Способ получения ацетилена и синтез-газа

 

Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа или газа-восстановителя из угля по технологии электрической дуги или плазмы и позволяет повысить экономичность способа за счет более полного и эффективного использования сырья. В первом электродуговом реакторе порошковый уголь подвергают пиролизу при плотности энергии 1 - 5 квт/ч/нм<SP POS="POST">3</SP>, времени пребывания 0,5 - 10 мс и температуре 1500 - 2600°С. Получаемые из угля газообразные соединения не превышают 0,8 - 1,8-кратное количество летучих компонентов угля. Оставшийся после резкого охлаждения кокс подают во второй электродуговой реактор, в котором кокс превращают до синтез-газа или газа-восстановителя при 800 - 1700°С в течение 1 - 15 с в присутствии агента газификации по технологии электрической дуги или плазмы, и полученные на стадиях пиролиза и газификации газы перерабатывают известным образом тем, что газовый поток, отводимый со стадии пиролиза, очищают, из него при помощи избирательных растворителей выделяют ацетилен и газ со стадии газификации очищают в случае необходимости, после охлаждения. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!!) А3

3 - EC0I03HAR

1ИНИИЯ6

:«А11ОТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТЪГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П-1НТ СССР

1 (21) 3784984/23-26 (22) 24.08.84 (31) Р 3330750.4 (32) 26.08.83 (33) DE (46) 23.1?.89. Бюл. к 47 (71) Хемише Верке Хюльс АГ (DE) (72) Рихард Мюллер, Лотар Керкер и Корнелиус Пейкерт (DE) (53) 662.747(088.8) (56) Патент ГДР Р 114395, кл. С 07 С 11/24, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 878774, кл. С 10 J 3/18, 1979.

Еander W.R Plasma heatin8 of

coals, В.C.R.À. Gas, 1966, Ф 58, 7-8. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА И

СИНТЕЗ-ГАЗА (57) Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа или газа-восстановителя из угля по технологии электрической дуги или плазмы и позволяет повысить экономичность способа за счет более полного

Изобретение относится к переработке твердого топлива и получению из него ацетилена и синтез-газа с использованием электрической энергии.

Цель изобретения — повышение экономичности процесса за счет более полного и эффективного использования угля.

Пример 1. В электродуговую ,печь мощностью 360 кВт, которая работает при давлении 1 бар с применениaD 4 G 07 С 11/24, С 10 J 3/18

2 и эффективного использс вания сырья.

В первом электродуговом реакторе порошковый уголь подвергают пиролизу при плотности энергии 1-5 кйт ч/нм з времени пребывания 0,5-10 мс и температуре 1500-2600 С. Получаемые из угля газообразные соединения не превышают 0,8-1.8-кратное коли лестно летучих компонентов yr.nÿ. Оставшийся после резкого охлаждения кокс подают во второй электродугоной реактор, в котором кокс превращают до синтез-газа и гаэа— - восстановителя при 800-1700 G н течение 1 — 15 с в присутствии агента газификации по технологии электрической дуги или пл а змы, и получе нные на с та днях пиролиза и газификации газы перерабатывают известным образом тем, что газовый поток, отводимьш со стадии IlHролиза, очищают, из него при пс моши избирательных растворителей выделяют ацетилен и газ со стадии газификации очищают в случае необходимости, после охлаждения. 1 табл. ем водорода в качестве газа-носителя, подают мелкораздробленный и высушенный угол (90Х, (100 мкм) н количестве 100 кг ч (без учета воды и золы), содержащий 307 летучих ксмдо— нентов. При этом уголь вдувают с ломощью потока водорода при нагрузке

1О кг/кг газа в выходящую из электр дуговой печи плазменную струю„ и;я m— з щую плотность энергии 4,0 кВт ч/н < затем в цилиндрическом реакторе н,ы1531849

25 да, По количеству воды и содержанию углерода можно определить степень газификации (977). Выход синтез-газа (СО+Н ) 3,6 нм /кг кокса. э

Общая степень использования угля

98,37.

Пример 2. В одноступенчатую

50 электродуговую печь мощностью 360 кВт работающую на смеси из 807. водорода, 197, окиси углерода и 17 метана в качестве плазменного газа, поступающей со стадии газификации, при плотности энергии 2,8 кВт ° ч/нм и давлении з

0,5 бар подают мелкораздробленный уголь с о одерт.апие м ле тучих ком лоне нревают до средней температуры 2600 С и подвергают пиролизу в течение

2 м с. Получаемую газо-коксовую смесь

Ю охлаждают добавлением воды до темпе— а 5 ратуры 200 С, затем кокс в циклоне отделяют и газ подают на очистку путем промывки водой или щелоком. Количество образовавшегося газа 45 кг/ч, что соответствует 1,5-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 327,, а удельный расход энергии 11,3 кВт ч/кг ацетилена. 15

Степень использования угля 457.

Отделенный от газа кокс температурой 150 С, содержащий 9 87 летучих компонентов, сверху подают в снабженный футеровкой цилиндрический реактор с помощью смеси из 257 водяного пара и 757 водорода. Одновременно в реактор подают плазменную струю иэ водорода, имеющую плотность энергии 3,0 кВт ° ч/нм . Эта струя

3 создается в электродуговом реакторе мощностью 300 кВт. Кроме того, сверху в реактор подается водяной пар так, что в пересчете на содержание углерода в коксе поддерживается молярное соотношение 0:С, равное 1,15.

Газификацию проводят при средней температуре 1300 0 в течение 6 с.

Часть шлака получается в жидком виде на днище реактора, а газ отводится сбоку на конце реактора, пропускается через теплообменник и в скруббере Вентури охлаждается до

10 С.При этом одновременно и вымывается сажа, вследствие чего в отра40 ботанном газе отсутствует углерод.

Отбирают пробу стекающей воды и определяют содержание твердогО углеротов 257 в количестве 120 кг/ч (без учета воды и золы) при помощи газа того же состава, что и плазменный, и подвергают пиролизу при средней температуре 2200 С в течение 2 м ° с. о

Получаемую газококсовую смесь водой охлаждают до 600 С и затем в котлеутилизаторе доводят до 200 С. Кокс и газ отделяют аналогично примеру 1.

Отделенный кокс содержит 9,87 летучих компонентов. Выход газа, т.е. степень использования угля, 427, т.е. 1,68кратное летучих компонентов угля. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь составляет 277. при удельном расходе энергии 11,1 кВт ч/кг ацетилена. Далее работают как в примере 1. При этом степень газификации

927. а выход синтез-газа 3,4 нм /кг.

Общая степень использования угля

967,.

Пример 3. Повторяют пример

1 с той лишь разницей, что в газификатор подают плазменную струю, создаваемую в электродуговом реакторе мощностью 300 кВт, из газовой смеси, содержащей, об.7.: водород 60, водяной пар 25., двуокись углерода 10, окись углерода 5. Плотность энергии

3,? кйт ч/нм .. При этомппи соотноше3 нии 0:С, равном 1:2. процесс проводят при средней температуре 1350 С в течение 5 с. Степень газификации

957., что соответствует выходу синтез-газа, равному 3,5 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля

987..

Пример 4. Повторяют пример ! с той разницей, что пиролиз проводят в одноступенчатой электродуговой печи мощностью 300 кВт при плотности энергии 1 кВт ч/нм, средней температуре 1500 С и давлении 0,1 бар в течение 10 мыс с использованием угля, содержащего 39,87, летучих компонентов.

При этом выход газа, т.е. степень использования угля 31,87,. что соответствует 0,8-кратному количеству летучих компонентов угля. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь

23, 17, при удельном расходе энергии

13 кйт ч/кг ацетилена.

Отделенный от газа кокс, содержащий 12,87, летучих компонентов, подвергают газификации при плотности энергии плазменной струи водорода, 3 равной 3. 9 кВт- ч/нм и средней темпе1849

5 153 ратуре 1700 С в течение 1 с. Степень газификации 977,, а выход синтез-газа 3,6 нм /кг кокса. з

Общая степень использования угля

987.

Пример 5. В электродуговую печь мощностью 360 кВт, работающую на водороде при давлении 1,2 бар и

Э плотности энергии 5 кВт.ч/нм, подают 120 кг/ч (без учета воды и золы) мелкораздробленного угля (907, + с 50 мкм). содержащего 27,37 летучих компонентов, при помощи потока водорода при нагрузке 20 кг/кг газа. Пиролиз проводят при, средней температуре 2400 С в течений 0,5 м с, после чего реакцию прекращают охлаждением водой.

Выход газа, т.е.,степень использования угля, 49,17,, что соответствует 1,8-кратному количеству летучих компонентов исходного угля. При этом выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 27,37,, что соответствует удельному расходу энергии 11,0 кйт ч/кг ацетилена.

60 KI (6p3 учета воды и золы) кокса с содержанием летучих компонентов 5 37, отделенного от газовых продуктов пиролиза, подают в снабженный футеровкой реактор при помощи газовой смеси, состоящей из 807. водорода, 197 окиси углерода и 17 метана. Реакционную смесь подвергают плазменной струей с тем же составом, что и газ-носитель, имеющей плотность энергии 2,3 кВт ч/нмЭ (струя создается в дуге мощностью 240 кВт). Путем добавления водяного пара соотношение 0:0 доводят до 1,15, Газификацию проводят при средней температуре 800 С в течение 15 с. При этом степень газификации 927, а выход синтез-газа 3,4 нм /кг кокса.

Общая степень использования угля

957.

Пример 6. Повторяют пример

5 с той разницей, что используют

140 кг/ч (без учета воды и золы) каменного угля, содержащего 16,17 летучих компонентов, При этом пиролиз прекращают после образования газа в количестве 28,27.. что соответствует

1,75-кратному количеству летучих ком" понентов в исходном угле.

Таким образом степень использования угля 28.27,.

Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 22 2X при удельном расходе энергии 12,7 кВт- ч/кг ацетилена.

Кокс с содержанием летучих компонентов 6,77., отделенный от газовых продуктов пиролиза, подвергают газификации в условиях примера 1. При этом степень газификации 937, а выход синтез-газа 3,4 нм /кг кокса.

Э

Общая степень использования угля

95,77,.

Пример 7. Повторяют пример

1 с той разницей, что используют

104 кг мелкораздробленного и высушенного бурового угля, содержащего 47 эолы и 497 летучих компонентов. Количество образовавшегося газа 78,4 кг/ч что соответствует 1,6-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле. Таким образом, степень использования угля 78,47. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь

29,97, а удельный расход энергии

12,5 кВт ч/кг ацетилена.

Отделенный от газа кокс, содержащий 7,37. летучих компонентов, темпео ратурой 150 С подают сверху в снаб-женный футеровкой цилиндрический реактор с помощью смеси из 257, водяного пара и 757 водорода. Газификацию проводят описанным в примере 1 образом.

По количеству воды и содер.аланию углерода можно определить степень газификации (917,). выход синт з-газа (СО+Н ) 3 4 нм /кг кокса.

Общая степень использования уг. я

98,47.

Пример Я (по известному способу). Повторяют пример 7 с той разницей, что пиролЛз осуществляют при температуре 4200 К и плотности энергии 6 кВт ° ч/нм в течение 1 м с.

Э

При этом количество образовавшегося газа 68.3 кг/ч, что соответствует

1 4-кратному количеству летучих компонентов в исходном угле.

Таким образом, степень использования угля 68,37,. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь 20 37,, а удельный расход энергии 23,9 кйт,ч/кг ацетилена.

Отделенный от газа кокс, содержащий 2,17 летучих компонентов, температурой 150 С сверху подают в снабженный футеровкой цилиндрический реактор с помощью смеси из 25? воляпс—

1531849

ro пара и 757 водорода. Газификацию проводят описанным в примере 1 образом.

По количеству воды и содержанию углерода можно определить степень газификации (70Х). Выход синтез-газа (СО+Н ) 2,6 нм /кг кокса

Таким образом, общая степень использования угля составляет лишь 897..

Сравнение результатов примеров 1-7 с результатами сравнительного опыта

8 свидетельствует о достижении цели предлагаемого способа. Кроме того, экономичность предлагаемого способа повышается еще и тем, что удельный расход энергии значительно ниже.

П,р и м е р 9. Повторяют пример 1 с той разницей, что пиролиз проводят в течение 13 мыс. При этом получают 60 кг/ч газа, что соответствует 2-кратному количеству летучих компонентов исходного угля.

Таким образом, степень использования угля 607,.

Выход ацетата в пересчете на исходный уголь 277 а удельный расход энергии 13,3 кВт ч/кг ацетилена.

При газификации отделенного от газовых продуктов пиролиза кокса, содержащего 3,37. летучих компонентов, в условиях примера 1 получают сле— дующие результаты.

- Степень газификации 707., а выход синтез-газа 2,6 нм /кг кокса. Общая

3 степень использования 887.

Пример 10. Повторяют пример

1 с той разницей, что пиролиз проводят в течение 9 м с при плотности энергии плазменной струи, равной

6 кВт ° ч/нм . При этом получают

Ъ

57,7 кг/ч газа, что соответствует

1,9-кратному количеству летучих компонентов исходного угля. Выход ацетилена в пересчете на исходный уголь

26,37, удельный расход энергии

13,7 кВт «/кг лцетипена, л степень использования угля 57,77,, 11р» газификации отделенного от газовых продуктов пиропизл коксл, содержащего 2,97 летучих компонентов, в условиях примера 1 получают спедующие результаты.

Стегп нь глзификлции 73 . л выход синте:--глзл 2,7 нм /кг кокса. ()бщая с гепень »с>опьзовлпия угля 87.",.

Срлс>нс..н>.с рe эультлтов примерл 1 и срлвнпт> пь111>х примеров 9, 10 с видетепьс Г»уt т -> том, «то Ilp11 пр >ведении пиролиза до образования газовых соединений в количестве, превышающем

1,8-кратное количество летучих компонентов исходного угля, выход ацетилена снижается от 32 до 27 и 26,37, соответственно, при повышении удельного расхода энергии от 11,3 до 13,3 и 13,7 кВт ч/кг ацетилена соответственно и, кроме того, степень газификации снижается от 97 до 70 и 73Х соответственно, что означает 25-287ное уменьшение выхода синтеза-газа (от 3,6 до 2,6-2,7 нм /кг кокса).

Существенно снижается и общая степень использования угля.

Пример 11. Повторяют пример

4 с той разницей, «то пиропиз осуществляют в электро>1уговой печи мощностью 250 кВт. При этом плотность энергии 0,8 кВт.«/нм и средняя темз пература снижается до 1400 Г. Газ образуется в количестве 25,37,, что соответствует 0,6-кратному количест25 ву летучих компонентов исходного угэ(я, Выход ацетилена в пересчете на исходный yrn>lh 12. 97 при удельном расходе энергии 19.4 кВт ° ч/кг ацетилена. Таким образом, степень использования угля 25,3r,.

При газификации отделенного оТ глзовых продуктов пи)эопизл кокса, содержащего ?3,91 летучих компонен35 тов, в ус.1овиях примера 4 получают следующие ре зультлты.

Степе н> га зис>>иклции 78/, а выход синтез-глзл 2,8 нм /кг кокса. Общая степень использования угля состлвля40

Сравнение результатов примера 4 и сравнительного примера 11 свидетельствует о том, «то при проведении пиролизл до образования глзс>вых соединений в Iee>ill«lecтне, меньшем 0,8крлтнога копи«ествл летучих компонентов исходного угля, выход ацетилена снижается от 23, 1 до 12,97. при повышении удепьногс рл схода энергии от

13,7 до 19,4 кВт «/кг ацетилена, л

50 выход синтез-газа уменьшается от

3,6 до 2,8 нм /кг кокса при снижении

3 степени гл зпфик IIII;I от 97 до 787,.

Существенн» снижлется и общая степс пь испопьз<>вавил угля

Пример 1 2. !с>Втс>ряк>Г примс р ! С ГAII Р;1 3 HII IIEÝ II «1 .> 1 1 > и>!>И >„> IIIII>> осущест>э >чют Ilv>l 7)э<) С в те «e II>II

1531849

16 с. При этом степень газификации

571, а выход синтез-газа 2 нм /кг

8 кокса.

Формула изобретения

Способ получения ацетилена и син

gg3-газа путем пиролизации в потоке газа-носителя в электродуговом реакторе, охлаждения продуктов пиролиза и последующего отделения содержащего ацетилен газового потока, о т л нчающийс я тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет более полного и эффективного исПример 13. Повторяют пример

1 с той разницей, что газификацию осуществляют при 1750 С в течение

0 8 с. При этом степень газификации

j °

67Х, выход синтез-газа 2,4 нм /кг кокса. пользования сырья, пиролиз осуществ-, ляют при плотности энергии 1

5 кВт ч/нм и температуре 1500

2600 С в течение 0,5-10 мс до образования газообразных соединений в количестве, равном 0,8-1,8-кратному количеству летучих компонентов угля, а остаток пиролиза, содержащий

5 3-12 8Х летучих компонентов, подвергают газификации с использовани- 1 ем технологии плазмы в присутствии агента газификации при 800-1700 С в о течение 1-15 с.

Данные по количеству и составу ацетиленсодержащего газа и синтезгаза сведены в таблице.

Сравнение ре зультатов газификации в примерах 1-7 с результатами газификации в сравнительных примерах 12 и 13 свидетельствует о существенности предлагаемых пределов режима процесса газификации, так как при их несоблюдении результаты газификации являются неудовлетворительными. I

Состав анетиленсодераа>него

С,Н, Н, СН, СО газа, об.Я КолнчестКоличество э газа, ни во газа, низ

Остальные коипоне н г58,4

218,6

258.4 ззг,i

210, 9

177>7

448,5

373,6

279.3

240,6

323 ° 7

258 ° 4

258, 4

Составитель P.Ãîðÿèíîâà

Техред М.Ходанич Корректор В.Кабаций

Редактор Н.Гулько

Заказ 7969/58 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия:i при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

1 10,7 85 ° 6

2 12,8 65,8

3 10,7 85,6

4 6,0 92,0

5 13,4 77,8

6 15,7 79,6

7 34 5 13 5

8 26,4 12,7

9 8,3 82,9

10 9,4 80,8

11 3>4 94>1

12 10,7 85,6

13 10,7 85,6 о,3

1>4

0,3

О,l

О,Н о,8

3,5

4,3

i,о

i,о

0,4

О,э о,з

3,2

19,6

3,2

1,8

7,2 з,э

45,5

53,0

7,1

Н,О

1,З э,г

3,2 о,г

0,4

0,2 о,i

О ° 8

0>6

3,0

3,6

О,7

О,Н о,а о,г о,г

19,9

20,О

23,2

20,0

23>4

i9, 1

is,а

18,5

18,7

20,0

15,6

1З,7

17,9

70,8

7О,7

63,8

70,9

65,7

70,6

72,2

71>9

73 5

72,5

67,8

75,9

7Э,7

8,0

8,0

11,6

7,8

8,7

8,9

7,5

7,8

7,5

7,1

14>5

s,г

6,6

1, 1, 1, 1, г, 1, l, 1, о, о, 2. г, 1, 356

343

357

372

347

209

291

254

274,6 ,7 ,3 ,9 ,7 ,о ,5 ,1 ,4 ,4 ,6 ,0 ,4