Przedmiotem wynalazku jest sposób odsiarczania wegla podczas zgazowania w reaktorze z kapiela zelazowa za pomoca zuzla odsiarczajacego oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Siarka zawarta w weglu stosowanym do celów energetycznych przynosi coraz wieksze szkody.Liczne zloza wegla, zawierajacego duze ilosci siar¬ ki, dlatego nie sa eksploatowane, gdyz wspólczesna technika nie dysponuje niezawodna, a przy tym ekonomiczna metoda odsiarczania wegla.Ojawem szkodliwego dzialania siarki i produk¬ tów reakcji zawierajacych siarke jest miedzy in¬ nymi zwiekszona korozja tych czesci instalacji, któ¬ re bezposrednio stykaja sie z siarka, a zwlaszcza z gazowymi produktami reakcji siarki. W proce¬ sach chemicznych siarka miedzy innymi dziala nie¬ korzystnie na katalizatory lub niszczy je. Glówna szkoda powodowana zastosowaniem dla celów ener¬ getycznych wegla zawierajacego siarke, jest zanie¬ czyszczanie srodowiska spalinami z zawartoscia siarki.Wspólczesna technika dysponuje szeregiem metod usuwania siarki z gazowych produktów spalania wegla. Dotychczas jednak zadna z tych metod nie przyjela sie, gdyz nie umozliwiaja one prowadze¬ nia procesu odsiarczania w sposób niezawodny przez dluzszy okres czasu oraz sa nieekonomiczne.Jeden ze sposobów odsiarczania gazowych pro¬ duktów wegla, który jest opisany w patentach St.Zjedn. Ameryki Nr 3 526 473 oraz 3 633 739, polega 10 15 20 25 30 na tym, ze drobnoziarnisty wegiel doprowadza sie w sposób ciagly do kapieli zelaznej i otrzymuje w znacznym stopniu odsiarczony, palny gaz, sklada¬ jacy sie glównie z tlenku wegla i wodoru. Drob¬ noziarnisty wegiel wprowadza sie pod powierzchnie kapieli zelaznej za pomoca lancy chlodzonej woda lub przy uzyciu innego równowaznego urzadzenia.Równoczesnie wprowadza sie do kapieli metalowej tlen i pare wodna przy uzyciu innych lanc. W celu otrzymania zuzla wiazacego siarke wprowadza sie do kapieli metalowej wapno, kamien wapienny lub dolomit. Przy dobrym prowadzeniu procesu wy¬ dziela sie z kapieli zelaznej gaz o przyblizonym skladzie: okolo 70—80% CO oraz okolo 15—25°/oH2.Proces ten nie zostal jednak dotychczas wyko¬ rzystany na skale wielkoprzemyslowa ze wzgledów ekonomicznych, wynikajacych z trudnosci opano¬ wania problemów gospodarki zuzlem.Do ciaglego odsiarczania kapieli zelaznej, do któ¬ rej zawsze doprowadzona jest siarka zawarta w weglu, potrzebne sa znaczne ilosci zuzla, który na¬ lezy stale odprowadzac, aby zapewnic ciagle usu¬ wanie siarki. W celu osiagania duzego stezenia siarki w zuzlu nalezy zapewnic wysoka zasadowosc (CaO : SiOs) zuzla. Przy zasadowosci zuzla wynosza¬ cej okolo 4 rozpuszcza sie w nim w stanie na¬ sycenia okolo 5% siarki. Wynika z tego, ze np. przy uzyciu wegla o zawartosci 2°/o siarki zapotrzebowa¬ nie zuzla wynosi 400 kg/t wegla. Dostarczanie i usuwanie takiej ilosci zuzla stanowi powazny pro- 110 4353 110 435 4 blem niezaleznie od ujemnego wplywu na ekono¬ mike procesu.W szczególnosci odbija sie to niekorzystnie na bilansie cieplnym procesu.W celu przynajmniej czesciowego zlagodzenia tej wady zaproponowano ciagle odprowadzanie bo¬ gatego w siarke zuzla z reaktora z kapiela zelazna i odsiarczanie go przez dzialanie para wodna. Po takiej obróbce zuzel w postaci sproszkowanej za¬ wraca sie do procesu i wprowadza do kapieli ze¬ laznej.Straty ciepla wystepujace przy regeneracji zuzla, w którym gromadzi sie takze popiól z wegla, sa tak znacznej ze proces mozna prowadzic tylko przy Wzyciu wysokokalorycznych gatunków wegla i czystego tlenu jako srodka swiezacego. Pomysl polegajacy na doprowadzaniu dodatkowej ilosci energii do kapieli zelaznej, np. przez ogrzewanie lukiem elektrycznym, w przypadku stosowania we- gla o malej wartosci opalowej, okazal sie w prak¬ tyce niemozliwy do zrealizowania.Zadanie wynalazku polega na tym, aby przy wy¬ eliminowaniu wyzej opisanych wad, opracowac praktycznie niezawodny i ekonomicznie oplacalny sposób zgazowania róznych gatunków wegla, o róz¬ nej wartosci opalowej, jak równiez usuwania znacznej czesci siarki z Wegla w reaktorze z ka¬ piela zelazna.Zgodnie z wynalazkiem cel ten osiagnieto dzieki temu, ze bogaty w siarke ciekly zuzel z reaktora z kapiela zelazna doprowadza sie w postaci cieklej do komory reakcyjnej, tam odsiarcza sie go przez wprowadzenie tlenu lub substancji zawierajacej tlen z dodatkiem albo bez dodatku gazu obojetne¬ go, a nastepnie zuzel ten w postaci cieklej zawraca sie do reaktora z kapiela zelazna.Odsiarczanie w komorze reakcyjnej, której prze¬ strzen gazowa jest calkowicie oddzielona od reak¬ tora z kapiela zelazna, zachodzi korzystnie przy wprowadzaniu tlenu pod powierzchnie kapieli zuz¬ lowej. Tlen doprowadza sie odpowiednio przez dno i/lub przez dolna czesc sciany bocznej komory reakcyjnej, tak aby spowodowac silny ruch stru¬ mieni cieklego zuzla i intensywne odsiarczanie.Okazalo' sie, ze usuwanie siarki z zuzla przebiega lepiej, gdy do tlenu dodaje sie gaz obojetny, lub niezaleznie od tlenu wprowadza go oddzielnie pod powierzchnie kapieli zuzlowej. Dysza sluzaca do wprowadlania tlenu lub substancji zawierajacej tlen orai gazu obojetnego, moze byc wykonana np. z dwóch koncentrycznych rur, przy czym tlen przesyla *ie rura srodkowa a gaz obojetny zew¬ netrzna szczelina pierscieniowa.Wedlug wynalazku w celu odsiarczania zuzla mozna takze doprowadzac powietrze do komory re¬ akcyjnej. Zaleznie od bilansu cieplnego procesu powietrze to moze byc zimne lub wstepnie pod¬ grzane. W praktyce okazalo sie korzystne dopro¬ wadzanie goracego dmuchu wielkiego pieca z do. mieszka lub bez domieszki zimnego powietrza.Przy stosowaniu sposobu bedacego przedmiotem wynalazku okazalo sie korzystne utrzymywanie w przyblizeniu jednakowej temperatury w reaktorze z kapiela zelazna i w naczyniu reakcyjnym do od¬ siarczania zuzla. Temperature w reaktorze z kapie¬ la zelazna mozna obnizac przez dodawanie sub¬ stancji, kt6re reaguja pobierajac cieplo z otoczenia, jak np. pary wodnej lub proszku kamienia wapien¬ nego, i w ten sposób sterowac temperatura w sze¬ rokich granicach. Temperature w komorze reakcyj¬ nej do odsiarczania mozna regulowac zmieniajac zawartosc tlenu w mieszaninie gazowej, jej tem¬ perature i ilosc. W wyniku praktycznego prowa¬ dzenia procesu okazalo sie, ze korzystna tempera¬ tura procesu w reaktorze z kapiela zelazna i w komorze reakcyjnej do odsiarczania zuzla wynosi okolo 1350—1450°C. Podany zakres temperatur nie jest jednak sztywny i moze byc przekroczony co najmniej o 100°C w dól lub w góre. Temperatura moze ulegac zmianom zaleznie od parametrów pro¬ cesu, jak równiez mozliwe jest wystepowanie róz¬ nicy temperatur, miedzy reaktorem z kapiela ze¬ lazna a naczyniem reakcyjnym do odsiarczania zuzla.Dalsza zaleta sposobu bedacego przedmiotem wy¬ nalazku polega na tym, ze zawartosc siarki w zu¬ zlu w reaktorze z kapiela zelazna mozna utrzymy¬ wac na dosyc niskim poziomie i dzieki temu sto¬ sowac zuzel o niskiej zasadowosci. Podczas gdy zwykle stosuje sie zasadowosc (CaO : SiOa) w za¬ kresie 1—3, to proces ten umozliwia uzyskiwanie dostatecznego stopnia odsiarczania np. jeszcze przy zasadowosci 0,8 i nizszej.W wyniku zmieszania sie zuzla odsiarczajacego o niskiej zasadowosci ze skladnikami popiolu we¬ glowego, które na ogól zawieraja znaczne ilosci alkaliów, powstaje zuzel o niskiej temperaturze topnienia. Jest to wazny czynnik umozliwiajacy stosowanie niskiej temperatury roboczej w proce¬ sie bedacym przedmiotem wynalazku.Ponadto niska zasadowosc zuzla odsiarczajacego powoduje, ze wystarczy dodawac tylko male ilosci wapna, aby wskutek stalego pobierania popiolu z wegla otrzymac zuzel o zadanym skladzie. Stanowi to zalete, odbijajaca sie korzystnie na gospodarce cieplnej procesu bedacego przedmiotem wynalazku.Odsiarczony zuzel, odprowadzany z naczynia re¬ akcyjnego do odsiarczania, zwraca sie do reaktora z kapiela zelazna a pewna jego czesc wylacza sie z obiegu i odbiera oddzielnie. Ze wzgledu na sklad, odebrany oddzielnie zuzel moze byc stosowany do produkcji cementu.Przy zwyklym prowadzeniu procesu bedacego przedmiotem wynalazku zawartosc siarki w zuzlu odprowadzanym z reaktora z kapiela zelazna i kie¬ rowanym do odsiarczania jest wyraznie nizsza od punktu nasycenia zuzla siarka. Mozna np. praco¬ wac przy zawartosci siarki w zuzlu ponizej l*/«.Chociaz zawartosc siarki w zuzlu z reaktora z ka¬ piela zelazna kierowanym do odsiarczania moze wynosic 1—3Vo lecz w naczyniu reakcyjnym ko¬ rzystnie przebiega odsiarczanie zuzla zawierajacego 0,5—1% siarki. Niska zawartosc siarki w zuzlu kierowanym do odsiarczania umzliwia oczywiscie takze otrzymanie gazu z reaktora z kapiela zelazna o bardzo niskiej zawartosci siarki. Jezeli zada sie, aby gaz otrzymywany w reaktorze z kapiela zela¬ zna zawieral bardzo malo siarki, wówczas zawar¬ tosc siarki w odsiarczanym zuzlu w reaktorze moz¬ na utrzymywac np. na poziomie 10*& rozpuszczal- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 •4110 4 5 nosci w stanie nasycenia. Oczywiscie odsiarczanie tego zuzla jest bardziej niekorzystne z punktu wi¬ dzenia bilansu cieplnego calosci procesu, gdyz na¬ lezy znacznie zwiekszyc ilosc gazu obojetnego w procesieodsiarczania. i Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie ^wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor z kapiela zelazna do zgazowania wegla, w przekroju pionowym a fig. 2 — reaktor z fig. 1 w przekroju poziomym. *o Do majacego postac konwentora reaktora 1 z ka¬ piela zelazna, wypelnionego czesciowo cieklym me¬ talem 2 zawierajacym wegiel, wdmuchuje sie do kapieli metalu 2 za pomoca dyszy 3 pyl weglowy, tlen lub substancje zawierajace tlen oraz pyl wa- 15 pienny. Zuzel 4 przeznaczony do odsiarczania prze¬ plywa kanalem odprowadzajacym 5, w którym wbudowana jest komora uspokajajaca 6 sluzaca do oddzielania kropli zelaza, do komory reakcyjnej 7, gdzie zachodzi odsiarczanie zuzla. Zelazo pochodza- ^ ce z polaczenia sie kropli zelaza wydzielajacych sie w komorze 6 odplywa kanalem 8 z powrotem do reaktora 1.Komora uspokajajaca 6 w kanale odprowadza¬ jacym 5 spelnia wazne zadanie, polegajace na moz¬ liwie calkowitym oddzielaniu zelaza, porwanego przez zuzel glównie w postaci drobnych kropelek z kapieli zelaznej w reaktorze 1. Calkowite od¬ dzielenie zelaza od zuzla, przed Wprowadzeniem go do zbiornika reakcyjnego do odsiarczania 7, jest wazne dlatego ze czastki metalu. zawarte w zuzlu wplywaja ujemnie na przebieg procesu odsiarcza¬ nia w komorze reakcyjnej 7. Czastki metalu wply¬ waja ujemnie glównie na odsiarczanie zuzla w sto- 35 sunku do ilosci doprowadzonego tlenu i czynia prawie niemozliwa kontrole odsiarczania zuzla. Po¬ nadto nie udaje sie sterowanie temperatura w ko¬ morze reakcyjnej 7 w zadanych granicach wsku¬ tek ewentualnego doplywu ciepla pochodzacego ze 4Q spalania metalu. Komora uspokajajaca 8 powinna miec taka wielkosc, aby gwarantowala odpowiedni czas przebywania zuzla w niej, to znaczy, ze szyb¬ kosc przeplywu zuzla przez komore uspokajajaca 6 musi byc znacznie mniejsza od jego szybkosci prze- 45 plywu przez kanal odprowadzajacy 5. W przypad¬ ku prowadzenia procesu zgazowania wegla z duza szybkoscia i zwiazanym z tym duzym obiegiem zuzla komora uspokajajaca 6 powinna byc wieksza niz przy wolniejszym zgazowaniu wegla. Stosunek w wolnych przekrojów przeplywu kanalu odprowa¬ dzajacego 5 i komory uspokajajacej 6 powinien ~ zwykle wynosic co najmniej 1:10.W komorze reakcyjnej 7 doprowadza sie przez umieszczona w dnie dysze 9 tlen lub susbtancje 55 zawierajace tlen do znajdujacego sie w nim zuzla co powoduje znaczne obnizenie rozpuszczalnosci siarki i utlenianie siarki, która nastepnie usuwa sie z ukladu w postaci dwutlenku siarki.Za pomoca podnosnika gazowego 10, który jest w zasilany np. azotem, kieruje sie zuzel kanalem 11, pokazanym na figurze 2, z powrotem do reaktora 1.W korzystnej postaci urzadzenie wedlug wynalaz¬ ku dysza 9 potrzebna do odsiarczania zuzla umieszczona jest w taki sposób w wymurówce dna w 6 naczynia reakcyjnego 7, ze spelnia ona zadanie podnosnika 10 i zbedne staje sie instalowanie spe¬ cjalnego podnosnika.Na figurze 2 widoczny jest takze w kanale 11, sluzacym do zawracania zuzla, przelew 12, przez który w sposób ciagly odprowadza sie z obiegu pewna ilosc zuzla.Opisane przykladowo urzadzenie bedacego przed¬ miotem wynalazku jest postacia korzystna, która nie ogranicza zakresu wynalazku. W zakres wyna¬ lazku wchodza takze wprowadzone w wykonaniu budowlanym urzadzenia zmiany, które opieraja sie na zasadzie sposobu bedacego przedmiotem wyna¬ lazku.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób odsiarczania zgazowywanego wegla w reaktorze z kapiela zelazna za pomoca zuzla od¬ siarczajacego, znamienny tym, ze bogaty w siarke ciekly zuzel z reaktora z kapiela zelazna doprowa¬ dza sie w postaci cieklej do komory reakcyjnej, tam odsiarcza sie go przez wprowadzanie tlenu lub substancji zawierajacej tlen z dodatkiem albo bez dodatku gazu obojetnego a nastepnie zuzel ten w postaci cieklej zawraca sie do reaktora z kapiela zelazna. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do odsiarczania zuzla w komorze reakcyjnej stosu¬ je sie powietrze. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperature zuzla w reaktorze z kapiela zelazna i w naczyniu reakcyjnym utrzymuje sie w gra¬ nicach od 1350*0 do 1450°C. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawartosc siarki w doprowadzanym do odsiarczania zuzlu w reaktorze z kapiela zelazna utrzymana jest wyraznie ponizej punktu nasycenia zuzla siarka. 5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze zawartosc siarki w zuzlu w reaktorze z kapiela zelazna utrzymuje sie w granicach od lf/o do 3%, korzystnie jejdnak l°/o. 6. Urzadzenie do odsiarczania zgazowywanego we¬ gla w reaktorze z kapiela zelazna, znamienne tymy ze stanowia go dwie komory reakcyjne (1, 7) o ksztalcie zblizonym do konwertora, z których ko¬ mora (1) jest komora reakcyjna dla kapieli zelaz¬ nej, zas komora (7) jest komora reakcyjna dla od¬ siarczania zuzla i podczas gdy strefy gazowe komór reakcyjnych (1, 7) sa od siebie oddzielone, to ich strefy reakcyjne sa ze soba polaczone dwoma ka¬ nalami (5, 11), przy czym kanal (5) do doprowa¬ dzania zuzla przebiega ponizej lustra kapeli zu¬ zlowej i ma na swoim odcinku, miedzy komorami reakcyjnymi (1, 7), komore uspakajajaca (6), w któ¬ rej wytracaja sie kropelki metalu z zuzla, zas ka¬ nal (11) do zawracania zuzla jest wyposazony w cisnieniowa dzwignie gazowa (10) do przetlacza¬ nia kanalem (11) zuzla z komory reakcyjnej (7) do komory reakcyjnej (1). 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 6, znamienne tym, ze kanal (11) do zawracania zuzla posiada przelew (12), do ciaglego doprowadzania czesci odsiarczane¬ go zuzla.110 435 Bltk Zlec. 241/81 r. 105+15 A4 Cena 45 zl PL