WO2010128886A2 - Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты) - Google Patents
Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010128886A2 WO2010128886A2 PCT/RU2010/000074 RU2010000074W WO2010128886A2 WO 2010128886 A2 WO2010128886 A2 WO 2010128886A2 RU 2010000074 W RU2010000074 W RU 2010000074W WO 2010128886 A2 WO2010128886 A2 WO 2010128886A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pyrogas
- stage
- carbon dioxide
- sent
- hydrocarbons
- Prior art date
Links
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 75
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 title abstract 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 154
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 88
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 74
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 73
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 38
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011269 tar Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000000047 product Substances 0.000 description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 16
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 16
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 7
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 6
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 5
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 235000013844 butane Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 238000004517 catalytic hydrocracking Methods 0.000 description 1
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical class CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B19/00—Heating of coke ovens by electrical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
- C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Definitions
- the invention relates to the field of processing solid waste, followed by the production of hydrocarbons from gaseous products of plasma processing of waste.
- a known method of plasma processing of solid waste involves carrying out the process in a pyrolysis furnace with a plasma torch with an autonomous power source, the outputs of which are connected to the inputs of the slag granulator, metal receiver, pyrogas treatment system, water treatment line, heat exchangers, energy block.
- the heat exchangers are independently connected either to a pyrolysis furnace, or to a pyrogas treatment system, or to an energy unit.
- the disadvantage of this method is the low economic efficiency of the final products of the method.
- a known method of processing organic waste comprising the stage of gasification to produce synthesis gas and solid inorganic products and the catalytic processing of synthesis gas without or together with liquid organic waste to produce gaseous and liquid hydrocarbons .
- water vapor or oxygen or water vapor and oxygen are used as the gasification agent.
- the combustible gas is divided into several parts.
- One part of the combustible gas and the gasification agent are fed together into the plasma torch, the other part of the combustible gas together with the waste and the gasification agent is fed into the plasma jet of the plasma torch, and the rest of the combustible gas is fed to the steam catalytic reforming reactor to produce hydrogen-rich synthesis gas, and then mixing with the main stream of synthesis gas obtained after gasification, followed by its catalytic processing in two reaction zones.
- a catalyst is located in the first reaction zone, the oxide part of which and the acid component are in a mixed or separate combination, and in the second reaction zone is an acid catalyst containing a zeolite with a structure of ZSM-5 or ZSM-11.
- the disadvantage of this method is the low quality of the resulting hydrocarbons and the low yield of the target products.
- RF Patent Ns 2294354, C10J 3/14 2007
- the method is implemented in a pyrolysis power plant containing a plasma processing unit for municipal solid waste, a power supply unit for heat supply, gas purification and gas emission from a gas turbine and steam turbine units with an electric generator.
- the gasification unit consists of paired gasifiers and a cyclone receiver, which ensures equalization of gas pressure in the system and its preliminary cleaning from dust.
- Plasmatrons provide work, both in an oxidizing mode and in a reducing one.
- the energy conversion unit includes a gas cooling and purification system, a gas turbine and steam turbine installation with an electric generator. The disadvantage of this method is the low efficiency of waste processing and high energy consumption.
- a known method of producing hydrocarbons from products of plasma processing of solid waste selected as a prototype (RF Patent N ° 77864, C10J 3/14, 2008). The method is implemented on the installation for plasma processing of solid waste, which includes:
- the method further comprises the steps of:
- the task to which the invention is directed is the development of a process for the deep processing of gaseous, products of plasma processing of solid waste with the receipt of an additional amount of hydrocarbons.
- the task is achieved by the fact that using one or more plasmatrons carry out plasma pyrolysis of waste to produce slag and pyrogas, clean the pyrogas from solid particles, tar and gaseous impurities, then, heated by the heat of the original pyrogas stream, the purified pyrogas is divided into two streams, the first stream of purified pyrogas is sequentially directed to a gas turbine unit equipped with an electric generator and generating electricity, then to a waste heat boiler generating superheated water vapor, the second stream of purified pyrogas is sequentially directed to the stage of purification from carbon dioxide and to the stage of hydrocarbon production using the Fischer-Tropsch process, then the hydrocarbons are separated into methane, light hydrocarbon fractions, kerosene and diesel fuel, the separated methane is fed into two separate streams to the steam reforming stage and to the stage of carbon dioxide reforming to obtain at these stages an additional amount of synthesis gas (a mixture of carbon monoxide and hydrogen), which is fed to the stage of obtaining
- FIG. 1 An implementation of the claimed method is shown on the device shown in FIG. 1, where:
- FIG. 1 does not show auxiliary elements of technological equipment, such as circulation pumps, shut-off and control valves, gas blowers (fans), sensors and actuators of the automatic control system, gas purification equipment at the process outlet, etc.
- auxiliary elements of technological equipment such as circulation pumps, shut-off and control valves, gas blowers (fans), sensors and actuators of the automatic control system, gas purification equipment at the process outlet, etc.
- Solid waste is fed through line (1) to the plasma reactor (2), in which it is exposed to the heat of the working gas supplied from electric arc plasmatrons (3).
- the organic components of the waste are gasified and pyrolyzed, turning into pyrolysis gas (pyrogas), and the inorganic part of the waste is melted, turning into glass-like slag and removed from the plasma reactor through line (4).
- the composition of the pyrolysis gas for municipal waste of typical composition as a result of such processing is shown in Table 1 in FIG. 2. It was experimentally established that the composition of the pyrolysis gas in the inventive method mainly depends on two factors: temperature and the type of working gas used in the plasma torch.
- Pyrogas also contains other components, such as tar, dust, hydrogen sulfide, hydrochloride, nitrogen, moisture and so on.
- the volume of the obtained pyrogas can be from 350 to 650 cubic meters. m per ton of waste.
- the pyrogas purified from solid particles is then sent to the stage (7) of separating acidic and gummy components from the pyrogas.
- resinous compounds are captured in a hollow scrubber - resin separator (not shown in the diagram).
- the scrubber - resin separator operates in condensation mode, by supplying a sufficiently cold solvent (liquid hydrocarbons) for irrigation, which ensures the transfer of resinous compounds from the gas phase to the suspended state and into the solution (not shown in the diagram).
- the solution is a combustible component that is used to prepare process steam in a waste heat boiler (12).
- the pyrogas is purified from acidic components in a scrubber neutralizer (not shown in the diagrams).
- the pyrogas purified from dust, resin and acidic components is sent to a heat exchanger (5), at the outlet of which it has a temperature of about 350 ° C.
- the hot purified pyrogas is divided into two pyrogas streams, the first of which is sent via line (9) to a gas turbine unit ( 10) equipped with an electric generator (11) for generating electricity.
- the pyrogas is sent to the waste heat boiler (12), into which deionized water is supplied via line (13) and in which superheated water vapor (15) is formed, part of which is sent via line (16) to the steam turbine unit (17) ) equipped with an electric generator (18) for generating electricity, followed by steam condensation in the heat exchanger (19) and condensate return via line (14) to the waste heat boiler (12), and the other part of superheated water vapor through line (20) is sent to the stage steam reforming (25), where in pris Metal oxide catalysts Corollary at 180 - 27O 0 C the formation of synthesis gas by the main reaction:
- the synthesis gas formed at the steam rifting stage (25) along line (28) is directed to the Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis stage (29).
- the second pyrogas stream is sent through line (21) to the stage of carbon dioxide purification (20), from which carbon dioxide is taken off via line (23) and directed to the stage of carbon dioxide reforming (24), where at a temperature of 160 - 29O 0 C in the presence of metal-oxide catalysts, gas synthesis is formed according to the main reaction:
- the synthesis gas formed at the stage of carbon dioxide reforming (24) is sent via line (26) to the Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis stage (29). At the same stage, synthesis gas, purified from carbon dioxide in stage (22), is sent via line (27).
- the Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis step (29) is carried out in the presence of cobalt-containing catalysts at a temperature of 120-140 0 C and pressure up to 30 atm. Under these conditions, as a result of the predominantly reaction:
- H 2 C n H 2n + 2 + nH 2 O
- the cobalt containing catalyst is promoted with zirconium, titanium and manganese oxides.
- Selectivity the promoted cobalt catalyst is usually not lower than 90%.
- the reaction products in small quantities are isoparaffins, olefins, aliphatic alcohols, aldehydes and acids.
- the selectivity of the process is determined mainly by the type of catalyst used and the process conditions: an increase in temperature can cause the catalyst to warm up and lose activity. The likelihood of the formation of normal alkanes decreases, while normal alkenes increase with increasing chain length of the resulting products.
- the equilibrium ratio of n-alkanes / iso-alkanes increases with increasing chain length of the products formed from 1, 1 (for butanes) to 19.2 (for nonanes).
- the maximum yield of the kerosene fraction is 48%, the diesel fraction is 30%.
- the Fischer-Tropsch two-stage synthesis of hydrocarbons can be a variant of the process: first hydrocarbon mixtures containing as many products as possible are obtained from synthesis gas, which are then hydrocracked to produce marketable products: diesel fuel and jet kerosene.
- hydrocarbon separation stage (33) The products obtained as a result of Fischer-Tropsch synthesis are sent to the hydrocarbon separation stage (33), where methane and commercial products are obtained: light hydrocarbon fraction (34), kerosene (35) and diesel fuel (36). Obtained at the stage of hydrocarbon separation of methane through line (30), two streams (31) and (32) are sent to the stages of steam reforming (25) and carbon dioxide reforming (24).
- An embodiment of this method is the absence in the circuit of a gas turbine installation (10) and an electric generator of a gas turbine installation.
- all the pyrogas purified from solid particles, tar, and gaseous impurities heated in the heat exchanger (5) due to the heat of the initial pyrogas stream, without separation into two streams, is fed directly to the waste heat boiler (12) by a stream (9).
- This embodiment of this method is shown in Fig.Z.
- Another embodiment of this method is to carry out the process without steam reforming and the use of a turboexpander at the power generation stage.
- the entire pyrogas purified from solid particles, resin and gaseous impurities, heated in the heat exchanger (5) due to the heat of the initial pyrogas stream, is sent to a turboexpander (37) to generate electricity.
- the cooled pyrogas stream (21) is sent to the stage of purification from carbon dioxide (22). This embodiment of the method is shown in FIG. four.
- Solid waste through line (1) in an amount of 2.5 t / h is fed into a plasma reactor (2), in which it is subjected to heat exposure to the working gas (air) supplied from electric arc plasma torches (3) EDP-200 (a plasma reactor may contain from 6 to 12 plasmatrons) having the following operating parameters: -maximum power 200 kW
- the mass-average temperature of the heated gas is up to 3000 0 C.
- For processing use pre-dried solid waste with a moisture content of less than 10% of the mass.
- the temperature in the melting chamber of the plasma reactor is 1500-1800 0 C.
- the operating temperature in the middle zone (gasification zone) of the plasma reactor is 900 + 1O 0 C.
- the plasma reactor (2) operates under reduced pressure. The operating pressure is:
- the process under reduced pressure is used to prevent the release of combustion products into the environment.
- pyrogas is obtained in the amount of 467 m 3 / t of processed solid waste or 1167.5 m 3 / h of pyrogas.
- This pyrogas has the composition (% vol.): -Hydrogen 34.13
- the inorganic part of the waste forms slag and in the amount of 426 kg / h is discharged from the plasma reactor via line (4).
- the pyrogas After passing through the heat exchanger (5), the separation of solid particles from the pyrogas in the hydrocyclone (6) and acidic and resinous components in the scrubber converter and the scrubber-resin separator (7), the pyrogas is removed from the heat exchanger (5) with a temperature of 335 0 C in the amount of 1027, 4 m 3 / h (the total proportion of solid, acidic and gummy components in the primary pyrogas is about 12%). Purified from solid particles, dust, acidic and gummy components, the pyrogas has the composition (% vol.):
- the pyrogas is divided into two identical flows (513.7 m 3 / h each), one of which is sent via line (9) to the GTU-10P gas turbine unit (10), where the pyrogas having an average calorific value of about 10450 kJ / kg, burned to generate electricity.
- the combustion products of pyrogas in a gas turbine (10) have the composition (% vol.):
- combustion products are sent to a recovery boiler to produce superheated water vapor, part of which is sent to a steam turbine plant (17) for energy, and the other part is sent to the steam reforming stage (25).
- the combustion products of the pyrogas are cleaned and released into the atmosphere.
- the second stream of purified pyrogas in an amount of 513.7 m 3 / h after the heat exchanger (5) through line (21) is sent to the stage of purification from carbon dioxide.
- the carbon dioxide purification step is carried out using an alkali aqueous solution as an absorber.
- the obtained and dried carbon dioxide is sent to the stage of carbon dioxide reforming (24), and an aqueous solution of NaCI is used to produce NaOH by known methods.
- a gas stream (27) is obtained in an amount of 472.4 m 3 / h, which has a composition (% vol.):
- the amount of superheated water vapor supplied to the steam reforming step i.e. the ratio of the amounts of superheated water vapor supplied through lines (16) and (20) is controlled depending on the amount of methane formed at the stage (33) of hydrocarbon separation and depending on the distribution of methane flow along lines (31) and (32). If necessary, methane is added to these lines from external sources.
- the steam reforming process is carried out in a column-type catalytic reactor with a fixed layer of a metal-oxide catalyst at a temperature of 23O 0 C.
- they are obtained in a yield about 75% carbon monoxide and hydrogen monoxide (stream 28) in an amount of 216.6 m 3 // h of composition (% vol.):
- the Fischer-Tropsch synthesis (29) is carried out in a column-type catalytic reactor in the presence of a cobalt zeolite catalyst (fixed bed) at a temperature of 26O 0 C and a pressure of 15 atm.
- the feedstock for this stage of the process are three gas streams 26, 27 and 28, the amount of which and the composition are shown in Table 2 (Fig. 5).
- Methane formed in the Fischer-Tropsch process is isolated and sent at the stage of steam (25) and carbon dioxide (24) reforming.
- the hydrocarbon yield in the Fischer-Tropsch process was 520 g / m 3 gas synthesis.
- the amount of synthesis gas 865.2 (0.2089 + 0.4581) 577.1 m 3 / h
- the yield of hydrocarbons is about 300 kg / h, of which 70% is in the C 5 -Cyu fraction, 29% in the fraction Sc - Ci 8 , 1% - per fraction of Ci ⁇ + .
- From the obtained hydrocarbon feedstocks, kerosene and diesel fractions are isolated by conventional methods.
- Solid waste through line (1) in an amount of 2.5 t / h is fed into a plasma reactor (2), in which subjected to heat exposure to the working gas (air) supplied from electric arc plasmatrons (3) EDP-200 (a plasma reactor may contain from 6 to 12 plasmatrons) having the following operating parameters: -maximum power 200 kW
- the mass-average temperature of the heated gas is up to 3000 0 C.
- For processing use pre-dried solid waste with a moisture content of less than 10% of the mass.
- the temperature in the melting chamber of the plasma reactor is 1500-1800 0 C.
- the operating temperature in the middle zone (gasification zone) of the plasma reactor is 900 + 1O 0 C.
- the plasma reactor (2) operates under reduced pressure. The operating pressure is:
- the process under reduced pressure is used to prevent the release of combustion products into the environment.
- pyrogas is obtained in the amount of 467 m 3 / t of processed solid waste or 1167.5 m 3 / h of pyrogas.
- This pyrogas has the composition (% vol.):
- the inorganic part of the waste forms slag and in the amount of 426 kg / h is discharged from the plasma reactor via line (4).
- the pyrogas After passing through the heat exchanger (5), the separation of solid particles from the pyrogas in the hydrocyclone (6) and acidic and resinous components in the scrubber converter and the scrubber-resin separator (7), the pyrogas is removed from the heat exchanger (5) with a temperature of 335 0 C in the amount of 1027, 4 m 3 / h (the total proportion of solid, acidic and gummy components in the primary pyrogas is about 12%). Purified from solid particles, dust, acidic and gummy components, the pyrogas has the composition (% vol.):
- a waste heat boiler (12) in which the pyrogas, having an average calorific value of 10450 kJ / kg, is burned to produce superheated water vapor.
- the combustion products of pyrogas in a waste heat boiler (12) have the composition (% vol.):
- the resulting combustion products in an amount of 1082.4 m 3 / h are sent to the stage of purification from carbon dioxide (22).
- the carbon dioxide purification step is carried out using an alkali aqueous solution as an absorber.
- the obtained and dried carbon dioxide is sent to the stage of carbon dioxide reforming (24), and an aqueous solution of NaCI is used to produce NaOH by known methods.
- a gas stream (27) is obtained in an amount of 714.4 m 3 / h, which has a composition (% vol.):
- the amount of superheated water vapor supplied to the steam reforming step i.e. the ratio of the amounts of superheated water vapor supplied through lines (16) and (20) is controlled depending on the amount of methane formed at the stage (33) of hydrocarbon separation and depending on the distribution of methane flow along lines (31) and (32). If necessary, methane is added to these lines from external sources.
- the steam reforming process is carried out in a column-type catalytic reactor with a fixed layer of metal-oxide catalyst at a temperature of 230 0 C.
- a mixture of carbon monoxide and hydrogen (stream 28) is produced in an amount of about 75% (stream 28) in an amount of 216.6 m 3 / h of composition (% vol.):
- the Fischer-Tropsch synthesis (29) is carried out in a column-type catalytic reactor in the presence of a cobalt zeolite catalyst (fixed bed) at a temperature of 26O 0 C and a pressure of 15 atm.
- the raw materials for this stage of the process are three gas_ streams 26, 27 and 28, the amount of which and the composition are given in the table.
- Methane formed in the Fischer-Tropsch process is isolated and sent to the steam (25) and carbon dioxide (24) reforming stages.
- the hydrocarbon yield in the Fischer-Tropsch process was 482 g / m 3 gas synthesis.
- the hydrocarbon yield is about 1126 kg / h, of which 70% is in the C 5 -Cyu fraction, 29% in the SC-C-w fraction, 1% in the C 18 fraction +.
- kerosene and diesel fractions are isolated by conventional methods.
- the main material flows in accordance with example 2 are shown in Fig. 8.
- Solid waste through line (1) in an amount of 2.5 t / h is fed into a plasma reactor (2), in which it is subjected to heat exposure to the working gas (air) supplied from electric arc plasma torches (3) EDP-200 (a plasma reactor may contain from 6 to 12 plasmatrons) having the following operating parameters: -maximum power 200 kW
- the mass-average temperature of the heated gas is up to 3000 0 C.
- For processing use pre-dried solid waste with a moisture content of less than 10% of the mass.
- the temperature in the melting chamber of the plasma reactor is 1500-1800 0 C.
- the operating temperature in the middle zone (gasification zone) of the plasma reactor is 900 + 1O 0 C.
- the plasma reactor (2) operates under reduced pressure. The operating pressure is:
- the process under reduced pressure is used to prevent the release of combustion products into the environment.
- pyrogas is obtained in the amount of 467 m 3 / t of processed solid waste or 1167.5 m 3 / h of pyrogas.
- This pyrogas has the composition (% vol.):
- the inorganic part of the waste forms slag and in the amount of 426 kg / h is discharged from the plasma reactor via line (4).
- the pyrogas After passing through the heat exchanger (5), the separation of solid particles from the pyrogas in the hydrocyclone (6) and acidic and resinous components in the scrubber converter and the scrubber-resin separator (7), the pyrogas is removed from the heat exchanger (5) with a temperature of 335 0 C in the amount of 1027, 4 m 3 / h (the total fraction of solid, acidic and gummy components in the primary pyrogas is about 12%). Purified from solid particles, dust, acidic and gummy components, the pyrogas has the composition (% vol.):
- the purified pyrogas is sent to a turboexpander (37) to generate electricity. Then the cooled pyrogas in an amount of 1027.4 m 3 / h stream (21) is sent to the stage of purification from carbon dioxide (22).
- the carbon dioxide purification step is carried out using an alkali aqueous solution as an absorber.
- Fischer-Tropsch synthesis (29) is carried out in a column-type catalytic reactor in the presence of a cobalt zeolite catalyst (fixed bed) at a temperature of 26O 0 C and a pressure of 15 atm.
- the raw materials for this stage of the process are two gas streams 26 and 27, the amount of which and the composition are shown in Table 4 (Fig.9).
- Methane formed in the Fischer-Tropsch process is isolated and sent to the stage of carbon dioxide reforming (24).
- the hydrocarbon yield in the Fischer-Tropsch process was 514 g / m 3 gas synthesis.
- the hydrocarbon yield is about 383 kg / h, of which 70% are in the C 5 - Syu fraction, 29% in the Cs - C 18 fraction, 1% in the Ci 8+ fraction .
- From the obtained hydrocarbon feedstocks, kerosene and diesel fractions are isolated by conventional methods.
- the average yield of hydrocarbons is about 200 g from 1 nm 3 of a mixture of CO + 2H 2 .
- this norm and with an average specific volume of pyrogas of about 300 m 3 / t of solid waste a plant with a capacity for processing solid waste of 200,000 tons / year will be able to produce 12 thousand tons / year of diesel fuel from pyrogas, the total cost of which at a price of 10 rubles / kg will be about 120 million rubles.
- composition of the pyrogas The composition of the pyrogas
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области переработки твердых отходов, с последующим производством углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки отходов. Глубокая переработка газообразных продуктов плазменной переработки твердых отходов с получением дополнительного количества углеводородов достигается за счет плазменного пиролиза отходов с помощью одного или нескольких плазмотронов с получением шлака и пирогаза с последующей очисткой пирогаза от твердых частиц и газообразных примесей, рекуперацией тепла пирогаза с получением перегретого водяного пара и конверсией части пирогаза с использованием процесса парового риформинга углеводородов пирогаза, где очищенный от твердых частиц, смолы и газообразных примесей пирогаз нагревается за счет тепла исходного потока пирогаза и разделяется на два потока пирогаза, первый из которых последовательно направляется в газотурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, в котел- утилизатор, вырабатывающий перегретый водяной пар, а второй поток пирогаза направляют на стадию очистки от диоксида углерода и на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша с последующим разделением углеводородов на метан, легкие углеводородные фракции, керосин и дизельное топливо и подачей выделенного метана двумя потоками на стадию парового риформинга и на стадию углекислотного риформинга с получением на этих стадиях дополнительного количества синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода) и подачей его на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, а перегретый водяной пар, получаемый в котле-утилизаторе, разделяют на два потока, один из которых направляют на стадию парового риформинга, а второй - в паротурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, с последующей конденсацией водяного пара с получением конденсата и направлением его в котел-утилизатор.
Description
Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты)
Изобретение относится к области переработки твердых отходов, с последующим производством углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки отходов.
Известен способ плазменной переработки твердых отходов (Патент РФ Ns 2143086, F23G5/00, 1999). Способ предусматривает проведение процесса в печи пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, выходы которого соединены с входами гранулятора шлака, приемника металла, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменники, энергетический блок. Теплообменники автономно соединены либо с печью пиролиза, либо с системой очистки пирогаза, либо с энергетическим блоком. Недостатком данного способа является низкая экономическая эффективность конечных продуктов реализации способа.
Известен способ переработки органических отходов (Патент РФ Ns 2333238, C10J 3/14, 2007), включающий стадию газификации с получением синтез-газа и твердых неорганических продуктов и каталитическую переработку синтез-газа без или вместе с жидкими органическими отходами с получением газообразных и жидких углеводородов. По первому и второму вариантам в качестве газифицирующего агента используют водяной пар или кислород или водяной пар и кислород. При этом горючий газ разделяют на несколько частей. Одну часть горючего газа и газифицирующий агент совместно подают в плазмотрон, другую часть горючего газа совместно с отходами и газифицирующим агентом подают в плазменную струю плазмотрона и остальную часть горючего газа подают в реактор парового каталитического риформинга с получением синтез-газа, обогащенного водородом, и дальнейшим его смешением с основным потоком синтез-газа, полученного после газификации, с последующей его каталитической переработкой в двух реакционных зонах. В первой реакционной зоне расположен катализатор,
оксидная часть которого и кислотный компонент находятся в смешанной или раздельной комбинации, а во второй реакционной зоне расположен кислотный катализатор, содержащий цеолит со структурой ZSM-5 или ZSM-11. Недостатком данного способа является низкое качество получаемых углеводородов и не высокий выход целевых продуктов.
Известен также способ плазменной переработки твердых отходов (Патент РФ Ns 2294354, C10J 3/14, 2007). Способ реализуется на пиролизной энергетической установке, содержащей блок плазменной переработки твердых бытовых отходов, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения, газоочистки и газового выброса с газотурбинной и паротурбинной установками с электрическим генератором. Блок газификации состоит из спаренных газификаторов и ресивера-циклона, обеспечивающего выравнивание давления газа в системе и предварительную очистку его от пыли. Плазмотроны обеспечивают работу, как в окислительном режиме, так и в восстановительном. Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическим генератором. Недостатком указанного способа является низкая эффективность переработки отходов и высокий расход электроэнергии.
Известные способы не позволяют в полной мере использовать сырьевые источники, содержащиеся в газообразных продуктах плазменной переработки твердых отходов. Так, низшие углеводороды (метан, этан, этилен и др.) и смесь окиси углерода и водорода (являющуюся источником дополнительного получения углеводородов) не выделяются в процессе реализации известных способов, а после очистки пирогаза и рекуперации его энергии, обычно просто сжигаются.
Известен способ получения углеводородов из продуктов плазменной переработки твердых отходов, выбранный в качестве прототипа (Патент РФ N° 77864, C10J 3/14, 2008 ). Способ реализуется на установке для плазменной переработки твердых отходов, которая включает:
-камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения,
-зоны сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа,
-газоходы,
-охладители газа,
-камеру подогрева генераторного газа.
Способ дополнительно содержит стадии:
-получения водорода путём сепарации водорода из состава пирогаза,
-получения водорода путём паровой конверсии окиси углерода с регенерацией тепла экзотермических реакций и сепарацией водорода из газовой смеси,
-парового риформинга углеводородов с сепарацией водорода,
-селективного выделения углекислого газа,
-регенерации окиси углерода из двуокиси углерода.
Недостатком указанного способа является получение узкого перечня углеводородов.
Задачей, на которую направлена предлагаемое изобретение, является разработка процесса глубокой переработки газообразных, продуктов плазменной переработки твердых отходов с получением дополнительного количества углеводородов .
Поставленная задача достигается тем, что с помощью одного или нескольких плазмотронов осуществляют плазменный пиролиз отходов с получением шлака и пирогаза, очищают пирогаз от твердых частиц, смолы и газообразных примесей, затем, нагретый за счет тепла исходного потока пирогаза, очищенный пирогаз разделяют на два потока , первый поток очищенного пирогаза последовательно направляют в газотурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, затем в котел-утилизатор, вырабатывающий перегретый водяной пар, второй поток очищенного пирогаза последовательно направляют на стадию очистки от диоксида углерода и на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, затем разделяют углеводороды на метан, легкие углеводородные фракции, керосин и дизельное топливо, подают выделенный метан двумя отдельными потоками на стадию парового риформинга и на стадию углекислотного риформинга с получением на этих стадиях дополнительного количества синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который подают на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, причем перегретый водяной пар, получаемый в котле-утилизаторе, разделяют на два потока, один из которых направляют на
стадию парового риформинга, а второй направляют в паротурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, после прохождения которой водяной пар конденсируют и направляют полученный конденсат в котел^утилизатор.
Реализация заявленного способа показана на устройстве, представленном на Фиг. 1 , где:
1- линия ввода твердых отходов
2- плазменный реактор
3- плазмотрон с автономной системой электроснабжения
4- линия вывода твердых остеклованных продуктов переработки твердых отходов
5- теплообменник
6- стадия выделения твердых частиц из пирогаза
7- стадия выделения из пирогаза кислых и смолооразных компонентов
8- линия холодного очищенного пирогаза
9- линия горячего очищенного пирогаза 10-гaзoтypбиннaя установка
11 -электрогенератор газотурбинной установки
12-кoтeл-yтил изатор
13-линия деионизированной воды
14-кoндeнcaт
15-пepeгpeтый водяной пар
16-пapoвoй поток на паротурбинную установку
17-пapoтypиннaя установка
18-элeктpoгeнepaтop паротурбинной установки
19-тeплooбмeнник-кoндeнcaтop
20-пapoвoй поток на стадию парового риформинга
21-пиpoгaз
22-cтaдия очистки от углекислого газа
23-yглeкиcлый газ
24-cтaдия углекислотного риформинга
25-cтaдия парового риформинга
26-cинтeз-гaз со стадии углекислотного риформинга
27-пиpoгaз, очищенный от углекислого газа
28-cинтeз-гaз со стадии парового риформинга
29-cтaдия синтеза угледородов по Фишеру-Тропшу
30-мeтaн
31 -метан на стадию парового риформинга
32-мeтaн на стадию углекислотного риформинга
33-cтaдия разделения углеводородов
34-лeгкaя углеводородная фракция
35-кepocин
36-дизeльнoe топливо.
На Фиг. 1 не показаны вспомогательные элементы технологического оборудования, такие как циркуляционные насосы, запорно-регулирующая арматура, газовые нагнетатели (вентиляторы), датчики и исполнительные устройства системы автоматического управления, газоочистное оборудование на выходе из процесса и др.
Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твердых отходов в соответствии с Фиг.1 реализуется следующим образом.
Твёрдые отходы по линии (1) подают в плазменный реактор (2), в котором подвергаются тепловому воздействию рабочего газа, подаваемого от электродуговых плазмотронов (3). При этом органические составляющие отходов подвергаются газификации и пиролизу, превращаясь в пиролизный газ (пирогаз), а неорганическая часть отходов переплавляется, превращаясь в стеклоподобный шлак и по линии (4) выводится из плазменного реактора. Состав пиролизного газа для муниципальных отходов типового состава в результате такой переработки приведен в Таблице 1 на Фиг. 2. Экспериментально было установлено, что состав пиролизного газа в заявляемом способе, в основном, зависит от двух факторов: температуры и типа рабочего газа, используемого в плазмотроне.
Пирогаз содержит и другие компоненты, такие как смола, пыль, сероводород, гидрохлорид, азот, влага и прочее. Объём получаемого пирогаза может составлять от 350 до 650 куб. м на тонну отходов.
Пирогаз, имеющий на выходе из плазменного реактора (2) температуру 250-300° С, после прохождения теплообменника (5) подают на стадию выделения твердых частиц (6) промышленного типа (например: циклон, гидроциклон и др.), обеспечивающую осаждение частиц крупнее 2-3 мкм. Очищенный от твердых частиц пирогаз направляют далее на стадию (7) выделения из пирогаза кислых и смолообразных компонентов. На этой стадии смолистые соединения улавливают в полом скруббере - смолоотделителе (на схеме не показан). Скруббер - смолоотделитель работает в конденсационном режиме, за счёт подачи на орошение достаточно холодного растворителя (жидких углеводородов), обеспечивающего перевод смолистых соединений из газовой фазы во взвешенное состояние и в раствор (на схеме не показан). Раствор является горючим компонентом, который используют для приготовления технологического пара в котле-утилизаторе (12). На этой же стадии (7) проводят очистку пирогаза от кислых компонентов в скруббере- нейтрализаторе (на схем не показан). Очищенный от пыли, смолы и кислых компонентов пирогаз направляют в теплообменник (5), на выходе из которого он имеет температуру около 350° С. Горячий очищенный пирогаз разделяют на два потока пирогаза, первый из которых по линии (9) направляют в газотурбинную установку (10), оснащенную электрогенератором (11) для получения электроэнергии. После газотурбинной установки (10) пирогаз направляют в котел утилизатор (12), в который по линии (13) подают деионизированную воду и в котором происходит образование перегретого водяного пара (15), часть которого по линии (16) направляют в паротурбинную установку (17), оснащенную электрогенератором (18) для получения электроэнергии, с последующей конденсацией пара в теплообменнике (19) и возвратом конденсата по линии (14) в котел-утилизатор (12), а другую часть перегретого водяного пара по линии (20) направляют на стадию парового риформинга (25), где в присутствии металл-оксидных катализаторов при температуре 180 - 27O0C происходит образование синтез-газа по основной реакции:
CH4 + H2O = СО + 3H2 , +55 ккал/моль.
Образовавшийся на стадии парового рифоминга (25) синтез-газ по линии (28) направляют на стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу (29).
Второй поток пирогаза по линии (21) направляют на стадию очистки от углекислого газа (20), из которой по линии (23) отводят углекислый газ и направляют его на стадию углекислотного риформинга (24), где при температуре 160 - 29O0C в присутсвии металл-оксидных катализаторов происходит образование синтез газа по основной реакции:
CH4 + CO2 - 2CO + 2H2 , + 62 ккал/моль.
Образовавшийся на стадии углекислотного риформинга (24) синтез-газ по линии (26) направляют на стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу (29). На эту же стадию по линии (27) направляют синтез-газ, очищенный на стадии (22) от углекислого газа.
Стадию синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу (29) проводят в присутствии кобальт содержащих катализаторов при температуре 120-1400C и давлении до 30 атм. В этих условиях в результате протекания преимущественно реакции:
пСО + (2n + 1)H2 = CnH2n+2 + nH2O
образуются, в основном, линейные алканы. Основными побочными реакциями в синтезе углеводородов по Фишеру-Тропшу являются:
1. Гидрирование оксида углерода до метана:
СО + 3H2 = CH4 + H2O.
2. Диспропорционирование оксида углерода:
2CO = CO2 + С.
3. Равновесие водяного газа:
СО + H2O = CO2 + H2.
4. Вторичные процессы образования низших алкенов и спиртов, гидрирование алкенов, дегидрирование спиртов, гидрокрекинг первичных алканов, перераспределение водорода и др.
Для ускорения основной реакции кобальт содержащий катализатор промотируют оксидами циркония, титана и марганца. Селективность
промотированного кобальтового катализатора обычно не ниже 90%. Помимо линейных алканов продуктами реакции в небольших количествах являются изопарафины, олефины, алифатические спирты, альдегиды и кислоты. Селективность процесса определяется, в основном, типом используемого катализатора и условиями ведения процесса: увеличение температуры может вызвать разогрев катализатора и потерю им активности. Вероятность образования нормальных алканов уменьшается, а нормальных алкенов повышается с увеличением длины цепи образующихся продуктов. Повышение общего давления в системе способствует образованию более тяжелых продуктов, а увеличение парциального давления водорода в синтез-газе благоприятствует образованию алканов. Равновесное соотношение н- алканы/изо-алканы возрастает с увеличением длины цепи образующихся продуктов от 1 ,1 (для бутанов) до 19,2 (для нонанов). Предельный выход керосиновой фракции - 48%, дизельной фракции - 30 %. Вариантом ведения процесса может являться двух стадийный синтез углеводородов по Фишеру- Тропшу: сначала получают из синтез-газа углеводородные смеси, содержащие как можно больше продуктов, которые затем подвергают гидрокрекингу с получением товарных продуктов: дизельного топлива и реактивного керосина.
Продукты, полученные в результате синтеза по Фишеру-Тропшу, направляют на стадию разделения углеводородов (33), где получают метан и товарные продукты: легкую углеводородную фракцию (34), керосин (35) и дизельное топливо (36). Полученный на стадии разделения углеводородов метан по линии (30) двумя потоками (31) и (32) направляют на стадии парового риформинга (25) и углекислотного риформинга (24).
Вариантом реализации данного способа является отсутствие в схеме газотурбинной установки (10) и электрогенератора газотурбинной установки. В этом случае весь очищенный от твердых частиц, смолы и газообразных примесей пирогаз, нагретый в теплообменнике (5) за счет тепла исходного потока пирогаза, без разделения на два потока, непосредственно потоком (9) подается в котел-утилизатор (12). Этот вариант реализации данного способа приведен на Фиг.З.
Еще одним вариантом реализации данного способа является проведение процесса без парового риформинга и использование на стадии производства электроэнергии турбодетандера. В этом случае весь очищенный от твердых частиц, смолы и газообразных примесей пирогаз, нагретый в теплообменнике (5) за счет тепла исходного потока пирогаза, направляют в турбодетандер (37) для выработки электроэнергии. После чего охлажденный пирогаз потоком (21) направляется на стадию очистки от углекислого газа (22). Этот вариант реализации данного способа приведен на Фиг. 4.
Пример реализации способа по п.1.
Процесс проводят в соответствии с п. 1 формулы. Твердые отходы по линии (1) в количестве 2,5 т/ч подают в плазменный реактор (2), в котором подвергают тепловому воздействию рабочего газа (воздуха), подаваемого от электродуговых плазмотронов (3) ЭДП-200 (плазменный реактор может содержать от 6 до 12 плазмотронов), имеющих следующие рабочие параметры: -максимальная мощность 200 кВт
-рабочее напряжение на дуге 400-650 В
-ток дуги 1 00-300 А
- среднемассовая температура нагретого газа до 30000C. Для переработки используют предварительно подсушенные твердые отходы с содержанием влаги менее 10 % масс. Температура в плавильной камере плазменного реактора 1500-18000C. Рабочая температура в средней зоне (зоне газификации) плазменного реактора составляет 900 + 1O0C. Плазменный реактор (2) работает при пониженном давлении. Разряжение в рабочем режиме составляет:
-в шахте реактора до 1000 - 2000 Па
-в плавильной камере до 200 Па
Проведение процесса при пониженном давлении используется для предотвращения попадания продуктов сгорания в окружающую среду.
При указанных выше параметрах работы плазменного реактора (2) получают пирогаз в количестве 467 м3/т перерабатываемых твердых отходов или 1167,5 м3/ч пирогаза. Этот пирогаз имеет состав (% объемн.): -водород 34,13
-оксид углерода 12,21
-азот 15,11
-диоксид углерода 10,44
-метан 12,78
-углеводороды 4,82
-сероводород 0,15
-хлороводород 2,56
-вода 6,73
-оксиды азота 1 ,07
В ходе процессов, протекающих в плазменном реакторе, неорганическая часть отходов образует шлак и в количестве 426 кг/ч по линии (4) выводится из плазменного реактора.
После прохождения теплообменника (5), выделения из пирогаза твердых частиц в гидроциклоне (6) и кислых и смолообразных компонентов в скруббере- нейтрализаторе и скруббере-смолоотделителе (7) пирогаз отводят из теплообменника (5) с температурой 3350C в количестве 1027, 4 м3/ч (суммарная доля твердых, кислых и смолообразных компонентов в первичном пирогазе составляет около 12 % ). Очищенный от твердых частиц, пыли, кислых и смолообразных компонентов пирогаз имеет состав (% объемн.):
-водород 35,02
-оксид углерода 12,83
-азот 16,83
-диоксид углерода 8,44
-метан 12,86
-углеводороды 4,93
-сероводород следы
-хлороводород следι
-вода 7,86
-оксиды азота 1 ,23
Далее пирогаз разделяют на два одинаковых потока (по 513,7 м3/ч), один из которых по лини (9) направляют в газотурбинную установку ГTУ-10П (10), где пирогаз, имеющий среднюю теплотворную способность около 10450 кДж/кг, сжигают для выработки электроэнергии. Продукты сгорания пирогаза в газовой турбине (10) имеют состав (% объемн.):
-водород 1 ,50
-оксид углерода 17,40
-азот 18,03
-диоксид углерода 36,32
-вода 23,61
-оксиды азота 3,14
-остальное следы
Эти продукты сгорания направляют в котел-утилизатор для получения перегретого водяного пара, часть которого направляют в паротурбинную установку (17) для получения энергии, а другую часть направляют на стадию парового риформинга (25). После котла-утилизатора продукты сгорания пирогаза очищают и выбрасывают в атмосферу.
Второй поток очищенного пирогаза в количестве 513,7 м3/ч после теплообменника (5) по линии (21) направляют на стадию очистки от диоксида углерода. Стадию очистки от диоксида углерода проводят с использованием в качестве поглотителя водного раствора щелочи
CO2 + NaOH = NaHCO3
с последующим выделением диоксида углерода из кислой соли
NaHCO3 + HCI = NaCI + H2O + CO2
Полученный и осушенный диоксид углерода направляют на стадию углекислотного риформинга (24), а водный раствор NaCI используют для получения NaOH известными методами. После выделения диоксида углерода из очищенного пирогаза получают газовый поток (27) в количестве 472,4 м3/ч, который имеет состав (% объемн.):
-водород 40,23
-оксид углерода 14,74
-азот 19,33
-диоксид углерода 0,62
-метан 14,77
-углеводороды 5,66
-вода 3,23
-оксиды азота 1 ,42
Из 513,7 м3/ч пирогаза с эффективностью 93,6% выделяют около 41 м3/ч
(81 кг/ч) углекислого газа, который направляют на стадию углекислотного риформинга (24):
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 + 260 кflж/моль
Туда же, с избытком (1 ,15) в количестве 47,1 м3/ч по линии (32) подают метан, выделенный на стадии разделения углеводородов (33). Углекислотный риформинг проводят в каталитическом реакторе колонного типа с неподвижным слоем катализатора СuО/цеолит при температуре 28O0C. В результате реакции с выходом около 63% получают смесь оксида углерода и водорода. Газовые продукты углекислотного риформинга (поток 26) получают в количестве 176, 2 м3/ч. Они имеют состав (% объемн.):
-диоксид углерода 11 ,1
-оксид углерода 37,4
-метан 12,6
-водород 38,9
Количество перегретого водяного пара, подаваемого на стадию парового риформинга, т.е. соотношение количеств перегретого водяного пара, подаваемого по линиям (16) и (20), регулируют в зависимости от количества метана, образующегося на стадии (33) разделения углеводородов и в зависимости от распределения потока метана по линиям (31) и (32). При необходимости метан добавляют в эти линии из внешних источников.
Перегретый водяной пар в количестве 60,8 м3/ч по линии (20) направляют на стадию парового риформинга (25):
CH4 + H2O = СО + 3H2 + 230,5 кДж/моль
На эту же стадию по линии (31) с избытком (1 ,15) подают метан в количестве 70,0 м3/ч, выделенный на стадии разделения углеводородов (33). Процесс парового риформинга проводят в каталитическом реакторе колонного типа с неподвижным слоем металл-оксидного катализатора при температуре 23O0C. В результате протекания реакций парового риформинга получают с выходом
около 75% сесь оксида углерода и водорода (поток 28) в количестве 216,6 м 3//ч состава (% объемы.):
-метан 8,13
-вода 7,07
-оксид углерода 21 ,20
-водород 63,60
Синтез Фишера-Тропша (29) проводят в каталитическом реакторе колонного типа в присутствии кобальтового цеолитного катализатора (неподвижный слой) при температуре 26O0C и давлении 15 атм. Сырьем для этой стадии процесса являются три газовых потока 26, 27 и 28, количество которых и состав приведен в Таблице 2 ( Фиг. 5 ). Образующийся в процессе Фишера-Тропша метан выделяют и направляют на стадии парового (25) и углекислотного (24) риформинга.
При данных условиях выход углеводородов в процессе Фишера- Тропша составил 520 г/м3 синтез газа. При количестве синтез газа 865,2 (0,2089+0,4581) = 577,1 м3/ч выход углеводородов составляет около 300 кг/ч, из которых 70% приходится на фракцию C5 - Сю, 29% - на фракцию Сц - Ci8, 1% - на фракцию Ciβ+. Из полученного углеводородного сырья обычными методами выделяют керосиновую и дизельную фракции.
Основные материальные потоки в соответствии с примером 1 приведены на Фиг.6.
Данный способ переработки твердых отходов является экологичным:
1) за счет проведения процесса в плазменном реакторе при пониженном давлении и устранении возможности попадания продуктов газификации в атмосферу;
2) за счет переработки образующихся «пapникoвыx» газов - водяного пара и диоксида углерода в процессах парового и углекислотного риформинга.
Пример реализации способа по п.2.
Процесс проводят в соответствии с п. 2 формулы. Твердые отходы по линии (1) в количестве 2,5 т/ч подают в плазменный реактор (2), в котором
подвергают тепловому воздействию рабочего газа (воздуха), подаваемого от электродуговых плазмотронов (3) ЭДП-200 (плазменный реактор может содержать от 6 до 12 плазмотронов), имеющих следующие рабочие параметры: -максимальная мощность 200 кВт
-рабочее напряжение на дуге 400-650 В
-ток дуги 100-300 А
- среднемассовая температура нагретого газа до 30000C. Для переработки используют предварительно подсушенные твердые отходы с содержанием влаги менее 10 % масс. Температура в плавильной камере плазменного реактора 1500-18000C. Рабочая температура в средней зоне (зоне газификации) плазменного реактора составляет 900 + 1O0C. Плазменный реактор (2) работает при пониженном давлении. Разряжение в рабочем режиме составляет:
-в шахте реактора до 1000 - 2000 Па
-в плавильной камере до 200 Па
Проведение процесса при пониженном давлении используется для предотвращения попадания продуктов сгорания в окружающую среду.
При указанных выше параметрах работы плазменного реактора (2) получают пирогаз в количестве 467 м3/т перерабатываемых твердых отходов или 1167,5 м3/ч пирогаза. Этот пирогаз имеет состав (% объемн.):
-водород 34,13
-оксид углерода 12,21
-азот 15,11
-диоксид углерода 10,44
-метан 12,78
-углеводороды 4,82
-сероводород 0,15
-хлороводород 2,56
-вода 6,73
-оксиды азота 1 ,07
В ходе процессов, протекающих в плазменном реакторе, неорганическая часть отходов образует шлак и в количестве 426 кг/ч по линии (4) выводится из плазменного реактора.
После прохождения теплообменника (5), выделения из пирогаза твердых частиц в гидроциклоне (6) и кислых и смолообразных компонентов в скруббере- нейтрализаторе и скруббере-смолоотделителе (7) пирогаз отводят из теплообменника (5) с температурой 3350C в количестве 1027, 4 м3/ч (суммарная доля твердых, кислых и смолообразных компонентов в первичном пирогазе составляет около 12 % ). Очищенный от твердых частиц, пыли, кислых и смолообразных компонентов пирогаз имеет состав (% объемн.):
-водород 35,02
-оксид углерода 12,83
-азот 16,83
-диоксид углерода 8,44
-метан 12,86
-углеводороды 4,93
-сероводород следы
-хлороводород следы
-вода 7,86
-оксиды азота 1 ,23
Далее весь пирогаз направляют по линии (9) в котел-утилизатор (12), в котором пирогаз, имеющий среднюю теплотворную способность 10450 кДж/кг, сжигают для получения перегретого водяного пара. Продукты сгорания пирогаза в котле-утилизаторе (12) имеют состав (% объемн.):
-водород 1 ,50
-оксид углерода 17,40
-азот 18,03
-диоксид углерода 36,32
-вода 23,61
-оксиды азота 3,14
-остальное следы
Образовавшиеся продукты сгорания в количестве 1082,4 м3/ч направляют на стадию очистки от диоксида углерода (22). Стадию очистки от диоксида углерода проводят с использованием в качестве поглотителя водного раствора щелочи
CO2 + NaOH = NaHCO3
с последующим выделением диоксида углерода из кислой соли
NaHCO3 + HCI = NaCI + H2O + CO2
Полученный и осушенный диоксид углерода направляют на стадию углекислотного риформинга (24), а водный раствор NaCI используют для получения NaOH известными методами. После выделения диоксида углерода из очищенного пирогаза получают газовый поток (27) в количестве 714,4 м3/ч, который имеет состав (% объемн.):
-водород 2,93
-оксид углерода 34,31
-азот 36,36
-диоксид углерода 0,91
-вода 19,40
-оксиды азота 6,09
Из 1082,4 м3/ч пирогаза с эффективностью 93,6% выделяют около 368,0 м3/ч (723 кг/ч) углекислого газа, который направляют на стадию углекислотного риформинга (24):
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 + 260 кflж/моль
Туда же, с избытком (1 ,15) в количестве 423,2 м3/ч по линии (32) подают метан, выделенный на стадии разделения углеводородов (33). Углекислотный риформинг проводят в каталитическом реакторе колонного типа с неподвижным слоем катализатора СuО/цеолит при температуре 28O0C. В результате реакции с выходом около 63% получают смесь оксида углерода и водорода. Газовые продукты углекислотного риформинга (поток 26) получают в количестве 1582,4 м3/ч. Они имеют состав (% объемн.):
-диоксид углерода 11 ,1
-оксид углерода 37,4
-метан 12,6
-водород 38,9
Количество перегретого водяного пара, подаваемого на стадию парового риформинга, т.е. соотношение количеств перегретого водяного пара, подаваемого по линиям (16) и (20), регулируют в зависимости от количества метана, образующегося на стадии (33) разделения углеводородов и в
зависимости от распределения потока метана по линиям (31) и (32). При необходимости метан добавляют в эти линии из внешних источников.
Перегретый водяной пар в количестве 60,8 м3/ч по линии (20) направляют на стадию парового риформинга (25):
CH4 + H2O = СО + 3H2 + 230,5 кДж/моль
На эту же стадию по линии (31) с избытком (1 ,15) подают метан в количестве 70,0 м3/ч, выделенный на стадии разделения углеводородов (33). Процесс парового риформинга проводят в каталитическом реакторе колонного типа с неподвижным слоем металл-оксидного катализатора при температуре 2300C. В результате протекания реакций парового риформинга получают с выходом около 75% смесь оксида углерода и водорода (поток 28) в количестве 216,6 м3/ч состава (% объемн.):
-метан 8,13
-вода 7,07
-оксид углерода 21 ,20
-водород 63,60
Синтез Фишера-Тропша (29) проводят в каталитическом реакторе колонного типа в присутствии кобальтового цеолитного катализатора (неподвижный слой) при температуре 26O0C и давлении 15 атм. Сырьем для этой стадии процесса являются три гaзoвыx_ потока 26, 27 и 28, количество которых и состав приведен в таблице. Образующийся в процессе Фишера- Тропша метан выделяют и направляют на стадии парового (25) и углекислотного (24) риформинга.
Как видно из приведенных в Таблице 3 ( Фиг. 7 ) данных соотношение СО : H2 близко к значению 1 : 1 , поэтому, для реализации способа по примеру 2 на стадию Фишера-Тропша дополнительно вводят из внешних источников водород в количестве 881 м3/ч.
При данных условиях выход углеводородов в процессе Фишера-Тропша составил 482 г/м3 синтез газа. При количестве синтез газа 2543,4 м3/ч выход углеводородов составляет около 1126 кг/ч, из которых 70% приходится на фракцию C5 - Сю, 29% - на фракцию Сц - С-ш, 1 % - на фракцию C18+. Из полученного углеводородного сырья обычными методами выделяют керосиновую и дизельную фракции.
Основные материальные потоки в соответствии с примером 2 приведены на Фиг.8.
Пример реализации способа по п.З.
Процесс проводят в соответствии с п. 3 формулы. Твердые отходы по линии (1) в количестве 2,5 т/ч подают в плазменный реактор (2), в котором подвергают тепловому воздействию рабочего газа (воздуха), подаваемого от электродуговых плазмотронов (3) ЭДП-200 (плазменный реактор может содержать от 6 до 12 плазмотронов), имеющих следующие рабочие параметры: -максимальная мощность 200 кВт
-рабочее напряжение на дуге 400-650 В
-ток дуги 1 100-300 А
- среднемассовая температура нагретого газа до 30000C. Для переработки используют предварительно подсушенные твердые отходы с содержанием влаги менее 10 % масс. Температура в плавильной камере плазменного реактора 1500-18000C. Рабочая температура в средней зоне (зоне газификации) плазменного реактора составляет 900 + 1O0C. Плазменный реактор (2) работает при пониженном давлении. Разряжение в рабочем режиме составляет:
-в шахте реактора до 1000 - 2000 Па
-в плавильной камере до 200 Па
Проведение процесса при пониженном давлении используется для предотвращения попадания продуктов сгорания в окружающую среду.
При указанных выше параметрах работы плазменного реактора (2) получают пирогаз в количестве 467 м3/т перерабатываемых твердых отходов или 1167,5 м3/ч пирогаза. Этот пирогаз имеет состав (% объемн.):
-водород 34,13
-оксид углерода 12,21
-азот 15,11
-диоксид углерода 10,44
-метан 12,78
-углеводороды 4,82
-сероводород 0,15
-хлороводород 2,56
-вода 6,73 -оксиды азота 1 ,07
В ходе процессов, протекающих в плазменном реакторе, неорганическая часть отходов образует шлак и в количестве 426 кг/ч по линии (4) выводится из плазменного реактора.
После прохождения теплообменника (5), выделения из пирогаза твердых частиц в гидроциклоне (6) и кислых и смолообразных компонентов в скруббере- нейтрализаторе и скруббере-смолоотделителе (7) пирогаз отводят из теплообменника (5) с температурой 3350C в количестве 1027, 4 м3/ч (суммарная доля твердых, кислых и смолообразных компонентов в первичном пирогазе составляет около 12 % ). Очищенный от твердых частиц, пыли, кислых и смолообразных компонентов пирогаз имеет состав (% объемн.):
-водород 35,02
-оксид углерода 12,83
-азот 16,83
-диоксид углерода 8,44
-метан 12,86
-углеводороды 4,93
-сероводород следы
-хлороводород следι
-вода 7,86
-оксиды азота 1 ,23
Очищенный пирогаз направляют в турбодетандер (37) для выработки электроэнергии. После чего охлажденный пирогаз в количестве 1027,4 м3/ч потоком (21) направляют на стадию очистки от углекислого газа (22).
Стадию очистки от диоксида углерода проводят с использованием в качестве поглотителя водного раствора щелочи
CO2 + NaOH = NaHCO3
с последующим выделением диоксида углерода из кислой соли
NaHCO3 + HCI = NaCI + H2O + CO2
Полученный и осушенный диоксид углерода направляют на стадию углекислотного риформинга (24), а водный раствор NaCI используют для получения NaOH известными методами. После выделения диоксида углерода из очищенного пирогаза получают газовый поток (27) в количестве 961 ,6 м3/ч, который имеет состав (% объемн.):
-водород 40,23
-оксид углерода 14,74
-азот 19,33
-диоксид углерода 0,62
-метан 14,77
-углеводороды 5,66
-вода 3,23
-оксиды азота 1 ,42
Из 1027,4 м3/ч пирогаза с эффективностью 93,6% выделяют около 65,8 м3/ч (129,3 кг/ч) углекислого газа, который направляют на стадию углекислотного риформинга (24):
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 + 260 кflж/моль
Туда же, с избытком (1 ,15) в количестве 75,67 м3/ч по линии (32) подают метан, выделенный на стадии разделения углеводородов (33). Углекислотный риформинг проводят в каталитическом реакторе колонного типа с неподвижным слоем катализатора СuО/цеолит при температуре 28O0C. В результате реакции с выходом около 63% получают смесь оксида углерода и водорода. Газовые продукты углекислотного риформинга (поток 26) получают в количестве 282,94 м3/ч. Они имеют состав (% объемн.):
-диоксид углерода 11 ,1
-оксид углерода 37,4
-метан 12,6
-водород 38,9
Синтез Фишера-Тропша (29) проводят в каталитическом реакторе колонного типа в присутствии кобальтового цеолитного катализатора
(неподвижный слой) при температуре 26O0C и давлении 15 атм. Сырьем для этой стадии процесса являются два газовых потока 26 и 27 , количество которых и состав приведен в Таблице 4 ( Фиг.9). Образующийся в процессе Фишера-Тропша метан выделяют и направляют на стадию углекислотного риформинга (24).
При данных условиях выход углеводородов в процессе Фишера-Тропша составил 514 г/м3 синтез газа. При количестве синтез газа 745,2 м3/ч выход углеводородов составляет около 383 кг/ч, из которых 70% приходится на фракцию C5 - Сю, 29% - на фракцию Сц - C18, 1 % - на фракцию Ci8+. Из полученного углеводородного сырья обычными методами выделяют керосиновую и дизельную фракции.
Основные материальные потоки в соответствии с примером 3 приведены на Фиг.10.
Результатом использования предложенных способов является то, что средний выход углеводородов составляет около 200 г из 1 нм3 смеси СО + 2H2. При этой норме и при среднем удельном объеме пирогаза около 300 м3/т твердых отходов, завод мощностью по переработке твердых отходов 200 000 т/год сможет произвести из пирогаза 12 тыс. т/год дизтоплива, суммарная стоимость которого при цене 10 руб/кг составит около 120 млн. рублей.
Таблица 1.
Состав пирогаза
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4
Claims
1. Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твердых отходов, по которому с помощью одного или нескольких плазмотронов осуществляют плазменный пиролиз отходов с получением шлака и пирогаза, очищают пирогаз от твердых частиц, смолы и газообразных примесей, затем, нагретый за счет тепла исходного потока пирогаза, очищенный пирогаз разделяют на два потока , первый поток очищенного пирогаза последовательно направляют в газотурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, затем в котел- утилизатор, вырабатывающий перегретый водяной пар, второй поток очищенного пирогаза последовательно направляют на стадию очистки от диоксида углерода и на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, затем разделяют углеводороды на метан, легкие углеводородные фракции, керосин и дизельное топливо, подают выделенный метан двумя отдельными потоками на стадию парового риформинга и на стадию углекислотного риформинга с получением на этих стадиях дополнительного количества синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который подают на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, причем перегретый водяной пар, получаемый в котле-утилизаторе, разделяют на два потока, один из которых направляют на стадию парового риформинга, а второй направляют в паротурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, после прохождения которой водяной пар конденсируют и направляют полученный конденсат в котел-утилизатор.
2. Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твердых отходов, по которому с помощью одного или нескольких плазмотронов осуществляют плазменный пиролиз отходов с получением шлака и пирогаза, очищают пирогаз от твердых частиц, смолы и газообразных примесей, затем, нагретый за счет тепла исходного потока пирогаза, очищенный пирогаз направляют в котел-утилизатор, пирогаз из которого очищают от углекислого газа, подают на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, затем разделяют углеводороды на метан, легкие углеводородные фракции, керосин и дизельное топливо, подают выделенный метан двумя отдельными потоками на стадию парового риформинrа и на стадию уrлекислотного риформинга, получают на этих стадиях дополнительное количества синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который подают на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша, причем перегретый водяной пар, получаемый в котле-утилизаторе, разделяют на два потока, один из которых направляют на стадию парового риформинга, а второй направляют в паротурбинную установку, оснащенную электрогенератором и вырабатывающую электроэнергию, после прохождения которой водяной пар конденсируют и направляют полученный конденсат в котел-утилизатор, а углекислый газ полученный при очистке пирогаза направляют на стадию уrлекислотного риформинга.
3. Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твердых отходов, по которому с помощью одного или нескольких плазмотронов осуществляют плазменный пиролиз отходов с получением шлака и пирогаза, очищают пирогаз от твердых частиц, смолы и газообразных примесей, затем, нагретый за счет тепла исходного потока пирогаза, очищенный от твердых частиц, смолы и газообразных примесей пирогаз нагревается за счет тепла исходного потока пирогаза и направляют в турбодетандер, вырабатывающий электроэнергию, после прохождения которого пирогаз направляют на стадию очистки от диоксида углерода, который в свою очередь подают на стадию уrлекислотного риформинга, и на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша , разделяют углеводороды на метан, легкие углеводородные фракции, керосин и дизельное топливо, подают выделенный метан на стадию уrлекислотного риформинга, где получают дополнительное количества синтез-газа и подают его на стадию получения углеводородов с использованием процесса Фишера-Тропша.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105472 | 2009-02-18 | ||
| RU2009105472/03A RU2406032C2 (ru) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Плазмохимический реактор для переработки твердых отходов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010128886A2 true WO2010128886A2 (ru) | 2010-11-11 |
| WO2010128886A3 WO2010128886A3 (ru) | 2010-12-29 |
Family
ID=42798324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2010/000074 WO2010128886A2 (ru) | 2009-02-18 | 2010-02-17 | Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2406032C2 (ru) |
| WO (1) | WO2010128886A2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109266365A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-25 | 任慷平 | 成分分离式炭素化系统 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012112064A1 (ru) | 2011-02-18 | 2012-08-23 | Крено Инвест Са | Способ переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме и установка для его осуществления |
| KR101736838B1 (ko) * | 2017-04-20 | 2017-05-29 | 채재우 | 물과 연소공기의 열분해를 이용한 하이브리드형 연소장치 |
| RU2731637C1 (ru) * | 2020-03-20 | 2020-09-07 | Игорь Викторович Веженков | Способ и установка для газификации углеродосодержащего сырья |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1552893A1 (ru) * | 1988-06-01 | 1994-01-15 | Магнитогорский горно-металлургический институт им.Г.И.Носова | Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов |
| US7491861B2 (en) * | 2002-07-31 | 2009-02-17 | Studsvik, Inc. | In-drum pyrolysis |
| JP2003243019A (ja) * | 2002-02-18 | 2003-08-29 | Mitsubishi Materials Corp | 廃棄物発電システム |
| RU44165U1 (ru) * | 2004-03-19 | 2005-02-27 | Гнеденко Валерий Герасимович | Печь плазмохимического реактора |
| DE102004020919B4 (de) * | 2004-04-28 | 2009-12-31 | Kbi International Ltd. | Reaktor zur thermischen Abfallbehandlung mit Eindüsungsmitteln |
| RU2333238C2 (ru) * | 2006-06-22 | 2008-09-10 | Закрытое Акционерное Общество "Сибирская Технологическая Компания "Цеосит" | Способ переработки органических отходов (варианты) |
| RU70962U1 (ru) * | 2007-10-22 | 2008-02-20 | Валерий Герасимович Гнеденко | Установка для переработки твердых бытовых отходов |
| RU75095U1 (ru) * | 2008-03-12 | 2008-07-20 | Валерий Герасимович Гнеденко | Реактор для термической переработки отходов |
-
2009
- 2009-02-18 RU RU2009105472/03A patent/RU2406032C2/ru active IP Right Revival
-
2010
- 2010-02-17 WO PCT/RU2010/000074 patent/WO2010128886A2/ru active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109266365A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-25 | 任慷平 | 成分分离式炭素化系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009105472A (ru) | 2010-08-27 |
| WO2010128886A3 (ru) | 2010-12-29 |
| RU2406032C2 (ru) | 2010-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10087121B2 (en) | Production of hydrocarbon liquids | |
| EP3268308B1 (en) | Method and system for the manufacture of methane, heat and electricity by hydrogasification of biomass | |
| CN106536681B (zh) | 采用先进工艺方案以及相关方法的基于气化的高能效多联产装置 | |
| KR101599374B1 (ko) | 이산화탄소의 일산화탄소로의 전환을 위한 방법 및 시스템 | |
| US8541637B2 (en) | Process and system for thermochemical conversion of biomass | |
| US8038746B2 (en) | Reduced-emission gasification and oxidation of hydrocarbon materials for liquid fuel production | |
| US10077407B2 (en) | Method and system for recycling carbon dioxide from biomass gasification | |
| US20120232173A1 (en) | High Energy Power Plant Fuel, and CO or CO2 Sequestering Process | |
| US20080098654A1 (en) | Synthetic fuel production methods and apparatuses | |
| WO2017002096A1 (en) | Method and system for the manufacture of bio-methane and eco-methane | |
| JP2018532032A (ja) | 再生可能な有機原料に由来する高い生物起源含量を有する燃料及び燃料添加剤 | |
| CZ285404B6 (cs) | Způsob částečné oxidace uhlovodíkového paliva, spojený s výrobou elektrické energie | |
| JP2009526744A (ja) | 燃料処理のための電気的反応技術 | |
| EP1127038A1 (en) | Process for converting hydrogen into substitute natural gas | |
| WO2010128886A2 (ru) | Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты) | |
| US11952277B2 (en) | Conversion of solid waste into syngas and hydrogen | |
| CN103842476A (zh) | 碳质材料的气化 | |
| US20240342697A1 (en) | Process and apparatus for regenerating catalyst from a methanol to olefins process | |
| EP4509582A1 (en) | Method and system for material valorization of waste for the co-production of hydrogen and hydrocarbons or alcohols | |
| CN210683700U (zh) | 一种火电厂热解制氢系统 | |
| RU2473663C2 (ru) | Способ комплексной переработки газообразного углеродсодержащего сырья (варианты) | |
| TW202437580A (zh) | 利用來自電解製程之高氧空氣燃燒廢氣 | |
| WO2010134831A1 (ru) | Технологический комплекс плазменной безотходной переработки твёрдых бытовых отходов с полной утилизацией вторичных продуктов переработки | |
| WO2025073661A1 (en) | Process for preparing methanol from pyrolytic hydrogen | |
| WO2024020144A1 (en) | A process for regenerating catalyst from a fluidized catalytic process at high pressure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10772310 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10772310 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |