SU1169979A1 - Method of producing fuel gas from solid carbon-containing substance - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА, преимущественно из пылевидного , включающий подачу в первую зону реактора первого потока исход- ного вещества и газифицирукщего агента , газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второго потока исходного вещества, газифицирукндего агента и продуктов газификации первого потока и газификацию второго потока во второй зоне реактора, отличающийс   тем, что, с целью повышени  выхода горючих газов и КПД процесса , второй поток исходного вещества ввод т в первую зону реактора, в качестве газифицирующих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне - вод ной пар, а кислород в первую зону ввод т в стехиометрическом количестве по in отношению к .первому потоку исходно .го вещества. о со со со1. A METHOD FOR OBTAINING FLAMMABLE GASES FROM SOLID CARBON-CONTAINING SUBSTANCE, predominantly from pulverized matter, including supplying the first stream of the initial substance and the gasifying agent to the first zone of the reactor, gasifying the first stream, feeding the second stream of the source agent, the gasification agent, and the doping agent gas to the first zone of the reactor, gasification agent, augers. the first stream and the gasification of the second stream in the second zone of the reactor, characterized in that, in order to increase the yield of combustible gases and the efficiency of the process, the second stream of the original substance oxygen is introduced into the first zone of the reactor, oxygen is used as gasifying agents in the first zone and water vapor in the second zone, and oxygen is introduced in the first zone in stoichiometric amount in relation to the first stream of the original substance. about with so with so

Description

2. Способ -по п. i , о т л ичающийс  тем , что пото ки углеродсодержащих веществ ввод т при массовом соотношении первого и второго потоков (2,4-10):.2. The method is according to item i, which is based on the fact that streams of carbon-containing substances are introduced at the mass ratio of the first and second streams (2.4-10) :.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что газификацию первого потока в первой зоне ведут при температуре 1500-2500 С, а газификацию второго потока во второй зоне ведут при температуре 1300-1500°С и давлении 100-5000 кПа.3. The method according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the gasification of the first stream in the first zone is carried out at a temperature of 1500-2500 ° C, and the gasification of the second stream in the second zone is carried out at a temperature of 1300-1500 ° C and a pressure of 100-5000 kPa.

Изобретение относитс  к способам газификации и может быть использовано дл  получени  энергетических и технологических газов в химической и нефтехимической промьшленности. Целью изобретени   вл етс  увеличение выхода горючих газов и повышение КПД процесса газификации. На чертеже представлена схема реактора дл  получени  горючих газов из твердого углеродсодержацего вещества, разделенного на три зоны. В зону 1 реактора подают углерод содержа1цее вещество, предварительно разделенное па первьй и второй потоки одинакового фракционного состава (0,1-1,0 мм) в массовом соотношении (2,4-10):1 и кислород. В зоне 1 реактора в присутствии второго потока протекает экзотермическа  окислительна  реакци  между углеродной массой первого потока и кислородом 2С + 0 2СО + Q(1) Расход кислорода, подаваемого в первую зону, определ етс  стехиомет рическим соотношением реагентов и рассчитываетс  по уравнению (1). Температура в первой зоне 1500 2500°С , давление 100-5000 кПа. За счет теплоты, выдел ющейс  пр протекании реакции (1), в первой зоне происходит радиационный нагрев второго потока углеродсодержащего вещества. Высокотемпературный поток СО с температурой 1500-2500 С и подогретый второй поток углеродсодержащего вещества поступают в зону 2 реактор куда подают под ной пар. В зоне 2 п 1300-1500 0 протекает эндотермическа  реакци : С + СО Hj - Q (2) Компенсаци  эндотермического эффекта реакции (2) осуществл етс  теплотой высокотемпературного потока СО и подогретого второго потока углеродсодержащего вещества, поступающих из зоны 1. Из зоны 2 отвод т газовый поток, содержащий СО и Н и мелкодисперсные частицы золы. Газификаци  первого потока угле- родсодержащего вещества в первой зоне стехиометрическим количеством кислорода при массовом соотнощении первого потока ко второму (2,4-10):1 позвол ет организовать в первой зоне оптимальный режим температур 1500-2500 С, при котором протекает экзотермическа  окислительна  реакци  (1) с образованием окиси углерода , что исключает потери кислорода с балластным компонентом С02 и увеличивает выход горючего газа. При введении второго потока исходного углеродсодержащего вещества в зону 1 реактора обеспечиваетс  за счет, теплоты, выдел ющейс  при протекании реакции (1), радиационный нагрев второго потока до температур, оптимальных дл  протекани  реакции (2), компенса1Ц1  эндотермического эффекта реакции (2) и газификаци  подогретого второго потока во второй зоне реактора вод ным паром при 1300-1500°С, что позвол ет исключить образование балластных компонентов (COj , Н,,0, СНц) по следующим реакци м и увеличить выход горючих газов до 2,2 м/кг исходного углеродсодержащего вещест- ва и КПД процесса до 92%, С + 2Н2 СН4 + Q + Н, + QThe invention relates to gasification methods and can be used to produce energy and process gases in the chemical and petrochemical industry. The aim of the invention is to increase the yield of combustible gases and increase the efficiency of the gasification process. The drawing shows a diagram of a reactor for producing combustible gases from a solid carbon-containing substance divided into three zones. In zone 1 of the reactor, carbon is fed containing a substance that has been previously divided into first and second streams of the same fractional composition (0.1-1.0 mm) in a mass ratio (2.4-10): 1 and oxygen. In zone 1 of the reactor in the presence of a second stream, an exothermic oxidative reaction takes place between the carbon mass of the first stream and oxygen 2C + 0 2CO + Q (1) The flow rate of oxygen supplied to the first zone is determined by the stoichiometric ratio of the reactants and is calculated by equation (1). The temperature in the first zone is 1500 2500 ° C, the pressure is 100-5000 kPa. Due to the heat released during the course of the reaction (1), in the first zone radiation heating of the second stream of carbon-containing substance occurs. A high-temperature flow of CO with a temperature of 1500–2500 ° C and a heated second stream of carbon-containing substance enter zone 2 of the reactor to be fed under steam. In zone 2 of p 1300-1500 0, an endothermic reaction proceeds: C + CO Hj - Q (2) The endothermic effect of reaction (2) is compensated by the heat of a high-temperature stream of CO and the preheated second stream of carbon-containing substance coming from zone 1. t gas stream containing CO and H and fine ash particles. The gasification of the first stream of carbon-containing substance in the first zone with a stoichiometric amount of oxygen at the mass ratio of the first stream to the second (2.4-10): 1 allows you to organize in the first zone the optimum temperature regime of 1500-2500 C at which the exothermic oxidative reaction takes place 1) with the formation of carbon monoxide, which eliminates the loss of oxygen with the CO2 ballast component and increases the yield of combustible gas. With the introduction of the second carbon source feed stream into the reactor zone 1, the heat generated by the reaction (1) is radiated, the second stream is radiated to the optimum temperature for the reaction (2), the compensation of the endothermic effect of the reaction (2) and the gasification heated second stream in the second zone of the reactor with steam at 1300-1500 ° C, which eliminates the formation of ballast components (COj, H ,, 0, СНц) by the following reactions and increases the yield of combustible gases to 2.2 m / kg source carbon veschest- containing va and process efficiency up to 92%, C + 2H2 CH4 + Q + N, + Q

33

в нижней части реактора расположена зона кристаллизации шлака 3. Из зоны 3 вывод т горючий газ на очистки от золы.A slag crystallization zone is located in the lower part of the reactor. From zone 3, a combustible gas is removed to remove ash from it.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношени х первого потока углеродсодержащего вещества ко второму потоку менее 2,4 нецелесообразно , так как при этих соотношени х количество тепла, выдел емого в первой зоне реактора по реакции (1), недостаточно дл  подогрева второго потока до температуры , оптимальной дл  протекани  процесса газификации во второй зоне и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах ниже оптимальных (ниже 1500 и соответственно), образованию балластных компонентов (COj, HjjO, СН), уменьшению выхода горючих газов до 1,6 и снижению КПД процесса газификации до 71%.Carrying out the gasification process with mass ratios of the first carbon-containing substance to the second stream less than 2.4 is impractical, since at these ratios the amount of heat generated in the first zone of the reactor according to reaction (1) is not enough to warm the second stream to the optimum temperature. to proceed with the gasification process in the second zone and compensate for the endothermic effect of the reaction (2), which leads to the gasification process of the first stream in the first zone and the second stream in the second zone at that eraturah suboptimal (less than 1500 and, respectively), the formation of ballast components (COj, HjjO, CH), combustible gas output decrease to 1.6 and reducing the efficiency of the gasification process to 71%.

Осуществление процесса газификации при массовых соотношени х первого потока ко второму более 10 неэкономично , так как при этих соотношени х количество тепла, выдел емо го Б первой зоне по реакции (1),  вл етс  избыточньЕм дл  подогрева второго потока до оптимальной температуры и компенсации эндотермического эффекта реакции (2), что приводит к протеканию процесса газификации первого потока в первой зоне и второго потока во второй зоне при температурах выше оптимальных (выше 2500 и 1500 С соответственно) и снижению вы хода горючих газов до 1,7 м-/кг и КПД процесса до 75%, (таблица пример 5) .The implementation of the gasification process with mass ratios of the first stream to the second more than 10 is uneconomical, since at these ratios the amount of heat released by the first zone of reaction (1) is redundant to heat the second stream to the optimum temperature and compensate for the endothermic effect. reaction (2), which leads to the gasification process of the first stream in the first zone and the second stream in the second zone at temperatures above the optimum (above 2500 and 1500 C, respectively) and decrease in the yield of combustible gases to 1.7 m- / kg and the efficiency of the process up to 75%, (table example 5).

Пример 1. В качестве исходного углеродсодержащего вещества вз т кокс Западно-Сибирского комбината . Состав сухой массы кокса, мае. %: С 89,0, Н 0,4, 0 0,3, S 0,3, N 1,1, А 8,9, 0 29580 кДж/кг.Example 1. As a starting carbonaceous substance, coke from the West Siberian Combine. The composition of the dry weight of coke, May. %: C 89.0, H 0.4, 0 0.3, S 0.3, N 1.1, A 8.9, 0 29580 kJ / kg.

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм) дел т на два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 2,4:1. В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 42 кг второго потока углеродсодержащегоThe initial carbon-containing substance (particle size 0.1-1.0 mm) is divided into two streams with a mass ratio of the first stream to the second 2.4: 1. In the first zone of the reactor serves 100 kg of the first stream, 42 kg of the second carbon-containing stream

9979499794

вещества и 118 кг 0 с температурой 25с, В первой зоне протекает экзотермическа  реакци  окислени  углерода первого потока с образованием 5 208 кг СО и 0,4 кг водорода Н.substances and 118 kg 0 with a temperature of 25 s. In the first zone, an exothermic reaction of carbon oxidation of the first stream takes place with the formation of 5,208 kg of CO and 0.4 kg of hydrogen N.

За счет теплоты экзотермической реакции температура в первой зоне достигает 2500 С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание 10 второго потока углеродсодержащего вещества.Due to the heat of the exothermic reaction, the temperature in the first zone reaches 2500 ° C, while in the first zone of the reactor, heating 10 of the second stream of carbon-containing substance occurs.

Во вторую зону реактора поступает из первой зоны 42 кг подогретого до второго потока углеродсо 5 держащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащие в основном СО и Н при . Одновременно во вторую зону подают 56 кг вод ного пара с температурой 300 С. 20 Во второй зоне при и давлении 2000 кПа протекает эндотермическа  реакци  разложени  вод ного пара углеродной массой угл .The second zone of the reactor comes from the first zone of 42 kg of preheated carbon to the second stream, containing 5 substances and gasification products of the first stream, containing mainly CO and H at. At the same time, 56 kg of water vapor with a temperature of 300 ° C are supplied to the second zone. 20 In the second zone, at and a pressure of 2000 kPa, the endothermic reaction of water vapor decomposition by carbon mass of coal takes place.

При этом образуетс  87 кг СО и 25 6 кг Hj. Полученный газ в количестве 311 нм имеет теплоту сгорани  12164 кДж/м и содержит (без учета .HjS и NJ), об.%: СО 75, И 25. Балластные компоне}1ты отсутствуют. 30 Выход горючих газов составл ет 311/142 2,2 . КПД процесса составл ет 90,1%.This produces 87 kg of CO and 25 6 kg of Hj. The obtained gas in the amount of 311 nm has a heat of combustion of 12164 kJ / m and contains (excluding .HjS and NJ), vol.%: CO 75, and 25. There are no ballast components 1t. 30 The flammable gas yield is 311/142 2.2. The efficiency of the process is 90.1%.

Пример 2. В качестве исходного углеродсодержагцего вещества 35 вз т бурый уголь Канско-Ачииского бассейна Ирша-Бороднпского месторождени . Состав сухой массы угл , мае. %: с 65,2, И 4,49, 0 20,1, S 0,31, N 0,92, А 8,98, 40 OH 24058 кДж/кг.Example 2. Brown coal from the Kansk-Achiisk Basin of the Irsha-Borodn field was taken as the starting carbonaceous substance. The composition of the dry mass of coal, May. %: c 65.2, and 4.49, 0 20.1, S 0.31, N 0.92, A 8.98, 40 OH 240 24058 kJ / kg.

Исходное углеродсодержащее вещество (размер частиц 0,1-1,0 мм) дел т на два потока при массовом соотношении первого потока ко второму 5 6,7:1. В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 15 кг второго потока углеродсодержащего вещества с температурой800 С и 66,8 кг 0 с температурой 600 С.The initial carbon-containing substance (particle size 0.1-1.0 mm) is divided into two streams with a mass ratio of the first stream to the second 5 6.7: 1. In the first zone of the reactor serves 100 kg of the first stream, 15 kg of the second stream of carbon-containing substance with a temperature of 800 C and 66.8 kg 0 with a temperature of 600 C.

0 В первой зоне протекает экзотермическа  реакци  окислени  углерода первого потока с образованием 152,1 кг Со и 4,5 кг Н. За счет теплоты экзотерм1гческой реакции 5 температура в первой зоне достигает 1890 С, при этом в первой зоне реактора происходит нaгpeFJaниe второго потока углеродсодержащего ве цества. Во вторую зону поступает из первой зоны 15 кг подогретого до 1890 С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основном СО и Hj с температурой 1890°С. Одновременно во вторую зону подают 11,3 кг вод ного пара с температурой 300 С. Во второй зоне при 1300°С и давлением 2000 кПа протекает эндотермическа  реакци  разложени  вод ного пара углеродной массой угл . При этом образуетс  22,-8 кг СО и 1,9 кг Hj. Полученньй газ в количестве 211,8 им- имеет теплоту сгор ни  2070 кДж/м- и содержит (без уч та HjS и Nj), об, %: СО 66,1,Н2 33, Балластные компоненты отсутствую Выход горючих газов составл ет 211,8/115 1,8 . КПД процесса составл ет 92,4%. П.ример 3. В качестве исходного углеродсодержащего вещества вз т бурый уголь Канско-Ачинского бассейна Ирша-Бородинского месторождени . Состав сухой массы угл , мас С 65,2, 11 4,49, О 20,1, S 0,31, N 0,92, А 8,98, 24058 кДж/кг. Исходное углеродсодержащее вещест во (размер частиц 0,1-1,0 мм) дел т на два потока при массовом cooTHoujeнии первого потока ко второму 10:1, В первую зону реактора подают 100 кг первого потока, 10 кг второго потока у1леродсодержа1цего вещества с температурой и 66,8 кг О, с температурой 800 С. В первой зоне протекает экзотермическа  реакци  окислени  углерода первого потока с образованием 152,1 кг СО, 4,5 кг Hj ., За счет теплоты экзотер в1ческой реакции температура в первой зоне достигает 1940°С, при этом в первой зоне реактора происходит нагревание второго .потока углеродсодержащего вещества. Во вторую зону поступает из первой зоны 10 кг подогретого до 1940С второго потока углеродсодержащего вещества и продукты газификации первого потока, содержащего в основном СО и li с температурой 1940 С. Одновременно во вторую зону подают 7,5 кг вод ного пара с температурой 300°С. Во второй зоне при 1500°С и давлением 5000 кПа протекает эндотермическа  реакци  разложени  вод ного пара углеродной массой угл  При этом образуетс  15,2 кг СО и 1,3 кг Н. Полученный газ в количестве 198,5 нм имеет теплоту сгорани  12096 кДж/м и содержит (без учета и N), об. %: СО 67,4, Н 32,6, Балластные компоненты отсутствуют . Выход горючих газов составл ет 198,5/110 1,8 мз/кг, КПД процесса составл ет 90,7%, Результаты расчетов приведены в таблице. Использование предлагаемого способа получени  горючих газов из твердого углеродсодержащего вещества позвол ет по сравнению с известным способом повысить выход горючих газов с 1,6 до 2,2 исходного углерод- содержащего вещества, т.е. на 37%, и увеличить КПД процесса газификации с 71% до 92%, т.е. на 29%, за счет получени  безбалластного газа, содержащего СО и Hj при одновременном упрощении процесса газификации за счет исключени  из технологического цикла стадии очистки горючего газа от COj и . 0 In the first zone, the exothermic reaction of carbon oxidation of the first stream takes place with the formation of 152.1 kg of Co and 4.5 kg of N. Due to the heat of the exothermically reaction 5, the temperature in the first zone reaches 1890 ° C, while in the first zone of the reactor there occurs a second carbon-containing stream the world. The second zone receives from the first zone 15 kg of the second carbon-containing substance heated to 1890 C and the gasification products of the first stream, containing mainly CO and Hj with a temperature of 1890 ° C. At the same time, 11.3 kg of water vapor with a temperature of 300 ° C is supplied to the second zone. In the second zone, at 1300 ° C and a pressure of 2000 kPa, the endothermic reaction of water vapor decomposition by carbon mass of coal takes place. This produces 22, -8 kg CO and 1.9 kg Hj. The resulting gas in the amount of 211.8 im- has a heat of combustion of 2070 kJ / m-and contains (without taking into account HjS and Nj), vol,%: CO 66.1, H2 33, No ballast components The yield of combustible gases is 211 , 8/115 1.8. The process efficiency is 92.4%. P. Example 3. Brown coal from the Kansk-Achinsk Basin of the Irsha-Borodino deposit was taken as the initial carbon-containing substance. The composition of the dry mass of coal, wt. C 65.2, 11 4.49, O 20.1, S 0.31, N 0.92, A 8.98, 24058 kJ / kg. The initial carbonaceous substance (particle size 0.1-1.0 mm) is divided into two streams with a mass cooling of the first stream to the second 10: 1, 100 kg of the first stream, 10 kg of the second stream of oxygen containing temperature are fed into the first zone of the reactor and 66.8 kg O, with a temperature of 800 C. In the first zone, an exothermic oxidation of the carbon of the first stream proceeds with the formation of 152.1 kg CO, 4.5 kg Hj., Due to the heat of the exotherm, the temperature in the first zone reaches 1940 ° C, while in the first zone of the reactor the second stream is heated. a carbon-containing substance. The second zone receives from the first zone 10 kg of the second carbon-containing substance heated to 1940C and the gasification products of the first stream, containing mainly CO and li with a temperature of 1940 C. At the same time, 7.5 kg of water vapor with a temperature of 300 ° C are fed into the second zone . In the second zone at 1500 ° C and a pressure of 5000 kPa, the endothermic reaction of the decomposition of water vapor by the carbon mass of coal proceeds. This forms 15.2 kg of CO and 1.3 kg of N. The resulting gas in the amount of 198.5 nm has a heat of combustion of 12,096 kJ / m and contains (without N), vol. %: CO 67.4, H 32.6, Ballast components are absent. The yield of combustible gases is 198.5 / 110 1.8 m3 / kg, the efficiency of the process is 90.7%. The results of the calculations are shown in the table. The use of the proposed method for the production of combustible gases from a solid carbon-containing substance allows, in comparison with a known method, to increase the yield of combustible gases from 1.6 to 2.2 of the original carbon-containing substance, i.e. by 37%, and to increase the efficiency of the gasification process from 71% to 92%, i.e. by 29% due to the production of ballast-free gas containing CO and Hj, while simultaneously simplifying the gasification process by eliminating from the technological cycle the stage of purification of combustible gas from COj and.

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ИЗ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ' ВЕЩЕСТВА, преимущественно из пылевидного, включающий подачу в первую ₍ зону реактора первого потока исходного вещества и газифицирующего аген- та, газификацию первого потока, подачу во вторую зону реактора второ· го потока исходного вещества, газифицирующего агента и продуктов газификации первого потока и газификацию второго потока во второй зоне реактора, отличающийс я тем, что, с целью повышения выхода горючих газов и КПД процесса, второй поток исходного вещества вводят в первую зону реактора, в качеств^ газифицирующих агентов используют в первой зоне кислород и во второй зоне - водяной пар, а кислород в первую зону вводят в стехиометрическом количестве по отношению к первому потоку исходного вещества.1. METHOD FOR PRODUCING FLAMMABLE GASES FROM A SOLID CARBON-CONTAINING SUBSTANCE, mainly from a pulverized substance, comprising supplying a first stream of a starting material and a gasifying agent to the first ₍ reactor zone), gasifying the first stream, supplying a second stream of a starting material gasifying to the second zone of the reactor agent and gasification products of the first stream and gasification of the second stream in the second zone of the reactor, characterized in that, in order to increase the yield of combustible gases and process efficiency, the second stream of the starting material is introduced in the first zone of the reactor, as gasification agents, oxygen is used in the first zone and water vapor in the second zone, and oxygen is introduced into the first zone in a stoichiometric amount with respect to the first stream of the starting material. fleplw поток игпе/кащего ееoeujeerta дфегасцегоfleplw stream igpe / kaschee heroeujeerta dfegasstsego Водяной пар ~3Water vapor ~ 3 Горючий toy 'СО+ц_г} (на очистки omjQPtifCombustible toy 'СО + ц _г } (for cleaning omjQPtif ШлакSlag 2. Способ по п. чающийся тем , ки углеродсодержащих вводят при массовом 2. A method according to claim that carbon-containing ki are introduced in bulk 1 , о т л ичто пото веществ соотношении первого и второго пото ков (2,4—10):1.1, because there are a number of substances in the ratio of the first and second flows (2.4–10): 1. 3. Способ по пп. 1 и' 2, отличающийся тем, что газификацию первого потока в первой зоне ведут при температуре 1500-2500 С, а газификацию второго потока во второй зоне ведут при температуре 1300-1500°С и давлении 100-5000 кПа.3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the gasification of the first stream in the first zone is carried out at a temperature of 1500-2500 C, and the gasification of the second stream in the second zone is carried out at a temperature of 1300-1500 ° C and a pressure of 100-5000 kPa.