Способ газификации низкореакционных твердых топлив

Изобретение относится к теплоэнергетике, кроме того, изобретение может быть использовано на предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений. Способ заключается в том, что пылевидное топливо газифицируют в потоке окислителя и водяного пара при атмосферном давлении, генераторный газ отводят из камеры газификации, при этом пылевидное топливо смешивают с окислителем и паром внутри камеры газификации, в качестве окислителя используют воздух, активированный нанокатализаторами, в качестве нанокатализаторов используют астралены и таунит, внедряют в процесс газификации синглетный кислород, сгенерированный путем облучения наноматериала, подают пылевидное топливо в газификатор по схеме противотока относительно восходящего струйно-вихревого потока окислителя, поток окислителя с водяным паром закручивают с помощью лопастного аппарата, а золу удаляют в сухом виде. Техническим результатом является повышение эффективности процесса газификации и коэффициента использования топлива за счет интенсификации процесса газификации. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, кроме того, изобретение может быть использовано на предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.

Известен способ Texaco для газификации водоугольной суспензии в нисходящем потоке окислителя (кислорода). Для приготовления суспензии уголь предварительно измельчают до 100 мкм. Подача суспензии совместно с окислителем осуществляется в верхней части реактора с помощью насоса. Газификация протекает при высокой температуре (около 1500°C) и давлении (от 30 до 70 бар) в зависимости от назначения газификатора. Синтез-газ и жидкая зола выходят из нижней части реактора и затем охлаждаются. Затвердевший шлак удаляется, а вода рециркулируется в систему приготовления суспензии.

Основным недостатком является отсутствие возможности увеличения скорости реакции газификации топливной смеси.

Наиболее близким является способ Koppers-Totzek, в котором угольную пыль газифицируют в потоке окислителя. Предварительно подготовленную угольную пыль (пылевидное топливо) с частицами <100 мкм смешивают с кислородом и водяным паром и форсунками подают в камеру газификации. В камере газификации смесь движется прямотоком. Процесс протекает при атмосферном давлении. Температура уходящих газов 1500°C. Образующийся генераторный газ удаляют сверху горизонтальной камеры газификации, а жидкий шлак удаляют снизу (Christopher Higman, Maarten van der Burgt. Gasification (Second Edition) / Gulf Professional Publishing, 2008, p. 416).

Недостатки: для процесса характерна невысокая интенсивность и производительность процесса газификации.

Технической задачей является повышение эффективности процесса газификации и коэффициента использования топлива за счет интенсификации процесса газификации.

Задача решается за счет того, что в камеру газификации подают пылевидное топливо с помощью системы подвода пылевидного топлива, воздух нагревают и подают в камеру газификации с помощью системы подачи и нагрева окислителя, в воздушную струю перед камерой газификации впрыскивают воду и нанокатализаторы с помощью системы подачи наноматериалов и воды, зола удаляется из бункеров приема золы, генераторный газ удаляется с помощью системы отвода генераторного газа.

На чертежепредставлена принципиальная схема способа газификации низкореакционных твердых топлив, заключающаяся в том, что в камеру газификации 1 подают пылевидное топливо с помощью системы подвода пылевидного топлива 2, воздух нагревают и подают в камеру газификации 1 с помощью системы подачи и нагрева окислителя 3, в воздушную струю перед камерой газификации 1 впрыскивают воду и нанокатализаторы с помощью системы подачи наноматериалов и воды 4, зола удаляется из бункеров приема золы 5, 6, генераторный газ удаляется с помощью системы отвода генераторного газа 7.

Предлагаемый способ газификации низкореакционных твердых топлив осуществляют следующим образом.

Пылевидное топливо с помощью системы подвода пылевидного топлива 2 поступает в верхнюю часть камеры газификации 1. Одновременно происходит подогрев окислителя (воздуха) до температуры около 800°C с помощью системы подачи и нагрева окислителя 3, активация окислителя нанокатализатором и впрыск воды 4. Интенсификация процесса газификации осуществляется за счет внедрения в процесс газификации синглетного кислорода, сгенерированного путем облучения наноматериалов, в качестве которых используются астралены и таунит. Тепловое облучение наноматерила происходит естественным образом внутри камеры газификации. Синглетный кислород с энергией активацией большей, чем у молекулярного кислорода, способен повысить скорость реакции окисления (неполного горения), повышая эффективность процесса газификации в целом. В камере газификации струя пылевидного топлива смешивается с окислителем, с помощью лопастного аппарата (на чертеже не указан) создается восходящий струйно-вихревой поток, который обеспечивает интенсивное смешивание топлива с окислителем. Способ газификации в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя подразумевает организацию подачи пылевидного топлива в камеру газификации по схеме противотока относительно восходящего струйно-вихревого потока окислителя с температурой 800-900°C, что позволяет подогреть пылевидное топливо до 150-200°C и улучшить начальные условия процесса газификации. Крупные частицы золы под действием силы тяжести выпадают в бункер приема золы 5 (зола удаляется в сухом виде т.к. температура в камере газификации ниже точки плавления золы), мелкие частицы золы уносятся в бункер приема золы 6. Полученный генераторный газ удаляется с помощью системы отвода генераторного газа 7. Процесс получения генераторного газа идет при атмосферном давлении внутри камеры газификации.

Способ предназначен для газификации низкореакционных твердых топлив (углей) различных марок для получения горючего генераторного газа. Твердое топливо считается низкореакционным, если оно характеризуются низким выходом летучих веществ, например, у Антрацитового Штыба Донецкого бассейна выход летучих веществ всего 4%. При непосредственном сжигании такого топлива в горелки необходимо дополнительно подавать дорогостоящий мазут или природный газ. Генераторный газ можно направлять в горелки котла для «подстветки» факела взамен дорогостоящему мазуту и природному газу.

Предлагаемый способ позволяет повысить скорость газификации низкореакционного пылевидного топлива, тем самым увеличивая производительность газификатора. Повышение коэффициента использования топлива возможно за счет интенсификации процесса газификации, позволяющей снизить коэффициент уноса золы и недожога топлива.

Способ газификации низкореакционных твердых топлив, заключающийся в том, что пылевидное топливо газифицируют в потоке окислителя и водяного пара при атмосферном давлении, генераторный газ отводят из камеры газификации, отличающийся тем, что пылевидное топливо смешивают с окислителем и паром внутри камеры газификации, в качестве окислителя используют воздух, активированный нанокатализаторами, в качестве нанокатализаторов используют астралены и таунит, внедряют в процесс газификации синглетный кислород, сгенерированный путем облучения наноматериала, подают пылевидное топливо в газификатор по схеме противотока относительно восходящего струйно-вихревого потока окислителя, поток окислителя с водяным паром закручивают с помощью лопастного аппарата, а золу удаляют в сухом виде.