CS235097B2

CS235097B2 - Method of carbon materials gasification and equipment for its application

Info

Publication number: CS235097B2
Application number: CS827485A
Authority: CS
Inventors: Borje Johansson; Sven Santen
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1985-04-16
Also published as: PL239081A1; GB2116201A; ES516495A0; SE8201263L; FR2522333A1; NO823341L; PH18531A; FI823440A0; IT8223851A0; FR2522333B1; NL8203909A; NO158066C; BE894675A; DE3233774A1; ATA364182A; DD208986A5; AT389887B; BR8206416A; PL135926B1; IN156382B

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro zplynování uhlíkatých materiálů na směs plynů obsahující zejména kysličník uhelnatý CO a vodík H2, u kterého se uhlíkatý materiál v kusové formě naplní shora přes uzavírací ústrojí do reaktoru, s výhodou do šachtové pece, do předem stanovené plnicí roviny, a u kterého se tepelná energie a 0kysličovadlo přivádějí nad zplynování, vyznačený tím, že vytvořený plyn se odebírá ze šachty v rovině pod horním povrchem uhlíkatého materiálu a že okysličovadlo a/ /nebo tepelná energie se přivádějí jak nad povrch uhlíkatého materiálu, tak i ve spodní rovině šachty pod rovinou výstupu plynu.

o

Vynález se týká způsobu zplynování uhlíkatých materiálů na směs plynů obsahujících zejména kysličník uhelnatý CO a vodík H2, která má s výhodou celkový obsah CO2 а H2 menší než 12 %, jakož i zařízení к provádění tohoto způsobu.

Je již známé zplynovat uhlík v šachtových pecích a retortách a rovněž je známé provádět částečné zplynování ve spojení s koksováním. Hlavní nevýhody těchto známých způsobů spočívají v tom, že je nemožné regulovat poměr mezi СО а H2 ve vyráběném plynu, avšak co je ještě horší, že takto získaný plyn má velké množství nežádoucích substancí, jako je uhlovodík, alkoholy, fenoly a dehet. Posledně uvedený se vytváří zejména proto, že zplynování se provádí při nízkých teplotách, to je při teplotách nižších než 1000 °C a za redukčních podmínek.

Pro odstranění těchto nevýhod byly vyvinuty jiné způsoby, u kterých se zplynování provádí za vysokých teplot a v okysličujícím prostředí, jako například způsob Kopper-Totzekův. Nicméně nevýhoda tohoto způsobu spočívá v tom, že v důsledku termodynamické rovnováhy se vytváří poměrně vysoký obsah H2O, což znamená, že pokud se má takto vyrobený plyn použít, například pro redukci čistého železa, je třeba plyn nejprve ochladit, vyprat a potom znovu ohřát. Mimoto tento způsob neposkytuje nijaké velké naděje na možnost ovlivnit poměr mezi CO а H2 v průběhu zplynování.

Nyní se překvapivě ukázalo, že je možné odstranit nedostatky a nesnáze spojené s dosud známými způsoby prostředky způsobu zplynování uhlíkatých materiálů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vytvořený plyn se odebírá ze šachty v rovině pod horním povrchem uhlíkatého materiálu a že okysličovadlo a/nebo tepelná energie se přivádějí jak nad povrch uhlíkatého materiálu, tak i ve spodní rovině šachty pod rovinou výstupu plynu.

Podle výhodného vytvoření vynálezu se zplynování uskutečňuje v oxidačním prostředí a je možné ovládat poměr CO/H2, a to dík přívodu tepelné energie prostřednictvím plasmového generátoru, což dovoluje měnit poměr mezi H2O, CO2, а O2 v oxidačním plynu v širokých mezích.

Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že prstencový buben, opatřený plynovým výstupem pro vyráběný plyn, je uspořádán v· rovině nižší, než je předem určená rovina pro plnění pevného materiálu, přičemž plasmové generátory pro přívod tepelné energie a/nebo okysličovadla jsou uspořádány pod výstupem plynu a nad horním povrchem pevného materiálu.

Další znaky vynálezu jsou patrny z definice předmětu vynálezu.

Při ověřování předmětu vynálezu byly provedeny srovnávací testy, ve kterých byl způsob podle vynálezu, u kterého se okysličovadlo a tepelná energie přivádějí jak nad povrch uhlíkatého materiálu, tak i ve spodní rovině šachty, srovnáván se způsobem, u kterého se okysličovadlo a tepelná energie přivádějí pouze v uvedené spodní rovině šachty.

V obou případech byl v plasmovém generátoru používán kychtový plyn z šachtové pece v tomto složení:

CO 40 %

CO2 35 %

H2 20 % a

H2O 4 %

Jako okysličovadlo byla používána směs páry a kyslíku, ve které obsah kyslíku činil zhruba 80 % požadovaného množství kyslíku.

Oba způsoby byly řízeny tak, aby teplota vystupujícího plynu činila zhruba 1200 °C.

Při přívodu okysličovadla a tepelné energie toliko do uvedené spodní úrovně šachty vznikal plyn v tomto složení:

CO 64 %

H2 25 %

CH4 10 %

N2 0,5 %

Při přívodu tepelné energie a okysličovadla do uvedené spodní úrovně a nad povrch uhlíkatého materiálu vznikal plyn v tomto složení:

CO 67,5 %

H2 32 %

CH4 <0,1 %

N2 0,5 %

Hlavní výhoda spočívala v tom, že obsah uhlovodíku, vyjádřený jako CH4, byl prakticky při použití způsobu podle vynálezu vyloučen.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení se dvěma provedeními zařízení, znázorněnými na připojených výkresech.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu a obr. 2 znázorňuje alternativní vytvoření zařízení podle obr. 1, a to zejména spodní části reaktoru.

Zařízení znázorněné na obr. 1 a jeho alternativní provedení znázorněné na obr. 2 má šachtovou pec 1, opatřenou vespod dmyšnými trubicemi 2 a plasmovými generátory 3, s výhodou umístěnými souměrně kolem osy šachtové pece 1. Tyto dmyšné trubice 2 jsou určeny pro přívod oxidačních činidel, jako kyslíku, H2O nebo CO2 a případně i práškového uhlíkatého materiálu. Výše položená rovina šachtové pece 1 je opatřena prstencovým bubnem 4 s plynovým výstupem 5 pro odvádění plynu vyrobeného v peci. Ve vrcholu je šachtová pec 1 opatřena plynotěsným uzavíracím ústrojím 6 pro přívod uhlíkatého materiálu v kusové formě a také

3 5 0'97 otvory pro připojení plasmového generátoru 7 a přívodních trubek 8, 9 pro okysličovadlo. Přívodní potrubí 11, 12 pro přívod, případně potřebného zvláštního okysličovadla otevírají do šachtové pece 1 v rovině mezi horním povrchem 10 pevného materiálu v šachtové peci 1 a prstencovým bubnem

4. Pro umožnění procesu, při kterém vzniká buď kapalná, tedy tekutá struktura, nebo pevný popel, je dnová část šachtové pece 1 opatřena buď prostředkem pro vypouštění strusky, tedy například odpichovým kanálem 13 (obr. 1), nebo rotační vyprazdňovací deskou 14 (obr. 2).

V dalším je popsána činnost zařízení znázorněného na výkresech. Pro provedení požadovaného zplynování uhlíkatého materiálu se přivede tento materiál v kusové formě, pokud možno vždy s prostředkem, který váže síru, jako je například dolomit, přes uzavírací ústrojí 6 do šachtové pece 1 až do předem stanovené roviny, to je úrovně nebo výšky. Tepelná energie se přivádí prostřednictvím jednoho nebo několika plasmových generátorů 3, 7, a to ve stejném čase, ve kterém se přivádí okysličovadlo, jako například 02, CO2 nebo H2O prostřednictvím dmyšných trubic 2, případně přívodních trubek 8, 9. Uhlíkatý materiál v kusové formě, který může být tvořen uhlím, koksem, lignitem, dřevem, dřevěným uhlím, rašelinou a podobně, je tak zpracováván při vysoké teplotě a v oxidačním prostředí nebo podmínkách, přičemž prchavé složky jsou zachycovány a reagují s okysličovadly, zejména s CO a H2, zatímco netěkavá část se praží a vytváří produkt podobný koksu v kusové formě. Důležité je volit správný přebytek okysličovadla, aby se zabránilo vytváření sazí. Okysličovadlo, které nevstoupilo do reakce s těkavými složkami uhlíkatého materiálu, bude reagovat ve spodku šachtové pece 1 s vyrobeným koksem, přičemž bude vytvářet přídavný CO a možná H2O.

Produkty vytvořené v ' horní části šachtové pece 1 nad rovinou prstencového bubnu 4 jsou produkty podobné koksu, , které pokračují dolů šachtovou pecí 1, a plynné produkty, obsah^ící zejména CO a H2, které opouštějí šachtovou pec 1 přes prstencový buben 4. Teplota na povrchu zrnitého ma teriálu v šachtové peci 1 činí zhruba 2000 stupňů Celsia, zatímco plyn opouštějící šachtovou pec 1 cestou prstencového bubnu 4 má maximální teplotu 1500 °C. Je tedy možné přivádět potřebnou tepelnou energii místo použitím plasmových generátorů také dílčím nebo částečným spalováním uhlíkatého materiálu s kyslíkem. Kolem spodní části šachtové pece 1 je umístěn ' určitý počet dmyšných trubic 2, které jsou opatřeny vlastními plasmovými generátory nebo přívodními prostředky pro kyslík, stejně tak, jako přívodními prostředky pro okysličovaddlo a případně i práškový uhlíkatý materiál. V této rovině se úplně zplynuje jak koksu podobný materiál propadající dolů šachtovou pecí 1 tak i do šachtové pece 1 vefukovaný práškový uhlíkatý materiál. Část CO2 a H2O unikající z oblasti reakce ještě před dmyšnou trubicí 2 reaguje o něco výše v šachtové peci 1 s kusovým materiálem při jeho pohybu dolů a vytváří zejména CO a Hz, které opouštějí šachtovou pec 1 skrz prstencový buben 4.

V této rovině může být vhodné přivádět dmyšnovými trubicemi 2 struskotvorné látky a regulovat tak viskozitu a teplotu bodu tání strusky a/nebo absorbenty síry obsahující Ca a/nebo Mg, jako je dolomitový prášek. Je tedy možné nahradit přívod tepla do této roviny prostřednictvím plasmových hořáků částečným spalováním uhlíkatého; materiálu prostřednictvím kyslíku.

Pokud se požaduje tekutá struska, je třeba udržovat teplotu v reakční oblasti před dmyšnými trubicemi 2 ve spodní části šachtové pece 1 nad 1600 °C. Pokud se provozuje zařízení s pevným popelem, musí se tato teplota udržovat pod 1400 °C.

Popsaný způsob zplynování uhlíkatého materiálu poskytuje žádané možnosti regulace poměru H2/CO ve vyráběném plynu, a to zčásti možností regulace poměru CO/H2O v okysličovadle a zčásti změnou poměru tepla přiváděného do dílčího spalování a prostřednictvím plasmového generátoru.

Je samozřejmé, že vynález se neomezuje na provedení znázorněné na výkresech a popsané výše, avšak může být obměňován celou řadou způsobů v rámci dále uvedené definice předmětu vynálezu.

Claims

pRedmEt

1. Způsob zplynování uhlíkatých materiálů na směs plynů obsahující zejména kysličník uhelnatý CO a vodík H2, u kterého se uhlíkatý materiál v kusové formě naplní shora přes uzavírací ústrojí do reaktoru, s výhodou do šachtové pece, do předem stanovené plnicí roviny, a u kterého se tepelná energie a okysličovadlo přivádějí nad zplynování, vyznačený tím, že vytvořený plyn se odebírá ze šachty v rovině pod horním povrchem uhlíkatého materiálu a že 0- vynalezu kysličovadlo a/nebo tepelná energie se přivádějí jak nad povrch uhlíkatého materiálu, tak i ve spodní rovině šachty pod rovinou výstupu plynu.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že jako okysličovadlo se používá H2Ó, CO2 a/nebo plyn obsahuuící kyslík.
3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že tepelná energie se přivádí plynem, procházejícím plasmovým generátorem.
4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že tepelná energie se přivádí částečným spalováním uhlíkatého materiálu.
5. Způsob podle jednoho nebo několika z bodů 1 až 4, vyznačený tím, že okysličovadlo se přivádí na horní povrch uhlíkatého materiálu v množství odpovídajícím alespoň dílčí oxidaci těkavých složek uhlíkatého materiálu.
6. Způsob podle jednoho nebo několika z bodů 1 až 5, vyznačený tím, že do uvedené spodní roviny v šachtě se společně s okysličovadlem a tepelnou energií vhání práškový uhlíkatý materiál.
7. Způsob podle jednoho nebo několika z bodů 1 až 6, vyznačený tím, že s uhlíkatým materiálem v kusové formě se přidává v kusové formě materiál obsahující Ca a/ /nebo Mg pro vázání síry.
8. Způsob podle jednoho nebo několika z bodů 6 a 7, vyznačený tím, že s práškovým uhlíkatým materiálem se přidává práškový materiál obsahující Ca . a/nebo Mg pro. vázání síry.
9. Způsob podle bodu 8, vyznačený tím, že do uhlíkatého materiálu se přidává struskotvorná látka.
10. Způsob podle bodu 9, vyznačený tím, že tekutá struska se po odpíchnutí granuluje a rychle ochladí vodou.
11. Způsob podle bodů 1 až 10, vyznačený tím, že uhlíkatý materiál obsahuje zcela nebo zčásti uhlí, koks, lisovaný koks, dřevo, dřevěné uhlí, lignit nebo rašelinu.
12. Zařízení pro zplynování uhlíkatého materiálu na směs plynů obsahující zejména CO a H2 pro provádění způsobu podle bodu 1, které je tvořeno jednak reaktorem ve tvaru šachtové pece, která je opatřena horním uzavíracím ústrojím pro přívod uhlíkatého materiálu v kusové formě plynotěsným způsobem do předem určené roviny v šachtové peci a jednak prostředky pro odpichování strusky, uspořádanými ve spodku šachtové pece, vyznačené tím, že prstencový buben (4), opatřený plynovým výstupem (5) pro vyráběný plyn, je uspořádán v rovině nižší, než je předem určená rovina pro plnění pevného materiálu, přičemž plasmové generátory (3, 7) pro přívod tepelné energie a/nebo okysličovadla jsou uspořádány pod výstupem plynu (5) a nad horním povrchem (10) pevného materiálu.