Способ очистки парогазовых продуктов с температурой выше их температуры точки росы от механических примесей

 

Использование: в процессах по термической переработке горючих ископаемых. Сущность изобретения: способ очистки парогазовых продуктов от механических примесей путем гравитационного отделения крупных частиц и центробежной сепарации мелкодисперсных чистиц. Очистку от мелкодисперсных частиц проводят в циклонном сепараторе и с уловленными частицами рециркулируют 0,3 - 5% парогазовых продуктов в виде газовзвеси. Очищенные парогазовые продукты направляют на конденсацию для получения смолы и газа полукоксования. В рециркулируемой газовзвеси кондесируют тяжелые фракции смолы на поверхностях уловленных чистиц, и осмоленные частицы конгломерируют. Рециркуляцию газовзвеси осущестляют путем эжекции этой взвеси перегретым водяным паром с образованием эжектированиемой смеси. Температуру эжектируемой смеси поддерживают на 10 - 50°С ниже температуры точки росы и возвращают эту смесь в поток частиц, выделенных на стадии гравитационной сепарации. 1 з.п. ф - лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области термической переработки топлив и может быть использовано в процессах по термической переработке горючих ископаемых, в том числе горючих сланцев, а также в энергетике при энерготехнологическом использовании топлив на электростанциях.

Известен способ термической переработки высоковольтных топлив [1], в котором для очистки парогазовых продуктов от механических примесей частиц твердого остатка термической переработки топлива использована гравитационная сепарация от крупных частиц и центробежная сепарация от мелкодисперсных частиц. Очищенные от механических примесей парогазовые продукты конденсируют и получают смолу и газ полукоксования. Подсоединение уловленных на стадии центробежной сепарации мелкодисперсных частиц (пыли) к частицам, выделенным на стадии гравитационной сепарации, осуществлено при помощи пылеспускных стояков путем возврата этих частиц в газовыделяющий слой перерабатываемого топлива.

Недостатком этого способа является то, что полученная в соответствии этому способу смола содержит 5-10% механических примесей и не может быть использована как товарный продукт. Для снижения содержания механических примесей в смоле необходимо провести дополнительные операции по ее очистке (деконтация, центрифугирование и т.д.). При этом часть смолы с сконцентрированными в ней механическими примесями теряется или возвращается на повторную переработку. Очищенная смола реализуется как товарный продукт.

Повышенное содержание механических примесей в смоле вызвано поддувом циклонных сепараторов через пылеспускные стояки выделяющимся из слоя коксо-зольного остатка парогазовыми продуктами. По этой причине резко снижается КПД циклонных сепараторов и с очищенными парогазовыми продуктами в отделение конденсации уносятся мелкодисперсные частицы (механические примеси). При конденсации парогазовых продуктов эти примеси вымываются смолой, и полученная смола характеризуется повышенным содержанием механических примесей.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ переработки горючего сланца [2], в котором очистка парогазовых продуктов от механических примесей осуществлена путем гравитационной сепарации от крупных частиц и центробежной сепарации от мелкодисперсных частиц с последующей конденсацией очищенных парогазовых продуктов, выделением смолы и рециркуляцией газовзвеси, состоящей из парогазовых продуктов и мелкодисперсных частиц.

Недостатки этого способа - сложность технологии очистки парогазовых продуктов и относительно высокое содержание механических примесей в полученной смоле (0,2-0,3%).

Сложность технологии очистки заключается в большом количестве взаимосвязанных операций и в громоздкости аппаратурного оформления процесса. Это выражается в необходимости: подачи перерабатываемого топлива двумя потоками; 3-30% перерабатываемого топлива специально подготавливать, т.е. выделить в этом потоке частицы с размером 0,3-3 мм; рециркулировать большое количество 5-20% парогазовых продуктов через циклонную очистку, т.к. снижение менее 5% приводит к увеличению мехпримесей в смоле; создания сложной системы (два последовательно соединенные шнековые питателя) для подачи основного потока перерабатываемого топлива.

Цель изобретения - упрощение технологии и снижение содержания механических примесей в смоле.

Поставленная цель достигается тем, что рециркулируют 0,3-5% направляемых на очистку парогазовых продуктов. Конденсируют содержащиеся в них тяжелые фракции смолы на поверхности мелкодисперсных частиц с последующей конгломерацией осмоленных частиц. Рециркуляцию смеси парогазовых продуктов и мелкодисперсных частиц осуществляют путем эжекции перегретым водяным паром с образованием эжектированной смеси. Конденсацию осуществляют путем поддержания температуры эжектированной смеси на 10-50^оС ниже температуры точки росы этой смеси. Дополнительную конгломерацию мелкодисперсных частиц осуществляют путем смешения эжектированной смеси с крупными частицами, выделенными на стадии гравитационной сепарации.

Технических решений, связанных с наличием вышеуказанной совокупности отличительных признаков, позволяющих достичь поставленную цель, ни в каких областях науки и техники авторами не обнаружено.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - зависимость КПД циклонного сепаратора от объема парогазовых продуктов с мелкодисперсными частицами.

Устройство состоит из реактора 1, соединенного с осадительной камерой 2, внутри которой смонтирован центробежный сепаратор 3. Низ осадительной камеры заканчивается шнеком коксозольного остатка 4, а к пылеотводящему парубку циклонного сепаратора присоединен эжектор 5, в который по патрубку 6 подают перегретый водяной пар. Газовыхлопной патрубок циклонного сепаратора 7 служит для отвода очищенных парогазовых продуктов.

Способ осуществляется следующим образом. Смесь парогазовых продуктов и частиц твердого остатка термической переработки топлива из реактора 1 передают в осадительную камеру 2. В последней осуществляют гравитационную сепарацию частиц твердого остатка топлива от парогазовых продуктов. Отсепарированные крупные частицы падающим слоем направляют в шнек коксозольного остатка 4 и при помощи этого шнека передают в аэрофонтанную топку. Отделенные парогазовые продукты направляют в циклонный сепаратор 3, в котором их очищают от мелкодисперсных частиц (пыли). Очищенные парогазовые продукты через патрубок 7 отводят в отделение конденсации (не показано), где из них получают смолу и газ полукоксования.

Уловленные в циклоне 3 мелкодисперсные частицы при помощи эжектора 5 транспортируют вниз осадительной камеры 2 под падающий слой отсепарированных частиц твердого остатка термической переработки топлива. Для преодоления перепада давления между пылесборником циклона и низом пылеосадительной камеры по патрубку 6 в эжектор 5 подают перегретый водяной пар с температурой 390-405^оС и давлением 5-10 ати. В эжекторе энергию перегретого пара используют для транспорта уловленной пыли и отсоса 0,3-5% парогазовых продуктов в смеси с пылью. В результате срабатывания энергии перегретого пара в эжекторе падает температура эжектированной смеси. Эту температуру поддерживают на уровне 390-430^оС, т.е. на 10-50^оС ниже температуры точки росы парогазовых продуктов. В этих условиях из парогазовых продуктов выделяются тяжелые фpакции смолы и центрами конденсации становятся мелкодисперсные частицы (пылинки), поверхность которых покрывает смола. Осмоленные частицы контактируют между собой и с крупными частицами, выделенными на стадии гравитационной сепарации, что приводит к их конгламерации. С потоком коксозольного остатка (КЗО) их транспортируют в шнек 4. При контакте осмоленных частиц с частицами КЗО они повторно нагреваются, смола испаряется и переходит в парогазовые продукты. Часть смолы при повторном испарении переходит в кокс, однако эта доля смолы настолько мала, что на общий выход смолы практически не оказывает влияния и при балансовом измерении потоков в реакторе измерений выходов смолы не обнаружено.

Рециркуляция с уловленными мелкодисперсными частицами 0,3-5% парогазовых продуктов, направляемых на очистку, позволяет увеличить степень улавливания мелкодисперсных частиц в циклонном сепараторе. Характер зависимости КПД циклонного сепаратора от объема отведенных совместно с мелкодисперсными частицами парогазовых продуктов приведен на фиг.2. Сочетание конденсации тяжелой фракции смолы на поверхности мелкодисперсных частиц и конгломерация осмоленных частиц позволяет снизить объем отводимых парогазовых продуктов.

Отвод менее 0,3% парогазовых продуктов оказывают незначительное влияние на КПД циклона (фиг.2) и практически не влияет на содержание механических примесей в смоле.

Отвод более 5% парогазовых продуктов оказывает незначительное влияние на дальнейшее увеличение КПД циклонного сепаратора. Дальнейшее снижение содержания механических примесей в смоле практически прекращается, а расход энергии на рециркуляцию парогазовых продуктов растет. Таким образом увеличение объема отводимых парогазовых продуктов более чем 5% нецелесообразно.

Конденсация парогазовых продуктов на поверхности уловленных частиц позволяет покрыть эти частицы смолой и изменяют их адгезионные свойства. Осмоленные частицы повторно не уносятся потоком парогазовых продуктов и таким образом уменьшается запыленность очищаемого потока парогазовых продуктов, что при одинаковой степени очистки снижает содержание технологических примесей в смоле.

Конгломерация осмоленных частиц между собой и с частицами выделенными на стадии гравитационной сепарации позволяет максимально укрупнять мелкодисперсные частицы. В результате этой операции частицы не могут быть повторно унесены потоком очищаемых парогазовых продуктов. Это позволяет улучшить степень очистки парогазовых продуктов и снизить содержание механических примесей в смоле.

Отвод смеси парогазовых продуктов и мелкодисперсных частиц путем эжекции перегретым водяным паром позволяет создать и поддержать объем отводимых парогазовых продуктов в оптимальных пределах: 0,3-5% при одновременном поддержании оптимальной температуры в эжектированной смеси на 10-50^оС ниже точки росы.

Осуществление конденсации тяжелой смолы путем поддержания температуры эжектированной смеси на 10-50^оС ниже температуры точки росы позволяет высадить оптимальное количество смолы на поверхности мелкодисперсных частиц. При поддержании температуры эжектируемой смеси менее чем на 10^оС ниже температуры точки росы из парогазовых продуктов конденсируется недостаточное количество смолы, чтобы придать адгезионные свойства частицам. Частицы повторно уносятся с парогазовыми продуктами и в смоле повышается содержание механических примесей.

Поддержание температуры более чем на 50^оС ниже температуры точки росы приводит к конденсации больших количеств смолы на поверхностях частиц и одновременно на поверхностях эжектора и отводящих трубопроводов адгезионные свойства поверхностей увеличивается. Частицы начинают налипать на эти поверхности, что приводит к закупориванию эжектора и пылеотводящих стояков (трубопроводов). При закупоривании система пылеочистки выходит из строя и в конденсацию поступают неочищенные парогазовые продукты. Это приводит к резкому увеличению содержания механических примесей в смоле.

Конгломерация осмоленных мелкодисперсных частиц путем смешения эжектированной смеси с крупными частицами выделенными на стадии гравитационной сепарации позволяет создать максимальный контакт осмоленных частиц с частицами уловленными на стадии гравитационной сепарации. Хороший контакт приводит к максимальной степени конгломерации мелкодисперсных частиц как между собой, так и с частицами выделенными на стадии гравитационной сепарации. Одновременно конгломераты нагреваются и при температуре выше температуры точки росы смола испаряется и переходит в парогазовые продукты. Таким образом, максимально снижаются потери смолы, связанные с конденсацией парогазовых продуктов на поверхностях мелкодисперсных частиц. Одновременно отведенные с мелкодисперсными частицами парогазовые продукты фильтруется через падающий слой и уходят на повторную очистку в циклонный сепаратор.

Пример выполнения. На агрегатах с твердым теплоносителем УТТ-300 на Эстонской ГРЭС из барабанного реактора в осадительную камеру подают смесь, состоящую из 30000 кг/ч парогазовых продуктов и 345000 кг/ч коксозольного остатка. Гравитационную сепарацию проводят в осадительной камере. Во время сепарации выделяют 337300 кг/час твердых частиц в виде падающего слоя, а 7700 кг/ч наиболее мелких частиц уносится с парогазовыми продуктами. Запыленные парогазовые продукты направляют в циклонный сепаратор СЦН-40 с КПД 85% для первичной очистки. В нем из запыленных парогазовых продуктов выделяют 6545 кг/ч мелкодисперсных частиц и подсоединяют их к потоку частиц, выделенных на стадии гравитационной сепарации, а поток парогазовых продуктов, содержащий 1155 кг/ч пыли, направляют во вторую ступень очистки в циклон СКСН-34М. Выделенные на стадии гравитационной сепарации и в первой ступени очистки из парогазовых продуктов частицы КЗО в виде падающего слоя транспортируют в шнек коксозольного остатка и далее при помощи этого шнека передают в аэрофонтанную топку.

Уловленные во второй ступени очистки мелкодисперсные частицы КЗО в количестве 1130 кг/ч при помощи эжектора транспортируют в виде газовзвеси вниз осадительной камеры под падающий слой КЗО. В смеси с этими частицами из пылесборного бункера циклона отбирают 1,7% (500 кг/ч) парогазовых продуктов. В эжектор для поддержания перепада давления 1390 мм Н₂O подают перегретый водяной пар t=400^оС, Р=9,5 ата, G=520 кг/ч. В результате срабатывания энергии пара в смеси за эжектором устанавливается температура 435^оС, что на 28^оС ниже температуры точки росы парогазовых продуктов. Охлажденную смесь мелкодисперсной пыли и парогазовых продуктов возвращают вниз осадительной камеры под падающий слой частиц, отделенных на стадии гравитационной сепарации.

В очищенных парогазовых продуктах содержится 25 кг/ч пыли, которая уносится в отделение конденсации. КПД второй ступени очистки составляет 97,8%. Содержание механических примесей в смоле - 0,15%.

В таблице приведены данные, обосновывающие отличительные признаки и подтверждающие положительный эффект способа очистки парогазовых продуктов.

Предложенный способ позволяет не только упростить технологию сухой очистки парогазовых продуктов от мелкодисперсных частиц, но и резко сократить объем отсасываемых (рециркулируемых) парогазовых продуктов при одновременном снижении содержания механических примесей в смоле.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ПАРОГАЗОВЫХ ПРОДУКТОВ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ВЫШЕ ИХ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ, включающий гравитационную сепарацию крупных частиц при температуре очищаемых парогазовых продуктов в виде падающего слоя, центробежную сепарацию с отводом очищенных парогазовых продуктов и совместного потока уловленных мелкозернистых частиц с рециркулирующими парогазовыми продуктами, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса очистки при одновременном снижении механических примесей в смоле, с совместным потоком рециркулируют не более 5% парогазовых продуктов, совместный поток охлаждают до температуры на 10 - 50^oС ниже температуры точки росы парогазовых продуктов и вводят в падающий слой крупных частиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение и отвод совместного потока осуществляют путем эжектирования водяным паром.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3