Базовая технология коксование биомассы в среде активированного восстанавливающего газа с целью получения широкой углеводородной фракции

Назначение

Технология предназначена для переработки различных типов сухой (с влажностью менее 20%) биомассы. Под биомассой понимаются такие субстанции, как: древесина, лигнин, торф, бурый уголь, отходы сельского хозяйства типа лузги, костры, обезвоженного помета и др.

Отличия

Предлагаемый процесс отличается от традиционного процесса коксования биомассы (сухой перегонки) тем, что процесс идет в активированной среде восстановителя, что приводит к образованию воды, углекислого газа и углеводородов, а не смол и подсмольных вод.

Преимущества

• Получаемый жидкий продукт – ШФУ с выходом 30-57%, пригоден для производства моторного топлива, в то время как продукты быстрого пиролиза, без их облагораживания, состоят преимущественно из оксигенатов и низкомолекулярных лигнинов, не пригодных для производства моторных топлив.
• Простота и надежность оборудования.
• Высокая энергоэффективность процесса и его экологичность.

Краткое описание процесса

Процесс коксования может быть реализован непрерывным или полупериодическим способом. Полупериодический способ реализуется согласно нижеприведенной принципиальной схеме.

Биомасса загружается в одну из камер блока коксования через загрузочное устройство с шибером Ш. После загрузки биомассы шибер Ш переводится в положение закрыто, а внизу камеры коксования, под распределительную решетку, подают восстановительный газ с температурой около 650-700^оС. Восстановительный газ состоит из смеси водорода, монооксида углерода и балластовых количеств азота. Синтез восстановительного газа осуществляют в газовом реакторе путем неполного сжигания углеводородных газов (процесс окислительной конверсии), которые являются одним из продуктов коксования. Окислительная конверсия идет с выделением тепла при температуре порядка 750-850^оС, избыток тепла отводится от газового реактора воздушным охлаждением либо иным теплоносителем в том случае, если предполагается его полезное использование. Восстановительный газ перед его подачей в камеру коксования может быть подвергнут активации в плазме барьерного разряда в устройстве активатора.

При активации в газе увеличивается количество свободных радикалов, что увеличивает его реакционоспособность и приводит к увеличению выхода жидких углеводородов на 1,5-5% в зависимости от вида биомассы, однако этап активации не обязателен и его необходимость в процессе должна определяться технико-экономической целесообразностью в том или ином случае. Расход электроэнергии 2,3 кВт в пересчете на одну тонну сырья. Нагретый восстановительный газ взаимодействует в камере коксования с биомассой и первичными смолистыми продуктами ее термического разложения. В результате такого взаимодействия и восстановления смолистых веществ происходит образование большого количества углеводородов С₁-С₁₂ и некоторого количества их кислородсодержащих производных.

Парогазовые продукты коксования из камеры коксования поступают в один из двух каталитических реакторов, в то время как второй реактор находится в режиме регенерации катализатора (регенерация катализатора состоит в выжигании кислородом воздуха кокса, образующегося на его поверхности в процессе работы реактора). В качестве катализатора используется цеолит со структурой ZSM-5. В каталитическом реакторе происходят процессы олигомеризации и дегидратации кислород содержащих соединений, алкилирование ароматических соединений. Парогазовые продукты крекинга после их облагораживания в каталитическом реакторе поступают на блок ректификационной колонны или блок дробных конденсаторов колонного типа, где происходит их разделение на углеводородные газы, бензиновую фракцию с октановым числом около 80-82 пунктов по моторному методу (87-89 по исследовательскому), дизельные фракции и кубового остатка (газойлевая фракция с температурой кипения более 350^оС).

Реакционная вода выводится вместе с бензиновой фракцией и отделяется от нее в сепараторе. Углеводородный газ частично выводится из процесса для внешнего потребления, частично используется для выработки восстановительного газа, для чего подается газодувкой в газовый реактор. В завершении процесса коксования осуществляется выгрузка кокса (углистого остатка) из камеры коксования путем открытия нижнего шибера Ш. Перед выгрузкой углистого остатка производят его захолаживание, путем подачи аэрозоли воды или пара (при его наличии на производстве) в камеру коксования. Время коксования загрузки 30-90 минут в зависимости от вида биомассы.

Непрерывный способ аналогичен полупериодическому с той разницей, что для коксования используется реактор непрерывного типа действия.

Преимущества непрерывного способа перед полупериодическим состоит в большей компактности оборудования и меньшей металлоемкости. Недостатками непрерывного способа являются повышенные требования к фракционности сырья, его влажности, более высокая степень сложности механизации реактора, следовательно, более высокая его стоимость изготовления и обслуживания. Выбор в пользу того или иного способа должен производится на основе ТЭО в каждом конкретном случае.

Решения по снижению серы в жидких продуктах коксования

При использовании серосодержащего сырья, часть серы переходит в жидкие продукты коксования. Для снижения ее концентрации, возможно применение модифицированных каталитических реакторов, содержащих дополнительные секции, заполненные хемосоадсорбционным материалом, способным удерживать большую часть серы (снижение серы на 1-3 порядка в зависимости от ее начальной концентрации). При необходимости доочистки топлива до более высоких требований, наиболее целесообразно применять технологию электрохимической гидроочистки готовых топливных фракций с возможностью достижения глубины обессеривания до 1мкг/кг (1ppm).