загрязнения природы и окружающей среды. В частности, это влияет на крупнейшие искусственно созданные водоемы в мире.

[0017] Нефтяной кокс, оставшийся позади при перегонке природного битума (этап 9) содержит серу в концентрациях до 10%. Это принципиально ценный энергоноситель. Тем не менее, из-за высокого содержания серы, он не может быть легко использован в процессах горения, таких как генерирование водяного пара или горячей воды. Обеспечение экологически безопасной тепловой разработки месторождений находится под вопросом и, если вообще возможно, только при непропорциональных затратах для десульфуризации дымовых газов.

[0018] Для настоящего изобретения задачей, таким образом, было предоставление способа, который не имеет недостатков предыдущего уровня техники, но предлагает подходящие с экологической точки зрения и энергосберегающей разработки месторождений носители углерода, которые содержатся в нефтеносных песках и/или нефтеносном сланце, не создавая таких больших количеств загрязненных остатков. В то же время, способ дает возможность экономной обработки природного топлива (такого как природный газ) и сам по себе по себе может генерировать достаточную энергию носителей для снабжения необходимой потребности в энергии для процесса разработки месторождений.

[0019] В соответствии с изобретением, непосредственная газификация углеродных компонентов, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, происходит в вертикальной технологической камере с зоной кальцинирования и зоной окисления, в которой зона кальцинированных богатых углеродом компонентов окисляется содержащим кислород газом, и газообразные продукты реакции отбирают в верхней части вертикальной технологической камеры, и вертикальная технологическая камера выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окисляется, проходит непрерывно сверху вниз, и содержащий кислород газ вводят, по меньшей мере, частично, ниже зоны окисления, эта задача достигается тем, что сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, который преобразуется в вертикальной технологической камере путем химической реакции с щелочными веществами при температурах свыше 400°С в твердые серосодержащие соединения посредством добавления щелочных веществ при восстановительных условиях; эти твердые серосодержащие соединения частично отводятся с газообразными продуктами реакции; и при температурах выше 300°С они удаляются из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов.

[0020] Для того, чтобы иметь возможность газификации углеродных компонентов, которые содержатся в нефтеносных песках или нефтеносных сланцах особенно эффективно, выгодно дробить нефтеносные пески или нефтеносный сланец, перед тем как они вводятся в вертикальную технологическую камеру, с помощью механической энергии частиц размером менее, чем 300 мм. Как результат, реакции, протекающие в вертикальной технологической камере, могут быть сделаны особенно эффективными, так как в этом случае увеличивается площадь реакционной поверхности нефтеносных песков или нефтеносных сланцев, и в то же время обеспечивается достаточная проницаемость газа в сыпучий материал.

[0021] Дополнительный предпочтительный вариант осуществления способа изобретения представляет собой такой, в котором как щелочные вещества применяют оксиды металлов, карбонаты металлов, гидроксиды металлов или смеси двух или трех этих веществ. Они могут быть дозированы целенаправленно в вертикальную технологическую камеру или в газовую фазу над зоной горения. Другая возможность заключается в смешивании оксидов металлов, карбонатов металлов, гидроксидов металлов или смесей двух или трех этих веществ с нефтеносными песками и/или нефтеносным сланцем до введения в вертикальную технологическую камеру.

[0022] Оказалось особенно предпочтительно, что щелочные вещества применяют, по меньшей мере, частично в мелкозернистой форме, с размером частиц менее, чем 2 мм в виде твердого материала и/или в виде суспензии в воде.

[0023] Вариант, в котором применяемые оксиды металлов, карбонаты металлов и гидроксиды металлов содержат элементы щелочноземельных металлов и особенно предпочтительно содержат кальций в виде катиона, оказались особенно предпочтительными. Кальций здесь имеет то преимущество, что применяемый соответствующий материал оксид кальция, карбонат кальция или гидроксид кальция, имеет подходящие физические и химические свойства материала такие, чтоб достичь практически оптимальных результатов в способе согласно настоящему изобретению в отношении связывания газообразных серосодержащих соединений. Кроме того, полученные серосодержащие соединения кальция являются особенно хорошо подходящими для того, чтобы быть отделенными от газовой фазы в виде твердого вещества при температуре свыше 300°C.

[0024] Способы в известном уровне техники, до сих пор часто имеют много технических проблем из-за образования продуктов расщепления, которые содержат масло или смолу. В способе согласно изобретению эти проблемы решаются так, что в вертикальной технологической камере и/или в газовой фазе извлеченных газовых продуктов реакции в присутствии паров воды и оксида кальция и/или карбоната кальция и/или гидроксида кальция, катализированные кальцием преобразования осуществляются при температуре выше 400°C. В процессе, основными компонентами полученных продуктов расщепления, содержащих масло и/или смолу, которые имеют длину цепи больше, чем С4, превращаются в монооксид углерода, диоксид углерода и водород.

[0025] Необходимый водяной пар можно дозировать целенаправленно в вертикальную технологическую камеру и/или в газовую фазу над зоной горения. Вариант осуществления, в котором водяной пар снабжают in situ из остаточной влаги нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца также является преимущественным. В этом случае, может быть также возможным, чтобы полностью обойтись без измерений в воде.

[0026] Способ изобретения может в принципе быть также выполнен параллельно способам предыдущего уровня техники, описанным выше для отделения природного битума от компонента породы нефтеносных песков или нефтеносных сланцев. В этом случае как вода, для катализированных кальцием преобразований может также предпочтительно применятся водная среда из эксплуатационного процесса нефтеносного песка, например из экстракции природного битума.

[0027] Чтобы обеспечить особенно эффективную форму способа согласно изобретению, является предпочтительным удаление высокой доли как можно более мелкозернистых щелочных веществ и твердых соединений серы из вертикальной технологической камеры через газовую фазу. Это достигается тем, что скорость потока газообразных продуктов реакции отбирают в верхней части вертикальной технологической камеры, в результате соответствующего управления процессом, снаряженного, по крайней мере, 10 м/с и, таким образом, по меньшей мере, частично обеспечено удаление мелкозернистых щелочных веществ и твердых соединений серы из вертикальной технологической камеры через газовую фазу.

[0028] Для успеха способа согласно изобретению, важно, чтобы в способе было предоставлено достаточное количество щелочных веществ для связывания продуктов серы. Было продемонстрировано, что мелкозернистые щелочные вещества должны быть использованы в количественном соотношении, по крайней мере, 1 г на Нм3 полученных в результате газообразных продуктов реакции для того, чтобы достичь хороших результатов. В результате, общая концентрация пыли в газовой фазе, втянутой из газообразных продуктов реакции, по крайней мере, 1 г твердых веществ на Нм3 также обеспечивается. Эта минимальная концентрация пыли оказалась необходимой для того, чтобы обеспечить стабильный способ получения синтез-газа с низким содержанием серы.

[0029] Для эффективного отделения пыли из синтез-газа было обеспечено выгодно проводить отделение тонкого материла мелкозернистых щелочных веществ и твердых соединений серы из газовой фазы, которое происходит через стационарный фильтр поверхностей, на стороне набегающего потока, который покрыт материалом твердых фильтрующих форм, как глубокий слой фильтрации. В результате обеспечивается конечный интенсивный контакт газообразных продуктов расщепления с предыдущими мелкозернистыми щелочными веществами до окончательного тонкого разделения материала, и следовательно максимальное количество газообразных соединений серы вступает в реакцию с щелочными веществами и удаляется из системы.

[0030] Подвижный слой сыпучего материала, требуемый для способа формируется, по меньшей мере, частично посредством компонента горной породы применяемых нефтеносных песков или нефтеносных сланцев. В зависимости от свойств нефтеносных песков или нефтеносных сланцев, тем не менее, может быть выгодным добавление подвижного слоя сыпучего материала посредством дополнительного измерения грубого материала для того, чтобы увеличить текучесть сыпучего материала и/или его газопроницаемость. Это преимущество происходит в том, что крупнокусковой материал смешивают с нефтеносными песками или нефтеносным сланцем перед подачей в вертикальную технологическую камеру.

[0031] Было найдено, что способ может работать в особенности выгодно, если в качестве крупнокускового материала применяются минеральные вещества и/или другие неорганические вещества или смеси веществ, которые имеют размер частиц в диапазоне от 2 мм до 300 мм. Такие же хорошие результаты достигаются, если в качестве крупнокускового материала применяются древесные и/или другие биогенные материалы, которые имеют размер частицы в диапазоне от 2 мм до 300 мм.

[0032] Важной регулирующей величиной для работы способа является дозированное количество содержащего кислород газа и полученное в результате общее лямбда. Процесс выполняется при восстановительных общих условиях, и общее лямбда менее, чем 0.5 устанавливается на всех уровнях технологической камеры. Предпочтительно, способ может также работать при общее лямбда 0.3 или менее.

[0033] В зависимости от содержания битума применяемых нефтеносных песков или нефтеносных сланцев, может быть целесообразным увеличить тепловой коэффициент посредством добавления дополнительных носителей углерода. Это преимущественно может быть сделано таким образом, что такие носители углерода смешивают с нефтеносными песками или нефтеносным сланцем перед подачей в вертикальную технологическую камеру.

[0034] Для того, чтобы обеспечить движение возможного равномерного потока сыпучего материала через вертикальную технологическую камеру, содержащий кислород газ может быть подан в вертикальную технологическую камеру в виде импульсов давления. Механические силы, генерируемые таким образом, способствуют послаблению и/или усилению потока сыпучего материала. Эти импульсы давления могут, к примеру, быть заблокированы на регулярные промежутки времени, таким образом, что в сыпучем материале в самом начале предотвращены образования мостов или закупорок.

[0035] Способ изобретения имеет преимущество, что природный битум, содержащийся в нефтеносных песках/нефтеносных сланцах более не должен быть изолирован из материала горных пород, применяя сложные, вредные в экологическом отношении способы разделения; вместо этого, одноэтапным способом, он может быть преобразован особенно эффективно и экологически приемлемо в высококачественный синтетический газ, в основном содержащий монооксид углерода, водород и низкие углеводороды. Особым преимуществом является то, что синтетический газ, полученный таким образом, является очень чистым и с низким содержанием серы, и в результате может быть доступным для множества других процессов. К примеру, можно преобразовать синтетический газ в самые различные углеводороды или же жидкое топливо, с использованием синтеза Фишера-Тропша. Этот вариант осуществления также весьма выгоден ввиду того, что осадки и сточные воды, которые в другом случае возникают в разделении природного битума или нефтяного кокса, что происходит в другом случае, связаны с способом, не созданным в первую очередь; вместо этого, может быть достигнуто полное превращение всех органических компонентов нефтеносных песков/нефтеносных сланцев в синтетический газ.

[0036] Фиг.1 показывает один примерный вариант осуществления способа изобретения. Она предназначена для объяснения способа, но не для ограничения его объема.

[0037] Нефтеносные пески или нефтеносный сланец (А), извлеченные путем добычи открытым способом измельчают с помощью измельчительных систем (1) механически до размера частиц менее, чем 30 см и подают сверху, через вертикальный желоб, в противоточный угольной пыли газификатор (2), который выполнен в виде вертикальной технологической камеры. Сыпучий материал формируется полностью или частично посредством компонента горной породы из нефтеносного песка/нефтеносного сланца (А). В зависимости от качества и физической природы нефтеносных песков или нефтеносного сланца, может быть выгодно смешивать в еще более крупнокусковой материал (3), с размером частиц от 2 мм до 300 мм, с сыпучим материалом. Это особенно уместно, когда поведение потока или газопроницаемость сыпучего материала нуждается в совершенствовании.

[0038] Тем не менее, другие носители углерода (4) могут быть смешаны с сыпучим материалом для увеличения доли эксплуатируемого углерода в сыпучем материале. Кроме того, также могут быть использованы древесина и биогенные вещества, чрезвычайно различные носители углерода. Например, даже остатки, которые встречаются до этого, при разработки месторождений нефтеносных песков или нефтеносных сланцев. В частности, это может быть битумно-содержащие отложения или нефтяные коксы.

[0039] Смесь сыпучего материала, крупнокускового материала и остатков проходит через вертикальную технологическую камеру (2) под действием силы тяжести сверху вниз. Противоточный угольной пыли газификатор имеет трубки горелки (5) в его средней области, которые обеспечивают основную нагрузку обжига в вертикальной технологической камере и поступательное развитие зоны горения (6). Этими горелками можно управлять природным топливом (7) и содержащим кислород газом (8). Альтернативно к природному топливу, также может быть применен синтез-газ из противоточного угольной пыли газификатора (9).

[0040] На нижнем конце вертикальной технологической камеры вводят содержащий кислород газ (10). Этот газ служит, прежде всего, для охлаждения сыпучего материала в зоне охлаждения (11) перед тем, как он покидает вертикальную технологическую камеру. Содержащий кислород газ, таким образом, нагревают, как он продолжает течь вверх в вертикальной технологической камере. По принципу газификации противотоком, кислород из содержащего кислород газа реагирует с содержащими углерод материалами в сыпучем материале посредством окисления, и количество содержащего кислород газа регулируют таким образом, чтоб общее лямбда менее, чем 0.5 устанавливают в вертикальной технологической камере. В результате, образуется первая зона горения (6), в которой остатки содержащего углерод материала реагируют с кислородом до образования СО2. Далее вверх в технологической камере, кислород дополнительно уменьшается таким образом, что в конце концов, только низкотемпературная карбонизация, до тех пор, пока далее вверх не будет полностью израсходован весь кислород, и зона пиролиза (12) образуется в полностью восстановительных условиях.

[0041] С другой стороны, если взглянуть на поток смеси сыпучего материала, включающей нефтеносные пески/нефтеносные сланцы, сыпучий материал и щелочные вещества сверху вниз, что происходит впервые в зоне пиролиза (12) сушка обычно влажных применяемых материалов до достижения внутренней температуры 100°C. После этого, внутренняя температура материалов в дальнейшем возрастает, в результате чего начинается процесс газификации и при внутренней температуре до 500°C, начинается образование метана, водорода и СО. После обширной дегазации, внутренняя температура материалов в дальнейшем увеличивается из-за горячих газов, поднимающихся из зоны горения (6), так что, в конце концов, углеродсодержащие материалы являются полностью дегазированными и в настоящее время не включают только остаточный кокс, так называемый пиролизный кокс и зольные компоненты. Пиролизный кокс транспортируется с объемным материалом дальше вниз в вертикальную технологическую камеру, где он преобразовывается частично в СО при температурах выше 800°C с компонентами СО2 из зоны горения преобразованием Будуара и также газифицируется. Некоторые из пиролизного кокса также реагируют в этой зоне путем реакции водяного газа с водяным паром, который также присутствует в горячих газах, образуя СО и водород. Наконец, при температурах ниже 1800°C, остатки пиролизного кокса практически полностью сгорают и термически утилизируются в зоне горения (6) вместе с кислородсодержащим газом, протекающим снизу. В результате, возможно для противоточного угольной пыли газификатора быть снабженным практически всей энергией, необходимой для газификации. Это также известно как процесс автотермической газификации.

[0042] Вода (13), в качестве дополнительной охлаждающей и газифицирующей среды также может быть дозирована в зону охлаждения с помощью водяных пик (14).

[0043] Синтез-газ, образованный в вертикальной технологической камере извлекается на верхнем конце с помощью отсасывания (15), так что в верхней газовой камере (16), устанавливается небольшое разрежение от 0 до 200 мбар.

[0044] В зависимости от качества применяемых веществ, во время процесса газификации может встречаться большое количество газообразных соединений серы. Поэтому целесообразно, если щелочные вещества смешивают с нефтеносными песками/нефтеносными сланцами и объемным материалом до их попадания в вертикальную технологическую камеру. Для этой цели, оксиды металлов, гидроксиды металлов или карбонаты металлов являются особенно подходящими, и применение мелкозернистого оксида кальция является особенно предпочтительным, так как из-за его реакционной способности и большой удельной поверхности он реагирует самопроизвольно с образовавшимися газообразными соединениями серы и тем самым формирует твердые соединения серы, которые вполне преимущественно удалены из вертикальной технологической камеры вместе с синтез-газом, который извлекается путем отсасывания. Тем не менее, другие загрязняющие вещества, такие как хлор, хлористый водород или даже тяжелые металлы могут быть весьма эффективно связаны с СаО и удалены из процесса тем же самым путем.

[0045] Кроме того, может быть целесообразно использовать крупнозернистые оксиды металлов, гидроксиды металлов или карбонаты металлов в качестве сыпучего материала (3), с целью, с одной стороны, увеличить соотношение сыпучего материала к содержащим углерод материалам и также с другой, чтобы сделать участников щелочной реакции доступными в нижней части вертикальной технологической камеры для связывания газообразных серных соединений.

[0046] Синтез-газ, извлеченный путем отсасывания, содержит пыль, которая, по сути, состоит из твердых серосодержащих соединений, мелкозернистых щелочных веществ, других загрязняющих веществ и инертных частиц. Этот синтез-газ, содержащий пыль, может быть обработан в газовой камере (16) вертикальной технологической камеры, или после покидания вертикальной технологической камеры (15), в присутствии водяного пара и мелкозернистого оксида кальция при температурах свыше 400°С. Эта температура может быть установлена путем соответствующего регулирования количества кислородсодержащего газа (10) на нижнем конце вертикальной технологической камеры или посредством теплотворности трубок горелок (5) в зоне горения. Тем не менее, особенно выгодно использовать направленное осветление в синтез-газе через трубки горелки (17), которые действуют стехиометрически с топливом и содержащим кислород газом или даже с избытком содержащего кислород газа. Эта термическая доочистка в присутствии водного пара и оксида кальция гарантирует, что масла и смолы, все еще присутствующие в синтетическом газе, будут отщепляться посредством каталитического действия оксида кальция.

[0047] Содержащий пыль синтез-газ затем освобождают от пыли при температурах выше 300°С посредством фильтрации горячим газом (18). Фильтр для пыли (19), содержащий серу, выводится из процесса и либо утилизируется, либо переходит на альтернативное применение. В предпочтительном варианте осуществления способа, также возможно сочетать фильтр для пыли, по крайней мере, частично от мелкозернистых щелочных веществ с сыпучим материалом и таким образом работать в режиме частичной циркулярности.

[0048] Получившийся синтез-газ (9) является практически не содержащим серу и может быть применен в виде топлива в бойлерных системах.

[0049] В зависимости от условий на месте или от требований бойлерных систем, может быть необходимо охлаждать синтетический газ с применением охладителей газа (20) и освободить его от конденсатов, прежде чем может быть выполнена его эксплуатация. Конденсат (21), который производится, может быть применен повторно, по меньшей мере, частично в качестве охлаждающей среды и среды газификации через водные пики (14) в вертикальной технологической камере.

[0050] Смесь сыпучего материала (22) возникающая на нижнем конце вертикальной технологической камеры, по существу, содержит крупный сыпучий материал, остатки золы и мелкозернистый сыпучий материал. Мелкозернистый сыпучий материал может все еще содержать незначительные количества серосодержащих продуктов и других загрязняющих веществ.

[0051] Весь поток сыпучего материала может быть сохранен (23) в полном объеме. Тем не менее, в особенности предпочтительно просеять смесь сыпучего материала (24); крупные фракции (25) могут предпочтительно быть помещены, по крайней мере, частично в циркуляцию и повторно применены в качестве сыпучего материала в вертикальной технологической камере.

[0053] Мелкие просеянные фракции (26), вместе с фильтром для пыли (19), который содержит серу, выводятся из процесса и утилизируются или переходят на альтернативное применение. Здесь вновь возможно в предпочтительном варианте осуществления способа смешать мелкие просеянные фракции, по меньшей мере, частично еще мелкозернистых щелочных веществ с сыпучим материалом в газовой камере (16) и тем самым управлять, по меньшей мере, частично циркуляцией мелко просеянных фракций.

1. Способ непрерывного производства синтез-газа непосредственной газификацией углеродных компонентов, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, в вертикальной технологической камере (2) с зоной кальцинирования и зоной окисления, где в зоне кальцинирования кальцинированные богатые углеродом компоненты окисляются кислородсодержащим газом (10), и газообразные продукты реакции отбирают в верхней части (15) вертикальной технологической камеры, и вертикальная технологическая камера выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окислен, проходит непрерывно сверху вниз, и кислородсодержащий газ вводят, по меньшей мере, частично ниже зоны окисления, где сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, который преобразуется в вертикальной технологической камере путем химической реакции с щелочными веществами при температурах свыше 400°С в твердые серосодержащие соединения посредством добавления щелочных веществ при восстановительных условиях, эти твердые серосодержащие соединения частично отводятся с газообразными продуктами реакции и при температурах выше 300°С они удаляются из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нефтеносные пески и/или нефтеносный сланец, перед подачей в вертикальную технологическую камеру (2), измельчают при помощи механической энергии до размера частиц менее чем 300 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочных веществ, применяют оксиды металлов, карбонаты металлов, гидроксиды металлов или смеси двух или трех этих веществ и они дозированы целенаправленно в вертикальную технологическую камеру (2) и/или в газовую фазу над зоной кальцинирования и/или их смешивают с нефтеносными песками и/или нефтеносным сланцем перед подачей в вертикальную технологическую камеру (2).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что оксиды металлов, карбонаты металлов и гидроксиды металлов содержат элементы щелочноземельных металлов и особенно предпочтительно содержат кальций в виде катиона.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в вертикальной технологической камере (2) и/или в газовой фазе откачивания газообразных продуктов реакции в присутствии водяного пара и оксида кальция, и/или карбоната кальция, и/или гидроксида кальция, катализируемое кальцием преобразование основных компонентов полученных продуктов расщепления, содержащих масло и/или смолу, которые имеют длину цепи больше, чем С4, в монооксид углерода, диоксид углерода и водород выполняется при температурах выше 400°С.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что водяной пар дозируют целенаправленно в вертикальную технологическую камеру (2) и/или в газовую фазу над зоной кальцинирования, и/или снабжают in situ из остаточной влаги нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочные вещества применяют, по меньшей мере, частично в мелкозернистой форме, с размером частиц менее чем 2 мм в виде твердого материала и/или в виде суспензии в воде.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве воды применяют водную среду из процесса разработки месторождений нефтеносного песка, например из экстракции природного битума.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость потока газообразных продуктов реакции, откачанных в верхней части вертикальной технологической камеры (2), составляет до, по меньшей мере, 10 м/с и таким образом, по меньшей мере, частично обеспечено удаление мелкозернистых щелочных веществ и твердых серосодержащих соединений из вертикальной технологической камеры через газовую фазу.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что мелкозернистые щелочные вещества применяют в количественном соотношении, по меньшей мере, 1 г на Нм3 получившихся газообразных продуктов реакции, в результате чего обеспечена общая концентрация пыли в газовой фазе откачивания газообразных продуктов реакции, по меньшей мере, 1 г твердых веществ на Нм3.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение мелкозернистого материала (13) мелкозернистых щелочных веществ и твердых серосодержащих соединений из газовой фазы осуществляют через стационарные поверхности фильтрования, на надвигающейся стороне потока которых покрытие твердого материала фильтрации формирует глубокий слой фильтрации, в результате которого обеспечен конечный интенсивный контакт газообразных продуктов расщепления с мелкозернистыми щелочными веществами перед конечным отделением мелкозернистого материала, чтобы заставить максимальное количество газообразных серосодержащих соединений реагировать с щелочными веществами.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвижный слой сыпучего материала образован частично путем дополнительного дозирования крупнокускового материала, чтобы увеличить текучесть сыпучего материала и/или его газопроницаемость, и крупнокусковой материал смешивают с нефтеносными песками и/или нефтеносным сланцем перед подачей в вертикальную технологическую камеру.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве крупнокускового материала применяют минеральные вещества и/или другие неорганические вещества или смеси веществ, имеющие размер частиц в диапазоне от 2 мм до 300 мм.

14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что в качестве крупнокускового материала применяют древесину и/или другие биогенные материалы, имеющие размер частиц в диапазоне от 2 мм до 300 мм.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановительные общие условия проходят при общем лямбда менее чем 0,5 через все этапы технологической камеры и предпочтительно составляют 0,3 или менее.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные носители углерода смешивают с нефтеносными песками и/или нефтеносным сланцем перед подачей в вертикальную технологическую камеру, чтобы увеличить концентрацию пригодных для разработки углеродсодержащих компонентов в подвижном слое сыпучего материала.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ подают в вертикальную технологическую камеру в виде импульсов давления, чтобы при помощи этих механических сил способствовать расслаблению и/или укреплению потока сыпучего материала.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют полученный синтез-газ, по меньшей мере, частично в качестве сырья для синтеза Фишера-Тропша для получения углеводородов, таких как топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения синтез-газа. Твердое и жидкое топливо подают в реактор (1), где под действием высокой температуры, кислородсодержащего газа (2) и водяного пара (3) получают сырой синтез-газ (5).

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к способу обработки генераторных газов, получаемых в газогенераторах перед поступлением их в систему утилизации тепла, и позволяет повысить эффективность теплообмена и снизить энергозатраты .

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в подземной газификации бурого угля в тонких и средней мощности пластах. Способ включает осушение угольного пласта, нагнетание в реакционный канал окислителя по вертикальным дутьевым скважинам, отсос из него продуктов газификации через газоотводящие скважины и минимизацию давления в реакционном канале.

Изобретение относится к способу дозированного извлечения от мелко- до крупнозернистого твердого вещества или смеси твердых веществ из накопительного бункера с устройством для образования псевдоожиженного слоя в области выгрузки или же в дозировочной камере дозирующего бункера, а также к соответствующему устройству для осуществления способа.

Изобретение относится к способу и к системам, в которых скомпонованы процесс газификации угля с процессом прямого производства железа на основе угля. .

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области производства среднетемпературного кокса металлургического назначения и к области производства синтез-газа для последующего его использования в химической промышленности или энергетике.

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. .

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и жидкого топлива.

Изобретение относится к области экологически чистой термохимической переработки вторичных древесных и растительных ресурсов, в частности древесного опила или торфа в энергетических установках для получения карбидной нефти и высококалорийного газа.

Изобретение относится к реакторам плазменной газификации или витрификации материалов, которые имеют реакционные слои из углеродсодержащего материала, способу формирования и поддержания углеродсодержащего слоя и исходному материалу для формирования углеродсодержащего изделия для использования среди частиц углеродсодержащего слоя. Реактор содержит реакционный сосуд, содержащий углеродсодержащий слой и имеющий одну или несколько плазменных горелок для создания повышенной температуры внутри слоя, реакционный сосуд, имеющий одно или несколько впускных отверстий для загружаемого материала над слоем для закладки перерабатываемого материала снаружи сосуда на слой, одно или несколько газоотводящих отверстий над слоем для выхода газообразных продуктов из сосуда и одно или несколько отверстий для шлака на дне слоя для выхода расплавленного шлака и металлов из сосуда, и углеродсодержащий слой, содержащий массу частиц, которые содержат углерод и имеют различный размер и форму, оставляющие пустоты между частицами, и с прочностью частиц, достаточной для сохранения пустот между частицами под давлением перерабатываемого материала на слой, и масса частиц, содержащих углерод, имеет по меньшей мере 25% содержания углерода в частицах, отличных от кокса, выбранных из группы, состоящей из деревянных брусков из природной древесины, блоков, содержащих углеродсодержащую пыль и одно или несколько связующих веществ, и их смесей. Способ формирования и поддержания углеродсодержащего слоя с компонентами, заменяющими кокс, включает формирование некоторого числа некоксовых компонентов, формирование первоначального углеродсодержащего слоя количеством частиц кокса, осуществление процесса пиролиза с углеродсодержащим слоем и восполнение углеродного материала в процессе пиролиза. Изобретение обеспечивает минимизацию использования кокса. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 табл., 9 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды. Способ включает предварительную обработку и хранение биомассы, газификацию биомассы в газификаторе, охлаждение, промывку и удаление пыли из сырого газа газификации, хранение свежего газа. В газификаторе используют внешний источник тепла и регулируют температуру реакции в интервале 1300-1750°С. Полученный в газификаторе сырой синтез-газ вводят в башенный охладитель и двухстадийный бойлер-утилизатор отходящего тепла. Охлажденный сырой газ подвергают обработке с помощью промывки и электроосаждения. Полученный свежий газ сохраняют в газгольдере. Изобретение позволяет улучшить качество сырого газа. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газификатору биомассы с неподвижным слоем на основе микроволновой плазмы и способу газификации биомассы и твердых отходов в синтез-газ высокого качества. Газификатор содержит вертикально расположенный корпус, блок мониторинга и устройство генерации микроволновой плазмы. На корпусе газификатора обеспечены впуск для материала и топлива, выпуск для полученного газа, впуск для кислорода/пара и выпуск для шлака в нижней его части. Корпус газификатора содержит свободную зону в своей верхней части и зону неподвижного слоя в своей нижней части. Блок мониторинга расположен вблизи выпуска для синтез-газа. Устройство генерации микроволновой плазмы расположено на корпусе газификатора. При осуществлении способа газификации подают биомассу в газификатор через питающее устройство, газифицируют ее в зоне с неподвижным слоем, давая высокотемпературный топочный газ, позволяют топочному газу течь вверх для теплообмена с новоподаваемой биомассой в зоне подачи газификатора и реагировать с паром, распыляемым из нижней форсунки кислорода/пара и с плазменным окислителем, генерируемым первым микроволновым генератором плазмы, с получением синтез-газа, позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону, где смолу в синтез-газе крекируют, а углеводороды в синтез-газе превращают в присутствии плазмы, генерируемой вторым микроволновым генератором плазмы, позволяют коксовым остаткам падать вниз в зону неподвижного слоя и выделять тепловую энергию для поддержания температуры зоны неподвижного слоя, а также выпускают шлаки из выпуска для шлаков и осуществляют мониторинг температуры и компонентов синтез-газа, чтобы поддерживать параметры процесса в заданном интервале. Изобретение обеспечивает газификацию с высокой эффективностью и экономичностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх