SE503064C2 - Sätt att utvinna energi genom förgasning, samt därför avsedd reaktor - Google Patents

Description

20 25 30 v I öar-fn CI) Ch -fx 2 Användningen av förhöjda tryck vid förgasningsprocesser för bränslen är dock förbunden med ett flertal problem. När man arbetar vid tryck av ca 3 bar och högre blir reaktorns volym vanligen så liten, att svårigheter uppkommer att upprätthålla en god fluidisering av det reagerande materialet i systemet. Vidare blir ofta tiden för förgasningsreaktionen alldeles för kort i en kontinuerligt arbetande reaktor. Detta leder till en försämrad omsättningsgrad och en dålig processekonomi. En dålig omsättningsgrad leder även till en högre belastning av reningsanordningar och en större mängd avfall. Genom föreliggande uppfinning undanröjes nu i väsentlig grad dessa problem.

Enligt uppfinningen tillhandahålles ett sätt att utvinna energi och/eller brännbar gas genom termisk förgasning av bränslet under partiell förbränning, varvid bränsletoch en syrehaltig gas inledes i en förgasningsreaktor, i vilken upprätthålles ett slutet kretslopp av reaktanter och reaktionsprodukter, och under partiell förbränning bringas att cirkulera i detta kretslopp, och bildad brännbar gas och andra reaktionsprodukter utledes från reaktom, och reaktorn vid platsen för inledningen av den syrehaltiga gasen är utformad som en ejektor så, att den inledda syrehaltiga gasen driver bränslet och gaser runt i kretsloppet.

Lämpligen inledes bränslet och den syrehaltiga gasen tillsammans i reaktorn. Den bildade brännbara gasen och andra reaktionsprodukter utledes lämpligen från reaktorn vid en plats som är belägen uppströms från inloppet för den syrehaltiga gasen.

Företrädesvis genomföres den termiska förgasningen vid ett tryck av 2 - 40_bar över atmosfartrycket.

Vidare avser uppfinningen en reaktor för utvinning av energi och/eller brännbar gas ur bränsle genom termisk förgasning av bränslet under partiell förbränning och innefattande en reaktorkammare, inlopp för bränslet, inlopp för en syrehaltig gas, samt utlopp för brännbar gas och andra reaktionsprodukter. Enligt uppfinningen är reaktorkammaren utförd så, att ett slutet kretslopp av reaktanter och reaktionsprodukter upprätthålles i reaktorn, och reaktorkammaren är vid inloppet för den syrehaltiga gasen utformad som en ejektor så, att den inledda syrehaltiga gasen driver reaktanterna och reaktionsprodukterna runt i kretsloppet.

Företrädesvis inledes bränslet och den syrehaltiga gasen tillsammans genom samma 10 15 20 25 30 G30 (fl C .N -5.\ 3 inlopp. Vidare är utloppet för brännbar gas och andra reaktionsprodukter lämpligen anordnat vid en plats som är belägen uppströms från inloppet för den syrehaltiga gasen.

I dagens läge är ingen förbränningsreaktor känd, där man leder reaktanter och reaktions- produkter runt i ett system på sättet enligt uppfinningen. Om man skulle försöka göra detta i nuvarande reaktorkonstruktioner, skulle det vara nödvändigt att först rena gaserna och därefter leda dem genom en ny kompressor. Enligt föreliggande uppfinning driver en ejektor gaserna och därigenom även fast material runt i kretsloppet samtidigt som den tillför ny syrehaltig gas för förbränningen, och företrädesvis även nytt bränsle till förgasning.

Genom uppfinningen är det möjligt att upprätthålla en önskad fluidiseringsgrad i reaktom, och det är även möjligt att inställa en önskad uppehållstid i reaktom för reaktanterna i förgasningsreaktionen. Ur energisynpunkt är detta synnerligen fördelaktigt, eftersom hela energitillförseln kommer att öka energiinnehållet i reaktorn, och därigenom även ener- giinnehållet i de gaser som utledes från reaktom till en följande gasturbin eller ångpanna.

För förgasningsreaktionema kan uppehållstiden i reaktom göras längre än i reaktorkon- struktionema enligt teknikens ståndpunkt. Detta innebär att en högre omsättningsgrad kan uppnås, och därigenom även en mindre bildning av tjärprodukter och kol i jämförelse med kända typer av förgasningsreaktorer.

Sättet och reaktorn enligt uppfinningen kan användas till varje typ av bränsle i fast eller vätskeform. Speciellt kan sättet och anordningen användas till förgasning av biobränslen, såsom avfall från trä- och massaindustri, träpulver och flis, samt avfall från kommunal avfallshantering, och vidare till avlutar från massaindustrin, såsom mer eller mindre starkt indunstad svartlut eller sulñtlut, samt även till stenkol eller träkol. Det använda utgångs- materialet bör kunna finfördelas och bör helst kunna transporteras medelst en gasström.

Den syrehaltiga gas som tillföres för den partiella förbränningen av bränslet utgöres företrädesvis av luft, vilken kan vara anrikad på syre. Ren syrgas är även tänkbar för speciella tillämpningar.

I en speciellt föredragen utföringsform av uppfinningen genomföres förgasningsreaktionen 10 15 20 25 30 (Ti (f) ()\ -få F! 'Z k* x) 4 medelst en i reaktorn anordnad fluidiserad bädd. Denna bädd kan innehålla bränslet och eventuellt sådana hjälpsubstanser som katalysatorer och bärarmaterial. Bädden bringas att fluidisera medelst den gasström som genom ejektorverkan drives runt i kretsloppet. 1 ritningen visar figur 1 schematiskt utförandet av en reaktor enligt uppfinningen. Figur 2 utgör ett flödesschema som visar reaktorn enligt uppfinningen ingående i en anläggning för utvinning av energi.

Reaktom enligt fig. 1 innefattar en reaktorkamrnare, allmänt betecknad 1, vilken är utförd som ett slutet kretslopp. Reaktorkammaren kan, som visas i figuren, vara utformad med två väsentligen raka delar 2 och 3, vilka är förbundna medelst kortare tvärförbindelser 4 och 5, men även andra utformningar är möjliga, Lex. en mera cirkulär form. Det väsentliga är, att reaktorkammaren möjliggör ett cirkulerande kretslopp av reaktanter och reaktionsprodukter, så som åskådliggöres av pilarna 6 och 7.

Reaktorkarrtrnaren 1 är försedd med en tilloppsledning 8 för syrehaltig gas, främst då luft, och i den föredragna utföringsformen även för bränsle. Tilloppsledningen 8 mynnar inne i reaktorkammaren 1 i en ejektor 9. Vid platsen för ejektom är även anordnad en för- trängning 10 i strömningsvägen för reaktanter och reaktionsprodukter, och en därefter följande divergerande del 11 i strömningsvägen, för uppnâende av en effektiv ejektorver- kan. Den principiella utformningen och funktionen hos en ejektor är välkänd för fack- mannen, och behöver icke beskrivas i närmare detalj här. _ Bränslet kan även ledas till reaktorn skilt frán den syrehaltiga gasen genom en separat tilloppsledning (ej visad) och blandas med den syrehaltiga gasen vid någon annan plats i reaktorkammaren än i ejektom. Speciellt vid förgasning av svartlut och vid sopförbränning föredrages det att inleda bränslet i reaktorn vid en punkt något nedströms från ejektorn.

Det väsentliga är i samtliga fall att genom gasströmmen i ejektom blandningen av reaktanter och reaktionsprodukter effektivt drives runt i det cirkulerande kretsloppet.

Vidare är reaktorkammaren 1 försedd med en utloppsledning 12 för reaktionsprodukter.

Dessa utgöres främst av brännbar gas och av biprodukter, såsom tjära, kol och aska. I den föredragna utföringsforrnen är utloppsledningen ansluten till reaktorkammaren 1 på en plats 13, som är belägen något uppströms, i strömningsriktningen räknat, från anslut- 10 15 20 25 30 K Û 2 __ t, ._, .J 3 ningen av tilloppsledningen 8 och ejektorn 9. Detta är lämpligt för att inte gasströmmen genom ejektorn skall störas.

Arbetssättet hos reaktorn enligt uppfinningen är följande: Blandningen av syrehaltig gas och bränsle inledes genom tilloppsledningen 8 med en volymström V1 i reaktorkarnmaren 1. Genom inverkan av ejektorn 9 och utformningen av strömningsvägen i reaktorn kommer ett lägre tryck att uppkomma nedströms från den plats där tilloppsledningen 8 mynnar i reaktorkammaren 1. Härigenom kommer en gasström att uppkomma i riktning av pilarna 6 och 7, och reaktorkammaren är så dimensionerad, att en volymström V2 uppkommer, som är större än volymströmmen v, i inloppet. Härigenom säkerställes att en tillräcklig uppehållstid erhålles i reaktorn. Volymströmmen V2 skall även vara tillräcklig för att blandningen av reaktanter och reaktionsprodukter därigenom skall drivas runt i det cirkulerande kretsloppet i reaktom.

Gasformiga och andra reaktionsprodukter utledes frán reaktom genom utloppsledningen 12 till vidare behandling, som närmare beskrives i det följande. Genom reglering av ström- ningen i utloppsledningen 12 kan man ställa in en lämplig uppehållstid för reaktantema och reaktionsprodukterna i reaktorn, och därigenom även en önskad omsättningsgrad.

Detta utgör en väsentlig fördel hos föreliggande uppfinning.

Reaktorkammaren 1 kan vara anordnad i ett horisontellt eller vertikalt plan,_eller med - någon önskad lutningsvinkel. I en lämplig utföringsform är reaktorkammaren anordnad att innehålla en fluidiserad bädd av reaktanter och eventuella ytterligare material, såsom katalysatorer och/eller inerta bäddmaterial. En sådan bädd kan vara anordnad stationär i en vertikal del av reaktorkammaren. De fasta materialen kan dock även fluidiseras genom att transporteras med gasströmmen i reaktorns kretslopp, vilket medför en mycket god reaktionskontakt mellan fasta material och gasfasen. Efter utledningen från reaktom genom utloppsledningen 12 kan fasta material frånskiljas och om så önskas återföras till reaktom.

I figur 2 visas en reaktor enligt uppfinningen ingående i ett system för alstring av energi. I reaktom, schematiskt antydd vid 1, upprätthålles ett cirkulerande kretslopp, åskådliggjort av pilarna 6 och 7, av reaktanter och reaktionsprodukter genom verkan av ejektom 9. 10 15 20 25 30 6 Från en bränslekälla 14, vilken kan innefatta anordningar för fmfördelning och annan förbehandling av bränslet, såsom torkning, ledes bränslet genom ledningen 15 och blandas med syrehaltig gas, speciellt då luft, från ledningen 16, samt inledes genom tilloppsled- ningen 8 till reaktom. Blandningen av syrehaltig gas och bränsle strömmar genom ejektorn 9 och drives härigenom runt i det cirkulerande kretsloppet under reaktion, så som beskrivits i det föregående.

I vissa tillämpningar, såsom förgasning av koncentrerad svartlut och förbränning av sopor, är tillförselledningen 15 från bränslekällan 14 företrädesvis icke ansluten till ledningen 16 för den syrehaltiga gasen, utan går i stället direkt till reaktorn 1. Detta bränsleinlopp är i så fall företrädesvis anordnat vid en plats något nedströms från ejektom 9: Reaktionsprodukter uttages genom utloppsledningen 12 och ledes först till en anordning 17 för gasrening, exempelvis en cyklon. Från denna uttages renad gas genom ledningen 18, medan fasta och flytande biprodukter, såsom tjära, kol och aska, uttages genom bottenut- loppet 19. Eventuellt kan en del av dessa biprodukter återföras till reaktorn för ytterligare omsättning .

Den renade gasen ledes genom ledningen 18 till en brännkammare 20, där den blandas med syrehaltig gas från ledningen 21 och förbrännes, varefter förbränningsgaserna ledes genom en gasturbin 22, där de uträttar nyttigt arbete, och sedan genom en ledning 23 till en avgaspanna 24, där återstoden av gasernas värmeenergi användes för generering av ånga. Denna ånga ledes genom ledningen 25 till en ángturbin 26, vilken driver en elgenerator 27. Ängan från ångturbinen 26 utledes genom ledningen 28 till en kondensor och en matarvattentank (ej visade) för avgaspannan 24. Efter att ha avgivit sin förbrän- ningsenergi utledes gaserna från avgaspannan genom utloppet 29 och eventuellt till ytterligare rening innan de utsläppes i atmosfären.

Gasturbinen 22 driver en elgenerator 29 och en kompressor 30, till vilken syrehaltig gas, speciellt då luft, ledes genom tillförselledningen 31. Den i kompressorn komprimerade och upphettade luften ledes sedan dels genom ledningen 21 till gasturbinens brännkamrnare 20, dels genom ledningen 16 till att blandas med bränslet från bränslekällan 14 och inledas i reaktorn 1 genom tilloppsledningen 8. 10 15 20 25 30 .ÉÛÉ 06/1. 7 .

Det är att märka, att det visade systemet för energiutvinning endast utgör ett exempel, och att reaktorn enligt uppfinningen kan ingå i många andra typer av system. Exempelvis kan reaktorn användas för framställning av syntesgas, som sedan kan omsättas till olika produkter.

Det tekniska utförandet av reaktorn enligt uppfinningen bestämmes av den specifika förgasningsreaktion som avses att genomföras och av sådana reaktionsparametrar som reaktionstemperatur och -tryck, uppehållstid och omsatt mängd reaktanter per tidsenhet.

Med kännedom om dessa och andra betingelser ligger det inom fackmannens kompetens att utarbeta reaktoms konstruktion i detalj, när väl en god förståelse av uppfinningen föreligger. Även i fråga om val av konstruktionsmaterial och av erforderlig hjälpappara- tur, såsom rörledningar, ventiler, mätapparatur, pumpar och värmningsanordningar, m.m., ligger detta inom fackmannens kompetens.

I föreliggande beskrivning har uppfinningen speciellt beskrivits med hänvisning till den i ritningen visade utföringsforrnen. För fackmannen framgår det dock klart, att detta endast utgör ett exempel, och att flera modifikationer och varianter av uppfinningen är möjliga inom ramen för patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 (Tl C, 'D CN CD (_'»\ -li f, 8 Patentkrav p

1. Sätt att utvinna energi och/eller brännbar gas ur bränsle genom termisk förgasning av bränslet under partiell förbränning i en förgasningsreaktor, varvid bränslet och en syrehaltig gas inledes i reaktorn och under den partiella förbränningen bringas att cirkulera i ett slutet kretslopp av reaktanter och reaktionsprodukter, och bildad brännbar gas utledes från reaktorn, samt k ä n n e t e c k n a t därav, att cirkulationen i det slutna kretsloppet åstadkommes genom att reaktorn vid platsen för inledningen av den syrehaltiga gasen är utförd som en ejektor så, att den inledda gasen driver reaktanterna och reaktions- produkterna runt i kretsloppet, och att den tenniska förgasningen genomföres vid ett tryck av 2-40 bar över atmosfärtrycket.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att den syrehaltiga gasen och bränslet tillsammans inledes i reaktorn.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bränslet inledes separat i reaktorn vid en plats nedströms från ejektorn.

4. Sätt enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att den bildade brännbara gasen utledes från reaktorn vid en plats uppströms från inloppet av den syrehaltiga gasen.

5. Sätt enligt något av krav 1-4, k ä n n e t e c k n a t därav, attden syrehaltiga gasen utgöres av luft eller syreanrikad luft.

6. Sätt enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att bränslet utgöres av biobränsle, avlut från massaindustri och/eller kol.

7. Sätt enligt något av krav 1-6, k ä n n e t e c k n a t därav, att förgasnings- reaktionen genomföres medelst en i reaktorn anordnad fluidiserad bädd.

8. Reaktor för utvinning av energi och/eller brännbar gas ur bränsle genom termisk förgasning av bränslet under partiell förbränning, innefattande en reaktorkammare, inlopp för bränslet, inlopp för en syrehaltig gas, och utlopp för brännbar gas och andra reaktionsprodukter, varvid reaktorkammaren är utförd så, att ett slutet kretslopp av reaktanter och reaktionsprodukter upprätthålles i reaktom, och k ä n n e t e c k n a d därav, att reaktorkammaren vid inloppet för den syrehaltiga gasen är utförd som en ejektor så, att den inledda syrehaltiga gasen driver reaktanterna och reaktionsprodukterna runt i kretsloppet.

9. Reaktor enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att bränslet och den syrehaltiga gasen inledes tillsammans genom samma inlopp.

10. Reaktor enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att bränslet inledes (fl CI) CJ-l f. J (1 \ P q separat vid en plats nedströms från ejektorn.

11. Reaktor enligt något av krav 8-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att utloppet för brännbar gas och andra reaktionsprodukter är anordnat vid en plats uppströms från inloppet för den syrehaltiga gasen.

12. Reaktor enligt något av krav 8-11, k ä n n e t e c k n a d därav, att i reaktorkammaren är anordnad en fluidiserad bädd.