Способ термохимической переработки и утилизации твёрдых измельчённых веществ, содержащих углеводороды, и установка для его осуществления

Изобретение относится к области термохимической переработки и утилизации твердых веществ, содержащих углеводороды, и может найти применение в установках газификации веществ, содержащих углеводороды. Техническим результатом является повышение эффективности технологического процесса. Способ включает ввод вещества и газифицирующего агента в реакционную камеру, осуществление процессов формирования газифицирующего агента, нагрева, термического разложения, газификации вводимого вещества, очистки и разделения продуктов газификации. Ввод вещества и процессы газификации, включающие процессы формирования высокотемпературного газифицирующего агента, нагрев, термическое разложение, газификацию вещества с получением парогазовой смеси, ее очистки, осуществляют в две стадии. Первую стадию осуществляют не менее чем в двух первичных реакционных камерах, а вторую стадию осуществляют в основной реакционной камере. Процессы, осуществляемые в первичных реакционных камерах, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных радиальных потоках, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, движущихся с ростом осевой составляющей скорости. Процессы, осуществляемые в основной реакционной камере и в устройствах формирования газифицирующих агентов, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных потоках, движущихся с противоположными осевыми скоростями, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной турбулентностью и интенсивными акустическими колебаниями. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к области термохимической переработки и утилизации твердых веществ, содержащих углеводороды, и может найти применение в установках газификации веществ, содержащих углеводороды, например: низкокалорийный каменный или бурый уголь (лигнит); угольный шлам; древесные отходы (щепа, кора, обрезки, пыль, лигнин); бытовые отходы различного состава; промышленные отходы (бумага, текстиль, пластмасса); твердый остаток водоканалов; торф.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ газификации углей, включающий ввод пылевидного топлива посредством дутья и газифицирующего агента в реакционную камеру, причем перед вводом топлива в реакционную камеру часть топлива с окислителем подают в подготовительные камеры, выполненные в виде муфеля, в которых предварительно генерируют поток низкотемпературной плазмы, осуществляют смешение потока низкотемпературной плазмы с пылевидным топливом, нагрев и возгорание топлива, и поддерживают процесс горения в предварительно включенных подготовительных камерах, выполненных в виде муфеля, затем продукты сгорания направляют в реакционную камеру, в которую тангенциально вводят основной поток пылевидного топлива и газифицирующий агент для осуществления полной газификации топлива, при этом в качестве окислителя используют воздух, а в качестве газифицирующего агента используют перегретый пар (см. патент RU №2062287, 20.06.1996).

Наиболее близкой к заявляемой установке является установка для газификации углей, содержащая цилиндрическую реакционную камеру, средства для ввода реагентов и вывода продуктов реакции, при чем она дополнительно снабжена, по крайней мере, двумя диаметрально расположенными подготовительными камерами, соединенными с нижней частью реакционной камеры, расположенной вертикально, при этом каждая из подготовительных камер выполнена в виде муфеля со встроенным плазмотроном, причем муфели соединены с реакционной камерой тангенциально и направлены навстречу друг другу (см. патент RU №2062287, 20.06.1996).

Недостатком известного способа и установки является недостаточная эффективность осуществления технологического процесса, высокие затраты электрической энергии на питание плазмотронов и ограничение времени непрерывной работы плазмотронов, увеличенная масса и габариты установки.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение эффективности технологического процесса путем интенсификации процессов газификации, осуществления физико-химических процессов в сильно закрученных, радиальных и осевых противоточных потоках газа высокой температуры, снижения массы и габаритов установки, уменьшения нагрузки на систему очистки дымовых газов, снижения затрат электрической энергии на формирование газифицирующего агента.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе термохимической переработки и утилизации твердых измельченных веществ, содержащих углеводороды, включающем ввод вещества и газифицирующего агента в реакционную камеру, осуществление процессов формирования газифицирующего агента, нагрева, термического разложения, газификации вводимого вещества, очистки и разделения продуктов газификации, согласно изобретению, ввод вещества и процессы газификации, включающие процессы формирования высокотемпературного газифицирующего агента, нагрев, термическое разложение, газификацию вещества с получением парогазовой смеси, ее очистки, осуществляют в две стадии, при этом первую стадию осуществляют не менее, чем в двух первичных реакционных камерах, а вторую стадию осуществляют в основной реакционной камере, причем процессы, осуществляемые в первичных реакционных камерах, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных радиальных потоках, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, движущихся с ростом осевой составляющей скорости, а процессы, осуществляемые в основной реакционной камере и в устройствах формирования газифицирующих агентов, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных потоках, движущихся с противоположными осевыми скоростями, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной турбулентностью и интенсивными акустическими колебаниями.

Такое осуществление способа приводит к интенсификации процесса, что повышает эффективность технологического процесса.

Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата стало также возможным благодаря установке термохимической переработки и утилизации твердых измельченных веществ, содержащих углеводороды, которая содержит основную реакционную камеру, не менее двух первичных реакционных камер, соединенных тангенциально с основной реакционной камерой, устройства ввода перерабатываемого вещества, устройство подготовки газифицирующего агента и устройства вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества. Основная реакционная камера выполнена в виде вихревой противоточной камеры сгорания, первичные реакционные камеры установлены в верхней части основной реакционной камеры и выполнены в виде пространственных радиальных щелевых конфузоров. Каждая первичная реакционная камера соединена с устройством ввода перерабатываемого вещества и с устройством формирования подготовки газифицирующего агента, включающем пароперегреватель, устройство генерации газа высокой температуры, выполненное в виде камеры сгорания, выходное сопло которого соединено с пароперегревателем, а выходное сопло пароперегревателя соединено с устройством ввода перерабатываемого вещества и с первичной реакционной камерой тангенциально ее внутренней поверхности на максимальном диаметре, при этом основная реакционная камера на верхнем торце соединена патрубком с устройством разделения парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, а нижний торец основной реакционной камеры соединен коаксиальным кольцевым патрубком с устройством вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества.

Выполнение основной реакционной камеры в виде вихревой противоточной камеры сгорания, и наличие не менее двух первичных реакционных камер, установленных в верхней части основной реакционной камеры, и выполненных в виде пространственных радиальных щелевых конфузоров, причем каждая первичная реакционная камера соединена с устройством ввода перерабатываемого вещества и с устройством формирования подготовки газифицирующего агента, позволяет повысить долю участия и эффективность процессов в подготовительных камерах в общем технологическом процессе, что позволяет уменьшить нагрузку на процесс газификации в основной реакционной камере, и уменьшить ее габариты и массу, что способствует повышению эффективности технологического процесса.

Осуществление процессов формирования высокотемпературных продуктов сгорания в камере сгорания вихревого противоточного типа приводит к интенсификации процессов смесеобразования, воспламенения, горения, стабилизации горения, что повышает эффективность технологического процесса, а также снижаются затраты электрической энергии по сравнению с муфелями.

Выполнение каждой первичной реакционной камеры соединенной с устройством ввода перерабатываемого вещества и с устройством формирования подготовки газифицирующего агента, включающем пароперегреватель, устройство генерации газа высокой температуры, выполненное в виде камеры сгорания, выходное сопло которого соединено с пароперегревателем, а выходное сопло пароперегревателя соединено с устройством ввода перерабатываемого вещества и с первичной реакционной камерой тангенциально ее внутренней поверхности на максимальном диаметре, позволяет осуществить процессы формирования газифицирующего агента в пароперегревателе в виде парогазовой смеси сильно закрученных высокотемпературных продуктов сгорания и перегретого водяного пара, движущихся в противотоке. Это приводит к интенсификации процесса за счет усиления тепломассообменных процессов, что повышает эффективность технологического процесса. Кроме того, сокращается время пребывания продуктов газификации в реакционной камере, в зоне с высокой температурой, что приводит к уменьшению синтеза окислов азота, и, в результате, уменьшается нагрузка на систему последующей очистки синтез газа, что делает процесс более экологичным.

Выполнение основной реакционной камеры на верхнем торце соединенной патрубком с устройством разделения парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, позволяет выведенную из основной реакционной камеры парогазовую смесь разделить на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, с утилизацией тепловой энергии для получения водяного пара и нагретого воздуха, с последующим их использованием в предлагаемом способе, что повышает эффективность процесса.

Соединение нижнего торца основной реакционной камеры коаксиальным кольцевым патрубком с устройством вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу и уменьшить нагрузку на систему очистки дымовых газов.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема установки, на фиг. 2 изображена конструктивная схема установки, на фиг. 3 показан вид по А фиг. 2 основной реакционной камеры, первичных реакционных камер и устройства формирования газифицирующего агента, на фиг. 4 показан вид по Б первичной реакционной камеры и устройства формирования газифицирующего агента, на фиг. 5 (пример 1) изображена конструктивная схема первичной реакционной камеры с пароперегревателем, на фиг. 6 (пример 1) изображена конструктивная схема установки, включающей первичные и основную реакционные камеры.

Установка содержит: основную цилиндрическую реакционную камеру 1 (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3); две или более первичные реакционные камеры 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4); дополнительную первичную реакционную камеру 3 (фиг. 1 и фиг. 2); устройства ввода перерабатываемого вещества 4 (фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4); устройства подготовки газифицирующего агента 5 (фиг. 1, фиг. 3), содержащие пароперегреватель 6 и устройство генерации газа высокой температуры 7; устройство разделения парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду 8 (фиг. 1 и фиг. 2); устройство вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества 9 (фиг. 1, фиг. 2).

Первичные реакционные камеры 2 соединены каждая выходным патрубком 10 (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3), установленным в верхней части основной реакционной камеры 1, с внутренним объемом основной реакционной камеры 1, тангенциально ее внутренней поверхности.

Входной патрубок 11 (фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4) первичной реакционной камеры 2 и 3 (фиг. 1 и фиг. 2) соединен с выходным соплом пароперегревателя 6 и патрубком 12 с устройством ввода перерабатываемого вещества 4 (фиг. 4), при этом входной патрубок 11 установлен тангенциально внутренней поверхности камеры 2 и 3 на максимальном диаметре (фиг. 4).

Основная реакционная камера 1 на верхнем торце соединена патрубком 13 с устройством 8 (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3), а нижним торцем камера 1 соединена с коаксиальным кольцевым каналом 14 (фиг. 2) устройства вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества 9, выполненным в виде циркуляционного водного затвора, содержащего блок нагнетания воды 15, блок разделения воды и твердых компонентов 16, при этом блоки 15 и 16 соединены с каналом 14 соответственно патрубками 17 и 18 (фиг. 1 и фиг. 2), а между собой соединены трубопроводом 19. Блок 15 соединен трубопроводом 20 с внешним источником воды, а блок 16 соединен трубопроводом с бункером удаления твердых компонентов 21 (фиг. 1).

Нижний торец основной реакционной камеры 1 соединен аксиальным патрубком 22 с выходным соплом нижней дополнительной первичной реакционной камерой 3 (фиг. 1 и фиг. 2).

Основная цилиндрическая реакционная камера 1, пароперегреватели 6 и устройства генерации высокотемпературного газа 7 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 3) выполнены на основе способов реализованных в конструкции вихревых противоточных камер (см. патенты: №2196940, 20.01.2003; №2212003, 10.09.2003; №2212004, 10.09.2003; №2277204, 27.05.2005; №2277204, 27.05.2006; №2307985,10.10.2007; №2352864, 20.04.2009).

Первичные реакционные камеры 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) и 3 (фиг. 1 и фиг. 2) выполнены на основе способов реализованных в конструкции пространственных вихревых радиальных предтопков (см. №2389946, 20. 05. 2010), причем конструкция камер 2 и 3 выполнена в виде пространственных щелевых изоградиентных конфузоров.

Устройство разделения парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду 8 соединено паропроводом 23 с пароперегревателем 6, воздухопроводом 24, топливопроводом 25 (фиг. 1) с устройством генерации высокотемпературного газа 7.

Установка содержит устройство 26 разделения неконденсируемых газов на горючий газ и дымовой газ, соединенное патрубком 27 с устройством 8 (фиг. 1 и фиг. 2), при этом устройство 26 соединено на выходе газа с газопроводом 28 и 29, соответственно выходом очищенного газа и дымового газа. Газопровод 28 разветвляется на газопровод 30 и 31 (фиг. 1). Газопровод 30 соединен с внешними устройствами удаления дымового газа, содержащими дымосос и дымовую трубу, а газопровод 31 соединен с устройством генерации высокотемпературного газа 7.

Устройство 4 (фиг. 1) соединено трубопроводом 32 с устройством 33 подачи химических реагентов, подаваемых по трубопроводу 34 от внешнего источника, и трубопроводом 35 с источником перерабатываемого вещества.

Устройство 8 (фиг. 1) соединено трубопроводами 36 и 37 соответственно с внешними источниками воды и воздуха. Трубопровод 25 разветвляется на два трубопровода 38 и39, при этом трубопровод 38 подает газ внешнему потребителю, а трубопровод 39 подводит газ к камерам сгорания 7.

Предлагаемый способ термохимической переработки и утилизации твердых веществ, содержащих углеводороды, осуществляют следующим образом. Процесс газификации вводимого вещества, включающий процессы формирования высокотемпературного газифицирующего агента, нагрев, термическое разложение, газификацию вещества с получением парогазовой смеси, ее очистку осуществляют в две стадии.

В первой стадии процесс газификации осуществляют в двух или более первичных реакционных камерах, в сформированных высокотемпературных сильно закрученных радиальных потоках, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, движущиеся с ростом осевой составляющей скорости.

Во второй стадии процесс газификации осуществляют в основной реакционной камере в сформированных высокотемпературных сильно закрученных потоках, движущихся с противоположными осевыми скоростями, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной турбулентностью и интенсивными акустическими колебаниями.

В первой стадии процесса газификации запускают дополнительную первичную реакционную камеру, в которой формируют поток парогазовой смеси и компонентов твердого топлива с противоположной окружной и осевой скоростью внешнего потока, формирующегося в основной реакционной камере. Это приводит к интенсификации процесса газификации путем дополнительной турбулизации потоков за счет противоположных сдвиговых окружных скоростей.

Процесс генерации высокотемпературного газа, для формирования газифицирующего агента осуществляют в камере сгорания вихревого противоточного типа, в качестве высокотемпературного газа используют продукты сгорания смеси воздуха и неконденсируемых газов или жидкие углеводороды.

Процесс формирования газифицирующего агента высокой температуры осуществляют в вихревом противоточном смесителе, в котором используют водяной пар и высокотемпературные продукты сгорания камеры сгорания вихревого противоточного типа.

Процессы нагрева, термического разложения, газификации вещества с получением парогазовой смеси в первичных реакционных камерах осуществляют в профилированных пространственных щелевых конфузорах, путем тангенциальной подачи в периферийную область газифицирующего агента и измельченных углеводородных веществ.

В основной реакционной камере осуществляют разделение парогазовой смеси и твердых негорючих компонентов с их последующим выводом.

Выведенную из основной реакционной камеры парогазовую смесь разделяют на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, с утилизацией тепловой энергии для получения водяного пара и нагретого воздуха, с последующим их использованием в предлагаемом способе.

Неконденсируемые газы разделяют на горючий газ и дымовой газ.

Установка работает следующим образом. В устройстве подготовки газифицирующего агента 5 (фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4) формируют скоростной поток газифицирующего агента. Газифицирующий агент формируют из водяного пара, получаемого в устройстве 8 и подаваемого по трубопроводу 23 в пароперегреватель 6, и высокотемпературных продуктов сгорания. Продукты сгорания получают в устройстве генерации высокотемпературного газа 7, выполненного в виде камеры сгорания, в которую из устройства 8 по воздухопроводу 24 подают нагретый воздух, а по топливопроводу 25 и 39, или по газопроводу 28 и 31 подают топливо.

Внутри камеры сгорания 7 (фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4), формируют топливовоздушную смесь, поджигают ее от внешнего источника и осуществляют процесс горения и формирования потока продуктов сгорания с заданными характеристиками на выходе из устройства 7 и входе в пароперегреватель 6.

Процесс в устройствах 6 и 7 осуществляют в сильно закрученных, противоточных потоках

Осуществление процессов формирования высокотемпературных продуктов сгорания в камере сгорания вихревого противоточного типа 7, приводит к интенсификации процессов смесеобразования, воспламенения, горения, стабилизации горения.

Осуществление процессов формирования газифицирующего агента в пароперегревателе 6 в виде парогазовой смеси сильно закрученных высокотемпературных продуктов сгорания и перегретого водяного пара, движущихся в противотоке, приводит к его интенсификации за счет усиления тепломассообменных процессов.

Подготовленные для переработки твердые вещества из внешнего источника по трубопроводу 35 (фиг. 1) подают в устройства ввода перерабатываемого вещества 4. Одновременно и по мере необходимости из внешнего источника по трубопроводу 34 (фиг. 1) подают химические реагенты в устройство 33, которое дозирует и подает по трубопроводу 32 в устройство 4 химические реагенты, которые смешиваются с перерабатываемым веществом и попадают в патрубок 12.

Из пароперегревателя 6 (фиг. 1) сформированный газифицирующий агент подают в патрубок 11, в который одновременно из патрубка 12 подают смесь перерабатываемого вещества и химических реагентов, формируя в нем высокоскоростной поток смеси вещества и высокотемпературного газифицирующего агента.

Сформированную смесь вещества и газифицирующего агента вводят по патрубкам 11 (фиг. 1) в две или более первичные реакционные камеры 2, формируют сильно закрученные радиальные потоки газифицирующего агента и вещества, осуществляют нагрев, термическое разложение и газификацию с получением парогазовой смеси, содержащей компоненты твердого вещества. Процесс газификации в первичных реакционных камерах 2 осуществляют в сильно закрученных радиальных потоках с увеличением осевой составляющей скорости.

Осуществление процессов нагрева, термического разложения, газификации вещества и очистки продуктов газификации в первичной реакционной камере, осуществляемых в сильно закрученном потоке с высоким радиальным градиентом статического давления, приводит к интенсификации этих процессов.

Сформированный в первичных реакционных камерах 2 (фиг. 1) высокотемпературный скоростной поток парогазовой смеси и твердых компонентов первичной газификации подают через патрубки 10 тангенциально в основную реакционную камеру 1, в которой формируют сильно закрученные внешний и внутренний потоки парогазовой смеси и компонентов твердого топлива, движущиеся с противоположными осевыми скоростями. В камере 1 продолжают осуществлять процессы термического разложения, газификации вещества и разделение парогазовой смеси и твердых негорючих компонентов. Осуществление процесса газификации в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной, турбулентностью, превалирующей в радиальном направлении, и интенсивными акустическими колебаниями давления. Завершение процессов газификации вещества и очистки продуктов газификации в основной реакционной камере 1, осуществляемых в сформированных сильно закрученных периферийном и приосевом потоках, движущихся в противотоке, приводит к интенсификации этих процессов. Кроме того, применение предлагаемых способа и установки осуществления технологического процесса в двух или более первичных 2 и основной 1 реакционных камерах, приводит к его эффективному осуществлению путем разделения всего процесса на отдельные процессы, и осуществления их интенсификации.

Запускают дополнительную первичную реакционную камеру 3 (фиг. 1 фиг. 2). Отличительной особенностью рабочего процесса в камере 3 является то, что сформированный газифицирующий агент из смеси пара пароперегревателя 6 и продуктов сгорания камеры сгорания 7 внутри первичной камеры 3 формируют сильно закрученный поток с противоположной окружной скоростью по отношению к окружной составляющей скорости формируемой потоками выходящими из первичных реакционных камер 2 в основную реакционной камеру 1. Вводят сильно закрученный высокотемпературный поток газифицирующего агента аксиально через патрубок 22 (фиг. 1) в приосевую зону камеры 1. Это приводит к интенсификации процесса газификации и очистки от твердых негорючих компонентов путем дополнительной турбулизации потоков за счет противоположных сдвиговых окружных скоростей и высокого уровня центробежных сил.

Выводят парогазовую смесь из основной реакционной камеры 1 через патрубок 13 в устройство 8, где осуществляют разделение парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, с утилизацией тепловой энергии для получения водяного пара и нагретого воздуха. Необходимый для нагрева воздух подают от внешнего источника по трубопроводу 37 (фиг. 1 и фиг. 2), а нехватку воды на формирование пара компенсируют подачей воды от внешнего источника по трубопроводу 36. Осуществление разделения парогазовой смеси по компонентам и утилизация тепловой энергии продуктов газификации в устройстве 8 приводит к увеличению термодинамической эффективности технологического процесса за счет утилизации тепловой энергии и использования ее в технологическом процессе получения газифицирующего агента.

Неконденсируемые газы из устройства 8 (фиг. 1) по патрубку 27 подают в устройство 26, где отделяют горючую составляющую и нейтральные дымовые газы. Горючий газ перемещают по газопроводу 28 (фиг. 1), разделяют на два потока. Одну часть газа подают по газопроводу 31 в камеры сгорания 7, а другую часть по газопроводу 30 передают внешнему потребителю. Нейтральные дымовые газы выводят по трубопроводу 29 в дымосос, дымовую трубу, откуда удаляют в атмосферу. Применение устройства 26 разделения неконденсируемых газов на горючий газ и дымовой газ, позволяет повысить удельную теплоту сгорания газообразного топлива подаваемого в устройство генерации высокотемпературного газа 7 за счет удаления инертных компонентов топлива. Жидкие углеводороды, подаваемые из устройства 8 (фиг. 1) по трубопроводу 25, после отделения части подают по трубопроводу 39 в камеру сгорания 7, а другую часть подают по трубопроводу 38 внешнему потребителю.

Твердые негорючие компоненты перерабатываемого вещества локализуются в пристеночном слое основной реакционной камеры 1 (фиг. 1 и фиг. 2), перемещаются в направлении нижнего торца и поступают в коаксиальный кольцевой канал 14 устройства удаления 9. Устройство 15 (фиг. 1) формирует высоконапорный скоростной поток воды, который по патрубку 17 (фиг. 1 и фиг. 2), вводят тангенциально в канал 14, формируя поток смеси воды и твердых компонентов, перемещающихся по каналу 14 и удаляющихся по трубопроводу 18 в блок разделения воды и твердых компонентов 16. Отделенная вода по трубопроводу 19 (фиг. 1) поступает в блок 15 для повторного использования, при этом нехватка воды компенсируется по трубопроводу 20 от внешнего источника воды. Твердая часть компонентов из блока 16 удаляется по трубопроводу 21 (фиг. 1) для последующей переработки или использования.

Пример конкретного выполнения.

Для реализации способа использована установка для газификации бурого угля (лигнит), содержащая основную 1 и две первичные реакционные камеры 2 и дополнительную камеру 3.

Исходные параметры лигнита следующие:

- влажность, не более, % 32,0;
- зольность не более, % 25,2;
- размер подаваемых частиц не более, мм 2,0.

Установка работает следующим образом. В камерах сгорания 7 устройств подготовки газифицирующего агента 5 формируют режим сжигания подаваемого топлив с коэффициентом избытка воздуха больше 1, сжигание бедной топливо воздушной смеси (режим 1,) и сжигание с коэффициентом избытка воздуха меньше 1, сжигание богатой топливовоздушной смеси (режим 2).

Газифицирующий агент формируют из водяного пара, получаемого в устройстве 8 и подаваемого в пароперегреватель 6, и высокотемпературных продуктов сгорания, получаемых в камерах сгорания 7.

Параметры камер сгорания 7 следующие:

- расход топлива, кг/час,

(режим 1),
жидкого 11,
газообразного 276,
(режим 2)
жидкого 0,
газообразного 1695;

- расход воздуха, кг/час,

(режим 1) 1661;
(режим 2) 1371.
- температура топлива на входе
в камеру сгорания, °С 95;
- температура воздуха на входе
в камеру сгорания, °С 20;
- температура продуктов сгорания на выходе
камер сгорания, °С 1300;

- коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания,

(режим 1) 1,75;
(режим 2) 0,93.

Параметры пароперегревателя 6 следующие:

- расход пара на выходе из пароперегревателя, кг/час,

(режим 1) 203,
(режим 2) 273;
- температура пара на выходе из
пароперегревателя, °С 1000;
-температура продуктов сгорания на входе
пароперегреватель, °С 1300;

- расход продуктов сгорания на входе в пароперегреватель, кг/час,

(режим 1) 1948,
(режим 2) 3066.

Подготовленные для переработки твердые вещества из внешнего источника подают в устройства ввода перерабатываемого вещества 4.

Из пароперегревателя 6 сформированный газифицирующий агент подают в патрубок 11, в который одновременно из патрубка 12 подают смесь перерабатываемого вещества и химических реагентов, формируя в нем высокоскоростной поток смеси вещества и высокотемпературного газифицирующего агента следующих параметров:

- полный расход смеси перегретого пара и продуктов сгорания, кг/час

(режим 1) 2151,
(режим 2) 3340;

- полный расход перерабатываемого вещества (бурого угля), кг/час

(режим 1) 1000,
(режим 2) 1800.

Сформированную смесь вещества и газифицирующего агента сводят в первичные реакционные камеры 2, осуществляют нагрев, термическое разложение и газификацию с получением парогазовой смеси, содержащей компоненты твердого вещества, имеющей следующие параметры:

- количество твердого вещества (лигнита) не участвующего в процессе газификации кг/час

(режим 1) 258,
(режим 2) 800;

- температура парогазовой смеси, °С,

(режим 1) -1000;
(режим 2) -1000.

Сформированный в первичных камерах 2 высокотемпературный скоростной поток парогазовой смеси и твердых компонентов первичной газификации подают тангенциально в основную реакционную камеру 1, В камере 1 продолжают осуществлять процессы термического разложения, газификации вещества и разделение парогазовой смеси и твердых негорючих компонентов. Параметры рабочего процесса в камере 1 следующие:

- коэффициент избытка воздуха,

(режим 1) 1,30,
(режим 2) 0,88;

- температура проведения процесса в реакторе, не менее, °С

(режим 1) 500,
(режим 2) 600;

Выводят парогазовую смесь из основной реакционной камеры 1 в устройство 8, где осуществляют разделение парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, с утилизацией тепловой энергии для получения водяного пара и нагретого воздуха. Выводимая из реакционной камеры 1 парогазовая смесь имеет следующие параметры:

- расход парогазовой смеси (газ газификации, пары смол и остатки продуктов сгорания), кг/час

(режим 1) 2854,
(режим 2) 7473;

- содержание влаги в парогазовой смеси, кг/час

(режим 1) 681,
(режим 2) 965;
- температура парогазовой смеси, °С 500.

Твердые негорючие компоненты перерабатываемого вещества локализуются в пристеночном слое основной реакционной камеры 1, перемещаются в направлении нижнего торца и выводятся через водяной затвор со следующими параметрами:

- выход шлака (золы), кг/ час, не менее,

(режим 1) 252,
режим 2) 275;

- температура шлака (золы), °С,

(режим 1) 500,
(режим 2) 645.

- унос, кг/ час, не менее,

(режим 1) 46,
(режим 2) 62.

Неконденсируемые газы, выведенные из устройства 8, разделяют на горючий газ и нейтральные дымовые газы. Одну часть горючего газа подают в камеры сгорания 7, а другую часть передают внешнему потребителю. Нейтральные дымовые газы выводят через дымосос в дымовую трубу, откуда удаляют атмосферу.

Жидкие углеводороды, выведенные из устройства 8, разделяют на две части. Одну часть подают в камеры сгорания 7, а другую часть передают внешнему потребителю.

Жидкие углеводороды имеют следующие параметры:

-выход, кг/час, 85÷130.

Неконденсируемые газы имеют следующие параметры:

Дымовые газы имеют следующие параметры:

- выход, кг/час, не менее,

(режим 1) 2181,
(режим 2) 4083;

Результаты расчета представлены в таблице 1.

Перерабатываемое сырье подают в первичные реакционные камеры, где осуществляется его газификация в присутствии газифицирующего агента. Образовавшийся газообразный продукт поступает в основную реакционную камеру, где окончательно газифицируется.

Из основной реакционной камеры очищенная от твердых негорючих компонентов парогазовая смесь разделяется по фракциям. В результате в качестве готового продукта получаются жидкие и газообразные углеводороды, неконденсируемые газы и вода.

Сконденсированная в конденсаторе вода с помощью насоса подается обратно в систему в виде перегретого пара, получаемого в процессе конденсации парогазовой смеси. Неконденсируемые газы используют в устройствах генерации горячего газа. При применении в качестве устройства генерации горячего газа камеры сгорания вихревого противоточного типа, неконденсируемый газ или жидкая углеводородная фракция используют в качестве топлива в камере сгорания.

Конструктивная схема выполнения первичной реакционной камеры представлена на фигуре 5. Конструктивная схема основной реакционной камеры представлена на фигуре 6.

Таким образом, применение предлагаемого способа и установки позволяет повысить эффективность технологического процесса термохимической переработки и утилизации твердых веществ, содержащих углеводороды, снизить затраты электрической энергии на формирование газифицирующего агента, уменьшить массу и габариты установки, уменьшить нагрузку на систему очистки дымовых газов.

Заявляемое изобретение может быть выполнено имеющимися техническими средствами на имеющемся оборудовании.

1. Способ термохимической переработки и утилизации твердых измельченных веществ, содержащих углеводороды, включающий ввод вещества и газифицирующего агента в реакционную камеру, осуществление процессов формирования газифицирующего агента, нагрева, термического разложения, газификации вводимого вещества, очистки и разделения продуктов газификации, отличающийся тем, что ввод вещества и процессы газификации, включающие процессы формирования высокотемпературного газифицирующего агента, нагрев, термическое разложение, газификацию вещества с получением парогазовой смеси, ее очистки, осуществляют в две стадии, при этом первую стадию осуществляют не менее чем в двух первичных реакционных камерах, а вторую стадию осуществляют в основной реакционной камере, причем процессы, осуществляемые в первичных реакционных камерах, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных радиальных потоках, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, движущихся с ростом осевой составляющей скорости, а процессы, осуществляемые в основной реакционной камере и в устройствах формирования газифицирующих агентов, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных потоках, движущихся с противоположными осевыми скоростями, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной турбулентностью и интенсивными акустическими колебаниями.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс генерации высокотемпературного газа для формирования газифицирующего агента осуществляется в камере сгорания вихревого противоточного типа, в качестве высокотемпературного газа используют продукты сгорания смеси воздуха и неконденсируемых газов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топлива, формирующего топливовоздушную смесь, используют жидкие углеводороды.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс формирования газифицирующего агента высокой температуры осуществляют в вихревом противоточном смесителе, в качестве активного газа используют водяной пар, а в качестве пассивного газа используют высокотемпературные продукты сгорания камеры сгорания вихревого противоточного типа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процессы нагрева, термического разложения, газификации вещества с получением парогазовой смеси в первичных реакционных камерах осуществляют в профилированных пространственных щелевых конфузорах путем тангенциальной подачи в периферийную область газифицирующего агента и измельченных углеводородных веществ.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в основной реакционной камере осуществляют разделение парогазовой смеси и твердых негорючих компонентов с их последующим выводом.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выведенную из основной реакционной камеры парогазовую смесь разделяют на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, с утилизацией тепловой энергии для получения водяного пара и нагретого воздуха, с последующим их использованием в предлагаемом способе.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что неконденсируемые газы разделяют на горючий газ и дымовой газ.

9. Установка термохимической переработки и утилизации твердых измельченных веществ, содержащих углеводороды, содержащая основную реакционную камеру, не менее двух первичных реакционных камер, соединенных тангенциально с основной реакционной камерой, устройства ввода перерабатываемого вещества, устройство подготовки газифицирующего агента и устройства вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества, отличающаяся тем, что основная реакционная камера выполнена в виде вихревой противоточной камеры сгорания, первичные реакционные камеры установлены в верхней части основной реакционной камеры и выполнены в виде пространственных радиальных щелевых конфузоров, каждая первичная реакционная камера соединена с устройством ввода перерабатываемого вещества и с устройством формирования подготовки газифицирующего агента, включающем пароперегреватель, устройство генерации газа высокой температуры, выполненное в виде камеры сгорания, выходное сопло которого соединено с пароперегревателем, а выходное сопло пароперегревателя соединено с устройством ввода перерабатываемого вещества и с первичной реакционной камерой тангенциально ее внутренней поверхности на максимальном диаметре, при этом основная реакционная камера на верхнем торце соединена патрубком с устройством разделения парогазовой смеси на газообразные и жидкие углеводороды, неконденсируемые газы и воду, а нижний торец основной реакционной камеры соединен коаксиальным кольцевым патрубком с устройством вывода твердых негорючих компонентов перерабатываемого вещества.

10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что устройство разделения парогазовой смеси соединено трубопроводами с устройством подготовки газифицирующего агента.

11. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что устройство вывода твердых негорючих компонентов выполнено в виде циркуляционного водного затвора.

12. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что нижний торец основной реакционной камеры соединен с выходным соплом нижней дополнительной первичной реакционной камеры.

13. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что пароперегреватели и устройства генерации высокотемпературного газа выполнены на основе конструкции вихревых противоточных камер.

14. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что содержит устройство разделения неконденсируемых газов на горючий газ и дымовой газ.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к решению экологических проблемам в мусороперерабатывающей отрасли при утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО), в частности к термической переработке гранулированных органических и неорганических углеродсодержащих отходов в сорбент, используемый в том числе и для биорекультивации полигонов.

Изобретение относится к области сжижения природного газа. Устройство (1) для управления безопасностью оборудования (2), способное удерживать жидкость, содержит гидравлически сообщающееся с выходом оборудования предохранительное средство (3), приводимое в отпертое состояние, когда давление в оборудовании достигает предварительно заданного значения, и подающее жидкость в трубу факела (4), с которой оно сообщено гидравлически.

Изобретение относится к системам утилизации и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла и электроэнергии. Когенератор на твердом биотопливе содержит воздушный компрессор, электрический генератор и турбину для привода компрессора, согласно изобретению содержит эжектор, выполненный с камерой смешения воздуха и продуктов сгорания топлива, бункер твердого биотоплива, пеллетную горелку, вторую турбину для привода электрического генератора, при этом получаемая в камере смешения смесь продуктов сгорания и воздуха использована для работы турбин и переноса тепла в отапливаемые помещения.

Изобретение относится к области экологии и защиты окружающей среды, а точнее к способам обработки осадка сточных вод. Для уменьшения выброса вредных продуктов горения в окружающую среду при сжигании обезвоженного осадка сточных вод перед подачей обезвоженного осадка в камеру сгорания его смешивают с наночастицами гидроксида магния - Mg(OH)2, после чего подают в камеру сгорания и нагревают до температуры сгорания осадка.

Изобретение относится к устройствам для термокаталитической очистки газообразных выбросов и может использоваться в машиностроении, энергетике, различных отраслях химической промышленности, в нефтехимической и нефтегазовой, в газоперекачивающих агрегатах (ГПА).

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам утилизации хлорбензолов и полихлорбифенилов с помощью контактных низковольтных электрических разрядов.

Изобретение может быть использовано при обезвреживании твердых продуктов сгорания, образующихся в процессе утилизации твердого ракетного топлива. Способ получения оксида алюминия включает промывку, очистку от оксидов металлов с помощью соляной кислоты и сушку.

Изобретение относится к установке для очистки газов дыхания наливных терминалов нефтепродуктов и иных отходящих газов, содержащих летучие органические соединения, пары углеводородов, оксид углерода (II) и другие вещества, опасные в пожарном или токсическом отношении, при утилизации хвостовых и сдувочных газов в процессе нефтедобычи и нефтепереработки, при очистке от растворителей вентиляционных выбросов окрасочных производств, при утилизации побочного метана и т.п.

Предложен способ обеспечения теплом и электричеством компактных автономных объектов, расположенных в полевых условиях. Согласно способу в пиролизном котле, установленном в автономном объекте, сжигают твердое топливо в верхней части котла 1 с недостаточным количеством окислителя и дожигают пиролизный газ в нижней части котла 2, где подогревают теплоноситель замкнутой системы отопления 10, при этом часть пиролизного газа из верхней части котла 1 выводят наружу, отчищают от примесей и подают в двигатель внутреннего сгорания 8, на валу которого установлен электрогенератор 9.
Изобретение относится к горелочным устройствам для сжигания топлив. Устройство для сжигания топлив содержит цилиндрическую камеру с боковыми горизонтально и равномерно расположенными по окружности окнами, патрубок для подачи воздуха, топливоподающий узел, внешний кожух, образующий с цилиндрической частью камеры кольцевой зазор, в кольцевом зазоре расположено раскручивающее устройство с лопатками, плавно изогнутыми на 90° в сторону стенок камеры сгорания, площадь кольцевого зазора сопоставима с площадью окон, расположенных в цилиндрической части камеры, нижняя часть камеры сгорания по диметру больше цилиндрической части камеры сгорания в 1,25-1,5 раза и содержит патрубок ввода газов, ось которого сориентирована в центральную часть дна внешнего кожуха под углом 20-25° к его оси и 60-65° к его радиусу, запальную горелку с направляющей трубой, прикрепленную к патрубку ввода газов и предкамеру, расположенную в нижней части и в которой расположен топливоподающий узел с насадком, на стенках которого имеются отверстия разного диаметра.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при сжигании высокозольных углей в кипящем слое, например высокозольных углей Экибастузского бассейна Казахстана и ряда месторождений России.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при сжигании высокозольных углей в кипящем слое, например высокозольных углей Экибастузского бассейна Казахстана и ряда месторождений России.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при сжигании высокозольных углей в кипящем слое, в частности высокозольных каменных углей. Устройство для сжигания твердого топлива в кипящем слое содержит топку кипящего слоя первой ступени, снабженную газораспределительной решеткой, системой подачи первичного и вторичного воздуха, подключенной на выходе последовательно к уловителям крупнофракционного уноса и летучей золы, в уловителях установлены топки кипящего слоя второй ступени для крупнофракционного уноса и третьей ступени для летучей золы, снабженные газораспределительными решетками и системами подачи первичного и вторичного воздуха и отвода золы.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при сжигании высокозольных углей в кипящем слое, в частности высокозольных каменных углей. Устройство для сжигания твердого топлива в кипящем слое содержит топку кипящего слоя первой ступени, снабженную газораспределительной решеткой, системой подачи первичного и вторичного воздуха, подключенной на выходе последовательно к уловителям крупнофракционного уноса и летучей золы, в уловителях установлены топки кипящего слоя второй ступени для крупнофракционного уноса и третьей ступени для летучей золы, снабженные газораспределительными решетками и системами подачи первичного и вторичного воздуха и отвода золы.

Изобретение относится к области энергетики. Трехвихревая вакуумная горелка-реактор (100) для смешанных топлив содержит впускной коллектор (150), включающий вакуумную камеру, впуск сопла для сжатого воздуха в вакуумную камеру, сопло для сжатого воздуха, входящее в вакуумную камеру через впуск сопла для сжатого воздуха, и эжекторный выпуск, причем впускной коллектор (150) выполнен с возможностью подачи газообразного топлива в первичную камеру (110) сгорания; первичную камеру (110) сгорания, имеющую цилиндрическую наружную часть и коническую внутреннюю часть, причем коническая внутренняя часть имеет первый конец с меньшим диаметром и второй конец с большим диаметром, при этом первый конец конической внутренней части соединен с впускным коллектором (150), причем коническая внутренняя часть дополнительно включает первую группу направляющих лопаток; редукционное сопло (120), соединенное со вторым концом конической внутренней части первичной камеры (110) сгорания, причем редукционное сопло (120) имеет первую часть в виде усеченного конуса с большим диаметром, соединенную с первичной камерой (110) сгорания, и цилиндрическую вторую часть, которая продолжается от меньшего диаметра первой части в виде усеченного конуса; инжекторы (140), перпендикулярные первой части в виде усеченного конуса редукционного сопла (120) и выполненные с возможностью инжектирования жидкого топлива в первичную камеру (110) сгорания; и цилиндрическую вторичную камеру (130) сгорания, имеющую вторую группу направляющих лопаток, выполненных с возможностью направления воздуха во вторичную камеру (130) сгорания, при этом меньший диаметр первичной камеры (110) сгорания на ее первом конце, больший диаметр первичной камеры (110) сгорания на ее втором конце и первая группа направляющих лопаток образуют три вихря топлива для поддержания вращения топлива к наружной части горелки-реактора (100) и замедления перемещения топлив для обеспечения полного сгорания.

Изобретение относится к области энергетики. Трехвихревая вакуумная горелка-реактор (100) для смешанных топлив содержит впускной коллектор (150), включающий вакуумную камеру, впуск сопла для сжатого воздуха в вакуумную камеру, сопло для сжатого воздуха, входящее в вакуумную камеру через впуск сопла для сжатого воздуха, и эжекторный выпуск, причем впускной коллектор (150) выполнен с возможностью подачи газообразного топлива в первичную камеру (110) сгорания; первичную камеру (110) сгорания, имеющую цилиндрическую наружную часть и коническую внутреннюю часть, причем коническая внутренняя часть имеет первый конец с меньшим диаметром и второй конец с большим диаметром, при этом первый конец конической внутренней части соединен с впускным коллектором (150), причем коническая внутренняя часть дополнительно включает первую группу направляющих лопаток; редукционное сопло (120), соединенное со вторым концом конической внутренней части первичной камеры (110) сгорания, причем редукционное сопло (120) имеет первую часть в виде усеченного конуса с большим диаметром, соединенную с первичной камерой (110) сгорания, и цилиндрическую вторую часть, которая продолжается от меньшего диаметра первой части в виде усеченного конуса; инжекторы (140), перпендикулярные первой части в виде усеченного конуса редукционного сопла (120) и выполненные с возможностью инжектирования жидкого топлива в первичную камеру (110) сгорания; и цилиндрическую вторичную камеру (130) сгорания, имеющую вторую группу направляющих лопаток, выполненных с возможностью направления воздуха во вторичную камеру (130) сгорания, при этом меньший диаметр первичной камеры (110) сгорания на ее первом конце, больший диаметр первичной камеры (110) сгорания на ее втором конце и первая группа направляющих лопаток образуют три вихря топлива для поддержания вращения топлива к наружной части горелки-реактора (100) и замедления перемещения топлив для обеспечения полного сгорания.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способу сжигания угля, углеродосодержащих отходов производств из разных областей промышленности и других видов твердого топлива.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания содержит камеру горения, которая задает продольную ось.

Изобретение относится к энергетике. Устройство для нагрева текучей среды содержит первую горелку, обеспечивающую первое сгорание ограничивающего компонента топлива и избыточного компонента топлива, и первый модуль теплообменника, в котором первые газы сгорания, производимые в указанном первом сгорании, отдают тепло текучей среде.

Изобретение относится к способу получения из растительной биомассы, который может быть использован в энергетике и в ряде химических производств. Способ осуществляют путем прохождения перерабатываемой биомассы стадии пиролиза в секции, нагреваемой до температуры 600°С, а выделяющиеся в процессе термического распада биомассы летучие продукты пиролиза фильтруются через образовавшийся на стадии пиролиза угольный остаток во второй независимо нагреваемой секции при температуре 1000°С.

Изобретение относится к области термохимической переработки и утилизации твердых веществ, содержащих углеводороды, и может найти применение в установках газификации веществ, содержащих углеводороды. Техническим результатом является повышение эффективности технологического процесса. Способ включает ввод вещества и газифицирующего агента в реакционную камеру, осуществление процессов формирования газифицирующего агента, нагрева, термического разложения, газификации вводимого вещества, очистки и разделения продуктов газификации. Ввод вещества и процессы газификации, включающие процессы формирования высокотемпературного газифицирующего агента, нагрев, термическое разложение, газификацию вещества с получением парогазовой смеси, ее очистки, осуществляют в две стадии. Первую стадию осуществляют не менее чем в двух первичных реакционных камерах, а вторую стадию осуществляют в основной реакционной камере. Процессы, осуществляемые в первичных реакционных камерах, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных радиальных потоках, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, движущихся с ростом осевой составляющей скорости. Процессы, осуществляемые в основной реакционной камере и в устройствах формирования газифицирующих агентов, реализуют в сформированных высокотемпературных сильно закрученных потоках, движущихся с противоположными осевыми скоростями, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления, высокоразвитой анизотропной турбулентностью и интенсивными акустическими колебаниями. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Наверх