Спосіб шлюзування пилу, що накопичується при роботі установки пиловидалення для неочищеного газу

Реферат: Спосіб шлюзування пилу, що накопичується, з процесу газифікації під тиском із використанням пиловловлювача зі співвіднесеним шлюзовим бункером повинен бути виконаний таким чином, що влучення азоту у неочищений газ мінімізується або ж повністю запобігається для того, щоб наступні хімічні синтези по можливості з самого початку звільнити від домішки азоту. Це досягнуто за рахунок того, що у пиловловлювачі розміщені фільтруючі елементи, які піддають зворотній продувці за допомогою газу, що містить діоксид вуглецю, або чистого СО 2 газу. UA 106063 C2 (12) UA 106063 C2 UA 106063 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способу шлюзування пилу, що накопичується при роботі установки пиловидалення для неочищеного газу, описаного в обмежувальній частині пункту 1 формули винаходу типу. Термічна газифікація твердих типів палива, наприклад різного вугілля, торфу, залишків після гідрогенізації, залишків матеріалів, відходів, біомас і летючого пилу або суміші вищезгаданих матеріалів, проводиться при підвищеному тиску й високій температурі з метою виробітку неочищеного газу з високим вмістом енергії й/або з хімічним складом, який сприяє проведенню подальших хімічних синтезів. Неочищений газ містить летючий пил, джерелом якого є зола, що міститься у паливі, яке підводиться. Летючий пил присутній у формі частинок, які перед подальшим використанням повинні бути відділені й виведені шлюзуванням із камери, що перебуває під тиском. При сухому відділенні, наприклад у циклоні або фільтрі, звичайно дуже дрібнозерниста тверда речовина накопичується у вигляді сипучої маси, перше ніж вона буде виведена шлюзуванням із працюючої під тиском камери. Природно, у порожнечах сипучої маси міститься газ, у цьому випадку неочищений газ, що виводиться через шлюз разом із твердою речовиною й перед наступним використанням або утилізацією золи повинен бути видалений. Після виділення летючої золи з неочищеного газу вона спочатку протягом певного часу збирається, перше ніж ця порція золи виводиться шлюзуванням. При цьому порція золи звичайно подається з проміжного збірника у шлюзовий бункер, що у цей момент перебуває під таким же високим тиском. Потім шлюзовий бункер від'єднується, і тиск у ньому знижується. Зола, що перебуває у шлюзовому бункері, відвантажується для подальшої обробки, утилізації й/або зберігання. Після вивантаження золи тиск у порожньому шлюзовому бункері шляхом підведення газу підвищується до системного тиску, і він приєднується до проміжного збірника, щоб прийняти наступну зібрану порцію летючої золи. Можливі конструктивні виконання подібних фільтруючих апаратів і структура фільтруючих елементів для виділення золи з неочищеного газу установки газифікації під тиском описані, наприклад, у DE 40 08 742, DE 35 15 365 або US 7 182 799. Для безперервного фільтрування потоку неочищеного газу необхідно час від часу чистити фільтруючі елементи короткочасною зворотною продувкою й у такий спосіб звільняти від осаду, що утворився на фільтрі. Для цього повинен бути у розпорядженні газ очищення з тиском вище тиску у фільтрі, так щоб міг бути отриманий короткочасний потік газу з необхідним імпульсом. Звичайно в установках газифікації підвищення тиску у шлюзових бункерах і очищення фільтруючих елементів здійснюють за допомогою азоту, що у достатній кількості є у розпорядженні з установок для поділу повітря. Використання азоту є перевіреним і у значній мірі зрілим. Якщо метою установки газифікації є виробництво синтез-газу для наступного здійснення різних хімічних синтезів, то вміст азоту у синтез-газі вкрай небажаний й до того ж обмежується граничними значеннями, які залежать від відповідного синтезу. Завдання даного винаходу полягає у розробці способу шлюзування пилу, що утворюється, таким чином, що влучення азоту у неочищений газ мінімізується або ж повністю запобігається для того, щоб наступні хімічні синтези по можливості з самого початку звільнити від домішки азоту. Це завдання вирішене відповідно до винаходу за допомогою способу описаного на початку типу за рахунок того, що у пиловловлювачі розміщені фільтруючі елементи, які піддають зворотній продувці за допомогою газу, що містить діоксид вуглецю, або чистого CO2 газу. За допомогою способу відповідно до винаходу досягається те, що при очищенні пиловловлювача або ж зворотної продувки фільтруючих елементів у систему не вноситься додатковий азот. Напроти, для виконання цих дій використовується й без того CO2, що утворюється. У газі, що містить діоксид вуглецю, вміст інертних газів (наприклад, N2, Ar) і вуглеводнів (таких як CH4, СХНУ) у сумі повинно бути менше 50 %. Залишок складається з CO2 і може іноді містити також компоненти синтез-газу (CO, H2) тощо. У принципі відоме використання при газифікації вугілля під тиском CO2 як газу для створення тиску й транспортувального середовища у системі завантаження, як описано у DE 10 2007 020 333 Al. Доцільні варіанти виконання винаходу випливають зі залежних пунктів формули винаходу, при цьому відповідно до винаходу передбачається, що газ, який містить CO2, для зворотної продувки підігрівається для того, щоб компенсувати зниження температури діоксиду вуглецю, яке неминуче відбувається при процесах зниження тиску, таких як регулювання, підвищення тиску у бункерах, підведення діоксиду вуглецю при низькому тиску тощо і, тим самим, уможливити надійну роботу. 1 UA 106063 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При цьому відповідно до винаходу діоксид вуглецю для зворотної продувки підігрівається до такого рівня температури, при якому підтримується необхідна температура на фільтруючому елементі. У ще одному варіанті виконання винахід передбачає, що газ, який містить CO2, для зворотної продувки використовується для псевдозрідження й розпушення шару летючої золи у пиловловлювачі. Подібне псевдозрідження або розпушення може бути доцільним, оскільки середній діаметр частинок дуже малий, наприклад менше 2 мкм. Використання газу, що містить CO2, або чистого CO2 як розпушуючого газу має перевагу, яка полягає у тому, що тільки цей компонент газу попадає у неочищений газ. Оскільки відповідно до винаходу газ, що містить CO2, для зворотної продувки використовується для створення тиску у шлюзовому бункері, то цей компонент попадає у неочищений газ, у той час як зола попадає у шлюзовий бункер і витісняє частину газу, що міститься у шлюзовому бункері, який потім повертається у неочищений газ. Одночасно зі запобіганням влучення азоту у неочищений газ ще одна перевага винаходу полягає у тому, що для очищення фільтруючих елементів потрібні менші об'ємні потоки, ніж у випадку азоту, тому що для створення певного імпульсу для очищення фільтруючих елементів необхідна менша кількість діоксиду вуглецю через більше високу щільність діоксиду вуглецю, так що при менших кількостях потрібна також менша потужність компресора. Може бути доцільним використання для підігріву газу, що містить CO2, підвідних трубопроводів, які нагріваються зовні. Ще один варіант виконання винаходу полягає у тому, що газ, який відводиться зі шлюзового бункера, подається (підводять) до пристрою пиловидалення. Звільнений у такий спосіб від пилу газ зі шлюзового бункера може відповідно до винаходу подаватися у проміжний буфер і частково використовуватися як газ для виконання вищеописаних стадій процесу, як це також передбачає винахід. Інші ознаки, подробиці й переваги винаходу випливають з нижченаведеного опису, а також з малюнків і цитованих прикладів. На єдиній фігурі представлена у спрощеному вигляді схема установки, при цьому неочищений газ за стрілкою 1 підводять до фільтра або ж пиловловлювача 2. Звільнений від пилу неочищений газ залишає пиловловлювач 2 за стрілкою 3 після проходження через позначені у цілому цифрою 4 фільтруючі елементи. У збірнику 5 пиловловлювача 2 осівший на фільтрах і видалений з них продувкою пил збирається у зоні вивантаження, яка оснащена пристроями 7 для псевдозрідження з метою розпушення пилу для подальшого транспортування, для чого за трубопроводом 6 до цих пристроїв для псевдозрідження підводиться CO2 або газ, що містить CO2. Потім пил через сполучний трубопровід 8 направляється у шлюзовий бункер 9, який також оснащений пристроями 11 для псевдозрідження, що приводяться у дію за допомогою CO2 або ж газу, що містить CO2, який підводиться за трубопроводом 10. Газ із газового купола шлюзового бункера 9 за допомогою порівняльного трубопроводу 12 повертається у газовий простір пиловловлювача 2. Для очищення фільтруючих елементів 4 передбачений трубопровід 13 підведення CO2 або ж газу, що містить CO2, який через трубопроводи 14 зворотної продувки робить на фільтруючі елементи ударний або імпульсний вплив. Поряд зі порівняльним трубопроводом 12, передбачений ще один вихідний з газового купола шлюзового бункера 9 трубопровід 15, який підводить газ до ^фільтруючого елемента 17. Звідси через трубопровід 18 газ може бути поданий у буферний резервуар 21, газ із якого через трубопровід 19 рециркуляції надходить у порівняльний бункер 9 або ж за трубопроводом 20 як газ зі зниженим тиском за трубопроводом 22 відводиться в атмосферу або для подальшого використання. Переважно, підвищення тиску або часткове підвищення тиску у шлюзовому бункері 9 може здійснюватися зворотнім шляхом через фільтр 17 (не показаний). Для цього вентиль до трубопроводу 18 (як звичайно при підвищенні тиску) закритий. Газ для зворотної продувки, який, наприклад, використовується для живлення 6 і 10, використовується для очищення фільтра 17, при цьому газ тоді за трубопроводом 15 надходить для підвищення тиску у шлюзовому бункері. Трубопровід для вивантаження пилу позначений як 16 і через нього після вирівнювання тиску відбувається вивантаження пилу. Принцип дії установки буде описаний нижче на прикладі фільтруючого вловлювача. Однак даний винахід охоплює всі типи вловлювачів, які мають потребу у циклічному або проведеному час від часу очищенні за допомогою газу. Неочищений газ, що містить летючу золу і перебуває під тиском, подається у № фільтр 2. При цьому отримують звільнений від пилу синтез-газ 3 і летючу золу, при цьому остання 2 UA 106063 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тимчасово зберігається у збірнику 5. Збірник 5 відрізняється конічною формою, що переходить у сполучний трубопровід 8 до шлюзового бункера 9. У конічній частині збірника передбачені відомі з рівня техніки пристрої 7 для псевдозрідження або розпушення для того, щоб уможливити вивантаження золи у шлюзовий бункер. Пристрої 7 для псевдозрідження або розпушення приводяться у дію за допомогою газоподібного діоксиду вуглецю. Збірник 5 може бути як геометрично об'єднаний з нижньою частиною корпусу фільтрів, так і являти собою окремо розташований з'єднаний з фільтром резервуар. В останньому випадку нижня частина корпусу фільтрів також забезпечена пристроями для псевдозрідження й розпушення для того, щоб полегшити транспортування летючої золи у збірник. У першому випадку, коли збірник і корпус фільтрів геометрично являють собою єдине ціле, як правило, досить передбачити пристрої для псевдозрідження й розпушення у нижній частині або поблизу конічної частини. Якщо летюча зола зі збірника 5 повинна передаватися у шлюзовий бункер 9, то подається газ, що розпушує, і відкривається сполучний трубопровід 8. Для цього шлюзовий бункер перебуває під таким же тиском, що й фільтр 2 і збірник 5. Для того щоб газ, який витісняється золою, що подається у шлюзовий бункер, міг виходити з бункера, є кращим передбачити порівняльний трубопровід 12 із фільтром або збірником. Порівняльний трубопровід 12 для відводу газу, що витісняється, може бути з'єднаний і з іншими об'єктами, наприклад іншим бункером, іншим фільтром тощо. Однак принципово виявилося кращим направляти газ, що витісняється, назад у бункер, з якого подається тверда речовина. Вивільнюваний у бункері, з якого подається тверда речовина, об'єм для підтримки тиску повинен бути замінений газом. У випадку використання відповідно до винаходу діоксиду вуглецю як розпушуючого газу і газу для заповнення шлюзового бункера є кращим повернення газу, що витісняється зі шлюзового бункера 9, тому що у порожнечах сипучої маси золи у збірнику 5 неминуче міститься неочищений газ. Він транспортується разом із летючою золою при її передачі у шлюзовий бункер і змішується там, щонайменше частково, з газом, що витісняється, так що він містить деяку кількість неочищеного газу, який через порівняльний трубопровід частково повертається у газовий простір фільтра 2 і збірника 5. Як у випадку всіх фільтруючих пиловловлювачів, у процесі очищення неочищеного газу на фільтруючих елементах утворюється шар пилу. Коли він досягає попередньо заданої товщини, обумовленої втратою тиску, яка збільшується відповідно товщині шару на фільтрі, шляхом зворотної продувки проводиться очищення фільтруючих елементів 4. При цьому фільтруючі елементи 4 окремо або групами піддаються впливу газу 13, 14 для зворотної продувки. Цей газ направляється через фільтруючі елементи 4 проти напрямку фільтрування й забезпечує разом із відповідним імпульсом відділення шару пилу на фільтрі. Після завершення передачі летючої золи у шлюзовий бункер порівняльний трубопровід 12 і сполучний трубопровід 8 закриваються й від'єднуються від фільтра й збірника. У заповненому шлюзовому бункері 9 тиск знижується до більше низького рівня, достатнього для того, щоб мати можливість проводити подальші стадії процесу, і газ, що розширюється при зниженні тиску, відводиться за трубопроводом 15. Частина газу 15 зі зниженим тиском, пройшовши через фільтр 17, проміжно накопичується у буферному резервуарі 21. Залишок газу 20, що розширюється при зниженні тиску, відводиться з установки. Використання щонайменше одного буферного резервуара 21 особливо переважно, тому що при цьому вихідний зі шлюзу 9 газ 18 зі зниженим тиском може бути використаний для часткового підвищення тиску 19 у шлюзі після спорожнювання. Тим самим знижується кількість газу, що відводиться, який складається з газу, що містить діоксид вуглецю, й компонентів неочищеного газу. Ще однією перевагою буферного резервуара є усереднення кількості газу, що розширюється при зниженні тиску. При класичному способі зниження тиску у бункері спочатку виникає максимальний масовий потік, який у міру зниження тиску у бункері стає менше. Оскільки у газі, що підлягає зниженню тиску, як уже були описано, неминуче присутні невеликі кількості компонентів неочищеного газу, газ, що підлягає зниженню тиску, повинен надходити на подальше використання або утилізацію. На практиці газ такого типу найчастіше подається на спалювання. Завдяки буферному резервуару вдається поступово усереднювати кількість газу, який відводиться, що уможливлює оптимальну роботу установки для спалювання. Летюча зола зі шлюзового бункера 9 передається за трубопроводом 16 для подальшого використання. Для цього в області вивантаження шлюзового бункера 9, також як у збірнику 5, перебувають пристрої 11 для псевдозрідження й розпушення, які полегшують передачу летючої золи. Розпушення й псевдозрідження здійснюються за допомогою діоксиду вуглецю 10. Після того як шлюзовий бункер спустошений, його тиск повинен бути знову підвищений до рівня тиску у фільтрах 2 і збірнику 5 для того, щоб він міг прийняти наступну накопичену у збірнику 5 порцію 3 UA 106063 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 летючої золи. За допомогою накопиченого у буферному резервуарі 21 газу 19 тиск у шлюзовому бункері частково підвищується. Підвищення тиску у шлюзовому бункері до необхідного робочого тиску здійснюється за допомогою додаткової подачі діоксиду вуглецю 10, наприклад, через пристрої 11 для псевдозрідження й розпушення шлюзового бункера 9 або через додаткові підвідні пристрої, наприклад такі, які передбачені для підведення накопиченого газу 19. Подальшими стадіями процесу, яким піддається летюча зола, можуть бути, наприклад, повернення у процес газифікації або підготовка до зберігання або утилізації. В останньому випадку варто подбати про те, щоб неминуче присутні у порожнечах шару летючої золи компонента неочищеного газу були видалені. Для цього, наприклад, в US 4,838,898 А і US 2007/0084117 Al описуються способи звільнення летючої золи, що виділяється з синтез-газу, у ході декількох стадій процесу від залишкових компонентів неочищеного газу. Приклад: Ізентальпічне розширення діоксиду вуглецю, як це, наприклад, має місце у вентилях, редукторах або діафрагмах, має як наслідок у випадку діоксиду вуглецю помітне зниження температури. Наприклад, якщо діоксид вуглецю розширюється зі стану 1 з рі = 50 бар і Tl=150˚C у стан 2 з р2=2 бар, то отримують температуру Т2=126,7˚C. При використанні азоту при таких же змінах стану температура Т2 (N2) = 146,4 °C. Для того щоб у цьому випадку забезпечити температуру у 150˚C, діоксид вуглецю при рі = 50 бар повинен бути нагрітий до приблизно 170˚C. Якщо буде задана температура Tl=80˚C, то при однаковому розширенні встановиться температура Т2=40,7˚C, яка у випадку азоту буде становити T2(N2) = 73,6˚C. Вищенаведений приклад вибраний з області типових робочих параметрів, які виникають при створенні тиску у шлюзовому бункері. Приклади показують, що при використанні діоксиду вуглецю у порівнянні з азотом температура використовуваного діоксиду вуглецю шляхом підігріву повинна адаптуватися для того, щоб компенсувати ефект охолодження при дроселюванні. Це необхідно для того, щоб мати можливість підтримувати необхідну температуру процесу й не перевищувати допустимий градієнт температури, наприклад, на фільтруючих елементах і пристроях, що розпушують. Відповідно до винаходу використовуваний для очищення фільтруючих елементів діоксид вуглецю або газ, що містить діоксид вуглецю, підігрівається так, щоб після розширення до робочого тиску (фільтра) він мав температуру, яка лежить вище межі двофазної області. Одночасно діоксид вуглецю або газ, що містить діоксид вуглецю, після розширення переважно повинен мати температуру, яка лежить вище температури конденсації компонентів неочищеного газу. Такі ж вимоги діють в області елементів для псевдозрідження й розпушення, для забезпечення роботи яких діоксид вуглецю або газ, що містить діоксид вуглецю, повинен розширюватися. Також підігрів діоксиду вуглецю або газу, що містить діоксид вуглецю, повинен здійснюватися так, щоб його температура перед і під час підвищення тиску у шлюзовому бункері лежала вище межі двофазної області. 1 Неочищений газ 2 Фільтр, пиловловлювач 3 Звільнений від пилу неочищений газ 4 Фільтруючі елементи 5 Збірник 6 Трубопровід для підведення CO2 або газу, що містить CO2 7 Пристрій для псевдозрідження 8 Сполучний трубопровід 9 Шлюзовий бункер 10 Трубопровід для підведення CO2 або газу, що містить CO2 11 Пристрій для псевдозрідження 12 Порівняльний трубопровід 3З Трубопровід для підведення газу 14 Трубопровід для зворотної продувки 15 Трубопровід газу, що розширюється при зниженні тиску 16 Трубопровід для вивантаження 17 Фільтр газу, що розширюється при зниженні тиску 18 Газ зі зниженим тиском 19 Газ, що повертається у процес 20 Газ зі зниженим тиском 21 Буферний резервуар 4 UA 106063 C2 22 Газ зі зниженим тиском ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Спосіб шлюзування пилу, що накопичується при роботі установки пиловидалення для неочищеного газу, з процесу газифікації під тиском із використанням пиловловлювача щонайменше з одним співвіднесеним шлюзовим бункером, який відрізняється тим, що у пиловловлювачі (2) розміщені фільтруючі елементи (4), які піддають зворотній продувці за допомогою газу, який відрізняється від повітря, що містить діоксид вуглецю, або чистого СО 2 газу, при цьому пиловловлювач (2) і шлюзовий бункер (9) для повернення газу при заповненні шлюзового бункера оперативно з'єднані один із одним через порівняльний трубопровід (12), газ, який містить СО2, підводять до місця його використання через підвідні трубопроводи, що підігріваються зовні, газ, який відводиться зі шлюзового бункера, підводять до пристрою пиловидалення, газ, який звільнений від пилу, відібраний зі шлюзового бункера, підводять до проміжного буфера й щонайменше частково використовують як газ для здійснення однієї з вищеописаних стадій процесу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газ, який містить СО2, для зворотної продувки підігрівають. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що газ, який містить СО2, для зворотної продувки використовують для псевдозрідження й розпушення шару летючої золи у пиловловлювачі. 4. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газ, який містить СО2, для зворотної продувки використовують для підвищення тиску у шлюзовому бункері. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що газ, який містить СО2, для зворотної продувки використовують для розпушення пилу у шлюзовому бункері. 5 UA 106063 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 6