Способ производства газа, используемого для получения энергии

 

Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии из угля. Уголь газифицируется в противотоке с воздушным дутьем в газификаторе , а образовавшийся газ затем перемешивается с газом, содержащим кислород, в таком соотношении, что отношение СОа/СО в образованном в результате этого газа не превышает 0,1, чтобы осуществить крекинг смолистых веществ, имеющихся в газе. После этого газ выводится в доломитную или известковую шахту с целью удаления сернистых соединений любых оставшихся смолистых веществ и для газификации каких-либо сопутствующих угольных частиц, которые еще не газифицированы. 2 з.п.ф-лы.

СОГОЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 10 К 1/00, С 10 J 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K . ПАТЕНТУ

6 (21) 4203923/26 (22) 29.12.87 (46) 15.11,92, Бюл. М 42 (71) СКФ Стил Инд>киниринг АБ (SE) (72) Свен Эрикссон и Свен Сантен ($Е) (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГАЗА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии из угля. Уголь газифицируется в противотоке с воздушным дутьем в (азифиИзобретени» относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии, посредством газификации угля в противотоке с воздухом в шахте для того, чтобы создать газ, имеющий температуру порядка 500 С и, кроме того, СО и Nz, содержащий соединения серы и смолистые вещества, при этом упомянутый газ подвергается процессу удаления смолистых веществ перед тем как он проходит через доломйтную или известковую шахту с целью удаления соединений серы.

Использование угля для выработки энергии в значительной степени сдерживается серьезными факторами окружающей среды, связанными со сгоранием угля; Основная проблема заключается в разгрузке подкисляющих веществ, таких как окиси серы и азота. Делались попытки в некоторой степени решить эту проблему различными стадиями, но это влечет за собой значительное увеличение затрат, причем черезвычайно затруднительно или невозможно при обычной технологии достигнуть требуемой степени очистки, если основным приемлемым

ЫЛ 1776272 АЗ каторе, а образовавшийся газ затем перемешивается с газом, содержащим кислород, в таком соотношении, что отношение COz/СО в образованном в результате этого газа не превышает 0,1, чтобы осуществить крекинг смолистых веществ, имеющихся в газе. После этого газ выводится в доломитную или известковую шахту с целью удаления сернистых соединений. любых оставшихся смолистых веществ и для газификации каких-либо сопутствующих угольных частиц, которые еще не газифицированы, 2 з.п.ф-лы. сырьевым продуктом для выработки энергии является уголь, Эти проблемы могут быть решены вначале газификацией угля, а затем выработкой энергии путем сгорания образованного газа. Относительно легко достигнуть высокой степени очистки от серы, т.е. более 95%, при восстановлении уголь-газ, а поскольку затем производится сгорание газообразного топлива, это может быть выполнено таким образом, чтобы образовывалось значительно меньше окиси азота, чем это возможно в случае твердого или жидкого топлива. Газификация также предполагает лучшие решения в отношении других вредных для окружающей среды воздействий вследствие сгорания угля, таких как выброс ртути, полиароматических углеводородов, тяжелых металлов и летучей золы.

Недавно были предприняты значительные усилия для разработки способа газификации угля с целью выработки энергии, но,. как подтверждено, во всех случаях затраты весьма высоки. Основной причиной этого является огромное потребление газа, ro1776272

10

20

30

55 держащего кислород, с точки зрения значительных капиталовложений и относительно высокого потребления электроэнергии, связанного с производством кислорода, Кроме того, в большинстве газификаторов угля 10 — 20 образованного газа сжигается в газификационном реакторе, чтобы удовлетворять требованиям в отношении тепла, необходимого для газификации, и достигнуть .благоприятной температуре реакции.

Простыми и дешевыми способами производства газа, пригодного для выработки энергии, являются процессы газификации угля с использованием воздуха и потреблением минимального количества угля, Уголь, в основном в виде глыб, газифицируется в противотоке горячего воздушного дутья в шахтной печи. Образованный газ имеет температуру приблизительно 500 С и благодаря невысокой температуре включает в себя приемлемые количества смолистых веществ, а также небольшие количества несгоревшего угля в форме частиц.

Известен способ производства газа, в котором предложено для термического крекинга углеводородов, имеющихся в газе, производимом путем газификации угля, подавать газ, нагретый плазменным генератором. После частичного крекинга,газ пропускается через доломитный фильтр TGKQro типа, который используется в процессе

Уибер-Шедерфорса, Полный крекинг оставшихся смолистых веществ получается в течение транспортирования через фильтр, а одновременно газ очищается от серы. Одна из целей изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании технологии, предложенной в вышеупомянутых заявках на патент, посредством дополни.тельного уменьшения потребления электроэнергии.

Способ согласно настоящему изобретению базируется на техническом приеме, указанном здесь во вводной части, и отличается тем, что газ, покидающий шахту и содержащий смолистые вещества, вводится в камеру совместно с газом, содержащим кислород, при этом количество добавляемого кислорода регулируется таким образом. чтобы отношение СО2/СО в образовавшемся в результате этого газе не превышало 0,1, причем в упомянутой камере поддерживается температура порядка 900-1200 С, noGll8 этого гаэ вводится в доломитовую или известковую шахту для удаления соединений серы и любых оставшихся смолистых веществ и газификации каких-либо сопутствующих частиц угля, Согласно одному из вариантов осущест. вления изобретения для того, чтобы достичь температуры, благоприятной для крекинга, к реакционной камере подается энергия.

Это может быть выполнено посредством предварительного нагрева кислородсодержащего газа перед его вводом в камеру.

Энергия предпочтительно подводится частично путем предварительного нагрева кислородсодержащего газа и частично путем сгорания в камере.

Кислородсодержащий газ предпочтительно представляет собой воздух или воздух, обогащенный кислородом.

Для проведения крекинга беэ плавления важен температурный интервал, à QTношение СО2/СО существенно с точки зрения очистки серы и, беэусловно, с точки зрения мощности энергии для производимого газа.

Дальнейшие преимущества и отличительные признаки изобретения будут указаны в нижеследующем описании, причем далее изобретение будет представлено также посредством примера.

Газификационная шахта имеет вид газогенератора такого типа, который обычно использовался, в частности в Англии, в течение первой половины двадцатого столетия.

Эти газогенераторы полностью заполнялись углем в форме кусков и в них подавался горючий газ с черезвычайно высоким содержанием смолы. В нашей конструкции генератор приводится в действие горячим воздушным дутьем и после этого угольная зола плавится в жидкий шлак, а также обеспечивается возможность нахождения части угля в виде угольной пыли, если измененный тепловой баланс компенсируется температурой дутья.

Преимущество, получаемое от преобразования угольной золы в шлак, заключается в том, что может быть использовано дополнительное шлакоформирующее .устройство для контроля композиции золы с целью производства сырьевых продуктов, например, для цемента. Недостаток этого типа гаэификатора заключается в том. что не все виды угля пригодны для газификации при противотоке с небольшим увеличением температуры. Он применим главным образом для угля, который преобразуется при нагревании в жидкую форму, либо для угля, который

"разрывается" на мелкие частицы. Это частично компенсируется 70% сырого угольного продукта, который может быть введен в форме мелких частиц, причем описанные выше ограничения не налагаются на эту данную в процентах величину.

Гаэ из шахты генератора смешивается с воздухом, чтобы удовлетворять требованиям в отношении необходимого количества

1776272 кислорода для крекинга смолистых веществ, Воздух предпочтительно предварительно нагрет, чтобы избежать высокого содержания COz в газе, поскольку это приведет к ослаблению последующего действия по очистке от серы. Однако часть требуемой энергии может быть покрыта путем частичного сгорания в камере. Отношение СОг/СО не должно превышать 0,1, чтобы обеспечить указанное количество

COz, которое может быть допущено в газе.

Температура в камере должна находиться в интервале 900-1200 С, а предпочтительно должна составлять 1100 С.

Таким образом, на одной стадии в смесительной камере имеет место перемешивание и повышение температуры в непосредственной связи с обессеривающей шахтой, в которой после этого газ остается на достаточное время, чтобы обеспечить полный крекинг и очистку от серы, Серный фильтр представляет собой опробованный и испытанный фильтр, используемый в процессе Уибер-Шедерфорса для извлечения серы из восстановительного газа. Согласно измерениям, выполненным в этом процессе на сопоставимых газах содержание серы в выпущенном газе остается неизменным, составляя 20-30 частей на миллион, в то время как доломит используется полностью на глубину порядка 6 мм, если газ остается в шахте примерно 36 часов, Основная причина того, почему полное повышение температуры газа, поступающего в фильтр, не обеспечивается частичным сгоранием газа, заключается в том, что газ тогда приобрел бы более высокий потенциал кислорода, нарушая при этом условия, необходимые для очистки от серы, Значительное преимущество очистки от серы, когда агент, служащий для очистки от серы, находится в твердой фазе (вместо нахождения, например, в виде шлака), заключается в том, что активность СаО остается близкой к единице, обеспечивая таким образом более полную очистку от серы и уменьшение по. требления агента, предназначенного для очистки от серы.

Кроме смолистых веществ газ, покидающий газификационную шахту, содержит также изменяющиеся количества мелких частиц угля. Они захватываются в шахте очистки от серы и, поскольку газ слегка окисляется (приблизительно 5 С02+ H20), они будут медленно газифицироваться, поэтому доломит, когда он выведен, практически свободен от угля. Таким образом, сочетание преобразования золы в шлак и крекинга в доломитных фильтрах приводит к почти 100 выработке из угля, 5

Очищающим от серы веществом в фильтре является необработанный доломит, который обжигается в верхней части шахты.

Это дополнительно дает едва ли 1 и уменьшает температуру газа на 50 — 75"С, так что он покидает фильтр при температуре порядка 1000 С. Очищенный газ подвергается теплообмену с входящим воздушным дутьем и покидает газификационную установку при температуре порядка 650 С. Газификатор сконструирован для работы в диапазоне избыточного давления, составляющего 0-3 бар, в зависимости от использования, для которого предназначен газ, Образованный газ имеет тепловую энергию порядка 4,6 МД/м . Температура пламени и выпускаемое количество на единицу энергии близки к величинам, достигаемым при обычном сгорании нефти с воздухом. Поэтому надо полагать, что газ должен быть весьма пригоден для выработки энергии.

Пример. Уголь гаэифицируется в шахте в противотоке с предварительно нагретым воздушным дутьем. Анализ угля дает следующий состав: С 75.9 /,; Н 4.3 ; О 9,4/;

N 1.3%; S 0,5 /; зола 8,6 ; влага 4%.

Газ из шахты имеет температуру порядка 500 С и следующий состав: С,Нп 6,5 /;

СО2 1.8 ; Н20 1,4,; СО 30,0 ; Nz 60,2 ;

HzS 0,1

Стехиометрически требуется 29,3 м воздуха на 100 кг угля для крекинга всего углеводорода в газе на CO и Н2.

Температура газа, покидающего доломитовую шахту после смесительной камеры составляет 1000 С, а его состав таков: COz

0,3%; Н20 0,1 ; Н2 12,0 ; CO 32.0%: N2

55,6%

Баланс между СаО + Н2$ и CaS + Н20 влияет на очистку от серы и для стехиометрического случая соотношение Н20 . HzS получается порядка 180, которое обеспечивает 99 очистки от серы.

В случае газовой смеси в смесительной камере, имеющей композицию, соответствующую частному

COz + Н20

CO2 + Н20 + СО + Н2 требуется 64,1 м воздуха на 100 кг угля. Газ, покидающий доломитный фильтр, имеет температуру порядка 1100 С и следующий состав: СО2 1,9%; CO 28.4%; Н20 1.6 ; Н2

9.7 ; М2 58.4 ; Н23 0,009%.

В этом случае степень очистки от серы составляет 87,5 / .

Температура газа, оставляющего устройство для очистки от серы, равна 1000 С (первый пример) и 1100 С (второй пример), 1776272

Составитель Р. Горяинова

Техред М.Моргентал Корректор М, Петрова

Редактор

Заказ 4047 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 то температура газа до устройства для очистки от серы, т.е. на выходе из смесительной камеры (камера крекинга) равна 1050—

1075 С и 1150-1176 С в первом и втором и римерах соответственно. 5

Что касается примера, то после добавки стехиометрического количества воздуха отношение COz/CO в газе, который составляет камеру смешения/крекинга, равно примерно 0, .10

В газе, оставляющем устройство для очистки от серы, отношение С02/СО равно .

0,3/32,0, т.е, примерно 0,01.

Преимущества заявленного способа состоят в том, что несмотря на очень низкую 15 температуру газификации угля (500 С) можно получить удивительно чистый газ, таким образом для газификации угля требуется небольшое количество энергии, Удивительно было то, что большое количество углеводо- 20 родов, образующихся при такой низкой температуре газификации, можно исключить путем крекинга, при этом отношение

COz/CO поддерживается ниже 0,1. Таким образом, можно получить газ не только при 25 низком расходе энергии. но также частично он может быть эффективно очищен от серы в доломитовой шахте.

Формула изобретения

1, Способ производства газа, используемого для получения энергии, посредством газификации угля в противотоке с воздухом в шахте с получением газа, имеющего температуру до 500 С и содержащего Н, СО, И, соединения серы и смолистые вещества, причем газ подвергают обработке для удаления смолистых веществ перед пропусканием его через доломитовую или известковую шахту, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа от примесей, газ, покидающий шахту газификации, вводят в камеру смешивания для частичного смешивания смолистых веществ совместно с кислородсодержащим газом, количество которого регулируют так, что отношение COz/CO в получаемом в результате газе не превышает 0,1, причем в упомянутой камере поддерживают температуру 900 — 1200 С.

2. Способ поп.1, отл ича ю щийся тем, что кислородсодержащий газ, вводимый в камеру, предварительно нагревают.

3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ представляет собой воздух или обогащенный кислородом воздух.