SE459584B - Foerfarande foer foeraedling av raagas framstaelld ur ett kolhaltigt material - Google Patents

Description

459 584 10 15 20 25 30 35 tillräckligt långtgående ragasförädling hittills ej utvecklats.

Det traditionella sättet att nedbringa tjârhalter i ragas är genom vatskrubbning, men aerosolbildning i skrubbern gör tjâravskilj- ningen ineffektiv. Dessutom får ett processvatten med höga halter av organiska ämnen och ammoniak, varför detta i sin tur maste renas före utsläpp till avloppanät. Vid förgalning av RDF inne- haller vattnet även höga halter löst saltsyra och/eller ammonium- klorid. Vid förgasning av mer svavelrika bränslen, t ex torv eller kol, behöver gasen dessutom renas fran vätesulfid.

Syftet med föreliggande uppfinning är att astadkomma ett ragasförädlingsförfarande, varigenom ovannämnda problem i väsent- lig grad löses_ '. ' Detta syfte uppnas genom att förfarandet enligt uppfinningen uppvisar de i bifogade patentkrav angivna sârdragen.

Uppfinningen avser sålunda ett förfarande för förädling av en tjär- och ammoniakhaltig rågas, i speciella fall även innehal- lande betydande mängder väteklorid, som framställs via en godtycklig förgasningsprocess ur ett kolhaltigt material, tyex bark, ved, torv eller förbehandat hushållsavfall RDF, varvid nedbrytning sker i ett sekundärsteg i kontakt med lämpligt aktivt (katalytiskt och ev. absorberande) material, t ex dolomit, av den i ragasen närvarande tjäran och ammoniaken, företrädesvis till en sadan nivå att resterande halter understiger S00 resp 300 mg/Nm3.

I speciella fall sker samtidigt absorption till i det närmaste termodynamisk jämvikt av väteklorid. Sekundärsteget utgörs av en cirkulerande snabb fluidiserad bädd (CFB) med bäddmaterial till åtminstone övervägande del i form av aktivt material, t ex dolomit. Med detta utförande kan eekundärsteget också integreras med en godtycklig CFB-förgasare, enbart föreganget av primär partikelavskiljare, eller annan typ av förgasare.

Vi har funnit att tillräcklig nedbrytning av tjäror och ammoniak och i speciella fall samtidig absorption av väteklorid kan uppnås, genom att man först separerar den tjärhaltiga gasen från pyrolyserande större brânslepartiklar i förgaeningsstegst och därefter i ett separat sekundärsteg i form av en cirkulerande snabb fluidiserad bädd kontaktar gasen med ett lämpligt aktivt material, såsom dolomit, vid lämpliga processparametrar.

Om det kolhaltiga materialet även innehåller svavel i betydande mängder, vilket t ex är fallet med torv, kommer givetvis 10 15 20 25 30 35 3 459 584 även absorption av vätesulfid pa det katalytiska och absorberande materialet att äga rum.

Den mängd aktivt material som behövs i förhållande till ra- gasmöngden bestäms av möjlig space-velocity för katalytisk ned- brytning av tjäror och ammoniak och beror av flera parametrar sa- som temperatur, gasens uppehallstid, det aktiva materialets parti- kelstorlek, partialtryck av reaktanter samt det aktiva materialets deaktiveringsgrad. För lag temperatur och/eller C02-partialtryck kan resultera i att tjärnedbrytningen ger kolutskiljning pa den aktiva ytan, vilket medför deaktivering. Sker detta kan materialet aktiveras genom behandling med oxiderande gas, t ex luft och/eller ange. Absorption av HCI (och/eller H28) sker sa pass'snabbt vid aktuella temperaturer att förloppen blir i stort sett jämviktstyrda samt medför en förbrukning av aktivt material motsvarande bildad fast klorid (resp sulfid).

Vi har sålunda funnit att absorption av klorid (och i före- kommande fall även av vätesulfid) pa ett aktivt material sàsom dolomit är en snabb reaktion och kräver närvaro av avsevärt mindre mängd aktivt material i förhallande till gasflödet än katalytisk nedbrytning av tjäror och ammoniak.

Utnyttjande av ett sekundärsteg i form av en snabb cirkule- rande fluidiserad bädd (CPB) innebär väsentliga fördelar.

En sadan bädd klarar från förgasaren medryckt stoft, ger mycket jämn temperatur i reaktionszonen samt ger dessutom en homo- gen kontakt mellan gas och bäddmaterial, dvs liten risk för varia- F' tioner i omsättning/absorptionsgrad_ Vidare kan partikelstorleken varieras nedåt i hög grad, i de fall detta behövs för ökad om- sättning vid given temperatur och space-velocity. Kraftig erosion av bäddmaterialet medför också ökad tillgänglig aktiv yta. Ett sekundärsteg utformat som CFB kan ocksa med fördel integreras med en godtycklig CFB-förgasare, vilken enbart har en primär partikelavskiljare, eller annan typ av förgasare. Man far också relativt smà diametrar vid uppskalning, da gashastigheterna kan företrädesvis upp=til1 6 hållas relativt höga, upp till ca 10 mls, m/s.

Utgöre förgasaren av en CFB-förgasare, kan salunda anslut- ning ske direkt efter primär etoftavskiljning. Används aktivt material som bäddmaterial i CFB-förgasaren, kan sekundärsteget pà ett fördelaktigt sätt integreras med förgasaren, t ex sa att stoft 459 584 10 15 20 25 30 35 I fran en sekundär partikelavskiljare efter aekundärsteget helt 1 eller delvis aterförs till förgasaren. De totala förlusterna av i bäddmaterial blir pa detta sitt också lägre, och man erhåller _ ' dessutom fördelen av att enbart använda sig av en typ av bäddma- terial.

Nödvändig mängd aktivt material i sekundärstegets reaktor- schsxn för tillräcklig nataiytiak nedbrytning av tjära och ammoniak styrs genom totalt tillsatt mängd samt genom styrd atercirkulation av bâddmaterial. Erforderlig omsättning styr lämplig kombination av temperatur, partikelstorlek och mängd aktivt material. Genom nötning, deaktivering och/eller absorption av HCI (och ev H28) förbrukat aktivt material ersätts'med tillsats av motsvarande mängd färskt aktivt aateriai een/eller aktiverat sådant material. Uppehallstiden för gasen kan styras genom kombinationen diameter/höjd Ovanför gasinloppet.

I de speciella fall, da HCI i betydande mängder finne närvarande i ragasen, innebär med utgående gas fràn sekundärsteget medryckt aktivt material att HCl-absorptionen förbättras, da denna termodynamiskt blir mer långtgående vid lägre temperaturer, förutsättning att den förädlade gasen under kyle till väsentligen lägre temperatur före slutlig Itoftavskiljning.

Uppfinningen kommer i fortsättningen att beskrivas genom ett icke begränsande utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, vilken schematiekt vilar ett förgasnings- och gasföräd- lingesyetem som inbegriper föreliggande uppfinning.

I det pà ritningen visade systemet tillförs kolhaltigt material 1 till en förgasare 3, som utgörs av en cirkulerande snabb fluidiserad bädd (CFB). Denna innefattar en reaktor Sl, en primäravskiljare 52 och àtercirkulationsorgan 53 för i primärav- ekiljaren avskilt bâddmaterial. Bâddmaterialet utgörs av aktivt katalytiskt och absorberande material, företrädesvis i form av char.

Primaravskiljaren 52 är en mekanisk avskiljare av ickecentrifugal typ, lämpligen dolomit, uppblandat med icke förgasat kolhaltigt material, en balkavekiljare, i enlighet med vad som beskrivs i vart europeiska patent EP 0 103 613, vartill härmed hänvisas. avseende en CFB-panna och Den i förgasaren 3 framställda heta ràgaeen 2 uttages direkt fran primaravskiljaren 52 och tillförs direkt ett gasrenande sekundärsteg 25 utan nagon ytterligare stoftavskiljning.. Sekun- 10 15 20 25 30 35 459 584 därsteget 25 är uppbyggt som en cirkulorands snabb fluidiserad bädd (CFB) 26 och har samma slags aktiva bäddmatorial som förgasaren 3.

Ragaeen 2 tillförs sekundärsteget 25 så att den utgör flui- diseringsgas.

Sekundirsteget 25 är utformat med ett lángemalt reaktor- schakt med godtyckligt tvärsnitt (t ex cirkulärt eller kvadratiskt). reaktorschaktets topp avskiljs till övervägande del i en primär Bäddmaterisl som följer med gasströmmen ut ur partikelavskiljare 27, företrädesvis en balkavskiljars av samma slag eom'íörgasarene balkavskiljare, följd av en sekundär avskil- jare 28, företrädesvis en cyklon. I den primära partikelavskil- jaren avekilt material 30 aterföre till den cirkulerande bäddens 26 nedre del via en àtercirkulationsanordning_ I den sekundära partikelavskiljaren 28 avskiljt material 29 tillförs huvudsakligen förgaearene 3 nedre del, ström 31. En del av meterialströmmen 29 kan dessutom vid behov tillföras den cirkulerande bäddens 26 nedre del, ström 43. ström 34, och/eller matas ut ur systemet, För inmatning av färskt katalytiekt och abaorberande mate- rial 14 till sekundärsteget 25 används en sidoinmatningsanordníng 15 placerad på lämplig höjd. Pörbrukat och/eller deaktiverat bädd- material 35 matas ut med hjälp av en utmatningsanordning 36 place- rad i anslutning till botten av sekundärsteget 25.

Det i sekundärsteget använda aktiva materialet utgörs i detta exempel av ett kalcium-magneciumkarbonathaltígt material, företrädesvis dolomit, med partikelstorlek mindre än 2 mm, företrädesvis mindre än 1 mm, som i kombination med den genomströmmande gasen bildar den cirkulerande snabba fluidiserade bädden 26.

Gashastigheten i sekundärstegets reaktorschakts övre sektion räknad på fri tvärsnittsyta är inställd sa att den är under l0 m/s, företrädesvis ej över 6 m/s.

Den snabba cirkulerande bäddens 26 fluidiseringegas utgörs av ràgasen 2 samt tillsatt oxíderingsgas 13, t ex luft. Vid:behov kan dessutom ytterligare oxíderingsgas 33 tillsättes sekundäreteget 25 pà en eller flera andra lämpliga, högre liggande nivåer.

Nedbrytning av i ràgasen 2 ingående tjära och ammoniak samt absorption av i ràgasen ingående klorid sker genom kontakt med det 459 584 'a 10 15 20 25 30 35 katalytiska och absorberande materialet i den cirkulerande bädden 26 inom ett temperaturintervall av 600-1000°C, företrädesvis 700- 900°C. Erforderlig tsmperaturniva upprätthålla: genom förbränning av brännbara gaskomponenter inuti sekundärsteget 25, vilket styrs ström 13 och 33.

Medelsuspensionsdensiteten i sekundärstegets 25 reaktor- echsxt nalle inom intervallet 20-aoo kg/m3, intervallet so-:so kg/m3, genom anpassning av tillsatt mängd oxideringsgas, företrädesvis inom sa att erforderlig kontakt mellan passe- rande gas och aktivt material erhålls. Detta sker genom anpassning av total mängd cirkulerande material i kombination med styrning av flödet av aterfört material 30 och 34. eaaens uppshaiiszid 1 reaxtersenaxtet, räknat äs tomt - reaktorschakt, hålls inom intervallet 0,2-20 s, företrädesvis inom intervallet 0,5-7 s.

Aktivering av deaktiverat katalytiskt och absorberande material kan vid behov genomföras genom tillsats av oxideringsgas 32, t ex luft, till det material som aterförs till den cirkule- rande bdddens nedre del, ström 30 och 34. Mängden tillsatt oxida- ringsgas 32 styrs så att aktiveringen sker inom ett temperatur- intervall av 600-1000°C, företrädesvis inom intervallet 750-900°C.

Före idrifttagning av processen sker uppvärmning av sekun- därsteget 25 inklusive dess bäddmaterial genom förbränning av gasol 24 däri.

Den fran sekundärstegets 25 sekundära avekiljare 28 utgående förädlade gasströmmen 4 befrias från medryckt fínfördelat bädd- material och vattenånga i efterföljande gasbehandlingssteg.

Gasen passerar genom tva stycken värmeväxlare.

I den första värmevâxlaren 37 sker värmeväxling med oxideringsgas, ström 10, avsedd för bade förgasaren 3 och sekundârsteget 25, så att för- värmd oxíderingsgas ll vid utloppet från värmeväxlaren 3? har lämplig temperatur, företrädesvis ca 400°C. Den färvärmda oxida- ringsgasen 11 används bade i förgasaren 3 (bl a som fluidiserings- gas), ström 12, och i sekundärsteget 25, ström 13, 32 och 33.

I den'efterföljande andra värmeväxlaren 38 sänks temperatu- ren på gasen 5 till en nivå som tillåter att den avgående gasen 6 kan renas ytterligare under användning av t ex standardtextil- filter eller cyklon för vidare stoftavskiljning, vid 39, dvs före- trädesvis ned till 150-3D0°C. Avskilt stoft 18 leds ut ur ctoftav- skiljningssteget 39.

IQ 15 20 25 30 35 7 459 584 Gasströmmen 4 innehåller sasom nämnts medryckt finfördelat aktivt material som följer med gasströmmen ut ur den sekundära avskiljaren 28. I speciella fall, t ex vid förgasning av RDF, innehåller ragasen 2 från förgasaren betydande mängder RCI.

Eftersom absorption av HCI pa kalkhaltigs material, såsom dolomit, gynnas av sjunkande temperatur bidrar gaskylningen i värmeväxlarna 37 och 38 till att öka absorptionsgraden av resterande HCl pa det medryokta materialet.

Den i det närmaste stoftfria gasen 7, som lämnar stoftavskiljningssteget 39, leds till en skrubber 40, i vilken den befrias fran fukt och övriga vattenlösliga komponenter. I skrubbern 40 sker bade befuktning av gasströmmen 7 och' _ utkondensering av vattenånga. Vid de aktuella betingelserna sker dessutom utfallning av i det närmaste allt resterande fint stoft samt absorption av vattenlösliga geskomponenter, t ex NH3, BCI och/eller NH¿Cl.

Den från skrubbern 40 utgående vattenströmmen 20 recirkule- ras med hjälp av en pump 41, varvid den kyls i en värmeväxlare 42, så att temperaturen i till skrubbern 40 átercirkulerat vatten 19 hålls inom intervallet 15-20°C. Överskottsvatten 21 avleds från vattenkretsen.

Gasen 8 som lamnar skrubbern kan för industriella ändamål betraktas som ren, dvs i det närmaste fri fran tjäror, amoniak, stoft, HCl och H28. Den är dock vid rådande utloppstemperatur (ca 30°C) mättad med vattenånga. Beroende pà applikation kan, för minskning av den relativa fuktigheten, gasströmmen 8 förvärmae eller genomgå nagot ytterligare torkningssteg med syfte att minska dess fukthalt. Den rena gasen uppfyller kraven för motordrift, t ex medelst turboladdade dieslar, och kan förbrännas utan efterföljande avgasrening.

För enklare applikationer, t ex värmeproduktion i pannor. kan skrubbern 40 utelämnas, så att den förädlade gasen används antingen direkt efter värmeväxlaren 37, ström 22, eller efter stoftavekiljaren 39, ström 23. g I det beskrivna exemplet har sekundärsteget 25 integrerats med en fërgasare 3 baserad pa CFB-teknik. Förgasaren 3 kan produ- cera ragaeen 2 utgående fràn flera olika bränsleelag, t ex grov bark, torv eller förbehandlade sopor RDF. Som bäddmaterial i den cirkulerande bädden i förgasaren 3 än det såsom nämnts lämpligt 459 584 e att använda katalytiskt och absorberande material av samma typ som i nøkundârsteget 25.

Det sammanlagda tryckfallet för den tillíörda oxiderings- gasen , t ex luft, vid passage genom produktíonsslingan är något 5 över 1 bar. Detta ställer krav på användning av en kompressor 16 som höjer oxideringagasans tryck i strömmen 9 till den för ända- målet behövliga trycknivàn i strömmen 10.

I

Claims (21)

10 15 20 25 30 35 459 584 NT V

1. Förfarande för förädling av en ragas framställd ur ett kolhaltigt material medelst en förgasningsprocess, varvid föräd- lingen sker i ett_frän förgaeningsprocessens förgasare ätskilt eekundärsteg, kinnetecknat av att man för att minska gasens innehall av tjära i form av vid lägre temperaturer såsom rumstem- peraturer kondenserbara organiska föreningar, och av ammoniak genomför förädlingen i ett sekundärsteg i form av en snabb cirku- lerande fluidieerad bädd, vars bäddmaterial till åtminstone över- vägande del utgörs av ett aktivt material i form av för tjär- och ammoniaknedbrytning katalvtiskt material, eventuellt under sam- tidig tillsats av oxiderande gas, företrädesvis syrenaltig gem och/eller anga, varvid man anpassar ständigt närvarande mängd katalytiskt material, dess partikelstorlek, sekundärstegets ut- formning med avseende pa kontakt mellan gas och fast material, arbetstemperatur, mängd eventuellt tillsatt oxiderande gas samt gasens uppehallstid, sä att katalytisk nedbrytning av i ràgasen närvarande tjära och ammoniak sker, företrädesvis till halter understigande 500 respektive 300 mg/Nm3 i förâdlad gas.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att man för att även minska gasens innehåll av väteklorid utnyttjar ett aktivt material som också kan absorbera klorid, varvid arbetstemperaturen även anpassas och intermittent eller kontinuerlig tillförsel av färskt katalytiskt och absorberande material i tillräcklig mängd görs för att i rägasen närvarande väteklorid skall absorberas pà materialet, företrädesvis tillräckligt långtgående för att halter av väteklorid i förädlad gas skall motsvara i det närmaste termodynamisk jämvikt, samtidigt som tillräcklig mängd ständigt närvarande, för katalytisk nedbrytning aktivt material upprätt- hålls, varvid motsvarande mängd av materialet innehållande absor- berad klorid bortförs från sekundärsteget intermittent eller kon- tinuerligt.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att sekundärstegets arbetstemperatur inställs inom intervallet 600-1000°C, företrädesvis inom intervallet 700-900°C. 2 eller 3, kännetecknat av

4. Förfarande enligt krav 1, att sekundärstegets arbetstemperatur styrs genom tillsatt mängd syrehaltig gas. 459 584 10 15 20 25 30 35 10

5. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetecknat av att det aktiva materialet utgöra av magnesiumkal- ciumkarbonathaltigt material, företrädesvis dolomit, och/eller motsvarande kalcinerad (bränd) produkt.

6. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetecknat av att på grund av kolutekiljning eller av annan anledning deaktiverat aktivt material intermittent eller konti- nuerligt bortföre fran eekundâreteget och ersätts med motsvarande mängd färskt och/eller aktiverat material.

7. Pörfarande enligt krav 6, känneteclnat av att från sekundärsteget bortfört deaktiverat aktivt material aktiveras genom behandling med oxiderande gas, företrädesvis syréhaltig.gas och/eller ange, i ett separat aktiveringesteg, och att sålunda aktiverat material återföra till eekundäreteget.

8. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kânnetecknat av att på grund av kolutskiljning eller av annan anledning deaktiverat aktivt material aktiveras genom behandling med oxiderande gas, företrädesvis syrehaltig gae och/eller ånga, i sekundäretegets atercirkulationssystem för avskilt bäddmaterial.

9. Förfarande enligt krav 7 eller 8, kännetecknat av att aktiveringen sker vid en arbetstemperatur inom intervallet 800-l000°C, företrädesvis inom intervallet 750-9Û0°C.

10. Förfarande enligt krav 7, 8 eller'Q, kínnetecknat av att aktiveringsarbetstemperaturen styrs genom tillsatt mängd syrehaltig gas.

11. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetecknat av att ragasen tillförs sekundärsteget direkt fran förgasaren utan mellanliggande etoftavekiljning.

12. Förfarande enligt krav 11, då förgaearen innefattar en snabb cirkulerande fluidiserad bädd, kinnetccknat av att ràgaeen tillförs sekundärsteget direkt fran Eörgaearens primäravskiljare utan ytterligare etoftavekiljning.

13. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kënnetedknat av att sekundärstegets fluidiseringsgas innefattar ragasen och eventuell oxideringegas. _

14. Förfarande enligt krav 13, kännetecknat av att oxi- deringsgas som ej utgör fluidíseringsgas tillsätts sekundärstegets reaktor pà en eller flera nivaer ovanför fluidiseringegastill- föreeln. 10 15 20 25 30 35 ut ' 459 584

15. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetscknat av att man väljer den i eekundärstegst totala mängden närvarande aktivt material och styr atercirkulationsflödet av bäddmaterial för astadkommande av sådan suspenaionsdensitot hos den cirkulerande snabba fluidiserade bädden att för den kataly- tiska nedbrytningen önskvärd kontakt mellan passerande gas och det aktiva materialet åstadkommas.

16. föregående krav, Förfarande enligt nagot av kännetecknat av att gashastigheten i sekundärsteget räknat pa tomt reaktorschakt halla under 10 mls, företrädesvis under 6 m/6.

17: Förfarande enligt något av föregående krav, kännetacknat av att det katalytiska och abeorberande materialets partikelstorlek är mindre än 2 mm, företrädesvis mindre än 1 mm.

18. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetecknat av att medelsuepensionsdeneiteten i reaktorschaktet nalle inom intervallet 20-sou kg/m3, företrsaeevie inem inter- veiiet eo-zso kg/m3.

19. Förfarande enligt nagot av föregående krav, kännetecknat av att gasens uppehàllstid räknat på tomt reaktor- schakt nalle inom intervallet 0,2-20 s, företrädesvis inom inter- vallet 0,5-7 a.

20. Förfarande enligt nagot av föregaende krav, Iännctecknat av att vätekloridhalten i förädlad gas, som lämnar sekundärsteget, sänks ytterligare genom absorption pa i gasen efter sekundäretegets partikelavskiljning kvarvarande katalytiskt och absorberande material, varvid gasen efter sekundârsteget först kyla till väsentligt lägre temperatur, företrädesvis till en tem- peratur av mellan 150 och 300°C, och därefter utsätts för ytter- ligare stoftavskiljning.

21. krav, Förfarande enligt nagot av föregående kännetecknat av att sekundärstegete ràgaematning är direkt anslu- ten till den primära partikelavskiljaren i en förgasare med snabb cirkulerande fluidiserad bädd, i vilken det cirkulerande bäddma- terialet utgörs av aktivt material av samma typ som i sekundär- steget, att i sekundäreteget, företrädesvis i en sekundär parti- kelavekiljare, avskiljt etoft åtminstone delvis återföra till för- gasarreaktorns nedre del, och att med ragaeen från förgasaren medryckt bäddmaterial och eventuellt fràn förgasarens botten av- 459 584 12' tappat material ersätts genom det till förgasnrreaktorn från aekundâretaget áterförda materialet i kombination med firckt kata- lytiskt och abuorborande material som tillförs förgacarreaktorn intermittent alla: kontinuerligt. __..___N .__ _ u U,