Газификация в плотном слое топлива

Газификация в плотном слое топлива

Наиболее распространен и до сегодняшнего дня находится в эксплуатации модифицированный способ газификации стационарного (слабодвижущегося) слоя сырья различными газифицирующими агентами под давлением.

Газификация в плотном слое топлива при атмосферном давлении в настоящее время практически утратила свое значение.

Газификация крупнозернистого (кускового) топлива в плотном слое при повышенном давлении осуществляется в газогенераторе Лурги (рис. 1).

Газогенератор Лурги представляет собой колонный аппарат с рубашкой водяного охлаждения. Исходный уголь из бункера (2) периодически

загружают в шахту (7) газогенератора, снабженную водяной рубашкой (12).

При помощи охлаждаемого вращающегося распределителя угля (5) и пере-

мешивающего устройства (6) топливо равномерно распределяется по сече-

нию аппарата. Парокислородное дутье подают под вращающуюся колосни-

ковую решетку (11), на которой находится слой золы. Этот слой способству-

ет равномерному распределению газифицирующего агента.. При вращении

колосниковой решетки избыточное количество золы с помощью ножей (8)

сбрасывают в бункер (14). Образующийся в аппарате газ проходит скруб-

бер (10), где предварительно очищается

от угольной пыли и смолы (в случае необходимости смолу можно возвра-

тить в шахту газогенератора (7). Вращение распределителя (5) и колоснико-

вой решетки (11) осуществляется от приводов (4 и 9).

 

Рис. 1. Газогенератор Лурги: 1,3,13,15-затворы; 2,14-бункеры; 4, 9-приво-

ды; 5-распределитель угля; 6-перемешивающее устройство; 7-шахта газогенератора; 8-ножи; 10-скруббер; 11-колосниковая решетка; 12-водяная рубашка.1-уголь; П-смола; Ш-пар; IV-вода; V-газ;VI-смола+вода; VII-дутье:,

 

 

В шахте газогенератора поддерживают давление 3 Мпа.

Типичный газогенератор Лурги имеет диаметр 4-5 м, высоту 7-8 м (без бункеров) и производительность по углю 600-1000т в сутки.

Применение способа ограничено определенными требованиями к сырью:

- это размер куска - 50-30 мм, соотношение максимального и мини- ального размера частиц не более 2:1.

- спекаемость сырья - отрицательный показатель для данного процесса, ж как угли начинают переходить в пластическое состояние, препятствуя движению газов;

- при температуре ниже температуры шлакования золы возможна гази- фикации углей с содержанием золы не более 15%, особенно при твердом ее 1алении;

К недостаткам процесса следует отнести и необходимость извлечения из газа образующихся в зоне термического разложения продуктов. Выходящая из газогенератора парогазовая смесь требует дальнейшей очистки.

Перспективы совершенствования процесса Лурги сосредоточены в основном на создании аппарата с жидким шлакоудалением, в подъёме температуры в зоне газификации и в обеспечении последующей каталитической энверсии сырого газа.

 

Газификация в псевдоожиженном слое

 

Газификация в псевдоожиженном слое топлива, получила бурное развитие с 20-х годов XX века. Во время второй мировой войны Германия полу-

чала синтетическое жидкое топливо большей частью из синтез-газа, произво-

димого в процессах газификации по способу Винклера. До настоящего вре-

мени в мире существует примерно 50 агрегатов, работающих по данному

принципу.

Удельная производительность процесса газификации бурых углей в га-

зогенераторах с кипящем слоем при атмосферном давлении достигает 2500-

3000 кг/(м ч), производительность одного агрегата 20-45 т/ч.

Требования к сырью в данном процессе менее жесткие чем в процессе

Лурги - возможна газификация высокозольных (до 40%) и спекающихся уг-

лей. Однако предпочтительно использовать угли с достаточно высокой реак-

ционной способностью - бурые угли, реакционноспособные каменные угли,

буроугольный кокс и полукокс с размером частиц <10 мм. Интенсивное пе-

ремешивание твердых частиц в псевдоожиженном слое приводит к практиче-

ски изотермическому режиму, что облегчает регулирование температуры в

реакторе.

Газогенератор рассматриваемого типа (рис. 2) работает при атмосферном давлении и имеет диаметр 5,5 м, высоту 23 м и производительность

до 1100 т угля в сутки (или 3000 м3 газа на 1 м2 сечения шахты в час). Дроб-

леный и подсушенный уголь из бункера (1) шнеком (4) подают на распреде-

лительную решетку (6). С помощью первичного паровоздушного дутья,

подаваемого под решетку, топливо переводится в псевдоожиженное со-стояние и газифицируется в шахте (2).

 

 

Рис. 6.3. Газогенератор Винклера: 1, 9-бункера; 2-шахта; 3-фурмы вторично-

го дутья; 4, 7-шнеки; 5-скребок; 6-распределительная решетка; 8-привод; I-

уголь; Н-пар; 111-воздух; IV-газ

 

 

Вторичное дутье через фурмы (3) вводят непосредственно в псевдо- ожиженный слой, чтобы повысить степень использования углерода угля и газифицировать смолистые вещества, выделяющиеся в нижних слоях реакционной зоны.

Твердый остаток - зола - удаляется в сухом виде, поэтому температуру в аппарате поддерживают не выше 1100°С (ниже температуры плавления золы).

Часть золы (70%) уносится из аппарата газовым потоком и затем выделяется в выносном мультициклоне, а оставшееся количество золы через отверстия распределительной решетки 6 ссыпается в нижнюю часть газогенератора, откуда шнеком (7) транспортируется в бункер (9). Для ускорения эвакуации частиц золы с поверхности решетки служит водоохлаждаемый вращающийся скребок (5), работающий от привода (8).

Бункер сырья (1) имеет размеры, близкие к газогенератору. Полукокс или дробленный и подсушенный уголь из бункера шнеком подают на распределительную решетку. Паровоздушным дутьем в шахте создается псевдоожиженный слой, где и протекает процесс газификации. Термическое разложение, горение и газификация совмещаются в реакционной зоне, золу выводят снизу сужающейся футерованной части шахты.

Газ выводится из верха аппарата (2) в котел-утилизатор, проходит мультициклон, конденсатор-холодильник и каплеуловитель.

Степень превращения угля достигает 90%, что выше, чем для процесса Лурги.

К недостаткам газогенератора Винклера следует отнести:

- необходимость очистки газа от большого количества пыли:

- невысокую температуру газификации:

- большие размеры газогенератора и его металлоемкость:

- высокое содержание углерода в золе (до 5%) при сухом золоудалении.

Развитие технологии газификации в псевдоожиженном слое направлено на:

- повышение температуры процесса за счет повышения температуры плавления золы введением, например, инертных добавок;

- разработку установок с псевдоожиженным слоем при повышенном (до 5 МПа) давлении.

 

Газификация пылевидного топлива в потоке

 

Единственным среди способов газификации пылевидного топлива, который опробован в промышленном масштабе в настоящее время, является способ газификации Копперс-Тоцек. В мире работает 20 таких промышленных установок, проектируются и строятся новые.

В способе Копперс-Тоцек в качестве сырья используются практически любые угли, твердые или жидкие углеродосодержащие материалы и топлива.

 Процесс газификации пылевидного или жидкого углеродсодержащего сырья кислородом и водяным паром осуществляется при атмосферном или повышенном давлении при 1400-1500°С. Твердое сырье должно быть измельчено до частиц менее 0,1 мм. Иногда в зависимости от вида сырья к нему добавляют частицы более крупного размера. Желательно, чтобы содержание золы в топливе не превышало 40%.

 

 

 

Рис. 3 Газогенератор Копперс-Тоцека; 1-расходные бункера; 2-шнеки;

3-форсунки; 4-реакционная  камера; 5-камера охлаждения и  гранулирования шлака; 6-газослив; I-уголь; II-генераторный газ; III-кислород и пар; IV-шлак

Газогенератор представляет собой горизонтальную камеру (рис. 3), футерованную высокотермостойким материалом. При производительности по углю 50 т/ч газогенератор Копперс-Тоцека имеет диаметр 3-3,5 м, длину около 7,5 м и объем около 28 м3. Пылевидный уголь потоком азота (или дымовых газов) подают в расходные бункеры (1), затем шнеками (2) он направляется в форсунки (3) и поступает горизонтальную реакционную камеру (4). В форсунках реактора топливо смешивается с кислородом и водяным паром. Подача пара организована так, что он обволакивает угольно-кислородный факел, тем самым предохраняя футеровку камеры от шлакования. Зола в кидком виде выводится в камеру (5), где охлаждается и удаляется в виде гранулированного шлака.

Интенсивная циркуляция внутри реакционной камеры (4) приводит к установлению равномерного распределения температуры.

Температура газификации составляет 1500-1600°С. Вследствии этого достигается высокая степень превращения углерода, образуется газ с высоким содержанием СО.

Газообразные продукты отводят через газослив (6). Затем они попадают в котел-утилизатор, где вырабатывается пар высокого давления (до 10 МПа). В рубашке реакционной камеры (4), образуется пар низкого давления.

После котла-утилизатора газ охлаждается и очищается от частичек пыли (золы) в скруббере-холодильнике. Поскольку получаемый в газогенераторе Копперс-Тоцека газ идет почти исключительно на синтез аммиака и синтез Фишера-Тропша, его дополнительно очищают от пыли до содержания менее 10 мг/м .

Одной из особенностей способа является полное совмещение в одной зоне не только термического разложения, горения и газификации, но и сушки. Продукты горения и разложения (СО2 и Н20) принимают участие в процессе газификации в восстановительной зоне факела.

 

- более высокий расход кислорода в сравнении с другими методами газификации;

- затраты на тонкое измельчение топлива;

- необходимость бесперебойной подачи топлива, так как в противном случае из-за малого времени пребывания в реакционной зоне могут возникнуть взрывоопасные смеси при избытке 02;

- большой унос пыли и очистка от нее продуктов реакции.

Перспективное развитие процесса состоит в следующем:

- разработке вариантов способа при давлении выше 1,5 МПа.

- газификация тяжелых нефтяных фракций И композиций сырья при создании универсальных, регулируемых форсуночных устройствах;

- совершенствование процессов очистки сырого газа от пыли.

- повышение термического КПД с 70-80% до 90% за счет усовершенствования утилизации тепла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АЗЕРБАЙДЖАНСКАЯ   ГОСУДАРСТВЕННАЯ   НЕФТЯНАЯ   АКАДЕМИЯ

 

 

 

 

 

Химико-технологический факультет

 

 

Кафедра

«Химия технология переработки нефти и газа»

 

 

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА №5

       

На тему:

 

    «Виды газогенераторов. »

 

 

 

 

 

 

Студент:  Асланова Севиль Аскер к.

Группа:  360.1

Преподаватель: доц. Кахраманлы Ю.Н

Зав. кафедры:проф. Мустафаев С.А

 

 

Баку 2014