PL100177B1 - Sposob oczyszczania surowego gazu wytworzonego przez zgazowanie paliw stalych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania surowego gazu wytworzonego przez zgazowanie paliw stalych pod cisnieniem 4 do 150 bar para wodna i gazami zawierajacymi wolny tlen.

Znany jest na przyklad z opisu patentowego USA nr 3 540 867 sposób cisnieniowego zgazowywania wegla tlenem i para wodna, a takze dwutlenkiem wegla oraz oczyszczania goracego surowego gazu przechodzacego z tego zgazowywania wegla. W generatorze gazowym panuje cisnienie w zakresie od 4 do 150 barów, a korzystnie wynosi 10 do 80 barów. Ten znany sposób stosuje sie do zgazowywania róznych sortymentów wegla, a takze torfu, przy czym ten ostatni korzystnie wprowadza sie do generatora gazowego w postaci brykietów. Goracy surowy gaz pochodzacy z tego sposobu zgazowania cisnieniowego wprowadza sie do chlodnicy natryskowej, w której nastepuje bezposrednie jego zetkniecie sie z para wodna. Wode te doprowadza sie do chlodnicy zwyklym przewodem rurowym, który nie zawiera ani urzadzen rozdzielajacych ani rozpryskujacych.

W celu równomiernego rozdzielenia wody w calym przekroju poprzecznym szybu, w chlodnicy sa umieszczone przegrody daszkowe. Przegrody te nie zapewniaja optymalnego zmniejszania wody i gazu. Tak wiec nie udaje sie zapobiec temu, by co najmniej czesc wody nie przeplywala strugami o malej powierzchni przez surowy m gaz. Dlatego skutecznosc oczyszczania w chlodnicy natryskowej czesto jest niewystarczajaca, a zwlaszcza nie zapewnia tego, by gaz w temperaturze panujacej u wylotu z chlodnicy natryskowej byl wysyeony para. W znanej chlodnicy natryskowej czesc pylu porwanego przez gaz jest chlodzona niedostatecznie. Te czastki pylu na skutek wyzszej temperatury nie stanowia zarodków kondensacji. Z tego wzgledu surowy gaz opuszcza ten stopien oczyszczania nie bedac uwolnionym od pylu, lecz zawartosc cial stalych w nim wynosi co najmniej 1000mg/m3.

Celem wynalazku jest udoskonalenie sposobu oczyszczania gazu wraz z tak intensywnym plukaniem woda surowego gazu, aby zawartosc pylu w tym gazie odpowiadala wymaganiom jakie stawia jego zastosowanie w maszynach roboczych. Dlatego zawartosc cial stalych w gazie powinna wynosic co najwyzej 10 mg/m3,2 100177 a korzystnie powinna sie miescic w zakresie do 1 do 6 mg/m3. Cel ten wedlug wynalazku zostal osiagniety przez to, ze pierwszy stopien plukania stosuje sie jako plukanie cyklonowe, w którym surowy gaz wprowadzany stycznie do walcowej sciany wewnetrznej spryskuje sie pluczaca wo o zawartosci pylu co najmniej 200 mg/l w ilosci 0,5 do 6 1/Nm3 i gaz surowy ochladza sie do temperatury od 0 do 20°C powyzej temperatury wody pluczacej i doprowadza sie do drugiego stopnia plukania za pomoca strumienia, radialnego lub metoda Venturiego, gdzie zawiera on na normalny m3 suchego gazu 0,1 do 0,3 litra rozpryskanej wody pluczacej tzn. mniej niz 200 mg stalego materialu na litr, i jego zawartosc pylu jest redukowana do najwyzej 10 mg/normalny m3 gazu.

Zgodnie z wynalazkiem cisnienie gazu w obu stopniach plukania utrzymuje sie na poziomie 4 do 150 barów, a korzystnie od 10 do 80 barów, a wode pluczaca w drugim stopniu plukania stosuje sie jako wode zmiekczona lub calkowicie odsolona, natomiast gaz surowy przed lub po drugim stopniu L lukania odsiarcza.

Drobno rozpryskana woda pluczaca wprowadzana do gazu w postaci malych kropli czesciowo odparowuje, na skutek czego ma miejsce pozadane jej ochlodzenie. Na skutek tego nastepuje szybkie nasycenie s jrow^go gazu para wodna.

Korzystnie w pierwszym stopniu plukania stosuje sie pluczke cyklonów. Surowy gaz wprowadza sie do pluczki cyklonowej stycznie do jego walcowej sciany wewnetrznej, powodujac wytworzenie sie wewnatrz niego strumienia wirujacego. Woda pluczaca jest wprowadzana do góry zasadniczo pionowo do pluczki cyklonowej.

Sily odsrodkowe strumienia gazów rzucaja krople wody oraz z:vilzone i nie zwilzone nia czastki pylu na zewnatrz o sciane pluczki, na której natrafiaja one na warstewke cieczy, która splywa w dól. Tosamo dzieje sie z kroplami weglowodorów. Równoczesnie wskutek znacznej predkosci wzglednej pomiedzy krophmi wody, a czastkami pylu zawartymi w gazie, zwieksza sie prawdopodobienstwo zwilzania pylu.

W przypadku potrzeby do dolnej polowy pluczki cyklonowej wprowadza sie dodatkowo wode pluczaca.

Zwykle wystarczaja dwa stopnie plukania, przy czym drugi stopien plukania stanowi na przyklad pluczka z przeplywem promieniowym lub pluczka Venturiego. Równiez i w pluczce o przeplywie promieniowym, czy Venturiego istnieje duza predkosc wzgledna pomiedzy gazem a kroplami wody z odpowiednio wysokim prawdopodobienstwem zwilzenia czastek cial stalych w gazie.

Aby osiagnac szybkie nasycenie surowego gazu para wodna w tych stopniach plukania a równoczesnie duze prawdopodobienstwo zwilzenia cial stalych, wode pluczaca rozpryskuje sie za pomoca dysz umieszczonych w chlodnicy natryskowej. Celowe jest zastosowanie 0,5 do 61 wody pluczacej na normalnym m3 surowego gazu.

Cisnienie gazu w dwóch stopniach plukania jest takie same, jak w generatorze gazowym i wynosi od 4 do 150 barów, a korzystnie od 10 do 80 barów.

Jezeli surowy gaz wytworzony przez zgazowanie cisnieniowe zawiera zwiazki siarki, to ze wzgledu na ochrone srodowiska jest niedopuszczalne niewyplukiwanie ich z gazu. Korzystnie po ostatnim stopniu plukania stosuje sie wiec znany sposób odsiarczania, w którym wykorzystuje sie na przyklad wodny roztwór weglanu potasowego. W tym celu gaz chlodzi sie za pomoca wymiany ciepla do temperatury 130°C lub nizszej. Po czym przeprowadza sie odsiarczanie pod cisnieniem zasadniczo równym cisnieniu, pod jakim gaz opuszczal poprzedni stopien plukania. Gaz dostatecznie uwolniony od pylu w ostatnim stopniu plukania i pozbawiony zwiazków siarkowych wprowadza sie korzystnie bezposrednio do procesu energetycznego.

Korzystnie odsiarczony gaz przed wprowadzeniem go do procesu energetycznego podgrzewa sie do temperatury od 160 do 180°C i nasyca przy tym para wodna. Temperature nasycenia powinno sie dobrac przy tym w taki sposób, aby wytworzony wilgotny gaz surowy przeznaczony do nastepnego spalania posiadal wartosc opalowa nie mniejsza niz 800 kcal na normalny m3.

W celu dalszego podwyzszenia energii wewnetrznej gazu przeznaczonego na przyklad do dalszego procesu energetycznego, dodaje sie do niego uprzednio skroplonych weglowodorów. Korzystnie przeprowadza sie to w ten sposób, ze do wody pluczacej dodaje sie oczyszczona wode zawierajaca smole pochodzaca z tych stopni plukania. Oczyszczanie wody pluczacej oraz oddzielanie smoly przeprowadza sie w znany sposób. Do stopni plukania mozna wprowadzac równiez latwo ulatniajace sie ciekle weglowodory.

Przedmiot wynalazku jest blizej wyjasniony przy pomocy rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji wykorzystywanej w sposobie oczyszczania gazu, fig. 2 - pluczke cyklonowa wedlug fig. 1 w przekroju wzdluz linii II—II, a fig. 3 - schemat instalacji wykorzystywanej w sposobie oczyszczania gazu wraz z jego odsiarczaniem.

Wedlug schematu przedstawionego na fig. 1 w generatorze gazowym 1 zgazowuje sie pod cisnieniem w znany sposób paliwa stale w postaci wegla lub torfu. Cisnienie w generatorze gazowym wynosi od 4 do 150 barów, a korzystnie od 10 do 80 barów. Paliwo stale wprowadza sie przewodem 2, a czynniki zgazowujace a mianowicie gazy zawierajace wolny tlen oraz pare wodna wprowadza sie do generatora przewodami 3 i 4. Gaz surowy opuszcza generator gazowy 1 przewodem 5. Ma on, w przypadku zastosowania wegla kamiennego jako100 177 3 paliwa, zasadniczo nastepujacy sklad, o ile cisnienie robocze wynosilo 20 barów, a zgazowywanic odbywalo sie za pomoca powietrza i pary wodnej: Hi -18 do 25% objetosciowych 00 - 14 do 22% objetosciowych C02 - 11 do 16% objetosciowych CH4 - 3- 5% objetosciowych CnHm - 0,1 do 0,4% objetosciowych w suchym gazie N* - 36 do 48% objetosciowych para wodna 100 do 400 g na normalny m3 suchego gazu pyl — 2 do 12 g na normalny m3suchego gazu.

Siarka w wykorzystywanym weglu wystepuje glównie w postaci siarkowodoru. Udzial objetosciowy zwiazków siarkowych w surowym gazie zalezy od zawartosci siarki w weglu wyjsciowym i z tego wzgledu mo;e zmieniac sie w szerokich granicach.

W pluczce cyklonowej 6 surowy gaz o temperaturze 400 do 700°C, wydobywajacy sie z przewodu 5 intensywnie spryskuje sie woda wyplywajaca z wielu dysz 7. Woda ma temperature od 160 do 300°C, a korzystnie od 160 do 180°C. Przewód 5 kieruje gaz stycznie do walcowej scianki 6a pluczki cyklonowej (porównaj fig. 1), na skutek czego w pluczce 6 tworzy sie wirowy strumien gazów. Cisnienie gazu w otworze wylotowym pluczki jest mniejsze o okolo 0,1 do 0,5 bara od cisnienia panujacego w generatorze gazowym.

Aby osiagnac dobra skutecznosc oczyszczania, woda splukujaca doprowadzana do pluczki cyklonowej 6 jest praktycznie pozbawiona pylu. Zawartosc pylu wzglednie cial stalych w wodzie pluczacej wynosi korzystnie mniej niz 200 mg/1. Swieza wode doprowadza sie przewodem 8 do nagrzewacza cisnieniowego 9, do którego doprowadza sie równiez z odsmalacza 11 przewodem 10 oczyszczona wode zawierajaca smole. Z nagrzewacza 9 wode pluczaca pod cisnieniem o 2 do 50 barów wyzszym od cisnienia panujacego w pluczce 6 doprowadza sie do rozdzielacza 12 i dalej do dysz 7, które rozpryskuja ja w pluczce. Uklad dysz 7 w pluczce moze byc rózny.

Korzystnie czesc wody wprowadza sie do przewodu 5 za pomoca dyszy. Wazne jest dobre rozdzielenie wody pluczacej w calym przekroju pluczki. < Aby zwiekszyc chlodzenie i wysycen:e surowego gazu korzystnie równiez i w dolnej polowie pluczki umieszcza sie dodatkowo dysze, które sa zasilane woda pluczaca poprzez przewód 13. Przewód 13 jest w tym przypadku polaczony z nagrzewaczem cisnieniowym 9.

Gaz opuszczajacy przewodem 14 pluczke 6 jest w duzej mierze wolny od pylu zasadniczo nasyconego para wodna.

Wode slukujaca, zawierajaca pyl wraz ze skroplona smola pochodzaca z surowego gazu odciaga sie przewodem 15 z pluczki i doprowadza do odsmalacza 11. W nim oddziela sie ciezka smole zawierajaca pyl od wody pluczacej, wykorzystujac rózne ich ciezary wlasciwe. Ciezka smole zawierajaca pyl wprowadza sie korzystnie ponownie do generatora gazowego 1.

Wode z niewielka zawartoscia szczatkowa pylu, która zawiera ponadto weglowodory, ponownie wykorzystuje sie i w tym celu odciaga sie ja przewodem 10, aby ponownie wprowadzic ja do procesu plukania.

W przypadku duzego wydatku pylu z generatora gazowego korzystnie czesc zasadniczo pozbawionej pylu smoly równiez wykorzystuje sie do plukania i wprowadza siv te smole poprzez przewód 10.

Gaz w przewodzie 14 wprowadza sie do pluczki 16 z przeplywem promieniowym lub Venturiego, w której ponownie zostaje spryskany woda o temperaturze 160 do 300°C, a korzystnie 170 do 220°C. Pluczka z przeplywem promieniowym przedstawiona schematycznie na fig. 1 jtst opisana ze szczególami w opisie patentowym USA nr 3 834 127. Zawiera ona w glowicy króciec 18 polaczony z przewodem 14. Ga Gaz w pluczce 16 przeplywa ku dolowi poprzez otwór srodkowy 19 zamknietej plyty posredniej 20. Otwór srodkowy 19 jest przymykany od dolu grzybkiem 21. Pomiedzy otworem srodkowym a grzybkiem znajduje sie waska szczelina pierscieniowa 22. Nastawianie szerokosci szczeliny pierscieniowej 22 odbywa sie przez regulacje wysokosci polozenia grzybka za pomoca wrzeciona 23 i silnika 24. Dzwonowa kierownica 25 kieruje {przeplywajacy przez szczeline pierscieniowa 22 i rozprezajacy sie za nia gaz w strone sciany 16a.

Gaz jest ciagle natryskiwany goraca woda pochodzaca z przewodu 17 i dyszy 26. Zakres jej temperatury jest taki sam, jak wody pluczacej w pluczce 6. Poniewaz gaz z przewodu 14 jest co najmniej w duzej mierze nasycony para wodna, wystarcza jesli natryska sie go z dyszy 26 woda w ilosci 0,1 do 3,1 na normalny m3.

Podczas rozprezania gazu nasyconego woda i wytloczonego przez szczeline pierscieniowa 22 wystepuja silne zaburzenia przeplywu, w których ma miejsce odpowiedni ruch wzgledny pomiedzy kroplami wody a czastkami pylu. Ulatwia to oddzielanie pylu i kropelek wody zawierajacych pyl.

Gaz nasycony para kieruje sie promieniowo na zewnatrz do sciany 16a, na której tworzy sie warstwa wody, która porywa rzucane na nia czastki pylu i unosi je w strone dna pluczki. Pyl i woda pluczaca zawierajaca4 100177 zbierajaca sie na dnie pluczki skroplona wode jest odciagana przewodem 27 i kierowana do odsmalacza 11.

Gaz zasadniczo wolny od pylu przeplywa pod kierownice 25 (strzalka 29) i opuszcza pluczke poprzez rure odciagowa 28, skad jest kierowany do dalszego zastosowania.

Aby podniesc jeszcze wartosc opalowa czystego gazu, korzystnie dodaje sie do niego w pluczce 16 niskowrzace weglowodory.

Figura 3 przedstawia instalacje do stosowania zasadniczo tego samego sposobu, co wedlug fig. 1, dlatego odpowiednie czesci maja te same oznaczniki cyfrowe.

Sposób wedlug fig. 3 nadaje sie do oczyszczania gazów wytworzonych przez zgazowanie paliw zawierajacych siarke. Gaz taki pochodzacy z ostatniego stopnia plukania kieruje sie do pluczki 16 z przeplywem promieniowym w celu uwolnienia go od zwiazków siarkowych. W tym celu gazu opuszczajacy pluczke cyklonowa 6 chlodzi sie w kotle-rekuperatorze 30 do temperatury wymaganej przy odsiarczaniu w urzadzeniu odsiarczajacym 31. W przypadku stosowania znanego sposobu wyplukiwanie weglanu potasowego na goraco w kotle-rekuperatorze 30 gaz ten chlodzi sie do temperatury 130°C i nastepnie kieruje do urzadzenia odsiarczajacego 31. Skropliny otrzymane w kotle-rekuperatorze odprowadza sie przewodem 32 do odsmalacza 11. Absorbent doprowadza sie do urzadzenia odsiarczajacego przewodem 33, a zuzyty absorbent odprowadza sie z niego przewodem 34 i kieruje do regeneratora nie przedstawionego na rysunku.

Gaz dostatecznie uwolniony od zwiazków siarkowych kieruje sie przewodem 14 do pluczki 16 z przeplywem promieniowym. Korzystnie, w pluczce 16 z przeplywem promieniowym utrzymuje sie te sama lub wyzsza temperature wody pluczacej, co w pluczce 6. W tym celu stosuje sie oddzielny nagrzewacz cisnieniowy 37 z zasilaczem 38 swiezej wody. Z nagrzewacza cisnieniowego 37 woda pluczaca jest kierowana przewodem 17 do pluczki 16. Od warunków roboczych panujacych w kotle-rekuperatorze 30 zalezy na ile oczyszczony z pylu gaz opusci to urzadzenie. Korzystnie wiec w przypadku, gdy zawartosc pylu w gazie jest wieksza niz 10 mg na normalny m3 stosuje sie pluczke Venturiego lub z przeplywem promieniowym przed wprowadzeniem gazu do urzadzenia odsiarczajacego. Nasycanie gazu para wodna po jego odsiarczeniu korzystnie przeprowadza sie w prostym nasycalniku bez lub z przegrodami W przypadku gdy zawartosc pylu w gazie opuszczajacym kociol-rekuperator jest mniejsza niz 10 mg na normalny m3 mozna nie stosowac pluczki z przeplywem promieniowym przed odsiarczaniem. Nasycanie gazu po jego odsiarczeniu przeprowadza sie w opisany prosty sposób.

Przyklad I. W sposobie wedlug schematu przedstawionego na fig. 1 w znanym generatorze gazowym wytwarza sie okolo 100 000 normalnych m3 surowego gazu na godzine pod cisnieniem 20 barów. Jako srodek zgazowujacy do generatora gazowego wprowadza sie powietrze w ilosci okolo 50 000 normalnych m3 z dodatkiem pary wodnej w ilosci okolo 0,7 kg na normalny m3 powietrza. Wytworzony surowy gaz ma nastepujacy sklad chemiczny w stanie suchym: C02 - 13,2% objetosciowych CO. - 18,3%objetosciowych H2 - 24,5% objetosciowych CH4 -4,2% objetosciowych N2 - 39,6% objetosciowych CnHm - 0,2% objetosciowych Ten surowy gaz opuszczajac generator gazowy 1 ma temperature 600°C. W pluczce cyklonowej 6, w której panuje cisnienie 19,8 barów, natryskuje «ie go woda w ilosci 1 litra wody na normalny m3 surowego gazu, której temperatura wynosi 160°C. Gaz nasycony para wodna, opuszczajacy pluczke 6 ma temperature okolo 170°C.

Zawartosc pylu w tym gazie wynosi 550 mg na normalny m3. W pluczce 16 z przeplywem promieniowym gaz ten spryskuje sie woda w ilosci 0,2 1 na normalny m3 gazu, przy czym temperatura wody pluczacej wynosi okolo 170°C, a ponadto w zakresie wlotu gazu do pluczki panuje cisnienie 19,7 bara. Mieszanina gazu z woda jest kierowana dalej przez szczeline pierscieniowa, przy czym spadek cisnienia na niej wynosi okolo 0,5 bara. * Oczyszczony gaz przeznaczony do dalszego zastosowania ma szczatkowa zawartosc pylu wynoszaca 0,5 mg na normalny m3. Gaz przeznaczony do dalszego zastosowania jest nasycony para wodna, jego temperatura wynosi 170°C i znajduje sie on pod cisnieniem 19,0 barów.

Przyklad II. W sposobie wedlug schematu przedstawionego na fig. 3 w tych samych warunkach co w przykladzie I zgazowuje sie wegiel o wyzszej zawartosci siarki, przy czym surowy gaz zawiera okolo 0,4% objetosciowego zwiazków siarki Plukanie tego gazu w pluczce cyklonowej 6 nastepuje równiez w sposób opisany w przykladzie I. Po plukaniu w pluczce 6 gaz w celu odsiarczenia najpierw chlodzi sie w kolte-rekuperatorze 30, a nastepnie traktuje sie wodnym roztworem KjC03 w urzadzeniu odsiarczajacym 31 pod cisnieniem okolo 19,5 bara, przy tym zawartosc zwiazków siarki w gazie spada do okolo 300 ppm.5 100177 Regenerowanie lugu K2COa przeprowadza sie w znany sposób poprzez rozprezanie i nagrzewanie go. Gaz zasadniczo wolny od siarki obrabia sie dalej w pluczce z przeplywem promieniowym w warunkach podanych w przykladzie I.

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób oczyszczania surowego gazu wytworzonego przez zgazowanje paliw stalych pod cisnieniem 4 do 150 bar para wodna i gazami zawierajacymi wolny tlen, przy czym surowy gaz zawierajacy pyl i weglowodory opuszcza komore zgazowywania w temperaturze 400 do 700°C i zostaje traktowany w dwóch stopniach plukania, przy czym w pierwszym stopniu plukania rozpryskana woda pluczaca wtryskiwana przez dyszex znamienny tym, ze pierwszy stopien plukania stosuje sie jako plukanie cyklonowe, w którym surowy gai' wprowadzany stycznie do walcowej sciany wewnetrznej spryskuje sie pluczaca woda o temperaturze od 160 do 300°C o zawartosci pylu co najmniej 200 mg/l w ilosci 0,5 do 61/Nm3 i gaz surowy ochladza sie oj temperatury od 0 do 20°C powyzej temperatury wody pluczacej i odprowadza sie do drugiego stopnia plukania za pomoca strumienia radialnego lub metoda Venturiego, gdzie zawiera on na normalny m3 suchego gazu 0,1 do 0,3 litra rozpryskanej wody pluczacej tzn. mniej niz 200 mg stalego materialu na litr i jego zawartosc pylu jest redukowana do najwyzej 10 mg/normalny m3 gazu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze cisnienie gazu w obu stopniach plukania utrzymuje sie na poziomie 4 do 150 barów, a korzystnie od 10 do 80 barów.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze jako wode pluczaca w drugim stopniu plukania stosuje sie wode zmiekczona lub calkowicie odsolona.

4. Sposób wedlug zastrz 1,znamienny tym, ze gaz surowy przed lub po drugim stopniu plukania odsiarcza sie.100 177 37 -IB Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18