Пристрій газифікації з обладнанням для видалення шлаку

Реферат: Пристрій для газифікації рідких або дрібнозернистих твердих паливних матеріалів в реакторі із захопленим шаром при температурах вище температури плавлення золи, при тиску від 0,3 до 8 МПа, в якому реактор газифікації і водяна ванна розташовані в ємності високого тиску, вказана водяна ванна встановлена під реактором газифікації, і реактор газифікації сконструйований таким чином, щоб одержаний синтетичного газ відводився з верхньої секції реактора, рідкий шлак осаджувався на стінці реакційної камери та вільно стікав без будь-якого затвердіння поверхні шлаку, нижній бік реакційної камери мав вихідний отвір з кромкою скиду, що забезпечує вільний скид низхідного потоку рідкого шлаку з вказаної кромки, нижче вказаного отвору розташований канал для видалення шлаку, який проходить вниз у водяну ванну, канал для видалення шлаку розташований нижче вказаного отвору, секція верхньої стінки каналу для видалення шлаку виконана проникною для охолоджуючого агента, і внутрішній бік каналу повністю футерований за допомогою жароміцного ізолюючого складу, нижня секція каналу для видалення шлаку, яка проходить вниз у водяну ванну, виконана з можливістю змочування водяною плівкою на внутрішньому боці, верхня і нижня секції з'єднані одна з одною таким чином, щоб водяна плівка в секції верхньої стінки не вступала в контакт ні з секцією стінки, проникною для охолоджуючого агента, ні з ізолюючим складом. UA 99344 C2 (12) UA 99344 C2 UA 99344 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу газифікації дрібнозернистого паливного матеріалу типу пилу або рідкого паливного матеріалу для генерування синтезу-газу, тобто газу, основними компонентами якого є CO і Н2, шлак видаляється з реактора газифікації в розплавленому стані і затвердіває за допомогою охолоджування водою. Газифікація дрібнозернистих паливних матеріалів, таких як матеріали типу вугільного пилу, нафтового коксу, біологічних відходів або паливних матеріалів, а також рідких залишків, таких як залишки, що походять з нафти, бітуму, відходів нафтопереробних заводів і інших рідких залишків, при температурах вищих температури плавлення золи паливних матеріалів, які надходять, виробляє шлак в розплавленому вигляді. Вказаний розплавлений шлак збирається в нижній секції реактора газифікації і вивільняється через вихідний отвір. У цьому випадку є загальноприйнятою практикою вивантажувати розплавлений шлак у водяну ванну, в якій шлак охолоджується і гранулюється, так що виходить матеріал типу скла. У зв'язку з газифікацією при підвищеному тиску, патентні документи DE 2342079 СЗ і US 4328006 А розкривають такий реактор газифікації і водяну ванну, розташовану під реактором, вміщені в об'єднану ємність високого тиску. У цій конфігурації, корпус ємності високого тиску заключає проміжок, розташований між виходом для шлаку і водяною ванною. Також відомо, що ємність високого тиску не має ні цегляної футерівки, ні охолоджуючої системи. Отже, згадана вище система вимагає, щоб здійснювалося створення адекватних умов для потоку гарячого вихідного шлаку, газів і інших частинок, з тим, щоб запобігти нагріванню або руйнуванню стінки ємності високого тиску. Патент США 20070062117, що належить компанії Future Energy, передбачає витягання синтетичного газу разом зі шлаком через вихідний отвір для шлаку. Ємність високого тиску захищається від високих температур за допомогою охолоджування синтетичного газу і шлаку за допомогою води, інжектованої нижче виходу для шлаку. У доповнення до інжектування води, корпус ємності високого тиску футерується захисним шаром для запобігання будь-якій ерозії і корозії. Згідно з патентом ЕР 0377930, Texaco, синтез-газ також вивільняється разом зі шлаком через вихідний отвір для шлаку. У патенті ЕР 0377930, однак, спосіб охолоджування синтетичного газу здійснюється так, що він передається разом зі шлаком через заглибний канал у водяну ванну. Вказаний канал одночасно служить як захист для корпусу ємності високого тиску. Заглибний канал сам по собі охолоджується за допомогою водяної плівки, і таким чином також можна уникнути появи твердих осадів. Недоліком способів, описаних в патенті US 20070062117 і ЕР 0377930, є те, що вони здійснимі тільки в поєднанні зі способами газифікації, в яких синтетичний газ витягується разом зі шлаком через вихідний отвір для шлаку. У випадку газифікаторів з роздільними виходами для синтезу-газу і шлаку, є важливим запобігти охолоджуванню виходу для шлаку. Будь-яке подібне охолоджування може спричинити передчасне затвердівання шлаку (тобто забиття виходу для шлаку) і, отже, порушення нормальної роботи або навіть поломку всієї установки. Способи згідно з US 20070062117 і ЕР 0377930 мають те загальне, що синтез-газ, який залишає газифікатор разом зі шлаком, забезпечує досить високу температуру на виході для шлаку. Це є нездійсненним у випадку газифікаторів з роздільними виходами для сирого газу і шлаку, оскільки не існує примусового спрямованого потоку під виходом для шлаку. Отже, способи, описані вище, є непридатними для газифікаторів з роздільними виходами для синтезу-газу і шлаку. Тому специфічна вимога для способу при конструюванні виходу для шлаку є мінімізація втрат тепла в навколишньому середовищі для запобігання передчасному охолоджуванню/затвердіванню шлаку. Розташування стінок камери, що інтенсивно охолоджуються ("холодних") в безпосередній близькості від виходу для шлаку, отже, спричинило б небажане охолоджування зони виходу. Подальше зниження нагрівання відбувалося б, в випадку якби пара виділялася під час гранулювання (затвердівання) шлаку і якби подібна пара протікала вгору, в канал переливного патрубка. Ця пара може покидати канал переливного патрубка тільки через вихід для шлаку і таким чином вона забезпечувала б додаткове охолоджування витікаючого шлаку. Пристрої газифікації з роздільним виходом для шлаку і синтезу-газів в наші дні комплектуються каналом для видалення шлаку, як указано в патентних документах US 5441547, US 5803937 або ЕР 0318071. Вказаний канал з'єднує вихід для шлаку з водяною ванною і, отже, він захищає стінку ємності високого тиску від дуже високої температури. Довжина каналу для видалення шлаку може мати таку величину, що канал проходить у водяну ванну, або край каналу розташовується трохи вище рівня води, так, щоб забезпечувалося вирівнювання тиску між каналом для видалення шлаку і кільцевим простором між стінкою ємності високого тиску і виходом для шлаку. 1 UA 99344 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Документ ЕР 0318071 демонструє канал для видалення шлаку, який проходить вниз до лінії, розташованої трохи вище рівня водяної ванни. Більш того кільце розпилюючих сопел для змочування шлаку встановлюється на краю каналу для видалення шлаку. Креслення, прикладене до документа ЕР 0318071, зображує тип стінки каналу для видалення шлаку, який не має охолоджуючої системи. Недоліком цієї конструкції є те, що на стінки каналу здійснює вплив висока температура, яка може спричинити руйнування стінки і, отже, привести до порушення нормальної роботи. Більш того на нижній секції каналу для видалення шлаку може формуватися осад через те, що вони можуть вступати в контакт з водою від кільця сопел. Таким чином, на граничних секторах конічного розпиляного потоку формуються перехідні зони, в яких стінки почергово стають "сухими" і "мокрими". Досвід показує, що будь-яка подібна зона має значну тенденцію до формування осаду твердих речовин. Навіть якщо стінка забезпечена додатковою футерівкою з жароміцного матеріалу, канал для видалення шлаку піддається впливу високих температур, оскільки сектори, розташовані над кільцевим простором, охолоджуються недостатньо. Крім підвищеного ризику появи утворення осаду при використанні жароміцних матеріалів, вказана футерівка може піддаватися утворенню тріщин і відшарування через вступ в контакт з водою, що розпилюється. Отже, частинки, що відшарувалися, футерівки можуть спричиняти забиття водяної ванни і/або розташованої після неї системи видалення шлаку. Канал для видалення шлаку, описаний в документі WO 2006053905, забезпечується мембранними стінками, футерованими жароміцним матеріалом. Через мембранні стінки протікає охолоджуючий агент, так що стінка досить охолоджується. Охолоджування виходу для шлаку можна уникнути за допомогою жароміцної футерівки. Однак секції стінки, розташовані над соплами, не футеруються для запобігання будь-якому фарбуванню частинок ізоляції. Приймач для водяної ванни розташовується під каналом для видалення шлаку, верхній край вказаної ємності забезпечується кільцем сопел для змочування шлаку. Створюється проміжок між кільцем сопел і краєм каналу для видалення шлаку для забезпечення балансу тиску між реактором і кільцевим простором. Водяні сопла вказаного кільця фактично забезпечують не тільки змочування шлаку, але також охолоджування і змочування секції стінки в ємності вище рівня змочування від водяної ванни. Вказана секція стінки в ємності повинна підбиратися так щоб зміни рівня води не могли спричиняти підняття рівня води вище кільця сопел і/або кільцевого простора. Критерієм нестач конструкції, викладеним в WO 2006053905, є те, що існують секції стінок, які почергово стають сухими і мокрими. Вказані секції містять зону каналу для видалення шлаку, яка не має футерівки, а також секцію стінки водяної ванни, яка не покривається водою. Досвід показав, що при цих умовах можуть формуватися тверді осади і в кінцевому результаті вони можуть викликати порушення нормальної роботи. Крім того, інжектування води в канал для видалення шлаку створює підвищений ризик надмірного охолоджування отвору для видалення шлаку через пари води. Більш того інжектування води і нефутеровані мембранні стінки каналу для видалення шлаку здійснюють додатковий охолоджуючий вплив на вихідний отвір для шлаку, який у випадку конструкції, згаданої вище, може долатися тільки за допомогою створення достатньої відстані між охолодженими поверхнями і пристроєм для інжектування води. Задачею даного винаходу, отже, є створення системи видалення шлаку для газифікації рідких або дрібнозернистих твердих паливних матеріалів при температурах вище температури плавлення золи паливного матеріалу і при тиску від 0,3 до 8 МПа, вказана система долає недоліки, описані вище. Задача даного винаходу досягається за допомогою пристрою з технічними характеристиками вказаними нижче: • Реактор газифікації і водяна ванна розташовані в ємності високого тиску; • Водяна ванна розташована під реактором газифікації; • Реактор газифікації сконструйований таким чином, що: - вироблений синтетичний газ витягується з верхньої секції реактора, - рідкий шлак осаджується на стінках реакційної камери і потім вільно стікає, без будь-якого затвердівання поверхні шлаку, - нижній бік реакційної камери має вихідний отвір з кромкою скиду, так що низхідний потік рідкого шлаку може вільно падати з вказаної кромки; • Канал для видалення шлаку розташований під вказаним отвором, проходить вниз у водяну ванну і має наступні технічні особливості: - охолоджуючий агент протікає через верхню секцію стінки каналу для видалення шлаку, і внутрішній бік каналу повністю футерується жароміцним ізолюючим складом; 2 UA 99344 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - нижня секція стінки каналу для видалення шлаку, яка проходить вниз у водяну ванну, змочується водяною плівкою на внутрішньому боці і з'єднується газонепроникним чином з верхньою секцією; - верхня і нижня секції каналу для видалення шлаку з'єднуються одна з одною таким чином, що водяна плівка секції верхньої стінки не вступає в контакт ні з секцією стінки, через яку проходить охолоджуючий агент, ні з ізолюючим складом. 3 Газифікація переважно відбувається при низькому навантаженні частинок