PL106319B1 - Sposob zgazowania ziarnistych stalych kopalnych paliw pod cisnieniem - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zgazowania ziarnistych, stalych, kopalnych paliw pod cisnieniem —100 barów w reaktorze do zgazowania przy czym paliwa znajdujace sie w reaktorze w postaci stalego zloza poruszaja sie pod wplywem sily ciezkosci z góry do dolu, gazy zawierajace tlen i pare wodna wprowadza sie dyszami do zloza paliwa w dolnej strefie reaktora i odbiera ciekly zuzel o temperaturze 1350-1500°C przewodem nachylonym wzgledem poziomu pod katem 0—45°, a powyzej zloza paliwa odprowadza z reaktora gaz wytworzony w procesie zgazowania. Jako zgazowywane paliwo stosuje sie najczesciej wegiel lub koks o uziarnieniu w zakresie 2-50 mm, korzystnie 5-40 mm.Ten sposób zgazowania pod cisnieniem paliw, któregp charakterystyczna cecha jest odbieranie zuzla w postaci cieklej jest juz znany. Tego rodzaju sposoby zostaly opisane przez „The Gas Council", Londyn i opublikowane w jego komunikatach „Research Communications" GC 50 oraz GC 112.W znanych sposobach zgazowania pod cisnieniem gaz zawierajacy tlen, np. podgrzane do wysokiej temperatury powietrze oraz pare wodna lub mieszanine pary wodnej z tlenem, wdmuchuje sie dyszami do przestrzeni reaktora, w której znajduje sie paliwo w postaci stalego zloza. W plomieniu skierowanym z dysz w zloze paliwa, powstaja przy tym tak wysokie temperatury, ze popiól topi sie i splywa na dno reaktora.Temperatury, w których zuzel latwo wystepuje w postaci cieklej leza zwykle w zakresie 1350-1600°C a korzystnie 1400-1500°C. Do paliwa mozna równiez dodawac jeszcze topniki zuzla. Przed dyszami wlotowymi, tlen wchodzacy w reakcje z weglem paliwa, zostaje szybko zuzyty i przereagowuje na gorace gazy spalinowe.Temperatury w strefie plomienia srodka zgazowujacego wynosza wskutek tego okolo 2000°C, a nawet jeszcze wiecej.W sasiedztwie plomienia wegiel znajduje sie w nadmiarze i natychmiast zachodza tam reakcje zgazowania, w wyniku których produkty spalania C02 i H20 zostaja przeprowadzone w CO i H2. Na zewnatrz plomienia powstaje bardzo szybko gaz o skladzie odpowiadajacym stanowi równowagi w temperaturze 1200-1300°C.Oznacza to, ze temperatura atmosfery gazowej wewnatrz plomienia w strefie dysz wlotowych, lezy ponizej temperatury, w której popiól przechodzi w ciekly zuzel.2 106 319 Aby nie chlodzic zuzla ponownie gazem wytworzonym w procesie zgazowania, stosuje sie zwykle dwie rózne metody. Po pierwsze, zuzel mozna okresowo spuszczac z reaktora. W tym celu w strefie dna reaktora otwiera sie okresowo spust zuzla, z którego zuzel wyplywa do komory sluzowej z kapiela wodna. Gdy po obnizeniu sie lustra zuzla przez przewód spustowy zuzla wychodzi równiez stosunkowo zimny gaz w procesu zgazowania o temperaturze rzedu 1200°C, przewód spustowy zamyka sie ponownie. W ten sposób zapobiega sie temu, ze stosunkowo zimny gaz z procesu zgazowania moze ochlodzic zuzel w przewodzie spustowym i spowoduje jego krzepniecie.Drugi sposób odbierania zuzla polega na tym, ze przewód spustowy zuzla umieszcza sie w najglebszym miejscu dna reaktora. Przy tym przez przewód ten wdmuchuje sie od dolu pod cisnieniem do reaktora mieszanine tlenu i gazu palnego. Powstajace przy tym gazy zapobiegaja wyciekaniu zuzla, a ponadto ogrzewaja go. Spust zuzla nastepuje w ten sposób, ze okresowo wstrzymuje sie wytwarzanie palnych gazów, aby zuzel mógl splynac przewodem do dolu. p^p^ejr^wyn%la§Mj jest ulepszenie sposobu odbierania cieklego zuzla. Przy tym, ulepszony sposób winien umozliwic nie tylko periodyczny sposób pracy, ale zwlaszcza równiez odbieranie zuzla w spoób ciagly.SaDsobem wedlug wynalazku cel ten osiaga sie w ten sposób, ze w strefie wlotu przewodu spustowego zuzla, wdr<^|9^jfj^^6.reaktora gaz zawierajacy tlen, kierujac go z góry na ciekly zuzel i we wspólpradzie z zuzlem owicia sie prZEWdcfem spustowym zuzla gaz przeciekowy o temperaturze co najmniej okolo 1500°C. Gaz pomocniczy okreslany jako gaz przeciekowy, zapobiega temu, ze ciekly zuzel moze ochlodzic sie w przewodzie spustowym tak dalece, ze zakrzepnie.Dla wytwarzania gazu przeciekowego, tuz powyzej wlotu przewodu spustowego zuzla umieszcza sie pomocniczy palnik, wytwarzajacy gaz przeciekowy. Przez palnik pomocniczy kieruje sie do reaktora tlen lub powietrze lub tez mieszanine tlenu i pary wodnej. Tlen spala odpowiednia ilosc gazu z procesu zgazowania; powstajace przy tym spaliny posiadaja wystarczajaco wysoka temperature lezaca znacznie powyzej temperatury topnienia zuzla. Poniewaz dysza palnika pomocniczego jest umieszczona tuz nad wlotem przewodu spustowego zuzla, jej gazy spalinowe, wplywaja korzystnie do przewodu spustowego zuzla, co powoduje, ze endotermiczne reakcje wewnatrz stalego zloza paliwa praktycznie nie zachodza. Po dnie przewodu spustowego zuzla splywa * zatem ciekly zuzel, a we wspólpradzie plynie goracy gaz przeciekowy, utrzymujacy zuzel w stanie plynnym.Korzystnie jest, jesli zuzel i gaz przeciekowy kieruje sie przez przewód do zbiornika sluzowego, przy czym temperatura gazu przeciekowego wzdluz calego przewodu jest wyzsza niz temperatura cieklego zuzla.Dalsze objasnienia sposobu wedlug wynalazku podano za pomoca rysunku, który przedstawia schematycz¬ nie przekrój podluzny reaktora do zgazowania wraz z urzadzeniami dodatkowymi.Reaktor posiada obudowe 1 przedstawiona na rysunku w formie wymurowanej. Moze on byc równiez dla chlodzenia wyposazony w wodny plaszcz chlodzacy. Ziarniste paliwo wprowadza sie do reaktora przez komore sluzowa 2. Komora sluzowa posiada zasuwy 3 i 4, które przy pomocy niepokazanych urzadzen, np. zespolu dzwigni, moga byc otwierane i zamykane. Dla wprowadzania i odprowadzania gazu, np. w celu odpowietrzenia przewidziany jest przewód 5 z zaworem 6.Przy otwartej zasuwie 4 paliwo spada najpierw do zbiornika posredniego 7, a stad przedostaje sie do przestrzeni reaktora 8. W przestrzeni reaktora 8 paliwo znajduje sie w postaci stalego zloza poruszajacego sie ku dolowi. W dolnej strefie reaktora umieszczonych jest szereg dysz dla czynnika zgazowujacego 9, których liczba jest zwykle wieksza niz 2. Przez dysze te wdmuchuje sie w zloze paliwa mieszanine srodków zgazowujacych.Jako srodki zgazowujace sluza zwykle para wodna i gaz zawierajacy tlen. Stosunek objetosciowy pary wodnej do tlenu w mieszaninie srodka zgazowujacego lezy w zakresie od 0,6 :1 do 1,4 :1.Powstajace w przestrzeni reaktora 8 gazy wytworzone przy pomocy srodka zgazowujacego plyna w prze- ciwpradziedo zloza paliwa ku górze i opuszczaja reaktor przewodem 10 dla gazu wytworzonego w procesie zgazowania. Zuzel w postaci cieklej zbiera sie na dnie reaktora, gdzie tworzy warstwe cieczy 11. Na ogól podczas procesu zgazowania tworzy sie na dnie reaktora stozkowa pozostalosc 12 z niestopionego zzuzla i resztek paliwa.Do ciaglego odbierania nadmiaru cieklego zuzla sluzy przewód spustowy zuzla13. Sklada sie on z podlaczo¬ nej z boku w poblizu dna rury, najczesciej nachylonej pod ostrym katem wzgledem poziomu. Zestalaniu sie w przewodzie 13 odplywajacego zuzla zapobiega palnik pomocniczy 14. Przez ten palnik 14 wdmuchuje sie do reaktora tlen lub tez powietrze, ewentualnie razem z para wodna, w poblizu wlotu przewodu 13 skierowane na warstwe zuzla 11. Powstajace przy tym gorace gazy spalinowe plyna przynajmniej czesciowo we wspólpradzie z cieklym zuzlem przewodem spustowym zuzla 13. Gorace gazy spalinowe, okreslane równiez jako gaz przeciekowy, zapobiegaja zaklóceniom w odplywie zuzla.Zuzel oraz gaz przeciekowy dostaja sie z przewodu 13 do zbiornika 15 zawierajacego kapiel wodna 16. Ciekly zuzel spada do kapieli wodnej 16 i tam ulega granulacji. Od czasu do czasu,ze zbiornika 15 usuwa sie przez zawór 17 zuzel i wode i odprowadza przez zbiornik posredni 18.106319 3 Gaz przeciekowy dostajacy sie przewodem spustowym zuzla 13 do zbiornika 15, opusza go przewodem 20.Ilosc plynacego przewodem 20 gazu przeciekowego mozna regulowac przez ustawienie zaworu 21.Jak juz wyjasniano, gaz wytworzony w procesie zgazowania opuszcza przestrzen reaktora 8 przewodem 10, przy czym posiada on temperature 300—800°C. W znany sposób, gaz wytworzony w procesie zgazowania jest zraszany w skruberze 22 ciecza myjaca zawierajaca wode z przewodu 23, a przy tym ochlodzony i nasycony para wodna. Zuzyta ciecz myjaca i ochlodzony gaz doprowadza sie nastepnie przewodem 24 do kotla utylizacyjnego . Z dolu kotla utylizacyjnego odbiera sie przewodem 26 ciecz myjaca i poddaje obróbce, przy czym czesc cieczy myjacej zawraca sie zwykle do ponownego uzycia. Ochlodzony gaz wytworzony w procesie zgazowania odprowadza sie z kotla utylizacyjnego 25 przewodem 27. Ze wzgledu na zachodzace ochlodzenie gazu, cisnienie w przewodzie 27 jest nizsze niz w przewodzie 20, tak, ze do gazu wytworzonego w procesie zgazowania mozna przewodem 28 dodawac gaz przeciekowy bez dodatkowych zabiegów.Jak juz wyjasniano, wazne jest aby gaz przeciekowy plynacy przewodem spustowym zuzla 13 posiadal temperature co najmniej równa temperaturze zuzla; korzystnie jest, jesli temperatura gazu przeciekowego jest wyzsza od temperatury zuzla. Aby kontrolowac temperature gazu przeciekowego przewód 13 jest wyposazony w termopare 30. Moze byc równiez korzystne kontrolowanie skladu gazu przeciekowego, co odbywa sie przy pomocy zwyklego przyrzadu do analizy gazów. Przy zmianie temperatury gazu przeciekowego, zmienia sie równiez jego sklad. Podczas gdy gaz ze zgazowania w przestrzeni reaktora 8 sklada sie glównie z CO i H2, gaz przeciekowy powinien posiadac wyzsza zawartosc C02 i H20. Jesli palnik pomocniczy zasila sie powietrzem, to zawartosc azotu w gazie przeciekowym jest wskaznikiem zawartosci gazu wytwarzanego przez ten palnik w strumieniu gazu przeciekowego. Przez zmierzenie zawartosci azotu przy pomocy przyrzadu analitycznego 31, mozna uzyskac dane, czy przewodem 13 plynie z palnika pomocniczego 14 wystarczajaco goracy gaz. W tym przypadku, gdy zawartosc azotu w gazie w przewodzie 20 jest wystarczajaco charakterystyczna, mozna przy sterowaniu palnikiem pomocniczym 14 zrezygnowac z termopary 30.Wytwarzanie gazu przeciekowego, plynacego przewodem 13 we wspólpradzie z cieklym zuzlem, glównie przy pomocy palnika pomocniczego daje nastepujaca korzystna samoregulacje.Jesli zuzel ma byc zimniejszy, a przez to o wiekszej lepkosci, zapelnia sie wieksza czesc powierzchni przekroju przewodu 13 zmniejszajac w ten sposób swobodny przekrój dla gazu przeciekowego. Przy jednakowej róznicy cisnien miedzy przestrzenia reaktora 8 i zbiornikiem 15, przewodem 13 plynie mniej gazu przeciekowe¬ go. W ten sposób zawartosc w gazie przeciekowym stosunkowo zimnego gazu z procesu zgazowania maleje, a zawartosc gazów spalinowych z palnika pomocniczego 14 wzrasta. Ze wzrostem zawartosci gazów spalinowych z palnika pomocniczego podnosi sie znów temperatura gazu przeciekowego tak, ze lepkosc zuzla w przewodzie 13, maleje i moze on latwiej odplywac. W ten sposób gaz przeciekowy sam ustala w przyblizeniu staly przekrój przeplywu przez przewód spustowy zuzla 13. W odwrotnym przypadku, gdy zuzel w przewodzie 13 jest zbyt gesty, wiecej gazu przeciekowego plynie we wspólpradzie, a jego udzial w stosunkowo zimnym gazie z procesu zgazowania jest wiekszy.Przyklad I. W instalacji do zgazowania pod cisnieniem przedstawionej na rysunku, poddaje sie zgazowaniu 44t/godz wegla o zawartosci 10% popiolu i 10% wilgoci i o uziarnieniu w zakresie 6—30 mm.Reaktor do zgazowania posiada wymurowana obudowe o srednicy wewnetrznej 3,3 m i wysokosci przeswitu m. Przez osiem dysz dla srodka zgazowujacego wdmuchuje sie do przestrzeni reaktora 8 mieszanine zawierajaca 12000 Nm3 tlenu i 9,2 t pary wodnej na godzine. W przestrzeni reakcyjnej panuje cisnienie 30 barów.Reaktor opuszcza 60000 Nm3 /godzine, zawierajacego pare wodna, gazu wytworzonego w procesie zgazowania o temperaturze 450°C i nastepujacym skladzie: co2 co H2 CH4 N2 H20 3,8% obj. 57,5% obj\ 26,4% obj/ ,7% obj. 1,0% obj. ,6% obj. 100,0% obj.Na dnie reaktora zbiera sie ciekly zuzel o temperaturze 1430 C. Temperatura gazu z procesu zgazowania w strefie zloza weglowego ponad zuzlem i poza strefa plomienia wychodzacych z dysz doprowadzajacych srodek zgazowujcy wynosi 1250°C. Nad palnikiem pomocniczym 14 wdmuchuje sie do reaktora 100m3/godz powietrza, w strefie wlotu przewodu spustowego zuzla 13.Gaz z procesu zgazowania w dolnej czesci reaktora ma w przyblizeniu nastepujacy skrad: C02 6,0% obj.CO 64,0% obj.4 106 319 H2 23,0% obj.N2 1,0% obj.H20 6,0% obj.Jesli 47,6 Nm3 tego gazu z procesu zgazowania spala sie stechiometrycznie ze 100 Nm3 powietrza, powstaje 111 Nm3 gazów spalinowych o nastepujacym skladzie: C02 16,5% obj.N2 71,1% obj H20 12,4% obj.Temperatura tych gazów spalinowych wynosi 2800°C (bez uwzglednienia dysocjacji). W podanych warunkach pracy instalacji, ustalonych przez nastawy zaworu regulujacego 21, do przewodu 13, doplywa jeszcze 238 Nm3 gazu z procesu zgazowania o temperaturze 1250°. Jako gaz przeciekowy powstaje gaz mieszany w ilosci 249 Nm3 o temperaturze wypadkowej 1850°C i nastepujacym skladzie: C02 9,3% obj.CO 44,4% obj.H2 15,6% obj.N2 22,6% obj.H20 8,1% obj.Ten gaz przeciekowy zapewnia ciagly, niezaklócony odplyw zuzla z reaktora. Ilosc gazu przeciekowego odbieranego z reaktora reguluje sie przy pomocy termopary 30 i zaworu 21. Odbierany gaz przeciekowy dodaje sie w przewodzie 27 do ochlodzonego gazu wytworzonego w procesie zgazowania. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób zgazowania ziarnistych,stalych,kopalnych paliw pod cisnieniem 10—100 barów w reaktorze do zgazowania przy czym paliwa znajdujace sie w reaktorze w postaci stalego zloza poruszaja sie pod wplywem sily ciezkosci z góry do dolu, gazy zawierajace tlen i pare wodna wprowadza sie dyszami do zloza paliwa w dolnej strefie reaktora i odbiera ciekly zuzel o temperaturze 1350—1500°C przewodem nachylonym wzgledem poziomu pod katem 0—45°, a powyzej zloza paliwa odprowadza z reaktora gaz wytworzony w procesie zgazowania, znamienny tym, ze w strefie wlotu przewodu spustowego zuzla wprowadza sie do reaktora gaz zawierajacy tlen kierujac go z góry na ciekly zuzel i we wspólpradzie z zuzlem odbiera przez przewód spustowy zuzla gaz przeciekowy o temperaturze co najmniej okolo 1500°C.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, ze zuzel i gaz przeciekowy kieruje sie przewodem do zbiornika sluzowego, przy czym temperatura gazu przeciekowego wzdluz calego przewodu jest wyzsza niz temperatura cieklego zuzla.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze gaz przeciekowy odebrany z przewodu spustowego zuzla dodaje sie do gazu wytwarzanego w procesie zgazowania.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze mierzy sie temperature gazu przeciekowego w przewodzie spustowym zuzla i temperature te wykorzystuje sie jako parametr regulacyjny dla ustalania ilosci odbieranego gazu przeciekowego.

5. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny t y m,y ze ilosc odbieranego gazu przeciekowego reguluje sie odpowiednio do jego skladu.106 319 ^r PL PL