FI62554C - Foerfarande och anordning foer foergasning av fast kolhaltigt material - Google Patents

Description

1 ' 67554

Menetelmä ja laite kiinteän hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi - Förfarande och anordning för förgasning av fast kolhaltigt material

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen kiinteän hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi leijuker-rosreaktorissa, jossa reaktorin yläpäästä poistuvien kaasujen sisältämiä kiinteitä hiukkasia erotetaan ja palautetaan 5 reaktorin alaosaan.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite kiinteän hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi siten, että kaasuttimessa käytetään happipitoisen kaasun vapaa happi ensisijaisesti pyrolyysin seurauksena syntyvän kiinto-10 partikkelin kaasuttamiseksi hapettavasti.

Kiinteiden materiaalien kaasutuksen keskeinen ongelma on ha-petusvaiheessa syntyvien COjSn ja H20:n pelkistäminen kiinteän hiilen avulla kineettisesti hitaiden reaktioiden C02 + C(sj--> 2CO ja H20 + e-4 CO + H2 kautta. Varhaisimmat kaasutintyypit 15 olivat ns. vastavirtakaasuttiroia, joissa kaasutusmateriaali syötettiin kiinteän kaasutusmateriaalikerroksen päältä ja hapetin ko. kerroksen alapuolelta. Näissä ns. kiintopatja-kaasuttimissa materiaali alaspäin kulkeutuessaan ensin pyro-lysoitui matalalämpötilaisessa pelkistävässä ympäristössä.

20 Alakerroksen lämpötila on - 1000°C ja pelkistävää hiilipintaa/ tilavuus on runsaasti, jolloin siinä aikaansaadaan kaasufaasin tehokas pelkistyminen. Näiden kaasutintyyppien tunnettuja epäkohtia ovat tuotekaasun tervayhdisteet sekä pienten partikkelien kulkeutuminen tuotekaasujen mukana.

25 Myötävirtakaasuttimessa sekä kaasutusmateriaali että hapetin tuodaan reaktorin alkupäähän, jolloin merkittävä osa pyrolyy-sikaasuista hapettuu C02:ksi ja HjOrksi. Jäljelle jäävä kiinteä hiili on näissä kaasutettava edellä esitettyjen hitaiden pelkistysreaktioiden kautta. Tästä johtuen on .tavanomaisten 2 62554 30 myötävirtakaasuttimien ongelmina joko tuotekaasun suuret CCL,- ja H20 -pitoisuudet tai merkittävät hiilihäviöt.

2-reaktorikaasuttimissa on pyritty välttämään em. kaasutin-tyyppien epäkohdat jakamalla kaasutustapahtuma kahteen eri reaktoriin siten, että kaasutettava materiaali ensin pyroly-35 soidaan. Pyrolysaatiosta jäävä kiinteä materiaali kaasutetaan erillisessä reaktorissa, jonka savukaasut tuodaan pyrolysaa-tioreaktoriin. Näin kaasutus tapahtuu kahdessa myötävirtaan kytketyssä reaktorissa. 2-reaktorikaasuttimien haittapuolia ovat virtaustekniset ongelmat sekä suuret investointikustan-40 nukset.

US-patentista 4,154,581 on tunnettu kaksivaiheinen kaasutus-prosessi, joka tapahtuu leijukerrosreaktorissa. Tässä leiju-kerros on jaettu välilevyn avulla kahteen osaan, joista alemman lämpötila pidetään sopivana polttoa tai kaasutusta varten 45 ja ylemmän lämpötila säädetään rikin absorption kannalta edullisimmalla tavalla. Polttoaine tai kaasutettava materiaali syötetään leijukerroksen alempaan osaan, jossa on jäljellä vapaata happea. Tällöin hapettuvat ensisijaisesti pyrolysoi-tuvat hiilivedyt muodostaen C02:ta ja H20:ta, jolloin syntyy 50 runsaasti hiilijäännöstä, joka on kaasutettava hiilivetyjen palamistuotteilla.

Esillä oleva keksintö koskee ratkaisua, jossa edellä 2-reak- f torikaasuttimien yhteydessä selostettu toiminta aikaansaadaan yhdessä reaktorissa seuraavasti. Kaasutusmateriaalin syöttökohta 55 nostetaan sopivasti ilmasuuttimien yläpuolelle (3 - 6 m) alueeseen, jossa vapaan hapen pitoisuus on pieni. Tällöin i syöttökohdan läheisyydessä syntyvät pyrolyysikaasut eivät hapetu, vaan hajoavat termisesti lyhytketjuisiksi hiilivedyiksi, jotka edelleen reagoivat reaktorin alaosasta nousevien C02:n 60 ja H20:n kanssa. Nämä ns. pelkistysreaktiot tapahtuvat kaasu-tusreaktorin yläosassa, jossa kaasun viiveaika (2 - 20s) ja lämpötila (£ 900¾).on valittu siten, että tuotekaasut päätyvät lähelle termodynaamista tasapainotilaa. Pelkistysreaktio!- 3 62554 den vaatima energia saadaan reaktorin alaosassa tapahtuvista 65 lähinnä hiilen hapetusreaktioista. Liian korkeiden lämpötilojen välttämiseksi tasataan pelkistys- ja hapetusvyöhykkeen lämpötilaeroja kierrättämällä hiiltä ja kemiallisesti inerttiä materiaalia, esim. hiekkaa, läpi molempien reaktoreiden. Koska hapetus- ja pelkistysvyöhyke muodostuvat fysikaalisesti yh-70 destä reaktorista, voidaan kierrätys helposti toteuttaa valitsemalla inerttimateriaalin hiukkaskoko ja määrä siten, että sopiva osuus kokonaismateriaalista on käytetyllä kaasun virtausnopeusalueella pneumaattisessa kuljetuksessa. Tällöin kaasunpuhdistimessä erotettu kiintomateriaali, joka palaute-75 taan hapetusreaktorin alaosaan, kulkeutuu ensin kuuman hapetusvyöhykkeen läpi ja jäähtyy sen jälkeen pelkistysreaktorin läpi kulkeutuessaan. Inerttikierron massavirta säädetään kiertomateriaalin määrää säätämällä siten, että kaasutettavan materiaalin tuhkan sintrautumislämpötilan mukaan korkein läm-80 pötila hapetus.vyöhykkeessä £ 970 - 1200°C ja pelkistysvyöhykkeessä jälkeen 70 - 120°C alempi. '

Jotta hapetettavan ja pelkistävän vyöhykkeen lämpötilaerot voidaan pitää em. rajoissa, on kiintomateriaalia kierrätettävä niin, että reaktorin kaasussa on kiintoainemateriaalia 85 500 - 1000 g/mol. Erottimesta on siis palautettava reaktorin alaosaan suuri massavirta hienojakoista hiekkaa (10pm<dp<400 ym) sekä lisäksi reagoimatonta hiiltä.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää erästä keksinnön mukaista menetelmää 90 soveltavaa laitetta kaaviollisesti pystyleikkauskuvantona.

Kuviossa 1 viitenumero 1 tarkoittaa leijukerrosperiaatteella toimivaa kaasutusreaktoria, 2 syklonierotinta, jossa kiintoaines sinänsä tunnetulla tavalla erotetaan reaktorin yläpäästä poistuvista kaasuista ja 3 kiintoaineen palautusputkea. 95 Reaktorin alapäässä on aukoilla varustettu jakolevy 4, jonka kautta happipitoinen kaasu, esim. ilma, johdetaan reaktorin alaosaan. Reaktorin yläpäässä on kaasunpoistoaukko 5, jonka kautta kaasut johdetaan tangentiaalisesti erottimen 2 pyör- 4 62554 rekammioon & Kaasutettava materiaali nostetaan syöttösi!loon 100 7, josta se ruuvisyöttimen 8 avulla ja syöttöaukon 9 kautta syötetään reaktoriin. Prosessin käynnistämistä varten on reaktori varustettu käynnistyspolttimella 10.

Erottimen pyörrekammioon on sovitettu aksiaalinen kaasunpois-toputki 11, jonka kautta kaasut, josta kiinteät hiukkaset on 105 erotettu, poistetaan kammiosta ylöspäin. Kaasujen sisältämä lämpö käytetään reaktoriin syötettävän ilman esilämmittämi-seen ja esilämmitetty kaasu johdetaan jakolevyn alla olevaan ilmakaappiin 12.

Kiinteät hiukkaset laskeutuvat erottimen suppilonmuotoiseen 110 alaosaan, josta ne putken 3 avulla palautetaan aukon 14 kautta reaktorin alaosaan.

Kaasutettavan materiaalin syöttökohdan sijoitus on valittu siten, että se sijaitsee jakolevyn ylöpuolella sellaisella korkeudella, jossa ei enää esiinny merkittävästi happea.

115 Esimerkki:

Kaasutusreaktoriin, jonka halkaisija oli 600 mm, korkeus jakolevystä kaasunpoistoaukkoon mitattuna 11 m ja syöttö-kohdan korkeus 4 ro jakolevystä mitattuna, kaasutettiin turvetta seuraavien olosuhteiden vallitessa:

Kuiva turvevirta 100 g/s vesivirta 25 g/s ilmavirta 210 g/s hapettamisvyöhykkeen <

maksimilämpötila 990 C

erottimen jälkeinen ggg o lämpötila

Kaasun koostumus syklonin jälkeen oli:

Yhdiste mooliosuus CO 0,245 CO- 0,051 9 * 5 62554

Yhdiste mooliosuus H20 0,092 CH4 0,018 H2 0,163 N2 0,412 H2S 0,0004

Kaasun moolivirta 14.2 mol/s

Kiertomateriaalivirta 7.8 kg/s (hiekkaa)

Claims (3)

62554

1. Menetelmä kiinteän hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi leijukerrosreaktorissa, jossa reaktorin yläpäästä poistuvien kaasujen sisältämiä kiinteitä hiukkasia erotetaan ja palautetaan reaktorin alaosaan, tunnettu siitä, että reaktorin alaosaan johdetaan happea sisältävää kaasua, että kaasuista erotettu reagoimaton hiilipitoinen materiaali hapetetaan reaktorin alaosassa, että hiilipitoinen aine syötetään hapetusvyöhykkeen yläpuolella olevaan olennaisesti hapettomaan vyöhykkeeseen, ja että hiilipitoinen aine pyrolysoidaan ja pelkistetään reaktorin alaosasta nousevien kuumien kaasujen ja hiukkasten avulla.

2. Laite kiinteän hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi, joka laite käsittää leijukerrosreaktorin (1), jonka yläosassa oleva poistoaukko (5) on yhdistetty erottimeen (2), jossa reaktorista poistuvien kaasujen sisältämiä kiinteitä hiukkasia erotetaan ja jonka alaosassa on tuloaukko (14) erotettujen hiukkasten palauttamiseksi reaktoriin ja jakolevy (4) happipi-toisen kaasun syöttämiseksi reaktoriin, tunnettu siitä, että se käsittää syöttölaitteen (8, 9), joka on järjestetty syöttämään kaasutettavaa materiaalia reaktoriin (1) jakolevyn (4) yläpuolella sellaisella korkeudella sijaitsevaan vyöhykkeeseen, jossa ei esiinny merkittävästi happea.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että syöttökohta (9) on vähintään 3 m jakolevyä (4) korkeammalla, sopivimmin 4 - 6 m.