PL189837B1 - Sposób regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji i układ do regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji - Google Patents

Abstract

1. Sposób regulacji przeplywu tlenu w procesie gazyfi- kacji, w którym dostarcza sie t l e n przewodem rurowym ze zródla tlenu do sprezarki, a nastepnie kolejnym przewodem rurowym ze sprezarki do co najmniej jednego generatora gazu, przy czym ustala sie wymagania dotyczace tlenu w kazdym generatorze gazu za pomoca detektora, które nastepnie przysto- sowuje sie do wykrywania niedostatecznej lub nadmiernej ilosci tlenu w generatorach gazu, w miejscu zasilania generatora w paliwo, albo na wyjsciu z generatora, po czym doprowadza sie gaz zawierajacy czasteczki tlenu do pierwszego przewodu rurowego, laczacego zródlo tlenu ze sprezarka tlenu, a nastepnie uruchamia sie zawór regulacyjny zasysania usytuowany na pierwszym przewodzie rurowym pomiedzy zródlem tlenu i sprezarka tlenowa, przy czym w polozeniu otwarcia zaworu zwieksza sie przeplyw tlenu ze zródla do sprezarki pierwszym przewodem rurowym, podczas gdy w detektorze oznacza sie calkowita ilosc tlenu zawarta w generatorze gazu, zas w poloze- niu przemieszczonym zaworu redukuje sie przeplyw tlenu ze zródla do sprezarki podczas gdy wyznaczona calkowita ilosc tlenu w generatorze gazu jest w nadmiarze, nastepnie przesyla sie sprezony gaz szeregiem drugich przewodów rurowych, laczacych sprezarke z generatorem gazu, znamienny tym, ze za pomoca zaworu modulacyjnego, usytuowanego na kazdym drugim przewodzie rurowym, reguluje sie przeplyw gazu, przy czym w polozeniu otwarcia zaworu modulacyjnego zwieksza sie przeplyw tlenu poprzez drugi przewód rurowy, podczas gdy za pomoca detektora oznacza sie cala niedostateczna ilosc przeplywu tlenu w generatorze gazu, a w polozeniu przemiesz- czenia zaworu redukuje sie przeplyw tlenu ze sprezarki poprzez drugi przewód rurowy do generatora gazu.................................. F I G . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji i układ do regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji.

Zgłoszenie niniejsze ma ppierwszeństwo w stosunku do tymczasowego zgłoszenia patentowego o numerze 60/048,934, zgłoszonego 6 czerwca 1997, zatytułowanego „Układ regulacji przepływu tlenu i wodoru pojedynczego zespołu generatora gazu”.

Z opisów patentowych USA nr 2,809,104, nr 2,818,326, nr 3,544,291, nr 4,637,823, nr 4,653,677, nr 4,872,886, nr 4,456,546, nr 4,671,806, nr 4,760,667, nr 4,146,370, nr 4,823,741, nr 4,889,540, nr 4,959,080, nr 4,979,964, nr 2,928,460, nr 4,328,006, nr 4,328,008 znany jest sposób regulacji przepływu tlenu i urządzenie do realizacji tego sposobu.

W rozwiązaniach tych bazuje się na tym, że materiały wsadowe opierające się na ropie naftowej obejmują zanieczyszczony koks ponaftowy i inne materiały węglowodorowe, takie jak stałe odpady węglowe, oleje pozostałościowe i produkty uboczne pochodzące z ciężkiej ropy naftowej. Materiały te są powszechnie używane w reakcjach gazyfikacji, które wytwarzają mieszaniny wodoru i gazowego tlenku węgla, powszechnie nazywane „gazem syntezowym” albo po prostu „syngazem”. Syngaz jest używany jako materiał wsadowy do wytwarzania wielu użytecznych związków organicznych i może być także używany jako czyste paliwo do wytwarzania mocy.

W znanych rozwiązaniach reakcji gazyfikacji obejmuje dostarczanie materiału wsadowego, gazu zawierającego wolny tlen i innych materiałów do reaktora gazyfikacyjnego, który jest także nazywany „częściowo utleniającym reaktorem gazyfikacyjnym” albo po prostu „reaktorem” albo „generatorem gazu”. Z powodu wykorzystywania wysokich temperatur, generator gazu jest wyłożony materiałem ogniotrwałym tak zaprojektowanym, aby wytrzymywał temperaturę reakcji.

Materiał wsadowy i tlen są dokładnie mieszane i reagują w generatorze gazu w celu wytworzeni syngazu. Chociaż reakcja będzie zachodziła w szerokim zakresie temperatur, to temperatura reakcji, która jest stosowana, musi być wystarczająco wysoka, aby stopić wszystkie metale, które mogą się znajdować w materiale wsadowym. Jeśli temperatura nie jest wystarczająco wysoka, to wylot z reaktora może zostać zablokowany niestopionymi metalami. Z drugiej strony, temperatura musi być wystarczająco niska aby nie uszkodzić materiałów ogniotrwałych, którymi jest wyłożony reaktor.

Jednym znanym sposobem regulacji temperatury reakcji jest regulacja ilości tlenu, który jest mieszany, a następnie reaguje z materiałem wsadowym. W ten sposób, jeśli pożądane jest zwiększenie temperatury reakcji, zwiększa się ilość tlenu. Z drugiej strony, jeśli pożądane jest zmniejszenie temperatury reakcji, to zmniejsza się ilość tlenu.

Tlen, który ma być wykorzystany w reakcji, płynie przewodem rurowym ze źródła tlenu do sprężarki, a następnie drugim przewodem rurowym ze sprężarki do generatora gaazu. Często pomiędzy sprężarką i generatorem gazu znajduje się zbiornik. W generatorze gazu tlen jest wprowadzany przez otwór w górnym końcu reaktora w celu wymieszania ga z materiałem wsadowym. Regulacja ilości tlenu, który wchodzi przez otwór, jest wykonywana za pomocą zaworu znajdującego się na otworze. Kiedy zawór jest otwarty, tlen wpływa do reaktora. Kiedy konieczne jest spowolnienie reakcji i ochłodzenie, na przykład kiedy zmniejszony został

189 837 napływ materiału wsadowego, wtedy przepływ przez zawór jest zmniejszany, to znaczy zawór jest przemieszczany do położenia zmniejszonego przepływu.

Opisany powyżej układ regulacyjny nie reguluje przepływ tlenu w sposób precyzyjny. Jest to spowodowane faktem, że nawet kiedy zawór na otworze jest w położeniu zmniejszonego przepływu, to tlen nadal jest przesyłany przez sprężarkę drugim przewodem rurowym. Wytworzony tlen przepływa ze sprężarki do zaworu redukującego przepływ i jego ciśnienie się zwiększa. Z tego powodu trudno jest osiągnąć dobrą regulację.

Jednym ze znanych rozwiązań jest zastosowanie dużego zbiornika na wylocie ze sprężarki. Jednak jest to duże zagrożenie bezpieczeństwa, ponieważ w pobliżu występują wysokie temperatury i materiały węglowe. Pożądane by było, aby można było odkryć sposób i układ do regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji, który bezpośrednio redukuje ilość tlenu w rurociągu.

Sposób regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji, według wynalazku, w którym dostarcza się tlen przewodem rurowym ze źródła tlenu do sprężarki, a następnie kolejnym przewodem rurowym ze sprężarki do co najmniej jednego generatora gazu, przy czym ustala się wymagania dotyczące tlenu w każdym generatorze gazu za pomocą detektora, które następnie przystosowuje się do wykrywania niedostatecznej lub nadmiernej ilości tlenu w generatorach gazu, w miejscu zasilania generatora w paliwo, albo na wyjściu z generatora, po czym doprowadza się gaz zawierający cząsteczki tlenu do pierwszego przewodu rurowego, łączącego źródło tlenu ze sprężarką tlenu, a następnie uruchamia się zawór regulacyjny zasysania usytuowany na pierwszym przewodzie rurowym pomiędzy źródłem tlenu i sprężarką tlenową, przy czym w położeniu otwarcia zaworu zwiększa się przepływ tlenu ze źródła do sprężarki pierwszym przewodem rurowym, podczas gdy w detektorze oznacza się całkowitą ilość tlenu zawartą w generatorze gazu, zaś w położeniu przemieszczonym zaworu redukuje się przepływ tlenu ze źródła do sprężarki podczas gdy wyznaczona całkowita ilość tlenu w generatorze gazu jest w nadmiarze, następnie przesyła się sprężony gaz szeregiem drugich przewodów rurowych, łączących sprężarkę z generatorem gazu, charakteryzuje się tym, że za pomocą zaworu modulacyjnego, usytuowanego na każdym drugim przewodzie rurowym, reguluje się przepływ gazu, przy czym w położeniu otwarcia zaworu modulacyjnego zwiększa się przepływ tlenu poprzez drugi przewód rurowy, podczas gdy za pomocą detektora oznacza się całą niedostateczną ilość przepływu tlenu w generatorze gazu, a w położeniu przemieszczenia zaworu redukuje się przepływ tlenu ze sprężarki poprzez drugi przewód rurowy do generatora gazu, podczas gdy za pomocą detektora oznacza się nadmierną całkowitą ilość tlenu w generatorze gazu, następnie w odpowiedzi na sygnał wyjściowy detektora z generatora gazu, uruchamia się zawór modulacyjny dla generatora gazu, a ponadto reguluje się przepływ tlenu zaworem odpowietrzającym usytuowanym pomiędzy sprężarką tlenu i zaworami modulacyjnymi na szeregu drugich przewodach rurowych, przy czym każdy zawór odpowietrzający jest w położeniu otwarcia gdy w każdym detektorze oznaczony przepływ tlenu do generatora gazu zaworu odpowietrzającego jest większy niż 2% powyżej pożądanej ilości.

Korzystnym jest gdy, doprowadza się różnicowe ciśnienie mierzone na każdym zaworze modulacyjnym do wielkości 280 Kpa lub mniej.

Układ do regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji, według wynalazku, zawierający pierwszy przewód rurowy połączony ze źródłem tlenu i sprężarką oraz zawór regulacyjny zasysania umieszczony pomiędzy źródłem tlenu i sprężarką tlenową, przy czym zawór regulacyjny zasysania jest ruchomy od położenia otwarcia dla dostarczenia tlenu ze źródła do sprężarki poprzez pierwszy przewód rurowy, i do położenia zmniejszonego przepływu tlenu ze źródła do sprężarki, oraz co najmniej dwa drugie przewody rurowe, połączone sprężarką tlenową z otworem wlotowym co najmniej dwóch generatorów gazu, charakteryzuje się tym, że na każdym drugim przewodzie rurowym jest usytuowany zawór modulacyjny regulacji przepływu tlenu do generatorów gazu z drugich przewodów rurowych oraz zawór odpowietrzający umieszczony pomiędzy sprężarką tlenową i zaworem modulacyjnym, zaś w każdym generatorze gazu, w miejscu zasilania generatora w paliwo, albo na wyjściu z generatora jest usytuowany detektor wykrywający niedostateczną ilość lub nadmiar przepływu tlenu kiedy konieczna jest zmiana przepływu tlenu do generatora gazu, oraz do uruchamiania zaworu regulacyjnego zasysania, a ponadto układ zawiera, połączony z zaworem

189 837 regulacyjnym zasysania, pierwszy siłownik i drugi siłownik sterujący zaworem odpowietrzającym, przy czym zawór regulacyjny zasysania i zawór odpowietrzający stanowią regulatory ilości tlenu dostarczanego do każdego generatora gazu.

Zawór modulacyjny regulacji napływu tlenu do generatora gazu z drugiego przewodu rurowego jest usytuowany przy wlocie do generatora gazu.

Korzystnym jest gdy detektor jest wybrany z grupy, obejmującej termoelement, pirometr i czujnik prędkości gazu wylotowego, a w szczególności detektor jest pirometrem.

Każdy drugi przewód rurowy ma długość mniejszą niż 609,6 m.

Drugi przewód rurowy jest odłączony od zbiornika wyrównawczego.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest to, że jest użyteczne do regulacji napływu tlenu do reaktora, w którym reagują materiał wsadowy węglowodorowy i tlen w celu utworzenia syngazu. Do dostarczania materiału wsadowego do reaktora można zastosować dowolne efektywne środki. Generalnie, materiał wsadowy, tlen i dowolne inne materiały są podawane przez jeden albo więcej wlotów albo otworów w reaktorze. Typowo materiał wsadowy i gaz przechodzą do wtryskiwacza paliwa, który znajduje się na wlocie do reaktora. W celu wspomagania dodawania albo oddziaływania materiału wsadowego i gazu w reaktorze można zastosować dowolne efektywne ukształtowanie wtryskiwacza paliwa. Alternatywnie materiał wsadowy może być wprowadzany do górnego końca reaktora przez otwór. Gaz zawierający wolny tlen jest typowo wprowadzany do reaktora z dużą prędkością przez wtryskiwacz paliwa albo oddzielny otwór, który podaje gaz tlenowy bezpośrednio do strumienia materiału wsadowego. Dzięki temu ukształtowaniu materiały wprowadzane są dokładnie mieszane wewnątrz strefy reakcji i zapobiega się bezpośredniemu oddziaływaniu i uszkadzaniu ścian reaktora przez strumień gazu tlenowego.

Można zastosować dowolne ukształtowanie reaktora efektywne dla gazyfikacji. Typowo można stosować pionowe stalowe naczynie ciśnieniowe o kształcie cylindrycznym. Strefa reakcji korzystnie zawiera dolno przepływową wyłożoną materiałem ogniotrwałym komorę o swobodnym przepływie, z centralnie zlokalizowanym wlotem na górze i osiowo ustawionym wylotem na dole.

Zastosowanie układu regulacji przepływu tlenu według niniejszego wynalazku umożliwia regulacje napływu tlenu do generatora gazu z dokładnością do 1%. Napływ tlenu do generatora gazu może być gwałtownie zmniejszony kiedy wystąpi mały przepływ materiału wsadowego (do 20%/sek), bez powodowania znaczącej zmiany (<1%) ciśnienia tlenu, przy zastosowaniu modulowanego zaworu odcinającego i zaworu odpowietrzającego w powiązaniu z małym przepływem paliwa. Układ może być także tak ukształtowany, aby gwałtownie zmniejszać przepływ paliwa (do 10% na sekundę) kiedy wystąpi mały przepływ tlenu. Działania te utrzymują stały stosunek tlenu/węglowodoru dostarczanego do generatora gazu.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu regulacji przepływu tlenu według niniejszego wynalazku zastosowanego dla jednego generatora gazu, fig. 2 - schemat układu regulacji przepływu tlenu, zastosowanego dla wielu generatorów gazu (nie pokazanych).

Jak to przedstawiono na fig. 1 gaz zawierający tlen wychodzi ze źródła, takiego jak powietrzna jednostka oddzielająca (nie pokazana), i przechodzi przez zawór regulacyjny zasysania 12 do sprężarki powietrznej 14. Sprężony gaz wychodzi ze sprężarki przewodem rurowym do generatora gazu 10. Na przewodzie tym znajduje się zawór odpowietrzający 16. Znajduje się na nim także zawór modulowany 18 umieszczony na wlocie do generatora gazu. Wewnątrz generatora gazu 10 znajduje się detektor 26 wykrywający konieczność zmiany napływu tlenu do geaeratora gazu i sygnalizujący uruchomienie zaworu regulacyjnego zasysania 12, wystarczające do zmiany przepływu tlenu. W tym przykładzie wykonania przedstawione jest źródło paliwa węglowego 22 i regulator przepływu paliwa 22. Elementy regulacyjne 24 porównują paliwo wchodzące do reaktora 10 i sygnał wyjściowy z detektora 26 wewnątrz generatora gazu, oraz, jeśli proces staje się wystarczająco niezrównoważony, elementy regulacyjne 24 mogą zamknąć zawór modulowany 18 i otworzyć zawór odpowietrzający 16. W ten sposób szybko zmniejszy się napływ gazu do generatora gazu 10, zanim zawór regulacyjny zasysania 12 zostanie zamknięty.

189 837

Figura 2 przedstawia schemat układu regulacji przepływu tlenu, zastosowanego dla wielu generatorów gazu (nie pokazanych) posiadających wspólną sprężarkę tlenową 36, przy czym każdy generator gazu działa niezależnie. Gaz zawierający tlen wychodzi z powietrznej jednostki oddzielającej (nie pokazanej) rurą łączącą 30. Gaz zawierający tlen musi przejść przez zawór regulacyjny zasysania 34 do wlotu sprężarki 36. Na rurze łączącej 30 jest umieszczony zawór odpowietrzający 32, który zmienia kierunek gazu zawierającego tlen o niskim ciśnieniu w przypadku postoju sprężarki albo pełnego zamknięcia zaworu regulacyjnego zasysania. Gaz zawierający tlen jest sprężany w sprężarce 36, a to co z niej wychodzi jest dzielone na dwa albo więcej generatorów gazu. Zanim sprężony gaz zostanie podzielony, na przewodzie znajduje się zawór odpowietrzający o dużej wydajności 38. Po podziale, na każdym przewodzie znajduje się urządzenie mierzące przepływ 40 i 42. Następnie na każdym przewodzie znajduje się drugi zawór odpowietrzający 44 i 46. Jest to zawór odpowietrzający, który działa zgodnie z potrzebą we współpracy z modulowanymi zaworami 48 i 50 na każdym przewodzie, w celu szybkiego zmniejszenia napływu tlenu do generatorów gazu (nie pokazanych), kiedy jest to konieczne. Alternatywnie, funkcje zaworu odpowietrzającego 32 i zaworów odpowietrzających 44 i 46 mogą być odwrócone. Pierwotna regulacja wymaganego tlenu dla układu wszystkich sprężarek jest wykonywana w zaworze regulacyjnym zasysania 34, a zawory modulowane 48 i 50 proporcjonalnie dzielą przepływ gazu na indywidualne generatory gazu. Na każdym z przewodów 56, 58 podążających do generatorów gazu znajdują się także rezerwowe zawory odcinające, ponieważ zawory modulowane 48 i 50 często nie są niezawodne w całkowitym zatrzymywaniu przepływu. Po przejściu gazu przez te zawory odcinające 56 i 58, gaz wchodzi do generatorów gazu (nie pokazanych) poprzez środki łączące 56 i 58. Fig. 2 przedstawia także napływ paliwa do jednego z generatorów gazu, przy czym źródło paliwa węglowego 60 wysyła paliwo w postaci szlamu do przepływomierza 62, a następnie do generatora gazu. Prędkość gazu transportowanego do indywidualnego generatora gazu zależy od prędkości napływu paliwa do generatora gazu (z 62) i sygnału wyjściowego z detektora (nie pokazanego) w generatorze gazu albo na wyjściu z generatora gazu, który wykrywa czy w reaktorze występuje nadmiar czy niedobór tlenu.

Przykład 1

Generator gazu pracuje w trybie częściowego utleniania. Reaktor jest wyposażony w pirometr i termoelementy, nie pokazane, do monitorowania temperatury reaktora na górze, w środku i na dole komory reakcyjnej.

Tlen jest regulowany przez układ regulacji przepływu tlenu, który jest szczegółowo pokazany na fig. 1. Reakcja gazyfikacji jest przeprowadzana w temperaturach od około 1200°C do około 1500°C i pod ciśnieniem od około 10 do około 200 atmosfer. Materiał wsadowy reaguje w generatorze gazu z gazem, wytwarzając gaz syntezowy i produkty uboczne. Gaz syntezowy i płynne produkty uboczne opuszczają reaktor w celu wejścia do komory albo naczynia chłodzącego, nie pokazanego, w celu dalszej obróbki i regeneracji.

Zastosowanie układu regulacji przepływu tlenu z fig. 1 umożliwia regulację napływu tlenu do generatora gazu z dokładnością do 1%. Napływ tlenu do generatora gazu może być gwałtownie zmniejszony kiedy wystąpi mały przepływ materiału wsadowego (do 20%/sek), bez powodowania znaczącej zmiany (<1%) ciśnienia tlenu, przy zastosowaniu modulowanego zaworu odcinającego i zaworu odpowietrzającego w powiązaniu z wystąpieniem małego przepływu szlamu. Układ może być także tak ukształtowany, aby gwałtownie zmniejszać przepływ szlamu (do 10% na sekundę) kiedy wystąpi mały przepływ tlenu. Nie ma konieczności stosowania naczynia wyrównawczego ani zaworu regulacji ciśnienia, a pomiędzy sprężarką tlenową i generatorem gazu znajduje się minimalna długość rurociągów mniej niż 609,6 m.

Przykład 2

Dwa częściowo utleniające generatory gazu pracują w trybie częściowego utleniania jak pokazano na fig. 2. Reaktory są wyposażone w pirometr i termoelementy, nie pokazane, do monitorowania temperatury reaktora na górze, w środku i na dołe komory reakcyjnej.

Gaz zawierający wolny tlen jest dostarczany ze sprężarki 36. Proces równoległej prący dwóch częściowo utleniających reaktorów wykorzystuje układ, który jest przedstawiony na

189 837 fig. 2. Należy zauważyć, że dwa generatory gazu posiadają wspólną powietrzną jednostkę oddzielającą i sprężarkę. Reakcja częściowego utleniania jest przeprowadzana w temperaturach od około 1200°C do około 1500°C i pod ciśnieniem od około 10 do około 200 atmosfer. Materiał wsadowy reaguje z gazem w generatorach gazu (nie pokazanych), wytwarzając gaz syntezowy i produkty uboczne. Gaz syntezowy i płynne produkty uboczne opuszczają reaktor w celu wejścia do komory albo naczynia chłodzącego, nie pokazanego, w celu dalszej obróbki i regeneracji.

Zastosowanie układu regulacji przepływu tlenu z fig. 2 umożliwia regulację napływu tlenu do generatora gazu z dokładnością do 1%. Napływ tlenu do generatora gazu może być gwałtownie zmniejszony kiedy wystąpi mały przepływ materiału wsadowego (do 20%/sek), bez powodowania znaczącej zmiany (<1%) ciśnienia tlenu, przy zastosowaniu modulowanego zaworu odcinającego 48 i 50 i zaworu odpowietrzającego 44 i 46 w powiązaniu z wystąpieniem małego przepływu szlamu. Układ może być także tak ukształtowany, aby gwałtownie zmniejszać przepływ szlamu 62 (do 10% na sekundę) kiedy wystąpi mały przepływ tlenu. Działania te utrzymują w generatorze gazu stały stosunek tlenu/węglowodoru. Nie ma konieczności stosowania naczynia wyrównawczego ani zaworu regulacji ciśnienia, a pomiędzy sprężarką tlenową i generatorem gazu znajduje się minimalna długość rurociągów mniej niż 609,6 m. Dodatkowo, zawór odpowietrzający 38 może być gwałtownie otwarty tak, że nie wystąpi znacząca zmiana (<1%) ciśnienia tlenu, kiedy cały tlen zostanie gwałtownie (<5 sekund) odcięty od jednego generatora gazu.

Termin „sprężarka tlenowa” oznacza dowolne urządzenie do wytwarzania tlenu o zwiększonym ciśnieniu, to znaczy o ciśnieniu większym niż około 1 atmosfery, albo 101 kPa, odpowiedniego do wykorzystania w gazyfikacji.

Termin „źródło tlenu” oznacza dowolne urządzenie, przyrząd, albo źródło, które dostarcza tlen, zasadniczo czysty tlen, albo powietrze wzbogacone w tlen posiadające więcej niż około 21% molowych tlenu. Można zastosować dowolny gaz zawierający wolny tlen, który zawiera tlen w postaci odpowiedniej do reakcji zachodzącej podczas procesu gazyfikacji. Zasadniczo czystym tlenem jest gaz, który zawiera więcej niż około 90% molowych, a częściej około 95 do około 99,5% molowych tlenu. Powszechnie gaz zawierający wolny tlen zawiera tlen plus inne gazy pochodzące z powietrza, z którego pobrano tlen, takie jak azot, argon albo inne gazy obojętne. Typowe źródło tlenu zawiera powietrzną jednostkę separacyjną, która oddziela tlen od powietrza. Jednostki takie są handlowo dostępne.

Termin „zawór regulacyjny zasysania” oznacza ruchomą część, która znajduje się na linii pomiędzy źródłem tlenu i sprężarką tlenową. Zawór regulacyjny zasysania umożliwia przepływ tlenu przez przewód rurowy, który operacyjnie łączy źródło tlenu ze sprężarką tlenową kiedy wspomniany zawór jest częściowo albo całkowicie „otwarty”. Kiedy wspomniany zawór jest „zamknięty”, to zapobiega się wchodzeniu tlenu do sprężarki. Kiedy wspomniany zawór znajduje się w „położeniu zmniejszonego przepływu”, to zawór jest częściowo otwarty, co zmniejsza napływ tlenu do sprężarki w porównaniu z zaworem całkowicie „otwartym”. Zawory regulacyjne zasysania są korzystnie regulowane w sposób ciągły od położenia otwartego, poprzez wiele „położeń zmniejszonego przepływu”, a na koniec do położenia zamkniętego.

Termin „zawór odpowietrzający” dotyczy zaworu, który po otwarciu umożliwia gazowi, w tym przypadku tlenowi, zasadniczo czystemu tlenowi, albo gazowi wzbogaconemu w tlen, wyjście z rury i ulotnienie się do atmosfery albo do zbiornika, albo przekazanie do procesu, w którym można wykorzystać tlen, albo do innego miejsca. Nie jest ważne gdzie jest wydalany tlen. Termin „normalnie zamknięty zawór odpowietrzający” oznacza, że zawór odpowietrzający jest zamknięty podczas normalnej, ustalonej pracy. Nie jest ważne dla niniejszego wynalazku czy położenie uszkodzenia zaworu jest otwarte czy zamknięte. Zawór odpowietrzający jest często korzystnie modulowany, z położeniem otwartym, zamkniętym i wieloma położeniami częściowo otwartymi.

Reakcja gazyfikacji przebiega w warunkach reakcji, które są wystarczające do przetworzenia pożądanej ilości materiału wsadowego w syngaz. Temperatury reakcji typowo mieszczą się w zakresie od około 900°C do około 2000°C, korzystnie od około 1200°C do około 1500°C. Ciśnienia typowo mieszczą się w zakresie od około 1 do około 250 atmosfer, ko8

189 837 rzystnie od około 10 do około 150 atmosfer. Średni czas przebywania w strefie reakcji ogólnie mieści się w zakresie do około 0,5 do około 20, a normalnie od około 1 do około 0 sekund.

Można zastosować dowolny gaz zawierający wolny tlen, który zawiera tlen w postaci odpowiedniej do reakcji zachodzącej podczas procesu gazyfikacji. Typowo tlen jest uzyskiwany poprzez oddzielanie tlenu z powietrza przez jednostkę oddzielającą. Z powietrznej jednostki oddzielającej tlen przepływa przewodem rurowym do sprężarki, która zwiększa ciśnienie tlenu i dostarcza tlen drugim przewodem rurowym do otworu w górnym końcu generatora gazu.

Optymalne proporcje materiału wsadowego bazującego na ropie naftowej do gazu zawierającego wolny tlen, jak również do dowolnych opcjonalnych składników, mogą się zmieniać w szerokim zakresie wraz z takimi czynnikami jak typ materiału wsadowego, typ tlenu, jak również wymagania techniczne wyposażenia dla takich pozycji jak materiały ogniotrwałe i reaktor. Typowo stosunek atomowy tlenu w gazie zawierającym wolny tlen do węgla w materiale wsadowym wynosi około 0,6 do około 1,6, korzystnie około 0,8 do około 1,4. Kiedy gazem zawierającym wolny tlen jest powietrze, to stosunek może wynosić około 0,8 do około 1,6, korzystnie około 1,3.

System regulacji przepływu tlenu według niniejszego wynalazku może być stosowany bez względu na to, jakie są optymalne proporcje materiału wsadowego bazującego na ropie naftowej do gazu zawierającego wolny tlen. System regulacji przepływu tlenu wykrywa kiedy konieczne jest zmniejszenie przepływu tlenu w związku ze zmniejszeniem przepływu węglowodoru. Podobnie, system regulacji przepływu tlenu wykrywa kiedy konieczne jest zwiększenie przepływu tlenu z powodu zwiększenia przepływu węglowodoru. Detektory takie są łatwo dostępne handlowo. Obejmują one przepływomierze dla węglowodoru, termoelementy, pirometry, detektory gazu, albo inne urządzenia wykrywające i pomiarowe.

Kiedy zostanie wykryta potrzeba zmniejszenia przepływu tlenu, do zaworu regulacyjnego zasysania zasysanie wysyłany jest sygnał powodujący jego przemieszczenie do położenia zmniejszonego przepływu albo zamknięcie, co minimalizuje albo całkowicie zapobiega napływowi tlenu do sprężarki. Sygnał może być wysłany przez dowolne środki sygnalizacyjne, na przykład można zastosować regulator stosunku, taki jak te handlowo dostępne z wielu źródeł.

Kiedy znowu istnieje zapotrzebowanie na zwiększony przepływ tlenu, to do zaworu regulacyjnego zasysania jest przesyłany sygnał powodujący jego częściowe albo całkowite otwarcie, który zwiększa napływ tlenu do sprężarki i zwiększa wydajność sprężarki. Sygnał ten może być wysłany przez to samo urządzenie, które wysłało poprzedni sygnał powodujący zamknięcie zaworu regulacyjnego zasysania, albo przez drugie środki sygnalizacyjne. W ten sposób można regulować przepływ tlenu w granicach 3%, korzystnie 2%, a korzystniej 1% pożądanej ilości.

W celu utrzymania szybkiej odpowiedzi na zmiany w czujniku, korzystnie na wylocie ze sprężarki nie ma żadnego zbiornika tlenu, zbiornika wyrównawczego albo bębna. Podobnie, długość rurociągów pomiędzy sprężarką i wlotem do generatora gazu jest utrzymywana na minimalnym poziomie, korzystniej mniejsza niż 609.60 m.

Chociaż zwykle nie jest konieczne stosowanie tradycyjnego modulowanego zaworu odcinającego umieszczonego na otworze reaktora i zaworu wypływowego sprężarki, kiedy reakcja gazyfikacji się rozpocznie, to może być pożądane stosowanie ich w połączeniu z układem według niniejszego wynalazku. W ten sposób, przepływ tlenu może być zmniejszony o przynajmniej 10%, korzystnie co najmniej 15%, a korzystniej co najmniej 20% całkowitej ilości tlenu na sekundę, kiedy wystąpi mały przepływ węglowodoru.

Kiedy przepływ tlenu nie może być zredukowany wystarczająco szybko poprzez redukcję napływu do sprężarki, na przykład kiedy generator gazu się wyłącza z powodu awarii, można otworzyć zawór odpowietrzający. Tlen wypływa do atmosfery albo innego środowiska o niższym ciśnieniu łatwiej niż do generatora gazu, w ten sposób zmniejszając napływ tlenu do generatora gazu. Jest to krytyczne zwłaszcza wtedy, kiedy jeden albo więcej generatorów gazu pracuje na jednej sprężarce tlenowej. Zawór odpowietrzający może być gwałtownie otwarty tak, że nie pojawi się żadna znacząca zmiana (<1%) ci189 837 śnienia tlenu, kiedy cały tlen jest gwałtownie (<5 sekund) odcinany od generatora gazu w układzie z wieloma generatorami gazu.

Kiedy więcej niż jeden generator gazu pracuje na jednej sprężarce tlenowej i jeden generator gazu ulegnie awarii, to zawór odpowietrzający na uszkodzonym generatorze gazu otwiera się kiedy zawór regulacyjny uszkodzonego generatora gazu się zamyka. Operacja ta umożliwia dalszy przepływ znacznej ilości tlenu ze sprężarki do nieuszkodzonych generatorów gazu. Ponadto, z powodu mechanicznych ograniczeń sprężarki, zmniejszony przepływ może spowodować awarię sprężarki i/lub poważne jej uszkodzenie. Awaria sprężarki spowodowałaby wyłączenie nie-uszkodzonego generatora gazu. Z tego powodu zdolność układu regulacji przepływu do wydalania tlenu do atmosfery, kiedy napływ tlenu do generatora gazu jest przerwany, często jest krytyczna, kiedy generatory gazu posiadają wspólną sprężarkę tlenową.

Opisany tutaj układ regulacji przepływu tlenu może być wykorzystywany do regulacji napływu tlenu do dwóch albo większej ilości generatorów gazu, które posiadają wspólne źródło tlenu i sprężarkę tlenową. Może to być osiągnięte na przykład poprzez wykorzystanie systemu przedstawionego na fig. 2.

FIG. 2

189 837

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji, w którym dostarcza się tlen przewodem rurowym ze źródła tlenu do sprężarki, a następnie kolejnym przewodem rurowym ze sprężarki do co najmniej jednego generatora gazu, przy czym ustala się wymagania dotyczące tlenu w każdym generatorze gazu za pomocą detektora, które następnie przystosowuje się do wykrywania niedostatecznej lub nadmiernej ilości tlenu w generatorach gazu, w miejscu zasilania generatora w paliwo, albo na wyjściu z generatora, po czym doprowadza się gaz zawierający cząsteczki tlenu do pierwszego przewodu rurowego, łączącego źródło tlenu ze sprężarką tlenu, a następnie uruchamia się zawór regulacyjny zasysania usytuowany na pierwszym przewodzie rurowym pomiędzy źródłem tlenu i sprężarką tlenową, przy czym w położeniu otwarcia zaworu zwiększa się przepływ tlenu ze źródła do sprężarki pierwszym przewodem rurowym, podczas gdy w detektorze oznacza się całkowitą ilość tlenu zawartą w generatorze gazu, zaś w położeniu przemieszczonym zaworu redukuje się przepływ tlenu ze źródła do sprężarki podczas gdy wyznaczona całkowita ilość tlenu w generatorze gazu jest w nadmiarze, następnie przesyła się sprężony gaz szeregiem drugich przewodów rurowych, łączących sprężarkę z generatorem gazu, znamienny tym, że za pomocą zaworu modulacyjnego, usytuowanego na każdym drugim przewodzie rurowym, reguluje się przepływ gazu, przy czym w położeniu otwarcia zaworu modulacyjnego zwiększa się przepływ tlenu poprzez drugi przewód rurowy, podczas gdy za pomocą detektora oznacza się całą niedostateczną ilość przepływu tlenu w generatorze gazu, a w położeniu przemieszczenia zaworu redukuje się przepływ tlenu ze sprężarki poprzez drugi przewód rurowy do generatora gazu, podczas gdy za pomocą detektora oznacza się nadmierną całkowitą ilość tlenu w generatorze gazu, następnie w odpowiedzi na sygnał wyjściowy detektora z generatora gazu, uruchamia się zawór modulacyjny dla generatora gazu, a ponadto reguluje się przepływ tlenu zaworem odpowietrzającym usytuowanym pomiędzy sprężarką tlenu i zaworami modulacyjnymi na szeregu drugich przewodach rurowych, przy czym każdy zawór odpowietrzający jest w położeniu otwarcia gdy w każdym detektorze oznaczony przepływ tlenu do generatora gazu zaworu odpowietrzającego jest większy niż 2% powyżej pożądanej ilości.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadza się różnicowe ciśnienie mierzone na każdym zaworze modulacyjnym do wielkości 280 Kpa lub mniej.
3. 3. Układ do regulacji przepływu tlenu w procesie gazyfikacji zawierający pierwszy przewód rurowy połączony ze źródłem tlenu i sprężarką oraz zawór regulacyjny zasysania umieszczony pomiędzy źródłem tlenu i sprężarką tlenową przy czym zawór regulacyjny zasysania jest ruchomy od położenia otwarcia dla dostarczenia tlenu ze źródła do sprężarki poprzez pierwszy przewód rurowy, i do położenia zmniejszonego przepływu tlenu ze źródła do sprężarki, oraz co najmniej dwa drugie przewody rurowe, połączone sprężarką tlenową z otworem wlotowym co najmniej dwóch generatorów gazu, znamienny tym, że na każdym drugim przewodzie rurowym jest usytuowany zawór modulacyjny (18) regulacji przepływu tlenu do generatorów gazu (10) z drugich przewodów rurowych oraz zawór odpowietrzający (16) umieszczony pomiędzy sprężarką tlenową (14) i zaworem modulacyjnym (18), zaś w każdym generatorze gazu (10), w miejscu zasilania generatora (10) w paliwo, albo na wyjściu z generatora (10) jest usytuowany detektor (26) wykrywający niedostateczną ilość lub nadmiar przepływu tlenu kiedy konieczna jest zmiana przepływu tlenu do generatora gazu (10) oraz do uruchamiania zaworu regulacyjnego zasysania (12, 34), a ponadto układ zawiera, połączony z zaworem regulacyjnym zasysania (12, 34), pierwszy siłownik i drugi siłownik sterujący zaworem odpowietrzającym (16, 44, 46), przy czym zawór regulacyjny zasysania (12, 34) i zawór odpowietrzający (16, 32, 38) stanowią regulatory ilości tlenu dostarczanego do każdego generatora gazu (10).

   189 837
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zawór modulacyjny (18) regulacji napływu tlenu do generatora gazu (10) z drugiego przewodu rurowego jest usytuowany przy wlocie do generatora gazu (10).
5. 5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że detektor (26) jest wybrany z grupy, obejmującej termoelement, pirometr i czujnik prędkości gazu wylotowego.
6. 6. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że detektor (26) jest pirometrem.
7. 7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że każdy drugi przewód rurowy ma długość mniejszą niż 609,6 m.
8. 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że drugi przewód rurowy jest odłączony od zbiornika wyrównawczego.