RU2064003C1 - Method for gasification of solid fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: fuel industry; municipal services, chemical and metallurgical industries; applicable in gasification of solid fuels. SUBSTANCE: gasification is carried out in the presence of independently heated heat carrier used in form of powders, or granules, or melts of copper, its alloys or oxides. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам термической переработки твердого топлива и может быть использовано в топливной, химической, металлургической промышленности. The invention relates to methods for the thermal processing of solid fuels and can be used in the fuel, chemical, metallurgical industries.

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. Two methods are known for the thermal processing of solid fuels to produce combustible gas by supplying heat from outside and to produce heat during gasification by burning part of the fuel. The latter method has predominant application, however, from 40 to 50% of the fuel is spent in this process to maintain the process temperature. In recent years, projects have been developed to use the heat of nuclear reactors for gasification of coal, mainly due to the performance of superheated steam; There are proposals on the use of various solids (balls, granules, etc.), heated outside the gas generator, for gasification.

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.So, in the Lurgi-Ruhrgas method, heat is introduced into the gas generator by heated balls of Al ₂ O ₃ moving countercurrently to coal dust. Al ₂ O ₃ granules are discharged from the bottom of the gas generator. In the Coalcon method, the hot ash from the first gasifier is a coolant in the second gasifier. In the Cogas method (USA), the heat carrier is a hot cake from burning coke or ceramics.

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).There are many patents on the use of metal oxides for the desulfurization of coal, both during combustion and gasification. However, all these methods are relatively low temperature (≅850 ^o C, the coolant is either difficult to generate (in the case of CaO), or easily sintering with ash (AL ₂ O ₃ , ceramics).

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.The closest in technical essence to the achieved result is the CO ₂ acceptor method (USA) [2] In the method, the heat demand for coal gasification is covered by the reactions CaO + CO ₂ -CaCO ₃ , which proceeds with the release of heat (H = -176.8 kJ / mol). Hot dolomite or calcium oxide after firing (1000-1050 ^o C) enters the fluidized bed furnace, where there is gasification. After gasification, dolomite (calcium oxide) goes down the furnace, and coal goes up and gasifies. Further, dolomite (calcium oxide) is regenerated in the kiln. The disadvantages of the method include the limitation of the process temperature, since the level of thermal stability of dolomite is 850 ^o C. In addition, together with dolomite (calcium oxide), part of the ash enters, which reduces its reactivity and can lead to sintering. In this method, only reactive carbon is used. The process was developed by Consolidation Coal Development, USA.

Отмеченные выше недостатки ограничивают область применения способа. The disadvantages noted above limit the scope of the method.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания высокопроизводительного экологически чистого способа газификации твердого топлива. The claimed invention is aimed at solving the problem of creating a high-performance environmentally friendly method of gasification of solid fuel.

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. The technical result that can be obtained by using the claimed invention is to increase the environmental reliability of the process by creating conditions and using a reagent that provides deeper desulfurization of the fuel, its easy regeneration to obtain a highly sulfur-concentrated product, and also by increasing the temperature of the gasification process .

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.The technical result noted above is achieved in that a sprayed copper melt overheated above the melting point is used as a gasifying and desulfurizing reagent in a known gasification method with heat supply from the outside. Overheating of copper can be up to 1600-1800 ^o C and above. This will depend on the required gasification conditions for various types of coal. Coal in a pulverized state is supplied to the gasification unit from below, and drops of copper "rain" from above. Moreover, for high-ash reactive coal, the process can be organized in a fluidized bed furnace at a temperature of 800-850 ^o C, for anthracites, as well as low-ash coal at 1600-1700 ^o C in a furnace with a melt. The process can be organized at high pressures, since its hardware design has been worked out and is used in industry by using other heat-carrying, reactive agents (CaO, etc.). Spent semi-sulfur copper mixed with ash is sent to the converter, where it is regenerated. The resulting sulfur dioxide is used to produce sulfur, sulfuric acid, or as a reagent in various chemical industries. The precious platinum and heavy metals contained in the ash will turn into copper and can be recovered. The ash part will go to slag, which can be used in the construction industry. The most acceptable proposed method in a smelter or in an area near them. Here you can use blister copper. However, due to the high purification of coal from sulfur (see table), more than 90% of the process can be used and are environmentally sound in large cities, where sulfur can be used for the needs of any production.

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.The use of a copper melt for the gasification and desulfurization of coal provides generating gas with a minimum of nitrogen (and when using copper oxide without nitrogen), it is not necessary to use oxygen, which significantly reduces the cost of the process. The process closes with respect to heat, since the oxidation of Cu ₂ S in the converter proceeds with a large release of heat. Copper losses will be minimal, less than in the metallurgical redistribution of its production (99.6%). When gasifying according to the second variant, the coal does not need to be crushed at 1600-1700 ^o C, as it decomposes at these temperatures, easily crumbling into powder and is almost completely gasified. The carbon remaining in the ash during the regeneration of copper in the converter burns useful, transferring heat to the copper bath. In addition to copper, its alloys, waste, blister copper, and oxide copper can be used.

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. Thus, the proposed method, as the studies are shown, provides the integrated use of coal constituents, environmental requirements for the process, allows you to get clean sulfur-free combustible gas, has a high thermal efficiency, has flexibility in the processing of coal of various composition and ash content, does not depend on the composition ash part.

Пример осуществления заявляемого способа. An example implementation of the proposed method.

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.Testing of the method was carried out on an enlarged laboratory installation, consisting of a selitic furnace with a crucible for melting and regenerating copper and a quartz vessel gasifier with a crucible equipped with a tube with compressed air driven through it. We analyzed the composition of coal for sulfur content, gasification gases for CO content, as well as the carbon content in the ash residue, depending on temperature. The study was carried out with a single sample of Donbass coal of the composition: 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 and a breakdown of coal of the Moscow Region basin composition: 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. ТТТ1 The experimental data are given in the table. You can see the high sulfur recovery of copper, especially molten and low carbon content in the remaining ash and slag melt. TTT1

Claims (1)

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. The method of gasification of solid fuel, including autonomous heating of the coolant and its supply to the gasifier, characterized in that the heat carrier is used heated powders or granules or melts of copper, its alloys or oxides.

Images