Спосіб виробництва синтез-газу

Реферат: За допомогою способу виробництва синтез-газу шляхом газифікації твердих або рідких вуглецевмісних палив з кисневмісним окисним засобом у реакторі, де синтез-газ виводять із реактора через верхню частину, а мінеральні краплі шлаку, які утворилися під час реакції - у напрямку сили тяжіння вниз, повинна бути отримана можливість використання для відводу тепла істотно більш дешевих газотрубних казанів замість казанів з радіаційними поверхнями нагрівання. Це досягнуто за рахунок того, що синтез-газ без охолодження направляють через фільтр (2) гарячого газу і потім для охолодження через газотрубний казан (3), причому краплі шлаку, які відділяються на фільтрі (2) гарячого газу, направляють назад у реактор (1) газифікації в напрямку сили тяжіння. UA 109912 C2 (12) UA 109912 C2 UA 109912 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способу виробництва синтез-газу, описаного в обмежувальній частині п. 1 формули винаходу виду. Подібний спосіб, який займається видаленням рідкої золи і лугів із синтез-газу, описує WO 2009/080334 A2 заявника. У світі існує велика кількість установок для газифікації вугілля і біомас. Більшість цих установок призначена для виробництва синтез-газу, аміаку, водню або метанолу. Існує єдина думка, що для електростанцій, які працюють у комбінованому циклі виробництва електроенергії з попередньо газифікованого вугілля, і для виробництва синтетичних енергоносіїв, насамперед, раціональним є спосіб газифікації у зваженому потоці. Втім, доступність газифікаторів у зваженому потоці повинна бути значно збільшена. У процесах газифікації у зваженому потоці температура процесу підвищується настільки, що мінеральні складові вугілля сплавляються в рідкий шлак. Шлак стікає по циліндричній стінці реактора вниз і залишає газифікатор через шлаковий отвір у конічній зоні газифікатора. Він попадає у водяну ванну (шлакову ванну), тут стає твердим і стає гранульованим з утворенням дрібного склоподібного грануляту. Однак невелика частина рідких крапель золи захоплюється синтез-газом і через вихід газу попадає в охолоджувач сирого газу. Синтез-газ, який виходить з верхньої зони газифікатора, має високу температуру, яка вище 1500ºС. При цій температурі частки летючої золи є більш-менш рідкими і липкими. Тому синтезгаз повинен бути охолоджений до області нелипкості, приблизно, від 850 до 900 ºС, перш ніж він може прийти в контакт із теплообмінними трубами газотрубного казана. Газотрубний казан має численні застосування при використанні тепла димових газів. Лімітуючою для його застосування є, насамперед, вхідна температура, тому що частки золи, які містяться в димовому газі, при температурі вище 850 ºС являюсь собою від липких до рідкотекучих. Також існує багато способів газифікації, які різними шляхами здійснюють використання тепла, яке відходить, причому гарячий сирий газ спочатку частково охолоджується водою або холодним газом у трубі швидкого охолодження до температури, приблизно, 850ºС, перш ніж газ відводиться і використовується в конвективному казані. Завданням винаходу є створення способу, який дозволяє використовувати для відводу тепла істотно більш дешеві газотрубні казани замість казанів з радіаційними поверхнями нагрівання. Способом описаного спочатку виду це завдання, відповідно до винаходу, вирішене за рахунок того, що синтез-газ у неохолодженому стані направляється через фільтр гарячого газу, а потім для охолодження - через газотрубний казан, причому відділені у фільтрі гарячого газу частки золи/шлаку відводяться в напрямку сили ваги назад у реактор газифікації. За допомогою винаходу вирішена проблема, що при занадто ранньому охолодженні часток вони припікаються до газотрубного казана і закупорюють його, що приводить до частої зупинки, щоб очистити відповідні частини установки. Це усувається за допомогою винаходу. Варіанти здійснення винаходу випливають із додаткових пунктів формули винаходу. При цьому може бути передбачено, що фільтр гарячого газу виконаний у вигляді керамічного фільтра, причому пароподібні луги, які містяться в неохолодженому синтез-газі, видаляються із синтез-газу за допомогою або після приведення в контакт із гетерною керамікою. Також разом з виконанням фільтрів гарячого газу з використанням керамічних часток ще одна можливість полягає в тому, щоб вбудовувати у фільтр охолоджувані труби з покриттям, наприклад шляхом покриття керамікою, яка, наприклад, нанесена шляхом кріплення на шипах; тут можливі також інші виконання фільтра. Відповідно до винаходу в одному варіанті здійснення передбачено, що у фільтрі гарячого газу можуть бути встановлені швидкості газу від 1 до 10 м/с, насамперед 3 м/с. Для оптимальної теплопередачі при цьому також може бути передбачено, що швидкість газу в газотрубному казані встановлюється рівна 15-25 м/с. Доцільні варіанти здійснення відповідно до винаходу полягають у тому, що газифікація проводиться в реакторі при температурі від 800 до 1800ºС і робочому тиску від 0,1 до 10 МПа, і для відділення домішаних речовин на фільтрі перед фільтром домішуються добавки. Нарешті, у способі відповідно до винаходу може бути також передбачено, що газ протікає через кілька щаблів фільтрування, причому вихідна температура газу за останнім фільтруючим ступенем встановлюється вище температури текучості золи/шлаку. Так, наприклад, відповідно до винаходу можна для відділення шлаку спочатку встановити фільтр гарячого газу, а потім фільтр з гетерної кераміки, яка під час роботи сама повільно витрачається та іноді замінюється. Для вирішення поставленого завдання винахід передбачає також установку з реактором для виробництва синтезу-газу з вуглецевмісного палива з підводом кисневмісного окисного засобу в 1 UA 109912 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 реактор і охолодженням димового газу, яка відрізняється тим, що в напрямку потоку сирого газу за реактором спочатку підключений фільтр для часток золи/шлаку з наступним фільтром з гетерної кераміки, а за ним - газотрубний казан для охолодження газу. Ще один варіант виконання подібної установки може, відповідно до винаходу, полягати в тому, що керамічний фільтр гарячого газу має керамічну опорну сітку і засипку з насадних тіл. В іншому варіанті виконання може бути передбачено, що передбачений контроль тиску на фільтрі і газотрубному казані для реєстрації робітника і/або різницевого тиску. При цьому установка в ще одному варіанті виконання може відрізнятися тим, що використовувані у фільтрі або фільтрах насадні тіла можуть бути виконані у вигляді куль, кілець Рашига, ударних кілець (Prallringe), сідлоподібних насадок (Sattelkorper) або циліндричних тіл, або у вигляді тіл неправильної форми, одержаних дробленням природних матеріалів, причому насадні тіла можуть мати стільникову або пластинчасту структуру. Винахід далі буде більш докладно описаний з використанням малюнка. На ньому показані: Фіг. 1 схематичне зображення реактора газифікації, Фіг. 2 збільшене зображення реактора газифікації з фільтром гарячого газу, а також Фіг. 3 принципова схема способу відповідно до винаходу. На фіг. 1 схематично показаний позначений у загальному посилальним позначенням 1 реактор газифікації, у верхній частині якого розташований фільтр гарячого газу, позначений у загальному посилальним позначенням 2, до якого примикає газотрубний казан 3. Реактор 1 і фільтр 2 розташовані безпосередньо один над одним, тобто фільтр 2 в деякій мірі утворює вихідний отвір реактора. За рахунок цього, на відміну від рівня техніки усувається елемент для виносу шлаку, а також пов'язані з ним теплові втрати. У представленому прикладі фільтр гарячого газу має керамічні насадні тіла 8, які лежать на керамічній сітці 5. Розплавлена зола, яка там відділяється, позначена на фіг. 2 посилальним позначенням 6, вона направляється назад в оснащений випускним отвором 7 для шлаку внутрішній простір 9 реактора, що позначено стрілкою 13. Підвід, наприклад, палива і водяної пари у внутрішній простір 9 реактора в спрощеному вигляді представлений двома стрілками 10 і 11. У прикладі на фіг. 2 над фільтром 2 гарячого газу ще позначений фільтр 12 з гетерної кераміки, який при використанні відповідно до приписань витрачається й розташовується там з можливістю заміни, що більш докладно не показано. На фіг. 1 зазначені також параметри: Т = місцева температура Ts = температура плавлення шлаку W = швидкість потоку відповідного газу. На фіг. 3 показана схематична технологічна схема з використанням реактора 1 газифікації відповідно до винаходу з підключеним високотемпературним фільтром 2 і підключеним далі газотрубним казаном 3. Повернення шлаку з високотемпературного фільтра 2, як і на фіг. 2, символічно представлене стрілкою 13, як і підвід палива і водяної пари (стрілки 10 і 11). Після газотрубного казана 3, як показано на фіг. 3, підключені промивач 14, сатуратор 15 і реактор 16 конверсії СО (CO-Shift). Завдяки тому, що у верхній зоні реактора 1 з реактором 1 сполучений фільтр 2, до того ж стає можливою дуже компактна конструкція, тому що гарячий газ (T > TS) може бути відведений, так як в газі більше не містяться ніякі частки шлаку. У рівні техніки, навпаки, гарячий газ охолоджується набагато нижче TS для запобігання заростання газотрубного казана і, тим самим, зупинки, перш ніж він може потрапити в газотрубний казан або казан-утилізатор. Перевага розташованого у верхній зоні реактора 1 фільтра 2 полягає, таким чином, також у тому, що для вироблення пари може бути використаний гарячий газ із дуже високою температурою (~1500 °C), а не починаючи із, приблизно, 850 до 900 °C. Звичайно, описаний приклад здійснення винаходу може бути змінений у багатьох відносинах, не виходячи за межі основної ідеї. Так, наприклад, луги можуть зв'язуватися гетерними частками, які додаються в потік димових газів як добавки, і т.п. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб виробництва синтез-газу за допомогою газифікації твердих або рідких вуглецевмісних палив з кисневмісним окисним засобом у реакторі, причому синтез-газ виводять із реактора через верхню частину, а мінеральні краплі шлаку, які утворилися під час реакції - у напрямку сили тяжіння вниз, який відрізняється тим, що газифікацію проводять у реакторі при 2 UA 109912 C2 5 10 15 20 25 30 35 температурі від 800 до 1800 °C і при робочому тиску від 0,1 до 10 МПа, і для відділення на фільтрі домішаних речовин перед фільтром підмішують добавки, де синтез-газ без охолодження направляють через фільтр гарячого газу і потім для охолодження через газотрубний казан, причому краплі шлаку, які відділяються на фільтрі гарячого газу, направляють назад у реактор газифікації в напрямку сили тяжіння. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фільтр гарячого газу виконують у вигляді керамічного фільтра, причому пароподібні луги, які містяться в неохолодженому синтез-газі, видаляють із синтез-газу за допомогою або після приведення в контакт із гетерним керамічним матеріалом. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що швидкість газу у фільтрі гарячого газу встановлюють від 1 до 10 м/с, насамперед 3 м/с. 4. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що швидкість газу в газотрубному казані встановлюють рівну 15-25 м/с. 5. Спосіб за одним або декількома з пп. 1-4, який відрізняється тим, що газ проводять через кілька послідовних фільтруючих ступенів, причому вихідну температуру газу за останнім фільтруючим ступенем встановлюють вище температури плавлення шлаку. 6. Спосіб за одним або декількома з пп. 1-5, який відрізняється тим, що синтез-газ із реактора направляють у розташований у верхній зоні реактора фільтр гарячого газу. 7. Установка для здійснення способу за одним або декількома з пп. 1-6 з реактором для виробництва синтез-газу з вуглецевмісних палив з підведенням кисневмісних окисних засобів у реактор і охолодженням димових газів, який відрізняється тим, що в напрямку потоку сирого газу за реактором (1) спочатку підключений фільтр (2) для крапель шлаку з наступним фільтром з гетерного керамічного матеріалу, і за ним - газотрубний казан (3) для охолодження газу. 8. Установка за п. 7, яка відрізняється тим, що керамічний фільтр (2) гарячого газу має керамічну опорну сітку (5) і засипку з насадних тіл (8). 9. Установка за п. 7 або п. 8, яка відрізняється тим, що у фільтрі (2) і газотрубному казані (3) передбачений контроль тиску для реєстрації робочого тиску і/або різницевого тиску. 10. Установка за будь-яким з пп. 7-9, яка відрізняється тим, що використовувані у фільтрі або фільтрах насадні тіла (8) можуть бути виконані у вигляді куль, кілець Рашига, ударних кілець, сідлоподібних насадок або у вигляді циліндричних тіл, або у вигляді тіл неправильної форми, одержаних дробленням природних матеріалів. 11. Установка за п. 10, яка відрізняється тим, що насадні тіла (8) мають стільникову або пластинчасту структуру. 12. Установка за будь-яким з пп. 7-11, яка відрізняється тим, що у верхній зоні реактора (1) з реактором (1) сполучений фільтр (2). 3 UA 109912 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4