Способ производства газа, используемого для получения энергии

ОГОЗ СОВГТСКИХОЦИАЛИС 1 ИЧЕСКИЕСПУБЛИК 2 776 Е ИЗОБ ОПИСА ЕНТУ каторе, а образовав шивается с газом, с таком соотношении в образованном в р превышает 0,1, что смолистых веществ сле этого газ вывод известковую шахту стых соединений. л стых веществ и для сопутствующих уго еще не газифициро БЕ) н (ЬЕ) ГАЗА, ИСИЯ ЭНЕРособу провыработки цируется в м в (азифиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) СКФ Стил Индкиниринг АБ(72) Свен Эрикссон и Свен Санте54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВАПОЛЪЗУЕМОГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНГИИ(57) Изобретение относится к спизводства газа, пригодного дляэнергии из угля. Уголь газифипротивотоке с воздушным дутье Изобретени относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии, посоедством газификации угля в противотоке с воздухом в шахте для того, чтобы создать газ, имеющий температуру порядка 500 С и, кроме того, СО и М 2, содержащий соединения серы и смолистые вещества, при этом упомянутый газ подвергается процессу удаления смолистых веществ перед тем как он проходит через доломйтную или известковую шахту с целью удаления соединений серы.Использование угля для выработки энергии в значительной степени сдерживается серьезными факторами окружающей среды, связанными со сгоранием угля; Основная проблема заключается в разгрузке подкисляющих веществ, таких как окиси серы и азота. Делались попытки в некоторой степени решить эту проблему различными стадиями, но это влечет за собой значительное увеличение затрат, причем чрезвычайно затруднительно или невозможно при обычной технологии достигнуть требуемой степени очистки, если основным приемлемым(Б)5 С 10 К 1/00, С 10 Л 3/ шийся газ затем перемеодержащим кислород, в , что отношение С 02/СО езультате этого газа не бы осуществить крекинг , имеющихся в газе. Поится В доломитную или с целью удаления серниюбых оставшихся смоли- газификации каких-либо льных частиц, которые ваны, 2 з,п.ф-лы,сырьевым продуктом для выработки энергии является уголь,Эти проблемы могут быть решены вначале газификацией угля, а затем выработкой энергии путем сгорания образованного газа, Относительно легко достигнуть высокой степени очистки от серы, т.е. более 95 О, при восстановлении уголь-газ, а поскольку затем производится сгорание газообразного топлива, это может быть выполнено таким образом, чтобы образовывалось значительно меньше окиси азота, чем это возможно в случае твердого или жидкого топлива. Газификация также предполагает лучшие решения в отношении других вредных для окружающей среды воздействий вследствие сгорания угля, таких как выброс ртути, полиароматических углеводородов, тяжелых металлов и летучей золы,Недавно были предприняты значительные усилия для разработки способа газификации угля с целью выработки энергии, но,. как подтверждено, во всех случаях затраты весьма высоки. Основной причиной этого является огромное потребление газа, со 17762725 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 держащего кислород, с точки зрения значительных капиталовложений и относительно высокого потребления электроэнергии, связанного с производством кислорода, Кроме того, в большинстве газификаторов угля 10 - 20 фобразованного газа сжигается в газификационном реакторе, чтобы удовлетворять требованиям в отношении тепла, необходимого для газификации, и достигнуть ,благоприятной температуре реакции.Простыми и дешевыми способами производства газа, пригодного для выработки энергии, являются процессы газификации угля с использованием воздуха и потреблением минимального количества угля, Уголь, в основном в виде глыб, газифицируется в противотоке горячего воздушного дутья в шахтной печи. Образованный газ имеет температуру приблизительно 500 С и благодаря невысокой температуре включает в себя приемлемые количества смолистых веществ, а также небольшие количества несгоревшего угля в форме частиц,Известен способ производства газа,.в котором предложено для термического крекинга углеводородов, имеющихся в газе, производимом путем газификации угля, подавать газ, нагретый плазменным генератором, После частичного крекинга,газ пропускается через доломитный фильтр такого типа, который используется в процессе Уибер-йедерфорса, Полный крекинг оставшихся смолистых веществ получается в течение транспортирования через фильтр, а одновременно газ очищается от серы. Одна из целей изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании технологии, вредложенной в вышеупомянутых заявках на патент, посредством дополни.тельного уменьшения потребления электроэнергии,Способ согласно настоящему изобретению базируется на техническом приеме, указанном здесь во вводной части, и отличается тем, что газ, покидающий шахту и содержащий смолистые вещества, вводится в камеру совместно с газом, содержащим кислород, при этом количество добавляемого кислорода регулируется таким образом, чтобы отношение СО 2/СО в образовавшемся в результате этого газе не превышало 0,1, причем в упомянутой камере поддерживается температура порядка 900-1200 С, после этого гаэ вводится в доломитовую или известковую шахту для удаления соединений серы и любых оставшихся смолистых веществ и газификации каких-либо сопутствующих частиц угля,Согласно одному из вариантов осущест. вления изобретения для того, чтобы достичь температуры, благоприятной для крекинга, к реакционной камере подается энергия. Это может быть выполнено посредством предварительного нагрева кислородсодержащего газа перед его вводом в камеру. Энергия предпочтительно подводится частично путем предварительного нагрева кислородсодержащего газа и частично путем сгорания в камере.Кислородсодержащий газ предпочтительно представляет собой воздух или воздух, обогащенный кислородом.Для проведения крекинга беэ плавления важен температурный интервал, а отношение СОр/СО существенно с точки зрения очистки серы и, беэусловно, с точки зрения мощности энергии для производимого газа.Дальнейшие преимущества и отличительные признаки изобретения будут указаны в нижеследующем описании, причем далее изобретение будет представлено также посредством примера.Газификационная шахта имеет вид газогенератора такого типа, который обычно использовался, в частности в Англии, в течение первой половины двадцатого столетия. Эти газогенераторы полностью заполнялись углем в форме кусков и в них подавался горючий газ с чрезвычайно высоким содержанием смолы. В нашей конструкции генератор приводится в действие горячим воздушным дутьем и после этого угольная зола плавится в жидкий шлак, а также обеспечивается возможность нахождения части угля в виде угольной пыли, если измененный тепловой баланс компенсируется температурой дутья.Преимущество, получаемое от преобразования угольной золы в шлак, заключается в том, что может быть использовано дополнительное шлакоформирующее устройство для контроля композиции золы с целью производства сырьевых продуктов, например, для цемента, Недостаток этого типа гаэификатора заключается в том. что не все виды угля пригодны для газификации при противотоке с небольшим увеличением температуры. Он применим главным образом для угля, который преобразуется при нагревании в жидкую форму, либо для угля, который "разрывается" на мелкие частицы. Это частично компенсируется 70 сырого угольного продукта, который может быть введен в форме мелких частиц, причем описанные выше ограничения не налагаются на эту данную в процентах величину,Гаэ из шахты генератора смешивается с воздухом, чтобы удовлетворять требованиям в отношении необходимого количествакислорода для крекинга смолистых веществ, Воздух предпочтительно предварительно нагрет, чтобы избежать высокого содержания СОг в газе, поскольку это приведет к ослаблению последующего действия по очистке от серы. Однако часть требуемой энергии может быть покрыта путем частичного сгорания в камере. Отношение СОг/СО не должно превышать 0,1, чтобы обеспечить указанное количество СОг, которое может быть допущено в газе.Температура в камере должна находиться в интервале 900-1200 С, а предпочтительно должна составлять 1100 С.Таким образом, на одной стадии в смесительной камере имеет место перемешивание и повышение температуры в непосредственной связи с обессеривающей шахтой, в которой после этого газ остается на достаточное время, чтобы обеспечить полный крекинг и очистку от серы, Серный фильтр представляет собой опробованный и испытанный фильтр, используемый в процессе Уибер-Шедерфорса для извлечения серы из восстановительного газа, Согласно измерениям, выполненным в этом процессе на сопоставимых газах содержание серы в выпущенном газе остается неизменным, составляя 20-30 частей на миллион, в то время как доломит используется полностью на глубину порядка 6 мм, если газ остается в шахте примерно 36 часов, Основная причина того, почему полное повышение температуры газа, поступающего в фильтр, не обеспецивается частичным сгоранием газа, заключается в том, что газ тогда приобрел бы более высокий потенциал кислорода, нарушая при этом условия, необходимые для очистки от серы, Значительное преимущество оцистки от серы, когда агент, служащий для очистки от серы, находится в твердой фазе (вместо нахождения, например, в виде шлака), заключается в том, что активность СаО остается близкой к единице, обеспечивая таким образом более полную оцистку от серы и уменьшение по. требления агента, предназначенного для оцистки от серы.Кроме смолистых веществ газ, покидающий газификационную шахту, содержит также изменяющиеся количества мелких частиц угля. Они захватываются в шахте очистки от серы и, поскольку газ слегка окисляется (приблизительно 5 оСОг+ НгО), они будут медленно газифицироваться, поэтому доломит, когда он выведен, практически свободен от угля. Таким образом, сочетание преобразования золы в шлак и крекинга в доломитных фильтрах приводит к почти 1006 выработке из угля,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Очищающим от серы веществом в фильтре является необработанный доломит, который обжигается в верхней части шахты.Это дополнительно дает едва ли 1 оиуменьшает температуру газа нэ 50 - 75"С,так что он покидает фильтр при температурепорядка 1000 С. Очищенный газ подвергается теплообмену с входящим воздушнымдутьем и покидает газификационную установку при температуре порядка 650 С. Гэзификатор сконструирован для работы вдиапазоне избыточного давления, составляющего 0-3 бар, в зависимости от использования, для которого предназначен газ,Образованный газ имеет тепловуюэнергию порядка 4,6 УД/м . Температурапламени и выпускаемое количество на единицу энергии близки к величинам, достигаемым при обычном сгорании нефти своздухом. Поэтому надо полагать, что газдолжен быть весьма пригоден для выработки энергии.П р и м е р. Уголь газифицируется вшахте в противотоке с предварительно нагретым воздушным дутьем. Анализ угля даетследующий состав: С 75.9, Н 4,3, 0 9,4 ,М 1.3 о ; Я 0,5%; зола 8,6; влага 4.Газ из шахты имеет температуру порядка 500 С и следующий состав: С,НП 1 6,5 ;СОг 1.8 ; Нг 0 1,4%; СО 30,0; Иг 60,2 о ;НгЯ 0,1.Стехиометрически требуется 29,3 мвоздуха на 100 кг угля для крекинга всегоуглеводорода в газе на СО и Нг.Температура газа, покидающего доломитовую шахту после смесительной камерысоставляет 1000 С, а его состав таков; СОг0,3 о ; НгО 0,1 ; Нг 12,0 ; СО 32.0 о : йг55,6 о Баланс между СаО + НгЯ и СэЯ + НгОвлияет на очистку от серы и для стехиометрического случая соотношение НгО: НгЯполучается порядка 180, которое обеспечивает 99 оочистки от серы.В случае газовой смеси в смесительнойкамере, имеющей композицию, соответствующую частномуСОг + НгОСОг+ НгО + СО+ Нгтребуется 64,1 м воздуха на 100 кг угля. Газ,покидающий доломитный фильтр, имееттемпературу порядка 1100 С и следующийсостав: СОг 1,9 о ; СО 28.4 ; НгО 1.6 ; Нг9.7 о ; Иг 58.4 : НгЯ 0,009.В этом случае степень очистки от серысоставляет 87,5 о ,Температура газа, оставляющего устройство для очистки от серы, равна 1000 С1776272 Составитель Р. ГоряиноваТехред М.Моргентал Корректор М, Петрова Редактор Заказ 4047 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственногокомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 то температура газа до устройства для очистки от серы, т.е. на выходе из смесительной камеры (камера крекинга) равна 1050 - 1075 С и 1150-1176 С в первом и втором и римерах соответственно. 5Что касается примера, то после добавки стехиометрического количества воздуха отношение СО 2/СО в газе, который составляет камеру смешения/крекинга, равно примерно 0, ,10В газе, оставляющем устройство для очистки от серы, отношение СО/СО равно .0,3/32,0, т.е, примерно 0,01,Преимущества заявленного способа состоят в том, что несмотря на очень низкую 15 температуру газификации угля (500 С) можно получить удивительно чистый газ, таким образом для газификации угля требуется небольшое количество энергии, Удивительно было то, что большое количество углеводо родов, образующихся при такой низкой температуре газификации, можно исключить путем крекинга, при этом отношение С 02/СО поддерживается ниже 0,1. Таим образом, можно получить газ не только при 25 низком расходе энергии, но также частично он может быть эффективно очищен от серы в доломитовой шахте. Формула изобретения1, Способ производства газа, используемого для получения энергии, посредствомгазификации угля в противотоке с воздухомв шахте с получением газа, имеющего температуру до 500 ОС и содержащего Н 2, СО,Иъ соединения серы и смолистые вещества,причем газ подвергают обработке дляудаления смолистых веществ перед пропусканием его через доломитовую или известковую шахту, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективности очисткигаза от примесей, газ, покидающий шахтугазификации, вводят в камеру смешиваниядля частичного смешивания смолистых веществ совместно с кислородсодержащимгазом, количество которого регулируют так,что отношение С 02/СО в получаемом в результате газе не превышает 0,1, причем вупомянутой камере поддерживают температуру 900 - 1200 ОС.2. Способ поп.1, отл ича ю щийсятем, что кислородсодержащий газ, вводимый в камеру, предварительно нагревают,3. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что кислородсодержащий газ представляет собой воздух или обогащенный кислородом воздух,