Przedmiotem wynalazku jest sposób doprowa¬ dzania stalego materialu weglowego do generatora gazu pracujacego w wysokiej temperaturze i pod znacznym cisnieniem.Podczas gazyfikacji wegla, wegiel w postaci drobno rozpylonych czastek reaguje w obecnosci pary i powietrza lub tlenu w wysokiej tempe¬ raturze i pod znacznym cisnieniem tworzac gaz wylotowy. Jezeli produktem koncowym ma byc gaz o malej zawartosci opalowej, to usuwa sie z niego siarczek wodoru i nastepnie stosuje sie go bezposrednio. Jezeli chce sie otrzymac gaz o duzej zawartosci metanu, wówczas gaz wylotowy pod¬ daje sie róznym operacjom, np. plukaniu w wodzie, usuwaniu gazu kwasem i metanizacji wytwarza¬ jac w ten sposób syntetyczny gaz ziemny.W znanych tego typu procesach drobno rozpy¬ lony material weglowy doprowadza sie do genera¬ tora gazu za pomoca konwencjonalnego systemu zasilania w postaci lejów zsypowych, podajnika tlokowego, a odpowiednio ciekly weglowodorowy szlam magazynuje sie w magazynujacych lejach po uprzednim zmieleniu, przesianiu i odwodnieniu.Znany jest sposób doprowadzania szlamu, w którym weglowy szlam wtryskuje sie bezposrednio do goracej strefy wielkiego pieca przy wytwarza¬ niu zelaza. Szlam wtryskuje sie tu bezposrednio do pieca bez odwadniania lub innego usuwania wilgoci.W innym znanym sposobie doprowadzania dla wysuszenia wegla stosuje sie zloze fluidalne od¬ bierajac gaz z wielkiego pieca przed wtryskiwa¬ niem wegla do pieca.Takze znany jest sposób zasilania generatora pary takiego, jaki znajduje sie w elektrowni, w którym nie odwadnia sie szlamu przed wtryski¬ waniem go do pieca. S&lam rozdrabniany jest przez uderzanie w rozbijacz w strefie pieca.W dwustopniowym generatorze gazu o bardzo wysokim cisnieniu, skonstruowanym przez Bitu- minous Coal Research Incorporated wegiel dopro¬ wadza sie do generatora gazu za pomoca cisnie¬ niowego podajnika tlokowego polaczonego z podaj¬ nikiem gwiazdowym. Za pomoca podajnika tlo¬ kowego podnosi sie cisnienie wegla, natomiast za pomoca podajnika gwiazdowego doprowadza sie go do generatora gazu.W alternatywnym sposobie zasilania generatora gazu znane jest stosowanie ukladu zamykanych leji zsypowych i bez stopniowanego obnizania cis¬ nienia. Przy stopniowanym obnizanym cisnieniu pewna ilosc zamykanych leji zsypowych doprowadza wegiel do wysokocisnieniowego mieszalnika, z któ¬ rego wegiel podawany jest do generatora gazu.Po przetransportowaniu wegla z leja do mieszal¬ nika doprowadza sie wysokocisnieniowy gaz z leja do szeregu odbiorników o stopniowo zmniejszaja¬ cym sie cisnieniu az do osiagniecia cisnienia atmo- ferycznego. Gaz doprowadza sie najpierw do od¬ biornika o najwyzszym cisnieniu a po wyrówna- 96 93596 935 3 4 niu cisnienia przestawia sie doprowadzenie do od- • biornika o nastepnym nizszym cisnieniu itd. az do koncowego cisnienia atmosferycznego. Wów¬ czas powtórnie napelnia sie lej zsypowy weglem, podwyzsza sie stopniowo cisnienie pochodzace z kazdego odbiornika gazu po kolei, a cisnienie w odbiornikach utrzymuje sie na stalym; poziomie za pomoca pompowania gazu z odbiornika o nas¬ tepnym nizszym cisnieniu. Koncowe podwyzszanie cisnienia wykonuje sie przez pompowanie gazu z odbiornika o najwyzszym cisnieniu bezposrednio do zamykanego leja zsypowego. W bezstopniowym ukladzie zamykanych lej i zsypowych wegiel do¬ prowadza sie do jednego z kilku pracujacych leji, podwyzsza sie cisnienie w tym leju a nastepnie wtryskuje sie wegiel do generatora gazu a lej odpowietrza sie dla zaladowania nastepnego la¬ dunku.W kazdym z powyzszych ukladów koszt spre¬ zania gazu zwieksza sie znacznie wraz z podwyz¬ szeniem roboczego cisnienia. Stopniowany uklad jest bardziej kosztowny podczas instalowania, na¬ tomiast koszt obslugi jest nizszy ze wzgledu na mniejsza wymagana objetosc gazu pod cisnieniem oraz nizsze koszty sprezania.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu do¬ prowadzania stalego materialu weglowega do ge¬ neratora gazu pracujacego w wysokiej tempera¬ turze i pod znacznym cisnieniem, który nie ma wad i niedogodnosci znanych sposobów.Cel ten zostal osiagniety przez to, ze formuje sie szlam skladajacy sie z rozdrobnionych czastek materialu weglowego plywajacych w cieklym nos¬ niku, pompuje sie szlam do komory w której pa¬ nuje cisnienie w przyblizeniu równe roboczemu cisnieniu w generatorze i w której szlam miesza sie z goracymi gazami wylotowymi z generatora tak, zeby wysuszyc material weglowy i wprowa¬ dzic go do gazu wylotowego, oddziela sie z gazu wylotowego wprowadzone uprzednio czastki ma¬ terialu weglowego, które wtryskuje sie nastepnie do generatora gazu. Dodatkowo oddzielony gaz prze¬ syla sie do dalszego oczyszczania bez strat obje¬ tosciowych w produkcji w calkowitym procesie ga- zyfikowania. Oddzielony i zebrany w procesie ga- zyfikowania wegiel aktywowany oraz skondenso¬ wana para z procesu lub woda zasilajaca kociol moga byc nastepnie zastosowane do przygotowania poczatkowego szlamu.Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu do stosowania sposobu wedlug wynalazku, a fig. 2 przedstawia schemat ukladu do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku przy produkcji syntetycznego gazu.Na fig. 1 przedstawiony jest schemat ukladu za¬ silania weglem, który stosuje sie do procesu ga¬ zyfikacji wegla. W procesie tym, rozdrobniony we¬ giel poddaje sie dzialaniu wysokiej temperatury w zakresie od 760 do 1650°C i wysokiego cisnienia w zakresie od o*kolo 15 do 100 atm. tworzac wylo¬ towy gaz skladajacy sie z metanu, pary wodnej, tlenku wegla, dwutlenku wegla, wodoru, siarczku wodoru i wegla aktywowanego. Nastepnie wylo¬ towy gaz poddaje sie dalszej obróbce dla usunie¬ cia niepotrzebnych skladników, przy czym inne skladniki albo zawraca sie do obiegu albo dalej poddaje obróbce tak, zeby koncowy gaz byl gazem, zasadniczo metanem, który nadaje sie do rurociagu.Na fig. 1 pokazany jest zbiornik 10 szlamu z wirnikiem 12 zamontowanym na wale 14 obraca¬ nym za pomoca odpowiedniego silnika (nie pokaza¬ nego na rysunku). Do zbiornika 10 doprowadza sie sproszkowany material weglowy z podajacego leja lub rury, oznaczonych ogólnie na rysunku od¬ nosnikiem 16. Sproszkowany material weglowy za¬ zwyczaj wystepuje w posatci wegla, lecz moze zawierac takze koks, wegiel aktywowany lub slabo lotne materialy, takie jak wegiel brunatny. Uklad jest zasilany w wode, która moze byc swieza woda pitna z rurociagu, woda zasilajaca kociol lub skon¬ densowana para pochodzaca z procesu produkcyj¬ nego ogólnie nazywana kondensatem ze zródla 18, Zbiornik 10 szlamu polaczony za pomoca prze¬ wodu 20 ze szlamowa pompa 22, która z kolei po¬ przez przewody 24, 26, wymiennik ciepla 28 i za¬ wór 30 polaczona jest z mieszalnikowa komora 32.Wymiennik ciepla 28 zostal wlaczony do obiegu, ale w razie potrzeby moze byc pominiety i wów¬ czas obieg uzupelniony jest przewodem 34. W przy¬ padku zastosowania, wymiennik ciepla 28 sluzy do podgrzewania szlamu poprzez wymiane ciepla z para, goracym kondesatem, goracym gazem z generatora gazu lub goracym gazem pochodzacym z niezaleznego podgrzewacza gazu (nie pokazanego na rysunku. Mieszalnikowa komora 32 zawiera wlo¬ towy przewód 36 dla doprowadzenia goracego gazu, który z kolei polaczony jest z innym przewodem 38, na którym umieszczony jest wskazujacy tem¬ perature kontrolny zawór 40. Wylotowy przewód 42 polaczony jest z separatorem 44, który z kolei ma wylotowy gazowy przewód 46 oraz urzadzenie 48 do usuwania cial stalych. Urzadzenie to pola¬ czone jest z podajnikiem 50 wegla, który polaczony jest z przewodem 52 i dalej ze zwezka Venturiego 54. Przewód 56 polaczony jest ze zwezka Venturiego 54 dla wprowadzenia wegla do gazowego reagenta i dalej dla wtryskiwania gazowego reagenta wraz z weglem do generatora gazu.W wyzej opisanym obiegu staly material weglo¬ wy, np. wegiel doprowadzany jest do- zbiornika szlamu poprzez przewód 16, natomiast konden¬ sat poprzez przewód 18. Wirnik 12 sluzy do poru¬ szania wegla i kondensatu w zbiorniku 10 two¬ rzac szlam zawierajacy okolo 50% wagowych cial stalych. Nastepnie szlam pompuje sie pod cisnie¬ niem do mieszalnikowej komory 32, w której pa¬ nuje cisnienie równe cisnieniu w generatorze gazu, gdy wstrzykuje sie do niego szlam. W mieszalni¬ kowej komorze 32 szlam styka sie z goracymi ga¬ zami wylotowymi plynacymi przewodem 36. Go¬ race gazy wylotowe powoduja odparowanie wody oraz wysuszenie stalego materialu weglowego (wegla). Odparowana woda nawilza wylotowy gaz zwiekszajac sprawnosc reakcji w aparacie kon¬ taktowym, w którym stosuje sie ten gaz.Para przeplywajaca przewodem 38 sluzy do u- trzymywania temperatury w suszarniczej komorze oraz do regulowania wilgotnosci wylotowego gazu 40 45 50 55 605 96 935 6 wraz z wprowaazonym stalym materialem weglo¬ wym, który przeplywa tfrzez przewód 42 do cy¬ klonowego separatora 44 i nastepnie do zbiornika stalego materialu weglowego. Material ten oddzie¬ la sie w zbiorniku od gazu, magazynuje dla uzy¬ cia w razie potrzeby wraz ze stalym materialem weglowym oddzielonym przez urzadzenie oddzie¬ lajace ciala stale i przez przewód 48 doprowadza¬ ny jest do podajnika 50 i nastepnie do generatora gazu. v Wysuszony weglowy material z przewodu 52 pod¬ daje sie do zwezki Venturiego 54 dla penumatycz- nego doprowadzenia go do reaktora lub generatora gazu. Korzystne jest wprowadzenie wegla do stru¬ mienia reagenta w przewodzie 56, który moze byc albo goracym zawróconym do obiegu gazem lub para stosowana w generatorze gazu. Alternatyw¬ nie wegiel mozna doprowadzac bezposrednio przez przewód 52 do dysz generatora gazu. Gaz oddzie¬ lony w separatorze 44 przechodzi przez przewód 46 do nastepnych faz obiegu, np. reaktora wodno- gazowego dla usuwania gazu kwasem i metanizacji.Gaz wylotowy nie jest przeznaczony do doprowa¬ dzania wegla lub innego stalego materialu weglo¬ wego do generatora gazu.Sposób wedlug, wynalazku pozwala na dopro¬ wadzenie wysuszonego podgrzanego wegla do ge¬ neratora gazu.Podczas suszenia mozna podgrzewac wegiel do temperatury okolo 260°C podwyzszajac przez tb sprawnosc calego procesu wytwarzania syntetycz¬ nego gazu ziemnego dzieki ograniczeniu wymagan odnosnie tlenu.Powyzej opisany podstawowy sposób moze byc zmodyfikowany i zastosowany do innych obiegów gazyfikowania. Znany jest obieg gazyfikowania wegla, opracowany przez Bituminous Coal Research Incorporafed, w którym produkcja syntetycznego gazu ziemnego odbywa sie z wydajnoscia 0,707 *106 Nm8/dobe. W obiegu tym do generatora gazu do¬ prowadza sie podgrzany wegiel pod cisnieniem 80 at, przy czym temperatura technologicznego wy¬ lotowego czynnika wyplywajacego z generatora po¬ winna wynosic 349°C, a stosunek ilosciowy za¬ wartej w nim pary oraz suchego gazu do zasila¬ nia aparatu kontaktowego wynosi 1:1.Do takiego generatora gazu szlam weglowy przygotowuje sie w zbiorniku 10 w postaci 50% wagowo mieszanki skladajacej sie z wegla w tem¬ peraturze okolo 16°C, goracego kondensatu w tem¬ peraturze okolo 100°C oraz niskocisnieniowej pary pod cisnieniem 3,5 atm i w temperaturze 148°C.Szlam pompuje sie pod cisnieniem (80 at) i pod¬ grzewa sie goracym kondensatem w wymienniku ciepla 28. W koncu szlam suszy sie i w cyklono¬ wym separatorze 44 i rozdziela wegiel oraz tech¬ nologiczny gaz. Dla wykonywania tych czynnosci opracowano ogólny obieg, który wyglada naste¬ pujaco. Pierwsza sekcja obiegu sposobu wedlug wynalazku obejmuje wielokrotne przygotowanie szlamu dzieki stosowaniu przerabiajacych zbior¬ ników i mieszalników, niskocisnieniowych odsrod¬ kowych pomp szlamowych, magazynujacych zbior¬ ników z mieszalnikami oraz pomp cyrkulujacych.W sekcji tej sortuje sie wegiel tak, ze 70% jego czastek ma wymiar odpowiadajacy situ o 79 ocz¬ kach na dlugosci 1 cm. oraz dodaje sie goracy kondensat pochodzacy bezposrednio z odpowietrz¬ nika wytwarzajac 50% wagowo szlam weglowo- wodny. Czas pracy kazdego zbiornika wynosi 10 minut przy pojemnosci 62,45 m8. W mieszalniku szlamu znajduje sie wirnik wywolujacy osiowy przeplyw o stalej predkosci. Wal wirnika oraz sam wirnik pokryte sa guma dla zmniejszenia erozji. W zbiornikach tych znajduja sie specjalne urzadzenia do wprowadzenia pary dla podgrza¬ nia szlamu oraz dla oswobodzenia mieszalnika i wirnika w przypadku uruchomienia go wówczas, gdy wegiel osiadl na dnie zbiornika. Po calkowi- tym wymieszaniu szlamu wpuszcza sie go do prze¬ wodu rozgaleznego, z którego pompuje sie gaz do magazynujacych zbiorników. Do tego celu sto¬ suje sie niskocisnieniowe odsrodkowe pompy, z których kazda ma wydajnosc rówija 50% wydaj- nosci obiegu. Pojemnosc magazynujacych zbiorni¬ ków wynosi okolo 246 m8 a czas 1 cyklu pracy wynosi 40 minut. Podobnie jak w przypadku prze¬ rabiajacych zbiorników, mieszalniki wymagaja o- chrony przed erozja. Jednakze moc potrzebna do 2g ich pracy jest mniejsza niz w przypadku przerabia¬ jacych zbiorników, poniewaz jest ona niezbedna tyljco do poruszania szlamu, dla utrzymania wegla w postaci szlamu. Cyrkulacyjne pompy sluza do przetlaczania szlamu przez przewód rozgalezny oraz zawrócenie go do cisnieniowych zbiorników szlamu dla utrzymania stabilnosci szlamu. • W nastepnej sekcji odbywa sie pompowanie szla¬ mu oraz wymiana ciepla oddawanego przez goracy kondensat. Szlamowe pompy wywoluja cisnienie ckolo 80 at, sa one pompami tlokowymi pojedyn¬ czego dzialania typu triplex.Szlam wydobywajacy sie z pomp pod cisnieniem 84,36 at ma temperature, okolo 110°C. Dostarcza sie go do wymiennika ciepla, gdzie przed dopro- 40 wadzeniem do suszarki podwyzsza sie temperature szlamu do okolo 221°C. Temperatura ta jest nie* zbedna dla uzyskania wymaganej temperatury ga¬ zu i wegla w technologicznym gazie wychodzacym z suszarki o wagowym stosunku pary do suchego 45 gazu jak 1:1. Nalezy.zwrócic uwage na uksztalto-" wanie specjalnych kanalów wlotowych oraz kon¬ strukcji wymiennika ciepla dla zabezpieczenia przed zmniejszeniem korozji, ze wzgledu na scieranie powodowane przez szlam. ^ 50 W nastepnej sekcji suszy sie szlam, do czego stosuje sie suszarke rozplywowa, cyklonowy sepe- rator oraz pare odbiorników ~szlamu. Weglowy szlam suszy sie i odparowuje sie wode w suszarce rozpylowej, która pracuje pod cisnieniem okolo 55 80 at a wylatujacy z niej gaz ma temperature 349°C. Do podgrzewania szlamu stosuje sie wylo¬ towy gaz z generatora gazu. W procesie stoso¬ wanym przez BCR wylotowy gaz-z generatora ma temperature 945°C. ale przed .uzyciem oddziela 60 sie z niego wegiel* aktywowany w cyklonowym separatorze. Nastepnie wiegiel aktywowany zawra¬ ca sie do obiegu do generatora gazu. W procesie BCR drugie cyklonowe *rozdzielanie stosuje sie dla wydzielania z gazu ciezkiego wegla aktywowanego 65 oraz dla obnizenia temperatury gazu do okolo7 96 935 8 539°C. Czesc gazu z pierwszego i czesc z drugiego cyklonowego seperatora laczy sie.* Temperatura powstalego gazu wynosi okolo 871°C. Uzywa sie go w suszarkach rozplywowych do zmieszania ze szlamem, który pompuje sie z suszarki i rozbija sie na czastki. W razie potrzeby doprowadza Sle pare dla zwiekszenia rozbijania na czastki szlamu lub tez dodaje sie ja pózniej dla uzyskania wymaganego wagowego stosunku pary i suchego gazu. Nastepnie wysuszony wegiel oraz nawilzony gaz doprowadza sie do cyklono¬ wego separatora, gdzie oddziela sie wiegiel i do¬ prowadza sie go do pary odbiorników, które pra¬ cuja w przerywanym cyklu dla wyeliminowania zawrc cenia materialu poprzez separator. Oddzie¬ lony gaz doprowadza sie i podaje do aparatów kontaktowych z tlenkiem wegla do dalszej prze¬ róbki dla wytworzenia gazu wymaganego w ru¬ rociagu. W fa^ie tej mozna odprowadzic wegiel pod cisnieniem z magazynujacych zbiorników • i podac do generatora gazu do reakcji.Na fig. 2 pokazany jest schemat ukladu do sto¬ sowania sposobu wedlug wynalazku przy produk¬ cji syntetycznego gazu. Urzadzenie to opisane jest w patencie USA nr 2 595 234 i stosowane jest do produkcji syntetycznego gazu skladajacego sie glównie z pary wodnej, Wodoru, dwutlenku wegla i tlenku wecla, który moze byc nastepnie* zamie¬ niony na dwutlenek wegla i wodór. Wówczas od¬ dziela si^ wodór i stosuje sie go do róznych pro¬ cesów, na przyklad do gazyfikowania ropy nafto¬ wej lub jako produkt do innych operacji techno¬ logicznych.Pokazany na fig. 2 reakcyjny generator 60 do czesciowego utleniania ma przewód 62 dla dopro¬ wadzenia stalego materialu weglowego przezna¬ czonego do reakcji, przewód 64 dla doprowadzenia tlenu, który reaguje ze atalym materialem weglo¬ wym, przewód 66 dla odprowadzenia z generatora syntetycznego gazu oraz dolny przewód 68 dla usuniecia z generatora zuzla i/lub popiolu. Wy¬ tworzony gaz przewodem 66 prowadzi sie do se¬ paratora 70 a z separatora 70 przez przewód 72 do kotla 74. Z kotla 74 gaz przechodzi przewodem 76 do suszarki 78, a nastepnie do separatora 80 a z niego do oczyszczania. Wegiel doprowadza sie do generatora 60 przewodem 82, który z kolei pola¬ czony jest z pneumatycznym wtryskowym urza¬ dzeniem 84, do którego dostarcza sie wegiel prze¬ wodem 86 i które przemieszcza wegiel do gene¬ ratora 60 za pomoca strumienia pary oznaczonego odnosnikiem 88. Przewód 86 z drugiej strony po¬ laczony jest z kolei z separatorem 80 i suszarka 78. Suszarka 78 polaczona jest za pomoca prze¬ wodu 90 i przewodu 95 ze szlamowa pompa 94 dla doprowadzenia szlamu weglowego. Szlamowa pompa 94 polaczona jest ze szlamowym zbior¬ nikiem 96 za pomoca przewodu 98. Szlamowy zbiornik 96 zawiera wirnik 100 oraz napedowy wal 102, polaczone z silnikiem. Alternatywnie mozna wytwarzac szlam w wyniku mielenia na mokro materialu weglowego. W tym przypadku zbiornik 96 jest pominiety w obiegu a obieg uzupelniony jest przewodem 104 prowadzacym bezposrednio do szlamowej pompy 94.Podczas stosowania sposobu wedlug fig. 2 staly material weglowy w postaci wegla, wegla akty¬ wowanego, koksu lub ich kombinacji wprowadza sie. do szlamowego- zbiornika 96, przewodem ozna- czonym odnosnikiem 106. Do tego zbiornika dodaje sie kondensat przewodem oznaczonym odnosnikiem 108, np. kondensat pochodzacy z procesu produk¬ cyjnego w postaci wody zasilajacej kociol, skon¬ densowanej pary lub swiezej wody. Ruch wirnika 100 powoduje mieszanie stalego materialu weglo¬ wego i kondensatu dla wytworzenia szlamu. Al¬ ternatywnie szlam mozna formowac bezposred¬ nio przez mielenie wegla na mokro na odpowiedni wymiar czastek i potem doprowadzac go wprost do szlamowej pompy 94 poprzez przewód 104.Korzystnie jesli szlam zawiera 40 do 60% wago¬ wych wody, zas reszte. stanowi staly material we¬ glowy. Szlam doprowadza sie do szlamowej pom¬ py 94, gdzie jego cisnienie podnosi sie ponad cis¬ nienie panujace w generatorze 60, a nastepnie pod¬ grzewa sie go wstepnie w wymienniku ciepla 92, jezeli ogólny bilans ciepla obiegu wymaga do¬ prowadzenia do niego dodatkowych ilosci ciepla.Wówczas wtryskuje sie szlam do suszarki 78, gdzie styka sie on z goracym gazem wylotowym z kotla 74, dzieki czemu nastepuje odparowanie wody i podniesienie temperatury stalego materialu we¬ glowego po czym wprowadza sie go do gazu. Na¬ stepnie mieszanke gazowo-weglowa prowadzi sie do cylkonowego separatora 80, w którym rozdziela sie wegiel i gaz, przy czym gaz odprowadza sie przewodem 80. do dalszego oczyszczenia, natomiast wegiel transportuje sie przewodem 86 do genera¬ tora gazu za pomoca wtryskowej dyszy 84. Zada¬ niem kotla 74 jest odzyskiwanie ciepla oraz jedno¬ czesnie wytwarzanie wysokocisnieniowej pary dla ogólnej reakcji a takze wtryskiwanie jej do ge¬ neratora gazu.Powyzej opisany sposób zasilania urzadzenia do czesciowego utleniania posiada nastepujace zalety, doprowadza suche, wstepnie podgrzane stale pa¬ liwo weglowe do generatora gazu, przez co zwie¬ ksza sie sprawnosc generatora; podczas wstepnego podgrzewania wraz z suszeniem odparowuje sie wode bez stosowania dodatkowych ilosci tlenu a równoczesnie wytwarza sie pare potrzebna do na¬ stepnych operacji poddawania reakcji gazu wylo¬ towego; pozwala na stosowanie paliwa o duzej zawartosci siarki takiego jak wegiel, ropa nafto¬ wa, koks itp. przez wydzielanie siarki w postaci siarczku wodoru dzieki redukujacej atmosferze. PL