PL190137B1

PL190137B1 - Sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania i urządzenie do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania

Info

Publication number: PL190137B1
Application number: PL98337215A
Authority: PL
Inventors: Paul S. Wallace; Kay Anderson Johnson; Delome D. Fair; Fred C. Jahnke
Original assignee: Ge Energy Usa
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2005-11-30
Also published as: CZ429999A3; CA2291815C; DK0986622T3; KR20010013498A; JP4236287B2; CZ296884B6; ES2283059T3; PL337215A1; CN1264419A; DE69837198D1; PT986622E; AU739352B2; ATE355349T1; US6162266A; JP2002510345A; CA2291815A1; AU7834498A; EP0986622A1; KR100554360B1; WO1998055565A1

Abstract

1 . Sposób chlodzenia wtryskiwacza zasilajacego reaktor zgazowywania, w którym wytwarza sie gaz syntezowy, zasilanego plynem chlodzacym, znamien- ny tym, ze plyn chlodzacy przepuszcza sie przez kanal wtryskiwacza pod cisnieniem bliskim lub wyzszym niz cisnienie w reaktorze zgazowywania i dostatecznym dla zapewnienia predkosci przeplywu plynu chlodzace- go, wystarczajacej do chlodzenia wtryskiwacza zasila- jacego, a nastepnie plyn chlodzacy odbiera sie z kanalu wtryskiwacza przez wylot przy cisnieniu wylotowym równym od 515 kPa powyzej do 1030 kPa ponizej cisnienia panujacego w reaktorze zgazowywania. 20. Urzadzenie do chlodzenia wtryskiwacza zasilaja- cego reaktor zgazowywania, wytwarzajacego gaz syntezo- wy, znamienne tym, ze wtryskiwacz zasilajacy (12), posiada kanal (14), przez który przeplywa plyn chlo- dzacy, a ponadto w sklad urzadzenia wchodzi pompa wtryskowa (30) do przepuszczania plynu chlodzacego przez kanal (14) pod cisnieniem wyzszym od cisnienia w reaktorze zgazowywania (10), srodki wylotowe do odbierania tego plynu z kanalu (14), zawory (24, 26) do utrzymywania na wylocie cisnienia od 515 kPa powy- zej do 1030 kPa ponizej cisnienia w reaktorze zgazo- wywania (10), oraz elementy (28) do pomiaru cisnienia w reaktorze zgazowywania (10). FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania i urządzenie do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania.

Wynalazek znajduje zastosowanie przy wytwarzaniu gazu syntezowego, jako ochrona wtryskiwacza zasilającego przed przegrzaniem.

190 137

Mieszaniny gazu syntezowego składające się zasadniczo z tlenku węgla i wodoru są komercyjnie ważne jako źródło wodoru przy prowadzeniu reakcji uwodorniania, jako sposobu wytwarzania mocy ze źródeł paliwa, które w innym przypadku byłoby nie do przyjęcia ze względu na ochronę środowiska, oraz jako źródło gazu zasilającego do syntezy węglowodorów, związków organicznych zawierających tlen albo amoniaku.

Częściowe spalanie paliwa węglowodorowego w powietrzu wzbogaconym w tlen albo we względnie czystym tlenie, w celu wytworzenia tlenku węgla i wodoru, stwarza wyjątkowe problemy nie napotykane normalnie przy wtryskiwaczach zasilających. Konieczne jest, na przykład, wywoływanie bardzo gwałtownego i kompletnego mieszania substratów, albo znaczne części substratów zostaną utlenione do dwutlenku węgla i wody. Konieczne jest także przedsięwzięcie szczególnych środków ostrożności w celu ochrony wtryskiwacza zasilającego przed przegrzaniem. Z powodu reaktywności tlenu z metalem, z którego może być wykonany odpowiedni wtryskiwacz zasilający, jest niezwykle ważne, aby zapobiegać osiąganiu przez elementy wtryskiwacza zasilającego temperatur, przy których może mieć miejsce jego awaria. W związku z tym, pożądane jest, aby reakcja pomiędzy węglowodorem i tlenem miała miejsce poza wtryskiwaczem zasilającym. Chociaż reakcja zasadniczo ma miejsce poza punktem wyrzucania materiału z wtryskiwacza zasilającego, to elementy wtryskiwacza zasilającego są wystawione na podgrzewanie przez promieniowanie pochodzące od reagującego węglowodoru i tlenu.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2,928,460 zgłoszonego na rzecz Eastman et al., z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,328,006 zgłoszonego na rzecz Muenger et al., albo z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,328,008 zgłoszonego na rzecz Muenger et al., wtryskiwacz paliwa typu pierścieniowego. Wtryskiwacze wspomagają dodawanie albó oddziaływanie materiału i gazu dodawanego w reaktorze. Alternatywnie materiał podawany może być wprowadzany do górnego końca reaktora przez otwór przelotowy. Gaz zawierający wolny tlen jest przeważnie wprowadzany do reaktora z dużą prędkością przez wtryskiwacz paliwa. Dzięki temu ukształtowaniu materiały wprowadzane są dokładnie mieszane wewnątrz strefy reakcji i zapobiega się bezpośredniemu oddziaływaniu i uszkadzaniu ścian reaktora przez strumień gazu tlenowego.

Wtryskiwacz zasilający podczas normalnej pracy jest wystawiony na działanie wysokiej temperatury, która przewyższa temperaturę topnienia większości metali. Problem przegrzewania może także wystąpić podczas podgrzewania wstępnego. W celu zainicjowania reakcji gazyfikacji reaktor musi być wstępnie podgrzany do temperatury bliskiej normalnej temperaturze pracy.

Z powodu powyżej opisanych przyczyn, wtryskiwacze zasilające ujawnione we wcześniejszych rozwiązaniach charakteryzowały się awariami elementów wtryskiwacza zasilającego, zwłaszcza spowodowanymi erozją metalu końcówek wtryskiwacza zasilającego, nawet jeśli elementy te były chłodzone wodą. Awarie wtryskiwacza zasilającego były z góry zakładane. Konieczne jest, aby wtryskiwacz zasilający był chłodzony. Konieczne jest też, aby awarie wtryskiwacza zasilającego były łatwe do wykrycia. Pożądane jest także, aby wyciek z wtryskiwacza zasilającego nie powodował awarii systemu chłodzącego i wynikającej z niego awarii samego wtryskiwacza. Konieczne jest także, aby wycieki nie umożliwiały gwałtownego wypływu wody chłodzącej z reaktora, wypływu zawartości reaktora do systemu chłodzącego i spowodowania awarii systemu chłodzącego.

Celem wynalazku jest sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania.

Celem wynalazku jest urządzenie do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania.

Sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania, w którym wytwarza się gaz syntezowy, zasilanego płynem chłodzącym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyn chłodzący przepuszcza się przez kanał wtryskiwacza pod ciśnieniem bliskim lub wyższym niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania i dostatecznym dla zapewnienia prędkości przepływu płynu chłodzącego, wystarczającej do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego, a następnie płyn chłodzący odbiera się z kanału wtryskiwacza przez wylot przy ciśnieniu

190 137 wylotowym równym od 515 kPa powyżej do 1030 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie stosuje się ciśnienie wylotowe równe od 345 kPa powyżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie stosuje się ciśnienie wylotowe mniejsze niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania, ale nie mniejsze niż 1030 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie stosuje się ciśnienie wylotowe mniejsze niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania, ale nie mniejsze niż 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie stosuje się ciśnienie wylotowe równe od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie ponadto prowadzi się etap chłodzenia odbieranego płynu chłodzącego, a następnie ponownie przepuszcza się ochłodzony płyn przez kanał wtryskiwacza.

Korzystnie reguluje się ciśnienie wlotowe i ciśnienie wylotowe tak, że w przypadku wycieku płynu chłodzącego w kanale występuje najwyżej 10% spadek prędkości przepływu tego płynu.

Korzystnie płyn chłodzący przepuszcza się przez co najmniej dwa równoległe kanały wtryskiwacza.

Korzystnie płyn chłodzący zawiera wodę.

Korzystnie płyn chłodzący zawiera wodór.

Korzystnie ponadto przed ponownym przepuszczeniem płynu chłodzącego przez kanały wtryskiwacza prowadzi się etap odgazowywania odbieranego płynu.

Korzystnie ponadto podczas odgazowywania odebranego płynu chłodzącego wykrywa się jeden lub większą liczbę gazów z grupy obejmującej tlenek węgla, dwutlenek węgla i wodór.

Korzystnie ponadto podczas odgazowywania odebranego płynu chłodzącego wykrywa się tlenek węgla.

Korzystnie podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 50% do 120% ciśnienia wylotowego.

Korzystnie podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 80% do 100% ciśnienia wylotowego.

Korzystnie podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 95% do 100% ciśnienia wylotowego.

Korzystnie ponadto wykrywa się utratę płynu chłodzącego.

Korzystnie po ochłodzeniu odebranego płynu chłodzącego prowadzi się jego odgazowywanie.

Korzystnie podczas odgazowywania odebrany płyn chłodzący kontaktuje się z gazem obojętnym.

Urządzenie do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania, wytwarzającego gaz syntezowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że wtryskiwacz zasilający, posiada kanał, przez który przepływa płyn chłodzący, a ponadto w skład urządzenia wchodzi pompa wtryskowa do przepuszczania płynu chłodzącego przez kanał pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia w reaktorze zgazowywania, środki wylotowe do odbierania tego płynu z kanału, zawory do utrzymywania na wylocie ciśnienia od 515 kPa powyżej do 1030 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania, oraz elementy do pomiaru ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto wymiennik ciepła do chłodzenia odebranego płynu chłodzącego i pompę wtryskową do ponownego przepuszczania tego płynu przez kanał.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto separator gaz-ciecz do odgazowywania odebranego płynu chłodzącego przed jego ponownym przepuszczeniem.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto detektor tlenku węgla do wykrywania gazu syntezowego.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto czujnik poziomu wody do wykrywania strat wody.

Korzystnie zawory do utrzymywania odpowiedniego ciśnienia wylotowego, które jest równe od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania.

190 137

Korzystnie urządzenie zawiera wtryskiwacz zasilający, który posiada kanał, przez który przepływa płyn chłodzący, pompę do tłoczenia tego płynu, wymiennik ciepła, separator gazu i cieczy, detektor tlenku węgla, czujnik poziomu wody, zawór sterujący do dodawania płynu lub gazu w celu regulowania ciśnienia, przy czym wspomniany zawór reguluje ciśnienie wylotowe tak, że ciśnienie w kanale jest niższe od ciśnienia w reaktorze zgazowywania, oraz rury łączące, w którym to urządzeniu wszystkie elementy składowe układu pracują przy ciśnieniu panującym w reaktorze zgazowywania lub wyższym, oraz w którym elementy składowe są tak rozmieszczone, że płyn chłodzący jest wprowadzany do pompy do tłoczenia płynu i opuszcza pompę do tłoczenia płynu pod ciśnieniem bliskim lub wyższym od ciśnienia w reaktorze zgazowywania, a następnie płyn chłodzący jest wprowadzany do kanału we wtryskiwaczu zasilającym, przepływa przez kanał, po czym płyn chłodzący opuszcza kanał wtryskiwacza zasilającego i jest wprowadzany do wymiennika ciepła, a następnie płyn chłodzący przechodzi przez separator gazu i cieczy, po czym ponownie jest wprowadzany do pompy do tłoczenia płynu, zaś detektor gazu jest zamontowany w separatorze gazu i cieczy w celu wykrywania tlenku węgla w gazie, oraz gdzie jest zamontowany czujnik poziomu wody w celu pomiaru poziomu wody w separatorze gazu i cieczy w separatorze gazu i cieczy jest umieszczony zawór sterujący do dodawania płynu lub gazu w celu utrzymywania na wylocie ciśnienia nie niższego niż około 1030 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania.

Korzystnie zawór sterujący do dodawania płynu lub gazu jest taki, że ciśnienie wylotowe wynosi od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Reasumując przedmiotem wynalazku jest proces chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktora zgazowywania, który wytwarza gaz syntezowy, jako urządzenia koniecznego do wykonywania tego procesu. Przedmiotem wynalazku jest proces wtryskiwania płynu chłodzącego do kanału we wtryskiwaczu zasilającym przystosowanego do krążenia płynu chłodzącego. Ciśnienie wtryskiwania jest utrzymywane w pobliżu albo powyżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania. Płyn chłodzący jest wycofywany z kanału przez wylot przy ciśnieniu wylotowym pomiędzy około 1030 kPa (150 psi) poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania do około 515 kPa (75 psi) powyżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania, korzystnie pod ciśnieniem poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.

Zanim zostanie ujawniony sposób i urządzenie według wynalazku w oparciu o załączony rysunek Zgłaszający wyjaśni kilka terminów stosowanych w niniejszym opisie.

Termin „wtryskiwacz zasilający z kanałem” oznacza wtryskiwacz zasilający z jednym albo większą ilością kanałów, w którym wspomniane kanały mogą być połączone ze sobą albo oddzielne, oraz w którym wspomniany kanał albo kanały mogą być osadzone wewnątrz wtryskiwacza zasilającego albo wykonywane na wewnętrznych albo zewnętrznych powierzchniach wtryskiwacza zasilającego.

Termin „kanał” oznacza osłonięty przewód o dużym stosunku długości do średnicy, z wlotem i wylotem, który jest przystosowany do przechowywania przepływającego płynu chłodzącego.

Termin „płyn chłodzący” oznacza ciecz, gaz albo parę, które mogą przepływać przez przewód w odpowiedzi na przyłożony gradient ciśnienia, oraz są zdolne do usuwania ciepła z wtryskiwacza zasilającego. Wtryskiwany płyn chłodzący musi mieć niższą temperaturę niż temperatura reaktora. Im niższa jest temperatura wtryskiwanego płynu chłodzącego, tym mniejszy przepływ jest wymagany do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego. Płynem chłodzącym może być woda, podstawiony albo nie podstawiony węglowodór, olej silikonowy, albo dowolny inny płyn. Preferowanym płynem chłodzącym jest woda.

Termin „pod ciśnieniem bliskim albo wyższym od ciśnienia reaktora zgazowywania” oznacza ciśnienie od około 515 kPa (75 psi) powyżej ciśnienia reaktora zgazowywania do około 1030 kPa (150 psi) poniżej ciśnienia reaktora zgazowywania. Jeśli pompą wtryskową jest pompa wyporowa, to ciśnienie wtrysku może być niższe od ciśnienia reaktora zgazowywania. Jeśli wystąpi wyciek, który spowoduje napływ gazu do systemu chłodzącego i nastąpi zwiększenie ciśnienia systemu chłodzącego, to ciśnienie wtrysku w pompie wyporowej będzie się zwiększało w celu kompensacji zwiększonego przeciwciśnienia. Jeśli pompą wtryskową jest pompa typu zwiększającego ciśnienie, na przykład pompa odśrodkowa, to ciśnienie wtrysku musi być wyższe od ciśnienia reaktora zgazowywania, aby zapewnić to, że płyn chłodzący

190 137 nie zostanie zatrzymany przez napływ gazu i przez zwiększone przeciwciśnienie w przypadku wycieku. Korzystnie można zastosować pompę typu podnoszącego ciśnienie.

Termin „odgazowywanie wycofanego płynu” oznacza umożliwienie kontaktu wycofanego płynu z gazem w separatorze typu gaz-ciecz. Odgazowywanie oddziela fazę gazu wolnego od fazy ciekłej do momentu, w którym w wycofanym płynie w warunkach, które istnieją w separatorze typu gaz-ciecz, może istnieć oddzielna faza gazowa i faza ciekła. Do momentu w którym wycofany płyn zawiera rozpuszczony gaz, separator typu gaz-ciecz umożliwia kontakt i częściową wymianę gazów pomiędzy wycofanym płynem i fazą gazową w separatorze typu gaz-ciecz.

Termin „wyciek w kanale” ma oznaczać taką awarię wtryskiwacza zasilającego, że płyn chłodzący bezpośrednio kontaktuje się z zawartością gazową reaktora zgazowywania.

Termin „ustawione równolegle” oznacza dwa albo więcej kanałów we wtryskiwaczu zasilającym, które mogą, ale nie koniecznie muszą, być połączone w pobliżu wlotu i wylotu. Termin obejmuje wtryskiwacz zasilający, który może posiadać oddzielne kanały, które są zasilane przez oddzielne systemy chłodzące, jak również korzystną postać wykonania, która jest hybrydą, w której systemy chłodzący i odgazowujący są rozdzielone, ale każdy kanał jest niezależnie zasilany przez pompę wtryskową.

Termin „środki wylotowe do wycofywania płynu z kanału” oznacza otwór na przeciwległym końcu kanału, w którym jest wtryskiwany płyn, przy czym wspomniany otwór jest połączony ze środkami łączącymi, takimi jak rura przenosząca płyn na zewnątrz reaktora zgazowywania, oraz ze środkami chłodzącymi, odgazowującymi i pompowymi.

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktora zgazowywania, który wytwarza gaz syntezowy, jako urządzenia koniecznego do wykonywania tego sposobu. Dokładniej mówiąc, przedmiotem wynalazku jest proces wtryskiwania, krążenia i odprowadzania płynu chłodzącego z kanału we wtryskiwaczu zasilającym przystosowanym do krążenia płynu chłodzącego.

Płyn chłodzący jest wtryskiwany do kanału albo kanałów pod ciśnieniem. Ciśnienie wtrysku jest utrzymywane w pobliżu albo powyżej ciśnienia reaktora zgazowywania, korzystnie powyżej ciśnienia reaktora zgazowywania. Celem tego jest utrzymywanie przepływu płynu chłodzącego w przypadku awarii końcówki wtryskiwacza zasilającego. Jeśli końcówka wtryskiwacza zasilającego ulegnie awarii, to płyn chłodzący będzie się kontaktował z wnętrzem reaktora. Jeśli ciśnienie reaktora jest wyższe niż ciśnienie wtrysku, to istnieje ryzyko, że płyn chłodzący zostanie zatrzymany, jeśli system chłodzący musi nagle przezwyciężyć wyższe ciśnienie wtrysku. Jeśli pompa wtryskowa jest pompą wyporową, wtedy ciśnienie wtrysku będzie się zwiększało do dowolnej wartości koniecznej aby zapewnić przez pompę odpowiednie ciśnienie.

Pompa zwiększająca ciśnienie jest jednak korzystniejszym rozwiązaniem niż pompa wyporowa, ponieważ pompa zwiększająca ciśnienie wykorzystuje ciśnienie wylotowe płynu chłodzącego. Z tego powodu pompa zwiększająca ciśnienie wymaga dużo mniej mocy niż pompa wyporowa. Jednak ciśnienie wtrysku w systemie wykorzystującym pompę zwiększającą ciśnienie musi być wyższe niż ciśnienie reaktora zgazowywania. Ciśnienie wtrysku i ciśnienie wylotowe są korzystnie tak regulowane, że w przypadku wycieku w kanale będzie występował najwyżej 10% spadek w prędkości wtryskiwania płynu.

Płyn chłodzący jest wycofywany z kanału przez wylot przy ciśnieniu wylotowym pomiędzy około 515 kPa (75 psi) powyżej do około 1030 kPa (150 psi) poniżej ciśnienia reaktora zgazowywania. Ciśnienie wylotowe korzystnie mieści się pomiędzy około 345 kPa (50 psi) powyżej i około 690 kPa (100 psi) poniżej ciśnienia reaktora zgazowywania. Bardziej preferowane jest, aby ciśnienie wylotowe było niższe od ciśnienia reaktora zgazowywania, a korzystniej mieściło się pomiędzy około 345 kPa (50 psi) poniżej i około 690 kPa (100 psi) poniżej ciśnienia reaktora zgazowywania.

Korzystne jest, aby płyn chłodzący był ponownie wykorzystywany. Płyn chłodzący musi być chłodzony przed ponownym wtryśnięciem płynu do kanałów. Korzystnym urządzeniem do chłodzenia wody wychodzącej z końcówki wtryskiwacza zasilającego jest wymiennik ciepła. Typ wymiennika ciepła nie jest ważny. Wymiennik ciepła powinien być odpowiednio zwymiarowany, aby wystarczająco chłodzić płyn, ale typ chłodnicy nie jest ważny.

190 137

Korzystne jest, aby płyn chłodzący być odgazowywany przed ponownym wtryśnięciem do kanałów. Obecność dwóch faz może bardzo zmniejszyć zdolność do wymiany ciepła systemu, oraz może spowodować powstanie martwych stref, w których istnieje niewielki przepływ płynu. Gaz może także zmniejszyć skuteczność pompy. W surowym środowisku końcówki wtryskiwacza zasilającego lokalna awaria systemu chłodzącego będzie powodowała awarie końcówki wtryskiwacza zasilającego. Ciecz powinna być przed pompowaniem odgazowana w separatorze gaz-ciecz. Korzystne jest, aby separator typu gaz-ciecz pracował przy podwyższonym ciśnieniu, w celu minimalizacji mocy wymaganej do pompowania płynu z powrotem do ciśnienia wtrysku. Separator typu gaz-ciecz powinien pracować przy ciśnieniu od około 50% do około 120%, korzystniej od około 80% do około 100%, a najkorzystniej od około 95% do około 100% ciśnienia wylotowego.

Płyn w kanałach ma ciśnienie nieco wyższe, równe albo nieco niższe od ciśnienia reaktora. Z tego powodu, w przypadku wycieku, gaz będzie często wchodził do kanałów. Korzystne jest posiadanie środków do wykrywania tego gazu. Jednymi takimi środkami jest detektor, który wykrywa gazy, które znajdują się w reaktorze zgazowywania. Detektor jest korzystnie umieszczony w separatorze typu gaz-ciecz albo w ciągłym strumieniu wentylacyjnym pochodzącym z separatora typu gaz-ciecz. Preferowanym detektorem jest detektor tlenku węgla. Innymi preferowanymi detektorami są detektor wodoru, detektor węglowodoru i detektor dwutlenku węgla. W przypadku wycieku w końcówce wtryskiwacza zasilającego, detektory te będą wykrywać gazy reakcyjne w systemie chłodzącym, zapewniając wczesne ostrzeganie o awarii końcówki.

Ponieważ płyn jest chłodzony przed odgazowywaniem, to istnieje niewielka albo żadna utrata pary podczas odgazowywania. Utrata płynu podczas normalnej pracy jest więc minimalna i zwykle przewidywalna. Jeśli wyciek tak wygląda, że tracony jest płyn chłodzący, to środki do wykrywania utraty płynu mogą zapewniać wczesne wskazanie wycieku. Preferowanymi środkami do wykrywania utraty płynu jest czujnik poziomu płynu zlokalizowany w separatorze typu gaz-ciecz.

Preferowanym płynem chłodzącym jest woda. Jednak mogą być stosowane inne płyny chłodzące. Korzystnie może być stosowany olej silikonowy. Można także stosować węglowodory i alkohol.

Preferowane jest, aby sterować ciśnieniem wylotowym poprzez zmienianie ciśnienia w separatorze typu gaz-ciecz. Korzystnie jest to wykonywane poprzez dodawanie, w celu zwiększenia ciśnienia, do separatora typu gaz-ciecz gazu obojętnego, takiego jak azot, oraz poprzez usuwanie gazu z separatora typu gaz-ciecz w celu zmniejszenia ciśnienia. Oczywiście istnieje wiele innych metod zmieniania ciśnienia wylotowego, takich jak te wykorzystujące zawory regulacyjne albo ograniczenia w przewodzie wylotowym. Muszą być zastosowane środki do pomiaru ciśnienia reaktora zgazowywania albo sterowania ciśnieniem wylotowym tak, że ciśnienie w kanale jest niższe od ciśnienia reaktora zgazowywania.

Często preferowane jest posiadanie dwóch albo więcej niezależnych kanałów w końcówce wtryskiwacza zasilającego. Kanały mogą być zasilane płynem z jednego albo większej ilości systemów chłodzących.

Przedmiot zgłoszenia jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2 - urządzenie według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania.

Na fig. 1 pokazano schemat urządzenia do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania. Na fig. 1 pokazano reaktor zgazowywania 10, wtryskiwacz zasilający 12 z kanałem 14, wymiennik ciepła 16, separator gaz-ciecz 18 z czujnikiem poziomu płynu 20, oraz detektor tlenku węgla 22 do wykrywania gazu syntezowego. Ten przykład wykonania urządzenia według wynalazku zawiera także elementy do zwiększania ciśnienia, którymi w tym przypadku jest źródło azotu pod wysokim ciśnieniem i zawór regulacyjny 24, oraz elementy do zmniejszania ciśnienia w postaci zaworu 26, elementy 28 do pomiaru ciśnienia w reaktorze zgazowywania 10 oraz pompę wtryskową 30.

190 137

Na fig. 2 pokazano schemat innego przykładu wykonania wynalazku, gdzie zestaw elementów wchodzących w skład urządzenia do chłodzenia wtryskiwacza i sposób ich połączenia jest taki sam jak na fig. 1, z tą jednakże różnicą, że płyny chłodzące są równolegle wtryskiwane do dwóch kanałów 14 i 15. Płyn chłodzący jest dostarczany do kanału 15 przez oddzielny system chłodzący (nie pokazany).

Przykład 1

Wtryskiwacz zasilający 12 w reaktorze zgazowywania 10, który wytwarza gaz syntezowy, zawiera kanał 14 przystosowany do krążenia płynu chłodzącego. Ciśnienie w reaktorze zgazowywania wynosi około 6900 kPa (1000 psi). Płyn zawiera wodę. Odśrodkowa pompa wtryskowa 30 zapewnia ciśnienie wtryskujące płyn do kanału. Ciśnienie wlotowe, to znaczy ciśnienie na wlocie do kanału, wynosi około 7000 kPa. Płyn przepływa przez kanał 14 i wypływa z kanału pod ciśnieniem około 6500 kPa oraz w temperaturze około 400 stopni Celsjusza. Płyn jest przenoszony poza reaktor do wymiennika ciepła typu płyn-płyn 16, w którym płyn jest chłodzony do około 70°C. Następnie płyn przepływa przez środki łączące, takie jak rura, do separatora gaz-ciecz 18. Ciśnienie w separatorze gaz-ciecz 18 zmienia się poprzez wprowadzanie przez zawór regulacyjny 24 albo wycofywanie przez zawór odpowietrzający 26 gazu obojętnego, takiego jak azot. Odgazowany płyn przepływa przez separator gaz-ciecz 18 i do środków łączących, takich jak rura, które łączą i umożliwiają płynowi przepływ do pompy wtryskowej 30. Spadek ciśnienia na rurze wylotowej, wymienniku ciepła 16, środkach łączących, separatorze gaz-ciecz 18 i w środkach łączących z wlotem pompy jest mniejszy niż około 70 kPa (10 psi). Pompa wtryskowa 30 dostarcza moc zwiększającą ciśnienie płynu o około 600 kPa (87 psi), co jest ciśnieniem koniecznym do wtrysku płynu do kanału 14. Istnieją elementy 28 do pomiaru ciśnienia reaktora zgazowywania 10 i elementy do pomiaru ciśnienia wtrysku.

Detektor tlenku węgla 22 jest zamontowany w separatorze gaz-ciecz 18 w celu wykrywania tlenjku węgla w sekcji gazowej. Czujnik poziomu wody 20 zamontowany jest w separatorze gaz-ciecz 18 i służy do pomiaru poziomu wody w nim. Elementy do dodawania 24 albo odprowadzania 26 płynu i/lub gazu celem zmiany ciśnienia w separatorze gaz-ciecz 18 są umieszczone na tym urządzeniu.

Przykład 2

W tym przykładzie wykonania wynalazku układ chłodzenia wodnego palnika jest utrzymywany w przybliżeniu pod tym samym ciśnieniem, co generator gazu poprzez zwiększanie ciśnienia w separatorze gaz-ciecz i kierowanie niewielkiego strumienia czystego azotu z separatora gaz-ciecz z powrotem do generatora gazu. Przewód powrotny jest doprowadzony do generatora gazu poprzez rozruchowy przewód odpowietrzający tak, że nie jest wymagana oddzielna dysza generatora gazu. W ten sposób, kiedy ciśnienie w generatorze gazu zmienia się, to przeciwciśnienie w odpowietrzniku automatycznie zmienia ciśnienie układu chłodzenia wodnego, utrzymując wierzch zbiornika wody chłodzącej pod ciśnieniem równym albo bliskim ciśnieniu generatora gazu. Różnica wysokości pomiędzy generatorem gazu i wlotem do separatora gaz-ciecz, który jest umieszczony poniżej generatora gazu, zapewnia różnicę ciśnienia przemieszczającą płyn z wylotu kanału do separatora gaz-ciecz.

Przykład 3

W tym przykładzie wykonania wynalazku separatorem gaz-ciecz jest rura o dużej średnicy (25 do 30 cm), która przebiega od poziomu dolnego do samej góry wtryskiwacza zasilającego (około 15 do 33 metrów). Rura ta jest zwymiarowana tak aby czas przebywania wynosił pomiędzy około 2 i około 5, korzystnie około 5 minut. Normalny początkowy poziom płynu w rurze można zmieniać poprzez uzupełnienie albo opróżnienie, ale będzie pozostawał stały, kiedy układ zostanie zamknięty i uruchomiony, z wyjątkiem małych zmian spowodowanych awariami palnika, jeśli układ tak pracuje, że wyciek występuje w miejscu, w którym ciśnienie płynu jest nieco wyższe od ciśnienia generatora gazu. Poziom płynu w rurze zbiornikowej jest wybrany taki, że ciśnienie we wlocie do kanału wtryskiwacza zasilającego jest równe, nieco niższe, albo nieco wyższe od ciśnienia komory generatora gazu. Ciśnienie jest równe ciśnieniu na powierzchni poziomu płynu w separatorze gaz-ciecz plus ciśnienie wywierane przez kolumnę płynu, plus ciśnienie wywierane przez pompę wtryskową, minus spadek ciśnienia w układzie rur wodnych. Poprzez zmienianie poziomu zbiornika, jeśli wystąpi awa10

190 137 ria palnika, można spowodować napływ gazu do układu chłodzenia wodnego palnika albo spowodować mały wyciek wody do generatora gazu.

Jeśli jest wybrany taki poziom zbiornika, że ciśnienie wycieku kanału chłodzącego wtryskiwacza zasilającego jest nieco wyższe niż ciśnienie generatora gazu, to każda awaria palnika będzie powodowała niewielki wyciek wody do generatora gazu. Ponieważ układ chłodzenia wodnego jest bliski ciśnieniu generatora gazu, to różnica ciśnienia powodująca wyciek będzie mała, minimalizując prędkość wycieku do nieszkodliwego poziomu. Ostatecznie poziom wody w separatorze gaz-ciecz spadnie, zmniejszając ciśnienie w palniku do punktu wyrównania ciśnienia, zapobiegając dalszej utracie płynu. Jeśli jest to pożądane, to góra separatora gaz-ciecz może być wykonana z rury o mniejszej średnicy tak, że objętość traconej wody, zanim wyrównanie ciśnienia zatrzyma dalszy wyciek, będzie bardzo mała. Będzie to także posiadało zaletę uczynienia poziomu płynu bardziej czułego na wycieki i łatwiejszego do rozpoznania.

Jeśli poziom zbiornika jest tak wybrany, że ciśnienie wycieku kanału chłodzącego wtryskiwacza zasilającego jest nieco niższe niż ciśnienie generatora gazu, to każda awaria palnika będzie powodowała porywanie gazów śladowych przez wodę. Gazy te będą odłączały się od wody w separatorze gaz-ciecz i będą wykrywane jako tlenek węgla przez detektor tlenku węgla w odpowietrzniku dla gazu obojętnego separatora gaz-ciecz. Umożliwia to bardzo wczesne wykrycie małych awarii.

Przewód powrotny wchodzi do separatora gaz-ciecz w pobliżu góry poziomu płynu. Jeśli, w układzie o nieco niższym ciśnieniu, wystąpi duża awaria palnika, to porwany gaz w wodnym przewodzie powrotnym palnika będzie zmniejszał wysokość ciśnienia w przewodzie powrotnym do punktu, w którym ciśnienie w palniku będzie się zwiększać, ograniczając napływ gazu do wodnego układu chłodzącego palnika do małej ilości, niewystarczającej do odparowania wody chłodzącej albo przegrzania rur.

Dawna obawa związana z wysokociśnieniowymi układami chłodzenia wodnego, dotycząca tego, że wyciek wody w generatorze gazu może uszkodzić materiał ogniotrwały, jest wyeliminowana w obu przypadkach, ponieważ ciśnienie układu chłodzenia wodnego we wtryskiwaczu zasilającym jest utrzymywane na poziomie, poniżej, albo nieco powyżej ciśnienia generatora gazu przez odpowiednie ustawienie poziomu zbiornika. Skomplikowane systemy regulacyjne zostały wyeliminowane dzięki bezpieczeństwu systemu, przy czym jednocześnie jest utrzymana zdolność do wykrywania małych wycieków (pęknięć) za pomocą detektora tlenku węgla.

Ponieważ separator gaz-ciecz posiada tak duży stosunek obszaru powierzchni do objętości, to można preferować powietrzne chłodzenie płynu. Wyeliminowałoby to wszystkie obawy związane z awarią rury wymiennika ciepła zanieczyszczającą układ chłodzenia wodnego. Ponieważ temperatura wody chłodzącej palnika może wzrosnąć do ponad 100 stopni Celsjusza bez żadnych szkodliwych efektów, to zastosowanie chłodzenia powietrzem mogłoby mieć również wpływ na koszty.

190 137

U

FIG. 2

190 137

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania, w którym wytwarza się gaz syntezowy, zasilanego płynem chłodzącym, znamienny tym, że płyn chłodzący przepuszcza się przez kanał wtryskiwacza pod ciśnieniem bliskim lub wyższym niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania i dostatecznym dla zapewnienia prędkości przepływu płynu chłodzącego, wystarczającej do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego, a następnie płyn chłodzący odbiera się z kanału wtryskiwacza przez wylot przy ciśnieniu wylotowym równym od 515 kPa powyżej do 1030 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ciśnienie wylotowe równe od 345 kPa powyżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ciśnienie wylotowe mniejsze niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania, ale nie mniejsze niż 1030 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ciśnienie wylotowe mniejsze niż ciśnienie w reaktorze zgazowywania, ale nie mniejsze niż 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ciśnienie wylotowe równe od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto prowadzi się etap chłodzenia odbieranego płynu chłodzącego, a następnie ponownie przepuszcza się ochłodzony płyn przez kanał wtryskiwacza.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reguluje się ciśnienie wlotowe i ciśnienie wylotowe tak, że w przypadku wycieku płynu chłodzącego w kanale występuje najwyżej 10% spadek prędkości przepływu tego płynu.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn chłodzący przepuszcza się przez co najmniej dwa równoległe kanały wtryskiwacza.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn chłodzący zawiera wodę.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn chłodzący zawiera wodór.
11. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ponadto przed ponownym przepuszczeniem płynu chłodzącego przez kanały wtryskiwacza prowadzi się etap odgazowywania odbieranego płynu.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ponadto podczas odgazowywania odebranego płynu chłodzącego wykrywa się jeden lub większą liczbę gazów z grupy obejmującej tlenek węgla, dwutlenek węgla i wodór.
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ponadto podczas odgazowywania odebranego płynu chłodzącego wykrywa się tlenek węgla.
14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 50% do 120% ciśnienia wylotowego.
15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 80% do 100% ciśnienia wylotowego.
16. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas etapu chłodzenia i etapu odgazowywania stosuje się ciśnienie płynu chłodzącego wynoszące od 95% do 100% ciśnienia wylotowego.
17. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ponadto wykrywa się utratę płynu chłodzącego.
18. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że po ochłodzeniu odebranego płynu chłodzącego prowadzi się jego odgazowywanie.

190 137
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że podczas odgazowywania odebrany płyn chłodzący kontaktuje się z gazem obojętnym.
20. Urządzenie do chłodzenia wtryskiwacza zasilającego reaktor zgazowywania, wytwarzającego gaz syntezowy, znamienne tym, że wtryskiwacz zasilający (12), posiada kanał (14), przez który przepływa płyn chłodzący, a ponadto w skład urządzenia wchodzi pompa wtryskowa (30) do przepuszczania płynu chłodzącego przez kanał (14) pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10), środki wylotowe do odbierania tego płynu z kanału (14), zawory (24, 26) do utrzymywania na wylocie ciśnienia od 515 kPa powyżej do 1030 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10), oraz elementy (28) do pomiaru ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10).
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera ponadto wymiennik ciepła (16) do chłodzenia odebranego płynu chłodzącego i pompę wtryskową (30) do ponownego przepuszczania tego płynu przez kanał (14).
22. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że zawiera ponadto separator gazciecz (18) do odgazowywania odebranego płynu chłodzącego przed jego ponownym przepuszczeniem.
23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że zawiera ponadto detektor tlenku węgla (22) do wykrywania gazu syntezowego.
24. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że zawiera ponadto czujnik poziomu wody (20) do wykrywania strat wody.
25. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawory (24, 26) do utrzymywania odpowiedniego ciśnienia wylotowego, które jest równe od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania (10).
26. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera wtryskiwacz zasilający (12), który posiada kanał (14), przez który przepływa płyn chłodzący, pompę (30) do tłoczenia tego płynu, wymiennik ciepła (16), separator (18) gazu i cieczy, detektor (22) tlenku węgla, czujnik (20) poziomu wody, zawór sterujący (24) do dodawania płynu lub gazu w celu regulowania ciśnienia, przy czym wspomniany zawór (24) reguluje ciśnienie wylotowe tak, że ciśnienie w kanale (14) jest niższe od ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10), oraz rury łączące, w którym to urządzeniu wszystkie elementy składowe układu pracują przy ciśnieniu panującym w reaktorze zgazowywania (10) lub wyższym, oraz w którym elementy składowe są tak rozmieszczone, że płyn chłodzący jest wprowadzany do pompy (30) do tłoczenia płynu i opuszcza pompę (30) do tłoczenia płynu pod ciśnieniem bliskim lub wyższym od ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10), a następnie płyn chłodzący jest wprowadzany do kanału (14) we wtryskiwaczu zasilającym (12), przepływa przez kanał (14), po czym płyn chłodzący opuszcza kanał (14) wtryskiwacza zasilającego (12) i jest wprowadzany do wymiennika ciepła (16), a następnie płyn chłodzący przechodzi przez separator (18) gazu i cieczy, po czym ponownie jest wprowadzany do pompy (30) do tłoczenia płynu, zaś detektor (22) gazu jest zamontowany w separatorze (18) gazu i cieczy w celu wykrywania tlenku węgla w gazie, oraz gdzie jest zamontowany czujnik (20) poziomu wody w celu pomiaru poziomu wody w separatorze (18) gazu i cieczy w separatorze (18) gazu i cieczy jest umieszczony zawór sterujący (24) do dodawania płynu lub gazu w celu utrzymywania na wylocie ciśnienia nie niższego niż około 1030 kPa poniżej ciśnienia panującego w reaktorze zgazowywania (10).
27. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że zawór sterujący (24) do dodawania płynu lub gazu jest taki, że ciśnienie wylotowe wynosi od 345 kPa poniżej do 690 kPa poniżej ciśnienia w reaktorze zgazowywania (10).