способ переработки угля в синтез-газ

Формула изобретения

Способ переработки угля в синтез-газ, включающий подготовку и газификацию угля в реакторе, отличающийся тем, что подготовку угля осуществляют путем приготовления коллоидной дисперсной топливной системы со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы не более 1 мкм, газификацию полученной топливной системы проводят в одну стадию в реакторе с вертикально расположенными трубами, в которые подают указанную топливную систему, при этом температуру теплоносителя в межтрубном пространстве реактора поддерживают в диапазоне 400-1000^oС, а температуру в трубах - в диапазоне 200-800^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термической переработке угля в синтез-газ и может быть использовано в химической промышленности при производстве синтез-газа как первичного сырья для получения химических продуктов, например легких углеводородов (СН₄ и др.), в энергетике для производства энергетического городского газа, в металлургии при выплавке металла и др.

Известен способ термической переработки твердого топлива с получением синтез-газа, включающий предварительное смешение измельченного угля с газообразным окислителем и последующую газификацию его путем подачи в зону электрической дуги с таким расчетом, чтобы вектор скорости указанной смеси имел составляющую, параллельную оси дуги. При этом среднюю температуру синтез-газа поддерживают на уровне 1200-1700^oС с регулированием мощности электрической дуги. В качестве окислителя в данном способе используют водяной пар и кислород в соотношении: водяной пар 15-45%, а кислород 55-85% //1/ Патент Франции 2491490, М. кл. С 10 J 3/46/.

Использование в качестве окислителя кислорода приводит к балластированию синтез-газа углекислым газом, кроме того, для получения кислорода необходима специальная установка. Все это приводит к дополнительным затратам энергии, так как синтез-газ нужно очищать, а полученный кислород накапливать и хранить, по всей вероятности, в жидком состоянии. К тому же поддержание температуры получаемого синтез-газа за счет регулирования мощности электрической дуги малоэффективно, ненадежно и сложно.

Известен также плазмометрический способ переработки угля в синтез-газ, включающий подготовку, термообработку и газификацию угля с помощью плазмы в плазмореакторе, при этом процесс газификации осуществляют в три стадии, две из которых в трубчатых теплообменниках газификационной колонны, а третью, заключительную, стадию газификации проводят непосредственно в объеме плазмореактора одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента. Подготовку угля осуществляют путем его диспергирования в метаноловой воде, в которую добавляют поверхностно-активные вещества - алкиломиды, и полученную угольную суспензию нагревают в горизонтальных трубах перед первой стадией газификации до 500-600К в потоке отходящих из газификационной колонны дымовых газов, подаваемых в межтрубное пространство реактора, а перед второй стадией газификации угольную суспензию нагревают до 1200-1400К в потоке синтез-газа, отводимого из плазмореактора. В качестве реагента при высокотемпературном пиролизе используют пары воды, которые впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников так, чтобы вектор скорости движения плазменных струй и вектор скорости движения газифицируемой смеси были противоположны друг другу при проекции на ось плазмореактора и совпадали при их проекции на плоскость, перпендикулярную оси плазмореактора. Полученный в плазмореакторе синтез-газ охлаждают и очищают от примесей в центробежно-барботажном аппарате с помощью атмосферного воздуха и воды, при этом атмосферный воздух затем используют с частью синтез-газа в топочном устройстве, а воду подают в диспергирующее устройство для приготовления угольной суспензии //2/ Патент РФ 2047650, кл. 6 С 10 J 3/18, 1993 (прототип)/.

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса, осуществляемого в три стадии, а также затрудненный проход сначала суспензии, а затем угля и газообразных продуктов реакции по горизонтально расположенным трубам реактора, что может привести к закупорке труб и их разрыву.

Кроме того, в известном способе предлагается заключительную стадию получения синтез-газа осуществлять при очень высоких температурах 2500-3000К (2227-2727^oС), что требует использования нетрадиционных аппаратов и материалов для их изготовления.

Цель изобретения - получение незабалластированного синтез-газа без использования внешних окислителей, при умеренных температурах и упрощении технологии его производства.

Указанная цель достигается тем, что в способе переработки угля в синтез-газ, включающем подготовку и газификацию угля в реакторе, подготовку угля осуществляют путем приготовления коллоидной дисперсной топливной системы ЭКОВУТ со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы _s = [(n^*_i²_i)/n_i]^0,5, где n_i - число частиц размером _i, не более 1 мкм, газификацию полученной топливной системы проводят в одну стадию в реакторе с вертикально расположенными трубами, в которые подают указанную топливную систему, при этом температуру теплоносителя в межтрубном пространстве реактора поддерживают в диапазоне 400-1000^oС, а температуру в трубах - в диапазоне 200-800^oС.

Отличительный признак предлагаемого способа, а именно подготовка угля, осуществляемая путем приготовления коллоидной дисперсной топливной системы ЭКОВУТ со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы не более 1 мкм, обеспечит получение незабалластированного синтез-газа без использования внешних окислителей, при умеренных температурах и упрощении технологии его производства, так как в процессе получения ЭКОВУТ благодаря механохимической деструкции исходного угля, его минеральных компонентов и ассоциированных молекул воды активизируются все компоненты как твердой фазы, так и дисперсионной среды, и создаются оптимальные условия для химического взаимодействия компонентов ЭКОВУТ. В результате чего все химические реакции проходят между органическими компонентами и окислителем (водой и водяным паром) при более низких температурах. Так, в случае ЭКОВУТ интенсивная реакция С+Н₂О начинается при температурах 200-300^oС.

В результате реакции органической фазы ЭКОВУТ с водой типа С+Н₂ОСО+Н₂ происходит образование смеси СО и Н₂, то есть синтез-газа, при температурах 200-800^oС и упрощении технологии производства.

На достижение той же цели направлено производство синтез-газа в одну стадию в реакторе с вертикально расположенными трубами, в которые подают коллоидную дисперсную топливную систему ЭКОВУТ, исключающую возможность закупорки труб и их разрыва.

К той же цели ведет поддержание температуры теплоносителя в межтрубном пространстве реактора в диапазоне 400-1000^oС, а температуры в трубах - в диапазоне 200-800^oС, не требующее использования нетрадиционных аппаратов и материалов для их изготовления.

На чертеже схематично представлена установка, с помощью которой осуществлен указанный способ переработки угля в синтез-газ.

Установка содержит бункер 1 для дробленого угля, резервуар 2 для воды, интерактивный механохимический реактор 3, насос 4 для подачи ЭКОВУТ, реактор 5 с вертикально расположенными трубами 6, имеющий соотношение внешнего диаметра к высоте 1:5-1:30, сепаратор 7 для разделения газообразных продуктов и минеральных отходов, трубчатый охладитель 8 для синтез-газа и сепаратор 9, например улиточный, для отделения сконденсировавшейся воды.

Для подачи теплоносителя в межтрубное пространство реактора 5 с последующим отводом уходящих газов на утилизацию тепла и в атмосферу служит дымосос (на чертеже не показан). Для подачи холодного воздуха в трубчатый охладитель 8 для синтез-газа с последующим отводом горячего воздуха на утилизацию тепла служит дутьевой вентилятор (на чертеже не показан).

Изобретение осуществляется следующим образом.

Дробленый уголь из бункера 1 и воду из резервуара 2 дозировано подают в интерактивный механохимический реактор 3, в котором приготовляют коллоидную дисперсную топливную систему ЭКОВУТ (экологически чистое водоугольное топливо) со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы не более 1 мкм.

Приготовленное ЭКОВУТ насосом 4 под давлением 2,0-10,0 МПа, в зависимости от состава исходного угля и требований к конечному продукту, подают в вертикально расположенные трубы 6 реактора 5.

В трубах 6 реактора 5 происходит реакция образования смеси синтез-газа (СО и Н₂), пара непрореагировавшей воды (Н₂О) и твердых минеральных компонентов ЭКОВУТ.

Полученный синтез-газ из сепаратора 7 для разделения газообразных продуктов и минеральных отходов направляют в трубчатый охладитель 8 для синтез-газа, где охлаждают воздухом до температуры 30-50^oС.

Далее синтез-газ направляют в сепаратор 9, где от него отделяют сконденсировавшуюся воду, и затем потребителю.

Отделенную в сепараторе 9 сконденсировавшуюся воду выводят из процесса.

Теплоноситель с температурой 400-1000^oС дымососом направляют в межтрубное пространство реактора 5 с вертикально расположенными трубами 6 для обеспечения нужных тепловых условий процесса - поддержания температуры в трубах 6 в диапазоне 200-800^oС.

Минеральные компоненты ЭКОВУТ из сепаратора 7 для разделения газообразных продуктов и минеральных отходов выводят из процесса.

Предлагаемый способ переработки угля в синтез-газ реализован на полигоне НПО "Гидротрубопровод" в г. Раменское Московской обл.

В соответствии с заявляемым способом была произведена наработка синтез-газа из каменных углей марки Д Кузнецкого бассейна.

Полученный синтез-газ содержит балластные компоненты (СО₂ 2-3%) и вредные примеси (Н₂S 1-2%), отличается высокой теплотой сгорания.

В настоящее время ведутся работы по созданию головной установки по переработке угля в синтез-газ заявляемым способом.