RO113659B1

RO113659B1 - Procedeu pentru uscarea si gazeificarea unui combustibil carbonifer, instalatie pentru realizarea acestuia si procedeu integrat pentru producerea de energie din combustibilul carbonifer

Info

Publication number: RO113659B1
Application number: RO94-01793A
Authority: RO
Inventors: Terence Richard Johnson; Anthony Campisi; Bernard Anderson; David Maclean Wilson; Danh Quan Huynh; Graeme Eldred Pleasance
Original assignee: Victoria Elect Commission
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1993-05-04
Publication date: 1998-09-30
Also published as: RU94046081A; EP0639220A1; AU661176B2; BR9306318A; DE69330093T2; TR28004A; UA37204C2; EP0639220B1; US5695532A; JPH08500850A; AU4255693A; CA2134871C; GR3036169T3; NO944244D0; NZ252644A; HUT72814A; RU2134713C1; CN1083851A; PL172755B1; ES2156126T3

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru uscarea și gazeificarea unui combustibil carbonifer, la o instalație pentru realizarea acestuia și la un procedeu integrat, pentru 5 producerea de energie din combustibilul carbonifer.

Invenția prezintă un procedeu și o instalație pentru transformarea combustibilului solid, carbonifer, macro- 10 particular, având umiditate ridicată, în gaz pentru combustie. Mai precis, invenția asigură un procedeu îmbunătățit și o instalație pentru gazeificarea combustibilului carbonifer, solid, macro- 15 particular umed, care nu implică adăugarea apei înaintea etapei de uscare și în care uscarea combus-tibilului este integrată cu răcirea produsului gazos. Invenția este corespunzătoare, în spe- 20 cial, pentru transformarea cărbunelui umed în gaz de huilă și pentru ușurință, de aici înainte invenția va fi descrisă cu referire la această aplicare. Se înțelege, cu toate acestea, că prezenta 25 invenție este adecvată, de asemenea, pentru transformarea altor tipuri de combustibil carbonifer, solid, macroparticular, în gaz.

Se cunosc unele procedee prin 30 care cărbunele poate fi transformat în gaz de huilă. Aceste procedee de conversie se petrec, în general, la temperaturi ridicate, de obicei, între 900 și 1500°C, în funcție de procedeul 35 de conversie folosit. în principal, procedeele implică arderea parțială a cărbunelui, pentru a produce mai mult monoxid de carbon decât dioxid de carbon. Hidrocarburile și hidrogenul 4C chimic, conținute în cărbune, produc, de asemenea, cantități de hidrogen și metan. în general, aceste procedee implică adăugarea de abur și au ca rezultat producerea de hidrogen supli- 45 mentar, prin reacțiile dintre carbon și apă.

Produsul gazos trebuie să fie răcit înainte de a putea fi curățat sau înainte ca debitul să poată fi controlat prin ventile. Cele mai multe metode pentru răcirea gazului folosesc un generator de abur și un supraîncălzitor în care gazele fierbinți sunt răcite prin trecerea peste tuburi în care este încălzită apa pentru producerea de abur.

Majoritatea proceselor de gazeificare, cunoscute, necesită o alimentare cu cărbune care are un conținut de umiditate, de obicei sub 10 până la 20%, în funcție de procedeu. Combustibilii având umidități mai ridicate, pot fi gazeificați prin suflare de oxigen. Atunci, când trebuie să fie gazeificat cărbunele cu umiditate ridicată, este necesar mai întâi să se usuce pentru a reduce conținutul de umiditate până la un nivel acceptabil.

într-un procedeu cunoscut, pentru transformarea cărbunelui cu umiditate crescută în gaz, cărbunele este mai întâi uscat într-un uscător cu abur în pat fluidizat, folosind abur fierbinte, pentru a-i reduce conținutul de umiditate. Procedeul operează la presiune atmosferică cu cărbune brut, mărunțit înainte de a fi alimentat într-un pat în vasul de uscare. Patul de cărbune este fluidizat prin barbotare de abur fierbinte, injectat la bază, păstrând particulele din pat într-o mișcare constantă. în regiunea patului sunt introduse numeroase tuburi prin care este trecută apă fierbinte pentru încălzirea și uscarea cărbunelui. Cărbunele uscat este răcit și depozitat, apoi el este transferat de la containerul de depozitare la carburator care este amplasat în altă parte a uzinei.

Carburatorul are un pat fluidizat, fie cu aer, fie cu aer îmbogățit cu oxigen, care reacționează chimic, de asemenea, cu cărbunele pentru a obține produsul gazos. Se operează într-un astfel de mod, încât majoritatea

RO 113659 Bl reacțiilor să se petreacă în patul fluid, deși particulele fine de cărbune și cenușa fină sunt antrenate de curentul de gaz, spre partea de sus a vasului, pentru definitivarea procesului de 5 gazeificare. La părăsirea vasului, temperatura este de ordinul a 1OOO°C, deci o temperatură ridicată și este necesară o instalație de desprăfuire, rezistentă la temperatură înaltă, pentru 1 o îndepărtarea manganului care se reîntoarce la carburator.

Produsul gazos fierbinte este răcit până la o temperatură între O°C și 450°C, astfel încât să poată avea 15 loc curățirea și îndepărtarea sulfului.

De asemenea, sunt cunoscute și alte procedee de gazeificare, dar toate acestea, în esență, sunt similare celui existent, în care cărbunele este 20 mai întâi uscat și depozitat înainte de a fi gazeificat, într-un procedeu separat, produsul gazos fiind răcit înaintea gazeificării.

Procedeul de uscare cu abur în 25 pat fluidizat necesită producerea de abur pentru fluidizarea și uscarea cărbunelui. Aceasta se poate realiza fie cu ajutorul unui fierbător convențional, fie prin recomprimarea vaporilor 30 de la umiditatea recuperată în procesul de uscare. Oricare metodă necesită consum sau deviere de energie.

într-o stație de producere a energiei, într-o turbină cu gaz, cu o 35 turbină de abur, care funcționează pe abur produs într-un generator de recuperare a aburului fierbinte, aburul pentru uscare poate fi asigurat de la generatorul de recuperare a aburului 40 fierbinte sau poate fi luat de la turbina de abur. Aceasta reduce totuși aburul accesibil pentru generarea de electricitate prin turbina de abur.

Folosirea recomprimării vaporilor 45 necesită utilizarea compresoarelor pentru ridicarea presiunii și a temperaturii aburului evaporat. Aceste compresoare au nevoie de o alimentare cu multă energie electrică. Oricare metodă de producere a aburului pentru uscătorul cu abur în pat fluidizat (SFBD) reduce puterea netă a stației și deci eficiența ei globală.

O presiune atmosferică SFDB suficientă pentru prelucrarea cărbunelui, pentru o stație de producere a electricității, de 400 MW capacitate, ar fi foarte mare, adăugând costuri de capital semnificative ale stației de energie și, implicit, la costul energiei produse.

Instalațiile propuse care folosesc acest procedeu SFBD includ depozitarea intermediară a cărbunelui uscat înaintea gazeificării, rezultând creșterea costului de capital al instalației producătoare de gaz. Depozitarea cărbunelui uscat poate fi periculoasă, datorită probabilității arderii spontane.

Necesitatea răcirii produsului gazos, înaintea filtrării, are ca rezultat costuri suplimentare ale schimbătorului de căldură pentru răcirea gazului. Schimbătorul de căldură ar fi expus la îmbâcsire de către gazul nefiltrat. în schimb, aceasta ar necesita curățirea regulată a schimbătorului de căldură, adăugându-se astfel la costurile de funcționare ale instalației.

în literatura recentă, de brevete, există descrise câteva procedee în care produsul gazos este folosit pentru îndepărtarea umidității din combustibilul introdus.

într-un procedeu pentru uscarea și gazeificarea cărbunelui cu apă legată, descris în brevetul US 4166802, (Texaco Inc.), se revendică faptul că un șlam format prin amestecarea cărbunelui cu apă poate fi încălzit folosind gazul fierbinte de la zona de gazeificare, având ca rezultat schimbarea structurii cărbunelui, apa fiind parțial eliminată din particulele de cărbune. Procedeul de uscare operează

RO 113659 Bl la o presiune foarte ridicată (aproximativ 90 bar), suficientă pentru reținerea apei în șlamul din faza lichidă. După încălzirea șlamului, o parte din apă se separă de șlam, pentru a produce un șlam cu un conținut redus de umiditate. Această apă reduce fromarea șlamului alimentat la o presiune ridicată la carburatorul cu suflare de oxigen. Acest procedeu operează la o presiune mult mai mare decât este necesară pentru turbinele cu gaz, normale. Această presiune ridicată are ca rezultat costuri crescute de capital. Datorită conținutului ridicat de umiditate, al combustibilului alimentat la carburator pentru a produce un produs gazos satisfăcător, este necesar un carburator cu suflare de oxigen. Instalația de oxidare se adaugă, de asemenea, costurilor de capitaal. Procesul hidrotermal produce un curent semnificativ de apă contaminată cu materii organice și tratarea acestei ape se adaugă la costul procedeului.

Conform unui alt procedeu, descris în brevetul US 4769157 (Uhde GmbH), pentru eliminarea mâlului de canal, gazul fierbinte produs din mâl de canalizare, într-un carburator, este trecut prin mâl, în vederea uscării sale suficiente pentru gazeificare. Gazul rezultat este curățat înaintea eliminării prin ardere. Acest procedeu are dezavantajul că toată umiditatea din mâlul alimentar rămâne în produsul gazos, rezultând deci un gaz cu o valoare calorică foarte scăzută, care este necorespunzător pentru ardere întrt-o turbină cu gaz.

într-un procedeu descris în brevetul JP J 03039394 (Ebara Seisakusho, KK), produsul gazos fierbinte, de la un carburator, este trecut printrun rezervor de stocare mare, care conține material brut pentru folosirea în carburator, în vederea eliminării manganului și gudroanelordin produsul gazos, în același timp uscând materialul brut și răcind gazul. Procedeul descris se aplică la gazeificarea deșeurilor lemnoase și rumegușului, dar se revendică faptul că procedeul poate fi aplicat, de asemenea, la alte materiale carbonifere, folosite în mod normal pentru gazeificare precum, turbă, cocs și cărbune. Procedeul presupune trecerea produsului gazos printr-un pat fix de material brut din rezervorul de depozitare, bazându-se pe un spațiu interstițial, pentru trecerea gazului. Un astfel de procedeu nu funcționează cu un combustibil care este friabil și care se fragmentează cu ușurință, în particule mici, ceea ce ar duce la suprafețe insuficiente între particule pentru a permite trecerea gazului. Ca și cele două procedee descrise mai sus, acest procedeu are ca rezultat un exces de umiditate în produsul gazos și, prin urmare, producerea unui gaz cu valoare calorică foarte scăzută, necorespunzătoare pentru ardere într-o turbină cu gaze.

într-un procedeu pentru gazeificarea cărbunelui brun, cu un conținut de umiditate de 50-60% în greutate, descris în brevetul DD 209648, se folosește un carburator cu pat fix. Cărbunele se amestecă cu apă pentru a păstra o mărime a particulei de 5-60 mm, aceasta fiind necesară pentru menținerea unei circulații a gazului, prin patul de cărbune din carburator. Cărbunele este inițial preîncălzit într-un buncăr de stocare, până la 90°C și apoi preuscat până la un conținut de umiditate de 50% într-un proces sub presiune (presiune de abur). El este apoi transferat la carburator, unde se definitivează uscarea cărbunelui care trece descendent și produsul gazos trece ascendent prin pat. Acest procedeu nu ar putea fi aplicabil pentru un combustibil friabil (precum cărbunele brun Victorian), care s-ar rupe în

RO 113659 Bl particule de mărime mai mică decât 5 mm. Procedeul folosește, de asemenea, oxigen și abur ca mediu de gazeificare, deoarece un carburator cu suflare de aer ar produce un gaz. cu valoare calorică foarte scăzută, necorespunzătoare pentru ardere într-o turbină de gaz. El are, de asemenea, dezavantajul necesității unui buncăr pentru depozitare, pentru preîncălzirea cărbunelui și necesitatea unui carburator mai mare decât cele folosite de obicei, pentru a asigura un timp de rezidență suficient pentru uscarea cărbunelui introdus, ambele având ca rezultat creșterea costurilor.

Problema pe care o rezolvă invenția este stabilirea unor faze de lucru, cu parametrii specifici bine definiți, precum și a instalației în care se realizează procedeul, care conduce la un combustibil gazos cu o energie specifică, suficient de mare și în care uscarea combustibilului este integrată cu răcirea produsului gazos.

Procedeul coform invenției înlătură dezavantajele procedeelor cunoscute prin aceea că acesta cuprinde următoarele etape:

introducerea numitului combustibil în unul sau mai multe vase de uscare sub presiune, fără adăugare de apă;

- reducerea conținutului de umiditate al combustibilului în numitul vas(e) de uscare, până la un nivel corespunzător pentru gazeificare prin trecerea de produs gazos fierbinte prin fiecare vas de uscare astfel, încât particulele de combustibil sunt antrenate în curentul de gaz, care astfel se răcește și se umezește;

- separarea gazului răcit și umezit, de combustibil;

- trecerea combustibilului cu conținut redus de umiditate, de la fiecare vas de uscare, la vasul de gazeificare,

- gazeificarea combustibilului în vasul de gazeificare, pentru obținerea numitului produs gazos fierbinte;

- introducerea a cel puțin unei părți din numitul produs gazos fierbinte în vasul(le) de uscare la o astfel de temperatură, încât să fie evitată piroliza semnificativă a particulelor de combustibil în vasul(le) de uscare.

Instalația pentru realizarea procedeului conform invenției este constituită dintr-un vas de gazeificare, pentru gazeificarea combustibilului si obținerea unui produs gazos fierbinte, numitul vas de gazeificare fiind alimentat de unul sau mai multe vase de uscare, presurizate pentru reducerea conținutul de umiditate a combustibilului, la un nivel adecvat pentru gazeificare și pentru răcirea și umezirea a cel puțin unei părți a produsului gazos fierbinte, prin trecerea a cel puțin unei părți a gazului prin vasul de uscare astfel, încât particulele de combustibil sunt antrenate în curent de gaz; de preferință un sistem de buncăr de blocare este folosit pentru a introduce combustibilul carbonifer sub formă de particule solide în fiecare vas(e) de uscare și cel puțin o parte a produsului gazos este trecut din vasul de gazeificare, printr-o conductă de gaz, în vasul de uscare la o astfel de temperatură, încât să se evite piroliza semnificativă a particulelor de combustibil în vasul(le) de uscare.

Procedeul integrat, pentru producerea de energie din combustibilul carbonifer constă în

- introducerea numitului combustibil în unul sau mai multe vase sub presiune, fără adăugare de apă;

- reducerea conținutului de umiditate a combustibilului în vasul(le) de uscare până la un nivel corespunzător pentru gazeificare prin trecerea de prudus gazos fierbinte astfel, încât particulele de combustibil să fie

RO 113659 Bl antrenate în curentul de gaz, care răcește și umezește gazul;

- separarea gazului răcit și umezit, de combustibil;

- transferarea gazului răcit și .5 umezit, eventual printr-un sistem de curățire a gazului și/sau un condensator la o turbină de gaz, pentru generarea de energie;

- transferarea combustibilului cu 10 conținut de umiditate redus din vasulfle] de uscare, la un vas de gazeificare;

- gazeificarea combustibilului în vasul de gazeificare, pentru obținerea produsului gazos fierbinte; 15

- introducerea a cel puțin unei părți din produsul gazos fierbinte în vasul(le) de uscare la o astfel de temperatură, încât să fie evitată piroliza semnificativă a combustibilului în vasul(le) 20 de uscare.

Conform invenției, cuvântul gazeificare se referă la transformarea unui combustibil carbonifer, solid, în gaz pentru combustie. Combustibilul carbo- 25 nifer poate fi orice combustibil solid, care are la bază carbonul procum cărbune, turbă, deșeuri de lemn, biomasă, trestie, reziduul de la canalizări etc. 30

Unele materiale carbonifere pot necesita pretratament, cum ar fi mărunțire, preuscare, pentru a produce particule care au caracteristici de curgere, adecvate pentru metoda 35 specială, foplosită pentru transferarea particulelor în vasul(le) sub prsiune și care au o mărime suficient de mică, pentru a permite ca ele să fie antrenate în curentul de gaz, care trece prin 40 uscător(re).

Deși mărimea particulelor folosite în procedeu depinde de numeroși factori, incluzând densitatea materialului, tendința materialului de a se 45 aglomera, presiune, turbulență și viteza gazului fierbinte prin uscătorfre] etc., s-a găsit că pentru acest procedeu sunt corepunzătoare, în special, particulele care au o mărime maximă de aproximativ 6 mm.

Combustibili carboniferi, adecvați pentru utilizare în procedeul invenție de față, au un conținut ridicat de umiditate. Expresia conținut ridicat de umiditate, așa cum s-a folosit aici, se refecă la un conținut de umiditate mai mare decât maximum conținutului de umiditate, care se poate folosi într-un procedeu de gazeificare. Majoritatea procedeelor de gazeificare necesită o alimentare cu cărbuni solizi, având un conținut de umiditate, de obicei, sub

10-20% în funcție de procedeul de carburare, carburatoarele cu insuflare de oxigen putând accepta o alimentare cu conținut mai mare de umiditate. Pentru conformitate, expresia conținut ridicat de umiditate, se referă de obicei la un combustibil cu un conținut de umiditate mai mare decât 10-20%. Procedeul este util, în special, pentru gazeificarea cărbunelui brut, având un conținut de umiditate mai mare decât 50%.

Conținutul de umiditate al combustibilului carbonifer se reduce în unul sau mai multe uscătoare în curent de antrenare, care funcționează la presiune ridicată, de preferință, similară presiunii la care funcționează carburatorul. Metoda de uscare este una în care particulele combustibilului sunt introduse în curentul de gaz fierbinte și sunt purtate împreună cu el, uscarea lor fiind terminată înaintea intrării întrun separator, cum ar fi un ciclon. Particulele grosiere din curentul de antrenare, care ar putea fi încă umede, se pot separa opțional într-un sortator și recicla pentru uscare ulterioară. Alte procedee de uscare sunt gândite pentru a combina elemente ale curentului de întreținere și procedee în pat fluidizat. în acest mod, un pat constituit din astfel de material ce urmează a fi

RO 113659 Bl uscat este fluidizat cu un gaz fierbinte, dar când gazul din curent antrenează o parte semnificativă a materialului de mai sus, patul de uscare din curentul de antrenare și materialul astfel transportat pot fi recirculate pentu uscare ulterioară.

Pot fi folosite unul sau mai multe vase de uscare . Numărul de vase de uscare, necesare, va depinde de un număr de factori, incluzând conținutul de umiditate al combustibilului, mărimea carburatorului etc., dar în general, este suficient un număr de vase de uscare între 1 și 6.

Metoda de introducere a combustibilului umed în vasul(le) de uscare depinde, de asemenea, de uscătorul cu curent de antrenare, folosit. într-o metodă preferată, combustibilul este alimentat în vasul sau fiecare vas de uscare, printr-un sistem de buncăr cu blocare, unde presiunea este crescută până la presiunea de funcționare a uscătorului. Combustibilul poate necesita un pretratament, în vederea asigurării curgerii prin buncărul cu blocare. Poate fi folosit un sistem cu avans diferențial pentru introducerea combustibilului în uscător(e), când se atinge această presiune.

în procedeul și instalația prezentei invenții, vasul de gazeificare și procedeul de gazeificare pot fi oricare dintre cele anterior cunoscute. Sunt preferate carburatoarele cu suflare de aer, deoarece ele evită costutile ridicate ale unei instalații independente de oxigen. Un carburator, în mod deosebit, corespunzător este un carburator cu suflare de aer în pat fluidizat de tipul High Temperature Winkler, cu toate că, spre deosebire de alte exemple ale acetui tip, surplusul de mangal poate fi trecut spre uscător, împreună cu produsul gazos, mai curând decât separat și returnat la carburator. în timp ce carburatoarele în pat fluidizat sunt corspunzătoare în mod deosebit, pot fi folosite, de asemenea, și altfel de carburatoare, precum cele care funcționează cu sistem de curent de antrenare, dar deoarece acestea funcționează, în general, la temperaturi mai înalte, ele pot necesita o răcire mai puternică a produsului gazos înaintea intrării lui în uscător(re).

Procesul de gazeificare implică, în principal, transformarea carbonului, oxigenului și a apei la hidrogen și monoxid de carbon, deși sunt produse și alte gaze și în procedeu se întâlnesc și alte reacții. în majoritatea proceselor de gazeificare, căldura pentru proces se produce prin pomparea unui gaz care conține oxigen în carburator, producând arderea parțială a combustibilului. Gazul care conține oxigen poate fi aer, preluat direct din atmosferă, aer îmbogățit cu oxige, oxigen pur etc. Pomparea aerului poate fi integrată cu o turbină cu gaz sau abur amplasată în aval de carburator.

împreună cu aerul, pentru controlul temperaturii de funcționare a carburatorului, poate fi injectată apă sau abur. Cel puțin o parte a gazului produs în carburator este dusă la vasul(le) de uscare, unde vine în contact cu combustibilul umed. De preferință, tot gazul fierbinte produs în carburator este condus la vasul(le) de uscare. Temperatura de intrare a gazului în vasul de uscare poate fi controlată, prin răcire într-un curent de gaz secundar și reamestecarea lui cu principalul curent de gaz, înaintea intrării în uscător(re), printr-un schimbător de căldură, care răcește tot curentul de gaz, prin adăugarea de abur sau apă, sau prin recircularea și amestecarea parțială a gazuiui răcit, care părăsește vasul de uscare, cu gazul fierbinte care intră în vas. Este de dorit, controlul temperaturii de ieșire din uscător, penRO 113659 Bl tru eficiența termică globală a procedeului și pentru a corela temperatura de ieșire din uscător cu necesitățile din aval pentru control, curățire etc. Controlul tmeperaturii poate fi, de asemenea, necesar pentru evitarea pirolizei semnificative și eliberării de gudroane din combustibil, în timpul uscării. Limitarea temperaturilor este dependentă de caracteristicile combustibilului carbonifer care urmează a fi folositor.

în mod deosebit, este convenabil ca uscătorul sau fiecare uscător să funcționeze la o presiune similară celui din carburator, deoarece aceasta evită nevoia de comprimare sau decomprimare a gazului de sinteză, înainte de a intra în uscător(e). în practică, presiunea din uscător va fi, în general, ușor mai scăzută decât presiunea din carburator, datorită pierderii de presiune din linia de transfer a gazului. Este de preferat, ca uscătorul sau fiecare uscător (și carburatorul) să funcționeze la o presiune între 15 și 40 at. Pentru procedeele integrate, în care gazul răcit și umidificat care părăsește uscătorul(le), este transportat la o turbină cu gaz, este de asemenea, convenabil să se coreleze presiunea din uscător(e) cu cerințele de presiune ale turbinei de gaz.

La trecerea gazului fierbinte prin vasul de uscare, se reduc atât conținutul în umiditate al combustibilului cât și temperatura gazului. Vasul sau fiecare vas de uscare, acționează prin urmare atât ca un uscător, cât și ca un răcitor, eliminând parțial sau total necesitatea unui vas de răcire separat.

în uscătorul cu curent de antrenare, combustibilul uscat se obține în afara vasului de uscare cu gazul răcit. Combustibilul uscat se poate separa de gazul răcit folosind orice component adecvat de separare precum un ciclon. Sortarea și reci clarea particulelor mai mari de cărbune înapoi spre uscător poate fi efectuată dacă natura materialului carbonifer o cere. Combustibilul uscat poate fi apoi trecut de la . separator direct la vasul de gazeificare în timp ce gazul răcit ar putea fi dus în aval spre, dispozitivul de comandă al gazului care poate fi turbină cu gaz sau alt arzător. Transferul cărbunelui uscat de la separator la carburator împotriva gradientului de presiune advers, Se poate realiza prin orice mijloace adecvate precum conducta de alimentare gravitațională, jeturi de aer, celule rotative, transportor elicoidal, buncăr cu blocare etc., sau o combinație a acestor elemente.

Gazul răcit care părăsește separatorul este trecut de preferință printrun sistem de curățare a gazului. Acesta poate include un separator, cum ar fi un alt ciclon, pentru îndepărtarea oricăror particule de cărbune. Sistemul de curățare a gazului poate include de asemenea, un filtru precum un filtru solid ceramic de reținere a macroparticulelor sau un precipitat electrostatic de pulberi pentru îndepărtarea particulelor fine incluzând surplusul de cărbune și parafine condensate, gudroane și săruri alcaline.

Sistemul de curățare a gazului poate include un sistem de spălare cu apă și/sau un proces de îndepărtare a sulfului. Sistemul de spălare cu apă poate fi folosit în același timp cu filtrul ceramic sau, la fel de bine ca filtru ceramic. Un asemenea sistem poate fi necesar dacă combustibilul conține cantități semnificative de sulf sau azot. Sistemul de spălare ar putea, de asemenea, să aibă efectul îndepărtării unor vapori de apă din produsul gazos.

Orice gaz fierbinte produs în carburator care nu este condus spre uscător(e) poate fi reamestecat cu gazul răcit după ce acesta părăsește

RO 113659 Bl uscătorul(le), de preferință înaintea trecerii gazului răcit prin instalația de curățire a gazului.

Deoarece procedeul prezentei invenții nu implică adăugarea apei, la materialul carbonifer, înaintea intrării în uscător(e), produsul gazos are o energie specifică suficient de mare pentru majoritatea aplicațiilor industriale. Cu toate acestea, dacă este de dorit creșterea energiei specifice a produsului gazos, pentru îndeplinirea unor necesități speciale, se poate face în numeroase moduri, inclusiv cele care urmează.

Pentru tot produsul gazos răcit sau pentru o parte din el, poate fi crescută energia specifică prin trecerea lui într-un condensator unde poate fi răcit suplimentar pentru a elimina prin condensare unele cantități de apă. Dacă se răcește numai o parte a gazului în acest mod el se poate amesteca apoi cu ceea ce rămâne din produsul gazos, în acest mod ridicând energia specifică a curentului de gaz combinat.

îndepărtarea apei prin condensare este relativ ușoară și poate fi realizată pentru a crește conținutul de energie specifică a gazului. în acelați timp, condensarea apei va produce apa de apălare pentru gaz, reducând contaminanții dăunători, incluzând amoniacul.

□ alternativă care poate evita necesitatea îndepărtării apei din curentul de produs gazos, ar fi îmbogățirea parțială a aerului pentru carburator cu oxigen de la o uzină de separare a aerului. Aceasta ar produce gaze cu conținut ridicat de energie și, în anumite circumstanțe, poate evita necesitatea de a îndepărta apa din produsul gazos.

Produsul gazos poate fi ars într-o turbină de gaz pentru a produce energie electrică și căldura remanentă din gazele eliminate poate fi folosită pentru a conduce o turbină cu abur care, de asemeena, se poate folosi în alte procese industriale.

Invenția prezintă avantaje prin faptul că, pe o cale simplă și ușor de realizat se obține un produs gazos care posedă o energie specifică suficient de mare, adecvat pentru majoritatea operațiilor industriale.

în continuare, se dă un exmeplu de realizare a invenției, în legătură și cu figura care reprezintă schema tehnologică a instalației în care se realizează procedeul conform invenției.

Se folosește cărbune brun, având umiditate ridicată cu caracteristici de curgere, care ar putea stânjeni curgerea printr-un sistem de buncăre cu blocare. Se impune folosirea unui preuscător pentru condiționarea cărbunelui. Un avantaj al preuscării cărbunelui este acela că o parte din umiditatea din cărbune se îndepărtează printr-un astfel de mod încât ea nu se amestecă cu produsul gazos final, crescând astfel căldura specifică a gazului rezultat din produsul gazos adecvat pentru ardere într-o turbină de gaz.

Cărbunele brut 1 este alimentat într-o moară 2 unde cărbunele este mărunțit la particule de aproximativ 6 mm și unde este amestecat cu abur supraîncălzit, având o temperatură de aproximativ 400-500°C, furnizat pe conducta de alimentare cu abur 26. Cărbunele și gazul fierbinte traversează apoi lungimea vasului de preuscare cu curent de antrenare 3 unde cărbunele este parțial uscat pentru a permite curgerea sa prin buncărele cu blocare care urmează.

După ce părăsește vasul de preuscare 3, cărbunele preuscat și aburul sunt separate într-un ciclon separator 4. Aburul este curățat într-un filtru sau un precipitator electrostatic

RO 113659 Bl care îndepărtează particulele solide fine și este recirculat apoi înapoi la generatorul de abur 25 pentru recuperarea căldurii, în timp ce excesul de abur creat din apa evaporată se descarcă prin conducta de transfer 28 la un condensator 33 unde este alimentat cu apă caldă pentru ciclul aburului. Particulele de cărbune preuscat trec printr-o serie de buncăre cu blocare 6 în vederea efectuării unui transfer de la o zonă de presiune atmosferică la una de aproximativ 25 atmosfere. La baza buncărelor cu blocare cărbunele trece într-un transportor elicoidal 7 care alimentează cărbunele la baza coloanei de uscare cu curent alternativ 8. Coloana de uscare este la presiune de aproape 25 atmosfere.

Cărbunele este antrenat într-un curent de produs gazo fierbinte cu carburatorul 16. Gazul este dus la baza coloanei de uscare prin conducta de gaz 9. La intrarea în coloana de uscare are o temperatură de ordinul a 7501050°C. Gazul fierbinte este răcit în interiorul uscătorului prin evaporarea apei din cărbunele ud și gazul părăsește uscătorul prin dispozitivul de golire 10 la o temepratură între 2OO-25O°C. Cărbunele uscat și gazul răcit sunt separate într-un ciclon 11. Particulele de cărbune uscat sunt alimentate la carburator prin conducta 12. Gazul care părăsește ciclonul prin țeava de evacuare 13 poate fi alimentat direct la un sistem de curățare a gazului 14, pentru îndepărtarea particulelor fine și a gazelor dăunătoare.

Cărbunele uscat este trecut de la ciclonul 11, prin conducta 12 într-un vas de gazeificare 16 unde are loc gazeificarea cărbunelui. Curentul de cărbune spre carburator este controlat printr-o vană rotativă (celulă rotativă) 15

Carburatorul 16 este un carburator cu pat fluidizat cu suflare de aer. Patul de gazeificare este fluidizat cu aer sub presiune, produs de către compresorul 19 cuplat la expandorul turbinei de gaz 20. Aerul din atmosferă este adus în compresor prin conducta și aerul sub presiune este trecut prin conducta 22 în vasul de gazeificare 16. Un compresor secundar 17 aduce aerul la presiunea cerută în conducta

Oxigenul din aer reacționează chimic cu cărbunele pentru a ajuta la obținerea produsului gazos. Produsul gazos fierbinte trece de la vasul de gazeificare la uscătorul cu curent de antrenare prin conducta 9.

Un curent secundar 31 al produsului gazos este răcit într-un schimbător de căldură 32 unde este emis abur. Gazul răcit se reamestecă cu curentul principal de gaz în conducta 9

Mangalul și cenușa sunt îndepărtate din vasul de gazeificare așa cum s-a indicat, prin conducta 18.

Gazul care părăsește sistemul de curățare a gazului 14 are o temperatură de aproximativ 200°C, o presiune de aproximativ 24 atmosfere, un conținut de umiditate de aproximativ 32% (v/v) și o energie specifică de aproximativ 4,1 MJ/kg (la 25°C). Această energie specifică este suficientă pentru a obține maximum la ieșire de la o turbină de gaz modernă.

Gazul este trecut în camera de ardere a unei turbine de gaz 23 unde are loc arderea pentru a produce gazele fierbinți pentru expandorul turbinei de gaz 20 și a produce energia electrică generată de către generatorul 29. Turbina de gaz elimină gaze care sunt apoi conduse la un recuperator de căldură generator de abur 25 prin conducta 24 pentru a produce abur

RO 113659 Bl într-o instalație de abur 27 unde ulterior se generează energia electrică prin generatorul 30. Recuperatorul de căldură generator de abur 25 produce de asemenea aburul necesar pentru 5 preuscătorul 3. Acest abur este reîntors la preuscătorul 3 și moara 2 dea lungul traseului de abur 26.

Pentru a distinge procedeul de față, de procedeele convenționale, intrgrate de gazeificare cu ciclu combinat (IGCC) noul procedeu combinat s-a denumit procedeu integrat de uscare gazeificare cu ciclu combinat (IDGCC). Eficiența procedeului IDGCC de față s-a evaluat și comparat cu rezultatele obținute de la un procedeu IGCC. Rezultatele sunt prezentate în tabelul următor.

	Curent de cărbune kg/s	Turbină de gaz MW	Turbină de abur MW	Energie trimisă afară MW	Eficientă HHV de bază trimisă afară %
IDGCC propus	91,1	235	138	339	37,1
IGCC convențional (pat fluidizat de uscare a fluxului de vapori recomprimați)	91,7	216	162	331	36,2

Se poate vedere că sistemul IDGCC produce mai multă energie de la aceeași turbină de gaz, deoarece 25 curentul de gaz este mărit prin conținutul mai mare de umiditate al gazului combustibil și la o eficiență de conversie globală similară. Ambele procedee vor emite în atmosferă cantități 30 similare de dioxid de carbon. Procedeul de față are costuri semnificativ mai scăzute decât procedeul IGCC.

Procedeul de față este capabil să gazeifice material carbonifer solid 35 macroparticular, care este umed, dar fără apă liberă cum ar fi cărbunele brun Victorian așa cum s-a exploatat din mină. El este în mod deosebit adecvat pentru gazeificarea materialelor carbo- 40 nifere solide macroparticulare friabile care se reduc la o mărime a particulei de 6 mm și mai puțin.

Stadiul anterior al tehnicii care folosește căldura în producerea gazului 45 pentru uscarea combustibilului, așa cum s-a arătat în bevetele discutate anterior în această descriere, este în legătură cu gazeificarea materialului care este deja sub formă de mâl (de exemplu, mâl de canalizare), și necesită să se formeze un șlam înainte de gazeificarea materialului sau necesită să se adauge apă în vederea păstrării cărbunelui la un ordin de mărime corespunzător pentru gazeificare și/sau uscare prin trecere printr-un pat fix. Procedeul propus funcționează fără adăugare de apă la materialul carbonifer, având ca rezultat un proces termic mai eficient și un produs gazos cu un conținut specific de energie mai ridicat și deci, în cazul unei stații energetice, cantitatea de energie electrică transmisă în afară este mai mare pe cantitatea dată de combustibil consumat.

Procedeul de uscare se realizează în unul sau mai multe uscătoare cu curent de antrenare care sunt

RO 113659 Bl capabile să usuce un combustibil solid macroparticular fără adăugare de apă și sunt mai mici și deci mai ieftine decât un ușcător comparabil cu pat fix sau fluidizat. Procesul de uscare este integrat cu procesul de gazeificare, utilizând căldura produsului gazos pentru uscarea combustibilului nou introdus, astfel uscând combustibilul și răcind gazul într-o singură etapă integrată. Aceasta elimină necesitatea unui schimbător de căldură separat pentru răcirea produsului gazos înaintea curățării și folosirii finale a gazului.

Procedeul de uscare operează de asemenea la presiuni normale asociate cu carburatori comerciali; astfel de presiuni sunt adecvate de asemenea, pentru alimentare directă la o turbină de gaz. Astfel, procedeul nu necesită măsuri speciale pentru presiuni ridicate cum ar fi necesare dacă s-ar utiliza un procedeu de epuizare hidrotermică. Uscarea hidrotermică produce de asemenea, un efluent contaminat care trebuie să fie tratat; uscarea în curent de antrenare nu produce asemenea efluent.

în sfârșit, este de înțeles că în procedeul și instalația invenției de față descrisă anterior pot fi introduse diverse modificări sau suplimentări fără a se depărta de spiritul sau limitele invenției.

Claims

Revendicări

1. Procedeu pentru uscarea și gazeificarea unui combustibil carbonifer sub formă de particule solide cu un conținut ridicat de umiditate, caracterizat prin aceea că el cuprinde următoarele faze:

- introducerea numitului combustibil într-unul sau mai multe vase de uscare, sub presiune, fără adăugare de apă;

- reducerea conținutului de umiditate a combustibilului în numitele vas(e) de uscare până la un nivel corespunzător pentru gazeificare, prin trecerea unui produs gazos fierbinte, astfel încât particulele combustibilului sunt antrenate în curentul de gaz care astfel se răcește și se umezește;

- separarea gazului răcit și umezit, de combustibil;

- trecerea combustibilului cu conținut redus de umiditate de la fiecare vas de uscare la vasul de gazeificare;

- gazeificarea combustibilului în vasul de gazeificare pentru obținerea numitului produs gazos fierbinte; și

- introducerea cel puțin a unei părți din numitul produs gazos fierbinte în vasul (le) de uscare, la o astfel de temperatură încât să fie evitată piroliza semnificativă a particulelor de combustibil în vasul (le) de uscare.
2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că combustibilul carbonifer sub formă de particule solide are o mărime de maximum 6 mm.
3. Procedeu conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că presiunea în vasul (le) de uscare este astfel, încât gazul răcit și umezit, care părăsește vasul (le) de uscare să fie la o presiune corespunzătoare pentru funcționarea unei turbine de gaz.
4. Procedeu conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că presiunea în vasul (le) de uscare este cuprinsă între 15 și 40 atm, de preferință cca 25 at.
5. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările 1-4, caracterizat prin aceea că vasul de gazeificare funcționează la o presiune similară aceleia din vasul (le) de uscare.
6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că comRO 113659 Bl bustibilul carbonifer sub formă de particule solide, este parțial uscatîntrun preuscător pentru a îndepărta umiditatea de la suprafața particulelor și a facilita astfel introducerea particulelor de combustibil în vasul (le) de uscare.
7. Procedeu conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că, la preuscător, căldura este furnizată de aburul produs în aval de vasul (le) de uscare.
8. Instalație pentru uscarea și gazeificarea unui combustibil carbonifer sub formă de particule solide cu conținut ridicat de umiditate, caracterizată prin aceea că este constituită dintrun vas de gazeificare (16) pentru gazeificarea combustibiuluil și obținerea unui produs gazos fierbinte, numitul vas de gazeificare (16) fiind alimentat de unul sau mai multe vase de uscare presurizate (8) pentru reducerea conținutului de umiditate al combustibilului la un nivel adecvat pentru gazeificare și pentru răcirea și umezirea cel puțin a unei părți din produsul gazos fierbinte prin trecerea a cel puțin unei părți a produsului gazos fierbinte, prin trecerea a cel puțin unei părți a gazului prin vasul (le) de uscare, astfel încât particulele de combustibil sunt antrenate în curentul de gaz, de preferință un sistem de buncăr de blocare (6) este folosit pentru a introduce combustibilul carbonifer sub formă de particule solide în fiecare vas(e) de uscare și cel puțin o parte a produsului gazos este transferată din vasul de gazeificare (16) printr-o conductă de gaz (9) în vas (le) de uscare (8), la o astfel de temperatură încât să fie evitată piroliza semnificativă a particulelor de combustibil în vasul (le) de uscare (8),
9. Instalație conform revendicării 8, caracterizată prin aceea că are un număr de vase de uscare de presiune (8) cuprins între 1 și 6.
10. Instalație conform revendicărilor 8 sau 9, caracterizată prin aceea că mai cuprinde, în plus, un preuscător (3) pentru uscarea parțială a materialului carbonifer sub formă de particule solide pentru îndepărtarea umidității de pe suprafața particulelor și, în acest mod pentru a ușura introducerea materialului în vasul (le) de uscare.
11. Procedeu integrat pentru producerea de energie din combustibilul carbonifer sub formă de particule solide având un conținut ridicat de umiditate, caracterizat prin aceea că cuprinde următoarele faze:

- introducerea numitului combustibil într-unul sau mai multe vase de uscare sub presiune, fără adăugare de apă;

- reducerea conținutului de umiditate a combustibilului în vasul (le) de uscare până la un nivel corespunzător pentru gazeificare, prin trecerea produsului gazos fierbinte, astfel încât particulele combustibilului sunt antrenate în curentul de gaz care răcește și umezește gazul;

- separarea gazului răcit și umezit, de combustibil;

- transferarea gazului răcit și umezit, opțional printr-un sistem de curățire a gazului și/sau un condensator la o turbină de gaz pentru generarea de energie;

-transferarea combustibilului cu conținut redus de umiditate din vasul (le) de uscare la un vas de gazeificare;

- gazeificarea combustibilului în vasul de gazeificare pentru a produce produsul gazos fierbinte; și

- introducerea cel puțin a unei părți din produsul gazos fierbinte în vasul (le) de uscare, la o astfel de temperatură încât să fie evitată piroliza semnificativă a combustibilului în vasul (le) de uscare.
12. Procedeu conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că

RO 113659 Bl

25 26 materialul solid carbonatat sub formă de particule solide este parțial uscat într-un preuscător pentru a îndepărta umiditatea de la suprafața particulelor și a facilita astfel introducerea materialului în vasul (le) de uscare și în care căldura la preuscător este furnizată de aburul produs în aval de vasul (le) de uscare.

Președintele comisiei de examinare: Examinator: ing. Pușcaș Corina
13. Procedeu conform revendicărilor 11 sau 12, caracterizat prin aceea că gazele evacuate de la turbina de gaz sunt trimise de la un generator ⁵ de abur, parte a aburului produs aici fiind folosită pentru producerea de energie, parte fiind deviate la preuscător.