PL174698B1

PL174698B1 - Method of allothermally gasifying solid fuels and plant therefor

Info

Publication number: PL174698B1
Application number: PL94303738A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Fidrych; Zygmunt Froń; Krystyna Rusin
Original assignee: Ekolbud Sp Inzynierska Projekt; Ekologiczne Przed Uslugowo Han
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1998-09-30
Also published as: PL303738A1

Abstract

1. Sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza niskoenergetycznegowęgla dlawytworzenia parywodnej i/lub ciepłej wody do celów energetycznych i przemysłowych, obejmujący przygotowanie paliw stałych w strumieniu gazów spalinowych, pirolizę i gazyfikację w atmosferze pary wodnej i powietrza, chłodzenie i oczyszczanie surowego gazu palnego, znamienny tym, że proces pirolizy i gazyfikacji paliwa stałego o uziarnieniu dogodnie od 0 do 0,3 mm prowadzi się w okresie czasu, który zapewnia pojemność przewodu mieszania i komory reaktora oraz przy ciśnieniu quasiatmosferycznym w temperaturze od 800 - 950°C za pomocą gorących gazów zc spalania karbonizatu, odparowania i spalania odpowiednio rozpylonych szlamów z węzła odsiarczania oraz szlamów i odgazów z węzła odazotowama, a otrzymany surowy gaz palny, po oczyszczeniu z karbonizatu, chłodzi się do temperatury, korzystnie od 50 - 150°C, a następnie w obiegach zamkniętych odazotowuje i odsiarcza, przy czym do procesu odsiarczania wprowadza się gaz zawierający związki siarki w postaci siarkowodoru. 12. Instalacja do zgazowania paliw stałych zawierająca węzły: przygotowania paliw stałych, pirolizy i gazyfikacji, obróbki gazu surowego wraz z utylizacją ciepła, znamienna tym, że posiada komorę paleniskową (24) ze stycznie doprowadzonymi przewodami: odgazów (50) i zimnego powietrza (25), następnie osiowym przewodem gazowego nośnika ciepła (17), usytuowaną przed węzłem pirolizy i gazyfikacjiskładającym się z przewodu mieszania (16) i komory reakcyjnej (14), następnie węzeł chłodzenia gazów surowych złożony z podgrzewacza powietrza (18), rekuperatora ciepła (29), podgrzewacza powietrza lub ciepłej wody, a ponadto posiada węzeł odazotowania gazów przed węzłem odsiarczania gazów oraz kocioł energetyczny (39) połączony z przewodami doprowadzającymi: gazu palnego (27), ogrzanego powietrza (33), wody zasilającej (38) i przewodami odprowadzającymi parę i/lub ciepłą wodę (40) oraz, nadmiar czystych spalin do atmosfery (41).1. A method of allothermic gasification of solid fuels, especially low-energy coal, for the production of steam and/or hot water for energy and industrial purposes, comprising the preparation of solid fuels in a stream of exhaust gases, pyrolysis and gasification in an atmosphere of steam and air, cooling and purification of raw combustible gas, characterized in that the process of pyrolysis and gasification of solid fuel with a grain size of conveniently from 0 to 0.3 mm is carried out in a period of time that ensures the capacity of the mixing duct and the reactor chamber and at quasi-atmospheric pressure at a temperature of 800 - 950°C using hot gases from the combustion of char, evaporation and combustion of appropriately atomized sludge from the desulfurization unit and sludge and off-gases from the denitrification unit, and the obtained raw combustible gas, after being purified from char, is cooled to a temperature of preferably 50 - 150°C, and then denitrified in closed circuits. desulfurizes, wherein a gas containing sulfur compounds in the form of hydrogen sulfide is introduced into the desulfurization process. 12. Installation for gasification of solid fuels, comprising the following nodes: preparation of solid fuels, pyrolysis and gasification, raw gas processing with heat utilization, characterized in that it has a combustion chamber (24) with tangentially connected conduits: exhaust gases (50) and cold air (25), then an axial conduit of a gaseous heat carrier (17), situated before the pyrolysis and gasification node, consisting of a mixing conduit (16) and a reaction chamber (14), then a raw gas cooling node consisting of an air heater (18), a heat recuperator (29), an air or hot water heater, and furthermore it has a gas denitrification node before the gas desulfurization node, and a power boiler (39) connected to the following supply conduits: combustible gas (27), heated air (33), feed water (38) and steam and/or hot water discharge conduits (40) and, excess clean exhaust gases into the atmosphere (41).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób allotermicznego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza niskoenergetycznego węgla dla wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody dla celów energetycznych i przemysłowych. Przedmiotem wynalazku jest również instalacja do stosowania tego sposobu. Zgazowaniu mogą być poddane takie paliwa jak: węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, łupki bitumiczne i muły węglowe.The subject of the invention is a method of allothermal gasification of solid fuels, especially low-energy coal for the production of steam and / or hot water for energy and industrial purposes. The invention also relates to an installation for implementing this method. The following fuels can be gasified: hard coal, lignite, peat, bituminous shale and coal sludge.

Ze względu na sposób w jaki paliwo stałe kontaktuje się z medium zgazowującym znanych jest kilka podstawowych metod ich zgazowania. Przyjmując za kryterium podziału zagęszczenie zgazowanego paliwa rozróżnia się sposoby zgazowania: złoża ubitego stacjonarnego, złoża usypanego quasistacjonarnego, złoża fluidalnego, w którym paliwo wraz z gazem znajduje się w stanie intensywnego ruchu oraz z bardzo rozrzedzonym złożem, w którym zgazowane paliwo jest zawieszone w medium gazowym będącym w ruchu turbulentnym. Ostatnie z wymienionych sposoby różnią się między sobą: parametrami fizykochemicznymi medium zgazowującego, jego składem chemicznym, ciśnieniem, temperaturą, prędkością względną, układami oczyszczania gazów i konstrukcją reaktorów. Sposoby zgazowania paliw stałych w ośrodku gazowym znane są w technice pod nazwami: Ruhrgas, Lurgi Winkler - Ht, Koppers - Totzek, Texaco, Ber, Bigas, Hygas Synthone, Acceptor, Shell - Koppers, Cogas, U-gas, Battelle - Corbide, Exxon, Westing - house, Hydrane, Coed, Igrufluid Garrett, Hri, Babcock - Wilcox.Due to the way in which solid fuel contacts the gasifying medium, several basic methods of gasification are known. Taking the gasified fuel concentration as the criterion, the following gasification methods are distinguished: a stationary compacted bed, a quasi-stationary heaped bed, a fluidized bed in which the fuel and gas are in a state of intense movement, and a very thin bed in which the gasified fuel is suspended in the gaseous medium in turbulent motion. The last of the mentioned methods differ among themselves: the physicochemical parameters of the gasifying medium, its chemical composition, pressure, temperature, relative speed, gas cleaning systems and the design of reactors. Methods of gasifying solid fuels in a gas medium are known in the art under the names: Ruhrgas, Lurgi Winkler - Ht, Koppers - Totzek, Texaco, Ber, Bigas, Hygas Synthone, Acceptor, Shell - Koppers, Cogas, U-gas, Battelle - Corbide, Exxon, Westing - house, Hydrane, Coed, Igrufluid Garrett, Hri, Babcock - Wilcox.

Istotnym parametrem procesów zgazowania paliw stałych jest podwyższona temperatura, której utrzymanie na prawie stałym poziomie wymaga doprowadzenia ciepła: bądź z częściowego spalania (metoda autotermiczna) bądź z obcego źródła (metoda allotermiczna).An important parameter of solid fuel gasification processes is the increased temperature, the maintenance of which at an almost constant level requires the supply of heat: either from partial combustion (autothermal method) or from a foreign source (allothermal method).

174 698174 698

Zgazowanie allotermiczne jest korzystniejsze od autotermicznego z punktu widzenia techniki gazowniczej, gdyż daje większy uzysk gazu. Do procesu zgazowania allotermicznego energia cieplna może być doprowadzona w dowolnej formie i z dowolnego obcego źródła. Może to być ciepło energii elektrycznej, ciepło utylizowane lub ciepło ze specjalnie do tego celu skonstruowanej komory spalania wytwarzającej gorące gazy nagrzewające do odpowiedniej temperatury zgazowane paliwo. Ma to miejsce na przykład w procesie Garrett'a, w którym deficyt ciepła reakcji endotermicznych, pokrywa odrębna, specjalnej konstrukcji komora paleniskowa spalająca karbonizat uzyskany ze zgazowania węgla. Znane sposoby zgazowania zachodzą w temperaturach od 700 do 1500°C, w których dochodzi do karbonizacji ziarna paliwa. Uzyskany karbonizat według wszystkich wzmiankowych procesów z wyjątkiem procesu Garrett'a jest kierowany poza urządzenie zgazowujące, do spalenia w paleniskach energetycznych lub stanowi zasadniczy składnik bezdymnych brykietów, jak to ma miejsce w procesie IChPW Zabrze. Natomiast gaz palny z procesu zgazowania poddawany jest obróbce, zwłaszcza schłodzeniu i odsiarczeniu.Allothermal gasification is preferable to autothermal gasification from the gas technology point of view, as it gives a greater gas yield. Thermal energy can be supplied to the allothermal gasification process in any form and from any foreign source. It may be electric energy heat, utilized heat or heat from a combustion chamber specially designed for this purpose, producing hot gases, heating the gasified fuel to a suitable temperature. This is the case, for example, in the Garrett process, in which the heat deficit of endothermic reactions is covered by a separate, specially designed combustion chamber that burns the char obtained from coal gasification. The known gasification methods take place at temperatures from 700 to 1500 ° C, in which the fuel grain is carbonized. The obtained char, according to all the mentioned processes, except for the Garrett process, is directed outside the gasification device, to be burned in power furnaces or is an essential component of smokeless briquettes, as is the case in the IChPW Zabrze process. On the other hand, the combustible gas from the gasification process undergoes treatment, especially cooling and desulfurization.

Gazyfikacja węgla opisana jest szeroko w literaturze patentowej. Znane są różne sposoby zgazowania paliwa stałego obejmujące swym zakresem cały proces względnie jego etapy. Przedmiotem patentów są również instalacje i urządzenia do zgazowania paliw stałych.Coal gasification is widely described in the patent literature. Various methods of solid fuel gasification are known, covering the entire process or its stages. The subject of patents are also installations and devices for gasification of solid fuels.

W polskich opisach patentowych nr 156 479 i nr 156 480 przedstawiono sposób doprowadzenia drobnoziarnistego i pyłowego paliwa do reaktora zgazowującego będącego pod podwyższonym ciśnieniem, a ponadto - w patencie nr 156 479 - urządzenie do przeprowadzenia tego sposobu. Istnieją również patenty: nr 159 892 na sposób oziębiania gorącego produktu gazowego wychodzącego z reaktora zgazowującego i nr 151 919 na sposób usuwania pozostałości po zgazowaniu z otworu wylotowego reaktora ciśnieniowego.Polish patents No. 156 479 and No. 156 480 describe a method of feeding fine-grained and pulverized fuel to a gasification reactor under elevated pressure, and further - in patent No. 156 479 - a device for carrying out this method. There are also patents: No. 159,892 for a method of cooling the hot gaseous product exiting a gasification reactor and No. 151,919 for a method of removing gasification residues from the outlet of an autoclave.

Gazyfikację węgla kamiennego i brunatnego przedstawiono w polskich opisach patentowych nr 87 9θ4 i 102 116.The gasification of hard coal and lignite is presented in Polish patents No. 87 9-4 and 102 116.

Sposób według patentu nr 87 904 polega na tym, że poddawany wytlewaniu pył węglowy zostaje zmieszany w rurze lub w cyklonie z częścią gorących spalin pobieranych z paleniska, a powstały w warunkach mieszania i wytlewania w gazie pył półkoksu zostaje z gazów odseperowany, a następnie kierowany bezpośrednio do palników, przy czym - według patentu dodatkowego nr 102116 - z pyłu półkoksu, zostają oddzielone magnetyczne siarczki żelaza. Do tych palników doprowadzana jest również i spalana łącznie po uprzednim odsiarczeniu i oczyszczeniu od frakcji ciekłych mieszanina spalin gazu wytlewnego.The method according to the patent no. 87 904 consists in the fact that the coal dust to be poured is mixed in a pipe or in a cyclone with a part of hot exhaust gases taken from the furnace, and the semi-coke dust formed under the conditions of mixing and pouring in gas is separated from the gases and then directed directly for burners, wherein - according to additional patent no. 102116 - magnetic iron sulphides are separated from the semi-coke dust. These burners are also fed and burned together after desulphurization and cleaning from liquid fractions, the mixture of low-gas exhaust gas.

Sposób ciągłego zgazowania paliw stałych, zwłaszcza węgla kamiennego i brunatnego przedstawiono również w opisie patentowym nr 144 444. Sposób polega na tym, że do komory reaktora pionowego wprowadza się z góry w dół dwa współosiowe i współbieżne strumienie, z których wewnętrzny jest swobodnym turbulentnym strumieniem gorących spalin ze spalania gorącego koksiku w tlenie w palniku strumieniowym, a zewnętrzny stanowi turbulenty strumień przegrzanej pary wodnej z zawiesiną pyłu paliwa stałego.The method of continuous gasification of solid fuels, especially hard coal and brown coal, is also presented in patent description No. 144 444. The method consists in introducing two coaxial and concurrent streams from the top down into the chamber of the vertical reactor, the internal of which is a free turbulent stream of hot flue gas from combustion of hot coke breeze in oxygen in the jet burner, and the external one is a turbulent stream of superheated steam with a suspension of solid fuel dust.

Sposób allotermicznego zgazowania węgla wraz z generatorem opisano w wynalazku opatentowanym pod nr 153 818. W ciśnieniowym sposobie zgazowania węgla w złożu fluidalnym zasilanie obcym ciepłem następuje za pomocą medium cieplnego transportowanego przez wymiennik ciepła w generatorze. Generator gazu charakteryzuje się tym, że walcowy zbiornik ciśnieniowy umieszczonego w pozycji leżącej generatora gazu jest podzielony na strefę nagrzewania i pirolizy, oddzielną strefę zgazowania oraz oddzielną strefę chłodzenia.The method of allothermal gasification of coal with a generator is described in the invention patented under No. 153 818. In the pressure method of gasification of coal in a fluidized bed, the external heat is supplied with the use of a thermal medium transported through a heat exchanger in the generator. The gas generator is characterized in that the cylindrical pressure vessel of the lying position gas generator is divided into a heating and pyrolysis zone, a separate gasification zone and a separate cooling zone.

Inny, w pozycji stojącej generator będący przedmiotem patentu nr 154 876 jest podzielony na strefę nagrzewania i pirolizy znajdującą się w jego górnym obszarze, umieszczoną poniżej oddzielną strefę zgazowania oraz umieszczoną pod nią oddzielną strefę chłodzenia.Another upright generator, the subject of Patent No. 154 876, is divided into a heating and pyrolysis zone in its upper region, a separate gasification zone below it and a separate cooling zone below it.

Z kolei w opisie patentowym nr 153 860 przedstawiono sposób kontroli ciśnieniowego procesu zgazowania węgla w złożu stałym, polegający na określeniu podatności węgla brunatnego do tworzenia się żużla przez oznaczenie zawartości popiołu oraz zawartościOn the other hand, patent description No. 153 860 describes a method of controlling the pressure process of coal gasification in a fixed bed, consisting in determining the susceptibility of brown coal to slag formation by determining the ash content and the content of

174 698 krzemu i glinu, za pomocą neutronowej analizy aktywacyjnej, określeniu parametrów pracy generatora tak by proces zgazowania węgla przebiegał na granicy tworzenia się żużla.174 698 of silicon and aluminum, by means of neutron activation analysis, determining the operating parameters of the generator so that the coal gasification process runs at the limit of slag formation.

Nawet na podstawie tych wyrywkowo przedstawionych materiałów można wysnuć wniosek, że problem gazyfikacji paliwa stałego jest istotny i budzi żywe zainteresowanie zarówno z uwagi na efekty energetyczne, jak i z zakresu ochrony środowiska.Even on the basis of these randomly presented materials, it can be concluded that the problem of solid fuel gasification is significant and raises keen interest both in terms of energy and environmental effects.

Celem wynalazku jest opracowanie allotermicznego sposobu zgazowania paliw stałych charakteryzującego się minimalną emisją substancji szkodliwych do atmosfery oraz ścieków i odpadów stałych do środowiska naturalnego oraz instalacji o jednolitej zwartej budowie obejmującej kompleksowo cały proces gazyfikacji paliwa aż do wytworzenia pary wodnej w kotle energetycznym.The aim of the invention is to develop an allothermal method of gasification of solid fuels, characterized by minimal emission of harmful substances to the atmosphere, as well as sewage and solid waste to the natural environment, and an installation with a uniform, compact structure covering the entire fuel gasification process up to the generation of steam in the power boiler.

Według wynalazku proces pirolizy i gazyfikacji paliwa stałego o uziarnieniu dogodnie od 0 do 0,3 mm prowadzi się w okresie czasu, który zapewnia pojemność przewodu mieszania i komory reaktora oraz przy ciśnieniu quasiatmosferycznym w temperaturze od 800 - 950°C za pomocą gorących gazów; ze spalania karbonizatu, odparowania i spalania odpowiednio rozpylonych szlamów z węzła odsiarczania oraz szlamów i odgazów z węzła odazotowania. Otrzymany surowy gaz palny, po oczyszczeniu z karbonizatu chłodzi się do temperatury korzystnie od 50 - 150°C. Następnie ochłodzony gaz odazotowuje się i odsiarcza w obiegach zamkniętych. Do procesu odsiarczania wprowadza się gaz zawierający związki siarki w postaci siarkowodoru. Proces gazyfikacji prowadzi się stosując osiowe, pionowe wznoszenie się paliwa stałego zawieszonego w gazowym nośniku ciepła, a następnie zmianę kierunku strumienia o 180° i jego spływ bokami w dół. Nadmiar karbonizatu z procesu gazyfikacji, po oddzieleniu od niego surowego gazu palnego, stosuje się bezpośrednio do wytworzenia pary wodnej i/lub ciepłej wody. Natomiast otrzymaną szlakę przez spalanie produktów odpadowych z procesów gazyfikacji i oczyszczania, zwłaszcza spalania karbonizatu chłodzi się i granuluje w kąpieli wodnej. Po powietrznym podsuszeniu na składowisku z systemem odwadniającym stanowi ona kwalifikowane kruszywo budowlane.According to the invention, the pyrolysis and gasification process of solid fuel with a grain size suitably from 0 to 0.3 mm is carried out for a period of time that provides the capacity of the mixing conduit and the reactor chamber and at a quasi-atmospheric pressure at a temperature of 800-950 ° C with hot gases; from combustion of char, evaporation and combustion of appropriately sprayed sludge from the desulphurization unit as well as sludge and gas from the denitrification unit. The obtained raw fuel gas, after purification from the char, is cooled to a temperature preferably from 50 to 150 ° C. Then, the cooled gas is denitrated and desulfurized in closed circuits. A gas containing sulfur compounds in the form of hydrogen sulfide is introduced into the desulfurization process. The gasification process is carried out using an axial, vertical rise of the solid fuel suspended in the gaseous heat carrier, followed by a 180 ° change in the direction of the stream and its sideways downward flow. The excess char from the gasification process, after the raw fuel gas has been separated from it, is used directly to generate steam and / or warm water. On the other hand, the slag obtained by burning waste products from gasification and purification processes, especially char combustion, is cooled and granulated in a water bath. After air drying in a landfill with a drainage system, it becomes a qualified construction aggregate.

Zgodnie z wynalazkiem możliwe jest wprowadzenie do procesu spalania dodatku w ilości do 10% lub powyżej tej granicy przygotowanych palnych odpadów niebezpiecznych takich jak przykładowo: odpady komunalne i szpitalne.According to the invention, it is possible to introduce into the combustion process an additive in an amount up to 10% or above this limit of prepared combustible hazardous waste, such as, for example, municipal and hospital waste.

Podczas płukania gazu w procesie odazotowania, wpływający gaz surowy odbija się od lustra cieczy, zmienia swój kierunek o 180° i przepływa pionowo w górę przez wypełnienie absorpcyjne zraszane cieczą płuczącą, a przed wylotem odkrapla się. Wydzielające się związki azotu, cyjanu, chloru, fluoru częściowo siarkowodór, dwutlenek węgla i szlamy: z resztek karbonizatu, smoły oraz naftalenu w procesie odazotowania gazów znaną metodą przez płukanie zimną wodną amoniakalną z obiegu cieczy płuczącej, a następnie odazotowanie - kieruje się do spalenia. Zawarte w surowym gazie związki siarki redukuje się do siarkowodoru w wyniku katalizy na elementach ze stali węglowych w procesie rekuperacji. Proces odsiarczania gazu prowadzi się znaną metodą przez bezpośrednią konwersję siarkowodoru do siarki elementarnej w cieczy alkalicznej, korzystnie wodorotlenku sodu, zawierającej mieszaninę katalizatorów 14-naftochinono - 2-sulfonianu sodowego i cy'anosiarczku żelaza. Mieszaninę pokonwersyjną flotuje się powietrzem, w wyniku czego siarka przechodzi do piany i po roztopieniu i oddzieleniu wskutek różnicy ciężarów właściwych od cieczy obiegowej - stanowi produkt handlowy. Z cieczy obiegowych procesów odazotowania i odsiarczania gazu usuwa się związki: chloru, fluoru, niektórych metali ciężkich, nielotnych soli amonowych, wielosiarczków i innych z reakcji ubocznych, przez okresowe odprowadzenie szlamów na poletko osadowe.During gas scrubbing in the denitrification process, the incoming raw gas reflects off the liquid surface, changes its direction by 180 ° and flows vertically upward through the absorbent packing sprayed with the scrubbing liquid, and drops off prior to the outlet. Evolution of nitrogen, cyan, chlorine and fluorine compounds, partially hydrogen sulphide, carbon dioxide and sludges: from carbonizate residues, tar and naphthalene in the process of gas denitrification using a known method by rinsing with cold ammonia water from the scrubbing liquid circuit, and then denitriding - sent for combustion. The sulfur compounds contained in the raw gas are reduced to hydrogen sulphide as a result of catalysis on carbon steel elements in the recuperation process. The gas desulfurization process is carried out by a known method by direct conversion of hydrogen sulfide to elemental sulfur in an alkaline liquid, preferably sodium hydroxide, containing a mixture of sodium 14-naphthoquinone-2-sulfonate and iron cyanosulfide catalysts. The post-conversion mixture is flotated with air, as a result of which the sulfur is transferred to the foam and, after melting and separating due to the difference in specific weights from the circulating liquid, is a commercial product. Compounds of: chlorine, fluorine, some heavy metals, non-volatile ammonium salts, polysulfides and others from side reactions are removed from the circulating liquids of gas denitrification and desulphurisation processes by periodically discharging sludge to the sludge plot.

Według wynalazku instalacja do zgazowania paliw stałych posiada komorę paleniskową ze stycznie doprowadzonymi przewodami: odgazów i zimnego powietrza oraz osiowym przewodem gazowego nośnika ciepła. Komora paleniskowa usytuowana jest przed węzłem pirolizy i gazyfikacji składającym się z przewodu mieszania i komory reakcynej. Ponadto instalacja posiada węzeł chłodzenia gazów surowych złożony z podgrzewacza powietrza, rekuperatora ciepła, podgrzewacza powietrza lub ciepłej wody, następnie węzeł odazotowania gazów przed węzłem odsiarczania gazów i kocioł energetyczny. Kocioł połączony jest z przewodami doprowadzającymi: gazu palnego, ogrzanego powietrza, wody zasilającej iAccording to the invention, the installation for gasification of solid fuels has a furnace chamber with tangentially led gas and cold air conduits, and an axial gas heat carrier conduit. The furnace chamber is situated in front of the pyrolysis and gasification unit, which consists of a mixing line and a reaction chamber. In addition, the installation has a raw gas cooling unit consisting of an air heater, heat recuperator, air or hot water heater, then a gas denitrification unit before the gas desulphurization unit and a power boiler. The boiler is connected to the supply lines of: fuel gas, hot air, feed water and

174 698 przewodami odprowadzającymi: pary i/lub ciepłej wody oraz nadmiaru czystych spalin do atmosfery. Pod komorą paleniskową usytuowany jest węzeł gaszenia i granulacji szlaki, z którego szlakę wywozi się zespołem transportującym, a parę wodną zawraca do tego paleniska. Węzeł odazotowania gazu zawiera w obiegu zamkniętym z cieczą amoniakalną płuczkę odazotującą, wewnątrz której umieszczony jest znany koagulator Venturiego pionowo, konfuzorem u góry, zasilanym cieczą płuczącą i dyfuzorem, którego wylot usytuowany jest nad lustrem cieczy płuczącej osadnika promieniowego znajdującego się w dolnej części płuczki. Węzeł odsiarczania gazu składa się z płuczki odsiarczającej zraszanej cieczą w obiegu zamkniętym, oksydatora cieczy obiegowej, z przewodem doprowadzającym zimnego powietrza i roztapiacza siarki. W zakres tego węzła wchodzi również rekuperator ciepła z elementami ze stali węglowej działającym katalitycznie na proces redukcji związków siarki do siarkowodoru.174 698 with the discharge of steam and / or hot water and excess clean exhaust gases to the atmosphere. Under the furnace chamber there is a fire extinguishing and granulation node, from which the route is taken by a transport unit, and steam is returned to the furnace. The gas denitrification unit comprises a closed-circuit denitriding scrubber with an ammonia liquid, inside which the known Venturi coagulator is placed vertically, with a confusor at the top, supplied with washing liquid and a diffuser, the outlet of which is located above the scrubbing liquid surface of the radial settling tank located in the lower part of the scrubber. The gas desulfurization unit consists of a closed-circuit sprayed desulfurization scrubber, a circulating liquid oxidator with a cold air inlet line, and a sulfur melter. The scope of this node also includes a heat recuperator with carbon steel elements catalytically acting on the process of reducing sulfur compounds to hydrogen sulfide.

Sposób zgazowania według wynalazku w całości stanowi prawie bezodpadową, w maksymalnym stopniu energetycznie efektywną przemianę energii chemicznej paliw stałych w energię cieplną. Jest to produkcja czynnika grzewczego, a mianowicie pary wodnej i/lub ciepłej wody przy prawie zerowej emisji szkodliwych gazów do atmosfery i również znikomej emisji ścieków i odpadów stałych do środowiska naturalnego, co kwalifikuje ją do serii tak zwanych czystych technologii. Szczególnie korzystny jest brak emisji do atmosfery rakotwórczych, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (benzo-α - piren), węglowodorów chlorowanych (dioksyn) sadzy, itp.The entire gasification method according to the invention is an almost waste-free, maximally energy-efficient conversion of chemical energy of solid fuels into thermal energy. It is the production of a heating medium, namely steam and / or hot water with almost zero emission of harmful gases into the atmosphere and also negligible emission of sewage and solid waste into the environment, which qualifies it to a series of so-called clean technologies. It is particularly advantageous to not emit carcinogenic, polycyclic aromatic hydrocarbons (benzo-α - pyrene), chlorinated hydrocarbons (dioxins), soot, etc. to the atmosphere.

Sposób i instalacja według wynalazku umożliwiają znacznie efektywniejsze pod względem cieplnym wykorzystanie do celów energetycznych paliw stałych nawet o najgorszej jakości, a ponadto dają możliwość spalania palnych odpadów niebezpiecznych dla środowiska między innymi odpadów komunalnych i szpitalnych.The method and installation according to the invention enable much more efficient use of even the worst quality solid fuels for energy purposes, and also make it possible to burn combustible waste hazardous to the environment, including municipal and hospital waste.

Dodatkowymi efektami ze stosowania wynalazku są: odzysk kruszywa budowlanego i siarki elementarnej o czystości przewyższającej czystość siarki z metody Clausa, co wpłynie na ograniczenie eksploatacji bogactw naturalnych.Additional effects from the application of the invention are: the recovery of construction aggregate and elemental sulfur with a purity exceeding that of the sulfur from the Claus method, which will reduce the exploitation of natural resources.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat instalacji z obiegiem mediów. Do węzła przygotowania paliw stałych 7 zostaje doprowadzony zespołem transportowym 4 pył węglowy o uziarnieniu do 0,2 mm oraz przewodem 3 spaliny z kotła 39. Z węzła 7 pyły węglowe są transportowane za pomocą spalin przewodem 8 do zbiornika 9, a następnie przewodem l0 do przewodu mieszania 16, do którego również przez przewód 17 doprowadzony jest gazowy nośnik ciepła z komory paleniskowej 24. We wspólnym przewodzie 16 i komorze reakcyjnej 14 pył węglowy zawieszony w turbulentnym medium gazowym pod wpływem temperatury około 900°C - w której z ziaren paliwa wydzielają się części lotne - i przy ciśnieniu ąuasiatmosferycznym ulega pirolizie i zgazowaniu.The subject of the invention is explained in more detail in the embodiment in the drawing, which shows a diagram of an installation with media circulation. Coal dust with grain size up to 0.2 mm is supplied to the solid fuel preparation node 7 and the flue gas from the boiler 39 is led through the conduit 3. From the node 7, the coal dust is transported by means of exhaust gas via conduit 8 to the tank 9, and then via conduit 10 to the conduit mixing 16, to which the gaseous heat carrier from the combustion chamber 24 is also supplied through the line 17. In the common line 16 and the reaction chamber 14, pulverized coal suspended in the turbulent gaseous medium under the influence of a temperature of about 900 ° C - in which parts of the fuel grains separate volatile - and undergoes pyrolysis and gasification under quasi atmospheric pressure.

Odpowiednią gazyfikację paliwa zapewnia znana konstrukcja komory reakcyjnej typu strumieniowego powodująca osiowe, pionowe wznoszenie się pyłu węglowego w gazowym nośniku ciepła, a po dojściu do stropu zmianę kierunku strumienia o 180° i jego spływ w pobliżu ścianek bocznych w dół. Produkty gazyfikacji, a więc surowy gaz palny i karbonizat wpływają przewodem 15 do cyklonu 20, gdzie karbonizat zostaje oddzielony od gorącego surowego gazu. Z cyklonu 20 poprzez zbiornik 21 karbonizat jest doprowadzany do paleniska cyklonowego 24, gdzie spala się w atmosferze podgrzanego powietrza tłoczonego przewodem 22. Dodatkowo do komory paleniskowej 24 zespołem transportującym 5 poprzez węzeł przygotowania 12 i zespół transportujący 11 wprowadza się palne odpady komunalne w ilości zależnej od ich składu, najczęściej około 10%. Nadmiar karbonizatu spala się w palniku 23, a otrzymane spaliny kieruje się przewodem bezpośrednio do kotła energetycznego 39. Spaliny z paleniska 24 stanowią zasadniczą część nośnika ciepła procesu zgazowania. Natomiast gorący surowy gaz z cyklonu 20 przewodem 19 wpływa do podgrzewacza powietrza 18 z odpływem podgrzanego powietrza przewodem 22. Częściowo ochłodzony gaz poprzez przewód 30 jest kierowany do rekuperatora 29, gdzie następuje jego dalsze schłodzenie, a ponadto redukcja znajdujących się w gazie: dwusiarczku węgla i tlenosiarczku węgla do siarko174 698 wodoru na elementach ze stali węglowej. Następnie gaz wpływa przewodem 31 do podgrzewacza powietrza 34, gdzie zostaje ochłodzony do temperatury około 100°C.Proper fuel gasification is ensured by the known structure of the jet-type reaction chamber causing axial, vertical rise of coal dust in the gaseous heat carrier, and after reaching the ceiling, the stream is changed by 180 ° and its flow down near the side walls. The gasification products, i.e. the raw fuel gas and the char, flow through the line 15 into the cyclone 20, where the char is separated from the hot raw gas. From the cyclone 20, through the tank 21, the char is fed to the cyclone furnace 24, where it is burnt in the atmosphere of heated air forced through the conduit 22. In addition, to the combustion chamber 24, the transport unit 5 through the preparation node 12 and the transport unit 11 is fed with combustible municipal waste in the amount depending on their composition, most often around 10%. The excess char is burned in the burner 23, and the resulting flue gases are directed through a conduit directly to the power boiler 39. The combustion gases from the furnace 24 constitute the main part of the heat carrier of the gasification process. On the other hand, the hot raw gas from the cyclone 20 flows through the line 19 into the air heater 18 with the outflow of the heated air through the line 22. The partially cooled gas through the line 30 is directed to the recuperator 29, where it is further cooled and, moreover, reduced in the gas: carbon disulfide and carbon oxysulfide to hydrogen sulfur 174 698 on carbon steel components. The gas then flows through line 31 into the air heater 34 where it is cooled to a temperature of about 100 ° C.

Ze względu na to, że na powierzchniach chłodzących podgrzewaczy powietrza wytrąca się smoła i inne węglopochodne - w sposobie według wynalazku - przewiduje się okresowe ich oczyszczanie i spalanie w palenisku 24. Schłodzony gaz wpływa przewodem 35 do węzła odazotowania gazu składającego się z płuczki 45, odgazowywacza wody amoniakalnej 47 i chłodnicy wody amoniakalnej 49. W płuczce 45 zraszanej wodą amoniakalną jako cieczą obiegową z przewodu 36 zachodzi końcowe odpylenie gazu surowego z lotnego karbonizatu przepuszczonego przez cyklon 20, oraz wymycie go z takich zanieczyszczeń jak: smoła, naftalen, fenole i inne. Zapewnia to wyposażenie płuczki w znany koagulator Venturiego ustawiony pionowo i współosiowo. Ciecz płucząca jest doprowadzona do usytuowanego u góry konfuzora i wypływa przez otwór wylotowy dyfuzora nad lustrem cieczy płuczącej osadnika promieniowego znajdującego się w dolnej części płuczki. W osadniku następuje zagęszczenie skoagulowanych części stałych. Ciecz obiegowa z płuczki 45 spływa przewodem 46 do odgazowacza 47, w którym podgrzewana jest do temperatury 105°C dla wydzielenia z niej związków azotu, cyjanu chloru i fluoru oraz częściowo siarkowodoru, dwutlenku węgla i pary wodnej, które przez odciąg gazów 50 są kierowane do spalenia w komorze paleniskowej 24, a ciecz wypływająca przewodem 48 zostaje schłodzona w chłodnicy 49. Z płuczki 45 przewodem 43 gaz jest kierowany do węzła odsiarczania. W płuczce odsiarczającej 44 gaz jest zraszany cieczą obiegową doprowadzoną przewodem 52. Jako ciecz obiegową stosuje się znany roztwór wodny wodorotlenku sodu zawierający hydrochinon o wzmocnionym katalitycznym działaniu przez cyjanosiarczek żelaza. Wskutek reakcji redukcji z zawartego w gazie siarkowodoru otrzymuje się siarkę elementarną, która charakteryzuje się wysokim stopniem czystości. Z płuczki 44 zimny, czysty gaz przewodem 28 wpływa do rekuperatora 29 i po ogrzaniu, przewodem 27 zostaje wprowadzony do spalenia w kotle energetycznym 39 wraz ze spalinami z nadmiaru karbonizatu doprowadzonymi przewodem 37. Do kotła 39 są również doprowadzone: gorące powietrze (przewodem 33), a następnie woda surowa (przewodem 1) i woda ciepła (przewodem 2) poprzez węzeł przygotowania wody kotłowej 13. W kotle energetycznym 39 zachodzi całkowite spalenie resztek palnych zanieczyszczeń gazu takich jak: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, węglowodory chlorowane, śladowe ilości sadzy i dlatego spaliny odprowadzone przewodem 41 mogą być emitowane do atmosfery przez niski kominek stalowy. W kotle 39 wytwarza się parę wodną i czynnik grzewczy oraz czyste gazy spalinowe kierowane przewodem 3 do węzła przygotowania paliw stałych 7. Natomiast ciecz z zawieszoną w niej siarką z płuczki 44 poprzez przewód 53 wpływa do oksydatora 54, gdzie jest flotowana zimnym powietrzem doprowadzonym przewodem 25. Stąd zregenerowana ciecz wraca do obiegu, a piana z siarką kierowana jest do roztapiacza siarki 55. Po roztopieniu na skutek różnicy ciężarów właściwych oddziela się siarkę od cieczy obiegowej, która zespołem transportującym 57 jako produkt handlowy jest odprowadzana poprzez węzeł konfekcjonowania 58. Ponadto, dla odciążenia krążących w obiegach związków chloru, fluoru, wielosiarczku sodu, soli amonowych i innych przewidziano wspólny przewód 63 dla ich okresowego odprowadzania na poletko osadowe 62, skąd po podsuszeniu zespołem transportowym 61 będą odprowadzone na szczelne wysypisko.Due to the fact that tar and other carbon derivatives precipitate on the cooling surfaces of the air heaters - in the method according to the invention - their periodic cleaning and combustion in the furnace 24 is envisaged. The cooled gas flows through the line 35 to the gas denitrification unit consisting of a scrubber 45, a degasser ammonia water 47 and an ammonia water cooler 49. In the scrubber 45 sprinkled with ammonia water as a circulating liquid from line 36, the final dusting of the raw gas from the volatile char passed through the cyclone 20 and washing it from such contaminants as: tar, naphthalene, phenols and others takes place. This is ensured by equipping the scrubber with the known vertical and coaxial Venturi coagulator. The washing liquid is led to the confusor located at the top and flows out through the diffuser outlet opening above the washing liquid surface of the radial settling tank located in the lower part of the washer. The coagulated solids are concentrated in the settling tank. The circulating liquid from the scrubber 45 flows through the line 46 to the degasser 47, where it is heated to a temperature of 105 ° C to separate nitrogen compounds, chlorine cyan and fluorine, and partially hydrogen sulphide, carbon dioxide and water vapor, which are directed to the combustion in the combustion chamber 24, and the liquid flowing out through the line 48 is cooled in the cooler 49. From the scrubber 45 through the line 43, the gas is directed to the desulfurization unit. In the desulfurization scrubber 44, the gas is sprayed with a circulating fluid supplied through line 52. As the circulating fluid, a known aqueous sodium hydroxide solution containing hydroquinone enhanced catalytic effect by iron cyanosulfide is used. As a result of the reduction reaction, elemental sulfur is obtained from the hydrogen sulphide contained in the gas, which is characterized by a high degree of purity. From the scrubber 44, the cold, clean gas flows through the line 28 to the recuperator 29 and, after heating, through the line 27 it is introduced for combustion in the power boiler 39 together with the exhaust gas from excess char via the line 37. The boiler 39 is also supplied with: hot air (through the line 33) and then the raw water (through line 1) and hot water (through line 2) through the boiler water preparation node 13. In the power boiler 39, the residues of flammable gas pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, traces of soot and therefore flue gas, are completely burnt discharged through pipe 41 can be emitted to the atmosphere through a low steel fireplace. In the boiler 39, steam and a heating medium as well as clean flue gases are produced, which are directed through a conduit 3 to the solid fuel preparation unit 7. The liquid with sulfur suspended in it from the scrubber 44 flows through conduit 53 to the oxidator 54, where it is flotated with cold air supplied through conduit 25 From there, the regenerated liquid is returned to the circulation, and the foam with sulfur is directed to the sulfur melter 55. After melting, due to the difference in specific weights, sulfur is separated from the circulating liquid, which is discharged as a commercial product by the transport unit 57 through the packaging node 58. In order to relieve the circulating compounds of chlorine, fluorine, sodium polysulfide, ammonium salts and others, a common conduit 63 is provided for their periodic discharge to the sludge plot 62, from where, after drying with the transport unit 61, they will be discharged to a sealed dump.

Ilości odpadów wymagających deponowania na szczelnym wysypisku są kilkasetkrotnie razy mniejsze niż odpady powstałe w przypadku konwencjonalnego spalania paliwa w kotłach energetycznych, również z fluidalnymi komorami spalania.The amounts of waste that require disposal in a sealed landfill are several hundred times smaller than the waste generated in the case of conventional fuel combustion in power boilers, also with fluidized combustion chambers.

174 698174 698

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claims

1. The method of allothermal gasification of solid fuels, especially low-energy coal for the production of steam and / or hot water for energy and industrial purposes, including the preparation of solid fuels in the flue gas stream, pyrolysis and gasification in the atmosphere of water vapor and air, cooling and purification of raw gas combustible, characterized in that the pyrolysis and gasification process of solid fuel with a grain size suitably from 0 to 0.3 mm is carried out for a period of time that ensures the capacity of the mixing line and the reactor chamber, and at quasi-atmospheric pressure at a temperature of 800 - 950 ° C for by means of hot gases from char combustion, evaporation and combustion of properly sprayed sludge from the desulphurization unit and sludge and gas from the denitrification unit, and the obtained raw combustible gas, after purification from the char, is cooled to a temperature, preferably from 50 - 150 νζ, and then in circuits closed, denitriding and desulfurization, and for the desulfurization process gas containing sulfur compounds in the form of hydrogen sulfide is introduced.

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the gasification process is carried out using an axial, vertical rise of the solid fuel suspended in the gaseous heat carrier, followed by a 180 ° change of the stream direction and its sideways downward flow.

3. The method according to p. The process of claim 1, wherein the excess char from the gasification process, after the raw fuel gas has been separated therefrom, is used directly to generate steam and / or warm water.

4. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the slag from the combustion of waste products from gasification and purification processes, especially char, after cooling and granulation in a water bath, and after air drying in a landfill with a drainage system, is a qualified building aggregate.

5. The method according to p. The method of claim 1 and 4, characterized in that an additive of up to 10% or more of prepared combustible hazardous waste, such as, for example, municipal and hospital waste, is introduced into the combustion process.

6. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that during gas scrubbing in the denitrification process, the incoming raw gas reflects off the liquid surface, changes its direction by 180 ° and flows vertically up through the absorption filling sprinkled with the scrubbing liquid, and is condensed before the outlet.

7. The method according to p. 1 or 6, characterized in that the emitted compounds of nitrogen, cyan, chlorine, fluorine, partially hydrogen sulphide, carbon dioxide and sludges: from the remains of carbonizate, tar and naphthalene, in the process of gas denitrification by a known method by rinsing with cold ammonia water from the scrubbing liquid circuit, and then denitrification goes to incineration.

8. The method according to p. A process as claimed in claim 1, characterized in that the sulfur compounds contained in the raw gas are reduced to hydrogen sulphide as a result of catalysis on carbon steel elements in the recuperation process.

9. The method according to p. A process according to claim 1 or 8, characterized in that the gas desulfurization process is carried out by a known method by direct conversion of hydrogen sulfide to elemental sulfur in an alkaline liquid, preferably sodium hydroxide, containing a mixture of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate and iron cyanosulfide catalysts.

10. The method according to p. A process as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the post-conversion mixture is flotated with air, as a result of which the sulfur passes into the foam and, after melting and separating due to the difference in specific weights from the circulating liquid, is a commercial product.

174 698

11. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the compounds of chlorine, fluorine, some heavy metals, non-volatile ammonium salts, polysulfides and other compounds are removed from the circulating liquids of the denitrification and desulfurization processes, by periodical discharge of sludge to the sludge plot.

12. Installation for gasification of solid fuels, including stations: preparation of solid fuels, pyrolysis and gasification, raw gas treatment and heat utilization, characterized by the fact that it has a furnace chamber (24) with tangentially led gas (50) and cold air (25) lines ), then through the axial pipe of the gaseous heat carrier (17), located in front of the pyrolysis and gasification unit consisting of the mixing pipe (16) and the reaction chamber (14), then the raw gas cooling unit consisting of an air heater (18), a heat recuperator (29 ), an air or hot water heater, and also has a gas denitrification unit before the gas desulphurization unit and a power boiler (39) connected with the supply lines of: combustible gas (27), hot air (33), feed water (38) and discharge lines: steam and / or hot water (40) and an excess of clean flue gas to atmosphere (41).

13. Installation according to p. The slag as claimed in claim 12, characterized in that under the furnace (24) there is a slag extinguishing and granulation node (26), from which the slag is taken out by a transport unit (59) and the steam is returned to the furnace (24).

14. An installation according to claim The method of claim 12, characterized in that in the gas denitrification unit it comprises a closed-circuit denitriding scrubber (45) with an ammonia liquid, inside which a known Venturi coagulator is placed vertically with a confusor at the top fed with a washing liquid and a diffuser whose outlet is located above the surface of the washing liquid radial sedimentation tank located at the bottom of the scrubber.

15. Installation according to p. 12, characterized in that the element of the gas desulphurization unit consisting of a desulphurization scrubber (44) sprayed with a liquid in a closed circuit, a circulating liquid oxidator (54) with cold air supply through a line (25) and a sulfur melter (55), and a sulfur packaging unit (58) there is also a heat recuperator (29) with elements of carbon steel, catalytically acting on the process of reducing sulfur compounds to hydrogen sulphide.