способ получения синтез-газа

Формула изобретения

1. Способ получения синтез-газа, включающий термическое разложение древесного сырья, отличающийся тем, что термическое разложение древесного сырья осуществляют в жидком теплоносителе в течение 0,5-10 с при температуре 1620-1800°С.

2. Способ получения синтез-газа по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесного сырья используют отходы сельского хозяйства или лесообрабатывающей промышленности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения синтез-газа и может быть использовано в нефтехимии для получения синтетических моторных топлив.

В настоящее время запасы нефти в хорошо освоенных районах нефтедобычи сокращаются. Перебазирование же нефтедобывающей промышленности в другие необжитые районы неизбежно ведет к значительному росту материальных затрат на добычу нефти из земли и на транспортировку ее к местам переработки, что приводит к повышению стоимости нефтепродуктов.

В связи с этим ведутся поиски альтернативного вида получения топлива. В промышленном масштабе производят жидкое топливо из угля путем каталитической переработки синтез-газа, получаемого газификацией угля.

Также известны способы получения газообразного топлива из древесины путем газификации. Процесс осуществляют следующим образом. Древесину нагревают до температуры 900-1100°С, при этом вначале идет ее подсушка, затем разложение с образованием паров органических веществ, газов и карбонизата (угля). Полученный карбонизат подвергают взаимодействию с газифицирующим агентом (воздух, паровоздушная смесь, кислород, углекислый газ), который подают на раскаленный карбонизат. Образующиеся при этом газы вместе с газами разложения древесины составляют газообразное топливо (Гелетуха Г.Г., Железная Г.А. Обзор технологий газификации биомассы // Экотехнологии и ресурсосбережение - 1998, - №2. - с.21-30).

Недостатком известного способа является наличие в получаемом синтез-газе азота и повышенное содержание диоксида углерода, которое может достигать нескольких процентов.

Известен способ получения синтез-газа для производства метанола [SU 1766947, C10J 3/00, 1992.10.07], включающий конверсию древесины в присутствии катализатора. Древесину пропитывают азотнокислым никелем, сушат и газифицируют водяным паром. Получаемый синтез газ при этом имеет следующий состав 52,4% Н₂ , 21,4% СО, 4,4% СН₄ и 21,8% CO ₂.

Недостатком известного способа является наличие в получаемом синтез-газе повышенного содержания диоксида углерода.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ термического разложения углеродсодержащего необработанного материала для получения восстановительного газа (RU 2075501, C10J 3/00, C10B 53/02, 1997.03.20), выбранный в качестве прототипа, включающий подачу необработанного материала в камеру и термическое разложение его путем нагрева при давлении до 150 бар и температуре 500-1600°С с подачей кислорода или газа, содержащего кислород в количестве, которое ниже стехиометрически необходимого для полного сгорания необработанного материала, отличающийся тем, что термическое разложение осуществляют при воздействии звуком низкой частоты.

Недостатком известного способа является наличие в получаемом синтез-газе азота и диоксида углерода, содержание которого может достигать нескольких процентов. Применение звука низкой частоты значительно усложняет установку у целом, к тому же инфразвук оказывает вредное воздействие на человека и необходимо предусмотреть меры по защите персонала.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, - совершенствование способа получения синтез-газа.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в снижении содержания азота и диоксида углерода в синтез-газе, увеличении степени конверсии при сокращении времени процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения синтез-газа, включающем термическое разложение древесного сырья, термическое разложение осуществляют в жидком теплоносителе не менее 0,5 сек при температуре 1620-1800°С.

В качестве древесного сырья преимущественно используют отходы сельского хозяйства или лесообрабатывающей промышленности.

Также возможна подача измельченной древесины вместе с углеводородным газом, например природным газом (метаном), либо рециклируемым синтез-газом.

Способ осуществляют следующим образом.

Подачу исходного сырья, например измельченной древесины, осуществляют в режиме барботажа в нижнюю часть сосуда, содержащего жидкий теплоноситель, например, расплав неорганических солей или металла либо сплава, например, меди, железа, алюминия или никеля. Время контакта сырья с расплавом ограничивают временем всплытия измельченного исходного сырья и образующегося в ходе процесса газа и выбирают в зависимости от размеров частиц и высоты столба жидкого теплоносителя, но не менее 0,5 сек. Было показано, что за это время сырье успевает прогреться до температуры расплава и после изотермической выдержки полностью прореагировать. Температуру расплава поддерживают в диапазоне 1620-1800°С при помощи внешнего источника энергии, например индуктора промышленной или повышенной частоты. Образующийся синтез-газ выводят из зоны над поверхностью расплава и охлаждают. Сажу и шлаки удаляют с поверхности расплава механически, например, при помощи шнекового механизма.

Способ может быть осуществлен с помощью установки термического разложения древесного сырья, изображенной на чертеже.

Установка содержит устройство измельчения исходного сырья 1, соединенное с устройством для подачи сырья 2 в реактор 3, представляющий собой камеру термического разложения, снабженную устройством для поддержания заданной температуры жидкого теплоносителя (не показано). Над реактором 3 установлена камера охлаждения и рекуперации тепла 4, соединенная с устройством вывода 5.

Установка работает следующим образом.

В реактор 3 загружают теплоноситель в твердом состоянии, который расплавляется после включения реактора 3 в режим нагрева. После достижения теплоносителем температуры 1620-1800°С в реактор 3 через устройство для подачи сырья 2 подают предварительно измельченную в устройстве измельчения исходного сырья 1 древесину. В реакторе 3 в течение не менее 0,5 сек происходит термическое разложение древесины с образованием синтез-газа, который поднимается на поверхность расплава и поступает в камеру охлаждения и рекуперации тепла 4. Выбор температуры термического разложения древесины в рамках указанного диапазона позволяет уменьшить время реакции до 0,5-10 сек. В камере охлаждения и рекуперации тепла 4 синтез-газ охлаждается до температуры 30-300°С и далее поступает в устройство вывода 5.

Состав получаемого синтез-газа при этом соответствует исходному содержанию водорода и углерода в древесине, содержание азота в получаемом газе незначительно и соответствует общему содержанию азота в исходном сырье.

Экспериментально было показано, что при выходе за указанные температурные пределы образующийся синтез-газ содержит повышенное содержание примесей в газовой фазе, таких как азот, диоксид углерода, метан, ацетилен и его гомологи. Теоретически было найдено подтверждение этого факта. Указанный диапазон температур соответствует минимальному количеству газовых примесей в составе гетерогенного равновесия, рассчитанного с помощью минимизации функции Гиббса для компонентов: водород, оксид углерода, диоксид углерода, азот, метан, ацетилен, этилен, этан, метилацетилен, аллен, пропилен, пропан, диацетилен, винилацетилен, бензол, твердый углерод (аморфная модификация - сажа).

В качестве устройства для измельчения может использоваться, например, дробилка, шнековый механизм.

В качестве устройства для подачи сырья - компрессор, эжектор.

В качестве реактора - установку индукционного нагрева.

В качестве камеры охлаждения и рекуперации тепла - теплообменник из керамического либо металлического материала.

В качестве устройства вывода - эжектирующее устройство.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленный способ получения синтез-газа позволяет получать сырье для получения жидких моторных топлив с пониженным содержанием азота, диоксида углерода за счет того, что термическую обработку сырья проводят при температурах 1620-1800°С без подачи воздуха.

Также получаемый предлагаемым способом синтез-газ имеет более высокую степень конверсии за счет проведения реакции при повышенной 1620-1800°С температуре, при этом также сокращается время, необходимое на проведение реакции.