Способ получения синтез-газа

СОЮЗ СОВ СОЦИАЛИС РЕСПУБЛИ СНИХ.80130 3 А а 4 С О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Н ПАТ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Винфрнд Материе, Бернхард Шпепер, Ульрих Герхардус, Йозеф Хиббел Бернхард Лидер, Хайнрих Шеве и фолькмар Шмидт (ЭЕ)(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА (57) Изобретение относится к способ получение синтез-газа посредством н полного окисления суспендированного в воде угля при повышенном давлении и температуре 1000-1600 С и позволя ет повысить степень конверсии угля.Через. центральный канал подают 3-207от необходимого общего количествакислорода или 1-193 от кислорода синтез-газа, через промежуточный кольцевой канал - поток водной суспензииугля и через внешний кольцевой канал -дополнительный кислородсодержащий поток, причем поток суспензия угля подают со скоростью 1-25 м/с под угломотносительно направления течения подаваемого через центральный каналкислородсодержащего потока, а кислородсодержащие потоки падают со скоростью 50-300 м/с под углом относительно направления течения потокаводной суспензии угля, 1 з.п. ф-лы,1 ил., 1 табл.13099Изобретение относится к способам получения синтез-газа.Целью изобретения является повышение степени конверсии угля.На чертеже представлено устройст во для осуществления способа получения синтез-газа путем частичного окисления суспендированного в воде угля кислородсодержащим газом при 1000-1600 С под давлением 10-200 бар. 1 ОУстройство содержит реактор 1, в верхней части которого установлено средство (горелка) для ввода водной суспензии угля и кислорода. Горелка состоит из наружной трубы 2 для пода чи потока чистого кислорода или кислородсодержащей газовой смеси, средней трубы 3 для подачи суспензии угля в воде и внутренней (центральной) трубы 4 для подачи кислородсодержащего газа.Наружная труба 2 имеет коническое сужение - сопло 5. На конце средней трубы 3 выполнено коническое суже,ние - сопло 6 а конец центральнойФвнутренней трубы 4 также выполнен в виде конического сужения - сопла 7. Угол сужения и расстояние концов трех сопел определяют угол трех потоков друг относительно друга и влияют на процесс в реакционной зоне 8. Сопла горелки выполнены из термо- и износостойкого материала.С целью уменьшения термической нагрузки конца горелки наружная труба 2 снабжена охлаждающим элементом 9, по которому пропускают хладагент (воду или водяной пар). Фланец 10 служит для механического крепления горелки к реактору 1.40Охлаждающий элемент 9 имеет вход и выход во фланце 10, конструктивно выполнен так, что охлаждающий канал 11 находится в коническом сужении - сопле 5.Снабженный фпанцем патрубок 12 прикреплен на наружной трубе 2 и служит для подачи внешнего газового потока. В среднюю трубу 3 подается внутренний газовый поток через снаб". женный фланцем патрубок 13, во внутреннюю трубу 4 подают внутренний газовый поток через снабженный фланцем патрубок 14.Перемещение трубы 2 относительно трубы 3 для изменения проходного сечения отверстия сопла и повышения расхода потоков осуществляется сле 13 2дующим образом. Выше патрубка 12 имеется фланец 15 с неподвижным стопорным кольцом 16 и реэьбовой гайкой 17, соединенной с червячным колесом 18, которое приводится в действие двигателем 19, соециненным цепной передачей с червячным валом 20.Контрольный штуцер 2 предназначен для проверки уплотнительных колец 22. Штуцер 23 служит для подключения запорной камеры (не показана), предотвращающей выход находящегося под давлением кислорода или кислород- содержащей газовой смеси.Кроме того, на нижнем конце фланца 15 расположено охлаждающее приспособление, состоящее из охлаждающего канала 24 с трубопроводами 25 и 26 для подачи и отвода охлаждающего агента.Перемещение трубы 4 относительно трубы 3 для изменения расхода реакционной смеси осуществляется с помощью аналогичного описанному механизма, расположенного на фланце 27 через неподвижные стопорное кольцо 28 резьбовой гайкой 29, соединенной с червячным колесом 30, которое приводится в действие двигателем 31, соединенным цепной передачей с червяч" ным валом 32.Таким образом, возможно осуществлять изменение расхода реакционной смеси для повьппения степени конверсии.Устройство работает следующим образом.По средней трубе 3 подают суспензию угля в воде в реактор, находящийся под давлением 10-200 бар, со скоростью 1-25 м/с, а по центральной и наружной трубам подают газовые потоки в реакционную зону со скоростью 50-300 м/с. Концентрические трубы, через которые проходят отдельно, но одновременно, оба газовых потока и сусйензия угла в воде, имеют на их обращенном к реакционной зоне конце конические сужения. Для конического сужения внутреннего газового потока выбран сравнительно малый угол 0-15 относительно центральной оси горелки, в то время как угол подачи внутреннего газового потока суспензии угля в воде должен составлять относительно центральной оси горелки 5-.40 , а угол подачи на- оружного газового потока также относительно центральной оси горелки 10-85 .Благодаря соответствующей комбинации конических сужений направление течения суспензии угля в воде образу ет вместе с направлением течения внутреннего газового потока угол 5-30, а направление течения наружного газового потока образует вместе с направлением течения суспензии угля в воде Ю угол 5-50. Вследствие этого поток суспензии вблизи конца конического сужения расширяется внутренним газовым потоком. Таким образом поток суспензии горизонтально отклоняется и 15 не проходит через зону реакции в свободном падении. В результате повышается среднее время пребывания отдельных капель угля и воды, что приводит к лучшей конверсии. 20Одновременно наружный газовый поток попадает на расширенный внутренним газовым потоком поток суспензии и вызывает дополнительное смешивание газа с суспензией с образованием зо ны равномерного распределения газа или кислорода и мелких капель суспензии, что является существенной пред- посылкой для достижения высокой степени конверсии суспенэии. Это допол нительно поддерживается путем различной скорости входа суспензии угля в воде и газовых потоков. Кроме того, возможна подача газового потока в реакционную зону с большей скоростью, 35 чем наружный газовый поток, и наоборот.Как подтверждают проведенные опыты, в устье горелки образуется реакционная зона 8, 40 В устройстве газификации угля используемое количество суспензии угля в воде и газа или кислорода постоянно можно согласовать с увеличивающейся или уменьшающейся потребностью, но следует избегать остановки устройства. Даже кратковременное прекращение работы приводит к недопустимому охлаждению реактора, вследствие чего 50 возникают сложности при осуществлении нового процесса газификации, так как футеровка должна иметь соответст- . вующую температуру, обеспечивающую химическую конверсию воды и угля, Это 55 достигается непрерывным увеличением или уменьшением свободных выходных отверстий суспензии угля в воде и наружного газового потока. Средняя труба, по которой суспензию угля в воде подают через образованное вместе с внутренней трубойкольцевое пространство, соединена свнутренней трубой не жестко, а так,что внутреннюю трубу можно перемещатьв направлении центрической оси относительно средней трубы.Независимо от перемещения внутренней трубы среднюю трубу можно такженепрерывно перемещать относительнонаружной, неподвижно расположеннойтрубы,В случае если среднюю трубу перемещают в направлении ее выходного отверстия, кольцевой зазор между внутренней стороной наружной трубы и наружной стороной средней трубы начинает равномерно уменьшаться. Так каквеличина этого кольцевого зазоравлияет на количество наружного газового потока, т.е. уменьшение кольцевого зазора приводит к уменьшениюрасхода газа, а увеличение кольцевого зазора - к повьнпению количествагаза, процесс газификации можно соответственно согласовать с требованиями в каждом конкретном случае беэпрекращения процесса газификации. Тоже относится, независимо от, изменения наружного кольцевого зазора, ккольцевому зазору, через который выходит суспензия угля в воде. Перемещение внутренней трубы в направленииее выходного отверстия, т.е. параллельно к центральной оси горелки,способствует уменьшению кольцевогозазора, образованного между внутрен-ней стороной средней трубы и наружной стороной внутренней трубы. Перемещение внутренней трубы назад приво"дит к увеличению свободного кольцевого пространства и таким образом к повьппенному расходу суспензии угля вводе.Требуемое в случае необходимостиизменение подаваемого через внутреннюю трубу количества газа можно осуществлять путем повышения или снижения давления газа, Повышение давле,ния газа способствует (при постоянном давлении в процессе газиФикации)повышению количества газа, а снижение давления газа - уменьшенио количества внутреннего газового потока.Таким образом, возможно согласовать процесс газификации с требуемымколичеством синтез-газа беэ прекращения работы установки.ЗО 99 Наружный газовый поток Степень Центральный газовый поток Поток угля конверсиив пересчете на исходныйуглеродэЕ Скорость Угол Скорость Угол поСкоростьподачи,м/с Угол подачи,подачи, м/с, град.ф подачи,град. дачи,град. подачи,м/с50 50 50 50 20 250 20 250 10 300 20 10 20 300 200 99 200 30 10 30 30 97,5 150 30 50 Относительно направления течения кислородсодержащего потока, подаваемогопо центру потока угля,Относительно направления течения потока угля. П р и м е р 1. В реакционную зону,в которой поддерживают температуру145 ФС и давление 20 бар,подают 3070 кг/чводной суспензии угля, содержащей65,5 вес.7 твердого вещества и 548,3 вес.7 углерода, а также1290 м/ч кислорода. Общее количество кислорода разделяют на два потока,причем подаваемый по центру потокаугля газовый поток, содержит 207. от Ообщего количества кислорода.Получаемый при этом синтез-газ содержит, об.7,: СО 48; Н 37; СО 15.Степень конверсии угля в пересчете на исходный углерод 98,57.П р и м е р 2. Повторяют пример 1с той разницей, что подаваемый поцентру газовый поток содержит 37 отобщего количества кислорода, а концентрично подаваемый газовый поток -977 от общего количества кислорода,причем оба потока подают со скоростью130 м/с. При этом получают синтезгаз, содержащий, об.7.: СО 46,5; Н 37;СО 16,5. Степень конверсии угля, впересчете на исходный углерод 977,П р и м е р 3Повторяют пример 1с той разницей, что подаваемый поцентру газовый содержит 27 от общегоколичества кислорода, а концентричноподаваемый газовый поток - 987 от общего количества кислорода. При этомстепень конверсии 93,97,з 6П р и м е р 4, Повторяют пример 1 с той разницей, что по центральному каналу подают 217 от общего количества кислорода. При этом степень конверсии 98,57П р и м е р 5, Повторяют пример 1 с той разницей, что в подаваемый по центру поток кислорода вводятвес.7 синтез-газа. Получаемый при этом синтез-газ содержит, об.7: СО 46,7; Н 37; СО 16,3. Степень конверсии угля в пересчете на исходный углерод 97,47.П р и м е р 6. Повторяют пример с той разницей, что в подаваемый по центру газовый поток вводят 19 вес.7 синтез-газа, при этом получают синтез-газ, содержащий, об,7,: СО 48,2; Н 3; СО 14,8. Степень конверсии угля в пересчете на исходный углерод 98,77.П р и м е р 7. При введении 0,8 вес,7. синтез-газ степень конверсии не повышается по сравнению с примером 5, т.е, не превышает 977, а при введении в количестве 20 вес.7. степень конверсии угля снижается до 98,47. П р и м е р 8. Повторяют пример 1 при различных скоростях и углах подачи угля и газа.Результаты опытов приведены в таблице.7309913 8При проведении опытов по известно м/с под углом относительно направму способу степень конверсии 85 - ления течения подаваемого через цгнт,47, а согласно предлагаемому - ральный канал кислородсодержащего по,9-99,57 тока, а кислородсодержащие потоки -со скоростью 50-300 м/с под углом отф о р м у л а и з о б р е т е н и я носительно направления течения потока угля, о т л и ч а ю щ и й с я1. Способ получения синтез-газа тем, что, с целью повышения степени путем подачи в реакционную зону че- конверсии угля, через центральный рез центральный канал горелки кисло канал подают 3-203 от необходимого родсодержащего потока, через промежу- общего количества кислорода.точный кольцевой канал - потока водной суспензии угля и через внешнийкольцевой канал - дополнительногокислородсодержащего потока, причем 15поток угля подают со скоростью 12. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что через центральный канал подают поток, содержащий 1-197 от кислорода синтез-газа. Составитель И.Попов едактор О.Юрковецкая Техред М. Ходанич, Корректор М,Шароши/58 Тираж 464 н ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.Подписта СССРытий каз роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4