CS110092A3

CS110092A3 - Process and apparatus for the utilization of a fuel with a high content ofsulfur

Info

Publication number: CS110092A3
Application number: CS921100A
Authority: CS
Inventors: Lucien Y Bronicki; Benjamin Doron
Original assignee: Ormat Inc
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1992-10-14
Also published as: EE9400187A; MA22504A1; IL101531A; IL101531A0; CN1067302A; US5571490A; BR9201358A

Description

1

Způsob a -pro□ tředky· pro využití paliva s vy- sokým obsahem síry

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro využití palivas vysokým obsahem síry a zejména pro využití nafty s vyso-kým obsahem síry.

Dosavadní _stav_ techniky

Pozornost věnovaná ekologii omezuje využití paliv 3 vy-sokým obsahem síry, zajména nafty. Toto omezení se týkázejména vysokokapacitních tepelných elektráren, ve kterýchje snižováno používání paliva s vysokým obsahem síry zaúčelem zamezení uvolňování oxidů síry, které vznikají spa-lováním těchto paliv, do atmosféry. Přítomnost oxidů síryv atmosféře je hlavní příčinou vzniku kyselých deštů, kte-ré dopadají na zem v případě, že se během srážení rozpus-tí tyto oxidy síry-v. atmosferické vodě. V současné dobějsou těmito kyselými dešti nepříznivě ovlivněny obrovskéoblasti v mnoha částech světa. Jedná se o tak závažný prob-lém, že mezinárodní snahy směřují k řešení tohoto problé-mu a tím přispívají k zlepšování životního prostředí.

Jednou z možností jak řešit problém škodlivých účinkůkyselých deštů na vegetaci, stavby, vozidla a lidi v pos-tižených oblastech je požadovat na tepelných elektrárnách,aby spalovaly pouze paliva s nízkým obsahem siry, jakýmje například nafta s nízkým obsahem síry. Protože rezervy - 2 - vhodných paliv s nízkým obsahem síry, zejména ropy, a je-jich produkce jsou omezeny, způsobí toto zvýšení již takvysoké poptávky po palivech s nízkým obsahem síry zvýšenícen těchto paliv. Proto se dnes těží velké množství ropys vysokým obsahem síry. Aby mohla být tato ropa použitajako ekologicky nezávadné palivo pro tepelné elektrárny,je nutné ji nejprve odsířit pomocí ekonomicky nákladné ra-finace. Co se týká krátkých dodávek, je toto palivo drahéa jeho dodávky jsou nespolehlivé.

Jiným řešením snižováni kyselých deštů je instalacenákladných praček plynů do komínů tepelných elektráren,které umožňují použití paliva s vysokým obsahem sírya zároveň zabraňují uvolňování sloučenin síry do ovzduší. V druhém případě jsou ekonomické výdaje na snížení kyselýchdeštů vyšší.

Toto jsou důvody, proč je cílem vynálezu poskytnoutnový a zlepšený způsob ekonomického využití paliva s vy-sokým obsahem síry, jakým je například nafta, u něhož jeuvolňování síry do atmosféry dostatečně sníženo nebov?podstatě úplně eliminováno.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je palivo s vysokým obsahem síry spa-lováno v přítomnosti břidlicové nafty, která obsahuje znač-né množství uhličitanu vápenatého tak, že síra a uhličitanvápenatý oxidují a reagují za vzniku síranu vápenatého(který vzniká ve formě částic),který zachytí síru z pali-va a zabráni jejímu uvolňování do atmosféry. - 3 -

Hoření paliva s vysokým obsahem síry zahrnuje stupněhoření nebo spalování paliva s vysokým obsahem síry v pří-tomnosti nebo spolu s palivem s nízkým obsahem síry obsa-hujícím značné množství uhličitanu, obvykle ve formě uhli-čitanu vápenatého. Výhodně je palivo s vysokým obsahem sí-ry smícháno s již zmíněným palivem obsahujícím značné množst ví uhličitanu ještě před samotným hořením tak, že je spa-lována až směs obou složek. Uhličitan vápenatý a sira spo-lu reagují za vzniku vazby mezi sírou a vápníkem.

Uvolňování sloučenin síry do atmosféry lze zabránitnapříklad zachycováním takto vzniklého, síranu vápenatého,který vzniká ve formě částicového materiálu, v konvenčnímseparátoru spojeném s komínem tepelné elektrárny.

Na místo přípravy CaCÓ nebo CaCO^, které jsou určenyk zachycení síry v procesu hoření, v separačním procesu,se tento vynález týká přímého použití paliv obsahujícíchznačné množství uhličitanu vápenatého, jakým je napříkladbřidlicová ropa, přímo v procesu spalování. Tímto způsobemje eliminován nákladný přípravný proces. Kromě toho, pro-tože je břidlicová nafta spalována spolu s palivem s vy-sokým obsahem síry, poskytuje sama více než dostatečnouenergii pro výrobu požadovaného GaO.

Kromě břidlicové nafty lze podle vynálezu použít jakopalivo s nízkým obsahem síry a znáčným obsahem uhličitanutaké další paliva, například rašelinu nebo méně hodnotnéuhlí, které obsahuje značné množství uhličitanu vápenaté- j,

ho. I

Stručný popis obrázků | ý í

Obr. 1 znázorňuje blokový diagram provedení podle - 4 - vynálezu; obr. 2 znázorňuje blokový diagram jiného provedení pod-le vynálezu ukazující zabudování provedení zařízení podlevynálezu do tepelné elektrárny; a obr. 3 znázorňuje blokový diagram dalšího provedenípodle vynálezu. V následující části popisu bude vynález blíže objasněnpomocí příkladných provedení zařízení podle vynálezu, kte-ré má pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezujerozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen formulacípatentových nároků. z Příklady provedení vynálezu

Obecně řečeno,není břidlicová nafta ekonomicky výhod-'ným palivem, zejména při použití ve vysokokapacitníchtepelných elektrárnách, které produkují elektřinu.Nicménětoto palivo obsahuje značné množství uhličitanu vápenaté-ho a hořečnatého, který je užitečný pro absorbci sírypři spalování s palivy s vysokým obsahem síry. Palivoa vysokým obsahem síry, jakým je například topný mazutpoužívaný v tepelných elektrárnách, je podle vynálezu y, spalováno s nízkohodnotným palivem, jakým je například j břidlicová nafta, obsahující značné množství uhličitanu ,.·! vápenatého. Nafta z břidlice v některých případech obsahu- je až 60 % uhličitanu vápenatého a také určité množstvíuhličitanu hořečnatého. Naproti tomu paliva s vysokým obsa-hem síry Často obsahují asi 8 hmotnostních procent této - 5 - síry. V procesu spalování vápník a síra oxidují a reagujíza vzniku síranu vápenatého (který vzniká ve formě části-cového materiálu). Chemické reakce mezi vápníkem a síroumohou probíhat mnoha způsoby. Například mohou probíhattakto:

CaCO-j CaO + C02 potom následujeCaO + SC>2 -4 CaSO^ neboCaÓO3‘MgO + S02 -4 CaSO3*MgO + C02 . <. V prvním stupni se obvykle vytvoří siřičitan vápenatý(CaSO3), který se následnou reakcí reakcí přemění na síranvápenatý : 2CaSO3 + 02 -4 2CaS0^ nebo 8CaS03* MgO -4 6CaSO3‘ MgO + 2CaS’ MgO + 302 a

CaS * MgO + 202 -4 CaSO^ MgO . Déle může síran vznikat reakcí:

CaO + S03 “4 CeSO^ ·

Složka uhličitanu vápenatého také může tvořit sulfát.

Tento Částicový materiál je oddělen od palivových ply-nů vznikajících hořením pomocí běžných prostředků, mezikteré patří cyklonový separátor. Zatímco není obvykle vhod-né použít samotnou břidlicovou naftu nebo jiné nízkohodnot- R· né palivo jako palivo pro vysokokapacitní tepelné elektrár-ny, produkují tato uvedené paliva, jestliže jsou spalová-na spolu s konvenčním palivem s vysokým obsahem síry, nap-říklad s topným mazutem, dostatečné teplo pro využitív těchto vysokokapacitních tepelných elektrárnách. Kombi-nace paliva s vysokým obsahem- síry s nízkohodnotným pali-vem umožňuje uvedenému neekologickému palivu jeho použi- - 6 - tí, aniž by bylo nutné použít pračky plynů a separátory,které jsou nezbytné v případe, kdy je použito pouze pali-vo s vysokým obsahem, síry.

Zařízení 10 podle vynálezu určené k spalování palivas vysokým obsahem síry, jakým je například topný mazut,v přítomnosti nízkohodnotného paliva, jakým je napříkladbřidlicová nafta, je zobrazeno na obrázku 1. Palivo s vy-sokým obsahem síry.je dodáváno do spalovací komory 20přívodním potrubím 15 a nízkohodnotné palivo, které mávysoký obsah uhličitanu vápenatého, je dodáváno do spalo-vací komory 20 přívodním potrubím 25» Výsledkem procesuhoření, který probíhá ve spalovací komoře 20 jsou reakceuhličitanu vápenatého ,přítomného v nÍ2kohodnotném palivu,,se sírou, která je přítomna v palivu s vysokým obsahem sí-ry, jejicž výsledkem je vznik síranu vápenatého ve forměpevných částic. Tyto částice mohou být extrahovány zespalin » které procházejí komínem 30, pomocí sepa- račních prostředků 35. kterými může být například cyklono-vý separátor nebo pračka plynů. t

Na obrázku 2 je zobrazeno provedení zařízení 50 pod-lé vynálezu, které zahrnuje běžné destilační zařízení 52,v němž je ropa s vysokým obsahem síry odsiřována běžnýmzpůsobem, přičemž vzniká pokrmový olej, ropa s nízkým obsa-hem síry,a další frakce a i malé množství (obvykle asi 5 %)mazutu, který mé vysoký obsah siry. Tento mazut může býtspalován v tepelné elektrárně 60, aniž by se uvolňovalasíra do atmosféry,s použití mixéru 54, ve kterém dojde ksmíchání mazutu nesoucího vysoký obsah síry s nízkohodnot-ným palivem, jakým je.například břidlicová nafta obsahují-cí značné množství uhličitanu vápenatého. Směs je dodává-na do spalovací komory parního kotle 56, ve které probíháspalování. Jak již bylo uvedeno proces spalování způsobí - 7 t oxidaci vápníku a síry, které následně zreagují, Touto reakcí vznikne síran vápenatý ve formě částicového materiá- lu, který může být extrahován z palivových plynů pomocí běžného separátoru 57* spaliny procházejí komínem ·%

58 a částice jsou sbírány ze separátoru.7 I £ Pára, která se tvoří v parním kotli 56.pohání turbínu61 za účelem výroby elektrické energie prostřednictvím ge-nerátoru 62 elektrického proudu. Pára zbavená tepla konden-zuje v kondenzátoru 63 a vzniklý kondenzát' je vháněn pomo-cí cyklicky pracujícího Čerpadla zpět do parního kotle.

Jestliže má být mazut nebo kapalné palivo spalováns palivem obsahujícím uhličitan vápenatý, je výhodné pro-vádět tento proces spalování ve dvou stupních. Dvojstupňo-vý spalovací systém 70 je zobrazen na obrázku 3· Komora72 systému 70 zastupuje pyrolyzér, ve kterém dojde k pyro-lýze směsi břidlicové ropy a paliva s vysokým obsahem sí-ry, po jejich smíchání v mixéru 74· Komora 72 produkujehořlavé plyny a uhelný zbytek. V komoře 76 systému 70 pro-běhne spalování zbytků, které vznikly v komoře 72, v pře-bytku vzduchu. Uhličitan vápenatý společně s popelem a oxi-dem vápenatým vznikající tepelným Štěpením v uvedené komo-ře 72. jsou dopravovány do komory 76, ve které proběhneoxidační reakce vápníku a uhličitanu vápenatého za vznikusíranu vápenatého. Produkty spalování vzniklé v komoře 76jsou odváděny do separátoru 22» ve kterém se z produktuspalování odděluje horký hrubý prach. Alespoň část uvede- , ného hrubého horkého prachu je odváděna zpět do komory 72, 1 ~ d za účelem poskytnutí tepla potřebného pro pyrolýzu. Přeby- l

tečný vzduch v komoře 76 je ohříván a přenášen společně J s produkty spalování a jemným prachem a s plyny z komory72 do spalovací komory 78, které může být součástí parní-ho kotle viz obr. 2.

Ve výše uvedené popisné části byla jako příklad nízko-hodnotného paliva zvolena břidlicové ropa. Za účelem spa-lování vr.přítomnosti paliv s vysokým obsahem síry, jakýmje například topný mazut, při kterém dochází ke vznikuCaSO^ podobným způsobem jaký byl popsán, lze však použíti jiná nízkohodnotné paliva, jakými jsou například rašeli-na nebo nízkohodnotné uhlí, .které obsahují uhličitan vápe-natý, přičemž tato použití spadají do rozsahu vynálezu.Pašelina a nízkohodnotné uhlí mají zpravidla jak nízký obsahsíry, tak vysoký obsah uhličitanu vápenatého. Tento vyná-lez poskytuje praktický způsob využití těchto relativněbohatých zdrojů jako paliva.

Kromě již zmíněného mazutu lze jako palivo s vysokýmobsahem síry použít například kvalitní uhlí obsahující vy—‘sokou hladinu síry, které by jinak nemohlo být z ekologic-kých důvodů použito. Při použiti způsobu a zařízení podlevynálezu může být toto uhlí spalováno společně s palivys nízkým obsahem síry tak, že v nich obsažený uhličitanvápenatý přemění síru z tohoto uhlí na pevné Částice síra-nu vápenatého. Tento způsob provedení podle vynálezu pos-kytuje úspěšné řešení problému, který se týká snižováníkyselých deštů, a zároveň umožňuje uvedeným palivům s vy-sokým obsahem síry 'být široce využity, aniž by zvyšovalyhladinu.znečištění ovzduší.

Claims

9 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob spalovaní paliva s vysokým obsahe značený tím, že se uvedené palivo spaluje v pří-tomnosti břidlicové nafty s vysokým obsahem uhličitanu vápe-natého tak, že síra a uhličitan vápenatý oxidují a reagujíza vzniku síranu vápenatého.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím,že před .spalováním zahrnuje stupeň smíšení paliva s vysokýmobsahem síry s břidlicovou naftou.
3. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím, že se při uvedeném spalování produkují spaliny obsahujícíčástice síranu vápenatého a že před odvedením spalin do atmo-sféry zahrnuje stupeň oddělení uvedených částic od uvedenýchspalin.
4. Způsob použití ropy s vysokým obsahem síry, vyzna- čený tím, že zahrnuje a) zpracování ropy za vzniku složky, která je v pod-statě prosta síry, a složky bohaté na síru, b) smíšení složky bohaté na síru s břidlicovou naftouobsahující uhličitan vápenatý za vzniku směsi-a c) spálení uvedené směsi tak, že vápník a síra jsouoxidovány a reagují za vzniku částic, ve kterých je síra vá- 10 zána na vápník.
5. Způsob podle nároku 4,vyznačený tím, že při spalování vznikají spaliny, obsahující uvedené části-ce a že před odvedením spalin do atmosféry zahrnuje stupeň I oddělení uvedených částic od uvedených spalin. í
6. Zařízení pro spalování paliva s vysokým obsahem síry,vyznačené tím, že zahrnuje a) prostředky prcfspalování uvedeného paliva v přítom-nosti břidlicové nafty s vysokým obsahem uhličitanu vápenaté-ho provedeném tak, že síra a uhličitan vápenatý oxidují a reagu-jí za vzniku síranu vápenatého a horkých spalin a . b) prostředky pro oddělení síranu vápenatého od uvede-ných spalin.
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, žezahrnuje prostředky převádějící energii horkých spalin naelektrickou energii.
8. Zařízení vyznačené tím, že zahrnuje a) mixér pro smíšení paliva s vysokým obsahem síry sbřidlicovou naftou za vzniku směsi, b) pyrolyžní komoru pro pyrolýzu uvedené směsi produ-kující hořlavé plyny a uhlíkatý zbytek, j f c) komoru pro reakcí uvedeného zbytku s přebytkem vzduchu za vzniku produktů spalování, které zahrnují směshorkých spalin a síranu vápenatého ve formě částic, a d) prostředky pro spálení uvedených hořlavých plynů.
9. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím,že zahrnuje separátor pro oddělení pro oddělení horkých čás-tic od uvedených produktů spalování a prostředky pro zavede-ní uvedených horkých částic do uvedené pyrolyzní komory.
10. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím,žezahrnuje stupně pyrolýzy směsi paliva s vysokým obsahem sí-ry a břidlicové nafty za vzniku hořlavých plynů a uhlíkatéhozbytku a to před spálením uvedeného zbytku.
11. Způsob podle nároku 10, vyznačený tím,že zahrnuje stupně oddělení horkých částic v produktech spa- dování, produkovaných spalováním uvedeného paliva v přítom-nosti břidlicové nafty, a použití alespoň části uvedenýchhorkých částic v pyrolyzním stupni. Zastupuje: i e«