NO982905L - FremgangsmÕte for kj°ling av forurenset gass - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for kjøling av forurenset' gass, nærmere bestemt brenselgass som er oppnådd ved behandling av avfall.

Avfall kan behandles på forskjellige måter. Behandling med forbrenning er for tiden mye benyttet. Andre muligheter er pyrolyse og forgassing, hvorav begge også kan etterfølges av et smeltetrinn. I tilfellet med pyrolyse oppvarmes avfallet under (praktisk talt) oksygenfrie forhold, hvorved det produseres gasser og en kokslignende rest. Bestanddeler med høyere molekylvekt kan fjernes fra den resulterende gass ved termisk krakking. En blanding av CO, C02, H20 og H2produseres under denne operasjon. I tilfellet med forgassing tilføres mer oksygen, med det resultat at det i hovedsak produseres CO og at det i mindre grad produseres en kokslignende rest. Resten kan reageres videre ved hjelp av et smeltetrinn, hvorved resten konverteres til en anvendbar slagg og en flyvesubstans som inneholder det flyktige metall/metallforbindelsene. Pyrolysen og forgassingen gir et gassformig produkt som er en brenselgass som ennå har en brennverdi. Det samme er tilfellet med avgassene fra smeltetrinnet, i det minste dersom dette opereres under reduserende forhold.

Generelt er gassene som oppnås fra prosessene beskrevet ovenfor ved temperaturer høyere enn 1000 °C, nærmere bestemt ved temperaturer på 1250-1600 °C. Gassene er forurenset med medrevet materiale fra føden ("entrainment") og inneholder også gassformige forbindelser som skriver seg fra føden, slik som hydrogenkloridgass, hydrogensulfid og metalldamper (særlig sink og, i noe mindre grad, bly).

Konsekvensen av nærværet av slike urenheter er at problemer kan oppstå under den videre prosessering av denne gass. Ved de eksisterende prosesser for rensing av smeltegass og pyrolysegass tilføres gassen vanligvis suksessivt gjennom en gasskjøler, en syklon og/eller et posefilter, for å fange faste stoffer, og en gassrenser for å fjerne de sure bestanddeler fra gassen. Forurensning av utstyret for å utføre disse prosesseringstrinn, som en konsekvens av forurensningen som er til stede i den varme gassen, er dermed et problem, og særlig med kakedannelse av materialet, og spesielt ved avkjøling. Vedrørende kjøletrinnet som benyttes, vil det ved bruk av de konvensjonelle kjøleanordninger kunne presipiteres elementært metall fra metalldampene som er til stede. Dette elementære metall ville deretter kunne filtreres ut i filtere. Dette kan lede til forekomst av filterbranner så snart som oksygen (luft) får adkomst: disse metaller vil oksideres umiddelbart, og det vil dannes en betydelig mengde varme. På grunn av den høye temperatur i gassene vil i tillegg varmeveksling kunne finne sted bare i meget kostbare varmevekslere fremstilt av keramisk materiale. Slike varmevekslere utsettes for slitasje og forurenses meget hurtig av de forurensede varme gasstrømninger, hvorved resultatet er at de er meget vedlikeholdskrevende.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en løsning på de ovennevnte problemer. Et videre formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte med hvilken den meget varme og forurensede gass kan avkjøles virkningsfullt, således at varmeveksling kan finne sted i utstyr av stål. Anvendelsen av stålvarmevekslere har den fordel at de er mindre kostbare og at varmeveksleren langsommere slites ut og langsommere blir forurenset. Det er kjent at bruken av stålvarmevekslere er mulig kun ved temperaturer lavere enn 1000 °C. De varme gasstrømmer må derfor avkjøles til en temperatur lavere enn 1000 °C før de kan føres gjennom en stålvarmeveksler. Et videre mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte med hvilken gassen som er oppnådd bibeholder en akseptabel brennverdi, således at den er anvendbar for bruk som brenselgass.

Det er funnet at ved bruk av skiftereaksjonen kan de varme gasstrømmer effektivt og hurtig avkjøles, hvorved den oppnådde gass innehar en akseptabel brennverdi.

Oppfinnelsen vedrører derfor en fremgangsmåte for avkjøling av forurenset karbonmonoksidholdig gass, hvilken inneholder urenheter i det minste av metalldamper og hydrogensulfid og er ved en temperatur høyere enn 1000 °C, til en temperatur lavere enn 1000<8>C, ved å tilføre vann i flytende og/eller gassform til gassen under forhold slik at i det minste noe av karbonmonoksidet som er til stede i gassen er i stand til å reagere med det tilførte vann, hvorved det blir dannelse av karbondioksid og hydrogen.

Ved å tilføre vann med en lavere temperatur til den varme gassen avkjøles blandingen og skiftereaksjonen finner sted:

Som et resultat av fallet i temperaturen og de endrede kjemiske forhold, vil metalldampene til stede i gassen omdannes til faste forbindelser, vanligvis til sulfater og sulfider, på grunn av nærværet av hydrogensulfid. Som et resultat kan disse metaller lett fjernes videre i prosessen og prosesseringen medfører derved færre problemer. Videre dannes hydrogen som et resultat av skiftereaksjonen, hvilket er fordelaktig ettersom hydrogen har en høyere verdi enn karbonmonoksid og dessuten er lettere å benytte.

Vannet kan tilføres i enten flytende eller gassformig (som damp) tilstand.

Mengden vann som tilføres har en virkning på graden av kjøling som oppnås. I ethvert tilfelle må mengden av vann som tilføres være slik at temperaturen i den varme gass faller til lavere enn 1000 °C. I tillegg er det fordelaktig at temperaturen i den varme gassen ikke faller lavere enn 700 °C, ettersom for mye varme ellers vil gå tapt, hvilket også vil kunne medføre at varmevekslingen blir mindre kostnadseffektiv. Det er mest foretrukket å tilføre en mengde vann slik at temperaturen i den avkjølte gass er mellom 900 og 1000 °C. Ved temperaturer i dette område er hastigheten av skiftereaksjonen så høy at den nye likevekt etableres med oppholdstider på mindre enn ett sekund. Ved videre tilsats av vann vil temperaturen falle ytterligere, men skiftereaksjonen vil ikke fortsette særlig raskere. Konsekvensen er at det frembringes en metastabil likevekt: skiftereaksjonen er i en slags fastlåst likevektstilstand.

Slik det allerede er anført ovenfor, er fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse særlig egnet for avkjøling av forurensede gasser som er oppnådd ved forgassing eller pyrolyse av avfall, eller avgasser som er oppnådd fra et smeltetrinn, med hvilken den kokslignende rest som oppnås fra pyrolysen eller forgassingen smeltes under reduserende forhold. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for avkjøling av forurenset gass som er oppnådd ved en partiell forbrenning eller forgassing av biomasse, pyrolysekoks eller avfall med et høyt innhold av organisk materiale.

Videre er det også mulig ved bruk av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse å justere H2/CO-forholdet i gassen som oppnås eller å holde dette forhold praktisk talt konstant. Metallene i gassen omdannes også til metalloksider eller metallsulfider.

Oppfinnelsen illustreres nærmere med henvisning til de følgende eksempler.

Eksempel 1

En forgasser tilfører gass ved en temperatur på ca. 1450 °C, hvilken gass har følgende gassformige bestanddeler:

CO:48,2 mol% sinkdamp:200 ppm

C02:ll,8 mol% H2S:1400 ppm

H2:19,3 mol% HC1:1000 ppm

H20:15,7 mol%

N2:5,0 mol%

I tillegg inneholder gassen også 3,5 g/m<3>faste bestanddeler så vel som mindre mengder av andre gassformige bestanddeler.

0,3 mol vann ved 25 °C tilføres til denne gass per mol gass (hvilket tilsvarer 23 % på vektbasis). Dette resulterer i en adiabatisk likevektstemperatur på 948 "C. Gassammensetningen ved denne likevektssituasjon er som følger:

CO:27,0 mol%

C02:19,2 mol%

H20:25,0 mol%

H20:25,0 mol%

N2:3,8 mol%

Når likevektstemperaturen på 948 °C etter hvert oppnås, har all sinkdampen som opprinnelig var til stede blitt omsatt til sinksulfid.

Det kan ses fra de ovennevnte sammensetninger at hydrogeninnholdet har økt hensiktsmessig som en konsekvens av tilsatsen av vann. Brennverdien av gassen som er oppnådd (etter at vannet er blitt kondensert ut) er 51,4 Mcal/mol, hvilken er en verdi som gjør den meget anvendbar.

Eksempel 2

Den samme gassen som ble benyttet i Eksempel 1 ble nå avkjølt med damp ved 150 °C istedenfor med vann. 0,35 mol damp ble tilført per mol gass. Sluttemperaturen ble 928 °C. Sammensetningen i gassen ved denne temperatur ble som følger:

CO:25,1 mol%

C02:19,3 mol%

H2:24,9 mol%

H20:27,0 mol%

N2:3,7 mol%

Når likevektstemperaturen på 928 °C etter hvert ble nådd hadde all sinkdampen som opprinnelig var til stede blitt omsatt til sinksulfid.

Det kan også ses fra de ovenstående sammensetninger at hydrogeninnholdet har økt som en konsekvens av tilsatsen av vann.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for avkjøling av forurenset karbonmonoksidholdig gass, hvilken som urenheter inneholder i det minste metalldamper og hydrogensulfid og er ved en temperatur høyere enn 1000 °C, til en temperatur lavere enn 1000 °C, karakterisert ved å tilføre vann i flytende og/eller gassformig tilstand til gassen under forhold således at i det minste noe av karbonmonoksidet som er til stede i gassen er i stand til å reagere med det tilførte vannet, under dannelse av karbondioksid og hydrogen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden av vann som tilføres velges slik at sluttemperaturen i gassen er mellom 700 og 1000 °C, fortrinnsvis mellom 900 og 1000 °C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den forurensede gassen er oppnådd ved forgassing av biomasse, pyrolysekoks eller avfall med et høyt innhold av organisk materiale.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at H2/ C0-forholdet i gassen som oppnås holdes praktisk talt konstant.