Спосіб газифікації твердих вуглецевмісних палив із застосуванням низькотемпературної плазми

Спосіб газифікації вуглецевмісних твердих палив із застосуванням низькотемпературної плазми, що включає подачу повітря, збагаченого киснем, або технічного кисню, водяної пари, який відрізняє ться тим, що спочатку додатково в прегенератор подають напівкоксовий газ (газ сухої перегонки), а потім продукти паливно-плазмової обробки (газоутворюючі агенти) подають у робочий простір газогенератора для забезпечення взаємодії зі вуглецевмісним матеріалом палива з утворенням генераторного газу. (19) (21) u200707383 (22) 02.07.2007 (24) 25.03.2008 (46) 30.12.1899, Бюл.№ , 1899 р. (72) ВОЛКОВ ІГОР ГЕОРГІЙОВИЧ, UA, ЛИСЕНКО ІГОР ЕДУАРДОВИЧ, UA, ЧЕРНИШОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA (73) АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "Н АУКОВОТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ ТРАНСКРИПЦІЇ, ТРАНСЛЯЦІЇ І РЕПЛІКАЦІЇ", U A (56) 3 30949 4 Відомий безперервний спосіб одержання Спосіб паливно-плазмової газифікації включає водяного газу із застосуванням електрогазифікації. подачу порошкоподібного вугілля в прегенератор, Електричний струм проходить безпосередньо де він взаємодіє з киснем і водяною парою в через вугілля, яке виступає опором, нагріває його електродуговій плазмі, у результаті чого виходить та реагуючі гази до температури реакції. При газ, що містить і Н 2, CO, СО2 і Н2О. переході струму від одного шматка палива до Прегенератор розташований між генератором іншого, утворюються маленькі вольтові дуги, які плазми (плазмотроном) і шахтною піччю створюють дуже високу температуру. В якості газогенератора і являє собою ємність, футеровану дуття в газогенератор подається тільки водяна вогнетривким матеріалом, у якій протікають пара, тут протікає процес утворення водяного газу плазмохімічні реакції. в чистому виді так само, як під час фази парового Вугілля, що подається у прегенератор, дуття в газогенераторах періодичної дії. При виконує роль як хімічного агента газифікації, нагріванні шару палива електричним струмом є утворюючи компоненти відновлювального газу СО можливість легко й у широких межах регулюва ти і Н2, так і джерела додаткової енергії за рахунок температуру в ша хті газогенератора, завдяки чому утворення СО2 і Н2О, які є продуктами досягається висока якість водяного газу [3]. екзотермічних реакцій, і проходячи через шар Недоліком зазначеного способу є значні коксу, даючи суміш Н 2 і CO. витрати електроенергії. Капіталовкладення на Недоліком зазначеного способу газифікації є спорудження електростанції, що обслуговує те, що для участі вугілля в утворенні компонентів газогенераторну станцію, у кілька разів відбудовного газу в прегенераторі, витрачається перевищують витрати на спорудження самої енергія плазми, тому що реакції утворення CO і Η газогенераторної станції. є ендотермічними. Крім того, оксид вуглецю CO, Відомий спосіб термічної переробки твердого що надходить із прегенератора, у ша хті палива й енерготехнологічна установка для його газогенератора може частково утворювати діоксид здійснення, заснований на плазмовій переробці, вуглецю СО2, що погіршує якість одержуваного шляхом подачі низькосортного твердого палива генераторного газу. дозовано, шляхом продувки шару низькосортного Подача порошкоподібного вугілля вимагає палива окисним плазмовим струменем, при цьому спеціальної його підготовки (розвантаження, підтримується температура газоподібних продуктів дроблення, помелу), викликає зношування газифікації і їхнього відводу від 1650 до 1850 К и пилопроводу. Пред'являються підвищені вимоги встановлюється динамічний напір плазмових до фракційного складу порошкоподібного вугілля, струменів у діапазоні 6000-15000 Па. вмісту в ньому летучи х речовин. Більші трудно щі Після закінчення процесу газифікації вугілля й виникають при розпалюванні та стабілізації повного відводу синтез-газу з газифікатора, горіння вугіль із низьким вмістом летучи х речовин залишок, який не прореагував, нагрівають до (менш 15% і особливо антрацитів). Для таких утворення розплаву, що зливають і здійснюють вугіль запропоновано здійснювати термохімічну його продувку відновлювальним плазмовим підготовку вугільного пилу. У плазмовому струменем при температурі 2000-2050 К, для газогенераторі в якості палива використовується одержання феросиліцію, а збіднений розплав кокс. подають у стабілізуючий реактор, у якому Застосування інших видів вугіль при підтримують температур у 1600-1800°С, а потім на газифікації супроводжується частковим розпилювальні плазмові струмені для одержання напівкоксуванням вугілля, у результаті чо го газ, що волокнистих матеріалів [4]. утворюється, забруднюється смолою, маслом, Недоліком зазначеного способу є те, що при фенолами. проведенні процесу газифікації окисні плазмові Технічним завданням корисної моделі, що струмені подаються в шар палива, нагрівають його заявляється, є вдосконалення способу паливной вуглець палива, взаємодіючи з окисним плазмової переробки. плазмовим струменем, що має середньомасову Технічним результатом є зниження витрат температуру 2500-4000 К, переходить у електричної енергії й збільшення виходу газоподібний стан. Вода, яка подається із генераторного газу. плазмоутворюючим повітрям в плазмотрон, Суть запропонованої корисної моделі конвертується на кисень, що додатково бере виражається наступною сукупністю суттєви х ознак, участь в окислюванні речовин, що містяться в достатніх для досягнення зазначеного вище паливі. Енергія, необхідна для процесу газифікації, технічного результату: одержується безпосередньо із плазмотрона. - спочатку додатково в прегенератор подають Основним недоліком плазмових технологій, що напівкоксовий газ (газ сухої перегонки), дотепер стримують їхнє широке застосування, є - потім продукти паливно-плазмової обробки споживання великої кількості електроенергії. Крім (газоутворюючі агенти) подають у робочий простір того, процес здійснюється періодично, що газогенератора для забезпечення взаємодії зі приводить до зниження продуктивності й вуглецевмісним матеріалом палива з утворенням коефіцієнта корисної дії газифікації. генераторного газу. Найближчим аналогом є спосіб паливноПричинно-наслідковий зв'язок між плазмової обробки, у якому генератори плазми зазначеними вище суттєвими ознаками корисної (плазмотрони) використовуються для підтримки й моделі й очікуваним технічним результатом стабілізації необхідних температурних режимів з обґрунтовується наступним. мінімальним споживанням електроенергії [5]. 5 30949 6 Напівкоксовий газ (газ сухої перегонки) для 82,2%; газового коксу - 71,4%; кам'яновугільного подальшої подачі в прегенератор отримують у коксу - 50,1%. печах напівкоксування або в спеціальних Процес одержання генераторного газу газогенераторах вугілля зі швельшахтою здійснюється безупинно в міру надходження (камерою), у якій відбувається суха перегонка палива й дуття. У результаті переробки палива палива. Газ сухої перегонки відбирається у верхній утворюються продукти переробки (зола, шлаки), частині шахти (швельша хти) з температурою 100які також безупинно видаляються з 120°С. газогенератора. При безперервному процесі Виділення процесу сухої перегонки в газифікації, керування газогенератором є більш самостійний агрегат напівкоксування дає простим і легким, аніж при періодичному процесі, можливість одержати смолу більш високої якості, при цьому підвищується продуктивність процесу, очищений напівкоксовий газ і напівкокс, що коефіцієнт корисної дії газифікації. доцільно використовувати в подальшому у Таким чином, паливно-плазмова технологія газогенераторі при газифікації палива. газифікації вуглецевмісних твердих палив з Очищений від смоли газ сухої перегонки або використанням напівкоксового газу або газу сухої напівкоксовий газ з печі напівкоксування, що перегонки надає можливість шляхом простого містить у середньому 23,4% СО2; 5,0% С2Н2; регулювання підвести в шар палива в 23,6% CO; 11,3% Н2, 33,8% СН4, 2,9%N2, подають газогенераторі тепло та газоутворюючі агенти, в прегенератор, де він взаємодіє з окисним необхідні для процесу, що компенсує потребу в плазмоутворюючим газом за допомогою плазми енергії для ендотермічних реакцій газифікації електродугового нагрівача газу (плазмотрона). палива в газогенераторі. Енергія плазмотрона використовується при Згідно з експериментальними даними різних розпалюванні й стабілізації горіння газу, підтримці досліджень, кількість напівкоксового газу (газу необхідної температури продуктів горіння, що сухої перегонки), становить 10-15% від надходять у газогенератор. Температура генераторного газу на тонну палива. Розрахункові плазмоутворюючого газу підтримується шляхом параметри паливно-плазмової газифікації регулювання струму плазмотрона й кількістю вуглецевмісних твердих палив при різній кількості водяної пари, що вводиться. використання напівкоксового газу (газу сухої Менша частина теплової енергії дуття, що перегонки), показали, що із збільшенням кількості подають в газогенератор, виробляється в напівкоксового газу (газу сухої перегонки) з 10% до прегенераторі, де температура 15% на тонну палива, витрати електроенергії плазмоутворюючого газу досягає 3800-4800 К. зменшуються в 1,5 рази, а вихід генераторного Плазмоутворюючий окисний газ в прегенераторі газу збільшується в 1,35 рази, чим досягається змішується з водяною парою й напівкоксовим заявлений технічний результат. газом або газом сухої перегонки зі швельшахти Запропонований спосіб був проведений при при коефіцієнті надлишку повітря σ. = 1,2 і вступає переробці твердого палива в дослідній камері в реакцію, в результаті якої утворюються продукти відновлення залізорудних окатишів (моделювання горіння, що містять діоксид вуглецю й водяну пару газогенератора). На початку до подачі палива (СО2 і Н2О). Ці реакції є екзотермічними, продукти (коксового дріб'язку) за допомогою плазмотрону горіння надходять у газогенератор з температурою розігрівали камеру відновлення до температури 1200-1300°С та 1600-1700°С (залежно від способу 1200°С. Потім через завантажувальний пристрій видалення шлаків у сухій або рідкій формі) й завантажували кокс. Після заповнення робочого компенсують потребу в енергії подальших простору камери відновлення включали ендотермічних реакцій взаємодії СО2 і Н2О с плазмотрон, подавали плазмоутворюючий газ вуглецем палива з утворенням СО і Н 2 в (повітря) і по досягненню в робочому просторі газогенераторі. камери температури ~1000°С подавали природний Спосіб безперервної газифікації здійснюється газ (зменшували силу струм у на плазмотроні та в газогенераторі шляхом подачі зверху в ша хту знижували температур у продуктів паливнопалива, а потік дуття рухається знизу вгору. плазмової обробки). Природний газ моделював При цьому в зону газифікації подається нагріте подачу газу сухої перегонки або напівкоксового в прегенераторі дуття, що складається із СО2, газу при витраті повітря ά = 1,2. Продукти горіння Н2О, О 2, Ν2 у різних співвідношеннях в залежності природного газу мали в середньому наступний від необхідності одержання при газифікації суміші склад, % (об.): 8,0 СО2; 16,1 Н20; 72,2 Ν2; 3,0 О2. Ці СО і Н2 з різним вмістом компонентів і різним дані близькі до розрахункового складу продуктів виходом генераторного газу ( синтезгоріння напівкоксового газу, % (об.): 13,83 СО2; газу). Н20, Ог і С02 виступають в якості 13,54 Н2О; 69,56 Ν2; 3,05 О 2. Продукти горіння газоутворюючих окисних агентів, при використанні природного газу СО2 і Н2О надходили в камеру яких суміщаються процеси одержання водяного й відновлення й при температурі понад 1000°С і регенераторного газів. Вуглець палива в даному відновлювалися вуглецем коксового дріб'язку. випадку відіграє роль хімічного агента. Одержувався синтез-газ наступного хімічного Чим вище реакційна здатність палива, тим складу, % (об.): 3,5 СО2; 32,5 СО; 4,0 Н2; 59,0 Ν2, повніше при більш низькій температурі протікає 10,0 СН4, який спалювали на розпалювальній розкладання водяної пари в газогенераторі. Так, трубі. Процес газифікації палива (коксового при 1000°С за час перебування водяної пари в дріб'язку) у дослідній камері відновлення газогенераторі на деревному вугіллі періодичний, оскільки на установці була відсутня розкладається 100% водяної пари; напівкоксу 7 30949 система безперервного завантаження й вивантаження матеріалів. Після закінчення циклу газифікації з камери відновлення витягали золу, що була сильно ошлакована. Перелік використаних джерел. 1. Шишаков Н.В. Основы производства горючих газов. М-Л, Госэргоиздат, 1948, с. 479. 2. Альтшулер B.C. Новые процессы газификации твёрдого топлива. М., Недра, 1976, С. 280. 3. Федосеев С.Α., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твёрдого топлива. М., Гостоптехиздат, 1960, С.323. 4. Неклеса А.Т. Способ термической переработки топлива. Патент Российской Федерации, №2125082, зарегистрирован 20.01.1999. 5. Bentel L., Herlitz H.G., Santen S.O. Plasma Technology for Direct Reduction II 23-rd Conf. Intern on Metallurgy, Annual Conference of Metallurgists. Quebec City, Augyst 19-22,1984. 8