Спосіб і установка для вилучення шлаків, накопичених при одержанні синтез-газу, з ванни водно-шлакової суміші

Реферат: Спосіб і установка для вилучення шлаків, накопичених перш за все при одержанні синтез-газу, з шлакової ванни, розміщеної у резервуарі високого тиску, у збірний резервуар для шлаків у напрямку дії сили ваги під шлакову ванну, під якою при необхідності передбачені засоби для подрібнювання шлаків, а між резервуарами передбачений перепускний клапан. Ці спосіб і установка істотно вдосконалені у порівнянні з відповідним способом і установкою зазначеного на початку опису типу у частині, що стосується випуску шлаків і запобігання викидів у навколишнє середовище забруднювальних її пароповітряних сумішей або відхідних газів. Такий результат досягається завдяки тому, що передбачено звернений до рідини у резервуарах, заповнений газовим міхуром, простір, насамперед кільцевий простір або передбачено окремий резервуар, у якому тиск у газовому міхурі регулюється шляхом підведення газу таким чином, щоб щонайменше частина води, що перебуває у просторі або резервуарі для збору/випуску шлаків, проходила при відкритті перепускного клапана шлакової ванни через нього у напрямку шлакової ванни назустріч напрямку дії сили ваги. UA 98526 C2 (12) UA 98526 C2 UA 98526 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід відноситься до способу видалення шлаків, що накопичуються раніше всього при одержанні сингез-газу, з шлакової ванни, що знаходиться у резервуарі або реакторі високого тиску, у збірний резервуар для шлаків у напрямку дії сили ваги під шлакову ванну, під якою при необхідності передбачені засоби для подрібнювання шлаків, і між резервуарами передбачений перепускний клапан, а також до установки для здійснення цього способу. Так, зокрема, у процесі одержання синтез-газу при частковому згорянні вуглецевмісних горючих речовин накопичується шлак, який "гартується" у водяному резервуарі й охолоджується. При цьому також відомо, що занадто великі частки шлаків піддаються подрібнюванню у цій гартівній ванні з залученням відповідних засобів. Рівень техніки у даній області відбивається насамперед у DE 2606039 A1, DE 2829629 С2, DE 3144266 A1. DE 60031875 T2, EP 0290 087 A2, EP 0113469 B1 або у патенті US 4852997. Відомо, що з метою полегшення вивантаження шлаку відповідно його проходження уздовж відповідних шлюзових ділянок зі збірного резервуара, розташованого у системі, звичайно у напрямку дії сили ваги до інших резервуарів, нагнітається вода з низьким вмістом твердої фази у розташований вище резервуар, щоб у такий спосіб полегшити проходження потоку через звуження, відповідно через клапан при його відкритті. Цей процес формування потоку між розташованим нижче за ходом потоку резервуаром і розташованим за ходом потоку перед ним резервуаром можна забезпечувати, наприклад, шляхом перекачування насосом, як це показано у DE 60031875 Т2 або описано у DE 3144266 Α1. Однак цей процес можна забезпечувати також шляхом залучення газового міхура зі зниженим тиском, що перебуває у головній частині резервуара, розташованого нижче за ходом потоку, як це описано в ЕР 0290087 А2, і який за рахунок зниженого тиску забезпечує висмоктування потоку води й шлаку через ділянки розташування клапана з підвищенням швидкості потоку. Поряд із проблемою скупчення шлаків у звуженнях, відповідно на ділянці розташування клапана ще одна проблема полягає у тому, що з системи у навколишнє середовище можуть попадати забруднюючі її пароповітряні суміші. В основу даного винаходу було покладене завдання розробити відповідні істотно вдосконалені спосіб і пристрій зазначеного на початку опису типу, які забезпечували б поліпшення процесу видалення шлаків і виключали б вихід у навколишнє середовище забруднюючих її пароповітряних сумішей або відхідних газів. Відносно способу зазначеного на початку опису типу це завдання вирішується відповідно до винаходу завдяки тому, що передбачений звернений до рідини, що перебуває у резервуарах, й заповнений газовим міхуром простір, насамперед кільцевий простір або передбачений окремий резервуар, у якому створюваний у газовому міхурі тиск регулюється шляхом підведення газу таким чином, щоб щонайменше частина води, що перебуває у секції або резервуарі для збору/випуску шлаків, проходила при відкритті верхнього перепускного клапана шлакової ванни через нього у напрямку шлакової ванни назустріч напрямку дії сили ваги. Було встановлено, що шляхом створення короткочасного, наприклад, що становить декілька секунд, інтенсивного зворотного потоку газу, відповідно води через верхній перепускний клапан можна руйнувати можливо перемички, що утворяться з часток шлаків, що спресувалися або заклинилися, або великі частки з метою забезпечення оптимального проходження потоку. Додаткове поліпшення умов для забезпечення оптимального проходження потоку стає можливим, наприклад, завдяки тому, що додатково до резервуара для збору/випуску шлаків використовуються вбудовані елементи, призначені для зміни характеристик потоку води й шлаків. Залежно від умов здійснення способу цілком можливо, що вже у першому резервуарі, в якому утвориться шлаковий гранулят, температура буде відповідати області насичення й досягати, наприклад, приблизно 200°С, що на виході з системи при незначному охолодженні буде призводити до утворення у значних кількостях пароповітряних сумішей, чого, як уже зазначено вище, не можна допускати. Відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу за звуженням передбачений звужений проточний канал, у якому охолоджується потік води й шлаків, і/або у резервуарі для збору/випуску шлаків внаслідок подачі більше холодної води створюється зворотний потік, спрямований назустріч потоку шлаків. Воду переважно подавати у тангенціальному напрямку або у напрямку січної лінії з метою створення завихрення й інтенсифікації процесу охолодження. Відповідно до одного з найбільше кращих варіантів здійснення способу насамперед наприкінці шляху обробки шлаків для спорожнювання резервуара для збору/випуску шлаків шляхом подачі свіжої води забезпечується необхідна температура, при досягненні якої відкривається випускний клапан і суміш води й шлаків подається у закритий кожухом відстійний 1 UA 98526 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 піддон або іншу аналогічну ємність, при цьому закритий кожухом відстійний піддон оснащений засобами для вивантаження шлаків, що випали в осад, а також засобами для відводу пароповітряних сумішей. Відносно установки поставлене вище завдання вирішується завдяки тому, що ця установка має резервуар для шлакової ванни, оснащений при необхідності засобами для подрібнювання шлаку, що утворюється або накопичується, і функціонально пов'язаний з розташованим у напрямку дії сили ваги знизу шлюзовим затвором, що сполучається з резервуаром для збору/випуску шлаків і відрізняється тим, що під впускним клапаном шлюзового затвора передбачений простір під газовий міхур, тиск у якому регулюється з залученням наповнювального клапана і який активно взаємодіє з рідиною, що перебуває у збірному резервуарі. Інші варіанти виконання запропонованої у винаході установки представлені у відповідних стосовних до неї залежних пунктах формули винаходу. Нижче винахід більше докладно розглянутий з посиланням на прикладені креслення, на яких показане: на фіг. 1 і фіг. 2 - схематичні види установки, виконаної відповідно до двох варіантів здійснення винаходу. На фіг. 1, на якій показана тільки призначена для видалення шлаків частина установки для одержання синтез-газу й на якій всі елементи установки представлені лише схематично, показаний також цей резервуар під саму шлакову ванну з зоною швидкого охолодження й збірником 1а шлаків. Лише умовно показана позначена позицією 2 шлакодробарка, що може розташовуватися у просторі резервуара 1 для шлакової ванни, що звужується. Під цією шлакодробаркою звуження 3 веде до позначеного позицією 4 перепускному клапану, що веде до трубчастого елемента, який у свою чергу при відкритті клапана 4 направляє потік шлаків/води у позначений позицією 5 розділовий резервуар, що має звуження 6, яке полегшує відділення шлаків. Як показано на фіг. 1, у верхній частині цього розділового резервуара 5 утвориться заповнений газовим міхуром 5а кільцевий простір, обсяг якого може становити максимум 20% від обсягу шлюзового затвора. Трубопровід для підведення газу у цей кільцевий простір позначений позицією 23. Як показано на фіг. 1, цей газовий міхур 5а активно взаємодіє з рідиною, що рухається, у розділовому резервуарі 5, при цьому тиск газу по трубопроводу 23 регулюється таким чином, щоб створювати такий надлишковий тиск, при якому при відкритті шлюзового затвора 4 створюється імпульсний короткочасний зворотний потік рідкої суміші з розділового резервуара 5 через шлюзовий затвор або клапан 4 у звуження або виконану у вигляді вирви нижню частину 3 шлакової ванни 1 з метою руйнування шлакових перемичок, що заклинилися, які знаходяться у цій частині при певних умовах. У прикладі, представленому на фіг. 1, за розділовим резервуаром 5 слідує звужений проточний канал 7, що потім сполучається з резервуаром 8, який призначений для збору/випуску шлаків і на кінці якого перебуває випускний клапан 9, призначений для випуску шлаків, що накопичуються біля нього. Проточний канал 7 і резервуар 8 можуть оснащуватися зовнішніми охолодними змійовиками, призначеними для помітного охолодження минаючого потоку води й шлаків. При необхідності для подальшого охолодження можна передбачити позначену на фіг. 1 позицією 20 подачу холодної води у цей шлюзовий або перепускний резервуар 8, при цьому може встановлюватися охолодний кільцевий потік. Відповідний підвідний трубопровід позначений на фіг. 1 позицією 21 і може бути з'єднаний з трубопроводом 20 при необхідності через більше докладно не показаний вузол обробки шлаків/води для утворення кільцевого потоку. Випускний клапан 9 веде у позначений позицією 10 кожух відстійного піддона 13, що призначений для прийому шлаків і може оснащуватися механізмом для вивантаження шлаків, наприклад, скребковим конвеєром 13а, при цьому позначений позицією 12 випуск шлаків може додатково зрошуватися рідиною також із залученням пристрою 11, що розпорошує, щоб уникнути викидів забруднюючих речовин у навколишнє середовище. З метою забезпечення можливості відводу охолоджених пароповітряних сумішей з обмеженої кожухом 10 порожнини передбачений відповідний канал 15, що входить у краплевіддільник 16, при цьому позицією 17 позначений пристрій, що подає, наприклад, водоструминний насос, який може також експлуатуватися одночасно ще з одним пристроєм 18, що розпорошує, для зрошення шлаків, що накопичується, який потім осаджується у піддоні, що 2 UA 98526 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 позначено позицією 14. Випуск відхідного повітря з краплевіддільника 16 позначений позицією 19. Для водоструминного насоса 17 і пристрою 18, що розпорошує, потрібна значна витрата води, за величиною аналогічна витраті шлаків/води з резервуара 8 при спорожнюванні через 3 3 клапан 9 і рівна, наприклад, 12 м за дві хвилини, тобто 0,1 м /с. Щоб уникнути необхідності забезпечення потужного водопостачання (наявності водопровідної лінії, насоса тощо) вода подається з видаткового резервуара 27 (позначений на фіг. 2), що перебуває під тиском, для водоструминного насоса 17 і для пристрою 18, що розпорошує, а також необов'язково для промивання 20 у процесі заповнення резервуара 8 шлаками. Надлишковий тиск створюється повітряною подушкою. Переважно створювати більше високий тиск, ніж тиск водяної бані для того, щоб воду можна було використовувати спочатку для промивання 20 під високим тиском і потім для водоструминного насоса 17 і пристрою 18, що розпорошує, у процесі спорожнювання резервуара. Для заповнення порожнього резервуара 8 у безнапірному стані також потрібна аналогічна значна витрата води. Ця потреба у воді може покриватися при використанні економічного безнапірного видаткового резервуара (не показаний), що може розташовуватися над резервуаром 8 з метою забезпечення можливості переливання води лише за допомогою гідростатичного тиску. Обидва резервуари забезпечуються водою з відносно незначною її витратою протягом усього циклу, тривалість якого становить, наприклад, одну годину. Видаткові резервуари дозволяють також використовувати технологічну воду, що безупинно накопичується, відповідно оброблену й охолоджену. Крім цього на фіг. 1 показані також засоби для формування шлаків кільцевого потоку, що підтримують потік під рівнем рідини, з відводом рідини з розділового резервуара 5 з залученням циркуляційного насоса 22 у резервуар 1 для шлакової ванни. Позицією 24 позначений трубопровід для повернення витиснутої води, позицією 25 позначений можливо наявний трубопровід для відводу витиснутої води залежно від об'єму свіжої води, що додається, наприклад, по трубопроводу 20, при цьому позицією 26 позначений ще один трубопровід, що призначений для відводу відхідного повітря. На фіг. 2 показана виконана за другим, що незначно відрізняється від першого, варіантом установка, при цьому конструктивно й функціонально однакові елементи позначені тими самими позиціями, що й на фіг. 1, однак показані на ній розділовий резервуар 5 з убудованими елементами 6, а також резервуар 8 для збору/випуску шлаків виконані відповідно до другого варіанта як один єдиний вузол, що позначений на фіг. 2 позиціями 5, 8. Цей варіант переважно використовувати насамперед у тому випадку, коли шлакова ванна може підтримуватися у робочому стані при відносно низьких температурах, завдяки чому відпадає необхідність в інтенсивному промиванні, наприклад, на ділянці 7 охолодження. На фіг. 2 показані також деякі додаткові компоненти установки, до яких відносяться, наприклад, видатковий резервуар 27 зі свіжою водою, оснащений газовою подушкою 28, а також позначена у цілому позицією 29 установка, що призначена для обробки шлаків/води й в яку з окремих компонентів системи можуть подаватися шлаки й вода, яка як фільтрат при необхідності може знову подаватися по трубопроводу 30 у резервуар 1, що містить шлакову ванну. Очевидно, що в описані варіанти здійснення винаходу можуть вноситися численні зміни й модифікації, що не виходять за обсяг винаходу. Так, зокрема, винахід не може обмежуватися використанням, наприклад, окремих конструктивних компонентів певної форми, шлакодробарки 2 певного типу, охолодження певного типу стосовно до ділянки 7 охолодження, а також вузла підготовки шлакової води. В описаному з посиланням на прикладені креслення варіанті передбачений лише один шлюзовий затвор, наприклад, для порівняно незначної витрати шлаків (наприклад, 10 т/г). При більше значній витраті шлаків (наприклад, 40 т/г) може бути передбачено, наприклад, два паралельних шлюзи з усіма конструктивними компонентами, тобто від клапана 4 до клапана 9 у подвійній кількості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб вилучення шлаків, накопичених перш за все при одержанні синтез-газу, з ванни водношлакової суміші, яка розміщена у резервуарі високого тиску, у призначений для шлаків збірний резервуар у напрямку дії сили ваги під ванну водно-шлакової суміші, і між резервуарами передбачений перепускний клапан, який відрізняється тим, що передбачають звернений до води у резервуарах, заповнений газовим міхуром, простір, у якому тиск у газовому міхурі регулюють шляхом підведення газу таким чином, щоб щонайменше частина води, що 3 UA 98526 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 перебуває у просторі для збору/випуску шлаків, при відкритті клапана ванни водно-шлакової суміші проходила через нього у напрямку ванни водно-шлакової суміші назустріч потоку водношлакової суміші. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують резервуар для збору/випуску шлаків, функціонально зв'язаний з вбудованими елементами, з використанням яких змінюють характеристики потоку води зі шлаками. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що за вбудованими елементами передбачають звужений проточний канал, у якому охолоджують потік води й шлаків. 4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що додатково у резервуарі для збору/випуску шлаків шляхом подачі більше холодної води створюють зворотний потік, спрямований назустріч потоку шлаків. 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що у процесі заповнення й перед спорожнюванням резервуара для збору/випуску шлаків шляхом подачі свіжої води регулюють температуру, після досягнення необхідної температури відкривають випускний клапан і суміш води зі шлаками подають у закритий відстійний піддон або іншу аналогічну ємність, при цьому використовують закритий відстійний піддон, оснащений засобами для вивантаження шлаків, що випали в осад, а також засобами для випуску пароповітряних сумішей. 6. Установка для здійснення способу вилучення шлаків, накопичених перш за все при одержанні синтез-газу, містить ванну водно-шлакової суміші (1), розміщену у резервуарі високого тиску, збірний резервуар (8) для шлаків, розміщений у напрямку дії сили ваги під ванною водношлакової суміші (1), між резервуарами передбачено перепускний клапан (4), яка відрізняється тим, що під перепускним клапаном (4) передбачено приймальний простір (5а) для газового міхура, з можливістю регулювання тиску у ньому наповнювальним клапаном і який контактує з рідиною у збірному резервуарі (5, 8), що призначений для збору/випуску шлаків і в якому передбачені вбудовані елементи (6) для прискорення потоку. 7. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що додатково містить розташований за вбудованими елементами (6) для прискорення потоку звужений проточний канал (7), призначений для охолодження шлаку зворотним потоком. 8. Установка за п. 7, яка відрізняється тим, що звужений проточний канал (7) і/або розташований за ним резервуар (8) оснащений(і) охолодними елементами, наприклад охолоджувальними змійовиками, призначеними для охолодження потоку води і шлаків. 9. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що додатково містить призначений для прийому шлаків відстійний піддон (13), оснащений газонепроникним кожухом (10). 10. Установка за п. 9, яка відрізняється тим, що закритий кожухом відстійний піддон (13) оснащений засобами (13а) для вивантаження охолоджених шлаків і/або засобами (17) для відводу пароповітряних сумішей з краплевіддільником (16). 11. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що додатково містить щонайменше один резервуар (27) для свіжої води з газовою подушкою (28) призначений для заповнення резервуара (8) водою після його спорожнювання і/або для промивання водою під тиском і/або для обприскування шлаків при спорожнюванні резервуара (8) з використанням додаткової кількості води. 12. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що збірний або шлюзовий резервуар (8) забезпечений трубопроводом (20), призначеним для підведення холодної, відповідно свіжої води у тангенціальному напрямку таким чином, щоб при подачі свіжої води у резервуарі (8) утворювався круговий потік. 4 UA 98526 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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