Спосіб газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу

Реферат: Винахід стосується способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу. Спосіб включає завантаження вихідної сировини у робочий об’єм, введення у вихідну сировину, що завантажується, кальцієвмісної добавки, карбонізацію завантаженої сировини перед її газифікацією при нагріванні "через стінку" робочого об'єму зони карбонізації, отримання та виведення з процесу карбонізації твердого карбонізованого залишку, отримання та виведення з процесу карбонізації газоподібних продуктів, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку і газифікуючих агентів в зону газифікації, газифікацію карбонізованого залишку газифікуючими агентами, одержання й вивантаження із процесу газифікації золи, що утворюється, та пропускання газифікуючих агентів перед подачею в зону газифікації через шар гарячої золи, що утворюється. Згідно з винаходом, що заявляється, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку у зону газифікації здійснюють зверху вниз назустріч газифікуючим агентам, які подають знизу вгору, в якості газифікуючих агентів використовують водяну пару, газифікацію карбонізованого залишку водяною парою здійснюють шляхом нагрівання робочого об'єму зони газифікації "через стінку". Спосіб забезпечує підвищення ефективності процесу газифікації сировини, що містить вуглець і/або вуглеводні, шляхом збільшення калорійної здатності виробленого паливного газу за рахунок запобігання розбавлення паливного газу азотом. UA 104331 C2 (12) UA 104331 C2 UA 104331 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу газифікації твердої або суміші твердої та рідкої сировини, що містить вуглець і/або вуглеводні, зокрема до газифікації сумішей матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, які включають одну частину твердої сировини, наприклад, антрациту, кам'яного або бурого вугілля, або іншої твердої сировини, що містить вуглець і/або вуглеводні, і одну частину рідкої сировини, наприклад кам'яновугільного пеку, бітуму, смол та/або інших рідких відходів, що містять вуглець і/або вуглеводні. Відомий спосіб газифікації твердого палива [1], який полягає в тому, що карбонізацію твердого палива здійснюють у псевдозрідженому шарі матеріалу-теплоносія, отриманий паливний газ і твердий карбонізований залишок поділяють на пристрої, розташованому у верхній частині апарата, а карбонізований залишок піддають газифікації сумішшю водяної пари і кисню з отриманням синтез-газу. Недоліком відомого способу виробництва газу є низька калорійна здатність виробленого газу, обумовлена тим, як окислювач при газифікації карбонізованого залишку використовують вуглекислий газ, який отримують в зоні горіння шляхом спалювання частини вихідного палива в потоці повітря. Азот, що міститься в повітрі, розбавляє паливний газ, і у результаті цього падає калорійна здатність виробленого паливного газу. Відомий також спосіб газифікації матеріалів, що містять вуглець, з отриманням висококалорійного паливного газу [2]. Відомий спосіб газифікації матеріалів, що містять вуглець, з отриманням висококалорійного паливного газу включає завантаження вихідної сировини, карбонізацію завантаженої сировини перед її газифікацією, отримання та виведення з процесу карбонізації газоподібних продуктів і твердого карбонізованого залишку, подачу газифікуючих агентів (окислювача і води) в процес газифікації, газифікацію карбонізованого залишку газифікуючими агентами, що подаються, отримання та виведення з процесу газифікації гарячого паливного газу і золи, що утворюється, при цьому окислювач перед подачею його в процес газифікації пропускають через шар гарячої золи, що утворюється, а отримані і виведені з процесу карбонізації газоподібні продукти спалюють у потоці підігрітого окислювача, продукти спалювання змішують з водою і отриману гарячу суміш діоксиду вуглецю і води подають в операцію газифікації карбонізованого залишку, при цьому операцію газифікації карбонізованого залишку здійснюють при безпосередньому протитечійному контакті газифікуючих агентів і карбонізованого залишку під тиском від 0,12 до 0,8 МПа, переважно, від 0,12 до 0,25 МПа, при температурі від 900 до 1800 °C, переважно, від 900 до 1400 °C, а операцію карбонізації завантаженої сировини перед її газифікацією проводять у робочому об'ємі, відокремленому від робочого об'єму операції газифікації, під тиском від 0,13 до 0,81 МПа, переважно, від 0,13 до 0,26 МПа, при температурі від 400 до 1400 °C, переважно, від 400 до 1000 °C, при нагріванні "через стінку" робочого об'єму операції карбонізації отриманим в операції газифікації гарячим паливним газом, причому як вихідну сировину використовують суміш матеріалів, що містять вуглець, яка включає: а) одну частину твердої сировини з малим вмістом летких речовин, наприклад, антрациту, напівкоксу і/або коксу, b) одну частину твердої сировини з високим вмістом летких речовин, наприклад кам'яного вугілля, бурого вугілля, торфу, тирси, полімерних матеріалів та/або інших твердих відходів, що містять вуглець і водень у зв'язаному стані, та/або в) одну частину рідкої сировини, наприклад кам'яновугільного пеку, бітуму, смол та/або інших рідких відходів, що містять вуглець і водень у зв'язаному стані, переважно як вихідну сировину використовують суміші антрациту з кам'яним і/або бурим вугіллям, крупністю менше 100 мм, переважно крупністю менше 30 мм, без виділення дрібно- та тонкодисперсної фракцій при співвідношенні частин: а) твердої сировини з малим вмістом летких речовин, b) твердої сировини з високим вмістом летких речовин і/або с) рідкої сировини, що забезпечує після спалювання газоподібних продуктів карбонізації утворення діоксиду вуглецю і водяної пари в кількості, необхідній для газифікації карбонізованого залишку з урахуванням: а) винесення твердого матеріалу, що містить вуглець, з операції карбонізації, b) допалювання окислювачем вуглецю, що не прореагував в операції газифікації, при пропущенні окислювача через шар гарячої золи, що утворюється, і c) кількості води, що подається на газифікацію, а завантаження вихідної сировини на карбонізацію і вивантаження карбонізованого залишку після карбонізації, завантаження карбонізованого залишку на газифікацію і вивантаження золи після газифікації, а також завантаження золи на охолодження і вивантаження її після охолодження здійснюють без розгерметизації робочих об'ємів: а) карбонізації вихідної сировини, b) газифікації карбонізованого залишку та с) охолодження утвореної золи, і крім того в вихідну сировину, що завантажується вводять кальцієвмісну добавку з групи, що включає обпалене вапно, крейду, кальцит, черепашник, вапняк, доломіт, манганокальцит і кальцієвий родохрозит або утворені ними суміші при будь-якому співвідношенні інгредієнтів, в кількості, яка еквівалентна (за вмістом СаО) кількості сірки і 1 UA 104331 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фосфору в початковій сировині, крупністю менше 20 мм, переважно, менше 10 мм, без виділення дрібно- та тонкодисперсної фракцій, а воду в процес газифікації подають в кількості, що забезпечує температуру газифікації від 900 до 1800 °C, переважно від 900 до 1400 °C, і температуру карбонізації від 400 до 1400 °C, переважно від 400 до 1000 °C, крім того, отримані і виведені з процесу карбонізації газоподібні продукти поділяють на два потоки, кожен з отриманих потоків спалюють в також розділеному на два потоки підігрітому окислювачі, при цьому утворену при спалюванні першого потоку гарячу суміш діоксиду вуглецю і пари води використовують для нагріву робочого об'єму операції карбонізації при безпосередньому протитечійному контакті гарячої суміші діоксиду вуглецю і пари води з вихідною сировиною, а утворену при спалюванні другого потоку гарячу суміш діоксиду вуглецю і пари води - для газифікації карбонізованого залишку, причому процес карбонізації проводять при температурі від 400 до 1800 °C, переважно від 400 до 1400 °C, і крім того воду в процес газифікації подають в кількості, що забезпечує температуру газифікації від 900 до 1800 °C, переважно від 1000 до 1500 °C, і температуру карбонізації від 400 до 1800 °C, переважно від 400 до 1500 °C. Даний спосіб газифікації матеріалів, що містять вуглець, з отриманням висококалорійного паливного газу з технічної сутності і ефекту, що досягається, є найбільш близьким до способу, що заявляється, газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу. Недоліком даного способу газифікації матеріалів, що містять вуглець, з одержанням висококалорійного паливного газу є також низька калорійна здатність виробленого газу, обумовлена тим, що як окислювач при газифікації карбонізованого залишку також використовують частково або повністю вуглекислий газ. Вуглекислий газ при цьому отримують в зоні горіння шляхом спалювання частини вихідного палива в потоці повітря, що містить у собі (крім кисню) азот у кількості близько 77 % (мас). Азот, що міститься в повітрі, розбавляє паливний газ, який утворюється при газифікації карбонізованого залишку. У результаті розбавлення азотом падає калорійна здатність виробленого паливного газу. Сукупними ознаками прототипу (способу газифікації матеріалів, що містять вуглець, з отриманням висококалорійного паливного газу) і технічного рішення, що заявляється (способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу) є: завантаження вихідної сировини, введення у вихідну сировину, що завантажується, кальцієвмісної добавки, карбонізація завантаженої сировини перед її газифікацією при нагріванні "через стінку" робочого об'єму операції карбонізації, отримання та виведення з процесу карбонізації твердого карбонізованого залишку, отримання та виведення з процесу карбонізації газоподібних продуктів, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку і газифікуючих агентів в процес газифікації, газифікація карбонізованого залишку газифікуючими агентами, одержання, охолодження й вивантаження із процесу газифікації золи, що утворюється, пропускання газифікуючих агентів перед подачею в процес газифікації через шар гарячої золи, що утворюється. В основу технічного рішення, що заявляється, (способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу) поставлено задачу за рахунок запобігання розбавлення паливного газу азотом підвищити вміст горючих речовин у паливному газі, що виробляється. Очікуваним технічним результатом, що заявляється, способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу є підвищення ефективності процесу газифікації сировини, що містить вуглець і/або вуглеводні, шляхом збільшення калорійної здатності виробленого паливного газу за рахунок запобігання розбавлення паливного газу азотом. Зазначений технічний результат досягається тим, що в способі газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу, що включає завантаження вихідної сировини, введення у вихідну сировину, що завантажується, кальцієвмісної добавки, карбонізацію завантаженої сировини перед її газифікацією при нагріванні "через стінку" робочого об'єму операції карбонізації, отримання та виведення з процесу карбонізації твердого карбонізованого залишку, отримання та виведення з процесу карбонізації газоподібних продуктів, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку і газифікуючих агентів в процес газифікації, газифікацію карбонізованого залишку газифікуючими агентами, одержання, охолодження й вивантаження із 2 UA 104331 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 процесу газифікації золи, що утворюється, та пропускання газифікуючих агентів перед подачею в процес газифікації через шар гарячої золи, що утворюється, відповідно з технічним рішенням, що заявляється, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку у зону газифікації здійснюють зверху вниз назустріч газифікуючим агентам, які подають знизу вгору, як газифікуючі агенти використовують водяну пару, газифікацію карбонізованого залишку водяною парою здійснюють шляхом нагрівання робочого об'єму операції газифікації "через стінку". Суть технічного рішення, що заявляється, (способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу) полягає в наступному. При здійсненні подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку у зону газифікації зверху вниз назустріч газифікуючим агентам, які подають знизу вгору, при використовуванні які газифікуючих агентів водяної пари, при здійсненні газифікації карбонізованого залишку водяною парою шляхом нагрівання робочого об'єму операції газифікації "через стінку" за рахунок запобігання розбавлення паливного газу азотом відбувається підвищення вмісту горючих речовин у паливному газі, що виробляється. В результаті підвищення вмісту горючих речовин у паливному газі, що виробляється, збільшується калорійна здатність виробленого паливного газу. Таким чином, підвищується ефективність процесу газифікації сировини, що містить вуглець і/або вуглеводні, а це веде до досягнення зазначеного технічного результату. Таким чином, сукупність відмінних ознак технічного рішення, що заявляється (способу газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу), дозволяє досягти зазначеного технічного результату. Крім цього, сутність способу, що заявляється, газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу ілюструється принциповою технологічною схемою здійснення способу, що заявляється, в прив'язці її до принципової схеми ланцюга апаратів установки для газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу, наведеною на кресленні. Застосування способу, що заявляється, газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні, з отриманням висококалорійного паливного газу ілюструється таким прикладом конкретного здійснення. Приклад Вихідна сировина, що містить вуглець, яка включає 85 % С вільного, 7 % домішок і 3 % летючих, з вологістю 5 %, з масовим витратою 926,8 кг/год. при температурі 15 °C, і кальцієвмісні сполуки, які складаються з 100 % СаО, з масовою витратою 6 % від вихідної вологої сировини при температурі теж 15 °C, завантажують в операцію карбонізації. Завантажену сировину піддають карбонізації. Операцію карбонізації завантаженої сировини перед її газифікацією проводять у робочому об'ємі під середнім тиском 0,127 МПа при середньотемпературному напорі близько 550 °C. Нагрівання робочого об'єму операції карбонізації здійснюють "через стінку", використовуючи тепло гарячих димових газів, що утворюються при спалюванні частки висококалорійного паливного газу, одержуваного в операціях карбонізації і газифікації. При проведенні карбонізації вихідної сировини 3 3 утворюються: а) летючі з масовою витратою 24,0 кг/год. (2,9 нм /год. або 3,9 м /год. при температурі 450 °C і тиску 0,2 МПа), b) охолоджені димові гази з масовим витратою 5572,5 3 3 кг/год. (4100,0 нм /год. або 7936,0 м /год. при температурі 189 °C і тиску 0,095 МПа) і с) нагрітий до температури близько 450 °C карбонізований залишок, що містить, переважно, 92,0 % С вільного, 7,6 % домішок і 0,4 % летючих, з масовою витратою 856,5 кг/год. Разом з летючими, які утворюються при карбонізації вихідної сировини, до складу гарячого висококалорійного паливного газу, що утворюється, з операції газифікації входять: а) нагріті до температури близько 980 °C летючі, утворені в операції карбонізації, з масовою витратою 3,8 кг/год., а також паливний газ від газифікації карбонізованого залишку, нагрітий до температури близько 750 °C, що містить 93,3 % CO і 6,7 % Н2, з масовою витратою 1930,1 кг/год. Утворений гарячий висококалорійний паливний газ разом з летючими з сумарною масовою витратою 1933,9 кг/год. виводять з процесу утворення гарячого паливного газу і направляють на спалювання споживачеві. Частку гарячого висококалорійного паливного газу з температурою близько 500 °C у кількості 685,3 кг/год. відводять з загального потоку і подають на спалювання. Утворені при спалюванні гарячі димові гази, що мають температуру близько 1606 °C і що містять 18,3 % СО2, 3 7,51 % Н2О, 6,6 % О2 і 67,5 % N2, з масовою витратою 5572,5 кг/год. (4099,9 нм /год. або 30101,7 3 UA 104331 C2 3 5 10 15 20 25 30 м /год. при температурі 1606 °C і тиску 0,095 МПа), подають до операцій газифікації і карбонізації як енергоносій. Операцію газифікації карбонізованого залишку проводять у робочому об'ємі при здійсненні нагрівання "через стінку" під середнім тиском 0,095 МПа і при середньотемпературному напорі 898 °C. При проведенні газифікації карбонізованого залишку газифікуючими агентами, у якості яких виступає водяна пара, утворюються: а) гарячий висококалорійний паливний газ, b) летючі і с) нагріта до температури близько 980 °C гаряча зола, що містить 19,5 % С вільного і 80,5 % домішок, з масовою витратою 80,6 кг/год. Нагріту до температури близько 980 °C гарячу золу виводять з операції газифікації і подають в операцію її охолодження. Охолодження гарячої золи проводять у робочому об'ємі, відділеному від робочого об'єму операцій газифікації и карбонізації, при безпосередньому протитечійному контакті потоку водяної пари і гарячої золи під середнім тиском від 0,2 МПа, при середньотемпературному напорі 432 °C. При охолодженні гарячої золи водяною парою, що 3 3 подається з масовою витратою 1114 кг/год. (1386,5 нм /год. або 1217,1 м /год. при температурі 200 °C і тиску 0,2 МПа) утворюються: а) підігріта водяна пара з масовим виходом 1158,0 кг/год. 3 3 (1441,1 нм /год. або 2752,1 м /год. при температурі 349 °C і тиску 0,2 МПа) і b) охолоджена до температури близько 125 °C зола, що містить 19,5 % С вільного і 80,5 % домішок, з масовою витратою 80,6 кг/год. Таким чином, газифікація вихідної сировини, що містить вуглець, яка включає 85 % С вільного, 7 % домішок і 3 % летючих, з вологістю 5 % при продуктивності 8007,6 т/рік дозволяє 3 отримати 8,64 млн. нм /рік висококалорійного паливного газу з теплотворною здатністю 22,2 3 3 МДж/нм при температурі 500 °C, що еквівалентно 5,0 млн. нм /рік природного газу. Перелік джерел: 1. Патент России № 2333929 С1 от 20.09.2008. МПК С10В 49/10 (2006.01), C10J 3/66 (2006.01), C10J 3/84 (2006.01). СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. Патентообладатель(и): Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) (RU). Автор(ы): Щипко Максим Леонидович (RU), Рудковский Алексей Викторович (RU), Кузнецов Борис Николаевич (RU) 2. Заявка на патент України № 201001343 от 09.02.2010. МПК С10В 49/10 (2006.01), C10J 3/66 (2006.01), C10J 3/84 (2006.01). СПОСІБ ГАЗИФІКАЦІЇ ВУГЛЕЦЬВМІСНИХ МАТЕРІАЛІВ З ОДЕРЖАННЯМ ВИСОКОКАЛОРІЙНОГО ПАЛИВНОГО ГАЗУ. Патентовласник(и): Іванець Валерій Григорович, Корякін Володимир Михайлович, Яцьків Василь Іванович. Автор(и): Іванець Валерій Григорович, Корякін Володимир Михайлович, Яцьків Василь Іванович. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Спосіб газифікації матеріалів, що містять вуглець і/або вуглеводні з отриманням висококалорійного паливного газу, що включає завантаження вихідної сировини у робочий об'єм, введення у вихідну сировину, що завантажується, кальцієвмісної добавки, карбонізацію завантаженої сировини перед її газифікацією при нагріванні "через стінку" робочого об'єму зони карбонізації, отримання та виведення з процесу карбонізації твердого карбонізованого залишку, отримання та виведення з процесу карбонізації газоподібних продуктів, подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку і газифікуючих агентів в зону газифікації, газифікацію карбонізованого залишку газифікуючими агентами, одержання й вивантаження із процесу газифікації золи, що утворюється, та пропускання газифікуючих агентів перед подачею в зону газифікації через шар гарячої золи, що утворюється, який відрізняється тим, що подання утвореного в процесі карбонізації твердого карбонізованого залишку у зону газифікації здійснюють зверху вниз назустріч газифікуючим агентам, які подають знизу вгору, як газифікуючі агенти використовують водяну пару, а газифікацію карбонізованого залишку водяною парою здійснюють шляхом нагрівання робочого об'єму зони газифікації "через стінку". 4 UA 104331 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 5