EA 027447B1 20170731

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000027447b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Устройство (1) для загрузки содержащими углерод твердыми веществами эксплуатируемого под давлением реактора (10), в котором твердые вещества газифицируют с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое (12), причем устройство включает в себя открытый сверху и снизу кольцеобразный фартук (30), к которому твердые вещества подают через шлюз (20), и который содержит внутреннюю оболочку (31) и внешнюю оболочку (32), между которыми образован охлаждающий зазор (33) по меньшей мере с одним входом и/или выходом для подачи и отвода охлаждающей среды, отличающееся тем, что между внутренней оболочкой (31) и внешней оболочкой (32) фартука (30) предусмотрена перегородка (34), так что образуются внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а), причем внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а) сообщаются друг с другом по меньшей мере в одной точке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фартук (30) выполнен осесимметричным, прежде всего цилиндрическим, коническим или частично коническим.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя оболочка (31) и внешняя оболочка (32) фартука (30) соединены друг с другом на нижней стороне, обращенной к неподвижному слою (12) в реакторе (10).

4. Устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на верхнем краю фартука (30), обращенном к неподвижному слою (12), охлаждающий зазор (33) закрыт крышкой (40), содержащей несколько отверстий (42, 43) для подачи и отвода охлаждающей среды.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а) сообщаются друг с другом по всей окружности фартука (30).

6. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что между перегородкой (34) и частью (35) оболочки, соединяющей внутреннюю оболочку (31) и внешнюю оболочку (32), предусмотрено свободное пространство (36).

7. Реактор (10) для газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое, содержащий загрузочное устройство (1) по одному из предшествующих пунктов.

8. Реактор по п.7, отличающийся тем, что вход и/или выход охлаждающего зазора (33) загрузочного устройства (1) соединен/соединены с охлаждающим зазором (17) между внутренней оболочкой (19) и внешней оболочкой (18) реактора (10).

9. Способ газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и пара, причем газификацию проводят в эксплуатируемом под давлением реакторе с неподвижным слоем, а твердые вещества вводят посредством шлюза через загрузочное устройство по любому из пп.1-6 в неподвижный слой, отличающийся тем, что охлаждающую среду вводят в жидком виде в охлаждающий зазор загрузочного устройства и что охлаждающую среду отводят из охлаждающего зазора, по меньшей мере частично, в парообразном виде.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 027447 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201401239
(22) Дата подачи заявки
2013.04.12
(51) Int. Cl.
C10J 3/76 (2006.01) C10J3/86 (2006.01) C10J3/30 (2006.01) F23G 5/26 (2006.01) F23G 5/46 (2006.01) C10J 3/42 (2006.01)
(54) ОХЛАЖДАЕМЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ГАЗОСБОРНИК
(31) 10 2012 009 265.2 (56) US-A-1406637
(32) D0E12.0511 US-A-E?6
(33) DE WO-A1-0161246
(43) 2015.02.27 DE-C1-19817298
(86) PCT/EP2013/057647
(87) WO 2013/167341 2013.11.14
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
Л'ЭР ЛИКИД СОСЬЕТЕ АНОНИМ ПУР Л'ЭТЮД Э Л'ЭКСПЛУТАСЬОН ДЕ ПРОСЕД ЖОРЖ КЛОД (FR)
(72) Изобретатель:
Турна Осман, Юдас Фредерик, Кресс Михаэль, Кумар Мукеш, Беттнер Йёрг (DE)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(57) При газификации твердых веществ с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое эксплуатируемый под давлением реактор (10) должен непрерывно загружаться твердыми веществами. Эти твердые вещества подаются в неподвижный слой (12) из шлюза через открытый сверху и снизу кольцеобразный фартук (30). Фартук (30) содержит внутреннюю оболочку (31) и внешнюю оболочку (32) так, что образован охлаждающий зазор по меньшей мере с одним входом и/или выходом для подачи и отвода охлаждающей среды.
Данное изобретение относится к устройству для загрузки содержащими углерод твердыми веществами эксплуатируемого под давлением реактора, в котором твердые вещества газифицируют с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое, причем устройство включает в себя открытый сверху и снизу кольцеобразный фартук, к которому твердые вещества подают через шлюз, и, кроме того, к реактору для газификации в неподвижном слое с данным устройством и к способу эксплуатации такого реактора.
Под газификацией понимают конверсию содержащего углерод твердого или жидкого вещества (например, угля, биомассы или нефти) газифицирующим агентом (кислородом/воздухом, паром) в так называемый синтез-газ. В качестве основных компонентов синтез-газ содержит водород (H2), воду (H2O), окись углерода (CO), двуокись углерода (CO2) и метан (CH4). CO и H2 являются исходными веществами для многих процессов химического синтеза, посредством которых могут производиться длинноцепочеч-ные продукты, такие как бензин и дизельное топливо, в виде так называемого синтетического жидкого топлива (полученного конверсией угля в жидкое топливо) или другие ценные материалы (СПГ = синтетический заменитель природного газа, H2 для производства аммиака, удобрений, мочевины, метанола и так далее).
Однако синтез-газ также содержит сероводород (H2S), сероокись углерода (COS), соляную кислоту (HCl), аммиак (NH3), синильную кислоту (HCN), частично фторид водорода (HF) и, возможно, высшие углеводороды и каменноугольные масла. Состав газа зависит от состава сырьевого материала, вида и количества используемых газифицирующих агентов, условий реакции и граничных кинетических условий происходящих реакций, обусловленных выбранным процессом газификации.
В принципе, известны три различных способа газификации твердых веществ: газификация в псев-доожиженном слое, газификация в неподвижном слое, образованном твердыми веществами, и, наконец, газификация в реакторе с газификацией в потоке. Различные технологии газификации предъявляют разные требования к топливу, которые должны учитываться, соответственно, при выборе топлива или концепции переработки топлива.
Если реальный реактор выполнен в виде реактора с неподвижным слоем, он содержит, по существу, цилиндрический вертикальный реактор с внешней водяной рубашкой. Твердое содержащее углерод топливо, обычно уголь или биомассу, загружают сверху через шлюз в распределитель угля, имеющийся внутри реактора, в котором образуется неподвижный слой, лежащий на выполненной с возможностью вращения колосниковой решетке, расположенной в нижней части реактора. Из нижней части реактора в неподвижный слой вдувают кислород и пар.
Эти горячие газы проходят через неподвижный слой снизу вверх, в то время как твердые вещества подаются сверху через шлюзовую систему. Поэтому также говорят о газификации в неподвижном слое в режиме противотока. Так как вновь поступившие твердые вещества имеют температуру порядка 40°C, весь неподвижный слой имеет температурный профиль, на котором самая горячая часть расположена вблизи выполненной с возможностью вращения колосниковой решетки, а температура понижается вверх по слою, в направлении подачи твердых веществ. В соответствии с этим температурным профилем внутри неподвижного слоя происходят разные реакции. Поэтому также часто говорят о реакционных зонах, где нет четкого разделения на отдельные участки, но отдельные зоны переходят друг в друга. В верхней части газификатора, вблизи вновь загруженных твердых веществ, производится сушка физически сорбированных газов. Ниже зоны сушки находится так называемая реакционная зона, в верхней части которой производится дегазация твердых веществ. Дегазация сопровождается фактической газификацией твердых веществ по реакции Будуара, а также прямой и обратной реакциями водяного газа. В следующей зоне производится сжигание твердых веществ.
Зола, полученная, прежде всего, во время сжигания, проваливается через выполненную с возможностью вращения колосниковую решетку и затем удаляется оттуда. Неконвертированные газовые доли реагентов, главным образом, пар, азот и аргон, выводят вместе с образовавшимся синтез-газом через газоотводный патрубок, предусмотренный над неподвижным слоем.
Шлюзовая система подачи топлива в реактор необходима, так как реактор работает под давлением до 100 бар манометрического давления, предпочтительно до 60 бар манометрического давления, особо предпочтительно при рабочем давлении по меньшей мере 50 бар манометрического давления, следовательно, твердые вещества должны подаваться под давлением. Загрузку через шлюзовую систему производят с перерывами, причем сначала топливо при атмосферных условиях загружают в шлюз, заканчивающийся реактором, затем давление в нем повышают в шлюзовой системе и под этим давлением его подают в реактор. Затем реактор снова закрывают шлюзовой системой. Для того чтобы, несмотря на это, процесс можно было вести в стационарном режиме при постоянных условиях, внутри реактора должна быть предусмотрена дополнительная емкость для твердых веществ, гарантирующая, что неподвижный слой всегда имеет одинаковую высоту. Для использования с этой целью известны различные внутренние устройства, разработанные например, компанией Lurgi(r) или VEB PKM Anlagenbau Leipzig, такие как так называемые распределители угля. С использованием различных конструкций этих устройств были предприняты попытки избирательного воздействия на естественное разделение спектра зернистости угля. Полученные результаты позволяли лишь в ограниченной степени улучшить газификацию. Спектр зернистости и характеристики измельчения в значительной мере зависят от вида и характеристик углей.
Подобное устройство описано, например, в документе DE 112005002983 Т5. Оно представляет собой цилиндрический или сужающийся вовнутрь, то есть полый, имеющий форму усеченного конуса фартук, свисающий вниз с крышки реактора таким образом, что спускаемый из угольного шлюза уголь движется по внутренней части фартука и распределяется в слой твердых веществ. Нижний конец фартука обычно расположен внутри неподвижного слоя. Между фартуком и стенкой газогенератора образуется кольцеобразная газосборная зона, из которой собранный там сырой газ отводят в боковом направлении через газоотводный патрубок.
На наиболее крупных установках, эксплуатируемых в настоящее время, угли, как правило, конвертируют в синтез-газ в способе газификации в неподвижном слое, при котором температура на выходе и конечная температура реакции в среднем настолько низки, что полученный синтез-газ выводится из реактора с температурой от 200 до 300°C (для влажных бурых углей) или от 400 до 450°C (для молодых каменных углей). Необходимо различать среднюю температуру и температурные максимумы, обусловленные неоднородностями неподвижного слоя. Средняя температура имеет решающее значение в плане коррозии и, следовательно, срока службы компонента. Температурные максимумы определяют тепловую и механическую нагрузку и, следовательно, не должны превышать предельных значений.
Предельные значения для установки газификации угля в неподвижном слое до сих пор приходилось устанавливать такими, что при температурных максимумах 650 или 670°С стало необходимым снижать мощность или даже останавливать реактор для ограничения тепловой нагрузки выходного патрубка сырого газа. Низкое качество или характеристики угля и большие нагрузки увеличивают амплитуду и частоту таких температурных максимумов.
В виду постоянно растущего дефицита ископаемого сырья в будущем газификаторы твердых веществ необходимо конструировать таким образом, чтобы можно было газифицировать не только, например, влажные бурые угли или молодые каменные угли, но и другие угли с более высокими конечными температурами реакции и худшим качеством. Кроме того, все большее значение приобретает газификация возобновляемого сырья или вторичного сырья, которое в большинстве случаев имеет худшие характеристики в плане газификации в неподвижном слое. Возникающие при этом температуры могут обусловливать температуры на выходе, составляющие по меньшей мере 700°С, преимущественно до 800°С, а в некоторых случаях даже до 1000°С. При таких температурах используемый фартук испытывает значительно большее напряжение материала.
Кроме того, все шире производится газификация углей с высоким содержанием серы или галогенов. Как уже отмечено, это ведет к тому, что в получаемом сыром синтез-газе содержатся такие соединения, как H2S, COS, HCl и HF. В сочетании с температурами, превышающими обычно используемые до сих пор температуры (например, порядка 250°С влажного бурого угля, 450°С каменного угля в сравнении с 450-550°С более старого каменного угля и 550-600°С антрацита), это приводит к более сильной коррозии фартука. К обычным рабочим температурам необходимо также добавить температурные максимумы, зависящие от качества и спектра зернистости углей. Например, сильно разрушающиеся бурые угли вызывают каналообразование, обусловленное высоким содержанием мелочи, что ведет к образованию CO2 и появлению температурных максимумов. Для замены фартука необходимо останавливать установку, что приведет к производственным потерям. С другой стороны, фартук настолько велик, что использование жаропрочных материалов обусловит значительное увеличение капитальных затрат и, в силу этого, экономически невыгодно, тем более, что использование жаропрочных материалов позволило бы лишь в ограниченной степени предупредить коррозию под действием, например, галогеноводородов.
В связи с этим целью данного изобретения является создание такого фартука, также называемого кольцевым газосборником, что даже при температурах газификации свыше 450°C и/или при использовании топлив, содержащих серу и/или галогены, становятся возможными длительные сроки службы установки. Вместе с этим должны выдерживаться частые температурные максимумы без необходимости снижения нагрузки или кратковременной или длительной остановки реактора.
Согласно изобретению указанная цель достигнута с помощью загрузочного устройства по п.1. Фартук выполнен охлаждаемым и с этой целью содержит внутреннюю оболочку и внешнюю оболочку, между которыми образован охлаждающий зазор по меньшей мере с одним входом и одним выходом для подвода и отвода охлаждающей среды.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения фартук выполнен осесимметрич-ным, прежде всего цилиндрическим, коническим или частично коническим. Цилиндрическая форма имеет то преимущество, что топливо, загруженное через систему шлюза, распределяется по всему поперечному сечению слоя топлива. Кроме того, таким образом может быть максимально увеличен объем желоба угольного питателя так, что при равном объеме наполнения последний имеет сравнительно малую длину и полезная высота реактора существенно не уменьшается. Тем не менее, можно принять такое количество угля, которое требуется для перекрывания времени между двумя операциями шлюзования угля и возможными неровностями способов газификации и загрузки.
Когда оболочка фартука выполнена конической, загрузочное устройство должно сужаться по направлению к неподвижному слою. Это имеет то преимущество, что свободная поверхность для выхода неочищенного газа из неподвижного слоя велика настолько, насколько это возможно. Посредством соз
дания наибольшей возможной поверхности выхода можно свести к минимуму соответствующую скорость газа и, следовательно, количество увлеченной пыли. Кроме того, получающееся газосборное пространство имеет наибольший возможный объем, в результате чего скорость течения сырого газа в газосборном пространстве также уменьшается и улучшается пылезадержание. Наконец, поверхность выхода должна быть выполнена настолько большой, насколько это возможно с тем, чтобы сырой газ мог более равномерно протекать по всему поперечному сечению слоя топлива и унос частиц угля был сведен к минимуму.
Для обеспечения равномерных условий реакции во всем неподвижном слое должны быть уменьшены перекрестные потоки.
Частично коническая конструкция, установленная на цилиндрической части, сочетает преимущества обеих конструкций.
В процессе работы в охлаждающий зазор подают охлаждающую жидкость, предпочтительно питательную воду котла. Если используется вода, вода должна соответствовать требованиям для парогенераторов для предупреждения появления отложений карбонатного осадка или накипи. В принципе, охлаждающий зазор должен быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивался впуск охлаждающей жидкости на одном краю и выпуск охлаждающей жидкости на противоположном краю. Однако является предпочтительным, если охлаждающий зазор выполнен не пропускающим жидкость на одном краю, в том смысле, что внутренняя и внешняя оболочка здесь соединены непроницаемым для жидкости образом. Предпочтительно данный край обращен к неподвижному слою, то есть расположен внизу реактора. Подача охлаждающей жидкости в охладительный зазор может быть реализована посредством общего подводящего и отводящего трубопровода или должно быть предусмотрено по меньшей мере одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие.
На краю фартука, обращенному в противоположную неподвижному слою сторону, то есть на верхнем краю, охлаждающий зазор закрыт предпочтительно кольцеобразной крышкой, в которой выполнены многочисленные отверстия для подачи и отвода охлаждающей среды. Тогда охлаждающая среда может подаваться в охлаждающий зазор по всей окружности фартука. Когда охлаждающая среда, например вода, нагревается восходящим снаружи фартука горячим синтез-газом, она испаряется и поднимается вверх, с тем, чтобы в виде пара выйти из охлаждающего зазора через отверстия крышки.
Предпочтительно внутренняя и внешняя оболочки проходят параллельно, так как таким образом устройство может быть легко изготовлено и полученный охлаждающий зазор имеет одинаковую ширину в каждой точке. Таким же образом здесь также возможно создать охлаждающий зазор так, что в тех точках, в которых объемный расход газа вдоль фартука и, следовательно, количество рассеиваемого тепла, особенно велики, он имеет большую ширину, чем в точках, где количество прошедшего газа невелико. Например, область, обращенная к выходу газа, подвергается большой нагрузке. Следовательно, можно гарантировать, что фактически весь фартук охлаждается в достаточной степени.
В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения для обеспечения равномерной подачи охлаждающей жидкости предусмотрена перегородка между внутренней и внешней оболочкой фартука, предпочтительно проходящая параллельно внутренней и внешней перегородке. Перегородка образует внутренний и внешний охлаждающие зазоры, сообщающиеся друг с другом по меньшей мере в одном месте, предпочтительно по всей окружности фартука.
Сообщение между внутренним и внешним охлаждающим зазором достигается особенно легко за счет того, что между перегородкой и частью оболочки, соединяющей внутреннюю оболочку с внешней оболочкой, предусмотрено свободное пространство, то есть перегородка не доходит до низа фартука. Благодаря такой конструкции может быть обеспечено, что охлаждающая жидкость протекает через фартук без необходимости использования насоса. Внешний охлаждающий зазор примыкает к внешней оболочке фартука, находящейся в прямом контакте с газосборным пространством, и подвергается воздействию температуры восходящего горячего сырого синтез-газа и, соответственно, нагревается. Через внутреннюю оболочку охлаждающая жидкость во внутреннем охлаждающем зазоре контактирует с вновь загруженными твердыми веществами, имеющими температуру всего лишь около 40°С. Поэтому охлаждающая жидкость во внешнем охлаждающем зазоре подвержена существенно большей теплопередаче, чем охлаждающая жидкость во внутреннем охлаждающем зазоре, в результате чего за счет конвекции происходит направленное течение через охлаждающий зазор.
Если теперь в качестве охлаждающей жидкости используется вода, то температура кипения воды лежит ниже температуры сырого синтез-газа. Это также справедливо для работы системы охлаждения под давлением (30 бар абсолютного давления: температура кипения 234°С; 51 бар абсолютного давления: 265°С). Образующийся пар во всех случаях будет проходить вверх к выходу. В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения охлаждающую жидкость подают во внутренний охлаждающий зазор и выводят из внешнего охлаждающего зазора. Таким образом, поданная охлаждающая вода проходит через внутренний охлаждающий зазор, слегка нагревается при контакте с перегородкой и передает это тепло вновь загруженным твердыми веществами внутри фартука, что, пусть в небольшой степени, приводит к снижению температуры охлаждающей воды, а затем попадает во внешний охлаждающий зазор. Вследствие контакта с горячей внешней оболочкой фартука вода там испаряется и, таким
образом, отводит тепло из системы. Образующийся пар выходит через паровыпускное отверстие, предусмотренное во внешнем охлаждающем зазоре. Благодаря выходу пара свежая охлаждающая вода непрерывно поступает из внутреннего охлаждающего зазора во внешний охлаждающий зазор. Таким образом, в данной системе прохождение через внутренний и внешний охлаждающий зазор происходит благодаря естественной конвекции. Естественная конвекция определяется разницей плотности столба воды на входе и столба пароводяной смеси на выходе. В результате это дает так называемую кратность циркуляции, как отношение образующегося пара и проходящей воды, ограниченное потерями давления при заданной конфигурации. Устройство работает особенно эффективно, когда впуск и выпуск охлаждающей воды производят на верхнем краю фартука при вертикальной конструкции реактора.
Предпочтительно перегородка должна быть выполнена таким образом, что внутренний охлаждающий зазор имеет меньшую ширину, чем внешний охлаждающий зазор. Это имеет то преимущество, что при использовании воды в качестве охлаждающей жидкости, образующийся пар обеспечивает достаточный объем во внешнем охлаждающем зазоре. Таким образом, становится возможным обеспечить оптимальную кратность циркуляции вода/пар и свести к минимуму потери давления.
Предметом изобретения также является реактор для газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и пара с отличительными признаками по п.7 формулы изобретения. Такой реактор содержит выполненную с возможностью вращения колосниковую решетку вблизи днища и шлюз твердых веществ на крышке реактора, за которым следует описанный выше фартук.
Предпочтительно реактор выполнен таким образом, что вход и/или выход охлаждающего зазора фартука сообщается с системой охлаждения самого реактора.
Это имеет то преимущество, что для охлаждения фартука не требуется устанавливать отдельный контур охлаждения, следовательно могут быть снижены капитальные затраты и, кроме того, повышена надежность и эксплуатационная безопасность системы охлаждения. Предпочтительно сам реактор также содержит охлаждающую рубашку, в которую включена охлаждающая рубашка фартука.
Кроме того, фартук и реактор предпочтительно приварены друг к другу. Это позволяет при охлаждении устройства заметно снизить температуру внутренней и внешней оболочки по сравнению с неох-лаждаемым фартуком. Когда в качестве охлаждающей жидкости используется вода под абсолютным давлением ниже 51 бар, температура ее кипения составляет порядка 265°C и, таким образом, лежит значительно ниже критической температуры 300°C, начиная с которой в углеродистой стали постепенно происходит газовая коррозия. По той причине, что благодаря охлаждению охлаждаемый фартук защищен не только от коррозии, но и от эрозии, являющейся результатом движения угля вниз, его больше не приходится регулярно заменять, поэтому необходимость в дорогих разъемных соединениях отсутствует.
Наконец, идея согласно данному изобретению также распространяется на способ газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и пара с отличительными признаками по п.10 формулы изобретения. Газификацию проводят в неподвижном слое, причем твердые вещества вводят в неподвижный слой реактора порциями посредством шлюза, а затем непрерывно, через загрузочное устройство согласно изобретению. Охлаждающую среду вводят в рубашку в жидком виде и отводят, по меньшей мере частично, в парообразном виде. Посредством такого охлаждения устройство может быть эффективно защищено от коррозии и в то же время может быть произведено небольшое первичное охлаждение горячего сырого синтез-газа, в результате чего последующие детали также испытывают меньшую нагрузку.
Такое охлаждение особо предпочтительно, когда отводимый пар может быть повторно энергетически использован в способе в качестве реагента/газифицирующего агента. Внутри газификатора в неподвижном слое пар действует в качестве "замедлителя" для ограничения температуры горения таким образом, чтобы угольная зола не плавилась. Пар должен добавляться в избытке.
Использование пара оказывается в особенности предпочтительным, когда в качестве охлаждающей жидкости используется вода, и охлаждающая вода, отведенная в парообразном виде, сама может быть использована в качестве реагента, то есть поток пара, необходимый для газификации твердых веществ в неподвижном слое, частично подпитывается паром, образовавшимся при охлаждении. Тем самым может быть снижено паропотребление способа, что снижает эксплуатационные расходы. Когда сам реактор также содержит рубашку водяного охлаждения, и в ней также образуется пар, около 20 объемных процентов необходимого общего количества пара может быть сэкономлено за счет сбора и рециркуляции пара от всех охлаждаемых компонентов.
Дополнительные признаки, преимущества и возможности применения изобретения могут быть также взяты из приведенных ниже описания примера осуществления изобретения и чертежей. Все описанные или проиллюстрированные признаки изобретения образуют предмет изобретения сами по себе или в любом сочетании, вне зависимости от их включения в формулу изобретения или их обратных ссылок.
На чертежах показано:
на фиг. 1 схематично показан реактор с неподвижным слоем, эксплуатируемый в режиме противотока,
на фиг. 2 - кольцевой газосборник согласно изобретению,
на фиг. 3 - крышка кольцевого газосборника согласно изобретению.
На фиг. 1 схематично показан реактор 10. Это вертикальный реактор с неподвижным слоем, эксплуатируемый в режиме противотока, содержащий выполненную с возможностью вращения колосниковую решетку 11 вблизи днища.
На данной выполненной с возможностью вращения колосниковой решетке 11 во время работы образуется слой 12 твердых веществ. Через подающее устройство 13 пар и/или кислородсодержащую среду, такую как воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород, подают и вдувают в слой 12 снизу, обеспечивая равномерное распределение. Золу, образующуюся в результате реакций в неподвижном слое 12, выгружают через колосниковую решетку 11 и удаляют через зольник 14 с последующим зольным шлюзом. Реактор 10 имеет водяное охлаждение и содержит охлаждающий зазор 17 между внешней оболочкой 18 и внутренней оболочкой 19 (фиг. 2).
Над реактором 10 предусмотрен шлюз 20, через который подают уголь или другие содержащие углерод твердые вещества. За шлюзом 20 следует фартук 30, показанный на фиг. 2, служащий в качестве емкости для твердых веществ, так что неподвижный слой 12 в реакторе имеет однородный и достаточный уровень наполнения, несмотря на то, что загрузку углем через шлюз 20 производят с перерывами. Над неподвижным слоем 12 вокруг фартука 30 предусмотрено свободное пространство, в котором собирают реакционные газы, а также неиспользованный пар. Газы, собранные в данном газосборном пространстве 15, выводятся через газоотводный патрубок 16.
На фиг. 2 схематично и в разрезе показана правая половина загрузочного устройства 1 согласно изобретению. Обычно, газоотводный патрубок 16 предусмотрен только на одной стороне реактора.
Загрузочное устройство 1 содержит двухстеночный фартук 30 с внутренней оболочкой 31 и внешней оболочкой 32, между которыми образован охлаждающий зазор 33. На нижнем конце фартука 30, обращенном к неподвижному слою 12, внутренняя оболочка 31 и внутренняя оболочка 32 непроницаемым для жидкости образом соединены частью 35 оболочки. Внутри фартука 30 предусмотрена перегородка 34 между внутренней оболочкой 31 и внешней оболочкой 32. Данная оболочка 34 разделяет охлаждающий зазор 33, образованный между внутренней оболочкой 31 и внешней оболочкой 32 на внутренний охлаждающий зазор 33i и внешний охлаждающий зазор 33а. В процессе работы внутренний охлаждающий зазор 33i примыкает к удерживаемым в фартуке 30 твердыми веществами внутренней оболочкой 31, в то время как внешний охлаждающий зазор 33а примыкает к газосборному пространству 15 и неподвижному слою 12 внешней оболочкой 32.
Между перегородкой 34 и частью 35 оболочки, соединяющей внутреннюю оболочку 31 и внешнюю оболочку 32, предусмотрено свободное пространство 36, посредством которого внутренний охлаждающий зазор 33i и внешний охлаждающий зазор 33а сообщаются друг с другом в нижнем конце фартука 30.
Охлаждающую жидкость, предпочтительно воду, подают между перегородкой 34 и внутренней оболочкой, под действием силы тяжести она стекает вниз и находится в теплообмене с холодным углем (около 40°С), запасенным внутри фартука. Так как перегородка 34 заканчивается не вплотную к части 35 оболочки, вода может попасть во внешний охлаждающий зазор 33а на нижнем краю фартука 30. На внешней оболочке 32 охлаждающая жидкость находится в непосредственном теплообмене с горячим газом в газосборном пространстве 15. Благодаря температуре газа, составляющей до 700°С, предпочтительно до 800°С, вода нагревается до соответствующей температуры кипения (приблизительно 265°С при рабочем давлении 51 бар абсолютного давления) и испаряется. Благодаря существенно более низкой плотности пар поднимается вверх (конвекция) во внешнем охлаждающем зазоре 33а и может быть отведен в верхнем конце охлаждающего зазора 33а. Температура поверхности внешней оболочки 32 будет выше температуры охлаждающей воды на величину до 30o (в зависимости от температуры газа и нагрузки) ввиду большой теплопередачи на стороне газа. На внешней оболочке 32 все равно будет получена температура чуть ниже 300°С, что значительно ниже температуры, полученной в неохлаждаемом кольцевом газосборнике, которая, по существу, соответствует температуре газа. Можно избежать газовой коррозии углеродистой стали или, по меньшей мере, значительно ее уменьшить.
Когда сам реактор 10 также содержит рубашку водяного охлаждения, охлаждающий зазор 33 фартука 30 предпочтительно сообщается с системой охлаждения реактора 10 таким образом, что охлаждающая вода из охлаждающего зазора 17 между внешней оболочкой 18 и внутренней оболочкой 19 реактора 10 также может использоваться для наполнения охлаждающего зазора 33 фартука 30.
На фиг. 3 показана кольцеобразная крышка 40, установленная на загрузочном устройстве, предпочтительно приваренная к нему, и, вместе с этим, представлены вход и выход охлаждающей жидкости, а также соединение с реактором 10.
В центре крышки 40 предусмотрено круглое отверстие 41, через которое твердые вещества могут попадать из шлюзовой системы 20 в загрузочное устройство 1. Предусмотрены два ряда смещенных наружу и расположенных по концентрическим окружностям отверстий 42, 43, связанных с рубашкой фартука 30, через которые охлаждающая жидкость соответственно подается во внутренний охлаждающий зазор 33i и выводится из внешнего охлаждающего зазора 33а. Посредством кругового выступа 44 крышка 40 может быть прикреплена, например приварена, к внутренней оболочке 19 реактора 10 (см. фиг. 2).
В охлаждаемом кольцевом газосборнике согласно изобретению абразивный износ на внутренней
оболочке, обусловленный постоянным прохождением угля, значительно уменьшен пониженной температурой стенки, тем самым увеличен возможный срок службы. Благодаря пониженной температуре предупреждается или в большой степени уменьшается коррозия внешней оболочки вне зависимости от концентрации коррозионно-активных веществ в сыром газе. Присутствие коррозионно-активных веществ в сыром газе определяется составом угля.
Кроме того, газ немного охлаждается на внешней оболочке кольцевого газосборника, что ведет к снижению тепловой нагрузки последующих частей установки. При охлаждении газа в кольцевом газосборнике тепло отводится из процесса в одной точке, а охлаждающая жидкость испаряется.
При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости образовавшийся впоследствии пар может подаваться в систему в качестве пара для газификации, тем самым могут быть снижены затраты на расходуемые реагенты.
Список ссылочных обозначений.
I - Загрузочное устройство, 10 - реактор,
II - выполненная с возможностью вращения колосниковая решетка,
12 - неподвижный слой,
13 - подача кислородсодержащего газа и/или пара,
14 - зольник,
15 - газосборное пространство,
16 - газоотводный патрубок,
17 - охлаждающий зазор,
18 - внешняя оболочка реактора,
19 - внутренняя оболочка реактора,
20 - шлюз,
30 - фартук,
31 - внутренняя оболочка,
32 - внешняя оболочка,
33 - охлаждающий зазор,
33а - внешний охлаждающий зазор, 33i - внутренний охлаждающий зазор,
34 - перегородка,
35 - часть оболочки,
36 - свободное пространство,
40 - крышка,
41 - отверстие,
42 - отверстия,
43 - отверстия,
44 - выступ.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (1) для загрузки содержащими углерод твердыми веществами эксплуатируемого под давлением реактора (10), в котором твердые вещества газифицируют с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое (12), причем устройство включает в себя открытый сверху и снизу кольцеобразный фартук (30), к которому твердые вещества подают через шлюз (20), и который содержит внутреннюю оболочку (31) и внешнюю оболочку (32), между которыми образован охлаждающий зазор (33) по меньшей мере с одним входом и/или выходом для подачи и отвода охлаждающей среды, отличающееся тем, что между внутренней оболочкой (31) и внешней оболочкой (32) фартука (30) предусмотрена перегородка (34), так что образуются внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а), причем внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а) сообщаются друг с другом по меньшей мере в одной точке.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фартук (30) выполнен осесимметричным, прежде всего цилиндрическим, коническим или частично коническим.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя оболочка (31) и внешняя оболочка (32) фартука (30) соединены друг с другом на нижней стороне, обращенной к неподвижному слою (12) в реакторе (10).
4. Устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на верхнем краю фартука (30), обращенном к неподвижному слою (12), охлаждающий зазор (33) закрыт крышкой (40), содержащей несколько отверстий (42, 43) для подачи и отвода охлаждающей среды.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний и внешний охлаждающие зазоры (33i, 33а) сообщаются друг с другом по всей окружности фартука (30).
6. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что между перегородкой (34) и частью (35) оболочки, соединяющей внутреннюю оболочку (31) и внешнюю оболочку (32), предусмотрено свободное про
1.
странство (36).
7. Реактор (10) для газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и/или пара в неподвижном слое, содержащий загрузочное устройство (1) по одному из предшествующих пунктов.
8. Реактор по п.7, отличающийся тем, что вход и/или выход охлаждающего зазора (33) загрузочного устройства (1) соединен/соединены с охлаждающим зазором (17) между внутренней оболочкой (19) и внешней оболочкой (18) реактора (10).
9. Способ газификации содержащих углерод твердых веществ с помощью кислорода и пара, причем газификацию проводят в эксплуатируемом под давлением реакторе с неподвижным слоем, а твердые вещества вводят посредством шлюза через загрузочное устройство по любому из пп.1-6 в неподвижный слой, отличающийся тем, что охлаждающую среду вводят в жидком виде в охлаждающий зазор загрузочного устройства и что охлаждающую среду отводят из охлаждающего зазора, по меньшей мере частично, в парообразном виде.
7.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027447
- 1 -
(19)
027447
- 1 -
(19)
027447
- 1 -
(19)
027447
- 4 -
027447
- 8 -