RU2339673C1 - Method for thermal processing of slate coal with production of liquid and gaseous fuel and also cement clinker and facility for its employing - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to thermal processing of slate coal and can be employed in slate coal processing industry, power engineering, for production of chemical raw material, liquid and gaseous power carriers, for production of cement, concrete, and also in agriculture. Method incorporates crumbling, drying of fine-grain slate coal (0-15 mm) with smoke fumes in a dryer of aero-fountain type, mixing of slate coal with a solid heat carrier for heating to temperature of pyrolysis and pyrolysis in a reactor with formation of a steam-gaseous mixture of pyrolysis products, directed to condensation, and mineral residue of pyrolysis. Part of organics of the mineral residue is burned in aero-fountain process fire chamber at temperature of de-carbonization not lower, than 900-1000°C and coefficient of circulation of a solid heat carrier 2-3 followed with formation of aero-suspension of hot smoke fumes and de-carbonized ashes. A required amount of ashes is separated from smoke fumes in a divider, the said ashes as a solid heat carrier are directed to mixing with slate coal. The excess of ashes, separated in the cyclone from hot smoke fumes is supplied together with added de-carbonised lime with additives into a mixer of the clinker charge and further for burning of cement clinker into a cement furnace. Following afterburning in an exhaust-heat boiler hot smoke fumes are directed into dryer of aero-fountain type for drying of slate coal.

EFFECT: production of liquid fractions with low contents of mechanical impurities and production of cement clinker.

5 cl, 1 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области термической переработки горючих сланцев и может быть использовано в сланцеперерабатывающей промышленности, энергетике, для производства химического сырья, энергоносителей жидких и газообразных, стройматериалов: цемента, бетона, а также в сельском хозяйстве для использования минерального остатка пиролиза при мелиорировании кислых почв.The invention relates to the field of thermal processing of oil shale and can be used in the oil shale industry, energy, for the production of chemical raw materials, liquid and gaseous energy carriers, building materials: cement, concrete, as well as in agriculture for the use of the pyrolysis mineral residue in reclamation of acid soils.

Способ включает термодеструкцию исходного карбонатного сланца твердым теплоносителем на установке с твердым теплоносителем (УТТ) или термоконтактного коксования (ТККУ) с образованием парогазовой смеси и декорбонизированной горячей золы пиролиза добавлением в горячую золу необходимых стехиометрических количеств декарбонизированного известняка и глины, обжиг шихты с получением клинкера.The method includes thermal degradation of the initial carbonate shale with a solid heat carrier in a solid heat carrier (UTT) or thermal contact coking unit (TKKU) with the formation of a vapor-gas mixture and decorbonized hot pyrolysis ash by adding the necessary stoichiometric amounts of decarbonized limestone and clay to the hot ash to produce a calcined shear.

Способ включает также очистку парогазовой смеси от механических примесей, конденсацию парогазовой смеси с выделением жидких фракций и высококалорийного полукоксового газа, направляемого в качестве энергоносителя на декарбонизацию шихты, и обжиг клинкера в цементной печи.The method also includes purification of the vapor-gas mixture from mechanical impurities, condensation of the vapor-gas mixture with the release of liquid fractions and high-calorie semi-coke gas, which is sent as an energy carrier for decarbonization of the charge, and clinker burning in a cement kiln.

Технический результат - получение из сланцев жидких фракций с низким содержанием механических примесей, в том числе идущих на приготовление высококачественных моторных и энергетических топлив, а также получение из минеральной части сланца цементного клинкера.EFFECT: obtaining from the shale liquid fractions with a low content of mechanical impurities, including those going to the preparation of high-quality motor and energy fuels, as well as obtaining cement clinker from the mineral part of the shale.

Изобретение относится к области термической переработки (пиролизу) в первую очередь горючих карбонатных сланцев и может быть использовано в сланцеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности, энергетике, при выработке моторных и энергетических топлив, в производстве стройматериалов и сельском хозяйстве для мелиорирования кислых почв минеральным остатком пиролиза сланцев.The invention relates to the field of thermal processing (pyrolysis) of primarily combustible carbonate shales and can be used in the oil shale and petrochemical industries, energy, in the production of motor and energy fuels, in the production of building materials and agriculture for the reclamation of acid soils with the mineral residue of pyrolysis of shales.

Известен способ переработки высокозольных карбонатных горючих сланцев, включающий сушку дробленого сланца дымовыми газами, нагрев высушенного топлива зольным твердым теплоносителем (ТТ) с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка (КЗО), сжигание органической части КЗО в потоке воздушного дутья с повышением температуры ТТ и возвращением его на стадию пиролиза в реактор.A known method of processing high-ash carbonate oil shales, including drying shredded shale with flue gas, heating the dried fuel with an ash solid heat carrier (TT) to form a gas-vapor mixture and a coke-ash residue (KZO), burning the organic part of KZO in an air blast stream with an increase in the temperature of the TT and returning it to the stage of pyrolysis in the reactor.

Охлажденную золу в количестве, адекватном содержанию ее в минеральной части исходного сланца, выводят из процесса, а дымовые газы направляют на сушку сланца с последующим выбросом их в атмосферу. Сжигание КЗО осуществляют в аэрофонтанной топке при недостатке кислорода, а химическую и физические теплоты дымовых газов и золы утилизируют в зольном теплообменнике и котле-утилизаторе. АС СССР №1754760, С10В 53/06.Chilled ash in an amount adequate to its content in the mineral part of the initial shale is removed from the process, and flue gases are sent to dry the shale, followed by their release into the atmosphere. Combustion gas treatment is carried out in an air fountain furnace with a lack of oxygen, and the chemical and physical heats of flue gases and ash are disposed of in an ash heat exchanger and a waste heat boiler. AU USSR No. 1754760, СВВ 53/06.

Известна установка для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, содержащая последовательно расположенные сушилку, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения сланца, сепаратор для отделения твердого теплоносителя, соединенный с реактором, и сепаратор для отделения золы, подключенный к котлу-утилизатору, аэрофонтанную топку, подключенную к сепаратору твердого теплоносителя перед смесителем, зольный теплообменник, подключенный к сепаратору золы.A known installation for the thermal processing of high-ash solid fuels, such as oil shale, containing a sequentially arranged dryer, a separator for separating a drying agent, a reactor for thermal decomposition of shale, a separator for separating a solid heat carrier connected to the reactor, and a separator for separating ash connected to a waste heat boiler , an aero-fired firebox connected to a solid heat separator in front of the mixer, an ash heat exchanger connected to an ash separator.

Известна установка для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, содержащая последовательно расположенные сушилку дробленого топлива, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения твердого топлива, топку, сепаратор для отделения твердого теплоносителя (ТТ), подключенный к верхней части узла смешения, реактор термодеструкции подсушенного сланца, зольный теплообменник, котел-утилизатор (Г.П.Стельмах, Б.И.Тягунов, В.И.Чикул и др. Горючие сланцы 1985, 2/2, стр.181-188).A known installation for the thermal processing of high-ash solid fuels, such as oil shale, containing successively arranged crushed fuel dryer, a separator for separating a drying agent, a reactor for thermal decomposition of solid fuel, a furnace, a separator for separating solid coolant (TT) connected to the upper part of the mixing unit, a reactor for thermal decomposition of dried shale, an ash heat exchanger, a waste heat boiler (G.P. Stelmakh, B.I. Tyagunov, V.I. Chikul, and others. Oil shale 1985, 2/2, pp. 181-188).

Недостатками упомянутых известных способа и установки является то, что они не могут обеспечить получение в непрерывном техническом процессе декарбонизированной шихты для образования клинкера и осуществления в едином комплексе ее обжига с целью получения цемента.The disadvantages of the aforementioned known method and installation is that they cannot provide a decarbonized charge in a continuous technical process for the formation of clinker and its roasting in a single complex in order to obtain cement.

Известен способ безотходной переработки горючих сланцев в мелкозернистом состоянии в псевдоожиженном слое в агрегатах единичной мощностью по перерабатываемому сланцу 1,0 млн т/год (УТТ 3000).There is a method of non-waste processing of oil shale in a fine-grained state in a fluidized bed in aggregates with a unit capacity for shale being processed of 1.0 million tons / year (UTT 3000).

Полученный полукокс (зола) смешивается с известняком. При содержании декарбонизированной золы (68-70%) в смеси с декарбонизированным известняком (30-32%) обеспечивается получение шихты клинкера, соответствующего общепринятым параметрам цементного производства.The resulting semi-coke (ash) is mixed with limestone. When the content of decarbonized ash (68-70%) in a mixture with decarbonized limestone (30-32%) provides a clinker mixture, corresponding to the generally accepted parameters of cement production.

Смесь полукокса с известняком после декорбанизации подвергают обжигу во вращающихся печах с получением цементного клинкера, при помоле которого с активными добавками получают портланд-цемент (Справочник сланцепереработчика под. ред. М.Г.Рудина и Н.Д.Серебрянникова Л., "Химия", ЛО, 1988, стр.189).A mixture of semi-coke with limestone after decorburization is fired in rotary kilns to obtain a cement clinker, during grinding of which portland cement is obtained with active additives (Handbook of a shale processor under the editorship of M.G. Rudin and N.D. Serebryannikov L., “Chemistry” , LO, 1988, p. 189).

Известна установка, перерабатывающая карбонатный горючий сланец, содержащая дробилку, сушилку, сепаратор-циклон для отделения сушильного агента, реактор термического разложения, топку для получения твердого теплоносителя, подключенную к сепаратору твердой фазы, зольный теплообменник для охлаждения минеральной части, котел-утилизатор (Oil shale V12. №4, 1994-1995, pp. 357-361).A known installation processing carbonate oil shale containing a crusher, dryer, cyclone separator for separating a drying agent, a thermal decomposition reactor, a furnace for producing a solid heat carrier connected to a solid phase separator, an ash heat exchanger for cooling the mineral part, a waste heat boiler (Oil shale V12. No. 4, 1994-1995, pp. 357-361).

Основной недостаток упомянутых способов и установки состоит в том, что при обеспечении полноты сгорания горючих компонентов коксозольного остатка следует его охлаждение в зольном теплообменнике. При этом осуществление производства цемента требует в такой замкнутой технологической цепи дополнительной затраты тепла на декарбонизацию шихты и обжиг клинкера при получении цемента.The main disadvantage of the above methods and installation is that while ensuring the completeness of combustion of the combustible components of the coke-ash residue, it should be cooled in an ash heat exchanger. In this case, the implementation of the production of cement requires in such a closed process chain the additional cost of heat for the decarbonization of the mixture and firing of clinker upon receipt of cement.

Наиболее близким - прототипом предлагаемого изобретения является способ и установка по термической переработке мелкозернистого сланца с помощью твердого теплоносителя.The closest - the prototype of the present invention is a method and installation for thermal processing of fine-grained slate using a solid heat carrier.

Для достижения желаемого технического результата топливо сушат уходящими дымовыми газами, нагревают твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка, сжигают последний в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси, выделяют из газовзвеси твердую фазу с возвращением ее на стадию нагрева в качестве твердого теплоносителя, разделяют оставшуюся газовзвесь на твердую фазу с выводом ее в качестве охлажденной золы и дымовые газы с последующим возвратом дымовых газов на стадию сушки.To achieve the desired technical result, the fuel is dried with exhaust flue gases, heated with a solid heat carrier to form a gas-vapor mixture and a coke-ash residue, the latter is burned in an air blast stream to form a gas suspension, the solid phase is separated from the gas suspension and returned to the heating stage as a solid heat carrier, the remaining part is separated gas suspension to the solid phase with its output as chilled ash and flue gases, followed by the return of flue gases to the drying stage.

Установка содержит последовательно расположенные сушилку, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения твердого топлива, технологическую топку, первый сепаратор для отделения твердой фазы - твердого теплоносителя, выход твердой фазы которого подключен к верхней части смесителя, соединенного реактором, второй сепаратор для отделения твердой фазы, вывод газовой фазы которого подключен к сушилке, причем установка дополнительно содержит теплообменник для охлаждения золы (минерального остатка) до 80-100°, вход, которого соединен с выходом твердой фазы любого из имеющегося или дополнительно установленного сепаратора для отделения твердой фазы, а выход подключен к нижней части аэрофонтанной топки (АФТ).The installation comprises a dryer located in series, a separator for separating the drying agent, a thermal decomposition reactor for solid fuel, a technological furnace, a first separator for separating the solid phase — the solid coolant, the output of the solid phase of which is connected to the top of the mixer connected by the reactor, and a second separator for separating the solid the output of the gas phase of which is connected to the dryer, and the installation further comprises a heat exchanger for cooling the ash (mineral residue) to 80-100 °, input, which is connected to the output of the solid phase of any of the existing or additionally installed separator for separating the solid phase, and the output is connected to the bottom of the aero-fountain furnace (AFT).

Сжигание коксозольного остатка в АФТ осуществляют при оптимальном соотношении топливо-воздух (альфа = 0,95-1,05), а температуру в газовзвеси поддерживают в пределах 650-900°С.The combustion of the coke ash residue in AFT is carried out at the optimum fuel-air ratio (alpha = 0.95-1.05), and the temperature in the gas suspension is maintained within 650-900 ° C.

Вследствие поддержания на стадии сжигания (в АФТ) температуры, ниже температуры декарбонизации минеральных составляющих сланцевой золы (ниже 780°С), в золе сланцев кукерсита резко сокращается содержание сульфидной серы с 1,5-1,8 до 0,1-0,3 мас.%. Зола, полученная по предлагаемой технологи, без дополнительной термообработки может быть использована в качестве мелиоранта для нейтрализации кислых почв и в качестве бактерицидного препарата в борьбе с бактериозом сельскохозяйственных растений.Due to the maintenance at the burning stage (in AFT) of a temperature lower than the decarbonization temperature of the mineral components of shale ash (below 780 ° C), the sulfide sulfur content in kukersite ash decreases sharply from 1.5-1.8 to 0.1-0.3 wt.%. The ash obtained by the proposed technology, without additional heat treatment, can be used as an ameliorant to neutralize acidic soils and as a bactericidal drug in the fight against bacteriosis of agricultural plants.

Недостатком этого способа и установки является также необходимость нагревать из холодного состояния с целью карбонизации шихту для получения клинкера, дополнительно расходуя тепло и энергию.The disadvantage of this method and installation is the need to heat from a cold state in order to carbonize the mixture to obtain clinker, additionally consuming heat and energy.

Решение поставленной технологической задачи предлагает следующее: для достижения полной декарбонизации минерального остатка с целью получения шихты клинкера в единой технологической цепи необходимо повысить температуру сжигания коксозольного остатка после пиролиза в фонтанирующем слое до 900-1000°С, но ниже плавления золы, что обеспечивает декарбонизацию сланцевой золы. Плавление золы карбонатных сланцев происходит при 1300-1400°С. Увеличение температуры при формировании твердого теплоносителя при дожиге органики в коксозольном остатке (КЗО) приводит к уменьшению кратности циркуляции твердого теплоносителя до 2,5-3,0, что допустимо для реактора пиролиза и технологической топки. Нагретая декарбонизированная зола (76,08%) поступает на смешение с дополнительным количеством декарбонизированного добавленного известняка (22,84%) и глины (1,08%), перемешивается и в виде шихты направляется на обжиг в цементную печь.The solution of the set technological task offers the following: to achieve complete decarbonization of the mineral residue in order to obtain a clinker mixture in a single technological chain, it is necessary to increase the temperature of the combustion of coke ash residue after pyrolysis in a flowing layer to 900-1000 ° C, but below the melting of ash, which ensures decarbonization of shale ash . Melting ash of carbonate shales occurs at 1300-1400 ° C. An increase in temperature during the formation of a solid coolant during the afterburning of organics in a coke ash residue (KZO) leads to a decrease in the multiplicity of circulation of a solid coolant to 2.5-3.0, which is permissible for a pyrolysis reactor and a technological furnace. Heated decarbonized ash (76.08%) is mixed with an additional amount of decarbonized added limestone (22.84%) and clay (1.08%), mixed and sent as a charge to calcination in a cement kiln.

Утилизацию тепла дымовых газов после технологической топки, декарбонизации, обжига в цементной печи осуществляют в котле-утилизаторе. Он установлен на потоке дымовых газов перед стадией сушки. В нем в потоке воздушного дутья сжигают содержащиеся в дымовых газах горючие компоненты при коэффициенте избытка воздуха альфа = 0,95-1,05. Потенциальное тепло, содержащееся в этих компонентах, составляет 5-8% от потенциального тепла перерабатываемого сланца.Utilization of flue gas heat after a technological furnace, decarbonization, firing in a cement kiln is carried out in a waste heat boiler. It is installed on the flue gas stream before the drying step. In it, combustible components contained in flue gases are burned in an air blast stream with an air excess coefficient of alpha = 0.95-1.05. The potential heat contained in these components is 5-8% of the potential heat of the processed oil shale.

Техническим решением поставленной задачи является способ термической переработки высокозольных горючих сланцев, включающий сушку дробленого топлива уходящими дымовыми газами, нагрев высушенного топлива твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси, сжигание коксозольного остатка при 900-1000°С в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси горючего декарбонизированного твердого теплоносителя, разделение оставшейся газовзвеси на декарбонизированную золу и дымовые газы с последующим возвратом дымовых газов на сушку и в котел-утилизатор, а декарбонизированную золу (76,08%) отправляют на смешение с дополнительно декарбонизированным известняком (22,8%) и глиной (1,08%).The technical solution of this problem is a method for the thermal processing of high-ash combustible shales, including drying the crushed fuel with flue gases, heating the dried fuel with a solid heat carrier to form a gas-vapor mixture, burning a coke ash residue at 900-1000 ° C in an air blast stream to form a gas suspension of a combustible decarbonized solid heat carrier separation of the remaining gas suspension into decarbonized ash and flue gases, followed by return of the flue gases to drying and to the waste heat boiler, and decarbonized ash (76.08%) is sent for mixing with additional decarbonized limestone (22.8%) and clay (1.08%).

Блок схема предлагаемого способа термической переработки горючих сланцев с выработкой цементного клинкера изображение на фиг.1.The block diagram of the proposed method for the thermal processing of oil shale with the development of cement clinker image in figure 1.

Способ представляет единую технологическую систему параллельно последовательных стадий малоотходного комплексного технологического процесса переработки сланцев с получением цементного клинкера.The method represents a single technological system of parallel successive stages of a low-waste complex technological process for processing shale to produce cement clinker.

Стадии 1, 2, 3, 4 - пиролизное отделение установки с твердым теплоносителем, 5 - конденсационное отделение.Stage 1, 2, 3, 4 - pyrolysis compartment of the installation with a solid coolant, 5 - condensation compartment.

Стадии 6, 7, 8, 9, - отделение получения цементного клинкера, имеющее функциональные технологические связи (потоки) с пиролизным и конденсационным отделениями.Stages 6, 7, 8, 9, - a cement clinker production unit having functional technological connections (flows) with pyrolysis and condensation units.

Карбонатный сланец I (88-85 мас.%) поступает на стадию подготовки 1 (дробление грохочением до 0-10~15 мм), далее его направляют на сушку дымовыми горячими газами XI на стадию 2. После сушки сланец с температурой ~120°С направляют на смешивание с твердым теплоносителем (900-1000°С) и на пиролиз в реактор, стадия 3, с температурой 450-500°С, количество твердого теплоносителя (ТТ), стадия 4, определяется температурой дожигания оставшейся органики и массовым потоком и составляет 200-300 мас.%, т.е. кратность циркуляции 2~3 при температуре на стадии дожига коксозольного остатка пиролиза 900-1000°С. При недостатке тепла для некоторых сланцев можно подавать добавочное топливо с целью осуществления декарбонизации КЗО в технологическую топку для поддержания температуры декарбонизации.Carbonate shale I (88-85 wt.%) Enters the preparation stage 1 (crushing by screening to 0-10 ~ 15 mm), then it is sent for drying with flue hot gases XI to stage 2. After drying, the shale with a temperature of ~ 120 ° C sent for mixing with a solid coolant (900-1000 ° C) and pyrolysis in a reactor, stage 3, with a temperature of 450-500 ° C, the amount of solid coolant (TT), stage 4, is determined by the afterburning temperature of the remaining organics and mass flow and is 200-300 wt.%, I.e. the multiplicity of circulation 2 ~ 3 at a temperature at the stage of afterburning of the coke ash residue of pyrolysis of 900-1000 ° C. If there is a lack of heat for some shales, additional fuel can be supplied with the aim of decarbonization of the short-circuit furnace in the technological furnace to maintain the temperature of decarbonization.

Декарбонизированный минеральный остаток пиролиза - КЗО, IX и известняк, подготовленный в дробилке 9 (стадия 1) и декарбонизаторе (стадия 6), направляют на смешение (стадия 7), после этого шихту направляют в обжиговую печь (стадия 8, 1300°С).The decarbonated mineral pyrolysis residue — KZO, IX, and limestone prepared in a grinder 9 (stage 1) and a decarbonizer (stage 6) are sent for mixing (stage 7), after which the charge is sent to the kiln (stage 8, 1300 ° С).

Предлагаемый проверенный состав шихты для клинкера состоит, мас.%: 76,08 декарбонизированного КЗО, 22,84 - декарбонизированного известняка и глины - 1,08.The proposed proven composition of the mixture for clinker consists, wt.%: 76.08 decarbonized KZO, 22.84 decarbonized limestone and clay - 1.08.

На фиг.1 указаны основные входные и выходные материальные потоки, в том числе промежуточные на стадиях пиролиза, декарбонизации, обжига и др., которые обозначены, как и на фиг.2, римскими цифрами: I - сланец, IX - декарбонизированная зола КЗО, XI - горячие дымовые газы, XIII - холодные дымовые газы, XIV - полукоксовой газ, XV - добавочный известняк, XVI - глина, XVII - клинкер, XVIII - смолы, XIX - фенольная вода.Figure 1 shows the main input and output material flows, including intermediate at the stages of pyrolysis, decarbonization, firing, etc., which are indicated, as in figure 2, in Roman numerals: I - slate, IX - decarbonized ash KZO, XI - hot flue gases, XIII - cold flue gases, XIV - semi-coke gas, XV - additional limestone, XVI - clay, XVII - clinker, XVIII - resins, XIX - phenolic water.

На фиг.2 представлены принципиальная технологическая схема предлагаемых установки и способа, включающая отделение пиролиза сланца с выработкой жидких фракций смолы и полукоксового газа, а также отделение получения цементного клинкера из минерального остатка пиролиза сланца в соответствии с приведенными на фиг.1 стадиями комплексного технологического процесса и основными материальными потоками (I-XVII).In Fig.2 presents a schematic flow chart of the proposed installation and method, including the separation of the pyrolysis of oil shale with the production of liquid fractions of resin and semi-coke oven gas, as well as the separation of the production of cement clinker from the mineral residue of pyrolysis of oil shale in accordance with the stages of a complex technological process shown in Fig.1 and main material flows (I-XVII).

Установка работает следующим образом: Технологическая схема (с агрегатом УТТ-3000).The installation works as follows: Technological scheme (with the UTT-3000 unit).

Горючий сланец (I) после дробилки 9 (фракция 0-10~15 мм) шнековым питателем 1 подается в аэрофонтанную сушилку 2, где высушивается теплом технологического топочного газа. Аэровзвесь сухого сланца и газа - теплоносителя разделяется в циклоне 3. Сухой сланец (II) шнековым питателем 4 через смеситель 5 подается во вращающийся барабанный реактор 6 (диаметр реактора 5 м, длина 15 м, скорость 1 об./мин). В смесителе и реакторе за счет тепла потока (III), поступившего из циклона 13 зольного теплоносителя (900-1000°С), происходит термическое разложение сланца при температуре 480-500°С. Дымовые газы VII после сушки выходят из циклона 3, проходят очистку от пыли в дополнительных циклонах и электрофильтре 17 и далее, при температуре около 150°С, выбрасываются в атмосферу (XIII). После шнека 18 золу (мелиорант) XX направляют потребителю. Парогазовая смесь (ПГС) (V), выходящая из реактора 6, поступает в пылевую камеру 7, где очищается от пыли во встроенных циклонах 10, а затем - в систему конденсации 21-28. В колонне 21, газосборнике 22 и воздушном конденсаторе 23 конденсируется тяжелое масло, поступающее в емкость 24. В колонне 25 конденсируются за счет орошения охлажденной газотурбинной фракцией тяжелая фракция среднего масла и фракция газотурбинного топлива. Затем в воздушном конденсаторе 26 конденсируются пары пирогенетической подсмольной смолы и бензиновой фракции, которые разделяются в сепараторе 27. Газ полукоксования (XIV), содержащий газовый бензин, направляют в декарбонизатор 15 и обжиговую клинкерную печь 30.The oil shale (I) after the crusher 9 (fraction 0-10 ~ 15 mm) is fed by a screw feeder 1 into the airborne dryer 2, where it is dried by the heat of the process flue gas. The air suspension of dry shale and heat carrier gas is separated in cyclone 3. Dry shale (II) is fed by a screw feeder 4 through a mixer 5 into a rotating drum reactor 6 (reactor diameter 5 m, length 15 m, speed 1 rpm). In the mixer and reactor, due to the heat of the stream (III) received from cyclone 13 of the ash coolant (900-1000 ° C), thermal decomposition of shale occurs at a temperature of 480-500 ° C. Flue gases VII after drying out of cyclone 3, are cleaned from dust in additional cyclones and an electrostatic precipitator 17 and then, at a temperature of about 150 ° C, are released into the atmosphere (XIII). After the screw 18, the ash (ameliorant) XX is sent to the consumer. The gas-vapor mixture (ASG) (V) leaving the reactor 6 enters the dust chamber 7, where it is cleaned of dust in the built-in cyclones 10, and then into the condensation system 21-28. In the column 21, the gas collector 22 and the air condenser 23, the heavy oil entering the vessel 24 is condensed. In the column 25, the heavy fraction of the middle oil and the gas turbine fuel fraction are condensed by irrigation with a cooled gas turbine fraction. Then in the air condenser 26 the vapors of the pyrogenetic resinous resin and gasoline fraction are condensed, which are separated in the separator 27. The semi-coking gas (XIV) containing gas gasoline is sent to the decarbonizer 15 and the kiln clinker 30.

Смесь полукокса и золы теплоносителя (IV) из реактора 6 поступает в нижнюю часть пылевой камеры 7, из которой она шнековым питателем 8 подается в аэрофонтанную технологическую топку 11, куда нагнетателем 19 подается воздух (VIII). В топке 11 происходит сжигание горючего остатка полукоксования, за счет чего вся масса золы теплоносителя нагревается до требуемой температуры. Аэровзвесь топочных газов и горячей золы (VI) через байпас 12 направляется в циклон-теплоноситель 13, в котором выделяется необходимое количество теплоносителя, поступающего в смеситель 5. Избыточная зола выделяется в циклонах 14, из которых горячие газы направляются в котел-утилизатор 16 (VII), а зола (III) поступает в смеситель шихты 29, куда из 15 поступает декарбонизированный известняк (IX). В результате дожигания в котле-утилизаторе остаточных горючих компонентов газа (VII и XI) получается пар (40 атм, 440°С) (XII). Охлажденный до 500-600°С газ из котла-утилизатора подается в сушилку 2. Сланцезольная пыль, уловленная электрофильтром 17, может быть направлена по пневмосистеме в реактор.The mixture of semicoke and coolant ash (IV) from the reactor 6 enters the lower part of the dust chamber 7, from which it is fed by a screw feeder 8 into the airborne process furnace 11, where air (VIII) is supplied by the supercharger 19. In the furnace 11, the combustible residue of semi-coking is burned, due to which the entire mass of coolant ash is heated to the required temperature. The air suspension of the flue gases and hot ash (VI) through the bypass 12 is sent to the heat-transfer cyclone 13, in which the necessary amount of heat transfer to the mixer 5 is released. Excess ash is released in the cyclones 14, from which the hot gases are sent to the recovery boiler 16 (VII ), and ash (III) enters the batch mixer 29, where decarbonized limestone (IX) enters from 15. As a result of the afterburning in the waste heat boiler of residual combustible gas components (VII and XI), steam (40 atm, 440 ° C) is obtained (XII). Cooled to 500-600 ° C, the gas from the recovery boiler is fed to dryer 2. Slate ash collected by the electrostatic precipitator 17 can be sent through the pneumatic system to the reactor.

Из обжиговой печи 30 после циклона 31 дымовые газы (XI) направляют в котел-утилизатор 16, цементный клинкер (XVII) выводится из установки для дальнейшей переработки. Необходимое количество известняка (XV) и глины (XVI) подают через дробилку 9, декарбонизатор 15 и направляют на получение цементного клинкера в смеситель шихты 29. Смесь (X) поступает на обжиг в печь 30, откуда клинкер (XVII) отправляют на получение цемента.From the kiln 30 after cyclone 31, flue gases (XI) are sent to a waste heat boiler 16, the cement clinker (XVII) is removed from the installation for further processing. The required amount of limestone (XV) and clay (XVI) is fed through a crusher 9, a decarbonizer 15 and sent to a cement clinker in a batch mixer 29. The mixture (X) is fired in a furnace 30, from where the clinker (XVII) is sent to produce cement.

Пример осуществления процесса пиролиза карбонатных сланцев с получением цементного клинкера, а также жидких и газообразных продуктов пиролиза в установке пропускной способностью (УТТ-3000) 3000 т/сутки сланца или 139 т/час.An example of the implementation of the process of pyrolysis of carbonate shales with the production of cement clinker, as well as liquid and gaseous pyrolysis products in a plant with a throughput capacity of (UTT-3000) of 3000 tons / day of oil shale or 139 tons / hour.

В установку поступает 139 т/час сланца и 21,23 т/час известняка, а также присадки (глина, окатыши и т.п. 1-2 т/час). После сушки сланца до 120°С и подачи его в смеситель, куда поступает твердый теплоноситель с температурой 900-1000°С (при К=2-2,5), смесь направляют в реактор с температурой пиролиза 450-500°С. Из реактора выходит парогазовая смесь, которая конденсируется, в результате чего образуется 18 т/ч смол, 3,2 т/г фенольной воды и 5500 км³/ч высококалорийного (Q=9÷10 тыс. ккал/нм³) газа полукоксования, используемого для декарбонизации добавочного известняка и обжига клинкера. Выходящий из отделения пиролиза декарбонизированный минеральный остаток (зола) в количестве 60,9 т/час после технологической топки и циклона горячей золы смешивают с декарбонизированным известняком с присадкой (13,8 т/час) и получаемую клинкерную шихту (74,7 т/ч) направляют в цементную печь на обжиг, где поддерживают температуру 1300±50°С. При этом образуется 72,5 т/час клинкера для приготовления портландцемента-400.The plant receives 139 t / h of oil shale and 21.23 t / h of limestone, as well as additives (clay, pellets, etc., 1-2 t / h). After drying the shale to 120 ° C and feeding it to the mixer, where a solid coolant with a temperature of 900-1000 ° C (at K = 2-2.5) enters, the mixture is sent to a reactor with a pyrolysis temperature of 450-500 ° C. A steam-gas mixture leaves the reactor, which condenses, resulting in the formation of 18 t / h of tar, 3.2 t / g of phenolic water and 5500 km ³ / h of high-calorie (Q = 9 ÷ 10 thousand kcal / nm ³ ) coking gas, used for decarbonization of additional limestone and clinker firing. The decarbonized mineral residue (ash) leaving the pyrolysis compartment is 60.9 t / hr after the technological furnace and the hot ash cyclone mixed with decarbonized limestone with an additive (13.8 t / h) and the resulting clinker charge (74.7 t / h) ) sent to the cement kiln for firing, where the temperature is maintained at 1300 ± 50 ° С. This produces 72.5 t / h of clinker for the preparation of Portland cement-400.

Использование горячего минерального остатка пиролиза, декарбонизированного на стадии образования ТТ, а также собственного высококалорийного полукоксового газа пиролиза для декарбонизации известняка и обжига клинкерной шихты, приводит к экономии тепла и энергии на 30% по сравнению с раздельными стадиями получения цемента традиционными технологиями.Using the hot mineral pyrolysis residue decarbonized at the stage of TT formation, as well as our own high-calorie semi-coke pyrolysis gas for decarbonizing limestone and burning the clinker charge, leads to 30% heat and energy savings compared to separate stages of cement production by traditional technologies.

Фиг.1. Блок-схема способа пиролиза сланцев с одновременным получением цементного клинкера.Figure 1. A flowchart of a method for the pyrolysis of shales with the simultaneous production of cement clinker.

1-5 стадии пиролизного отделения, 6-9 стадия приготовления цементного клинкера.1-5 stages of the pyrolysis compartment, 6-9 stage of preparation of cement clinker.

Стадии: 1 - подготовка сланца (дробление до 10-15 мм), 2 - сушка до 120°С, 3 - пиролиз 450-500°С, 4 - дожиг коксозольного остатка (КЗО) пиролиза при 900-1000°С при К=2-3, 6 - декарбонизация известняка при 1000°С, 7 - приготовление шихты, 8 - обжиг клинкера, 9 - подготовка дополнительного известняка (дробление до 0-5 мм). Потоки: I - сланец, XV - известняк, XIV - глина, IX - декарбонизированный КЗО, XVI - полукоксовый газ, XVIII - смола, XIX - фенольная вода, XI - горячие дымовые газы, XIII - холодные дымовые газы, XVII - клинкер.Stages: 1 - preparation of oil shale (crushing up to 10-15 mm), 2 - drying to 120 ° С, 3 - pyrolysis of 450-500 ° С, 4 - afterburning of coke ash residue (KZO) of pyrolysis at 900-1000 ° С at К = 2-3, 6 - decarbonization of limestone at 1000 ° C, 7 - preparation of the mixture, 8 - firing of clinker, 9 - preparation of additional limestone (crushing up to 0-5 mm). Streams: I - shale, XV - limestone, XIV - clay, IX - decarbonized KZO, XVI - semi-coke gas, XVIII - resin, XIX - phenolic water, XI - hot flue gases, XIII - cold flue gases, XVII - clinker.

Фиг.2. Принципиальная схема агрегата УТТ-3000 с одновременным получением цементного клинкераFigure 2. Schematic diagram of the UTT-3000 unit with the simultaneous production of cement clinker

Оборудование: 1 - шнек сырого сланца, 2 - аэрофонтанная сушилка, 3 - циклон сухого сланца, 4 - шнек сухого сланца, 5 - смеситель, 6 - барабанный реактор, 7 - пылевая камера с циклонами очистки парогазовой смеси (ПГС), 8 - шнек полукокса, 9 - дробилки сл. изв., 10 - система удаления пыли, уловленной циклонами ПГС, 11 - аэрофонтанная технологическая топка (АФТ), 12 - байпас теплоносителя, 13 - циклон теплоносителя, 14 - зольный циклон, 15 - декарбонизатор извест., 16 - котел-утилизатор, 17 - электрофильтр, 18 - шнеки пыли, уловленной электрофильтром, 19 - нагнетатели воздуха в декарбонизатор и АФТ, 20 - нагнетатель котла утилизатора, 21 - скруббер тяжелого масла (ТМ), 22 - барельет (газоразделит.), 23 - холодильник-конденсатор ТМ, 24 - емкость ТМ, 25 - ректификационная колонна, 26 - холодильник-конденсатор бензина и подсмольной воды, 27 - сепаратор, 28 - газодувка, 29 - смеситель шихты, 30 - обжиговая печь клинкера, 31 - циклон обжиговой печи, 32 - бункер известняка и добавок, 33 - транспортирующий шнек.Equipment: 1 - a crude shale screw, 2 - an aerial dryer, 3 - a dry shale cyclone, 4 - a dry shale screw, 5 - a mixer, 6 - a drum reactor, 7 - a dust chamber with cyclones for cleaning a gas-vapor mixture (ASG), 8 - a screw semicoke, 9 - crushers sl. Izv., 10 - dust removal system captured by ASG cyclones, 11 - aero-fountain technological furnace (AFT), 12 - heat carrier bypass, 13 - heat carrier cyclone, 14 - ash cyclone, 15 - decarbonizer known. 16 - waste heat boiler, 17 - an electrostatic precipitator, 18 - augers of dust trapped by an electrostatic precipitator, 19 - air blowers into a decarbonizer and AFT, 20 - a waste heat boiler blower, 21 - a heavy oil scrubber (ТМ), 22 - a barrel (gas separator), 23 - ТМ condenser-refrigerator, 24 - TM capacity, 25 - distillation column, 26 - refrigerator-condenser of gasoline and tar water, 27 - separator, 28 - gas blower, 29 - charge mixer, 30 - clinker kiln, 31 - kiln cyclone, 32 - limestone and additives hopper, 33 - conveying screw.

Потоки: I - сланец в потоке сушильного агента, II - сухой сланец, III - теплоноситель (зола), IV - полукокс с теплоносителем, V - парогазовая смесь, VI - зола в потоке дымового газа, VII - дымовой газ, VIII - воздух, IX - известняк декаб., Х - шихта клинкерная, XI - горячие дымовые газы, XII - пар, XIII - холодные дымовые газы, XV - известняк, XIV - глина, XVII - клинкер цементный, XVIII - смолы, XIX - подсмольная вода, XX - зола (мелиорант).Streams: I - shale in the flow of the drying agent, II - dry shale, III - coolant (ash), IV - semi-coke with coolant, V - vapor-gas mixture, VI - ash in the flue gas stream, VII - flue gas, VIII - air, IX - limestone dec., X - clinker charge, XI - hot flue gases, XII - steam, XIII - cold flue gases, XV - limestone, XIV - clay, XVII - cement clinker, XVIII - resins, XIXIII - tar resin, XX - - ash (ameliorant).

Claims (5)

1. Способ термической переработки (пиролиза) мелкозернистых карбонатосодержащих высокозольных горючих сланцев, включающий стадии подготовки, дробления, сушки дымовыми газами мелкозернистого сланца (0~15 мм), смешивания с твердым теплоносителем для нагрева до температуры пиролиза, стадию пиролиза в реакторе, с образованием парогазовой смеси продуктов пиролиза, направляемой на конденсацию и минерального остатка пиролиза, отличающийся тем, что стадию сжигания части органики минерального остатка пиролиза осуществляют при температуре декарбонизации не ниже 900-1000°С и коэффициенте циркуляции твердого теплоносителя 2-3 с образованием аэровзвеси горячих дымовых газов и декарбонизованной золы, отделяют необходимое количество золы, которое в качестве твердого теплоносителя направляют на смешение со сланцем, отделяют от горячих дымовых газов избыток золы, который поступает на смешение с добавленным декарбонизированным известняком с присадками в смеситель клинкерной шихты и далее направляется на стадию обжига цементного клинкера, а горячие дымовые газы после дожигания в котле-утилизаторе направляются на сушку.1. The method of thermal processing (pyrolysis) of fine-grained carbonate-containing high-ash oil shales, including the stages of preparation, crushing, drying with flue gases of fine-grained shale (0 ~ 15 mm), mixing with a solid heat carrier to heat to the pyrolysis temperature, the pyrolysis stage in the reactor, with the formation of gas-vapor a mixture of pyrolysis products directed to condensation and the pyrolysis mineral residue, characterized in that the stage of burning part of the organics of the pyrolysis mineral residue is carried out at a deck temperature bonization not lower than 900-1000 ° C and a circulation coefficient of solid coolant 2-3 with the formation of an aerosuspension of hot flue gases and decarbonized ash, the required amount of ash is separated, which is sent as a solid coolant for mixing with shale, excess ash is separated from hot flue gases, which is mixed with added decarbonized limestone with additives in the clinker batch mixer and then goes to the stage of cement clinker firing, and hot flue gases after burning in the boiler - the utilizer goes to drying. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемую горячую шихту после декарбонизатора и смесителя направляют на обжиг в цементную печь.2. The method according to claim 1, characterized in that the supplied hot charge after the decarbonizer and mixer is sent for firing in a cement kiln. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что шихта карбонатных сланцев состоит из 76,08 мас.% пиролизной золы, 22,84 мас.% декарбонизированного известняка и 1,08% глины.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture of carbonate shales consists of 76.08 wt.% Pyrolysis ash, 22.84 wt.% Decarbonized limestone and 1.08% clay. 4. Установка для термической переработки горючих сланцев с получением жидких и газообразных продуктов пиролиза и цементного клинкера, включающая дробилку, сушилку аэрофонтанного типа, смеситель подсушенного топлива, соединенный с реактором пиролиза, подключенным к технологической топке, систему конденсации парогазовых продуктов пиролиза, аэрофонтанную технологическую топку, делитель потока твердого теплоносителя и горячих дымовых газов, подключенный к смесителю, отличающаяся тем, что выход уловленной горячей декарбонизированной золы из циклона горячих дымовых газов, подаваемых через котел-утилизатор в сушилку, подключен к смесителю клинкерной шихты, содержащему вход декарбонизованного известняка с присадками, выход смесителя подключен к обжиговой цементной печи.4. Installation for the thermal processing of oil shale to produce liquid and gaseous pyrolysis products and cement clinker, including a crusher, aero-fountain type dryer, a dried fuel mixer connected to a pyrolysis reactor connected to the process furnace, a condensation system for combined-gas pyrolysis products, an aerial process furnace, a solid heat carrier and hot flue gas flow divider connected to a mixer, characterized in that the output of the captured hot decarbonized gas The flue gas from the cyclone of hot flue gases supplied through the waste heat boiler to the dryer is connected to a clinker charge mixer containing an input of decarbonized limestone with additives; the mixer outlet is connected to a cement kiln. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что содержит смеситель горячего декарбонизированного минерального остатка пиролиза с декарбонизированным известняком с присадками для образования клинкерной шихты, соединенный с обжиговой печью для получения клинкера.5. Installation according to claim 4, characterized in that it contains a mixer for hot decarbonized mineral pyrolysis residue with decarbonized limestone with additives for the formation of a clinker charge, connected to a kiln to produce clinker.

Images