DK162058B - Fremgangsmaade til fremstilling af gasformige blandinger indeholdende h2 og co ved partiel oxidation af et braendstof - Google Patents

Description

DK 162058B

i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af gasformige blandinger indeholdende i^O og CO ved partiel oxidation af et brændstof indeholdende carbon og hydrogen, med en fri-oxygen indeholdende gas, eventuelt efter forvarmning af brændstoffet, i en ikke-ka-5 talytisk fristrømsgasgenerators reaktionszone ved en temperatur fra ca.

815 til 1930°C og et tryk fra ca. 1 til 245 bar, hvorved den frie varme fra afgangsgasstrømmen fra generatoren omdannes til damp ved indirekte varmeveksling.

Ved den partielle oxidationsfremgangsmåde må afgangsgasstrømmen, 10 som forlader gasgeneratoren ved en temperatur i intervallet fra ca. 815 til 1930°C, afkøles under ligevægtstemperaturen for den ønskede gassammensætning. Dette foretages for nærværende ved bratkøling af afgangsgasstrømmen i vand eller ved afkøling af gasstrømmen i en gaskøler, hvorved der frembringes mættet damp. Begge disse fremgangsmåder til gaskøling 15 resulterer i stor forøgelse af entropien og reduceret termisk nyttevirkning.

Fremstilling af mættet damp, men ikke overhedet damp, er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.528.930,

Ifølge USA-patentskrift nr. 3.868.817 indføres den fra gasgenerato-20 ren udledte syntesegas direkte i en varmevekslingszone, hvori vand omdannes til mættet damp ved indirekte varmeveksling.

Den foreliggende opfindelse har som formål at tilvejebringe en fremgangsmåde til fremstilling af syntesegas med forbedret termisk virkningsgrad.

25 Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at afgangsgasstrømmen i rækkefølge ledes gennem en første og en anden varmevekslingszone, idet den i den anden zone fjernede frie varme anvendes til omdannelse af en vandstrøm til damp ved indirekte varmeveksling, og den i den første zone fjernede frie varme anvendes til omdannelse af i det mindste en del af 30 dampen til overhedet damp.

Mindst en del af den i overensstemmelse med opfindelsen fremstillede overhedede damp kan recirkuleres kontinuerligt til gasgeneratoren som et fordelingsmiddel eller en bærer for brændstoffet eller som tempera-turmoderator. Eventuelt kan en del af den overhedede damp indføres kon-35 tinuerligt i en dampturbine som arbejdsfluidum til frembringelse af mekanisk arbejde eller elektrisk energi. Den høje dampoverhedningstempera-tur resulterer i en højere omdannelseseffektivitet.

I overensstemmelse med en udførelsesform for opfindelsen anvendes

DK 162058 B

2 der i den første zone en kappe- og rørvarmeveksler, og en del af dampen udledes kontinuertligt i afgangsgasstrømmen gennem åbninger i varmevekslerens vægge.

I en anden udførelsesform for fremgangsmåden benyttes tre varme-5 vekslingszoner.

I den første varmeveksler absorberer en kontinuert strøm af varme-overførselsfluidum en del af den frie varme i strømmen af varm afgangsgas, som forlader gasgeneratoren. Det opvarmede varmevekslingsfluidum indføres dernæst kontinuerligt i en tredie varmevekslingszone (der vir-10 ker som overopheder) under varmeveksling med en kontinuert dampstrøm.

Dampen blev fremstillet i den anden varmeveksler ved varmeveksling mellem vand og afgangsgasstrømmen, som forlader den første varmeveksler.

Fra overhederen kan der fjernes en kontinuert strøm af overhedet damp til anvendelse i processen eller andetsteds. Den overhedede damp 15 kan med fordel befinde sig ved et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratoren.

I overensstemmelse med en anden udførelsesform for opfindelsen udledes en portion damp eller varmeoverførselsfluidum kontinuerligt i afgangsgasstrømmen i den første varmevekslingszone.

20 I en udformning af denne udførelsesform ledes den varme afgangsgas fra gasgeneratoren direkte gennem en første varmevekslingszone omfattende en kappe- og rørvarmeveksler under indirekte varmeveksling med en kontinuert dampstrøm med højere tryk end afgangsgassen, hvorved dampen omdannes til en kontinuert strøm af overhedet damp, samtidig med at af-25 gangsgassens temperatur reduceres. En del af dampen udledes kontinuerligt i afgangsgassen gennem åbninger i rørvæggene, hvorved der tilvejebringes et beskyttende dampovertræk mellem overfladen af rørene og den gennem den første varmevekslingszone passerende strøm af afgangsgas.

Den ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede damp har med 30 fordel et højere tryk end afgangsgassen. Dampen vil følgelig strømme gennem åbningerne i rørvæggene uden yderligere kompression.

I en anden udformning af denne udførelsesform ledes den varme afgangsgas, som forlader gasgeneratoren, eventuelt gennem en faststofudskil 1 el seszone, ved i det væsentlige samme temperatur og tryk som i ge-35 neratoren direkte gennem en første varmevekslingszone omfattende en kappe- og rørvarmeveksler under varmeveksling med en kontinuert strøm af gasformigt varmeoverføringsfluidum, hvorved den varme afgangsgasstrøm køles under samtidig opvarmning af det gasformige varmeoverføringsflui-

DK 162058 B

3 dum. En del af det gasformige varmeoverføringsfluidum udledes kontinuerligt i afgangsgasstrømmen gennem åbninger i væggene på rørene og eventuelle samlekasser i varmevekslerne, hvorved der frembringes et beskyttende overtræk eller slør af gasformigt varmeoverføringsfluidum mellem 5 overfladerne på rørene og eventuelle samlekasser og afgangsgasstrømmen.

Det opvarmede gasformige varmeoverføringsfluidum, som forlader den første varmevekslingszone, indføres i en tredie varmevekslingszone under indirekte varmeveksling med dampstrømmen fra den anden varmevekslingszone, hvorved det gasformige varmeoverføringsfluidum køles, og en strøm af 10 overhedet damp frembringes. Blandingen af afgangsgas og den udledte del af det gasformige varmeoverføringsfluidum fra den første varmevekslings-zone renses, hvorved der frembringes en rå afgangsproduktgas. En del af den rå rene afgangsproduktgas blandes som supplement med det afkølede varmeoverføringsfluidum, som forlader den tredie varmevekslingszone, og 15 den gasformige blanding indføres i den første varmevekslingszone som det gasformige varmeoverføringsfluidum.

Opfindelsen vil forstås bedre ved hjælp af tegningen, hvori figur 1 til 4 skematisk viser foretrukne udførelsesformer for processen.

En kontinuert strøm af varm afgangsgas ved i det væsentlige samme 20 temperatur og tryk som i reaktionszonen forlader gasgeneratorens aksi ale udgangsåbning og indføres derefter direkte i en første varmevekslingszone. Eventuelt kan en faststofudskillelseszone (ikke vist på tegningen) være indskudt mellem gasgeneratorens udgangsåbning og den første varmevekslingszone. Faststofudskillelseszonen kan omfatte en fristrømsopsam-25 lingsbeholder, dvs. et slaggekammer, som kan være indskudt i ledningen før den første varmeveksler. Herved kan mindst en del af eventuelt fast materiale, dvs. partikelformigt carbon, aske, slagge, ildfast materiale og blandinger deraf, som måtte være indeholdt i den varme afgangsgasstrøm, eller som kan strømme ud fra gasgeneratoren, dvs. slagge, aske, 30 stumper af ildfast materiale, adskilles fra afgangsgasstrømmen og udvindes med meget ringe, om overhovedet noget trykfald i ledningen. Et typisk slaggekammer, som kan anvendes, er vist i fig. 1 på tegningen, der hører til USA-patent nr. 3.528.930.

En del af den fri varme i den ikke-bratkølede afgangsgasstrøm, som 35 forlader gasgeneratoren eller faststofudskillelseszonen, udvindes i en første varmevekslingszone. Denne varme anvendes til omdannelse af damp fremstillet andetsteds i processen til overhedet damp med højere tryk end trykket i gasgeneratoren. Som vist på tegningen i fig. 1 og 3 frem-

DK 162058B

4 stilles den overhedede damp i ledningerne 39 og 42 i varmeveksleren 16 ved varmeveksling mellem afgangsgasstrømmen fra gasgeneratoren og damp.

I fig. 2 og 4 fremstilles den overhedede damp i ledning 39 i varmeveksler 55 ved varmeveksling mellem et varmeoverføringsfluidum og damp. Var-5 meoverføringsfluidet opvarmedes på forhånd i varmeveksler 16 ved varmeveksling med afgangsgasstrømmen fra gasgeneratoren.

I fig. 1 på tegningen passerer den varme afgangsgasstrøm fra generatoren i kontaktfri varmeveksling med en dampstrøm fremstillet i en anden varmevekslingszone placeret umiddelbart derefter i strømningsret-10 ningen. Pr. definition menes med udtrykket "kontaktfri", at der ikke forekommer blanding mellem de to gasstrømme. Disse to strømme løber fortrinsvis i modsat retning, dvs. modstrømsstrømning. De kan imidlertid løbe i samme retning, dvs. direkte strømning. I fig. 1 er der afbildet en konventionel kappe- og rørvarmeveksler 16, hvor damp går ind i, og 15 overhedet damp forlader kappesiden, og den varme afgangsgas passerer gennem rør eller spiral rør. Dette arrangement af strømme kan byttes om, og den varme afgangsgas kan strømme på kappesiden. Der kan anvendes en hvilken som helst passende varmeveksler, som er i stand til at modstå temperaturen og trykket af fluiderne. Varmebestandige metaller og kera-20 mi ske materialer kan anvendes som konstruktionsmaterialer.

Strømmen af damp, som skal omdannes til overhedet damp, går ind i den første varmeveksler ved en temperatur i intervallet fra 150 til 375°C og et tryk i intervallet fra ca. 3,9 til 255 bar. Den overhedede damp forlader den første varmeveksler ved en temperatur i intervallet 25 fra ca. 400 til 600°C og et tryk i intervallet fra ca. 3,9 til 255 bar.

Den overhedede damp kan med fordel fremstilles ved et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Den høje dampoverhed-ningstemperatur resulterer i en høj omdannelseseffektivitet, når den overhedede damp anvendes som arbejdsfluidum i en ekspansionsturbine til 30 frembringelse af mekanisk kraft eller elektrisk energi. Den varme afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren eller faststofudskillelseszonen, som i alt væsentligt befinder sig ved samme temperatur og tryk som i reaktionszonen, går ind i den første varmeveksler ved en temperatur i intervallet fra ca. 815 til 1930°C og et tryk i intervallet fra ca. I til 245 35 bar, såsom 3,4 til 245 bar.

Den delvis afkølede afgangsgasstrøm kan forlade den første varmevekslingszone ved en temperatur i intervallet fra ca. 315 til 1430°C og et tryk i intervallet fra ca. 3,4 til 245 bar og går ind i en anden var

DK 162058 B

5 mevekslingszone, dvs. gaskøler 23, uden nogen reduktion af betydning i temperatur og tryk, hvor den passerer i kontaktfri varmeveksling med kedel fødevand.

Den rå afgangsgasstrøm forlader den anden varmevekslingszone ved en 5 temperatur i intervallet fra ca. 160 til 370°C og et tryk, som i alt væsentligt er det samme som i gasgeneratorens reaktionszone, minus sædvanligt trykfald i ledningerne, den eventuelle faststoffjernelseszone og første og anden varmevekslingszone, dvs, at det totale trykfald kan være omkring 2 atm. eller mindre. Den rå afgangsgasstrøm kan indeholde (i 10 mol%) H2: 70 til 10, CO: 15 til 57, C02: 0 til 5, HgO: 0 til 20, N2: 0 til 75, Ar: 0 til 1,0, CH4: 0 til 25, HgS: 0 til 2,0 og COS: 0 til 0,1.

Uomsat parti kel formigt carbon (på basis af vægten af carbon i fødemate-riale) kan være ca. 0 til 20 vægt%. Om ønsket kan den rå afgangsgasstrøm, som forlader den anden varmevekslingszone, sendes til konventio-15 nel le gasrensningszoner senere i processen, hvor uønskede komponenter kan fjernes.

Kedelfødevandet kommer ind i den anden varmevekslingszone ved en temperatur i intervallet fra omkring omgivel sestemperatur til 360°C og forlader den som umættet eller mættet damp ved en temperatur på ca. 150 20 til 375°C og et tryk på 4,4 til 255 bar. Den umættede eller mættede damp kan med fordel fremstilles ved et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Selv om modstrømsstrømning foretrækkes i den anden varmeveksler 23, som vist i fig. 1, kan direkte strømning benyt tes. Ydermere kan gasstrømmen i en anden udførelsesform produceres i rø-25 rene, mens afgangsgasstrømmen ledes gennem kappesiden.

Fra ca. 0 til 100 vægt% af den i den anden varmevekslingszone producerede damp ledes ind i den første varmevekslingszone til fremstilling af overhedet damp med et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratoren. Om ønsket kan en del af dampen anvendes andetsteds i processen el-30 ler et helt tredie sted. I processen fremstillet overhedet, mættet eller umættet damp kan anvendes som varmekilde. F.eks. kan damp anvendes til forvarmning af fødematerialestrømmene til gasgeneratoren. På denne måde kan carbonhydridholdigt brændstof forvarmes til en temperatur op til ca.

430°C, men under dets krakningstemperatur med i det mindste en del af 35 den ved den omhandlede fremgangsmåde fremstillede damp. Dampen kan også anvendes i gasgeneratoren som temperaturmoderator.

Mindst en del af den ved fremgangsmåden fremstillede overhedede damp kan indføres i den partielle oxidationsgasgenerator, hvor den kan

DK 162058B

6 reagere og derved bidrage til hydrogenmængden i afgangsgasstrømmen.

Ydermere kan fremgangsmådens termiske nyttevirkning forbedres. Kondensationsproblemer, som kan indtræffe, når damp og brændstof sammenblandes, kan undgås ved anvendelse af overhedet damp. Med fordel kan en del af 5 den overhedede damp anvendes som arbejdsfluidum i en turbokompressor til komprimering af luftfødningsstrømmen til en luftadskillelsesenhed til frembringelse af i det væsentlige rent oxygen (95 mol% eller mere). I det mindste en del af dette oxygen kan indføres i gasgeneratoren som oxidantreaktanten. Den overhedede damp kan også anvendes som arbejds-10 fluidum i en turboelektrisk generator. Det påvirker omdannelseseffektiviteten gunstigt at begynde med overhedet damp på meget højt temperaturniveau og omdanne varmen til elektricitet.

Første og anden varmevekslingszone er vist på tegningen som to adskilte varmevekslere 16 og 23, som er forbundet med hinanden. Fordelene 15 ved dette system er forenkling af udformningen og reduktion af størrelsen af den enkelte varmeveksler, hvorved apparaturudgifterne reduceres. Varmevekslingsenheder af konventionel udformning kan monteres. Tiden, hvor systemet er ude af drift, hvis en af enhederne skal udskiftes på grund af vedligeholdelse eller reparation, kan minimeres.

20 I en anden udførelsesform kan første og anden varmevekslingszone være indeholdt i en fælles kappe.

En anden udførelsesform for opfindelsen er vist i fig. 2 på tegningen. Der går den varme afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren eller eventuelt fra en fri strøms- faststof- og/eller slaggeudskillelseszone og ved 25 i det væsentlige samme temperatur og tryk som i reaktionszonen ind i den første varmeveksler 16 som i den i fig. 1 viste udførelsesform. Afgangsgasstrømmen passerer imidlertid under kontaktfri varmeveksling med et forholdsvis koldt varmeoverføringsfluidum, hvis temperatur derved hæves til intervallet fra ca. 985 til 1540°C. Samtidig afkøles afgangsgas-30 strømmen og forlader den første varmevekslingszone ved en temperatur i intervallet fra ca. 315 til 1430°C og et tryk i intervallet fra ca. 2,6 til 250 bar og går direkte ind i en anden varmevekslingszone, dvs. gaskøler 23, ved i det væsentlige samme temperatur og tryk,som den forlader varmeveksler 16 med. I gaskøler 23 passerer afgangsgasstrømmen under 35 kontaktfri varmeveksling med kedelfødevand. Kedelfødevandet kommer ind med en temperatur i intervallet fra omkring omgivelsestemperatur til 360°C og går ud som mættet eller umættet damp ved en temperatur på ca.

150 til 375°C og et tryk på ca. 4,4 til 255 bar. Den mættede eller umæt-

DK 162058 B

7 tede damp kan med fordel fremstilles ved et tryk, som er større end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Afgangsgasstrømmen forlader gaskøler 23 ved en temperatur i intervallet fra ca. 160 til 370°C og ved et tryk, som er omkring det samme som i gasgeneratorens reaktionszone 5 minus sædvanligt trykfald i ledningerne og beholderne.

Samtidig med, at varmevekslingen finder sted i varmevekslerne 16 og 23, fremstilles en kontinuert strøm af overhedet damp ved en temperatur i intervallet fra ca. 400 til 600°C og et tryk i intervallet fra ca. 4,4 til 255 bar i en tredie varmevekslingszone, dvs. varmeveksler 55, ved 10 kontaktfri varmeveksling mellem en kontinuert dampstrøm fra den tidligere beskrevne anden varmevekslingszone 23 og en kontinuert strøm af var-meoverføringsfluidet fra den første varmevekslingszone 16. Den overhedede damp kan med fordel fremstilles ved et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Varmeoverføringsfluidet går ind i 15 varmeveksler 55 fra varmeveksler 16 med en temperatur i intervallet fra ca. 985 til 1540°C, forlader varmeveksler 55 ved en temperatur i intervallet fra 455 til 1205°C og med i det væsentlige samme temperatur og recirkuleres til varmeveksler 16, hvor den passerer under kontaktfri varmeveksling med afgangsgasstrømmen fra gasgeneratoren som tidligere 20 beskrevet. På denne måde kan den frie varme i en strøm af afgangsgas fra gasgeneratoren anvendes til fremstilling af overhedet damp i et forholdsvis rent miljø.

En del af den rå afgangsgasstrøm kan anvendes som varmeoverførings-fluidum. Eventuelt kan i det mindste en del af den rå afgangsgasstrøm 25 renses på konventionel måde til fjernelse af uønskede komponenter. I det mindste en del af denne produktgas kan anvendes som varmeoverførings-fluidum. F.eks. kan der fremstilles blandinger af H2 plus CO med følgende sammensætning (i mol%): H2: 10 til 48, CO: 15 til 48 og den resterende del N2+Ar. Desuden kan i det væsentlige ren H2, dvs. 98 mol% eller 30 mere, til anvendelse som varmeoverføringsfluidum fremstilles ud fra afgangsgasstrømmen ved velkendte gasrensningsteknikker, herunder vandgas-konverteringen.

Det mellem varmevekslerne 16 og 55 cirkulerede varmeoverføringsfluidum kan enten være på gas- eller væskeform og kan være H20, helium, 35 nitrogen, argon, hydrogen eller en blanding indeholdende H2+C0. Alternativt kan varmeoverføringsfluidet være natrium, kalium, kviksølv eller svovl, i gasformig eller flydende tilstand, således at varmeoverføringsfluidet kan komprimeres eller pumpes i afhængighed af driftsbetingelser

DK 162058 B

8 ne for temperatur og tryk og varmeoverføringsfluidets fase. Afkøling af disse varmeoverføringsfluider til under deres størkningstemperatur må derfor undgås.

I en anden udførelsesform kan varmeoverføringsfluidet ændre ti 1 -5 stand under varmevekslingen. F.eks. kan et varmeoverføringsfluidum i flydende fase omdannes til dampfase i varmeveksler 16. Derefter kan varmeoverføringsfluidet blive kondenseret tilbage til flydende fase i varmeveksler 55 og derefter pumpes til varmeveksler 16.

Der kan anvendes konventionelle varmevekslere af kappe- og rørtype.

10 Som beskrevet ovenfor kan de to adskilte strømme, som passerer under varmeveksling med hinanden, ledes i samme eller modsat retning, og en hvilken som helst af strømmene kan ledes gennem rørene, mens den anden kan ledes på kappesiden. Ved korrekt isolering af ledningerne, gasgenerator 1 og varmevekslerne 16, 23 og 55 kan temperaturfaldet mellem appa-15 raturdelene holdes meget lavt, dvs. mindre end 5°C. Der anvendes varme-bestandige metaller og ildfaste materialer som konstruktionsmaterialer.

I fig. 3 på tegningen er der afbildet en første kappe- og rørvarmeveksler 16A, som omfatter et antal rør eller spiraler. Om ønsket kan samlekasser være anbragt inden for eller uden for kappen. Rørene og 20 eventuelle samlekasser er forsynet med åbninger i væggene, hvorigennem i det mindste en del, f.eks. ca. 1 til 50 volumen%, fortrinsvis 3 til 25 volumen% af dampen, som passerer op gennem kappen, kan ledes fra ydersiden af rørene til indersiden af rørene under samtidig overopvarmning af den resterende del af dampen på kappesiden. Når først denne afledte damp 25 er inden for rørene eller samlekasserne, blandes den med afgangsgas- . strømmen, som passerer direkte gennem rørene fra gasgeneratoren ved et tryk, som er en smule lavere, dvs. ca. 0,34 til 3,4 bar mindre. Før denne blanding danner den i forhold hertil kolde udsivede damp imidlertid et kontinuert strømmende beskyttende overtræk eller slør mellem rørenes 30 indre overflade og afgangsgasstrømmen, som passerer derigennem ved en temperatur i intervallet fra ca. 815 til 1930°C. På lignende måde kan et kontinuerligt strømmende beskyttende overtræk eller slør af damp dække overfladerne af eventuelle samlekasser, som normalt ville være i kontakt med den varme afgangsgasstrøm. På denne måde kan overfladen af rørene og 35 eventuelle samlekasser,såsom den ovenstrøms samlekasse, afkøles og beskyttes mod angreb af korroderende gas samt mod aflejringer af aske, slagge og s-od.

Alternativt kan kappe- og rørvarmeveksler 16A monteres således, at

DK 162058 B

9 den varme afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren passerer ned igennem på kappesiden, mens dampen passerer gennem rørene og eventuelle samlekas-ser. I det mindste en del af dampen, f.eks. 1 til 50 volumen%, fortrinsvis 3 til 25 volumen%, kan udledes fra indersiden af rørene og eventuel-5 le samlekasser til ydersiden. Ydermere giver den udledte damp et beskyttende overtræk mellem ydersiden af rørene og eventuelle samlekasser og afgangsgasstrømmen fra gasgeneratoren. Den resterende del af dampen, som passerer gennem rørene, overhedes.

Eventuelt kan den nedenstrøms ende af rørene og den eventuelle ne-10 denstrøms samlekasse være uden huller eller have færre udsivningshuller, da temperaturen af afgangsgasstrømmen på dette punkt vil være blevet reduceret ved varmeoverførsel til under den temperatur, hvorved korrosion med H2S i afgangsgasstrømmen kan finde sted. Af lignende årsager vil materialer af høj klasse kun være nødvendige i den ovenstrøms (varme) ende 15 af rørene.

Åbningerne i væggene i rørene og eventuelle samlekasser kan være huller med lille diameter i intervallet fra ca. 0,025 til 1,6 mm. Hullerne er anbragt omkring periferien af røret, og antallet er således, at overtræksstrømmen får mulighed for at blive ledt ud omkring hele rørets 20 periferi. To uens metaller kan samles med en tætpassende slipsamling, hvorved termiske ekspansioner og udsivning tillades. F.eks. vil langsgående afstandskanter på slipsamlingens hanpart give et gab, som reguleres til en planlagt udsivningsstrømning, når samlingen er monteret. Også varmebestandige porøse materialer, inklusive metaller og keramiske mate-25 rialer, kan anvendes som konstruktionsmaterialer.

Strømmen af damp, som skal omdannes til overhedet damp, går ind i den første varmeveksler ved en temperatur i intervallet fra ca. 150 til 375°C og et tryk i intervallet fra ca. 4,4 til 255 bar. Den overhedede damp forlader den første varmeveksler med en temperatur i intervallet 30 fra ca. 400 til 600°C og et tryk i intervallet fra ca. 3,9 til 255 bar.

Den overhedede damp kan med fordel fremstilles ved et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Dampen vil følgelig strømme gennem åbningerne i væggen i varmevekslerrørene uden at blive komprimeret.

35 Under passagen gennem den første varmevekslingszone kan vandindholdet i afgangsgasstrømmen være blevet forøget med fra 1 til 50, f.eks. ca. 3 til 25 mol% H20. Når afgangsgasstrømmen, som forlader den første varmevekslingszone, underkastes vandgaskonvertering senere i processen,

DK 162058 B

10 er det ønskværdigt at udlede tilstrækkelig meget damp i afgangsgasstrømmen i den første reaktionszone, til at mol forhol det HgO/CO af gasblandingen kommer til at ligge i intervallet fra 0,5 til 8.

For at fremstille dampen til overhedningen i den første varmeveks-5 lingszone går den delvis afkølede afgangsgasstrøm, som forlader den første varmevekslingszone, f.eks. ved en temperatur i intervallet fra ca.

315 til 1430°C og et tryk i intervallet fra ca. 2,9 til 245 bar derefter ind i en anden varmevekslingszone, dvs. gaskøler 23 uden nogen reduktion af temperatur og tryk af betydning, hvor den passerer under kon-10 taktfri varmeveksling med kedelfødevand.

Temperatur- og trykbetingelserne i den anden varmevekslingszone vil almindeligvis falde inden for samme temperatur- og trykintervaller som i de andre udførelsesformer for opfindelsen.

En anden udførelsesform for opfindelsen er vist i fig. 4. Der går 15 den varme afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren eller eventuelt fra en fri-strøms- faststof- og/eller siaggeudski11 el seszone ind i varmeveksler 16A, som er en kappe- og rørvarmeveksler, hvis konstruktion er lig den, der tidligere er beskrevet i forbindelse med varmeveksler 16A i fig. 3.

I stedet for damp udledes der imidlertid i det mindste en del gasformigt 20 varmeoverføringsfluidum fra den indvendige side af rørene eller den eventuelle samlekasse til ydersiden eller omvendt og blandes med den omgivende varme afgangsgasstrøm, som passerer gennem varmeveksler 16A. Et relativt koldt kontinuerligt strømmende beskyttende overtræk eller slør af varmeoverføringsfluidum anbringes derved mellem overfladen af rørene 25 og eventuelle samlekasser og den omgivende afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren. Den ikke-udledte del af det gasformige varmeoverføringsfluidum opvarmes til en temperatur i intervallet fra ca. 700 til 1540°C i varmeveksler 16A og indføres dernæst i en tredie varmeveksler 55, hvor det passerer under indirekte varmeveksling med damp, hvorved der frembringes 30 overhedet damp. Samtidig køles afgangsgasstrømmen, som passerer gennem den første varmevekslingszone, dvs. 16A, og forlader den ved en temperatur i intervallet fra 315 til 1430°C og et tryk i intervallet fra ca.

2,9 til 245 bar.

Den afkølede afgangsgasstrøm, som forlader den første varmeveks-35 lingszone, kan renses ved hjælp af konventionelle metoder til fjernelse af eventuelle uønskede indeholdte faststoffer, dvs. parti kel formigt carbon og aske, og gasstrømmen kan eventuelt renses yderligere ved fjernelse af sure gasser, dvs. COg, HgS og COS. I det mindste en del, f.eks.

DK 162058 B

π 1 til 50 volumen%, fortrinsvis 3 til 25 volumen% af den rene og eventuelt yderligere rensede afgangsgasstrøm med en temperatur i intervallet fra ca. 35 til 370°C recirkuleres og blandes med det afkølede varmeover-føringsfluidum, der forlader den tredie varmevekslingszone som supple-5 ment for den rene afgangsgasstrøm, som udledes gennem varmeveksler 16A til den omgivende afgangsgasstrøm, der passerer gennem den første varmevekslingszone. Gasblandingen med en temperatur i intervallet fra ca. 90 til 1315°C, f.eks. 315 til 760°C, ledes derefter gennem varmeveksler 16 som det gasformige varmeoverføringsfluidum som tidligere beskrevet.

10 Betingelserne i den anden varmevekslingszone og temperaturen og trykket af kedelfødevandet samt af den fremstillede damp ligger sædvanligvis inden for samme intervaller som i de andre udførelsesformer for opfindelsen.

Samtidig med at varmevekslingen finder sted i varmevekslerne 16A og 15 23 fremstilles en kontinuert strøm af overhedet damp med en temperatur i intervallet fra ca. 400 til 600°C og et tryk i intervallet fra ca. 4,4 til 255 bar. i en tredie varmevekslingszone, dvs. varmeveksler 55, ved kontaktfri varmeveksling mellem en kontinuert dampstrøm fra den anden varmevekslingszone 23 og en kontinuert strøm af varmeoverføringsfluidum 20 fra den første varmevekslingszone 16A. Den overhedede damp kan med fordel fremstilles med et tryk, som er højere end trykket i gasgeneratorens reaktionszone. Varmeoverføringsfluidet går ind i varmeveksler 55 fra varmeveksler 16A, f.eks. med en temperatur i intervallet fra ca. 425 til 1540°C, fortrinsvis 425 til 985°C, forlader varmeveksler 55 med en tem-25 peratur på f.eks. 250 til 1370°C, fortrinsvis 310 til 815°C, blandes med en recirkuleret supplerende del af afgangsproduktgasstrømmen med en temperatur i intervallet fra ca. 35 til 370°C og et tryk over den rå afgangsgasstrøms tryk og indføres dernæst i varmeveksler 16A, hvor den passerer under kontaktfri varmeveksling med afgangsgasstrømmen fra gas-30 generatoren som tidligere beskrevet.

En mere fuldstændig forståelse af opfindelsen kan muligvis fås ved hjælp af tegningen, som viser de tidligere beskrevne udførelsesformer.

Alle rørledningerne og apparaturet er fortrinsvis isoleret, således at varmetabet gøres mindst muligt. På tegningen er der benyttet samme hen-35 visningstal for tilsvarende apparatdele.

Figur 1 viser en ikke-katalytisk fri strømsgasgenerator 1 til partiel oxidation og foret med ildfast materiale 2, som har en ovenstrøms, aksialt arrangeret, med flange forsynet indgangsåbning 3, en neden-

DK 162058 B

12 strøms, aksialt arrangeret, med flange forsynet udgangsåbning 4 og en upakket reaktionszone 5. En brænder 6 af ringtype med centerkanal 7 på linie med gasgeneratorens 1 akse er monteret i indgangsåbning 3. Centerkanal 7 har en indgang 8 og en konvergerende konisk udformet dyse 9 ved 5 brænderens spids. Brænder 6 er også forsynet med koncentrisk koaksial ringkanal 10, som har en indgang 11 og en konisk udformet bortledningskanal 12. Der kan også anvendes brændere af anden udformning.

Forbundet med udgangsåbning 4 er den med flange forsynede indgang 15 af en kappe- og rørhøjtemperaturvarmeveksler 16 af konventionel ud-10 formning med indvendige rør eller multiple spiraler 17, en kappeside 20 og en nedenstrøms, med flange forsynet udgang 21. Om ønsket kan en fri -strøms-, faststof- eller slaggeseparator (ikke vist på tegningen), som frembringer lille eller intet trykfald, være indsat i rørledningen mellem gasgenerators 1 udgang 4 og indgangen 15 af varmeveksler 16. For-15 bundet med udgang 21 af varmeveksler 16 er den ovenstrøms, med flange forsynede indgang 22 af kappe- og rørgaskøler 23 af konventionel udformning med indvendige rør 24, kappeside 25 og en nedenstrøms, med flange forsynet udgang 26.

En kontinuerlig strøm af brændstof på væske- eller dampform eller 20 en pumpelig opslæmning af et fast brændstof som tidligere beskrevet kan indføres i systemet ved hjælp af rørledning 30 og om ønsket blandes med en kontinuerlig strøm af overhedet damp fra ledning 31 eller en strøm af overhedet damp fra ledning 53 i en blander (ikke vist). Fødemateriale-blandingen ledes så gennem ledning 35, indgang 11, ringkanal 10 og ud-25 ledningskanal 12 på brænder 6 ind i reaktionszone 5 på partiel oxidationsgasgenerator 1.

Samtidig ledes en kontinuerlig strøm af fri-oxygen indeholdende gas som tidligere beskrevet fra ledning 34 gennem centerkanal 7 og dyse 9 på brænder 6 til reaktionszone 5 i gasgenerator 1 i blanding med brændstof 30 og damp.

Den kontinuerlige strøm af afgangsgas, som forlader gasgeneratoren til partiel oxidation via udgang 4, ledes gennem varmeveksler 16 i kontaktfri indirekte varmeveksling med en under modstrøm strømmende dampstrøm frembragt i gaskøler 23. F.eks. omdannes dampen, der passerer i 35 opadgående retning på kappesiden 20 af varmeveksler 16 (også kaldet overheder 16) til overhedet damp, som forlader varmeveksleren via udgang 38, ledning 39, ventil 41 og ledning 31 og blandes med carbonhydridhol-digt brændstof fra ledning 30 i ledning 33. Om ønsket kan en strøm af

DK 162058B

13 overhedet damp udtages fra overheder 16 via ledning 42, ventil 43 og ledning 44 og indføres i en dampturbine som arbejdsfluidum.

Den delvist afkølede afgangsgasstrøm forlader overheder 16 gennem udgang 21 og går ind i spildvarmekedel 23 via indgang 22. Under passagen 5 gennem gaskøler 23 passerer afgangsgasstrømmen i kontaktfri indirekte varmeveksling med en under modstrøm passerende strøm af kedelfødevand.

Kedelfødevandet opvarmes herved til frembringelse af damp ved absorption af i det mindste en del af den resterende fri varme i afgangsgasstrømmen. Kedelfødevandet i ledning 45 går således ind i varmeveksler 23 gen-10 nem indgang 46. Det passerer op på kappeside 25 og forlader den gennem udgang 47 og ledning 48 som damp. Dampen går ind i overheder 16 gennem indgang 49 og omdannes til overhedet damp som tidligere beskrevet. Om ønsket fjernes en del af dampen fra gaskøler 23 via udgang 50, ledning 51, ventil 52 og ledning 53. Denne damp kan anvendes andetsteds i syste-15 met.

Den afkølede afgangsgasstrøm forlader gaskøler 23 via en bundudgang 26 og ledning 54 og kan sendes til konventionelle gasrensningszoner ne-denstrøms i systemet.

I figur 2 vises et apparatur lig det tidligere beskrevne, bortset 20 fra en yderligere kappe- og rørvarmeveksler 55 indeholdende en med flange forsynet bundudgang 56, en med flange forsynet topudgang 57, indvendige rør eller spiraler 58, kappeside 59 og sideudgang 60. Fra ledning 61 cirkulerer en cirkulator 62, f.eks. en pumpe, kompressor eller blæser, gasformigt eller flydende varmeoverføringsfluidum gennem ledning 25 63, indgang 64, op gennem kappeside 20 i varmeveksler 16, udgang 65, ledning 66 og indgang 67 på varmeveksler 55 (også kaldet overheder 55).

Det varme varmeoverføringsfluidum passerer så gennem kappeside 59 og ud gennem bundudgang 60 til recirkulation til varmeveksler 16 og genopvarmning.

30 Drift af det i fig. 2 viste apparatur ligner i en vis udstrækning, hvad der tidligere blev beskrevet i forbindelse med fig. 1. Hovedforskellene har forbindelse med anvendelsen af et varmeoverføringsfluidum, som cirkuleres mellem varmevekslerne 16 og 55. I varmeveksler 16 opvarmes strømmen af varmeoverføringsfluidum ved absorption af en del af den 35 frie varme i afgangsgasstrømmen direkte fra gasgenerator 1 eller direkte fra en faststof- og slaggeseparator (ikke vist på tegningen). Som tidligere beskrevet passerer strømmen af varmeoverføringsfluidum i varmeveksler 16 op gennem kappeside 20 i kontaktfri indirekte varmeveksling med

DK 162058B

14 den nedadstrømmende kontinuerlige strøm af varm afgangsgas fra gasgenerator 1 i rør 17. Derefter er i varmeveksler 55 den mængde fri varme, der afgives af strømmen af varmeoverføringsfluidum, der kontinuerligt passerer gennem kappesiden 59, tilstrækkelig til at omdanne den kontinu-5 erlige dampstrøm, hvormed den passerer i kontaktfri indirekte varmeveksling, til overhedet damp. Dampen fremstilledes tidligere i spildvarmekedel 23 som beskrevet tidligere for fig. 1. I det mindste en del af den i gaskøler 23 fremstillede damp indføres i overheder 55 via udgang 47, ledning 48 og med flange forsynet indgang 56. Om ønsket kan overhedet 10 damp fra ledning 39 eller damp fra ledning 53 indføres i gasgenerator 1 som temperaturmoderator og som transportmedium for brændstoffet. Fortrinsvis ledes afgangsgasstrømmen gennem rørene i varmevekslerne 16 og 23 forbundet i serie.

I det i fig. 3 viste apparatur er udformningen af gasgenerator 1, 15 overheder og gaskøler 23 i det væsentlige den samme som i fig. 1, men varmeveksleren (overheder) 16A er af en noget anden konstruktion, idet den er en kappe- og rør-højtemperaturvarmeveksler 16A med indvendige rør eller multiple spiraler 17 forbundet med“ovenstrøms samlekasse 18 og nedenstrøms samlekasse 19, en kappeside 20 og en nedenstrøms samlekasse 20 19, en kappeside 20 og en nedenstrøms, med flange forsynet udgang 21.

Den kontinuerlige strøm af afgangsgas, som forlader gasgeneratoren til partiel oxidation via udgang 4, ledes gennem varmeveksler 16A under varmeveksling med en under modstrøm passerende dampstrøm frembragt i gaskøler 23. Supplerende damp fra en anden kilde kan indføres gennem 25 ledningerne 27, 28, 29, 32 og 49. I det mindste en del af dampen, som passerer i opadgående retning på kappesiden 20 af varmeveksler 16A (også kaldet overheder 16A) ledes gennem huller 33 i væggene på rør 17 og ovenstrøms samlekasse 18 og blandes så med den varme afgangsgasstrøm fra gasgeneratoren. Resten af dampen omdannes til overhedet damp, som går 30 bort via udgang 38, ledning 79 og 39, ventil 41 samt ledning 31 og blandes med det carbonhydridholdige brændstof fra ledning 30 i ledning 35. Om ønsket kan en strøm af overhedet damp udtages fra overheder 16A via ledning 42, ventil 43 samt ledning 44 og indføres i en dampturbine 70 som arbejdsfluidum og forlade den gennem ledning 71. Turbine 70 for-35 syner luftkompressor 72 og eventuelt elektricitetsgenerator 73 med kraft. Luft går ind i kompressor 70 gennem ledning 74 og forlader den gennem ledning 75. I luftadskillelseszone 76 adskilles den komprimerede luft i nitrogen i ledning 77 og oxygen i ledning 78. Om ønsket kan over-

DK 162058 B

15 hedet damp udtages fra overheder 16A gennem udgang 38, ledningerne 79 og 80, ventil 81 og ledning 82.

Den delvist afkølede afgangsgasstrøm indeholdende den udledte strøm forlader overheder 16A gennem udgang 21 og går ind i spildvarmekedel 23 5 via indgang 22. Under passagen ned gennem gaskøler 23 passerer blandingen af afgangsgasstrøm og udledt damp i kontaktfri indirekte varmeveksling med en under modstrøm passerende strøm af kedelfødevand. Kedelføde-vandet opvarmes derved til frembringelse af damp ved at absorbere mindst en del af den resterende fri varme i blandingen af afgangsgasstrøm og 10 udledt strøm. Kedelfødevandet i ledning 45 går således ind i varmeveksler 23 gennem indgang 46. Det passerer op på kappeside 25 og går bort gennem udgang 47 og ledning 48 som damp. Dampen går ind i overheder 16A gennem ledning 32, indgang 49 og omdannes til overhedet damp som tidligere beskrevet. Om ønsket fjernes en del af dampen fra gaskøler 23 via 15 udgang 50, ledning 51, ventil 52 og ledning 53. Denne damp kan anvendes andetsteds i systemet.

Den afkølede blanding af afgangsgasstrøm og udledt damp forlader gaskøler 23 via bundudgang 26 og ledning 54 og kan sendes til konventionel gasrensning og om ønsket til en yderligere rensningszone nedenstrøms 20 i systemet. Den rensede og om ønsket yderligere rensede produktgas kan anvendes som syntesegas, reducerende gas eller brændstofgas i afhængighed af sammensætningen. F.eks. kan ren produktgas indføres i forbrændingskammeret på en gasturbine (ikke vist). De gasformige forbrændingsprodukter passerer fra forbrændingskammeret til en ekspansionsturbine 25 som arbejdsfluidum. Turbinen kan drive en turbokompressor eller en turboelektrisk generator. Turbokompressoren kan anvendes til kompression af luft til brug i systemet. Den elektriske generator kan frembringe elektrisk energi til anvendelse i processen.

Fig. 4 viser en proces lig den, der tidligere er beskrevet i for-30 bindelse med fig. 2 med undtagelse af zoner 91 til rensning og om ønsket yderligere rensning.

En recirkuleret supplerende del af afgangsproduktgasstrømmen i ledning 115 komprimeres med gaskompressor 69 til et højere tryk end trykket af den rå afgangsgasstrøm, der forlader gasgenerator 1. Den koldere kom-35 primerede suppleringsgas blandes så i ledning 68 med det gasformige var-meoverføringsfluidum, der forlader overheder 55 gennem den nedre sideudgang 60 og ledning 61. Ved hjælp af gascirkulator 62 ledes det gasformige varmeoverføringsfluidum gennem ledning 63, indgang 64 og nedenstrøms 16

DK 16205 8 B

samlekasse 13 på kappe- og rørvarmeveksler 16A. Der passerer det gasfor-mige varmeoverføringsfluidum op gennem et antal rør eller spiraler 17 og går så bort gennem ovenstrøms samlekasse 14 og udgang 65. Under bevægelsen opad gennem varmeveksler 16A udledes en del af det gasformige varme-5 overføringsfluidum gennem huller eller slidser 33 med lille diameter i rørvæggene og om ønsket i samlekasserne. Den udledte gas danner et beskyttende overtræk eller slør mellem den ydre overflade af samlekasserne og rørene og afgangsgasstrømmen, som passerer ned gennem varmeveksler 16A på kappeside 20. Den udledte gas blandes så med afgangsgasstrømmen, 10 og den delvist afkølede gasstrøm går bort gennem udgang 21. Det opvarmede gasformige varmeoverføringsfluidum fra udgang 65 passerer gennem ledning 66, indgang 67 på varmeveksler 55 og derefter ned gennem kappeside 59 og ud gennem bundudgang 60 til recirkulation til varmeveksler 16A og genopvarmning som tidligere beskrevet.

15 Ved drift af den i fig. 4 viste udførelsesform for fremgangsmåden opvarmes strømmen af gasformigt varmeoverføringsfluidum i rør 17 i varmeveksler 16A. I varmeveksler 55 er så den mængde fri varme, der afgives af strømmen af varmeoverføringsfluidum, der kontinuerligt passerer ned gennem kappeside 59, tilstrækkelig til at opvarme den kontinuerte strøm 20 af i rør 58 opstrømmende damp, hvormed det passerer i kontaktfri indirekte varmeveksling til frembringelse af den overhedede damp.

Den overhedede damp går bort gennem ledning 39, og en del kan ledes gennem ledning 40, ventil 41, ledningerne 105 og 31, og blandes i ledning 35 med brændstof fra ledning 30. Fødematerialeblandingen indføres 25. så i gasgenerator 1 via brænder 6. Den resterende del af den overhedede damp kan ledes bort gennem ledning 106, ventil 107 og ledning 108. Om ønsket kan en del af den overhedede damp anvendes som arbejdsfluidum i dampturbine 70 på den måde, der er beskrevet for den overhedede damp i ledning 44 i fig. 3.

30 Den mættede eller umættede damp i ledning 48 frembringes i gaskøler 23. Yderligere damp fra et andet sted i systemet kan indføres gennem ledning 95, ventil 96 og ledning 97. I dét mindste en del af afgangsgas-strømmen, der forlader gaskøler 23, dvs. 1 - 100 volumen%, kan indføres i zone 91 til gasrensning og om ønsket yderligere rensning. Om ønsket 35 kan en del af gasstrømmen gå uden om zonerne 91 til rensning og eventuel yderligere rensning via ledning 124, ventil 125 og ledning 126. Ren og om ønsket yderligere renset produktgas fremstilles i 91, og i det mindste en del recirkuleres som supplerende gas til kompressor 69. Resten af

DK 162058 B

17 produktgassen i ledning 121 kan f.eks. anvendes som brændstofgas i en gasturbines forbrændingskammer. Røggassen fra forbrændingskammeret indføres i en ekspansionsturbine som arbejdsfluidum. Ekspansionsturbinen kan som tidligere beskrevet anvendes til at drive en kompressor eller en 5 elektrisk generator med. Andre anvendelser for produktgassen er tidligere blevet beskrevet. I det mindste en del af dampen til overheder 55 frembringes i spildvarmekedel 23 ved, at kedelfødevand ledes i ledning 45 gennem indgang 46 og kappeside 25, hvorved der absorberes i det mindste en del af den frie varme, der er tilbage i den nedadstrømmende 10 blanding af afgangsgasstrøm og udledt strøm i rør 24, der går bort gennem udgang 26 og ledning 54. I det mindste en del af den i gaskøler 23 frembragte damp indføres i overheder 55 via udgang 47, ledningerne 98 og 48 og den med flange forsynede indgang 56. Om ønsket kan overhedet damp fra ledning 39 eller damp fra ledning 53 indføres i gasgenerator 1 som 15 temperaturmoderator og som transportmedium for det carbonhydridholdige brændstof. Alternativt kan afgangsgasstrømmen fra gasgenerator 1 blive ledt gennem rørene i varmeveksler 16 og 23 forbundet i serie. I så fald vil det gasformige varmeoverføringsfluidum i ledning 63 passere gennem kappesiden i varmeveksler 16A. En del af varmeoverføringsfluidet vil så 20 blive ledt gennem rør- og samlekassevæggene og derefter ind i afgangsgasstrømmen, der strømmer ned gennem rørene. Der dannes imidlertid først et beskyttende overtræk af gasformigt varmeoverføringsfluidum på den indre overflade af rørene og begge samlekasserne. Om ønsket kan kun den ovenstrøms samlekasse være forsynet med udledningshuller.

25 Den afkølede afgangsgasstrøm, der går bort gennem ledning 54, ledes gennem ledning 117, ventil 118 samt ledning 119 og til en rensnings- og om ønsket yderligere rensningsoperation vist som 91 på tegningen. Den rensede og om ønsket yderligere rensede gas går bort gennem ledning 120 og 121, ventil 122 og ledning 123. Når produktgassen i ledning 123 er 30 brændstofgas, kan en del blive brændt i en gasovn til frembringelse af varme. Alternativt kan en del blive indført i forbrændingskammeret på en gasturbine (ikke vist). Forbrændingsgasserne passerer gennem en ekspansionsturbine til frembringelse af mekanisk energi. Produktgassen kan også omfatte syntesegas, reducerende gas eller ren hydrogen. I det mindste 35 en del af afgangsgasstrømmen plus den udledte gas i ledning 54 kan gå uden om de forskellige rensningszoner 91 via ledning 124, ventil 125 og ledning 126.

En del af produktgassen i ledning 120 anvendes som supplement til

DK 162058B

18 erstatning af det gasformige varmeoverføringsfluidum, der er ledt gennem åbningerne i rør 17 og samlekasser 13 og 14 i varmeveksler 16. Denne supplementgasstrøm er koldere end det gasformige varmeoverføringsfluidum i ledning 61 og ledes gennem ledning 130, ventil 131 samt ledning 115 og 5 komprimeres i kompressor 69 til et tryk over trykket af afgangsgasstrømmen på kappeside 20 i varmeveksler 16A. Som tidligere beskrevet blandes den komprimerede suppleringsgas med det gasformige varmeoverføringsfluidum fra ledning 61, og blandingen cirkuleres i sløjfen mellem varmevekslerne 16A og 55.

10 De efterfølgende eksempler illustrerer udførelsesformer for fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Fremgangsmåderne gennemføres kontinuerligt, og de specificerede mængder er for alle materialestrømme på timebasis. Volumenerne er angivet ved 0°C og et tryk på 1 bar. Trykkene er absolutte tryk.

15

Eksempel 1

Den ved eksempel 1 illustrerede udførelsesform er vist i fig. 1 på tegningen. 89896 m3 rå syntesegas fremstilles kontinuerligt i en ikke-katalytisk fri strømsgasgenerator ved partiel oxidation af et carbonhy-20 dridholdigt brændstof (vil blive nærmere beskrevet) med oxygen (ca. 99,7 volumen% renhed). Det carbonhydridholdige brændstof er en pumpelig opslæmning omfattende 470,3 kg parti kel formigt carbon udvundet senere ved rensning af det rå syntesegasprodukt og 26014 kg reduceret råolie med følgende slutanalyse i vægt%: C 85,87; H2 11,10; S 2,06; N2 0,78; 02 25 0,16 og aske 0,04. Den reducerede råolie har desuden en API-massefylde på 12,5 (specifik massefylde 0,983), en forbrændingsvarme på 10185 kal/g og en viskositet på 479 Saybolt sek. Furol ved 50°C (1170 cSt).

Ca. 13007 kg overhedet damp fremstillet senere i processen med en temperatur på 399°C og et tryk på ca. 40 bar blandes med den reducerede 30 råolie til frembringelse af en fødematerialeblånding med en temperatur på ca. 295°C, som kontinuerligt indføres i ringkanalen på en brænder af ringtype, og som bortledes til reaktionszonen i gasgeneratoren. Ca.

19937 m3 oxygen med en temperatur på ca. 260°C ledes kontinuerligt gennem brænderens centrale kanal og blandes med dispersionen af overhedet 35 damp og råolie.

Partiel oxidation og tilsvarende reaktioner finder sted i gasgeneratorens fri strømsreaktionszone til frembringelse af en kontinuert afgangsstrøm af rå syntesegas ved en temperatur på 1305°C og et tryk på

DK 162058 B

19 27,7 bar. Afgangsstrømmen af varm rå syntesegas fra gasgeneratoren passerer gennem en separat varmeveksler eller overheder, hvor den afkøles til en temperatur på 1125°C ved varmeveksling med en kontinuert strøm af mættet damp frembragt senere i processen. 65738 kg mættet damp går ind i 5 overhederen ved en temperatur på 253°C og et tryk på 40,7 bar. Ca. 65738 kg overhedet damp forlader overhederen ved en temperatur på 400°C og et tryk på 40 bar. Som tidligere beskrevet indføres en del af denne kontinuerte strøm af overhedet damp i gasgeneratoren, fortrinsvis i blanding med råolien. Om ønsket anvendes en del af den overhedede damp som ar-10 bejdsfluidum i en turbokompressor, f.eks. i et luftadski11 el sesanlæg til frembringelse af fri-oxygen fødematerialet til gasgeneratoren.

Den delvist afkølede strøm af rå syntesegas, der forlader overhederen, ledes så gennem rør i en separat konventionel gaskøler og køles til en temperatur på ca. 270°C ved varmeveksling med 65738 kg kedelfødevand 15 ti 11 edt i en kontinuerlig strøm på kappesiden. En strøm på ca. 65738 kg af dette mættet-damp biprodukt fremstilles derved ved en temperatur på ca. 253°C og et tryk på ca. 40,7 bar. Som tidligere beskrevet ledes i det mindste en del af denne mættede damp ind i overhederen til omdannelse til overhedet damp. Den resterende del af den mættede damp kan an-20 vendes andetsteds i processen, f.eks. til forvarmning af den fri-oxygen indeholdende gas.

Den kontinuerte afgangsstrøm af rå syntesegas, der forlader gaskø-. leren efter varmeveksling med kedelfødevandet, har et tryk, som i det væsentlige er det samme som trykket i gasgeneratorens reaktionszone mi-25 nus sædvanligt trykfald i ledningerne og varmevekslerne. Dette trykfald kan være mindre end ca. 1,3 bar. Sammensætningen af strømmen af rå syntesegas, der forlader gaskøleren, er som følger: H2 41,55%; CO 41,59%; C02 4,61%; H20 11,46%; HgS 0,40%; COS 0,02%; CH4 0,13%; N2 0,21% og Ar 0,03%. Ca. 474,5 kg uomdannet parti kel formigt carbon er indeholdt i af-30 gangsstrømmen af rå syntesegas. Parti kel formigt carbon og andre gasurenheder kan fjernes fra den rå syntesegas i forskellige nedenstrøms gasrensningszoner. Om ønsket kan en del af den overhedede damp blive blandet med syntesegasstrømmen og derefter underkastet vandgaskonvertering til omdannelse af carbonmonoxid i gasstrømmen til hydrogen og carbondio-35 xid. Dette C02 kan så fjernes til frembringelse af en gasstrøm indeholdende hydrogen.

DK 162058B

20

Eksempel 2

Den ved eksempel 2 beskrevne udførelsesform er vist i fig. 2 på tegningen.

Arten og mængden af fødematenaler, der indføres i gasgeneratoren i 5 eksempel 2, som er en ikke-katalytisk fri strømsgasgenerator, er i det væsentlige som tidligere beskrevet for eksempel 1. På tilsvarende måde er sammensætningen og mængden af rå syntesegas og mængderne af fremstillet mættet damp og overhedet damp i det væsentlige ens i eksempel 1 og 2. Derudover er driftstemperaturen og trykkene i gasgeneratoren og mod-10 svarende varmevekslere og for modsvarende strømme af materialer og produkter i det væsentlige ens i begge eksempler.

I eksempel 2 cirkuleres 9361 kg hydrogen kontinuerligt mellem varmeveksler 16 og den separate overheder 55 som varmeoverføringsfluidum.

Den kontinuerlige afgangsstrøm af rå syntesegas fra gasgeneratoren 15 ved en temperatur på 1305°C og et tryk på 27,7 bar reduceres til en temperatur på 1124°C ved varmeveksling med varmeoverføringsfluidet, som går ind i den separate varmeveksler 16 ved en temperatur på 455°C og forlader den ved en temperatur på 805°C. Temperaturen af den kontinuerlige strøm af rå syntesegas reduceres så yderligere til 271°C ved varmeveks-20 ling med kedelfødevand i gaskøler 23. En kontinuerlig strøm af mættet damp frembragt i gaskøler 23 ved en temperatur på 252°C omdannes så til en kontinuerlig strøm af overhedet damp ved en temperatur på 400°C og et tryk på 40 bar i den separate overheder 55 ved kontaktfri varmeveksling med varmeoverføringsfluidet, som går ind i overheder 55 ved en tempera-25 tur på 805°C og forlader den ved en temperatur på 455°C.

Eksempel 3

Den i eksempel 4 beskrevne udførelsesform er vist i fig. 4 på tegningen.

30 Arten og mængderne af fødematerialer til gasgeneratoren er i det væsentlige som beskrevet i eksempel 1. Tilsvarende er også sammensætningen og mængden af rå syntesegas i det væsentlige som i eksempel 1. Afgangsstrømmen af varm rå syntesegas fra gasgeneratoren passerer gennem rørene i den separate kappe- og rørvarmeveksler eller overheder 16A, 35 hvor den afkøles til en temperatur på 1125°C ved varmeveksling med en kontinuerlig strøm af mættet damp frembragt senere i processen. 65738 kg mættet damp går ind i overhederen på kappesiden ved en temperatur på 253°C og et tryk på 40,7 bar. Ca. 90 vol% af den mættede damp forlader

DK 162058B

21 varmeveksleren som overhedet damp ved en temperatur på 400°C og et tryk på 40 bar. Som beskrevet i eksempel 1 indføres en del af denne kontinuerlige strøm af overhedet damp i gasgeneratoren, fortrinsvis i blanding med råolien. Om ønsket anvendes en del af den overhedede damp som ar-5 bejdsfluidum i en turbokompressor, f.eks. i et luftadskillelsesanlæg til frembringelse af fri-oxygen fødematerialet til gasgeneratoren. Den resterende del af den mættede damp, dvs. ca. 6573 kg, som indføres i overhederen, ledes gennem huller med lille diameter i rørene og den oven-strøms samlekasse og blandes med den varme rå syntesegas, der passerer 10 derigennem. Et overtræk af damp forer rørenes indvendige overflade og beskytter derved rørene mod korroderende angreb af den rå syntesegas.

Desuden aflejres der ikke carbon eller aske på den indvendige overflade af rørene.

Den delvist afkølede strøm af rå syntesegas i blanding med den ud-15 ledte damp, der forlader overhederen, ledes så gennem rørene i en separat konventionel gaskøler og køles til en temperatur på ca. 271°C ved varmeveksling med 65738 kg kedelfødevand tilført i en kontinuerlig strøm på kappesiden. En strøm på ca. 65738 kg af biproduktet af mættet damp frembringes derved ved en temperatur på 253°C og et tryk på ca. 40,7 20 bar. Som tidligere beskrevet ledes denne mættede damp ind i overhederen 16A for at blive omdannet til overhedet damp.

Den kontinuerlige afgangsstrøm af rå syntesegas, der forlader gas-køleren efter varmeveksling med kedelfødevandet, har et tryk, som i det væsentlige er det samme som trykket i gasgeneratorens reaktionszone mi-25 nus almindeligt trykfald i ledningerne og varmevekslerne. Dette trykfald kan være mindre end ca. 1,32 bar. Sammensætningen af strømmen af rå syntesegas, der forlader gaskøleren, er som følger (mol%, tør basis): H2 46,95; CO 46,99; C02 5,19; H2S 0,45; COS 0,02; CH4 0,14; 0,23 og Ar 0,03. Ca. 474,5 kg uomdannet parti kel formigt carbon er indeholdt i af-30 gangsstrømmen af rå syntesegas. Partikel formigt carbon og andre gasurenheder kan fjernes fra den rå syntesegas i forskellige nedenstrøms gasrensningszoner. Om ønsket kan en del af den overhedede damp blive blandet med syntesegasstrømmen og derefter underkastet vandgaskonvertering til omdannelse af carbonmonoxid i gasstrømmen til hydrogen og carbondio-35 xid. Dette C02 kan så fjernes til frembringelse af en gasstrøm indeholdende hydrogen.

DK 162058 B

22

Eksempel 4

Den i eksempel 4 beskrevne udførelsesform er vist i fig. 4 på tegningen.

Arten og mængderne af fødemateriale til den i eksempel 4 anvendte 5 gasgenerator, der er en ikke-katalytisk fri strømsgasgenerator, er i det væsentlige som beskrevet for eksempel 1. På lignende måde er sammensætningen og mængden af rå syntesegas og mængderne af mættet damp og overhedet damp, der frembringes, i det væsentlige som i eksempel 1. Ydermere er driftstemperaturen og trykkene i gasgeneratoren og modsvarende varme-10 vekslere og for de modsvarende strømme af materialer og produkter i det væsentlige ens i begge eksempler.

I eksempel 4 cirkuleres 9361 kg hydrogen fremstillet nedenstrøms i processen kontinuerligt mellem varmeveksler 16A og den separate overheder 55 som varmeoverføringsfluidum.

15 Den kontinuerlige afgangsstrøm af rå syntesegas fra gasgeneratoren ved en temperatur på 1305°C og et tryk på 27,7 bar reduceres til en temperatur på 1125°C ved varmeveksling med varmeoverføringsfluidet, som går ind i den separate varmeveksler 16A ved en temperatur på 455°C og forlader den ved en temperatur på 805°C. Temperaturen af den kontinuerlige 20 strøm af rå syntesegas i blanding med udledt hydrogen reduceres så yderligere ved varmeveksling med kedelfødevand i gaskøler 23. En kontinuerlig strøm af mættet damp frembragt i gaskøler 23 med en temperatur på 253°C omdannes så til en kontinuerlig strøm af overhedet damp med en temperatur på 400°C og et tryk på 40 bar i den separate overheder 55 ved 25 kontaktfri varmeveksling med varmeoverføringsfluidet i blanding med suppleringshydrogen, som går ind i overheder 55 ved en temperatur på 805°C.

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af gasformige blandinger indeholdende HgO og CO ved partiel oxidation af et brændstof indeholdende 5 carbon og hydrogen, med en fri-oxygen indeholdende gas, eventuelt efter forvarmning af brændstoffet, i en ikke-katalytisk fri strømsgasgenerators reaktionszone ved en temperatur fra ca. 815 til 1930°C og et tryk fra ca. 1 til 245 bar, hvorved den frie varme fra afgangsgasstrømmen fra generatoren omdannes til damp ved indirekte varmeveksling, kendeteg 10. e t ved, at afgangsgasstrømmen i rækkefølge ledes gennem en første og en anden varmevekslingszone, idet den i den anden zone fjernede frie varme anvendes til omdannelse af en vandstrøm fil damp ved indirekte varmeveksling, og den i den første zone fjernede frie varme anvendes til omdannelse af i det mindste en del af dampen til overhedet damp. 15

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i den første zone anvendes en kappe- og rørvarmeveksler, og at en del af dampen kontinuerligt udledes i afgangsgasstrømmen gennem åbninger i varmevekslerens vægge. 20

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dampen ledes fra den anden zone til en tredie varmevekslingszone, hvori den overhedes ved indirekte varmeveksling med en strøm af varmeoverfø-ringsfluidum, som cirkuleres mellem den første og den tredie zone til 25 overførsel af fri varme fra den første zone til den tredie zone.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der i den første zone anvendes en kappe- og rørvarmeveksler, og at en udledningsstrømdel af gasformigt varmeoverføringsfluidum kontinuerligt udle- 30 des i afgangsgasstrømmen gennem åbninger i varmevekslerens vægge.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at blandingen af afgangsgas og udledningsstrømdelen af det gasformige varmeoverføringsfl uidum renses, at en del af den resulterende rene afgangs- 35 produktgasstrøm blandes med afkølet gasformigt varmeoverføringsfluidum, der forlader den tredie varmevekslingszone, og at den resulterende gasblanding indføres i den første varmevekslingszone som det gasformige varmeoverføringsfluidum ved et højere tryk end den varme afgangsgas- DK-162058 B strøm.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at der som varmeoverføringsmedium anvendes hydrogen opnået fra af- 5 gangsproduktgasstrømmen ved varmeveksling, rensning og vandgaskonverte-ring.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at varmeoverføringsmediet forlader den første varmevekslingszone som damp 10 og kondenseres til en væske i den tredie varmevekslingszone, hvorefter det nu flydende varmeoverføringsmedium recirkuleres til den første varmevekslingszone.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående 15 krav, kendetegnet ved, at der først dannes damp med en temperatur på 150 til 375°C og et tryk på 4 til 255 bar, som derefter omdannes til overhedet damp med en temperatur på 400 til 600°C og et tryk på 4 til 255 bar.

9. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at i det mindste en del af den overhedede damp indføres i gasgeneratorens reaktionszone.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at den 25 overskydende damp anvendes som bærer for brændstoffødematerialet til gasgeneratoren.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at brændstoffet forvarmes til en temperatur op til ca. 430°C, men 30 under dets krakningstemperatur,med i det mindste en del af den fremstillede damp. 35