|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[**] Изобретение относится к станции 100 и способу производства энергии из угля СМ. В составе станции макроустановка содержит газификатор с восходящим потоком 12, пылеулавливающий блок 14, испарительный охладитель 20, скруббер 30 и увлажнитель 60. Охладитель и скруббер каждый содержат устройства распыления водной смеси МА в газ G, резервуар для хранения определенного объема конденсированной водной смеси, контур рециркуляции для удаления водной смеси из резервуара и подачи ее в устройство распыления, отвод для удаления конденсированных загрязнителей и проведения их в газификатор. Скруббер также содержит теплообменник вдоль контура рециркуляции. Увлажнитель содержит устройство распыления в оксигенированный газ А водной смеси, отведенной от резервуара охладителя, трубопровод 62 для подачи влажного оксигенированного газа AU в газификатор. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к станции 100 и способу производства энергии из угля СМ. В составе станции макроустановка содержит газификатор с восходящим потоком 12, пылеулавливающий блок 14, испарительный охладитель 20, скруббер 30 и увлажнитель 60. Охладитель и скруббер каждый содержат устройства распыления водной смеси МА в газ G, резервуар для хранения определенного объема конденсированной водной смеси, контур рециркуляции для удаления водной смеси из резервуара и подачи ее в устройство распыления, отвод для удаления конденсированных загрязнителей и проведения их в газификатор. Скруббер также содержит теплообменник вдоль контура рециркуляции. Увлажнитель содержит устройство распыления в оксигенированный газ А водной смеси, отведенной от резервуара охладителя, трубопровод 62 для подачи влажного оксигенированного газа AU в газификатор.
Евразийское (21) 201370125 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2013.09.30
(22) Дата подачи заявки 2011.11.14
(51) Int. Cl.
C10K1/12 (2006.01) C10J3/84 (2006.01) B01D 53/50 (2006.01)
(54) МАКРОУСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ ГАЗА, ПОЛУЧАЕМОГО ИЗ КАМЕННОГО УГЛЯ
MI2010A 002158
2010.11.23
(31) (32)
(33) IT
(86) PCT/IB2011/055065
(87) WO 2012/069953 2012.05.31
(88) 2012.11.01
(71) Заявитель:
КОАР ЭНЕРДЖИ РЕСУРСИС
(72)
ЭлЭлСи (US)
Изобретатель:
Капелло Джованни (IT)
(74) Представитель:
Гончаров В.В. (BY)
(57) Изобретение относится к станции 100 и способу производства энергии из угля СМ. В составе станции макроустановка содержит газификатор с восходящим потоком 12, пылеулавливающий блок 14, испарительный охладитель 20, скруббер 30 и увлажнитель 60. Охладитель и скруббер каждый содержат устройства распыления водной смеси МА в газ G, резервуар для хранения определенного объема конденсированной водной смеси, контур рециркуляции для удаления водной смеси из резервуара и подачи ее в устройство распыления, отвод для удаления конденсированных загрязнителей и проведения их в газификатор. Скруббер также содержит теплообменник вдоль контура рециркуляции. Увлажнитель содержит устройство распыления в оксигенированный газ А водной смеси, отведенной от резервуара охладителя, трубопровод 62 для подачи влажного оксигенирован-ного газа AU в газификатор.
PCT/IB2011/055065
WO 2012/069953 A2
МАКРОУСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ ГАЗА, ПОЛУЧАЕМОГО ИЗ КАМЕННОГО УГЛЯ
Заявленное изобретение относится к макроустановке для производства, охлаждения и очистки газа, получаемого при помощи газификатора. Газификатор представляет собой газификатор с восходящим потоком и предназначен для производства топливного газа из каменного или ископаемого угля. Конструкция очистной установки предназначена для очистки топливного газа, получаемого при помощи газификатора.
Заводы по газификации каменного угля, т.е., заводы, предназначенные для получения топливного газа из угля, известны уже в течение определенного времени. Самая большая фракция каменного угля (80-98%) состоит из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О), которые организованы как различные типы молекул. Оставшаяся фракция угля (2-20%) состоит из других молекул и прочих неорганических элементов, включая кремний (Si), калий (К), кальций (Са) и магний (Мд).
Известно из уровня техники, что основные реакции протекают во время
газификации следующим образом:
С + 02 -> С02 (горение)
С + % 02 -> СО (частичное окисление)
С + H20(g) -> СО + Н2 (риформинг каменного угля)
С + С02 -> 2СО (реакция Будуара)
С + 2Н2 -> СН4 (метанизация)
СО + H20(g) -> С02 + Н2 (реакция конверсии водяного газа).
Данные реакции производят, в присутствие воздуха, газ (называемый "генераторный газ"), состоящий из смеси, включающей в сухой форме примерно 50% N2, 20% СО, 15% Н2, 10% С02 и 5% СН4. Если реакции протекают в отсутствие воздуха, окончательная смесь не содержит N2 and и именуется "синтетическим газом" или сингазом.
Известны различные типы установок газификации, различающихся на основе конструкции реактора, пути прохождения газа внутри реактора, типа
используемой фильтровальной установки и т.п.
Традиционные установки газификации, тем не менее, не лишены недостатков. Эксплуатируемые в настоящее время установки газификации можно классифицировать на два основных типа. Установки первого типа предназначены, в основном, для экспериментальных целей, характеризуются большими размерами (мощность на выходе, как правило, превышает 1 МВт) и технологически сложны в эксплуатации. Указанные габариты и тот факт, что их выпускают на единичной основе, означают невозможность эксплуатации в широких объемах с коммерческой целью.
Установки второго типа характеризуются небольшими габаритами, работают на примитивной технологии и предназначены, в частности, для применения в аграрных районах развивающихся стран. Низкий технологический уровень данных установок не позволяет использовать их в широких объемах в производстве энергии в развитых странах Запада.
На 1940-е гг. приходится выпуск компактных установок газификации. Данные установки монтировали на моторных транспортных средствах с целью компенсации дефицита продуктов нефтепереработки, что позволяло двигателям внутреннего сгорания работать на древесном топливе или каменном угле. Данные малогабаритные установки были неэффективны, производили газ неприемлемого по современным стандартам качества и загрязняли окружающую среду.
Современные двигатели внутреннего сгорания требуют использования газа очень высокого качества. Как правило, действуют дополнительные - относительно жесткие - ограничения по максимальной температуре подаваемого газа, его относительной влажности и точке росы содержащихся в нем смол. Достижение такого качества газа, в частности, снижения температуры газа, используемого в качестве топлива в двигателях, приводит к образованию конденсационной воды. Эта вода сильно загрязнена органическими веществами (фенолы, аммиак, бензины и пр.) и, соответственно, что вызывает большие проблемы по обработке и устранению упомянутых веществ. Целью заявленного изобретения является предоставление установки охлаждения и очистки газа, получаемого при помощи газификатора каменного угля с
восходящим потоком, которая, как минимум, частично лишена недостатков, упомянутых в связи с предшествующим уровнем техники.
В частности, задачей заявленного изобретения является обеспечение наличия установки охлаждения и очистки газа, обладающей компактными размерами, экономией затрат на ее производство и монтаж, простотой в применении в промышленных масштабах и оптимальными характеристиками для эффективной газификации каменного угля.
Помимо этого, задача заявленного изобретения включает предоставление установки и способа, с применением которые становится возможным получать высококачественный газ при температуре, достаточно низкой для использования в современных двигателях внутреннего сгорания.
Данные цель и задачи решают при помощи макроустановки по п.1, станции по.6 и способа по п.9 Формулы.
Для более полного понимания сущности заявленного изобретения и его преимуществ, далее описаны типичные и неограничительные примеры практического воплощения заявленного изобретения, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет схематическое изображение станции по производству энергии из каменного угля, включая макроустановку для производства и обработки газа и генерации влажного воздуха согласно заявленному изобретению; Фиг.2 представляет диаграмму, иллюстрирующую характеристики различных смол после изменения температуры;
Фиг.З представляет вид в перспективе агрегата, включая испарительный
охладитель и увлажнитель, составляющие часть варианта практического
воплощения макроустановки согласно заявленному изобретению;
Фиг.4 представляет вид в плане агрегата по фиг.З;
Фиг.5 представляет вид сбоку агрегата по фиг.З;
Фиг.6 представляет вид в поперечном разрезе по линии VI-VI по фиг.4;
Фиг.7 представляет вид в поперечном разрезе варианта практического
воплощения газификатора, составляющего часть макроустановки согласно
заявленному изобретению, в закрытой конфигурации;
Фиг.8 представляет вид в поперечном разрезе газификатора по фиг.7 в раскрытой
конфигурации;
Фиг.9 представляет увеличенное изображение детали, обозначенной IX по фиг.7; и
Фиг. 10 представляет увеличенное изображение детали, обозначенной X по фиг.8. В оставшейся части описания, будут часто приведены ссылки на указания "вверху", "верх" или подобные им, и, соответственно, "ниже", "внизу" или подобные им. Данные указания необходимо понимать как имеющие отношение только к установке в надлежащей комплектности, готовой к эксплуатации и в связи с эти подверженной воздействию силы тяжести.
Ссылки также сделаны, при описании пути прохождения газа, на указания "вверх по потоку" и "вниз по потоку". "Вверх по потоку" означает положение вдоль по пути, относительно ближе к впускному отверстию реактора, через которое осуществляют подачу каменного угля. С другой стороны, "вниз по потоку" означает положение вдоль по пути на относительном удалении от впускного отверстия реактора.
На сопроводительных фиг., ссылочный номер 100 обозначает, обобщенно, станцию для производства энергии из топлива, в частности, из каменного угля СМ. Станция 100 содержит, во-первых, макроустановку 10 для производства и обработки газа G. В соответствии с вариантом практического воплощения по фиг.1, станция 100 также содержит, вниз по потоку макроустановки 10, другие компоненты, которые будут описаны далее. Данные дополнительные компоненты предпочтительно включают электростатический осадитель 40 и блок 80 пользователя газа G.
Макроустановка 10 согласно заявленному изобретению содержит:
газификатор 12, предназначенный для принятия потока влажного оксигенированного газа AU и топлива СМ и выделения потока газа G;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из газификатора 12 в пылеулавливающий блок 14;
- пылеулавливающий блок 14;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из пылеулавливающего блока 14 в испарительный охладитель 20;
- испарительный охладитель 20, предназначенный для обработки потока газа G,
содержащий:
- устройство 21 распыления водной смеси МА в поток газа G,
- резервуар 22, предназначенный для отстаивания (декантирования) и хранения в испарительном охладителе 20 определенного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии,
- контур рециркуляции 23, предназначенный для удаления водной смеси МА из резервуара 22 и подачи ее в устройство распыления 21, являющееся частью испарительного охладителя 20; а также
- отводную трубу 24, предназначенную для удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара 22 и выведения их во внешнюю среду;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из испарительного охладителя 20 в скруббер 30;
- скруббер 30, предназначенный для обработки потока газа G, содержащий:
- устройство 31 распыления водной смеси МА в поток газа G,
- резервуар 32, предназначенный для отстаивания (декантирования) и хранения в скруббере 30 определенного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии,
- контур рециркуляции 33, предназначенный для удаления частичного объема водной смеси МА из резервуара 32 и подачи его в устройство распыления 31,
- отводную трубу 34, предназначенную для удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара 32 и выведения их во внешнюю среду; а также
- теплообменник 35, расположенный вдоль контура рециркуляции 33 скруббера 30, а также
- компенсационную трубу 37, предназначенную для удаления частичного объема водной смеси МА из резервуара 32 и подачи его в резервуар 22 испарительного охладителя 20;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из скруббера 30 за пределы макроустановки 10.
Наконец, макроустановка 10 согласно заявленному изобретению содержит увлажнитель 60, предназначенный для принятия потока оксигенированного газа А и водной смеси МА и для выделения потока влажного оксигенированного газа AU,
причем увлажнитель 60, в свою очередь, содержит:
- трубопровод 61 для подачи потока оксигенированного газа А;
- устройство 63 распыления водной смеси МА в поток оксигенированного газа А;
- трубу 65, предназначенную для удаления определенного объема водной смеси МА из резервуара 22 испарительного охладителя 20 и для подачи водной смеси МА в устройство распыления 63;
- трубопровод 62, предназначенный для проведения влажного оксигенированного газа AU из увлажнителя 60 в нижнюю часть газификатора 12. Макроустановка 10, описанная выше, может предпочтительно содержать один или вспомогательных компонентов:
- трубу 27, предназначенную для введения воды из внешней среды в макроустановку 10, например, подачи ее в устройство распыления 21 или в резервуар 22 испарительного охладителя 20;
- выпускную трубу 36, предназначенную для удаления избыточной водной смеси МА из резервуара 32 скруббера 30 и выведения ее во внешнюю среду; и/или
- контур рециркуляции 64, предназначенный для удаления любого объема конденсированной водной смеси МА из нижней части увлажнителя 60 и проведения ее в резервуар 22 испарительного охладителя 20.
Газификатор 12 предназначен, в чистом виде, для обработки различных видов топлива, например, различных видов угля, древесного угля или каменного угля. Газификатор 12 предпочтительно представляет собой газификатор с восходящим потоком, известный в чистом виде. В данном типе газификатора, топливо СМ вводят в реактор сверху, реакции газификации протекают в нижней части реактора, а получаемый газ удаляют с верхней части реактора, т.е. вблизи впускного отверстия газификатора. Данный тип газификатора, таким образом, отличается от газификаторов с другим - так называемым, нисходящим потоком, -в которых получаемый газ удаляют с нижней части реактора. Каменный уголь СМ вводят в верхнюю часть газификатора 12 при помощи клапанной системы 124 (см. в частности фиг.7, 8). Данные клапаны, в чистом виде, предотвращают попадание воздуха из внешней среды в газификатор 12, или утечку газа G из газификатора 12 во внешнюю среду. Клапаны 124 могут содержать, например, пару затворных элементов, расположенных
последовательно (как следует из сопроводительных фиг.), или прочие известные из уровня техники механизмы, например, поворотные клапаны (лопастные затворы).
Газификатор с восходящим потоком представляет целый ряд существенных преимуществ при газификации каменного угля благодаря возможности полной переработки содержащегося в нем углерода С, и, соответственно, очень высокой энергоэффективности. Кроме этого, газификатор с восходящим потоком, в качестве оборудования, разработанного специально для газификации каменного угля, вырабатывает твердый инертный остаток, традиционно именуемый золой. Газификатор 12 предпочтительно является газификатором открытого типа или разомкнутого типа, известных из уровня техники. В данном типе газификатора, кислород, необходимый для протекания реакций горения и частичного окисления углерода, обычно поступает вместе с воздухом, втягиваемым из внешней среды при атмосферном давлении через предназначенное для этого отверстие, расположенное в нижней части реактора. Такой тип газификатора, таким образом, отличается от прочих типов данных установок, в которых кислород, необходимый для протекания реакций горения/газификации, подают под давлением выше атмосферного, при помощи соответствующей установки или подаваемый в указанных точках непосредственно внутрь реактора.
Газификатор разомкнутого типа обладает преимуществом простоты и экономичности в монтаже и эксплуатации.
Фиг.7-10 представляют конкретный вариант практического воплощения газификатора 12, включенного в макроустановку 10 согласно заявленному изобретению.
Согласно данному варианту практического воплощения, газификатор 12 содержит приспособление 120 для поднятия наружной оболочки 121.
Фиг.7 представляет газификатор 12 в закрытой конфигурации. Данная конфигурация представляет собой конфигурацию, поддерживаемую во время работы газификатора 12, а также во время в предусмотренное время простоя. В данной конфигурации, наружная оболочка 121, таким образом, отделяет внутреннее пространство газификатора 12 от внешней среды. Фиг.8 представляет газификатор по фиг.7, но уже в раскрытой конфигурации.
Данная конфигурация является конфигурацией, поддерживаемой во время техобслуживания газификатора, как правило, во время удаления инородных примесей 123. В данной конфигурации, наружная оболочка 121 поднимается и, таким образом, определяет отверстие, с помощью которого устанавливают соединение между внутренним пространством 12 газификатора и внешней средой.
Достаточно часто и непреднамеренно вместе с углем СМ в газификатор 12 попадают инородные тела 123, которые обычно, вследствие своих физико-химических характеристик, не участвуют в реакциях газификации, т.е., как правило, представляют собой камни или металлические отходы. По ряду причин, инородные тела 123 проходят через все зоны газификатора 12, при этом их строение и масса не претерпевают каких-либо значительных изменений, и окончательно оседают на нижней решетке 122, поддерживая уголь СМ. Скопление инородных тел 123 на нижней решетке 122 может при длительной эксплуатации привести к неприемлемым изменениям параметров процесса, например, вследствие аномальных механических напряжений, воздействующих на очистительные элементы решетки. Учитывая вышеизложенное, необходимым представляется периодическое удаление инородных тел 123 с нижней решетки 122.
Таким образом, работу газификаторов известного из уровня техники типа необходимо периодически прерывать с целью разборки наружной оболочки реактора для обеспечения доступа к решетке. Данное техническое решение, несмотря на повсеместное применение, приводит к неизбежным длительным простоям станции, во время которых необходимо обеспечить охлаждение реактора и позволить техническому персоналу осуществить разборку реактора, удалить инородные тела 132 и восстановить рабочую конфигурацию реактора. Предельно ясно специалисту в данной области техники, такие длительные простои негативно сказываются на продуктивности работы станции. В сравнении с этим, в практическом воплощении газификатора 12 по фиг.7-10 возможно максимально упрощенно осуществить операцию удаления инородных тел 123. Приспособление для поднятия 120 позволяет наружной оболочке 121 реактора подниматься таким образом, чтобы обеспечить прямой доступ к нижней
решетке 122. Удаление инородных тел 123 могут проводить быстрым и упрощенным способом, без надобности в длительных остановках работы станции.
Фиг.9 и 10 представляют детальным образом приспособление для поднятия 120, в закрытой конфигурации во время работы и в раскрытой конфигурации во время техобслуживания, соответственно. В данном специфическом варианте практического воплощения, представленном на фиг., приспособление для поднятия 120 содержит совокупность подъемных рычагов, расположенных по внешнему периметру наружной оболочки 121.
Согласно некоторым вариантам практического воплощения, не показанным на сопроводительных фиг., макроустановка 10 также содержит приспособления для удаления пыли и/или золы, которые скапливаются, соответственно, внутри газификатора 12 и пылеулавливающего блока 14.
Данные приспособление предпочтительно содержат один или более винтовых (шнековых) конвейеров, предназначенных для удаления пыли и/или золы и проведения их в специальные контейнеры сбора или хранения. Кроме этого, приспособления для удаления пыли и/или золы предпочтительно содержат клапаны, аналогичные вышеописанным клапанам 124. По сути, данные клапаны сконструированы с тем, чтобы позволить осуществить удаление пыль и/или золу из пылеулавливающего блока 14, без одновременного затока воздуха извне вовнутрь или утечки газа G за пределы макроустановки 10 во внешнюю среду. Данные клапаны в особенности предпочтительны в случае, когда внутреннее пространство станции 100 поддерживают в вакууме с целью получения самого движения газа G по станции. В данном случае, отсутствие клапана на выпускном отверстии для удаления пыли из пылеулавливающего блока 14 привело бы к затоку воздуха и последующему взрыву самого газификатора 12. Газ G, покидающий газификатор 12, имеет температуру примерно 400°С - 800°С и содержит значительный объем загрязнителей, основную часть которого составляет пыль каменного угля СМ, зола и смолы в парообразном или диспергированном состоянии. По сути, обычный добываемый каменный уголь СМ (антрацит, лигнит и т.п.) всегда содержит фракцию летучих углеводородов, которые, в процессе нагревания и газификации внутри газификатора 12,
испаряются и переходят в парообразное состояние в потоке газа G. Газ G, с целью эффективной утилизации в блоке пользователя 80, должен быть максимально очищен от загрязняющих примесей и охлажден до температуры ниже 70С°, предпочтительно ниже 60С°.
Пылеулавливающий блок 14 для обеспыливания газа G может, к примеру, содержать циклонный пылеуловитель (см. диаграмму на фиг.1) или высокотемпературный керамический фильтр (не показан). В подробностях, оба данных решения не представлены в данном описании, поскольку хорошо известны специалистам в данной области техники.
Испарительный охладитель 20 разработан для обеспечения первоначального охлаждения газа G путем испарения водной смеси МА до насыщения газа G. Иными словами, устройство 21 распыления, расположенное внутри испарительного охладителя 20 распыляет водную смесь МА в поток газа G. Частичный объем данной смеси МА испаряется, поглощая тепло и понижая таким образом температуру потока газа G. Такой механизм эффективно функционирует до насыщения газа G парами от испарения водной смеси МА. В далее описываемых вариантах практического воплощения, учитывают, что водная смесь МА содержит в основном воду, дипольные (соответственно, водорастворимые) смолы и недипольные (нерастворимые) смолы. В других возможных вариантах практического воплощения макроустановки 10, водная смесь МА может также содержать другие добавки, предназначенные для использования в специфических случаях. Данные добавки могут быть в форме раствора, эмульсии, суспензии или смеси с водой, или, например, содержать частицы гидрохлорида кальция Са(ОН)2, который, в водном растворе, образует так называемое известковое молоко. Использование известкового молока позволяет нейтрализовать любые кислотные смеси, присутствующие в газе G. Другой эффективной добавкой может в некоторых случаях служить антивспениватель.
В общем, водная смесь МА также содержит остатки прочих элементов, присутствующие в газе G, таких, как углерод (С) в форме каменного угля СМ и прочих неорганических элементов в форме золы, например, кремния (Si), калия (К), кальция (Са) или магния (Мд).
Как описано выше, устройство 21 распыления может предпочтительно содержать подключение через трубу 27 к водопроводной сети или прочему источнику воды вне станции 100, что позволит компенсировать любой дефицит воды вследствие ее перерасхода в испарительном охладителе 20 или внизу по потоку от него. Испарительный охладитель 20 также содержит резервуар 22 для хранения определенного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии. Присутствие смеси МА в жидкой фазе обеспечивает эффективное насыщение газа G, проходящего через испарительный охладитель 20, и в особенности необходимо для эффективной промывки газа G.
Объем водной смеси МА, намного превышающий достаточный для насыщения газа G, впрыскивается в испарительный охладитель 20 устройством распыления 21. Избыточный объем водной смеси МА, который таким образом проходит через газ G в жидком состоянии приводит к удалению суспендированных конденсированных смол и мелкодисперсной пыли, которые не улавливаются пылеулавливающим блоком 14. Очевидно, что водная смесь МА, распыляемая в избыточном объеме сверх необходимого для насыщения газа G, и остающаяся вследствие этого в жидком состоянии, накапливается внутри резервуара 22. Температура газа G, покидающего испарительный охладитель 20, зависит от концентрации смол в водной смеси МА и вида данных смол. В конце начального переходного процесса, рабочие параметры испарительного охладителя 20 стабилизируются. При правильно вычисленных размерах испарительного охладителя 20, насыщенный газ G и конденсированная водная смесь МА имеют практически одинаковую температуру. При данном рабочем параметре, охлаждение газа G происходит практически полностью путем поглощения скрытой теплоты испарения водной смесью МА.
В случае использования чистой воды вместо водной смеси МА, равновесная температура внутри испарительного охладителя 20 установилась бы на отметке примерно 80°С. С возрастанием концентрации смол в водной смеси МА, эбуллиоскопическая константа водной смеси МА также повышается, и, соответственно, увеличивается равновесная температура.
Резервуар 22 испарительного охладителя 20 предпочтительно имеет форму, при которой возможно осуществить эффективное осаждение нерастворимых смол в
водной смеси МА, пыли от каменного угля СМ и золы, производимых газификатором и не задерживаемых пылеулавливающим блоком 14, таким образом, чтобы добиться максимального снижения их суспендированной концентрации в водной смеси МА. Данные сепарированные смолы и пыль затем выводятся через трубу 24.
При преимущественной для работы испарительного охладителя 20 концентрации смол, the равновесная температура составляет предпочтительно от 75°С до 90°С. Данная температура достигается осаждением заданного объема нерастворимых смол в водной смеси, присутствующей в резервуаре 22. В данном случае, водная смесь МА имеет особенно низкую вязкость, что благоприятствует применению экономичных центробежных насосов. Если концентрация воды в смеси МА понижается, эффект испарительного охлаждения будет постепенно уменьшаться, вызывая повышение температуры смеси.
Использование испарительного охлаждения газа G, которое имеет место, как правило, при температурах выше 80°С, исключает необходимость охлаждения водной смеси МА при помощи теплообменника, расположенного вдоль контура рециркуляции 23, питающего устройство распыления 21.
Теплообменник 23, расположенный вдоль данного контура рециркуляции 23, с легкостью накапливал загрязнения и требовал бы частого техобслуживания. Водная смесь МА по сути содержит большой объем смол, которые препятствуют и увеличивают расходы на осуществление любого теплообмена в традиционном теплообменнике, например, в теплообменнике с трубным пучком. Помимо этого, для осуществления эффективного теплообмена, поверхности теплообменника должны быть значительно холоднее, чем водная смесь МА, протекающая над ними, что привело бы к локальному повышению вязкости водной смеси МА, с сопутствующими проблемами, как термического (менее эффективная теплопередача), так и гидравлического характера (засорение теплообменника).
Фиг.2 представляет диаграмму, иллюстрирующую характеристики фракций различных смол после изменения температуры. Можно заметить, различные фракции смол имеют характеристики, весьма различные при одинаковой температуре.
В частности, при равновесной температуре, возможной для работы испарительного охладителя 20, например, при температуре 85°С, присутсвуют различные фазы. Есть более легкие смолы (ароматические смолы), находящиеся полностью в паровой фазе, другие смолы (легкие полиароматические и гетероциклические смолы), находящиеся частично в паровой фазе и частично - в конденсированной фазе, и, наконец, более тяжелые смолы (тяжелые полиароматические смолы), находящиеся полностью в конденсированной фазе. Конденсированные смолы накапливаются в резервуаре 22 вместе с водой, образуя водную смесь МА. Водная смесь МА содержит как дипольные (соответственно, водорастворимые) смолы и недипольные смолы, которые обычно имеют более высокую плотность по сравнению с водой, и, при надлежащем осаждении, образуют слои в нижней части резервуара 22. Отводная труба 24 предназначена для удаления осажденных загрязнителей из нижней части резервуара 22, которые должны быть выведены из резервуара 22 для поддержания требуемого объема смеси МА внутри испарительного охладителя 20.
В сопроводительной фиг.1 испарительный охладитель 20 представлен в форме короба, вдоль по которому в преимущественно горизонтальном направлении проходит поток газа G. Внутри короба распыляют водную смесь МА в направлении, совпадающем с направлением потока газа. Резервуар 22 расположен в нижней части короба, где под воздействием силы тяжести скапливается конденсированная смесь МА.
В соответствии с представленными данными на сопроводительных фиг.3-6, испарительный охладитель 20 может иметь конструкцию короба, вдоль по которому в преимущественно вертикальном направлении проходит поток газа G. Внутри данного короба распыляют водную смесь МА, к примеру, в направлении, совпадающем с направлением потока газа G. Резервуар 22 расположен в нижней части короба, где под воздействием силы тяжести скапливается конденсированная смесь МА, аналогичным вышеописанному способом. Испарительный охладитель 20 предпочтительно содержит приспособление 25 для измельчения корок (накипи), образующихся внутри него во время обработки потока газа G.
Приспособление 25 для измельчения предпочтительно располагается между верхней зоной, где распыляется водная смесь МА, и резервуаром 22, внутри которого скапливается водная смесь МА в конденсированном состоянии. Приспособление 25 для измельчения предпочтительно содержит серию лопаток 250, совершающих движение относительно решетки 251. Согласно практическому воплощению, представленному на фиг.6, лопатки 250 установлены радиально на торсионном валу, расположенном вблизи поверхности решетки 251. В соответствии с данным практическим воплощением, следуя вращению вала, лопатки 250 периодично проходят через поверхность решетки 251. Далее в описании отражен ряд неоспоримых преимуществ использования данного технического решения. Во-первых, в данной зоне станции 100, поток газа G содержит большой объем загрязнителей, поскольку обработка была проведена только с использованием пылеулавливающего блока 14. Большинство загрязнителей (в форме паров, аэрозолей или мелкодисперсной пыли) предпочтительно удаляют далее внизу по потоку, обычно внутри электростатического осадителя 40 (подробно описанного далее по тексту). Внутри испарительного охладителя 20 поток газа G претерпевает радикальное снижение температуры: от примерно 400-800°С до примерно 75-100°С, предпочтительно примерно 80° С. Вследствие данного охлаждения, некоторые смолы конденсируются в виде капель, которые, в свою очередь, функционируют как центры скопления для пыли, присутствующей в газе G.
Вышеописанный феномен, таким образом, в зоне, где в поток горячего газа G впрыскивается поток распыленной водной смеси МА, вызывает образование твердых или полутвердых корок, которые могут иметь значительные размеры. Данные корки, отделяясь от стенок испарительного охладителя 20, могут также попадать в резервуар 22 и затруднять его бесперебойную работу. Размер корок является достаточным для блокирования в течение короткого периода времени отводной трубы 24 и/или контура рециркуляции 23.
Приспособление для измельчения 25 уменьшает размер данных корок с тем, чтобы позволить им беспрепятственно продвигаться через отводную трубу 24. В частности, во время работы испарительного охладителя 20, корки оседают, под воздействием силы тяжести, на решетке 251, где регулярное проходящее
движение лопаток 250 дробит их на части, достаточно мелкие для падения через решетку 250 и затем перемещения вместе с жидкими смолами через отводную трубу 24.
На фиг.6 можно заметить, в данном варианте практического воплощения, испарительный охладитель 20, винтовой конвейер 220 расположен в нижней части резервуара 22 таким образом, чтобы обеспечить удаление всех накапливающихся там загрязнителей (более или менее жидкие смолы или части корок, предварительно раздробленные приспособлением для измельчения 25). Резервуар 22 также содержит выпускное отверстие, предназначенное для удаления водной смеси МА. Данное выпускное отверстие расположено внутри хранимого объема водной смеси МА и не пропускает более тяжелые загрязнители, оседающие в нижней части резервуара 22, или пену и более легкие загрязнители, плавающие на поверхности водной смеси МА. Выпускное отверстие питает контур рециркуляции 23, который доставляет водную смесь МА в устройство распыления 21 испарительного охладителя 20. Помимо этого, выпускное отверстие также питает трубу 65, которая доставляет водную смесь МА в устройство распыления 63 увлажнителя 60.
Как уже упомянуто выше, скруббер 30 содержит теплообменник 35, расположенный вдоль контура рециркуляции 33. Теплообменник 35 предназначен для охлаждения водной смеси МА вдоль по пути, по которому она проходит по направлению к устройству распыления 31, с тем, чтобы водная смесь МА могла охлаждать газ G внутри скруббера 30.
Дополнительно, скруббер 30 может предпочтительно содержать выпускную трубу 36, предназначенную для удаления избыточной водной смеси МА из резервуара 32 и выведения ее во внешнюю среду.
Внутри скруббера 30 газ G охлаждается до температуры, требуемой для бесперебойной работы блока пользователя газа 80, в котором температура обычно составляет от 40°С до 50°С. Во время процесса охлаждения газа G, конденсируются некоторые объемы воды и смол, присутствующие в газе G в паровой фазе после выведения из испарительного охладителя 20. Данные конденсированные продукты аккумулируются в резервуаре 32, образуя водную смесь МА. Данная водная смесь МА постоянно удаляется и накачивается в
испарительный охладитель 20 через специальную компенсационную трубу 37. В связи с этим, необходимо отметить, что в испарительном охладителе 20 объем смеси МА, находящейся в конденсированном состоянии в резервуаре 22, постепенно расходуется вследствие постоянного испарения в потоке газа G. С другой стороны, внутри скруббера 30 объем смеси МА, находящейся в конденсированном состоянии в резервуаре 32, постепенно возрастает вследствие постоянной конденсации паров, присутствующих в газе G во время охлаждения. В макроустановке 10 согласно заявленному изобретению, избыточный объем водной смеси МА, присутствующий в резервуаре 32, используют для постоянного восполнения расхода смеси МА внутри резервуара 22.
Если температура газа G, покидающего скруббер 30, выше, чем точка росы газа G, объем конденсированной воды внутри резервуара 32 меньше, чем объем воды, испаряющейся внутри испарительного охладителя 20. При данных рабочих параметрах, даже при условии постоянного замещения водной смеси МА из резервуара 32 в резервуар 22, необходимо обеспечить подачу воды в макроустановку 10 через внешний источник по трубе 27.
Если температура газа G, покидающего скруббер 30, равна температуре точки росы газа G, объем конденсированной воды в резервуаре 32 равен объему испаряющейся воды в испарительном охладителе 20. При данных рабочих параметрах, при условии постоянного замещения водной смеси МА из резервуара 32 в резервуар 22, макроустановка 10 находится в состоянии водного равновесия.
Если температура газа G, покидающего скруббер 30, ниже точки росы газа G, объем конденсированной воды в резервуаре 32 больше, чем объем испаряющейся воды в испарительном охладителе 20. При данных рабочих параметрах, даже при условии постоянного замещения водной смеси МА из резервуара 32 в резервуар 22, необходимо обеспечить отвод воды из макроустановки 10 во внешнюю среду.
В соответствии с некоторыми вариантами практического воплощения заявленного изобретения, макроустановка 10 содержит теплообменник вместо скруббера 30. Данный теплообменник предпочтительно представляет собой теплообменник с
трубным пучком, в котором происходит теплообмен между горячим газом G и рабочей жидкостью.
Водяной пар H20(g), необходимый для реакций газификации каменного угля СМ, может эффективно вырабатываться увлажнителем 60, который позволяет осуществлять увлажнение оксигенированного газа до введения в газификатор 12. Поскольку температура водной смеси МА, распыляемой в увлажнитель 60, составляет примерно 80°С, масса испаряемой воды может составить примерно 0,5 кг на 1 кг оксигенированного газа А, например, воздуха.
Данное испарение внутри увлажнителя 60 обеспечивает выработку водяного пара H20(g), при количестве тепла, получаемом при низкой температуре, и, соответственно, не используемом в прочих целях.
Поток влажного оксигенированного газа AU могут получать различными способами, самым простым из которых является использование вентилятора 66, установленного таким образом, чтобы втягивать воздух из внешней среды и вдувать его в трубопровод 61, ведущий к увлажнителю 60. В качестве альтернативного или дополнительного к вентилятору 66 варианта, возможна установка другого вентилятора (не показано) для втягивания оксигенированного газа AU, обработанного при помощи увлажнителя 60 и/или газификатора 12. Таким образом, данные технические решения предусматривают использование атмосферного воздуха в качестве оксигенированного газа А. В соответствии с другими возможными вариантами практического воплощения, направленными на увеличение процентного содержания кислорода 02 в оксигенированном газе А, вдоль или вместо вентиляторов предусматривают наличие системы подачи кислорода 02 под давлением, например, газового цилиндра или прочего герметичного кислородного баллона. Данные варианты практического воплощения потенциально позволяют увеличить до необходимого уровня процентное содержание кислорода 02 в потоке оксигенированного газа. Состав оксигенированного газа А, таким образом, может варьироваться от состава воздуха (т.е., смесь, содержащая примерно 20% кислорода) до чистого кислорода (100% 02), при этом промежуточные составы в общем именуют оксигенированным газом. Увеличение процентного содержания кислорода может быть полезным в определенных случаях работы газификатора 12, например, при
получении газа G с более высокой теплотворной способностью. Газы, полученные путем газификации каменного угля СМ внутри газификатора 12 (т.е. Н2, Н20, N2, СО, С02) вытягиваются через предназначенную для этого трубу из верхней части реактора газификатора 12 и подаются в пылеулавливающий блок 14. Данные продукты имеют температуру примерно 400-800°С. Реакция риформинга угля, которой благоприятствует присутствие водяного пара H20(g) в зоне окисления реактора (которая в газификаторе с восходящим потоком расположена в нижней части реактора, непосредственно над нижней решеткой 122 (см. на фиг.7 и 8), а также реакция Будуара (описана выше) являются высоко эндотермическими реакциями. Вследствие этого, данные реакции, поглощают тепло, выделяемое прочими экзотермическими реакциями, происходящими внутри газификатора 12 (как правило, реакции горения углерода и пиролизных газов), и, соответственно, ограничивают температуры в зонах окисления до значений в пределах 800°С-900°С.
Данные особенности имеют исключительное значение при использовании газификатора 12 с восходящим потоком, вследствие работы оного преимущественно в присутствии исключительно углерода С. Обобщенная реакция горения углерода С может привести к экстремальному повышению температур, превышающих 1500°С внутри газификатора 12. Введение водяного пара H20(g) внутрь реактора данного типа и последующая генерация эндотермических реакций являются, таким образом, даже более насущными в плане снижения температуры внутри реактора и образования водорода Н2, с одновременным улучшением качества газа G.
Как уже описано выше, водная смесь МА, удаленная из резервуара 22 и распыленная в увлажнитель 60 при температуре, равной или выше 80°С, позволяет осуществить эффективное насыщение значительного потока оксигенированного газа А водяным паром Н20(д). Итак, представляется возможным введение значительного объема водяного пара Н20(д) внутрь газификатора 12. Кроме этого, как уже описано выше, тепло, необходимое для испарения воды, насыщающей поток оксигенированного газа А, получают путем охлаждения водной смеси МА.
Данное тепло, вследствие относительно низкой температуры, при которой оное
доступно, как правило, не утилизируется полностью. С другой стороны, в случае использования макроустановки 10 согласно заявленному изобретению, данное тепло могут утилизировать для улучшения газификации каменного угля СМ внутри газификатора 12. Все это обеспечивает повышение энергоэффективности и общего качества всего процесса газификации. Повышение энергоэффективности может достичь примерно 10% в зависимости от вида каменного угля СМ и состава его пыли, что означает снижение специфического потребления угля СМ на примерно 10% и повышение содержания водорода Н2, содержащегося в производимом на станции газе G.
Данное повышение энергоэффективности возможно благодаря использованию части тепла для охлаждения газа G с целью получения водяного пара Н20(д), используемого в процессах газификации. Использование данного тепла, обычно не утилизируемого, предотвращает необходимость отвлечения тепла от собственно реакций газификации.
Необходимо отметить, что из уровня техники известно и другое решение для генерации пара, исторически широко применяемое в каменноугольных газификаторах. Данное известное решение предлагает утилизировать высокотемпературное тепло на внешних стенках реактора. Решение данного типа, тем не менее, не предоставляет преимуществ в энергоэффективности, поскольку тепло, необходимое для испарения воды, берут от реакций газификации.
Фиг.3-6 представляют вариант практического воплощения испарительного охладителя 20 и увлажнителя 60, которые интегрированы в один агрегат 50. Данное воплощение изобретения является особенно предпочтительным. По сути, оно обеспечивает минимизацию теплорассеяния вдоль трубопровода, подающего водную смесь МА из резервуара 22 в устройство распыления 63 увлажнителя 60. Для обеспечения оптимальной работы станции согласно заявленному изобретению, водную смесь МА необходимо распылить при максимально высокой температуре, наличествующей в пределах станции 100. Высокая температура водной смеси МА (обычно равна примерно 80°С) обеспечивает эффективное насыщение потока оксигенированного газа А. Учитывая вышеизложенное, использование тепла, образующегося в результате работы станции 100,
исключает необходимость использования внешних источников тепла, что привело бы к резкому снижению энергоэффективности всего процесса в целом. В соответствии с вариантами практического воплощения, представленными на сопроводительных фиг., станция 100 также содержит электростатический осадитель 40, предназначенный для обработки потока газа G, прошедшего обработку в макроустановке 10. Газ, покидающий макроустановку 10, уже был подвергнут необходимым операциям охлаждения и первоначального обеспыливания, но все еще содержит многочисленные загрязнители в суспендированной форме. Данные загрязнители (мелкодисперсная пыль, смолы в аэрозольной и паровой формах) могут предпочтительно удалять из газа G при помощи электростатического осадителя 40.
В частности, станция 100 предпочтительно содержит влажный электростатический осадитель 40, известный из уровня техники. Упомянутый осадитель содержит трубки, внутри которых поддерживается электростатическое поле. В частности, электростатический осадитель 40 содержит предпочтительно трубчатые конструкции, внутри каждой из которых установлен электрод. Электростатическое поле, таким образом, может образовываться внутри каждой трубчатой конструкции, между стенками и центральным электродом. Помимо этого, осадитель 40 может предпочтительно содержать:
- бак 42, предназначенный для накапливания смол и воды, удаленных из газа G;
- отводную трубу 44, предназначенную для удаления конденсированных смол из нижней части бака 42 и выведения их во внешнюю среду;
- выпускную трубу 46, предназначенную для удаления избыточной водной смеси из бака 42 и проведения ее к резервуару 32; и
- выпускной трубопровод 18, предназначенный для проведения потока чистого газа G в блок пользователя 80.
Электростатический осадитель 40 позволяет газу G очиститься от суспендированных загрязнителей и в надлежащем качестве поступить в блок пользователя 80. Очистка газа осуществляется известным из уровня техники способом, при помощи электростатического притяжения, воздействующего на загрязнители стенками осадителя 40.
Непосредственно вверх по потоку от электростатического осадителя 40,
охлаждение газа G внутри скруббера 30 вызывает конденсацию паров, все еще присутствующих в нем. Образование водных капель приводит к формированию конденсационных центров для молекул смол, и наоборот. Таким образом, водная смесь МА переходит из паровой фазы в жидкую фазу, формируя аэрозоль из смол и воды.
При попадании внутрь электростатического осадителя 40, аэрозоль, суспендированный в газе G, притягивается к стенкам осадителя за счет притяжения электростатического поля. Таким образом, аэрозоль скапливается у стенок осадителя 40 и, перетекая вдоль них, скапливается внутри бака 42. По диаграмме на фиг.1, можно проследить, как конденсированные жидкости, удаленные из газа G в электростатическом осадителе 40, скапливаются внутри бака 42, также оборудованного отводной трубой 44.
Аналогично, согласно вышеописанному методу со ссылкой на отводные трубы резервуаров 22 и 32 испарительного охладителя 20 и скруббера 30, соответственно, отводная труба 44 также позволяет удалять из нижней части бака 42 как минимум частичный объем водной смеси МА. Удаленная смесь содержит воду, дипольные смолы в форме раствора и, в частности, недипольные (нерастворимые в воде) смолы, скапливающиеся в нижней части бака 42. С этой целью, отводная труба 44 предпочтительно осуществляет вытягивание из нижней части бака 42, где спонтанно, под воздействием силы тяжести, скапливаются более тяжелые недипольные смолы. Смолы, как дипольные, так и недипольные, эффективно выводятся за пределы станции 100.
Более легкие смолы остаются летучими в газе G также при температуре на выходе из электростатического осадителя 40. Данная фракция смол уносится вместе с потоком газа G в последующее конечное пользование потребителем. Обычно, использование газа G предполагает этап горения, на протекание которого легкие смолы могут оказывать положительный химический эффект. Бак 42 осадителя 40 содержит также выпускную трубу 46. Данная труба предназначена для удаления любой избыточной водной смеси МА из бака 42 и проведения ее к резервуару 32.
В соответствии с некоторыми вариантами практического воплощения, электростатический осадитель 40 содержит теплоизоляцию, предотвращающую
в максимально возможной степени теплообмен с внешней средой. Газ G протекает внутри электростатического осадителя 40 при температуре обычно выше температуры внешней среды, как правило, при температуре от 40°С до 60°С. При данных параметрах, газ G высвобождал бы спонтанно тепло во внешнюю среду, охлаждая и вызывая последующую конденсацию. Проявление таких феноменов, таким образом, сдерживается посредством теплоизоляции электростатического осадителя 40.
В соответствии с некоторыми вариантами практического воплощения, станция 100 также содержит приспособление 70 для нагревания газа G после охлаждения. Данное приспособление 70, при наличии, может, например, быть расположено в сборке с выпускным трубопроводом 18.
Охлаждение газа G, в частности, внутри испарительного охладителя и скруббера 30, вызывает конденсацию большей части воды и смол, присутствующих в ней в форме паров. Газ G, тем не менее, остается в насыщенном состоянии с парами, т.е. сохраняет относительную влажность 100%. При данных условиях, даже небольшое уменьшение температуры газа G вызывает конденсацию паров и последующее образование влажной взвеси внутри газа G. Проявление такого снижения температуры весьма вероятно вдоль трубопровода 18, который проводит газ G из электростатического осадителя 40 во внешний блок пользователя 80. Последующие конденсация и образование влажной взвеси повлекли бы риск повреждения трубопровода 18 и самого блока пользователя 80. Для устранения вышеупомянутых недостатков, в соответствии с некоторыми вариантами практического воплощения заявленного изобретения, температуру газа G могут вновь повышать на несколько градусов (например, на 10-20С°), получая, таким образом, снижение относительной влажности до уровня ниже 100%. При данных измененных условиях, газ G может подвергаться небольшим температурным колебаниям, но без риска образования влажной взвеси. Приспособление для нагревания 70 может предпочтительно использовать тепло, образующееся в других секциях станции 100, например, испарительного охладителя 20 или блока пользователя 80 (который предпочтительно содержит двигатель внутреннего сгорания или прочий вид горелки).
Замкнутый контур может быть образован известным в технике способом, и может
представлять собой, например, замкнутый контур, внутри которого циркулирует установленный объем обогревающей жидкости.
Каждая из отводных труб 24, 34 и 44 (при наличии) и каждый из контуров рециркуляции 23, 33 и 64, а также труба 65, предпочтительно содержат насос для перекачивания водной смеси МА даже при высоком содержании в ней тяжелых смол, таких как те, которые необходимо доставить обратно в впускное отверстие газификатора 12. Данные насосы могут предпочтительно представлять собой центробежные насосы, зубчатые насосы или рукавные насосы для перекачивания даже очень вязких жидкостей. В соответствии с некоторыми вариантами практического воплощения, насосы, расположенные в контурах рециркуляции 23 и 33, которые, соответственно, питают устройства распыления 21 и 31 испарительного охладителя 20 и скруббера 30, могут предпочтительно представлять собой центробежные насосы. Данный тип насосов предназначен для перекачивания значительного пропускаемого объема водной смеси МА при условии достаточно низкой вязкости.
В соответствии с некоторыми возможными вариантами практического воплощения, выпускные трубы 36 и 46 могут предпочтительно содержать бак-отстойник для дополнительного сепарирования при помощи силы тяжести смол из воды. Смолы из нижней части бака-отстойника могут затем удалить для хранения или утилизации.
В соответствии с некоторыми возможными вариантами практического воплощения, станция 100 также содержит воздуходувку, установленную с трубопроводе 18 для продувки газа G через всю станцию 100, от увлажнителя 60 через газификатор 12, пылеулавливающий блок 14, через испарительный охладитель 20, скруббер 30 и электростатический осадитель 40 (при наличии), до трубопровода 18 и далее.
В соответствии с некоторыми возможными вариантами практического
воплощения, станция 100 содержит также блок пользователя 80 газа.
В соответствии с вариантом практического воплощения станции 100 по фиг.1,
блок пользователя 80 газа содержит двигатель внутреннего сгорания, к которому
обычно подсоединяют генератор выработки электроэнергии.
В частности, необходимо отметить, что превосходного качества газ G,
получаемый на выходе из станции 100 согласно заявленному изобретению, можно использовать в качестве топлива для современных двигателей возвратно-поступательного действия (поршневых маши) (производства Otto и Diesel) и/или газотурбинных двигателей.
В соответствии с другими вариантами практического воплощения, блок пользователя 80 газа может содержать: горелки и/или котлы для нагревания и/или производства горячей воды для коммунально-бытового снабжения; распределители для проведения газа в распределительную сеть; компрессоры для хранения газа в баллонах или баках; блоки фильтрования газа с использованием молекулярных фильтров или мембран для разделения газа на отдельные составляющие газы (Н2, СО, N2, и т.п.); блоки для производства жидких видов топлива при помощи каталитических процессов, как, например, процесс Фишера-Тропша; а также прочие известные в технике типы блоков пользователя 80 газа.
Заявленное изобретение также относится к способу производства и обработки газа G, включающему, в стационарном режиме, этапы:
- обеспечения наличия макроустановки 10 в соответствии с вышеприведенным описанием;
- подачи потока влажного оксигенированного газа AU и топлива СМ в газификатор 12;
- проведения потока газа G из газификатора 12 в пылеулавливающий блок 14;
- проведения потока газа G из пылеулавливающего блока 14 в испарительный охладитель 20;
- распыления в испарительном охладителе 20 водной смеси МА в поток газа G таким образом, чтобы обеспечить промывку газа G и первый этап охлаждения для поглощения скрытой теплоты испарения в водной смеси МА;
- хранения и осаждения внутри резервуара 22 испарительного охладителя 20 определенного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии;
- удаления из резервуара 22 водной смеси МА и подачи ее в устройство распыления 21 испарительного охладителя 20;
- удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара 22 и выведения их во внешнюю среду;
- проведения потока газа G из испарительного охладителя 20 в скруббер 30;
- распыления в скруббере 30 водной смеси МА в поток газа G таким образом, чтобы обеспечить второй этап охлаждения для отвода тепла водной смесью МА;
- хранения и осаждения в резервуаре 32 скруббера 30 определенного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии;
- удаления из резервуара 22 частичного объема водной смеси МА и подачи его в устройство распыления 31;
- удаления из резервуара 32 частичного объема водной смеси МА и подачи его в резервуар 22 испарительного охладителя 20;
- удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара 32 и выведения их во внешнюю среду;
- охлаждения при помощи теплообменника 35 водной смеси МА во время ее проведения от резервуара 32 в устройство распыления 31;
- введения потока оксигенированного газа А в увлажнитель 60;
- удаления определенного объема водной смеси МА из резервуара 22 испарительного охладителя 20;
- распыления в увлажнителе 60 водной смеси МА, отведенной из резервуара 22, в поток оксигенированного газа А для получения потока влажного оксигенированного газа AU;
- проведения влажного оксигенированного газа AU в газификатор 12; и
- проведения потока газа G из скруббера 30 за пределы макроустановки 10.
В соответствии со способом практического воплощения заявленного изобретения, первый этап охлаждения понижает температуру газа G с 400-800°С на выходе из газификатора 12 до 75-90°С. Этот первый этап охлаждения включает поглощение большого количества тепла из газа G в форме контактного тепла. Согласно заявленному способу, водная смесь МА удаляет предпочтительно из газа G большое количество тепла, поглощая его в форме скрытой теплоты испарения, при этом его минимальное количество поглощается в форме контактного тепла. Во время данного (испарительного) этапа отсутствует теплообмен в направлении выхода из системы, и, следовательно, тепло остается внутри потока насыщенного паром газа G.
В соответствии со способом практического воплощения заявленного изобретения,
второй этап охлаждения понижает температуру газа G с 75-90°С на выходе из испарительного охладителя 20 до 40-60°С, оптимальной для работы блока пользователя 80. Этот второй этап охлаждения газа G включает удаление большого количества тепла, присутствующего в форме скрытой теплоты в парах, генерируемых водной смесью МА (водяной пар и легкие смолы в паровой фазе) и смешивающихся с газом G. Согласно заявленному способу, водная смесь МА предпочтительно удаляет тепло, поглощая его в форме контактного тепла и повышая собственную температуру. Во время данного (конденсаторного) этапа присутствует теплообмен с внешней средой системы через обменник 35. Заявленное изобретение также относится к газификатору 12 с восходящим потоком разомкнутого типа, содержащему приспособление 120 для поднятия наружной оболочки 121. Данное приспособление, как уже описано выше в связи с газификатором 12 в составе макроустановки 10, предназначено для переключения наружной оболочки 121 из закрытой конфигурации во время работы в раскрытую конфигурацию во время техобслуживания. Из вышеприведенного описания, специалистам в данной области становится понятно, каким образом применение станции 100 в целом, макроустановки 10 в частности и способа, согласно заявленному изобретению, преодолевает недостатки, указанные в данном описании в связи с предшествующим уровнем техники.
Стоит отметить, что специфические характеристики описаны в связи с различными вариантами практического воплощения станции 100 и носят неограничительный характер.
Очевидно, что специалист в данной области, с целью оптимизации в соответствии с конкретными техническими требованиями макроустановки 10 и/или станции 100 согласно заявленному изобретению, может вносить дополнительные модификации и варианты в практическое воплощение заявленных объектов, тем не менее, не выходя за рамки сути заявленного изобретения, отраженной в формуле.
PCT/IB2011/055065
WO 2012/069953 A2
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ (первоначально поданная)
1. Газификатор (12) с восходящим потоком, разомкнутого типа, отличающийся тем, что содержит приспособление (120) для поднятия наружной оболочки (121), предназначенное для передвижения наружной оболочки (121) из закрытой конфигурации во время работы в раскрытую конфигурацию во время техобслуживания.
2. Газификатор (12) по п.1, в котором приспособление (120) для поднятия содержит совокупность подъемных рычагов, расположенных по внешнему периметру наружной оболочки (121).
3. Газификатор (12) по пп.1 или 2, в котором, в раскрытой конфигурации во время техобслуживания, наружная оболочка (121) поднимается и образует отверстие, определяющее соединение между внутренним пространством газификатора (12) и внешней средой, обеспечивая, таким образом, непосредственный доступ к нижней решетке (122).
4. Макроустановка (10) для производства и обработки газа G, содержащая:
- газификатор (12) с восходящим потоком, предназначенный для принятия потока оксигенированного газа и топлива СМ и выделения потока газа G;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из газификатора (12) в пылеулавливающий блок (14);
- пылеулавливающий блок (14);
трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из пылеулавливающего блока (14) в испарительный охладитель (20);
- испарительный охладитель (20), предназначенный для обработки потока газа G, содержащий:
- устройство (21) распыления водной смеси МА в поток газа G,
- резервуар (22), предназначенный для декантирования и обеспечения содержания в испарительном охладителе (20) резервного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии,
- контур рециркуляции (23), предназначенный для удаления водной смеси МА из резервуара (22) и подачи ее в устройство распыления (21) в испарительном охладителе (20); и
- отводную трубу (24), предназначенную для удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара (22) и выведения их во внешнюю среду;
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из испарительного охладителя (20) в скруббер (30);
- скруббер (30), предназначенный для обработки потока газа G, содержащий:
- устройство (31) распыления водной смеси МА в поток газа G,
- резервуар (32), предназначенный для декантирования и обеспечения содержания в скруббере (30) резервного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии,
- контур рециркуляции (33), предназначенный для удаления частичного объема водной смеси МА из резервуара (32) и подачи его в устройство распыления (31),
- отводную трубу (34), предназначенную для удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара (32) и выведения их во внешнюю среду,
- теплообменник (35), расположенный вдоль контура рециркуляции (33) скруббера (30), и
- компенсационную трубу (37), предназначенную для удаления частичного объема водной смеси МА из резервуара (32) и подачи его в резервуар (22) испарительного охладителя (20);
- трубопровод, предназначенный для проведения потока газа G из скруббера (30) за пределы макроустановки (10);
макроустановка (10), помимо вышеописанного, содержащая увлажнитель (60), предназначенный для принятия потока оксигенированного газа А и водной смеси МА и для выделения потока влажного оксигенированного газа AU, при этом увлажнитель (60) содержит:
- трубопровод (61) для введения потока оксигенированного газа А;
- устройство (63) распыления водной смеси МА в поток оксигенированного газа А;
- трубу (65), предназначенную для выведения определенного объема водной смеси МА из резервуара (22) испарительного охладителя (20) и для подачи водной смеси МА в устройство распыления (63) в увлажнителе (60); и
трубопровод (62), предназначенный для проведения влажного оксигенированного газа AU из увлажнителя (60) в газификатор (12).
5. Макроустановка (10) по п.4, в которой газификатор (12) представляет собой газификатор разомкнутого типа.
6. Макроустановка (10) по пп.4 или 5, в которой испарительный охладитель (20) содержит приспособление (25) для измельчения твердых или полутвердых корок, образующихся внутри него во время обработки потока газа G.
7. Макроустановка (10) по предшествующему п., в которой испарительный охладитель (20) содержит как минимум один винтовой конвейер (220), предназначенный для удаления из нижней части резервуара (22) скапливающихся там загрязнителей, при этом упомянутые загрязнители содержат жидкие смолы в меньшем или большем количестве и/или частицы твердых или полутвердых корок, раздробленных приспособлением для измельчения (25).
8. Макроустановка (10) по любому из пп.4-7, в которой газификатор (12) содержит приспособление (120) для поднятия наружной оболочки (121), предназначенное для передвижения наружной оболочки (121) из закрытой конфигурации во время работы, в раскрытую конфигурацию во время техобслуживания.
9. Станция (100) для производства и обработки газа G, включающая макроустановку (10) по любому из пп.4-8, электростатический осадитель (40) и блок пользователя (80).
10. Станция (100) по предшествующему п., в которой упомянутый блок пользователя (80) содержит двигатель внутреннего сгорания и/или горелку.
11. Станция (100) по пп.9 или 10, в которой электростатический осадитель (40) содержит теплоизоляционный слой, предназначенный для исключения теплообмена между газом G и внешней средой.
12. Способ производства и обработки газа G, включающий, в стационарном режиме, этапы:
- обеспечения наличия макроустановки (10) по любому из пп.4-8;
- подачи потока оксигенированного газа и топлива СМ в газификатор (12);
- проведения потока газа G из газификатора (12) в пылеулавливающий блок (14);
- проведения потока газа G из пылеулавливающего блока (14) в испарительный охладитель (20);
- распыления в испарительном охладителе (20) водной смеси МА в поток газа G таким образом, чтобы обеспечить промывку газа G и первый этап охлаждения вследствие теплопоглощения в водной смеси МА;
- хранения и декантирования в резервуаре (22) испарительного охладителя (20)
резервного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии;
- удаления из резервуара (22) водной смеси МА и подачи ее в устройство распыления (21) испарительного охладителя (20);
- удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара (32) и выведения их во внешнюю среду;
- проведения потока газа G из испарительного охладителя (20) в скруббер (30);
- распыления в скруббере (30) водной смеси МА в поток газа G таким образом, чтобы обеспечить второй этап охлаждения вследствие отвода тепла водной смесью МА;
- хранения и декантирования в резервуаре (32) скруббера (30) резервного объема водной смеси МА в конденсированном состоянии;
- удаления из резервуара (32) частичного объема водной смеси МА и подачи его в устройство распыления (31);
- удаления из резервуара (32) частичного объема водной смеси МА и подачи его в резервуар (22) испарительного охладителя (20);
- удаления конденсированных загрязнителей из нижней части резервуара (32) и выведения их во внешнюю среду;
- охлаждения при помощи теплообменника (35) водной смеси МА во время ее проведения от резервуара (32) в устройство распыления (31);
- введения потока оксигенированного газа А в увлажнитель (60);
- втягивания определенного объема водной смеси МА из резервуара (22) испарительного охладителя (20);
- распыления в увлажнителе (60) водной смеси МА, отведенной из резервуара (22) в поток оксигенированного газа А для получения потока влажного оксигенированного газа AU;
- проведения влажного оксигенированного газа AU в газификатор (12); и
- проведения потока газа G из скруббера (30) за пределы макроустановки (10).
10 100 1000 10000
Концентрация видов смол [мг/мп3]
Фиг. 2
Гетероциклические соединения
Ароматические соединения (небензольные)
Легкие поли ароматические соединения (2-3 кольца)
Тяжелые поли ароматические соединения (4-7 колец)
Фиг. 9
(19)
(19)
(19)
Фиг. 3
Фиг. 3
Фиг. 6
Фиг. 6
Фиг. 10
Фиг. 10
|
