PL178845B1

PL178845B1 - Sposób wytwarzania energii elektrycznej z paliw stałych o niskiej wartości opałowej

Info

Publication number: PL178845B1
Application number: PL94307331A
Authority: PL
Inventors: George N. Valkanas
Original assignee: Compostella; Compostellacompania Maritime Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 2000-06-30
Also published as: CN1113086A; BG99390A; US5626638A; EP0654072A1; RU95106490A; CN1047790C; HU9500331D0; YU48694A; HUT71882A; BG62889B1; CA2141682A1; WO1994029410A1; DE69428250T2; PL307331A1; AU670200B2; GR1001615B; RU2128683C1; DE69428250D1; YU48699B; SK13295A3

Abstract

1 . Sposób wytwarzania energii elektrycznej z paliw stalych o niskiej wartosci opalowej, znamienny tym, ze prowadzi sie etapy, w których rozdrabnia sie paliwa stale do postaci sproszkowanej i ogrzewa na drodze wymiany energii cieplnej w temperaturze okolo 180 - 320°C odwadniajac je o okolo 60 do 90%, pirolizuje sie 40 - 80% czesc weglowa paliwa stalego o niskiej wartosci kalorycznej, zgazowuje sie pozostala czesc wegla po pirolizie tlenem lub para zawierajaca tlen, miesza sie gazy utworzone w etapie pirolizy i w etapie zgazowania i przeprowadza sie mieszanine gazowa przez etap neutralizowania i uwalniania siarki w reaktorze katalitycznym Clausa, przemywa sie mie- szanine gazów woda i kieruje sie mieszanine gazów do turbiny gazowej lub generatora pary i turbiny parowej, gdzie wytwarza sie energie elektryczna. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania energii elektrycznej z paliw stałych o niskiej wartości opałowej, np. lignitów i torfów.

Wynalazek obejmuje sposób gazyfikacji paliw stałych o niskiej wartości opałowej oraz wykorzystanie wytworzonych gazów w celu wytwarzania dużych ilości energii elektrycznej.

Wobec istniejącego kryzysu zapewnienia odpowiednich ilości energii i ponieważ dostawy ropy naftowej nie są regularne pod względem dostępności i ceny, narodowe programy wytwarzania energii elektrycznej zalecająraczej eksploatację lokalnych źródeł energii. Głównym paliwem branym pod uwagę jest węgiel, ponieważ występuje obficiej i bardziej równomiernie w świecie niż ropa naftowa.

Zasoby węgla dzieli się według niskiej i wysokiej wartości opałowej. Dzieli się je również według ilości zawartej w nich siarki, która na drodze spalania paliw stałych przechodzi w dwutlenek siarki tworząc trujące zanieczyszczenie środowiska. W związku z tym wykorzystanie paliw stałych jest ograniczone do tych, które zawierają niewiele siarki i tworzą jak najmniej szkód w środowisku.

W odniesieniu do węgla i do jego wykorzystania jako surowca do wytwarzania energii elektrycznej zaobserwowano, że przez spalanie węgla o niskiej wartości opałowej uzyskuje się niewiele energii elektrycznej, uwalnia się duże ilości dwutlenku siarki, lotnych popiołów i tlenków azotu, oraz powoduje się powstawanie znacznej korozji w instalacji.

Dodatkowo poprzez spalanie paliw stałych wytwarzane są duże ilości dwutlenku węgla, który obecnie uznawany jest za najważniejszy czynnik zanieczyszczający, będący głównym źródłem powstawania efektu cieplarnianego na naszej planecie. Wszystkie te problemy środowiskowe i produkcyjne pojawiają się w sposób bardziej zaostrzony przy zastosowaniu paliw stałych o niskiej wartości opałowej, takich jak lignity i torfy.

Wobec tych problemów istnieją rozwiązania prowadzące do zmniejszenia zawartości siarki w tych paliwach oraz do zneutralizowania gazów spalinowych.

Rozwiązania te sąjednak drogie, a wynikające z nich korzyści nie rekompensują wysokich kosztów. Lepszym sposobem podejścia do zagadnienia okazuje się zgazowywanie paliw o niskiej wartości opałowej - jest to działanie obecnie poważnie brane pod uwagę pomimo, iż prowadzi ono do dużych strat energii. Przy całkowitym zgazowaniu otrzymywane gazy mogą być przemywane w celu oddzielenia ich od gazów trujących i od lotnych popiołów, lecz przy całkowitym zgazowaniu wartość opałowa jest dalej redukowana do 65 - 70% oraz potrzebne są do tego procesu drogie instalacje przemysłowe.

Jednak, dzięki badaniom nad zastosowaniem turbin gazowych do wytwarzania mocy, możliwe stało się wykorzystanie gazów w sposób bardziej ekonomiczny.

Niniejsze rozwiązanie dotyczy sposobu, w którym wykorzystuje się gazy opałowe wytwarzane w unowocześnionym układzie zgazowania węgla do wytwarzania energii elektrycznej ze zwiększoną wydajnością z zastosowaniem turbin gazowych w procesie ciągłym. Zgazowanie węgla jest dwuetapowe i obejmuje pirolizę oraz gazyfikację tlenem lub parą zawierającą tlen. Do pracy turbin gazowych potrzeba gazów opałowych nie tylko pozbawionych czynników wywołujących korozję, wolnych od smół i od ciekłych produktów ubocznych, lecz również o jak najwyższej wartości opałowej.

Biorąc pod uwagę te potrzeby, przebadano właściwości technologiczne lignitów i torfów o niskich wartościach opałowych i stwierdzono, że te paliwa stałe, zarówno dopiero co uzyskane jak i te po odpopielaniu, są wysoce wydajnym substratem w procesie przeprowadzanym sposobem według wynalazku w układzie do wytwarzania energii elektrycznej, ponieważ paliwa te ulegają pirolizie w wysokim stopniu (40 - 85%), ich piroliza jest wysoce egzotermiczna oraz podczas ich obróbki nie wytwarzane są smoły ani ciekłe produkty uboczne.

Sposobem według wynalazku prowadzi się następujące etapy:

a) rozdrabnia się paliwa stałe do postaci sproszkowanej i ogrzewa na drodze wymiany energii cieplnej w temperaturze około 180 - 320°C w celu odwodnienia paliwa stałego o około 60 do 90%,

178 845

b) przeprowadza się pirolizę 40 - 80% części węglowej paliwa stałego o niskiej wartości kalorycznej,

c) zgazowuje się pozostałość węglową po pirolizie tlenem lub parą zawierającą tlen, d) miesza się gazy utworzone w etapie pirolizy i w etapie zgazowania i przeprowadza się tak otrzymaną mieszaninę gazową przez etap neutralizowania i uwalniania siarki w reaktorze katalitycznym Clausa,

e) przemywa się mieszaninę gazów wodą,

f) wytwarza się energię elektryczną kierując mieszaninę gazów do turbiny gazowej, g) wytwarza się energię elektryczną kierując mieszaninę gazów do generatora pary, a wytworzoną parę do turbiny parowej.

W procesie przeprowadzanym sposobem według wynalazku jako paliwo stałe stosuje się lignit lub torf. Korzystnie, paliwa stałe rozdrabnia się do postaci sproszkowanej i ogrzewa przed etapem pirolizy na drodze wymiany energii cieplnej w temperaturze około 180 - 320°C w celu odwodnienia paliwa stałego o około 60 do 90%. Jednak gdy stosuje się stałe paliwo o zawartości wilgoci do 60% odwadnianie paliwa stałego przeprowadza się w etapie pirolizy i etap a) może być pominięty.

Korzystnie, paliwo stałe poddaje się pirolizie w reakcji o charakterze redukcyjnym i otrzymuje gaz pierwszy zawierający siarkę w postaci siarkowodoru, a pozostałą część węgla gazyfikuje się w reakcji o charakterze utleniającym, otrzymując drugi gaz zawierający dwutlenek siarki. Następnie neutralizuje się te gazy w reaktorze katalitycznym Clausa. Miesza się gaz pierwszy i gaz drugi i mieszaninę przeprowadza się do turbiny gazowej dla wytworzenia elektryczności.

Proces pirolizy wymieniony powyżej w punkcie b) prowadzi się w temperaturze 450 - 600°C. Pozostałość węglową po pirolizie przeprowadza się do etapu zgazowania z wytworzeniem temperatury 900°C do 1100°C.

Pirolizę prowadzi się w reaktorze o złożu fluidalnym zaś zgazowanie prowadzi się w reaktorze ze stałym złożem.

Po etapie pirolizy otrzymuje się pierwszy gaz o składzie metan 20-35% tlenek węgla 30-50% dwutlenek 2-6% wodór 16-22% siarkowodór 1-3%

Pozostałość węglową po pirolizie zgazowuje się w reakcji utleniającej tworząc drugi gaz zawierający tlenek węgla 35-40% dwutlenek węgla 16-22% wodór 40-60% dwutlenek siarki 1 -2%.

Oba gazy pierwszy i drugi miesza się tworząc mieszaninę gazową w temperaturze pomiędzy około 600 - 800°C i pod ciśnieniem pomiędzy 2 a 3 MPa, i poddaje się neutralizacji siarkowodór i dwutlenek siarki odpowiednio z pierwszego i drugiego gazu w następującej reakcji

2H₂S + SO₂ -> 3S + 2H₂O

W praktycznej realizacji wynalazku odkryto, że proces pirolityczny przebiega egzotermicznie i wytwarzane jest 3 50 - 600 kcal/kg (84 -143 kJ/kg) przy temperaturze 600°C, i ten egzotermiczny uzysk energii zależy od stopnia pirolizy. Do tej ilości energii dodawana jest energia cieplna gazów opałowych oraz wymiany cieplnej dolnego popiołu i gazów opałowych wytwarzanych podczas zgazowywania tlenowego. Piroliza paliw o niskiej wartości opałowej jest optymalna przy temperaturze 400 - 600°C, i proces pirolizy ma charakter wysoce egzotermiczny. Pozostałość z pirolizy otrzymuje się w postaci węgla o wysokiej czystości, o wartości opałowej 4000 - 6000 kcal/kg (955-1433 kJ/kg) bez popiołu, lub o wartości opałowej 2200-4000 kcal/kg (525-955 kJ/kg) z popiołem. W pracach nad wynalazkiem przestudiowano zgazowywanie tego węgla w obecności tlenu lub korzy śmie tlenu i pary, i odkryto, że produkowane sągazy opałowe o

178 845 bardzo wysokich wartościach cieplnych otrzymane w wysokich temperaturach 900-1000°C, oraz że zgazowywanie osiąga zupełne wykorzystanie węgla. Zgodnie z tym postępowaniem według wynalazku stwierdzono, że zgazowywanie w dwóch etapach lignitów i torfów daje bardzo wysoką wydajność cieplną, a zgazowywanie tlenowe nie prowadzi do uzyskiwania smół ani ciekłych produktów ubocznych.

Więcej potrzeb grzewczych może być zrealizowanych na wejściu paliwa stałego, jak to przedstawiono na załączonym rysunku. Zatem badano również warunki, dzięki którym bilans cieplny procesu pirolizy pokrywany jest bez użycia energii cieplnej węgla. Prowadzi to do wysokiej oszczędności energetycznej oraz do wysokoenergetycznego wykorzystania energii paliw stałych o niskiej wartości opałowej.

Dwa etapy zgazowywania, proces pirolizy i zgazowywanie właściwe (z tlenem lub z tlenem i z parą) według wynalazku, korzystnie prowadzą do produktów o różnym charakterze chemicznym dlatego, że piroliza jest procesem redukcyjnym, w którym siarka zgazowywana jest do siarkowodoru, a procesem utleniania jest utlenianie pod względem chemicznym, i siarka zgazowywana jest do dwutlenku siarki. Zatem przebadano i opracowano rozwiązanie mające na celu zneutralizowanie tych gazów zawierających siarkę, poprzez stworzenie warunków do przerobu gazów opałowych w reaktorze Clausa. Przy mieszaniu tych strumieni, po pierwszym wykorzystaniu ich energii termomechanicznej w układzie turbin w temperaturze 600°C i pod ciśnieniem 3 MPa, gazy zawierające siarkę podaje się do katalitycznego reaktora Clausa, gdzie uwalniany jest produkt, jakim jest siarka

2H₂S + SO₂ -► 3S + 2H₂O

Ta możliwość neutralizowania gazów zawierających siarkę, w prosty sposób, z wytworzeniem cennej siarki jest główną cechą tego wynalazku pod względem oryginalności i doniosłości, ponieważ spełnia ona pierwszy cel badań, j akim była możliwość wytwarzania energii elektrycznej z paliw stałych o niskiej wartości opałowej, która nie stwarza problemów z trującym zanieczyszczeniem dwutlenkiem siarki i lotnym popiołem. Pochodzącą stąd siarkę zbiera się w postaci produktu o wysokiej czystości, a niewielkie jej ilości zabierane są z przepływającymi gazami, skąd wymywa się ją za pomocą wody i zbiera.

Inną cechą wynalazku jest to, że gazy opałowe odbiera się do ciśnienia 3 MPa uzyskanego podczas procesu pirolizy wytwarzając ciśnienie robocze dla obu procesów zgazowywania i dla jednostki Clausa. Gazy opałowe odbiera się w temperaturze od 600 do 900°C i pod ciśnieniem 3 MPa, są one wolne od substancji żrących i od gazów zawierających siarkę.

Innym podstawowym oryginalnym wynikiem tego wynalazku są doświadczalnie sprawdzone dowody, że paliwa stałe o niskiej wartości opałowej (lignity i torfy) pirolizują egzotermicznie z uwagi na zawartość tlenu w organicznym materiale drewnopochodnym. Wiadomo, że drewno i biomasa drewniana pirolizuj e egzotermicznie w temperaturze wyższej niż 400°C, i że w przeszłości było to z zyskiem wykorzystywane w procesie destylacji drewna, a ostatnio w procesie pirolizy biomasy z odpadków. Paliwa stałe o niskiej wartości opałowej (lignity i torty’) posiadają następującą zawartość drewna.

Tabela 1 Skład lignitów i torfów

Składnik	Lignity	Torfy
PH	5,8 - 6,9	4,6 - 5,4
popiół	15-35	6 - 20,5
substancje woskowe	5,2 - 6,8	8,1 - 8,3
kwasy humusowe	20 - 33,8	18-34,1
huminy	30-40	37 - 42,1
holoceluloza	31-35	26,1 - 32,9
d-celuloza	8-15	10,5 - 12,0

178 845

W oparciu o powyższe wyniki, które określają naturę tendencji pirolitycznej i rezultat zgazowywania z tlenem lub z tlenem i z parą, tworzy się układ z korzystnym bilansem cieplnym w przemianach cieplnych i w końcowych wynikach. Termiczne czynniki operacyjne determinująto, że:

a. ogrzewanie paliw stałych w procesie pirolizy jest przeprowadzane za pomocą ciepła odpadowego, które stanowi energia cieplna gazów odlotowych, dolnych popiołów, itp.

b. zgazowywanie pirolityczne jest egzotermiczne, wytwarzane jest 250 - 600 kcal/kg (60 - 143 kJ/kg) energii cieplnej z wytworzeniem ciśnienia roboczego do 3 MPa, i nie wywiera na nie wpływu obecność wilgoci lub popiołu, i jest to reakcja o chemicznym charakterze redukcyjnym.

c. reakcja Clausa neutralizacji gazów zawierających siarkę jest spontaniczna w temperaturach 600°C i. pod ciśnieniem 3 MPa gazów opałowych i pod warunkiem, że stosunek molowy H₂S/SO₂ wynosi 2:1, reakcja ta jest ilościowa.

d. instalacja powinna pracować pod ciśnieniem 3 MPa i przy temperaturach gazów opałowych do 900°C.

Paliwa stałe, czyli lignity lub torfy, jako takie lub po procesie odpopielania, suszy się w postaci sproszkowanej, najpierw przez mechaniczne odwodnienie, a następnie ogrzewanie do temperatury 180 - 300°C na drodze wymiany energii cieplnej z popiołu otrzymanego w temperaturze 1000°C i energii cieplnej gazów odlotowych, tak że w końcu uzyskuje się j e w temperaturze takiej jak gazy odlotowe, 180 - 300°C.

Proces pirolizy paliw stałych, czyli lignitów i torfów rozpoczyna się w temperaturze 180 - 300°C, podczas gdy do przeprowadzenia pirolizy potrzebna jest temperatura od 450 do 600°C. W celu uzyskania takich temperatur stosuje się następujące źródła ciepła: a) na drodze wymiany cieplnej z gazów po tlenowym zgazowywaniu uzyskanych w temperaturze 1000°C, w wyniku której temperatura pirolizowanej masy może się zwiększyć o 200°C (gazy chłodzą się do 600°C) i b) z energii cieplnej powstającej w wyniku egzotermicznej reakcji pirolizy, która podnosi temperaturę o 200 do 300°C. Przy wykorzystaniu tych źródeł ciepła proces pirolizy osiąga temperaturę 600°C i wyższą. Zapotrzebowanie energetyczne procesu pirolizy można kontrolować za pomocą ogrzewania lignitu na wejściu, jeśli zachodzi taka potrzeba, jednak jest ono w dużym stopniu zależne od względnego stopnia pirolizy i od procesów zgazowywania tlenowego.

Zgazowywanie pozostałości węglowej po pirolizie tlenem lub korzystnie tlenem i parą, polega na tym, że dodaje się w temperaturze 600°C węgiel o wysokiej czystości, w postaci porowatej, i przetwarza się go energetycznie z ilościowym przekształceniem zawartego węgla i z szybkim wzrostem temperatury do 900 -1000°C. Straty energii cieplnej w procesie utleniania są stosunkowo małe, niższe niż 12% i to odnosi się do 50% całości. Rzeczywiste straty energii cieplnej wynoszą poniżej 6%, co jest niewielką ilością w stosunku do całkowitego procesu zgazowywania i jest wysokim zyskiem energetycznym.

Dwa strumienie gazów, jeden z pirolizy i drugi ze zgazowywania z tlenem lub z tlenem i z parą, miesza się w turbinie, albo bezpośrednio po ich otrzymaniu, albo po wykorzystaniu ich do wymiany cieplnej. Następnie kieruje się je do jednostki Clausa, która pracuje pod ciśnieniem. W jednostce Clausa gazy zawierające siarkę są neutralizowane i uzyskuje się strumień paliwa wolny od gazów żrących.

Wyniki analizy gazów wytworzonych w dwóch reaktorach, pirolizy i zgazowywania tlenowego, dla kilku greckich lignitów i torfów podano w tabeli 2, jako maksima i jako minima składu.

178 845

Tabela 2

Skład paliw gazowych z pirolizy i ze zgazowywania tlenowego

Składnik	z pirolizy, %	ze zgazowywania tlenowego, %
metan	20 -30%
tlenek węgla	30 - 50%	35 - 40%
dwutlenek węgla	2 - 6%	16 - 22%
wodór	16 - 22%	40 - 60%
siarkowodór	1 - 3%
dwutlenek siarki		1 - 2%

Przeprowadzenie reakcji pirolizy kilku paliw stałych o niskiej wartości opałowej dało wyniki zawarte w tabeli 3.

Tabela 3

Reakcja pirolityczna lignitów i torfów o niskich wartościach opałowych w % (bez popiołu i w postaci suchej)

Temperatura	Torf	Ptolemais (Północna Grecja)	Megalopolis (Pelopones, Grecja)	Aliveri (Euboea, Grecja)
400°C	15,20%	17,30%	53,40%	16,80%
450°C	22,40%	23,50%	44,30%	23,40%
500°C	34,24%	35,28%	52,40%	37,20%
550°C	34,48%	39,43%	67,42%	44,64%
600°C	44,00%	44,24%	75,42%	51,00%
650°C	44,63%	46,60%	79,38%	56,00%
Zawartość popiołu	11,55%	10,80%	20,60%	11,50%
kcal/kg paliwa stałego	4400	5100	4400	5400
kcal/kg pozostałość węglowa	4465	5200	4020	5730

Na załączonym rysunku przedstawiającym schematycznie przebieg procesu wykorzystania gazów wyprodukowanych w celu wytwarzania elektryczności, łatwo można zauważyć oryginalność i zysk energetyczny uzyskiwany sposobem według wynalazku.

Sekwencja produkcji obejmuje kolejno dwa reaktory ciśnieniowe, do pirolizy i do zgazowywania z tlenem. Reaktor do pirolizy jest przeznaczony do pracy w temperaturze 700°C i przy ciśnieniu 5 MPa, jest on reaktorem ze złożem fluidalnym z automatycznym układem dostarczania węgla i odbioru uzyskanych produktów: pozostałości węglowej i gazów opałowych.

Reaktor do zgazowywania jest przeznaczony do pracy w temperaturze do 1200°C i przy ciśnieniu do 5 MPa, i jest on reaktorem ze złożem stałym z automatycznym układem do dostarczania i wprowadzania tlenu i do uwalniania popiołu i produktów gazowych.

Inną możliwością zastosowania tego wynalazku jest łączenie procesu pirolitycznego ze spalaniem pozostałości węglowej w obecnym kotle, wytwarzając parę pod ciśnieniem.

Według tego rozwiązania paliwa stałe, czyli lignity i torfy, o wilgotności do 60% lub w postaci suchej albo półsuchej, wprowadza się do reaktora pirolizy, a wytworzone gazy doprowadza się do turbiny w celu wykorzystania ich termomechanicznej energii, a następnie przemywa się je, gdzie obecny w nich siarkowodór jest neutralizowany znanym sposobem, takim jak np. proces Stretforda. Następnie gazy opałowe spala się w celu wytworzenia dużej ilości energii elektrycznej w udoskonalonym układzie połączonym w obwód. W tym przypadku pozostałość węglową spala się w tym kotle w celu wytworzenia pary pod ciśnieniem do pracy w obecnej lub nowo zainstalowanej turbinie parowej. W tym rozwiązaniu uzyskuje się około 3 -krotnie więcej energii

178 845 elektrycznej niż otrzymuje się obecnie, a odsiarczanie obejmuje 70% całej siarki obecnej w paliwie stałym.

W ramach niniejszego wynalazku stwierdzono i udowodniono w praktyce, że proces pirolityczny jest niezależny od wilgotności, obecności popiołu, i że proces ten stanowi wzór przetwarzania energii, ponieważ zastosowana tu energia pobierana jest z wytworzonych produktów, czyli z gazów i z pozostałości węglowej, a wytworzona para rzeczywiście zwiększa objętość gazów i ich zawartość energetyczną. Poza wykorzystaniem paliw stałych zoptymalizowanym przez biooczyszczanie, uwalnianie energii reakcji egzotermicznej przyczynia się zasadniczo do ilości energii oraz jest źródłem energii.

Gazy opałowe z reaktorów miesza się i kieruje do turbiny w celu uwolnienia części ich energii termomechanicznej jako energii elektrycznej, a następnie wprowadza się je do jednostki reakcji Clausa. W celu optymalizacji w jednostce Clausa gazy powinny mieć temperaturę 400 450°C i odpowiednie ciśnienie robocze. Energia termomechaniczna może być również użyta w generatorze pary na drodze wymiany ciepła.

W efekcie końcowym gazy opałowe zawierają energię cieplną w ilości do 95% energii cieplnej początkowego paliwa stałego przy zastosowaniu biooczyszczania i przy dodaniu energii z reakcji egzotermicznej.

Gazy opałowe dostarcza się do unowocześnionego układu połączonego w obwód w celu wytworzenia energii elektrycznej. Według wynalazku może to przekroczyć 65% przy przyłączeniu turbiny dla zużytkowania energii termomechanicznej.

Wydajność energii elektrycznej obecnie wynosi 1,1 kg lignitu o wartości opałowej 3000 kcal (718 kJ) na kWh albo dla lignitów i torfów o wartości opałowej 800-1200 kcal/kg (191 -287kJ/kg), wydajność ta wynosi 1,8-4,1 kg/kW energii elektrycznej. W opisanym wynalazku wydajność elektryczności jest nieoczekiwanie wysoka, 0,41 - 0,62 Kg lignitu lub torfu/KW, ponieważ lignity i torfy o niskiej wartości opałowej są zużywane według ich zawartości energii w postaci suchej oraz dodatkowo na drodze wkładu bardzo egzotermicznej reakcji, która przyczynia się w 20 - 30% do wzrostu energii. Na podstawie powyższego wykazano, że opisany wynalazek dotyczący spożytkowania paliw stałych o niskiej wartości opałowej z pirolizą, daje 30 do 80% większą wydajność podczas wytwarzania energii elektrycznej, co jest porównywalne z wydajnością paliw stałych o wysokiej wartości opałowej i z wydajnością oleju, i to w procesie przebiegającym korzystnie bez zanieczyszczania środowiska.

Zatem opisany wynalazek podaj e sposób wytwarzania elektryczności przy małych kosztach, z paliw stałych o niskiej wartości opałowej, które są szeroko rozpowszechnione na całym świecie, w operacji, która równocześnie wytwarza duże ilości elektryczności, oraz wprowadza proces przebiegający bez zanieczyszczania lotnym popiołem i SO₂, i który może być prowadzony również w sposób bez emisji tlenków azotu, a zatem całkowicie bez zanieczyszczania środowiska. Również prowadzi on do widocznego obniżenia emisji CO₂ do 75% na jednostkę produkcyjną.

178 845

Fig. 1 Schemat procesu i instalacji do pirolitycznego zgazowywania lignitów (torfówl dzięki zmontowaniu unowocześnionego układu zgazowania węgla do wytwarzania mocy elektrycznej

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania energii elektrycznej z paliw stałych o niskiej wartości opałowej, znamienny tym, że prowadzi się etapy, w których rozdrabnia się paliwa stałe do postaci sproszkowanej i ogrzewa na drodze wymiany energii cieplnej w temperaturze około 180 - 320°C odwadniając je o około 60 do 90%, pirolizuje się 40 - 80% część węglową paliwa stałego o niskiej wartości kalorycznej, zgazowuje się pozostałą część węgla po pirolizie tlenem lub parą zawierającą tlen, miesza się gazy utworzone w etapie pirolizy i w etapie zgazowania i przeprowadza się mieszaninę gazową przez etap neutralizowania i uwalniania siarki w reaktorze katalitycznym Clausa, przemywa się mieszaninę gazów wodą i kieruje się mieszaninę gazów do turbiny gazowej lub generatora pary i turbiny parowej, gdzie wytwarza się energię elektryczną.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako paliwo stałe stosuje się lignit lub torf.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że paliwo stałe poddaje się pirolizie w reakcji o charakterze redukcyjnym i otrzymuje gaz pierwszy zawierający siarkę w postaci siarkowodoru a pozostałą część węgla gazyfikuje się w reakcji o charakterze utleniającym, otrzymując drugi gaz zawierający dwutlenek siarki.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że proces pirolizy prowadzi się w temperaturze 450 - 600°C.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że pozostałość węglową po pirolizie przeprowadza się do etapu zgazowania z wytworzeniem temperatury 900°C do 1100°C.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że pirolizę prowadzi się w reaktorze o złożu fluidalnym.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że zgazowanie prowadzi się w reaktorze ze stałym złożem.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stałe paliwo o zawartości wilgoci w ilości do 60% i odwadnianie paliwa stałego przeprowadza się w etapie pirolizy.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że po etapie pirolizy otrzymuje się pierwszy gaz o składzie metan 20-35% tlenek węgla 30-50% dwutlenek 2-6% wodór 16-22% siarkowodór 1-3%.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że pozostałość węglowąpo pirolizie zgazowuje się w reakcji utleniającej tworząc drugi gaz o składzie tlenek węgla 35-40% dwutlenek węgla 16-22% wodór 40-60% dwutlenek siarki 1-2%.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że gazy pierwszy i drugi miesza się tworząc mieszaninę gazową w temperaturze pomiędzy około 600 - 800°C i pod ciśnieniem pomiędzy 2 a 3 MPa, i poddaje się neutralizacji siarkowodór i dwutlenek węgla odpowiednio z pierwszego i drugiego gazu w reakcji 2H₂S + SO₂ -> 3S + 2H₂O.

178 845