SE446633B - Sett och anordning for att separera fast material och slagg fran en het ragasstrom - Google Patents

Description

446 633 2 lande fritt syre ned eller utan någon tenperatunmderator, i en eldfast in- murad, icke-katalytisk, friströnnande gasgenerator vid en temperatur i cm- rådet nellan omkring 980 och 1650°C och ett tryck på omkring 10-190 atnosfä- rer till en rågasström bestående av H2, CO, C02 och ett eller flera äxnnen från grupperx H20, H25, COS, CH 4, 3, NZ, Ar och innehållande smält aska och partiklar. Det mesta av förbränningsresterrza i den heta rågasströureri från reaktionszonen avlägsnas, och tenperaturen på rågasströnrern sänkes till om- kring 482-982°C ned föreliggande process. Därned undvikes igensättning av rö- ren i en neastraás kenvekeiensängpemn. videre ökas livslängden på säden nea- strüwns apparatur san konpressorer och turbiner. Borttagning av medföljande fastämnen ur den råa syntesgasen förhindrar igensättrxing av katalysatorbäddar- na nedströms.

Avlägsnandet av de medföljande fastänmerma ur den heta râgasstrün- men kännetecknas av stegen att a) leda den heta rågasströnnen direkt från reaktionszonen nedåt med hög has- tighet genom en förbindande passage till en första, värmeisolerad, fristnrün- mande gasdiversions- och fastämnesseparationskanrnare, vari gasströnliens has- tighet minskas, varvid den första separationskaxmxaren har en innervolyzn som är rnindre än reaktionszonens, med hjälp av tyngdkraften avskilja en del av det fasta materialet och slaggen utan att nämnvärt sänka gasströnnens temperatur, och med hjälp av tyngdkraften leda en del av det avskilda materialet till en första uppsamlingszon för fast material belägen imder den första separations- kanmaren, , b) leda omkring 80,0-100 vol-få av den heta gasströntnen från den första gasdi- versions- och fastänuiesseparationskanniareri genom en vämeisolerad överförings- ledning direkt in i en andra, separat, värneisolerad gasdiversions- och fast- ämnesseparationszon, .ned hjälp av tyngdkraften avskilja ytterligare fast mate- rial och slagg utan att sänka gasströtmeiis temperatur, och leda den avskilda delen av materialet till en andra zippsamlingszon för fast material placerad mder den andra separationszonen, c) .leda ankring 80,0-100 vol-få av den heta gasströlmen ned minskad hastighet från den andra gasdiversions- och fastämnesseparationszonen direkt uppåt genom en central, vertikal passage utan några hinder i en strålkylningszon i indirekt värmeväxling ned ett kylnediurn, samtidigt kyla gasstrëcmen och avlägsna ytter- ligare fast material och slagg därur ned hjälp av tyngdkraften, . och leda den avskilda delen av materialet till den andra uppsamlingszorxen för fast ma- terial och d) avlägsna en renad gasstrtïn ned minskad temperatur från strålkylningszonen. vid ett utförande av processen innefattar den andra gasdiversions- och âterstodsseparationszonen en eller flera cyklonseparatorer. Vid ett annat 446 633 3 utförande innefattar den andra gasdiversioras- och fastämnesseparationszonen en stötseparator. _ Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av att den består av ett vertikalt, cylindriskt, eldfast innrurat tryckkärl innehållande en reak- tionszon bestående av en friströnrnande, vertikal, cylzindrisk, central passage utan några hinder, ett centralt toppinlopp och ett centralt bottenutlopp, brännare monterade i toppiziloppet för att till reaktionszonen tillföra reak- tantströnmar bestående av fast kolbränsle och gas innehållande fritt syre med eller utan någon ternperatunroderator, en första värneisolerad, friströnnande gasdiversions- och fastännesseparationskannere ned ett övre, centralt inlopp, med en förbindelsepassage förbundet ned bottenutloppet i reaktiOnsZOHGIX för att nottaga en nedåtströrnnande, het rågasstrtïn med hög hastighet, alstrad i reaktionszfinefl och innehållande Iåöljande återstoder från den partiella oxi- dationsreaktionen däri, varvid kammaren har en inre volym som är mindre än reaktionszonen, ett bottenutlopp i den första gasdiversionskanlnaren för ut- släppning av den avskilda delen av återstoden i en första slaggkannware belägen därunder, och ett sidoutlopp varifrån går ut omkring 80 till 100 vol-% av den heta gasstråmen nxinskat ned den avskilda delen av återstoden, en värme- isolerad överföringsledning ned ena änden förbunden ned sidoutloppet på den första kanmaren, en andra vänïeisolerad gasdiversions- och fastämnessepara- tionsanordning placerad i ett separat, vertikalt tirycldärl ned ett sidoinlopp förbundet ned andra änden på överföringsledningen för att mottaga den- heta gasströrrnen, och vari en del av den nedföljande återstoden däri avskiljes, ett övre utlopp för utledning av 80-100 vol-äs av den heta gasstrümen minskat med den avskilda delen av återstoden, och ett undre, cení-.ralt utlopp för dtledriing av den avskilda delen av återstoden till en andra slaggkannere placerad därun- der, en cylindrisk, vertikal strâlkylningssektion ned en lärxgsgående, friström- mande, central passage utan några hinder, inloppsdel som förbinder den undre delen pâ strâlkylniiigsselctionen ned det övre utloppet på den andra gasdiver- sions- och fastännesseparationsanordningen för att tillföra den' heta gasströzn- nen uppåt i bottnen på strålkylnirxgsselctionen, där en del av återstoden av- skiljes ned hjälp av tyngdkraften, kylnedelsledningar placerade längs inner- väggen på strålkylningsanordningen för att genom indirekt värneväxling kyla den heta gasströnnen som går uppåt genom strålkylningsnedlen, och ett övre ut- lopp för utledning av renad och kyld syntesgas, reduoerande gas eller bränngas.

Sättet enligt uppfinningen utföres i två separata, vertikala tryck- kärl. Den övre delen av det första tryckkärlet innehåller den eldfasta reak- tionszonen i gasgeneratorn, san är direkt förbunden ned bottnen till den förs- ta gasdiversions- och âterstodsseparationszonen. Fasta återstoder och slagg :L gasströnnen går genom ett utlopp i bottnen på den första diversionskaxnxeren 446 633 och fiiüem qaumxtyngdkraften nadj.en'vatfitehållare i botten på det förs- ta kärlet. Eventuellt kan en jämförelsevis liten gasströn ledas genom bot- tenutloppet i den första diversionskanneren och avlägsnas ur kärlet. Denna heta gasström förhindrar igensättning av bottenutloppet med fasta ämnen. Det andra, vertikala kärlet.är placerat tätt intill och parallellt med det förs- ta vertflGfla.kärlet.

Den övre delen på det andra vertikala kärlet består av en sektion med rörväggskylning. Den andra gašdiversions- och âterstodsseparationszonen är placerad rakt under den övre kyl- sektionen och är ansluten till den första diversionszonen med en överföringsledning. Fastämnen avskilda i den andra diver- sionszonen faller genom tyngdkraften genom ett bottenutlopp i den andra diversionskammaren och ned i en vattenbehållare i det andra kärlets botten. Vid ett föredraget utförande ledes het- vattnet med fastämnen från de tvâ kärlens botten i indirekt vär- meväxling med matarvatten till ångpannan. Därigenom förvärmes matarvattnet till pannan innan det går in i rörväggen i kylsek- tionen som en del av kylmedlet.

Uppfinningen skall förklaras utförligare med hänvisning till de åtföljande ritningar, på vilka fig. 1 är en schematisk ritning av processen enligt upp- finningen i detalj, och fig. 2 en schematisk avbildning av ett utförande av pro- cessen enligt uppfinningen, där den andra gasdiversions- och återstodsseparationskammaren består av en cyklon.

Föreliggande uppfinning avser således en förbättrad, kontinuerlig process och en apparatur för rening och kylning av en het rågasström från en friströmmande, icke-katalytisk gas- generator för partiell oxidation. Den heta râgasen består huvud- sakligen av H2, CO, C02 och en eller flera föreningar ur grup- pen HZO, H25, COS, CH4, NH3, N2 och Ar, och innehåller medföljan- de fastämnen och smält aska. Den heta râgasen framställes genom partiell oxidation av ett askhaltigt, fast kolbränsle såsom kol, dvs antracit, bituminöst kol, sub-bituminöst kol eller lignit. _ Ett ton kol innehåller ämflfl mängd energi som 3-4 fat råolja (3,5- 4,6 m3). Kol är följaktligen det mest lovande materialet för att ersätta världens krympande reserver av olja och naturliga bränslen. En tredjedel av världens ekonomiskt utvinningsba- 446 633 ra kolreserver finns i USA och är tillräckligt stora för att räcka mer än 200 år.

Malt, fast bränsle tillföres till gasgeneratorn an- tingen enbart eller i närvaro av ett i huvudsak termiskt smältbart eller förângningsbart kolväte eller kolmaterial och/eller vatten, eller medföljer ett gasformigt medium sä- som ånga, C02, N2, återcirkulerad syntesgas och luft. För- ângningsbara kolväten innefattar petroleumdestillat och âterstoder, olja framställd av kol, skifferolja, rå petro- leum gasolja, tjärsandsolja, cykelgasolja från fluidise- rad, katalytisk krackning, furfuralextrakt av koksgasolja och blandningar därav.Fästa kolbränslen innefattar partiku- lärt kol, stenkol, koks från kol, lignit, petroleumkoks, oljeskiffer, tjärsand, asfalt, beck och blandningar därav.

Med föreliggande uppfinning kan förbränningsåtersto- der som medföljer râgasströmmen från gasgeneratorns reak- tionszon reduceras till en acceptabel koncentrationsnivâ och partikelstorlek, så att den heta gasen kan användas i nedströms värmeväxlare, eller i andra anordningar som ut- nyttjar energin i den heta gasströmmen. Återvinningen av ter- misk energi ur rågasen från den partíella oxidationsgenera- torns reaktionszon försvåras av närvaron av förbränninge- rester i avgaserna från generatorn såsom partikulära fast-- ämnen och smâdroppar av smält slagg från askinnehållet i kolinmatningen till gasgeneratorn. Koncentrationen av fast- ämnen i den heta râgasen kan vara av storleksordningen 3,5 - 14 g/m3 och partikelstorleken omkring 40 till 1000 )nn eller större. Om slagg och partiklar i den heta gasströmmen icke av- lägsnas faller de ut och förorenar värmeväxlingsytorna och försämrar därigenom processens värmeutbyte.

Genom föreliggande uppfinning omvandlas de smälta slaggdropparna till fast form och avlägsnas samman med andra íasmapartiklar innan de kommer fram till de konventionella energiavnämarna såsom expansions- och gasturbiner samt vär- meväxlare, d.v.s. gaskylare av konvektionstyp. Exempelvis kan den gaskylare som beskrives i US-PS 3 690 774 med skruv- eller spirallindade rör användas för att ytterligare kyla 446 633 den partiellt kylda och renade syntesgasen från processen enligt uppfinningen. Kokare med denna generella utformning har en stor värmeväxlaryta. Spiralerna har emellertid små krökningsradier vilket gör rören känsliga för igensättning.

Spiralerna är svåra att avlägsna och byta ut och är dyrbara att rengöra och underhålla. Av metallurgiska skäl bör vidare den maximala inloppstemperaturen på gasen hållas vid en sä- ker driftstemperatur pâ omkring 480 - 9800 C. Dessa svårig- heter undanröjes med föreliggande uppfinning, som sänker temperaturen på den heta râgasen från gasgeneratorns reak- tionszon och även avlägsnar medföljande fastämnen och slagg.

Värmeutbytet från förgasningsprocessen med partiell oxida- tion förbättras därvid genom att energin från den heta rå- gasen âtervinnes. Vidare kan mera biproduktånga för använd- ning i processen eller för andra ändamål framställas genom indirekt värmeutbyte mellan den heta gasströmmen och vatten, först i strålningskylaren och sedan 1 konvektions-gaskyla- ren. Medelst föreliggande uppfinning förenklas âtervinningen av värmeenergi ur de heta gaserna.

En typisk syntesgasgenerator för partiell oxidation visas i US-PS 2 818 326. En brännare är placerad i gasgene- ratornsftopp på den centràla vertikalaxeln för tillförsel av inmatningarna. En lämplig brännare av ringtyp visas i U$-PS 2 928 460. Gasgeneratorn är ett vertikalt, cylindriskt tryckkärl av stål, vars insida är klädd med eldfast mate- rial.

De fasta kolbränslena males lämpligen till en sådan partikelstorlek att 100 % av materialet går genom en ASTM E ll-70 standardsikt 425 Inn (alternativ nr 40) och minst 40 % passerar genom en ASTM E ll-70 standardsikt på 75 /nu (alternativ nr 200). Det malda, fasta kolbränslet tillföres sedan till en lagringsficka vid rumstemperatur och atmosfärstryck. ° Den normala fukthalten hos det fasta kolbränslet kan variera mellan omkring 0 till 40 vikt-%:~ɧempelvis_kanw“H fukthalten i mottagen antracit och bituminösa kol vara om- kring 2 - 10 vikt-% av torrvikten, upp till 30 vikt-§_av 446 633 torrvíkten för sub-bituminösa kol och upp till 40 % av torr- vikten eller mera för lignit. Generellt kan det fasta kol- bränslet användas utan att fukthalten behöver sänkas. För- torkning kan dock behövas i vissa fall för att få en lämp- ligare fukthalt, såsom under 20 vikt-% eller till och med under 2,0 vikt-%.

Det malda, fasta kolbränslet i form av en uppslam- ning i vatten eller flytande kolväte eller suspenderat i en gas såsom beskrivits tidigare, ledes in i gasgeneratorns reaktionszon genom någon av passagerna 1 ringbrännaren. Den- na inmatning kan vara av rumstemperatur eller förvärmd till en temperatur upp till 600° C, men företrädesvis under krack- ningstemperaturen. Lämpligen kan kolinmatningèn förvärmas genom direkt eller indirekt värmeväxling med överhettad el- ler mättad ånga, erhållen som biprodukt, eller på något an- nat lämpligt sätt som skall beskrivas senare. G Någon ytterligare temperaturmoderator för att modere- ra temperaturen i reaktionszonen kan vara onödig vid vatten- uppslamningar och när det fasta bränslet är dispergerat i vissa gasformiga kolvätebränslen. Lämpliga temperaturmode- ratorer är överhettad ånga, mättad ånga, omättad ånga, vat- ten, C02-rik gas, en del av den kylda avgasen från en tur- bin använd nedströms i processen, kvävgas i luft, biprodukt- kvävgas från någon konventionell luftseparationsenhet och blandningar av de ovannämnda temperaturmoderatorerna. Tempe- raturmoderatorn kan tillföras i blandning med endera eller båda reaktantströmmarna. Alternativt kan temperaturmodera- torn tillföras till gasgeneratorns reaktionszon genom en se- parat ledning i brännaren.

Benämningen gas innehållande fritt syre användes här för att innefatta luft, syrgasanrikad luft, d.v.s. mer än 21 mol-% syre, och huvudsakligen ren syrgas, d.v.s. mer än 95 mol-% syre (med resten bestående av N2 och sällsynta ga- ser). Gas innehållande fritt syre kan tillföras tillwbränna- ren vid en temperatur mellan rumstemperatur och 982° C. 446 633 De relativa proportionerna mellan fast kolbränsle, temperaturmoderatorn och fritt syre i gasgeneratorns reak- tionszon är sådana att de säkerställer en gastemperatur i gasgenereringszonen på omkring 982 - l649° C, exempelvis om- kring l093 - l538° C, och till att bilda en partikelfas in- nehållande aska och omkring 0,1 - 20 vikt-% av det organiska kolet i inmatningen, typiskt omkring l - 4 vikt-%. Partikel- -fasen medföljer den utgående gasströmmen från reaktionszo- nen samman med all icke-brännbar slagg.

Andra driftsbetingelser i gasgeneratorn innefattar tryck på mellan omkring 10 och 190 atmosfärer, företrädesvis omkring 30 - 100 atmosfärer, förhållandet mellan syreatomer- na i gasen innehållande fritt syre plus de organiskt bundna syreatomerna i det fasta kolbränslet och kolatomerna i det fasta kolbränslet, 0/C-atomförhållandet, bör vara i omrâdet 0,7 till 1,6. Mera specifikt och med huvudsakligen ren syr- gasinmatning till reaktionzonen kan omfattningen av O/C- atomförhâllandet vara omkring 0,7 - 1,5 och företrädesvis med luftinmatning till reaktionszonen omkring 0,8 - 1,6, fö- reträdesvis omkring 0,9 - 1,4. Med H20 som temperaturmode- rator är viktförhållandet H20 till kol i den fasta kol- bränsleinmatningen i området 0,5 - 2,0, företrädesvis om- .kring 0,7 - 1,0. Med huvudsakligen ren syrgasinmatning till gasgeneratorn kan sammansättningen på den utgående gasen i mol-% på torr basis vara: H2 5 - 40, CO 40 - 60, C02 5 - 25, CH4 0,01 - 3 och H28 + COS 0 - 5, N2 0 - 5 och Ar 0 - 1,5.

Med luftinmatning till gasgeneratorn kan sammansättningen på den utgående gasen i mol-% på torr basis vara: H2 2 - 20, CO 15 - 35, C02 5 - 25, CH4 0 - 2, H28 + COS 0 - 3, N2 45 - 70 och Ar 0,1 - 1,5.

Den heta râgasström som bildas i reaktionszonen går ut genom ett centralt utlopp i reaktionszonens botten, som är koaxiellt med gasgeneratorns centrala längdaxel. Den heta gasströmmen går genom bottenutloppet och expanderar direkt i en gasdiversions- och återstodsseparationskammare, som fö- reträdesvis ligger direkt under reaktionszonen. Gasdiver- 446 653 sions- och återstodsseparationszonen är eldfast inmurad och är företrädesvis koaxiell' med gasgeneratorns reaktionszcns centrala vertikalaxel. Företrädesvis finns båda zonerna inuti samma uppåt slutna tryckkärl. Alternativt kan diver- sionskammaren vara i ett separat kärl fäst vid gasgeneratorns bottenutlopp. Uppehållstiden i gasgeneratorns reaktionszon är i omrâdet omkring l - 10 sekunder, lämpligen 3 - 5 se- kunder. Innervolymen på den första gasdiversions- och åter- stodsseparationskammaren är endast omkring 5 - 50 % av reak- tionszonens innervolym.

Den heta rågasströmmen går genom bottenutloppet i reaktionszonen med en hastighet på omkring 6,1 - 15,2 m/s, lämpligen omkring 9,1 - 12,2 m/s. Hetgasströmmens hastighet minskas i gasdiversionskammaren och partikulära beståndsde- lar och smält slagg faller ned från gasströmmen genom tyngdkraften. De fasta beståndsdelarna och den smälta slag- gen gär på grund av tyngdkraften genom ett utlopp i diver- sionskammarens botten och företrädesvis ned i en vattenbe- hållare i en slaggkammare därunder. Företrädesvis är diver- sionskammarens inlopp och bottenutlopp centralt placerade och koaxiella med diversionskammarens vertikalaxel. Före- trädesvis är slaggkammaren placerad rakt under diversions- kammarens bottenytor och i samma tryckkärl som reaktionszo- nen och diversionskammaren. Företrädesvis är slaggkammarens centrala vertíkalaxel koaxiell med gasdiversionskammarens.

Alternativt kan slaggkammaren finnas i ett separat kärl, som är fäst mot bottnen på behållaren med diversionskamma-Å ren. Vid ett utförande är slaggkammaren inmurad med eldfast material och drives torr.

Gasdiversionskammarens form kan vara cylindrisk, sfä- risk eller utåt divergerande eller expanderande koniskt från inloppet till en förstorad, central del följd av en inåt konvergerande konisk del eller konvergerande koniska delar till separata utlopp i sidan och bottnen. Ett utlopp -i slaggkammarens sidovägg under bottenutloppet i diversions- kammaren men ovanför vattennivån och en kyld reglerventil kan eventuellt användas för att ta ut en jämförelsevis liten 446 633 sidoström av rä hetgas från slaggkammaren. Sidoströmmen av gas kommer in i slaggkammaren genom bottenutloppet i gasdi- versionskammaren och medför partiklar och smält slagg, som faller ned till slaggkammarens botten. Vid behov håller den- na sidoström bottenutloppet i diversionskammaren varmt, och förhindrar därvid bryggbildning och igentätning med fasta ämnen och slagg. Mellan omkring 0 och 20 vol-%, såsom om- kring 0,5 - 10 vol-% och typiskt 5 vol-% av den heta râgas- strömmen till den första gasdiversionskammaren kan användas som läckgas. Läckgasen eller sidoströmmen går ut från slaggkylningskammaren genom sidoutloppet och regleringsven- tilen och ledes företrädesvis genom en separat värmeväxlare.

Exempelvis kan den varma läckgasen användas för att förvärma en kol-vattenuppslamning för inmatning till gasgeneratorn.

Läckgasen kan sedan blandas med huvudströmmen av gas från en konventionell gaskylare av konvektionstyp. Alternativt kan läckgasen användas som transportmedium för pulvriserat, fast kolbränsle och tillföras till gasgeneratorn med inmat- ningen.

Från omkring 80,0 till 100 vol-% av den heta râgas- strömmen till den första gasdiversionskammaren går ut genom en termiskt isolerad sidoledning direkt till inloppet på den andra gasdiversions- och âterstodsseparationszonen, som är placerad intill i en separat, vertikal, cylindrisk tryckbehâllare. Den andra tryckbehâllaren är parallell med det första tryckkärlet och tätt ansluten därtill med led- ningen. Vid ett föredraget utförande är gasdiversions- och återstodsseparatíonszonen i den andra behållaren större, men av liknande form och utförande som gasdiversions- och âterstodsseparationskammaren som tidigare beskrivits i det första kärlet¿ Gasdiversions- och återstodsseparationszonens centrala vertikalaxel är företrädesvis koaxiell med det andra kärlets centrala vertikalaxel. Innervolymen på gasdi- versionskammaren i det andra kärlet är omkring 4 - l0 gånger större än innervolymen på gasdiversionskammaren i det första kärlet. Ytterligare partikulära fastämnen och slagg faller ut från gasströmmen på grund av tyngkraften 1 446 633 11 den andra gasdiversionskammaren och faller genom en central öppning i gasdiversionskammarens botten ned i en vattenbe- hållare i slaggkammaren i bottnen på det andra kärlet. Före- trädesvis är vertikalaxeln i gasdiversions- och återstods- separationskammaren i det andra kärlet koaxiell med slagg- kammarens centrala vertikalaxel. En läckström bestående av omkring 0 - 20 vol-%, såsom 0,5 - 5 vol-% av gasströmmen kommer in i den andra gasdíversionszonen och ledes even- tuellt genom bottenöppningen i diversionskammaren och där- efter genom ett utlopp i slaggkammarens vägg placerat ovan- för vattenbehållaren i bottnen. Denna andra läckströms funktion och användning är liknande den första läckström- mens, som beskrivits tidigare i samband med det första kär- lets slaggkammare. Vid ett utförande är slaggkammaren i det andra kärlet inmurad med eldfast material och drives torr.

Längdaxeln i överföringsledningen mellan den första och den andra gasdiversions- och återstodsseparationskamma- ren ligger företrädesvis i samma plan som de tvâ kärlens centrala vertikalaxlar. Vidare bildar överföringsledningens längdaxel en vinkel med den andra gasdiversions- och äter- stodsseparationszonens centrala vertikalaxel som mätt medurs börjar i tredje kvadranten från den centrala vertikalaxeln ooh är av storleksordningen 3o° till 12o°. Lämpligon kan denna vinkel vara omkring 40 till 11o°, såsom omkring 6o° och företrädesvis uppåt eller nedåt. Den lämpliga vinkeln är en funktion av sådana faktorer som gasströmmens temperatur och hastighet samt sammansättningen, koncentrationen och egenskaperna på det medföljande material som skall avlägs- nas. När exempelvis den råa gasströmmen innehåller flytande slagg med hög flytbarhet kan längdaxeln på râ-inloppsmun- stycket riktas uppåt med en vinkel på omkring 600 mätt medurs från det andra kärlets centrala vertikalaxel och med bör- jan i den tredje kvadranten. En stor del av slaggen rinner ned genom överföringsledningen till den första gasdiver- sionskammaren och därifrån ner i vattenbehâllaren i bottnen på det första kärlet. När å andra sidan den flytande slag- 446 633 12 gen är viskös, kan strömningen underlättas genom att över- föringsledníngen riktas nedåt exempelvis med en vinkel av omkring 1200 mätt medurs från det andra kärlets centrala vertikalaxel med början i tredje kvadranten. Den höga has- tigheten på den heta râgasströmmen genom överföringsled- ningen och tyngdkraftens storlek hjälper då till att för- flytta den viskösa, flytande slaggen in i den andra gasdi- versionskammaren, där slaggen kan separeras från gasström- men genom tyngdkraften. Hastigheten pâ den heta râgasström- men genom överföringsledningen är av storleksordningen 6,1 - m/s, såsom 9 - 18 m/s och typiskt omkring 12,2 m/s. Den minskade hastigheten på den heta rågasströmmen som går uppåt genom den andra gasdiversionskammaren inuti det andra, upp- till slutna tryckkärlet medger att det medföljande, fasta materialet faller på grund av tyngdkraften ned genom den centrala öppningen i bottnen på den andra gasdiversionskam- maren och i vattenbehâllaren i bottnen på det andra kärlet.

Eventuellt kan i stället för en eldfast inmurning pâ insi- dan av väggarna i den ena eller båda slaggsamlingsbehållarna i bottnen pâ de första och andra kärlen användas vattenmant- \ lade eller vattenkylda väggar. Hastigheten på den heta rå- gasströmmen genom överföringsledningen är av storleksord- ningen l,5 - 3 gånger hastigheten på den heta râgasströmmen- genom reaktionszonens bottenyta. I Huvuddelen av den heta rågasen går uppåt genom den andra gasdiversionskammaren och ut genom ett centralt ut- lopp vid toppen med en hastighet av omkring 0,3 - 3,0 m/s och med en temperatur på omkring 982 - 16500 C. Mycket li- tet, om ens något av det kännbara värmet i den heta râgas- strömmen går förlorat under dess passage genom den första och den andra gasdiversions- och återstodsseparationszoner- na. Den heta rågasströmmen går sedan direkt in i bottnen på en strâlkylningssektion i den övre delen av det andra tryck- kärlet, och passerar fritt uppåt genom den centrala, hinder- fria, vertikala passagen på insidan om en vattenkyld rör- vägg. Företrädesvis är centralaxeln på strålkylningssektio- 446 633 13 nen koaxiell med det andra tryckkärlets centrala vertikal- axel. Den inre volymen på strâlkylningssektionen är omkring - 10 gånger innervolymen på gasgeneratorns reaktionszon.

Stående rör genom vilka ett kylmedel går, kläder innerväg- garna i strålkylningssektionen. Väggarna på tryckkärlet skyddas därvid från skador av värme och korrosion. Uppehâlls- tiden för gaserna som går genom strålkylningssektionen är av storleksordningen 15 - 50 sekunder, såsom 20 - 40 sekunder.

Den vertikala strålkylningssektionen är placerad omedelbart uppströms en energiutnyttjande anordning anordnad som en yt- terligare kammare för tyngdkraftsavsättning och separation av fasta partiklar och slagg frân den heta gasströmmen och därigenom skyddas den energianvändande anordningen från att smutsas ned. En ytterligare funktion för strâlkylningssek- tionen är att kyla den uppâtströmande heta gasen till en temperatur lägre än den maximala säkra driftstemperaturen för energianvändaren, d.v.s. till en temperatur på omkring 482 - 982° C. Under denna gaskylningsperiod stelnar också åtminstone det yttre skalet på alla kvarvarande askpartiklar i gasströmmen. Detta förhindrar partiklarna från att klibba fast vid rören i gaskylarens strålnings- och konvektions- sektioner.

Exempelvis avger den heta gasströmmen först en del av sitt värmeinnehåll till kokarrören i strålkylningssektionen.

Därefter ledes gasen med sänkt temperatur in i en konvek- tionszon som likaledes är försedd med kokarrör där den kyles vidare till en temperatur i området 343 till 660 C. Väggarna i det vertikala tryckkärlet av stål med strâlkylningssektio- nen skyddas mot verkan av de uppåtströmmande, heta gaserna av kylytorna hos rörväggen som sitter framför kärlets vägg.

Vid ett föredraget utförande är det andra kärlets strålkyl- ningssektion inklädd runt innerväggarna med ett flertal tunn- väggiga, vertikala rör med eller utan sidoflänsar. De intill- liggande tubraderna är'sammansvetsade i längdled till en ringformig, gastät vägg av rör. De undre och övre ändarna på vart och ett av dessa rör kan vara anslutna till respektive 446 633 14 undre och övre ringformiga samlingsrör. När kylmediet i strålkylaren utgöres av vatten eller en blandning av vatten och ånga blir den högsta temperatur som kan uppnås i tryck- skalet temperaturen på den mättade ångan inuti strålkylaren.

Pannmatarvatten tillföres till det undre samlingsröret och ledes sedan upp genom de många separata, upprättstâende rö- ren till toppringen. Blandningen av ånga och vatten avlägs- nas från toppringen och tillföres till en yttre överpanna där separation sker. Den mättade ångan från överpannan kan användas var som helst i processen för att alstra värme el- ler kraft. Eventuellt kan åtminstone en del av_den mättade ångan överhettas. Det varmvatten som avskiljes i överpannan kan återföras till bottenringen i strâlkylaren.

Vattenhaltiga fastämnen och slagg i slaggkamrarna i bottnen på kärlen l och 2 avlägsnas med en konventionell skiljetratt och går till en zon för borttagning av fastäm- nen. Det återvunna kylvattnet kan sedan återcirkuleras till slaggkamrarna i bottnen på kärlen l och 2. Vid ett föredra- get utförande ledes fastämnena innehållande kylvatten från slaggkamrarna i kärlen l och 2 vid en temperatur på omkring 204 - 288b C i indirekt värmeväxling med pannmatarvatten.

På detta sätt höjes temperaturen på pannmatarvattnet omkring - 560 C. Det förvärmda matarvattnet tillsättes sedan i bottenringen i strålningskylaren.

Vid ett utförande enligt föreliggande uppfinning är slaggkammaren i kärl 1, kärl 2 eller båda kärlen försedd med ett konventionellt dopprör. I sådant fall kan fast material och slagg samt eventuellt läckgas ledas genom bottenutloppet i den ena eller båda de separata gasdiversions- och åter- stodsseparationskamrarna i varje tryckkärl, och sedan ledas genom respektive dopprör som slutar under vattennivån i de respektive slamkamrarna. Pâ detta sätt kan läckgasen renas och partiellt kylas.

Vid ett annat utförande av uppfinningen ersättes gas- diversions- och återstodsseparationsanordningarna i det and- ra tryckkärlet med en enstegs eller flerstegs cyklon och alternativt med en stötseparator. Vid detta utförande kan 446 633 såväl våta som torra slaggburkar användas för att samla upp fastämnena och slaggen som separeras. Cyklonen är termiskt isolerad för att förhindra värmeförluster från den heta, genomströmmande gasen. Cyklonen är huvudsakligen en separa- tionskammare där tyngdkraften ersatts med centrifugalacce- leration. Den råa gasströmen från den första gasdiver- sions- och återstodssepareringskammaren i det första kärlet innehållande partiklar och slagg ledes genom överföringsled- ningen och kommer in i cyklonens cylindriska, koniska kamma- re tangentiellt i ett eller flera inlopp vid övre änden.

Gasvägen innefattar en dubbelspiral med den råa gasströmmen i spiralbanan nedåt vid utsidan och den rena gasströmmen i spiralbana uppåt på insidan till en ringkammare vid toppen.

Den rena gasströmmen går ut genom ett centralutlopp på ver- tikalaxeln i cyklonens topp och ledes därefter uppåt direkt in vid bottnen på en vertikal, friströmmande strålningskyl- ningssektion i kärlet 2. De fasta partiklarna tenderar genom sitt.tröghetsmoment att röra sig i cyklonen mot väggen, vari- från de ledes in i ett centralt utlopp vid bottnen och ett utloppsrör. Små partiklar bildar aggregat som faller ner i vattnet i slaggkammaren vid kärlets 2 botten. Omkring 0 - vol-%, såsom 0,5 - 10 vol-%, lämpligen 5 vol-% av den he- ta gasströmmen kan ledas förbi cyklonen genom dammfällan och bottenutloppet samman med de fasta ämnena och slaggen.

Detta håller bottenutloppet varmt och förhindrar bryggbild- ning. I dylikt fall går läckströmmen ut från kärlet genom ett isolerat sidoutlopp ovanför vattensamlingen i slaggkam- marens botten. Den heta läckgasströmmen ledes sedan genom en isolerad ledning och en kyld regleringsventil. Vid ett ut- förande användes flera enstegscykloner. Varje cyklon slutar i en gemensam ringkammare. Gasströmmen från utloppet i ring- kammaren går direkt in i strålkylningssektionen. Vid ett an- nat utförande användes minst en flerstegscyklon. I sådant fall ledes den partiellt renade gasströmmen från första cyk- lonsteget till inloppet på ett andra cyklonsteg. Den rena gasströmmen från varje andra cyklonsteg utledes i en gemen- 446 633 16 sam ringkammare och därifrån i den rörväggskylda strålsek-g tionen. Vid ytterligare ett annat utförande ersättes den andra gasdiversions- och återstodsseparationskammaren med en konventionell stötseparator för gas och fastämnen. För en mera detaljerad diskussion av cykloner och stötseparatorer hänvisas till CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK, Perry and Chilton, Fifth Edition, 1973 McGraw-Hill Book Co. sid. 20 - 80 till 20 - 87.

Sålunda kan enligt föreliggande uppfinning med fördel temperaturen pâ den heta râgasen från den partiella oxida- tions-gasgeneratorn sänkas till under den säkra, maximala driftstemperaturen för en nedströms gaskylare av konvek- tionstyp. Vidare avlägsnas omkring 70 - 95 vikt-% av med- följande fastämnen och slagg frân den heta gasströmmen. Däri- genom förhindras nedsmutsning av värmeväxlarytor, katalysa- torbäddar och annan utrustning som kan komma i kontakt med den heta gasströmmen. Ingen flytande tvättlösning användes.

Följaktligen går det kännbara värmet i den heta gasströmmen icke till spillo genom förângning av tvättvätska, som sedan kan förorena gasströmmen. Mättad eller övermättad biprodukt- ånga framställes, som kan användas var som helst i proces- sen eller på andra ställen. Exempelvis kan ånga användas för uppvärmning, för kraftproduktion i en ångturbin, eller- återcirkuleras till gasgeneratorn som temperaturmoderator.

Alternativt kan åtminstone en del av den renade och kylda gasströmmen från strâlkylningssektionen ledas genom en ex- pansionsturbin för alstring av mekanisk energi, elektrisk energi eller bâdadera. Gasströmmen från den nedströms kon- vektionsgaskylaren maien temperatur i området 66 - 3l6° C eller från någon annan energianvändare kan eventuellt under- kastas ytterligare processteg, gastvättning, rening eller bâdadera beroende på den avsedda användningen som syntesgas, reducerande gas eller bränngas.

Uppfinningen skall förklaras mera detaljerat med hän- visning till de åtföljande ritningarna som på fig. l och 2 illustrerar tvâ utföranden enligt uppfinningen. 446 633 17 Fig. 1 visar ett cylindriskt, vertikalt tryckkärl l av stål bestående av tre huvudsektioner: reaktionszon 2 med eldfast inmurning 3 i sin övre del, gasdiversions- och åter- stodsseparationskammare 4 belägen under reaktionszonen 2 och förbunden med denna genom passagen 5, och en slaggkammare 6 M innehållande vatten 31 i bottnen på tryckkärlet 1. Alterna- tivt kan de ovan beskrivna tre sektionerna vara anordnade i tre separata tryckkärl ställda vertikalt på varandra, för- bundna, kommunicerade och anordnade på liknande sätt som det i fig. l visade.

Ett topputlopp 7 är anordnat i toppen och ett botten- utlopp 8 i bottnen på tryckkärlet 1. Axlarna till utloppen 7 och 8 ligger på kärlets 1 centrala vertikalaxel. En brän- nare 9 av ringtyp med central passage 10, inlopp ll och ringpassage 12 är monterad i övre utloppet 7. En blandning av malt kol i ett transportmedium, såsom en kol-vattenupp- slamning, från ledning 13 pumpas med pumpen 14 genom led- ningen l5 till värmeväxlaren 16 där uppslamningen förvärmes genom indirekt värmeväxling med åtminstone en del av läckga- sen från ledningarna 17, 18 eller båda. Den förvärmda kol- vattenuppslamningen i ledning 19 går genom inloppet ll och ringpassagen 12 på brânnaren 9 in i reaktionszonen 2 där den stöter emot och genom partiell oxidation reagerar med en gasström innehållande fritt syre. Exempelvis förvärmes en ström av huvudsakligen ren syrgas eller luft från ledning i en värmeväxlare 21 med ånga från ledning 22. Den för- värmda gasen innehållande fritt syre ledes därefter genom ledning 23 och mittpassagen 10 på brännaren 9 in i reak- tionszonen, där den partiella reaktionen med kol-vattenupp- slamningen sker. Den kylda läckgasströmmen lämnar värmeväxla- ren 16 genom ledningen 24 och blandas nedströms i processen med den kylda huvudgasen från den icke visade gaskylaren av konvektionstyp. Alternativt kan uppvärmningsmediet i värme- växlaren 16 vara en del av den mättade ånga som produceras nedströms i processen från ledning 25.

Den heta rågasen innehållande rester från den partiel- la oxidationsreaktionen, d.v.s. medföljande partikulära fast- 446 633 18 ämnen och smält slagg, lämnar reaktionszonen 2 och går ned- åt genom förbindelsepassagen 5 med hög hastighet samt kommer in i gasdiversionskammaren 4 där gasströmmens hastighet plötsligt minskas. Ungefär 45 - 50 vikt-% av medföljande fast- ämnen och slagg faller genom tyngdkraften ned från gasström- men i diversionskammaren 4 och faller ned genom utloppet 30 i bottnen på diversionskammaren. De centrala, vertikala längdaxlarna till passagen 5 och utloppet 30 sammanfaller med den centrala, vertikala längdaxeln till kärlet 1. Det fasta materialet och slaggen faller ned i vattnet 31 i slaggkammaren 6 i kärlets l botten. För att hålla utloppet rent och fritt från fast material, avledes en del, d.v.s. omkring 1 vol-% av gasströmmen genom bottenutloppet 30 och det eldfasta utloppet 32 ikärlets 1 sidovägg ovanför nivån på vattnet 31 i bottnen. Såsom tidigare beskrivits ledes läckgasen genom en isolerad ledning 33, den vattenkylda ven- tilen 34 och den isolerade ledningen 17 in i värmeväxlaren 16. En blandning av hetvatten och fasta ämnen uttages frân kärlets l botten genom bottenutloppet 8, ledningarna 35, 36, värmeväxlaren 37, ledningen 38, ventilen 39 och ledningen 40 till ett icke visat magasineringssystem. Fastämnen avlägs- nas frân kylvattnet i en icke visad återvinningszon och kyl- vattnet återledes till slaggkammaren 6 genom ledningen 41 och sidoinloppet 42. ' När igensättning av bottenutloppet 30 icke är något problem går all hetgasen till gasdiversionskammaren 4 ut ge- nom sidoutloppet 43. Därifrån ledes den heta gasen genom överföringsledningen 44 med hög hastighet. överföringsled- ningen 44 är inklädd med eldfast material 45. Gasströmmen kommer in i den andra gasdiversions- och âterstodssepara- tionskammaren 46 anordnad i det andra tryckkärlet 50 genom inloppet 47. Genom att luta överföringsledningen 44 exempel- vis omkring 600 mätt medurs från kärlets 50 centrala verti- kalaxel med början i den tredje'kvadranten, som visas på rit- ningen, kan smält slagg som avskiljes ur gasstfämmenwlätt falla ned i överföringsröret och komma tillbaka till gasdi- versionskammaren 4. Därifrån faller slaggen ned i_vattnet i 446 633 19 slaggkammarens 6 botten. Utformningen av den andra gasdiver- sions- och àterstodsseparationskammaren 46 i tryckkärlet 50 liknar den tidigare beskrivna kamaren 4 i det första tryck- kärlet. Gasdiversionskammaren 46 är emellertid större än kammaren 4, vilket gör att gasströmmen uppåt genom gasdiver- sionskammaren 46 får längre uppehâlltstid för separation av partiklar och slagg. Ungefär 25 - 30 vikt-% av den totala mängden partiklar och slagg avlägsnas ur gasströmmen i den andra gasdiversionskammaren 46. Kammaren 46 har ett övre ut- lopp 48 och ett bottenutlopp 49, och deras centrala, verti- kala längdaxlar ligger på det slutna, vertikala tryckkärlets 50 centrala, vertikala längdaxel. Gasdiversionskamrarna 4 och 46 är antingen gjorda av ett värmebeständigt material 51 eller också inmurade med något eldfast material. Därige- nom sker i huvudsak inget temperaturfall eller tryckfall när gasen går igenom de friströmmande diversionskamrarna 4 och 46.

Fast material och slagg som avskiljes ur gasströmmen i di- versionskammaren 46 genom tyngdkraften faller ned genom bot- tenutloppet 49 i vatten 52 i den andra slaggkammaren 53 vid kärlets 50 botten. Om så är nödvändigt, exempelvis med slaggrika inmatningar, ledes en mycket liten del av den heta râgasströmmen som går genom diversionskammaren 46 kontinuer- ligt ut genom bottenutloppet 49, det eldfasta sidoutloppet 54 vid bottnen på kärlet 50 och över nivån på vattnet 52, den isolerade ledningen 55, den vattenkylda ventilen 56 och den isolerade ledningen 18. Eventuellt kan läckgasen i led- ning 18 blandas med läckgasen i ledning 17 och användas för förvärmning av kol-vattenuppslamningen i värmeväxlaren 16.

Alternativt kan läckgasen i ledning 18 blandas nedströms med huvuddelen av gasströmmen från den icke visade konvek- tions-gaskylaren. Fastämnen innehållande hetvatten i vattnet 52 går ut genom ett centralt utlopp i kärlets 50 botten och genom ledningen 58. Lämpligen utvinnes det kännbara värmet i denna vattenström genom att blanda den medmde_vattenhaltiga fastämnena i ledning 35 från kärlet l och leda blandningen genom ledning 36 till värmeväxlaren 37. 446 633 Den heta râgasström som går uppåt genom separatione- kammaren 46 gär ut genom ett övre, centralt utlopp 48 och direkt in i bottnen på en strâlkylningssektion 65. Denna sek- tion består av en strâlkokare och är belägen i övre delen av kärlet 50. En rörvägg 66, varigenom ett kylmedium ström- mar är en del av strâlkokaren och leder in innerväggarna på kârlets 50 övre sektion. Den gastäta rörväggen skyddar tryckkärlets innersida från korrosions- och värmeskador av den heta gasström som stryker längs rörens yttre ytor när den gär uppåt genom strâlkylningssektionen. Rörväggen 60 är förbunden med en ringformig samlingsledning 67 vid bottnen och en ringformig samlingsledning 68 vid toppen. På så sätt kommer kylmediet in i bottenringen 67 genom ledning 69 och inlopp 70, går uppåt genom de separata, upprättstâende rö- ren i rörväggen 66 till den övre ringen 68 och gär ut genom utlopp 71 och ledning 72. Rörväggen 66 kan bestå av ett flertal vertikala, tunnväggiga rör som är sammansvetsade med varandra i längdled. Hastigheten pâ den heta râgasström- men som går upp genom strålsektionen 65 är mindre än hastig- heten på gasströmmen genom diversionskammaren 46, vilken hastighet i sin tur är mindre än hastigheten på den nedåt- gående gasströmmen genom gasdiversionskammaren 4. Pâ liknan- de sätt blir uppehållstiden för gasströmmen i strâlkylnings- sektionen 65 större än i gasdiversionskammaren 46, vilken uppehållstid i sin tur är större än den i gasdiversionskam- maren 4. Inga utsprâng eller utskjutande delar finns längs den centrala, vertikala, cylindriska kärnan på strâlkokaren 65. Följaktligen passerar den uppâtströmmande heta rågasen fritt därigenom, och omkring 10 - 15 vikt-% av den totala mängd fasta ämnen som bildas i gasgeneratorn faller ut från gasströmmen och genom tyngdkraften ned genom öppningar 48 och 49 till kylvattnet 52. Rörväggen 66 omsluter den centra- la passagen. I Kylvatten kan tillföras till slaggkammaren 53 genom ledningen 75 och inloppet 76 vid bottnen på kärlet 50.

Slaggkamrarna 6 och 53 kan vara vattenmantlade eller isole- rade. Ringformiga vattenmantlar 120 och 121 respektive klä- 446 633 21 der in innerväggarna på slaggkamrarna 6 och 53, och kylvat- ten ledes dit genom ledningarna 123, 124 och 125 och inlop- . pen 126 och 127. Hetvatten går ut från manteln 120 genom det övre utloppet 128 och ledningen 129 och från manteln 121 genom det övre utloppet 130 och ledningen 131.

Vid ett föredraget utförande förvärmes ersättnings- vatten till kokaren, BFW, från ledning 77 i värmeväxlaren 37 genom indirekt värmeväxling med endera eller båda de het- vattenströmmar med fast material som kommer från kamrarna 6 och 53. Förvärmt BFW går genom ledning 78 och blandas i led- ning 69 med vatten frân ledning 79. Det förvärmda vattnet i ledning 69 går genom inloppet 70 in i den undre samlingsled- ningen 67. Vattnet stiger uppåt i rörväggen 66 och uppvärmes genom indirekt värmeväxling med den uppåtgâende hetgasen i strâlkylningssektionen. En blandning av vatten vid kokpunk- ten och ånga går bort från övre samlingsledningen 68 genom utloppet 71 och ledning 72, och kommer in i överpannan 85. Ångan och vattnet separeras i överpannan 85 och vatten av- lägsnas genom bottenutloppet 86 och ledning 79. Vattnet åter- cirkuleras till den undre samlingsringen i strålkokaren 65 som tidigare beskrivits. Mättad ånga uttages från överpan- nan 85 genom ett övre utlopp 87, ledningen 88, ventilen 89 och ledning 25. Denna mättade ånga kan användas på andra ställen i processen'och därigenom förbättra processens vär- meutbyte. Exempelvis kan den mättade ångan överhettas och s användas som arbetsmedium i en ångturbin för framställning av mekanisk kraft, elektrisk energi eller bâdadera.

Den partiellt kylda och renade gasen lämnar strålkyl- ningssektionen 65 genom utloppet 90 vid eller nära kärlets 50 topp. Utloppet 90 är direkt förbundet med en icke visad energianvändare, som arbetar nedströms vid förhöjt tryck.

Förbindningen kan vara i vinkel, exempelvis 0 till 90°, med kärlets 50 vertikalaxel. Pâ detta sätt kan den energiförbru- kande anordningen drivas vid samma tryck som den i gasgene- 'ratorn 3 alstrade gasen minus det normala tryckfallet i ledningarna. 446 633 22 Med föreliggande uppfinning kan med fördel temperatu-0 ren i gasströmmen minskas i strâlkylningssektionen 65 till lägre än den säkra driftstemperaturen för energiförbrukarna nedströms. Genom att vidare avlägsna från omkring 70 till 95 vikt-% av de medföljande fastämnena och slaggen ur den heta râgasströmmen med föreliggande process, ökas livsläng- den och minskar underhället på energiförbrukarna. Den par- tiellt kylda och renade gasen från utloppet 90 kan exempel- vis tillföras direkt till en konventionell gaskylare av kon- vektionstyp och därvid överhetta och/eller alstra ånga och uppvärma pann-matarvattnet. Den gas som fortfarande är av samma tryck som vid genereringen kan tvättas ytterligare från partikulärt material med välkända metoder, exempelvis enligt US-PS 3 097 081, för vidare behandling av gasströmmen till en ren, kemisk syntesgas eller för användning som ren bränngas. Alternativt kan den partiellt kylda och renade gasen från utloppet 90 tillföras direkt som arbetsmedium till en expansionsturbin för framställning av mekanisk kraft, elektrisk energi eller bådadera.

Såsom tidigare beskrivits består det slutna, vertika- la tryckkärlet S0 av stål av tre huvudsektioner som är för- bundna och kommunicerar: 1) strålkylningssektion 65, '2) gasdiversions- och återstodsseparationssektion 46, och 3) slaggkylnings- och borttagningssektion 53. Eventuellt kan dessa tre sektioner ingå i en eller flera separata tryckkärl, som är hopsatta vertikalt och förbundna på det sätt som visas på ritningen.

Fig. 2 är en schematisk delvy av ett utförande en- ligt uppfinningen, där gasdiversions- och fastämnessepara- tionskammaren 46 på fig. l i det andra tryckkärlet 50 är er- satt med en cyklonseparator 100. De hänvisningsbeteckningar på fig. 2 som är samma som de motsvarande beteckningarna på fig. l har kommenterats tidigare i samband med denna. Cyklo- nen 100 är monterad i det andra tryckkärlet 50 på konventio- nellt, icke visat sätt, såsom med konsoler. Cyklonen 100 sit- ter under strålkylningssektionen 65 och över den andra slagg- 446 633 23 kammaren 53. Värmeisolering 102 på cyklonens yttersidor för- hindrar värmeförluster från den heta rågasströmmen genom cyklonen. Ringpassagen l03 mellan yttersidan på den isolera- de cyklonen och innersidan på rörväggen tillåter passage av allt nedfallande fast material och slagg uppifrån till den andra slaggkammaren 53 därunder. Cyklonen 100 är huvudsakli- gen en avsättningskammare där tyngdkraften är ersatt av centrifugalacceleration. Den heta rågasen från den första gasdiversions- och fastämnesseparationskammaren 4 på fig. 1 passerar genom den isolerade överföringsledningen 45 och går in i cyklonen l00 genom det tangentiella inloppet 104. Het- gasens bana inuti cyklonen bildar en dubbel vortex med den heta rågasströmmen gående i spiral nedåt ytterst och den re- na gasen i spiral uppåt innerst till utloppet 105 vid toppen Den rena gasen går ut från cyklonen genom dess övre utlopp 105 och direkt in i bottnen på strålkylningssektionen 65 och ledes uppåt genom denna i indirekt värmeväxling med kyl- mediet i rörväggen 66 för att slutligen gå ut genom det övre utloppet 90, visat på fig. 1. De fasta partiklar som medföl- jer gasströmmen till cyklonen tenderar genom sitt tröghets- moment att röra sig utåt i cyklonen mot separatorväggen och ledes därifrån genom ringpassagen 106 in i en dammfälla 107 under vortex-skölden 108. Partiklar med liten storlek bildar aggregat som lätt kan avlägsnas från cyklonen genom botten- utloppet 109. Det fasta materialet faller ned i kylvattnet 52 i slaggkammarens 53 botten. Stegen att avlägsna bland- ningen av kylvatten och fastämnen genom bottenutloppet 57 och ledning 58, värmeväxlíng, återvinning av kylvattnet i den icke visade zonen för borttagning av fastämnen, samt âtercirkulering av kylvatten tillbaka till slaggkammaren 53 genom ledning 75 och inlopp 76, är detsamma som beskrivits tidigare i samband med fig. l. Vid ett annat utförande för- hindras igensättning av bottenutloppet l0§ genom att genom utloppet leda en liten ström av het läckgas från huvudgas- strömmen i överföringsledningen 44 med hjälp av den isolera- de ledningen 110, den kylda ventilen lll och den isolerade 446 633 24 ledningen 112. Som beskrivits i samband med fig. l utledes läckgasen från slaggkammaren 53 genom ett eldfast inmurat sidoutlopp 54, den isolerade ledningen S5, den vattenkylda ventilen 56 och den isolerade ledningen l8. Läckgasen kan användas för att förvärma kol-vattenuppslamningen. Därefter blandas läckgasen med huvudgasströmmen och eventuellt under- kastas blandningen ytterligare tvättning nedströms i pro- cessen omm detta bedömes nödvändigt.

En enstegscyklon visas på fig. 2 med sin centrala, vertikala längdaxel koaxiell med tryckkärlets 50 centrala, vertikala längdaxel. Vid ett annat utförande, där utrymmet så tillåter, kan ett flertal enstegscykloner användas, och eventuellt mynna i en gemensam ringkammare. Vid ett annat utförande användes minst en flerstegscyklon, och den par- tiellt renade gasströmmen från ett första steg ledes till inloppet på ett andra steg. Den rena gasströmmen från varje andra steg kan ledas in i strâlkylningssektionen 65 eller i en gemensam ringkammare som mynnar i strâlkylningssektionen.

Vid ytterligare andra utföranden kan en konventionell stöt- separator användas i stället för cyklon för att ersätta den andra gasdiversions- och fastämnesseparationskammaren i det andra tryckkärlet 50.

Claims (17)

446 633 -25 Patentkrav

1. l. Sätt att separera medföljande fast material och slagg från 2. CO, C02 fast material och slagg. och ett eller flera ämnen från grup- pen HZO. H25. C05. CH4. NH3. N2. och Ar, framställt i reaktionszonen i en gasgenerator genom partiell oxidation av fast kolbränsle vid en temperatur på omkring 980 - l650°C och ett tryck på omkring 10 - 190 atmosfärer, samt kylning av en het râgasström bestående av H . medföljande denna heta rågasström. k ä n n e t e c k n a t av stegen att a) leda den heta rågasströmmen direkt från reaktionszonen ned- åt med hög hastighet genom en förbindande passage till en första, värmeisolerad. friströmmande gasdiversions- och fast- ämnesseparationskammare. vari gasströmmens hastighet minskas. varvid den första separationskammaren har en innervolym som är mindre än reaktionszonens. med hjälp av tyngdkraften avskilja en del av det fasta materialet och slaggen utan att nämnvärt sänka gasströmmens temperatur. och med hjälp av tyngdkraften leda en del av det avskilda materialet till en första uppsam- língszon för fast material belägen under den första separa- tionskammaren, b) leda omkring 80.0 - 100 vol-t av den heta gasströmmen från den första gasdiversíons- och fastämnesseparationskammaren genom en värmeisolerad överföringsledning direkt in i en andra. separat. vârmeisolerad gasdiversions- och fastämnes- separationszon. med hjälp av tyngdkraften avskilja ytterligare fast material och slagg utan att nämnvärt sänka gasströmmens temperatur, och leda den avskilda delen av materialet till en andra uppsamlingszon för fast material placerad under den andra separationszonen. c) leda omkring 80.0 - 100 vol-2 av den heta gasströmmen med minskad hastighet från den andra gasdiversions- och fastämnes- separationszonen direkt uppåt genom en central. vertikal pas- sage utan nägra hinder i en strålkylningszon i indirekt värme- växling med ett kylmedium. samtidigt kyla gasströmmen och av- lägsna ytterligare fast material och slagg därur med hjälp av 446 633 26 tyngdkraften. och leda den avskilda delen av materialet till den andra uppsamlingszonen för fast material. och d) avlägsna en renad gasström med minskad temperatur från strålkylningszonen.

2. Sätt enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att i steg b) består den andra gasdiversions- och fastämnesseparations- zonen av en värmeisolerad cyklon eller fastämnesseparations- kammare placerad i ett vertikalt tryckkärl skilt från det som innehåller den första kammaren och med undre och övre utlopp, varvid ytterligare fast material och slagg från gasströmmen separeras med cyklonen utan att gasströmmens temperatur minskas nämnvärt och att den sålunda separerade delen av materialet ledes nedåt till den andra uppsamlingszonen för fast material.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den första kammaren och den andra gasdiversíons- och fast- ämnesseparationszonen vardera har ett bottenutlopp. varigenom det separerade. fasta materialet och slaggen ledes till den första och den andra uppsamlingszonen för fast material respektive. vari omkring 0,5 - 20 vol-2 av den ingående heta gasströmmen ledes kontinuerligt genom endera eller båda bot- tenutloppen för att förhindra överbryggning.

4. Sätt enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k - n a t av stegen att störtkyla den avskilda delen av det fasta materialet och slaggen till att bilda hett kylvatten innehål- lande fast material och slagg.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av stegen att leda hett kylvatten innehållande fast material och slagg i indirekt värmeväxling med kokar-matarvatten till att förvärma matarvattnet och tillföra detta till strålkylningssektionen som en del av kylmediet.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av stegen att leda det förvärmda kokar-matarvattnet uppåt genom en vertikal rörvägg som omger passagen i strålkylningszonen. 446 633 27

7. Sätt enligt något av kraven 4 - 6. k ä n n e t eec k - n a t av stegen att tillföra det fasta materialet och slaggen till kylvattnet i endera eller båda uppsamlingszonerna för fast material med hjälp av ett dopprör.

8. Sätt enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a t av stegen att samtidigt leda omkring 0.5 - 20 vol-t av den heta gasströmmen till den första kammaren. den andra zonen eller bådadera in i kylvattnet med hjälp av endera eller båda dopprören. och att uttaga läckgasströmmen från uppsamlingszonen för fast material.

9. Sätt enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k - n a t -av stegen att leda den heta gasströmmen i steg b) genom en uppåt eller nedåt riktad. värmeisolerad överföringsledning.

10. Sätt enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k - n a t av, att det fasta kolbränslet är partikulärt kol, sten- kol, koks från kol, lígnít. petroleumkoks, oljeskiffer, tjär- sand. asfalt. beck eller blandningar därav.

11. sätt enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k - n a t av stegen att tillföra åtminstone en del av den :enade och kylda gasströmmen från steg d) direkt till en energiför- brukningszon.

12. Anordning för kontinuerlig framställning av en högtrycks- ström av renad och kyld syntesgas. reducerande gas eller bränngas, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett vertikalt. cylindriskt. eldfast inmurat tryckkärl inne* hållande en reaktionszon (2) bestående av en friströmmande, vertikal. cylindrisk, central passage utan några hinder. ett centralt toppinlopp (7) och ett centralt bottenutlopp (8). 'brännare (9) monterade 1 toppinloppet (7) för att till reak- tionszonen tillföra reaktantströmmar bestående av fast kol- bränsle och gas innehållande fritt syre med eller utan någon temperaturmoderator. en första värmeisolerad. friströmmande gasdiversions- och fastämnesseparationskammare (4) med ett 446 633 28 övre, centralt inlopp, med en förbindelsepassage (5) förbundet med bottenutloppet i reaktionszonen för att mottaga en nedåt- strömmande, het râgasström med hög hastighet, alstrad i reak- tionszonen och innehållande medföljande âterstoder från den partiella oxidationsreaktionen däri, varvid kammaren (4) har en inre volym som är mindre än reaktionszonen (2), ett bottenut- lopp (30) i den första gasdiversionskammaren (4) för utsläpp- ning av den avskilda delen av återstoden i en första slaggkam- mare (6) belägen därunder, och ett sidoutlopp (43) varifrån går ut omkring 80 till 100 vol-% av den heta gasströmmen mins- kat med den avskilda delen av återstoden, en värmeisolerad över- föringsledning (44, 45) med ena änden förbunden med sidoutlop- pet (43) på den första kammaren (4), en andra värmeisolerad, gasdiversions- och fastämnesseparationsanordning (46) placerad i ett separat, vertikalt tryckkärl (S0) med ett sidoinlopp (47) förbundet med andra änden på överföringsledningen (44) för att mottaga den heta gasströmmen, och vari en del av den medföljande återstoden däri avskiljes, ett övre utlopp (48) för utledning av 80 - 100 vol-% av den heta gasströmmen mins- kat med den avskilda delen av återstoden, och ett undre, cent- ralt utlopp (49) för utledning av den avskilda delen av åter- stoden till en andra slaggkammare (53) placerad därunder, en cylindrisk, vertikal strâlkylningssektion (65) med en längs- gående, friströmmande, central passage utan nâgra hinder, in- loppsdel som förbinder den undre delen på strålkylningssektio- nen (65) med det övre utloppet (48) på den andra gasdiversions- och fastämnesseparationsanordningen (46) för att tillföra den heta gasströmmen uppåt i bottnen på strålkylningssektionen, där en del av återstoden avskiljes med hjälp av tyngdkraften, kylmedelsledningar (66) placerade längs innerväggen på strål- kylningsanordningen för att genom indirekt värmeväxling kyla den heta gasströmmen som går uppåt genom strålkylningsmedlen, och ett övre utlopp (90) för utledning av renad och kyld syn- tesgas, reducerande gas eller bränngas.

13. Anordning enligt krav 12, k äfn n e t e c k n a d av att den andra gasdiversions- och fastämnesseparationsanord- ningen består av en andra, värmeisolerad, friströmmande kammare (46) som är större än den första kammaren (4). 446 653 29

14. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den andra gasdiversions- och fastämnesseparatinfianord- ningen är en cyklon (100) eller en stötanordning för separa- tion av gas och fastämnen.

15. Anordning enligt krav 12 eller 14, k ä n n e t e c k - n a d av att bottenutloppet (30, 49) i ena eller båda gasdi- versions- och fastämnesseparationskamrarna och/eller anordnin- garna (4, 46, 100) är försett med ett dopprör för utledning av återstod till vattnet i bottnen på sin respektive slaggkammare.

16. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att en värmeisolerad förbiledning (110) mynnar i och förbinder den värmeisolerade överföringsledningen (44) med cyklonens bot- tenutlopp (109) och utloppet i den andra slaggkammaren (52) för bortledning av eventuell läckgas. _

17. Anordning enligt något av kraven 12 - 16, k ä n n e - t'e c k n a d av att medlen för kylning av den uppåtströmman- de, heta gasströmmen i strâlkylningsmedlen (65) består av en vertikal rörvägg (66) som omsluter passagen i strálkylnings- medlen.