СПОСОБ ОЧИСТКИ СИНТЕЗ-ГАЗА ИЗ БИОМАССЫ ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
METHOD OF PURIFYING SYNTHETIC GAS FROM BIOMASS AT POSITIVE PRESSURE TO OBTAIN OIL PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение касается способа и устройства для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При сокращающемся запасе ископаемого топлива возобновляемая чистая энергия из биомассы привлекает все большее внимание и быстро развивается. Получение газа и получение нефтепродуктов с использованием биомассы является важным исследовательским проектом в области разработки новой энергии.
Подобно получению газа из угля, получение газа из биомассы требует способов очистки из охлаждения и промывки. В настоящее время исследования способа газификации биомассы добились большого количества результатов, тогда как было выполнено относительно мало исследований очистки синтез-газа из биомассы, главным образом в отношении обычного способа охлаждения и промывки угольного газа. Однако было бы неправильно копировать обычный способ для предварительного охлаждения угольного газа, не принимая в рассмотрение практическую ситуацию того, что выходная температура синтез-газа из биомассы гораздо выше, чем выходная температура угольного газа, то есть температура сырого угольного газа из печи карбонизации составляет 650°C, тогда как температура синтез-газа на выходе из газификатора способа данного изобретения выше чем 1000°C. Таким образом, желательно разработать новый способ охлаждения для синтез-газа из биомассы.
Обычные средства для предварительного охлаждения угольного газа включают в себя: непрямое предварительное охлаждение, прямое предварительное охлаждение и непрямое-прямое предварительное охлаждение. Предварительное охлаждение, главным образом, означает, что угольный газ охлаждается до температуры от 22 до 35°C после выхода из печи карбонизации и до входа в электроосадитель смолы.
Непрямое предварительное охлаждение представляет собой способ, в котором угольный газ косвенно контактирует с охлаждающей средой, между двумя данными фазами происходит теплоперенос, но не массоперенос. Непрямое предварительное охлаждение имеет хорошее охлаждающее и очищающее действие.
Прямое предварительное охлаждение представляет собой способ, включающий в себя распыление аммиачного раствора в угольном газе так, чтобы позволить аммиачному раствору прямо контактировать с угольным газом, так что происходит и теплоперенос, и массоперенос. По сравнению с непрямым предварительным охлаждением прямое предварительное охлаждение имеет высокую эффективность охлаждения угольного газа, маленькое сопротивление, низкую стоимость устройств и большое потребление энергии.
Непрямое-прямое предварительное охлаждение представляет собой комбинированный способ, который включает в себя введение угольного газа в непрямой охладитель и прямой охладитель соответственно, и имеет преимущества и прямого предварительного охлаждения, и непрямого предварительного охлаждения.
Способы удаления пыли из угольного газа включают в себя: осаждение, фильтр, циклон, электроосаждение, водяную промывку и удаление пыли с помощью скруббера Вентури. Разные способы удаления пыли варьируют в эффекте удаления пыли и расходах на сопротивление.
Основным устройством для удаления смолы из угольного газа является электроосадитель смолы.
Характеристики синтез-газа, получаемого из различных исходных материалов и с помощью разных способов газификации, почти одинаковые. Однако целевой способ и конфигурацию системы необходимо адаптировать, чтобы гарантировать улучшенную целевую очистку и целевую экономию.
Отличающиеся сложностью системы, длительной процедурой, высоким потреблением энергии, низкой эффективностью и стабильностью, и неэкономичностью обычные способы очистки угольного газа необходимо оптимизировать и разрабатывать, когда их применяют для обработки синтез-газа из биомассы.
Техническое решение данного изобретения дает в качестве результата обширных исследований способ охлаждения и газификации синтез-газа путем объединения способа высокотемпературной газификации биомассы с химическими и физическими свойствами синтез-газа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одним объектом данного изобретения является обеспечить способ и устройство для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов. Путем адаптирования оптимизированной схемы целевого способа и разработки процедуры, путем разумной конфигурации устройств способа и путем надлежащих параметров контроля способа решаются проблемы того, что обычный химический промышленный способ очистки угля имеет сложную систему, длительную процедуру, высокое потребление энергии, низкую эффективность и стабильность и является неэкономичным, так что технология и экономика соединяются.
3
3
3
Техническое решение данного изобретения разработано на основании характеристик способа высокотемпературной плазменной газификации в неподвижном слое биомассы и синтез-газа (имеющего температуру от 1000 и 1100°C, содержание пыли ниже 20 г/Нм и содержание смолы ниже 3 г/Нм) и согласно способу охлаждения и очистки угольного газа. Способ очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов содержит: аэрирование высокотемпературного пиролитического газификатора путем использования вентилятора для окисления; введение высокотемпературного синтез-газа, полученного в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, через высокотемпературный водоохлаждаемый газоход в водоохлаждаемый башенный охладитель, где вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ для охлаждения части шлака; введение синтез-газа из водоохлаждаемого башенного охладителя в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа и бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, где отходящее тепло отбирается в двух секциях при двух давлениях, а побочные продукты, включающие пар среднего давления и пар низкого давления, получаются и подаются во внешние устройства, и тяжелая смола конденсируется и отбирается с помощью бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа; введение синтез-газа из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя для промывки синтез-газа и удаления пыли; введение синтез-газа из скруббера Вентури в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы для такой очистки, что содержание пыли и содержание смолы в синтез-газе составляет <10 мг/Нм, температура синтез-газа составляет <45°C, и отбор теплосодержания составляет выше чем 80%; и перенос обработанного синтез-газа в бак мокрого газа для хранения или в процесс ниже по потоку для использования.
3
3
3
В данном техническом решении высокотемпературный синтез-газ, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, имеет температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли ниже чем 20 мг/Нм и содержание смолы ниже чем 3 мг/Нм. Высокотемпературный синтез-газ вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу в водоохлаждаемый башенный охладитель, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°C и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа для отбора среднетемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа, имеет температуру 450±20°C. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа, снижается до 200±10°C. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури в отсутствие наполнителя, чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет 45±2°C. Синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли для дополнительного удаления пыли и смолы в нем, так что синтез-газ имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм, температуру <45°C и отбор теплосодержания больше чем 80%. Обработанный синтез-газ переносится в бак мокрого газа для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. В параллельном соединении с баком мокрого газа находится факел для сжигания отходящего газа.
В качестве улучшения данного изобретения, вентилятор для окисления применяется, чтобы вдувать воздух и обеспечивать положительное давление, устраняя, тем самым, нагнетатель угольного газа. Путем увеличения выходного давления вентилятора для окисления, выходное давление высокотемпературного пиролитического газификатора преодолевает сопротивление промывочной системы, и входное давление бака мокрого газа все еще поддерживается между 4 и 6 кПа, позволяя водоохлаждаемому башенному охладителю, бойлеру-утилизатору отходящего тепла водотрубного типа, бойлеру-утилизатору отходящего тепла жаротрубного типа, скрубберу Вентури в отсутствие наполнителя, мокрому электросборнику пыли и баку мокрого газа работать при положительном давлении, предохраняя атмосферу от проникновения в вышеуказанные устройства и снижая вероятность взрыва газа.
В качестве улучшения данного изобретения, высокотемпературный водоохлаждаемый газоход и водоохлаждаемый башенный охладитель используют мембранные водоохлаждаемые трубчатые структуры, снижая, тем самым, их массу, избегая проблемы опадания огнезащитных материалов и улучшая надежность работы. Высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, водоохлаждаемый башенный охладитель и бойлер-утилизатор отходящего тепла соединены последовательно, образуя систему циркуляции воды, так что решается проблема охлаждения циркулирующей воды, и реализуется полный отбор тепловой энергии.
В качестве улучшения данного изобретения, вода распыляется в высокотемпературный синтез-газ в водоохлаждаемом башенном охладителе для снижения температуры синтез-газа до 800±20°C и конденсации шлака в синтез-газе; и шлак выгружают из нижней части башни. Таким образом, нагревающие поверхности бойлеров-утилизаторов отходящего тепла предохраняются от загрязнения шлаком, и гарантируется стабильность осуществления теплообмена бойлеров-утилизаторов отходящего тепла.
В качестве улучшения данного изобретения, бойлер-утилизатор отходящего тепла включает в себя высокотемпературную секцию и низкотемпературную секцию. Высокотемпературная секция используется в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа, а низкотемпературная секция используется в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа. Температура синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа составляет 450±20°C, что выше точки конденсации тяжелой смолы, тем самым избегается конденсация смолы. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа равняется или больше чем 1,6 мегапаскалей, улучшая, тем самым, качество температуры пара и удовлетворяя требованиям соответствующего химического пара.
Температуру синтез-газа на выходе бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа регулируют к величине, меньшей чем 200°C, чтобы конденсировать тяжелую смолу в этой секции и собирать тяжелую смолу лотком. Низкотемпературная секция использует бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для улучшения эффекта теплообмена. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа составляет 0,5 мегапаскалей, и пар низкого давления, полученный в нем, направляют в мокрый электросборник пыли для очистки.
2
3
Синтез-газ из биомассы имеет относительно низкие содержание пыли и содержание смолы. Скруббер Вентури (в отсутствие наполнителя) организован для предварительного удаления пыли, но реализуются не только задачи удаления пыли и снижения температуры, но также удаление промывкой вредных газов, включая HS, NH и HCN.
Мокрый электросборник пыли организован в задней части потока способа для гарантии контроля задач удаления пыли и удаления смолы.
По сравнению с предшествующим уровнем техники данное изобретение решает следующие проблемы и имеет очевидные преимущества.
Данный способ применим к адиабатическому высокотемпературному газификатору, и решаются те технические проблемы, что газификатор в водяном охлаждении или охлаждении полученного газа имеет сложную структуру и большой размер, шлак легко агрегирует на стенках газификатора, накипь легко образуется на водной стороне, высоки потребление энергии и потребление мощности. Хотя стабильность газификации улучшается, производственные затраты в основном устройстве газификации сохраняются.
Применяется высокотемпературный водоохлаждаемый газоход, так что решаются те проблемы, что адиабатическая труба является громоздкой, объемистой и трудна для обращения, ее облицовка легко разрушается, и срок ее службы является коротким.
Процесс охлаждения выполняется вне газификатора путем распыления воды, так что это не влияет на процесс газификации. Степень охлаждения частично регулируется, таким образом влияние конденсации шлака и термическая эффективность системы улучшаются.
Конфигурация двух секций бойлеров-утилизаторов отходящего тепла при двух давлениях приводит к централизованному сбору тяжелой смолы, постепенному отбору отходящего тепла и улучшению тепловой эффективности устройств.
Скруббер Вентури в отсутствие наполнителя используется, чтобы промывать газ и удалять пыль, а мокрый электросборник пыли используется, чтобы дополнительно удалять смолу и пыль, реализуя, тем самым, задачу очистки путем постепенного удаления пыли и смолы.
Данное изобретение имеет простую систему, сглаженный процесс, низкое потребление энергии, высокую эффективность, безопасность и стабильность, и высокую экономическую выгоду.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа данного изобретения для очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Способ очистки синтез-газа из биомассы при положительном давлении для получения нефтепродуктов дополнительно иллюстрируется ниже вместе с чертежом.
Как показано на Фиг. 1, устройство для осуществления основного способа данного технического решения содержит: высокотемпературный водоохлаждаемый газоход 1, водоохлаждаемый башенный охладитель 2, бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3, бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4, скруббер Вентури 5, мокрый электросборник пыли 6, бак мокрого газа 7 и факел 8.
3
3
3
Параметры и протекание способа данного изобретения следующие: вентилятор для окисления применяется, чтобы вдувать воздух в высокотемпературный пиролитический газификатор. Высокотемпературный синтез-газ, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе, имеющий температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли ниже чем 20 г/Нм и содержание смолы ниже чем 3 г/Нм, вводят из газификатора через его верхнюю часть по высокотемпературному водоохлаждаемому газоходу 1 в водоохлаждаемый башенный охладитель 2, где распыляется вода, чтобы снизить температуру синтез-газа до 800±20°C и конденсировать шлак. Затем синтез-газ вводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа 3 для отбора среднетемпературного отходящего тепла. Полученный в нем пар среднего давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ, вытекающий из бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа 3, имеет температуру 450±20°C. Затем синтез-газ переносится в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа 4 для отбора низкотемпературного отходящего тепла и полученный в нем пар низкого давления направляют во внешние устройства. Синтез-газ охлаждается в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа 4, и одновременно отделяется тяжелая смола и собирается в лоток. Температура синтез-газа, вытекающего из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа 4, снижается до менее 200°C. Затем синтез-газ переносится в скруббер Вентури 5 (в отсутствие наполнителя), чтобы промывать синтез-газ, удалять пыль и дополнительно снижать температуру синтез-газа, так что большая часть пыли, капель смолы и водорастворимого газа поступает в промывочную жидкость и удаляется. Температура синтез-газа после промывки составляет <45°C. Потом синтез-газ переходит в мокрый электросборник пыли 6 для дополнительного удаления пыли и смолы. Синтез-газ после вышеуказанных охлаждающей и очищающей обработок имеет содержание пыли и содержание смолы <10 мг/Нм, температуру <45°C и отбор теплосодержания больше чем 80%, что полностью удовлетворяет требованиям к газу для последующих процессов. Обработанный синтез-газ затем переносится в бак мокрого газа 7 для хранения или направляется в способ ниже по потоку для использования. Факел 8 находится в параллельном соединении с баком мокрого газа 7 и является важным устройством для сжигания отходящего газа, когда система запускается и состав синтез-газа является чрезмерным.
Протекание основного способа охлаждения и промывки синтез-газа при положительных давлениях и соответствующие устройства описаны выше. В дополнение к вспомогательным системам, таким как система распыления воды для башенного охладителя, система подачи воды для двух секций бойлера-утилизатора отходящего тепла, система циркуляции воды для скруббера Вентури, система поливки водой для мокрого электросборника пыли и система герметизации воды для бака мокрого газа, также обеспечиваются некоторые стандартные или нестандартные устройства. Данные стандартные или нестандартные устройства образуют индивидуальные подсистемы посредством труб и клапанов и служат сопутствующими устройствами, так что реализуется протекание всего способа охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы.