PL101782B1 - A method of producing the gas with a high calorie content and a small content of dust - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wysokokalorycznego gazu ó malej zawartosci pylu, z su¬ rowego gazu o temperaturze 350—800°C, zawierajacego pyly, pochodzacego z procesu zgazowania stalych paliw, korzystnie wegla, w generatorze pod cisnieniem 5-150 X105 Pa przy uzyciu jako czynnika zgazowujacego gazów, zawierajacych pare wodna i wolny tlen.

Zgazowanie cisnieniowe stalych paliw, jak wegla kamiennego, wegla brunatnego lub torfu jest znane od dawna.Szczególy technologiczne zgazowania cisnieniowego i sluzacych do tego generatorów podane sa np. w opi¬ sach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 2667409, 3930811, 3902872, 3937620 i 3951616.

Jesli chodzi o niemiecka literature patentowa mozna przytoczyc opis patentowy RFN nr 1021116 oraz opisy wylozeniowe RFN nr nr 2346833, 2351963, 2352900 i 2353241. Opisane tam generatory znane sa równiez w swiecie fachowym jako generatory cisnieniowe systemu LURGI.

Wedlug znanych sposobów zgazowanie cisnieniowe stalych paliw nastepuje w zlozu nieruchomym, przy uzyciu tlenu i pary wodnej jako czynników zgazowujacych. Jako czynnik zgazowujacy moze byc równiez stoso¬ wany dodatkowo dwutlenek wegla. Surowy gaz z procesu zgazowania posiada temperature w zakresie 350—800°C a jego glównymi skladnikami sa wodór, tlenki wegla i metan.

Mozliwe jest równiez zgazowywanie stalych paliw przy uzyciu powietrza lub powietrza wzbogaconego w tlen w mieszaninie z para wodna, przy czym powstaje tak zwany slaby gaz. Slabe gazy posiadaja stosunkowo niska wartosc opalowa wynoszaca 1200-2000X4.1 P;KJ/m3 w przeliczeniu na gaz suchy. Gazy takie nadaja sie szczególnie dla celów grzejnych, jak równiez do stosowania w silowniach, np. w kombinowanym procesie turbiny gazowe—turbiny parowe.

Gazy wytwarzane przez zgazowanie stalych paliw zawieraja jeszcze w zaleznosci od skladu czynnika zgazo¬ wujacego azot, pare wodna, jak równiez znaczne ilosci rozmaitego rodzaju weglowodorów o róznych temperatu¬ rach wrzenia oraz amoniak i zwiazki siarkowe. W gazie surowym wystepuja równiez porwane w postaci pylu lub drobnych ziaren stale czastki paliw i/lub popiolu. Zawartosc drobnoziarnistych lub pylistych czastek stalych w gazie surowym zalezy w znacznym stopniu od obciazenia generatora, od zachowania sie paliwa w trakcie procesu zgazowania oraz od ilosci drobnego ziarna (mialu) w zgazowanym paliwie. Tendencja do powiekszania2 101 782 wydajnosci generatorów prowadzi do zwiekszania emisji drobnoziarnistych cial stalych w gazie surowym. Zawar¬ tosc pylu w gazie surowym czesto przekracza wartosc 10 g/m3, wskutek czego stosowanie takiego gazu, np. w maszynach roboczych, bez dokladnego odpylenia nie jest mozliwe.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania z surowego gazu uzyskanego z procesu zgazowa¬ nia paliw stalych, gazu o mozliwie niskiej zawartosci pylu, a jednoczesnie o wysokiej wartosci opalowej. Sposo¬ bem wedlug wynalazku osiaga sie to w ten sposób, ze suchy gaz surowy odpyla sie najpierw w stopniu odpylenia wstepnego, zrasza w podlaczonym dalej stopniu mycia intensywnego ciecza myjaca o temperaturze 200—300°C, skladajaca sie z weglowodorów w tym co najmniej 70% weglowodorów o temperaturze wrzenia powyzej 350°C i najwyzej 2% wagowych wody, stosujac 0,5—61 cieczy myjacej na 1 m3 gazu surowego, odciaga uzytkowana ciecz myjaca, chlodzi przez posrednia wymiane ciepla, rozdziela na zasadzie sily ciezkosci na fazy o róznym ciezarze wlasciwym i faze lzejsza, uboga w ciala stale stosuje sie ponownie jako ciecz myjaca. W stopniu mycia intensywnego, gaz przemywany jest praktycznie tylko przy pomocy weglowodorów, które przy tym odparowuja równiez czesciowo mieszajac sie z gazem. W ten sposób wzrasta wartosc opalowa odmywanego od pylu gazu.

Nieoczekiwanie stwierdzono, ze przez zastosowanie weglowodorów jako srodka myjacego mozna równiez resztkowa zawartosc cial stalych w przemywanym gazie obnizyc do poziomu czystosci wymaganego przez maszyny robocze i to bez zastosowania wiekszych ilosci wody. Jesli stopien mycia intensywnego bylby zasilany woda jako srodkiem myjacym, do przemywanego gazu przechodzilyby nadmierne ilosci pary wodnej, wskutek czego w sposób istotny obnizaloby sie jego wartosc opalowa. W sposobie wedlug wynalazku korzystne jest utrzymywanie w stopniu mycia intensywnego zawartosci wody w cieczy myjacej najwyzej do 2% wagowych.

Korzystne jest gdy zawartosc weglowodorów o temperaturze wrzenia powyzej 350°C-w cieczy myjacej, w stopniu mycia intensywnego wynosi co najmniej 70%, a jeszcze korzystniej co najmniej 85%. W stopniu mycia intensywnego mozna stosowac jedna lub kilka pluczek Venturiego lub równiez pluczki odsrodkowe. Szczególnie pluczka odsrodkowa zapewnia niska zawartosc pylu w przemywanym gazie. W stopniu odpylania wstepnego, poprzedzajacego stopien mycia intensywnego, korzystnie przepuszcza sie gaz surowy przez jeden lub kilka cyklonów i w ten sposób na sucho usuwa glówna czesc gruboziarnistych cial stalych.

Rozwiazanie sposobu wedlug wynalazku wyjasnia blizej rysunek.

W znanym generatorze 1 zgazowuja sie w zlozu nieruchomym pod cisnieniem 5—150X105 Pa ziarniste stale paliwo z przewodu 2. Zgazowanie przebiega przy doprowadzaniu tlenu i pary wodnej przewodem 3, przy czym tlen moze byc calkowicie lub czesciowo zastapiony powietrzem. Popiól odprowadza sie z generatora przewodem 4.^ ' Surowy gaz wytworzony w ciaglym procesie zgazowania opuszcza generator 1 w temperaturze 350—800°C i przewodem 5 przeplywa do cyklonu odpylajacego 6. Oddzielone tam ciala stale zbieraja sie w przewodzie 7a; o ile zawartosc paliwa w cialach stalych z przewodu 7a jest znaczna, moznaje zawracac do generatora 1 w niepo- kazany na rysunku sposób.

Z cyklonu 6 surowy gaz przeplywa przewodem 7 do stopnia mycia intensywnego, który na rysunku przedstawiono w formie pluczki odsrodkowej 8. Jesli temperatury gazu opuszczajacego cyklon 6 wynosza powy¬ zej 350°C, korzystne jest ochlodzenie gazu przed wprowadzeniem do stopnia mycia intensywnego. Najprosciej odbywa sie to przez wtryskiwanie wody w chlodnicy 9, posiadajacej przewód doprowadzajacy wode 10 i ewen¬ tualnie odprowadzenie 11. Chlodzenie zapobiega krakowaniu skladników cieczy myjacej przy zetknieciu w pluczce 8 z goracym, wstepnie oczyszczonym gazem.

W pluczce odsrodkowej 8 gaz zrasza sie ciecza myjaca z rozdzielaczem 12. Zwykle stosuje sie 0,5-61 cieczy myjacej na lin3 gazu surowego. Ciecz myjaca wprowadza sie przewodem 13. Pluczka odsrodkowa nadajaca sie najlepiej do intensywnego mycia jest opisana w opisie patentowym RFN nr 2224519 oraz w odpo¬ wiadajacym mu opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3834127. Pluczka odsrodkowa zapewnia to, ze ustala sie wysoka szybkosc wzgledna miedzy gazem i kropelkami cieczy, co prowadzi do odpowiednio wysokiego prawdopodobienstwa zwilzenia czastek pylu. Jak juz wczesniej podano, ciecz myjaca sklada sie praktycznie calkowicie z weglowodorów. Weglowodory pochodza z procesu zgazowania i znajduja sie w gazie surowym. Korzystnie temperatura cieczy myjacej zawiera sie w zakresie 150—350°C, a najczesciej 200—300°C.

Tak dobiera sie dolna granice temperatury, ze jest ona wyzsza od temperatury nasycenia pary wodnej zawartej w gazie, aby uniknac jej skraplania, W pluczce 8, przemywany gaz przechodzi razem z ciecza myjaca przez pierscieniowa szczeline o zmiennej szerokosci 14 i nastepnie wyplywa na zewnatrz i ku dolowi wzdluz dzwono¬ wej prowadnicy 15. Droga przeplywu gazu w pluczce 8 pokazana jest kropkowanymi Uniami 17 i 18.

Mieszanine gazu i srodka myjacego prowadzi sie z pluczki 8 przewodem 20 do kotla na cieplo odpadowe 21, gdzie nastepuje schlodzenie przez posrednia wymiane ciepla. Przy tym kondensuja równiez zawarte w gazie ciezkie weglowodory. Chlodzenie tak sie ustala, ze równiez w kotle na cieplo odpadowe 21 nie skrapla sie wcale101782 3 para wodna lub tylko mozliwie mala jej-ilosc. Dolna czesc 2 la kotla na cieplo odpadowe moze posiadac postac oddzielacza cyklonowego, aby osiagnac dobre rozdzielanie oczyszczonego gazu i cieczy myjacej wzbogaconej w ciala stale. Ochlodzony gaz, wzbogacony w nizej wrzace weglowodory, opuszcza kociol na cieplo odpadowe przez odprowadzenie dla gazu oczyszczonego 22. Zawartosc cial stalych w oczyszczonym gazie wynosi jeszcze najwyzej 10 mg/m3. Zanim zostanie on zuzyty np. w silowniach jako gaz wysokokaloryczny, moze byc celowe wylapanie kropelek weglowodoru w niepokazanym na rysunku lapaczu kropel.

Ochlodzony czynnik myjacy splywa z kotla na cieplo odpadowe 21 do oddzielacza smoly 23. Tam rózne weglowodory zostaja rozdzielone w znany sposób na zasadzie sily ciezkosci. Na dole oddzielacza smoly 23 zbiera sie razem z cialami stalymi ciezka frakcja weglowodorowa, skad przy pomocy pompy 25 odprowadzana jest przewodem 24. Bogata w ciala stale frakcje zawierajaca glównie ciezka smole, korzystnie jest zawracac do generatora 1, do którego podaje sie ja zaznaczonym na rysunku przewodem 26. Mieszadlo 27 w dolnej czesci oddzielacza smoly 23 zapewnia jednorodne rozprowadzenie ciala stalego w fazie cieklej.

Frakcje lzejszych weglowodorów wystepujaca w oddzielaczu smoly 23, posiadajaca tylko niewielka zawar¬ tosc cial stalych, odprowadza sie przy pomocy pompy 28 przewodem 13 z powrotem do pluczki 8.

W kotle na cieplo odpadowe 21, na drodze posredniej wymiany ciepla wytwarza sie pare wodnA dla procesu zgazowania w generatorze 1, a sluzaca do tego celu wode doprowadza sie przewodem 30. Powstajaca para wodna plynie przewodem 31 do przewodu czynnika zgazowujacego 3. Gaz zawierajacy tlen i ewentualnie dodatkowa pare wodna wprowadza sie przewodem 32.

P r z y k l a d. W instalacji przedstawionej na rysunku, w generatorze cisnieniowym 1 o znanej budowie („generator cisnieniowy LURGI") wytwarza sie pod cisnieniem 20X105Pa okolo 48000 m3/godz. suchego gazu surowego. Dla wytworzenia tego gazu wprowadza sie do generatora okolo 17000 kg/godz. ziarnistego wegla kamiennego i jako czynnik zgazowujacy okolo 25000 m3/godz. powietrza z dodatkiem pary wodnej w ilosci 0,35 kg/m3 powietrza. Gaz surowy opuszczajacy generator przewodem 5 posiada nastepujacy sklad: ^ C02+H2S . 14,4% obj.

H2 " 22,7% obj.

N2 41,0% obj.

CO 17,1% obj.

CH4 . 4,2% obj.

CnHm 0,6% obj.

W przeliczeniu na suchy gaz surowy, wystepuja poza tym w tym gazie jeszcze: smola i olej } 40 g/m3 benzyna zgazu 7 g/m3 parawodna 0,14 kg/m3 pyliste cialastale 8 g/m3 Dolna wartosc opalowa gazu surowego wynosi okolo 1690X4,16 kJ/m3. Temperaturygazu surowego w prze¬ wodzie 5 wahaja sie w granicach 520-550°C. Surowy gaz przeplywa przez cyklon odpylajacy 6 i w chlodnicy 9 zostaje schlodzony do 350°C przez rozpylenie pary wodnej. Zawartosc pary wodnej w gazie wzrasta przez to do 0,27 kg/m3 suchego gazu. W pluczce odsrodkowej gaz poddany zostaje intensywnemu myciu i zroszony przy tym zawierajaca smole ciecza myjaca, znajdujaca sie w obiegu w ilosci 25 m3/godz. Ciecz myjaca zawiera 85% weglowodorów wrzacych powyzej 350°C.

Gaz oczyszczony opuszczajacy pluczke 8 zawiera obok niezmiennych skladników gazowych 0,27 kg/m3 pary wodnej, 7 g/m3 benzyny z gazu i 47 g/m3 smoly i oleju, kazdorazowo w przeliczeniu na suchy gaz. Dolna wartosc opalowa wilgotnego gazu wynosi okolo 1600X4,18 kJ/m3.

Gaz i ciecz myjaca kieruje sie ze stopnia intensywnego mycia do kotla na cieplo odpadowe 21, w którym czesc ciepla wyczuwalnego wykorzystuje sie droga posredniej wymiany ciepla do wytwarzania 4200 kg/godz. pary wysokopreznej a cisnieniu 25Xl O5 Pa. Pare te mozna korzystnie bez dodatkowego sprezania dodawac bezposrednio jako pare zgazowujaca do powietrza uzywanego do zgazowywania i wprowadzac do generatora K Zgazowanie wymaga lacznie 8750 kg/godz. pary wodnej, z której 4000 kg/godz. pochodzi ze znanego chlodzenia plaszcza generatora 1,. 4200 kg/godz. wytwarza sie w kotle na cieplo odpadowe 21, a reszte, tzn. okolo 550 kg/godz. dostarcza sie z obcego zródla pary. W kotle na cieplo odpadowe 21 oczyszczony gaz chlodzi sie do temperatury 225°C. Poniewaz punkt rosy pary wodnej oczyszczonego gazu wynosi 158°C, temperatura gazujest wystarczajaco wysoka aby uniknac wykraplania pary wodnej. Z dolnej czesci 21a kotla na cieplo odpadowe odplywa do oddzielacza smoly 23 ciecz myjaca, zatezona wskutek odparowania latwiej wrzacych skladników.

Tam nastepuje na zasadzie sily ciezkosci rozdzielanie na bogata w ciala stale, ciezka faze i uboga w ciala stale lekka faze; te ostatnia wykorzystuje sie ponownie jako ciecz myjaca w pluczce 8. \4 101 782 Gdybys w przeciwienstwie do podanego przykladu przemywac surowy gaz woda, uzyskaloby sie gaz oczyszczony o dolnej wartosci opalowej wynoszacej tylko 1120X4,18 kJ/m3.

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wysokokalorycznego gazu o malej zawartosci pylu z surowego gazu o temperaturze 350-800°C zawierajacego pyly, pochodzacego z procesu zgazowania stalych paliw, korzystnie wegla, w genera¬ torze pod cisnieniem 5—150X10* Pa przy uzyciu jako czynnika zgazowujacego gazów zawierajacych pare wodna i wolny tlen, znamienny t y m, ze suchy gaz surowy odpyla sie najpierw w stopniu odpylania wstepnego, zrasza w podlaczonym dalej stopniu mycia intensywnego, ciecza myjaca o temperaturze 200—300°C skladajaca sie z weglowodorów w tym co najmniej 70% weglowodorów o temperaturze wrzenia powyzej 350°C i najwyzej 2% wagowych wody, stosujac 0,5-61 cieczy myjacej na 1 m3 gazu surowego, odciaga uzytkowana ciecz myjaca, chlodzi przez posrednia wymiane ciepla, rozdziela na zasadzie sily ciezkosci na fazy o róznym ciezarze wlasci¬ wym i faze lzejsza, uboga w ciala stale stosuje sie ponownie jako ciecz myjaca.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, ze myje sie gaz ciecza myjaca, skladajaca sie korzys¬ tnie z co najmniej 85% weglowodorów o temperaturze wrzenia powyzej 350°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny t y m, ze gaz uwalnia sie od cial stalych w stopniu odpylania wstepnego skladajacym sie z jednego lub kilku cyklonów.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, ze gaz myje sie w stopniu mycia intensywnego, sklada¬ jacym sie z jednej lub kilku pluczek Venturiego lub pluczek odsrodkowych.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przy temperaturze gazu surowego opuszczajacego stopien odpylania wstepnego wyzszej niz 350°C, surowy gaz chlodzi sie przed wprowadzeniem do stopnia mycia intensywnego, korzystnie przez wtryskiwanie wody. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 45 zl