Спосіб отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевміщуючої шихти

Реферат: Спосіб отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевовміщуючої шихти відноситься до коксохімічної промисловості, а саме, до термічної переробки вугілля у високоякісний синтез-газ, та може бути використаний у хімічній промисловості для отримання хімічних продуктів, у металургії - під час виплавки металів, та в енергетиці. Задачею винаходу є підвищення глибини переробки вугілля та/або шихти у синтетичний газ, покращення якості синтетичного газу, підвищення теплотехнічних показників процесу. Спосіб отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевовміщуючої шихти, що включає термічну деструкцію вугілля та/або шихти, з наступною газифікацією отриманого твердого залишку й парової конверсії летючих продуктів, який відрізняється тим, що на першому етапі проводять термічну деструкцію спікливого вугілля та/або шихти напівкоксування, середньотемпературне коксування або високотемпературне коксування, твердий продукт термічної деструкції у вигляді напівкоксу, середньотемпературного коксу або високотемпературного коксу, не охолоджуючи, газифікують, в газифікаторі з стаціонарним шаром та парокисневим дуттям за умовами низькотемпературної газифікації, з отриманням синтетичного газу у співвідношенні Н2:CO = від (1:2,5) до (1:1), а піролізний газ, що отриманий від термічної деструкції, без охолодження і конденсації високо- та низькокиплячих з'єднань, надходить на конверсію для отримання синтетичного газу в співвідношенні Н 2:CO = від (1:1) до (3,5:1), при цьому, газ, який отриманий під час газифікації твердого залишку термічної UA 98434 C2 (12) UA 98434 C2 деструкції спікливого вугілля та/або шихти, та газ, який отриманий від конверсії летючих продуктів піролізу вугілля та/або шихти, змішують й отримують синтетичний газ із співвідношенням Н2:CO = від (1:1) до (2,5:1). UA 98434 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до коксохімічної промисловості, а саме, до термічної переробки вугілля у високоякісний синтез-газ, та може бути використаний у хімічній промисловості для отримання хімічних продуктів, у металургії - під час виплавки металів, та в енергетиці. Відомий спосіб шарової протитечної газифікації вугілля з отриманням синтетичного газу й продуктів напівкоксування (олив, смол, фенолів), в якому вугілля, що газифікують, завантажують зверху газифікатора, а парокисневе дуття подають знизу, при цьому, в нижній частині газифікатора відбувається парокиснева конверсія твердого залишку термічної деструкції вугілля, з утворенням гарячого синтетичного газу, який, піднімаючись уверх, нагріває вугілля, і тим самим приводить до термічної деструкції ["Химическая технология твердых горючих ископаемых" под ред. Макарова Г. Н. и Харламовича Г. Д., Москва, "Химия", 1986, стр. 493]. До недоліків відомого способу належить забруднення газу продуктами деструкції, оскільки термічна деструкція вугілля протікає у верхній частині газифікатора, а очистка синтетичного газу від них, ускладнює апаратуру процесу газифікації, складність, а у більшості випадків, неможливість газифікації спікливого вугілля через агрегатування під час нагріву й порушення газопроникність вугілля, засипаного в газифікатор. Відомий також спосіб отримання газу, що містить водень й оксид вуглецю, та пристрій для його виконання, спосіб виконують в установці сухого гасіння коксу з використанням розпеченого коксу, як насадочного матеріалу, який безперервно рухається, з високою температурою після видачі з коксової печі. Протитечією коксу у пристрій подають суміш коксового та газів, які спроможні до процесів окислення, у результаті теплообміну з коксом, температура газової суміші піднімається і відбувається конверсія коксового газу, з отриманням його компонентів Н2:СО = 1,8:2,2 [Авторське свідоцтво СРСР № 802354, кл. С10В 39/02, опублікований 07.02.1981г.] Недоліками відомого способу є охолодження коксу, через те, що ендотермічна реакція конверсії коксового газу віднімає тепло від коксу, значна собівартість, оскільки як сировину використовують газоподібне паливо - коксовий газ (з нижчою теплотою згоряння біля 17500 3 кДж/м ), погіршення якості газу. Відновний газ - побічний продукт конверсії коксового газу, а тому його якість залежить від технологічних параметрів коксу та технології його сухого гасіння і охолодження. Крім того, перед проведенням процесу конверсії, кокс необхідно додатково прожарювати до температури 1200-1300 °C, що веде до погіршення якості коксу, додаткових витрат палива, підвищення собівартості продукції. Найбільш близьким,за технічною сутністю, до способу, що заявляється, є спосіб отримання відновного газу з твердих продуктів піролізу вугілля, який містить водень та оксид вуглецю, що включає подачу попередньо нагрітої суміші для дуття через шар розпеченого коксу з температурою 900-1050 °C, який періодично подається з камери коксової печі у герметичному вагоні до верхньої частини пристрою для газифікації, та подається парокиснева суміш, що нагріта до температури 750-850 °С. Спосіб виконують в установці, яка включає корпус із засобами завантаження коксу, засіб для підведення парокисневої суміші та, встановлений під ним, колектор для відведення відновних газів, що містять водень і оксид вуглецю, а також - горн для збору шлакових матеріалів у розплавленому стані, що розташований нижче фурм для подачі парокисневої суміші. Горн забезпечений льотками для рідкого видалення шлаків з пристрою [патент України на корисну модель №45184, кл. С10В 39/02, опублікований 26.10.2009]. Недоліками відомого способу є недостатні глибина переробки вугілля у синтетичний газ та якість отриманого відновного газу, через те, що для його отримання використовують тільки тверду частину продуктів коксування вугілля, внаслідок чого отримують синтетичний газ з переважним вмістом оксиду вуглецю, але для більшості технологій подальшої переробки газів необхідний, переважно, вміст у газі водню (Н2: СО > 2:1), виключення з подальшої переробки летючої частини продуктів коксування (коксовий газ, бензол, смола, феноли), недостатні теплотехнічні показники процесу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевовміщуючої шихти, в якому розділення стадій термічної деструкції вугілля та/або шихти і стадії пошарової протитечної газифікації забезпечують підвищення глибини переробки вугілля та/або шихти у синтетичний газ, цим забезпечується покращення якості синтетичного газу за рахунок оптимізації співвідношення Н2: СО, підвищення теплотехнічних показників процесу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевовміщуючої шихти, що включає термічну деструкцію вугілля та/або шихти, з наступною газифікацією отриманого твердого залишку й парової конверсії летючих продуктів, згідно з винаходом передбачені наступні технологічні відміни: 1 UA 98434 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на першому етапі проводять термічну деструкцію спікливого вугілля та/або шихти напівкоксування, середньотемпературне коксування або високотемпературне коксування; твердий продукт термічної деструкції у вигляді напівкоксу, середньотемпературного коксу або високотемпературного коксу, не охолоджуючи, газифікують; твердий продукт термічної деструкції газифікують у газифікаторі із стаціонарним шаром та парокисневим дуттям за умовами низькотемпературної газифікації, з отриманням синтетичного газу у співвідношенні Н2:СО = від (1:2,5) до (1:1); піролізний газ, що отриманий від термічної деструкції, без охолодження і конденсації високота низькокиплячих з'єднань, надходить на конверсію для отримання синтетичного газу у співвідношенні Н2:СО = від (1:1) до (3,5:1); газ, що отриманий під час газифікації твердого залишку термічної деструкції спікливого вугілля та/або шихти, та газ, що отриманий від конверсії летючих продуктів піролізу вугілля та/або шихти, змішують і отримують синтетичний газ у співвідношенні Н 2:СО = від (1:1) до (2,5:1). Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображена технологічна схема отримання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або спікливої вуглецевовміщуючої шихти. Виконання способу показане на прикладі. Як початкове вугілля узятий вугільний концентрат шахти "Октябрьская", з наступними d daf d характеристиками: зольність вугілля А = 9,0 %; вихід летючих речовин V =42,0 % (V =38,2 %); r робоча вологість W =8,0 %; елементний склад вугілля: вміст вуглецю С = 75,9 %; вміст водню Н = 5,9 %; вміст азоту N=2,3 %; вміст кисню О = 7,8 %; вміст сірки S=0,4 %. Термічну деструкцію вугілля шляхом високотемпературного шарового способу коксування, після попередньої термічної підготовки до 200 °C проводили у коксових печах. В результаті коксування отримали: кокс в кількості 627 кг на 1000 кг початкового вугілля, з наступним елементним складом (на горючу масу): С = 95,0 %; Н = 0,8 %; N = 1,8 %; S = 0,4 %; О = 2,0 %; 3 сирий коксовий газ, що містить пари смоли в кількості 30 г/нм , в сумарній кількості 250 кг на 1000 кг початкового вугілля, з наступним складом: Н2=55,7 %; СН4 = 25,5 %; С2Н4=5,1; СО = 6,9 %; (СО2+H2S) = 2,7 %; О2=0,2; NH3=2,0 %; С6Н6=1,9 %; пари води (волога вугілля та пірогенетична волога), в кількості 123 кг на 1000 кг вугілля. Одразу після видачі коксу, його, у гарячому стані при температурі 900 °C, завантажили у верхню частину газифікатора, із стаціонарним шаром і парокисневим дуттям для низькотемпературної газифікації, та отримали синтетичний газ наступного складу (без урахування парів води й домішок, які видалили при очищенні): Н 2=45 %; СО = 48,0 %; 3 СО2=7,0 %. Кількість газу склала 2350 нм на 1000 кг коксу. Витрати кисню на 1000 кг коксу склали 450 кг, а витрати пари - 750 кг. Сирий коксовий газ, без охолодження і конденсації парогазових продуктів, подавали до конвертора на парову конверсію, в результаті чого отримали газ наступного складу (без урахування водяної пари і домішок, що видалили при очищенні): Н2=77,0 %; СО = 22,0; СО2=1,0, 3 в кількості 800 нм у перерахунку на 1000кг початкового вугілля. 3 Після змішування й очистки отримали синтез-газ в кількості 2240 нм у перерахунку на 1000 кг початкового вугілля наступного складу: Н2=57,8 %; СО = 37,6 %; СО2=4,6 %, який близький за складом до газу для синтезу метанолу. Отриманий, після змішування і очистки, синтез-газ відправляють споживачу або на подальшу переробку. Запропонований спосіб має наступні переваги перед відомими способами отримання синтетичного газу, у т. ч. і прототипом: можливість отримання синтетичного газу із спікливого вугілля і спікливих шихт, із заданим співвідношенням компонентів; збільшення глибини переробки вугілля та/або вугільних шихт за рахунок конверсії летючої частини вугілля після стадії піролізу; зменшення витрат кисню на газифікацію за рахунок проведення стадії піролізу вугілля в ефективному теплотехнічному агрегаті (коксовій батареї), а також за рахунок використання тепла розпеченого коксу та тепла летючих продуктів піролізу; зменшення утворення двоокису вуглецю як у процесі газифікації, так і при доведенні складу газу до заданого співвідношення; виключення стадії конденсації рідких продуктів піролізу та відправлення їх у пароподібному стані на конверсію, що виключає утворення побічних продуктів й спрощує схему їх уловлювання та переробки. 2 UA 98434 C2 5 10 Таким чином, запропонований спосіб відрізняється побудуванням загальної схеми технологічних процесів, дає можливість отримувати синтетичний газ заданого складу, дозволяє використовувати окремі технології у сукупності, переборювати їх недоліки. Винесення стадії піролізу вугілля за межі газифікатора (до коксових печей), дозволяє провести цю стадію без участі кисню, в апараті з високими теплотехнічними характеристиками (термічний ККД коксових батарей складає більше 80 %). Подача гарячого коксу до газифікатора також дозволяє суттєво знизити витрати кисню на його газифікацію і підвищити продуктивність газифікатора за рахунок виключення стадії нагріву сировини та її піролізу. Парова конверсія сирого коксового газу дозволяє отримати цінний синтетичний газ, що містить у складі більше 70 % водню, що при подальшій його переробці (наприклад у метанол), знижує витрати на парову конверсію СО й суттєво знижує утворення СО2. Крім того, конверсія усього сирого піролізного газу у синтетичний газ дає можливість відмовитися від цілого комплексу хімічних цехів по уловлюванню і переробці сирого коксового газу й значно збільшити питомий вихід синтетичного газу з вугілля. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 Спосіб одержання синтетичного газу із спікливого вугілля та/або вуглецевміщуючої шихти, що включає термічну деструкцію вугілля та/або шихти з наступною газифікацією отриманого твердого залишку й парової конверсії летючих продуктів, який відрізняється тим, що на першому етапі проводять термічну деструкцію спікливого вугілля та/або шихти напівкоксування, середньотемпературне коксування або високотемпературне коксування, твердий продукт термічної деструкції у вигляді напівкоксу, середньотемпературного коксу або високотемпературного коксу, не охолоджуючи, газифікують в газифікаторі з стаціонарним шаром та парокисневим дуттям за умовами низькотемпературної газифікації з отриманням синтетичного газу у співвідношенні Н2:CO = від (1:2,5) до (1:1), а на другому етапі піролізний газ, що одержаний від термічної деструкції, без охолодження і конденсації високо- та низькокиплячих сполук, надходить на конверсію для одержання синтетичного газу в співвідношенні Н2:CO = від (1:1) до (3,5:1), при цьому, газ, який одержаний під час газифікації твердого залишку термічної деструкції спікливого вугілля та/або шихти, та газ, який одержаний від конверсії летючих продуктів піролізу вугілля та/або шихти, змішують й одержують синтетичний газ із співвідношенням Н2:CO = від (1:1) до (2,5:1). Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3