Способ производства синтез-газа - RU2580747C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу производства синтез-газа описанного в ограничительной части п.1 формулы изобретения вида.

Подобный способ, который занимается удалением жидкой золы и щелочей из синтез-газа, описывает WO 2009/080334 А2 заявителя.

В мире существует большое количество установок для газификации угля и биомасс. Подавляющее число этих установок предназначено для производства синтез-газа, аммиака, водорода или метанола.

Существует единое мнение, что для электростанций, работающих в комбинированном цикле производства электроэнергии из предварительно газифицированного угля, и для производства синтетических энергоносителей, прежде всего, рациональным является способ газификации во взвешенном потоке. Впрочем, доступность газификаторов во взвешенном потоке должна быть значительно увеличена.

В процессах газификации во взвешенном потоке температура процесса повышается настолько, что минеральные составляющие угля сплавляются в жидкий шлак. Шлак стекает по цилиндрической стенке реактора вниз и покидает газификатор через шлаковое отверстие в конической зоне газификатора. Он попадает в водяную ванну (шлаковую ванну), здесь становится твердым и становится гранулированным с образованием мелкого стеклообразного гранулята. Однако небольшая часть жидких капель золы захватывается синтез-газом и через выход газа попадает в охладитель сырого газа.

Выходящий из верхней зоны газификатора синтез-газ имеет высокую температуру, которая выше 1500°C. При этой температуре частицы летучей золы являются более или менее жидкими и липкими. Поэтому синтез-газ должен быть охлажден до области нелипкости приблизительно от 850 до 900°C, прежде чем он может прийти в контакт с теплообменными трубами газотрубного котла.

Газотрубный котел имеет многочисленные применения при использовании тепла дымовых газов. Лимитирующей для его применения является, прежде всего, входная температура, так как содержащиеся в дымовом газе частицы золы при температуре выше 850°C являются от липких до жидкотекучих.

Также существует много способов газификации, которые разными путями осуществляют использование отходящего тепла, причем горячий сырой газ сначала частично охлаждается водой или холодным газом в трубе быстрого охлаждения до температуры около 850°C, прежде чем газ отводится и используется в конвективном котле.

Задачей изобретения является создание способа, который позволяет использовать для отвода тепла существенно более дешевые газотрубные котлы вместо котлов с радиационными поверхностями нагрева.

Способом описанного вначале вида эта задача согласно изобретению решена за счет того, что синтез-газ в неохлажденном состоянии направляется через фильтр горячего газа, а затем для охлаждения - через газотрубный котел, причем отделенные в фильтре горячего газа частицы золы/шлака отводятся в направлении силы тяжести назад в реактор газификации.

С помощью изобретения решена проблема, что при слишком раннем охлаждении частиц они припекаются к газотрубному котлу и закупоривают его, что приводит к частой остановке, чтобы очистить соответствующие части установки. Это устраняется с помощью изобретения.

Варианты осуществления изобретения следуют из дополнительных пунктов формулы изобретения. При этом может быть предусмотрено, что фильтр горячего газа выполнен в виде керамического фильтра, причем содержащиеся в неохлажденном синтез-газе парообразные щелочи удаляются из синтез-газа посредством или после приведения в контакт с геттерной керамикой.

Наряду с выполнением фильтров горячего газа с использованием керамических частиц, еще одна возможность заключается в том, чтобы встраивать в фильтр охлаждаемые трубы с покрытием, например путем покрытия керамикой, которая, например, нанесена путем крепления на шипах; здесь возможны также другие выполнения фильтра.

Согласно изобретению в одном варианте осуществления предусмотрено, что в фильтре горячего газа могут быть установлены скорости газа от 1 до 10 м/с, прежде всего 3 м/с. Для оптимальной теплопередачи при этом может быть также предусмотрено, что скорость газа в газотрубном котле устанавливается равной 15-25 м/с.

Целесообразные варианты осуществления согласно изобретению заключаются в том, что газификация проводится в реакторе при температуре от 800 до 1800°C и рабочем давлении от 0,1 до 10 МПа, и для отделения примесных веществ на фильтре перед фильтром примешиваются добавки.

Наконец, в способе согласно изобретению может быть также предусмотрено, что газ протекает через несколько ступеней фильтрования, причем выходная температура газа за последней фильтрующей ступенью устанавливается выше температуры текучести золы/шлака. Так, например, согласно изобретению можно для отделения шлака сначала установить фильтр горячего газа, а затем фильтр из геттерной керамики, которая во время работы сама медленно расходуется и иногда заменяется.

Для решения поставленной задачи изобретение предусматривает также установку с реактором для производства синтез-газа из углеродсодержащего топлива с подводом кислородсодержащего окислительного средства в реактор и охлаждением дымового газа, которая отличается тем, что в направлении потока сырого газа за реактором сначала подключен фильтр для частиц золы/шлака с последующим фильтром из геттерной керамики, а за ним - газотрубный котел для охлаждения газа.

Еще один вариант выполнения подобной установки может согласно изобретению заключаться в том, что керамический фильтр горячего газа имеет керамическую опорную сетку и засыпку из насадочных тел.

В другом варианте выполнения может быть предусмотрено, что предусмотрен контроль давления на фильтре и газотрубном котле для регистрации рабочего и/или разностного давления.

При этом установка в еще одном варианте выполнения может отличаться тем, что используемые в фильтре или фильтрах насадочные тела могут быть выполнены в виде шаров, колец Рашига, ударных колец (Prallringe), седловидных насадок (Sattelkörper) или цилиндрических тел, или в виде тел неправильной формы, полученных дроблением природных материалов, причем насадочные тела могут иметь сотовую или пластинчатую структуру.

Изобретение будет далее более подробно описано с использованием черртежей. На них показаны:

Фиг.1 - схематическое изображение реактора газификации,

Фиг.2 - увеличенное изображение реактора газификации с фильтром горячего газа, а также

Фиг.3 - принципиальная схема способа согласно изобретению.

На фиг.1 схематически показан обозначенный в общем ссылочным обозначением 1 реактор газификации, в верхней части которого расположен фильтр горячего газа, обозначенный в общем ссылочным обозначением 2, к которому примыкает газотрубный котел 3.

Реактор 1 и фильтр 2 расположены непосредственно друг над другом, то есть фильтр 2 образует в некоторой степени выходное отверстие реактора. За счет этого, в отличие от уровня техники устраняется элемент для выноса шлака, а также связанные с ним тепловые потери.

В представленном примере фильтр горячего газа имеет керамические насадочные тела 8, которые лежат на керамической сетке 5. Расплавленная зола, которая там отделяется, обозначена на фиг.2 ссылочным обозначением 6, она направляется назад в оснащенное выпускным отверстием 7 для шлака внутреннее пространство 9 реактора, что обозначено стрелкой 13.

Подвод, например, топлива и водяного пара во внутреннее пространство 9 реактора в упрощенном виде представлен двумя стрелками 10 и 11.

В примере на фиг.2 над фильтром 2 горячего газа еще обозначен фильтр 12 из геттерной керамики, который при использовании согласно предписаниям расходуется и располагается там с возможностью замены, что более подробно не показано.

На фиг.1 указаны также параметры:

T = местная температура

Ts = температура плавления шлака

W = скорость потока соответствующего газа.

На фиг.3 показана схематическая технологическая схема с использованием реактора 1 газификации согласно изобретению с подключенным высокотемпературным фильтром 2 и подключенным далее газотрубным котлом 3.

Возврат шлака из высокотемпературного фильтра 2, как и на фиг.2, символически представлен стрелкой 13, как и подвод топлива и водяного пара (стрелки 10 и 11).

После газотрубного котла 3, как показано на фиг.3, подключены промыватель 14, сатуратор 15 и реактор 16 конверсии СО (CO-Shift). Благодаря тому, что в верхней зоне реактора 1 с реактором 1 сопряжен фильтр 2, к тому же становится возможной очень компактная конструкция, так как горячий газ (T>TS) может быть отведен, так как в газе больше не содержатся никакие частицы шлака. В уровне техники, напротив, горячий газ охлаждается намного ниже TS для предотвращения зарастания газотрубного котла и, тем самым, остановки, прежде чем он может попасть в газотрубный котел или котел-утилизатор. Преимущество расположенного в верхней зоне реактора 1 фильтра 2 заключается таким образом также в том, что для выработки пара может быть использован горячий газ с очень высокой температурой (~1500°C), а не начиная с примерно 850 до 900°C.

Конечно, описанный пример осуществления изобретения может быть изменен во многих отношениях, не выходя за пределы основной идеи. Так, например, щелочи могут связываться геттерными частицами, которые добавляются в поток дымовых газов как добавки, и т.п.

Реферат

Изобретение относится к газовой и химической промышленности. Твердые или жидкие углеродсодержащие топлива газифицируют с кислородсодержащим окислительным средством в реакторе (1). Синтез-газ выводят из реактора (1) через верхнюю часть, а образовавшиеся во время реакции минеральные капли шлака - в направлении силы тяготения вниз. Газификацию проводят в реакторе (1) при температуре от 800 до 1800°С. Синтез-газ без охлаждения направляют через фильтр горячего газа (2) и затем для охлаждения через газотрубный котел (3). Отделяющиеся на фильтре горячего газа частицы шлака (13) направляют назад в реактор (1) газификации в направлении силы тяготения. Изобретение позволяет использовать для отвода тепла дешевые газотрубные котлы вместо котлов с радиационными поверхностями нагрева. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула