СПОСОБ ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2294354 (13) C2

(51) МПК
C10J 3/14 (2006.01)
C10J 3/16 (2006.01)
C10J 3/18 (2006.01)
C10J 3/20 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 02.03.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.02.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005113825/04 
(22) Дата подачи заявки: 2005.05.05 
(30) Приоритетные данные: a200500409 2005.01.17 UA 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.05.05 
(45) Опубликовано: 2007.02.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2047650 С1, 10.11.1995. RU 2105040 C1, 20.02.1998. FR 2491490 A1, 09.04.1992. SU 1744101 A, 29.02.1992. 
(72) Имя изобретателя: Неклеса Анатолий Тимофеевич (UA) 
(73) Имя патентообладателя: Неклеса Анатолий Тимофеевич (UA) 
(98) Адрес для переписки: 49027, г. Днепропетровск, ул. Дзержинского, 35Б, корп.1, кв.13, А.Т. Неклеса 

(54) СПОСОБ ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


Изобретение относится к технологии комплексной переработки твердого топлива и конструкции устройства для его переработки. Способ плазмотермической переработки органического топлива, включает газификацию органического топлива одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа. Газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе, отключают в нем плазменную струю, и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости:



где - высота жидкого шлака; GП - расход плазмообразующего газа, кг/с; П - плотность плазмы, кг/м; Ш - плотность шлака, кг/м 3; dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м; g - ускорение свободного падения, м/с2 ; =3,14. Затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и, после слива металла и шлака в одном газификаторе, повторно загружают его исходным сырьем, и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используют воду. Установка представляет собой два блока - блок газификации и блок преобразования энергии. Блок газификации состоит из спаренных газификаторов и ресивера-циклона, обеспечивающего выравнивание давления синтез-газа в системе и предварительную очистку его от пыли. Плазмотроны обеспечивают работу как в окислительном, так и в восстановительном режимах. Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки синтез-газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическим генератором. При плазмотермической газификации угля выбросы в атмосферу в десятки раз меньше, чем при любых других процессах, основанных на сжигании угля. Способ и установка позволяют эффективно перерабатывать исходное углесодержащее сырье любого фракционного состава с максимальным извлечением качественных готовых продуктов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Взаимосвязанная группа изобретений относится к технологии комплексной переработки твердого топлива и конструкции устройства, которое используется при этом, в частности к технологии газификации низкокачественного угля низкотемпературной плазмой с получением горючего синтез-газа для его дальнейшего сжигания в энергетических установках, а также для получения металлопродукции, и может быть использована во многих отраслях промышленности и коммунальном хозяйстве.

Известен способ газификации углей, включающий ввод пылевидного топлива посредством дутья и газифицирующего агента в реакционную камеру, в котором, перед вводом топлива в реакционную камеру, часть топлива с окислителем подают в подготовительные камеры, выполненные в виде муфеля, в которых предварительно генерируют поток низкотемпературной плазмы, осуществляют смешение потока низкотемпературной плазмы с пылевидным топливом, нагрев и возгорание топлива, и поддерживают процесс горения в подготовительных камерах, выполненных в виде муфеля, затем продукты сгорания направляют в реакционную камеру, в которую тангенциально вводят основной поток пылевидного топлива и газифицирующий агент для осуществления полной газификации топлива, при этом в качестве окислителя используют воздух, а в качестве газифицирующего агента - перегретый пар (Патент России №2062287, заявл. 14.04.94, опубл. Бюл. №17, 1996).

Указанный способ не обеспечивает полную переработку исходного сырья и характеризуется невысокой производительностью и сложностью технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ, который включает подготовку, термообработку и газификацию угля с помощью плазмы, а процесс газификации осуществляют в три стадии, две из которых ведут в трубчатых теплообменниках газификационной колонны, а третью заключительную стадию газификации проводят непосредственно в объеме плазмотрона одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента. При этом подготовку угля осуществляют путем диспергирования в метановой воде, в которую добавляют поверхностно-активные вещества - алкилоламиды и полученную угольную суспензию нагревают перед первой стадией газификации до 500-600К в потоке отходящих из газификационной колоны дымовых газов, а перед второй стадией газификации нагревают до 1200-1400К в потоке синтез-газа, отводимого из плазмотрона, при этом в качестве реагента при высокотемпературном пиролизе используют пары воды, которые впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменного источника, так что вектор скорости движения плазменных струй и вектор скорости газифицируемой смеси противоположны друг другу при проекции на ось плазмотрона и совпадают при их проекции на плоскость, перпендикулярную оси плазмотрона, а полученный в плазмотроне синтез-газ охлаждают и очищают от смеси в центробежно-барабанном аппарате с помощью атмосферного воздуха и воды, а атмосферный воздух затем используют с частью синтез-газа в топочном устройстве газификационной колоны, а воду подают в диспергирующее устройство для приготовления угольной суспензии (Патент России №2047650, заявл. 28.09.93, опубл. Бюл. №31, 1995).

Однако известный способ недостаточно экономичен, поскольку предварительная подготовка исходного сырья и многостадийность процесса газификации отрицательно сказываются на энергетическом балансе процесса в целом. Кроме того, он не обеспечивает полного извлечения из исходного сырья ценных компонентов, так как предназначен исключительно для получения газообразных и жидких конечных продуктов, в то время как отходящие расплавленные шлаки имеют достаточно высокое содержание окислов железа (до 24%) и окислов кремния (до 40%).

Известна энерготехнологическая установка, содержащая футерованный газификатор для получения синтез-газа с установленным в его нижней части плазмотроном, а в верхней - дозатором подачи твердого низкосортного топлива и патрубками отвода нагретого синтез-газа и отвода шлака (А.Г.Артамонов. Переработка различных органических отходов в плазмохимическом реакторе. В кн. Аппараты высокотемпературной техники. - М.: Московский институт химического машиностроения, Межвузовский сборник научных трудов, 1988, с.63-64).

Данная установка предназначена исключительно для получения газа, при этом твердый металл используется практически полностью, а отходами является зола и шлак. Конструкция указанной установки не обеспечивает достаточной гибкости технологического процесса в отношении производства других продуктов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является комбинированная парогазовая установка с плазмотермической газификацией угля, которая включает две паровые и одну газовую турбины с электрогенераторами, плазмотермический газификатор с узлом подачи угля, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовые компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов, отличающаяся тем, что один из парогенераторов установлен внутри плазмотермического газификатора, имеющего по меньшей мере два плазмотрона на парах воды, и гидравлически связан с паровой турбиной, узлом подачи угля и одним из плазмотронов, второй парогенератор установлен внутри котла-утилизатора под газовой горелкой для сжигания синтез-газа и гидравлически связан с второй паровой турбиной, узлом подачи угля и другим плазмотроном, при этом оба парогенератора гидравлически связаны с контуром утилизации тепла, а выход газовой турбины расположен внутри котла - утилизатора в зоне действия пламени его газовой горелки и гидравлически связан через теплообменник парогенератора и дымосос с дымовой трубой, при этом система очистки синтез-газа разделена на две ступени, связанные с плазмотермическим газификатором при помощи пароэжектора и между собой - с помощью газодувки, из которых первая ступень - мокрая и включает центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционным контуром жидкого абсорбента и устройством для удаления шлака, а вторая ступень - сухая и включает сменный блок катализаторов с электрофильтрами и устройством для удаления серы и ее соединений, а газовая горелка котла-утилизатора, камера сгорания газовой турбины и газовый аккумулятор гидравлически соединены с газовым компрессором низкого давления, расположенным после второй ступени очистки синтез-газа, а в линии питания каталитического реактора синтез-газом установлен газовый процессор высокого давления и предусмотрено устройство для забора газообразного и сжиженного продуктов газификации, например синтез-газа и бензина (Патент России №2105040, заявл. 29.03.95, опубл. Бюл. №5, 1998).

Недостатком известной установки является неполное использование ее рабочего объема, ограниченная область ее применения - невозможность ее использования в металлургии. Образующийся в процессе газификации шлак находится при температуре газификации в жидком состоянии, а при поступлении шлака в нижнюю часть газификатора, где температура значительно ниже температуры газификации, жидкий шлак затвердевает и образует отложение на дне газификатора, что сокращает срок его работы. Кроме того, размещение парогенераторов внутри плазмотермического газификатора и котла-утилизатора в случае необходимости проведения на них ремонтных работ приводит к остановке установки в целом. В установке предусмотрена обязательная предварительная подготовка исходного топлива, что также снижает ее эффективность.

В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа плазмотермической переработки органического топлива путем создания цикла безостановочной переработки любого углеродсодержащего сырья, любого фракционного состава, без его предварительной подготовки и максимально полного использования реакционного пространства газификаторов, который обеспечивает получение синтез-газа, использование его для получения электроэнергии, ферросилиция и наполнителей при сохранении чистоты окружающей среды и снижение энергозатрат.

В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для плазмотермической переработки органического топлива путем создания цикла безостановочной и безотходной переработки исходного сырья за счет последовательного размещения по ходу технологического процесса соответствующих аппаратов и полную переработку исходного сырья в едином технологическом агрегате при сохранения чистоты окружающей среды.

Первая поставленная задача решается тем, что в способе плазмотермической переработки органического топлива, в котором газификацию органического топлива производят одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа, согласно изобретению газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе отключают в нем плазменную струю и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости:



где - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

П - плотность плазмы, кг/м 3;

РАСП - плотность расплава, кг/м 3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с 2;

=3,14,

затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и, после слива металла и шлака в одном газификаторе, повторно загружают его исходным сырьем и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используется вода.

Заявленный способ переработки твердого топлива позволяет в одном технологическом агрегате осуществлять в циклично-последовательных режимах процессы окисления путем обработки сырья, например угля, окислительной плазменной струей для получения синтез-газа для последующей выработки электроэнергии и процессы восстановления металлов из непрореагировавшего твердого остатка (шлака) путем периодической продувки шлака восстановительной плазменной струей с целью получения ценных компонентов, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используется вода. Приведенная аналитическая зависимость увязывает режим работы плазмотрона в расплаве шлака с газодинамическими параметрами жидкой ванны расплава. Если это соотношение не выполняется, то происходит газодинамическое запирание плазмотрона или расплав выплескивается из шлакосборника и накапливается на стенах окислительной зоны газификатора, образуя своды, мосты и настыли, в результате чего процесс прекращается. Замещение части реагента, включающего газообразный окислитель, например воздух или пар, на воду позволяет повысить эффективность процесса и снизить количество вредных выбросов NO2. Поскольку при плазменной конверсии воды образуются кислород и водород, то свободный кислород расходуется на окисление топлива, а водород используется как дополнительный топливный элемент, который повышает энергосодержание синтез-газа и сохраняет чистоту окружающей среды.

Другая поставленная задача решается тем, что в установке для плазмотермической переработки органического топлива, которая включает футерованный газификатор, связанный в верхней части с узлами подачи топлива, плазмотроны, камеру сгорания, шлакосборник, расположенный в нижней части газификатора, систему очистки синтез-газа, связанную с газификаторами, теплообменник, газовую и паровую турбины с электрогенераторами, котел-утилизатор, согласно изобретению установка снабжена дополнительным газификатором и ресивером-циклоном, связанными между собой в верхней части трубопроводом для транспортирования синтез-газа, ресивер-циклон в нижней части соединен наклонными пылепроводами с газификаторами, а плазмотроны установлены по обе стороны от плоскости разделительной перегородки газификатора и шлакосборника, соответственно в стенке каждого газификатора и шлакосборника оппозитно друг другу, причем в шлакосборниках выполнены летки для слива металлической лигатуры в изложницы и обедненного шлакового расплава в гранулятор, а ресивер-циклон трубопроводом подачи синтез-газа соединен с газоохладительным теплообменником, один трубопровод которого соединен с паровой турбиной, а второй - через систему горячей очистки и керамический фильтр связан с камерой сгорания газовой турбины, соединенной с котлом-утилизатором, при этом дополнительный выход керамического фильтра связан через блок автоматической подачи синтез-газа, блок дополнительной очистки и блок компримирования синтез-газа с плазмотронами.

Компоновочное решение агрегатов и узлов и их размещение по ходу технологического процесса обеспечило создание безотходной комплексной переработки исходного сырья в едином технологическом агрегате при сохранении чистоты окружающей среды.

Установка конструктивно представляет собой два блока - блок газификации и блок преобразования энергии. Блок газификации состоит из спаренных, футерованых огнеупорным кирпичом газификаторов и ресивера-циклона, расположенных в герметичном металлическом корпусе. Ресивер-циклон обеспечивает выравнивание давления синтез-газа в системе и одновременно служит первой ступенью очистки синтез-газа от пыли.

Размещение окислительных плазмотронов в нижней части газификаторов позволяет эффективно обрабатывать топливо в режиме противотока. Плазмотроны, установленные в шлакосборниках, обеспечивают работу как в окислительном, так и в восстановительном режимах, что позволяет использовать их дополнительно для газификации топлива, когда газификатор включен в режиме окисления с гибкой и мобильной системой управления, способной обеспечить быстрый переход с одного режима работы на другой.

Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки синтез-газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическими генераторами и системой регенерации пара, системы очистки и удаления дымовых газов. Схема получения электроэнергии и синтез-газа достаточно гибкая и простая.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема установки для плазмотермической переработки органического топлива,

на фиг.2 - график расходов синтез-газа двух газификаторов.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Продувают плазменными окислительными струями углесодержащее сырье в объеме первого газификатора. В результате газификации получают синтез-газ, который направляют для последующего использования в производстве электроэнергии, а образующийся жидкий шлак накапливают в шлакосборнике до достижения им заданной высоты, которую определяют по зависимости:



где - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

П - плотность плазмы, кг/м 3;

Ш - плотность шлака, кг/м 3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с 2;

=3,14,

после чего производят продувку жидкого шлака восстановительной плазмой и одновременно осуществляют цикл окисления углеродсодержащего сырья во втором газификаторе и, после слива металла и шлака из первого газификатора, производят его загрузку исходным сырьем и цикл повторяют. В зависимости от марки угля, его зольности, циклы работы газификаторов в окислительном режиме получения синтез-газа могут повторяться два-четыре раза до достижения жидким шлаком расчетной высоты в одном из газификаторов.

Такой циклически-последовательный режим позволяет с одной стороны непрерывно подавать синтез-газ потребителю, а с другой - обрабатывать жидкий шлак по мере его накопления.

Высоту жидкого шлака в шлакосборнике определяют из условия равенства сил РП плазменного давления плазмотрона



и сил РШ давления столба шлака на выходное отверстие плазмотрона



где П - плотность плазмы, кг/м 3;

VП - скорость плазмы, м/с;

FП - площадь выходного сопла плазмотрона. м;

Ш - плотность шлака, кг/м 3;

VШ - объем шлака над выходным соплом плазмотрона, м3;

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.



Используем очевидные соотношения







где FШ - площадь поперечного сечения столба шлака, м2;

- высота жидкого шлака, м;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

G П - расход плазмообразующего газа, кг/с;

=3,14.

Подставляя (4), (5) и (6) в (3), получаем



откуда после преобразования получаем:



Пример конкретного выполнения способа. В газификаторы диаметром 1,1 м высотой 4,0 м последовательно загружают по 4.0 тонны угля марки «Г». Уголь удерживается на колошниковой решетке и в шлакосборник не попадает. Подают плазмообразующий воздух и воду в оппозитно расположенные плазмотроны одного газификатора и возбуждают в них дуговые разряды. Плазменными окислительными струями продувают слой загруженного угля. Образующийся в процессе газификации синтез-газ имеет следующий состав в объемных процентах: H2-34; CO-37; N2-28; =99. Этот газ поступает в ресивер-циклон с рабочим объемом ?10 м3, в нижней части которого установлен циклон для удаления пыли. Процесс газификации продолжается ?4,0 часа, в результате из одной загрузки угля (4,0 тонны) получают 8000 кг/кг синтез-газа, нагретого до температуры 1100...1300°С. Во второй половине цикла газификации загружают второй газификатор таким же количеством угля марки «Г» и возбуждают дуговые разряды в плазмотронах второго газификатора. Некоторое время работают оба газификатора. Поскольку расход во времени синтез-газа из одного газификатора имеет колоколообразный вид, то сумма расходов из обоих газификаторов имеет квазипериодический вид, показанный на фиг.2.

В зависимости от марки угля и режимов работы циклы работы газификаторов могут повторяться два-четыре раза до достижения жидким шлаком высоты Д в одном из газификаторов



1. GП=0,1 кг/с; П=0,4 кг/м3 ; Ш=4,5·103 кг/м3; =3,14; dC=3,0·10 -2 м; g=9,81 м/с2.



2. GП=0,07 кг/с; П=0,35 кг/м3 ; Ш=4,0·103 кг/м3; =3,14; dC=2,5·10 -2 м; g=9,81 м/с2.



По достижении высоты слоя жидкого шлака в шлакосборнике 0,5...0,7 м плазмотроны, размещенные в шлакосборнике газификатора, переводятся в восстановительный режим работы. Под действием восстановительных плазменных струй из шлака восстанавливается железо и кремний в виде ферросилиция FeSi. При загрузке в газификатор 4,0 тонны угля марки «Г» шлаковый остаток составляет около 20%; т.е. 800 кг, из которого извлекается около 20% FeSi, т.е. 160 кг лигатуры. Время плавления шлакового остатка составляет 20...40 минут. Полученная лигатура сливается в изложницу, а обедненный жидкий шлак направляется на гранулирование. После слива металла и шлака из шлакосборника в газификатор загружается свежая порция угля, и плазмотроны газификатора переводятся в окислительный режим работы. После окончания газификации угля в данном газификаторе процесс повторяется. Минимальное время между плавлением и сливом металла и шлака в различных газификаторах составляет приблизительно один час. Провал расхода синтез-газа в это время компенсируется запасом синтез-газа в ресивере-циклоне и составляет около 20% от основного расхода синтез-газа.

Установка для переработки органического топлива содержит газификаторы 1 и 2, объединенные высокотемпературным ресивером-циклоном 3 и снабженные в верхней части загрузочными устройствами 4, а в нижней боковой части - расположенными оппозитно друг другу плазмотронами 5. Нижняя часть газификаторов 1, 2 состыкована со шлакосборниками 6 жидкого шлака, в боковой стенке которых установлены плазмотроны 7. В шлакосборниках 6 выполнены летки 8 для слива металлической лигатуры в изложницы 9, а обедненного шлакового расплава - в гранулятор 10. Плазмотроны 5 и 7 подключены к источникам питания 11, обеспечивающим необходимые энергофизические характеристики дугового разряда, к компрессору 12 подачи плазмообразующего воздуха и к центробежному насосу 13 подачи охлаждающей и плазмообразующей воды. Блок преобразования энергии включает в себя систему охлаждения и тонкой очистки полученного синтез-газа, содержащую подключенный на выходе из ресивера-циклона 3 теплообменник 14, подсоединенный к паровой турбине 15 и далее последовательно к системе горячей очистки 16, керамическому фильтру 17, камере сгорания 18 газовой турбины 19. На оси газовой турбины 19 расположен электрический генератор 20 и компрессор 21 подачи газа в камеру сгорания 18. Газовая турбина 19 соединена с котлом-утилизатором 22. Для работы плазмотронов в восстановительном режиме используется блок, состоящий из последовательно соединенных между собой узла 23 автоматической подачи синтез-газа, узла интенсивного охлаждения 24, узла дополнительной очистки 25 и узла компримирования синтез-газа 26, подсоединенного к плазмотронам 7.

Установка работает следующим образом.

Углесодержащее сырье загрузочным устройством 4 загружается сверху в первый газификатор 1. На плазмотроны 5 и 7 компрессором 12 подают плазмообразующий воздух, а центробежным насосом 13 - плазмообразующую и охлаждающую воду. С помощью источника электропитания 11 возбуждают дуговые разряды и запускают плазмотроны 5 и 7. Плазменными окислительными струями продувают слой исходного сырья, образующийся в процессе газификации синтез-газа по магистрали, оснащенной обратными клапанами, поступает в высокотемпературный ресивер-циклон 3, в нижней части которого выполнена система удаления пыли в газификаторы 1, 2. Ресивер-циклон 3 предназначен для выравнивания давления синтез-газа в системе и одновременно служит первой ступенью очистки синтез-газа от пыли. В это время загрузочным устройством 4 исходное сырье загружается в газификатор 2. После окончания процесса газификации в первом газификаторе выключаются плазмотроны 5 и 7 и включаются в газификаторе 2. Далее процесс повторяется.

Нагретый до температуры 1100-1300°С синтез-газ из высокотемпературного ресивера-циклона 3 при избыточном давлении 1-5 атм поступает в газоохладительный теплообменник 14, где он охлаждается до температуры -540°С. Из теплообменника 14 пар поступает на паровую турбину 15 для выработки электроэнергии.

Охлажденный в теплообменнике 14 до температуры -540°С синтез-газ поступает в систему горячей сероочистки 16, где сера в кипящем слое адсорбируется титанатом цинка, частично выводящимся на регенерацию. После горячей сероочистки в свечах керамического фильтра 17 из синтез-газа удаляется летучая пыль и далее газ поступает в камеру сгорания 18 газовой турбины 19. На оси газовой турбины 19 расположен электрический генератор 20 и компрессор 21, подающий воздух в камеру сгорания 18. После газовой турбины 19 продукты сгорания направляются в котел-утилизатор 22 и далее удаляются в дымовую трубу. Полученный в котле-утилизаторе 22 пар подается на паровую турбину 15 для выработки электроэнергии. Произведенная в газовой и паровой турбинах электроэнергия частично используется для собственных нужд (работа плазмотронов, насосов, компрессора и т.д.) и выдается в сеть потребителю.

В зависимости от марки угля, его зольности, циклы работы газификаторов 1 и 2 в окислительном режиме получения синтез-газа могут повторяться 2-4 раза до достижения жидким шлаком толщины в одном из газификаторов. При достижении уровня шлака заданной толщины плазмотроны 7, размещенные в шлакосборнике газификатора, переводятся в восстановительный режим работы. Для работы плазмотронов 7 в режиме восстановления шлака очищенный в свечах керамического фильтра 17 синтез-газ через узел автоматической подачи 23 поступает на узел интенсивного охлаждения 24, далее на узел дополнительной очистки 25 и узел компримирования 26, из которого очищенный, охлажденный до температуры ?30°С и сжатый до давления 3-6 атм синтез-газ подается на плазмотроны 7. Под действием восстановительных плазменных струй из шлака восстанавливается железо и кремний. Полученная металлическая лигатура - ферросилиций через летку 8 сливается в изложницу 9, а обедненный жидкий шлак - в гранулятор 10. Время процесса восстановления металлов не превышает 20-40 минут и поэтому вписывается в технологический цикл газификации. После слива металла и шлака из шлакосборника в газификатор загружается свежая порция угля и плазмотроны 5 газификатора и плазмотроны 7 шлакосборника начинают работать в окислительном режиме. После окончания процесса газификации в данном газификаторе включаются плазмотроны во втором газификаторе, и далее процесс повторяется.

Выполненные расчеты и экспериментальные результаты показывают, что при плазмотермической газификации угля выбросы в атмосферу в десятки раз меньше, чем при любых других процессах, основанных на сжигании угля. Это обусловлено тем, что при плазменной газификации, в отличие от известных процессов горения, идущих при 5-6 кратном соотношении воздуха к углю, количество окислителя устанавливается строго дозировано и только для поддержания реакции неполного окисления углерода. Так при весовом соотношении воздух/вода, не превышающем 0,3, концентрация азота в окислительной плазме не превышает 20% и поэтому выход азота и азотных соединений в конечном продукте не превышает 10%, практически при полном отсутствии СО2 и Н2О.

Экспериментально установлено, что при мощности заявляемой установки до 0,7 МВт и мощности трех одновременно работающих плазмотронов до 0,6 МВт при переработке 1000 кг/час угля марки «Г» обеспечивается выход 1000 кг/час нагретого до 1000°С синтез-газа, выдача в сеть 1500 кВт-часов электроэнергии, выпуск до 40 кг/час ферросилиция и до 150 кг/час легковесного наполнителя для железобетонных и других конструкций.

Заявленный способ термической переработки органического топлива и парогазовая установка для его осуществления позволяют эффективно перерабатывать исходное углеродсодержащее сырье любого фракционного состава с максимальным извлечением качественных готовых продуктов при минимальном воздействии на окружающую среду.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ плазмотермической переработки органического топлива, включающий газификацию органического топлива одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа, отличающийся тем, что газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе отключают в нем плазменную струю и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости



где - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

П - плотность плазмы, кг/м;

Ш - плотность шлака, кг/м 3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с 2;

=3,14,

затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и после слива металла и шлака в одном газификаторе повторно загружают его исходным сырьем и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используют воду.

2. Установка для плазмотермической переработки органического топлива, содержащая футерованный газификатор, связанный в верхней части с узлами подачи топлива, плазмотроны, камеру сгорания, шлакосборник, расположенный в нижней части газификатора, систему очистки синтез-газа, связанную с газификаторами, теплообменник, газовую и паровую турбины с электрогенераторами, котел-утилизатор, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным газификатором и ресивером-циклоном, связанными между собой в верхней части трубопроводом для транспортирования синтез-газа, ресивер-циклон в нижней части соединен наклонными пылепроводами с газификаторами, а плазмотроны установлены по обе стороны от плоскости разделительной перегородки газификатора и шлакосборника соответственно в стенке каждого газификатора и шлакосборника оппозитно друг другу, причем в шлакосборниках выполнены летки для слива металлической лигатуры в изложницы и обедненного шлакового расплава в гранулятор, а ресивер-циклон трубопроводом подачи синтез-газа соединен с газоохладительным теплообменником, один трубопровод которого соединен с паровой турбиной, а второй через систему горячей очистки и керамический фильтр связан с камерой сгорания газовой турбины, соединенной с котлом-утилизатором, при этом дополнительный выход керамического фильтра связан через блок автоматической подачи синтез-газа, блок дополнительной очистки и блок компримирования синтез-газа с плазмотронами.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru