Способ получения горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА, преимущественно из пылевидного , включающий подачу в первую зону реактора первого потока исходного вещества и газифицирукщего агента , газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второго потока исходного вещества, газифицирукндего агента и продуктов газификации первого потока и газификацию второго потока во второй зоне реактора, отличающийс я тем, что, с целью повышения выхода горючих газов и КПД процесса , второй поток исходного вещества вводят в первую зону реактора, в качестве газифицирующих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне - водяной пар, а кислород в первую зону вводят в стехиометрическом количестве по in отношению к .первому потоку исходно .го вещества. о со со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)4 С 10 J 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТБУ (2T) 3544329/23-26 (22) 16. 11.82 (46) 30.07.85. Бюл. Ф 28 (72) В.В.Иихайлов, Н.Н.Прохоренко, Н.Б.Гаврилов и И.В.Калинина (71) Всесоюзный научно-исследователь. ский и проектно-конструкторский институт по комплектным технологическим линиям (53) 662.765(088,8) (56) Патент ClJA N 397!639, кл. С 10 В 1/04, 1976. (54)(57) !. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧИХ

ГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО.

ВЕЩЕСТВА, преимущественно иэ пылевидного, включающий подачу в первую зону реактора первого потока исход- . .ного вещества и газифицирующего аген.

Пф я лакугяг

Ю гРЬя(0щрщ г. ИикФ@

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„„Я0„„1169979 А та, газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второго потока исходного вещества, газифицируюцего агента и продуктов газификации первого потока и газификацию второго потока во второй зоне реактора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения выхода горючих газов и КПД процесса, второй поток исходного вещества вводят в первую зону реактора, в качестве газифицируюцих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне — водяной пар, а кислород в первую зону вводят в стехиометрическом количестве по отношению к первому потоку исходного вещества.

1169979

2. Способ по п. 1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что потоки углеродсодержащих веществ вводят при массовом соотношении первого и второго потоков (2,4-10):1.

Изобретение относится к способам газификации и может быть использоваЪ но для получения энергетических и технологических газов в химической и чефтехимической промышленности. 5

Цепью изобретения является увеличение выхода горючих газов и повышение КПД процесса газификации.

На чертеже представлена схема реактора для получения горючих га- 10 эов из твердого углеродсодержащего вещества, разделенного на три зоны.

Б зону I реактора подают углеродсодержащее вещество, предварительно разделенное на. первый и второй пото- 15 ки одинакового фракционного состава (О, 1 — 1,0 мм) в массовом соотношении (2,4-10):1 и кислород.

В зоне 1 реактора в присутствии второго потока протекает экзотерми- 25 ческая окислитсльная реакция между углеродной массой первого потока и кислородом

2С + О, = 2СО- (1)

Расход кислорода, подаваемого в первую зону, определяется стехиомет-, рическим соотношением реагентов и рассчитывается по уравнению (1).

Температура в первой зоне 1500—

2500 С, давление 100-5000 кПа. 3Q

За счет теплоты, выделяющейся при протекании реакции (1), в первой зоне происходит радиационный нагрев второго потока углеродсодержащего вещества. 35

Высокотемпературный поток СО с о температурой 1500-2500 С и подогретый второй поток углеродсодержащего вещества поступают в зону 2 реактора, куда подают пбдяной пар. В зоне 2 пр 40

1300-1500 С протекает эндотермичесо кая реакция:

С+ НгО = СО+ Нг — Ц (2) 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что газификацию первого потока в первой зоне о, ведут при температуре 1500-2500 С, а газификацию второго потока во второй зоне ведут при температуре

1300-1500 С и давлении 100-5000 кПа.

Компенсация эндотермическогG эффекта реакции (2) осуществляется теплотой высокотемпературного потока СО и подогретого второго потока углеродсодержащего вещества, поступающих из зоны 1, Из зоны 2 отводят газовый поток, содержащий СО и Н, и мелкодисперсные частицы золы.

Газификация первого потока углеродсодержащего вещества в первой зоне стехиометрическим количеством кислорода при массовом соотношении первого потока ко второму (2,4-10):1 позволяет организовать в первой зоне оптимальный режим температур

1500-2500 С, при котором протекает экзотермическая окислительная реакция (1) с образованием окиси углерода, что исключает потери кислорода с балластным компонентом СО и увег пичивает выход горючего газа.

При введении второго потока исходного углеродсодержащего вещества в зону 1 реактора обеспечивается за счет теплоты, выделяющейся при протекании реакции (1), радиационный нагрев второго потока до температур, оптимальных для протекания реакции (2), компенсация эндотермического эффекта реакции (2) и газификация подогретого второго потока во второй зоне реактора водяным паром при 1300-1500 С, что позволяет исключить образование балластных компонентов (СО,, Н,О, СН,1) по следующим реакциям и увелйчить выход горючих газов до 2,2 м /кг исходного углеродсодержащего вещества и КПД процесса до 927.

С + 2Нг = СН + Q (3)

СО + Й О = СО + Н + Q (4) 1169979

В нижней части реактора расположена зона кристаллизации шлака 3.

Из эоны 3 выводят горючий газ на очистки от золы.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока углеродсодержацего вещества ко второму потоку менее 2,4 нецелесообразно, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемого в первой зоне реактора по реакции (1), недостаточно для подогрева второго потока до температуры, оптимальной для протекания . процесса газификации во второй зоне и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах ниже оптимальных (ниже 1500 и 1300 С соответственно), образоваа нию балластных компонентов (СО,, Н,О, СН4), уменьшению выхода горючих газов до 1,6 м /кг и снижению КПД процесса газификации до 71%.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока ко второму более 10 неэкономично, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемо.

ro в первой зоне по реакции (1), является избыточным для подогрева второго потока до оптимальной температуры и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах выше оптимальных (выше 2500 и о

1500 С соответственно) и снижению выхода горючих газов до 1,7 м /кг и

КПД процесса до 75%, (таблица пример 5) .

Пример 1. В качестве исходного углеродсодержащего вецества взят кокс Западно-Сибирского комбината. Состав сухой массы кокса, мас. %: С 89,0, H 0,4, О 0,3, Ои29580 кДж/кг

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм) делят на два потока при массовом соотноыении первого потока ко второму 2,4:1. В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 42 кг второго потока углеродсодержащего вещества и 118 кг О, с температурой

25 С. В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием

5 208 кг СО и 0,4 кг водорода Н2.

За счет теплоты экзотермической реакции температура в первой зоне

О достигает 2500 С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание второго потока углеродсодержащего вещества.

Во вторую зону реактора поступает из первой зоны 42 кг подогретого до 2500 С второго потока углеродсоо, держацего вецества и продукты газификации первого потока, содержацие в основном СО и Н, при 2500 С. Одновременно во вторую зону подают 56 кг о водяного пара с температурой 300 С.

20 Во второй зоне при 1300 С и давлении

2000 кПа протекает энлотермическая реакция разложения водяного пара углеродной .массой угля.

При этом образуется 87 кг СО и

6 кг H . Полученный газ в количестве 311 нм имеет теплоту сгорания

12164 кДж/мз и содержит (без учета .Н S и И ) об.й: СО 75, Н 25, Балластнь>е компоненты отсутствуют.

30 Выход горючих газов составляет

311/142 = 2,2 мз /кг. КПД процесса составляет 90,1%.

Пример 2. В качестве исходного углеродсодержацегс вещества

35 взят бурый уголь Канско †Ачинско бассейна Ирша-Бородинского месторождения. Состав сухой массы угля, мас. %: С 65,2, Н 4,49, О 20,1, S 0,31, N 0,92, А 8,98, 40 0„ 24058 кДж/кг.

Исходное углеродсодержащее вецество (размер частиц 0,(-1,0 мм) делят на два потока при массовом соотношении первого потока rco kkropoxy

45 6,7:1. В первую зону реактора подают

100 кг первого потока, 15 кг второго потока углеродсодержащего вещества с температурой 800"С и 66,8 кг О, с температурой 600 С.

50 В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием

152,1 кг Со и 4,5 кг Н,. 3а счет теплоты экзотермической реакции температура в первой зоне достигает о

1890 С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание второго потока углеродсодержацего вещества.

1169979

Бо вторую зону поступает из перО вой эоны 15 кг подогретого до 1890 С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации пер- 5 вого потока, содержащего в основном

СО и H с температурой 1890 С. Одновременно Во вторую зону подают

11,3 кг водяного пара с температурой 0 о

300 С. Во второй зоне при 1300 С и давлением 2000 кПа протекает эндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля.

При этом образуется 22,8 кг СО и

1,9 кг Н . Полученный газ в количестве 211,8 нм имеет теплоту сгорания «2070 кДж/м и содержит (без учета H S и И,), об. %: СО 66,1, Н, 33,9 °

Балластные компоненты отсутствуют

Выход горючих газов составляет

2 11, 8/ 11 5 = 1, 8 м /кг . КПД процесса составляет 92,4%, П,р и м е р 3. Б качестве исходного углеродсодержащего вещества взят бурый уголь Канско-Лчинского бассейна Ирша-Бородинского месторождения. Состав сухой массы угля, мас.%."

С 65,2, H 4,49, О 20,1, S 0,31, М 0,92, Л 8,98, О 24058 кДж/кг.

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1 — 1,0 мм) делят на два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 10: 1.

В первую зону реактора подают

100 кг первого потока, 10 кг второго 33 потока углеродсадержащего вещества с температурой 800оС и 66,8 кг О, с температурой 800 С, Б первой зоне о протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока 40 с образованием 152>1 KI CG 4,5 Kl

Н,, За счет теплоты экзотермической реакции температура в первой зоне достигает 1940 С при этом в первой зоне реактора происходит нагревание второго потока углеродсодержащего вещества. Во вторую зону поступает из первой зоны 10 кг подогретого до

1940 С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основном СО и Н с температурой о

1940 С. Одновременно во вторую зону подают 7,5 кг водяного пара с температурой 300 С. Во второй зоне при

1500О С и давлением 5000 кПа протекает зндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля

При этом образуется 15,2 кг 00 и

1,3 кг Н . Полученный газ в количестве 198,5 нм имеет теплоту сгорания 12096 кДж/мз и содержит (без учета Н S u N ), об, %: СО = 67,4, Н, = 32,6. Балластные компоненты отсутствуют. Выход горючих газов составляет 198,5/110 = 1,8 м /кг. КПД процесса составляет 90,7%..

Результаты расчетов приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа получения горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества позволяет по сравнению с известным способом повысить выход горючих газов с i á до 2,2 м /кг исходного углеродсодержащего вещества, т.е. íà 37%, и увеличить КПД процесса газификации с 71% до 92%, т.е. на 29%, за счет получения безбалластного газа, содержащего СО и Н, при одновременном упрощении процесса газификации за счет исключения из технологического цикла стадии очистки горючего газа от

СО и Н О.

1169979

cd л о х о

Э

cd о !с а х !

» Я» х сл

Ы" л О со л л л л л

О с.4 О

<3 О1 Л Л о

Э

Р

Д о

В о у л»»

m

»! е»

Е л л л с 4

О л

1 о !

И !

1 «»

Д лл. с» о х

О О я;) л о »

o o с 4 с 4 сЧ

4х и и л

1 I 1 cU 1 л !

О и

О О л . л сО м

) !

I л»

v о

О О л л

Ю с 4 л о

О

v о

Р1

E о р

1 х

Ц о

СО л л т — QO

Ql с4»вЂ”

1 о

QJ

Р! Х л сс! а

>Ъ !

»

Э О до

Э !

Е

Э

1-

o o

О О

О

О

О м

I о—

0)

Э

m x

О О О а сО CO Oi с4»вЂ”

I о о с-» cd д э ойдо

a m o Iх а !» Р

ЭЭО

8 и m х Е о

Щ о

v

cd

I о !

" о о о

° »4 1 л л O л С 4 О «в

» л с 4 сЧ а О co л

1

1 О О О О О

I О О О О О

1

I

I сч м . г

1 х а

C= а

Э

1

t( о д

cU

Ц

C ъ о

СР !

» о

QJ

Р х ! о

1

Е

Э

Ц

Э

Р1 о

Ф сс! и д

t( о о

1 1

О,Р! О !

» „ °

Э »»»

O cd O cd v O Z

И Р с. сР. с- Х

1 сР 1

1 >Х о о х

s а о о о1Z,1 1-О

Э Ш !»

cd !»

Р! И сР

Ц л

О-1 Б

1 Р Х

> m o

«х д!»

ЭО! ЭО

m m I й

О О О л л сс1 м сч

I с4 м м

I л л л

I сс» ю л

1 с .о с>

o o л л

СО 4:>

CO CÎ с4

o o

o o

О а 1 с4

o o

CO О сЧ О с"1 1