PL130741B1

PL130741B1 - Method of conversion of solid hydrocarbon fuel into gaseous fuel and fluid-bed reactor therefor

Info

Publication number: PL130741B1
Application number: PL1980227313A
Authority: PL
Original assignee: Inst Gas Technology
Priority date: 1979-10-15
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1984-09-29
Also published as: IN153943B; EP0027280B1; EP0027280A1; US4315758A; FI802922A; AU537485B2; JPS5661486A; YU40954B; YU273482A; AU6327580A; YU42060B; JPH0143799B2; FI66425C; YU264680A; ZA805938B; DE3065644D1; FI66425B; DD153557A5; ZW24080A1; BR8006497A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób konwersji stalego paliwa weglowodorowego na paliwo gazowe oraz reaktor fluidyzacyjny do konwersji paliwa weglowodorowego na paliwo igazowe. Sposób za¬ pewnia zgazowanie wegla kamiennego oraz usunie¬ cie z paliwa gazowego popiolu.Ostatnio zwiekszylo sie zainteresowanie alterna¬ tywnymi zródlami energii w zwiazku z niepewnos¬ cia dostfaw gazu oraz ropy naftowej. Z uwagi na szeroka dostepnosc wegla kamiennego móglby on byc alternatywnym zródlem energii dla gazu ziem¬ nego i ropy naftowej. Jednakze wysoka zawartosc siarki w weglu w procesie bezposredniego spalania wegla wywoluje zanieczyszczenia atmosfery oraz skraplanie sie gazów. Stwierdzono, ze produkty spalania wegla kamiennego stanowia w Stanach Zjednoczonych Ameryki 1/8 emisji zanieczyszczaja¬ cych atmosfere, z czego jSolowe stanowia tlenki siar¬ ki a 1/4 tlenki azotu oraz czasteczki stale.Znane sa sposoby zmniejszania emisji siarki po¬ chodzacej ze spalania wegla kamiennego. Obejmuja one stosowanie wegla o niskiej zawartosci siarki, oczyszczanie wegla o wysokiej zawartosci siarki metodami fizycznymi w celu usuniecia siarki, usu¬ wanie siarki z wegla podczas spalania wegla, wy¬ twarzanie paliw stalych o niskiej zawartosci siarki pozbawionych popiolu, w procesie rozpuszczania wegla, gazyfikacje wegla, oraz usuwanie siarki z powstalego gazu przed spalaniem gazowych pro¬ duktów procesu. 10 15 20 25 30 Gazyfikacja "wegla 'polaczona z oczyszczaniem powstalych gazowych produktów reakcji przez ich spalaniem zapewnia najkorzystniejsze zmniejszenie emisji siarki, poniewaz wiekszosc siarki obecnej w zagazowanym weglu wystepuje w postaci siarko¬ wodoru. Usuwanie siarczka wodoru ze zgazowanego wegla nie nastrecza wiekszych problemów. Znanych jest wiele procesów oczyszczania gazów, które za¬ pewniaja redukcje zawartosci siarkowodoru w strumieniu gazów do zawartosci ponizej 10 czaste¬ czek na milion. Niektóre procesy zapewniaja oczyszczenie gazu do zawartosci siarkowodoru ponizej 1 czasteczki na milion.Korzystnym sposobem zgazowania wegla jest pro¬ ces opracowany przez Instytut Technologii Gazów w Chicago, Illinois, (patrz Oil and Gas Journal z 1 sierpnia 1977 r. sfr. 51). Proces ten umozliwia wy¬ twarzanie czystego paliwa gazowego, o niskiej war¬ tosci cieplnej, z wegla kamiennego. Paliwo gazowe moze byc uzywane bezposrednio w przemysle lub tez jako substytut dla gazu ziemnego lub olej opa¬ lowy. Paliwo gazowe moze byc uzywane w postaci gazu syntezowego jako pólprodukt chemiczny lub jako zródlo goracego gazu redukujacego, do redukcji rud metali, takich jak ruda zelaza. W ostatnim za¬ stosowaniu pozadanym jest, aby paliwo gazowe zawieralo wysoka proporcje zawartosci tlenku wegla oraz wodoru w stosunku do pary wodnej i wody, z uwagi na wysokie wlasciwosci redukcyjne tlenku wegla oraz wodoru. 130 7413 130 741 4 W znanym procesie wytwarzania paliwa gazowego reakcja zgazowania jest prowadzona w wysokich temperaturach, co zapewnia zwiekszenie zawartosci tlenku wegla oraz wodoru. Na ogól stosuje sie tem¬ peratury zgazowania rzedu od 815°S do 1093°C, i korzystnie od 871°C do 1037°C. Nizsze temperatu¬ ry nie sa pozadane, poniewaz prowadza do powsta¬ wania duzych ilosci dwutlenku wegla oraz wody.Jednakze przy prowadzeniu procesu zgazowania wegla w wysokich temperaturach nastepuje stapia¬ nie czasteczek popiolu. Czasteczki popiolu staja sie lepkie, a nastepnie lacza sie ze soba w strefie re¬ akcyjnej. Tak wiec, chociaz w procesie zgazowania wegla korzystne sa temperatury przekraczajace 926°C, praktycznie jednak trudno jest przekroczyc temperature 1065°C poniewaz temperatury przekra¬ czajace 1093°C powoduja powstawanie lepkich cza¬ stek popiolu. Czasteczki te laczace sie ze soba utrudniaja usuwanie ich ze zloza fluidalnego.Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych Ameryki nr 2 906 608 sposób usuwania sto¬ pionych ze soba czasteczek popiolu z reaktora flu¬ idyzacyjnego, w ktorym stosuje sie króciec wylo¬ towy w postaci odwróconego stozka, usytuowany w dolnej czesci reaktora fluidyzacyjnego. Króciec wylotowy tworzy dysze typu zwezki Venturiego, majaca zwezony segment srodkowy. Przez segment w ksztalcie odwróconego stozka przeplywa strumien gazu utworzonego z mieszaniny powietrza, pary wodnej o wysokiej predkosci. Reaguje z weglem, co powoduje miejscowe powstanie wyzszej temperatu¬ ry w obrebie stozka usytuowanego na dnie reakto¬ ra. Wewnatrz odwróconego stozka czasteczki popiolu sa nagrzewane do temperatur które powoduja zwiekszenie ich lepkosci oraz laczenie sie czasteczek ze soba. Gdy czasteczki -popiolu osiagna okreslone rozmiary i ciezar to predkosc strumienia gazu przeplywajacego przez stozek nie jest w stanie utrzymac tych czasteczek w zlozu fluidalnym. Czas¬ teczki spadaja do dolnej czesci reaktora przez zwe¬ zona dolna czesc odwróconego stozka, co zapewnia ich usuniecie ze zloza fluidalnego strefy reakcyjnej.Poniewaz zawsze predkosc strumienia gazu prze¬ plywajacego przez stozek przekracza predkosc od¬ kladania sie drobnych czasteczek wegla zawartych w zlozu fluidalnym, mozliwe jest selektywne usu¬ wanie czasteczek popiolu bez usuwania czasteczek wegla, ze zloza fluidalnego.W urzadzeniach stosujacych zwezke Venturiego w strefie stozka wylotowego powstaja bardzo wy¬ sokie temperatury. Przykladowo temperatury w strefie stozka wylotowego sa co najmniej o 55°, a czesto o 111°C wyzsze niz temperatury wystepu¬ jace w zlozu fluidalnym. Poniewaz laczace sie ze soba czasteczki popiolu stale stykaja sie ze scianka¬ mi stozka, w wyniku wysokiej temperatury panu¬ jacej w stozku, konieczne jest stosowanie kosztow¬ nych stopów do wytwarzania stozków wylotowych.Ponadto z uwagi na to, ze strumien gazu tworzace¬ go aglomeraty popiolu jest taki sam jak strumien oddzielajacy aglomeraty od zloza fluidalnego, ko¬ nieczne jest scisle przestrzeganie wydatku oraz skladu strumienia gazów. Ponadto w zwezce Ven- turiego moze wystepowac spiekanie czasteczek, co prowadzi do zatykania sie zwezki, zwlaszcza w przypadku, gdy drobne czasteczki oddzielone od gazowych produktów reakcji sa powtórnie wprowa¬ dzane do zloza fluidalnego przez zwezke Venturiego.Poniewaz zatykanie sie wystepuje w strefie o wy- 5 sokiej temperaturze, stopiona masa moze wywolac przedwczesne przerwanie reakcji.W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 981 690 stwierdzono, ze uzycie zwezek Venturiego jest niekorzystne w procesach zgazowa¬ nia wegla, i zaproponowano prowadzenie procesów zgazowania w waskim zlozu fluidalnym, w którym powietrze doprowadzane do centralnego bebna sty¬ ka sie z weglem w komorze pierscieniowej, usytu¬ owanej w dolnej czesci reaktora o stosunkowo nie¬ wielkiej srednicy. Na dnie reaktora odklada sie po¬ piól usuwany przez pierscien. Sposób jednoczesnego doprowadzania wegla oraz odprowadzania popiolu nie przewiduje koniecznosci oddzielenia sfrefy do¬ prowadzania paliwa weglowego od strefy odprowa¬ dzania popiolu. Istotne znaczenie ma równiez u- mieszczenie srodkowego bebna wzgledem zloza flu¬ idalnego oraz pierscienia do usuwania popiolu jak równiez sterowanie stezeniem tlenu w dolnej czesci zloza fluidalnego tak, aby w poblizu bebna central¬ nego stezenie tlenu bylo mozliwie wysokie umozli¬ wiajac tym samym laczenie sie ze soba czasteczek popiolu, a nastepnie ich usuwanie. * ' Zgodnie ze sposobem wedlugw ynalazku gaz za¬ bierajacy tlen doprowadza do strefy reakcyjnej dwoma strumieniami, przy czym strumien o duzej zawartosci tlenu wprowadza sie przewodem osadzo¬ nym koncentrycznie w przewezonym przewodzie, przez który doprowadza sie dodatkowy strumien gazu o mniejszej zawartosci tlenu, natomiast stru¬ mien gazu nosnego zawierajacy pare wodna i nie¬ wielka ilosc tlenu wprowadza sie do zloza przez krate podtrzymujaca w kierunku do g6ry, a pows¬ taly w reakcji produkt gazowy zawierajacy roz¬ drobnione czastki wegla odprowadza sie i kieruje sie do dalszej przeróbki po uprzednim oddzieleniu rozdrobnionych czastek wegla, które zawraca sie do fluidyzacyjnej strefy reakcji w poblizu wylotu strumienia bogatego w tlen.Strumien gazu o duzej zawartosci tlenu doprowa¬ dza sie do górnego segmentu stozkowego powyzej zwezonego segmentu srodkowego przewodu, skad wprowadza sie go do strefy redukcyjnej zloza flu¬ idalnego.Stezenie tlenu w dodatkowym strumieniu gazu przechodzacym przez przewezony przewód jesf znacznie nizsze niz stezenie tlenu w strumieniu gazu przeplywajacym przez przewód osadzony koncen¬ trycznie w przewezonym przewodzie. '"* Stezenie tlenu w dodatkowym strumieniu gazu wynosi objetosciowo od 0 do 15%, zas stezenie tlenu w strumieniu gazu przeplywajacym przez przewód osadzony koncentrycznie w przewezonym przewo¬ dzie wynosi objetosciowo od 30% do 75%* Strumien gazu nosnego zawiera objetosciowo mniej niz 5% tlenu. Strumien gazu nosnego zawiera czesc gazowego produktu reakcji zachodzacej w strefie reakcyjnej przy zwiekszonej zawartosci CO i H2 w goracym produkcie reakcji.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku reak¬ tor zawiera przewezony przewód usytuowany 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 130 741 6 w dolnej czesci reaktora, w którym osadzony jest koncentrycznie przewód siegajacy górnej czesci przewezonego przewodu, zakonczony w punkcie usytuowanym nad zwezonym segmentem srodko¬ wym przewezonego przewodu, przy czym przewody sa przystosowane do doprowadzania strumienia ga¬ zu o wysokiej zawartosci tlenu, a przewody stru¬ mienia gazu o niskiej zawartosci tlenu, wspomaga¬ ja aglomeracje popiolu odprowadzanego przewezo¬ nym przewodem z reaktora.Przewezony przewód jesf usytuowany ponizej zloza fluidalnego, w poblizu kraty podtrzymujacej.Przewezony przewód stanowi zwezke Venturiego, której zwezony segment srodkowy jest usytuowany pomiedzy dwoma segmentami stozkowymi górnym i dolnym, rozszerzajacymi sie w kierunku przeciw¬ nym wzgledem zwezonego segmentu, przy czym przez zwezke Venluriego jest usuwany z reaktora popiól.Stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy prze¬ wodu (56) jest wiekszy niz 10:1. Stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy przewodu (50) jest wiekszy niz 20:1. Sposób doprowadzania tlenu oraz usuwa¬ nia popiolu, zgodnie z wynalazkiem, zapewnia pow¬ tórne doprowadzenie do zloza fluidalnego strefy reakcyjnej drobnych czasteczek wegla opuszczaja¬ cych zloze fluidalne wraz z zagaziwanymi produk¬ tami reakcji. Drobne czasteczki wegla po ich wych¬ wyceniu sa wtryskiwane do strumienia gazu zawie¬ rajacego tlen tuz przy wylocie przewodu usytuowa¬ nego koncentrycznie wewnatrz przewezonego prze¬ wodu wylotowego. Rozwiazanie takie zapewnia za¬ gazowanie czasteczek wegla bez ich odkladania sie w obrebie zwezki.Sposób wedlug wynalazku zapewnia równiez osiagniecie optymalnej zawartosci tlenku wetfla oraz wodoru w gazowych produktach reakcji.W zlozu fluidalnym zachodza nastepujace reakcje: 1). C +H20 -? CO +H2 2). CO+H20-*C02-hHt 3). C +l/20*-*CO 4). C +CO*-*2CO Reakcja pomiedzy tlenkiem wegla i woda zacho¬ dzi w fazie gazowej, zas w temperaturach od 982°C do 1093°C bardzo czybko osiaga równowage fazowa.Inne reakcje zachodza wolniej.Gazy doprowadzone do zloza fluidalnego spelniaja dwa zadania; po pierwsze tworza zloze fluidalne a po drugie reaguja z czasteczkami paliwa. Jako gaz zapewniajacy powstanie zloza fluidalnego oraz reagujacy z paliwem stosuje sie zwykle pare wod¬ na. Reakcja pomiedzy weglem i woda jest reakcja endotermiczna. Cieplo zapewniajace przebieg tej reakcji dostarcza sie przez dodanie tlenu, czystego badz w powietrzu, lub tez dodanie mieszaniny tle¬ nu z powietrzem. Reakcja tlenu z weglem powoduje wydzielanie ciepla. Jako gaz bioracy udzial w re¬ akcji poza para wodna stosuje sie korzystnie dwu¬ tlenek wegla.Aby sterowac temperatura w zlozu fluidalnym oraz poprawic kinetyke reakcji chemicznych reak¬ tora dodaje sie zwykle nadmiar pary wodnej oraz COj. Para wodna oraz C02 które nie ulegly reakcji opuszczaja reaktor stajac sie czescia gazowego pro¬ duktu reakcji. Para wodna oraz COs moga byc bez trudu usuniete z gazowego produktu reakcji i po¬ nownie skierowane do reaktora. W przypadku za¬ potrzebowania na gorace gazy o wlasciwosciach redukcyjnych nie jest mozliwe chlodzenie gazowego 5 produktu reakcji w celu usuniecia pary wodnej oraz C02, z uwagi na nadmierne strafy energii. Sta¬ je sie wtedy istotny stosunek zawartosci CO+H2 do CO2+H2O. Gdy zawartosc pary wodnej oraz COf w goracym produkcie reakcji ulegnie zmniejszeniu wzrosnie ilosc CO+H*0. Wzrost zawartosci CO+ +H20 mozna uzyskac przez zastapienie czesci nad¬ miaru pary wodnej i C02 gazowym produktem re¬ akcji, doprowadzonym ponownie do reaktora, który zawiera równiez CO i H2. Powtórne doprowadzenie czesci gazowych produktów reakcji do reaktora nie moglo wystepowac w rozwiazaniach znanych po¬ niewaz tlen byl doprowadzany do strefy reakcyjnej w wielu punktach na dnie reaktora przez krate rozdzielajaca usytuowana wokól srodkowego otworu dostarczajacego glówny strumien tlenu. Tlen doda¬ wany do reaktora, przeplywajacy przez krate, spowodowalby spalanie CO d H2 w gazowym pro¬ dukcie reakcji, gdyby byl on równiez doprowadzo¬ ny przez krate. Korzystna cecha wynalazku pole¬ gajaca na doprowadzanie tlenu do zloza fluidalnego wylacznie przez oddzielny przewód srodkowy prze¬ chodzacy przez srodek zwezki Venturiego oraz do¬ prowadzenie przez krate wylacznie pary wodnej, umozliwia doprowadzenie do reaktora czesci gazo¬ wych produktów reakcji przez krate, wraz z para wodna. Doprowadzenie do reaktora czesci gazowych produktów reakcji mozna uzyskac przez ich ochlo¬ dzenie na drodze hartowania w wodzie, usuniecie pary wodnej braz C02, oraz lekkie sprezenie gazu i skierowanie go przez krate do zloza fluidalnego.Zmniejsza to zapotrzebowanie na pare wodna a po¬ nadto zmienia sklad gazowych produktów reakcji tak, ze gorace gazowe produkty reakcji wykazuja dzialanie silnie redukujace a ponadto mozliwe jest sterowanie stosunkiem zawartosci.CO+H2 COz+H*0 Rozwiazanie to znajduje zastosowanie wtedy, gdy gorace gazowe produkty reakcji sa uzywane do re¬ dukcji rud zelaza, gdzie gazy poreakcyjne powra¬ caja do strefy zgazowania.Przedmiof wynalazku zostal uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor fluidyzacyjny w widoku z bloku, fig.' 2 — reaktor w przekroju poprzecznym, fig 3 — fragment dolnej czesci reaktora, w prze¬ kroju osiowym.Zgodnie z fig. 1 generator gazu ma postac reak¬ tora fluidyzacyjnego Z, który dziala przy zachowa¬ niu znanych parametrów takich jak temperatura i cisnienie i zapewnia konwersje czasteczek zawie¬ rajacych weglowodory, korzystnie wegla kamienne¬ go, na paliwo gazowe o niskiej wartosci cieplnej, w zlozu fluidalnym 4. Korzystnie 6tosuje sie tem¬ peratury rzedu 882—1083°C, oraz cisnienie rzedu 6—L5 m/s. Sproszkowane paliwo weglowe jest do¬ prowadzane do leja samowyladowczego 8 przewo¬ dem zasilajacym 8. Paliwo zgromadzone w leju sa¬ mowyladowczym 8 przesuwa sie przewodem ruro¬ wym 10. Wegiel ulega zmieszaniu z gazowym me- 15 20 25 30 35 40 45 50 5' 607 130 741 8 diuni (korzystnie para wodna) przeplywajacym przez przewód rurowy 12 oraz przewód rurowy 14 do reaktora 2 z predkoscia okolo 6 m/s — 15 m/s.Swieze paliwo weglowe jest! doprowadzane do reaktora 2 przez przewód rurowy 18, który siega na niewielkim odcinku do wnetrza zloza fluidal¬ nego 4. Stozkowa wymurówka ogniotrwala 16 otacza przewód rurowy 18 odchylajac tym samym material staly, który przemieszcza sie wzdluz scianki reak¬ tora. Bezposrednie doprowadzenie wegla do zloza fluidalnego 4 eliminuje koniecznosc wstepnej ob¬ róbki wegla.Zloze fluidalne 4 sklada sie z mieszaniny pary wodnej oraz tlenu, paliwa weglowego oraz wegla odbarwiajacego tworzacych podczas reakcji czyn¬ nik reakcyjny 5. Czynnik reakcyjny 5 sklada sie z mieszaniny tlenku wegla, pary wodnej, wodoru, weglowodorów oraz czasteczek wegla. Czynnik re¬ akcyjny 5 usuwa sie króccem wylotowym 20, do pierwszego stopnia oddzielacza odsrodkowego 22.Wewnatrz oddzielacza odsrodkowego 22 grubsze czasteczki (o rozmiarach od 20 do 250 mikronów) oddzielaja sie od produktu reakcji i powracaja przewodem rurowym 24 bezposrednio doz loza flu¬ idalnego 4.Czynnik reakcyjny 5 opuszczajacy oddzielacz od¬ srodkowy 22 jeslf usuwany przewodem rurowym 26 z górnej czesai oddzielacza 22. Nastepnie przecho¬ dzi na drugi stopien oddzielacza odsrodkowego 28, w którym nastepuje odzysk drobnych czasteczek wegla (o srednicy od 5 do 100 mikronów). Rozdrob¬ niony material doprowadza sie przewodem 32 do strefy usytuowanej w poblizu dna z loza fluidalne¬ go 4. Gazowy produkt reakcji S0 usuwa sie z górnej czesci oddzielacza odsrodkowego 28 w celu dalszej obróbki, lub jako strumien gazu powraca do re¬ aktora 2.Pare wodna oraz tlen w ilosci zapewniajacej utrzymanie reakcji zgazowania w zlozu fluidalnym 4 doprowadza sie do dolnej czesci reaktora 2 przez zwezke Venturiego 40 oraz przewód 50. Przewód 50 jest osadzony koncentrycznie w obrebie zwezki Ven- turiego 40. Mieszanina pary wodnej oraz tlenu do¬ prowadzana do zwezki Venturiego 40 przez przewód 54 oraz mieszanina pary wodnej i tlenu doprowa¬ dzana osadzonym koncentrycznie przewodem 50, i przewodem 52,' zapewnia selektywne oddzielanie i usuwanie popiolu z dolnej czesci zloza fluidal¬ nego 4.Zwezka Venturiego 40 posiada skierowany, do góry, segment stozkowy 46, zwezony segment srod¬ kowy 44 oraz, skierowany do dolu, stozkowy seg¬ ment 48. Srodkowy przewód 50 jest osadzony w seg¬ mencie srodkowym 44 nad linia kreskowa 45. Za¬ konczenie przewodu 50 znajduje sie w obrebie skie¬ rowanego do góry segmentu stozkowego 46 ale ponizej linii kreskowej 47. Stezenie tlenu, to oznacza stosunek tlenu do pary wodnej strumienia gazu przeplywajacego do góry przez przewód 50 jest4 znacznie wyzsze niz stezenie tlenu w mieszaninie pary wodnej i tlenu przeplywajacego przez zwezke Yenturiego 40. Chociaz zawartosc tlenu w strumie¬ niu prezplywajacym przez zwezke Yenturiego 40 moze byc wysoka, siegajac 20%, to korzystnie sto¬ suje sie stezenie tlenu ponizej 15%.Chociaz stezenie tlenu w przewodzie 52 moze sie¬ gac 100%, korzystnie stosuje sie stezenie tlenu w zakresie od 30 do 75%.Stwierdzono, ze przy zachowaniu tych ograniczen 5 oraz odpowiednich proporcji stezenia tlenu, mozli¬ we jest utrzymanie wysokiej koncentracji popiolu w zlozu fluidalnym 4, co jednak nie doprowadza do spiekania sie popiolu na powierzchni kraty 42.W szczególnosci przy pracy ciaglej mozliwe jest utrzymanie stezen popiolu w zlozu fluidalnym 4 w zakresie od 80 do 85%.Dodatkowa pare wodna oraz medium utrzymuja¬ ce zloze fluidalne doprowadza sie przez króciec wlotowy 38 korzystnie do strefy gazyfikacji. Zapew¬ nia to utrzymanie wlasciwego przeplywu w obrebie zloza fluidalnego 4. Korzystanie pare wodna dopro¬ wadza sie przez króciec wlotowy 38 do zloza flui¬ dalnego 4 ponizej kraty podtrzymujacej 42, usytuo¬ wanej koncentrycznie wokól zwezki Venturiego 40.Para wodna przeplywa do góry poprzez otwory 43 w kracie 42 stykajac sie ze zlozem fluidalnym. Ko¬ rzystnie para wodna przeplywajaca przez krate 42 jest pozbawiona tlenu. Strumien pary wodnej prze¬ plywajacej przez króciec wlotowy 38 zawiera ko¬ rzystnie ponizej 5% tlenu. Szczególnie korzystne zastosowanie znajduje para wodna niezawierajaca tlenu. Stwierdzono, ze doprowadzajac cala zawar¬ tosc tlenu wymagana do przeprowadzenia reakcji zgazowania wegla przez usytuowana centralnie zwezke Venturiego zaopatrzona w przewód osadzo¬ ny centralnie w zwezce w ten sposób, ze przez przewód przeplywa tlen o duzym stezeniu, nato- m:aist stezenie tlenu w strumieniu przeplywajacym przez zwezke Venturiego jest n:zsze, eliminuje ko¬ niecznosc doprowadzania tlenu do reaktora 2 przez krate 42. Rozwiazanie takie eliminuje spiekanie sie popiolu. Popiól laczy sie w wieksze czasteczki, a nastepnie jest usuwany z reaktora w wyniku wspóldzialania zwezki Venturiego 40 oraz srodko¬ wego przewodu 50.Brak tlenu w parze wodnej doprowadzanej przez króciec wlotowy 38 pozwala na doprowadzenie do dojnej czesci zloza fluidalnego 4 czesci gazowych produktów reakcji, które zawieraja tlenek wegla oraz wodór. Umozliwia to wytwarzania gazowego produktu reakcji, o wysokiej temperaturze, wyka¬ zujacego wysokie wlasciwosci redukcyjne oraz wy¬ soka zawartosc tlenku wegla oraz wodoru. Cz;sc gazowego produktu reakcji przeplywajacego przez oddzielacz odsrodkowy 28 jest doprowadzana prze¬ wodem 34 i chlodzona w celu oddzielenia pary wod¬ nej oraz dwutlenku wegla. Nastepnie czesc gazo¬ wego produktu reakcji po sprezeniu ulega zmiesza- nu z para wodna doprowadzana przewodem 36 do krócca wlotowego 38, dolaczonego do dolnej czesci zloza fluidalnego 4.Strumien gazu doprowadzony króccem wlotowym 38 oraz przewodami 52 i 54 uzyskuje powierzch¬ niowa predkosc w zlozu fluidalnym 4 w zakresie od 0,6 m/s do 1,8 m/s. Stwierdzono, ze szczególnie korzystne zastosowanie znajduja powierzchniowe predkosci gazu przekraczajacego 0,6 m/s, poniewaz zapobiegaja odkladaniu sie popiolu na sciankach reaktora oraz na nachylonej kracie 42.Predkosc gazu przeplywajacego przez przewód 50 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0C9 130741 10 jest utrzymywana zwykle w zakresie od 15 m/s do 300 m/s. Szczególnie korzystne sa predkosci w za¬ kresie od 30 m/s do 180 m/. Predkosci takie umozli¬ wiaja laczenie sie ze soba czasteczek popiolu w po¬ blizu wylotu przewodu 50 w strefie 51 o wyzszej temperaturze. Jednoczesnie takie predkosci gazu nie wplywaja na stabilnosc zloza fluidalnego 4 oraz na zdolnosc zwezki Venturiego 40 do usuwania spie¬ czonych ze soba czasteczek popiolu, powstalych w strefie 51.Aby zapewnic stabilnosc w obrebie zloza fluidal¬ nego 4 stosunek srednicy przewodu 50 do srednicy reaktora 2 powinien wynosic co najmniej 10:1, a korzystnie wiecej niz 20:1* Stosunek srednicy zwezonego segmentu srodkowego 44 do srednicy przewodu 50 nie jest istotny i moze byc tak do¬ brany, aby umozliwic odprowadzanie czasteczek popiolu powstajacych w strefie 51 do dolnego prze¬ wodu 56.Predkosc strumienia gazu przeplywajacego przez "zwezke Venturiego 40, a otaczajacego przewód 50, wynosi od 3 m/s do 60 m/s. Korzystnie stosuje sie predkosci od 12 m/s do 45 m/s. Predkosci strumieni gazu przeplywajacych przez przewód 50 i zwezke Venturiego 40 sa tak dobrane, aby umozliwic od¬ prowadzenie spieczonych czasteczek popiolu przez zwezony segment stozkowy 44 zwezki 40 do prze¬ wodu 56, zapobiegajac jednoczesnie odprowadzaniu z reaktora 2 wegla, który nie ulegl zgazowaniu.Przez zmiane stezenia tlenu i/lub predkosci stru¬ mieni gazów doprowadzanych przez zwezke yentu¬ riego 40 oraz przewód 50 mozliwe jest' sterowanie laczeniem sie ze soba czasteczek popiolu oraz odpro¬ wadzeniem popiolu.Czasteczki 'popiolu opadaja przewodem 56 do ka¬ pieli wodnej 60 utrzymywanej w dolnej czesci re¬ aktora. Woda jest doprowadzana króccem wyloto¬ wym 62. Kapiel wodna 60 zapewnia hartowanie czasteczek popiolu, co umozliwia usuniecie dch w postaci zuzla przez przewód 64.Jedna z korzystnych cech wynalazku jest mozli¬ wosc powtórnego doprowadzenia drobnych czaste¬ czek paliwa do zloza fluidalnego 4. Material odzy¬ skany z oddzielacza odsrodkowego 28 drugiego stop¬ nia jest wtryskiwany pneumatycznie przewodem rurowym 32 do strefy 51 o wysokiej' temperaturze.W strefie 51 reaguje tuz przy wylocie przewodu 50 z gazem zawierajacym tlen, a doprowadzanym przez przewód 50. Doprowadzenie* rozdrobnionych czaste¬ czek paliwa do okreslonej strefy zloza fluidalnego zapewnia kcnwersfe wegla oraz wodoru zawartego w paliwie w wartosciowe paliwo gazowe wyelimi- nujac odprowadzania spieczonych czasteczek pali¬ wa przez zwezke Venturiego 40.Przyklad I. Aby okreslic dzialanie stezenia tlenu w róznych punktach w dolnej czesci zloza flu¬ idalnego 4, a'zwlaszcza wzdluz kraty 42, w pobli¬ zu wylotu przewodu 50 oraz w poblizu wylotu zwezki Venturiego 40, przeprowadzono kilka pro¬ cesów zgazowania wegla przy zachowaniu parame¬ trów zestawionych w tablicy 1.Z tablicy 1 wynika, ze obecnosc przewodu 50, osadzonego centralnie w zwezce Venturiego 40 eliminuje niekorzystne stapianie sie czasteczek po¬ piolu wewnatrz zwezki.Tablica 1 Wegiel Srednica reaktora Srednica zwezki yen¬ turiego Srednica przewodu centralnego Temperatura °C Predkosc powier^h- niowa Stezenie Oa na kracie Stezenie 02 w zwezce Venturiego Stezenie Og w prze¬ wodzie centralnym Czas przebiegu Doprowadzenie wegla Wsad wegla ¦k Spiekanie popiolu w zwezce Venturiego Przebieg 12)6 gatunek W.Kentucky nr 9 0,9 m 7,6 cm bez przewodu 990°C 1 fi m/s 23,5% 19,5% — 168 godz. 470 kg/h 84 tony itak Przebieg 133 gatunek W.Kentucky nr 9 0,9 m 11,4 cm 2,8 cm 1012°C 0,97 m/s 0% 12% 33% 128 godz. 644 kg/h 102 tony nie Przyklad II. Doprowadzono strumien tlenu w dwa miejsca kraty 42, nastepnie doprowadzono tlen do reaktora wylacznie przez przewód 20 osa¬ dzony centralnie wewnatrz zwezki Venturiego 40.Parametry przebiegów zostaly zestawione w tabli¬ cy 2.Tablica 2 Wegiel Srednica reaktora Srednica zwezki yen¬ turiego Srednica dyszy Usytuowanie dyszy Temperatura °C Predkosc powierzch¬ niowa Spiekanie popiolu w 1 zwezce Venturdego Przebieg 126 gatunek W.Kentucky nr 9 0,9 m 7,6 cm 1,27 cm 2 dysze wystajace z kraty reaktora 1037°C 1,21 m/s tak Przebieg 138 gatuneik W.Kentucky nr 9 0,9 m 1.1,4 cm 2,8 cm i 1 przewód centralny w zwezce yenturie¬ go I012°C 0,97 m/s nie Z tablicy 2 wynika, ze doprowadzenie tlenu przez przewód centralny osadzony w zwezce yen¬ turiego zapobiega nierównomiernemu spiekaniu sie popiolu w obrebie zloza fluidalnego 4 oraz na kra¬ cie 42.Przyklad III. W celu zbadania efektu dopro¬ wadzania drobnych czasteczek paliwa do zloza flu¬ idalnego 4 a wychwyconych przez drugi stopien od¬ dzielacza odsrodkowego 28 przeprowadzono szereg procesów których parametry zostaly zestawione w tablicy 3. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6011 iatm 12 Tablica 3 Przebieg nr Drobne czasteczki paliwa doprowa- J dzone z: I stopnia oddzie¬ lacza odsrodkowe¬ go II stopnia oddzie¬ lacza odsrodkowe¬ go Doprowadzenie wegla, kg/h Klasyfikacja paliwa, kg/h Predkosc powierz¬ chniowa, m/s Stopien wykorzy¬ stania wegla, %* Rozklad drobnych czasteczek nie wra¬ cajacych do proce¬ su, % wagowe numer sita 40 numer sita 70 I numer sita 140 ] numer sita 200 numer sita 230 50 mikronów 40 mikronów 20 mikronów 10 mikronów 5 mikronów | 1» . tak tak 494 24 1,28 94 — — — —. —< 4,0 6,0 11,5 45,5 33,0 | 132 - nie nie 825 257 1,15 73 9,9 8,9 19,6 7,4 3,0 11,8 23,5 10,8 4,3 0^ 103) tak nie 785 95 1,09 89 0,0 0,6 13,5 15,5 5,5 13,5 28,8 14,9 6,8 0,6 | *) W oparciu o wsad wegla oraz straty popiolu i drobnych czasteczek.Na zaobserwowano spiekaniu sie czasteczek we¬ gla and ich laczenia sie, zas klasyfikacja drobnych czasteczek wegla w obrebie zloza fluidalnego 4 ule¬ gla istotnemu zmniejszeniu.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób konwersji stalego paliwa weglowodoro¬ wego na paliwo gazowe zawierajace rozdrobnione czastki materialu, w którym gaz zawierajacy tlen zmieszany z para wodna doprowadza sie do zetknie¬ cia z paliwem stalym w podwyzszonej temperatu¬ rze w obszarze strefy reakcyjnej zloza fluidalnego, a powstaly z reakcji popiól zbiera sie w dolnej cze¬ sci strefy reakcyjnej i usuwa sie przez przewezony przewód, znamienny tym, ze gaz zawierajacy tlen doprowadza sie do strefy reakcyjnej dwoma stru¬ mieniami, przy czym pierwszy strumien o duzej za¬ wartosci tlenu wprowadza sie przewodem osadzo¬ nym koncentrycznie w przewezonym przewodzie, przez ktciry z kolei wprowadza sie drugi strumien gazu o mniejszej zawartosci tlenu, natomiast stru¬ mien gazu nosnego zawierajacy pare wodna i co najwyzej niewielka ilosc tlenu wprowadza sie do zloza fluidalnego przez krate podtrzymujaca w kie¬ runku do góry, a powstaly w czasie reakcji produkt gazowy zawierajacy rozdrobnione czasfki wegla od¬ prowadza sie i kieruje do dalszej przeróbki po uprzednim oddzieleniu rozdrobnionych czastek we¬ gla, które zawraca sie wprowadzajac do strefy 5 reakcji zloza fluidalnego w poblizu wylotu strumie¬ nia o duzej zawartosci tlenu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze strumien gazu o duzej zawartosci tlenu wprowa¬ dza sie do górnego segmenfti stozkowego ponad io segment zwezonego przewodu, skad wprowadza sie do strefy reakcyjnej zloza fluidalnego. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stezenie tlenu w drugim strumieniu gazu przecho¬ dzacym przez przewezony przewód jest znacznie 15 nizsze niz stezenie tlenu w pierwszym strumieniu gazu przeplywajacym przez przewód osadzony kon¬ centrycznie w przewezonym przewodzie. 4. Sposób wedlug zaslrz. 3, znamienny tym, ze stezenie tlenu w drugim strumieniu gazu wynosi 20 objetosciowo 0—15%, zas stezenie tlenu w pierwszym strumieniu gazu wynosi objetosciowo od 30% do 75%. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stezenia tlenu w strumieniu gazu nosnego przeply- 25 wajacego przez krate wynosi objetosciowo co naj¬ wyzej 5%. 6. Sposób wedlug zastrzeznia 5, znamienny tym, ze strumien gaziu nosnego przepuszczony przez kra¬ te zawiera czesc gazowego produktu reakcji zacho- 30 dzacej w strefie reakcyjnej przy zwiekszonej za¬ wartosci CO i Ht w goracym produkcie reakcji. 7. Reaktor fluidyzacyjny. do konwersji stalego paliwa weglowodorowego na paliwo gazowe, zna¬ mienny tym, ze zawiera przewezony przewód (40) 35 usytuowany w dolnej czesci reaktora (2), w którym osadzony jest koncentrycznie przewód (50), siega¬ jacy górnej czesci przewezonego przewodu (40), za¬ konczony w punkcie usytuowanym nad zwezonym segmentem srodkowym (44) przewezonego przewo- 40 du (40), przy czym przewody (50, 52) sa przystoso¬ wane do doprowadzania strumienia gazu o wyso¬ kiej zawartosci tlenu, a przewody (54, 56) strumie¬ nia gazu o niskiej zawartosci tlenu, wspomagajac aglomeracje popiolu odprowadzanego przewezonym 45 przewodem (40) z reaktora (2). 8. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze przewezony przewód (40) jest usytuowany ponizej zlozna fluidalnego, w poblizu kraty podtrzymujacej (42). s0 9. Reaktor wedlug zastrz. 0, znamienny tym, ze przewezony przewód (40) stanowi zwezke Yenturie- go, której zwezony segment srodkowy (44) jest usy¬ tuowany pomiedzy dwoma segmentami stozkowy¬ mi górnym (46) i dolnym (48), rozszerzajacymi sie 55 w kierunku przeciwnym wzgledem zwezonego seg¬ mentu (44), przy czym przez zwezke Venturiego jest* usuwany z reaktora (2) popiól. 10. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy przewo- m du (50) jest wiekszy niz 10:1. 11. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym,' ze stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy przewo¬ du (50) jest wiekszy niz 20:1.130 741 PL PL PL PL PL PL

Claims

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób konwersji stalego paliwa weglowodoro¬ wego na paliwo gazowe zawierajace rozdrobnione czastki materialu, w którym gaz zawierajacy tlen zmieszany z para wodna doprowadza sie do zetknie¬ cia z paliwem stalym w podwyzszonej temperatu¬ rze w obszarze strefy reakcyjnej zloza fluidalnego, a powstaly z reakcji popiól zbiera sie w dolnej cze¬ sci strefy reakcyjnej i usuwa sie przez przewezony przewód, znamienny tym, ze gaz zawierajacy tlen doprowadza sie do strefy reakcyjnej dwoma stru¬ mieniami, przy czym pierwszy strumien o duzej za¬ wartosci tlenu wprowadza sie przewodem osadzo¬ nym koncentrycznie w przewezonym przewodzie, przez ktciry z kolei wprowadza sie drugi strumien gazu o mniejszej zawartosci tlenu, natomiast stru¬ mien gazu nosnego zawierajacy pare wodna i co najwyzej niewielka ilosc tlenu wprowadza sie do zloza fluidalnego przez krate podtrzymujaca w kie¬ runku do góry, a powstaly w czasie reakcji produkt gazowy zawierajacy rozdrobnione czasfki wegla od¬ prowadza sie i kieruje do dalszej przeróbki po uprzednim oddzieleniu rozdrobnionych czastek we¬ gla, które zawraca sie wprowadzajac do strefy 5 reakcji zloza fluidalnego w poblizu wylotu strumie¬ nia o duzej zawartosci tlenu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze strumien gazu o duzej zawartosci tlenu wprowa¬ dza sie do górnego segmenfti stozkowego ponad io segment zwezonego przewodu, skad wprowadza sie do strefy reakcyjnej zloza fluidalnego.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stezenie tlenu w drugim strumieniu gazu przecho¬ dzacym przez przewezony przewód jest znacznie 15 nizsze niz stezenie tlenu w pierwszym strumieniu gazu przeplywajacym przez przewód osadzony kon¬ centrycznie w przewezonym przewodzie.

4. Sposób wedlug zaslrz. 3, znamienny tym, ze stezenie tlenu w drugim strumieniu gazu wynosi 20 objetosciowo 0—15%, zas stezenie tlenu w pierwszym strumieniu gazu wynosi objetosciowo od 30% do 75%.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stezenia tlenu w strumieniu gazu nosnego przeply- 25 wajacego przez krate wynosi objetosciowo co naj¬ wyzej 5%.

6. Sposób wedlug zastrzeznia 5, znamienny tym, ze strumien gaziu nosnego przepuszczony przez kra¬ te zawiera czesc gazowego produktu reakcji zacho- 30 dzacej w strefie reakcyjnej przy zwiekszonej za¬ wartosci CO i Ht w goracym produkcie reakcji.

7. Reaktor fluidyzacyjny. do konwersji stalego paliwa weglowodorowego na paliwo gazowe, zna¬ mienny tym, ze zawiera przewezony przewód (40) 35 usytuowany w dolnej czesci reaktora (2), w którym osadzony jest koncentrycznie przewód (50), siega¬ jacy górnej czesci przewezonego przewodu (40), za¬ konczony w punkcie usytuowanym nad zwezonym segmentem srodkowym (44) przewezonego przewo- 40 du (40), przy czym przewody (50, 52) sa przystoso¬ wane do doprowadzania strumienia gazu o wyso¬ kiej zawartosci tlenu, a przewody (54, 56) strumie¬ nia gazu o niskiej zawartosci tlenu, wspomagajac aglomeracje popiolu odprowadzanego przewezonym 45 przewodem (40) z reaktora (2).

8. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze przewezony przewód (40) jest usytuowany ponizej zlozna fluidalnego, w poblizu kraty podtrzymujacej (42). s0

9. Reaktor wedlug zastrz. 0, znamienny tym, ze przewezony przewód (40) stanowi zwezke Yenturie- go, której zwezony segment srodkowy (44) jest usy¬ tuowany pomiedzy dwoma segmentami stozkowy¬ mi górnym (46) i dolnym (48), rozszerzajacymi sie 55 w kierunku przeciwnym wzgledem zwezonego seg¬ mentu (44), przy czym przez zwezke Venturiego jest* usuwany z reaktora (2) popiól.

10. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy przewo- m du (50) jest wiekszy niz 10:1.

11. Reaktor wedlug zastrz. 7, znamienny tym,' ze stosunek srednicy reaktora (2) do srednicy przewo¬ du (50) jest wiekszy niz 20:1.130 741 PL PL PL PL PL PL