УСТРОЙСТВО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ И СПОСОБ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ГАЗОВ ПОСЛЕ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ, А ТАКЖЕ ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
DEVICE FOR ADDITIONAL TREATMENT AND METHOD FOR ADDITIONAL TREATMENT OF AT LEAST GASES AFTER GASIFICATION PROCESS IN FLUIDIZED BED, AS WELL AS LOGIC UNIT AND ITS APPLICATION

Изобретение относится к устройству и способу дополнительной обработки по меньшей мере газов после процесса газификации в псевдоожиженном слое, в частности после высокотемпературного газогенератора Винклера (HTW, High-temperature Winkler). В частности, при этом должно происходить отделение твердых частиц и охлаждение. Кроме того, изобретение также относится к использованию составных частей для обработки газа в данном устройстве. В частности, изобретение относится к устройству и способу согласно ограничительной части соответствующего пункта формулы изобретения.
Процесс высокотемпературной газификации по Винклеру (HTW) выполняется при повышенном давлении и может быть описан как процесс газификации в псевдоожиженном слое под давлением, в особенности для давлений выше 20 бар, при которых пыль выводится из установки. В отличие от него, изначально процесс газификации в псевдоожиженном слое по Винклеру проводился при давлении внешней среды. Использование процесса HTW газификации может обеспечивать преимущество в широком диапазоне прикладных решений. Например, при этом можно упомянуть производство синтез-газа, в частности для продуктов нефтехимической промышленности, применение на электростанциях для производства электроэнергии или газификацию биомассы, бытовых отходов или каменного угля с высокой степенью зольности.
В процессе HTW газификации используют, как правило, противоточные циклонные сепараторы. Сырой генераторный газ, насыщенный мелкодисперсной пылью, подается из газогенератора в охладитель генераторного газа через противоточный циклонный сепаратор. Во многих случаях эффективность или степень отделения пыли в противоточном циклонном сепараторе недостаточно высока, особенно из-за сложности отделения твердых частиц при высоких давлениях или высоких плотностях газа. По этой причине после противоточного циклонного сепаратора или охладителя генераторного газа устанавливают один или несколько фильтров нагретого газа. Однако это не является полностью удовлетворительным средством. Из-за недостаточного отделения твердых частиц в фильтрах нагретого газа оседает большое количество посторонних примесей, в особенности углерода, при этом посторонние примеси больше не могут быть использованы простым способом, а должны быть сложным путем возвращены в процесс или должны быть индивидуально удалены. В частности, посторонние примеси, накапливающиеся в фильтре нагретого газа, необходимо возвращать в газогенератор с помощью устройства рециркуляции (также, в частности, шнековых транспортеров) или тщательно сжигать в отдельных котлах, для чего иногда также необходимо подавать вспомогательное топливо.
В документе ЕР 1 201 731 А1 описан газогенератор с псевдоожиженным слоем, имеющий на выходе установки газификации первую и вторую зоны, в отличие от традиционных HTW газогенераторов за счет наличия зоны возврата, позволяющий всей золе оставаться в установке. В зоне выбросов, расположенной над зоной псевдоожиженного слоя, содержание пыли в генераторном газе снижается перед поступлением в зону охлаждения. Охлаждение происходит путем передачи тепловой энергии перегретому водяному пару до температур в диапазоне предпочтительно от 550 °С до 650 °С.
В документе DE 10 2006 017 353 А1 описан практически не использующий давление способ очистки газа, интегрированный в технологический процесс, при котором промежуточное охлаждение до температур от 150 °С до 700 °С и удаление пыли происходят в так называемом мультициклонном сепараторе и последующей за ним группе фильтров из порошкового металлического материала.
В документе DE 43 39 973 С1 описан способ газификации отходов.
Однако до настоящего времени во многих отношениях способы не могут быть удовлетворительно использованы для газификации в псевдоожиженном слое, в особенности не для или во время прохождения процесса HTW газификации. Повышенные требования по отношению к степени отделения, чистоте и универсальности процесса требуют дальнейшей разработки существующих установок и способов.
Целью изобретения является создание устройства и способа применительно к процессу газификации в псевдоожиженном слое, в частности к процессу HTW газификации, с помощью которых может быть получено преимущество при переработке различных исходных материалов в процессе газификации в псевдоожиженном слое или на выходе из него, в особенности в процессе газификации в псевдоожиженном слое под давлением (в HTW процессе). В частности, требуется наличие возможности использования максимально возможного диапазона рабочих давлений. Очевидно, что требуются также высокая рентабельность и высокая эксплуатационная надежность, что принципиально необходимо для обеспечения достаточной подготовленности к практическому применению.
Согласно изобретению данную задачу решают с помощью устройства дополнительной обработки для дополнительной обработки по меньшей мере газов (и необязательно также для дополнительной обработки остаточного продукта) после процесса газификации в псевдоожиженном слое, в частности после выхода из HTW газогенератора процесса газификации в псевдоожиженном слое под давлением, содержащего блок сепарации твердых частиц, расположенный/выполненный с возможностью расположения после процесса газификации в псевдоожиженном слое и перед охладителем (генераторного) газа, предназначенным для использования при последующей дополнительной обработке газов, причем устройство дополнительной обработки содержит блок промежуточного охлаждения, расположенный после процесса газификации в псевдоожиженном слое и перед блоком сепарации твердых частиц, содержащий возвратную линию для водяного пара газификации, соединенную/выполненную с возможностью соединения с процессом газификации в псевдоожиженном слое. Это приводит к получению высокой степени отделения в целом для процесса газификации в псевдоожиженном слое, а в особенности применительно к HTW газогенератору. Водяной пар может быть использован непосредственно в качестве газифицирующей среды. В частности, может наблюдаться более высокая степень отделения посторонних примесей или пыли. Не менее важно то, что могут быть достигнуты особенно высокие значения химического к.п.д. процесса газификации. Кроме того, может быть снижена стоимость оборудования, в особенности за счет шнековых транспортеров (разгрузочных шнеков), которые в этом случае не требуются для работы фильтра нагретого газа.
Устройство, расположенное «после процесса газификации в псевдоожиженном слое», в частности «после HTW газогенератора», обозначает устройство, расположенное после соответствующего элемента по направлению газового потока в сторону выпуска синтез-газа.
Далее в данном документе упоминание процесса газификации в псевдоожиженном слое взаимозаменяемо относится одновременно к процессу HTW газификации и наоборот. Промежуточный блок охлаждения может быть расположен непосредственно после HTW газогенератора, иными словами, с отсутствием дополнительных встроенных элементов или этапов способа.
Блок сепарации твердых частиц может быть расположен непосредственно после промежуточного блока охлаждения, иными словами, с отсутствием дополнительных встроенных элементов или этапов способа.
Устройство «на выпускной стороне» обозначает устройство по направлению потока вещества остаточных продуктов, иными словами, по направлению к элементу оборудования, посредством которого осуществляется выпуск остаточного продукта или пыли.
В связи с этим устройство дополнительной обработки может также содержать элементы, уже используемые до настоящего времени в HTW процессе, например HTW газогенератор и/или охладитель генераторного газа.
Согласно варианту реализации изобретения, блок сепарации твердых частиц выполнен в виде блока циклонного свечного фильтра. Вследствие этого могут быть получены связанные со способом преимущества, в частности становится возможным эффективное тонкое разделение в последующих керамических фильтрах. Блок циклонного свечного фильтра может быть выполнен совместно с промежуточным блоком охлаждения в качестве комбинированного элемента оборудования/способа.
Согласно варианту реализации изобретения, блок циклонного свечного фильтра содержит возвратную линию для пыли, соединенную/выполненную с возможностью соединения с процессом газификации в псевдоожиженном слое или с HTW газогенератором. Вследствие этого становится возможным реализация процесса с высоким химическим к.п.д. В частности, это приводит к преимуществу, которое заключается в возможности многократного использования блока циклонного свечного фильтра в качестве разновидности предварительного сепаратора.
Согласно варианту реализации изобретения, устройство дополнительной обработки содержит камеру окисления остаточного продукта расположенную/выполненную с возможностью расположения на выпускной стороне процесса газификации в псевдоожиженном слое или HTW газогенератора, в частности соединенную/выполненную с возможностью соединения с HTW газогенератором, в частности, предназначенную для переработки углерода. В результате этого углерод может быть восстановлен таким образом, что остаточный продукт становится пригодным для захоронения на полигоне, особенно в случае содержания в нем менее 4 массовых процентов углерода.
Согласно варианту реализации изобретения устройство дополнительной обработки содержит блок охлаждения остаточного продукта расположенный/выполненный с возможностью расположения на выпускной стороне процесса газификации в псевдоожиженном слое или HTW газогенератора, в частности расположенный/выполненный с возможностью расположения на выпускной стороне камеры окисления остаточного продукта либо соединенный/выполненный с возможностью соединения с ней.
Согласно варианту реализации изобретения, блок циклонного свечного фильтра объединен в один блок с промежуточным охлаждающим блоком. В результате этого можно также охватывать большой температурный диапазон. Совмещенный блок может быть расположен непосредственно после HTW газогенератора.
Вышеуказанную задачу решают согласно изобретению с помощью способа для дополнительной обработки по меньшей мере газов (и необязательно также для дополнительной обработки остаточного продукта) после и на выпускной стороне соответственно процесса газификации в псевдоожиженном слое или HTW газогенератора процесса газификации в псевдоожиженном слое под давлением, включающего блок сепарации твердых частиц, расположенный/выполненный с возможностью расположения после процесса газификации в псевдоожиженном слое и HTW газогенератора соответственно, и перед процессом охлаждения (генераторного) газа, предназначенного для использования при последующей дополнительной обработке газов, причем газ из процесса газификации в псевдоожиженном слое подвергают промежуточному охлаждению перед отделением твердых частиц либо проводят с помощью по меньшей мере одного блока промежуточного охлаждения, соединенного с возвратной линией водяного пара газификации, проходящей от процесса промежуточного охлаждения или из блока промежуточного охлаждения обратно в процесс газификации в псевдоожиженном слое. В результате может быть получен способ, обеспечивающий преимущество, в частности в отношении рентабельности и универсальности применения.
Вследствие этого водяной пар газификации может быть возвращен из блока промежуточного охлаждения в процесс газификации с псевдоожиженным слоем, благодаря чему могут быть получены широкие возможности управления технологическими параметрами. В частности, результатом является также компактная конструкция. Не менее важным является то, что при этом не требуется система блокировки.
Согласно варианту реализации изобретения, промежуточное охлаждение происходит до около 650 °C, в частности, от около 950 °С до по меньшей мере около 650 °С или точно до 650 °С. Вследствие этого соединение с блоком циклонного свечного фильтра может происходить простым способом. Поэтому значение температуры по меньшей мере около 650 °С также относится к температурам в диапазоне от 640 °С до 660 °С.
Согласно варианту реализации изобретения, процесс сепарации твердых частиц происходит с помощью блока циклонного свечного фильтра. Вследствие этого могут быть снижены до минимума нагрузки или механические напряжения, связанные с дополнительными фильтрующими блоками. Блок циклонного свечного фильтра предоставляет преимущества для всего процесса, особенно в рамках описанной в данном документе технологической цепочки.
Согласно варианту реализации изобретения из процесса сепарации твердых частиц пыль возвращают в процесс газификации в псевдоожиженном слое. Это приводит к получению преимуществ, связанных с выполнением процесса.
Согласно варианту реализации изобретения на выпускной стороне процесса газификации в псевдоожиженном слое происходит окисление остаточного продукта, в частности углерода. Остаточный продукт из процесса газификации в псевдоожиженном слое или из HTW газогенератора окисляют, в частности в камере окисления, расположенной после HTW газогенератора. Не менее важным является то, что при этом появляется возможность или упрощается перемещение остаточного продукта на полигон захоронения.
Согласно варианту реализации изобретения, охлаждение остаточного продукта происходит на выпускной стороне процесса газификации в псевдоожиженном слое или на выпускной стороне HTW газогенератора, в частности на выпускной стороне процесса окисления остаточного продукта или соответствующей камеры окисления. Это приводит к получению вышеупомянутых преимуществ.
Согласно варианту реализации изобретения после процесса газификации в псевдоожиженном слое или HTW газогенератора последовательно выполняют операции промежуточного охлаждения газа, затем сепарации твердых частиц, а затем охлаждения (генераторного) газа. Это сочетание способов приводит к общему процессу, который предназначен для особенного универсального использования, в том числе совместно с оптимизированной конструкцией установки.
Согласно варианту реализации изобретения получают синтез-газ, для чего газ из процесса газификации в псевдоожиженном слое после процесса охлаждения (генераторного) газа пропускают через по меньшей мере один блок водяного скруббера, один блок конверсии и блок обессеривания. В результате способ может быть простым образом связан с добавочными этапами дополнительной обработки. Блок конверсии может быть снабжен неподвижным слоем каталитического конвертера. Вследствие этого исчезает необходимость в ранее используемом фильтре нагретого газа, в частности благодаря циклонному свечному фильтру.
Использование вышеописанного способа может предоставлять преимущество с помощью устройства дополнительной обработки, описанного выше.
Вышеуказанную задачу решают согласно данному изобретению с помощью логического блока, предназначенного для управления вышеописанным способом, в частности вышеописанным процессом дополнительной обработки, причем логический блок соединен с блоком промежуточного охлаждения и настроен для регулирования охлаждения газов, в частности в диапазоне от 950 °С до 650 °С, а также предназначен для регулирования подачи газа в блок сепарации твердых частиц или также в камеру окисления остаточного продукта, в частности для управления по меньшей мере одним объемным потоком. Это приводит к получению вышеупомянутых преимуществ.
Вышеуказанную задачу также решают согласно описанию по данному изобретению с помощью использования блока промежуточного охлаждения, расположенного после процесса газификации в псевдоожиженном слое или HTW газогенератора и перед блоком сепарации твердых частиц для газов из процесса газификации в псевдоожиженном слое в сочетании с возвратной линией для пыли из блока промежуточного охлаждения обратно в процесс газификации в псевдоожиженном слое, в частности, при получении синтез-газа в вышеописанном устройстве дополнительной обработки или в вышеописанном процессе. Это приводит к получению вышеупомянутых преимуществ.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения проистекают из описания по меньшей мере одного варианта реализации изобретения с использованием графических материалов, а также из самих графических материалов. Ссылочные позиции, не описанные исключительно для отдельного графического материала, используются и для других графических материалов. В каждом случае представлены следующие схематические изображения:
на фиг. 1 представлено устройство, содержащее HTW газогенератор, после которого выпуск газа происходит в противоточный циклонный сепаратор и в шнек охлаждения остаточного продукта, а
на фиг. 2 представлено устройство дополнительной обработки согласно варианту реализации изобретения, встроенное после или на выпускной стороне HTW газогенератора.
На фиг. 1 изображен высокотемпературный газогенератор Винклера (HTW) 1, противоточный циклонный сепаратор (сепаратор твердых частиц) 2, расположенный на первом пути газового потока с последующим расположением охладителя 3 генераторного газа, фильтра 4 нагретого газа, технологического процесса очистки в водяном скруббере или блока 5 водяного скруббера, технологического процесса конверсии или блока 6 конверсии, технологического процесса обессеривания или блока 7 обессеривания, при этом также в каждом случае на втором и третьем пути газового потока после HTW газогенератора 1 расположены соответственно транспортировочное устройство, в частности шнек 8, выполненный в одном случае в качестве шнека 8а охлаждения пыли и в другом случае выполненный в качестве шнека 8b охлаждения остаточного продукта, после которого в каждом случае расположен выпускной шнек 8с, и в конце расположена камера 9 с псевдоожиженным слоем.
Имеется возвратная линия А1 для пыли для возврата пыли A из сепаратора 2 твердых частиц обратно в HTW газогенератор 1. В HTW газогенератор 1 подается водяной пар В газификации, а также воздух, кислород, СО2 (сырьевой С), а также топливо D. Содержащий углерод остаточный продукт E и содержащая углерод пыль F подаются в камеру 9 с псевдоожиженным слоем. Выпуск синтез-газа G происходит после блока 7 обессеривания.
На фиг. 2 изображено устройство 10 дополнительной обработки, содержащее технологический процесс сепарации твердых частиц или блок 11 сепарации твердых частиц, в частности выполненный в виде блока циклонного свечного фильтра. Технологический процесс промежуточного охлаждения или блок 12 промежуточного охлаждения расположен после HTW газогенератора 1 и перед блоком 11 циклонного свечного фильтра.
Имеется возвратная линия А для пыли из сепаратора 11 твердых частиц обратно в HTW газогенератор 1. В HTW газогенератор 1 подается водяной пар В газификации, причем упомянутый пар В газификации может быть возвращен из блока 12 промежуточного охлаждения через возвратную линию В1. В HTW газогенератор 1 также подается воздух, кислород, СО2 (сырьевой С), а также топливо D.
После блока 11 циклонного свечного фильтра, расположенного на первом пути газового потока, расположен охладитель 3 генераторного газа, технологический процесс очистки в водяном скруббере или блок 5 водяного скруббера, технологический процесс конверсии или блок 6 конверсии, а также технологический процесс обессеривания или блок 7 обессеривания. Выпуск синтез-газа G происходит после блока 7 обессеривания. Отсутствует потребность в фильтре нагретого газа (ссылочная позиция 4 на фиг. 1). За счет циклонного свечного фильтра 11 фильтр нагретого газа может быть опущен.
Транспортировочные устройства, в частности шнеки, не используются. Вместо этого, после HTW газогенератора 1 на втором пути газового потока находится технологический процесс окисления остаточного продукта или по меньшей мере одна камера 13 окисления остаточного продукта и технологический процесс охлаждения остаточного продукта, или по меньшей мере блок 14 охлаждения остаточного продукта. Выпуск золы Н происходит после прохождения технологического процесса 14 охлаждения остаточного продукта.
Логический блок 20 соединен по меньшей мере с HTW газогенератором 1, блоком 11 сепарации твердых частиц, блоком 12 промежуточного охлаждения, камерой 13 окисления и/или блоком 14 охлаждения остаточного продукта.
Перечень ссылочных позиций:
1  Процесс газификации в псевдоожиженном слое с использованием высокотемпературного газогенератора Винклера (HTW).
2 Противоточный циклонный сепаратор (сепаратор твердых частиц).
3  Охладитель (генераторного) газа или технологический процесс охлаждения (генераторного) газа.
4 Фильтр нагретого газа.
5  Технологический процесс очистки в водяном скруббере или блок водяного скруббера.
6 Технологический процесс конверсии или блок конверсии.
7 Технологический процесс обессеривания или блок обессеривания.
8 Транспортировочное устройство, в частности шнек.
8a Шнек охлаждения пыли.
8b Шнек охлаждения остаточного продукта.
8c Разгрузочный шнек.
9 Камера с псевдоожиженным слоем.
A; A1 Пыль или возвратная линия для пыли.
B; B1 Водяной пар газификации или возвратная линия для водяного пара газификации.
C Воздух, кислород, CO2.
D Топливо.
E  Углеродсодержащий остаточный продукт.
F Углеродсодержащая пыль.
G Синтез-газ.
H Зола.
10 Устройство дополнительной обработки.
11 Технологический процесс сепарации твердых частиц или блок сепарации твердых частиц, в частности блок циклонного свечного фильтра.
12 Технологический процесс промежуточного охлаждения или блок промежуточного охлаждения.
13 Технологический процесс окисления остаточного продукта или камера окисления остаточного продукта.
14 Технологический процесс охлаждения остаточного продукта или блок охлаждения остаточного продукта.
20 Логический блок.