Устройство для переработки твердого топлива

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к комплексной переработке твердого топлива и может быть использована в энергетике и химической промышленности для энергохимической переработки твердого топлива с получением помимо тепла и химической продукции. Устройство для переработки твердого топлива содержит реактор с псевдоожиженным слоем, топку сжигания твердого топлива котельного агрегата, первый, второй и третий теплообменники, а также циклон, регулятор потока кислорода и датчик интенсивности потока окиси углерода. Регулятор потока кислорода установлен на входе подачи кислорода третьего теплообменника. Датчик интенсивности потока окиси углерода установлен на выходе окиси углерода третьего теплообменника. Выход датчика интенсивности потока окиси углерода, соединен с управляющим входом регулятора потока кислорода. Полезная модель позволяет повысить равномерность выхода химического сырья при переработке твердого топлива. 1 ил.

Полезная модель к комплексной переработке твердого топлива и может быть использована в энергетике и химической промышленности для энергохимической переработки твердого топлива с получением помимо тепла и химической продукции.

Техническое решение представляет собой устройство, содержащее элементы (узлы и блоки), а также связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве с возможностью выполнения в едином корпусе.

Известно устройство [RU 88670, U1, C10G 15/00 20.11.2009], включающая средства подготовки (предварительной очистки от воды и вредных примесей), подачу и нагрев сырья, разделение сырья на фракции, отвод продуктов разделения, аппарат разделения, в котором углеводородную смесь разделяют на две части - легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ), при этом, сырье предварительно нагревают в рекуперативных теплообменниках за счет тепла одного или всех продуктов разделения (НКФ и ВКФ), и/или в отдельной или общей (но в отдельном от нагрева ВКФ змеевике) с нагревом ВКФ печи нагрева (нагревателе) до температуры выше 20°C или нагревают и подвергают термическому крекингу, высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ), получаемую после аппарата разделения, нагревают в печи нагрева (нагревателе) отдельно от сырья до температуры выше 300°C или нагревают и подвергают термическому крекингу, массовая доля ВКФ, подвергшихся термическому крекингу в печи нагрева или нагревателе, не превышает 50%, затем сырье окончательно нагревают в устройстве прямого смешивания сырья с нагретой высокомолекулярной жидкой частью разделения (высококипящими фракциями ВКФ), причем, смесь нагревают до определенной подкритичной температуры, которая ниже температуры начала лавинообразного неуправляемого термического крекинга, но не более чем на 300°C (в зависимости от состава и свойств исходного сырья), т.е. нагревают так, чтобы неуправляемый термический крекинг еще не начался, затем смесь сырья и ВКФ направляют в устройство термомеханического крекинга, в котором смесь для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям, причем для кавитационной обработки нагретого до подкритичной температуры сырья и наложения акустического воздействия используют такие устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения многофазных сред со скоростями более 5 м/с по каналам различной формы, обработанную в устройстве термомеханического крекинга смесь сырья и ВКФ для увеличения межфазной поверхности разделяющихся сред и более эффективного и быстрого их разделения диспергируют (распыляют) в аппарат разделения с понижением давления, высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) после аппарата разделения, преимущественно с температурой начала кипения выше 350-360°C, частично направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и других тяжелых продуктов) на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или охлаждают и транспортируют к удаленному месту получения тяжелых товарных продуктов, и частично возвращают на повторную обработку по данной полезной модели в начало процесса (в нагреватель) для увеличения выхода легких продуктов и глубины переработки, причем возвращаемая часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру - аппарат разделения, печь нагрева (нагреватель), аппарат разделения, соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне К100, легкую парогазовую часть НКФ после аппарата разделения, в которой содержатся и легкие фракции исходного сырья, и легкие фракции продуктов термического крекинга ВКФ и термомеханического крекинга смеси сырья и ВКФ, направляют в устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации), причем температура в устройстве сепарации соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360°C для дизельной фракции, после устройства сепарации легкие фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°C, направляют в блок получения легких товарных продуктов (сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и других легких продуктов) на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или после охлаждения и конденсации транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов, фильтрат после сепаратора для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с циркулирующей частью ВКФ, причем устройства смешивания сырья и циркулирующих ВКФ, волновой и механической обработки смеси, диспергирования, а также сепарации парогазовой части разделения НКФ встроены в аппарат разделения смеси на жидкую (ВКФ) и парогазовую (НКФ) части, а качество продуктов разделения и их соотношение в зависимости от свойств исходного сырья регулируются температурой и давлением циркулирующей ВКФ на выходе печи (нагревателя) и сырья, температурой и давлением смеси в аппарате разделения, температурой НКФ в сепараторе, расходами сырья, циркулирующей жидкой части ВКФ и их соотношением, а также скоростями сырья, циркулирующей жидкой части ВКФ и их смеси в устройствах смешивания, обработки, диспергирования, уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ в аппарате разделения поддерживают при заданных значениях вышеперечисленных технологических параметров значением расхода ВКФ, направляемых на получение тяжелых товарных продуктов, а количество встроенных в аппарат устройств смешивания сырья и ВКФ, обработки и диспергирования смеси может быть больше одного каждого типа в зависимости от производительности перерабатывающего производства.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность и относительно узкие функциональные возможности, поскольку основная область его использования - переработка жидкого углеводородного сырья.

Известно устройство для термической переработки твердого топлива [RU 2325423, C2, C10B 49/00, H05H 1/26, 27.05.2008], содержащее газогенератор с узлом загрузки твердого топлива, узлами подвода кислородсодержащего газа и отвода сингез-газа, циклон с узлом вывода золы и несгоревшего топлива, установленный на линии отвода синтез-газа от газогенератора, реактор твердофазного восстановления со средствами для ввода восстановительного газа и средствами для вывода восстановленного железа и отходящего газа, установку для получения электроэнергии, причем, газогенератор в нижней части выполнен в виде усеченного конуса, малое основание которого сопряжено с каналом-накопителем, в котором с возможностью продольного перемещения установлен толкатель с механизмом привода, а рабочая полость канала-накопителя через шибер герметично связана наклонной течкой с печью для переработки золы, в которой установлены плазмотроны косвенного действия, при этом, по периметру усеченного конуса газогенератора оппозитно друг другу установлены плазмотроны, а патрубки узла подвода кислородсодержащего газа расположены под углом к продольной оси каждого плазмотрона, симметрично которым установлены патрубки подачи пара, а на внутренней поверхности усеченного конуса, выше плоскости установки плазмотронов, расположены распределительные решетки с коллекторами и патрубками, связанными с узлом смешения кислородсодержащего газа и пара, а на участке отвода синтез-газа между газогенератором и циклоном последовательно расположены обратный клапан, плазмохимический газогенератор и узел сероочистки, а циклон очистки через футерованный трубопровод с установленным обратным клапаном соединен с высокотемпературным ресивером, снабженным трубопроводом подачи синтез-газа в реактор твердофазного восстановления, трубопровод отходящего газа из которого через дополнительный циклон очистки газа введен в камеру сгорания установки для получения электроэнергии, при этом участок трубопровода после циклона имеет ответвление, которое через фильтр, теплообменник и компрессор соединено с плазмотронами печи для переработки золы и с плазмотронами, установленными в плазменной плавильной печи, причем трубопровод отходящего газа из плавильной печи связан с печью для переработки золы, трубопровод отходящего газа из которой соединен с нижней конусной частью газогенератора.

Недостатком этого устройства также является его относительно высокая сложность и относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не позволяет получать одновременно и химическое сырье, в частности, окись углерода.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 2099394, C1, C10J 3/86, C10J 3/ОО, F23B 1/14, 20.12.1997], содержащее реактор с псевдоожиженным слоем, топку сжигания твердого топлива котельного агрегата, первый, второй и третий теплообменники, а также циклон, при этом, вход подачи отходящих газов третьего теплообменника, снабженного входом подачи кислорода и выходом окиси углерода, соединен с выходом отходящих газов циклона, выход уловленной пыли которого соединен со входом подачи уловленной пыли топки сжигания твердого топлива котельного агрегата, вход подачи твердой фазы топлива которой соединен с выходом твердой фазы топлива реактора псевдоожиженным слоем, а выход дымовых газов - соединен со входом подачи дымовых газов реактора с псевдоожиженным слоем и входом подачи дымовых газов второго теплообменника, снабженного выходом углекислого газа и вход подачи кислорода которого соединен с выходом кислорода третьего теплообменника, а выход кислорода - соединен со входом кислорода топки сжигания твердого топлива котельного агрегата и реактора с псевдоожиженным слоем, выход газов на обогрев и газификацию которого соединен со входом газов на обогрев и газификацию третьего теплообменника, снабженного входом подачи измельченного твердого топлива, при этом, выход нагретого топлива и выход газов со стадии газификации третьего теплообменника соединены, соответственно со входом нагретого топлива реактора с псевдоожиженным слоем и входом газов со стадии газификации циклона.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокая неравномерность производства химического сырья при использовании разносортного твердого топлива и топлива с меняющимся содержанием влаги. В частности, равномерность выхода окиси углерода является важным параметром при использовании устройства в комплексной установке по получению и переработке химического сырья, но известное устройство не позволяет гарантированно обеспечить постоянство этой технической характеристики.

Задачей, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в повышении равномерности выхода химического сырья при переработке твердого топлива.

Требуемый технический результат заключается в повышении равномерности выхода химического сырья при переработке твердого топлива.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее реактор с псевдоожиженным слоем, топку сжигания твердого топлива котельного агрегата, первый, второй и третий теплообменники, а также циклон, при этом, вход подачи отходящих газов третьего теплообменника, снабженного входом подачи кислорода и выходом окиси углерода, соединен с выходом отходящих газов циклона, выход уловленной пыли которого соединен со входом подачи уловленной пыли топки сжигания твердого топлива котельного агрегата, вход подачи твердой фазы топлива которой соединен с выходом твердой фазы топлива реактора с псевдоожиженным слоем, а выход дымовых газов - соединен со входом подачи дымовых газов реактора с псевдоожиженным слоем и входом подачи дымовых газов второго теплообменника, снабженного выходом углекислого газа и вход подачи кислорода которого соединен с выходом кислорода третьего теплообменника, а выход кислорода - соединен со входом кислорода топки сжигания твердого топлива котельного агрегата и реактора с псевдоожиженным слоем, выход газов на обогрев и газификацию которого соединен со входом газов на обогрев и газификацию первого теплообменника, снабженного входом подачи измельченного твердого топлива, при этом, выход нагретого топлива и выход газов со стадии газификации первого теплообменника соединены, соответственно со входом нагретого топлива реактора с псевдожиженным слоем и входом газов со стадии газификации циклона, согласно предложенной полезной модели, введены регулятор потока кислорода, установленный на входе подачи кислорода третьего теплообменника, и датчик интенсивности потока окиси углерода, установленный на выходе окиси углерода третьего теплообменника, при этом, выход датчика интенсивности потока окиси углерода соединен с управляющим входом регулятора потока кислорода.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для переработки твердого топлива.

Устройство для переработки твердого топлива содержит реактор 1 с псевдоожиженным слоем, топку 2 сжигания твердого топлива котельного агрегата, первый 3, второй 4 и третий 5 теплообменники, циклон 6, регулятор 7 потока кислорода и датчик 8 интенсивности потока окиси углерода.

В устройстве для переработки твердого топлива вход подачи отходящих газов третьего теплообменника 5, снабженного входом подачи кислорода и выходом окиси углерода, соединен с выходом отходящих газов циклона 6, выход уловленной пыли которого соединен со входом подачи уловленной пыли топки 2 сжигания твердого топлива котельного агрегата, вход подачи твердой фазы топлива которой соединен с выходом твердой фазы топлива реактора 1 с псевдоожиженным слоем, а выход дымовых газов - соединен со входом подачи дымовых газов реактора 1 с псевдоожиженным слоем и входом подачи дымовых газов второго теплообменника 4, снабженного выходом углекислого газа и вход подачи кислорода которого соединен с выходом кислорода третьего теплообменника 5, а выход кислорода - соединен со входом кислорода топки 2 сжигания твердого топлива котельного агрегата и реактора 1 с псевдоожиженным слоем, выход газов на обогрев и газификацию которого соединен со входом газов на обогрев и газификацию первого теплообменника 3, снабженного входом подачи измельченного твердого топлива, при этом, выход нагретого топлива и выход газов со стадии газификации первого теплообменника 3 соединены, соответственно со входом нагретого топлива реактора 1 с псевдоожиженным слоем и входом газов со стадии газификации циклона 6.

Кроме того, в устройстве для переработки твердого топлива регулятор 7 потока кислорода установлен на входе подачи кислорода третьего теплообменника 5, а датчик 8 интенсивности потока окиси углерода установлен на выходе окиси углерода третьего теплообменника 5, при этом, выход датчика 8 интенсивности потока окиси углерода соединен с управляющим входом регулятора 7 потока кислорода.

Работает устройство для переработки твердого топлива осуществляется следующим образом.

Измельченное твердое топливо подают в первый теплообменник 3 и пропускают через него отходящие из реактора 1 газы и затем газы со стадии газификации подают в циклон 6, в котором отделяют частицы топлива, уносимые отходящими газами. Нагретое в первом теплообменнике 3 твердое топливо направляют в реактор 1. Сюда же подают дымовые газы из топки 2 сжигания твердого топлива котельного агрегата. Дымовые газы, образующиеся в топке 2, выполняют роль ожижающего агента и являются одновременно теплоносителем для стадии газификации.

В топке 2 твердую фазу подают из реактора 1. Сюда направляют также пыль, уловленную в циклоне 6. Твердая фаза из реактора 1 и пыль из циклона 6 содержат остаток горючей массы топлива, подвергнутого газификации. Для окисления углерода этой горючей массы на стадии сжигания используют кислород, который подают в количестве, определяемом стехиометрией реакции окисления углерода горючей массы до углекислого газа: C+O 2=CO2+q1.

Такой режим процесса переработки остатка горючей массы частиц твердого топлива (дожигания исходного топлива) обеспечивает полное выгорание углерода, поступающего в топку со стадии газификации. Полученное тепло q1 используют в котельном агрегате для производства пара.

В реакторе 1 ведут газификацию топлива. Здесь в среде углерода исходного топлива осуществляют конверсию двуокиси углерода дымовых газов, подаваемых с выхода котельного агрегата, в окись углерода CO2+C+q2=2CO.

Эта реакция идет с поглощением тепла. Поэтому тепла, вносимого в реактор 1 дымовыми газами, в общем случае недостаточно для поддержания в зоне реакции температуры, обеспечивающей конверсию двуокиси углерода, подаваемой в реактор.

Требуемый температурный режим в реакторе стабилизируют путем подачи кислорода на окисление части углерода исходного топлива. В условиях дефицита кислорода одновременно с реакцией CO2+C+q2=2CO протекает реакция 2C+O2=2CO+43, которая сопровождается тепловыделением (q3=q1-q2) и образованием окиси углерода.

Кислород, который используют в этом процессе, подогревают в третьем 5 и втором 4 теплообменниках отходящими газами.

Таким образом, газификации подвергают часть твердого топлива, которая обеспечивает конверсию двуокиси углерода. Остаток твердого топлива перерабатывают в топке 2. Количество твердого топлива, подвергнутого газификации, определяется двумя составляющими: количеством двуокиси углерода, подаваемой в реактор, и количеством тепла, необходимым для стабилизации температуры в реакторе.

Таким образом, в устройстве на выходе третьего теплообменника 5 получают окись углерода - химическое сырье для органического синтеза.

В условиях, когда используемое твердое топливо является разносортным с меняющимся содержанием влаги может возникнуть относительно высокая неравномерность производства химического сырья, что крайне нежелательно при использовании устройства, например, в комплексной установке по получению и переработке химического сырья.

Для обеспечения равномерного выхода химического сырья используется датчик 8 интенсивности потока окиси углерода, установленный на выходе окиси углерода третьего теплообменника 5. Сигнал с выхода датчика 8 подается на управляющий вход регулятора 7 потока кислорода, который может быть выполнен в виде управляемого вентиля или компрессора. При недопустимом увеличении интенсивности выхода химического сырья подачу кислорода снижают, в противном случае увеличивают. Как показали исследования в большинстве практических случаев регулировочная характеристика является близкой к линейной. Это облегчает настройку режимов работы устройства.

Устройство для переработки твердого топлива, содержащее реактор с псевдоожиженным слоем, топку сжигания твердого топлива котельного агрегата, первый, второй и третий теплообменники, а также циклон, при этом вход подачи отходящих газов третьего теплообменника, снабженного входом подачи кислорода и выходом окиси углерода, соединен с выходом отходящих газов циклона, выход уловленной пыли которого соединен со входом подачи уловленной пыли топки сжигания твердого топлива котельного агрегата, вход подачи твердой фазы топлива которой соединен с выходом твердой фазы топлива реактора с псевдоожиженным слоем, а выход дымовых газов соединен со входом подачи дымовых газов реактора с псевдоожиженным слоем и входом подачи дымовых газов второго теплообменника, снабженного выходом углекислого газа и вход подачи кислорода которого соединен с выходом кислорода третьего теплообменника, а выход кислорода соединен со входом кислорода топки сжигания твердого топлива котельного агрегата и реактора с псевдоожиженным слоем, выход газов на обогрев и газификацию которого соединен со входом газов на обогрев и газификацию первого теплообменника, снабженного входом подачи измельченного твердого топлива, при этом выход нагретого топлива и выход газов со стадии газификации первого теплообменника соединены соответственно со входом нагретого топлива реактора с псевдоожиженным слоем и входом газов со стадии газификации циклона, отличающееся тем, что введены регулятор потока кислорода, установленный на входе подачи кислорода третьего теплообменника, и датчик интенсивности потока окиси углерода, установленный на выходе окиси углерода третьего теплообменника, при этом выход датчика интенсивности потока окиси углерода соединен с управляющим входом регулятора потока кислорода.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх