SE449001B - Forfarande for stegvis forbrenning av vermebehandlad, kolhaltig fast substans - Google Patents

Description

15 20 30 35 40 449 001 ' 2 fasta substansen, speciellt värmebehandlad oljeskiffer, och för separation av de fina partiklarna av bränd skiffer före åter- föringcn av en grov_fraktíon av bränd skiffer tillbaka till värme- behand1ingsförfarandet} . _ ' Uppfinningen avser ett förfarande för värmebehandling av en partikelformig, kolhaltíg, fast substans i en värmebehandlings- zon under användning av ett värmebärarmaterial som uppvärmts 'genom förbränning av partikelformig,' värmebehandlad,_kolhaltig, ,fast substans som innehåller kolhaltigt restmaterial, vilket förfarande innebär: (al att den värmebehandlade, kolhaltiga, fasta substansen från behandlingszonen införes i botten av en vertikal för- bränningszon, som utmärkes av en uppåt strömmande gasström, som innehåller syre och som har tillräcklig hastighet för att höja partiklarna till överdelen av förbränningszonen, varvid partik- larna pneumatiskt medryckes och bäres uppåt av gasströmmen; j(b) att åtminstone en del av den kolhaltiga resten i den värmebehandlade, kolhaltiga, fasta substansen-förbrännes under sin passage från underdelen till överdelen av den vertikala för- bränningszonen; (c) att kvarvarande, kolhaltig rest förbrännes i en andra förbränningszon som innehåller en atomosfär med åtminstone en stökiometrisk mängd syre närvarande och som vidare har en uppåt- strömning av gas riktad genom de brinnande partiklarna, varvid gasströmmen har en hastighet som icke överskrider medrycknings- hastigheten för en i förväg vald storlek av partiklar; (d) att partiklar med en storlek lika med eller större än den i förväg valda storleken_utvinnes från den andra förbrännings- zonen. _ I På bifogade ritning visar fig 1 i tvärsektion en vy av en förbränningsanordning, som är lämplig att använda vid förbränning av värmebehandlad oljeskiffer. Fig 2 visar i tvärsektion en vy av enzmordning liknande anordníngen i fig 1, men utnyttjande en fluídiserad bädd av oljeskiffer i den andra förbrännings- zonen. i Pig 3 visar i tvärsektion en vy av en alternativ utförings- form av uppfinningen, vid vilken ett separat tillförselrör för finkornigt material är närvarande. I Enligt fig 1 inkommer oljeskiffer från värmebehandlings- förfarandet, vilken skiffer består av värmebehandlad oljeskíffer fl/"l 10 15 20 25 35 40 3 449 001 innehållande kolhaltig rest och värmebärarmaterial innehållande väsentligen icke något kolhaltígt material, i.ett ingreppsområde 2 med hjälp av skifferinlopp 4 och 6. En medryckande gas inne- I hallundc syre inkommer i ingroppsomrâdet genom en-luftledning 8.

Gasens hastighet är tillräcklig för pneumatisk medryckning av alla partiklarna av oljeskiffer och förflyttning av dem upp genom _ lyftröret 10, där kolhaltigt restmaterial i den värmebehandlade oljeskiffcrn åtminstone partíellt förbrännes. Under partiklarnas passage upp genom lyftröret 10 överföres förbränningsvärmet partiellt från de varma, brinnande partiklarna till de kallare värmebärarpartiklarna. Oljeskifferpartiklarna lämnar lyftröret genom dess övre öppna ände 12_och inkommer i en andra förbrännings- kammare 14, där_det kolhaltiga material, som äterstår i skiffern, förbrännes. Eventuellt förbrännbar rökgas, som icke förbränns i lyftröret på grund av den korta uppehållstiden och den lägre temperaturen, förbrännes dessutom i den andra förbränningskam- maren. Under partiklarnas passage upp genom lyftröret 10 över- föres förbränningsvärmet partiellt från de varma, brinnande skifferpartiklarna till de kallare värmebärarpartiklarna. Den andra förbränningskammaren innehåller en gasfördelningsanordning 16 i form av koncentrisk ring, i vilken en gas innehållande syre, vanligen luft, införas genom en luftledning 18. En luftström med ungefär samma hastighet som medryckningshastígheten för en i för- väg vald storlek av bränd skiffer riktas med hjälp av gasför- _delningsanordningen 16 i form av koncentrisk ring uppåt in í den andra förbränningskammaren. Fina partiklar av bränd skiffer i den andra förbränningskammaren, d v s partiklar som är mindre än den i förväg valda partikelstorleken, medryckès av gasströmmen och förflyttas uppåt och slutligen ut från den andra förbrännings- kammaren genom ett rökgasutlopp 20. En avböjningsplatta 22 tjänar till att förhindra större skifferpartiklar, som lämnar lyftröret 10, från att inkomma i rökgasutloppet. De flesta större partik- lar retarderar emellertid och faller nedåt utan att slå mot av- böjningsplattan. Större partiklar av bränd oljeskiffer än den i förväg valda storleken faller förbi gasfördelníngsanordningen 16 í form av koncentrisk ring och till botten i den andra för- bränningskammaren 14 och uppsamlas i en behållare 24 för upp- samling av fast substans. Nivån av bränd oljeskiffer i uppsam- lingsbehållaren regleras av ventiler 26 och 28, som står i för- bindelse med respektive utlopp 30 och 52 för fast substans, genom- 10 15 20 25 40 44§ 004 I 4 vilka utlopp grova partiklar av bränd-oljeskiffer avdrages för .återföring såsom värmebärarmaterial_e1ler för hantering såsom överskottsmaterial. _ Den i fig 2 visade förbränningsanordningen liknar mycket -den just beskrivna med ett ingreppsområde 102 för fast substans, en lyftrörsförbränningsanordning 104 och en andra förbrännings- kammare 106, som även tjänar såsom storleksseparator. Den princi- piella skillnaden ligger i frånvaron av gasfördelningsanordníng med koncentrisk ring och uppsamlingsbehållare för fast substans, Förbränningsanordningen enligt fig 2 har en perforerad plåt 108, genom vilken en fluídíserande gas passerar i strålar från en gas- fördelningskammare 110. Gas inkommer i gasfördelningskammaren genom ett gasinlopp 112. Icke någon fast substans kan inkomma i gasfördelningskammaren under drift på grund av gasstrålarna. En fluidiserad bädd av bränd och brinnande skiffer 114 bildas på så sätt vid undre änden av den andra förbränningskammaren. Fina par- tiklar mednündnemedryckningshastighet än hastigheten.hos den fluidisermkæ gasen medryckes och bortföres genom ett avgasutlopp 116. Grovt material i den fluidiserade bädden avdrages genom en avdragningsledning 118 för fast material, vilken regleras av en ventil 120, och återföres såsom värmebärarmaterial eller behand- las som avfall. En fördel med den fluídiserade bädden enligt fig 2 gentemot systemet i fig 1 är den ökade uppehållstiden för _fast substans. Den fluidiserade bädden har förmåga att fullstän- digt förbränna material med långsammare förbränningskinetik, så- som större partiklar av värmebehandlad skiffer, än konstruktionen enligt fig 1.

Den i fig 3 visade förbränningsanordningen skiljer sig från den i Eig 2 genom att fina partiklar av värmebehandlad skiffer inkommer i den andra förbränníngskammarcn direkt genom en till- förselström som är skild från återstoden av värmebehandlmlskiffer.

I demuautföringsform inkommer huvuddelen av den värmebehandlade skiffern, inklusive hela den mer grovkorniga fraktionen, i lyft- röret 202 genom ett inlopp 204 . En finare fraktion av värmebe- handlad skiffer, t ex fint material som bortföres med produkt- ångorna som lämnar värmebehandlingsanordningen och därefter avskilts, matas direkt in i den andra förbränningskammaren 206 genom ett tillförselrör 208, där det fina materialet blandas med återstoden av skiffern 1 den fluidiseradc bädden 210. Vanligen transporteras den fina, värmebehandlade skíffern genom tillförsel- *zh 10' 15 20 25 30 35 40 5 se i kr 'r449 no1 röret 208 i ett fluidiserat tillstånd med hjälp av luftnings- inlopp 212. Denna konstruktion är fördelaktig därigenom att uppehånstiaen förde fina skifferpáftikiarna i förbrännings- zonen ökas, vilket sålunda tillåter mer tid för fullständig förbränning av det fina materialet och mer tid för uppnående av termisk jämvikt, innan den andra förbränningsaonen lämnas genom avgasutloppet 214. I d _ d I Vid utförandet av förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan förbränningen i det vertikala lyftröret utföras på antingen stökiometriskt eller substökiometriskt sätt, d v s med till- räcklig mängd syre för understödjande av fullständig för- bränning av den kolhaltiga återstoden eller alternativt i en syrefattig atmosfär; I det senare arbetssättet tillsättes till- räcklig mängd syre till den andra förbränningszonen för att bringa totalförfarandet, d v s såväl den första som den andra lzonen, till stökiometrisk nivå eller nivå med överskottssyre.

Produkter från ofullständig förbränning, vilka bildats i den vertikala förbränningszonen, förbrännes i den andra för- bränníngszonen, innan de lämnar förbränningsanordningen. Sålunda förbrännes giftiga gaser, såsom ammoniak, vätecyanid och kol- monoxid, som bildats i den vertikala förbränningszonen, i den andra förbränningszonen till miljömässigt godtagbara gaser. Det har dessutom visat sig att under de omständigheter då oxider av kväve kan bildas under förbränningen, den mängd av dessa giftiga gaser som frigöres, kommer att minskas till ett minimum genom drift av den vertikala förbränningszonen på ett substökio- metriskt sätt, d v s under syrefattiga betingelser, följt av drift med stökiometrisk mängd eller överskott syre i den andra zonen. Den effektiva kontakten mellan gas och fast substans, som är karakteristisk för föreliggande förfarande, leder vidare till effektivt utnyttjande av samverkningarna mellan gas och fast substans för reglering av frigöringen av giftig gas. Svavel- oxider har exempelvis visat sig reagera med kalcium- och magnesium- oxider, som bildas av motsvarande karbonat i bränd skiffer för bildning av en rökgas som väsentligen icke innehåller nâgra svaveloxider.

Mindre partiklar än cirka 100 mcsh (Tyler standard), d v s cirka 150 um 1 diameter, är vanligen icke lämpliga att använda I i värmebehandlingsförfarandet. Partiklar under detta intervall avlägsnas därför företrädesvis med rökgasen i den andra förbrännings- 10 IS 20 Z5 30 35 449 001 ; _ dö zonen såsom medryckt fint material. Separationen av fina och _ grova partiklar är naturlig vid utövandet av uppfinningen under förutsättning att gasströmmen i den andra förbränningszonen är lika med eller överskrider medryckningshastigheten för det fina materialet. Det är tydligt att uttrycken "fin" och "grov" är Irelativa, varvid storleken därav kan variera något beroende på de exakta detaljerna Om hur värmebehandlingsförfarandet utföres.

Vid förfaranden där mindre partiklar än 100 mesh icke kan för- dragas i återföringsströmmen, kan sålunda uttrycket "fint" inne-' fatta mindre partiklar än 100 mesh- Under andra omständigheter där partiklar med större minimistorlek kan fördragas, kan de- finitionen för "fint" anpassas därefter.

Gasströmmen som passerar uppåt i den vertikala förbrännings- zonen, måste vara över tilltäppningshastigheten för oljeskiffern som inkommer i zonens bottendel, d v s gashastigheten måste vara -tillräcklig för att medrycka alla partiklar som inkommer i zonen. överdrivna hastigheter är vanligen olämpliga, emedan eventuell ökning i gashastighet åtföljes av en ökning i partikelnötning.

Detta medför Gti relativtsmalt gashastighetsintervall för en lyft- rörsförbränningsanordning i ett steg. Föreliggande uppfinning 'utnyttjar emellertid en andra förbränningszon; vilket tillåter ett mycket vidare driftintervall för förbränningsanordningen.

Vid ett förfarande där den maximala partikelstorleken är cirka 3 mesh (7 mm i diameter) erfordras en gashastighet av minst cirka l5'm/s för förhindrande av proppbildning. Samtidigt är hastigheter över 45 m/s i allmänhet olämpliga på grund av ökad partikelnötning. Hastigheter i intervallet cirka 33 m/s - cirka 36 m/s är i allmänhet lämpligast för en maximipartikelstorlek av 3 mesh. En mindre.maximipartikelstorlek skulle tillåta en lägre hastighet. g I den andra förbränningszonen användes lägre gashastigheter för avskiljning av det fina materialet från det mer grovkorniga materialet. En gashastighet i överdelen av den andra förbränníngs- zonen ligger vanligen i intervallet cirka 0,3-cirka 6,0 m/s. Om en fraktionsstorlek av cirka 100 mesh är önskvärd erfordras en ytgashastighet av cirka 1,2 m/s i övre delen av den andra för- hränningszoncn. Den exakta hastighet, som väljos för utförande av förbränningen i det andra steget och avskiljningen av par- tiklar, kommer att bero på förbränningsanordningens konstruktion. *1 10 15 *zo 25 30 35 40 449 001- 7 Uttrycket medryckningsgashastighet hänför sig här till mini- mihastigheten hos en gasström, vilken erfordras för att medrycka en given storlek av partíklar_i en given omgivning. _ Förfarandct enligt uppfinningen användes med fördel vid ett oljcskiffcrvärmebehandlingsförfarandeIsom använder àterförd, _bränd skiffer såsom värmebärarmaterial. Denna metod för för- bränning av kolhaltigt restmaterial i den värmebehandlade olje- skiffern är speciellt lämplig när ràoljeskiffer och värmebärar- material vid värmebehandlingsförfarandet bringas i kontakt i en nedät rörlig bädd. I detta fall kan förbränningsanordningen vara _ direkt införlivad i värmebehandlingskärlet. Den andra förbrännings- _ »zonen skulle vara anbringad i ett direkt överliggande läge i för- hållande till värmebehandlíngskärlet och kan utföras för matning .av aterförbara, grova skifferpartiklar direkt till värmebehand- lingsanordningens_överdel. Den värmebehandlade skiffern i värme- hehandlingskärlets underdel kan ävenledes matas direkt till under- delen i den vertikala förbränningszonen. I , Fackmannen inser att andra utföringsformer under utnyttjande av uppfinningen kan anvisas för användning av olika andra typer av värmeöverföringsmateríal, sàsom exempelvis keramiska komposi- tioner,_sand, aluminiumoxíd, stål eller liknande. Till och med vid förfaranden som använder bränd skiffer såsom huvudsakligt värmebärarmaterial är det ofta nödvändigt att tillföra ytterligare värmebärarmaterial till systemet. I vilket fall som helst blandas det ytterligare värmeöverföringsmaterialet helt enkelt med till- förseln vid underdelen av den vertikala förbränningszonen. Eljest är förfarandet detsamma som redan beskrivits.

Exemgel I " ' I en enhet för framställning av 10 000 fat skifferolja per dygn under användning av den i fíg 1 visade förbränningsanord- ningen är det första stegets lyftrör 18mm långt och 1,07 m i diameter och arbetar med en 50-procentig, stökiometrisk mängd syre för uppnående av partíell förbränning av den kolhaltiga resten under uppehàllstiden i lyftröret. Det andra stegets för- bränningsanordning utvidgas från 6 m i diameter vid lyftrörets öppning till § m vid överdelen. En gashastighet av cirka 1,2 m/s upprätthàlles genom den andra förbränningsapnen. Totaihöjden i kärlet, som innehåller det andra stegets förbränningsomráde, är 9 m; Detta är tillräckligt för att tillåta retardering av de flesta partiklarna utan anslag mot avböjningsplàten vid den andra förbränningskammarens överdel. I

Claims (1)

1. 449 001 t c t e 8 g PATENTKRAV , 1. Ffrfarande vid värmebehandling av kolbaltig, fast sub- stans 1 en vürmcbchandlingszon under användning av ett värmcbärar- material, som uppvärmts genom förbränning av partikelformig, -värmcbchandlad, kolhaltig, fast_substans innehallande kvarvarande kolhaltígt material, k ü n n e t.e c k n a_t därav, (a) att en första fraktion av den värmebchandlade, kolhaltiga. fasta substansen från värmebehandlingszonen införes i botten till en ver- tikal förbränningszon som utmärkes.av en uppåtströmmande gasström innehållande syre och med tillräcklig hastighet för höjning av partiklarna av kolhaltig fast substans till förbränningszonens överdel, varvid partiklarna medryckes pneumatiskt och bäres uppåt av gasströmmen; _ . _ . (b) att åtminstone en del av den kolhaltiga återstoden i den första _ fraktionen av värmebehandlad, kolhaltig, fast snbstans_förbrännes under sin passage från botten till överdelen i den vertikala för- bränningszonen; (c) att den kvarvarande kolhaltiga åsterstoden i den första frak- tionen-förbrännes i en fluidicerad bädd som innehåller en atmosfär med åtminstone stökiometrisk mängd närvarande syre; och (e) att den fdrbrända, fasta substansen utvinnes från den fluidi- cerade bädden. ' 2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den finare fraktion av förbrända partiklar utvinnes i steg (e) skilda från återstoden av förbränd, fast substans. 3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de förbrända partiklarna med i förväg vald storlek, vilka utvunnits från-den andra förbränningszoncn, användes såsom värme- bärarmateríal. c 4. Förfarandc enligt krav 1, k ä-n n e t c c k n a t därav, att den uppåtriktadc gasströmmen i den vertikala förbbrännings- zonen har en hastighet i intervallet cirka 15- cirka 45 m/s. S. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e.c k n a t därav, att hastigheten är cirka 33- cirka 36 m/s." I 6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den uppåtriktade strömmen av gas i den andra förbrännings- zonen har en hastighet i intervallet cirka 0,3- cirka 6,0 m/s. 7. Förfnrando enligt krav 1, k ä n n c t c c k n a t _dñrav, att förbränningen i den vertikala förhrünningszonen utföres med en substökiomctrisk mängd syre. }¿ jï 44è«0o1« é. förfarande ßnligt krnü 1, k ä.n fl'v t c c k n a t därav, att purtikluyna av vürmßbchundlad, kolhultig, fast substans, vilka ínfihts_i bótten tili den-vçrtíka1q~förbfänníngszoncn; icke är störrc än Éifka 13 mm, I 9. Förfarundc cnligf krav I, k ä n n c p e c k n a t därav, *att den kolhaltiga, fasta substånsén är o1jëskiffer¿