NL8702912A

NL8702912A - Werkwijze voor de bereiding van een gas dat geschikt is voor het opwekken van energie.

Info

Publication number: NL8702912A
Application number: NL8702912A
Authority: NL
Inventors: Sven Santen; Sven Eriksson
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1988-07-01
Also published as: ATA318787A; FI875320A0; DK635387D0; AU606900B2; AT394202B; AU8199087A; US4936874A; RU1776272C; CH676124A5; SE8605211L; FI875320A; GB2198142A; SE8605211D0; GB2198142B; JPS63213594A; LU87065A1; FR2607824B1; BE1001620A3; DE3740788A1; DK635387A

Description

off . · * /

Werkwijze voor de bereiding van een gas dat geschikt is voor het opwekken van energie.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van een gas dat geschikt is voor het opwekken van energie, 5 door vergassen van kolen in tegenstroom met lucht in een schacht- oven, ter bereiding van een gas met een temperatuur van ongeveer 500°C dat naast H^, CO en N^, zwavelverbindingen en teerachtige stoffen bevat, welk gas wordt onderworpen aan een werkwijze voor het verwijderen van de teerachtige stoffen voordat het door een 10 schacht of kolom met dolomiet of kalk (calciumoxyde en/of calcium- hydroxyde)wordt geleid ter verwijdering van de zwaveIverbindingen.

Het gebruik van kolen voor het opwekken van energie wordt in ernstige mate belemmerd door de ernstige milieuverontreiniging die gepaard gaat met de verbranding van kolen. Het hoofdprobleem is 15 de vorming van en het in de atmosfeer afvoeren van verzurende stoffen zoals zwavel- en stikstofoxiden. Er zijn pogingen gedaan om dit probleem tot op zekere hoogte op te lossen door middel van verschillende wastrappen, maar deze brengen een aanzienlijke kostenverhoging mee en het is uitermate moeilijk of zelfs onmogelijk om 20 . met de conventionele technologie de mate van zuivering te bereiken die zal worden gevraagd willen kolen worden aanvaard als een leidende grondstof voor het opwekken van energie.

Deze problemen kunnen worden opgelost door eerst de kolen te vergassen en daarna energie op te wekken door het ontwikkelde 25 gas te verbranden. Het is betrekkelijk gemakkelijk om het reducerende gas in aanzienlijke mate, dat wil zeggen voor meer dan 95%, te zuiveren van zwavel en omdat daarna sprake is van de verbranding van een gasvormige brandstof kan men die verbranding zo regelen . dat aanzienlijk minder stikstofoxyde wordt gevormd dan mogelijk zou 30 zijn met vaste of vloeibare Brandstoffen. Vergassing biedt ook betere oplossingen voor verschillende andere milieu-schadelijke effekten van de verbranding van kolen, zoals het in de atmosfeer brengen van kwik, poly-aromatische koolwaterstoffen, zware metalen en vliegas.

35 Men heeft zich in de laatste jaren veel inspanning getroost om een methode voor de vergassing van kolen voor het opwekken van i** v » „·* * » / v · f "~” \ « - 2 - energie te ontwikkelen, maar in alle gevallen bleken de kosten (van de vergassing) te hoog te zijn. De belangrijkste reden hiervoor is het grote verbruik van zuurstofgas, gezien de hoge investeringskosten en het betrekkelijk hoge verbruik van elektriciteit dat is verbonden 5 aan de bereiding van het zuurstofgas. Voorts wordt in de meeste kolenvergassers 10 tot 20% van het gevormde gas in de vergassings-reaktor verbrand om te voldoen aan de warmtebehoefte voor de vergassing en om een gunstige reaktietemperatuur te bereiken.

Eenvoudige en goedkope methoden voor de bereiding van 10 gas dat geschikt is voor het opwekken van energie zijn werkwijzen voor de vergassing van kolen waarbij gebruik wordt gemaakt van lucht en waarbij het verbruik van kolen minimaal is. Kolen, nagenoeg altijd in de vorm van (grote) brokken, (stukkolen) worden in tegenstroom met een stroom hete lucht vergast in een schachtoven. Het gevormde 15 gas heeft een temperatuur van ongeveer 500°C en bevat vanwege deze lage temperatuur redelijke hoeveelheden teerachtige stoffen en kleine hoeveelheden onverbrande kolen in de vorm van (fijne) deeltjes.

In aanvraagsters Zweedse octrooiaanvragen 8504439-4 en 8504440-2 is voorgesteld om koolwaterstoffen die voorkomen in een gas 20 dat werd gevormd bij het vergassen van kolen, thermisch te kraken door toevoeren van een gas dat werd verhit door middel van een plasma-. generator. Na partieel kraken wordt het gas door een dolomietfilter geleid van het type dat wordt gebruikt bij het Wiber-Söderfors-procëdë. Tolledig kraken van de overblijvende teerachtige stoffen 25 wordt bereikt tijdens het transport door het filter en het gas wordt gelijktijdig gezuiverd (bevrijd) van zwavel.

De uitvinding heeft ten doel de technologie die in de bovengenoemde octrooiaanvragen wordt beschreven verder te verbeteren door het verbruik van electriciteit verder te verminderen.

30 De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding bouwt voort op de hiervoor beschreven techniek en wordt gekenmerkt, doordat het gas dat de schacht (oven) verlaat wordt ingevoerd in een kamer, tezamen met een zuurstof bevattend gas, om in het gas voorkomende teerachtige stoffen tenminste ten dele te kraken, waarbij de hoeveelheid zuurstof 35 die wordt toegevoegd zo wordt ingesteld dat het quotiënt CC^/CO in het gevormde gas niet groter is dan 0,1, terwijl in die kamer een temperatuur wordt gehandhaafd van 900-1200°C, en het gas daarna wordt ingevoerd in de kolom of schacht met dolomiet of kalk (calciumoxyde en/of , h ƒ v L i l 4- •e >

V

- 3 - calciumhydroxyde) voor het verwijderen van zwaveIverbindingen en eventueel overgebleven teerachtige stoffen en om eventuele begeleidende kolendeeltjes te vergassen.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt energie 5 toegevoerd aan de reaktiekamer om een temperatuur te bereiken die gunstig is voor kraken. Dit kan gebeuren door het zuurstof bevattende gas voor te verhitten voordat het binnenkomt in de kamer. De energie wordt bij voorkeur ten dele geleverd door voorverhitten van hët zuurstof bevattende gas en ten dele door partiële verbranding in de 10 kamer.

Het zuurstof bevattende gas is bij voorkeur lucht of met zuurstof verrijkte lucht.

Het temperatuurtrajekt (temperatuurinterval) is wezenlijk om kraken te bereiken zonder smelten en het gasquotiënt is wezenlijk 15 met het oog op het verwijderen van zwavel (het zuiveren) en uiteraard met het oog op de energiedichtheid van het gevormde gas.

Verdere voordelen en kenmerken van de uitvinding zullen in de volgende beschrijving naar voren komen terwijl de uitvinding ook wordt geïllustreerd aan de hand van een voorbeeld.

20 Nu volgt een beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijze.

De vergassingsschacht (oven) is van het gasgeneratortype zoals algemeen werd toegepast, in het bijzonder in Engeland, gedurende de eerste helft van de twintigste eeuw. Deze gasgeneratoren 25 werden geheel gestookt met stukkolen en leverden een hrandstofgas met een uitzonderlijk hoog teergehalte. Volgens de onderhavige uitvindings-gedachte wordt de generator bedreven met een stroom hete lucht en wordt de kolenas bijgevolg gesmolten tot een vloeibare slak terwijl deze maatregel het ook mogelijk maakt dat een deel van de kolen 30 wordt toegepast in de vorm van stofkolen, als de gewijzigde warmte-balans wordt gecompenseerd door de temperatuur van de ingevoerde hete-luchtstroo®. Omzetten van de kolenas in slakken levert een hoge opbrengst aan kolen (kolenrendement) op omdat verwaarloosbare hoeveelheden ervan in de slak achterblijven en het volume van de as 35 sterk wordt verminderd en uitloogsnelheden aanzienlijk lager zijn.

Een ander voordeel dat wordt bereikt door de kolenas om te zetten in slakken is, dat de additionele inrichting voor het vormen van slakken kan worden gebruikt voor het regelen en beheersen van de samenstelling van de as, bijvoorbeeld voor de bereiding van . 8 7 0 2 $ i 2 > 4 ¥ - 4 - grondstoffen voor cement. Een bezwaar van dit type vergasser is dat niet alle typen kolen geschikt zijn voor tegenstroomvergassing met een langzame temperatuursstijging. Dit geldt in de eerste plaats voor kolen die bij verhitting worden omgezet in vloeibare vorm of voor kolen die 5 "exploderen" tot kleine deeltjes. Dit wordt ten dele gecompenseerd als 70% van het ruwe kolenprodukt geschikt is voor injektie in de vorm van fijne deeltjes en de hiervoor vermelde beperkingen gelden niet voor dit percentage. Bij voorkeur wordt zo’n kolenprodukt gebruikt.

Het gas uit de generatorschacht wordt gemengd met lucht 10 om te voldoen aan de zuurstofbehoefte voor het kraken van de teerachtige stoffen. De lucht wordt bij voorkeur voorverhit om een te hoog CC^-ge-halte in het gas te vermijden, omdat dit laatste zal leiden tot een slecht effekt bij de latere verwijdering (zuivering) van zwavel. Maar een deel van de energiebehoéft kan worden gedekt door partiële ver-15 branding in de kamer. Het quotiënt CC^/CO moet niet hoger zijn dat 0,.1, om een indikatie te geven van de hoeveelheid CO2 die in het gas toelaatbaar is.

De temperatuur in de kamer moet liggen in het trajëkt (interval) 900-1200°C en ligt bij -voorkeur bij ongeveer 1300°C.

20 Het mengen en de temperatuursverhoging vinden zo plaats in ëën trap in een mengkamer in rechtstreekse samenwerking met de ont-zwavelingsschacht waarin het gas dan gedurende een voldoende lange tijd verblijft om volledig kraken en reinigen van zwavel (zuiveren) mogelijk te maken. Het zwavelfilter is van het beproefde type zoals wordt gebruikt 25 bij het Wiber-Söderforsprocëdë voor het verwijderen van zwavel uit het rednktiegas. Blijkens metingen uitgevoerd bij deze werkwijze op vergelijkbare gassen blijft het zwavelgehalte in het gas dat wordt afgevoerd constant op 20.-30 dpm, terwijl het dolomiet volledig wordt verbruikt tot een diepte van ongeveer 6 mm als het gas ongeveer 36 uur in 30 de schacht blijft. De hoofdreden waarom de volledige temperatuursverhoging in het gas dat het filter binnenkomt niet wordt bewerkstelligd door partiele verbranding van het gas is, dat het gas dan een hogere zuurstofpotentiaal zou verwerven waardoor afbreuk zou worden gedaan aan de condities voor het reinigen van het gas van zwavel. Het grote 35 voordeel van het reinigen van het gas van zwavel waarbij het middel voor het reinigen van zwavel in de vaste fase verkeert (in plaats van in de vorm van bijvoorbeeld een slak) is dat de CaO-aktiviteit dicht bij ëën blijft, waardoor een meer volledige reiniging van zwavel wordt . 8 7 0 2 δ 1 2 Τ' ‘ ι - 5 - verkregen en een verminderd verbruik van het middel dat dient voor het reinigen van het gas van zwavel.

Naast de teerachtige stoffen bevat het gas dat de ver-gassingsschacht verlaat ook variërende hoeveelheden fijne kolendeeltjes.

5 Deze worden weggevangen in de schacht voor het reinigen van het gas van zwavel en, omdat het gas iets oxyderend is (ongeveer 5% CO^+^O) zullen deze deeltjes langzaam worden vergast en is het dolomiet daardoor praktisch vrij van kolen als het wordt verwijderd en afgevoerd.

De combinatie van omzetting van de as in slakken en van kraken in 10 dolomietfliters leidt zo tot een opbrengst aan kolen (rendement van kolen) van nagenoeg 100%.

Het middel voor het reinigen van het gas van zwavel in het filter is ruwe dolomiet die in het bovenste gedeelte van de schacht wordt gebrand. Dit geeft een vermeerdering van nauwelijks 1% en 15 verlaagt de gastemperatuur met 50-75°C, zodat dit het filter verlaat bij ongeveer 1000°C. Het gezuiverde gas ondergaat warmte-uitwisseling met de binnenkomende luchtstroom en verlaat de vergassingsinrichting met een temperatuur van ongeveer 650°C. De vergasser is ontworpen voor werken in een druktrajekt van 0 tot 3 bar overdruk, afhankelijk van 20 het gebruik waarvoor het gas is bestemd.

Het bereide gas heeft een verbrandingswaarde van ongeveer 3 4,6 MJ/m jj. De vlamtemperatuur en de hoeveelheid afgewerkt gas per energie-eenheid liggen dicht bij de waarden die worden bereikt bij normale verbranding van olie met lucht. Het gas is derhalve uitermate 25 geschikt voor het opwekken van energie.

Voorbeeld.

Kolen worden vergast in een schacht (oven) in tegenstroom met een voorverhitte luchtstroom. Analyse van de kolen gaf de volgende samenstelling: 30 C 75,9% M 4,3% 0 9,4% N 1,3% S 0,5% 35 as 8,6% vocht 4 % ,87 0 2 M2 * -v'fsiRfrv'' ·» t - 6 -

Het gas uit de schacht (oven) had een temperatuur van 500°C en had de volgende samenstelling: C H 6,5% n m C02 ],8% 5 H20 1,4% CO 30,0% N2 60,2% H,S 0,1% z 3

Stoechiometrisch zijn 29,3 m N lucht nodig per 100 kg 10 kolen om alle koolwaterstoffen in het gas te kraken tot CO en H2·

De temperatuur van het gas dat de schacht of kolom met dolomiet verlaat na de mengkamer is ongeveer 1000°C en de samenstelling van dit gas is: C02 0,3% 15 H20 0,1% H2 12,0% CO 32,0% N2 55,6%

Het evenwicht tussen CaO + H2S en CaS + H20 beheerst de 20 reiniging van het gas van zwavel en voor het stoechiometrische geval wordt een verhouding bereikt van H20:H2S van 180, wat een reiniging van het gas van zwavel oplevert van 99%.

Met een gasmengsel in de mengkamer met een samenstelling die correspondeert met het quotiënt 25 002 + H2° = 0,075 co2 + h2o + co + h2 zijn 64,1 m^N lucht per 100 kg kolen nodig. Het gas dat het dolomiet- . o filter verlaat heeft dan een temperatuur van ongeveer 1100 C en de volgende samenstelling: 30 C02 1,9% CO 28,4% B20 1,6% H2 9,7% N 58,4% 35 H2S 0,009%

In dit geval is de mate waarin zwavel wordt verwijderd (zuivering) 87,5%.

. 8 ? 0 2 ü 1 2

Claims

2. Werkwijze volgens conclusie 1 waarbij energie wordt ge leverd door het zuurstof bevattende gas dat wordt voorverhit voordat het binnenkomt in de kamer.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 waarbij het zuurstof bevattende gas lucht is of met zuurstof verrijkte lucht.
4. Werkwijze volgens conclusie 3-3 waarbij energie wordt geleverd (toegevoerd) ten dele door voorverhitten van het zuurstof bevattende gas en ten dele door partiële verbranding in de kamer.