Способ снабжения реактора газификации в потоке углеродсодержащим топливом

Номер патента: 21013

Опубликовано: 31.03.2015

Авторы: Коволль Иоганнес, Хамель Штефан, Хайнритц-Адриан Макс

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения продуктов из газа, получаемого в реакторе газификации из углеродсодержащего топлива в потоке под давлением и при температуре выше температуры плавления образующейся золы, согласно которому осуществляют частичную конверсию окиси углерода, содержащуюся в полученном газе с водяным паром, и последующую очистку образованной смеси газов в установке газоочистки, подачу очищенной газовой смеси на следующие ступени синтеза продуктов, где первая ступень синтеза продуктов является синтезом метанола, а второй ступенью является синтез компонентов топлива из метанола, отличающийся тем, что отходящие газы из системы газоочистки, представляющие собой остаточный газ, состоящий из двуокиси углерода с вредными веществами, а также возвращаемые газы из процессов первой ступени и второй ступени синтеза, которые содержат по меньшей мере 1 об.% углеводородов и/или 1 об.% водорода, смешивают между собой, сжимают в компрессоре и используют для пневматической транспортировки исходного углеродсодержащего топлива в реактор газификации в потоке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный при конверсии газов с водяным паром газ, который содержит преимущественно CO2 и по меньшей мере 10 ч./млн H2S и/или CO, подмешивают к содержащему углеводород и/или водород возвращаемому газу.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что возвращаемый газ, по меньшей мере частично, используют для транспортировки топлива в приемный бункер, для создания давления в приемном бункере и/или для псевдоожижения топлива в приемном бункере.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ СНАБЖЕНИЯ РЕАКТОРА ГАЗИФИКАЦИИ В ПОТОКЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИМ ТОПЛИВОМ С помощью способа снабжения реактора газификации во взвешенном потоке углеродсодержащим топливом для производства содержащего CO и H2 и летучую золу газа под давлением и при температуре выше температуры плавления золы, при этом образующийся газ подводят к последующим ступеням обработки, прежде всего по меньшей мере к одной ступени синтеза,должно быть достигнуто оптимальное по стоимости и более простое увеличение выхода жидких продуктов. Это достигнуто за счт того, что происходящий из последовательно подключенной ступени обработки, все еще содержащий углеводороды и/или водород отходящий газ используют для пневматической транспортировки топлива в реактор газификации во взвешенном потоке.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТИССЕНКРУПП УДЕ ГМБХ (DE) Изобретение относится к способу снабжения реактора газификации в потоке углеродсодержащим топливом для производства содержащего CO и H2 и летучую золу газа под давлением и при температуре выше температуры плавления золы, при этом образовавшийся газ подводится к дополнительным ступеням обработки, прежде всего по меньшей мере к одной ступени синтеза. При шлюзовании и подводе от мелкозернистого до пылеобразного топлива с содержащим диоксид углерода, монооксид углерода и кислородсодержащим газом в находящемся под давлением реакторе газификации в потоке, в котором тонкоизмельченные или пылеобразные (0,5 мм) виды топлива, например уголь, нефтяной кокс, биологические отходы или горючие вещества, находящиеся при низкой концентрации частиц (50 кг/м 3), вводят в реакцию с кислородсодержащим газифицирующим средством при повышенном давлении до 10 МПа при температуре выше температуры плавления шлака, кислородсодержащий газ подводят в соотношении ниже стехиометрического, так что вырабатывается содержащий монооксид углерода газ. В отношении уровня техники здесь в качестве примера следует назвать ЕР 0333991 А 1 или DE 102007020333 А 1. Поскольку топливо сначала находится под давлением окружающей среды, его давление сначала следует через систему подачи довести до величины давления выше давления в генераторе для того, чтобы потом дозировано подводить к горелкам реактора газификации под давлением. Предпочтительный способ предусматривает, что топливо из накопительного бункера подается в шлюзовые бункеры. В них сначала создается давление выше давления в реакторе для того, чтобы затем топливо через подающий трубопровод транспортировкой плотным потоком подать в постоянно находящийся под давлением приемный бункер для горелок газогенератора. Из этого приемного бункера горелки постоянно снабжаются дозированным массовым потоком топлива. Необходимый для транспортировки плотным потоком транспортировочный газ подводится в выход или вблизи выхода из шлюзового бункера или в транспортировочный трубопровод. Затем с опустошенных шлюзовых бункеров снимается давление для того, чтобы они могли принять примерно при атмосферном давлении следующую порцию топлива. Отходящий при снижении давления газ очищается от пыли и выбрасывается в атмосферу. Для шлюзования обычно используют азот из установки по разделению воздуха или диоксид углерода. Диоксид углерода применяют в том случае, когда должен вырабатываться синтез-газ или водород и/или CO с низким содержанием азота. Диоксид углерода может быть получен в процессе обработки газа после газификации. Часто выходящий из газогенератора газ освобождают от пыли и очищают и подвергают процессу конверсии CO для того, чтобы создать нужное для синтеза соотношение H2/CO, или для того, чтобы получить чистый водород. При этом CO и водяной пар превращаются в CO2 и водород. После этого газ охлаждается, влага конденсируется, и в заключение CO2 вымывается в промывочной установке с помощью циркулирующего растворителя, например метилдиэтаноламина, растворителя "Genosorb" или метанола. CO2 удаляется из раствора в десорбере за счт снижения давления и повышения температуры. Наряду с CO2, полученный таким образом газ содержит также и другие компоненты, например H2,CO, N2, метан, сероводород, аргон, пары использовавшихся растворителей, например метанола, и т.п. Содержание CO составляет, например, 0,1%. Хотя и возможно дополнительное снижение содержания вредных веществ в промывочной установке, однако затраты (инвестиционные и производственные затраты, например на потребление пара и электроэнергии) быстро увеличиваются с повышением требований к чистоте. В DE 102007020333 А 1 описывается способ эксплуатации системы загрузки пыли для газификации угольной пыли под давлением, в состав которой входят накопительный бункер, шлюзы для загрузки пыли и дозирующий резервуар. В бункер, в качестве средства для создания инертной атмосферы и разрыхления, подводится нагретый азот, в то время как создание давления в шлюзовом бункере и транспортировка пыли осуществляются с помощью чистого CO2. Отходящий из шлюзового бункера при снижении давления газ подвергается снижению давления и затем освобождается в фильтре от твердых веществ. При этом разгрузка шлюзового бункера в дозирующий резервуар осуществляется под действием силы тяжести. Недостатки известных решений заключаются, в частности, в том, что используемый для шлюзования и псевдоожижения газ должен содержать лишь небольшие концентрации вредных для окружающей среды веществ CO, H2S, метанола и т.п., так как он выбрасывается в атмосферу. Основанное на действии силы тяжести шлюзование с расположенными друг над другом бункерами требует значительных затрат из-за большой высоты и оказалось недостаточно надежным в эксплуатации из-за уплотнения сыпучего материала. Несмотря на многие различные разработки, оказалось чрезвычайно сложным проводить процесс повышения давления в бункере настолько щадящим образом для того, чтобы поддерживать на достаточно низком уровне внутренние напряжения в сыпучем материале. Для того чтобы разработать способ снабжения топливом установки для газификации под давлением, который экономичным образом обеспечивает, что выделение вредных веществ в процессов шлюзования угля и транспортировки будет минимизировано или полностью предотвращено, вDE 102009006384 заявителя, среди прочего, предлагается транспортировка топлива посредством определенной газовой смеси из накопительного бункера в шлюзовой бункер. Для того чтобы вредные вещества, которыми загрязнены транспортировочные газы, например CO,метан, сероводород, пары использованных растворителей, например метанол и т.п., перед выбросом в атмосферу соответствующим образом обрабатывать, в изобретении предлагается смешивать диоксид углерода с кислородом в качестве шлюзового транспортировочного газа и подвергать каталитическому окислению. Очищенный синтез-газ может быть использован для синтеза жидких углеводородов, например, в способе Фишера-Тропша или MTG-способе (Methanol to Gasoline - метанол в газолин), где на первой стадии вырабатывается метанол, который на второй стадии превращается в бензин. В обоих способах образуются газообразные побочные продукты, которые преимущественно состоят из углеводородов. В обоих способах для обработки жидких продуктов требуется водород, который, например, вырабатывается в PSA-установке (Pressure Swing Absorption - короткоцикловая абсорбция), при этом образуется остаточный газ, который содержит преимущественно CO и H2. Состояние MTG-техники: часть газообразных побочных продуктов непрерывно используют для регенерации MTG-катализатора, а остаток экспортируют. При малом числе MTG-реакторов газ собирают для того, чтобы во время регенерации быть в состоянии вырабатывать достаточную тепловую мощность. Недостатки: требуется сборная емкость, потребление отличается от выработки, углерод выделяется в атмосферу в виде CO2 вместо того, чтобы связываться в продукте. Принципиальное преимущество возврата подобного продукта, повышение выхода жидкого продукта, является известным, однако сжатие и возврат газообразного побочного продукта проблематичны: количество чаще всего слишком мало для ротационных радиальных или аксиальных компрессоров,в свою очередь, поршневые компрессоры требуют многократно более высоких затрат на техническое обслуживание; состав и количество колеблются. Поскольку углеводороды имеют более высокую плотность, чем водород (CH4 8x, C5P12 36x), и меньший изентропический коэффициент, то свойства смеси и тем самым также выходное давление ротационного компрессора меняются. При временно повышенном содержании водорода и, тем самым, более низкой плотности газа ротационный компрессор вырабатывает существенно пониженное давление, которое может быть слишком низким для ввода газа в газификатор; часть углеводородов при сжатии конденсируется; в газификаторе требуется питающий канал, который должен продуваться при отсутствии побочных продуктов. Задачей настоящего изобретения является оптимальное по стоимости и более простое увеличение выхода жидких продуктов. С помощью способа, описанного ранее, эта задача согласно изобретению решена за счт того, что происходящий из подключенной последовательно ступени обработки все еще содержащий углеводороды и/или водород отходящий газ используют для пневматической транспортировки топлива в реактор газификации в потоке. Другие варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. При этом, прежде всего, может быть предусмотрено, что дальнейшие ступени обработки образованы ступенью конверсии CO, ступенью очистки газа, а также первой ступенью синтеза, например синтеза метанола, а также второй ступенью синтеза, например MTG-ступенью (метанол в газолин), при этом отводимый назад газ содержит по меньшей мере 1 об.% углеводородов и/или 1 об.% водорода. Преимущества изобретения заключаются, в частности, в том, что газообразные или превратившиеся в пар побочные продукты синтезов (например, синтеза метанола и MTG-синтеза) смешивают с диоксидом углерода (CO2), благодаря чему количество газа увеличивается и свойства газа стабилизируются для того, чтобы мог быть использован ротационный компрессор. Количество диоксида углерода выбирают так, что конденсация углеводородов во время сжатия предотвращается. При этом может использоваться загрязненная вредными веществами CO2-фракция, благодаря чему может стать ненужной обычно необходимая обработка CO2. Еще одно преимущество состоит в том, что для разбавления поданного в газификатор твердого топлива вместо чистого транспортировочного газа может быть использована сжатая газовая смесь, при этом газовая смесь может быть дополнительно использована также для транспортировки топлива из шлюзового бункера в приемный бункер, при этом предпочтительно используется возврат газа с пониженным давлением с помощью инжектора для того, чтобы избежать выделения газа, содержащего H2,CO и углеводороды. Изобретение также предусматривает, что возвращаемые из последовательно подключенных установок газы перед сжатием смешивают с CO2. В одном варианте осуществления также предусмотрено, что полученный в процессе обработки газ,который содержит преимущественно CO2 и по меньшей мере 10 ч./млн (ppm) H2S и/или CO, подмешиваю к содержащему углеводороды и/или водород возвращаемому газу, при этом может быть также предусмотрено, что возвращаемый газ, по меньшей мере частично, используют для подачи топлива в приемный бункер для создания давления в приемном бункере и/или для псевдоожижения топлива в приемном бункере. Другие преимущества, подробности и признаки изобретения следуют из приведенного ниже описания, а также из чертежа, на котором показана схема способа газификации согласно изобретению. В обозначенной в целом ссылочным обозначением 1 установке пылеобразное топливо передается из накопительного бункера 2 через соединительный трубопровод 2 с в шлюзовые бункеры 3. Для того чтобы иметь возможность принимать топливо, сначала должно быть снижено давление в шлюзовых бункерах. Вытекающий из шлюзовых бункеров газ 3 е очищается от пыли и выпускается в атмосферу. Затем шлюзы заполняются топливом, и в них с помощью газа 3 а и 3b повышается давление. Затем выходной трубопровод шлюза продувается с помощью 3 с, и пылеобразное топливо из шлюзового бункера 3 через трубопровод 4 подается в приемный бункер 5. При этом к транспортировочному газу 4 а добавляются разрыхляющий и псевдоожижающий газ 3b. Приемный бункер 5 находится постоянно под рабочим давлением и непрерывно снабжает газификатор 7 через несколько трубопроводов 6. Транспортировка из приемного бункера происходит путем добавления разрыхляющего и псевдоожижающего газа 5b в выходную зону бункера и посредством еще одного транспортировочного газа 5 с в трубопровод горелки 6. Поток 6 топлива непрерывно и регулярно пневматически, предпочтительно транспортировкой плотным потоком, подается в газификатор 7 через горелку 7 а. Выделяющийся при снижении давлении газ 5 е возвращается из приемного бункера с помощью инжектора 14. Газификатор 7 включает в себя реактор газификации, устройство для охлаждения газа и удаления пыли и устройство для охлаждения и извлечения через шлюз шлака 7b и содержащей твердые вещества воды. В устройстве 8 конверсии CO часть монооксида углерода и водяного пара превращается в диоксид углерода и водород. После этого газ очищается в установке 9 газоочистки с помощью растворителя (например, метанола), и диоксид углерода отделяется от синтез-газа (преимущественно H2 и CO). Полученный в установке газоочистки содержащий диоксид углерода газ имеет низкое давление и содержит, как правило, небольшие количества вредных веществ, например монооксид углерода 1%, сероводород 10 ч./млн по объему (ppmv), и следы углеводородов. Полученный диоксид углерода может соответствовать одному или нескольким сортам. На фигуре показан бедный вредными веществами поток 9 а CO2 и содержащий вредные вещества поток 9b, которые сжимаются раздельно. Обычно вымытое количество CO2 больше потребности для шлюзования твердого вещества и транспортировки, так что дополнительные потоки CO2 покидают установку 9 газоочистки. Очищенный синтез-газ в 10 превращается в метанол, а в установке 11MTG-синтеза - в бензин 11b и сжиженный газ (LPG) 11 с. Для обработки жидких продуктов зачастую требуется водород, который получают в 12 разделением, например PSA-способом. Побочные продукты 11 а, выделяющиеся при снижении давления газы 10 а, и остаточный газ 12 а подаются в соответствующие ступени компрессора 13 и согласно изобретению возвращаются через потоки 13 а или 13b. Эти потоки обозначены дополнительной пунктирной линией. Для запуска всей установки требуется импортированный газ, например CO2 или азот. Зачастую предпочитают использовать азот, который для этой цели может быть запасен, например, в жидкой фазе. Когда процесс развивается в такой степени, что в установке газоочистки выделяется диоксид углерода,для дальнейшей нормальной работы происходит переключение на содержащий диоксид углерода газ, к которому после запуска синтезов 10 и 11 примешиваются дополнительные газы. В качестве альтернативных режимов проведения способа рассматриваются: только один из газов 10 а, 11 а, 12 а, два из которых или несколько фракций с разными давлениями; некоторые питающие трубопроводы 4 а, 5 а, 5b с газом 3d для шлюзования; возвращаемый содержащий CO, H2, CnHm газ 13b только для 5 с, тогда инжектор из-за освобождения не требуется; возвращаемый содержащий CO, H2, CnHm газ 13b также в качестве газа 3d для шлюзования. Может быть использовано существенно больше газа, однако выделяющийся при снижении давления газ должен очищаться или собираться в газовом буфере и, например, сжиматься компрессором 13; газ 3d для шлюзования используется в качестве рабочего газа для инжектора 14, так как газ имеет более высокое давление. Наряду с представленными примерами осуществления, может быть также предусмотрено, что число шлюзовых бункеров может быть большим и могут использоваться несколько компрессоров для сжимания нескольких фракций, которые имеют разные давления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения продуктов из газа, получаемого в реакторе газификации из углеродсодержащего топлива в потоке под давлением и при температуре выше температуры плавления образующейся золы, согласно которому осуществляют частичную конверсию окиси углерода, содержащуюся в полученном газе с водяным паром, и последующую очистку образованной смеси газов в установке газоочистки, подачу очищенной газовой смеси на следующие ступени синтеза продуктов, где первая ступень синтеза продуктов является синтезом метанола, а второй ступенью является синтез компонентов топлива из метанола, отличающийся тем, что отходящие газы из системы газоочистки, представляющие собой остаточный газ, состоящий из двуокиси углерода с вредными веществами, а также возвращаемые газы из процессов первой ступени и второй ступени синтеза, которые содержат по меньшей мере 1 об.% углеводородов и/или 1 об.% водорода, смешивают между собой, сжимают в компрессоре и используют для пневматической транспортировки исходного углеродсодержащего топлива в реактор газификации в потоке. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный при конверсии газов с водяным паром газ,который содержит преимущественно CO2 и по меньшей мере 10 ч./млн H2S и/или CO, подмешивают к содержащему углеводород и/или водород возвращаемому газу. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что возвращаемый газ, по меньшей мере частично, используют для транспортировки топлива в приемный бункер, для создания давления в приемном бункере и/или для псевдоожижения топлива в приемном бункере.

МПК / Метки

МПК: C10J 3/50, C10G 3/00

Метки: способ, топливом, снабжения, углеродсодержащим, газификации, реактора, потоке

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/5-21013-sposob-snabzheniya-reaktora-gazifikacii-v-potoke-uglerodsoderzhashhim-toplivom.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ снабжения реактора газификации в потоке углеродсодержащим топливом</a>

Похожие патенты