NO831035L - Fremgangsmaate og innretning for tilveiebringelse av en forbrennbar gassblanding, og en kraftgenererende innretning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av

en forbrennbar gassblanding av faste eller flytende brennstoffer, eksempelvis kull, tungolje eller tjæresand, under utnyttelse av en behandlingsstrekning som bl.a. dannes av innsiden av minst en roterende, begerformet bærerist ut-

formet som et rotasjonslegeme, idet brennstoffet beveger seg langs denne behandlingsstrekning som følge av sentrifugalfeltet, langs innsiden i retning fra bunnen av den begerformede bærerist og mot den frie kant, mens et gassmedium;- (prosessgassen) mates til utsiden av bæreristen med et trykk som er høyere enn trykket ved ristens innside, hvoretter den forbrennbare gassblanding (produktgassen) ledes ut via et siktlag av et sorbent-materiale.

En fremgangsmåte av denne type er kjent fra EU-patentsøknad

nr. 80 200 757, hvor det for første gang foreslås en kontinuerlig gassdanningsprosess ved hjelp av et kunstig.gravitasjonsfelt som danner behandlingsstrekningen for det tilførte brennstoff.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å forbedre denne kjente prosess på forskjellige måter og slik at det frem-kommer en forbrennbar høykvalitet- gassblanding med relativ høy renhet.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det granulert ildfast materiale først legges i en ubrutt strøm mot innsiden av bæreristen, slik at det dannes et^dekklag som sammen med det der-til tilførte brennstoff beveger seg som et rassjikt i sen.tri— fugalfeltet langs bæreristen,

ved at hastigheten til prosessgassen som mates til utsiden av bæreristen bestemmes slik i forbindelse med sentrifugal-aksellerasjonen i rassjiktet at bare partikler i sjiktet, som er mindre enn 5y fanges opp i produktgassen,

og ved at sammensetningen av prosessgassen og pr. tidsenhet tilført brennstoffmengde tilpasses slik til hverandre at temperaturen i produktgassen er i størrelsesorden 900 °C.

Det ildfaste materiale kan for eksempelvis være sand. Ved hjelp av dette dannes det et kontinuerlig glidende sandsjikt på innsiden av bæreristen. Det faste eller flytende brennstoff hviler på dette sandsjikt og beveger seg gradvist sammen med dette over behandlingsstrekningen. Prosessgassen vil kunne reagere med brennstoffet som følge av at sandpartiklene er finpulver-iserte og at under disse forhold et antall partikler mindre enn en spesifisert maksimalstørrelse vil innfanges i gassen.

De andre partiklene, dvs. meste parten av den tilførte sand-mengde, vil forbli på innsiden av bæreristen som følge av sentrifugalkraften, og produktgassen kan bare inneholde partikler som er mindre enn de spesifiserte dimensjoner.

Som følge av at gassdannelsestemperaturen ligger på en verdi mellom 700°C og 1000°C kan det oppnås en maksimalbinding mellom den utviklede f^S og det sorbente materiale som er tilstede i form av et siktlag og hvorigjennom produktgassen må strømme. Det er også viktig at asken til brennstoffet som er blandet med sanden ,' og det sorbente materiale føres ut sepa-rat, slik at det derved muliggjøres en mulig regenerering av reagert sorbent materiale'. Dette sorbente materiale består eksempelvis av dolomitt, halvkalsinert dolomitt, kritt, mer-gel, CaC03, MgC03, CaOH, MgOH.-osv. Som følge av bruk av et slikt materiale vil den endelige produktgass i hovedsaken være helt HsS-fri. Da r^S-binding skjer in situ kan kull og olje med høyt svovelinnhold forgasses.

Det skjer ingen sintring av aske og sand, fordi prosesstemperaturen, som indikert ovenfor, ligger langt unna askens "smel-te temperatur". Da alle små partikler over de spesifiserte dimensjoner vil holdes i en mot innsiden av bæreristen, kan urenheter i produktgassen holdes på et minimum. Dette gjelder både for faste urenheter, eksempelvis Va20^og Na og K-blandinger, og flytende urenheter, så som eksempelvis Na2S, K2S, Na2SC>4og K2S04.

Gassformede urenheter kan også være tilstede, eksempelvis damp- former av flytende urenheter. Som følge av den relativt lave prosesstemperatur, som nevnt foran, vil damptrykket til uren-hetene være lav. På den annen side inneholder produktgassen ingen tjærelignende substanser, fordi prosesstemperaturen er tilstrekkelig høy til å bevirke at produkter i tjæreform spal-tes spontant. Produktgassen vil således være en gass som kan brukes direkte.

Man har observert at det fenomen som skjer i bæreristen ifølge fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse fundamentalt ad-skiller seg fra den prosess med roterende virvelsjikt som f.eks. er vist og beskrevet i US-PS 4.183.208 og 4.039.272. Hastigheten i den inngående gasstrøm i denne nevnte kjente prosess må alltid være større eller lik den minste fluidiseringshastighet, under hensyntagen til det begrensede kunstige gravitasjonsfelt som anvendes i denne prosess. I systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er hastigheten til prosessgassen begrenset til en slemmingshastighet, dvs. den hastighet ved hvilken bare partikler opp til en viss størrelse medrives i produktgassen. Det glidende sjikt fluidiseres eller virvles ikke, men forblir sammen-pakket under påvirkning av et gunstig gravitasjonsfelt som er minst tyve ganger høyere enn det som anvendes i den foran nevnte kjente prosess.

Fordelaktig utføres fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik at det glidende forgassingssjikt og siktlaget virker i et felles rom hvor det opprettholdes et superatmosfærisk trykk. Ved f.eks. et superatmosf ærisk trykk på 1.-2.10 3 kPa kan dimensjonene til den roterende bærerist holdes små og det kan oppnås en høy ener-gitetthet.. En annen vesentlig fordel er at de små massene til de roterende deler og det forhåndenværende materiale på disse mulig-gjør en rask startprosedyre.

Oppfinnelsen vedrører også en..innretning for gjennomføring av den foran beskrevne fremgangsmåte, hvilken innretning innbefatter i det minste to roterbare begerformede bærerister med en drivanordning, hvilke rister hver er forsynt med minst et mateorgan for materialer som inngår i den påtenkte forgassingsprosess, idet innretningen også er forsynt méd innløp for prosessgass og et utløp for produktgass. Ifølge oppfinnelsen er denne innretning kjennetegnet ved at det forefinnes en bærerist (hovedrist) med i det minste to tilfør-selsorganer, hvorav ett tømmer seg nærmere bunnen av begeret enn det eller de andre. Den nevnte hovedrist danner selve for-gassingssjiktet, mens den eller de andre bærerister (hjelpe-rister) kan tjene til å motta sorbent?materiale for således å tilveiebringe en forbrennbar gassblanding med høy renhet.

Oppfinnelsen virkeliggjøres også i et anlegg for tilveiebringelse av mekanisk energi ved hjelp av en gassturbin, idet anlegget er kjennetegnet at det forefinnes en innretning som beskrevet ovenfor, hvorhos det tilveiebrakt en rekuperator, idet det minste en gren av ledningen fra kompressoren er tilknyttet prosessgassinnløpet via rekuperatoren og produktgassutløpet er forbundet med gassturbinens forbrenningskammer.

I dette anlegg benyttes den rene produktgass, som er frem-

stilt ved forgassingen, direkte i gassturbinen, slik at det ikke foreligger noe tap av latent varme. Det er hittil ofte vært nødvendig å anordne et eget fellesystem etter forgassingen, eksempelvis i..ferm av sykloner eller støvfiltre. Slike gir imid-lertid trykktap og varmetap og det er derfor fordelaktig at man unngår dem i anlegget ifølge oppfinnelsen.

Det skal her nevnes at den produktgass man oppnår med fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen har en lav kaloriverdi fordi det benyttes vanlig trykkluft som prosessgass. Det oppnås således en ren og varm .produktgass med lav kaloriverdi med en høy termisk virkningsgrad. Denne gassen brukes direkte i en gassturbin, slik at det foran beskrevne anlegg kan benyttes både som stasjonært og mobilt anlegg, eksempelvis på en jernv banevogn eller ombord i et skip.

Oppfinnelsen skal beskrives mere detaljert nedenfor under hen-visning til tegningene, som viser en enkelt utførelse av innretningen og av anlegget.

Fig. 1 viser et forenklet snitt gjennom en forgasser ifølge

oppfinnelsen,

fig. 2 viser rent skjematisk et anlegg som innbefatter en forgasser og en gassturbin, og

fig. 3 viser et anlegg skjema for anlegget i fig... 2, med

tilføring og bortføring av materialer.

Denne utførelsen som er vist i fig. 1 er utformet med to kon-sentriske, roterbare begerformede bærerister 1 og 2. Den ytre bærerist (hovedristen) 1 er montert på en hul aksel 3 som kan drives med en hastighet ni ved hjelp av en ikke vist drivkilde. Bæreristen (hjélperisten) 2 er montert på en aksel 4 som kan drives med en ^..hastighet n2. Bæreristene 1. og 2 er plassert inne i et felles rom eller et hus 5 med deksler 6 og 7. Den hule aksel 3 går igjennom dekslet 6 via en pakning 8, mens akselsen 4 går igjennom dekslet 7 via en pakning 9.

Hovedristen 1 er forsynt med to rørformede mateorganer 10 og 11. Organet 10 leverer nærmere begerbunnen enn.organet 11 gjør. Granulert ildfast materiale (f.eks. sand) avsettes ved hjelp

av organet 10 i en ubrutt strøm mot innsiden av bæreristen 1, slik at det der dannes et dekklag 12. Det faste eller flytende brennstoff, f.eks. pulverisert kull, tungolje, eller tjæresand, mates inn igjennom mateorganet 11, Dette brennstoff vil legge, seg på dekklaget 12. Under drift av innretningen vil dekklaget bevege seg som et glidesjikt eller rassjikt i sentrifugalfeltet langs bæreristen 1.

Et rørformet mateorgan .13 for et sorbent material er anordnet på innsiden av hjélperisten 2. Med dette organ tilveiebringes det et siktlag 14 på innerveggen til hjélperisten 2. De to rist ene 1 og 2 er langs sine åpne kanter forsynt med respektive ringpakninger 15 som virker mot det stasjonære hus 5. Husets sylindervegg er forsynt med et innløp 16 for prosessgass (vanligvis luft) og et utløp 17 for aske ofra hovedristen 1, samt et uløp 18 for brukt sorbent-materiale fra hjélperisten 2. I dekslet 7 er det et uløp 19 for produktgass.

Under drift av innretningen drives bæreristene 1 og 2 og det

danner seg sentrifugalfelt ved begge ristene. Innsiden av hovedristen 1 vil danne en behandlingsstrekning for brennstoffet som tilføres med organet 11. Som følge av sentrifugalfeltet vil dekklaget 2 bevege seg langs innsiden av hovedristen 1 i en retning fra bunnen av den begerformede rist og mot den frie kant. Det behandlede materiale går ut gjennom utløpet 17. Prosessgassen som tilføres med et visst positivt trykk gjennom innløpet 16, vil gå gjennom risten 1 og gjennom det på risten hvilende dekklag 12. Derved tilveiebringes den nødvendige forgassing av det brennstoff som tilføres med organet 11. Den resulterende produktgass tvinges til å strømme gjennom hjélperisten og ut gjennom siktlaget 14 av sorbent-materiale. Som følge herav vil H2S holdes igjen og de foran nevnte urenheter absorberes fra produktgassen. Produktgassen kan så strømme ut gjennom utløpet 19 og til det beregnede brukssted. Siktlaget 14 beveger seg også gradvist i en retning fra begerets bunn og mot den frie beger-kanten, og går så ut via utløpet 18. Om mulig kan dette materiale regeneres for gjentatt tilførsel gjennom organet 13.

En viktig faktor i forbindelse med fremgangsmåten er den hastighet hvormed prosessgassen tilføres utsiden av hovedristen 1. Denne hastighet bestemmes slik i forbindelse med sentrifugal-aksellerasjonen i rassjiktét (dekklaget 12) at bare partikler i sjiktet med en dimensjon mindre enn 5p :.vil medrives i produktgassen. Under visse betingelser kan dimensjonene til de medrevne partikler, begrenses til .:3(a og til og med 2 ^ Det er også vesentlig at sammensetningen av den prosessgass som mates inn gjennom innløpet 16 og mengde tilført brennstoff prv tidsenhet gjennom organet 11 tilpasses slik til hverandre at temperaturen til produktgassen ligger i størrelsesorden 900°C. Denne temperaturdefinisjon skal innbefatte: et temperaturområde mellom 700°C og 1000°C.

Det skal her nevnes at g-verdien til sentrifugalfeltet i siktlaget 14 kan bestemmes uavhengig av g-verdien i rassjiktet eller dekklaget 12. Disse verdier kan beregnes ved korrekt bestemmelse av de respektive hastigheter n2 og ni.

Figurene 2 og 3 viser en viktig anvendelse av forgasseren i fig. 1. Det dreier seg om et anlegg for generering av mekanisk energi ved hjelp av en gassturbin. Gassturbinen som benyttes kan være en regenerativ mellomkjølt syklusmaskin av type TF-10, med en termisk virkningsgrad på 44%. De viktig-ste komponenter av denne gassturbin er vist til høyre i fig.2. Det dreier seg her om en kompressor 20, et forbrenningskammer 21-og selve turbinen 22. Til høyre i fig. 2 er forgasseren vist, dvs. huset 5 med forbindelse med en innretning 23 for fremstilling av pulverisert kull med en partikkelstørrelse på mindre enn 1,5 mm. En luftkompressor 24 forefinnes også. Denne luftkompressoren er forbundet med innløpet 16 ved hjelp av en- ledning 25.

Anlegget innbefatter også en rekuperator 26 hvor det skjer en varmeveksling mellom den luft som komprimeres av kompressoren 20 og går gjennom én ledning 27, og avgassene fra gassturbinen 22, hvilke avgasser går gjennom en ledning 28. Ledningen 27 fra rekuperatoren 26 har en aygrening 29 til luftkompressoren 24. Produktgassutløpet 19 er med en ledning 30 tilknyttet forbrenningskammeret 21. Ledningen 27 for mulig tilførsel av en del av den komprimerte luft fra innløpet 21 i kompressoren 20, fører også til forbrenningskammeret 21. Fig. 3 viser skjematisk de inn- og utgående.strømmer for anlegget i fig. 2.

Det skal her nevnes at foreliggende innretning ikke er begrenset til bruk av de to bærerister, med en anordnet inne i den andre. Det kan benyttes flere bærerister, og disse kan også være an ordnet i forlengelsen av hverandre, se i denne forbindelse den tidligere nevnte EU-patentsøknad 80 200 757, fig. 4.

En eksempel på materialmengder, trykk og hastigheter som benyttes i fremgangsmåten, sammen med den resulterende sammensetning av produktgassen er gitt nedenfor:

Eksempel:

Kulltype: Illinois sub-bituminøs (svovelinnhold: 1,8%)

Produktgasssammensetning:

Produktgasssammensetning, forts.:

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en forbrennbar gassblanding av faste eller flytende brennstoffer, eksempelvis kull, tungolje eller tjæresand, under utnyttelse av en behandlingsstrekning som bl.a. dannes av innsiden av minst en roterende, begerformet bærerist "utformet som et rotasjons-, legeme, idet brennstoffet beveger seg langs denne behandlingsstrekning som følge av sentrifugalfeltet, langs innsiden i retning fra bunnen av den begerformede bærerist og mot den. frie kant, mens et gassmedium (prosessgassen) mates til utsiden av bæreristen med et trykk som er høyere enn trykket ved ristens innside, hvoretter den forbrennbare gassblanding (produktgassen) ledes ut via et siktlag av et sorbent- materiale, karakterisert ved at et granulert ildfast materiale først legges i en ubrutt strøm mot innsiden av bæreristen, slik at det dannes et dekklag som sammen med det dertil:;tilf ørte brennstoff beveger .seg som et rassjikt i sentrifugalfeltet langs bæreristen, at hastigheten til prosessgassen som mates til utsiden av bæreristen bestemmes slik i forbindelse med sentrifugalaksellera-s.jonen i rassjiktet at bare partikler i sjiktet som er mindre enn 5^ fanges opp i produktgassen, og ved at sammensetningen av prosessgassen og pr. tidsenhet tilført brennstoffmengde tilpasses slik til hverandre at temperaturen i produktgassen er i størrelsesorden 900°C.

2: Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det forgassende rassjikt og siktlaget virker i et felles rom hvori det under driften opprettholdes et superat-motfærisk trykk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor det opprettholdes et sentrifugalfelt i siktlaget av sorbent? materiale, karakterisert ved at g-verdien til sentrifugalfeltet i siktlaget bestemmes uavhengig av g-verdien i forgassings- rasjiktet.

4. Innretning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et kravene 1-3, innbefattende i det minste to roterbare, begerformede bærerister med en drivanordning, hvilke rister hver er forsynt med i det minste et mateorgan for materiale som inngår i den påtenkte forgassingsprosess, idet innretningen også er forsynt med innløp for prosessgass og et uløp for produktgass, karakterisert ved at en bærerist (1) er forsynt med minst to tilførselsorganer (10,11), av hvilke ett organ (10) leverer nærmere begerets bunn enn det andre organ (11).

5. Innretning ifølge krav 4, k a r a./ .k terisert ved at det rundt bæreristene (1, 2) er tilveiebrakt et aytettet hus (5-7) forsynt med prosessgassinnløpet (16), pro-duktgassutløpet (19) og minst en avtettet passasje (8, 9. i) for en roterbar aksel (3, 4).

6. Innretning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert v :e d at drivanordningen ni for en bærerist XI) kan styre uavhengig av drivanordningen n2 for den andre bæreristen (2) .

7. Anlegg for generering av mekanisk energi ved hjelp av en gassturbin, karakterisert ved at det innbefatter en innretning ifølge et av kravene 4-6, hvorhos en re kuperator (26) er anordnet, idet minste en avgrening (29) fra røret (27) fra kompressoren {20) er forbundet med prosessgassr:: innløpet (16) via rekuperatoren (26) og produktgassutløpet(19) er forbundet med gassturbinens (22) forbrenningskammer (21).