Способ очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов и конфигурация его системы - RU2580740C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение касается способа и устройства для очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При сокращающемся запасе ископаемого топлива возобновляемая чистая энергия из биомассы привлекает все большее внимание и быстро развивается. Получение газа и получение нефтепродуктов с использованием биомассы является важным исследовательским проектом в области разработки новой энергии.

Подобно получению газа из угля, получение газа из биомассы требует способы очистки из охлаждения и промывки. В настоящее время исследования способа газификации биомассы добились большого количества результатов, тогда как было выполнено относительно мало исследований очистки синтез-газа из биомассы, главным образом в отношении обычного способа охлаждения и промывки угольного газа. Однако было бы неправильно копировать обычный способ для предварительного охлаждения угольного газа, не принимая в рассмотрение практическую ситуацию того, что выходная температура синтез-газа из биомассы гораздо выше, чем выходная температура угольного газа, то есть температура сырого угольного газа из печи карбонизации составляет 650°С, тогда как температура синтез-газа на выходе из газификатора способа данного изобретения выше чем 1000°С. Таким образом, желательно разработать новый способ охлаждения для синтез-газа из биомассы.

Обычные средства для предварительного охлаждения угольного газа включают в себя: непрямое предварительное охлаждение, прямое предварительное охлаждение и непрямое-прямое предварительное охлаждение. Предварительное охлаждение, главным образом, означает, что угольный газ охлаждается до температуры от 22 до 35°С после выхода из печи карбонизации и до входа в электроосадитель смолы.

Непрямое предварительное охлаждение представляет собой способ, в котором угольный газ косвенно контактирует с охлаждающей средой, между двумя данными фазами происходит теплоперенос, но не массоперенос. Непрямое предварительное охлаждение имеет хорошее охлаждающее и очищающее действие.

Прямое предварительное охлаждение представляет собой способ, включающий в себя распыление аммиачного раствора в угольном газе так, чтобы позволить аммиачному раствору прямо контактировать с угольным газом, так что происходит и теплоперенос, и массоперенос. По сравнению с непрямым предварительным охлаждением, прямое предварительное охлаждение имеет высокую эффективность охлаждения угольного газа, маленькое сопротивление, низкую стоимость устройств и большое потребление энергии.

Непрямое-прямое предварительное охлаждение представляет собой комбинированный способ, который включает в себя введение угольного газа в непрямой охладитель и прямой охладитель соответственно, и имеет преимущества и прямого предварительного охлаждения, и непрямого предварительного охлаждения.

Способы удаления пыли из угольного газа включают в себя: осаждение, фильтр, циклон, электроосаждение, водяную промывку и удаление пыли с помощью скруббера Вентури. Разные способы удаления пыли варьируют в эффекте удаления пыли и расходах на сопротивление.

Основным устройством для удаления смолы из угольного газа является электроосадитель смолы.

Характеристики синтез-газа, получаемого из различных исходных материалов и с помощью разных способов газификации, почти одинаковые. Однако целевой способ и конфигурацию системы необходимо адаптировать, чтобы гарантировать улучшенную целевую очистку и целевую экономию.

Отличающиеся сложностью системы, длительной процедурой, высоким потреблением энергии, низкой эффективностью и стабильностью, и неэкономичностью обычные способы очистки угольного газа необходимо оптимизировать и разрабатывать, когда их применяют для обработки синтез-газа из биомассы. Техническое решение данного изобретения дает в качестве результата обширных исследований способ охлаждения и газификации синтез-газа путем объединения способа высокотемпературной газификации биомассы с химическими и физическими свойствами синтез-газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним объектом данного изобретения является обеспечить способ и устройство для очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов. Путем адаптирования оптимизированной схемы целевого способа и разработки процедуры, путем разумной конфигурации устройств способа и путем надлежащих параметров контроля способа решаются проблемы того, что обычный химический промышленный способ очистки угля имеет сложную систему, длительную процедуру, высокое потребление энергии, низкую эффективность и стабильность и является неэкономичным, так что технология и экономика соединяются.

Техническое решение данного изобретения суммируется следующим образом.

Техническое решение данного изобретения разработано на основании характеристик способа высокотемпературной плазменной газификации в неподвижном слое биомассы и синтез-газа (имеющего температуру от 1000 и 1100°С, содержание пыли ниже 20 г/Нм³ и содержание смолы ниже 3 г/Нм³) и согласно способу охлаждения и очистки угольного газа. Способ очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов содержит: введение высокотемпературного синтез-газа из газификатора через его верхнюю часть, через высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, в водоохлаждаемый башенный охладитель, где вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ для охлаждения части шлака; введение синтез-газа из водоохлаждаемого башенного охладителя в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа и бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, где отходящее тепло отбирается в двух секциях при двух давлениях, пар среднего давления и пар низкого давления получаются и подаются во внешние устройства, и тяжелая смола конденсируется и отбирается с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа; введение синтез-газа из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя для промывки синтез-газа и удаления пыли; введение синтез-газа из скруббера Вентури в мокрый электросборник пыли для выполнения глубокого удаления пыли и удаления тумана смолы; и извлечение синтез-газа с помощью вытяжного вентилятора угольного газа, и перенос синтез-газа в бак мокрого газа для хранения или в процесс ниже по потоку для использования. Таким образом, синтез-газ охлаждается в двух секциях, отходящее тепло отбирается постепенно, постепенно выполняют удаление пыли и удаление смолы. Кроме того, синтез-газ после охлаждения и очистки имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°С и отбор теплосодержания выше чем 80%.

В данном техническом решении высокотемпературный синтез-газ, имеющий температуру от 1000 до 1100°С, содержание пыли ниже чем 20 г/Нм³ и содержание смолы ниже чем 3 г/Нм³, вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°С и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа для отбора среднетемпературного отходящего тепла; и полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа, имеет температуру 450±20°С. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для отбора низкотемпературного отходящего тепла; и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа, снижается до 200±10°С. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя, чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет 45±2°С. Синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы в нем, так что синтез-газ имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°С и отбор теплосодержания больше чем 80%. Обработанный синтез-газ извлекается вытяжным вентилятором угольного газа и переносится в бак мокрого газа для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. В параллельном соединении с баком мокрого газа находится факел для сжигания отходящего газа.

В качестве улучшения данного изобретения, высокотемпературный водоохлаждаемый газоход и водоохлаждаемый башенный охладитель используют мембранные водоохлаждаемые трубчатые структуры, снижая тем самым их массу, избегая проблемы опадания огнезащитных материалов и улучшая надежность работы. Высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, водоохлаждаемый башенный охладитель и бойлер-утилизатор отходящего тепла соединены последовательно, образуя систему циркуляции воды, так что решается проблема охлаждения циркулирующей воды и реализуется полный отбор тепловой энергии.

В качестве улучшения данного изобретения, вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ в водоохлаждаемом башенном охладителе для снижения температуры синтез-газа до 800±20°С и конденсации шлака в синтез-газе; и шлак выгружают из нижней части башни. Таким образом, нагревающие поверхности бойлеров-утилизаторов отходящего тепла предохраняются от загрязнения шлаком, и гарантируется стабильность осуществления теплообмена бойлеров-утилизаторов отходящего тепла.

В качестве улучшения данного изобретения, бойлер-утилизатор отходящего тепла включает в себя высокотемпературную секцию и низкотемпературную секцию. Температура синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа составляет 450±20°С, что выше точки конденсации тяжелой смолы, тем самым избегается конденсация смолы. Высокотемпературная секция используется в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа. Технологическое давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа равняется или больше чем 1,6 мегапаскалей, улучшая тем самым качество температуры пара и удовлетворяя требованиям соответствующего химического пара. Температуру синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа регулируют к величине меньше чем 200°С, чтобы конденсировать тяжелую смолу в этой секции и собирать тяжелую смолу лотком. Низкотемпературная секция использует бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для улучшения эффекта теплообмена. Технологическое давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа составляет 0,5 мегапаскалей, и пар низкого давления, полученный в нем, направляют в мокрый электросборник пыли для выметания.

Синтез-газ из биомассы имеет относительно низкие содержание пыли и содержание смолы. Скруббер Вентури в отсутствие наполнителя организован для предварительного удаления пыли, но реализуются не только задачи удаления пыли и снижения температуры, но также удаление промывкой вредных газов, включая H₂S, NH₃ и HCN.

Мокрый электросборник пыли организован в задней части потока способа для гарантии контроля задач удаления пыли и удаления смолы.

По сравнению с предшествующим уровнем техники данное изобретение решает следующие проблемы и имеет очевидные преимущества.

Данный способ применим к адиабатическому высокотемпературному газификатору, и решаются те технические проблемы, что газификатор в водяном охлаждении или охлаждении полученного газа имеет сложную структуру и большой размер, шлак легко агрегирует на стенках газификатора, накипь легко образуется на водной стороне, высоки потребление энергии и потребление мощности. Хотя стабильность газификации улучшается, производственные затраты в основном устройстве газификации сохраняются.

Применяется высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, так что решаются те проблемы, что адиабатическая труба является громоздкой, объемистой и трудна для обращения, ее облицовка легко разрушается, и срок ее службы является коротким.

Процесс охлаждения выполняется вне газификатора путем распыления воды, так что это не влияет на процесс газификации. Степень охлаждения частично регулируется, таким образом влияние конденсации шлака и термическая эффективность системы улучшаются.

Конфигурация двух секций бойлеров-утилизаторов отходящего тепла при двух давлениях приводит к централизованному сбору тяжелой смолы, постепенному отбору отходящего тепла и улучшению тепловой эффективности устройств.

Скруббер Вентури в отсутствие наполнителя используется, чтобы промывать газ и удалять пыль, а мокрый электросборник пыли используется, чтобы дополнительно удалять смолу и пыль, реализуя тем самым задачу очистки путем постепенного удаления пыли и смолы.

Вытяжной вентилятор угольного газа расположен в задней части системы отрицательного давления, так что синтез-газ предотвращается от утечки, и удобно ее детектировать, поднимать тревогу и блокировать расположение устройств и инструментов, улучшая тем самым безопасность оперативного контроля.

Данное изобретение имеет простую систему, сглаженный процесс, низкое потребление энергии, высокую эффективность, безопасность и стабильность, высокую экономическую выгоду и перспективу широкого применения.

Согласно формуле изобретения заявляется способ очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов, в котором: вводят высокотемпературный синтез-газ из газификатора через его верхнюю часть, через высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляют воду в высокотемпературный синтез-газ для его охлаждения и конденсации части шлака; вводят синтез-газ из водоохлаждаемого башенного охладителя в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа и затем в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, где отходящее тепло отбирают в двух секциях при двух давлениях, побочные продукты, включающие в себя пар среднего давления и пар низкого давления, производят и подают во внешние устройства, и тяжелую смолу конденсируют и отбирают с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа; вводят синтез-газ из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя для промывки синтез-газа и удаления пыли; вводят синтез-газ из скруббера Вентури в мокрый электросборник пыли для выполнения глубокого удаления пыли и удаления тумана смолы; и извлекают синтез-газ вытяжным вентилятором угольного газа и переносят синтез-газ в бак мокрого газа для хранения или в процесс ниже по потоку для использования.

Предпочтительно высокотемпературный синтез-газ, полученный в данном газификаторе, имеет температуру между 1000 и 1100°С, содержание пыли ниже чем 20 г/Нм³ и содержание смолы ниже чем 3 г/Нм³; высокотемпературный синтез-газ вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляют воду, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°С и конденсировать шлак; вводят затем синтез-газ в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа для отбора среднетемпературного отходящего тепла; и полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства; синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа, имеет температуру 450±20°С; затем синтез-газ переносят в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для отбора низкотемпературного отходящего тепла; полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства; синтез-газ охлаждают в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа, и одновременно отделяют тяжелую смолу и собирают в лоток; температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа, снижена до 200±10°С; затем синтез-газ переносят в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя, чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется; температура синтез-газа после промывки составляет 45±2°С; синтез-газ направляют в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы в нем, так что синтез-газ имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°С и отбор теплосодержания больше чем 80%; обработанный синтез-газ извлекают вытяжным вентилятором угольного газа и переносят в бак мокрого газа для хранения или направляют в процесс ниже по потоку для использования; и в параллельном соединении с баком мокрого газа находится факел для сжигания отходящего газа.

Предпочтительно высокотемпературный водоохлаждаемый газоход и водоохлаждаемый башенный охладитель используют мембранные водоохлаждаемые трубчатые структуры.

Предпочтительно расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа равняется или больше чем 1,6 мегапаскалей, и температура синтез-газа на его выходе составляет 450±20°С.

Предпочтительно температуру синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа регулируют к величине меньше чем 200°С, чтобы конденсировать тяжелую смолу в этой секции и собирать тяжелую смолу лотком.

Предпочтительно расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа составляет 0,5 мегапаскалей; и пар низкого давления, полученный в нем, направляют в мокрый электросборник пыли для очистки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чертеж представляет собой блок-схему способа данного изобретения для очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Способ очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов дополнительно иллюстрируется ниже вместе с чертежом.

Как показано на чертеже, устройство для осуществления основного способа данного технического решения содержит: высокотемпературный водоохлаждаемый газоход 1, водоохлаждаемый башенный охладитель 2, бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3, бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4, скруббер Вентури 5, мокрый электросборник пыли 6, вытяжной вентилятор угольного газа 7, бак мокрого газа 8 и факел 9.

Параметры и протекание способа данного изобретения следующие: высокотемпературный синтез-газ, имеющий температуру от 1000 до 1100°С, вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу 1 в водоохлаждаемый башенный охладитель 2, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°С и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3 для отбора среднетемпературного отходящего тепла. Пар среднего давления, полученный в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа 3, направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа 3, имеет температуру 450±20°С. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4 для отбора низкотемпературного отходящего тепла; и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа 4, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа 4, снижается до менее 200°С. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури 5 (в отсутствие наполнителя), чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет приблизительно 45°С. Потом синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли 6 для дополнительного удаления пыли и смолы. Синтез-газ после вышеуказанных охлаждающей и очищающей обработок имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм³, температуру <45°С и отбор теплосодержания больше чем 80%, что полностью удовлетворяет требованиям к газу для последующих процессов. Обработанный синтез-газ затем извлекается вытяжным вентилятором угольного газа 7 и переносится в бак мокрого газа 8 для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. Факел 9 находится в параллельном соединении с баком мокрого газа 8 и является важным устройством для сжигания отходящего газа, когда система запускается и состав синтез-газа является чрезмерным.

Протекание основного способа охлаждения и промывки синтез-газа при отрицательных давлениях и соответствующие устройства описаны выше. В дополнение к вспомогательным системам, таким как система распыления воды для башенного охладителя, система подачи воды для двух секций бойлера-утилизатора отходящего тепла, система циркуляции воды для скруббера Вентури, система поливки водой для мокрого электросборника пыли и система герметизации воды для бака мокрого газа, также обеспечиваются некоторые стандартные или нестандартные устройства. Данные стандартные или нестандартные устройства образуют индивидуальные подсистемы посредством труб и клапанов и служат сопутствующими устройствами, так что реализуется протекание всего способа охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы.

Реферат

Предложен способ очистки синтез-газа из биомассы при отрицательном давлении для получения нефтепродуктов и его система. В данном способе высокотемпературный синтез-газ, извлеченный из газификатора, поступает в водоохлаждаемый башенный охладитель по водоохлаждаемой трубе и газ частично охлаждается распыляемой водой с затвердеванием шлака; отходящее тепло отбирают с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа и бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в двух стадиях с двумя давлениями; побочные продукты, пар среднего давления и пар низкого давления, выпускают наружу; после конденсации тяжелой смолы и отбора тепла с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа выполняют очистку и извлечение пыли с помощью скруббера Вентури без наполнителя, глубокую очистку от пыли с помощью мокрого электросборника пыли и очистку путем удаления тумана из смолы; затем полученный продукт извлекают вентилятором газа и направляют в бак мокрого газа для хранения или направляют для использования ниже по потоку. Задачи очистки достигаются путем стадийного охлаждения синтез-газа, постепенного отбора отходящего тепла, ступенчатого удаления пыли и удаления смолы, и технические проблемы сложности системы, длинного потока, высокого потребления энергии, низкой эффективности и плохой стабильности и экономии решаются путем оптимизации процесса и регулирования соответствующих параметров способа. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула