FI71073C - FOERFARANDE FOER RENING AV GASER INNEHAOLLANDE KONDENSERBARA KOMPONENTER - Google Patents

Description

7107371073

Menetelmä lauhtuvia komponentteja sisältävien kaasujen pu hdistamiseksi * Förfarande för r e n i ng av gaser i nne — häI lande kondenserbara komponenterMethod for purifying gases containing condensable components * For the purification of gases containing condensed components

Keksinnön kohteena on biomassojen, turpeen tai hiilen ositta i shapetuksena syntyvien, pöly- ja tervapitoiSten sekä muita lauhtuvia komponentteja sisältävien kaasujen kuiva-puhd i stusmeneteImä.The invention relates to a process for the dry cleaning of biomass, peat or coal-generated gases containing dust and tar and other gases containing condensable components.

55

Kiinteiden polttoaineiden käyttöä öljyä korvaavissa sovellutuksissa vaikeuttavat mm. kiinteiden polttoaineiden epäorgaaniset yhdisteet (tuhka) sekä sen hiukkasluonteesta johtuva hidas diffuusiopalaminen. Prosessiteollisuudessa 10 vaaditaan usein vähätuhkaista, "puhdasta" polttoainetta (kuivurit, meesauunit, synteesikaasun tuotanto) tuotteen laadun vuoksi tai prosessihäiriöiden välttämiseksi. Kaasu-turbiineissa ja dieselmoottoreissa kiinteiden polttoaineiden suoraa käyttöä rajoittavat sekä tuhkattomuusvaatimus että 15 palamisen hitaus. Mn. edellä esitetyistä syistä on tarkoituksenmukaista saattaa kiinteä polttoaine kaasumaiseen tilaan ennen hyödyntämistä.The use of solid fuels in oil-replacing applications is hampered by e.g. inorganic compounds of solid fuels (ash) and slow diffusion combustion due to their particulate nature. In the process industry 10, low ash, "clean" fuel (dryers, lime kilns, synthesis gas production) is often required due to product quality or to avoid process disruptions. In gas turbines and diesel engines, the direct use of solid fuels is limited by both the ashlessness requirement and the slowness of combustion. Mn. for the reasons set out above, it is appropriate to gasify the solid fuel before recovery.

Os ittaishapetukseen perustuvat kaasuttimet ovat alkujaan 20 olleet yksinkertaisia ki inteäkerros-vastavirtakaasuttimi a, joiden tuottama kaasu on sisältänyt runsaasti tervamaisia, orgaanisia yhdisteitä. Vähemmän tervaa sisältäviä kaasuja voidaan tuottaa suorittamalla kaasutus ns. myötävirta-kaasutuksena. Myötävirtakaasutus on edellyttänyt siirty-25 mistä k i inteäkerroskaasuttimista leijukerros- ja suspensio-kaasuttimi in. Myötävirtakaasutuksessa tuotekaasun "epäpuhtauksien" suhde muuttuu siten, että tervoja syntyy vähän suhteessa kiinteään, hienojakoiseen koksiin. Tervan ja koksin suhteeseen voidaan tehokkaasti vaikuttaa kaasun 30 I oppuIämpöti I a II a , jota kuitenkin rajoittaa leijukerros-reaktoreissa I eijumateriaa I in su I ami s Iämpöti I a. Leijukerros-kaasuttimissa osa kaasutettavasta kiintoaineesta kulkeutuu kaasun mukana ja tuottaa tervayhdisteitä koko kaasutus- 2 71073 reaktorin tilavuudessa. Poistoyhteen läheisyydessä syntynyt terva ei ehdi hajota kevyiksi hiilivedyiksi, joten tuote-kaasun tervapitoisuus lisääntyy tästäkin syystä. Yhteenvetona nykyisestä kaasutustekniikasta voidaan todeta, että 5 tuotekaasun sisältämät tervayhdisteet asettavat keskeisen rajoituksen kaasun käyttösovellutuksille.Partial oxidation-based gasifiers have originally been simple solid-bed countercurrent gasifiers, the gas of which has been rich in tarry organic compounds. Gases containing less tar can be produced by carrying out so-called gasification. a co-current gasification. Downstream gasification has required the transition from 25 solid bed gasifiers to fluidized bed and slurry gasifiers. In downstream gasification, the ratio of "impurities" in the product gas changes so that tar is formed in small proportions relative to solid, finely divided coke. The tar-to-coke ratio can be effectively influenced by the 30 I guide temperature I a II a of the gas, which, however, is limited in the fluidized bed reactors I by the fluid I a. The temperature I a. In fluidized bed gasifiers, part of the gasified solid 71073 in reactor volume. The tar formed in the vicinity of the discharge connection does not have time to decompose into light hydrocarbons, so the tar content of the product gas increases for this reason as well. In summary of current gasification technology, it can be stated that the tar compounds contained in 5 product gases place a key limitation on the applications of the gas.

Tavanomaisin menetelmä polttokaasun tai synteesikaasun puhdistamiseksi lienee pesu jollakin nesteellä, yleensä TO vedellä. Tällöin kuumaan tai jo jäähdytettyyn poIttokaasuun ruiskutetaan vettä tai muuta nestettä, jolloin kaasut jäähtyvät ja puhdistuvat ainakin kiintoaineista sekä pääosin myös tervoista. Pesu vedellä ei ole tervojen poiston kannalta tehokas menetelmä, koska tervat eivät liukene veteen. 15 Pienimpien tervapisaroiden poisto vesipesulla onkin pintajännitys i Imi ön vuoksi mahdotonta. Huonon pesutehon lisäksi vesipesun suurimmat epäkohdat ovat suuri tehontarve, kalliit investoinnit ja jätevesien käsittelykustannukset.The most conventional method of purifying a flue gas or synthesis gas is probably to wash with a liquid, usually TO water. In this case, water or another liquid is injected into the hot or already cooled exhaust gas, whereby the gases are cooled and purified at least from solids and mainly also from tars. Washing with water is not an effective method for tar removal because tars are insoluble in water. 15 It is therefore impossible to remove the smallest tar droplets with a water wash due to the surface tension. In addition to poor washing performance, the biggest disadvantages of water washing are high power requirements, expensive investments and wastewater treatment costs.

20 Tunnettua on myöskin tervojen lauhduttaminen kaasutettavaan materiaaliin jäähdytetyssä kuivapuhdistimessa. Tällaisena Iauhduttimena toimii periaatteessa sinällään tavanomaisen vastavirtakaasuttimen yläosa, missä tapahtuu polttoaineen lämpiäminen ja kuivuminen. Tällä menetelmällä ei ole voitu 25 saavuttaa tavanomaista myötävirtakaasutusta vähä tervaisempaa kaasua. Myös erilaisia katalyyttisiä menetelmiä on tutkittu poIttokaasujen tervapitoisuuden pienentämiseksi. Katalyytti-menetelmät eivät ole kehittyneet käytännön sovellutuksiin asti .It is also known to condense tars on a gasifiable material in a cooled dry scrubber. Such a condenser basically acts in itself on the top of a conventional countercurrent carburetor, where the fuel is heated and dried. This method has not been able to achieve a slightly tarier gas than conventional downstream gasification. Various catalytic methods have also been studied to reduce the tar content of exhaust gases. Catalyst methods have not evolved to practical applications.

30 DE-patentt(hakemuksesta 31 02 819 Ai on tunnettu kaasun- puhdistusmenetelmä, jossa tervapitoinen kaasu puhdistetaan ieijukerrosjäähdy11imessä , jonka petimateriaa li regeneroidaan lämpöenergiaa tuottavassa I e i j ukerrospoIttouunissa.DE patent (application 31 02 819 A1) is a known gas purification method in which tar-containing gas is purified in a fluidized bed cooler, the bed material of which is regenerated in a thermal energy-producing bed removal furnace.

Nykyisten kaasunpuhdistusmenete Imi en epäkohtina ovat joko suuret kustannukset tai riittämätön puhdistus teho.The disadvantages of the current gas cleaning process Imi en are either high cost or insufficient cleaning power.

35 3 71 07335 3 71 073

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan aikaan lähes täydellinen lauhtuneiden tervojen erottuminen pienin investointi- ja käyttökustannuksin eikä ympäristölle haitallisia tai kalliita käsitteIykustannuksia vaativia pesuvesiä synny.The method according to the invention achieves an almost complete separation of condensed tars with low investment and operating costs and does not generate washing waters which are harmful to the environment or which require expensive handling costs.

5 Pääosa tervayhdisteistä hajoaa keveiksi hiilivedyiksi, jotka poistuvat kaasuna tuotekaasun mukana. Lisäksi märkäpesun yhteydessä syntyvää koksihäviötä voidaan olennaisesti vähentää .5 Most tar compounds decompose into light hydrocarbons, which are removed as a gas with the product gas. In addition, the coke loss associated with wet scrubbing can be substantially reduced.

10 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kaasusta jäähdytyksen jälkeen erotettu kiintoaine regeneroidaan hajotusreaktorissa , johon johdetaan puhdistettava kaasu sekä mahdollisesti myös hapettavaa kaasua.The process according to the invention is characterized in that the solid separated from the gas after cooling is regenerated in a decomposition reactor into which the gas to be purified and possibly also the oxidizing gas are introduced.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän eräs keskeinen ajatus on säätää lauhtuneiden tervojen ja kiintoaineiden massasuhde sellaiseksi, että kaasu voidaan jäähdytyksen jälkeen sellaisenaan tai esipuhdistettuna suodattaa sinällään tunnetuin menetelmin. Eräissä tapauksissa saattaa hajotusreaktorin 20 hapenkäyttö johtaa koksin lähes täydelliseen häviämiseen.One of the central ideas of the process according to the invention is to adjust the mass ratio of condensed tars and solids so that, after cooling, the gas, as such or pre-purified, can be filtered by methods known per se. In some cases, the use of oxygen in the decomposition reactor 20 may result in almost complete loss of coke.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheiseen piirustukseen viittaamalla.In the following, the invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawing.

25 Puhdistettava tervapitoinen kaasu johdetaan yhteen 1 kautta tangentiaa Iisesti sykI on Ireaktoriin 2, johon johdetaan myös sopiva määrä hapetinkaasua, esim. ilmaa, yhteen 3 kautta sykI onireaktorin lämpötilan säätämiseksi tervojen tehokkaan hajoamisen edellyttämälle tasolle (950 - 1 200 °C). Koska 30 tervapitoisen kaasun mukana kulkeutuvat koksihiukkaset rikastuvat sykI onireaktoriin 2, aikaansaadaan vesihöyryn ja hiilidioksidin pelkistymisen kannalta suotuisat olosuhteet. SykIonireaktorin keskusputken 4 kautta koksi- ja tuhkahiuk-kasia sisältävät vähä tervaiset kaasut johdetaan lämpöeris-35 tettyyn jäI kireaktoriin 5, jossa tervayhdisteet edelleen hajoavat. JäI kireaktorissa tervojen hajoamista voidaan tehostaa sopivan katalyytin käytöllä. Terva/kiintoaine- 4 71073 suhteen säätämiseksi suodattimen kannalta sopivalle tasolle sykI onireaktoriin syötetään suuren su I ami s IämpötiI an omaavaa uutta kiintoainetta säiliöstä 12 syöttölaitteen 13 avulla sopivimmin palautettavan kiintoaineen syöttölaitteeseen 10, 5 josta se johdetaan edelleen tervapitoisen kaasun syöttö- yhteeseen 1. Jos puhdistettava kaasu sisältää rikkiyhdisteitä (COS, H2S), on tarkoituksenmukaista valita kiintoaine siten (esim. CaCO^), että se sykI onireaktorissa sitoo rikin sulfidina (esim. CaS) .The tar-containing gas to be purified is passed through tangential 1 to the reactor 2, to which a suitable amount of oxidizing gas, e.g. Since the coke particles entrained in the tar gas 30 are enriched in the cyclone reactor 2, favorable conditions for the reduction of water vapor and carbon dioxide are provided. Through the central pipe 4 of the cyclone reactor, low tar gases containing coke and ash particles are led to a thermally insulated ice stress reactor 5, where the tar compounds are further decomposed. In the ice reactor, the decomposition of tars can be enhanced by the use of a suitable catalyst. In order to adjust the tar / solids ratio to a level suitable for the filter, new high solids temperature is fed to the pulse reactor from the tank 12 by means of a feed device 13, preferably to a recoverable solids feed device 10, 5 from which it is passed further to a tar gas the gas contains sulfur compounds (COS, H2S), it is expedient to select a solid (e.g. CaCO2) so that it binds sulfur as sulphide (e.g. CaS) in the cyclone reactor.

1010

Sopivalle terva/kiintoaine taso I I e säädetyt kaasut jäähdytetään jäähdyttimessä 6 sinällään tunnetulla tavalla tai epäsuoralla menetelmällä haluttuun lämpötilaan, siten että pääosa tervayhdisteistä lauhtuu kiintoaineeseen. Tervojen 15 erottamiseksi ennen suodatusta ja kaasujen esipuhdistami- seksi kaasut johdetaan sykI onierottimeen 7, josta pääosa kiintoaineesta ja tervasta palautetaan yhteen 11 kautta syöttölaitteelle 10.The gases regulated for a suitable tar / solid level I I e are cooled in the condenser 6 in a manner known per se or by an indirect method to the desired temperature, so that the majority of the tar compounds condense in the solid. To separate the tars 15 before filtration and to pre-purify the gases, the gases are passed to a pulse separator 7, from which most of the solids and tar are returned together via a feeder 10.

20 Esipuhdistettu kaasu suodatetaan suodattimessa 8 ja puhdas, vähä tervainen kaasu lämmitetään tarpeen vaatiessa 50 - 1 00°C Iämmittimessä 9 ennen johtamista käyttökohteeseen, jolloin jäähtyminen kuIjetusputkessa ei aiheuta puhdistimessa lauhtumatta jääneiden tervojen lauhtumista.The pre-cleaned gas is filtered in a filter 8 and the clean, low-tar gas is heated, if necessary, at 50 to 100 ° C in the heater 9 before being fed to the application, so that cooling in the transport pipe does not cause condensation of tars not condensed in the cleaner.

2525

Laitteiston kiertävän materiaalin määrä säädetään poistamalla syöttölaitteesta kiintoainetta yhteen 15 kautta säiliöön 16.The amount of material circulating in the apparatus is controlled by removing solids from the feeder through one of the 15 to the tank 16.

30 Eräissä tapauksissa voidaan myös sykIonireaktorin alaosasta poistaa kiintoainetta ja/tai sulaa. »In some cases, solids and / or melt can also be removed from the bottom of the cyclone reactor. »

Kiertävä kiintoaine regeneroidaan syöttämällä se yhteen 1¾ kautta takaisin sykI onireaktoriin 2, missä kiintoaineen 35 sisältämä terva pääosin hajoaa keveiksi hiilivedyiksi. Reaktori voidaan lämmittää termisen reaktion edellyttämälle tasolle hapetinkaasun lisäksi tai sen sijasta epäsuoralla 5 71073 menetelmällä, esim. sähköllä. Kiintoaineen regenerointiaste säädetään reaktorin lämpötilaa muuttamalla.The circulating solid is regenerated by feeding it together via 1¾ back to the pulse reactor 2, where the tar contained in the solid 35 mainly decomposes into light hydrocarbons. The reactor can be heated to the level required by the thermal reaction in addition to or instead of the oxidant gas by an indirect method, e.g., electricity. The degree of solids regeneration is controlled by changing the reactor temperature.

Jälki reaktorin tarve on prosessikohtainen ja saattaa esi intyä 5 myös kaasutusprosesseja, joiden keksinnön mukaisessa käsittelyssä ei jäI kireaktoria tarvita. Edelleen voi hyvin vähä-tervaisi Ma kaasuilla tulla kysymykseen myös esierottimen 7 poisjättäminen. Kiintoaineen syöttö- ja uIosottokohtia voidaan vaihdella lukuisin eri tavoin. SykIonireaktorin sijasta 10 voidaan hajotusreaktorina käyttää muunlaisia termisiä reaktore i ta.The need for a trace reactor is process-specific and gasification processes may also occur which do not require a tension reactor in the treatment according to the invention. Still, the omission of pre-separator 7 can also be considered with very low-tar Ma gases. The solids feed and discharge points can be varied in a number of different ways. Instead of the cyclone reactor 10, other types of thermal reactors can be used as the decomposition reactor.

Claims (10)

1. Menetelmä tervapitoiSten tai muita lauhtuvia komponentteja sisältävien kaasujen puhdistamiseksi, jossa kaasu saatetaan kosketukseen kiintoaineen kanssa, tunnet tu siitä, että kaasusta jäähdytyksen jälkeen erotettu kiinto- 5 aine regeneroidaan hajotusreaktorissa , johon johdetaan puhdistettava kaasu sekä mahdollisesti myös hapettavaa kaasua.A process for purifying gases containing tar or other condensable components, which gas is contacted with a solid, characterized in that the solid separated from the gas after cooling is regenerated in a decomposition reactor into which the gas to be purified and possibly also an oxidizing gas are introduced. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kiintoaineen regenerointiaste säädetään 10 hajotusreaktorin lämpötilaa muuttamalla.Process according to Claim 1, characterized in that the degree of solids regeneration is controlled by varying the temperature of the decomposition reactor. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lämpötila on 950 - 1200 °C.Process according to Claim 2, characterized in that the temperature is from 950 to 1200 ° C. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että hajotusreaktoriin syötettävän kiintoaineen määrä säädetään poistamalla kaasusta erotettua kiintoainetta ja/tai lisäämällä uutta kiintoainetta.Process according to Claim 1, characterized in that the amount of solid fed to the decomposition reactor is adjusted by removing the solid separated from the gas and / or by adding new solid. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että lisätty kiintoaine on kaasun oksideja sitovaa .Process according to Claim 4, characterized in that the solid added is bound to the gas oxides. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että hajotusreaktorina käytetään sykIonia.Process according to one of the preceding claims, characterized in that cyclone is used as the decomposition reactor. 6 71073 Pa tentt ivaat imukset6 71073 Examinations 7. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hajotusreaktorin rikastuvaa koksia 30 hapetetaan lämpötilan säätämiseksi.Process according to Claim 2 or 3, characterized in that the enriched coke 30 of the decomposition reactor is oxidized in order to control the temperature. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että kiintoaineeseen lauhtuneiden komponenttien hajoamisen tehostamiseksi kaasut hajotus- 35 reaktorista johdetaan jäIkireaktoriin. 7 71073Process according to one of the preceding claims, characterized in that the gases from the decomposition reactor are introduced into the residual reactor in order to enhance the decomposition of the components condensed in the solid. 7 71073 9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasut esipuhdIstetaan erottimessa ennen suodatinta.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gases are pre-purified in a separator before the filter. 10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että hajotusreaktorin alaosasta poistetaan kiintoainetta ja/tai sulaa. 71073 sProcess according to one of the preceding claims, characterized in that solids and / or melt are removed from the lower part of the decomposition reactor. 71073 s