Спосіб постачання реактора газифікації у зваженому потоці вуглецевмісним паливом

Реферат: За допомогою способу постачання реактора газифікації у зваженому потоці вуглецевмісним паливом для виробництва газу під тиском, що містить СО і Н2, і летучу золу, і при температурі вище температури плавлення золи, при цьому газ, що утвориться, підводять до наступних ступенів обробки, насамперед щонайменше до одного ступеня синтезу, повинно бути досягнуте оптимальне за вартістю й більше просте збільшення виходу рідких продуктів. Це досягнуто за рахунок того, що відхідний газ, який утворюється на послідовно підключених ступенях обробки, що містить вуглеводні й/або водень, використовують для пневматичного транспортування палива у реактор газифікації у зваженому потоці. UA 102921 C2 (12) UA 102921 C2 UA 102921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способу постачання реактора газифікації у зваженому потоці вуглецевмісним паливом для виробництва газу під тиском, що містить СО і Н2 і летучу золу, і при температурі вище температури плавлення золи, при цьому газ, що утворився, підводять до додаткових ступенів обробки, насамперед щонайменше до одного ступеня синтезу. При шлюзуванні й підведенні від дрібнозернистого до пилоподібного палива з газом, що містить діоксид вуглецю, монооксид вуглецю, і кисневмісним газом у реакторі газифікації у зваженому потоці, що перебуває під тиском, в якому тонко подрібнені або пилоподібні (< 0,5 мм) види палива, наприклад вугілля, нафтовий кокс, біологічні відходи або горючі речовини, що 3 перебувають у зваженому стані при низькій концентрації частинок (< 50 кг/м ), вводять у реакцію з кисневмісним газифікуючим засобом при підвищеному тиску до 10 МПа при температурі вище температури плавлення шлаків, кисневмісний газ підводять у співвідношенні нижче стехіометричного, так що виробляється газ, що містить монооксид вуглецю. Відносно рівня техніки тут, як приклад, варто назвати EP 0 333 991 A1 або DE 10 2007 020 333 A1. Оскільки паливо спочатку перебуває під тиском навколишнього середовища, його тиск спочатку варто через систему подачі довести до величини тиску вище тиску у генераторі для того, щоб потім дозовано підводити до пальників реактора газифікації під тиском. Кращий спосіб передбачає, що паливо з накопичувального бункера подається у шлюзові бункери. У них спочатку створюється тиск вище тиску у реакторі для того, щоб потім паливо через подавальний трубопровід транспортуванням щільним потоком подати у прийомний бункер, що постійно перебуває під тиском, для пальників газогенератора. З цього прийомного бункера пальники постійно забезпечуються дозованим масовим потоком палива. Необхідний для транспортування щільним потоком транспортувальний газ підводять у вихід або поблизу виходу зі шлюзового бункера або у транспортувальний трубопровід. Потім зі спустошених шлюзових бункерів знімається тиск для того, щоб вони могли прийняти при приблизно атмосферному тиску наступну порцію палива. Відхідний при зниженні тиску газ очищається від пилу й викидається в атмосферу. Для шлюзування звичайно використовують азот з установки за розподілом повітря або діоксид вуглецю. Діоксид вуглецю застосовують у тому випадку, коли повинен вироблятися синтез-газ або водень і/або CO з низьким вмістом азоту. Діоксид вуглецю може бути отриманий у процесі обробки газу після газифікації. Часто вихідний з газогенератора газ звільняють від пилу й очищають і піддають процесу конверсії CO для того, щоб створити потрібне для синтезу співвідношення H 2/CO або для того, щоб одержати чистий водень. При цьому СО і водяна пара перетворюються у CO2 і водень. Після цього газ охолоджується, волога конденсується, і на закінчення CO 2 вимивається у промивній установці за допомогою циркулюючого розчинника, наприклад метилдіетаноламіну, розчинника "Genosorb" або метанолу. CO2 видаляється з розчину у десорбері за рахунок зниження тиску й підвищення температури. Поряд із CO2, отриманий у такий спосіб газ містить також і інші компоненти, наприклад H2, CO, N2, метан, сірководень, аргон, пари розчинників, що використовувалися, наприклад метанолу тощо. Вміст CO становить, наприклад, 0,1 %. Хоча й можливе додаткове зниження вмісту шкідливих речовин у промивній установці, але витрати (інвестиційні й виробничі витрати, наприклад на споживання пари й електроенергії) швидко збільшуються з підвищенням вимог до чистоти. У DE 10 2007 020 333 A1 описується спосіб експлуатації системи завантаження пилу для газифікації вугільного пилу під тиском, до складу якої входять накопичувальний бункер, шлюзи для завантаження пилу, і дозуючий резервуар. Убункер, як засіб для створення інертної атмосфери й розпушення, підводять нагрітий азот, у той час як створення тиску у шлюзовому бункері й транспортування пилу здійснюються за допомогою чистого СО2. Відхідний зі шлюзового бункера при зниженні тиску газ піддається зниженню тиску й потім звільняється у фільтрі від твердих речовин. При цьому розвантаження шлюзового бункера у дозуючий резервуар здійснюється під дією сили тяжіння. Недоліки відомих рішень полягають, зокрема, у тому, що використовуваний для шлюзування й псевдозрідження газ повинен містити лише невеликі концентрації шкідливих для навколишнього середовища речовин CO, H 2 S, метанолу тощо, тому що він викидається в атмосферу. Засноване на дії сили тяжіння шлюзування з розташованими один над іншим бункерами вимагає значних витрат через велику висоту й виявилося недостатньо надійним в експлуатації через ущільнення сипучого матеріалу. Незважаючи на багато різних розробок, виявилося надзвичайно складним проводити процес підвищення тиску у бункері настільки бережно для того, щоб підтримувати на досить низькому рівні внутрішні напруження у сипучому матеріалі. 1 UA 102921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для того щоб розробити спосіб постачання паливом установки для газифікації під тиском, який економічним способом забезпечує, що виділення шкідливих речовин у процесів шлюзування вугілля й транспортування буде мінімізоване або повністю відвернене, DE 10 2009 006 384 заявника, серед іншого, пропонує, що паливо транспортується за допомогою певної газової суміші з накопичувального бункера у шлюзовий бункер. Для того щоб шкідливі речовини, якими забруднені транспортувальні гази, наприклад СО, метан, сірководень, пари використаних розчинників, наприклад, метанол тощо, перед викидом в атмосферу відповідним чином обробляти, у цій заявці пропонується змішувати діоксид вуглецю з киснем як шлюзовий транспортувальний газ й піддавати каталітичному окислюванню. Очищений синтез-газ може бути використаний для синтезу рідких вуглеводнів, наприклад, у способі Фішера-Тропша або MTG-способі (Methanol to Gasoline - метанол у газолін), в якому на першій стадії виробляється метанол, який на другій стадії перетворюється у бензин. В обох способах утворюються газоподібні побічні продукти, які переважно складаються з вуглеводнів. В обох способах для обробки рідких продуктів потрібен водень, який, наприклад, виробляється в PSA-установці (Pressure Swing Absorption – короткоциклова абсорбція), при цьому утворюється залишковий газ, що містить переважно СО і Н2. Стан MTG-техніки: частину газоподібних побічних продуктів безупинно використовують для регенерації MTG-каталізатора, а залишок експортують. При малому числі MTG-реакторів газ збирають для того, щоб під час регенерації бути у стані виробляти достатню теплову потужність. Недоліки: Потрібна збірна ємність, споживання відрізняється від виробітку, вуглець виділяється в атмосферу у вигляді CО2, замість того, щоб зв'язуватися у продукті. Принципова перевага повернення подібного продукту, підвищення виходу рідкого продукту, є відомою, однак стиск і повернення газоподібного побічного продукту проблематичні: - кількість найчастіше занадто мала для ротаційних радіальних або аксіальних компресорів, у свою чергу поршневі компресори вимагають багаторазово більше високих витрат на технічне обслуговування, - склад і кількість коливаються. Оскільки вуглеводні мають більше високу щільність, ніж водень (CH4 8x, С5Р12 36х), і менший ізентропічний коефіцієнт, то властивості суміші й тим самим також вихідний тиск ротаційного компресора міняються. При тимчасово підвищеному вмісті водню й, тим самим, більше низькій щільності газу, ротаційний компресор виробляє істотно знижений тиск, що може бути занадто низьким для введення газу у газифікатор, - частина вуглеводнів при стиску конденсується, - у газифікаторі потрібен живильний канал, який повинен продуватися при відсутності побічних продуктів. Завданням даного винаходу є оптимальне за вартістю й більше просте збільшення виходу рідких продуктів. За допомогою способу описаного на початку виду це завдання відповідно до винаходу вирішене за рахунок того, що відхідний газ, який відбувається з підключеної послідовно ступені обробки, все ще містить вуглеводні й/або водень, використовують для пневматичного транспортування палива у реактор газифікації у зваженому потоці. Інші варіанти здійснення винаходу випливають зі залежних пунктів формули винаходу. При цьому, насамперед, може бути передбачено, що подальші ступені обробки утворені ступенем конверсії СО, ступенем очищення газу, а також першим ступенем синтезу, наприклад синтезу метанолу, а також другим ступенем синтезу, наприклад MTG-ступенем (метанол у газолін), при цьому газ, що назад відводиться, містить щонайменше 1 % за об'ємом вуглеводнів і/або 1 % за об'ємом водню. Переваги винаходу полягають, зокрема, у тому, що газоподібні або побічні продукти синтезів, що перетворилися у пару (наприклад, синтезу метанолу й MTG-синтезу) змішують з діоксидом вуглецю (СО2), завдяки чому кількість газу збільшується, і властивості газу стабілізуються для того, щоб міг бути використаний ротаційний компресор. Кількість діоксиду вуглецю вибирають так, що конденсація вуглеводнів під час стиску запобігається. При цьому може використовуватися забруднена шкідливими речовинами СО2-фракція, завдяки чому може стати непотрібною звичайно необхідна обробка СО2. Ще одна перевага полягає у тому, що для розведення поданого у газифікатор твердого палива замість чистого транспортувального газу може бути використана стиснута газова суміш, при цьому газова суміш може бути додатково використана також для транспортування палива зі шлюзового бункера у прийомний бункер, при цьому, переважно, використовується повернення газу зі зниженим тиском за допомогою інжектора для того, щоб уникнути виділення газу, що містить Н2, СО і вуглеводні. 2 UA 102921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід також передбачає, що гази, які повертаються з послідовно підключених установок, перед стиском змішують з СО2. В одному варіанті здійснення також передбачено, що отриманий у процесі обробки газ, який містить переважно СО2 і щонайменше 10 частин на мільйон (ppm) H2S і/або СО, підмішують до поверненого газу, що містить вуглеводні й/або водень, при цьому може бути також передбачено, що повернений газ, щонайменше частково, використовують для подачі палива у прийомний бункер для створення тиску у прийомному бункері й/або для псевдозрідження палива у прийомному бункері. Інші переваги, подробиці й ознаки винаходу випливають з наведеного нижче опису, а також з малюнка. На ньому показана схема способу газифікації відповідно до винаходу. У позначеній у цілому посилальним позначенням 1 установці пилоподібне паливо передається з накопичувального бункера 2 через сполучний трубопровід 2с у шлюзові бункери 3. Для того щоб мати можливість приймати паливо, спочатку повинен бути знижений тиск у шлюзових бункерах. Витікаючий зі шлюзових бункерів газ 3е очищається від пилу й випускається в атмосферу. Потім шлюзи заповнюються паливом, і у них за допомогою газу 3а й 3b підвищується тиск. Потім вихідний трубопровід шлюзу продувається за допомогою 3с, і пилоподібне паливо зі шлюзового бункера 3 через трубопровід 4 подається у прийомний бункер 5. При цьому до транспортувального газу 4а додаються розпушуючий й псевдозріджуючий газ 3b. Прийомний бункер 5 перебуває постійно під робочим тиском і безупинно постачає газифікатор 7 через декілька трубопроводів 6. Транспортування з прийомного бункера відбувається шляхом додавання розпушуючого й псевдозріджуючого газу 5b у вихідну зону бункера й за допомогою ще одного транспортувального газу 5с у трубопровід пальника 6. Потік 6 палива безупинно й регулярно пневматично, переважно транспортуванням щільним потоком, подається у газифікатор 7 через пальник 7а. Газ 5е, що виділяється при зниженні тиску, повертається з прийомного бункера за допомогою інжектора 14. Газифікатор 7 містить у собі реактор газифікації, пристрій для охолодження газу й видалення пилу, і пристрій для охолодження й добування через шлюз шлаків 7b і води, що містить тверді речовини. У пристрої 8 конверсії СО частина монооксиду вуглецю й водяної пари перетворюються у діоксид вуглецю й водень. Після цього газ очищається в установці 9 газоочищення за допомогою розчинника (наприклад, метанолу), і діоксид вуглецю відділяється від синтез-газу (переважно H2 і СО). Отриманий в установці газоочищення газ, що містить діоксид вуглецю має низький тиск і містить, як правило, невеликі кількості шкідливих речовин, таких як, наприклад, монооксид вуглецю