КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БУРЫХ УГЛЕЙ И УГОЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к оборудованию для переработки бурых углей и угольных отходов с целью получения широкого спектра продукции и может быть использована в углеперерабатывающей, энергетической и строительной отраслях.
Известна технологическая линия для переработки твердых бытовых отходов и бурого угля, содержащая расположенные в соответствии с технологическим процессом переработки следующие модули: установка приготовления на основе угля и технической воды водоугольной суспензии (ВУС); установка газификации ВУС; установка очистки газовых продуктов газификации ВУС от каталитических ядов (соединений серы, соединений металлов, соединений фосфора); установка подготовки твердых бытовых отходов (ТБО) - (разделение ТБО - выделение минеральной составляющей, стекла, металлов, породы, камня, создание однородной массы органической составляющей, дробление, диспергирование); установка газификации ТБО; установка очистки газовых продуктов газификации ТБО от каталитических ядов (соединений серы, соединений металлов, соединений фосфора); установка получения кислорода; установка моноэтаноламиновой очистки синтез-газа; установка переработки смеси оксида углерода и водорода (синтез-газ) в синтетические углеводороды; установка моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов; установка гидрирования диоксида углерода в углеводородные фракции; установка получения синтез-газа парциальным окислением газообразных углеводородов; установка ректификации моторных топлив (жидкие и газообразные углеводороды); установка ароматизации бензина; автоматизированная система управления технологическими процессами по переработке твердых бытовых отходов и угля в синтетические моторные топлива.
3
В процессе работы установки бурый уголь поступает в установку приготовления ВУС, в которой на первом этапе его измельчают до фракции размером 100-200 мкм, а затем смешивают с водой и реагентами, обеспечивающими устойчивость ВУС. Полученная ВУС поступает на установку газификации. В установке газификации под воздействием температуры и плазменного разряда происходят процессы взаимодействия углеродной составляющей угля и воды, приводящие к образованию оксида углерода, водорода, углеводородных газов и жидких органических соединений. Газообразные продукты газификации подвергают очистке от каталитических ядов (соединений металлов, серы, фосфора, галогенов и мышьяка) на соответствующей установке. Полученная на установке газификации ВУС -парогазовая смесь, содержащая воду, монооксид углерода, водород, диоксид углерода и примеси, направляется на установку моноэтаноламиновой очистки. После очистки содержание серы снижается до необходимого уровня - не более 0,1 г/100 нм. Из парогазовой смеси выделяются вода, монооксид углерода и водород. Вода возвращается в технологический цикл. Монооксид углерода и водород подвергаются очистке от посторонних примесей и поступают на установку переработки синтез-газа в синтетические углеводороды. ТБО поступают на установку подготовки ТБО, где происходит их разделение и выделение минеральной составляющей (стекла, металлов, породы, камня) и подготовка однородной массы органической составляющей за счет дробления, диспергирования, истирания. Приготовленная гомогенная масса органической составляющей ТБО направляется на установку газификации. В процессе газификации органической составляющей ТБО образуются газообразные продукты и минеральная составляющая в виде золы. Выгорание из угольного шлама углерода позволяет использовать оставшуюся минеральную составляющую для производства строительных материалов. Полученные после газификации органической составляющей газы после очистки их от каталитических ядов направляются на установку моноэтаноламиновой очистки, в которой окись углерода и водород дополнительно очищаются от диоксида углерода и примесей. Диоксид углерода подается на установку гидрирования и частично возвращается рециклом на установку газификации ВУС. Очищенный синтез-газ направляется на установку синтеза углеводородов, где в присутствии катализаторов происходит образование углеводородов и побочных продуктов реакции: воды и диоксида углерода. Парогазовая смесь продуктов реакции поступает на установку моноэтаноламиновой очистки газообразных продуктов синтеза углеводородов. Реакционная вода, содержащая растворимые кислородсодержащие соединения, поступает на установку приготовления ВУС и подготовки ТБО. Жидкие углеводороды направляются на установку ректификации моторных топлив, где происходит разделение бензиновой и дизельной фракции. Бензиновая фракция направляется на установку ароматизации бензина. Газообразные углеводороды с соответствующих установок направляются на плазменные горелки установок газификации ВУС и ТБО. Диоксид углерода подается на установку гидрирования водородом, который поступает из установки парциального окисления. В присутствии катализатора образуются газообразные углеводороды и вода. Побочным продуктом реакции является вода. Газообразные углеводороды направляются на плазменные горелки установок газификации ВУС и ТБО. Газообразные углеводороды, полученные в процессе синтеза углеводородов, направляются на установку парциального окисления, где в присутствии катализатора протекают реакции с образованием монооксида углерода и водорода. При регенерации катализатора водой выделяется водород, используемый на установке гидрирования диоксида углерода. Целевой продукцией установки является синтез-газ, который после очистки от примесей направляется на установку получения синтетических углеводородов.
(см. патент РФ на полезную модель №62529, кл. A62D 3/00, 2007 г.).
В результате анализа известной технологической линии необходимо отметить, что для нее характерен очень сложный технологический цикл, обусловленный получением компонентов, технологические режимы которых весьма существенно отличаются друг от друга, что обуславливает значительные отходы и их неполную очистку, недозагрузку одних модулей и перегрузку других, что не позволяет проводить переработку при оптимальных режимах, а также сложность управления получаемыми параметрами продуктов.
Известна установка для термической переработки бурых углей, содержащая модуль дробления и сушки бурого угля, соединенный с ним реактор пиролиза с выводом парогазовой смеси, технологическую топку, подключенную входом к реактору пиролиза и снабженную выводом нагретого полукокса и выводом твердого теплоносителя, соединенным с реактором пиролиза. Система очистки парогазовой смеси и ее конденсации подключена к выводу парогазовой смеси из реактора пиролиза и снабжена выводом легкой фракции смолы, выводом тяжелой фракции и выводом несконденсированной парогазовой смеси. Газовая турбина снабжена выводом сбросных газов и камерой сгорания, подключенной к выводу несконденсированной парогазовой смеси из системы очистки парогазовой смеси и ее конденсации. Паровая турбина присоединена к парогенератору, соединенному с выводом сбросных газов из газовой турбины. Газогенератор подключен к выводу горячего полукокса из технологической топки и снабжен системой очистки генераторного газа, выход из которой соединен трубопроводом с камерой сгорания газовой турбины. Активатор подключен к выводу горячего полукокса из технологической топки и снабжен выводом мелкозернистого активированного угля и циклоном для очистки отработанного газа активации, соединенным выходным трубопроводом с парогенератором и снабженным выводом пылевидного активного угля. Выводы мелкозернистого и активного угля подключены к соответствующим охладителям активированного угля.
Накопительная емкость подключена входом к выводу легкой фракции смолы из системы конденсации и очистки, а выводом к камере сгорания газотурбинной установки. Накопительная емкость смолы подключена выводом к реактору отделения пиролиза, а также к парогенератору.
Коммуникации полукокса и твердого теплоносителя соединяют реактор и технологическую топку в отделении пиролиза.
Система очистки генераторного газа подсоединена к выходу из газогенератора и к входу в камеру сгорания газовой турбины трубопроводом. Циклон дымовых газов соединен входом с парогенератором и технологической топкой трубопроводами, а выход из циклона соединен патрубком с электрофильтром. Выход электрофильтра соединен с дымовой трубой.
В процессе работы установки исходный бурый уголь поступает в модуль дробления и сушки, где осуществляют его дробление до размеров не более 5 мм и сушку. Подсушенный уголь подают в реактор пиролиза пиролизного модуля, работающего по методу термоконтактного коксования.
В реактор направляют из технологической топки часть полукокса (2,5-5,0 мас.%), а в технологическую топку - соответствующее количество воздуха, регулируя количество подаваемого воздуха, а в реакторе - температуру. Нагретый в результате сжигания полукокс с температурой 750-850°С через вывод делят на два потока: первый поток ~90-95 мас.% с температурой 750-850°С направляют в газогенератор, а второй поток ~2,5-5,0 мас.% направляют в активатор, куда подают активирующие компоненты. В активаторе осуществляют процесс активации полукокса с получением активного угля. Часть активного угля выводят из активатора и после охлаждения с Т=800-850°С до 120-150°С в охладителе выдают как товарный продукт. Часть активного угля улавливают в циклоне и через вывод направляют в собственный охладитель, где активный уголь охлаждают до 120-150°С и также выводят как товарный продукт.
Парогазовую смесь, полученную в реакторе, по трубопроводу направляют в систему очистки парогазовой смеси и ее конденсации, где получают две фракции смолы: одну легкую, а другую - тяжелую, которую очищают от механических примесей и от серы. Из системы очистки парогазовой смеси и ее конденсации по трубопроводу очищенную направляют в камеру сгорания газовой турбины. Из системы очистки парогазовой смеси и ее конденсации легкая смола поступает в накопительную емкость, откуда поступает также в камеру сгорания газовой турбины, сбросные газы которой направляют в парогенератор.
Генераторный газ из газогенератора через систему газоочистки по трубопроводу также направляют в камеру сгорания газовой турбины.
Образовавшуюся тяжелую фракцию смолы из системы очистки парогазовой смеси и ее конденсации направляют в накопительную емкость тяжелой фракции смолы, откуда меньшую часть (<25%) направляют на повторный пиролиз в реактор, а основную часть (>75 мас.%) в парогенератор. Пар парогенератора поступает в паровую турбину для выработки электроэнергии, а дымовые газы направляют в систему очистки, состоящую из циклона, электрофильтра и сбрасывают в атмосферу через дымовую трубу.
(см. патент РФ №2211927, кл. F02К 13/00, 2003 г.).
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что она обеспечивает получение термообработанного угля, однако наличие большого количества контуров для транспортировки большого количества продуктов, для получения которых необходимы значительные затраты времени и энергии, усложняет ее, система очистки дымовых газов не обеспечивает их качественной очистки, а используемый при работе установки процесс пиролиза снижает производительность установки.
Известен технологический комплекс по переработке угля, включающий модуль дробления и обогащения угля, модуль для получения высококонцентрированной ВУС и модуль котлоагрегатов для получения тепловой и/или электрической энергии.
Модуль для дробления и обогащения угля включает приемный бункер для загрузки подаваемого на измельчение сырья, измельчающие машины и оборудование (например, сепараторы) для отделения пустой породы.
Модуль для получения ВУС состоит из бункера для обезвоженного угольного шлама с ленточным дозатором, механического смесителя с разгрузочным патрубком, емкости с мешалкой для раствора реагента-пластификатора. Разгрузочный патрубок смесителя оборудован контрольным ситом с вибратором. Приемная емкость смесителя выполнена в виде двух последовательных гидравлически связанных между собой отсеков. В одном отсеке установлен погружной насос-активатор, напорный патрубок которого соединен трубопроводом с аккумулирующей емкостью.
Модуль для получения тепловой и/или электрической энергии включает котлоагрегаты, топки которых оборудованы вихревыми камерами сжигания. На камерах сжигания установлены горелочные устройства с форсунками. На всасывающих патрубках подающих насосов установлены самоочищающиеся фильтры тонкой очистки. Для эффективного распыла суспензии котлоагрегаты оборудованы компрессором.
В процессе работы технологического комплекса на модуле для дробления и обогащения угля кроме концентрата, промпродукта и породы образуется до 10-20% угольного шлама крупностью 500-1000 мкм. Угольный шлам после обезвоживания, как правило, на пресс-фильтрах, направляется на установку приготовления ВУС. При этом угольный шлам загружается в приемный бункер с дозатором и ленточным конвейером подается в смеситель. Одновременно в смеситель дозировано подается технологическая вода из соответствующей системы и раствор реагента-пластификатора из емкости до заполнения рабочего объема смесителя готовой суспензией. После заполнения рабочего объема смесителя дозированная подача исходных продуктов в смеситель прекращается, а перемешивание продолжается до получения гомогенной смеси. После окончания перемешивания готовое суспензионное топливо разгружается через разгрузочный патрубок на контрольное сито с вибратором. Щепа, резина, крупные частицы угля и породы и др. посторонние предметы удаляются в емкость отходов, а высококонцентрированная ВУС самотеком поступает в один отсек и затем перетекает в другой отсек, откуда погружным насосом-активатором перекачивается через напорный патрубок и трубопровод в аккумулирующую емкость. Из аккумулирующей емкости суспензия, проходя фильтры тонкой очистки, насосами подается на форсунки горелочных устройств, установленных на вихревых камерах сжигания, которыми оборудованы топки котлоагрегатов. За счет тангенциальной подачи распыленного топлива в вихревую топку котла и вихревого движения образовавшихся при распылении капель горящего топлива и воздушных потоков окислителя обеспечивается надежная и устойчивая работа котлоагрегата даже при высоком значении зольности твердой фазы в суспензионном топливе. Образовавшиеся в процессе горения капель топлива частицы, теряя свою массу, приближаются к оси вращения и, достигая уровня выходного окна, уносятся в конвективную часть котлоагрегата и далее в пылеулавливающее устройство. Очищенные дымовые газы дымососом выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Тепловая энергия котлоагрегата используется либо на отопление или другие нужды, либо поступает на турбины, вырабатывающие электрическую энергию.
(см. патент РФ на полезную модель №57279, кл. C10L 1/32, 2006 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного комплекса необходимо отметить, что он обеспечивает переработку углей с получением электроэнергии и тепловой энергии за счет сжигания полученной из перерабатываемого угля ВУС. Однако количество подаваемого на входы линий сырья постоянно меняется, что снижает производительность комплекса и приводит к необходимости иметь специальные резервные емкости с сырьем. Комплекс занимает довольно большую площадь.
Кроме того, данный комплекс позволяет получать ограниченную номенклатуру продукции и не обеспечивает термообработки угля. Он имеет жесткую архитектуру, что практически не позволяет перенастроить ее для расширения выпускаемой номенклатуры продукции.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка комплекса, обеспечивающего практически безотходную высокопроизводительную переработку бурых углей и угольных отходов с получением большой номенклатуры продукции и обеспечивающего высокую степень очистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в комплексе для переработки бурых углей и угольных отходов, включающем модуль подготовки сырья, содержащий приемный бункер, связанный с измельчителем сырья, модуль термообработки сырья, содержащий камеру сгорания, оснащенную горелкой для подачи водоугольной суспензии в камеру сгорания и устройством поджига водоугольной суспензии, а также сепараторами для разделения дымовых газов и термообработанного продукта и дымовой трубой, модулем приготовления водоугольной суспензии, содержащим последовательно соединенные приемный бункер, кавитационный смеситель, буферную емкость, доизмельчитель-активатор и накопительную емкость, связанную с горелкой камеры сгорания, новым является то, что комплекс оснащен модулем циклонов, содержащим циклоны первой и второй ступени и модулем накопления термообработанных углей и их отходов, содержащим расходный бункер, вход которого связан с выходом циклона второй ступени, а выход - с продуктовым силосом, предназначенным для хранения и выдачи потребителям термообработанных углей и угольных отходов, а также подачи их на брикетный пресс для получения угольных брикетов или на вибросито для сортировки термообработанного продукта, выходы вибросита связаны с продуктовым силосом для загрузки в него крупных фракций продукта и с приемным бункером модуля приготовления водоугольной суспензии, причем модуль подготовки сырья дополнительно содержит питательный силос, а модуль термообработки сырья - два дымососа и вихревые камеры первой и второй ступени, выход камеры сгорания связан с сепаратором, предназначенным для отделения от дымовых газов твердого остатка и связанного с входом вихревой камеры второй ступени, с входом которой также связан один выход циклона первой ступени, выход вихревой камеры второй ступени связан с входом циклона второй ступени, один из выходов которого связан с расходным бункером модуля накопления термообработанного продукта, а другой - с вторым дымососом, выход которого связан с входом вихревой камеры первой ступени, с входами которой также связаны выход силоса питательного и второго градиентного сепаратора, другой выход которого связан с дымовой трубой, а его вход связан с одним из выходов питательного силоса, выход вихревой камеры первой ступени связан с циклоном первой ступени, один из выходов которого связан с входом первого дымососа, выход которого связан с камерой сгорания и входом силоса питательного.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема комплекса.
Комплекс для переработки бурых углей и угольных отходов скомпонован по модульному принципу и содержит следующие модули:
- А - модуль подготовки бурых углей и угольных отходов;
- Б - модуль термообработки обработки бурых углей и угольных отходов;
- В - модуль накопления термообработанных бурых углей и угольных отходов;
- Г - модуль приготовления и подачи мелкодисперсной ВУС на основе мелких классов термообработанного бурого угля и угольных отходов;
- Д - модуль циклонов первой и второй ступени для очистки дымовых газов от бурого угля или угольных отходов в процессе термообработки.
Модуль «А» комплекса содержит приемный бункер 1 для загрузки подлежащего переработке бурого угля и/или угольных отходов (отсевов, углешламов и др.) Бункер 1 оснащен питателем (не показан). Бункер 1 связан с измельчителем (например, дробилкой) 2 и с силосом питательным 3. С силосом 3 также связан выход измельчителя 2.
Модуль «Б» содержит вихревую камеру 4 первой ступени, камеру сгорания 5, турбовоздуходувки 6, устройство 7 розжига камеры сгорания, низкотоксичную горелку 8 с кавитационной форсункой для подачи в камеру сгорания высокоактивированной тонкодисперсной ВУС. Выходы турбовоздуходувок 6, устройства розжига 7, горелки 8 связаны с входами камеры сгорания 5. Выход камеры сгорания 5 связан с первым градиентным сепаратором 9, оснащенным динамическим фильтром для очистки дымовых газов от золы на выходе из камеры сгорания. Один их выходов сепаратора связан с вихревой камерой 10 второй ступени, а второй предназначен для отвода твердого остатка (золы, которая может быть использована для производства строительных материалов и/или цемента). Модуль «Б» также содержит первый дымосос 11, выход которого связан с входом камеры сгорания 5 и второй дымосос 12, выход которого связан с входом вихревой камеры 4 первой ступени, с которой также связан выход второго градиентного сепаратора 13 с динамическим фильтром для очистки дымовых газов от мелких классов термообработанного и сырого бурого угля или угольных отходов перед дымовой трубой 14.
Модуль «В» содержит расходный бункер 15, связанный с продуктовым силосом 16 с термообработанными бурым углем и/или угольными отходами. Выходы силоса 16 связаны с брикетным прессом 17 и с виброситом 18 для отсева мелких классов термообработанного бурого угля или термообработанных угольных отходов и подачи их на приготовление тонкодисперсной ВУС или на продуктовый силос 16.
Модуль «Г» содержит последовательно соединенные: приемный бункер 19, предназначенный для загрузки (от вибросита 18 или транспортером от места хранения) мелких классов термообработанного бурого угля или термообработанных угольных отходов; кавитационный смеситель 20 с емкостями и дозаторами (не показаны) для воды тонкодисперсной ВУС и добавок, снижающих вязкость и обеспечивающих стабильность ВУС; буферную емкость 21 с насосом (не показан); доизмельчитель-активатор кавитаторный 22; накопительную емкость 23 с насосом (не показан).
Модуль «Д» содержит циклон 24 первой ступени и циклон 25 второй ступени.
Выходы силоса 3 связаны с входом вихревой камеры первой ступени 4 и с входом второго градиентного сепаратора 13.
Выход накопительной емкости 23 связан с входом горелки 8.
Выход вихревой камеры 4 связан с входом циклона первой ступени 24, выходы которого связаны с входом дымососа 11 и с входом вихревой камеры 10 второй ступени, выход которой связан с входом циклона 25 второй ступени, выходы которого связаны с расходным бункером 15 и с входом дымососа 12.
Выход вибросита 18 связан с входом приемного бункера 19 модуля «Г».
Выход дымососа 11 связан с входом силоса 3.
Выполнение модулей, агрегатов, систем комплекса, в том числе транспортных, конструкция которых не раскрыта в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны.
Комплекс функционирует следующим образом.
Подлежащее переработке сырье (бурый уголь или угольные отходы, например, каменного угля), загружают в приемный бункер 1. Из бункера 1 сырье подают (например, транспортером) на измельчитель 2, в качестве которого наиболее целесообразно использовать стандартную дробилку. Из измельчителя 2 дробленый до заданной крупности уголь поступает в силос 3. Если в качестве сырья используются углешламы мелких фракций, то, как правило, нет необходимости в их измельчении и они направляются из бункера 1 в силос 3, минуя измельчитель 2.
В приемный бункер 19 модуля «Г» загружают мелкие фракции бурого угля или угольных отходов. Из приемного бункера 19 угольное сырье дозировано подается в кавитационный смеситель 20, где смешивается с водой и добавками, обеспечивающими вязкость и стабильность получаемой композиции. В кавитационном смесителе приготавливается ВУС. Оборудование и технологии приготовления ВУС широко используются, они известны специалистам и нет необходимости в их детальном описании. Предварительно подготовленная ВУС из кавитационного смесителя 20 поступает в буферную емкость 21, из которой подается на доизмельчитель - активатор 22, где завершается приготовление ВУС, которая подается в накопительную емкость 23.
В камеру сгорания 5 посредством горелки 8 подают из емкости 23 ВУС, поджигая ее устройством розжига 7. Охлаждение камеры сгорания осуществляется турбовоздуходувками 6.
Образовавшиеся в процессе сгорания ВУС дымовые газы подаются из камеры сгорания 5 в градиентный сепаратор 9, где от них отделяется зольный остаток, и поступают в вихревую камеру 10 второй ступени, куда из циклона 24 первой ступени поступает уголь. В вихревой камере второй ступени осуществляется термообработка угля дымовыми газами. Из вихревой камеры 10 дымовые газы и термообработанный уголь поступают в циклон 25, где осуществляется их разделение, в результате которого термообработанный уголь поступает в расходный бункер 15, а дымовые газы, в которых находятся мелкие фракции угля и его отходов - в дымосос 12. От дымососа 12 газы подаются в вихревую камеру 4 первой ступени, где разогревают уголь, поступающий из силоса 3. Из вихревой камеры 4 первой ступени дымовые газы и уголь поступают в циклон 24 первой ступени, из которого уголь поступает в вихревую камеру 10 второй ступени на термообработку, а газы - в воздуходувку 11, откуда подаются в камеру сгорания 5 и/или в силос 3.
Из силоса 3 дымовые газы с измельченным углем или углешламами подаются в градиентный сепаратор 13, в котором осуществляется разделение подогретого газами сырья и дымовых газов, которые направляются в дымовую трубу, а подогретое мелкодисперсное сырье подается в вихревую камеру 4 первой ступени, от которой оно направляются в циклон 5. Далее работа комплекса осуществляется аналогично описанному выше.
Из расходного бункера 15 термообработанные уголь и/или угольные отходы подаются в продуктовый силос 16, откуда выдаются потребителям или направляются на брикетный пресс 17 для получения угольных брикетов. Термообработанные уголь или угольные отходы также подаются на вибросито 18, с которого крупные фракции угля или угольных отходов возвращаются в продуктовый силос 16, а мелкие подаются в приемный бункер 19 модуля «Г» для приготовления ВУС.
Конструкция комплекса предусматривает его работу как в ручном, так и в автоматическом циклах. Комплекс обеспечивает практически безотходную переработку (термообработку) сырья, причем мелкие фракции сырья используются для приготовления ВУС, которая подается на сжигание в камеру сгорания и получение дымовых газов, посредством которых осуществляется термообработка сырья, то есть, комплекс осуществляет переработку углей и угольных шламов, отсевов практически без отходов
Нетрудно заметить, что комплекс позволяет получить продукцию весьма широкой номенклатуры, которая может быть использована как для обеспечения функционирования самого комплекса, так и для обеспечения потребителей.