SE453099B - Torrprocess for kontinuerlig forgasning av osorterade partiklar av ett fast kolhaltigt material - Google Patents

Description

40 453 099 2 processen är för framställning av en gas, vattengas, från ett chargerat material som tidigare blivit koksat. Beskrivningen av denna wmnengasprocess framhåller att àngtillförseln och vatten- gasutsläppet kan vara från endera ände av ugnen eller i kombina- tion. Den andra processen som är beskriven i detta patent är en process för framställning av tvâ gasströmmar, kolgas och vatten- gas, i en enda rullugn, varvid kolgasen utsläppes från kolinlopps- änden av rullugnen och vattengasen utsläppes från askutsläpps- änden av ugnen. _ _.- ' De amerikanska patenten 1 267 410 från 1918 och 1 270 949 från 1918 åter beskriver båda tvâ processer. Den första processen' beskriven i vardera av dessa två patent är en process i vilken gas drages bort från kolinsläppsänden av rullugnen och tillförselnl av ånga ökas eller minskas för att kontrollera gastemperaturen ochfl' gassammansättníngen. Den andra processen beskriven i vardera av dessa patent är en process i vilken en tjärfri gas framställes~ge-D nom kontrolleríng av införseln av luft för att främja förbränning- en, och denna gas utsläppes från de fasta ämænas utsläppsände av ugnen. Denna process är beskriven så att den föreskriver luft i en mängd tillräcklig för att överföra kolmonoxid till koldioxid och framställa värme i en mängd så att tjärorna är "höjda till en så hög temperatur att de överförs till bestämda gaser". Sådana höga temperaturer är inte speciellt beskrivna däri men det är känt att för att överföra sådana tjäror och på samma gång driva pro- cessen effektivt (dvs med en väsentligen fullständig överföring av kol till gas) bör temperaturerna inom förgasaren vara av stor- leksordningen 137000 till 1É15°C. Sådana operationer har två nackdelar. För det Första inverkar de höga temperaturerna oför- delaktigt på ugnen och dess infordring. För det andra måste vid en sådan operation energi, som finns i kolet, överföras till ett icke återvinnbart Fysiskt värme i stället för den mer önska- de överföringen' av energi i kolet till latent kemisk energi i en Förbrännbar bränslegas, som kan frigöras som värmeenergi vid förbränning av bränslegasen. Uverföringen av mycket av energin i kolet till fysiskt värme i stället För latent kemisk energi i bränslegas i detta patent med en luftblâst rullugfiSPf0CBSS betyder att bränslegasen, som framställes när det är fri från tjäror, skulle ha ett mycket lågt latent kemiskt värmevärde och mycket lägre än bränslegas framställt genom föreliggande uppfinning. Om å andra sidan nämnda process dnives för att .;;" 40 7 3 453 099 överföra tjärgaserna vid betydligt lägre temperaturer (exempelvis cirka 1040-109500) kommer det latenta kemiska värmevärdet hos den genererade gasen att vara högre per volymsenhet av gas men de totala kemiska värmevärdena (BTU) som framdrages per ton kol kom- mer att vara mycket lägre än den hos föreliggande uppfinning. I Såsom kommer att framgå av beskrivningen av föreliggande _ uppfinning kan uppfinningen anses vara en förbättring av proces- serna som beskrives i ovannämnda patent från 1917 respektive 1918.

Innan beskrivningen av föreliggande uppfinning fortsättes kommer tre andra patent att redogöras för, vilka patent hänför sig till förgasning av kol i en rullugn och vilka patent godkän- des efter ovannämna patent från 1917 och 1918.

Amerikanska patentet 1 916 900 från 1933 beskriver en rull- ugn med gasutlopp vid båda ändarna. Processen som beskrives i' detta patent är emellertid en relativt låg temperaturprocess (överskrider inte 595°C) för att återvinna "bakade rester" och "för att överföra klumpar av halvbituminösa od1feta kol och nagra bituminösa kol till klumpar av antracitï, och denna process är inte därför avsedd att maximera uttagningen av bränslegas från det inmatade materialet.

Amerikanska patentet 3 990 865 från 1976 beskriver en rull- ugn för förgasning av kol med radíella portar uppburna av rull- ugnens mantel för att möjliggöra införsel av luft och ånga till '" det inre av ugnen, antingen när portarna passerar under bädden av kolpartiklar inom ugnen eller kontinuerligt eftersom portarna bä- res i denna cirkulära omloppsbana runt bädden av kol inom ugnen.

Amerikanska patentet 4 214 707 från 1980 beskriver ett arrangemang av rör, ventiler och portar för tillförsel av fluid och munstycken för portarna för injektering av luft och ånga in i kolförgasningsugnen såsom beskrives i amerikanska patentet 3 990 865 och/eller i beskrivningen som följer nedan med avseende' på föreliggande uppfinning.

Teknikens ståndpunkt har här beskrivits i anslutning till de angivna fem Fördelar, som genomgående erhålles vid kolförgas- ning i roterande ugnar, jämfört med motsvarande processer i and- ra ugnstyper. Det är ett ändamål hos föreliggande uppfinning att åstadkomma en rullugnskolförgasningsprocess, som har ytterligare och unika fördelar, först och främst bland vilka är att man fram- ställer bränslegaser, som totalt sett från kol gav mer av värme- värdena som latent kemisk energi, som kan frigöras som värmeenergi 40 453 099 efter förbränning av bränslegas i utrustning som inte är förenad med framställningen av gas från kol, exempelvis en ånggenererande kokare med framställning av fysiskt värme som är begränsad till en hastighet vid vilken väsentlig värmeåtervinning för andra eko- nomiskt försvarbara användningsområden kan uppnås och för att fullgöra det föregående utan kondensation av tjäror vid utrust- ningens ytor.

Ett annat ändamål hos föreliggande uppfinning är att fram- ställa bränslegaser från kol med gaser innehållande mer av vännevär- den som latent kemisk energi och mindre icke återvinnbart fysiskt värme, utan nödvändigheten av att reagera kolet med rent syre och utan nödvändigheten av att använda processtemperaturer högre än cirka 1o9s°c.

'Såsom kommer att framgå av nedanstående beskrivning försöker denna uppfinning inte totalt undvika framställningen av tjäror och tjärbelastade bränslegaser utan i stället åstadkomma en unik och ekonomiskt attraktiv process genom vilken både tjärbelastad och tjärfri gas framställes och den tjärfria gasen är delvis ut- nyttjad för att upprätthålla de tjärbelastade gaserna vid tempe- raturer som är tillräckligt höga för att förhindra kondensation av tjäror på ytorna av gasbildningsutrustningen.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovannämnda ändamål 'genom en process, i vilken oxiderande gas och ånga blàses genom en förvärmd bädd av kolhaltigt material som trumlas i en rullugn vid flödeshastigheter som är kontrollerade för att värma 0Ch-ut- veckla från materialet en tjärbelastad gas som passerar över det inkommande inmatade materialet för att överföra en del av det fysiska värmet från en sådan gas för att förvärma sådant inkom- mande material varvid denna förvärmande gas därefter utsläppes vid inloppsänden för fast material i ugnen och en tjärfri gas framställes från förkolnat material av det kolhaltiga materialet och den tjärfria gasen utsläppes vid utloppsänden av ugnen för fast material vid cirka 103506. Sådana utsläppta gasströmmar är vidare inställbara i proportion relativt varandra så att en del av den tjärfria gasen vid cirka 1035°C kommer att blanda sig vid lägre temperatur med tjärinnehållande gas som strömmar mot in- loppsänden för fast material hos ugnen i en mängd som är tillräck- lig för att hålla sådana blandade gaser vid en temperatur som är tillräckligt hög för att undvika att tjärorna kondenserar på ytorna hos den gasbildande utrustningen. återstoden av högtempera- 40 453 099 turgasströmmen utsläppes tjärfrí från utsläppsänden för fast mate- rial hos ugnen. Det finns enligt uppfinningen processparametrar för inställning av proportionen av gasströmmar vid vardera änden av ugnen för att upprätthålla ovannämnda betingelser hos båda gas- strömmarna. Sådana processparametrar kan inkludera: (1) upprätt- hållande av temperaturen hos gaserna som utsläppes från inlopps- änden för fast material hos ugnen vid cirka 53500 och (2) upprätt- hållande av en metanhalt i gasen som utsläppes från utsläppsänden för fast material i ugnen från noll till cirka 0,1 procent. Såsom kommer att framgå av exemplen nedan kan för att möta sådana rikt- linjer erfodra ett utsläpp av ett antal kilo av gas från inmat- ningsänden för fast material för ugnen relativt ett antal kilo av gas som utsläppes från utsläppsänden av fast material från ugnen i ett område av förhållanden av från cirka 2:1 till 4:1 för bituminösa kol; under det att för sub-bituminösa kol utan förtork- ning det kan vara nödvändigt att blanda väsentligen 100 % av hög- temperatur-tjärfria gasen med den lågtemperatur-tjärinnehållande gasen för att sådan gas utsläppes från inmatningsänden för fast material hos ugnen med medbringade tjäror säkert ovanför kondensa- tionstemperaturen.

. Med avseende på metanhaltparametern, bör det kanske observe- ras att anordningar finns kommersiellt tillgängliga för att styra 'metanhalten i gasströmmen, under det att inga anordningar för när- varande är tillgängliga för att styra tjärhalten hos gasen på kön- tinuerlig bas. Det har emellertid blivit bestämt att när metan- halten hos gasen släpps ut från utsläppsänden för fast material i ugnen överskrider 0,1 procent kommer tjäror och andra kondenser- bara kolväten troligen att finnas i gasen. Därför âstadkommer ett mått på metanhalten en indikation av närvaron eller frånvaron av icke önskvärda tjäror och andra kondenserbara kolväten i högtem- peraturgasen från utsläppsänden för fast material i ugnen.

Ett sätt på vilket det föregående och andra ändamål hos före- liggande uppfinning har uppnåtts kommer att framgå av följande beskrivning under hänvisning till bifogade ritningar i vilka: fig. 1 är ett allmänt material/gasflödesschema coh apparatdiagram för kolförgasning i rullugn; fig. Z är en vy i tvärsektion av den portförsedda rullugnen visad i fig. 1 enligt linjen II-II i fig. 1; fig. 3 är en kurva som visar kondensationen av tjära från en tjär- innehållande gasström; och fig. 4 är kurvor som visar temperatur- förändringarna vid både fasta kolhaltiga materialpartiklar som för- 01 40 453 099 gasas och överbäddsgaserna när de fasta partiklarna går genom ugnen.

Med referens till de bifogade ritningarna visas en förgasare 6 som inkluderar en lutande rullugn med eldfast infodrad mantel 7.

Kol elhn~andra fasta kolhaltiga material matas från en tillförsel- ledning 8 in i en övre ände 10 hos ugnsmanteln 7, genom en matare 9. Konventionella medel som är välkända inom tekniken kan anord- nas för att bringa ugnsmanteln 7 att rotera. Eftersom medel för att få ugnsmanteln att rotera inte bildar någon del av denna upp- välkända inom tekniken visas de icke på ritningarna. för fast material finning är Ugnsmanteln 7 är lutad nedåt från inloppsänden tillsammans med den att kolet bildar en 7 som sakta rör sig till en utloppsände 11 för aska. Denna lutning roterande effekten av ugnsmanteln 7 förorsakar bädd 12 inom den eldfast infodrade ugnsmanteln nedåt när den förgasas.

Inloppsänden 10 för fast inmatat material till ugnen 7 är försedd med en stationär huv 13 med en gasutloppsledning 14. Ask- utloppsänden 11 för ugnen 1 Askutloppshuven 15 har en gasutloppsledning 16 och en askutlopps- är försedd med en stationär huv 15. passage 17. En bränslebrännare 31 är anordnad i utloppshuven 15 för att förvärma ugnen och kolet till drifttemperatur under star- ten. En brännare, gaseldning eller annan lämplig typ av bränsle 'kan användas för detta ändamål.

Med en förgasare 6 driven såsom kommer att beskrivas, med ' ett överatmosfäriskt tryck inom ugnsmanteln 7 kan kolmataren 9 och askutloppet 17 konstrueras och arrangeras såsom visas i ameri- kanska patentet 4 244 705 från 1981.

Pig. 1 och Z på rítningarna visar schematiskt ett arrange- mang som kommer att beskrivas för passage av luft och ånga genom portar i den eldfast ínfodrade ugnen 7 och genom materialbädden 12 inom ugnen. Innan beskrivningen av arrangemanget visas riktas emellertid uppmärksamheten på det faktum att för att undvika en onödigt komplicerad beskrivning, är det visade arrangemanget en enkel skiss som inte är avsedd att beskriva ett kommersiellt acceptabelt arrangemang. Kommersiellt acceptabelt system för att införa två gasströmmar (vilka kan vara luft och ånga) till en rullugnsmantel och genom portar in i rullugnsmanteln är visade och medför troligen ett tvågasinförselsystem liknande det som visas i amerikanska patentet_3 661 370 från 1972. Om vidare luft- och ångtillförselportarna skall öppnas endast när portarna passe- 40 7 453 099 rar under materialbädden i ugnen såsom i föreliggande föredragna sätt för drift av denna uppfinning kan ventilerna i gastillförsel- ledningarna vridas pà och av när portarna anländer vid utvalda lägen i sina omloppsbanor genom ventilopererande kæmmroch avlast- ningssystem såsom beskrivs i amerikanska patenten 3 847 538 från 1974; 3 945 624 från 1976 och 4 070 149 från 1978.

På den förenklade schematiska ritningen enligt fig. 1 och 2 inkluderar systemet för tillförsel av luft och ånga till rullugns- manteln 7 en tryckluftsfläkt 19 förbunden med en tíllförselpassage , en källa för tryckluft (icke visad) och en ångtillförselpassage 21. Passagerna 20 och 21 är förbundna till och öppna genom en icke roterande upphängningsplåt 22. Ett icke roterande samlingsrör 23 förbinder plåten 22 och såsom visas i fig. 2 är den försedd med vågfórmiga slitsar 24, 25. Det förbindande samlingsröret 23, på en sida motsatt den icke roterande infästningsplåten 22, är en rör- bärare 26 monterad på ugnsmanteln 7 för att rotera med ugnsmanteln 7. Ett flertal períferiellt åtskilda och axiellt sig sträckande rör 27, 32 är monterade i rörbäraren 26 med rör 27, 32 som sträc- ker sig mot inloppsänden 10 för fast material hos ugnen 7. Vart och ettav rören 27 är förbundet med ett flertal radíella passager 28, som i sin tur är förbundna med portar 29 som öppnar sig radiellt inåt genom ugnen 7 och dess eldfasta infodring 70 för att kommuni- 'cera med det inre därav och passera under materialbädden 12 däri, när ugnsmanteln 7 roterar. När ugnen 7 roterar bär manteln 7 och rörbärarna 26 rören 27 förbi den bàgformiga slitsen 24 i det-icke roterande samlingsröret 23 för att åstadkomma luftströmskommunika- tion från passagen 20 genom slitsen 24 in i ett eller flera av rö- ren 27 som bäres förbi slitsen 24. Luft strömmar sedan från rören 27 genom de radíella passagerna 28 och portarna 29 för att sippra igenom bädden 12 av material in i ugnen. Ångtillförsel och fördelningssystemet från passagen 21 till rören 32 är liknande den för lufttillförsel och fördelningsystemet som just beskrivits och kommer nu att beskrivas.

Vart odiett av rören 32 är förbundna med ett flertal radíella passager 33, vilka i sin tur är förbundna med passagerna 28 och därigenom till portarna 29. När ugnen 7 roterar bär ugnen 7 och rörbärarna 26 rören 32 förbi den bågformiga slitsen 25 in i det icke roterande samlingsröret 23 för att etablera àngströmkommuni- kation från passagen 21, genom slitsen 25 in i ett eller flera av rören 32 som bäres förbi slitsen 25. Anga flödar sedan från rören 40 453 U99 8 32 genom de radiella passagerna 33, 28 och portarna 29 för att sippra igenom tillsammans med luft genom bädden 12 av material in i ugnen. 1 Ventilerna (icke visade här) kan åstadkommas i axiellt sig sträckande rören 27, 32 och/eller i de radiella passagerna 28, 33 och/eller placerade i rören för tillförsel av fluídum såsom visas i amerikanska patentet 4 214 707 från 1980 för att variera mönstret och antalet portar 29 som är verksamma på det beskrivna sättet för att åstadkomma luft- och ångströmmar som behövs för olika kolhaltiga material som skall förgasas. Munstycken (icke visade här) kan avpassas i var och en av portarna 29 och kan vara av en konstruktion som även visas i ovannämnda amerikanska patent 4 214 707.

'Såsom kommer att framgå av följande beskrivning utsläppes bränslegas samtidigt från inloppsänden 10 för fast material (kol) hos ugnen 7 och från utloppsänden 11 för_ugnen 7 för fast material (aska). En ström av avgående gas från inmatningsänden 10 för fast material i ugnen 7 genom gasutloppsledningen 14 kontrol- leras med en ventil 40. Strömmen-av avgående gas genom ledningen 14 utsläppes in i en partikelgascyklonseparator 41, med avgående gas från cyklonseparatorn 41 sedan strömmande från separatorn 41 ledning'42 till ett hjälpmedel för ytterligare rening visad apparat). Ett hjälpmedel för ytterligare rening från ledningen 42 kan inkludera en skrubber 51, vilken- Handbook, Penry, genom en '(en icke av gasen kan vara sådan som visas i Chemical Engeneers 3:e upplagan, 1950, McGraw-Hill Book Company, med början vid sidan 1034 och ett svavelväte avlägsnande system 2, vilket kan vara sådant som beskrives i ovannämnda handbok med början vid sidan 1577 eller såsom den beskrives i amerikanska pa- tenten 4 150 953 och 4 260 590. Små partiklar som avlägsnas från gaserna av separatorn 41 kan återföras genom en ledning 43 till en matare 44 (vilken kan vara av en konstruktion och arrangemang liknande det som refereras till med avseende på mataren 9) och de små partiklarna returneras till förgasaren 6.

En ström av avgående gaser från utsläppsänden 11 för fast material (aska) hos ugnen 7 genom ledningen 16 kontrolleras av en ventil 47. Strömmen av avgående gas genom ledningen 16 utsläp- pes in i en partikelgascyklonseparator 48 med bortgående gas fri från små partiklar som strömmar från separatorn 48 genom ledningen 49 till värmeåtervinningsapparaten 53 för att återvinna värme 40 9 453 099 från denna gasström, exempelvis genom generering av ånga. Gas från apparaten 53 får passera till en skrubber 54, vilken kan vara en sådan som beskrives med avseende på skrubbern 51 och sedan till svavelväteavlägsningssystem 52.Gas från svavelväteav- lägsningssystemet 52 kan införas till en brännare för ångkokare eller kombinerad cyklisk kraftanläggning (icke visad). De små partiklarna som avlägsnas från gasen genom separatorn 48 får pas- sera genom ledningen 50 för att avlämnas in i askutloppspassagen 17 för bortförande på ett lämpligt sätt tillsammans med askan som avgår från ugnen 7.

En beskrivning av en process enligt föreliggande uppfinning kommeratt börja med en beskrivning av driften av en anläggning sålunda som denna beskrives med referens till fig. 1 och 2 och kommer sedan att fortsätta med en mer detaljerad beskrivning med ytterligare referenser till diagrammen i fig. 3 och 4. _Dríften av apparaten visad i fig. 1 börjar med att först för att förvärma den eldfasta delen 70 i rull- 7, huven 13, 15 och produktgasutloppsledningar- tända brännaren 31 ugnen samt manteln na 14, 16. När den inre ytan av den eldfasta delen 70 är värmd till en temperatur av mellan 815°C till 980°C inmatas partiklar av kol genom mataren 9 in i ugnen 7. När ugnen är delvis fylld och en bädd 12 av kol har väsentligen täckt längden av ugnen, påbörjas ' luft och ånginjektionen genom portarna 29 och bädden 12 när por- tarna 29 passerar under bädden och brännaren 31 stängs av. Kol* bäddtemperaturen som rör sig ned för den lutande ugnen 7 ökar snabbt till 870°C till 1205°C nära utloppsänden 11 för fast mate- rial i ugnen 7 och luft till ångförhållandet som ínjiceras genom portarna 29 tíllpassas för att upprätthålla de önskade tempera- turerna.

Luft under tryck från fläkten 19 strömmar genom passagen 20, den bågformade slitsai 24 i samlingsröret 23 (se även fig. 2) och in i varje axiellt sig sträckande rör 27 (visat endast i fig. 1) och bäres förbi slitsen 24 genom rotationen av ugnsmanteln 7. Från rören 27 får luften passera genom radiella passager 28, portar 29 och materialbädden 12. Ånga under tryck (från en icke visad ånggenerator) strömmar genom passagen 21, den bàgformade slitsen 25 i samlingsröret 23 (se även fig. 2) och in i vardera axiellt sig sträckande rör 32 (endast visat i fig. 1) och bäres förbi slitsen 25 genom rotationen av ugnsmanteln 7. Från rören 32 får ångan passera genom de radiella 1Q 40 453 U99 '° passagerna 33 som är öppna in mot passagerna 28, varefter ångan blandad med luft får passera genom portarna 29 och materialbädden 12. Det bör emellertid observeras att ångrören 32 inte sträcker sig så långt mot inmatníngsänden 10 av ugnen 7 som luftrören 28, och åstadkommer därigenom för ínjicering endast luft in i bädden före injektionen av blandningen av luft och ånga av skäl som kom- mer att förklaras senare under hänvisning till fíg. 4.

Ange och tryckluft in i ugnen 7 tillpassas för att åstadkomma gastryck inom ugnen som är åtminstone 1,4 kg/cmz och företrädesvis 4,22-12,66 kg/cmz högre än omgivande atmosfärtryck utanför ugnen.

Utsläppet av sådan tryckgas från båda ändarna 10, 11 hos ugnen 7 kan därför kontrolleras genom avpassande ventiler 40, 47.

Processen enligt föreliggande uppfinning för förgasning av fasta kolpartiklar i bädden 12 i rullugnen 7 framkallar samtidigt och kontinuerligt två distinkta olika bränslegasströmmar från mot- satta ändar av den ensamma ugnen 7. En första av de gasströmmar, vilken innehåller i huvudsak all tjära framställd genom processen» bildas när kol uppvärmes från cirka 205°C till 870°C och, om den utsläppes från ínloppsänden 10 för fast material hos ugnen 7 utan tillsatt högre temperaturgas,skulle sådan gas vara vid en tempera- tur inom ett område som förorsakar kondensatíon av förångade tjä- ror (se fíg. 3). En andra gasström bildas i en atmosfär av luft och ånga sedan kolet har blivit upphettat över cirka 870°C och överförd till förkolnade material. Denna andra gas utsläppes frän utsläppsänden 11 för fast material hos.ugnen 7 vid relativt~hög temperatur (1035°C) och väsentligen tjärfri. Värme kan återvinnas från denna tjärfria gas och ånga genereras genom värmeväxlaren 53 efter endast en enkel rening av kornformigt material som kan åstad- kommas genom en cyklonseparator 48. Utsläppet av gas vid inlopps- änden 10 för fast material hos ugnen 7 och gasen som släpps ut vid utsläppsänden 11 för fast material hos ugnen 7 är inställbar i proportion relativt varandra genom avpassande ventiler 40, 47 så _ att åtminstone någon 103S°C tjärfri gas kommer att blandas med tjärinnehållande gas strömmande mot materialinloppsänden 10 hos ugnen 7, varvid så mycket högre temperaturgas i en mängd som är tillräcklig för att hålla sådana blandade gaser vid en temperatur av cirka 540°C, vilket är högt nog för att undvika att tjäror kon- denseras på utrustningens ytor (dvs hos ugnen, gasutloppsventiler, etc). Fig. 3 visar att det är mycket liten kondensatíon av tjäror -över 37000. Emellertid kan även en liten kondensatíon av tjära v; W 40 H 453 099 över en utsträckt tid resultera i en betydande uppbyggnad av tjärutfällningar på infodringen av ugnen 7 och inom ventilerna 40, 47, vilket menligt kan inverka på den rätta driften av ut- rustningen för att utföra processen. För bekymmersfri drift un- der långa perioder har en utloppstemperatur på gaserna från in- loppsänden 10 för fast material hos ugnen 7 av cirka 540°C be- stämts för att indikera en föredragen blandning av.de två gas- strömmarna. Det bör emellertid noteras att om gaserna utsläpps från ínloppsänden 10 för fast material hos ugnen 7 vid temperatu- rer mycket högre än nödvändigt för att förhindra kondensation av tjära på utrustningens ytor, skulle det betyda att högtemperatur- gas i onödan drages bort från gasströmmen från vilken värme kan återvinnas efter endast den enkla partikelreningen av cyklon- separatorn 48.

Driften av processen kan vidare förklaras under hänvisning till fig. 4, vilken visar en inprickning av överbäddgastemperatu- rer och bäddtemperaturer relativt de fasta materialen som går från ínloppsänden 10 för fast material hos ugnen 7 till utlopps- änden 11 för fast material hos ugnen 7.

Pig. 4 visar att de fasta kolpartiklarna som rör sig genom ugnen 7 torkas när partikeltemperaturen höjs från cirka 95°C till cirka 150°C. När kolpartiklarna värms till cirka ZOSOC mfladärüær 'och får passera över enbart luftportar 29 börjar kolet att avför- flyktigas under avgivande av tjärinnehållande gas (ibland kallad "kolgas"), vilken ibland kommer att väsentligen fullständigt ut- dragas fnàlkolet under tiden kolet upphettas till 870°C eller nå- got högre. Fullständig utdragning av förflyktigade delar överför kolet till förkolnat material. När det förkolnade materialet hö- jes i temperatur i luft-ångatmosfären àstadkommen av àngströmmen genom passagerna 33 i fig. 1 och når en temperatur av cirka 870°C och däröver, avger det förkolnade materialet en tjärfri gas (ibland kallad "vattengas").

Med ugnen 7 arbetande under tryck tillåter och kontrollerar öppnandet av ventilerna 40, 47 (visade i fig. 1) gasutsläpp från båda ändarna av ugnen 7. Ventilerna 40, 47 är öppnade för att släp- pa ut all tjärinnehàllande gas plus åtminstone någon del av den tjärfria gasen från den dubbelríktade gasströmmen indikerat av den skuggade ytan i fig. 4.

Såsom visas i fig. 4 faller temperaturen hos den tjärinne- hållande gasen ganska snabbt när den strömmar mot ínloppsänden 10 _10 40 _45: 099 '2 för fast material hos'ugnen 7 och förvärmer inkommande kolström och trumlíng mot utloppsänden 11 för fast material hos ugnen 7.

Utom för utdragning av någon tjärfrí gas från den skuggade zonen i fig. 4 ut från inloppsänden 10 för fast material tillsammans med tjärinnehållande gas, bör gaserna som utsläpps från inlopps- änden 10 för fast material kylas under S40°C med tjärkondenserande konsekvenser indikerade av ügfiickningen i fig. 3. Den exakta in- prickníngenqayventilerna 40, 47 (visade i fíg. 1) vid varje tid- punkt kommer att bli sådan att man upprätthåller gasutsläppstempe- raturen från inloppsänden 10 för fast material hos ugnen 7 vid en måltemperatur, exempelvis 540°C, för att undvika kondensation av tjära på utrustningens ytor. Föï'de flesta och kanske för alla kol kommer upprätthâllandet av nämnda måltemperatur av cirka 540°C också att tíllförsäkra utsläppsänden 11 för fast material av avgas som kvarstår fri från tjära så att värme kan återvinnas från den _ i gasströmmen genom värmeväxlaren S3 efter endast en partíkelre- ning genom cyklonen 48 och därefter låta gasen passera skrubbern 54 odhett H28-avlägsnande system 52. En annan parameter för styr- ning ækutsläppsänden 11 för fast material av bortgående gaser kan emellertid säkerställa att det är tjärfrítt och det är att mäta metanhalten i sådan gas. Såsom tidigare förklarats finns anord- ningar kommersiellt tillgängliga för styrning av metanhalten och en metanhalt från noll till kanske cirka 0,1 % indikerar att tjäror troligen inte är närvarande.

Av ovanstående kan man se att föreliggande uppfinning åstad- kommer en process för maximering av produktionen av bränslegasvärme- värden som latent kemisk energí,frigörbar som värmeenergi efter _ förbränning av bränslegasen under undvikande av kondensation av tjä- ror i en gasström som utsläpps från inmatníngsänden för fast mate- ríal hos ugnen.

Andra fördelar hos processen enligt uppfinningen kommer att framgå av nedanstående exempel med avseende pá förgasning särskilt av kolhaltigt material.

' Exempel Exempel 1 med Illinois-kol nr 6 Ungefärlig sammansättning Fuktighet 12,0 %. flyktigt material 33,3 % g Fast koi 41,7 % Aska* 13,0 % G) - 1* 453 099 Grundämnessammansättning, fuktf och askfri Svavel 5,3 % väte 5,1 % Kol 75,5 % Kväve 1,2 % Syre 12,9 % Driftparametrar och resultat Kg av avgående gas från inmatningsänden per kg av kol inmatat till ugnen = 2,0 (a) (b) .(c).

Cd) (e) (f) (gl sei ie Kol 189 21 Aska 29 1035 Avgående gas från inmatningsänden för fast material 500 540 Avgående gas från utmatningsänden för fast material 177 1035 Förhållande (C) till (d) 3 till 1 246 Ånga 106 246 Luft 425 Exempel 2 med Pittsburgh-kol nr 8 Ungefârlíg sammansättning Fuktighet 4,4 % Plyktigt material 39,5 % Fast kol 48,6 % Aska 7,5 % _ Grundämnessammansättning, fukt- och askfri Svavel 3,8 % Väte 5,7 % Kol 82,7 % Kväve 1,6 % Syre 6,2 % Driftparametrar och resultat Kg av avlämnad gas från inmatníngsänden för fast material per kg av inmatat kol till ugnen =2,7 - 455 099 '" šLh C (a) Kol 162 21 (b) Aska ' 14,5 1035 (c) Avgående gas från inmatningsänden för fast material 433 540 (d) Avgående gas från utmatningsänden för fast material 245 1035 (e) Förhållande (e) :in (d) z :in 1' (f) Anga 106 246 (g) Luft 425 246 ~ Exempel 3.med Wyoming Powder River sub-bítumínöst kol Ungefärlíg sammansättning Fuktighet 30,4 % Flyktígt material 31,1 % Fast kol 32,1 % Aska 6,4 % Grundämnessammansättning, fukt- och askfri Svavel 0,8 % Väte - 5,5 % Kol 75,7 % Kväve 1,0 % Syre 17,0 % Driftparametrar och resultat Kg av avgående gas från inmatníngsänden för fast - materal per kg av inmatat kol till ugnen = 3,1 rem _°_C (a) Kol 246 21 (b) Aska 20 1035 (c) Avgående gas från ínmatningsänden för fast materil 757 S40 (d) Avgående gas från utmatníngsänden för fast material 0 (e) Förhållande (c) till (d) 100 % (f) Anga 106 246 (g) Luft 425 . 246 Av ovanstående detaljerade beskrivning av föreliggande upp- finning och exemplen av dess drift har visat hur ändamålet med föreliggande uppfinning har uppnåtts på ett föredraget sätt.

Emellertid kan modifikationer och ekvivalenter av den beskrivna texten såsom lätt sker för fackmannen vilka år avsedda att inklu- deras i uppfínningsidên. Uppfinningen är sålunda endast begränsad av nedanstående krav. i),

Claims (10)

453 099 Patentkrav

1. Torrprocess för kontinuerlig förgasning av osorterade partiklar av ett fast kolhaltigt material, varvid efter suc- Z cessiv upphettning till sluttemperaturen cirka 1095°C i form av värmebehandlingssteg vid vilka materialet avger vattenånga, väte, kolmonoxid, koldioxid, kolväteangor och rök (aerosoler) samt kolvätefria gaser (vid 870-1095°C) vid ett slutsteg med maximal temperatur inom nämnda serie av steg, där behandlings- stegen genomföras i en roterande ugn, som är lutad nedåt från en materialinloppsände mot en materialutloppsände, processen innefattar följande steg: (a) inmatning vid kontinuerlig tillförsel av det kolhsl- tiga materialet vid inloppsänden för bildning av en material- bädd i ugnen jämte rotation av ugnen, varvid bädden förs fram fràn ugnens inloppsände. I (b) ökning av bäddtemperaturen successivt allteftersom materialet förflyttas framåt genom nämnda värmebehandlings- steg, varvid ett oxiderande fluidum med ange inströmmar till" àtminstone den del av bädden som natt fram till det slutliga och kolvätefria förgasningssteget för ökning av materialtempe- raturen vid slutsteget till cirka l09S°C och i fri form före- liggande gaser vid slutsteget till cirka 1040°C, varvid förfa- randet k ä n n e t e c k n a s av följande ytterligare steg: (c) upprättande av selektivt utflöde för en andel av prooessgaserna från vardera änden av ugnen genom inbördes injustering av utströmmande processgas fran respektive ände av ugnen, varigenom ett flöde av så gott som samtliga kolväte- mättade gaser jämte en viss kolvätefri gasmängd erhålles invid ugnens materialinloppsände, varvid inkommande material förvär- mes och gaserna därvid nedkyles samt ett i huvudsak kolväte- fritt gasflöde erhålles vid en temperatur av åtminstone cirka 1040°C invid ugnens materialutloppsände, varvid (d) i anslutning till här angiven förvärmning sänkning av temperaturen för utströmmande gaser vid materialinloppsän- den av ugnen till en förutbestämd temperatur överstigande kon- densationstemperaturen för förångade tjäror genom inreglering av gasflödet från ugnen, varvid man ökar gasflödet fran mate- rialinloppsänden och minskar gasflödet från materialutloppsän- 453 099 M den resulterande i ökat utflöde för den vid cirka 1040°C kol- vätefria gasen från nämnda slutsteg med maximitemperatur via ugnens materialinloppsände och därmed ökar temperaturen hos den blandade gasström, som bortledes från materialinloppsänden till en temperaturnivá överstigande den temperatur, vid vilken förångade tjäror kondenserar till ett klibbigt visköst mate- rial.

2. Torrprocess enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den även inbegriper: ' (e) bortspolning av de kolvätemättade gaserna sa att de avlägsnas fran materialutloppsänden av ugnen med kolvätefri gas genom inreglsring av en sådan flödesmängd kolvätefria gaser med etrömningsriktning mot materialinloppsänden av ugnen att den kolvätefria beskaffenheten upprätthàlles hos den andra gasströmmen med utflöde fran ugnens utloppsdel. (f) sänkning av temperaturen hos gaserna som utflödar fran materialinloppsänden av ugnen genom användning av denna första gasström för förvärmning av inkommande material med de angivna gaserna vilka erhåller en förbestämd lägre temperatur motsvarande kondensationstemperaturen för förangade tjäror samt inreglering av ugnens gasflöde för ökad gasutströmning inom angivna första gasström från materialinloppsänden och minskat utflöde för gaser i här angivna andra gasström fràn materialutloppsänden, varigenom flödesmängd och spolningsver- kan ökar för den cirka 1040°C varma kolvätefria gasen från nämnda slutsteg med maximitemperatur och ut genom ugnens inloppsände sa att därigenom temperaturen ökar hos de blandade gaserna i nämnda första ström som bortledes från materialin- loppsänden vid en temperaturnivà över den förbestämda tempera- tur vid vilken föràngade tjäror kondenserar till ett klibbigt visköst material, varvid tva för användning som bränsle avsed- da gasströmmar upprätthalles i syfte att begagnas för bränsle- ändamål vid sidan av processen.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att temperaturen i bädden ökar successivt allteftersom materialet föres framat genom nämnda värmebehandlingssteg, varvid ett oxiderande fluidum med ånga tillföras bädden och det oxiderande fluidet tillföres åtminstone den del av bädden som har blivit upphettad till cirka 870°C för att ytterligare öka temperaturen hos materialet i det slutliga steget till Q-'I *Išs”ö39 I? cirka 1095°C och temperaturen hos den kolvâtegas som frigöres i slutsteget till cirka 1040°C.

4. Förfarande enligt nagot av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att gasutflödet från materialinloppsänden av ugnen är så inreglerat att det ökar och gasflödet från ugnene materialutloppsände är sa inreglerat att det minskar när tem- peraturen för gaserna som utströmmar från materialinloppsänden ,av ugnen sjunker under S40°C, varvid här angiven inreglering vidtagits i omfattnig motsvarande stabilisering av temperatu- ren för gasflödet från materialinloppsänden och som därvid upprätthalles vid cirka 540°C.

5. Förfarande enligt nagot av kraven 1-4, k ä n n e - t 6 C k n a t av ett ytterligare steg varvid ugnene gasutflöde inregleras när temperaturen hos gaserna som utflödar från materialinloppsdalen stiger med mer än 150°C över en för- bestämd temperatur vid vilken förángade tjäror kondenserar till ett klibbigt vieköst material för minskning av gasflödet frán materialinloppsänden och ökning av flödet fran material- utloppsänden för minskning av strömmen kolvätefri gas vid 1040°C fran här angivet slutsteg med maximitemperatur och ut genom materialinloppsänden hos ugnen för minskning av tempera- turen för den blandade gasström som bortledes vid materialin- loppsänden till en temperatur av cirka l5U°C över den förbe- stämda temperatur vid vilken förangade tjäror kondenserar till ett klibbigt visköst material.

6. Förfarande enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda successiva uppvärm- ning resulterar i kolväteangor och rök (aerosoler) innehållan- de förangad tjära och metan, varvid gasutflödet från vardera änden av ugnen regleras inbördes för gasutflöde genom mate- rialinloppsänden av ugnen i en mängd för vilken metanhalten i de cirka 1040°C varma gaserna som avgår fran materialutlopps- änden av ugnen upprätthallee vid maximalt cirka 0,1 volympro- cent för indikering av en i huvudsak fullständig frånvaro av förángad tjära i gasutflödet från ugnens materialutloppsdel.

7. Pörfarande enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att gasutflödet från vardera änden av ugnen inregleras inbördes för bortförsel av cirka 1,36 kg gas per timma från materialinloppeänden av ugnen för varje 0,45 kg gas som bortledes vid ugnens materialutloppsände. 453 099 ,g

8. Förfarande enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att bädden tillföras oxideran- de fluider med ånga genom öppningar i den cylindriska manteln hos ugnen när öppningarna förflyttas i läge under materialbäd- den genom ugnens rotation samt att oxiderande fluidum utan ånga tillföras vid en sektion av bädden vid temperaturer under 1.040°C.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e o k n a t av att fluider tillföras genom öppningarna och in-i ugnen när öppningarna förflyttas i läge under materialbädden och att ingående ström av fluidum bringas upphöra då öppningarna under bädden förflyttas från läget under bädden tills ugnens rota- tion pá nytt leder till placering av öppningarna under mate- rialbaaden.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att det oxiderande fluidet står under tryck före tillförsel i ugnen, vilket upprätthálles för ett motsvarande tryck inom ugnen utefter den axíella. totallängden ovanför bäddmaterialet och därvid med minst 1,4 kg/cmz överstiger atmosfärstrycket vid ugnens utsida.