способ получения синтез-газа и газификатор вертикального типа

Формула изобретения

1. Способ получения синтез-газа газификацией твердого топлива в прямоточном реакторе вертикального типа, включающий подачу топлива в виде пыли на кислородном или парокислородном дутье под давлением, отличающийся тем, что в процессе газификации на стенки реактора подают воду в жидком состоянии.

2. Газификатор вертикального типа для получения синтез-газа из твердого пылевидного топлива, включающий корпус, горелку для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, расположенную в верхней части корпуса, патрубки для отвода шлака и газа в нижней части корпуса, отличающийся тем, что корпус дополнительно снабжен тангенциально расположенными соплами, установленными в 3 - 10 ярусов по высоте реактора на расстоянии между ярусами 0,5 - 5 диаметров аппарата.

3. Газификатор по п.2, отличающийся тем, что на ярусе установлено 2 - 20 сопл.

4. Газификатор по пп.2 и 3, отличающийся тем, что ярусы расположены друг от друга на одинаковом расстоянии.

5. Газификатор по пп.2 и 3, отличающийся тем, что ярусы расположены друг от друга на разном расстоянии, причем расстояние между нижерасположенными ярусами в 1,2 - 2 раза больше расстояния между вышерасположенными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано для получения синтез-газа из твердого топлива.

Цель изобретения повышение КПД газификации, снижение удельных затрат кислорода и повышение надежности работы аппарата.

Известен способ газификации твердого топлива, измельченного до фракции мельче 100 мкм, в прямоточном газогенераторе вертикального типа под давлением на парокислородном дутье [1] Известен газогенератор, включающий в себя корпус, горелку для ввода топлива и парокислородной смеси или кислорода, размещенную в верхней части аппарата, патрубки отвода газа и шлака в нижней части газогенератора [2]

Недостатком известного способа является невысокий КПД газификации (70-71%) в результате того, что температура газа и шлака на выходе из газогенератора должна быть не ниже температуры нормального жидкого шлакоудаления во избежание шлакования стенок реактора. Эта температура для различных углей составляет 1650-1800 К. При столь высокой температуре газа требуется громоздкий и дорогой радиационный теплообменник, работающий в жестких условиях в коррозионно-активной среде. Анализ эксплуатации газогенераторов указывает на низкую надежность радиационного теплообменника.

Недостатком известной конструкции является наличие футеровки внутри аппарата, что усложняет монтаж аппарата, требует периодических остановок газогенератора для замены футеровки.

С целью устранения указанных недостатков предложен способ газификации твердого топлива, заключающийся в подаче топлива в виде пыли на кислородном или парокислородном дутье в прямоточный реактор вертикального типа под давлением и в подаче воды в жидком состоянии отдельно от угольного потока. Воду подают отдельными струями через тангенциально расположенные на стенке реактора сопла и образует на стенках испаряющуюся пленочную завесу. Пленочная завеса позволяет эксплуатировать реактор без футеровки с водоохлаждаемыми металлическими стенками, что приводит к упрощению конструкции. Испаряющаяся пленочная завеса препятствует набросу частиц расплавленного шлака на стенку реактора и обеспечивает безаварийное затвердевание шлака в процессе понижения температуры потока ниже температуры жидкого шлакоудаления, а также уменьшает теплопотери через стенки реактора. Поскольку температура выходящего потока 1279-1373 К, не требуется радиационный теплообменник.

В газогенераторе для осуществления способа, содержащем корпус горелку для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, расположенную в верхней части корпуса, и патрубки отвода шлака и газа, расположенные в нижней части корпуса, согласно изобретению корпус дополнительно снабжен тангенциально расположенными соплами, установленными на одном уровне в 3-10 ярусов по высоте реактора на расстоянии 0,5-5 диаметров аппарата между ярусами. Кроме того, в каждом ярусе установлено 2-20 сопел, ярусы размещены один от другого на одинаковом расстоянии или на равном расстоянии, причем расстояние между нижерасположенными ярусами в 1,2-2 раза больше расстояния между вышерасположенными.

На фиг.1 2 приведено схематическое изображение газогенератора; на фиг.3 схема процесса газификации угля. Газогенератор содержит корпус реакционной камеры 1, горелку 2 для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, патрубки отвода шлака 3 и газа 4. Корпус реакционной камеры 1 имеет металлические двухслойные охлаждаемые стенки и снабжен тангенциально расположенными соплами 5, установленными на одном уровне в несколько ярусов по высоте реактора. Конструктивно реакционная камера 1 выполнена из отдельных секций на фланцевых соединениях. Подача воды в сопла на пленочную завесу и на охлаждения стенок осуществляется независимо. Число ярусов сопел может быть от 3 до 10, а расстояние между ярусами может варьироваться от 0,5 до 5 диаметров реактора. При наличии менее трех ярусов сопел или при расстоянии между ярусами более 5 диаметров аппарата возрастает опасность полного испарения пленочной завесы и прогара стенки. Нецелесообразно делать более 10 ярусов или расстояние между ярусами менее 0,5 диаметра аппарата, так как это усложняет конструкцию газогенератора. В одном ярусе может быть от 2 до 20 сопел. Одно сопло не обеспечит симметричную пленочную завесу, в результате чего возрастает вероятность прогара стенки. Более 20 сопел нецелесообразно устанавливать из-за усложнения конструкции. Температура по высоте газогенератора изменяется от 2173-2473 К в верхней зоне, до 1273-1373 К в нижней зоне, соответственно изменяется удельная теплонапряженность в реакционной камере и длина зоны испарения пленочной завесы. Ярусы сопел для впрыска воды могут быть расположены по высоте равномерно и температурный профиль в реакционной камере регулируется подачей различного количества воды в ярусы. Можно разместить ярусы неравномерно, причем расстояние между нижерасположенными ярусами в 1,2-2 раза больше расстояния между вышерасположенными, и подавать в ярусы одинаковый расход воды. Главное условие расстояние между ярусами должно быть меньше длины участка испарения пленочной завесы.

П р и м е р. В газогенератор, имеющий реакционную камеру внутренним диаметром 1,5 м, длиной 6 м, подается 50 т/ч угольной пыли бородинского бурого угля (W^P11% A^d 6,75% Q_н^р 22,1 МДж/кг) и 32,8 т/ч кислорода (О₂ 98%). Газогенератор включает 6 ярусов впрыска воды на пленочную завесу, расстояние между которыми 1 м. Общий расход воды на завесу 3 т/ч соответственно по ярусам: 0,5; 1,0; 0,5; 0,5; 0,3; 0,2 т/ч. Максимальная температура 2214 К, на выходе 1274 К. Общий выход газа при степени конверсии 97% составляет 89350 нм³/ч, в том числе 73640 нм³/ч СО и Н₂. Состав сырого газа, СО 52,5; СО₂ 8,5 Н₂ 29,9; Н₂О 7,8; N₂ 1,3, Q_н^р 9,64 МДж/нм³. КПД газификации 77,8% термический КПД 91,4% теплопотери в стенку 4,98% Длина зон испарения по ярусам составляет 1,6; 2,84; 1,92; 2,4; 1,64 и 1,18 м. Потери тепла на испарение завесы составляют 0,7%

Сопоставление основных технологических показателей предлагаемого и известного способов показывает, что при варьировании температуры газового потока на выходе из реактора в пределах 1273-1373 К, а также расхода воды на завесу от 20 до 100 кг/т угля удельный расход кислорода составляет 430-480 кг/тыс. м³ (СО+Н₂) в отличие от 570-600 кг/тыс. м³ (СО+Н₂) в существующих способах, т.е. снижается на 16-25% КПД газификации при этом составит 77-80% в то время как в существующих КПД не превышает 71% При этом дополнительным важным фактором является повышение эксплуатационной надежности газогенератора вследствие качественного снижения уровня температурного воздействия на металлические конструкции и отсутствие футеровок на последние.