FI110266B - Menetelmä hiilipitoisen polttoaineen kaasuttamiseksi leijukerroskaasuttimessa - Google Patents

Description

110266

Menetelmä hiilipitoisen polttoaineen kaasuttamiseksi leijukerroskaasuttimessa

Keksinnön kohteena on menetelmä hiilipitoisen polttoaineen kaasuttamiseksi leijukerroskaasuttimessa, jossa menetelmässä kaasuttimeen syötetään polttoainetta ja 5 primääristä kaasutuskaasua ja kaasuttimesta poistetaan tuotekaasua, joka puhdistetaan erottamalla siitä hiiltä sisältävä kiintoainefraktio, joka syötetään edelleen happipitoisen kaasun kera toiseen leijukerrosreaktoriin, jonka tuottama kaasu johdetaan leijukerroskaasuttimeen sekundääriseksi kaasutuskaasuksi.

Runsaasti haihtuvia komponentteja sisältäviä polttoaineita on mahdollista kaasuttaa 10 leijukerroksessa korkealla hiilikonversiolla, kun kaasutuslämpötila on riittävä, tyypillisesti yli 900 °C, ja tuotekaasuvirrasta syklonilla erotettu kiintoaines kierrätetään takaisin leijukerrokseen. Sen sijaan vähemmän haihtuvia komponentteja sisältävillä ja vähemmän reaktiivisilla polttoaineilla, kuten esim. kivihiilellä ja turpeella, jää hiilikonversio vastaavassa yksinkertaisessa leijutusprosessissa helposti alle 90 %:n. 15 Tuhkan sulamis- ja sintraantumisongelmien sekä ilmakaasutuksessa myös tuote-kaasun laadun heikkenemisen vuoksi hiilikonversion kasvattaminen kaasutusläm-pötilaa nostamalla ei ole käytännössä mahdollista.

Tunnetuissa U-GAS- (vrt. Mason, D.M., Patel, J.G., Fuel Processing Technology, 3 (1980), s. 181-206) ja KRW-prosesseissa ongelma on koetettu ratkaista luomalla • · :v.20 kaasutusreaktorin pohjalle muuta leijupetiä enemmän hapettava korkealämpötila-vyöhyke, jossa tuhka osittain sulaa, samalla kun ympäröivä peti toimii alemmassa • · ... lämpötilassa. Näin saatiin aikaan ns. agglomeroiva kaasutin (vrt. US-patenttijulkaisu ;;; 3 981 690), jossa reaktorin pohjalta voidaan poistaa selektiivisesti muuta petiä ;[,* runsaammin tuhkaa sisältäviä raskaita agglomeraatteja. Tämä menetelmä soveltuu ’·’ ‘25 kuitenkin parhaiten happi/höyrykaasutukseen, jossa hapen ja höyryn syöttömäärän ja syöttökohtien valinnalla pystytään luomaan tarvittavat vyöhykkeet. Ilmakaasu- • · :.' · · tuksessa vesihöyryn käyttöä rajoittaa kaasun lämpöarvon aleneminen ja lisäksi ilman ' avulla on vaikeampi luoda tarvittava korkealämpötilavyöhyke. Niin ikään tämän , ,·. menetelmän käyttö rajoittuu vain sellaisiin polttoaineisiin, joiden tuhka agglo- ;;;#30 meroituu. Fi-patenttijulkaisun 86075 mukaisen HTW-prosessin ja sitä edeltäneen ;· Winkler-kaasuttimen (Hebden, D., Stroud, H.J.F., Chemistry of Coal Utilization, :,·· M.A. Elliott, ed., 2. Suppl. Voi., J. Wiley & Sons, s. 1694-1696) kehityksessä taas : ' : havaittiin vaikeaksi saavuttaa riittävä yli 95 %:n konversio kaasuttimessa huolimatta pölyjen takaisin kierrätyksestä ja korkeassa lämpötilassa tapahtuvasta happi/höyry-35 kaasutuksesta. Niinpä syklonin ja suodattimen erottama pöly katsottiin paremmaksi 2 110266 polttaa kokonaan erillisessä polttolaitteessa. Monet erilaiset yritykset saavuttaa parempi konversio jo itse kaasuttimessa päättyivät tuloksettomina.

US-patenttijulkaisusta 4 828 581 tunnetaan edelleen ns. Battelle Columbus -prosessi, jossa käytetään kahta rinnakkaista leijukerrosreaktoria kierrättämällä kuumaa pe-5 timateriaalia hapetusreaktorista kaasutusreaktoriin ja pitämällä kummankin tuote-kaasut toisistaan erillään. Tavoitteena on tuottaa keskilämpöarvoista tuotekaasua ilman hapen tarvetta. Tämän prosessin ongelmana on kuumien petimateriaalien siirron toteutus, mikä etenkin paineellisissa sovellutuksissa on hankalaa.

Toinen leijukerroskaasuttimien yleinen ongelma erityisesti rikkiä sisältävillä poltto-10 aineilla on se, että lentopöly sisältää pelkistävän kaasukehän takia ympäristössä epästabiileja yhdisteitä kuten kalsiumsulfidia, joka pitäisi hapettaa ennen ympäristöön sijoittamista.

US-patenttijulkaisussa 4 347 064 kuvataan kaasutusprosessi, jossa käytetään kahta leijukerrosreaktoria, joista kumpikin toimii kaasuttimena. Ensimmäisen reaktio-15 vaiheen kaasuuntumatonta hiilijäännöstä kaasutetaan toisessa vaiheessa korkeammassa lämpötilassa toiseen leijukerrosreaktoriin johdetulla hapen ja vesihöyryn seoksella, jossa hapen osuus on vähintään 30 ja yleensä 40-70 tilavuus-%. Julkaisussa suositellaan tuoreen polttoaineen syöttämistä myös toiseen kaasutusvai-heeseen, eli tarkoituksena on kaasutusreaktioiden ylläpitäminen rinnakkain kummas- • « . ‘.:20 sakin leijukerrosreaktorissa.

...: Keksinnön tarkoituksena on muodostaa parannettu leijukerroskaasutusprosessi, jolla • · edellä mainittuja, vähemmän haihtuvia aineita sisältäviä hiilipitoisia polttoaineita !!; voidaan kaasuttaa korkealla, yli 90 %:n ja edullisissa sovellutuksissa jopa yli 95 %:n hiilikonversiolla, samalla kun kaasutusprosessin kiinteästä jäännöksestä johtuvat ‘25 ympäristöongelmat vähenevät. Tunnusomaista keksinnön mukaiselle menetelmälle on se, että mainittua toista leijukerrosreaktoria käytetään hapettimena syöttämällä siihen stökiometrinen ylimäärä ilmaa siten, että tapahtuu syötetyn kiintoainefraktion ’... · sisältämän hiilen täydellinen konversio ja saadaan ylijäämähappea sisältävää kaasua, . joka johdetaan leijukerroskaasuttimeen kaasutuskaasuksi.

:..,:30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä leijukerroskaasuttimessa kaasuuntumatta jää-• nyt hiili saadaan hapetetuksi hiilimonoksidiksi ja/tai hiilidioksidiksi, joka palau- .···. tetaan kaasutukseen, jolloin prosessin hiilikonversio kasvaa olennaisesti. Hiilen ohella saadaan hapetetuksi myös muita tuotekaasuvirrasta erotettuja ympäristölle haitallisia kiinteitä komponentteja ennen niiden päätymistä prosessista poistettavaan 3 110266 tuhka-fraktioon. Saatavan tuhkan hiilipitoisuus on täten alhainen, eikä tuhkaan jää merkittäviä määriä ympäristölle myrkyllisiä komponentteja.

Keksinnön mukaisessa kiintoaineksen leijukerroshapetuksessa voi lisäksi tapahtua tuhkan osittaista agglomeroitumista, mikä helpottaa tuhkan erottumista kaasuttimeen 5 palautettavasta kaasuvirtauksesta.

Keksinnön mukaisessa leijukerroshapetuksessa vapautuvaa palamislämpöä voidaan hyödyntää ottamalla sitä, hapettunen lämpötilan säädön salliessa, talteen lämmön-vaihtimella suoraan hapettimesta tai kaasuttimen tuotekaasusta tapahtuvassa lämmön talteenotossa. Toisaalta hapettunen tuottaman sekundäärisen kaasutuskaasun 10 sisältämä hiilidioksidi ja vesihöyry voivat kaasuttimessa osaksi pelkistyä hiilimonoksidiksi ja vedyksi, jolloin nämä osaltaan lisäävät saatavan tuotekaasun poltto-arvoa.

Leijukerroshapettimeen hapettavaksi kaasuksi syötettävään ilmaan on mahdollista sekoittaa vesihöyryä hapettunen lämpötilan säätämiseksi. Hapettimessa vallitseva 15 lämpötila voi olla noin 800-900 °C, edullisimmin 800-850 °C, joka riittää kiintoaineksen sisältämän hiilen nopeaan hapetukseen ja jossa myös kiintoaineksen sisältämät pelkistyneet yhdisteet, kuten esim. CaS, varsin pitkälti hapettuvat. Hapettimesta voidaan edullisesti ottaa lämmönsiirrolla talteen ylimääräistä lämpöä lämpötilan pitämiseksi mainituilla optimialueilla.

:v;20 Leijukerroshapettimeen voidaan tarvittaessa syöttää sorbenttia rikin pidätyksen te-hostamiseksi sekä muita lisäaineita esim. tuhkan sulamisen estämiseksi. Osa hape-···. tuksesta jäljelle jäävästä tuhkasta voidaan poistaa leijukerroshapettimen pohjalta ja osa on erotettavissa hapettimesta kaasuttimeen johdettavasta kaasuvirrasta erillisellä erottimella, kuten syklonilla. Korkeamman ominaispainonsa ja mahdollisen osittai-v ‘25 sen agglomeroitumisen johdosta tuhka on nyt helpommin erottuvaa kuin kaasutti-mesta saadun tuotekaasuvirran runsaasti huokoista hiiltä sisältävät keveät tuhka-partikkelit.

Keksinnön mukaisessa prosessissa kaasutettaviksi polttoaineiksi soveltuvat kivihiili, » » · ' ·: · * turve sekä kiinteät biopolttoaineet, kuten esim. puu. Leijukerroskaasuttimen primää-:: 30 risenä kaasutuskaasuna voidaan käyttää ilmaa. Kaasuttimen leijukerroksen muodos-: taa edullisesti oleellisesti paikallaan pysyvä, kupliva leijupeti, mutta myös kierto- .··*. petireaktorin käyttö kaasuttimena on mahdollista. Pedin leijuvat partikkelit muodos tuvat hienojakoisesta kiintoaineesta, kuten esim. hiekasta tai kalkista. Keksinnön mukaisesti leijukerroshapettimesta tuotava sekundäärinen kaasutuskaasu, jossa 4 110266 hiilen oksidien ja vesihöyryn ohella on ylimäärin käytetystä hapetusilmasta jäljelle jäänyttä happea, syötetään kaasuttimessa edullisimmin kuplivan leijupedin yläpuolelle. Kaasuttimesta saatava tuotekaasu voidaan johtaa ensin sykloniin, jonka kaasu-virrasta erottama karkeampi kiintoainefraktio palautetaan kaasuttimen leijupetiin, ja 5 sen jälkeen lämpöä talteenottavan lämmönvaihtimen kautta suodattimeen hienojakoisemman, keksinnön mukaisesti leijukerroshapettimella hapetettavan hiilipitoisen kiintoainefraktion erottamiseksi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla aluksi oheiseen piirustukseen, joka on esimerkki keksinnön mukaista kaasutusprosessia sovel-10 tavasta laitteistosta.

Piirustuksen mukainen laitteisto käsittää leijukerroskaasuttimena toimivan pystysuuntaisen, lieriömäisen reaktioastian 1, joka on alaosastaan varustettu arinalla 2. Arinan 2 yläpuolella on oleellisesti stationääri, kupliva leijupeti 3, joka muodostuu hienojakoisista kierteistä partikkeleista, kuten hiekasta. Kuviossa on petimateriaalin 15 lisäys reaktioastiaan 1 merkitty nuolella 4, kaasutettavan polttoaineen syöttö nuolella 5, kaasutuskaasun syöttö nuolilla 6 ja 7, esim. siten, että nuoli 6 merkitsee kaasutusilmaa ja nuoli 7 vesihöyryä, sekä tuhkan poisto reaktioastiasta nuolella 8.

Leijupedin 3 yläpuolisesta tilasta 9, läheltä reaktioastian yläpäätä alkava kanava 10 johtaa kaasutuksessa syntyvän tuotekaasun sykloniin 11, joka erottaa kaasuvir- » · . ‘.:20 tauksesta karkeammat kiinteät partikkelit, jotka palautetaan kanavan 12 kautta kaa- | suttimen leijupetiin 3. Syklonista 11 tuotekaasu etenee kanavaa 13 myöten lämmön- :·*: vaihtimen 14 kautta hiukkaserottimeen 15, joka on esim. keraaminen suodatin. Suo- dattimen 15 erottama hienojakoisempi kiintoainefraktio poistuu kanavaan 16, ja ; . puhdistettu tuotekaasu jatkaa kanavaa 17 myöten haluttuun polttoainekäyttöön.

’·* ’25 Kanava 16 johtaa suodattimen 15 erottaman, runsaasti reagoimatonta hiiltä sisäl tävän hienojakoisen kiintoaineksen aluksi säiliöön 18, josta kiintoaines johdetaan joko kanavaa 19 myöten suoraan hapettimena toimivaan leijukerrosreaktoriin 20 tai kanavaa 21 myöten ensin välisäiliön 22 ja siitä edelleen leijukerrosreaktoriin 20, , jolloin osa kiintoaineksesta on mahdollista poistaa välisäiliöstä (nuoli 23). Leiju- II· ;L 30 kerroshapetin 20 muodostuu pystysuuntaisesta lieriömäisestä astiasta, joka on ala-;* osastaan varustettu arinalla 24. Arinan 24 yläpuolella on suurikokoisista, esim. hiek-•, · j kaa tai kalkkia olevista partikkeleista koostuva kupliva leijupeti 25 sekä sen yläpuo-linen tila 26. Leijukerroshapettimen 20 tarkoituksena on hapettaa suodattimen 15 tuotekaasuvirrasta erottaman hienojakoisen kiintoaineksen sisältämä hiili sekä muut 35 läsnä olevat, hapettuvat komponentit. Hapettavan kaasun, kuten ilman, syöttö on 5 110266 kuviossa osoitettu nuolella 27, optionaalinen vesihöyryn syöttö nuolella 28, petimateriaalin lisäys nuolella 29, mahdollinen pieni höyryn tai veden ruiskutus syntyvän savukaasun jäähdyttämiseksi nuolella 30 sekä tuhkan poisto nuolella 31. Hapetin 20 on myös varustettu lämmönvaihtimin 32 ja 33 hapetuslämpötilan säätä-5 miseksi optimaaliseksi, jolloin ylimääräinen lämpö on siirrettävissä esim. hyödynnettäväksi voimalaitoksen höyrypiirissä.

Leijukerroshapettimesta 20 saatava kaasu, joka hiilen oksidien ja vesihöyryn lisäksi voi hapetuksessa käytetyn ilmaylimäärän johdosta sisältää myös happea, johdetaan kanavan 34 kautta sykloniin 35, joka poistaa tuhkapartikkelit (nuoli 36) kaasuvir-10 rasta, joka johdetaan kanavaa 37 myöten leijukerroskaasuttimeen 1 sekundääriseksi kaasutuskaasuksi, kuvion mukaan reaktioastiaan leijupedin 3 yläpuoliseen tilaan 9.

Piirustuksen kuvaamassa prosessissa kiinteä, partikkelimuotoinen polttoaine, esim. hiili, turve, puujäte tai niiden seos, pyrolysoituu kaasuttimessa 1 muodostaen tuote-kaasua, jossa palavina komponentteina on mm. hiilimonoksidia, vetyä ja hiilivetyjä. 15 Samalla syntyy jäännöshiiltä, jonka kaasutus on hitaampaa ja niinpä kaasuttimesta tuotekaasun mukana elutroituvat hiukkaset sisältävät vielä runsaasti reagoimatonta hiiliainesta. Suuresta hiilipitoisuudesta johtuen hiukkaset ovat melko keveitä, mistä johtuen vain suurimmat, tyypillisesti yli 10-20 μιη:η hiukkaset erottuvat tuotekaa-susta syklonilla 11. Syklonin 11 erottamat kaasuttimen leijupetiin 3 palautetut hiuk-. . 20 kaset reagoivat edelleen ja jauhautuvat viimein niin pieniksi, että kulkeutuvat syklo- ; nin läpi. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei välttämättä tarvita lainkaan syklo- • ·* nin 11 ja kanavan 12 muodostamaa primäärikiertovaihetta, mutta primäärikierron ' ’ toteutus johtaa pienempään leijukerroshapettimeen 20, mikä usein on kustannus- *,. .· syistä optimaalista. Niin ikään on syntyvän tuotekaasun laadun kannalta hyödyllistä, I t » v :25 että kaasuttimen yläosassa on runsaasti hiili- ja tuhkapitoisia hiukkasia, jotka edisti’: tävät tervayhdisteiden hajoamista ja haluttujen tuotekaasukomponenttien, hiilimo noksidin ja vedyn muodostumista.

• · ·

Syklonin 11 jälkeen tuotekaasu kulkee läpi lämmönvaihtimen 14, jossa kaasun ·;·* lämpötila alennetaan tyypillisestä kaasutuslämpötilasta (800-1000 °C) tasolle ; :':30 300-550 °C. Samalla tuotekaasussa olevat metallihöyryt (esim. alkalimetallit) kon- densoituvat ja ovat poistettavissa hiukkasten poiston yhteydessä. Hiukkaset poiste-. ·. taan esim. keraamisilla suodattimilla 15, jolloin prosessista poistuva tuotekaasu 17 •;;,: on puhdasta ja soveltuu esimerkiksi kaasuturbiinin polttoaineeksi. Erotettu runsaasti '···' hiiliainesta sisältävä pöly voidaan johtaa suoraan leijukerroshapettimeen 20 tai 35 vaihtoehtoisesti voidaan jossakin ajotilanteessa kerätä kaikki tai osa suodattimen erottamasta pölystä välisäiliöön 22 ja syöttää hapettimeen myöhemmin.

6 110266 Pölynpoistolinjan 23 kautta on myös mahdollista poistaa pölyä järjestelmästä esimerkiksi häiriö- ja alasajotilanteissa.

Hapettunen 20 olosuhteet säädetään ilma-, vesihöyry- ja pölysyöttöä säätämällä sellaisiksi, että pölyn sisältämä hiiliaines hapettuu hiilen oksideiksi. Koska hieno-5 jakoisen hiiliaineksen hapettumisreaktiot ovat huomattavasti nopeampia kuin kaasut-timessa 1 vallitsevat kaasutusreaktiot, tapahtuu hapettimessa täydellinen hiilen konversio jo käytettävissä olevan muutaman sekunnin viipymäajan puitteissa. Leijuker-roksen ansiosta hapettunen lämpötila pysyy vakaana ja lämmön- ja aineensiirto on tehokasta. Suodattimen 15 erottama kaasutusprosessin pöly sisältää hiiliaineksen 10 ohella myös muita pölyn jatkokäytön tai loppusijoituksen kannalta ongelmallisia aineita, kuten kalsiumsulfidia ja muita ympäristössä epästabiileja tai myrkyllisiä yhdisteitä. Hapetuksen yhteydessä myös nämä yhdisteet hapettuvat ja syklonilla 35 poistettava pöly muistuttaa tavanomaisen polttolaitoksen lentopölyä. Hapettimen lämpötila säädetään halutuksi (edullisesti noin 800-900 °C) joko käyttämällä runsas-15 ta ilmaylimäärää ja/tai vesihöyrysyöttöä tai poistamalla optionaalisen patjaläm-mönvaihtimen 32 avulla osa palamisessa kehittyvästä lämmöstä esimerkiksi voimalaitoksen höyrypiirissä hyödynnettäväksi. Viimeksi mainitussa tapauksessa hapetinta voidaan käyttää lähempänä stökiometrisen palamisen ilmakerrointa, jolloin kaasut-timeen johdettavan savukaasun happipitoisuus on tyypillisesti 1-5 %. Syklonin 35 20 toimintakyky perustuu siihen että hapettimesta 20 poistuvat tuhkahiukkaset ovat sel-västi raskaampia kuin kaasuttimesta 1 elutroituvat huokoiset hiilipitoiset hiukkaset.

: ‘ · *; Lisäksi hapettimessa voi tapahtua tuhkan osittaista agglomeroitumista.

' ‘ Hapettimesta 20 kaasuttaneen patjan 3 yläpuoliseen tilaan 9 johdettu kuuma savu- * - ·' kaasu toimii sekundäärikaasutuskaasuna, jonka sisältämä happi reagoi kaasuttimessa :: : 25 nopeasti palavien yhdisteiden kanssa. Korkeassa lämpötilassa myös hiilidioksidi ja v ·* vesihöyry osallistuvat kaasuttimessa tapahtuviin kaasutusreaktiohin ja muuntuvat

osittain hiilimonoksidiksi ja vedyksi. Kun hapetinta käytetään alle 850-880 °C

:*·.· lämpötilassa, reagoivat myös alkalimetallit pääosin kondensoituneiksi tuotteiksi t ·*·. (lähinnä alkalisulfideiksi), jotka voidaan poistaa syklonilla hiukkasten poiston *, 30 yhteydessä. Tarvittaessa voidaan hapettimesta poistuvaa savukaasua jäähdyttää • « · ’;;; ’ optionaalisella lämmönvaihtimella 33 tai pienellä höyry- tai vesiruiskutuksella 30.

. L Leijukerrosreaktorien 1, 20 leijupedit 3, 25 pidetään halutun suuruisina poistamalla tarpeen mukaan reaktorien pohjalta karkeaa tuhkaa 8, 31 ja lisäämällä tarvittaessa ·*·’ patjaan hiekkaa, kalkkia tai muuta valittua patjamateriaalia. Pienellä patjamate-35 riaalin vaihdolla vältetään myös tarttuvien tuhka-agglomeraattien kerääntyminen reaktorien leijukerroksiin.

7 110266

Keksinnön mukaisen menetelmän toimivuus on todettu seuraavien esimerkkien mukaisissa kokeissa, joissa bitumista kivihiiltä ja hiilen ja puun seosta on kaasutettu 0,34 MPa:n paineessa toimineella laitteistolla. Kun vastaavia polttoaineoksia kaasutettiin ilman keksinnön mukaista hapetusreaktoria, jäi polttoaineen sisältämän alku-5 ainehiilen konversio kaasumaisiksi tuotteiksi tasolle 75-90 %, vaikka kokeissa käytettiin erittäin korkeita, tuhkan sintraantumisen kannalta ongelmallisia kaasutus-lämpötiloja.

Esimerkki 1

Kaasuttimen polttoaineena käytettiin pelkästään bitumista kivihiiltä. Kuumasuo-10 dattimen erottamasta hiilipitoisesta pölystä hapettuneen syötettiin n. 55 p-%. Hapettunen petilämpötilaksi säädettiin n. 940 °C. Hapetusreaktorin petimateriaali oli kalkkikiven ja hiekan seos suhteessa 1:1. Hapettunen jälkeisen syklonin erottaman syk-lonipölyn hiilipitoisuus oli 0,55 %, kun hapettimelle syötetyssä suodattimen erottamassa pölyssä hiiltä oli 65,1 %. Hapettuneen syötetyn suodatinpölyn konversio oli 15 siis lähes täydellinen. Koska kaikkea pölyä ei kierrätetty, jäi syötetyn kivihiilen kokonaiskonversio 92,4 %:iin. Tämäkin on kuitenkin yli 10 %-yksikköä korkeampi kuin tavanomaisessa kaasutuksessa samalla hiilellä saavutettu konversio. Jakson aikana mitattiin kuumasuodattimen jälkeen kaasuttimen tuotekaasun sisältämien höyrymäisten alkalimetallien pitoisuudet (Na, K) sekä rikkiyhdisteet (H2S, COS). •.*.20 Höyrymäisiä alkalimetalleja oli yhteensä alle 0,05 ppm (m) ja H2S 220 ppm (til) !. ! sekä COS noin 20 ppm (til). Käytännössä tämä osoitti sen, ettei rikkiä ja alkali- ' metalleja sisältävän pölyn takaisinkierrätys nostanut suodatetun tuotekaasun sisäl tämien epäpuhtauksien tasoa alkalimetallien tai rikin osalta vaan ne saatiin sidottua ’ · · · * syklonipölyyn ja poistettua prosessista.

« · · • · · • · · . *: *; 25 Esimerkki 2

Kaasuttimen polttoaineena käytettiin 58 p-% sahanpurua ja 42 p-% bitumista kivi-’. * *: hiiltä. Kaasuttimen kuumasuodattimen erottama hiilipitoinen pöly kierrätettiin koko- naisuudessaan hapettuneen (100 %:n takaisinkierrätys). Hapettunen petimateriaali . oli sama kuin esimerkissä 1 ja pedin lämpötila pidettiin 895 °C:ssa. Hapettunen syk- ,···. 30 Ionin erottaman pölyn hiilipitoisuus oli 0,25 p-%, kun hapettimeen syötetyn kuuma-’ i * suodattimen erottaman pölyn hiilipitoisuus oli 57,4 p-%. Hiilen konversio kaasuiksi : oli kaasuanalyysin avulla laskettuna 96 % ja systeemistä poistettujen kiintoai- » * · (,.1 nevirtojen hiilisisällön avulla laskettuna yli 99 %. Vastaavassa tavanomaisessa puun ja hiilen seoskaasutuksessa on päästy tasolle 82-87 %. Koeajojakson aikana tehtiin 8 110266 vastaavat mittaukset kuin edellisen kokeen aikana: höyrymäiset alkalimetallit (Na ja K yhteensä) alle 0,05 ppm (m), H2S 210 ppm (til) ja COS 20 ppm (til).

Esimerkki 3 Tässä kokeessa hapettimelle syötettiin enemmän kuumasuodinpölyä kuin proses-5 sissa syntyi koejakson aikana. Tällä simuloitiin tapausta, jossa pölyä on aiemmin kerätty varastoon myöhemmin tapahtuvaa takaisinkierrätystä varten. Kaasuttimen polttoaineena käytettiin 86 p-% sahanpurua ja 14 p-% bitumista kivihiiltä. Suoda-tinpölyn takaisinkierrätysaste oli 112 p-%. Hapettimen petimateriaalina käytettiin samaa hiekka/kalkkikiviseosta kuin edellisissä esimerkeissä ja hapettimen petiläm-10 pötilaksi säädettiin 850 °C. Hapettimen syklonin erottaman pölyn hiilipitoisuus oli 0,3 p-%, kun hapettuneen syötetyn suodatinpölyn hiilipitoisuus oli 34,0 p-%. Kiin-toainevirtojen avulla laskettu hiilen konversio kaasuiksi oli yli 99 %. Kaasuttimen tuotekaasun suodattimen jälkeen mitatut höyrymäiset alkalimetallipitoisuudet olivat alle 0,05 ppm (m), H2S 180 ppm (til) ja COS 20 ppm (til).

15 Koeajojen aikana ei hapettimen pohjatuhkassa havaittu agglomeroitumista. Koeajojen jälkeen reaktori avattiin ja tutkittiin mahdollisten kerrostumien havaitsemiseksi. Kerrostumia ei havaittu. Tuotetun kaasun korkea hiilidioksidipitoisuus oli luonnollinen seuraus pienen kokoluokan koelaitteelle tyypillisistä suurista lämpöhäviöistä. Reaktorien sisäisten lämpötilatasojen ylläpitämiseksi tavanomaista suurempi osa • ·120 polttoaineesta täytyi polttaa. Esimerkkikokeiden keskeisimmät prosessimuuttujat ja • 1 ; · mitattuja kaasun ominaisuuksia on esitetty seuraavassa taulukossa 1.

»« · · « • · 1 • t · • 1 • 1 1 t · > · · i 1 · • · i t II» II» » · · 110266 9

Taulukko 1

Esimerkki__1__2__3

Paine, MPa (abs.)__0,34__0,34__0,34

Kaasuttimen ilmakerroin 0,35 0,40 0,36

Kokonaisilmakerroin__0,60__0,67__0,52

Hiilen massavirta, g/s 4,7 2,3 1,1

Puupurun massavirta, g/s - 2,9 6,2

Hiili/Puu-suhde, paino-% 100/0 42/58 14/86

Kaasuttimen patjamateriaalisyöttö, g/s 0,36 0,20 0,24

Hapettunen patjamateriaalin syöttö, g/s 0 0 0

Kaasutusilman syöttö, g/s 15,3 15,2 16,1 Höyryn syöttö kaasuttimeen, g/s 2,8 2,4

Ilman syöttö hapettuneen, g/s 10,7 10,5 7,6

Hapettunen leijutusnopeus, m/s 0,33 0,33 0,22

Kuivan tuotekaasun koostumus, til-% CO 8,8 6,5 8,7 C02 13,3 15,4 13,9 H2 6,5 5,0 5,6 N2 (+ Ar) 70,7 71,9 69,6 CH4 0,62 1,2 2,0 c2Hy <0,01 o,os 0,32 ·; H2S__0,02 0,02 0,02 [ " H20 kosteassa kaasussa, til-%__13,9__15,6__9,8

Kuivan tuotekaasun alempi lämpöarvo, 2,2 2,0 3,1 v : MJ/m3n____ · Syklonipölynhiilipitoisuus, p-%__0,55__0,25__0,30 * *

Claims (9)

10 110266

1. Menetelmä hiilipitoisen polttoaineen kaasuttamiseksi leijukerroskaasuttimessa (1), jossa menetelmässä kaasuttimeen syötetään polttoainetta (5) ja primääristä kaa-sutuskaasua (6, 7) ja kaasuttimesta poistetaan tuotekaasua (10), joka puhdistetaan 5 erottamalla siitä hiiltä sisältävä kiintoainefraktio (16), joka syötetään edelleen hap-pipitoisen kaasun kera toiseen leijukerrosreaktoriin (20), jonka tuottama kaasu johdetaan leijukerroskaasuttimeen (1) sekundääriseksi kaasutuskaasuksi, tunnettu siitä, että mainittua toista leijukerrosreaktoria (20) käytetään hapettimena syöttämällä siihen stökiometrinen ylimäärä ilmaa siten, että tapahtuu syötetyn kiintoainefraktion 10 sisältämän hiilen täydellinen konversio ja saadaan ylijäämähappea sisältävää kaasua, joka johdetaan leijukerroskaasuttimeen (1) kaasutuskaasuksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaine-fraktion (16) erotus tuotekaasusta tapahtuu suodattamalla (15).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila 15 leijukerroshapettimessa (20) on noin 800-900 °C.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leijukerroshapettimeen (20) syötetään rikinpoistosorbenttia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettunen (20) poistokaasusta (34) erotetaan hienojakoista kiintoainesta (36) ennen • . 20 kaasun johtamista leijukerroskaasuttimeen (1). I t

• 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ‘: polttoaine (5) on kivihiiltä, turvetta tai kiinteää biomassaa.

;!; 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että \ / primäärinen kaasutuskaasu (6) sisältää ilmaa. f I ·

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ; leijukerroskaasuttimessa (1) on kiinteistä partikkeleista koostuva kupliva leijupeti ;T: (3)·

.' ’ ’: 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : · · - ennen hapetettavan kiintoainefraktion (16) erottamista kaasuttimesta (1) poistunees- 30 ta tuotekaasusta (10) erotetaan karkeampi kiinteä fraktio (12), joka palautetaan kaa- * suttimeen. • · > * > 110266