Спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини та реактор для його здійснення

Реферат: Винахід належить до вугільної промисловості та може знайти застосування у процесах отримання синтез-газу при переробці вугілля. Спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини включає введення вугільної сировини у реакційну зону вертикального електродугового реактора, яка організовується за допомогою електродугового розряду шляхом подання напруги по стрижневих контактних витратних електродах і в якій здійснюється їх нагрівання в обсязі реакційної зони з отриманням синтез-газу та продуктів відновлення UA 112834 C2 (12) UA 112834 C2 мінеральної частини вугілля, які виводяться з нижньої частини реактора з подальшим поділом конденсованої і газоподібної фаз продуктів переробки. Згідно з винаходом, як контактний витратний електрод використовують саму водовугільну суспензію, що подають у реакційну зону за трьома вводами - електричними фазами, розташованим під кутом 120° один до одного, які утворюють три пересічені в одній точці електродугові розрядні струмені, при цьому додатково у точку пересічення струменів підводять четвертий, заземлений струмінь, що реалізує трифазову схему включення "зірка" з заземленою нейтраллю. Заявлено також реактор для здійснення способу. Спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини та реактор для його здійснення дозволяють підвищити ефективність за рахунок виключення первинних сторонніх електродів в електричному ланцюзі нагріву і за рахунок забезпечення постійної роботи струменевих електродів, що не потребують за своєю суттю заміни. UA 112834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вугільної промисловості, а саме до способу електротермічної газифікації вугільної сировини та реактора для його здійснення, і може знайти застосування у процесах отримання синтез-газу при переробці вугілля. Відомо спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини, що включає введення вугільної сировини і газифікуючого агента в реакційну зону вертикального електродугового ректора, що організовується за допомогою електродугового розряду шляхом подання напруги на стрижневий контактний електрод і електромагнітну котушку, вплив таких, що виникають, електродугових стовпів і високошвидкісних плазмових струменів на частки сировини і газів, газифікація сировини з утворюванням синтез-газу і продуктів відновлення мінеральної частини вугілля (див., наприклад, патент RU 2087525, МПК: С0J 3/18, пуб. 20.08.1997). Відомо реактор, в якому здійснюється цей спосіб, який містить вертикальну реакційну камеру з електромагнітною котушкою, стрижневими електродами і патрубками введення реагентів і виведення продуктів переробки (див. там же). Відомо також спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини, що включає введення вугільної сировини та газоподібного окисника зверху у реакційну зону вертикального електродугового реактора, що організовується за допомогою електродугового розряду шляхом подання напруги по стрижневих контактних витратних електродах, і в якій здійснюється їх нагрівання в обсязі реакційної зони з отриманням синтез-газу і продуктів відновлення мінеральної частини вугілля, які виводяться з нижньої частини реактора з подальшим поділом конденсованої і газоподібної фаз продуктів переробки (див., наприклад, патент KZ 19172, МПК: C10J 3/18, пуб. 14.12.2014). Відомо реактор для здійснення способу електротермічної газифікації вугільної сировини, що містить вертикальну реакційну камеру з бічними стінками, дном, внутрішнім графітовим кільцевим електродом, кришкою, на якій закріплені два стрижневі електроди, встановлених всередині реакційної камери і герметично з'єднаних з зовнішнім джерелом електричного живлення, розташованим під кутом до осі камери і що мають механізми їх переміщення, пристрій для введення вугільної сировини та газоподібного окисника, електромагнітну котушку постійного струму, що охоплює стінки реакційної камери, додатковий електрод підпалу, виведення продуктів перероблення, над кришкою встановлений змішувач подрібненого палива і газоподібного окисника, які подаються спільно у реакційну плазмову зону крізь загальний пристрій введення (див. там же). За технічною суттю та ефектом, що досягається, відомі спосіб та пристрій є найбільш близькими до того, що заявляється. Загальним недоліком відомих способів та пристроїв є необхідність частої заміни таких, що згорають, стрижневих електродів через контактну електротермічну деструкцію, які працюють в умовах дуже високих температур, що значно знижує інтегральну ефективність процесу газифікації і роботи реактора. В основу винаходу поставлено задачу створення способу електротермічної газифікації вугільної сировини та реактора для його здійснення, які дозволять значно підвищити ефективність способу та пристрою за рахунок виключення первинних сторонніх електродів в електричному ланцюзі нагріву і за рахунок забезпечення постійної роботи струменевих електродів, що не потребують за своєю суттю заміни. Поставлена задача вирішується в способі електротермічної газифікації вугільної сировини, який включає введення вугільної сировини у реакційну зону вертикального електродугового реактора, яка організовується за допомогою електродугового розряду шляхом подання напруги по стрижневих контактних витратних електродах в якій здійснюється їх нагрівання в обсязі реакційної зони з отриманням синтез-газу та продуктів відновлення мінеральної частини вугілля, які виводяться з нижньої частини реактора з подальшим поділом конденсованої і газоподібної фаз продуктів переробки; згідно з винаходом, як контактний витратний електрод використовують саму водовугільну суспензію, що подають у реакційну зону за трьома вводами (електричними фазами), розташованими під кутом 120° один до одного, які утворюють три пересічені в одній точці електродугові розрядні струмені, при цьому додатково у точку пересічення струменів підводять четвертий, заземлений струмінь, що реалізує трифазову схему включення "зірка" з заземленою нейтраллю. Відмінною ознакою способу, що заявляється, є те, що як контактний витратний електрод використовують саму водовугільну суспензію, що подають у реакційну зону за трьома вводами (електричними фазами), розташованим під кутом 120° один до одного, які утворюють три пересічені в одній точці електродугові розрядні струмені, при цьому додатково у точку пересічення струменів підводять четвертий, заземлений струмінь, що реалізує трифазову схему включення "зірка" з заземленою нейтраллю. 1 UA 112834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Виходячи з описаного рівня техніки, витікає, що відмінність, яка заявляється, є новою. Суть ефекту полягає у тому, що кожен з трьох, що знаходиться під фазовою електричною напругою, струменів суспензії, яка проходить по металевій трубці до зони реакції (зони струменевого електричного контакту), утворює фазовий витратний електрод. При цьому суспензія охолоджує трубку, що виключає вихід з ладу обладнання за рахунок локального перегріву. Спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини здійснюється таким чином. В реакційну зону вертикального електродугового реактору за трьома вводами, розташованими під кутом 120° один до одного, під тиском з високою швидкістю, що задається системою управління, вводять водовугільну суспензію, яка проходить по циліндричних металевих трубках, що у сукупності утворює електрод при поданні напруги. В результаті утворюються три, такі, що перетинаються в одній точці, електродугові розрядні струмені. В точці контакту потоків суспензії за рахунок постійної турбулізації змішувального об'єму трьох електродугових розрядних струменів температура суспензії підвищується до 2500°. Для зниження температури до необхідної для плавлення мінеральної частини суспензії у точку контакту вертикально подають четвертий, заземлений, електродуговий розрядний струмінь, що утворює електрод, який реалізує трифазову схему включення "зірка" з заземленою нейтраллю. Високотемпературне електродугове нагрівання суспензії забезпечує алотермічний старт процесу газифікації з наступним по вертикалі реактора аутотермічним нагріванням по об'єму за рахунок окислювального процесу. Суміш синтез-газу і продуктів відновлення мінеральної частини вугілля виводять з нижньої частини реактору відомими прийомами. Спосіб, що заявляється, пояснюється наступним прикладом. ПРИКЛАД В реакційну зону вертикального електродугового реактора за трьома вводами, 3 розташованим під кутом 120° один до одного під гідравлічним тиском від 25 до 350 кг/см вводять водовугільну суспензію. Живильна мереживна напруга може бути вибрана з ряду 0.4; 10 і 34 кВольт. Температура нагрівання водовугільної суспензії у точці контакту трьох електродугових розрядних струменів з урахуванням енергії пароутворювання складає 4.2 кВт електроенергії на 1 кг вугілля. Співвідношення твердого до рідкого складає біля 0.6. Для зниження температури (утилізації надмірного тепла) водовугільної суспензії у точці контакту трьох розрядних струменів по центру направляється регульований "нульовий" струменевий елемент у співвідношенні приблизно 1:100, що знижує температуру в точці контакту до 16001800 °C, що достатньо для плавлення мінеральної частини суспензії і старту газифікації. При цьому додаткове енергетичне джерело для підвищення тиску отриманої газової суміші не потрібно - природне підвищення за рахунок гідравлічного натиску і пароутворення достатнє для наступного технологічного транспортування отриманої газової суміші. Спосіб, що заявляється, реалізується у реакторі, який містить вертикальну реакційну камеру з бічними стінками, кришкою, стрижневими контактними витратними електродами, підведеними всередину реакційної камери і герметично з'єднаними з зовнішнім джерелом електричного живлення, пристрій для введення вугільної сировини, виведення продуктів переробки; згідно з винаходом, стрижневі контактні витратні електроди утворені такою, що проходить по контактних, по кожній з трьох фаз, циліндричних металевих трубках, водовугільною суспензією, введеними крізь ізолятори у порожнину реакційної камери, при цьому три з них розташовані під кутом 120° один до одного, а четвертий, заземлений, по центру реакційної камери, кожний електрод пов'язано з автономним пристроєм для введення водовугільної суспензії, нижче введення електродів встановлено тепловий відбивач у вигляді зрізаного конуса. Введення електродів у реакційну камеру оснащено сильфонами з приводами переміщення. Відмінними ознаками пристрою, що заявляється, є: - стрижневі контактні витратні електроди утворені такою, що проходить по контактних, по кожній з трьох фаз, циліндричних металевих трубках, водовугільною суспензією, введеними крізь ізолятори у порожнину реакційної камери, - при цьому три з них розташовані під кутом 120° один до одного, а четвертий, заземлений, по центру реакційної камери, - кожний електрод пов'язано з автономним пристроєм для введення водовугільної суспензії, нижче введення електродів встановлено тепловий відбивач у вигляді зрізаного конуса. Додатковою відмінною ознакою є те, що введення електродів у реакційну камеру оснащено сильфонами з приводами переміщення. Виходячи з описаного рівня техніки витікає, що відмінності, які заявляються, є новими. 2 UA 112834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Пристрій, що заявляється, пояснюється рисунками, де на фіг. 1 зображена схема реактора, на фіг. 2 схема введення вугільної сировини в реактор, на фіг. 3 схема введення електрода в реакційну камеру крізь сильфон і вигляд А. Реактор для здійснення способу електротермічної газифікації вугільної сировини являє собою реакційну камеру 1 з бічними стінками 2, кришкою 3, стрижневими контактними витратними електродами, що являють з себе циліндричні металеві трубки 4, по яких проходить водовугільна суспензія 5, що входять у реакційну камеру 1 крізь ізолятори 6 під кутом 120° і приєднані до зовнішніх джерел електричного живлення 7. По центру реакційної камери 1 встановлена металева трубка 8 четвертого, заземленого, електрода, по якому також подається водовугільна суспензія 5. Металеві трубки 4 і 8 приєднані до автономних пристроїв для введення водовугільної суспензії 9. Внизу реакційної камери 1 є відведення продуктів переробки 10. Над областю перетину електророзрядних струменів встановлено тепловий відбивач 11. Металеві трубки 4 уведені у реакційну камеру 1 крізь сильфони 12. Пристрій для введення водовугільної суспензії 9 складається з загальної витратної ємності 13 та двох поточних витратних ємностей 14 та 15, пов'язаних між собою діелектричним триходовим краном 16. Поточні витратні ємності 14 і 15 забезпечені діелектричним двоходовими кранами 17, підведеними до шнекових насосів 18 і 19 з регульованим приводом 20. Поточні витратні ємності 14 і 15, двоходові крани 17, шнекові насоси 18 і 19 і приводи 20 оснащені ізоляторами. Сильфони 12 мають приводи переміщення 21. Пристрій, що заявляється, працює таким чином. Підготовлену водовугільну суспензію направляють у три автономних пристрої для введення суспензії 9. З загальної витратної ємності 13 крізь триходовий кран 16 суспензію направляють до поточної витратної ємності 14, а з неї крізь двоходовий кран 17 суспензія 5 надходить на шнековий насос 18 і під великим гідравлічним напором крізь металеві циліндричні трубки 4, розміщені в керамічних ізоляторах 6, вводять до реактора трьома струменями, розташованими під кутом 120°. до яких підведена напруга від зовнішнього джерела електричного живлення 7. Електричні струмені, що утворилися, перетинаються у однієї точці контакту, де за рахунок локального електричного нагрівання суспензія досягає високих температур. Одночасно в точку контакту трьох електророзрядних струменів по металевій трубці 8 четвертого, заземленого електроду подають четвертий електророзрядний струмінь, який дозволяє знизити температуру процесу до технологічно необхідної. В цей час здійснюється наповнення поточної витратної ємності 15, з якої після випорожнення ємності 14, суспензія надходить до реактора, що забезпечує безперервність процесу газифікації. Тепловий відбивач 11, що встановлено над областю перетину електророзрядних струменів, перешкоджає термічному газовідновному руйнуванню матеріалу ізоляторів 6. Для запобігання зсуву точки контакту струменів від середньої точки вході електродів в апарат обладнано сильфонами 12 з приводами переміщення 21. Техніко-економічні переваги способу електротермічної газифікації вугільної сировини та реактора для його здійснення у порівнянні з прототипами полягають у значному підвищенні ефективності за рахунок виключення первинних сторонніх електродів в електричному ланцюзі нагріву і за рахунок забезпечення постійної роботи струменевих електродів, що не потребують за своєю суттю заміни. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Спосіб електротермічної газифікації вугільної сировини, який включає введення вугільної сировини у реакційну зону вертикального електродугового реактора, яку організовують за допомогою електродугового розряду шляхом подання напруги по стрижневих контактних витратних електродах і в якій здійснюють їх нагрівання в обсязі реакційної зони з отриманням синтез-газу та продуктів відновлення мінеральної частини вугілля, які виводять з нижньої частини реактора з подальшим поділом конденсованої і газоподібної фаз продуктів переробки, який відрізняється тим, що як контактний витратний електрод використовують саму водовугільну суспензію, що подають у реакційну зону за трьома вводами - електричними фазами, розташованими під кутом 120° один до одного, які утворюють три пересічені в одній точці електродугові розрядні струмені, при цьому додатково у точку пересічення струменів підводять четвертий, заземлений струмінь, що реалізує трифазову схему включення "зірка" з заземленою нейтраллю. 2. Реактор для здійснення способу за п. 1, який містить вертикальну реакційну камеру з бічними стінками, кришкою, контактними витратними електродами, підведеними всередину реакційної камери і герметично з'єднаними з зовнішнім джерелом електричного живлення, пристрій для 3 UA 112834 C2 5 введення вугільної сировини, виведення продуктів переробки, який відрізняється тим, що стрижневі контактні витратні електроди утворені водовугільною суспензією, що проходить по контактних, по кожній з трьох фаз, циліндричних металевих трубках, введених крізь ізолятори у порожнину реакційної камери, при цьому три з них розташовані під кутом 120° один до одного, а четвертий, заземлений, по центру реакційної камери, кожний електрод пов'язано з автономним пристроєм для введення водовугільної суспензії, нижче введення електродів встановлено тепловий відбивач у вигляді зрізаного конуса. 3. Реактор за п. 2, який відрізняється тим, що введення електродів у реакційну камеру оснащено сильфонами з приводами переміщення. 4 UA 112834 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 5