Способ каталитической газификации угля углекислым газом

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Объектом исследования является угли месторождения Сарыадыр марки ГЖ, Шубарколь марки Д. Отличительной особенностью данного способа переработки угля является то, что в процессе газификации используются каталитические добавки карбонатов щелочных металлов (10-водный раствор а 2 СО 3. или К 2 СО 3), а в качестве газифицирующего агента помимо водяного пара и воздуха применяется углекислый газ. В данном способе газификации, каталитические добавки карбонатов,ускоряют реакцию взаимодействия углекислого газа с углеродом угля(реакция Будуара), что способствует увеличению в составе газа моноксида углерода. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса газификации угля, температура процесса снижается на 80-100 С и составляет 750-800 С. В связи с этим идет уменьшение его энергоемкости, также значительное исключение вредных выбросов в атмосферу.(72) Ермагамбет Болат Толеуханулы Бектурганов Нуралы Султанович Касенова Жанара Муратбековна Реминный Роман Александрович Касенов Булат Кунурович Нургалиев Нуркен Утеуович Букетаев Акылбек Серикович Зулхарнай Рамиз Нурланович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт химии угля и технологии(54) СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ(57) Изобретение относится к углехимии и может быть использовано для газификации угля, сланцев и других твердо горючих ископаемых с целью получения синтез газа, где в процессе переработки в качестве каталитической добавки используются карбонаты щелочных металлов. Изобретение относится к углехимии и может быть использовано для газификации угля, сланцев,сельскохозяйственных отходов,биомасс с получением горючего синтез газа, а также для переработки углекислого газа (СО 2). Ниже описаны известные методы и устройство,где применяют СО 2 в углекислотной газификации угля с целью получению чистого оксида углерода. Для производства водорода проводят водную конверсию СО. Из раздельно полученного СО и Н 2 возможно синтезировать различные органические промышленные продукты. Известен способ термической переработки твердого топлива с получением синтез-газа,включающий предварительное смешение измельченного угля с газообразным окислителем и последующую газификацию его путем подачи в зону электрической дуги с таким расчетом, чтобы вектор скорости указанной смеси имел составляющую, параллельную оси дуги Патент Франции 2491490, М. кл. С 10 3/46/. При этом среднюю температуру синтез-газа поддерживают на уровне 1200-1700 С с регулированием мощности электрической дуги. В качестве окислителя в данном способе используют водяной пар и кислород в соотношении водяной пар 15-45, а кислород 5585. Недостатком способа является то,что использование в качестве окислителя кислорода приводит к балластированию синтез-газа углекислым газом, кроме того, для получения кислорода необходима специальная установка. Все это приводит к дополнительным затратам энергии,так как синтез-газ нужно очищать, а полученный кислород накапливать и хранить, по всей вероятности, в жидком состоянии. К тому же поддержание температуры получаемого синтез-газа за счет регулирования мощности электрической дуги малоэффективно, ненадежно и сложно. Известен также плазмометрический способ переработки угля в синтез-газ, включающий подготовку, термообработку и газификацию угля с помощью плазмы в плазмореакторе, при этом процесс газификации осуществляют в три стадии,две из которых в трубчатых теплообменниках газификационной колонны,а третью,заключительную, стадию газификации проводят непосредственно в объеме плазмореактора одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента Патент РФ 2047650, кл. 6 С 10 3/18, 1993. Подготовку угля осуществляют путем его диспергирования в метаноловой воде,в которую добавляют поверхностно-активные вещества - алкиламиды, и полученную угольную суспензию нагревают в горизонтальных трубах перед первой стадией газификации до 500-600 К в потоке отходящих из газификационной колонны дымовых газов,подаваемых в межтрубное пространство реактора, а перед второй стадией газификации угольную суспензию нагревают до 1200-1400 К в потоке синтез-газа, отводимого из плазмореактора. В качестве реагента при высокотемпературном 2 пиролизе используют пары воды, которые впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников так, чтобы вектор скорости движения плазменных струй и вектор скорости движения газифицируемой смеси были противоположны друг другу при проекции на ось плазмореактора и совпадали при их проекции на плоскость, перпендикулярную оси плазмореактора. Полученный в плазмореакторе синтез-газ охлаждают и очищают от примесей в центробежнобарботажном аппарате с помощью атмосферного воздуха и воды, при этом атмосферный воздух затем используют с частью синтез-газа в топочном устройстве, а воду подают в диспергирующее устройство для приготовления угольной суспензии. Известен слоевой способ газификации топлива, в котором газификации подвергаются в основном летучие вещества Патент РФ 2014882 Способ получения адсорбента Патент РФ 2014882 Авторы Исламов С.Р., Степанов С.Г., Морозов А.Б.,Славин Дата выдачи 30 июня 1994 Патент РФ 2014883 Способ получения углеродного адсорбента Авторы Исламов С.Р., Степанов С.Г.,Морозов А.Б. Дата выдачи 30 июня 1994 г. Степень газификации регулируется расходом и режимом подачи дутья. Технологический процесс позволяет получать из угля марки Б 2 разреза Березовский-1 полукокс и синтез - газ. Из 1 т угля Б 2 с калорийностью 3800 ккал/кг производится 0,33 т полукокса с калорийностью 6500 ккал/кг и 1700 м 3 горючего газа с калорийностью 850-900 ккал/м 3. Известен Способ переработки твердых отходов и камера радиационно-термической газификации,где газификацию ведут в псевдоожиженном слое,создаваемом вибрацией рифленого днища камеры с применением терморадиации остатков пиролиза воздействуя на них электронным пучком в атмосфере водяного пара Патент РФ 2075694 20 Способ переработки твердых отходов и камера радиационно-термической газификации, Авторы Клятченко В.Ф. Гутиков В.Ф Горючий газ используют для нагрева пиролитической печи и выработки электроэнергии. Основным недостатком является- использование радиации для разложения угля,что не гарантируется выход радиационных элементов при газификации угля- использование электронного пучка в атмосфере водяного пара, что затрудняет технологическое оформление процесса- низкий выход основного продукта - синтез -газа и выделение вредных примесей Наиболее близким аналогом данного изобретения является процесс, описанный, где получают синтез - газ из длиннопламенных углей марки Б 2 с выходом 1200 ккал/м 3 Патент РФ 2052492 Способ получения синтез-газа и газификатор вертикального типа Исламов С.Р.,Степанов С.Г., Морозов А.Б., Пивоваров О.С.,Зуев В.А. Дата выдачи 20 января 1996 г Недостатком данного способа является то, что в результате процесса газификации получается синтез примесями в результате подачи воздуха в газификатор. Нами предложен новый способ каталитической газификации угля путем пропитки его углекислым раствором солей натрия и калия и подачи углекислого газа в качестве газифицирующего агента. Задача изобретения - проведение процесса каталитической газификации угля с использованием в качестве катализаторов карбонатов щелочных металлов и диоксида углерода. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса газификации высокозольных углей с низким выходом летучих продуктов за счет пропитки катализатора, который приводит к повышению содержания горючих компонентов (СО, Н 2, СН 4) и уменьшению содержания СО 2 в процессовом газе. Для достижения поставленной цели и результатов нами использовался уголь, марки ГЖ Сарыадырского месторождения с труднообогатимым летучим веществом 36,которое пропитывается 5-10 водным раствором 2 СО 3 или К 2 СО 3 предпочтительно с К 2 СО 3 в течение 20-30 минут, затем загружают в газификатор и подают острый водяной пар при 300 С, нагретый воздух и по достижении температуры 800 С в газификатор подается углекислый газ. Газификации твердого топлива с неполным окислением кислородом воздуха и водяным паром подвергается углерод по следующим реакциям 2 С 22 СО 247 МДж(2),а часть углерода сгорает по реакции С 2 С 2409 МДж(3) Для того, чтобы повысить содержание монооксида углерода в получаемом газе необходимо чтобы прошло взаимодействие углекислого газа с углеродомС 2 С 2 СО - 162 МДж(4) В процессе также образуется СН 4, который подвергается окислению с образованием синтез газа по реакции СН 40,52 СО 2 Н 234 МДж(6) Газообразные продукты газификации очищают от пыли, выделяют из них горючие компоненты,которые направляют для получения электроэнергии или для синтеза жидких углеводородов. Реактор газификации, предназначенный для реализации данного способа, имеет корпус с отверстиями для ввода катализатора, воздуха и острого пара, снабженными емкостями, насосами и компрессором, а также для отвода продуктов газификации. Корпус имеет водяную рубашку для отвода тепла. Для контроля температуры использованы термопары ТХК с цифровыми термопреобразователями. Температура процесса контролируется в нижней, средней и верхней части газификатора. Подача пара и воздуха измеряются расходомерами. Состав газового анализа проводился на хроматографе Кристаллюкс - 4000 М с помощью детектора ДТП, длина колонки 4 м., диаметр 3 мм. Для проведения тестирования были выбраны два типа углей- уголь марки ГЖ (газо-жирный) Сарыадырского месторождения слетучим веществом 37,27. уголь марки Д(длиннопламенные) Шубаркольского месторождения с 43,3. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса газификации угля, уменьшение его энергоемкости и исключение вредных выбросов в атмосферу. Способ осуществляют следующим образом. Уголь Сарыадырского месторождения, имеющий состав,23,423,4637,270,583,235,52.5831 ккал/кг и размером 1520 мм пропитали 10 водном раствором 23 в количестве 7 масс. на углерод и загружают в газификатор. Уголь поджигают снизу, поскольку процесс является автотермический. Когда температура процесса в нижней части газификатора достигает 200 С, с нижней части газификатора подают нагретый воздух и водяной пар. Температура процесса быстрее начинает набираться. Начинает выделяться газ, который конденсируется на холодильнике. Когда температура достигнет 750 С в среднюю часть газификатора из нижней части подается нагретый С 2. Наблюдается интенсивное выделение газа и водяного пара. Продукты газификации направляют в систему газочистки от 2, 2, С 2. Очистку от кислых газов проводят под воздействием электрического разряда, где вредные газы расщепляются на Н 2, С,2, . Затем газовая смесь СО, Н 2, СН 4 направляется в систему осушки от водяных капель. Очищенный горючий газ по трубопроводу направляется в газотурбинную электростанцию. Пример 1. В газификатор загружают 1,0 кг угля марки ГЖ Сарыадырского месторождения с крупность 10-20 мм, пропитанный 10 раствором 2 СО 3 в количестве 7 на чистый углерод и поджигают с помощью электроспирали. При 200 С в газификатор подают стехиометрическое количество острого водяного пара и воздуха. Температура начинает подниматься до 750 С. В это время из баллона подается дополнительно углекислый газ со скоростью 0,37 л/мин. Полученный продуктовый газ проходить через холодильник, теплообменник и поступает в циклон и далее в газосборник. Состав газа определяли на хроматографе Кристаллюкс -4000 М. Газ содержит,Н 212,08 С 215,51 2 57,85 СН 4 1,34 СО 7,57. Пример 2. Эксперимент проводили как на примере 1, только при 750 С в газификатор подавали из баллона нагретый С 2 со скоростью 0,37 л/мин. Состав газаН 211,08 С 2 26,20 2 42,06 СН 4 5,78 СО 14,57 Пример 3. Эксперименты проводили как на примере 2, с подачей нагретого углекислого газа на раскаленный уголь со скоростью 0,25 л/мин. 3 Процессовый газ подвергали к щелочной и аминной очистке от С 2. В результате получили газ с высоким содержанием Н 2, СО, СН 4, как показывает хроматографический анализ. Состав газа, Н 2 22, 16 С 2 2, 79 2 31,28 СН 4 7,46 СО 28,30. Пример 4. В газификатор загружают уголь марки Д(длиннопламенный) Шубаркольского месторождения. Опыты проводит аналогично эксперименту на примере 3. При этом состав газовой фазы имел следующий состав,Н 2 18,76 С 2 4,32 2 34,76 СН 4 8,91 СО 33,25. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ каталитической газификации угля,включающий использование реактора газификации,отличающийся тем,что для повышения эффективности процесса газификации угля в качестве каталитической добавки используют карбонаты щелочных металлов 10 - водный раствор 23 или 23 в среде острого пара обогащенного углекислым газом, температуру процесса снижают на 80 - 100 С, до 750 - 800 С.