Способ получения горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 116997 д 3 51) 4 ЕТЕНИЯ У нко вательй инОРЮЧИХ ЖАЩЕГО пыпеервую исходо аген ющегффяйпюуиеЬЭ-,ь"гкФа СЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ САНИЕ ИЗ 8 ТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследский и проектно-конструкторскститут по комплектным технолоческим линиям(54)(57) 1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРВЕЩЕСТВА, преимущественно иэвидного, включающий подачу взону реактора первого потоканого вещества и газифициру та, газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второго потока исходного вещества, газифицируюцего агента и продуктов газификации первого потока и гаэифи" кацию второго потока во второй зоне реактора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения выхода горючих газов и КПД процесса, второй поток исходного вещества вводят в первую зону реактора, в качестве газифицируюцих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне - водяной пар, а кислород в первую зону вводят в стехиометрическом количестве по отношению к первому потоку исходно,го вещества.с1169979 2. Способ по п, 1, о т л ич ающи и с я тем, что потоки углеродсодержащих веществ вводят при массовом соотношении первого и второго потоков (2,4-10):1. Изобретение относится к способам газификации и может быть использоваЪно для получения энергетических и технологических газов в химической и чефтехимической промышленности. 5Цепью изобретения является увеличение выхода горючих газов и повышение КПД процесса газификации.На чертеже представлено схема реактора для получения горючих га эов из твердого углеродсодержащего вещества, разделенного на три зоны.Б зону 1 реактора подают углерод- содержащее вещество, предварительно разделенное на. первый и второй пото ки одинакового фракционного состава (О, 1 - 1,0 мм) в массовом соотношении (2,-10):1 и кислород.В зоне 1 реактора в присутствии второго потока протекает экзотерми ческая окислитсльная реакция между углеродной массой первого потока и кислородом2 С + О, = 2 СО + ( (1)Расход кислорода, подаваемого в первую зону, определяется стехиомет-, рическим соотношением реагентов и рассчитывается по уравнению (1).Температура в первой зоне 1500 - 2500 С, давление 100-5000 кПа. 3 ОЗа счет теплоты, выделяющейся при протекании реакции (1), в первой зоне происходит радиационный нагрев второго потока углеродсодержащего вещества. 35Высокотемпературный поток СО сотемпературой 1500-2500 С и подогретый второй поток углеродсодержащего вещества поступают в зону 2 реактора, куда подают подяной пар. В зоне 2 пр 4 О 1300-1500 С протекает эндотермичесокая реакция:С+НО=СО+Н, - Ч (2) 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что газификацию первого потока в первой зонеа,ведут при температуре 1500-2500 С,а газификацию второго потока во второй зоне ведут при температуре1300-1500 С и давлении 100-5000 кПа. Компенсация эндотермического эффекта реакции (2) осушествляетсятеплотой высокотемпературного потока СО и подогретого второго потокауглеродсодержащего вещества, поступающих из зоны 1 еИз зоны 2 отводят газовый поток,содержащий СО и Н, и мелкодисперсныечастицы золы.Газификация первого потока углеродсодержащего вещества в первой зоне стехиометрическим количествомкислорода при массовом соотношениипервого потока ко второму (2,4-10):1позволяет организовать в первой зоне оптимальный режим температур1500-2500 С, при котором протекаетэкзотермическая окислительная реакция (1) с образованием окиси углерода, что исключает потери кислородас балластным компонентом СО и увегпичивает выход горючего газа.При введении второго потокаисходного углеродсодержащего вещества в зону 1 реактора обеспечиваетсяза счет теплоты, выделяющейся припротекании реакции (1), радиационныйнагрев второго потока до температур,оптимальных для протекания реакции(2), компенсация эндотермическогоэффекта реакции (2) и газификацияподогретого второго потока во второй зоне реактора водяным паромпри 1300-1500 С, что позволяет исключить образование балластныхкомпонентов (СО Н,О, СН,1) последующим реакциям и увелйчить выход горючих газов до 2,2 м /кг исходного углеродсодержащего вещества и КПД процесса до 927,С + 2 Нг = СН + 0 (3) СО + Н,О = СО, + Н, + СВ нижней части реактора расположена зона кристаллизации шлака 3.Из эоны 3 выводят горючий газ наочистки от золы,Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока углеродсодержащего вещества ко второму потоку менее 2,4 нецелесообразно, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемого в первой зоне реактора пореакции (1), недостаточно для подогрева второго потока до температуры, оптимальной для протеканияпроцесса газификации во второй зонеи компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит кпротеканию процесса газификации пер.вого потока в первой зоне и второгопотока во второй зоне при температурах ниже оптимальных (ниже 1500и 1300 С соответственно), образоваанию балластных компонентов (СОН,О, СН 4), уменьшению выхода горючихгазов до 1,6 м/кг и снижению КПДпроцесса газификации до 71%.Осуществление процесса газификации при массовых соотношениях первого потока ко второму более 10 неэкономично, так как при этих соотношениях количество тепла, выделяемого в первой зоне по реакции (1), является избыточным для подогрева второго потока до оптимальной температуры и компенсации эндотермическогоэффекта реакции (2), что приводит кпротеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второгопотока во второй зоне при температурах выше оптимальных (выше 2500 ио1500 С соответственно) и снижению выхода горючих газов до 1,7 м /кг иКПД процесса до 75%, (таблица пример 5).П р и м е р 1. В качестве исходного углеродсодержащего веществавзят кокс Западно-Сибирского комбината, Состав сухой массы кокса,мас, %: С 89,0, Н 0,4, 0 0,3,ОИ 29580 кДж/кг,Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм)делят на два потока при массовомсоотцоыеции первого потока ко второму 2,4:1. В первую зону реактораподают 100 кг первого потока, 42 кгвторого потока углеродсодержащего вещества и 118 кг О, с температурой25 С. В первой зоне протекает экзотермическая реакция окисления углерода первого потока с образованием5 208 кг СО и 0,4 кг водорода Н 2,За счет теплоты экзотермическойреакции температура в первой зонеОдостигает 2500 С, при этом в первойзоне реактора происходит нагревацие1 О второго потока углеродсодержащеговещества.Во вторую зону реактора поступаетиз первой зоны 42 кг подогретогодо 2500 С второго потока углеродсоо15 держащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащиев основном СО и Н, при 2500 С. Одновременно во вторую зону подают 56 кговодяного пара с температурой 300 С.20 Во второй зоне при 1300 С и давлении2000 кПа протекает эцлотермическаяреакция разложения водяного парауглеродцой .массой угля.Гри этом образуется 87 кг СО и6 кг Н . Полученный газ в количестве 311 нм имеет теплоту сгорания12164 кДж/мз и содержит (без учета.Н, Я и И ), об.%: СО 75, 1, 25, На- ластцье компоненты отсутствуют.ЗО Выход горючих газов составляет311/142 = 2,2 мз /кг. КПД процессасоставляет 90,1%.П р и м е р 2. Б качестве исходного углеродсодержа 1 егс веществаЗ 5 Взят бурый уголь Канско в Ачинскобассейна Ирша-Бородинского месторождения. Состав сухой массы угля,мас. %; С 65,2, Н 4,49, О 20,1,Я 0,31, Г 1 0,92, А 8,98,40 О 24058 кДж/кг.Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,-1,0 мм) делятна два потока при массовом соотношении первого потока ко второму45 6,7;1. В первую зону реактора подают100 кг первого потока, 15 кг второгопотока углеродсодержащего веществас температурой 800"С и 66,8 кг О,с температурой 600 С.50 В первой зоне протекает экзотерми.ческая реакция окисления углеродапервого потока с образованием152,1 кг Со и 4,5 кг Н,. За счеттеплоты экзотермической реакции55 температура в первой зоне достигаето1890 С, при этом в первой зоне реактора происходит цагревацие второгопотока углеродсодержащего вещества.1 О Бо вторую зону поступает из пер 0вой эоны 15 кг подогретого до 1890 Свторого потока углеродсодержащеговещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основномСО и Н с температурой 1890 С. Одновременно во вторую зону подают11,3 кг водяного пара с температуройо,о300 С, Во второй зоне при 1300 С идавлением 2000 кПа протекает эндотермическая реакция разложения водяного пара углеродной массой угля,При этом образуется 22,8 кг СО и1,9 кг Н . Полученный газ в количестве 211,8 нм имеет теплоту сгорания 2070 кДж/м и содержит (без учета Н,Б и И,), об, %: СО 66,1,Н, 33,9,Балластные компоненты отсутствуютВыход горючих газов составляет2 11, 8/ 11 5 = 1, 8 м /кг . КПД процессасоставляет 92,4%,П,р и м е р 3, Б качестве исходного углеродсодержащего веществавзят бурый уголь Канско-Лчинскогобассейна Ирша-Бородинского месторождения. Состав сухой массы угля, мас.%,"С 65,2, Н 4,49, О 20,1, 8 0,31,М 0,92, Л 8 р 98, О 24058 кДж/кг.Исходное углеродсодержащее вещсст.во (размер частиц 0,1-1,0 мм) делятна два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 10 1.В первую зону реактора подают100 кг первого потока, 10 кг второго 35потока углеродсадержащего веществас температурой 800 дС и 66,8 кг О, стемпературой 800 С, Б первой зонеопротекает экзотермическая реакцияокисления углерода первого потока 40с образовднием 152,1 кг СО, 4,5 кгН, За счет теплоты экзотермическойреакции температура в первой зоне достигает 19400 С, при этом в первойзоне реактора происходит нагреваниевторого потока углеродсодержащеговещества. Во вторую зону поступаетиз первой зоны 10 кг подогретого до1940 С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего восновном СО и Н с температуройо1940 С. Одновременно во вторую зонуподают 7,5 кг водяного пара с температурой 300 С. Во второй зоне при1500 С и давлением 5000 кПа протекаетзндотермическая реакция разложенияводяного пара углеродной массой угляПри этом образуется 15,2 кг СО и1,3 кг Н . Полученный газ в количестве 198,5 нм имеет теплоту сгорания 12096 кДж/мз и содержит (безучета Н Я и 11 ), об, %: СО = 67,4,Н, = 32,6. Балластные компоненты отсутствуют, Выход горючих газов составляет 198,5/110 = 1,8 м /кг. КПДпроцесса составляет 90,7%.Результаты расчетов приведены втаблице,Использование предлагаемого спасо.бд получения горючих газов из твердого углеродсодержащего веществапозволяет по сравнению с известнымспособом повысить выход горючих газовс 1,6 до 2,2 м /кг исходного углеродсодержащего вещества, т.е. на 37%,и увеличить КПД процесса газификациис 71% до 92%, т.е, на 29%, за счетполучения безбалластного газа, содержащего СО и Н, при одновременном упрощении процесса газификации за счетисключения из технологического цикластадии очистки горючего газд отСО и Н О,;Е С, "С лЭо Р о Р о о ЕИРС щ с Хд)хоосс,д оооЕ, -ов дД СЩЦ ло- Бд Хд охд.во Эод яИ И С Ол л лС 4 М Мл л лц о лл ю сО Ол лСО 4:СО СОС+4О ОО ОО аг- С 4О ОСО ОС 4 О