CS198230B2

CS198230B2 - Method of producing gas having high heating value from raw gas

Info

Publication number: CS198230B2
Application number: CS771620A
Authority: CS
Inventors: Herbert Bierbach; Rudolf Kohlen; Carl Hafke
Original assignee: Metallgesellschaft Ag
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1980-05-30
Also published as: ZA771187B; SU764616A3; DE2623489C2; PL198402A1; DD132979A5; GB1517140A; DE2623489A1; PL101782B1

Description

Vynález se týká způsobu - výroby výhřevného plynu ze surového plynu o teplotě 250 až 800 °C, obsahujícího tuhé látky, který byl získán zplynováním tuhých látek, zejména uhlí, ve zplynovacím reaktoru při tlaku 5 až 150 barů s podní párou - a plyny obsahujícími . volný - kyslík jako zplynovací látku.

Tlakové zplynování tuhých paliv, - zejména černého a hnědého uhlí nebo rašeliny, je již dlouho známé. Obzvláště jsou ' . známé podrobnosti způsobu tlakového zplynování a příslušných '. zplynovacích - - reaktorů . či tlakových plynových generátorů.

Podle známých způsobů se tlakové zplynování tuhých paliv uskutečňuje s kyslíkem a - vodními parami jako zplyňovacími látkaini v nepohyblivém loži. Jako zplyňovací látku lze .navíc - použít také - kysličník uhličitý. Surový plyn - mívá při zplynování teplotu v rozsahu 350 až 800 °C, přičemž jeho nejdůležitějšími plynnými podíly jsou vodík, kysličník uhelnatý a metan.

Je též možné - zplynovat - tuhá paliva . sevzduchem nebo s kyslíkem obohaceným vzduchem ve směsi s vodní párou, přičemž se získávají takzvané slabé plyny, - které mají malou výhřevnost 1200 až 2000 kcal/Nm3, vztaženo na suchý plyn. Tyto plyny jsou vhodné zejména k vytápění a - také - v elekt· 2 . ...... , rárnách, například - v kombinaci - turbin - plynových - a parních.

Plyny získávané zplynováním tuhých paliv obsahují podle - Složení zplyňovacích - látek ještě dusík, vodní páru a také - značné množství uhlovodíků různých druhů - a stavu varu, kromě toho ještě čpavek a - též sloučeniny síry. - V surovém plynu - se rovněž vyskytují prachové až jemnozrnné, - současné strhávané tuhé částečky paliva a/nebo popela. Obsah prachových nebo jemnozrnných tuhých látek - v surovém plynu závisí ve· - velké míře na - zatížení - zplynovacího reaktoru, na chování paliva během· - - zplynování - a na jemnozrnném podílu - v - palivu, které má být spalováno. - Vývoj k vyšším výkonům plynových generátorů vedl také k vyššímu výhozu - jemnozrnných - tuhých látek se surovým plynem. Obsah - prachu v surovém plynu nezřídka přesahuje hodnoty - 10 g/Nm⁵-, . takže, použití tohoto plynu - například v pracovních strojích nebylo možné bez důkladného odstranění prachu.

Vynález má za úkol připravovat ze surového plynu - při tlakovém zplynování tuhých paliv - výhřevný plyn s minimálním obsahem prachu.

Podstata způsobu výroby výhřevného plynu s malým obsahem prachu spočívá podle vynálezu v tom( - že horký surový plyn se v hrubém čisticím stupni zčásti zbavuje tuhých . látek a v následujícím rychlopromývacím stupni . se uvádí do styku s prací kapalinou sestávající z uhlovodíku a nejvýše 5 hmot. % vody o teplotě 200 až '300 ®C . v množství 0,5 až 6 litrů na Nm³ surového plynu, přičemž uhlovodíky prací kapaliny mají nejméně . v 70 ' %. podílu teplotu varu nad 350 °C, a výhřevný - plyn se odtahuje s obsahem prachu nejvýše 10 mg na Nm3. V rychlopromývacím stupni .je plyn - promýván prakticky - již pouze uhlovodíky, které se pí: tom zčásti odpaří do plynu. Tímto způsobem se zvýší ' výhřevnost ' plynu, který má být . promýván do bezprašného. .. stavu.

Překvapujícím způsobem se podaří použitím uhlovodíků jako promývacího prostředku 'také snížit zbylý obsah tuhých látek v promývacím plynu na hodnoty požadované při' provozu strojů, aniž by se používalo významnějšího - - množství vody. Kdyby se v rychlopromývacím stupni použilo vody jako pracího prostředku, - pak by do vypraného plynu přecházelo příliš mnoho- vodní páry, což by velmi podstatně snížilo jeho výhřevnost.

Pro způsob podle vynálezu je účelné, - aby prací kapalina pro rychlopromývací - stupeň obsahovala nejvýše 2 hmot. % vody. S výhodou mají uhlovodíky prací ' kapaliny zejména nejméně v 85 '% podílu teplotu varu nad 350 °C.

Pro rychlopromývací stupeň .' se používá nejméně jedné pračky Venturiho nebo pračky -s radiálním prouděním. Zejména pračka , s radiálním prouděním zajišťuje ' nízký obsah ' prachu ve vypraném plynu. V hrubém čisticím -stupni, který je předřazen před rychlopromývacím stupněm, se surový plyn vede - výhodou nejméně, skrze ' jeden cyklón a' přitom - se za sucha -zbavuje hlavního podílu hrubozrnných tuhých - látek.

Výhřevný plyn s malým ' obsahem prachu je - používán 'v elektrárnách pro - pohon ' turbin plynových a/nebo parních.

Způsob podle ' vynálezu je podrobněji vysvětlen na . příkladném. ' provedení naznačeném na připojeném - schématu.

Ve známém zplynovacím reaktoru 1 sezplyňuje zrnité, pevné palivo přiváděné potrubím 2 pod tlakem - 5 . až. 150 - barů v nepohyblivém . loži. Zplynování- se uskutečňuje, za přivádění kyslíku a vadní páry potrubím 3, přičemž kyslík může být zcela ' nebo zčásti nahrazen vzduchem. Popel se odvádí ze zplynovacílio reaktoru 1 potrubím 4.

Surový plyn získaný kontinuálním zplynováním se odvádí- ze - zpiynovacího reaktoru 1 s teplotou v - rozsahu 350 až 80Q^OC a proudí potrubím 5 do odpařovacího cyklónu

6. Při tom odloučené tuhé ' látky se shromažďují v potrubí 7a. je-li podíl paliva v tuhých látkách v potrubí - 7a přiměřeně velký, lze jej odvádět - zpět blíže nenaznačeným způsobem do - zplynovacího reaktoru 1.

Z odprašovacího cyklónu 6 proudí surový plyn potrubím 7 k rychlopromývacímu stup- ni, který je ve schématu naznačen pračkou 8 s radiálním- prouděním. jsou-li teploty plynu při výstupu z odprašovacího cyklónu - 6 vyšší - než 350 °C, je výhodné plyn před vstupem do rychlopromývacího stupně ochlazovat, - což se nej jednodušším způsobem provádí vstřikováním vody v chladiči - 9 opatřeném přiváděcím vodním potrubím 10 a odváděcím potrubím 11. Ochlazováním se zabrání krakování podílů prací kapaliny -při setkání s horkým předčlštěným plynem v pračce 8.

V pračce 8 s radiálním prouděním - je - plyn postřikován prací kapalinou -z rozdělovače 12, Obvykle - činí spotřeba - prací - kapaliny 0,5 až 6 - litrů na 1 Nm5. Prací kapalina se přivádí potrubím 13. V pračce 8 s radiálním prouděním se vyskytuje velká relativní rychlost mezi proudícím plynem a kapkami prací - kapaliny, což vede k poměrně velké pravděpodobnosti zkrápění pro částečky prachu.

jak bylo uvedeno, prací kapalinu téměř zcela tvoří uhlovodíky získané ze zplynování, -které jsou obsaženy v surovém plynu. Teplota prací kapaliny činí s výhodou 150 až 350 °C, nejčastěji- 200 až 300 °C. Dolní teplotní hranice se volí tak, aby byla vyšší než teplota syté páry - v - plynu obsažených vodních par a - zabránilo - - se jejich - kondenzaci.

V - pračce 8 prochází praný - plyn společně s prací kapalinou kruhovou mezerou 14 o proměnlivé - šířce a proudí - pak na vnější stranu a dolů podél zvonovitého - vodícího tělesa 15. Dráha proudění plynu v pračce 8 je - naznačena čárkovanými čarami 17, - 18.

Směs plynu a pracího prostředku je vedena z pračky 8 potrubím 20 ke - kotli 21 na -odpadní teplo, kde dochází k ochlazování nepřímou výměnou - tepla. Přitom- také ' kondenzují těžké uhlovodíky - obsažené - v plynu. Chlazení se seřizuje tak, aby v kotli 21 na odpadní teplo vodní pára nekondenzovala vůbec nebo pouze - nepatrně. Kalojem 21a kotle 21 na odpadní teplo- může být - ' vytvořen - jako - cyklónový odlučovák, aby se dosáhlo dobrého - oddělování vyčištěného plynu a kapaliny obohacené tuhými- látkami. ' Ochlazený plyn obahující uhlovodíky - s nižší teplotou varu je odváděn- z kotle - 21 na odpadní teplo odtahem 22 čistého plynu. Obsah tuhých látek - v či-stém- - plynu činí maximálně ještě 10 mg/N®3. Dříve, než se tento čistý plyn - použije jako vysoce výhřevný, může být účelné zachycovat kapičky uhlovodíků v nenaznačeném odlučováku.

Ochlazený - prací prostředek odtéká z kotle 21 na odpadní - teplo do odlučovače 23 dehtu, kde se různé uhlovodíky oddělují známým způsobem podle gravitačního principu. Společně s tuhými - látkami se těžká frakce uhlovodíků - shromažďuje - na dolním konci odlučovače - 23 dehtu a odtahujte se potrubím 24 pomocí čerpadla 25. je účelné odvádět frakci, která obsahuje velké množství tuhých látek, převážně těžké dehty, zpět do zplynovacího reaktoru 1 potrubím

26. Mísič - ' 27 v dolní části odlučovače 23

198 dehtu zajišťuje stejnoměrné rozdělení tuhých látek v tekuté fázi. '

Lehčí frakce uhlovodíků vyskytujících se v odlučovači dehtu 23, která obsahuje pouze malý podíl tuhých látek, je odváděna potrubím 13 pomocí čerpadla 28 zpět do pračky 8.

V kotli 21 - na odpadní teplo se nepřímou výměnou tepla tvoří vodní pára pro zplynování v reaktoru 1 a pro tento účel se přivádí voda potrubím 30. Vzniklá vodní pára se převádí potrubím 31 do ' potrubí 3 . pro zplyňovací látky. Plyn obsahující kyslík a popřípadě přídavná vodní pára se přivádí potrubím 32.

Příklad

Ve schematicky naznačeném . zařízení se v tlakovém zplynovacím reaktoru 1 známé konstrukce (tlakovém zplynovacím generátoru LURGI) vyrábí asi 48 000 Nm3/h suchého- surového plynu při tlaku 20 barů. Pro výrobu tohoto plynu se do reaktoru 1 za hodinu přivádí 17 000 kg zrnitého černého uhlí a jako zplyňovací látka asi 25 000 Nm³vzduchu s přídavkem vodní páry 0,35 kg/ /Nm⁵. Suchý plyn vycházející potrubíip 5 má toto složení:

COž + H₂S 14,4 obj. %

H2 22,7 obj. % .

N2 41,0 obj. %

CO 17,1 obj. %

CH4 4,2 obj. %

C_nHm 0,6 obj. θ/ο

Vztaženo . na suchý surový plyn, jsou ve vyrobeném plynu ještě obsaženy tyto podíly:

dehet a olej 40 g/Nm³ benzin z plynu 7 g/Nm³ vodní pára 0,14 kg/Nm³ prachovité tuhé látky 8 g/Nm³

Dolní výhřevnost surového plynu činí kolem 1690 kcal/Nm³. Teploty surového plynu

Claims

PŘEDMĚT

1. Způsob výroby výhřevného plynu ze surového plynu o teplotě 250 až 800 °C, obsahujícího tuhé látky, který byl získán zplynováním tuhých látek, zejména uhlí, ve zplynovacím reaktoru při tlaku 5 až 150 barů s vodní -párou - a plyny obsahujícími volný kyslík jako zplyňovací látku, vyznačený - tím, že horký surový plyn se v hrubém čisticím stupni zčásti zbavuje tuhých látek a v následujícím rychlopromývacím stupni se uvádí do styku s prací kapalinou sestávající z uhlovodíků a nejvýše 5 hmot, procent vody o teplotě 200 až 300 °C v množství 0,5 až 6 litrů Nm³ surového plynu, přičemž uhlovodíky prací kapaliny mají nejmé-

3 0 v potrubí 5 kolísají -mezi . 520 až 550 °C. Surový plyn proudí odprašovacím cyklónem 6 a - v - chladiči - 9 se tryskáním vodní páry ochlazuje na 350 °C. Obsah vodní páry v plynu se tím zvýší na 0,27 kg/Nm3 - suchého plynu. V pračce 8 s radiálním prouděním se - plyn podrobuje rychlopromývání - a přitom -se - postřikuje množstvím - asi 25 m³/h dehtové kapaliny vedené v oběhu. - Prací kapalina obsahuje kolem 85 % uhlovodíků s - bodem varu nad 350 °C.

Čistý plyn vystupující z pračky 8 obsahuje.' - - kromě nezměněných - plynových podílů ještě 0,27 kg/Nm³ vodní páry, 7 g/Nm³ benzinu z plynu a 47 g/Nm³ dehtu a oleje, vztaženo na suchý plyn. Dolní výhřevnost- vlhkého. plynu činí asi 1600 kcal/Nm³.

Plyn a prací kapalina se převádí z rychlopromývacího stupně do kotle 21 na odpadní teplo, v němž se část volného tepla přeměňuje nepřímou' výměnou tepla na 4200 kg/h vysokotlaké páry o tlaku 25 barů. Tuto' - páru lze s výhodou bez dodatečné komprese přímo přimísit jako zplyňovací páru do - - - zplyňovacího vzduchu - a zavádět ji do zplynovacího reaktoru L -Pro zplynování -je potřeba celkem 8750 kg/h vodní páry, z čehož-4000 kg/h pochází ze známého vodního chlazení pláště zplynovacího reaktoru 1, 4200 kg/h se získává v kotli 21 na odpadní teplo a zbytek asi 550 kg/h- se odebírá z cizího zdroje páry.

V kotli 21 na odpadní teplo se - čistý plyn ochlazuje na 225 °C. Ježto rosný bod vodní páry v čistém plynu činí 158°C, . je teplota plynu dostatečně vysoká, aby - nedocházelo ke - - kondenzaci vodní páry. Z kalojemu 21a kotle 21 na odpadní teplo vytéká prací kapalina, zahuštěná v důsledku odpaření snáze - vroucích podílů, do odlučovače 23 dehtu. Tam - dochází podle gravitačního principu k - oddělování těžké fáze obsahující velký podíl - tuhých látek a lehčí fáze s malým obsahem tuhých látek.

Kdyby plyn - na rozdíl od zmíněného - surového plynu byl vypírán vodou, získali bychom čistý plyn s- dolní výhřevností pouze 1120 kcal/Nm³.

YNALEZU ně' v 70 % podílu - teplotu varu nad - 350 °C, a - výhřevný plyn se - odtahuje s obsahem prachu - nejvýše 10 mg na Nm³.
2. - Způsob -podle bodu 1, vyznačený tím, že prací kapalina pro - rychlopromývací stupeh obsahuje nejvýše 2 hmot. i% vody.
3. Způsob podle bodů 1 - a 2, vyznačený tím, - že uhlovodíky prací - kapaliny mají - zejména nejméně v 85 % podílu teplotu varu nad - 350 °C.
4. - Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že hrubý Čisticí stupeň sestává nejméně z jednoho cyklónu.
5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, - že rychlopromývací stupeň sestává nej- méně z jedné pračky Venturlho nebo pračky s radiálním prouděním.
6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, že při výstupu surového plynu z hrubého čisticího stupně s teplotou nad 350 °C se surový plyn před zavedením do rychlopromývacího stupně chladí.
7. Způsob podle bodů 1 až 6, vyznačený tím, že plyn po výstupu z rychlopromývací ho stupně se chladí společně nejméně s částí prací kapaliny nepřímou výměnou tepla.
8. Způsob podle bodů 1 až 7, vyznačený tím, že lehčí fáze z odlučovače dehtu, s malým obsahem tuhých látek, se znovu používá jako prací kapalina v rychlopromývacím stupni. \