Способ предварительного нагрева горючего сланца

Союэ Советскив Социалистических Республик(31) -Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытийОпубликовано 0 70 981, Бюллетемь М 3 3 Дата опубликования описания 070981(72) Авторы Иностранцы Джон А.Виткомб, Кеннет Д.Ван Зантен н Джордж С иэобретемия (США )(54) СПОСОБ П ИТЕЛЬНОГСЛАНЦА ГР ЕВ А ГОР ЮЧЕ ГО Изобретение относится к облас переработки твердого топлива, а но к способам предварительного н ва горючего сланца, 5Известен способ предварительного нагрева горючего сланца, включающий нагрев сланца до 204-342 ОС путем .совместной обработки сланца и горячего дымового газа, подаваемых в зону нагрева, сгорание мелочи горючего сланца и углеводородных паров, содержащихся в дымовых газах отводимых иэ зоны нагрева и подаваемых. в зону сгорания 11.Недостатком известного способа является выброс значительных количеств экологически вредных углеводородов в атмосферу в результате преждевременного пиролиэа сланцевого масла, содержащегося в горючем сланце, во время проведения одностадийного быстрого нагрева сланца.Цель изобретения - повышение эфФективности процесса и снижение загрязнения атмосферы.Это достигается тем, что сланец нагревают до 204-342 С в восходящем потоке, по крайней мере, в двух.зонах, сланец подают в первую зону нагрева, а горячий дымовой газ - в последнюю зону нагрева, дымовые газы,содержащие мелочь горючего сланца иуглеводородные пары отводят из последней зоны нагрева и подают в зону сго"рания, сжигают мелочь горючего сланца и углеводородные пары в течение0,3-1,0 с при температуре выше 704 С,опредпочтительно 760-815 С, дымовывгазы, поступающие из эоны сгорания, охлаждают до 430-482 С и направляют в предпоследнюю зону нагрева.Когда горючий сланец подогрет та"ким образом, становится возмоЖнымнагреть сланец до 204-342 С беэ выбрасывания значительных количеств углеводородов в атмосферу в результатепреждевременного пиролиэа горючегосланца в процессе предварительногонагрева. и,за счет того, что процессидет в восходящем потоке, уменьшаются потери тепла в процессе и повышается эффективность процесса,Процесс предварительного нагревавыполняется до постепенного нагревагорючего сланца путем использованиясерии восходящих потоков, каждыйиз которых работает при разных температурах дымовых газов, Восходящиепотоки используются для обеспечениябыстрой передачи тепла от дымового862835 Таблица 1 12, 7 мм 9,3 мм 4 меш 100 89,7 10,3 38,5 21,7 51,2 8 меш 29,52012,3 17,2 20 меш 40 меш 5,5 6,8 80 меш 3,8 80 меш 3,0 В связи с тем, что мелкие частицы нагреваются значительно быстрее, чем крупные, важно контролировать температуру дымового газа на входе в восходящий. поток с целью сведения к минимуму преждевременного пиррлиза и .образования углеводородов. Было обнаружено, что большая часть углеводородов выделяется в процессе предварительного нагрева сланца до температур превышающих 177 С. При темпера турах ниже 177 С концентрация углеводородов в дымовом газе, выбрасываемых в атмосферу из-эа частичного испарения битума, имеющегося в сланце, не превышает 100 частей на миллион. При температурах предварительного подо 45 греза 260-315 С концентрация углевоодорода в дымовом газе составляет 500-1000 частей на миллион. Эти повышенные концентрации вызваны частичным пиролизом керогена и выпариванием битума, С точки зрения заботы об окружающей среде, если вццеление углеводородов эффективно проконтролировать,. а тепцо, содержащееся в нихР соответствующим образом испольэоватьР то можно достичь как сохранения природных ресурсов, так и улучшения экономических показателей за счет образования дополнительного топлива.5-15 тепла, требующегося" для пред- щ варительного нагревания горючего сланца до температуры 290 С, может быть получено от мелочи горючего сланца и углеводородов, выделенных в процессе предварительного нагрева,газа к твердой фазе, имеющей широкий естественный диапазон распределения размеров частиц.На табл, 1 представлен анализ сырого сланца. Размер, % удержания В прохождениямми меш Этот процесс проводится для постепенного предварительного нагревания всего горючего сланца до температуры 180 С без образования значительных концентраций углеводородов, Дальнейшее нагревание всего горючего сланца от 204 до 342 С проходит при сопутствующем выделении углеводородов, а также при использовании теплотворной способности этих углеводородов, равно как и теплотворной способности мелочи горючего сланца, которая попада-, ет в дымовой газ. На последней стадии подогрева в восходящем потоке образуются углеводороды и вводятся вместе с мелочью горючего сланца в поток дымового газа, который идет в зону сгорания, где используется теплотворная способность этих материалов. Установлено, что выделенные углеводороды и мелочь горючего сланца могут быть эффективно сожжены при 700- 815 О С. Более высокие температуры могут быть использованы, если будут выдержаны более высокие уровни разложения карбоната. Было также установлено, что фактически полное сжигание может быть завершено при этих температурах в т,:чение 0,3-1,0 с. Горячий дамовой гаэ из эоны сгорания частично охлаждается обычной теплоиспольэующей техникой и его тепдо используется для предварительного подогрева сырого сланца в восходящем потоке (со стороны сланца) стадий подогрева. Температура дымового газа, который контактирует с горючим сланцем на этапах предварительного нагревания в процессе подъема, должна быть достаточно низкой (порядка 430-482 С)во избежание образования и выброса значительных количеств углеводородов в атмосферу.Две стадии предварительного подогрева с одной промежуточной зоной сгорания и повторным нагревом полносстью обеспечивают задачу. Однако три стадии предварительного нагрева, использующие единственную зону сгорания, расположенную между второй и третьей стадиями, предпочтительны.Две межстадийные эоны сгорания также могут быть прогрессивно использованы, когда одна зона сгорания расположена между первой и второй зонаиж предварительного нагрева, а другая зона - между второй и третьей зонами предварительного нагрева.Горючий сланец, измельченный до номинального размера 12,7 мм, выгружается из дробилки и поступает в первую зону предварительного нагрева в восходящем потоке, в котором сланец контактирует с дымовым газом при температуре, достаточной для частичного подогрева сланца и удаления свободной влаги, Дымовой гаэ, выходящий после первой стадии, проходит в атмосферу после прохождения через пылеулавливающве устройство, например руПечь-рекуператор 6 состоит из эоныгорения а, где сжигаются воздух и топливо,;оны смешения б, где дымовойгаз иэ линии 14 смешивается с продуктами горения из зоны а, зоны озоле-ния. в и зоны охлаждения г.Газ с температурой 760 С в зоне охлаждения г. печи-рекуператора 6 охлаждают до 430 ОС перед подачей его во вторую зону 4 предварительного нагрева. Сланец отделяется от дымового газа в сборнике 15 и циклонном сепараторе 16, а затем поступает через линии 17 и 18 в третью зону 13 предварительного нагрева. Некоторое количество водяного пара удаляется из второй зоны предварительного нагрева,Частично нагретый горючий сланец при 177-200 ОС поступает в третью зону предварительного нагрева, контактирует .и транспортируется дымовью газом, вводимьм при 470-760 С через линию 19 таким образом, чтобы,равномерно нагреть весь поток сырого сланца до 290 С беэ значительного пироли" за, предшествующего пиролиэу в аппарате 20. Дымовой гаэ, подаваемый в последнюю зону 13 предварительного иагрева, содержит примесь дымового га-. за шарового нагревателя, подаваемого через линию 19, которы при необходимости может быть охлажден путем добавления охлаждающего воздуха при 38-40 дС через линию 21. Охлаждение проводится для обеспечения управления процессом. Предварительно иа" гретый горючий сланец отделяется от дымового газа в борнике 22 и циклонном сепараторе 23, а затем поступает .в аппарат 20 для пиролиэа через линии 24 и 25, где пиролиз горючеГо сланца обеспечивается за счет контакта с горячими керамическими телами кавный фильтр, злектрофильтр, мокрый скруббер. В зонах предварительного нагрева с более высокой температурой, расположенных ниже по движению потока относительно первой зоны предвари. тельного нагрева, горючий сланец нагревается до более высоких температур за счет контактирования сланца с более горячими дымовыми газами из зоны сгорания. Предварительно подогретый горючий сланец из конечной зоны предварительного подогрева проходит в зону пиролиза. Частично охлажденные газы из зон предварительного нагрева, расположенные ниже по движению потока (со стороны газа) относительно последней зоны предвари тельного подогрева, проходят через одну или несколько промежуточных зон сгорания, где дымовые газы дополнительно нагреваются эа счет горения смеси топлив , включающей в себя уг- що леводороды и мелочь сырого сланца.Контроль температуры дымовых газов, поступающих в различные зоны предварительного нагрева, может быть выполнен за счет смешивания дополнительного количества холодного,свежего воздуха или дымового. газа с первичным потоком горячего дымового газа, или за счет пропускания дымовых газов через теплообменники.На чертеже изображена установка ЗО для реализации способа с использованием трех эон предварительного подогрева в восходящем потоке с одной промежуточной зоной сгорания.Измельченный горючий сланец (вклю чая мелочь и влагу) непрерывно подается по линии 1 приС, в подьаемную линию или первую зону 2 предварительного нагрева при скорости загрузки около 450 т/ч, в которй он 40 контактирует и транспортируется с дымовым газом при 246 С,поступающим иэ линии 3. Дымовой газ поступающий иэ линии 3 в первую зону предварительного нагрева, представляет собой смесь дымового газа, имеющего температуру 190 С, из второй зоны предварительного нагрева или подъемной линии 4, подаваемого через линию 5, с дымовым газом, имекщим температуру 760 С, из промежуточной печи-рекупе-братора 6, подаваемого через линию 7. В первой зоне 2 предварительного нагрева горючий сланец предварительно нагревается до 93 С, продвигаясь к сборнику 8 и циклонному сепарато ру 9, в котором частицы горючего сланца отделяются от дымовогогаза, Час-. тично предварительно нагретый горючий сланец подается самотеком во вторую зону .4 предварительного иа- ц грева через линии 10 и 11 при скорости подачи 450 т/ч для дальнейшего нагрева. Дымовой гаэ, содержащий пыль горючего сланца и воду, при 107 С из циклонного сепаратора 9 про ходит через мокрый скруббер (на чертеже не показан) и затем выбрасывается в атмосферу при 50 С. Приблизительно 114 л/мин воды удаляется иэ горючего сланца в первой зоне 2 предварительного нагрева.В подъемной линии или второй зоне 4 предварительного нагрева горючий сланец продолжает нагреваться до 177-200 С, при этом он транспортируется горячим дымовым газом, имеющим температуру на входе 430 С. горячий дымовой газ во вторую зону предварительного нагрева подается через линию 12 и содержит дымовой газ из третьей эоны 13 предварительного нагрева с температурой газа на выходе 302 С, подаваемого через линию 14 в промежуточную печь-рекуператор 6, где он вновь нагревается до 760 С эа счет сгорания углеводородов, выделившихся на последней стадии предварительного нагрева, сланцевой мелочи и дополнительного топлива.подаваемыми из шарового нагревателя 26 через линию 27.Шаровой нагреватель 26 состоит иэ камеры нагрева д, камеры сгорания е и зоны выпуска газа ж. В камеру нагрена д шарового нагревателя 26 керамические шары вводятся из подьемника 28 шаров через линию 29, где контактируют с горячим дымовым газом из камеры сгорания е. Воздух и топливо подаются через линии 30 и 31 соответственно, к горелке распылитель- ного типа (на чертеже не показана), расположенной н камере сгорания е, н которой сгорает смесь, образуя горячий десной газ . Поскольку керамические шары и дымовой гаэ движутся вниз через шаровой нагреватель, шары нагреваются, в то время как дымовой газ охлаждается, Дымовой газ выходит из шарового нагревателя 26 через зону выпуска ж и линию 19 для использования при нагреве сырого сланца в зоне 13 предварительного нагрева, нагретые шары удаляются из камеры нагрева д через линию 27 и поступают в аппарат 20 пиролиза.Аппарат пиролиза выполнен в виде вращающегося барабана, в котором горячие керамические шары из шарового нагревателя 26 контактируют с сырым сланцем, предварительно нагретым до 290 С, для обеспечения последующего пиролиэа. Шары и горячий сланец проходят через аппарат пиролиза, где тепло шаров передается горючему сланцу с выделением углеводородных паров сланцевого масла и обработанных твердых частиц сланца. Выделившийся пар, обработанные твердые частицы сланца и охлажденные шары из аппарата пиролиза через трубопровод 32 подаются во вращающееся барабанное сито 33, имеющев отверстия, причем эти отверстия таковы, что измельченный обработанный твердый сланец проходит через них, н то время как обладающие более значительными .размерами шары задерживаются, выделяющийся пар удаляется через паровой колпак 34 и проходит через линию 35 в секцию рекуперации (на чертеже нв Показана) . В основном весь обработанный твердый горючий сланец проходит через барабанное сито 33 и сборник 36 обработанного твердого сланца36,. из котОрого частицы твердого сланца через линию 37 проходят в область скопления твердых обработанных частиц сланца. Охлажденные шары из сборника 38 через линию 39 прохо.дят к подъемнику шаров 28 и возвращаются в шаровой нагреватель 26 черезлинию 29 для нагревания.Предварительные испытания на конкрвтном сорте горючего сланца показывают, что желательно либо повысить, либо понизить степень предварительного нагрева в одной из трех стадийпреднарительного нагрева для изменения выделений в атмосферу углеводородов, и/или изменить подачу топлива н зону предварительного нагрева, Условия предварительного нагрева могут быть изменены бвз изменения основных положений, изложенных выше.Испытания проводят на установке производительностью 1000 т. в день горючего сланца для определения количества углеводородон, выделяющихся при специальных условиях предварительного нагрева для каждой иэ трех стадий предварительного нагрева. По этим испытаниям установлено,что при предварительном нагревании горючего 15 сланца измельченного до минус 12,7 мм) от 10 до 342в трехступенчатой системе выделяется в среднем 400-700 частей на миллион углеводородов, Из этого количества 400" 33 500 частей на миллион углеводородов выделяется на конечной стадии предва" рительного нагрева, а 75-100 частей на первых двух стадиях. В этих испытаниях подъемные линии работали при температурах дымового газа на входе приблизительно 343, 482 и 538 С соответственно, в то время как горю-. чий сланец нагревался до температур 93, 176 и 342 С, соотнетственно в 30 каждой иэ трех стадий предварительного нагрева,Другие серии испытаний были выполнены для определения условий, необходимых для существенного снижения содержаний углеводородов в дымовом газе, выпускаемом иэ третьей подъемной линии, приблизительно размера частиц и содержания углерода в мелочи горючего сланца, содержащейся в дымовом газе. 40 Анализ средних размеров частиц мелочи горючего сланца, входящей в зону пиролиэа из третьей зоны предварительного нагрева, представлен в табл, 2. Т а блица 2 0",2 2,0 1,6862835 Продолжение табл. 2 Анализ содержания органического углерода мелочи горючего сланца, полученного по иэокинетическим пробам, взятым на входе и выходе камеры сгорания при работе эоиы сгорания при 721"774 С приведен в табл. 3. Эти дан-. ные свидетельствуют о том, что мелочь содержит органический углерод, который может быть сожжен с использованием его теплотворной способности. 92,4 97,4 0,5 100,0 0,1 Таблица 3 Мелочь,Ъот загрузки 0,36 16,05 0,23 Вход Выход 242 Зе 64 5,91 0,39 9.Ц 2 0,10 Выход 1,81 Содержание углеводородов на входе в печь в этой серии испытаний было значительно выав, чем отмечено в испытаниях, описанных выше, из-за различий в механических размерах и форме установки Испытания проводились на опытной установке производительностью 24 т в день.Таблица 4 Зона сгорания ффвктивность зоны сгорания, Ъ Пробы углеводорода г ВремяТемпера- итураф вания,с Вход час- Выход частей на тей на мил миллион лион 0,31 2129 . 475 71 ф 2 660 79,3 346 2129 682 0,29 93,2 47 913 690 0,39 98,4 О, 41 1021 98,5 751 0,48.0,47 98,6 1040 721 99,4 048648 99,0 1214 0,33 732 735 98,6 16 32 0,32 98,2 0,50 378 99,9 3846 746 0,41 Место отбора Органичеспробы в камере кий углерод, сгорания вес.Ъ В табл, 4 представлены результаты испытаний по определению количества углеводородов, выделенных в третьей 30 стадии предварительного нагрева, и рабочмх условий, необходимых для обес-. печения значительного восстановления содержания углеводородов в дымовом.газе, проходящем через зону сгорания. 35 Содержание органического углерода в мелочи в кг/ч на основе загрузки 450 т/ч слан.- ца12 862835 Продолже 75 10 9,7 0,50 0,52 4 99 79 22 997 ва длва.с гор н бы выдтемп315 фноеродо 60 рмула изобретена ва г Из таблиц видно, что значительное количество мелкого горючего сланца 20 попадает в поток дымового газа, который может быть использован в качестве топли я системы предварительного нагре Кроме того, расположение э оны ания между второй и третьей Ц стадиями предварительного нагрева очень эффективно в восстановлении содержания углеводорода в дымовом газе, когда зона сгорания работает при 704 С, предпочтительно 760 С, и времени пребывания, по меньшей мере,0,5 с.Предлагаеьый процесс перегонки или пиролиза горючего сланца использует весь сланец, включая мелкий материал, с целью выделения 100 углеводо-З родов либо в виде жидких или газообразных продуктов., либо в качестве топлива для системы предварительного нагреваКроме того, процесс обеспечивает предварительное нагревание сырого горючего сланца до 204-342 ОС 40 без возникновения значительного пиролнэа основной части сланца до операции перегонки или пиролиэа. К тому же процесс обеспечивает повышенную зкОномию тепла за счет выгрузки дымового газа в атмосферу при более низкой температуре. Способ обеспечивает существенное сокращение потребления углеводорода за счет сжигания паров углеводорода, выделяемых из битума, ур содержащегося в сланце. Использоваие свежего сырого сланца для предварительного нагрева подъемной линии нецелесообразно, поскольку при его контакте с дымовыми газами высокой температуры 6 49-760 С), прекратилосьеление углеводородов, а приературе дымового газа на входеС в нем содержалось бы эначителькопичество несгорающих углеводопособ предварительного нагречего сланца до 204-342 ОС путем совместной обработки сланца и горячего дымового газа, подаваемых в зону. нагрева, сгорания мелочи горючего сланца и углеводородных паров, содержащихся в дымовых газах, отводимых из зоны нагрева и подаваемых в зону сгорания, о,т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эф Фективности процесса и снижения загрязнения атмосферы, нагревают горючий сланец в восходящем потоке, по крайней мере, в двух зонах, сланец подают в первую зону нагрева, а горячий дымовой гаэ - в последнюю зону нагрева, дымовые газы, содержащие мелочь горючего сланца и углеводородные пары, от,водят иэ последней зоны нагрева и поцают в зону сгорания, из эоны сгорания дымовые газы направляют в предпоследнюю зону нагрева.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем что дымовой гаэ иэ зо/о ны сгорания охлаждают до 430-482 С.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что содержит последующую стадию ввода частично предварительно нагретого горючего сланца иэ первого восходящего потока во второй восходящий поток с охлажденным дымовым газом из зоны сгорания для обеспечения частичного предварительного нагрева горючего сланца для последующего ввода в последний восходящий поток и частичного охлаждения дымового газа для ввода в первый восходящий поток.4. Способ по п.3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что происходит дальнейшее прохождение частично охлажденного дымового газа из второго восходящего потока через вторую зону сжигания такам образом, чтобы частично снова нагреть дымовой газ и сжечь выделившиеся углеводородные пары и включенные частицы мелочи горючего сланца, выделившиеся иэ восходящего потока, перед охлаждением и вводом частично снова нагретого дымового газа в первый. восходящий поток.13 862835 СоставиТехред Редактор Т,КолЗаказ 6656/57 е Тираж 548 ПодписноеИ Государственного комитета СССРделам изобретений,и открытий35, Москва, Ж, Раушская наб., д ВНИИ/5 лиал ППП фПатент", г. ужгород, ул. Проектн 5, Способ по п.1, о тл н ч а ющ и й с я тем, что горючий сланец, загружаемый в последний васходяший поток, предваритвпьно нагревают до 177 200 оС6. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что время пребывания дььювого газа в зоне сгорания0,3-1,0 с при 760-815 ОС. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе51. Патент США 9 3803022,кл. 208-11, 09.04. 74, (прототип),ель Н.Стррижова Мигунова Корректор М