SE453750B - Sett for forgasning av finfordelat kolhaltigt material - Google Patents

Description

453 750 10 15 20 25 30 styrning av den genererade gasens utgângstemperatur och sammansättning liksom processen också skall ge ett opti- malt energiutnyttjande.

Detta och andra ändamål uppnås med processen enligt före- liggande uppfinning, som huvudsakligen kännetecknas av att utgångsmaterialet partiellt förbränns och åtminstone att den därvid resulterande blandningen införas i ett schakt innehållande delvis förgasas i en förgasningskammare, en bädd av styckeformigt, kolhaltigt material, varvid för- gasningskammaren är förkopplad schaktet, att den från för- gasningskammaren kommande blandningens fysiska värmeinne- håll utnyttjas för att i koksbädden reducera halten av koldioxid och vatten i gasen, och att gasgenereringsprocessen styres så att den avgående gasen uppvisar en temperatur och en sammansättning som är avpassad till ett efterföl- jande processteg.

Som oxidationsmedel kan användas 02, C02, H20, luft eller olika godtyckliga blandningar därav.

Enligt en utföringsform av uppfinningen genereras den er- forderliga värmeengergin i förgasningskammaren genom till- försel av ett överskott av luft och/eller syrgas med högst cirka 20% H20, som reagerar exotermiskt eller autotermiskt med en del av det kolhaltiga utgångsmaterialet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen tillföres extern värmeenergi till förgasningskammaren. Härvid kan den externa värmeenergin tillföras medelst i plasmagene- ratorer upphettad gas, vilken företrädesvis väljes ur en grupp bestående av 02, H20, luft återcirkulerad CO + H2 + C02 + H20 innehållande gas eller blandningar av två eller flera i gruppen ingående komponenter. 10 15 20 25 453 750 Enligt en annan utföringsform av uppfinningen utgöres transportgasen av oxidationsmedel.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen genereras för materialinmatning och/eller som bärgas utnyttjad ånga helt eller delvis med hjälp av i ett trycksatt kyl- vattensystem i vattenkylda delar av anläggningen upphet- tat kylvatten och/eller genom tillvaratagande av det fy- siska värmet i den genererade gasen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen utnyttjas det fysiska värmeinnehållet i den från förgasningskamma- ren kommande gasblandningen för att omvandla i koksbädden externt injicerad gas innehållande koldioxid och/eller vatten till koloxid och vätgas.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen styres hela gasgenereringsprocessen genom gasanalys med avseen- de på syrepotentialen i gasblandningen före och/eller efter det koksbädden innehållande schaktet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen matas slaggen ut separat från förgasningskammaren respektive det koksbädden innehållande schaktet. Alternativt sker slaggutmatningen gemensamt från schaktet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen sker till- sats av svavelacceptor genom injektion i pulverform i förgasningskammaren och/eller i styckeform i koksschaktet.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen bi- bringas materialet som injiceras i förgasningskammaren en roterande rörelse, varigenom åstadkommas ett förgas- ningskammarens innerväggar skyddande slaggskikt. 10 15 20 25 453 750 Ytterligare kännetecken, fördelar och utföringsformer av uppfinningen kommer att framgå av nedanstående detaljera- de beskrivning.

Processen är givetvis inte begränsad till endast en förgasningskammare per schakt, utan företrädesvis är flera förgasningskammare anordnade i anslutning till ett koks- fyllt schakt.

Stora fördelar är förknippade med att genomföra en större del av förgasningsreaktionerna i enifikgasfingdfimnareamflisatm slutföra reaktionerna i en koksbädd.

Sålunda kan förgasningen genomföras vid en hög temperatur, som alltid skall ligga över slaggens smältpunkt och i re- gel över ca 1400°C, varefter gasens fysiska värmeinnehåll kan utnyttjas i det efterföljande schaktet för att genom- föra karbureringsreaktionerna, vilka avstannar vid cirka 1ooo°c.

Såsom antytts ovan kan värmeöverskottet i gasen utnyttjas på flera olika sätt. Sålunda kan en relativt hög halt kol- dioxid tillåtas i den i förgasningskammaren genererade gasen, vilken sedan genom utnyttjande av gasens fysiska värmeinnehåll konverteras till koloxid i koksbädden.

Fördelen att arbeta med förhöjd C02-halt i förgasnings- steget är att den med hög C02-halt följande högre syrepo- tentialen ger en högre reaktionshastighet mellan bräns- let och oxidationsmedlet samtidigt som processen bringas att arbeta längre från sotningsgränsen.

Ett annat eller kompletterande sätt att utnyttja värme- överskottet är att injicera koldioxid och/eller vatten i koksbädden. Detta kan exempelvis ske genom att man utnytt- 10 15 20 25 30 453 750 jar en delvis förbrukad recirkulationsgas med hög halt koldioxid och vatten.

Koksbädden fyller en rad viktiga funktioner som antydes ovan och som närmare kommer att beskrivas nedan.

Koksbädden fångar upp eventuella kokspartiklar och slagg- droppar, som rycks med gasblandningen från förgasnings- kammaren. Dessa uppfångade partiklar och droppar kommer sedan att återföras i processen i den takt koksen i koks- bädden förbrukas, varigenom mycket hög utnyttjandegrad på bränslet uppnås.

Koksbädden fungerar vidare som värmemagasin, som utjämnar eventuella variationer i tillförd värmemängd i förgas- ningskammaren och samtidigt fungerar koksbädden som kol- förråd och utjämnar som sådant eventuella variationer i mängden tillfört kolhaltigt material i förhållande till mängden tillfört oxidationsmedel. Detta innebär i sin tur minskad, eller i praktiken en helt eliminerad explosions- risk, oavsett om rent syre skulle tillföras utan att mot- svarande mängd kolhaltigt material tillföres i förgasnings- kammaren. Detta med explosionsrisken är annars vanligen ett mycket allvarligt problem.

Bränslet eller det kolhaltiga utgångsmaterialet tillföres i finfördelad form. När utgångsmaterialet utgöres av pul- verformigt, fast material kan detta enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen injiceras exempelvis med hjälp av vattenånga.

Det kolhaltiga utgångsmaterialet kan väljas ur en grupp bestående av olja, kol, koks, träkol, gas, torv, träpul- ver och olika blandningar därav. Detta innebär stora eko- nomiska fördelar jämfört med hittills kända förgas- 10 15 20 25 453 750 ningsprocesser, som alla är begränsade med hänsyn till val av utgângsmaterial. Koksförbrukningen hålls nere till stor del genom att oxidationsmedlet tvingas att reagera med det kolhaltiga materialet i förgasningskammaren innan det når den varma och därmed reaktiva koksen.

När enbart förbränning utnyttjas för generering av den för reaktionerna erforderliga värmen, begränsas man av reaktionernas värmebalans, som leder till ett relativt högt koldioxidinnehâll och vilket tidigare har inneburit att koldioxid måste avlägsnas från gasen i ett separat efterföljande processteg. Med processen enligt uppfin- ningen erbjuder detta inget problem. När syrgas användes som oxidationsmedel med tillsats av H20 uppstår vid en vatteninblandning av ca 20% autoterma betingelser, d V s reaktionerna fortskrider men ingen överskottsenergi ge- nereras. Genom att tillföra extern värmeenergi erhålles ett energiöverskott, som enligt ovan sedan kan utnytt- jas i den efterföljande koksbädden. Härvid kan man ut- nyttja elektrisk energi och då företrädesvis genom an- vändning av plasmageneratorer, i vilka en bärgas upp- hettas mycket kraftigt vid passage genom en mellan elektro- der i plasmageneratorn alstrad elektrisk ljusbâge. Bärga- sen är härvid i det föredragna utförandet syrgas och vattenånga, men som bärgas kan också utnyttjas till exem- pel vattenånga, en blandning av H20 och syrgas, ren syr- gas eller eventuellt luft.

Tillförsel av extern energi möjliggör exempelvis använd- ningen av en förbrukad reduktionsgas innehållande höga halter koldioxid och vatten som oxidationsmedel. 10 15 20 25 30 453 750 Enligt en föredragen utföringsform kan processen styras genom att man registrerar halten C02 eller oz-partialtrycket i den genererade gasen omedelbart efter förgasningskam- maren före inträdet i koksbädden och/eller i gasutloppet efter gasbädden. Analysen omedelbart efter förgasnings- kammaren utnyttjas företrädesvis för att reglera förhål- landet mellan inmatat kolhaltigt material och oxidations- medel och eventuellt också den utgående gasens temperatur, under det att analysen av gasen efter koksbädden utnytt- jas för att styra mängden inmatad C02 och/eller H20 i koksbädden. Härigenom kan man alltså producera en färdig gas som har den sammansättning och temperatur som man önskar för en efterföljande process, som t ex kan vara en järnsvampsprocess, samtidigt som man kan åstadkomma en nära nog idealisk energioptimering.

På grund av de höga temperaturer som utnyttjas i processen måste åtminstone delar av schaktet liksom hela förgas- ningskammaren samt de därvid använda brännarna vara vat- tenkylda. Genom att anordna kylsystemet att arbeta under tryck, företrädesvis i storleksordningen 5-6 bar över- tryck, kan det uppvärmda kylvattnet utnyttjas för att generera ånga, som sedan kan utnyttjas som bär- och/eller transportgas. På detta sätt kan alltså kylvärmeförluster- na tillvaratagas.

Förgasningskammaren skall företrädesvis vara utformad med väsentligen cirkulära innerväggar, varvid enligt uppfinningen gas- och materialströmmarna som införes i förgasningskammaren kan bringas att rotera. Härigenom avskiljes slaggpartiklar och avsätter sig som ett skyddan- de skikt på förgasningskammarens innerväggar. Tjockleken av detta slaggskikt bestäms av den termiska balansen mellan till kylmanteln bortförd värmeenergi och till slaggytan genom konvektion och strålning tillförd värme- 10 15 20_ 25 30 453 750 energi. överskjutande slaggmängd rinner ut genom ett slaggutlopp, som kan vara anordnat separat för förgas- ningskammaren alternativt vara gemensamt med schaktets slaggutlopp.

Slaggbildare och/eller svavelacceptor kan injiceras i förgasningskammaren i finfördelad form tillsammans med det kolhaltiga materialet eller separat och/eller kan det in- föras tillsammans med det styckeformiga, kolhaltiga mate- rialet i schaktet och därvid ingå som en del i koksbädden.

För att åstadkomma en snabb och effektiv omblandning mel- lan den i plasmageneratorn genererade heta gasen och det tillförda, pulverformiga kolbärande bränslet införes den heta gasen genom plasmageneratorns mynning in i förgas- ningskammaren, vilket uppnås genom att bärgasen bibringas en roterande rörelse under passagen genom plasmagenera- torn, genom att det pulverformiga bränslet bibringas en roterande rörelse före inträdet i förgasningskammaren, och/eller genom att plasmageneratorn och/eller tillför- selanordningen för kolhaltigt bränsle anordnas att mynna tangentiellt i förgasningskammaren. Härigenom uppnås att den heta gasen expanderar vid inträdet i förgasningskam~ maren och att den turbulenta rörelsen ger en extremt kort blandningssträcka.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i anslutning till bifogade ritning, på vilken visas en utföringsform av en anläggning för genomförande av processen enligt uppfinningen.

Pâ figuren visas en förgasningsanläggning med en med 1 betecknad förgasningskammare och ett med 2 betecknat schakt uppvisande en koksfyllning 3. 1 Förgasningskammaren 1 uppvisar en yttre, vattenkyld mantel 4 och en eldfast infodring 5 och är företrädes- vis utformad väsentligen cylindrisk. Företrädesvis är 10 15 20 25 30 453 750 flera förgasningskammare anordnade i anslutning till ett schakt.

Schaktet 2 uppvisar ett nedre slaggutlopp 6 och ett öv- re gasutlopp 7. Styckeformig koks tillföres till schaktet genom en i schaktets topp mynnande tillförselanordning 8, som är anordnad gastät. Förgasningskammaren 1 mynnar i schaktets nedre del varifrån gasen passerar upp genom koksbädden förandet är dessutom slaggutloppet 6 gemensamt för såväl och ut genom gasutloppet. I det visade ut- förgasningskammaren som för schaktet.

I anslutning till förgasningskammaren är anordnad åtmins- tone en brännare, som i det visade utförandet utgöres av en plasmagenerator 9. Plasmageneratorn är ansluten till förgasningskammaren via en ventilanordning 10. Oxidations- medel införes i plasmageneratorn genom en tillförselled- ning 11. Oxidationsmedlet kan utgöra bärgas som leds ge- nom plasmageneratorn alternativt kan en separat bärgas utnyttjas. Den i plasmageneratorn genererade heta, turbu- lenta gasen införes i förgasningskammaren genom plasma- generatorns mynning 12. Det kolhaltiga bränslet, som före- företrädesvisföreligger i pulverform, införes genom en till- förselledning 13 in i en koncentriskt runtom plasmagene- ratorns mynning anordnad ringspalt 14_0ch/eller en lans 15 som också kan utnyttjas för tillförsel av eventuellt tillsatsmedel, som till exempel slaggbildare.

I schaktet är vidare anordnade lansar 16, 17 för tillför- sel av eventuellt ytterligare oxidationsmedel, såsom till exempel H20, C02, för utnyttjande av fysiskt över- skottsvärme i gasen. Detta ger då också möjlighet att reglera gasens temperatur och sammansättning.e I förgasningskammarens invid koksfyllningen belägna ände är anordnad en första avkännaranordning 18 och i gasut- 10 15 453 750 10 loppet 7 från schaktet är anordnad en andra avkännaran- ordning 19, för temperaturmätning och/eller gasanalys.

Med hjälp av dessa två avkännaranordningar kan processen styras genom reglering av tillförd extern energi och/eller genom variation i de tillförda materialflödena.

Figuren visar sålunda endast ett utförande av en anlägg- ning för genomförande av processen enligt uppfinningen.

Många andra lösningar kan tänkas. Exempelvis kan plasma- generatorerna alternativt brännarna vara anordnade tan- gentiellt på förgasningskammarens periferi och då anord- nade så att en cirkulerande strömning uppnås i förgas- ningskammaren. Vidare kan förgasningskammaren för att underlätta slaggavskiljningen vara anordnad vertikalt liksom kan förgasningskammare och schakt utnyttja separa- ta slaggutlopp. bl .nu

Claims (16)

453 750 ll P a t e n t k r a v

1. Sätt för generering av en huvudsakligen CO och H2 innehållande het gas ur ett kolhaltigt utgångsmaterial som i finfördelad form med hjälp av en transportgas till- sammans med oxidationsmedel och eventuell slaggbildare införes i en förgasningskammare (1) och vilket utgångs- material i nämnda kammare (1) partiellt förbränns och åtminstone partiellt förgasas, k ä n n e t e c k n a t av att utgångsmaterialet partiellt förbränns och åtmins- tone delvis förgasas i en förgasningskammare (1), att den därvid resulterande blandningen införes i ett schakt (2) innehållande en bädd (3) av styckeformigt, kolhaltigt material, varvid förgasningskammaren (1) är förkopplad schaktet (2), att den från förgasningskammaren (1) kommande blandningens fysiska värmeinnehàll utnyttjas för att i koksbädden (3) reducera halten av koldioxid och vatten i gasen, och att gasgenereringsprocessen styres så att den avgående gasen uppvisar en temperatur och en samman- sättning som är avpassad till ett efterföljande process- steg.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att oxidationsmedlet är 02, H20, C02, luft eller bland- ningar därav.

3. Sätt enligt krav l - 2, k ä n n e t e c k n a t av att erforderlig energi genereras i kammaren (1) genom tillförsel av ett överskott av luft och/eller syrgas med högst ca 20% H20, som reagerar exotermiskt eller auto- termiskt med en del av det kolhaltiga utgángsmaterialet.

4. Sätt enligt krav l - 2, k ä n n e t e c k n a t av att extern värmeenergi tillföres till förgasnings- kammaren (1). 453 750 12 fn

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av (I: att extern värmeenergi tillföres medelst i plasmagene- ratorer (9) upphettad bärgas.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att bärgasen väljes ur en grupp bestående av 02, H20, luft, återcirkulerad CO + H2 + C02 + H20 innehållande gas, eller blandningar av två eller flera av komponen- terna i gruppen.

7. Sätt enligt krav 1 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att transportgasen utgöres av oxidationsmedlet.

8. Sätt enligt krav 1 - 6, k ä n n e t e c k n a t att att recirkulationsgas utnyttjas för injicering av pulverformigt, kolhaltigt utgángsmaterial.

9. Sätt enligt krav 1 - 8, k ä n n e t e c k n a t av att eventuellt för materialinmatning och/eller som bärgas utnyttjad vattenånga helt eller delvis genereras med hjälp av i ett trycksatt kylsystem i vattenkylda delar av anläggningen upphettat kylvatten.

10. Sätt enligt krav l - 9, k ä n n e t e c k n a t av att den heta från plasmageneratorn (9) kommande bär- gasen bibringas en roterande rörelse innan den införes É i förgasningskammaren (1) och att pulverformigt kolhal- tigt bränsle införes koncentriskt vid (14) runt den i X förgasningskammaren (1) inströmmande heta gasen.

11. ll. Sätt enligt krav 1 - 10, k ä n n e t e c k n a t av att den från förgasningskammaren (1) kommande gas- - blandningens fysiska värmeinnehàll utnyttjas för att omvandla i koksbädden (3) externt injicerad gas inne- hållande koldioxid och/eller vatten till koloxid och 0:/ vätgas. 453 750 13

12. Sätt enligt krav 1 - 11, k ä n n e t e c k n a t av att gasgenereringsprocessen styres genom gasanalys med avseende på koldioxidinnehâllet eller syrepotentia- len i gasblandningen före (18) och/eller efter (19) det koksbädden innehållande schaktet.

13. Sätt enligt krav l - 12, k ä n n e t e c k n a t av att slaggen matas ut separat från förgasningskammaren (1) respektive det koksbädden innehållande schaktet.

14. Sätt enligt krav l - 13, k ä n n e t e c k n a t av att slaggen från förgasningskammaren (1) matas till schaktet varifrån den gemensamma slaggmängden avdrages vid (6).

15. Sätt enligt krav l - 14, k ä n n e y e c k n a t av att tillsats av svavelacceptor sker genom injektion i pulverform i förgasningskammaren (1) och/eller i styckeform i koksschaktet (2).

16. Sätt enligt krav 1 - 15, k ä n n e t e c k n a t av att materialet i förgasningskammaren (1) bibringas en roterande rörelse för åstadkommande av ett förgas- ningskammarens innerväggar (5) skyddande slaggskikt.