SE451727B - Forfarande for framstellning av vesentligen partikelfri syntesgas - Google Patents

Description

451 727 Vanl-igen är det önskvärt att avlägsna dessa fasta partiklar ur produktgasen. Om t.ex. det kännbara värmet i gasen skall utvin- nas genom indirekt värmeväxling, är det tillräckligt att avlägs- na de fasta partiklarna ur gasen, innan den införes i en värme- växlare för att förhindra deras ansamling på väggarna eller vär- meöverföringsytorna i värmeväxlarna med åtföljande störning av vätskeflödet därigenom och överförandet av värme. En metod att åstadkomma detta är att låta de varma partiklarna stöta emot ytan av vatten i en störtkylningszon för att störtkyla ooh.väta dem, varigenom de borttages ur gasströmmen och överföres till vattnet.

Om produktgasen är avsedd att användas för framställningen av vät gas, störtkyles vid en annan metod gasen vanligen genom att den införes i vatten under dess yta i en störtkylningszon, varvid de fasta partiklarna kvarhålles i vattnet, varefter den väsentligen partikelfria gasen, mättad med vatten, underkastas katalytisk växelvis omvandling. En kombination av sådana metoder beskrives i US patentskrift 3 998 609, vartill här hänvisas. För att förhind- ra ansamlingen av fasta ämnen och/eller föroreningar i störtkyl- ningsvattnet, avlägsnas periodiskt eller kontinuerligt en del av störtkylningsvattnet och för att bibehålla en konstant vätskenivå i störtkylningszonen ersättes den med vatten, företrädesvis kla- rat vatten, som ledes i kretslopp från en sedimenteringszon, till vilken den uttagna delen levereras.

När förgasaren får arbeta vid förhöjt tryck, måste de fasta par- tiklarna uttagas ur systemet utan att försvaga trycket och detta kan göras genom att partiklarna införes i en slussficka och sedan frigöres från systemet, Då funktionen hos slussfickan regleras med hjälp av ventiler, har inloppet i slussfickan vanligen en relativt liten diameter jämfört med gasbildningsappåraturen, vilket inne- bär att det finns en sektion med nedåt sjunkande tvärsnittsarea omedelbart ovanför slussfickan.

' Olyckligtvis finns det fall när materialbalansen visar, att det för mängden råvara till förgasaren och mängden alstrad gas finns en brist i mängden fasta partiklar, som avlägsnas via slussfic- kan. När detta förhållande fortlever under längre tid, blir det nödvändigt att stänga av driften och avlägsna blockeringen, som vanligen sker i den smalare delen av apparaturen ovanför den öv- re slussfickventilen. 451 727 En fördel med föreliggande uppfinning är att den gör-det möjligt att framställa en väsentligen partikelfri gas, bestående av kol- monoxid och väte. En annan fördel är att uppfinningen gör det möjligt att framställa syntesgas under övertryck. Ännu en annan fördel är att uppfinningen gör det möjligt att öka borttagningen av aska och ej omvandlade, fasta bränslepartiklar ur ett system för förgasning av bränslen som innehåller aska.

Enligt uppfinningen ges anvisning på ett förfarande för framställ- ning av väsentligen partikelfri syntestas i en apparatur, inklude- rande en störtkylningszon, en vattenfylld uppsamlingszon, skild från och under störtkylningszonen, och en ventilreglerad passage mellan störtkylnings- och uppsamlingszonerna, varvid man låter ett askinnehållande bränsle undergå partiell oxidation under övertryck för att alstra en ström av syntesgas, innefattande kolmonoxid och väte och innehållande heta partiklar av aska och ej omvandlat bränsle, störtkyler de heta partiklarna genom att bringa dem i kontakt med vatten i störtkylningszonen och, när ventilen är öppen, låter de störtkylda partiklarna sjunka genom störtkylningszonen ned i den vattenfyllda uppsamlingszonen under störtkylningszonen, vilket är kännetecknat av att man upprätthåller ett kontinuerligt flöde av vatten, innehållande störtkylda partiklar från störtkyl- ningszonen till uppsamlingszonen vid en hastighet för att förhind- ra ett uppåtriktat flöde genom_nämnda passage av vatten som undan- trängts av de sjunkande störtkylda partiklarna.

Råvaran till förfarandet enligt uppfinningen omfattar vilket ask- innehållande, kolhaltigt bränsle som helst, t.ex. kol, subbitu- minöst stenkol, lignit, vissa typer av koks, biomassa och liknan- de material. Vanligen är sådant bränsle fast, fastän bränslen, vilka är vätskeformiga vid förhöjda temperaturer, som t.ex. kol- vätskeöverföringsåterstod, även kan användas. För att betraktas som askinnehållande skall bränslet ha en askhalt av minst ca 1 vikt-%. Om råvaran är smält vid förhöjd temperatur, kan den vara föruppvärmd och införd i gasbildningszonen i form av en vätska.

Om emellertid bränslet är fast även vid förhöjda temperaturer, så skall det malas till en partikelstorlek understigande 6,35 mm och företrädesvis malt så att minst 95% passerar genom en 14 mesh sikt enligt amerikansk standard (1,41 mm öppning). Bränslet spru- 451 727 tas sedan in i gasalstringszonen, där det undergâr partiell oxi- dation med en gas, som t.ex. luft, syreberikad luft eller väsent- ligen rent syre, dvs syre med en renhet av minst ca 95%. Det fas- ta bränslet kan införas i den partiella oxidationszonen i form av en uppslamning i en vätska, t.ex. vatten eller olja eller i e form av en suspension i ett gasformigt eller ångformigt medium, som t.ex. ånga, koldioxid eller blandningar därav. Vatten eller :y ånga kan även införas i gasbildningszonen eller den partiella oxidationszonen som en temperaturmodifierande komponent, när bräns- lerâvaran är vätskeformig eller består av en uppslamning av fas- .ta ämnen i olja eller någon annan brännbar vätska.

I gasalstringszonen utsättes bränslet för partiell oxidation vid en autogent bibehållen temperatur mellan ca 980 och 1760°C, före- trädesvis mellan ca 1090 och 1540°C. Trycket i gasalstringszonen kan variera mellan ca 0,27 och 20,6 MPa, företrädesvis mellan ca 0,41 och 17,1 MPa. Syret kan införas i gasbildningszonen vid ett atomförhâllande syrezkol av mellan ca 0,7 och 1,6, företrädesvis mellan 0,8 och 1,2. Om bränslet är fast och införes i gasbildnings- zonen i form av en uppslamning i vatten, skall uppslamningen in- nehâlla mindre än ca 50 vikt-% vatten, då en vattenhalt över den- na mängd kommer att påverka reaktionens termiska effektivitet.

I en metod för utvinning av värme ur syntesgas, som framställts genom den partiella oxidationen av ett askinnehållande bränsle, kan man låta gasen passera nedåt från gasalstraren genom en strål- ningskylzon tillsammans med de inneslutna partiklarna av aska och eventuella ingående, ej omvandlade bränslepartiklar. Gasen ledes sedan av från sin ursprungliga väg genom strålningskylzonen och i en föredragen utföringsform i en mer eller mindre uppåtgående riktning till en konvektionskylzon, där den ledes uppåt i indi- rekt värmeväxling med ett kylmedium, som t.ex. vatten. De fasta partiklarna fortsätter på sin väg och kommer i kontakt med vat- ten i en störtkylningszon vid den nedre delen av strålningskylzo- nen, där de vätes och tenderar att avsätta sig i vattnet. De fas- ta partiklarna passerar sedan nedåt genom den övre ventilen i en slussficka, som också kan betraktas som en avsättningszon, där de uppsamlas. Eftersom den övre ventilen i slussfickan mestadels hâlles i ett öppet läge, fylles slussfickan med vatten. För att tömma ut de fasta partiklarna stänges periodiskt den övre venti- il 451 727 len i slussfickan och en ventil som är belägen vid den nedre de- len av slussfickan öppnas, vilket medger att vattnet och de fas- ta partiklarna avlägsnas ur systemet. där detta moment slutförts. stänges den lägre ventilen i slussfickan, slussfickan fylles med vatten, sättes under tryck och sedan öppnas den övre ventilen för att tillåta ytterligare aska eller slagg att sätta sig och upp- samlas i slussfickan. Alternativt och företrädevis som en korro- sionsförhindrande åtgärd hâlles slussfickan full med vatten, me- dan. de. npesamlêde fissta. ämfleflfl...fömmefi..fl.tf .Detta åfßtsdkvmmes .Befëvm . att man inför vatten företrädesvis vid den övre delen av sluss- fickan, medan den övre ventilen mellan slussfickan och störtkyl- ningskammaren är stängd, genom ett separat inlopp med samma has- tighet som innehållet i slussfickan tömmes ut genom den öppnade undre ventilen. Pâ detta sätt är slussfickan hela tiden full med vatten och luft tillåtes inte komma in i slussfickan.

För att förhindra bildningen av en blockering utanför den övre ventilen i slussfickan får i en utföringsform av uppfinningen vatten cirkulera utvändigt från slussfickan till störtkylnings- zonen för att framkalla ett nedåtriktat flöde av vatten innehål- lande inneslutna partiklar genom den övre ventilen i slussfickan.

Detta kan åstadkommas genom att ta ut vatten från den översta de- len av slussfickan eller i närheten därav och leda det tillbaka direkt eller indirekt till störtkylningszonen. Genom en modifie- ring av ventiler och rörledning kan öppningen, som användes för uttagningen av vatten för returnering till störtkylningszonen, vara samma öppning som användes för införandet av vatten under slussfickans tömningsmoment. Utloppsledningen för det uttagna vattnet separeras lämpligen från den nedåtgående strömmen av vat- ten innehållande störtkylda partiklar med hjälp av en avskärm- ningsplatta, så att ett minimum av partiklar återföres till störtkylningszonen. Genom arbetande på detta sätt passerar en kontinuerlig ström av vatten nedåt från störtkylningszonen till uppsamlingszonen och hjälper härvid till att överföra det fasta materialet från störtkylningszonen till uppsamlingszonen eller slussfickan och förhindrar därigenom bildningen av en blockering.

Denna ström avbrytes emellertid, när slussfickans program för borttagning av de ihopsamlade fasta partiklarna igångsättes. vattnets strömningshastighet från störtkylningszonen till uppsam- r451 727 lingszonen eller slussfickan är inte kritisk men bör vara större än hastigheten för det uppåtriktade flödet, dvs hastigheten för den uppåtriktade strömmen av vatten som ersättes av de sjunkande askpartiklarna om det inte förekom någon cirkulation. Av praktis- ka skäl bör den nedåtriktade strömmens hastighet vara åtminstone 0,009 m per sekund, företrädesvis minst 0,015 m per sekund.

Eftersom inloppet och utloppet i slussfickan kontrolleras med ven- tiler, har förbindelsen mellan störtkylningszonens utlopp och in- loppet till slussfickan en sektion med gradvis minskande tvär-"",'h snittsarea. För att förhindra större partiklar av aska eller slagg att sätta igen detta omrâde eller sätta igen ventilen, är det till- rådligt att ha en finfördelare ovanför den avsmalnande sektionen.

Sedan syntesgasen lämnat konvektionsdelen, kan den komma till vil- ken lämplig användning som helst, t.ex. för syntesen av organiska föreningar, framställningen av vätgas eller för användning som ett bränsle.

Fastän strålningskylaren beskrivits som en anordning med nedåtrik- tad strömning och konvektionskylaren som en anordning med uppåt- riktad strömming, är det möjligt med modifieringar av apparaturen, så att den har gasflödet i endera riktningen genom varje stycke av utrustningen.

Vid en annan metod för värmeutvinning införes den syreinnehållan- de gasen och bränslet i gasalstraren eller den partiella oxida- tionszonen vid dess övre del och får sedan passera nedåt genom gasalstraren. En störtkylningszon innehållande vatten är placerad vid den nedre delen av gasalstraren, men innan den varma produkt- gasen når störtkylningszonen, ledes den av i en mer eller mindre uppåtgående riktning in i en strålningskylzon, samtidigt som de fasta partiklarna fortsätter på sin väg in i störtkylningsvatt- net, där de vätes och sjunker genom vattnet i störtkylningszonen ned i en slussficka eller uppsamlingszon. Den avledda gasen kan sedan ledas i ena fallet uppåt genom en strålningskylzon och se- dan ned genom en konvektionszon eller i ett annat fall ned genom en strålningskylzon och uppåt genom en konvektionskylzon eller al- ternativt antingen uppåt eller nedåt genom båda kylzonerna. 451 727 För att underlätta fasta partiklars förflyttning från störtkyl- ningszonen till uppsamlingszonen låter man även här vatten cir- kulera från uppsamlingszonen till störtkylningszonen, så att ett konstant nedåtriktat flöde åstadkommes från störtkylnings- zonen genom den övre ventilen i slussfickan till uppsamlingszonen.

Vatten,_som får cirkulera utvändigt_från uppsamlingszonen kan in- föras i störtkylningszonen ovanför det däri befintliga vattnets Yta t°°dh .S-Prutf-sa På yäênf vihlkeëlflsdiörnaitv alla sYefêëPella flïf tande partiklar vätes och därigenom sjunker eller å andra sidan> kan det införas under störtkylningsvattnets yta och ledas uppåt mot ytan för att öka turbulensen i störtkylningsaonen eller ledas nedåt för att därigenom öka trycket av vattenflödet till sluss- fickan och reducera tendensen hos slagg- eller askpartiklar att bilda en brygga tvärsöver den trängre delen av inloppet i sluss- fickan med den resulterande blockeringen av strömning av fasta ämnen in i slussfiokan eller någon kombination av de tre. När det cirkulerande vattnet införes under ytan av störtkylningsvattnet i en uppâtgående riktning, åstadkommas en flotationseffekt, som tenderar att separera kolrika partiklar från de tätare partiklar- na, som är askrika, varvid lämpligen störtkylnings-"nedblåsning- en" tages från nära störtkylningsvattnets yta för att avlägsna vatten med en högre andel kolrika partiklar. Störtkylningsned- blåsningsströmmen är ett flöde som uttages ur störtkylningszonen för att hjälpa till att reducera mängden föroreningar, såsom klo- rider och formater-i störtkylningsvattnet. Vatten matas in i stört- kylningszonen för att ersätta det som tagits ut i samband med störtkylnings-"nedblåsningen" för att därigenom bibehålla vatten- nivån i störtkylningszonen väsentligen konstant.

I en annan utföringsform av uppfinningen kan vatten, hellre än att man låter vatten cirkulera från slussfickan till störtkyl- ningskammaren, uttagas från slussfickan och kombineras med stört- kylnings-nedblåsningsströmmen och överföras till en sedimente- ringsanordning, där de fasta partiklarna avsättes ur vattnet, som sedan kan ledas tillbaka till störtkylningszonen som stört- kylningsvatten för återuppfyllnad eller användas för beredningen av ytterligare uppslamningsråvara. För att kompensera för det öka- de flödet av vatten till sedimenteringsanordningen ökas flödet av störtkylningsvatten för återuppfyllnad i störtkylningszonen 451 727 a i en mängd som är lika stor som den mängd som uttagits ur sluss- fickan. Pâ detta sätt bibehålles ett flöde av vatten från stört- kylningskammaren genom.de4övre ventilen i slussfickan in i sluss- fickan.

'Exempel på effektiviteten vid tillämpningen av föreliggande upp- finning framgår av en serie högtryckskolförgasningskörningar, vid vilka den i förgasaren införda råvaran utgjordes av ett kol med beteckningen Kentucky nr. 9. Alla körningarna gjordes under_ i huvudsak identiska driftsbetingelser. Den första körningen va- rade i 26,6 timmar, då driften fick stoppas på grund av att slagg täckte över den övre ventilen i slussfickan. Efter borttagning av övertäckningen återupptogs förgasningen men övertäckning med slagg resulterade i att den andra körningen stängdes av efter 18 timmar.

Den tredje körningen varade i 20,5 timmar och den fjärde i nästan timmar, då båda var tvungna att stängas av av ovannämnda skäl.

Före den femte körningen inmonterades ett nedblåsningssystem för att med konstant hastighet lyfta vatten-från den övre delen av slussfickan in i störtkylnings-"nedblåsningen". Det nedåtriktade flödet av vatten från störtkylningskammaren via den övre venti- len i slussfickan och in i densamma vid en hastighet av 0,021 m per sekund var framgångsrik så tillvida som den femte körningen fortsatte i 42,5 timmar och avslutades inte på grund av igensätt- ning med slagg utan av mekaniska skäl. När detta förhållande kor- rigerats, igångsattes enheten och kördes med framgång i 66,8 tim- mar utan avbrott, när försöket-frivillnn;avslutades. Därefter kördes enheten i 112 timmar i sträck.

Av föregående försök framgår, att före tillämpningen av förelig- gande uppfinning var det nödvändigt att avbryta enhetens körning efter ca 20 till 25 timmars drift på grund av igensättning. Men efter installeringen av ett system, med vars hjälp vatten kunde ledas från störtkylningskammaren via den övre ventilen i sluss- fickan och in-i densamma, förekom inte någon igensättning eller övertäckning med slagg i utrustningen och över 200 timmars drift fullföljdes utan att detta problem uppträdde.

Fastän uppfinningen beskrivits i anslutning till förgasnings- system, där syntesgasen införes i störtkylningsvattnet under vat- tenytan, så att inte enbart de fasta partiklarna av aska och ej .cl 4ö1 727' 9 . _ omvandlat bränsle störtkyles utan även syntesgasen som sådan, fungerar den lika bra vid förgasningsoperatiner, vid vilka vatt- net i störtkylningszonen föreligger i ett mer eller mindre orör- ligt tillstånd. Ölika modifieringar av uppfinningen såsom den här beskrivits, kan göras utan att man därvid avviker från dess andemening ochd ramen för densamma och därför skall endast begränsningar göras som är angivna i åtföljande patentkrav.

Claims (12)

1. 451.727 Patentkrav 1; Förfarande för framställning av väsentligen partikelfri syntesgas i en apparatur. inkluderande en störtkylningszon. en vattenfylld uppsanlingszon. skild från och under störtkyl- ningszonen. och en ventilreglerad passage nellan störtkyl- nings- och uppsanlingszonerna. varvid nan låter ett askinne- a hållande bränsle undergâ partiell oxidation under övertryck för att alstra en ström av svntesgas. innefattande kolnonoxid och väte och innehållande heta partiklar av aska och ej onvandlat bränsle. störtkyler de heta partiklarna genom att bringa den i kontakt ned vatten i störtkylningszonen och. när ventilen är öppen. liter de störtkylda partiklarna sjunka genom störtkylningszonen ned i den vattenfyllda uppsanlings- zonen under störtkylningszonen. k ä n n e t e c k n a t av att man upprätthåller ett kontinuerligt flöde av vatten inne- hållande störtkylda partiklar från störtkylningszonen till uppsanlingszonen vid en hastighet för att förhindra ett uppåt- riktat flöde genom nämnda passage av vatten son undantrångts av de sjunkande störtkylda partiklarna. .
2. S7 2.
3. Förfarande enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att flödet upprätthålles genon att vatten får cirkulera från upp- sanlingszonen till störtkylningszonen. i3. förfarande enligt krav 2. k ä n n e tle c k n a't av att det cirkulerande vattnet införes i störtkylningszonen ovanför den däri befintliga vattenvolynens yta.
4. 4. Pörfarande enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a t av att- det cirkulerande vattnet införes i störtkylningszonen under den däri befintliga vattenvolynens yta.
5. 5. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-4. k ä n n e t e c k n a t av att gaserna och de inneslutna partiklarna. son lämnar den partiella oxidationszonen. passerar genom en strâlningskylzon. innan partiklarna när störtkylningszonen. 1\ 451 727
6. 6. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-4. K ä n n e t e c k n a t av att gaserna avledes till en strål- ningskylzon. medan partiklarna fortsätter på sin väg in i vatten 1 störtkylningszonen.
7. 7. Förfarande enligt krav 5 eller 6. k ä n n e t e c k n a t av att gasens väg genom strålningskylzonen är nedåtriktad. B.
8. Förfarande enligt krav 5 eller 6. k ä n n e t e c k n-a t av att gasens väg genom strâlningskylzonen är uppåtriktad.
9. 9. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-8. k ä n n e t e c k n a t av att uppsamlingszonen hälles full med vatten. medan partiklarna uttages därur.
10. 10. Förfarande enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att vatten. som uttagits ur uppsamlíngszonen. kombineras med en nedblåsningsström. som tages från störtkylningszonen. att den så bildade blandningen får sätta sig och att vatten. som utvunnits från uppsamlingszonen. ledes tillbaka till systemet.
11. ll. Förfarande enligt krav 10. k ä n n e t e c k n a t av att avsättningsvattnet ledes tillbaka till störtkylningszonen.
12. 12. Förfarande enligt krav 10. k ä n n e t e c k n a t av att avsättningsvattnet införes i den partiella oxidationszonen tillsammans med den askinnehållande rävaran.