Способ газификации твердого топлива

 

Использование: в топливной промышленности, коммунальном хозяйстве, химической и металлургической промышленности в способах газификации твердого топлива. Сущность: газификацию проводят в присутствии нагретого автономно теплоносителя. В качестве теплоносителя используют порошки или гранулы или расплавы меди, ее сплавов или оксидов. 1 табл.

Изобретение относится к способам термической переработки твердого топлива и может быть использовано в топливной, химической, металлургической промышленности.

Известны два способа термической переработки твердого топлива с получением горючего газа с подводом тепла извне и с получением тепла в процессе газификации за счет сжигания части топлива. Последний способ имеет преимущественное применение, однако от 40 до 50% топлива затрачивается в этом процессе на поддержание температуры процесса. В последние годы разработаны проекты использования тепла атомных реакторов для газификации углей, в основном, за счет исполнения перегретого пара; имеются предложения по использованию различных твердых тел (шаров, гранул и т.д.), нагретых вне газогенератора, для газификации.

Так, в способе Lurgi-Ruhrgas тепло в газогенератор вводится нагретыми шариками Al₂O₃, движущимися противотоками к угольной пыли. Гранулы Al₂O₃ выводятся снизу газогенератора. В способе Coalcon горячая зола из первого газогенератора является теплоносителем во втором газификаторе. В способе Cogas (США) теплоносителем является горячий осадок от сжигания кокса или керамика.

Имеется много патентов по использованию оксидов металлов для обессеривания углей как в процессе сжигания, так и газификации. Однако все эти способы являются сравнительно низкотемпературными (850^oC, теплоноситель является либо трудногенерируемым (в случае CaO), либо легко спекающимся с золой (AL₂O₃, керамика).

Наиболее близок по технической сущности к достигаемому результату способ CO₂ акцептор (США) [2] В способе потребность в тепле при газификации угля покрывается за счет реакций CaO+CO₂-CaCO₃, идущей с выделением тепла (Н=-176,8 кДж/моль). Горячий доломит или оксид кальция после обжига (1000-1050^oС) поступает в печь кипящего слоя, где идет газификация. После газификации доломит (оксид кальция) идет вниз печи, а уголь идет кверху и газифицируется. Далее доломит (оксид кальция) идет на регенерацию в печь обжига. К недостаткам способа относится ограничение по температуре процесса, так как уровень термической стабильности доломита 850^oC Кроме того, вместе с доломитом (оксидом кальция), попадает часть золы, что снижает его реакционную способность и может привести к спеканию. В этом способе применяется только реакционноспособный уголь. Процесс разработан фирмой Consolidation Coal Development, США.

Отмеченные выше недостатки ограничивают область применения способа.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания высокопроизводительного экологически чистого способа газификации твердого топлива.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении экологической надежности процесса за счет создания условий и применения реагента, обеспечивающего более глубокое обессеривание топлива, его легкой регенерации с получением высококонцентрированного по сере продукта, а также за счет повышения температуры процесса газификации.

Отмеченный выше технический результат достигается тем, что в качестве реагента газифицирующего и обессеривающегося в известном способе с газификацией с подводом тепла извне используется распыленный расплав меди, перегретой выше температуры плавления. Перегрев меди может быть до 1600-1800^oC и выше. Это будет зависеть от требуемых условий газификации различных сортов угля. Уголь в пылевидном состоянии подается в агрегат газификации снизу, а капли медного "дождя" сверху. При этом для высокозольного реакционноспособного угля процесс можно организовать в печи кипящего слоя и при температуре 800-850^oC, для антрацитов, а также малозольного угля при 1600-1700^oC в печи с расплавом. Процесс можно организовать при высоких давлениях, так как аппаратурное оформление его отработано и используется в промышленности при применении других теплонесущих, реагирующих агентов (CaO и т.п.). Отработанная полусернистая медь в смеси с золой направляется в конвертер, где регенерируется. Образующийся сернистый ангидрид используется для производства серы, серной кислоты, либо как реагент в различных химических производствах. Содержащиеся в золе драгоценные платиновые, а также тяжелые металлы перейдут в медь и смогут быть извлечены. Зольная часть перейдет в шлаки, которые могут быть использованы в строительной индустрии. Наиболее приемлем предлагаемый способ на медеплавильных заводах или в местности вблизи них. Здесь можно использовать и черновую медь. Однако в связи с высокой очисткой углей от серы (см. таблицу) свыше 90% процесс может быть использован и экологически оправданы и вблизи крупных городов, где возможно применение серы для нужд каких-либо производств.

Применение расплава меди для газификации и обессеривания углей обеспечивают получение генераторного газа с минимумом азота (а при применении оксида меди без азота), не необходимости применять кислород, что значительно удешевляет процесс. По теплу процесс замыкается, так как окисление Cu₂S в конвертере идет с большим выделением тепла. Потери меди будут минимальными, меньшими, чем в металлургическом переделе ее получения (99,6%). При газификации по второму варианту при 1600-1700^oC уголь измельчать не надо, так как он при этих температурах декрептирует, легко рассыпаясь в порошок и почти нацело газифицируется. Оставшийся в золе углерод при регенерации меди в конвертере полезно сгорает, сообщая тепло ванне расплава меди. Кроме меди можно использовать ее сплавы, отходы, черновую медь, окисную медь.

Таким образом, предлагаемый способ, как показаны исследования, обеспечивает комплексное использование составляющих угля, экологические требования к процессу, позволяет получать чистый по сере горючий газ, обладает высоким термическим КПД, имеет гибкость в режимах при переработке углей различного состава и зольности, не зависит от состава зольной части.

Пример осуществления заявляемого способа.

Проверку способа проводили на укрупненной лабораторной установке, состоящей из селитовой печи с тиглем для расплавления и регенерации меди и газификатора кварцевой емкости с тиглем, снабженным трубкой с поведенными через нее сжатым воздухом. Анализировали состав угля на содержание серы, газы газификации на содержание CO, а также содержание углерода в зольном остатке в зависимости от температуры. Исследование проводили с одной пробой угля Донбасса состава: w^p= 6,6-7,9, A^p 32-40, S 6,6, C^p 55-65, H^p 1,15, N^p 0,4, O^p 1,62 и пробой угля Подмосковного бассейна состава: W^p 4,5, A^p 50,1, C^p 30,5, H^p 2,2, N^p 0,1, O^p 8,7, C^p 30,5, S 3,4.

Данные экспериментов приведены в таблице. Можно видеть высокое извлечение серы медью, особенно, расплавленной и низкое содержание углерода в оставшейся золе и расплаве шлака.

Формула изобретения

Способ газификации твердого топлива, включающий автономный нагрев теплоносителя и подачу его в газификатор, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют нагретые порошки или гранулы или расплавы меди, ее сплавов или оксидов.

РИСУНКИ

Рисунок 1