FI61204B - Foerfarande foer framstaellning av gasblandningar innehaollande vaete och kolmonoxid genom partiell oxidation av ett braensle innehaollande kol och vaete - Google Patents

Description

ΓΤ* ______I r-1 KUULUTUSJULKAISU .

^ (1) UTLÄGGNINGSSKRIPT 6 1 2 0 4 C Patentti nyjnnatty 10 0ό 193" ·λΑ§ (latent nicilelat ^ ’ ^ (51) Kv.lk?/lnt.Cl.3 C 10 J 3/72 SUOMI FINLAND (21) PtMnttlhtkemu· — Ptt«icaM6fcnlii| 781881* (22) Hakamliptivi — Aiweknlupdftg 13·06.78 (23) Alkuptlv»—GIMgh«ttd«f 13.06.78 \ (41) Tullut luikituksi — Bllvlt offtndlg . 12.79

Patentti· j· rekisterihallitus (44) NlhtlvUulpanon ji kuuLJulkalsun pvm. —

Patent· och registerstyrelsen ' Ansttksn utiagd och uti.ikdftsn puUkund 26.02.82 (32)(33)(31) Pyydetty stuoikMi—Bsgirrf prtorttst (71) Texaco Development Corporation, 135 East U2nd Street, New York,

New York 10017, USA(US) (72) Peter Leonard Pauli, Weston, Connecticut, Rodney McGann, North-ridge, California, USA(US) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Menetelmä vetyä ja hiilimonoksidia sisältävän kaasuseoksen valmistamiseksi hiiltä ja vetyä sisältävän polttoaineen osittaisella hapetuksella - Förfarande för framställning av gasblandningar innehällande väte och kolmonoxid genom partiell oxidation av ett bränsle innehällande koi och väte Tämä keksintö koskee osittaista (epätäydellistä) hapetus-prosessia synteesikaasun, polttokaasun tai pelkistyskaasun valmistamiseksi tulistettu höyry sivutuotteena.

Osittaisessa hapetusprosessissa ulosvirtaava kaasuvirtaus, joka poistuu kaasugeneraattorista lämpötilassa alueella noin 815-1 930°C, täytyy jäähdyttää halutun kaasukoostumuksen tasapaino lämpötilan alapuolelle. Tämä tehdään nykyisin jäähdyttämällä ulosvirtaava kaasuvirtaus vedessä taikka jäähdyttämällä kaasuvirtaus kaasu jäähdyttimessä siten tuottaen kyllästettyä höyryä. Molemmista näistä kaasun jäähdytysmenetelmistä on seurauksena entropian suuri lisääntyminen ja alennettu terminen hyötysuhde (tehokkuus). Tämä pulma on osittain voitettu esillä olevan keksinnön mukaisesti tuottamalla tulistettua höyryä vapaasta lämmöstä, joka poistetaan kuumasta ulostulevästä kaasuvirtauksesta, joka poistuu osittaishapetus-kaasugeneraattorista maksimilämpötilassaan.

2 61204

Kyllästetyn höyryn, mutta ei tulistetun höyryn tuotantoa on kuvattu US-patentissa n:o 3 528 930.

Esillä olevalla keksinnöllä aikaansaadaan prosessi sellaisten kaasuseosten, jotka sisältävät ja CO, tuottamiseksi polttoaineen epätäydellisellä [osittaisella) hapettamisella, joka polttoaine sisältää hiiltä ja vetyä, vapaata happea sisältävällä kaasulla lämpötilassa alueella Θ15 - 1 930°C ja paineessa noin 1-250 atmosfääriä absoluuttista painetta vapaavirtauksisen, ei-katalyytti-sen kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä. Prosessiin kuuluu vapaan lämmön poistaminen generaattorista poistuvasta kaasuvirtauk-sesta johtamalla tämä peräkkäin ensimmäisen ja toisen lämmönvaihto-vyöhykkeen lävitse, jolloin mainitussa toisessa vyöhykkeessä poistettua vapaata lämpöä käytetään muuttamaan vesivirtaus höyryksi epäsuoralla lämmönvaihdolla ja mainitussa ensimmäisessä vyöhykkeessä poistettua vapaata lämpöä käytetään muuttamaan ainakin osa mainitusta höyrystä tulistetuksi höyryksi. Ainakin osa esillä olevan keksinnön mukaisesti tuotetusta tulistetusta höyrystä voidaan jatkuvasti uudel leer>kierrättää kaasugeneraattori in dispergoivana aineena tai kantimena polttoaineelle taikka lämpötilan hillitsimenä. Gptionaalisesti ainakin osa tulistetusta höyryvirtauksesta voidaan jatkuvasti viedä höyryturpiiniin työaineena tuottamaan mekaanista työtä tai sähköenergiaa. Höyryn korkeasta tu1istuslämpötilasta on seurauksena suurempi muuntotehokkuus (hyötysuhde). Keksinnön suoritusmuodon mukaan osittaishapetus-kaasugeneraattorista poistuva kuuma kaasuvirtaus johdetaan peräkkäin sarjassa läpi ensimmäisen ja toisen lämmönvaihtovyöhykkeen. Jatkuva höyryvirtaus tuotetaan toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä, esim. kaasujäähdyttimessä. Sitten ensimmäisessä lämmönvaihtovyöhykkeessä höyryvirtaus muutetaan jatkuvaksi tulistetun höyryn virtaukseksi lämmönvaihdo1la kaasuge-raattorin jättävään kuumaan poistokaasuvirtaukseen.

Prosessin toinen suoritusmuoto käsittää kolme lämmönvaihto-vyöhykettä. Ensimmäisessä lämmönvaihtimessa lämmönvaihtoaineen jatkuva virtaus absorboi osan kaasugeneraattorista poistuvien kuumien kaasujen vapaasta lämmöstä. Kuumennettu lämmönvaihtoaine (juokseva aine) viedään sitten jatkuvasti kolmanteen lämmönvaihtovyöhykkee-seen (joka toimii tulistimena) lämmönvaihdossa jatkuvaan hÖyryvir- 3 61204 taukseen. Tätä ennen oli höyry tuotettu toisessa lämmönvaihtimessa lämmönvaihdolla veden ja ensimmäisestä lämmönvaihtimesta poistuvan kaasuvirtauksen välillä.

Jatkuva virtaus tulistettua höyryä voidaan poistaa tulisti-mesta käytettäväksi prosessissa tai vietäväksi muualle. Edullisesti voi tulistettu höyry olla suuremmassa paineessa kuin mitä vallitsee kaasugeneraattorissa.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan osa höyrystä tai juoksevasta lämmönsiirtoaineesta lasketaan jatkuvasti poisto-kaasuvirtaukseen ensimmäisessä lämmönvaihtovyöhykkeessä.

Tämän suoritusmuodon yhdessä muodossa kaasugeneraattorista ulosvirtaava kuuma kaasu (poistokaasu) johdetaan suoraan läpi ensimmäisen lämmönvaihtovyöhykkeen, johon kuuluu vaippa- ja putki-lämmönvaihdin, epäsuorassa lämmönvaihdossa jatkuvaan höyryvirtauk-seen, jolla on suurempi paine kuin poistokaasulla, täten muuttaen höyryn tulistetuksi höyryksi samalla, kun samanaikaisesti alennetaan poistokaasun lämpötilaa. Osa höyrystä lasketaan jatkuvasti poistokaasuun läpi putkien seinissä olevien aukkojen siten tuottaen suojaava höyrykalvo putkien pintojen ja ensimmäisen lämmönvaih-tovyöhykkeen lävitse kulkevan poistokaasuvirtauksen välille.

Tämän keksinnön mukaisella prosessilla tuotettu höyry on edullisesti korkeammassa paineessa kuin poistokaasu. Tämän mukaisesti höyry virtaa putkien seinissä olevien aukkojen lävitse ilman lisäpuristusta.

Tämän suoritusmuodon toisessa muodossa kaasugeneraattorista poistuva kuuma ulostulokaasu, optionaalisesti kiinteiden aineiden erottamisvyöhykkeen kautta, olennaisesti samassa lämpötilassa ja paineessa kuin generaattorissa, johdetaan suoraan läpi ensimmäisen lämmönvaihtovyöhykkeen, johon kuuluu vaippa- ja putkilämmönvaihdin. Lämmönvaihdossa kaasumaisen lämmönvaihtoaineen jatkuvaan virtaukseen siten jäähdyttäen mainittua kuumaa poistokaasuvirtausta samalla, kun samanaikaisesti kuumennetaan mainittua kaasumaista lämmön-siirtoainetta. Osa kaasumaisesta lämmönsiirtoaineesta päästetään jatkuvasti poistokaasuvirtaukseen läpi aukkojen lämmönvaihtimen putkien ja kokoojien seinissä, mikäli viimeksi mainittuja käytetään, siten muodostaen suojaavan kalvon tai verhon kaasumaisesta lämmönsiirtoaineesta putkien ja mahdollisten kokoojien pintojen ja pois- 4 61204 tokaasuvirtauksen väliin. Ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä poistuva kuumennettu kaasumainen lämmönsiirtoaine viedään kolmanteen lämmönvaihtovyöhykkeeseen epäsuoraan lämmönvaihtoon toisesta lämmönvaihtovyöhykkeestä tulevaan höyryvirtaukseen siten jäähdyttäen kaasumaista lämmönsiirtoainetta ja tuottaen virtaus tulistettua höyryä. Seos poistokaasusta ja läpipäästetystä osasta kaasumaista lämmönsiirtoainetta ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä puhdis-tetään siten tuottaen raakaa ulosvirtaavaa tuotekaasua. Osa raa-asta puhtaasta ulosvirtaavasta tuotekaasusta sekoitetaan täydennyksenä siihen jäähdytettyyn lämmönsiirtopaineeseen, joka poistuu kolmannesta lämmönvaihtovyöhykkeestä, ja kaasumainen seos viedään ensimmäiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen kaasumaisena lämmönsiirtosi-neena.

Tämän keksinnön paremmin ymmärtämiseksi viitataan seuraavas-sa selityksessä oheisiin piirustuksiin, jotka kaaviollisesti kuvaavat prosessin edullisia suoritusmuotoja.

Esillä olevalla keksinnöllä aikaansaadaan parannettu jatkuva osittainen hapetu s-kaasutus -prosessi raa’an synteesikaasu n, pelkistyskaasun tai polttokaasun tuottamiseksi yhdessä sen kanssa, että samalla sivutuotteena tuotetaan arvokasta tulistettua höyryä. Edellä mainittu kaasuvirtaus sisältää H2, CO ja yleensä yhtä tai useampaa ryhmästä H20, CO^, H2S, COS, CH4, N2, Ar ja erityisesti hiiltä.

Jatkuva ulosvirtaava kaasuvirtaus synteesi kaasua, pelkistys-kaasua tai polttokaasua tuotetaan tulenkestävästi verhotussa reak-tiovyöhykkeessä erillisessä, vapaavirtauksisessa, täyttämättömässä, ei-katalyyttisessä osittaishapetus-polttokaasugeneraattorissa. Kaasugeneraattori on edullisesti pysty teräksinen paineastia, esimerkiksi sellainen kuin on esitetty US-patentin n:o 2 992 906 piirustuksessa ja selityksessä.

Laaja alue palavia hiiltä ja vetyä sisältäviä orgaanisia aineita voidaan panna kaasugeneraattorissa reagoimaan vapaata happea sisältävän kaasun kanssa optionaalisesti lämpötilaa hillitsevän kaasun läsnäollessa mainitun ulosvirtaavan kaasuvirtauksen tuottamiseks i.

Mitä tahansa polttoainetta, joka sisältää hiiltä ja vetyä 5 61204 ja optionaalisesti muita aineita, joita yleensä voidaan käyttää osittaishapetus-kaasugeneraattorissa, mukaan luettuna kaasumaiset, nestemäiset ja kiinteät hiilivedyt, hiilipitoiset aineet ja näiden seokset, voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaisesti. Tosiasiassa voidaan käyttää käytännöllisesti katsoen mitä tahansa hiiltä sisältävää palavaa orgaanista ainetta, fossiilista polttoainetta tai näiden lietteitä. Esimerkiksi on olemassa (1) pumpattavia lietteitä sellaisista kiinteistä hiilipitoisista polttoaineista kuin kivihiilestä, ligniitistä, hienonnetusta hiilestä, kiviöljykoksis-ta, konsentroidusta viemäri 1ietteestä ja näiden seoksista; (2) kaa-su-kiinteä -suspensioita, kuten hienoksi jauhettua hii1ipitois ia polttoaineita dispergoituna joko lämpötilaa hillitsevään kaasuun tai kaasumaiseen hiilivetyyn; ja (3) kaasu - neste-kiinteä -dispersioita, kuten sumutettua nestemäistä hiilivetypolttoainetta tai su-mutettua vettä ja hienonnettua hiiltä dispergoituna lämpötilaa hillitsevään kaasuun. Hiilivetypitoisen polttoaineen rikkipitoisuus voi olla alueella 0-10 paino-% ja tuhkapitoisuus alueella 0-15 paino-%.

Termiä nestemäinen hiilivety käytetään tässä kuvaamaan sopivia nestemäisiä syöttöaineita ja termin on tarkoitettu sisältävän eri aineita, kuten nesteytetty kiviöljykaasu, kiviöljytisleet ja jäännökset, bensiini, nafta, kerosiini, raakaöljy, asfaltti, kaasuöljy, jäteöljy, tervahiekkaöljy ja kivi 1iuskeöljy, öljystä johdettu kivihiili, aromaattinen hiilivety (kuten bentseeni, to-lueeni, ksyleeni jakeet), kivihii1iterva, prosessikaasuöljy katalyyttisestä krakkaustoiminnasta, furfuraaliuute koksauskaasuöljys-tä ja näiden seokset. Termiä kaasumaiset hiilivetypolttoaineet käytetään tässä kuvaamaan sopivia kaasumaisia syöttöaineita, joihin sisältyvät metaani, etaani, propaani, butaani, pentaani, luonnon-kaasu, vesikaasu, koksiuunikaasu, kiviöljyn tislauskaasu, asetyleeni loppu kaasu , etyleenipoistokaasu, synteesikaasu ja näiden seokset. Voidaan sekoittaa sekä kaasumaisia että nestemäisiä syöttöaineita ja näitä voidaan käyttää samanaikaisesti ja syöttöaineisiin voivat sisältyä parafiiniset, olefiiniset, nafteeniset ja aromaattiset yhdisteet kaikissa suhteissa.

Käyttökelpoisia hiiltä ja vetyä sisältäviä polttoaineita ovat myös hapetetut hiilivetypitoiset orgaaniset aineet mukaan luettuna 61204 hiilihydraatit, selluloosa-aineet, aldehydit, orgaaniset hapot, alkoholit, ketonit, hapetettu polttoöljy, jätenesteet ja sivutuotteet kemiallisista prosesseista, jotka sisältävät hapetettuja hiilivety-pitoisia orgaanisia aineita ja näiden seokset.

Polttoaineen syöttö voi tapahtua huoneen lämpötilassa tai polttoaine voidaan esilämmittää esimerkiksi lämpötilaan 315-650°C, esim. 430°C, mutta edullisesti polttoaineen hajoamislämpötilan alapuolelle. Polttoaineen esilämmitys voidaan toteuttaa ei-kosketus -lämmönvaihdolla taikka suoralla kosketuksella tulistettuun tai kyllästettyyn höyryyn, jota tuotetaan jäljempänä prosessissa. Polttoaine voidaan viedä polttimeen nestemäisenä taikka höyrystettynä seoksena lämpötilan hillitsimen kanssa. Sopiviin lämpötilan hillit-simiin kuuluvat tulistettu höyry, kyllästetty höyry, kyllästämätön höyry, vesi, CC^-rikas kaasu, osa jäähtyneestä poistokaasusta turpiinista, jota käytetään alavirtaan prosessissa, ilmassa oleva typpi, sivutuotetyppi tavanomaisesta ilman jakamisyksiköstä ja edellä mainittujen lämpötilan hillitsimien seokset.

Lämpötilan hillitsimen käyttö hillitsemään lämpötilaa reak-tiovyöhykkeessä riippuu yleensä hiilen suhteesta vetyyn polttoai-nesyötössä ja hapettavan virtauksen happipitoisuudesta. Voi olla, että lämpötilan hillitsintä ei tarvita joidenkin kaasumaisten hii-livetypolttoaineiden kanssa, mutta jotakin hillitsintä yleisesti käytetään nestemäisten hiilivetypolttoaineiden kanssa ja olennaisesti puhtaan hapen kanssa. Vaihtoehtoisesti lämpötilan hillitsin voidaan viedä kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeeseen erillisellä johdolla polttoaineen polttimessa.

Nollasta sataan prosenttiin siitä tulistetusta höyrystä, joka tuotetaan myöhemmin prosessissa, voidaan käyttää esilämmittämään ja dispergoimaan nestemäistä hii1ivetysyöttöä taikka esilämmittä-mään ja ottamaan mukaansa kiinteät hiilipitoiset polttoaineet, joita voidaan viedä kaasugeneraattoriin.

Kokonaisvesimäärän painosuhde kaasugeneraattorin reaktio-vyöhykkeeseen vietyyn polttoaineeseen on yleensä alueella 0-5.

Kun suhteellisen pieniä määriä vettä panostetaan reaktio-vyöhykkeeseen, esimerkiksi polttimen kautta jäähdyttämään poltti-men kärkeä, vesi voi olla sekoitettuna joko polttoaineeseen, vapaata happea sisältävään kaasuun, lämpötilan hillitsimeen taikka 7 61204 voidaan käyttää yhdistelmää näistä tavoista. Tällaisessa tapauksessa veden painosuhde polttoaineeseen voi mukavasti olla alueella 0,0 - 1,0 ja edullisesti 0,0 - 0,2.

Tässä käytetyn sanonnan vapaata happea sisältävä kaasu on tarkoitettu sisältävän ilman, hapella rikastetun ilman, se on sellaisen ilman, jossa on enemmän kuin 21 mooli-% happea ja olennaisesti puhtaan hapen, so. enemmän kuin 95 mooli-% happea (lopun ollessa typpeä ja harvinaisia kaasuja). Vapaata happea sisältävä kaasu voidaan viedä polttimeen lämpötilassa alueella ympäristön lämpötila... 985°C. Hapettimessa olevan vapaan hapen määrä suhteessa hiilen määrään syöttöaineessa (0/C, atomia/atomia) on edullisesti alueella noin 0,7 - 1,5.

, Syöttövirtaukset viedään polttokaasugeneraattorin reaktio- vyöhykkeeseen polttoaineen polttimen avulla. Voidaan käyttää sopivia rengastyyppisiä polttimia, esim. sellaisia kuin on kuvattu US-patentissa n:o 2 928 460.

Syöttövirtaukset saatetaan osittaisessa hapettamisessa reagoimaan ilman katalyyttiä vapaavirtauksisen kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä autogeenisessa lämpötilassa alueella noin 815-1 930°C ja paineessa alueella noin 1-250 absoluuttista atmosfääriä. Reaktioaika polttokaasugeneraattorissa on yleensä 1-10 sekuntia. Kaasugeneraattorista poistuva ulosvirtaava kaasuvirtaus voi sisältää CO, CO^, H2O, CH^, N2» Ar, H2S ja COS. Reagoimaton hieno jakoinen hiili (laskettuna hiilen painomäärästä syötössä) on yleensä noin 0,2 - 20 paino-% nestemäisistä syötöistä, mutta tavalli-" sesti merkityksetön kaasumaisista hiilivetysyötöistä. Ulosvirtaa- van kaasun koostumus on riippuvainen todellisista toimintaolosuhteista ja syöttövirtauksista. Synteesi kaasu sisältää olennaisesti - H2 + CO; kaikki tai enin osa h^O ja CO2 tulee poistetuksi pelkis- tyskaasua varten; ja CH^-pitoisuus voi olla maksimissa polttokaa-su11a.

Polttoaineen esikuumennus voidaan suorittaa epäsuoralla läm-mönvaihdolla taikka suoralla kosketuksella tulistettuun, kyllästettyyn tai kyllästämättömään höyryyn, jota tuotetaan keksinnön mukaisessa prosessissa.

Jatkuva virtaus kuumaa ulosvirtauskaasua, olennaisesti samassa lämpötilassa ja paineessa kuin reaktiovyöhykkeessä, poistuu 8 61204 kaasugeneraattorin aksiaalisesta poistoaukosta ja viedään sitten suoraan ensimmäiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen. Optionaalisesti voidaan kiinteiden aineiden erottamisvyöhyke (ei esitetty piirustuksessa) sijoittaa kaasugeneraattorin poistoaukon ja ensimmäisen lämmönvaihtovyöhykkeen väliin. Kiinteiden aineiden erottamisvyö-hykkeeseen voi kuulua vapaavirtauksinen sieppauspussi, esim. kuona-kammio, joka voi olla sijoitettu johtoon ensimmäisen lämmönvaihtimen eteen. Tällä tavoin ainakin osa mahdollisesta kiinteästä aineesta, esim. hienojakoinen hiili, tuhka, kuona, tulenkestävä aine ja näiden seokset, jotka voivat mennä mukaan poistuvaan kuumaan kaasuvirtaukseen taikka jotka voivat virrata kaasugeneraattorista, esim. kuona, tuhka, kappaleet tulenkestävää verhousta, voidaan erottaa ulostulevasta kaasuvirtauksesta ja ottaa talteen vähäisellä tai olemattomalla paineenputouksella johdossa. Tyypillinen kuona-kammio, jota voidaan käyttää, on esitetty kuviossa 1 US-patentti-julkaisussa n:o 3 52Θ 930.

Osa vapaasta lämmöstä jäähdyttämättömässä kaasuvirtauksessa, joka poistuu kaasugeneraattorista taikka kiinteiden aineiden erot-tamisvyöhykkeestä, otetaan talteen ensimmäisessä lämmönvaihtovyö-hykkeessä. Lämpöä käytetään muuttamaan höyry, joka on tuotettu jossakin muualla prosessissa, tulistetuksi höyryksi paineessa, joka on korkeampi kuin paine kaasugeneraattorissa. Kuten oheisissa kuvioissa 1 ja 3 on esitetty, tulistettu höyry johdoissa 39 ja 42 on tuotettu lämmönvaihtimessa 55 lämmönvaihdolla juoksevan lämmönsiir-toaineen ja höyryn välillä. Lämmönsiirtoaine oli aikaisemmin kuumennettu lämmönvaihtimessa 16 lämmönvaihdolla kaasugeneraattorista tulevan kaasuvirtauksen kanssa.

Kuviossa 1 kuuma poistokaasuvirtaus generaattorista kulkee ei-koskettavassa lämmönvaihdossa höyryvitauksen kanssa, joka on tuotettu toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä, joka sijaitsee välittömästi alavirtaan. Määritelmän mukaan ei-kosketuksessa tarkoittaa, että näiden kahden kaasuvirtauksen välillä ei tapahdu mitään sekoittumista. Edullisesti nämä kaksi virtausta kulkevat vastakkaisiin suuntiin, so. käytetään vastavirtaperiaatetta. Ne voivat kuitenkin kulkea samaan suuntaan, eli myötävirtaperiaatteella. Kuvioon 1 on kuvattu tavanomainen vaippa- ja putkilämmönvaihdin 16, jossa höyry tulee sisään ja tulistettu höyry poistuu vaippapuolelta ja 9 61204 kuuma poistokaasu kulkee läpi putkien tai monien kierukoiden. Tämä virtausjärjestely voidaan kääntää ja kuuma poistokaasu voi virrata vaippapuolella. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa lämmönvaihdin-ta, joka pystyy kestämään käytettyjen juoksevien aineiden lämpötiloja ja paineita. Lämpöä kestäviä metalleja ja keraamisia aineita voidaan käyttää rakennusaineina.

Höyryn virtaus, joka on muutettava tulistetuksi höyryksi, tulee ensimmäiseen lämmönvaihtimeen lämpötilassa alueella 150-375°C ja paineessa alueella noin 4-260 absoluuttista ilmakehää. Tulistettu höyry poistuu ensimmäisestä lämmönvaihtimesta lämpötilassa alueella noin 400-600°C ja paineessa alueella noin 4-260 absoluuttista ilmakehää. Edullisesti voidaan tulistettu höyry tuottaa paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraattorin reaktio-vyöhykkeessä. Höyryn korkea tulistuslämpötila johtaa korkeaan hyötysuhteeseen, kun mainittua tulistettua höyryä käytetään työaineena paisutusturpiinissa mekaanisen tehon tai sähköenergian tuottamiseksi. Kuuma poistokaasuvirtaus kaasugeneraattorista taikka kiinteiden aineiden erottamisvyöhykkeestä olennaisesti samassa lämpötilassa ja paineessa kuin reaktiovyöhykkeessä tulee ensimmäiseen lämmönvaihtimeen lämpötilassa alueella noin 815 - 1 930°C, ja paineessa alueella noin 1-250 ata, esim. 3,5 - 250 ata.

Osittain jäähdytetty poistokaasuvirtaus voi poistua ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä lämpötilassa alueella noin 315 -1 430°C ja paineessa alueella noin 3,5 - 250 ata ja tulee toiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen eli kaasujäähdyttimeen 23 olennaisesti lämpötilaa ja painetta alentamatta ja kulkee täällä ei-kosketus-lämmönvaihdossa kattilan syöttöveden kanssa.

Raaka poistokaasuvirtaus poistuu toisesta lämmönvaihtovyöhykkeestä lämpötilassa alueella noin 160-370°C ja paineessa, joka on olennaisesti sama kuin kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä, vähennettynä tavallisella paineenalennuksella johdoissa, mahdollisessa kiinteiden aineiden erottamisvyöhykkeessä ja ensimmäisessä ja toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä, se on, paineen kokonaisa1 en -nus voi olla noin 2 ata tai vähemmän. Raaka poistokaasuvirtaus voi sisältää (mooli-%;eina) H2 70-10, CO 15-57, CO2 0-5, H20 0-20, N2 0-75, Ar 0 - 1,0, CH4 0-25, H2S 0 - 2,0 ja COS 0 - 0,1. Reagoimatonta hiukkasmaista hiiltä (laskettuna hiilen määrästä syötössä) 10 61 204 voi olla noin 0-20 paino-%. Optionaalisesti voidaan toisesta läm-mönvaihtovyöhykkeestä poistuva raaka poistokaasuvirtaus lähettää tavanomaisiin kaasun puhdistusvyöhykkeisiin alavirtaan, missä ei-toivottavat ainekset voidaan poistaa.

Kattilan syöttövesi tulee toiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen lämpötilassa alueella ympäristölämpötila ... 360°C ja poistuu kyl-lästämättömänä tai kyllästettynä höyrynä lämpötilassa noin 150 -375°C ja 4,5 - 260 ata paineessa. Edullisesti ky 1lästämätön tai kyllästetty höyry voidaan tuottaa paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä. Vaikka vastavirtajärjestely on edullinen toisessa lämmönvaihtimessa 23 kuvio 1, myötävirta j ärj estelyä myös voidaan käyttää. Lisäksi eräässä toisessa suoritusmuodossa höyryvirtaus voidaan tuottaa putkissa samalla, kun poistokaasuvirtaus johdetaan vaippapuolen kautta.

Noin 0-100 % toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä tuotetusta höyrystä johdetaan ensimmäiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen tarkoituksella tuottaa tulistettua höyryä, jonka paine on suurempi kuin paine kaasugeneraattorissa. Optionaalisesti osaa höyrystä voidaan käyttää muualla prosessissa tai se voidaan viedä ulos prosessista. Tulistettua, kyllästettyä tai kyllästämätöntä, prosessissa tuotettua höyryä voidaan käyttää lämmön tuottamiseen. Esimerkiksi höyryä voidaan käyttää esikuumentamaan kaasugeneraattorin syöttövirtauk-sia. Tällä tavoin hiilivetypitoinen polttoaine voidaan esikuumen-taa lämpötilaan aina noin 430°C, mutta alle polttoaineen hajoamis-lämpötilan, ainakin osalla höyryä, joka on tuotettu esillä olevassa prosessissa. Sitä voidaan myös käyttää lämpötilan hillitsimenä kaasugeneraattorissa.

Ainakin osa prosessissa tuotetusta tulistetusta höyrystä voidaan viedä osittaishapetus-kaasugeneraattoriin, missä se voi reagoida ja siten lisätä vedyn määrää poistokaasuvirtauksessa. Lisäksi paranee prosessin terminen hyötysuhde. KondensaatiopuImat, joita voi aiheutua höyryn ja polttoaineen sekoittamisesta yhteen, voidaan välttää käyttämällä tulistettua höyryä. Edullisesti voidaan osaa tulistetusta höyrystä käyttää käyttöaineena turbokompressorissa puristamaan ilmasyöttöä ilmanerottamisyksikköön olennaisesti puhtaan hapen (95 mooli-% tai yli) tuottamiseksi. Ainakin osa tästä hapesta voidaan viedä kaasugeneraattoriin hapetusreaktantiksi. Tu- 61204 listettua höyryä voidaan myös käyttää työaineena sähköturbogene-raattorissa. Lähteminen tulistetusta höyrystä hyvin korkealla läm-pötilatasolla ja lämmön muuttaminen sähköenergiaksi vaikuttaa suotuisasti muuttamishyötysuhteeseen.

Ensimmäinen ja toinen lämmönvaihtovyöhyke on piirustuksissa kuvattu kahtena erillisenä lämmönvaihtimena 16 ja 23, jotka on liitetty toisiinsa. Tämän toteuttamiskaavan etuna on rakenteiden yksinkertaistaminen ja kummankin lämmönvaihtimen koon pienentäminen, mikä vähentää laitekustannuksia. Voidaan käyttää tavanomaista rakennetta olevia lämmönvaihtoyksiköitä. Järjestelmän seisonta-aikaa voidaan vähentää, jos toinen yksiköistä on korvattava huoltoa tai korjausta varten. Eräässä toisessa suoritusmuodossa ensimmäinen ja toinen lämmönvaihtovyöhyke voidaan sisällyttää yhteisen vaipan sisään .

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto. Tässä kuuma poistokaasuvirtaus kaasugeneraattorista taikka optionaali-sesti vapaavirtauksisesta kiinteiden aineiden, kuonan taikka molempien erottamisvyöhykkeestä olennaisesti samassa lämpötilassa ja paineessa kuin mitä vallitsee reaktiovyöhykkeessä, tulee ensimmäiseen lämmönvaihtimeen 16, kuten kuvion 1 mukaisessakin suoritusmuodossa. Poistokaasuvirtaus kuitenkin kulkee ei-koskettavassa lämmön-vaihdossa verraten kylmän lämmönsiirtoaineen kanssa, jonka lämpötila täten nostetaan alueelle noin 9Θ5 - 1 540°C. Samanaikaisesti poistokaasuvirtaus jäähtyy ja poistuu ensimmäisestä lämmönvaihto-vyöhykkeestä lämpötilassa alueella noin 315-1 430°C ja paineessa , alueella noin 2,7 - 255 ata ja menee suoraan toiseen lämmönvaihto vyöhy kkeeseen , so. kaasujäähdyttimeen olennaisesti samassa lämpötilassa ja paineessa kuin poistuessaan lämmönvaihtimesta 16. Kaasu-jää hdytt imessa 23 poistokaasuvirtaus kulkee ei-koskettavassa läm-mönvaihdossa kattilan syöttöveden kanssa. Kattilan syöttövesi tulee sisään lämpötilassa alueella noin ympäristölämpötila - 360°C ja poistuu kyllästettynä tai ky1lästämättömänä höyrynä lämpötilassa noin 250-375°C ja paineessa noin 4,5 - 260 ata. Edullisesti kyllästettyä tai ky1lästämätöntä höyryä voidaan tuottaa paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä. Poistokaasuvirtaus poistuu kaasujäähdyttimestä lämpötilassa alueella noin 160-370°C ja paineessa, joka on likimain sama kuin kaasugene- 12 61 204 raattorin reaktiovyöhykkeessä alennettuna tavallisella paineenalen-nuksella johdoissa ja astioissa.

Samanaikaisesti lämmönvaihdon kanssa, joka tapahtuu lämmön-vaihtimissa 16 ja 23, jatkuva höyryvirtaus tulistettua höyryä lämpötilassa alueella noin 400-600°C ja paineessa noin 4,5 - 260 ata tuotetaan kolmannessa lämmönvaihtovyöhykkeessä, so. lämmönvaihti-messa 55, ei-koskettavassa lämmönvaihdossa edellä mainitusta toisesta lämmönvaihtovyöhykkeestä 23 tulevan jatkuvan höyryvirtauksen ja ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä 16 tulevan mainitun lärn-mönsiirtoaineen jatkuvan virtauksen välillä. Edullisesti voidaan tulistettua höyryä tuottaa paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä. Lämmönsiirtoaine tulee lämmönvaihtimeen 55 lämmönvaihtimesta 16 lämpötilassa alueella noin 985 - 1 540°C ja poistuu lämmönvaihtimesta 55 lämpötilassa alueella 455 - 1 205°C ja olennaisesti samassa lämpötilassa se kierrätetään lämmönvaihtimeen 16, missä se kulkee ei-koskettavassa lämmönvaihdossa kaasugeneraattorista poistuvan kaasuvirtauksen kanssa, kuten edellä aikaisemmin selitettiin. Tällä tavoin vapaa lämpö kaasugeneraattorista poistuvassa kaasuvirtauksessa voidaan käyttää tuottamaan tulistettua höyryä suhteellisen puhtaassa ympäristössä.

Osaa raa'asta poistokaasuvirtauksesta voidaan käyttää läm-mönsiirtoaineena. Optionaalisesti ainakin osa raa’asta poistokaasuvirtauksesta voidaan puhdistaa tavanomaisin välinein ei-toivottujen ainesten poistamiseksi. Ainakin osaa tästä tuotekaasusta voidaan käyttää lämmönsiirtoaineena. Voidaan tuottaa esimerkiksi + CO seoksia, joilla on seuraava koostumus (mooli-% : ssa] : H2 10-48, CO 15-48 ja loput N2 + Ar. Lisäksi olennaisesti puhdasta H^. so. 98 mooli-% tai enemmän, käytettäväksi lämmönsiirtoaineena, voidaan valmistaa poistokaasuvirtauksesta tunnetulla kaasunpuhdistustek-niikalla mukaan luettuna vesi-kaasu vaihtoreaktio.

Lämmönvaihtimien 16 ja 55 välillä kierrätetty lämmönsiirto-aine voi olla joko kaasumaisessa tai nestemäisessä tilassa ja se voi olla heliumia, typpeä, argonia, vetyä tai seosta, joka sisältää ^2 + CO. Vaihtoehtoisesti lämmönsiirtoaineena voi olla natrium, kalium, elohopea tai rikki kaasumaisessa tai nestemäisessä tilassa, niin että lämmönsiirtoainetta voidaan puristaa tai pumpata riippuen toimintaolosuhteista lämpötilan ja paineen suhteen ja 13 61 204 lämmönsiirtoaineen olotilasta. Näiden lämmönsiirtoaineiden jäähdyttämistä niiden kiinteytymislämpötilojen alapuolelle on sen vuoksi vältettävä.

Eräässä toisessa suoritusmuodossa lämmönsiirtoaine voi vaihtaa olotilaansa lämmönvaihdon kuluessa. Esimerkiksi lämmönvaihti-messa 16 nestemäisessä tilassa oleva lämmönsiirtoaine voidaan muuttaa höyrytilaan. Sitten lämmönvaihtimessa 55 lämmönsiirtoaine voidaan kondensoida takaisin nestemäiseen tilaan, jossa se sitten pumpataan lämmönvaihtimeen 16.

, Konventionaalisia vaippa- ja putkityyppisiä lämmönvaihtimia voidaan käyttää. Kuten edellä selitettiin, ne kaksi erillistä virtausta, jotka kulkevat lämmönvaihdossa toistensa kanssa, voidaan johtaa samaan tai vastakkaisiin suuntiin ja kumpi tahansa virtaus voidaan johtaa putkien lävitse samalla, kun toinen voidaan johtaa vaippapuolella. Asianmukaisesti eristämällä johdot, kaasugeneraat-tori 1 ja lämmönvaihtimet 16, 23 ja 55, lämpötilan aleneminen laitteiston osien välillä voidaan pitää hyvin pienenä, esim. alle 5°C. Lämpöä kestäviä metalleja ja tulenkestäviä aineita käytetään rakennusaineina .

Kuviossa 3 on kuvattu ensimmäinen vaippa- ja putkityyppinen lämmönvaihdin 16A, johon kuuluu joukko putkia tai kierukoita. Op-tionaalisesti voidaan kokoojia sijoittaa vaipan sisäpuolelle tai ulkopuolelle. Putket ja mahdollisesti kokoojat, mikäli näitä käytetään, on varustettu seinissä olevilla aukoilla, joiden lävitse ainakin osa, esim. noin 1 -5□ tilavuus-!, edullisemmin 3-35 tilavuus-! höyrystä, joka kulkee ylöspäin läpi vaipan, voidaan päästää putkien ulkopuolelta niiden sisäpuolelle samalla, kun samanaikaisesti tulistetaan loput höyrystä vaipan puolella. Putkien tai ko-koojien sisäpuolella sisäänpäästetty höyry sekoittuu siihen poisto-kaasuvirtaukseen, joka kulkee suoraan putkien lävitse kaasugene-raattorista hieman alemmassa paineessa, so. 0,35 - 3,5 ilmakehää alemmassa paineessa. Ennen tätä sekoittumista verrattain viileä vuotohöyry kuitenkin muodostaa jatkuvasti virtaavan suojaavan kalvon tai verhon putkien sisäpinnan ja niiden lävitse lämpötilassa alueella noin 615 - 1 930°C virtaavan poistokaasun välille. Samalla tavoin voi jatkuvasti virtaava suojaava höyrykalvo tai -verho peit- 14 61 204 tää mahdollisten kokoojien pinnat, jotka tavallisesti tulisivat kosketukseen kuuman poistokaasuvirtauksen kanssa. Tällä tavoin putkien ja mahdollisten kokoojien pinnat, kuten esimerkiksi ylävirran puoleisen kokoojan pinnat, voidaan jäähdyttää ja suojata syövyttävän kaasun hyökkäykseltä sekä tuhkan, kuonan ja noen kerrostumiselta .

Vaihtoehtoisesti voi vaippa- ja putkilämmönvaihdin 16A olla siten järjestetty, että kuuma poistokaasuvirtaus kaasugeneraat-torista kulkee alas vaippapuolella samalla, kun höyry kulkee läpi putkien ja mahdollisten kokoojien. Ainakin osa höyrystä, esim. 1-50 tilavuus-%, edullisemmin 3-25 tilavuus-%, voidaan päästää putkien ja mahdollisten kokoojien sisäpuolelta ulkopuolelle. Edelleen, päästetty höyry muodostaa suojaavan kalvon putkien ja mahdollisten kokoojien ulkosivun ja kaasugeneraattorista tulevan kaasuvirtauksen väliin. Loput höyrystä, kulkiessaan läpi putkien, tulee tulistetuksi .

Optionaalisesti voi olla, että putkiston alavirran puoleisessa päässä ja mahdollisessa alavirran puoleisessa kokoojassa ei ole reikiä tai on vähemmän reikiä, koska poistokaasuvirtauksen lämpötila tässä kohdassa on alentunut lämmönsiirron johdosta alle lämpötilan, missä korroosiota tapahtuu poistokaasussa olevalla t^Srllä. Samanlaisista syistä korkealaatuis ia aineita tarvitaan vain putkien ylävirran puoleisessa (kuumassa) päässä.

Aukot putkien ja mahdollisten kokoojien seinissä voivat olla pienhalkaisijaisia reikiä suuruusaluee1la noin 0,025 - 1,6 mm.

Reiät sijaitsevat ympäri putkien periferiaa ja niiden lukumäärä on sellainen, että kalvovirtaus pääsee vuotamaan putken koko kehän ympärille. Kaksi erilaista metallia voidaan liittää toisiinsa tarkasti sopivalla luistoliitoksella, mikä mahdollistaa termisen laajenemisen ja vuotamisen. Esimerkiksi pitkittäiset väliharjanteet 1iuku1iitoksen koiraspäässä muodostavat raon, joka säädetään suunniteltua vuotovirtausta varten, kun liitos kokoonpannaan. Lämpöä kestäviä huokoisia aineita mukaan luettuna metallit ja keraamiset aineet, voidaan myös käyttää rakennusaineina.

Tulistetuksi höyryksi muutettava höyryvirtaus tulee ensimmäiseen lämmönvaihtimeen lämpötilassa alueella noin 150-375°C ja paineessa alueella noin 4,5 - 260 ata. Tulistettu höyry poistuu en- 15 61 204 simmäisestä lämmönvaihtimesta lämpötilassa alueella noin 400-600°C ja paineessa alueella noin 4-260 ata. Edullisesti tuotetaan tulistettu höyry paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraat-torin reaktiovyöhykkeessä. Tämän mukaisesti höyry virtaa läpi lämmönvaihtimen putkien reikien ilman puristusta.

Kun poistokaasuvirtaus kulkee läpi ensimmäisen lämmönvaihto-vyöhykkeen, voi sen vesipitoisuus olla noussut alueelle noin 1-50, esim. 3-25 mooli-%:iin h^O. Edullisesti, kun ensimmäisen lämmön-vaihtovyöhykkeen jättävä poistokaasuvirtaus saatetaan vesi-kaasu -vaihtoreaktion alaiseksi alavirtaan prosessissa, on toivottavaa päästää riittävästi höyryä poistokaasuvirtaukseen ensimmäisessä läm-mönvaihtovyöhykkeessä, jotta kaasuseoksen moolisuhde h^O/00 tulee alueelle 0,5 - 8.

Tarkoituksella tuottaa höyryä tulistettavaksi ensimmäisessä lämmönvaihtovyöhykkeessä osittain jäähtynyt, ensimmäisestä lämmön-vaihtovyöhykkeestä poistuva poistokaasuvirtaus esimerkiksi lämpötilassa alueella noin 315 - 1 430°C ja paineessa alueella noin 3-250 ata tulee sitten toiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen, esim. kaasu-jäähdyttimeen 23 lämpötilan ja paineen olennaisesti alentumatta välillä ja kulkee tässä toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä ei-kos-kettavassa lämmönvaihdossa kattilan syöttöveden kanssa.

Toisen lämmönvaihtovyöhykkeen lämpötila- ja paineolosuhteet ovat yleensä samoilla lämpötila- ja painealueilla kuin keksinnön muissakin suoritusmuodoissa.

Keksinnön eräs toinen suoritusmuoto on esitetty piirustuk-, sessa 4. Tässä kuuma poistokaasuvirtaus kaasugeneraattorista tai optionaalisesti vapaavirtauksisesta kiinteiden, kuonan tai molempien erottamisvyöhykkeestä tulee lämmönvaihtimeen 16A, joka on vaippa- ja putkilämmönvaihdin, jonka konstruktio on samanlainen kuin edellä aikaisemmin selitettiin kuvion 3 lämmönvaihtimesta 16A. Höyryn sijasta kuitenkin ainakin osa kaasumaisesta lämmönsiirtoai-neesta päästetään putkien tai mahdollisen kokoojan sisäpuolelta ulkopuolelle taikka päinvastoin ja sekoitetaan ympäröivään kuumaan poistokaasuvirtaukseen, joka kulkee läpi lämmönvaihtimen 16A. Verraten viileä jatkuvasti virtaava suojaava kalvo tai verho lämmön-siirtoaineesta tulee siten sijoitetuksi putkien ja mahdollisten kokoojien pintojen ja kaasugeneraattorista tulevan, ympäröivän, kuu- 16 612 0 4 man kaasuvirtauksen väliin. Vuotamaton osa kaasumaisesta lämmön-siirtoaineesta kuumennetaan lämpötilaan alueella noin 700 - 1 540°C lämmönvaihtimessa 16A ja viedään sitten kolmanteen lämmönvaihtimeen 55, missä se kulkee epäsuorassa lämmönvaihdossa höyryn kanssa tuottaen siten tulistettua höyryä.

Samanaikaisesti poistokaasuvirtaus, joka kulkee läpi ensimmäisen lämmönvaihtovyöhykkeen, so. 16A, jäähdytetään ja poistuu tästä vyöhykkeestä lämpötilassa alueella 315 - 1 430°C ja paineessa alueella noin 3-250 ata.

Ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä poistuva jäähdytetty poistokaasuvirtaus voidaan puhdistaa tavanomaisin keinoin ei-toi-vottujen mukaan tulleiden kiinteiden aineste, so. hienojakoisen hiilen, tuhkan ja optionaalisesti happokaasujen, so. CC^» H^S, COS poistamiseksi. Ainakin osa, esim. 1-50 tilavuus-% ja edullisemmin 3-25 tilavuus-% puhtaasta poistokaasuvirtauksesta lämpötilassa alueella noin 35-370°C uudelleenkierrätetään ja sekoitetaan jäähdytettyyn lämmönsiirtoaineeseen, joka poistuu mainitusta kolmannesta lämmönvaihtovyöhykkeestä tarkoituksella korvata sitä puhdasta pois-tokaasuvirtausta, joka lämmönvaihtimen 16A läpi vuotaa ympäröivään, läpi ensimmäisen lämmönvaihtovyöhykkeen virtaavaan poistokaasuvir-taukseen. Kaasuseos lämpötilassa noin 90 1 315°C, ehkä 315-760°C, johdetaan sitten läpi lämmönvaihtimen 16 kaasumaisena lämmönsiirto-aineena, kuten edellä aikaisemmin selitettiin.

Olosuhteet toisessa lämmönvaihtovyöhykkeessä ja kattilan syöttöveden lämpötila ja paine sekä tuotetun höyryn lämpötila ja paine ovat yleensä samoilla alueilla kuin keksinnön muissakin suoritusmuodoissa.

Samanaikaisesti, kun lämmönvaihto tapahtuu lämmönvaihtimissa 16A ja 23 tuotetaan jatkuva virtaus tulistettua höyryä lämpötilassa alueella noin 400-600°C ja paineessa alueella noin 4,5 - 260 ata kolmannessa lämmönvaihtovyöhykkeessä, so. lämmönvaihtimessa 55 ei-koskettavassa lämmönvaihdossa toisesta lämmönvaihtovyöhykkeestä 23 tulevan jatkuvan höyryvirtauksen ja ensimmäisestä lämmönvaihtovyöhykkeestä 16A tulevan lämmönsiirtoaineen jatkuvan virtauksen välillä. Edullisesti voidaan tulistettu höyry tuottaa paineessa, joka on suurempi kuin paine kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä. Lämmönsiirtoaine tulee lämmönvaihtimeen 55 lämmönvaihtimesta 16A

17 61 204 esimerkiksi lämpötilassa alueella 425 - 1 540°C, edullisemmin 425-985°C, poistuu lämmönvaihtimesta 55 lämpötilassa esimerkiksi 250 -1 370°C, edullisemmin 310-815°C ja sekoitetaan poistokaasuvirtauk-sen uudelleenkierrätettyyn täydennysosaan lämpötilassa alueella noin 35-370°C ja paineessa, joka on korkeampi kuin raa'assa poistokaasu-virtauksessa vallitseva paine ja viedään sitten lämmönvaihtimeen 16A, missä se kulkee ei-koskettavassa lämmönvaihdossa kaasugene-raattorista tulevaan poistokaasuvirtaukseen, kuten edellä aikaisemmin jo selitettiin.

Keksintö on täydellisemmin ymmärrettävissä oheisiin piirustuksiin liittyvästä selityksestä, jotka piirustukset kuvaavat edellä kuvattuja suoritusmuotoja. Kaikki johdot ja laitteet on edullisesti eristetty lämpöhäviöiden pienentämiseksi. Piirustuksissa on samoja viitenumerolta käytetty osoittamaan samanlaisia laitteiston osia eri suoritusmuodoissa ja kuvioissa.

Kuviossa 1 nähdään vapaavirtauksinen ei-katalyyttinen osit-taishapetus-kaasugeneraattori 1, joka on verhottu tulenkestävällä aineella ja ylävirran puolella varustettu aksiaalisesti kohdakkain olevalla laipallisella tuloaukolla 3 ja alavirran puoleisella aksiaalisesti kohdakkain olevalla laipallisella poistoaukoila 4 ja täyttämättömällä (unpacked) reaktiovyöhykkeellä 5. Rengastyyppinen poltin B, jonka keskitiehyt 7 on kohdakkain kaasugeneraattorin akselin kanssa, on asennettu tuloaukkoon 3. Keskeisessä tiehyessä 7 on sisäänmeno 8 ja kapeneva kartiokkaaksi muodostettu suutin 9 polttimen kärjessä. Poltin 6 on myös varustettu samankeskisellä - koaksiaalisella rengastiehyellä 10, jossa on sisäänmeno 11 ja kar tiokkaaksi muodostettu poistotiehyt 12. Voidaan myös käyttää muunlaisia polttimia.

Ulostuloaukkoon 4 on kytketty laipallinen sisäänmeno 15 vaippa- ja putkityyppisessä korkealämpötilaisessa lämmönvaihtimes-sa 16, joka on tavanomaista rakennetta ja jossa on sisäpuoliset monikierukkaputket 17, vaippapuoli 20 ja alavirran puoleinen laipallinen ulostulo 21. Optionaalisesti voi vapaavirtauksinen kiinteiden aineiden tai kuonan erotin (ei esitetty piirustuksessa), joka aiheuttaa vähäisen paineenalennuksen tai ei lainkaan paineen-alennusta, olla sijoitettu johtoon kaasugeneraattorin 1 ulostulon 4 ja lämmönvaihtimen 16 sisäänmenon 15 väliin. Lämmönvaihtimen 16 61204 1 8 ulostuloon 21 on kytketty vaippa- ja putkikaasujäähdyttimen 23 ylävirran puoleinen laipallinen sisäänmeno 22, joka jäähdytin on tavanomaista rakennetta ja jossa on sisäpuoliset putket 24, vaippa-puoli 25 ja alavirran puoleinen laipallinen ulostulo 26.

Jatkuva virtaus polttoainetta nestemäisessä tai höyrymuodos-sa taikka kiinteän polttoaineen pumpattavana lietteenä, kuten edellä jo mainittiin, voidaan viedä järjestelmään johdon 30 kautta ja optionaalisesti sekoittaa jatkuvaan tulistetun höyryn virtaukseen johdosta 31 taikka kyllästetyn höyryn virtaukseen johdosta 53 se-koittimessa (ei esitetty). Syöttöseos johdetaan sitten johdon 33, polttimen sisäänmenon 11, rengastiehyen 10 ja poistotiehyen 12 kautta osittaishapetus-kaasugeneraattorin 1 reaktiovyöhykkeeseen 5.

Samanaikaisesti jatkuva virtaus vapaata happea sisältävää kaasua, kuten edellä selitettiin, johdetaan johdosta 34 polttimen 6 keskiaukon 7 ja suuttimen 9 kautta kaasugeneraattorin 1 reaktio-vyöhykkeeseen 5 sekoittumaan polttoaineen ja höyryn kanssa.

Jatkuva poistokaasuvirtaus, joka poistuu osittain hapetus-kaasugeneraattorista ulostulon 4 kautta, johdetaan läpi lämmönvaihtimen 16 ei-koskettavassa epäsuorassa lämmönvaihdossa kaasujäähdyt-timessä 23 tuotetun höyryn vastavirran kanssa. Esimerkiksi höyry, joka kulkee ylöspäin lämmönvaihtimen 16 (nimitetään myös tulisti-meksi) vaippapuolella 20, muutetaan tulistetuksi höyryksi, joka poistuu ulosmenon 38, johdon 39, venttiilin 41 ja johdon 31 kautta ja sekoitetaan johdossa 33 hiilivetypitoiseen polttoaineeseen johdosta 30. Optionaalisesti voidaan virtaus tulistettua höyryä vetää pois tulistimesta 16 johdon 42, venttiilin 43 ja johdon 44 kautta ja viedä höyryturpiiniin työaineena.

Osittain jäähdytetty poistokaasuvirtaus poistuu tulistimesta 16 ulosmenon 21 kautta ja tulee jätelämpökattilaan 23 sisäänmenon 22 kautta. Kulkiessaan läpi kaasujäähdyttimen 23 poistokaasuvirtaus kulkee ei-koskettavassa epäsuorassa lämmönvaihdossa kattilan syöttöveden vastavirtauksen kanssa. Kattilan syöttövesi tulee täten lämmitetyksi tuottamaan höyryä absorboimalla ainakin osa jäljellä olevasta vapaasta lämmöstä poistokaasuvirtauksessa. Täten kattilan syöttövesi johdossa 45 tulee lämmönvaihtimeen 23 sisäänmenon 46 kautta. Se kulkee vaippapuolella 25 ja poistuu ulosmenon 47 ja johdon 48 kautta höyrynä. Höyry tulee tulistimeen 16 sisäänmenon 49 19 61 204 kautta ja muutetaan tulistetuksi höyryksi, kuten edellä jo selitettiin. Optionaalisesti poistetaan osa kaasujäähdyttimesta 23 tulevasta höyrystä ulosmenon 50, johdon 51, venttiilin 52 ja johdon 53 kautta. Tätä höyryä voidaan käyttää muualla järjestelmässä.

Jäähdytetty poistokaasuvirtaus poistuu kaasujäähdyttimestä 23 pöhjaulosmenon 26 ja johdon 54 kautta ja voidaan lähettää tavanomaiseen kaasun puhdistusvyöhykkeeseen alavirtaan.

Kuviossa 2 esitetty laitteisto on samanlainen kuin kuviossa 1 esitetty sillä poikkeuksella, että siihen kuuluu vaippa- ja put-kityyppinen lisälämmönvaihdin 55, johon kuuluu laipallinen pohja-sisäänmeno 56, laipallinen huippusisäänmeno 57, sisäpuolinen putkisto tai kierukat 58, vaippapuoli 59 ja sivu-ulosmeno 60. Johdosta 61 kierrättäjä 62, esimerkiksi pumppu, kompressori tai puhallin kierrättää kaasumaista tai nestemäistä lämmönsiirtoainetta läpi vaippapuolen 20 lämmönvaihtimessa 16, ulostulon 65, johdon 66, si-säänmenon 67 lämmönvaihtimeen 55 (nimitetty myös tu1istimeksi). Kuuma lämmönsiirtoaine johdetaan sitten läpi vaippapuolen 59 ja ulos läpi pohjaulostulon 60 uudelleenkiertoon ja uudelleenlämmi-tettäväksi lämmönvaihtimeen 16.

Kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon toiminta on jossakin määrin samanlainen kuin mitä edellä selitettiin kuvioon 1 liittyen. Pääerona on se, että käytetään lämmönsiirtoainetta, jota kierrätetään lämmönvaihtimien 16 ja 55 välillä. Lämmönvaihtimessa 16 läm-mönsiirtoaineen virtaus kuumennetaan absorboimalla osa vapaasta lämmöstä poistokaasuvirtauksessa suoraan kaasugeneraattorista 1 tai „ suoraan kiinteiden aineiden ja kuonan erottimesta (ei esitetty pii rustuksessa) . Kuten edellä jo selitettiin, lämmönsiirtoaineen virtaus lämmönvaihtimessa 16 kulkee ylöspäin läpi vaippapuolen 20 ei-koskettavassa epäsuorassa lämmönvaihdossa alaspäin virtaavaan jatkuvaan, putkissa 17 kulkevaan poistokaasuvirtaukseen kaasugeneraattorista 1. Sitten lämmönvaihtimessa 55 se vapaan lämmön määrä, jonka luovuttaa lämmönsiirtopaineen virtaus, joka jatkuvasti kulkee alaspäin läpi vaippapuolen 59, on riittävä muuttamaan jatkuvan höy-ryvitauksen, jonka kanssa se on ei-koskettavassa epäsuorassa läm-mönvaihdossa, tulistetuksi höyryksi. Höyry oli aikaisemmin muodostettu jätelämpökattilassa 23, kuten edellä aikaisemmin selitettiin kuvion 1 yhteydessä. Ainakin osa siitä höyrystä, joka tuotettiin 20 61204 kaasujäähdyttimessä 23, tuodaan tulistimeen 55 ulostulon 47, johdon 48 ja laipallisen sisäänmenon 56 kautta. Optionaa1isesti voidaan tulistettua höyryä johdosta 39 tai höyryä johdosta 53 viedä kaasugeneraattoriin 1 lämpötilan hillitsimenä ja ku1jetusaineena polttoaineelle. Edullisesti johdetaan poistokaasuvirtaus läpi sarjaan kytkettyjen putkien lämmönvaihtimissä 16 ja 23.

Kuviossa 3 esitetyssä laitteistossa on yleisjärjestely kaa-sugeneraattorissa 1, tulistimessa ja kaasujäähdyttimessä 23 sama kuin kuviossa 1, mutta lämmönvaihdin (tulistin) 16A on jonkin verran erilaista rakennetta, ollen vaippa- ja putkityyppinen korkea-lämpötilainen lämmönvaihdin 16A, jossa on sisäpuoliset putket tai monikierukat 17 kytkettynä ylävirran puoleiseen kokoojaan 18 ja alavirran puoleiseen kokoojaan 19, vaippapuoli 20 ja alavirran puoleinen laipallinen ulostulo 21.

Jatkuva virtaus poistokaasua, joka poistuu osittaishapetus-kaasugeneraattorista ulostulon 4 kautta, johdetaan läpi lämmönvaihtimen 16A lämmönvaihdossa kaasujäähdyttimessä 23 tuotetun höyryn vastavirtaan. Lisähöyryä jostakin toisesta lähteestä voidaan tuoda johtojen 27, 28, 29, 32 ja 49 kautta. Ainakin osa höyrystä, joka kulkee ylöspäin lämmönvaihtimen 16A (nimitetään myös tulistimeksi) vaippapuolella 20, johdetaan läpi putkiston 17 reikien 33 ja ylävirran puoleisen kokoojan 18 reikien 33 ja sekoitetaan sitten kaa-sugeneraattorista tulevaan kuumaan poistokaasuvirtaukseen. Loput höyrystä muutetaan tulistetuksi höyryksi, joka poistuu ulostulon 38, johtojen 79, 39, venttiilin 41 ja johdon 31 kautta ja sekoitetaan hii1ivetypitoiseen polttoaineeseen johdosta 30 johdossa 35. Optio-naalisesti voidaan virtaus tulistettua höyryä ottaa pois tulisti-mesta 16A johdon 42, venttiilin 43 ja johdon 44 kautta ja viedä höyryturpiiniin 70 työaineena ja poistuu johdon 71 kautta. Turpiini 70 antaa tehon ilmakompressori1le 72 ja optionaalisesti sähköge-neraattori1le 73. Ilma tulee kompressoriin 70 johdon 74 kautta ja poistuu johdon 75 kautta. Ilmanerotusvyöhykkeessä 76 puristettu ilma jaetaan typpeen johtoon 77 ja happeen johtoon 78. Optionaalises-ti tulistettua höyryä voidaan ottaa tulistimesta 16A ulostulon 38, johtojen 79 ja 80, venttiilin 81 ja johdon 82 kautta.

Osittain jäähdytetty poistokaasuvirtaus, joka sisältää höy-ryvuotovirtauksen, poistuu tulistimesta 16A ulosmenon 21 kautta ja 21 61204 tulee jätelämpökattilaan 23 sisäänmenon 22 kautta. Kulkiessaan kaasu jäähdyttimen 23 lävitse alaspäin poistokaasuvirtauksen ja vuoto-höyryvirtauksen seos kulkee ei-koskettavassa epäsuorassa lämmönvaih-dossa kattilan vastavirtauksisen syöttöveden kanssa. Kattilan syöt-tövesi tulee täten lämmitetyksi tuottamaan höyryä absorboimalla ainakin osa jäljellä olevasta vapaasta lämmöstä poistokaasuvirtauk-sen ja vuotohöyryvirtauksen seoksessa. Täten kattilan syöttövesi johdossa 45 tulee lämmönvaihtimeen 23 sisäänmenon 46 kautta. Se kulkee ylöspäin vaippapuolella 25 ja poistuu ulosmenon 47 ja johdon 48 kautta höyrynä. Höyry tulee tulistimeen 16A johdon 32 ja sisäänmenon 49 kautta ja muutetaan tulistetuksi höyryksi, kuten edellä aikaisemmin jo selitettiin. Optionaalisesti poistetaan osa höyrystä kaasujäähdyttimestä 23 ulostulon 50, johdon 51, venttiilin 52 ja johdon 53 kautta. Tätä höyryä käytetään muualla järjestelmässä.

Jäähdytetty seos poistokaasuvirtauksesta ja vuotohöyryvir-tauksesta poistuu kaasujäähdyttimestä 23 pohjaulosmenon 26 ja johdon 54 kautta ja voidaan lähettää tavanomaisiin kaasun puhdistusvyö-hykkeisiin alavirtaan. Puhdistettua tuotekaasua voidaan käyttää synteesikaasuna, pelkistyskaasuna tai polttokaasuna riippuen sen koostumuksesta. Esimerkiksi puhdasta tuotekaasua voidaan viedä kaasuturpiiniin (ei esitetty] polttolaitteeseen. Kaasumaiset pala-mistuotteet kulkevat polttolaitteesta paisutusturpiiniin työaineena. Turpiini voi käyttää turbokompressoria tai turbosähkögeneraat-toria. Turbokompressoria voidaan käyttää puristamaan ilmaa järjestelmässä käytettäväksi. Sähkögeneraattori voi tuottaa sähköenergiaa - prosessissa käytettäväksi.

Kuviossa 4 kuvattu prosessi on samanlainen kuin edellä kuvattiin kuvioon 22 liittyen sillä poikkeuksella, että prosessiin ^ kuuluu mekaaninen ja optionaalinen kemiallinen puhdistusvyöhyke 91.

Uudelleen kierrätettävä täydennysosa poistokaasuvirtaukses-ta 115 puristetaan kaasu kompressori 1la 69 suurempaan paineeseen kuin raa'an, kaasugeneraattorista 1 poistuvan kaasuvirtauksen paine. Jäähdytetty, kokoonpuristettu täydennyskaasu sekoitetaan sitten johdossa 68 siihen kaasumaiseen lämmönsiirtoaineeseen, joka poistuu tulistimesta alapuolisen ulostulon 60 ja johdon 61 kautta. Kaasun kierrättäjän 62 avulla kaasumainen lämmönsiirtoaine johdetaan johdon 63, sisäänmenon 64 ja alavirran puoleisen kokoojan kautta vaip- 61204 22 pa- ja putkilämmönvaihtimessa 16A. Täällä kaasumainen lämmönsiirto -aine kulkee ylöspäin läpi useiden putkien tai kierukoiden 17 ja sitten poistuu ylävirranpuoleisen kokoojan 14 ja ulosmenon 65 kautta. Liikkuessaan ylöspäin läpi lämmönvaihtimen 16A osa kaasumaisesta lämmönsiirtoaineesta vuotaa läpi pieniha 1 ka isijaisten reikien tai rakojen 33 putkien ja mahdollisesti kokoojien seinissä. Vuoto-kaasu muodostaa suojaavan kalvon tai verhon kokoojien ja putkien ulkopinnan ja sen poistokaasuvirtauksen väliin, joka kulkee alaspäin läpi lämmönvaihtimen 16A vaippapuolella 20. Vuotokaasu sekoittuu sitten poistokaasuvirtaukseen ja osittain jäähdytetty kaasuvir-taus poistuu ulosmenon 21 kautta. Kuumennettu kaasumainen lämmön-siirtoaine ulosmenosta 65 kulkee läpi johdon 66, lämmönvaihtimen 55 sisäänmenon ja sitten alaspäin läpi vaippapuolen 59 ja ulos poh-jaulosmenon 60 kautta uudelleenkiertoa ja uudelleenlämmitystä varten lämmönvaihtimeen 16A, kuten edellä aikaisemmin jo selitettiin.

Kuviossa 4 kuvatun prosessin ollessa toiminnassa, kaasumaisen lämmönsiirtoaineen virtaus kuumennetaan lämmönvaihtimen 1 6A putkissa 17. Sitten lämmönvaihtimessa 55 on vapaan lämmön määrä, jonka luovuttaa se lämmönsiirtoaineen virtaus, joka jatkuvasti kulkee alaspäin läpi vaippapuolen 59, riittävä kuumentamaan jatkuvan ylöspäin tapahtuvan höyryvirtauksen putkissa 58, joiden kanssa se kulkee ei-koskettavassa epäsuorassa lämmönvaihdossa, tuottamaan mainittua tulistettua höyryä.

Tulistettu höyry poistuu johdon 39 kautta ja osa voidaan johtaa johdon 40, venttiilin 41 ja johtojen 105, 31 kautta ja sekoittaa johdossa 35 johdosta 30 tulevaan polttoaineeseen. Syöttöseos viedään sitten polttimen 6 kautta kaasugeneraattoriin 1. Loppu tulistetusta höyrystä voidaan siirtää pois johdon 106, venttiilin 107 ja johdon 10Θ kautta. Optionaalisesti voidaan osaa tulistetusta höyrystä käyttää työaineena höyryturpiinissa 70 sillä tavoin kuin selitettiin tulistetulle höyrylle kuvion 3 johdossa 44.

Kyllästetty tai ky1lästämätön höyry johdossa 48 tuotetaan kaasujäähdyttimessä 23. Lisähöyryä muualta järjestelmästä voidaan tuoda johdon 95, venttiilin 96 ja johdon 97 kautta. Ainakin osa kaasujäähdyttimestä 23 poistuvasta kaasuvirtauksesta, so. 1-10 % (tilavuudesta) voidaan viedä kaasun mekaaniseen ja optionaalisesti kemialliseen puhdistusvyöhykkeeseen 91. Optionaalisesti osa kaasu- 23 61 20 4 virtauksesta voi ohittaa puhdistusvyöhykkeet 91 johdon 124, venttiilin 125 ja johdon 125 kautta. Puhdas tuotekaasu tuotetaan vyöhykkeessä 91 ja ainakin osa pannaan uudelleen kiertoon kompressoriin 69 täydennyskaasuna. Loppu tuotekaasusta johdossa 121 voidaan käyttää esim. polttokaasuna kaasuturpiinin polttolaitteessa. Polt-tokammion palamiskaasu viedään paisutusturpiiniin työaineena. Pai-sutusturpiinia voidaan käyttää käyttämään kompressoria tai sähkö-generaattoria, kuten edellä selitettiin. Muita käyttöjä tuotekaa-sulle on selitetty edellä aikaisemmin. Ainakin osa höyrystä tulis-tinta 55 varten tuotetaan jätelämpökattilassa 23 johtamalla kattilaan syöttövesi johdossa 45 läpi sisäänmenon ja vaippapuolen 25 siten absorboiden ainakin osan vapaasta lämmöstä, joka on jäljellä alaspäin virtaavassa poistokaasuvirtauksen ja vuotovirtauksen seoksessa putkissa 24, joka seos poistuu ulosmenon 26 ja johdon 54 kautta. Ainakin osa höyrystä, joka tuotetaan kaasujäähdyttimessä 23, viedään tulistimeen 55 ulostulon 47, johtojen 9Θ ja 48 sekä laipallisen sisäänmenon 56 kautta. Optionaalisesti tulistettua höyryä johdosta 39 tai höyryä johdosta 53, voidaan viedä kaasugene-raattoriin 1 lämpötilan hillitsimenä ja kuljetusaineena hiilivety-pitoiselle polttoaineelle. Vaihtoehtoisesti poistokaasuvirtaus kaa-sugeneraattorista 1 voidaan johtaa läpi putkien sarjaan kytketyissä lämmönvaihtimissa 16 ja 23. Tässä tapauksessa kaasumainen lämmön-siirtoaine johdossa 63 kulkee lämmönvaihtimen 16A vaippapuolen lävitse. Osa lämmönsiirtoaineesta vuotaa silloin putkien ja kokoojan seinien lävitse ja sitten poistokaasuvirtaukseen, joka kulkee alas-- päin putkien lävitse. Ensin muodostuu kuitenkin suojaava kerros kaasumaista lämmönsiirtoainetta putkien ja molempien kokoojien sisäpinnoille. Optionaalisesti voi vain ylävirran puoleinen kokooja ^ olla varustettu vuotorei’i1lä.

Jäähdytetty poistokaasuvirtaus, joka poistuu johdon 54 kautta, johdetaan johdon 117, venttiilin 118 ja johdon 119 kautta mekaaniseen ja optionaalisesti kemialliseen puhdistustoimintaan, mitä piirustuksessa on merkitty viitenumerolla 91. Puhdistettu kaasu poistuu johtojen 120, 121, venttiilin 122 ja johdon 123 kautta.

Kun tuotekaasu johdossa 123 on polttokaasua, osa voidaan polttaa kaasu-uunissa lämmön tuottamiseksi. Vaihtoehtoisesti osa voidaan viedä kaasuturpiinin (ei esitetty!) poltto kammioon. Polttokaasut ku 1 - 24 61204 kevät läpi paisutusturpiinin mekaanisen energian tuottamiseksi. Tuotekaasu voi myös olla synteesikaasua, pelkistyskaasua tai puhdasta vetyä. Ainakin osa tuotekaasuvirtauksesta plus vuotokaasu johdossa 54 voi ohittaa puhdistusvyöhykkeet 91 johdon 124, venttiilin 125 ja johdon 126 kautta.

Osaa tuotekaasusta johdossa 120 käytetään täydennyksenä karvaamaan sitä kaasumaista lämmönsiirtoainetta, joka vuotaa lämmönvaihtimen 16 putkien 17 ja kokoojien 13 reikien lävitse. Tämä täydentävä kaasuvirtaus on viileämpää kuin kaasumainen lämmönsiirtoai-ne johdossa 61 ja johdetaan johdon 130, venttiilin 131, johdon 115 kautta ja puristetaan kompressorissa 69 yläpuolelle poistokaasu-virtauksen paineen lämmönvaihtimen 16A vaippapuo 1 e 1 la 20. Kuten edellä jo selitettiin, puristettu täydennys kaasu sekoitetaan kaasumaiseen lämmönsiirtoaineeseen johdosta 61 ja seos kierrätetään silmukassa lämmönvaihtimien 16A ja 55 välillä.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tämän keksinnön mukaisen prosessin suoritusmuotoja. Prosessit toteutetaan jatkuvasti ja annetut määrät ovat määriä tunnissa kaikille ainevirtauksille. Tilavuudet on ilmaistu lämpötilassa 0°C ja 1 ilmakehän paineessa. Pai-nearvot ovat absoluuttista painetta.

Esimerkki 1

Keksinnön suoritusmuoto esimerkissä 1 on kuvattu kuviossa 1 ja edellä selitetty. 89 896 kuutiometriä raakaa synteesikaasua tuotetaan jatkuvasti vapaavirtauksisessa, ei-katalyyttisessä kaasuge-neraattorissa hiilivetypitoisen polttoaineen (selitetään jäljempänä) osittaisella hapettamisella hapella (puhtaus noin 99,7 tila-vuus-%). Hiilivetypitoinen polttoaine on pumpattavaa lietettä, joka sisältää 470,3 kg hienojakoista hiiltä, joka myöhemmin saadaan talteen puhdistamalla raaka synteesikaasutuote ja 26 014 kg redusoitua raakaöljyä, jonka analyysi paino-%:ssa on seuraava: C 85,87, 11,10, S 2,06, N2 0,78, 02 0,16 ja tuhkaa 0,04. Edelleen on redusoidun raakaöljyn API paino 12,5 (ominaispaino 0,983), palamis-lämpö 10 185 cal/g ja viskositeetti 479 Saybolt Seconds Furol lämpötilassa 50°C (1 170 sentistokea).

Noin 13 007 kg tulistettua höyryä tuotettiin sitten prosessissa lämpötilassa 399°C ja paineessa noin 40,8 ilmakehää ja tämä 25 6 1 2 0 4 sekoitettiin redusoituun raakaöljyyn tuottamaan syöttöseos, jonka lämpötila oli noin 295°C, ja joka jatkuvasti vietiin rengastyyppi-sen polttimen rengastiehyeeseen ja joka purkautui mainitun kaasu-generaattorin reaktiovyöhykkeeseen. Noin 19 937 kuutiometriä happea lämpötilassa noin 260°C johdettiin jatkuvasti läpi mainitun poltti-men keskitiehyen ja sekoitettiin tulistetun höyryn ja raakaöljyn dispersioon.

Osittainen hapetus ja tähän liittyviä reaktioita tapahtui kaasugeneraattoriin vapaavirtauksisessa reaktiovyöhykkeessä tuottaen jatkuvan poistokaasuvirtauksen synteesikaasua lämpötilassa 1 305°C ja paineessa 28,2 ilmakehää. Kuuman raa’an synteesikaasun poistovirtaus kaasugeneraattorista kulki erillisen lämmönvaihtimen tai tulistimen kautta, jossa se jäähdytettiin lämpötilaan 1 125°C lämmönvaihdo1la kyllästetyn höyryn jatkuvan virtauksen kanssa, joka höyry tuotettiin myöhemmin prosessissa. 65 738 kg kyllästettyä höyryä tuli tulistimeen lämpötilassa 253°C ja paineessa 41,5 ilmakehää. Noin 65 738 kg tulistettua höyryä poistui tulistimesta lämpötilassa 400°C ja paineessa 40,8 ilmakehää. Kuten edellä aikaisemmin selitettiin, osa tästä jatkuvasta tulistetun höyryn virtauksesta vietiin kaasugeneraattoriin, edullisesti sekoitettuna raakaöljyyn. Optionaalisesti osaa tulistetusta höyrystä käytetään työaineena turbokompressorissa esimerkiksi ilman erotuslaitoksessa syötettävän vapaan hapen tuottamiseksi kaasugeneraattori1le.

Osittain jäähdytetty virtaus raakaa synteesikaasua, joka poistui tulistimesta, johdettiin sitten erillisen tavanomaisen kaa-- sujäähdyttimen putkien kautta ja jäähdytettiin lämpötilaan noin 270°C lämmönvaihdolla 65 738 kg:aan kattilan syöttövettä, jota syötettiin jatkuvasti vaippapuolelle. Virtaus noin 65 73Θ kg mainittua sivutuotteena saatua kyllästettyä höyryä tuotettiin siten lämpötilassa noin 253°C ja paineessa noin 41,5 ilmakehää. Kuten edellä selitettiin, ainakin osa tästä kyllästetystä höyrystä johdettiin tulistimeen muutettavaksi tulistetuksi höyryksi. Loppua kyllästetystä höyrystä voidaan käyttää muualla prosessissa, esimerkiksi esi-lämmittämään vapaata happea sisältävää kaasua.

Jatkuvalla raa’an synteesikaasun poistovirtauksella, joka poistuu kaasujäähdyttimestä lämmönvaihdon jälkeen kattilan syöttö-veden kanssa, on paine, joka on olennaisesti sama kuin paine kaasu- 26 61 204 generaattorin reaktiovyöhykkeessä vähennettynä tavallisella paineen alennuksella johdoissa ja lämmönvaihtimissa. Paineen alentuminen voi olla pienempi kuin noin 1,35 ilmakehää. Raa’an synteesi kaasu -virtauksen koostumus, kun se poistuu kaasujäähdyttimestä, on seu-raava: H2 41,55 %, CO 41,59 %, C02 4,61 %, H2/ 11,46 %, COS 0,02 %, CH^ 0,13 %, N2 0,21 % ja Ar 0,03 %. Noin 474,5 kg muuttamatonta hienojakoista hiiltä tulee mukaan raa’an synteesi kaasun poistovir-taukseen. Hienojakoinen hiili ja muut kaasumaiset epäpuhtaudet voidaan poistaa raa'asta synteesi kaasusta alavirtaan olevissa kaasun puhdistusvyöhykkeissä. Optionaalisesti osa mainitusta tulistetusta höyrystä voidaan sekoittaa synteesikaasuvirtaukseen ja sitten saattaa vesi-kaasu -vaihdon alaiseksi kaasuvirtauksessa olevan hiilimonoksidin muuttamiseksi vedyksi ja hiilidioksidiksi. C02 voidaan sitten poistaa vetyä sisältävän kaasuvirtauksen tuottamiseksi.

Esimerkki 2

Esimerkin 2 mukainen keksinnön suoritusmuoto on kuvattu kuviossa 2 ja edellä selitetty.

Esimerkissä 2 ovat vapaavirtauksiseen ei-katalyyttiseen kaa-sugeneraattoriin syötettyjen aineiden tyypit ja määrät olennaisesti samat kuin edellä selitettiin esimerkissä 1. Samalla tavoin raa’an synteesikaasun koostumus ja määrä ja tuotettujen kyllästetyn höyryn ja tulistetun höyryn määrät ovat olennaisesti samat esimerkeissä 1 ja 2. Lisäksi toimintalämpötila ja paineet kaasuge-raattorissa ja lämmönvaihtimissa ja raaka-ainevirtauksissa ja tuo-tevirtauksissa ovat olennaisesti samat molemmissa esimerkeissä.

Esimerkissä 2 kierrätetään 9 361 kg vetyä jatkuvasti lämmönvaihtimen 16 ja erillisen tulistimen 55 välillä lämmönsiirtoainee-na.

Raa'an synteesikaasun jatkuva poistovirtaus kaasugeneraat-torista lämpötilassa 1 305°C ja paineessa 28,2 ilmakehää alennetaan lämpötilaan 1 124°C lämmönvaihdolla mainitun lämmönsiirtoaineen kanssa, joka tulee erilliseen lämmönvaihtimeen 16 lämpötilassa 455°C ja poistuu lämpötilassa 805°C. Raa’an synteesikaasun jatkuvan virtauksen lämpötila tulee sitten alennetuksi edelleen 271° C:seen lämmönvaihdolla kattilan syöttöveden kanssa kaasujäähdytti-messä 23. Kaasujäähdyttimessä 23 tuotettu kyllästetyn höyryn jät- 27 6 1 2 0 4 kuva virtaus lämpötilassa 252°C muutetaan sitten jatkuvaksi tulistetun höyryn virtaukseksi lämpötilassa 400°C ja paineessä 40,8 ilmakehää erillisessä tulistimessa 55 ei-koskettavassa lämmönvaih-dossa mainitun lämmönsiirtoaineen kanssa, joka tulee tulistimeen 55 lämpötilassa 805°C ja poistuu lämpötilassa 455°C.

Esimerkki 3

Keksinnön esimerkissä 3 käsitelty suoritusmuoto on kuvattu kuviossa 3 ja edellä selitetty.

Kaasugeneraattoriin syötettyjen aineiden tyypit ja määrät ovat olennaisesti samat kuin esimerkissä 1. Samalla tavoin ovat myös raa'an synteesikaasun koostumus ja määrä olennaisesti samat kuin esimerkissä 1. Raa’an synteesikaasun kuuma poistovirtaus kaa-sugeneraattorista kulkee läpi putkien erillisessä vaippa- ja putki-lämmönvaihtimessa 16A eli tulistimessa, missä se jäähdytetään lämpötilaan 1 125°C lämmönvaihdolla myöhemmin prosessissa tuotetun kyllästetyn höyryn jatkuvan virtauksen kanssa. 65 738 kg kyllästettyä höyryä tulee tulistimen vaippapuolelle lämpötilassa 253°C ja paineessa 41,5 ilmakehää. Noin 90 tilavuus-% kyllästetystä höyrystä poistuu lämmönvaihtimesta tulistettuna höyrynä lämpötilassa 400°C ja paineessa 40,8 ilmakehää. Kuten esimerkissä 1 selitettiin, osa tästä jatkuvasti tulistetun höyryn virtauksesta viedään kaasu-generaattoriin, edullisesti sekoitettuna raakaöljyyn. Optionaali-sesti käytetään osaa tulistetusta höyrystä työaineena turbokompres-sorissa esimerkiksi ilman erottamislaitoksessa syötettävän vapaan hapen tuottamiseksi kaasugeneraattoriin. Loppuosa kyllästetystä höyrystä, so. noin 6 573 kg, joka viedään tulistimeen, vuotaa läpi pienhalkaisijaisten reikien putkissa ja ylävirran puoleisessa kokoojassa ja sekoittuu tulistimen lävitse kulkevaan raakaan kuumaan synteesikaasuun. Höyrykalvo verhoaa putkien sisäpintaa siten suojaten sitä raa’an synteesikaasun korroosiota aiheuttavalta hyökkäykseltä. Lisäksi mitään hiiltä ei asetu putkien sisäpinnalle.

Osaksi jäähdytetty raa’an synteesikaasun virtaus sekoitettuna vuotohöyryyn poistuu tulistimesta ja johdetaan sitten läpi putkien erillisessä tavanomaisessa kaasujäähdyttimessä ja jäähdytetään lämpötilaan noin 271°C lämmönvaihdolla 65 738 kg kattilan syöttö-veden kanssa, joka jatkuvana virtauksena syötetään vaippapuolelle.

28 61204

Virtaus noin 65 738 kg mainittua sivutuotteena saatua kyllästettyä höyryä tuotetaan siten lämpötilassa noin 253°C ja paineessa noin 41,5 ilmakehää. Kuten edellä selitettiin, tämä kyllästetty höyry johdetaan tulistimeen 16A muutettavaksi tulistetuksi höyryksi.

Raa’an synteesikaasun jatkuva poistovirtaus, joka poistuu kaasujäähdyttimestä lämmönvaihdon jälkeen kattilan syöttöveden kanssa, on paineessa, joka on olennaisesti sama kuin kaasugeneraatto-rin reaktiovyöhykkeen paine vähennettynä tavallisella alenemisella johdoissa ja lämmönvaihtimissa. Tämä paineen aleneminen voi olla vähemmän kuin noin 1,35 ilmakehää. Raa'an synteesikaasun sen virtauksen, joka poistuu kaasujäähdyttimestä, koostumus on seuraava: (mooli-% kuiva-arvosta) H2 46,95, CO 46,99, C02 5,19, H2S 0,45, COS 0,02, CH^ 0,14, N2 0,23 ja Ar 0,03. Noin 474,5 kg muuttumatonta hienojakoista hiiltä tulee mukaan raa’an synteesikaasun poistovir-taukseen. Hienojakoinen hiili ja muut kaasumaiset epäpuhtaudet voidaan poistaa raa’asta synteesi kaasusta alavirtaan olevissa kaasun puhdistusvyöhykkeissä. Optionaalisesti voidaan osa mainitusta tu-listetysta höyrystä sekoittaa synteesikaasuvirtaukseen ja sitten saattaa vesi-kaasu vaihdon alaiseksi kaasuvirrassa olevan hiilimonoksidin muuttamiseksi vedyksi ja hiilidioksidiksi. C02 voidaan sitten poistaa vetyä sisältävän kaasuvirtauksen tuottamiseksi.

Esimerkki 4

Esimerkissä 4 käytetty keksinnön suoritusmuoto on kuvattu kuviossa 4 ja kuvattu edellä.

Vapaavirtauksiseen, ei-katalyyttiseen kaasugeneraattoriin syötettyjen aineiden tyypit ja määrät ovat esimerkissä 4 olennaisesti samat kuin aikaisemmin selitettiin esimerkissä 1. Samalla tavoin raa'an synteesikaasun koostumus ja määrä, tuotetun kyllästetyn höyryn ja tulistetun höyryn määrät ovat olennaisesti samat kuin esimerkissä 1. Lisäksi toimintalämpötila ja paine kaasugene-raattorissa ja verrattavissa lämmönvaihtimissa ja verrattavissa raaka-aine ja tuotevirtauksissa ovat olennaisesti samat molemmissa esimerkeissä.

Esimerkissä 4 prosessissa alavirtaan tuotettua 9 361 kg vetyä kierrätetään jatkuvasti lämmönvaihtimen 16A ja erillisen tulis-timen 55 välillä lämmönsiirtoaineena.

29 61 204

Raa’an synteesikaasu n jatkuva poistovirtaus kaasugeneraat-torista lämpötilassa 1 305°C ja paineessa 20,2 ilmakehää alennetaan lämpötilaan 1 125°C lämmönvaihdolla mainitun lämmönsiirtoaineen kanssa, joka tulee erilliseen lämmönvaihtimeen 16A lämpötilassa 455°C ja poistuu lämpötilassa 805°C. Raa’an synteesikaasun jatkuvan virtauksen lämpötila sekoitettuna vuotovetyyn alennetaan sitten edelleen lämmönvaihdolla kattilan syöttöveden kanssa kaasujäähdyt-timessä 23. Kaasujäähdyttimessä 23 lämpötilassa 253°C tuotettu kyllästetyn höyryn jatkuva virtaus muutetaan sitten tulistetun höyryn ^ jatkuvaksi virtaukseksi lämpötilassa 400°C ja paineessä 40,8 ilma kehää erillisessä tulistimessa 55 ei-koskettavalla lämmönvaihdolla mainitun lämmönsiirtoaineen kanssa sekoitettuna täydennysvetyyn, joka tulee tulistimeen 55 lämpötilassa 805°C.

Claims (9)

30 61204

1, Menetelmä vetyä ja hiilimonoksidia sisältävän kaasuseoksen valmistamiseksi hiiltä ja vetyä sisältävän polttoaineen osittaisella hapetuksella vapaata happea sisältävällä kaasulla, lämpötilassa 815-1930°C ja paineessa noin 1-250 ata ei-katalyyttisen vapaavirtaus-kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeessä, tunnettu siitä, että vapaata lämpöä poistetaan jäähdyttämättömästä, generaattorista ulos-virtaavasta kaasusta johtamalla kaasu peräkkäin ensimmäisen ja toisen lämmönvaihtovyöhykkeen läpi, jolloin toisessa vyöhykkeessä poistettua vapaata lämpöä käytetään muuttamaan vettä höyryksi epäsuoralla lämmönvaihdolla ja ensimmäisessä vyöhykkeessä poistettua vapaata lämpöä käytetään muuttamaan ainakin osa mainitusta höyrystä tulistetuksi höyryksi.

2, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyry johdetaan toisesta vyöhykkeestä ensimmäiseen vyöhykkeeseen, jossa se tulistetaan..,

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen vyöhyke käsittää vaippa- ja putkilämmön-vaihtimen ja osa höyrystä johdetaan jatkuvasti ulosvirtaavaan kaasuun lämmönvaihtimen seinämissä olevien aukkojen kautta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä,: että höyry johdetaan toisesta vyöhykkeestä kolmanteen lämmönvaihtovyöhykkeeseen, jossa se tulistetaan epäsuoralla lämmönvaihdolla kaasumaisen lämmönsiirtoaineen kanssa, jota kierrätetään ensimmäisen ja kolmannen vyöhykkeen välillä siirtämään vapaata lämpöä ensimmäisestä vyöhykkeestä kolmanteen vyöhykkeeseen.

5, Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen vyöhyke käsittää vaippa- ja putkilämmön-vaihtimen ja osa lämmönsiirtoaineesta johdetaan ulosvirtaavaan kaasuun lämmönvaihtimen seinämissä olevien aukkojen kautta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhdistetaan ulosvirtaavan kaasun ja kaasumaisen lämmönsiirtoaineen pois johdetun osan seos, sekoitetaan osa muodostuneesta puhtaasta, ulosvirtaavasta kaasutuotteesta jäähdytettyyn kaasumaiseen lämmönsiirtoaineeseen, joka poistuu kolmannesta lämmönvaih-tovyöhykkeestä ja johdetaan muodostunut kaasuseos ensimmäiseen lämmönvaihtovyöhykkeeseen kaasumaisena lämmönsiirtoaineena paineessa, 31 61204 joka on korkeampi kuin kuuman ulosvirtaavan kaasun.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa tulistetusta höyrystä johdetaan kaasugeneraattorin reaktiovyöhykkeeseen, mahdollisesti kaasugeneraattoriin syötetyn polttoaineen kantajana.

8. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa tulistetusta höyrystä käytetään ajoaineena höyryturpiinissa, jota käytetään tuottamaan mekaanista työtä tai sähköenergiaa tai puristamaan syöttö-ilmaa ilmanerottamisyksikköön hapen saamiseksi, jonka puhtausaste on 95 mooli-% tai korkeampi, joka happi saatetaan reagoimaan kaasu-generaattorissa .

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine esikuumennetaan lämpötilaan, joka on enintään noin 430°C krakkauslämpötilan alapuolella, ainakin osalla tulistettua höyryä ennen kuin polttoaine johdetaan kaasugeneraattoriin. 32 61 2 0 4