Краткое введение в технологию Беспламенной газификации (метод термолиза)

КОМПЛЕКС БЕСПЛАМЕННОЙ ГАЗИФИКАЦИИ

Основные блоки оборудования термолиза

1 - сырье, 2 - подготовка и загрузка, 3 - первичная сушка, 4 - дополнительная сушка, 5 - реакторы термолиза (основные), 6 - полуяение и очистка газа, 7 - очищенный синтез-газ,  8 - очистка воды,  9 - хранилище газа,  10 - реакторы второго уровня, 11 - инертные материалы

БЛОК ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ

(опционально)

для отбора минеральной составляющей и влаги из сырья, уменьшения содержания в сырье серы и измельчению сырья до требуемых по технологическому процессу размеров (не более 150 мм по наибольшей стороне)

.

БЛОК ВЫПУСКА ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ИЛИ ТОПЛИВА 

(опционально)

для производства из синтез-газа целого ряда химической продукции или автомобильного топлива в соответствии с техническим заданием заказчика

БЛОК ГЕНЕРАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

(опционально)

для производства электрической и тепловой энергии из синтез-газа и кокса, вырабатываемых из сырья по технологии их беспламенной газификации в соответствии с техническим заданием заказчика

БЛОК ПО ОТБОРУ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП

(опционально)

для производства электрической и тепловой энергии из синтез-газа и кокса, вырабатываемых из сырья по технологии их беспламенной газификации в соответствии с техническим заданием заказчика

ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА (термолиз)

Производственный процесс переработки органического сырья в виде угля, торфа или горючих сланцев (далее сырье) по технологии термолиза выглядит по схеме следующим образом.

Поступающее для переработки сырье (при необходимости проходит стадию обогащения и измельчения на блоке подготовки сырья), складируются. Со склада сырье формируется в загрузочные партии, а затем подаются по шнекам из загрузочного бункера в установку газификации. Поступающее сырье (за счет прямого и косвенного их нагрева с помощью произведенного синтез-газа) повышаются в своей температуре, происходит дополнительное испарение остатков воды и отделяется кислород.

Высушенное сырье через аппараты по шнекам поступают в многокаскадный реактор термолиза для беспламенной своей газификации при температуре от 400°С до 950°С. Каждый реактор термолиза состоит из двух камер газификации. В ходе реакции беспламенной газификации образуется синтез-газ, который далее поступает в отделение обогащения газа и там же происходит его очистка от вредных примесей и побочных продуктов. Полукоксование и фумигация сырья происходит в обеих камерах газификации при различных температурах. Нагрев, необходимый для процесса коксования, осуществляется с помощью грелок на внешнем кожухе реактора термолиза.

Контроль работы реакторов газификации и гарантия их безопасной эксплуатации реализованы с помощью ряда измерительных зондов и системы безопасности, сконцентрированной в единую диспетчерскую систему. Газопроводная система защищена от избыточного давления наличием надлежащего количества контрольно-измерительных мембран. В случае повышения внутреннего давления или в случае аварийной ситуации, образующийся газ отводится к факелу. Дополнительно имеется система обеспечения водой и водяным паром для моментальной остановки реакции газификации.

К реакторам газификации подсоединяется каскад из двух последовательных агрегатов коксования. В них происходит дальнейшее термическое разложение сырья вместе с первичным коксовым материалом для выделения синтез-газа. Как и реактор термолиза, агрегаты коксования снабжены обогревательным кожухом для прямого нагрева. Получаемый в итоге твердый остаток в виде кокса, который после соответствующего охлаждения с помощью пара и воды передаются в закрытые емкости. В отделении обогащения синтез-газ проходит систему скрубберов, отделителей, емкостей и насосов. К каждому реактору подключен скруббер (установка абсорбционной очистки газа). После них газовые потоки обеих линий соединяются и направляются через каскады абсорбционной очистки, которые абсорбируют, при своей циркуляции, конденсат из коксующегося газа, одновременно охлаждая его.

При технологии термолиза органические вещества распадаются на коротко цепные углеводороды, а окиси металлов, как и окиси других неорганических веществ (например, соединения окиси серы), редуцируются.

При очистке синтез-газа достигается полная конденсация алифатических и ароматических веществ. Содержание вредных примесей (к примеру, HCL) сокращается за счет нейтрализации известковой водой, с соблюдением предписанных требований.

Маслосодержащая рабочая среда и вода отделяются с помощью масляных сепараторов. Сточная вода дополнительно очищается активированным углем и биологической очисткой сточных вод установкой термолиза. После этого сточные воды могут выводиться в систему отвода сточных вод промышленных и производственных зон.

Отходящий воздух процесса термолиза попадает в биологическую очистку отходящего воздуха. Для устранения эмиссии запахов отходящих газов, сопутствующих очистке сточных вод и многоступенчатой сушке сырья, они отводятся из рабочих зон по системе трубопроводов с интегрированными биологическими прокладками.

Технологический газовый поток, после прохождения всех процессов очистки, попадает в хранилище газа. Хранилище газа служит для приема и буферизации синтез-газа, полученного в процессе термолиза, для обеспечения питания реакторов и агрегатов коксования, а также предназначается для отвода газа потребителю, с помощью компрессорной станции. Посредством обратного смешения выработанного газа, его качество из реакторных линий уравнивается.

Получаемый синтез-газ идет по просьбе заказчика с применением дополнительного оборудования по опции либо на генерацию энергетических ресурсов, либо на производство разнообразной химической продукции.

Защитная система состоит из факела, который служит, в случае аварийной ситуации, надежным отводом синтез-газа из коксующей установки или из хранилища газа. Соединительные трубопроводы оснащены арматурой, которая при отключении энергообеспечения автономно открывается. Соединения реакторов газификации с факелом оснащены предохранительными мембранами для недопущения аварийного подъема давления.

Для питания установок используется сточная вода из систем водоподготовки, которая затем возвращается обратно. Органические остатки периодически изымаются и загружаются на установку термолиза. Система циркуляции воды для очистки технологического газа содержит охлаждающие установки, которые в контуре циркуляционного водоснабжения соединены с теплоносителем, работающим на воздухе окружающей среды.

СХЕМЫ ПРОЦЕССА

Иллюстрация процесса беспламенной газификации углей и горючих сланцев

Блок беспламенной газификации линия 1 и линия 2
Прошедшее стадию сортирования и измельчения до необходимых параметров сырье поступает с промышленной площадки на блок беспламенной газификации для выработки синтез-газа.

Подача подготовленного сырья в блок газификации
Отсортированные и подготовленные отходы со склада на промышленной площадке формируются в загрузочные партии и подаются в блок беспламенной газификации.

Главный реактор и реактор второго уровня

Блок сепарации
В присоединенном к реакторам беспламенной газификации блоке сепарации выработанный синтез-газ проходит очищение от мелких минеральных частиц и пыли

Блок безопасности
Контроль работы реакторов термолиза и гарантия их безопасной эксплуатации реализованы с помощью ряда измерительных зондов и системы безопасности, сконцентрированной в единую диспетчерскую систему.

1 ступень очистки синтез-газа
В отделении обогащения выработанный синтез-газ проходит систему скрубберов, отделителей, емкостей и насосов. К каждому реактору подключен скруббер (установка абсорбционной очистки газа).
2 ступень очистки синтез-газа
На второй ступени очистки синтез-газа происходит первичное уменьшение содержания в нем вредных примесей (к примеру, HCL) за счет нейтрализации известковой водой, с соблюдением предписанных требований.
3 ступень очистки синтез-газа
На третьей ступени происходит окончательная очистка синтез-газа от вредных примесей.
4 ступень очистки синтез-газа
На четвертой ступени очистки синтез-газа достигается полная конденсация алифатических и ароматических веществ. Во время последнего цикла вредные вещества и легкие частицы выводятся в связанном с рабочей средой состоянии.

Сепаратор жидкой фракции, очистка воды
Маслосодержащая рабочая среда и вода после реакторов беспламенной газификации отделяются с помощью масляных сепараторов.
Очистка воды
В блоке водоочистки присутствующая в технологическом процессе сточная вода после реакторов термолиза дополнительно очищается активированным углем и биологической обработкой сточных вод. После этого сточные воды могут быть отведены в систему отвода сточных вод промышленных зон.
Очистка воды, воздушный стриппер
Блок воздушного стриппера используется для биологической очистки отходящего воздуха при проведении процесса термолиза, а также для устранения эмиссии запаха, сопутствующего очистке сточных вод.

НЕКОТОРЫЕ СРАВНЕНИЯ


Сравнение характеристик технологий переработки горючих сланцев

Таблица 1

  Наименование технологии
FUSHUN Кивитер Галотер
(Enefit140, Petroter)
PETROSIX THERMOTEC
Страна Китай Эстония Эстония Бразилия Германия
Компания разные EESTI ENERGIA, VКG EESTI ENERGIA, VКG   THERMOTEC POWER
Тип реторты вертикальная вертикальная горизонтальная вертикальная наклонная
Объем переработки сланца, тонн/день 100 1 000 3 000 6 200 и 1 600 блок один 520
Размер фракции, мм 10 - 75 25 - 125 0 - 25 6 - 50 0 - 125
Выход смолы по Фишеру-Тропшу, % 65 75 - 80 73 - 78 85 - 90 --
Содержание углерода в золе, % Н.Д. 8,0 1,5 Н.Д. 0,01
Содержание влаги в золе, % Н.Д. 30,0 15,0 Н.Д. 1,0 - 3,0


Источник: обзор специальной литературы

 
Сравнение показателей по внедрению различных технологий переработки горючих сланцев

Таблица 2

  FUSHUN Галотер
(Enefit140, Petroter)
THERMOTEC
Тип оборудования FUSHUN UТТ 3000 THERMO 190
Компания SINOPEC EESTI ENERGIA, VКG THERMOTEC POWER
Объем переработки сланца, тонн/день 3 000 * 3 000 * 3 000 *
Размер фракции горючих сланцев на переработку, мм 10 - 75 0 - 25 0 - 125

Производство товарной продукции:
- электрической энергии, МВт в год
или
- сланцевое масло, тонн в год
- метанол или аммиак, тонн в год
или
- бензин, тонн в год


Н.Д.

45 000 *
Нет

Нет


930 000  *

135 000 *
Нет

Нет


1 580 000 *

Нет
330 000 *

145 000 *


Источник: обзор специальной литературы
* при КПД энергетической установки 0,40 и переработке эстонских сланцев