CZ200515A3 - Způsob a zařízení k zamezení kolísání surového plynu v reaktorech s pevným ložem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zamezení kolísání surového plynu v reaktorech s pevným ložem pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík a z pevných hořlavých materiálů obsahujících uhlík způsobem tlakového zplyňování v pevném loži se sníženým násypem pro zamezení kolísání tlaku, množství a kvality v kontinuálně odváděném surovém plynu, způsobenému tímto procesem. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Přesněji řečeno vynález se týká zplyňování nehomogenních směsí látek v reaktorech s pevným ložem, přičemž tyto nehomogenní směsi látek sestávají z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík a z pevných hořlavých materiálů obsahujících uhlík. Zavážení zplyňovacích zařízení s pevným ložem uvedenými materiály určenými ke zplyňování se provádí diskontinuálně. Zplyňování jako takové se provádí jako autotermický proces při tlacích vyšších než 2 MPa.

Dosavadní stav techniky

Při provozu tímto postupem dochází ke kolísání tlaku, množství a kvality v kontinuálně odváděném surovém plynu. Kolísání surového plynu je přitom s výhodou ovlivňováno různými kritérii, jako je teplota a tlak, za nichž tento proces probíhá, složení a zrnitost jednotlivých použitých látek, rychlost ohřevu, jakož i množství materiálu prošlého násypkami a frekvence zavážení. Kolísání jsou kromě fyzikálních procesů způsobena podíly surového plynu vznikajícími v důsledku tohoto procesu v různých časech, jako jsou vodní pára, plyn vznikající tepelným rozkladem, plyn z karbonizace a generátorový plyn vyrobený zplyňováním. Jednotlivé plyny mají podle své reakční kinetiky různé složení. Zvláštní význam má přitom reakce při pyrolýze, která vzniká přímo po průchodu materiálu násypkami při dosažené teplotě pyrolýzy především při použití odpadů a většinou za krátkou dobu překročí maximum. Špička plynu vznikajícího tepelným rozkladem značně posunuje průměrné složení surového plynu a množství surového plynu.

Surový plyn, který se tímto způsobem kvalitativně a kvantitativně neustále mění, je pro všechny další procesy (například chlazení plynu, čištění plynu, opětovné zhodnocování plynu), podmíněné příslušným zařízením, problematický.

Ze základů techniky zplyňování je známé, že pro zabránění vzniku takových kolísání surového plynu se prostor reaktoru neustále zcela plní pevnými materiály určenými ke zplyňování. (Rammler, V. Alberti, Technologie und Chemie der Braunkohlenverwertung, VEB deutscher Verlag fůr Grundstoffindustrie, 1962, str. 325.)

Vyprazdňování násypek uspořádaných přímo nad reaktorem se u moderních reaktorů provádí pomocí kuželových uzávěrů a v horní části reaktoru jsou uspořádány různé vestavby, jako násypné šachty nebo rozdělovači střechy. Tento princip, který pochází ze zplyňování uhlí, je použitelný pouze u nespékavých materiálů nebo u materiálů, které se nezměkčují. Použije-li se například spékavé uhlí nebo odpadní materiály s komponentami, které se změkčují, jako jsou termoplasty, je bezporuchový provoz zplyňování možný pouze způsobem se sníženým násypem (DE 195 09 570). Při tomto provozním režimu dojde zvýšením frekvence zavážení a snížením

9 · · · · · · · 90

9 99 9 · 9 9 9 ·

9 999 99 9

999 999 99 999 99 999 zaváženého množství ke kvazi kontinuálnímu zavážení. Toto řešení bylo vyzkoušeno i u zplyňovacích zařízení se struskovou lázní pro opětovné zhodnocení směsí odpadního uhlí. Nevýhodou tohoto řešení je, že tok materiálu je neustále přerušován, čímž jsou vyvolávány poruchy zavážení. Dalšími nevýhodami je to, že množství zaváženého materiálu za hodinu je technicko technologicky omezeno především při vysokých rychlostech přimíchávání odpadů s nízkou sypnou hmotností a neustále dochází ke značným kolísáním surového plynu.

Při praktickém provozu byly rovněž konány pokusy působit proti tomuto kolísání regulací množství zplyňovacích prostředků (páry, kyslíku). To je technicky velmi náročné a homogenizace surového plynu nastává v důsledku různého místního a časového vzniku generátorového plynu vyrobeného zplyňováním a plynu vyrobeného tepelným rozkladem teprve až v dále zařazených zařízeních, čímž je negativně ovlivňována kvalita.

Podstata vynálezu

Z nevýhod dosavadního stavu techniky vyplývá úkol dosáhnout, jako předpoklad pro rovnoměrnou výrobu surového plynu, kontinuálního a bezporuchového přidělování pevných nehomogenních směsí látek určených ke zplyňování, sestávajících z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík a z pevných hořlavých materiálů obsahujících uhlík, pod tlakem, které bude přizpůsobitelné výkonu reaktoru.

Uvedený úkol splňuje způsob zamezení kolísání surového plynu v reaktorech s pevným ložem pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík a z pevných hořlavých materiálů obsahujících uhlík způsobem tlakového zplyňování v pevném loži se sníženým násypem pro zamezení kolísání tlaku, množství a kvality v kontinuálně odváděném surovém plynu, způsobenému tímto procesem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že zavážení reaktoru s pevným ložem se provádí ze zásobní nádoby, v níž panuje tlak nižší než tlak v reaktoru, že v této zásobní nádobě se neustále udržuje násyp z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík ve směsi s pevnými hořlavými materiály obsahujícími uhlík, že násyp s nuceným vedením dosedá na vynášecí zařízení a při jeho klidovém stavu tvoří směrem nahoru přirozený materiálový uzávěr, že vynášecí zařízení se ochlazuje a provozuje se diskontinuálně nebo kontinuálně, že dále se ze zásobní nádoby směrem dolů usměrňuje nucené proudění s vhodným plynem s teplotami pod 50 °C, a že objem tohoto plynu činí alespoň trojnásobek množství objemu vynášeného pevného materiálu.

Řešení výše uvedeného úkolu se tedy uskutečňuje tím, že v nádobě, v níž panuje tlak nižší než je tlak v reaktoru, je k dispozici stálá zásoba materiálu určeného ke zplyňování, přičemž však je vyloučeno tepelné ovlivňování látek horkými plyny v reaktoru.

Nehomogenní materiál určený ke zplyňování spočívá na ochlazovaném vynášecím zařízení, které je provedeno tak, aby tento nehomogenní materiál určený ke zplyňování byl do volného prostoru reaktoru nacházejícího se pod vynášecím zařízením vynášen pouze po uvedení vynášecího zařízení do činnosti. Vynášecí štěrbina vynášecího zařízení je přitom ve směru vynášení větší než délka největší hrany komponenty tohoto materiálu. Zmíněný volný prostor, nacházející se pod ochlazovaným vynášecím zařízením, se zužuje ve směru vynášení k vynášecímu otvoru tlakové nádoby. Pod vynášecím otvorem je v horní části reaktoru s pevným ložem uspořádán rozdělovač materiálu dimenzovaný podle požadované geometrie násypu.

Pro realizaci řešení podle vynálezu se v tlakové nádobě přizpůsobené tlaku v reaktoru instaluje vynášecí zařízení pro vynášení nehomogenních pevných materiálů s výkonem obvykle 050 t/h. Přívod směsi materiálů s rozdílnou hustotou 0,05-8 t/h a spektrem zrnitosti 0-200 mm a specifickým tečením se provádí z násypu, který je neustále k dispozici, na stacionární, s výhodou rotačně symetricky ochlazovanou desku, jejíž průměr je větší než výše zmíněný otvor přívodu, takže při klidovém stavu vynášecího zařízení se vytvoří přirozený materiálový uzávěr. Při uvedení vynášecího zařízení do činnosti je v závislosti na otáčkách směs materiálů v celém spektru zrnitosti vynášena do ochlazovaného a nucené protékaného volného prostoru, nacházejícího se pod ním.

Do provedení podle vynálezu rovněž patří, že stálým nuceným protékáním tlakové nádoby ve směru vynášení studeným plynem, například dusíkem nebo topným plynem s teplotou < 50 °C, v alespoň trojnásobně větším množství než je objem vynášených pevných materiálů, se současně dosáhne zvýšení rychlosti ve vynášecí mezeře a především v kuželové části výstupu z volného prostoru. Tím dochází ke zrychlení specificky lehčích složek pevných materiálů, takže oddělení lehké a těžké frakce je prakticky vyloučeno a směs plynu s pevnými materiály při vstupu do reaktoru ochlazuje rozdělovač pevných materiálů a s jistotou zabraňuje zpětnému vstupu horkého surového plynu do tlakové nádoby s vynášecím zařízením.

Podle vynálezu je dále výhodné, když je rozdělovač pevných materiálů ve spojení s existující násypnou šachtou vytvořen tak, aby úhel vychýlení pevných materiálů s vyšší hustotou podporoval střední průchodnost reaktoru.

Výhody vynálezu spočívají v tom, že ·· ···· • 4 » · · · · ·· ···

- vynášecím zařízením jsou problémy spojené se zavážením reaktoru minimalizovány, respektive vyloučeny,

- kontinuální zavážení zamezí kolísání množství surového plynu, tlaku surového plynu a kvality surového plynu,

- zamezení kolísání množství surového plynu a tlaku surového plynu silně redukuje unášení pevných částic v proudu surového plynu a

- zrovnoměrnění množství surového plynu a tlaku surového plynu, jakož i snížení podílu pevných látek v proudu surového plynu, pozitivně ovlivňuje ovladatelnost dále zařazených zařízení, určených například pro chlazení surového plynu, oddělování vody z plynu až po opětovné zhodnocení plynu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení ve spojení s obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

V tlakové nádobě 1. jsou nad vynášecím zařízením uspořádány vodicí plechy 2, jejichž středový otvor je menší než průměr stacionárního talíře 4 a nad ním uspořádané otočné vynášecí hvězdice 3_. Lopatky vynášecí hvězdice 3. jsou tvarovány tak, aby tyto lopatky při činnosti vynášecí hvězdice 3_ působily na pevné materiály radiální silou, a aby tyto materiály byly nucené dopravovány do volného prostoru 7. Stacionární talíř 4 a části stěn volného prostoru 7_ jsou nucené ochlazovány. Přívod pevného materiálu 5. a vyplachovacího plynu 6. se provádí v horní části tlakové nádoby 1 s vynášecím zařízením. Vestavby jsou provedeny tak, aby bylo zaručeno nucené proudění plynu vynášecí mezerou do volného prostoru ]_.

• 0 0 00 0 0	0 0	00 0 0	0 0 0 0	0 0 0 0	0 •	0 0 0 0 0 • 00
	0	0	0	0	0	0	0
0 0	0 0·		00	0 0 0	00		000

V horní části reaktoru je ukotven rozdělovač 8. pevných materiálů. Požadované geometrii sníženého násypu je odpovídajícím způsobem přizpůsoben průměr a úhel v závislosti na specifikaci zařízení (výška pádu, průměr reaktoru atd.).

Podle dosavadního stavu techniky může být přídavně mezi reaktorem a vynášecí nádobou s integrovaným vynášecím zařízením instalováno tlakotěsné hradítko nebo uzavírací kužel.

999 9

9 99 9999

9 99 9 9 9 • 9 9 9 9999

9 9 9 9 9 9

9· 9 9 9 9

999 9· 999

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zamezení kolísání surového plynu v reaktorech s pevným ložem pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík a z pevných hořlavých materiálů obsahujících uhlík způsobem tlakového zplyňování v pevném loži se sníženým násypem pro zamezení kolísání tlaku, množství a kvality v kontinuálně odváděném surovém plynu, způsobenému tímto procesem, vyznačující se tím, že zavážení reaktoru s pevným ložem se provádí ze zásobní nádoby, v níž panuje tlak nižší než tlak v reaktoru, * že v této zásobní nádobě se neustále udržuje násyp z pevných odpadových materiálů obsahujících uhlík ve směsi s pevnými hořlavými materiály obsahujícími uhlík, * že násyp s nuceným vedením dosedá na vynášecí zařízení a při jeho klidovém stavu tvoří směrem nahoru přirozený materiálový uzávěr, * že vynášecí zařízení se ochlazuje a provozuje se diskontinuálně nebo kontinuálně, že dále se ze zásobní nádoby směrem dolů usměrňuje nucené proudění s vhodným plynem s teplotami pod 50 °C, a že objem tohoto plynu činí alespoň trojnásobek množství objemu vynášeného pevného materiálu.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při činnosti vynášecího zařízení se nehomogenní směs pevných materiálů nucené vynáší vynášecí mezerou odpovídající velikosti mezi vnitřní stěnou zásobní nádoby a ochlazovaným vynášecím zařízením do volného prostoru, a že v průměru volného prostoru zmenšujícím se pod vynášecím zařízením se ve směru k vynášecímu otvoru zásobní nádoby zvyšuje rychlost plynu, a proto specificky lehčích složek nehomogenní směsi pevných materiálů.

   • ·
3. 3. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, • že ve spodní části zásobní nádoby zužující se směrem dolů jsou nad vynášecím zařízením uspořádány vodicí plechy dále zužující průřez, • že vynášecí zařízení je ochlazováno a sestává z rotačně symetrické otočné desky se dvěma nebo více symetricky uspořádanými unašeči, • že rotačně symetrická otočná deska je uspořádána nad v průměru menším stacionárním talířem, • že odstup mezi vnitřní stěnou zásobní nádoby a rotačně symetrickou otočnou deskou je větší než největší očekávaná délka hrany použitých pevných materiálů, • že průměr volného prostoru pod vynášecím zařízením se k reaktoru dále zužuje, • že dále je v horní části reaktoru uspořádán rozdělovač pevných materiálů, jehož průměr a úhel je závislý na výšce pádu směsi pevných materiálů a průměru reaktoru.