Способ получения синтез-газа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАРБОНИКА-Ф" (RU) Изобретение относится к области получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья, например угля, торфа, отходов сельскохозяйственной промышленности, и может быть использовано в энергетике и химической промышленности. Предложен способ получения синтез-газа путем ведения процесса в блоке из пары газификаторов, состоящем из цилиндрических аппаратов шахтного типа, включающий загрузку тврдого углеродсодержащего сырья в газификаторы,последовательную подачу в каждый из них газифицирующего агента и розжиг сырья со стороны,противоположной подаче газифицирующего агента, при одновременном отслеживании движения фронта горения. Первоначально процесс ведут в одном из аппаратов, в процессе розжига в него подают газифицирующий агент в количестве 100-350 м 3/(м 2 ч), а после прохождения фронтом горения более 2/3 высоты аппарата удельный расход газифицирующего агента увеличивают в 1,5-2 раза. Затем ведут процесс одновременно в обоих аппаратах путм розжига сырья во втором аппарате при увеличении в нм расхода газифицирующего агента с одновременным уменьшением расхода газифицирующего агента в первом аппарате. Использование изобретения позволяет повысить удельную теплоту сгорания газа при полной газификации различного рода сырья по упрощнной технологической схеме, увеличить на 15-30% количество полезной тепловой энергии,передаваемой потребителям. 015935 Изобретение относится к области получения синтез-газа (горючего генераторного газа) из углеродсодержащего сырья, например угля, торфа, отходов сельскохозяйственной промышленности, и может быть использовано в энергетике и химической промышленности. Известен способ получения синтез-газа путм слоевой газификации угля, включающий подачу воздуха в вертикальный аппарат шахтного типа и розжиг слоя угля со стороны, противоположной подаче воздуха (см. патент РФ 2014883, B01J 20/20, 1993 г.). При удельной подаче воздуха 100-400 м 3/(м 2 ч) фронт горения смещается навстречу потоку воздуха и за фронтом горения остается твердый остаток, содержащий несгоревший углерод. При движении фронта горения слой угля последовательно проходит стадию нагрева, сушки и карбонизации. Продукты карбонизации, содержащие в числе прочих горючие компоненты, такие как оксид углерода, водород,жидкие и газообразные углеводороды, вместе с твердым углеродом реагируют с кислородом воздуха,образуя фронт горения, температура в котором достигает 750-900C и в котором реагирует весь кислород воздуха. За фронтом горения находится восстановительная зона, где происходит реагирование недогоревшего углерода с водяным паром, диоксидом углерода и водородом. Недостатком данного способа с точки зрения производства газа, не содержащего конденсируемые продукты пиролиза угля, является неполная газификация углеродсодержащей части угля. Относительно низкая температура во фронте карбонизации (750-900 С) ограничивает скорость эндотермических реакций углерода с диоксидом углерода и водяным паром, поэтому объемное содержание оксида углерода и водорода в газе не превышает 33%, а его удельная теплота сгорания составляет 600-900 ккал/нм 3, что ограничивает сферу применения такого газа в качестве энергоносителя. Известен другой способ получения синтез-газа путем ведения процесса в блоке газификаторов, состоящем из цилиндрических аппаратов шахтного типа, включающий загрузку тврдого углеродсодержащего сырья в газификаторы, последовательную подачу в каждый из них газифицирующего агента и розжиг сырья со стороны, противоположной подаче газифицирующего агента, при одновременном отслеживании движения фронта горения (см. патент РФ 2287011, C10J 3/68, 2005 г.). Данный способ по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к заявляемому способу и поэтому принят за прототип. Согласно способу-прототипу в вертикальный аппарат шахтного типа на всю высоту загружают дробленый уголь класса 5-50 мм, подают воздушное дутье с удельным расходом от 150 до 600 м 3/(м 2 ч) и поджигают слой угля со стороны, противоположной подаче дутья. Образующийся фронт реагирования с постоянной скоростью смещается навстречу потоку воздуха, а за фронтом остается слой горячего коксового остатка. После достижения фронтом реагирования стороны слоя, противоположной стороне розжига, к дутью добавляется водяной пар в количестве до 100 кг/(м 2 ч) и осуществляется полная парокислородная газификация углерода, содержащегося в коксовом остатке, при этом фронт газификации продвигается в сторону первичного розжига слоя. Образующийся горючий газ не содержит конденсируемые продукты пиролиза угля, а удельная теплота сгорания газа составляет 1000-1200 ккал/нм 3. Для выравнивания состава продуктового горючего газа и удельной производительности по газу предпочтительно одновременно использовать не менее четырех аппаратов. Недостатком этого способа является применение парогенератора, что, с одной стороны, приводит к удорожанию газогенераторной станции, с другой - снижает общий коэффициент полезного действия газификации в связи с необходимостью использовать часть получаемого газа для производства пара. Второй недостаток - в первые 1,5-3 ч после розжига качество и количество газа существенно ниже относительно стационарного режима, т.к. для перехода в стационарный режим требуется наличие слоя полукокса выше фронта горения не менее 15-20 см, который нарабатывается в течение этого времени. Параметры газа на первой и второй стадии существенно отличаются. Для сглаживания этого эффекта требуется большое количество аппаратов (не менее четырех), что так же увеличивает себестоимость производства. Задачей изобретения является повышение удельной теплоты сгорания газа, не содержащего конденсируемые продукты пиролиза, при условии полной газификации исходного сырья по упрощнной технологической схеме. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения синтез-газа путем ведения процесса в блоке газификаторов, состоящем из цилиндрических аппаратов шахтного типа, включающем загрузку тврдого углеродсодержащего сырья в газификаторы, последовательную подачу в каждый из них газифицирующего агента и розжиг сырья со стороны, противоположной подаче газифицирующего агента, при одновременном отслеживании движения фронта горения, используют блок, состоящий из пары аппаратов, первоначально процесс ведут в одном из них, в процессе розжига в него подают газифицирующий агент в количестве 100-350 м 3/(м 2 ч), а после прохождения фронтом горения более 2/3 высоты аппарата удельный расход газифицирующего агента увеличивают в 1,5-2 раза и ведут процесс одновременно в обоих аппаратах путм розжига сырья во втором аппарате при увеличении в нм расхода газифицирующего агента с одновременным уменьшением расхода газифицирующего агента в-1 015935 первом аппарате. Предпочтительно в качестве тврдого углеродсодержащего сырья использовать уголь, торф, древесные отходы, отходы органического происхождения, например отходы сельскохозяйственного производства, и их смеси. Допустимо в аппаратах блока газифицировать разноимнное сырь. Желательно в качестве газифицирующего агента использовать воздух и/или кислород. Целесообразно на стадии ведения процесса одновременно в обоих аппаратах в каждом из них использовать разноимнные газифицирующие агенты. При прохождении фронта горения через слой сырья оно последовательно подвергается нагреву,сушке, пиролизу и частичному окислению. Горючие компоненты продуктов пиролиза полностью окисляются с образованием диоксида углерода и водяного пара, которые восстанавливаются на горячей поверхности коксового остатка, превращаются в горючие компоненты газа (оксид углерода и водород),который не содержит конденсируемые продукты пиролиза. За фронтом горения остается слой горячего коксового остатка, необходимый для реакций восстановления. Изобретение иллюстрируют примерами выполнения. Показатели процессов по примерам, а также по способу-прототипу представлены в таблице. В примерах, иллюстрирующих способ, использованы вертикальные аппараты шахтного типа с внутренним диаметром 0,5 м и высотой 1,5 м. Пример 1. В блок газификаторов, состоящий из пары вертикальных аппаратов шахтного типа, на всю высоту загружают дробленый уголь класса 5-20 мм марки Б 2 (разрез "Бородинский" Канско-Ачинского угольного бассейна). В первый аппарат сверху подают воздушное дутье с рабочим удельным расходом 200 м 3/(м 2 ч). Слой сырья поджигают со стороны, противоположной подаче дутья, т.е. снизу. При этом отслеживают движение фронта горения, который смещается навстречу потоку воздуха. После прохождения фронтом 2/3 высоты аппарата удельный расход увеличивают в 2 раза до 400 м 3/(м 2 ч). Одновременно во второй аппарат также сверху подают воздушное дутье с рабочим удельным расходом 200 м 3/(м 2 ч) и поджигают слой углеродсодержащего сырья со стороны, противоположной подаче дутья. Расход воздуха в первом аппарате постепенно по мере выгорания остатков сырья снижают до 0 и в то же время удельный расход воздуха во втором аппарате увеличивают до 400 м 3/(м 2 ч). После окончания процесса производится выгрузка шлака с нижней стороны вертикального аппарата. Пример 2. Процесс ведут с использованием блока газогенераторов, сырья и газифицирующего агента, описанных в примере 1. В первый аппарат снизу подают воздушное дутье с рабочим удельным расходом 150 м 3/(м 2 ч). Слой сырья поджигают со стороны, противоположной подаче дутья. При этом отслеживают движение фронта горения, который смещается навстречу потоку воздуха. После прохождения фронтом 2/3 высоты аппарата удельный расход увеличивают в 2 раза до 300 м 3/(м 2 ч). Одновременно во второй аппарат снизу подают воздушное дутье с рабочим удельным расходом 150 м 3/(м 2 ч) и поджигают слой углеродсодержащего сырья со стороны, противоположной подаче дутья. Расход воздуха в первом аппарате постепенно по мере выгорания остатков сырья снижают до 0 и в то же время удельный расход воздуха во втором аппарате увеличивают до 300 м 3/(м 2 ч). После окончания процесса производится выгрузка шлака с нижней стороны вертикального аппарата. Пример 3-6. Ведут процесс по технологии, описанной в примере 2. Показатели процесса представлены в таблице. Для сравнения получают синтез-газ по способу-прототипу. Согласно известному способу используют блок из 4 газогенераторов, работающих с равными сдвигами по фазе осуществления процесса. В вертикальный аппарат шахтного типа на всю высоту загружают дробленый уголь класса 5-20 мм марки Б 2 (разрез "Березовский" Канско-Ачинского угольного бассейна),снизу подают воздушное дутье с удельным расходом 235 м 3/(м 2 ч) и поджигают слой угля со стороны,противоположной подаче дутья. Отслеживают движение фронта горения. После достижения фронтом горения стороны слоя, противоположной стороне розжига, к дутью добавляется водяной пар в количестве 61 кг/(м 2 ч). После каждого эксперимента устанавливали среднюю калорийность синтез-газа. Результаты анализа представлены в таблице. Как видно из результатов анализа, наиболее высокие значения средней калорийности синтез-газа получены при ведении процесса согласно изобретению. При рабочем удельном расходе газифицирующего агента менее 100 м 3/(м 2 ч) температура во фронте горения недостаточна для эффективного течения эндотермических реакций восстановления, калорийность газа порядка 600 ккал/нм 3, процесс идет с существенным нарастанием слоя непрореагировавшего углеродсодержащего остатка выше фронта горения. При рабочем удельном расходе газифицирующего агента порядка 400 м 3/(м 2 ч) и более имеет место существенное реагирование твердого углеродсодержащего остатка с газифицирующим агентом, калорийность синтез-газа возрастает, однако постоянно вести процесс при этом невозможно, т.к. идет уменьше-2 015935 ние восстановительного слоя. Использование блока газогенераторов, состоящего из двух аппаратов, позволяет преодолеть этот недостаток благодаря тому, что на определнной стадии процесса (после прохождения фронтом газификации 2/3 высоты аппарата) возможно в 1,5-2 раза увеличить удельный расход газифицирующего агента. При этом отрицательные эффекты, связанные с уменьшением восстановительного слоя в первом аппарате, компенсируются подачей в систему газа, синтезированного при оптимизированном режиме расхода газифицирующего агента во втором аппарате. Изменение оптимизированных технологических параметров приводит к снижению средней калорийности синтез-газа до и ниже уровня средней калорийности синтез газа, полученного по способу-прототипу. Использование изобретения позволяет повысить удельную теплоту сгорания газа при полной газификации различного рода сырья по упрощнной технологической схеме, увеличить на 15-30% количество полезной тепловой энергии, передаваемой потребителям. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения синтез-газа путем ведения процесса в блоке газификаторов, состоящем из цилиндрических аппаратов шахтного типа, включающий загрузку тврдого углеродсодержащего сырья в газификаторы, последовательную подачу в каждый из них газифицирующего агента и розжиг сырья со стороны, противоположной подаче газифицирующего агента, при одновременном отслеживании движения фронта горения, отличающийся тем, что используют блок, состоящий из пары аппаратов, первоначально процесс ведут в одном из них, в процессе розжига в него подают газифицирующий агент в количестве 100-350 м 3/(м 2 ч), а после прохождения фронтом горения более 2/3 высоты аппарата удельный расход газифицирующего агента увеличивают в 1,5-2 раза и ведут процесс одновременно в обоих аппаратах путм розжига сырья во втором аппарате при увеличении в нм расхода газифицирующего агента с одновременным уменьшением расхода газифицирующего агента в первом аппарате. 2. Способ получения синтез-газа по п.1, отличающийся тем, что в качестве тврдого углеродсодержащего сырья используют уголь, торф, древесные отходы, отходы органического происхождения, например отходы сельскохозяйственного производства, и их смеси. 3. Способ получения синтез-газа по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в аппаратах блока газифицируют разноимнное сырь. 4. Способ получения синтез-газа по п.1, отличающийся тем, что в качестве газифицирующего агента используют воздух и/или кислород. 5. Способ получения синтез-газа по пп.1, 4, отличающийся тем, что на стадии ведения процесса одновременно в обоих аппаратах в каждом из них используют разноимнные газифицирующие агенты. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2