CZ37695A3

CZ37695A3 - Process for preparing a production gas and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ37695A3
Application number: CZ95376A
Authority: CZ
Inventors: Robert A Mcilroy; Robert A Kuchner; John E Monacelli; Dennis W Johnson
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-10-16
Also published as: TW245651B; CN1120098A; ES2136477A1; JPH0881890A; JP2684348B2; SK22995A3; BR9500291A; ES2136477B1; US5752994A; US5634950A; RU2135273C1; DE19506563A1; US5645616A

Description

Bplyňovač čprného louhuA? ,

A 7^7Křoí T£O^A>T=Mt ToftCfto Z$u£op>d rc

Oblast techniky

Vynález se obecně týká zplyňovacích systému s fluidním ložem a zejména nového a výkonného samonosného systému určeného pro zplyňování zbytkového odpadu, jakým je například černý louh.

Známý stav techniky

Při výrobě papíru a buničiny se používají regenerační procesy k výrobě páry a generaci určitých chemikálií použitých při rozvlákňovacím procesu.

U Obecného postupu chemické regenerace, který se používá používaný v sulfátovém procesu se nejprve zahustí

tzv. černý	louhu.	Černým	louhem	se	nazývá	výluh po várce
sulfátové	buničiny	. Tento	výluh	je	bohatý	na různé cenné
chemikálie,	které	se regenerují	za	účelem	přípravy někte-

rého ze základních roztoků používaných ve vařáku. Uvedený louh mimo jiné obsahuje organický materiál uvolněný během louhovacího procesu z použitého dřeva. V chemické regenerač- <

ní peci se černý louh, který je zahuštěn přibližně na I , · I

60-80 hmotnostních procent sušiny, zavádí neboli vstřikuje t do spodní části uvedené pece, kde se vytvoří tavenina. Tato j tavenina, která se ukládá ve spodní části pece může být velmi nebezpečná. V případě, že se objeví netěsnosti ve vodném potrubí, vzniká poměrně vysoká pravděpodobnost, že dojde při styku vody s taveninou k expozi. Proudící tavenina je odtahována a dále zpracovávána za účelem opětného připravení varného louhu určeného pro louhovací proces.

Další způsoby splyňování černého louhu zahrnují vysokoteplotní splyňovače s unášenou vrstvou a nízkoteplotní zplyňovače s fluidním ložem. Některé zplyňovače zavádějí teplo přímo do samotné vrstvy materiálu, zatímco ostatní využívají nepřímé teplo. Nízkoteplotně zplyňovače zpravidla zavádějí teplo do fluidní vrstvy prostřednictvím povrchů přenášejících teplo, například pomocí trubek tepelného výměníku umístěných v uvedené vrstvě materiálu.

Nedílnou součástí zplyňování paliv obsahujících síru, zejména zplyňování černého louhu je tepelná regenerace a odstranění síry z vyrobeného topného plynu.

Zplyňování černého louhu se provádí zahřátím sušiny tohoto louhu se substechiometrickým množstvím kyslíku. Produkty zplyňování jsou proud topného plynu, který je bohatý na vodík, oxid uhelnatý, oxid uhličitý a sirouhlík, a proud sodných solí. Uvedené sodné soli jsou zpravidla zastoupeny uhličitanem sodným a malým množstvím sodnosírových a draselných sloučenin. Většina síry se v nízkotepelném zplyňovači uvolní z černého louhu do plynné fáze ve formě sirovodíku.

Teplota topného produktu generovaného ve zplyňovači po obvyklém zpracování v kotli na odpadní teplo nebo tepelném odlučovači, je 148,9°C - 204,4°C. Propírací teploty typického plynu vyrobeného výše uvedeným způsobem se pohybuje v rozmezí od 37,8°C do 82,3°C. Takže ve vyrobeném plynu je stále ještě značné množství vnímatelného tepla. Kromě toho, může proud vyrobeného plynu obsahovat značné množství vodní páry. V případě ochlazení na požadovanou propírací teplotu, se uvolní značné množství skupenského tepla.

Za účelem vytvoření čistého topného plynu, který je vhodný pro spalování ve výpomocném kotli nebo plynové turbíně, je nutné z plynu vyrobeného ve zplyňovači odstranit sirovodík H₂ ^S· Sirovodík se může absorbován roztokem uhličitanu sodného, který se připravý rozpuštěním pevného uhličitanu získaného z uvedeného zplyňovače. Roztok získaný propíráním vyrobeného plynu je téměř shodný se zeleným louhem získaným konvenční sulfátovým regeneračním procesem a může být použit jako regenerovaný zelený louh pro zvlákňovací proces.

i

Dá se předpokládat, že existující chemické roztoky | vznikající v celulózce lze použít jako roztoky absorbující I í^S. Plyny, které obsahují jak sirovodík, tak oxid uhličitý budou reagovat s roztoky sodných solí. Absorbce CC>2 není žádoucí, vzhledem k tomu, že vznikající hydrogenuhličitan sodný bude zvyšovat spotřebu kaustifikačních chemikálií a kapacitu vápenné pece. Reakční rychlost je omezena propíracími systémy roztoku obsahujícího í^S, CC>2 a sodné soli.

Patentový spis US 4 431 617 udělený 14. února 1984 a patentový spis US 3 471 249 udělený 7. října 1969 popisují omezení absorbce oxidu uhličitého. Preference sirovodíkové absorpce před absorpcí oxidu uhličitého je funkcí rychlosti plynu, teplotou propírání, parametrů zařízení přivádějícího hmotu, retenční doby roztoku a chemie propíraného roztoku t

í

V současné době vzniká potřeba vyvinout způsob | zplyňování zbytkového odpadního černého louhu a systém j určený pro uvedené zplyňování, které by při vysoké konverzi a nízkém vnějším tepelném příkonu produkovaly plyn se střední hodnotou výhřevnosti. Dále je třeba vyvinout způsob odstraňování zjistitelného a skupenského tepla z vyrobeného plynu a způsob regulace absorpčního procesu na selektivní regulaci sirovodíku a zařízení určená k provádění těchto způsobů. Toto zařízení by mělo pracovat při teplotě, při které ještě nedochází k přeměně uvedeného černého louhu na taveninu. Výhodně by měl být uvedený systém samonosný a měl by fungovat jako samostatný systém na zpracování zbytkového odpadního louhu a na výrobu topného plynu pro kotle, pece, dieselové generátory nebo plynnové turbíny. Kromě toho by měl být slučitelný s životním prostředím.

Podstata vynálezu

Vynález se zaměřuje na problémy již zmíněné v souvislosti se známým stavem techniky, stejně tak na ještě dalšími problémy spojené se zplyňováním zbytkových odpadů vznikajících při výrobě papíru a buničiny.

Jedním z předmětů vynálezu je poskytnout zplyňovač na zplynění černého louhu, který bude využívat fluidní vrstvu, do jejíž horní části se bude uvedený černý louh vstři kovat.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout způsob odstraňování smysly zjistitelného a skupenského tepla z generovaného plynu a regulování absorpčního postupu za účelem selektivní absorpce í^S a zařízení určené k provádění tohoto způsobu.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout zplyěovač pro zplyňování černého louhu, který generuje plyn.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout zplyňovač pro zplynění černého louhu, který bude mít vysoký stupeň konverze na uhlík a bude vyžadovat malý pokud vůbec nějaký vnější tepelný příkon.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout zplyňovač i

pro zplynění černého louhu s možností výběru mezi dvěmi fluidními loži, který bude spalovat nezplyněný uhlík ve fluidním loži ohřívajícím směs vzduchu a páry za účelem dodání nepřímého tepelného příkonu a zvýšení celkové tepelné účinnosti uvedeného reaktoru.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout zplyňovač pro zplynění černého louhu, který bude likvidovat odpadní proudy produkované papírnami.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout zplyňovač pro zplyněné černého louhu, který bude spolehlivý a ekonomicky nenáročný.

Pro lepší porozumění vynálezu a pochopení jeho výhod bude vynález dále podrobněji vysvětlen na příkladech výhodného provedení, které budou popsány s ohledem na doprovodné obrázky. Je třeba však uvést, že tyto příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně určen patentovými nároky.

Stručný popis obrázků

Obr. 1 schematicky znázorňuje systém podle vynálezu, obr. 2 znázorňuje průřez reaktorem podle vynálezu, obr. 3 znázorňuje průřez alternativním provedením reaktoru podle vynálezu, obr. 4 znázorňuje řez nízkoteplotním tepelně regenerační a propírací částí provedení podle vynálezu, a

Obr. 5 znázorňuje podobný schematický pohled nasystém podle vynálezu jako obrázek 1, doplněný o zobrazení tlakových prostředků (105).

Zplyňování černého louhu se zpravidla provádí za použití zplyňovače, který ohřívá sušinu uvedeného louhu a substechiometrického množství kyslíku. Produktem zplyňování je proud topného plynu bohatý na vodík a oxid uhelnatý a proud sodných solí. Vzhledem k tomu, že je známa možnost výbušné reakce taveniny s vodou, je žádoucí, aby uvedený zplyňovač pracoval při nízkých teplotách, při nichž nedochází ke vzniku taveniny. Pokud se zplyňování provádí při nižší teplotě než je teplota tavení, jsou sodné soli v reaktoru obsaženy v pevném stavu. Uvedené sodné soli zahrnují zejména uhličitan sodný s malým množstvím sodnosírových sloučenin. Lze předpokládat, že dalšími alkalickými solemi mohou být draselné soli, například uhličitan draselný. Většina síry, která je obsažena v uvedeném černém louhu, se v nízkoteplotním zplyňovači uvolní do plynné fáze ve formě sirovodíku. Velmi vhodným reaktorem pro provádění nízkoteplotních zplyňovacích reakci je reaktor s fluidní vrstvou tvořenou výhodně granulovaným uhličitanem sodným nebo uhličitanem vápenatým, který zároveň představuje výchozí pevnou látku pro reakci.

Pokud není do reakční zóny dodáván žádný kyslík, kromě toho, který se nachází v sušině a ve vodné fázi louhu, lze tento proces označit jako pyrolýzu. Nicméně výpočty rovnovážného stavu ukázaly, že za podmínek pyrolýzy zůstane v proudu vyrobeného uhličitanu sodného velké množství nezreagovaného uhlíku a proces si vzhledem ke své endotermní povaze vyžádá značně vysoký tepelný příkon.

Aby byl zplyněn i zbývající uhlík, je třeba do systému zavést další zdroj kyslík. Kyslík může být dodán v atmosferickém vzduchu, páře, oxidu uhličitém, zapáchajícím plynu vznikajícím při provozu papírny, nebo jako čistý kyslík, nebo jako směsi těchto plynů. Přesto, že jako nejlepší pro účely zplyňování sušiny černého louhu by bylo použití čistého kyslíku, vzhledem k ekonomickým omezením se používá směs vzduchu a páry. Přímé přidání vzduchu do uvedené vrstvy bude mít za následek zředění vyrobeného plynu dusíkem. Na druhé straně uvedený vzduch nedokonalým spalováním části sušiny černého louhu dodává do zplyňovací reakce část potřebného tepla.

Použití samotné páry vede sice ke zvýšení výhřevnosti vyráběného plynu ale při zvýšení spotřeby vnějšího tepla. Při optimální kombinaci vzduchu a páry se vyrábí produkční plyn, jehož výhřevnost se pohybuje v rozmezí od 73,85 do 316,5 kj /DSCF (suchá standardní kubická stopa),· při minimálním vnějším tepelném příkonu.

Zplyňovací reakce probíhající v nepřítomnosti vzduchu nebo kyslíku jsou reakcemi endotermními. V tomto případě se tedy do zplyňovací zóny musí přivádět přídavné teplo. V případě, že bude kyslík tvořit dost vysoký podíl stechiometrického množství kyslíku, potom bude sice spalování některých zplyňovacích produktů uvnitř reaktoru generovat teplo dostatečné pro udržení procesu, ale tento postup bude mít tendenci produkovat plyn s nízkou hodnotou výhřevnosti. Proto je větší díl celkového tepla přidáván prostřednictvím zplyňovacího média, t.j. vzduchu nebo páry ohřátých vně lože uvedeného zplyňovače, ale horní limitní teplotou pro vzduch a páru je teplota, při níž ještě nedochází k tavení sodných solí. Zbývající teplo se potom dodává nepřímím způsobem pomocí tepelného výměníku umístěného v uvedeném loži.

Jak ukazuje obrázek 1, systém podle vynálezu zahr8 nuje zplyňovací reaktor 10 na zplyňování černého louhu přijímající dodávaný černý louh, který se do něj zavádí vstřikováním. Ohřívač 14 ohřívá vzduch a páru určené pro zplyňovač a tím dodává teplo do tohoto splyňovacího reaktoru 10 pro zplyňování černého louhu. Výrazem černý louh se zde označují různé odpadní zbytkové louhy vzniklé po várce jak dřevěných tak i jiných bezdřevých surovin (např. slámy, bambusu nebo řepných řízků). V systému podle vynálezu lze použít jakýkoliv karbonátový nebo celulózový výluh.

Produkční plyn vyrobený zplyněním uvedeného louhu opouští reaktor 10 potrubím 16, kterým je veden do multicyklonového lapače 18 prachu, v němž se z proudu plynu oddělí prach, který se vrací zpět do reaktoru 10 potrubím 20, jež je opatřeno otočným uzávěrem.

Horký produkční plyn je veden potrubím 22 do kotle 24 na odpadní teplo, kde se opět regeneruje teplo z proudu horkého produkčního plynu a to slouží ke generování nízkotlaké nenasycenné páry. Kondenzační tepelný výměník 26, který bude podrobněji popsán později, a kterým je tepelný výměník nepřímého protiproudého kondenzačního typu používaný k extrakci jak vnímatelného tepla, tak tepla skupenského z proudu provozního plynu, slouží jako sekundární lapač částic a prachu a odlučovač sirovodíku z produkčního plynu.

Veškerý zbývající sirovodík, pokud v plynu ještě nějaký zbývá, je odstraněn v přídavném skrubru 28. Věž skrubru 28 je opatřena pláštěm s vysokou povrchovou plochou nebo jiným v oboru známým zařízením pro převod hmoty s doprovodným hardwarem. Dno věže skrubru 28 představuje odvodňovací jímku 30 pro recirkulovaný zelený louh.

Při výstupu z věže skrubru 28 se uvedený plyn znovu ohřeje v přihříváku 32 produkčního plynu, a dopraví do jedné z několika oblastí. Čistý produkční plyn se může exportovat za účelem spalování 34, může hořet ve větrací šachtě 36 a/nebo může být využit pro ohřívání samotného systému 38.

V tomto případě, se čistý produkční plyn 38 smísí s ohřátým spalovacím vzduchem, který je přiváděn skrze vzduchový ohřívač s parním hadem, dále jen SCAH, /40. Dmychadlo 42 přivádí vzduch určený pro spalování v ohřívači 14 vzdu- · chu a páry. Uvedený zplyňovači vzduch se zavádí pomocí drny- | chadla 44 do SCAH 46 kde se ohřívá a mísí s parou, načež se j _z itato směs zavede do ohřívače 14 vzduchu a páry, kde dochází k jejímu dalšímu ohřívání. Kotel odpadního tepla 48 získává zpět teplo z tohoto spalovacího procesu za účelem generování páry, která má být použita v uvedeném systému. Spaliny jsou vypouštěny komínem 50.

Co se týče obrázku 2, pomocí zaváděcích prostředků 12 umístěných v blízkosti vrcholu reaktoru 10 se zavádí černý louh 52 do lože nízkoteplotního zplyňovače 54, které produkuje zplyňovači reakce. I když jsou zaváděcí prostředky na obrázku 2 znázorněny jako rozstřikovací tryska, může být, v případě, že je uvedený černý louh dodáván v kapalném nebo suchém stavu, samozřejmě použit i libovolný další za- | váděcí prostředek. Černý louh se výhodně vstřikuje nad uve- | děné lože, ale alternativně se může vstřikovat přímo do uve- | děného lože. Uvedené lože 54 zplyňovače zahrnuje sodné soli, | výhodně uhličitan sodný, který se získává z černého louhu i

52, a jeho provozní teplota se pohybuje v rozmezí od 482°C do 760°C a výhodně je provozní teplota tohoto lože přibližně 649°C. Tato teplota vylučuje tvorbu taveniny.

Černý louh 52 se vstřikuje při zahuštění na 40 t

až 80 % hmotnosti sušiny, výhodně 65 až 75 % hmotnosti na bok 56 s přívodem nad fluidní lože 54, kde se dostává do styku s horkým již vyrobeným plynem 58., který opouští lože 54, produkující zplyňovací reakci. V případě, že je k dispozici černý louh v práškové formě (suchý černý louh), může být pneumaticky vstřikován přímo do lože 54 zplyňovače. Uvedený černý louh je dále zahušťován, přičemž dochází k ochlazování plynu 58. To vzhledem k tomu, že teplo použité k odpařování vody se dodává při nižší teplotě než teplo přidávané do lože 54 prostřednictvím perforované desky 60, která má v sobě provedené kloboučky, nebo pomocí tepelného výměníku případně umístěného v loži 54, zvýší účinnost uvedeného postupu. Po opuštění reaktoru 10 se vyrobený plyn 58 zpracuje způsobem, který byl již popsán v souvislosti s obrázkem 1.

Materiál lože 54 má bod tavení v rozmezí přibližně od 760°C do 843°C v závislosti na množství síry, draslíku a chloridových příměsí v černém louhu 52.. Teplota povrchu tepelného výměníku 62 v loži 54 by se tedy měla udržet pod tímto teplotním rozmezím, aby se zabránilo částečnému tavení na povrchu ohřívače a vytvoření taveniny. Lokalizované tavení na tepelném výměníku způsobí, že částice přilnou k povrchu tohoto tepelného výměníku 62 a sníží tak účinnost povrchu, což může vést k úplné defluidizaci uvedeného lože 54.

V případě, že je tepelný výměník 62 použit způsobem znázorněným na obrázku 3, ohřívá nepřímo materiál lože 54 a jeho provozní povrchová teplota by měla být co možná nejbližší spodní limitní teplotě tavení, aby se maximalizoval tepelný rozdíl mezi ohřívaným povrchem 62 a materiálem lože 54.

Vstřikováním černého louhu 52 nad lože 54, vypere louh 52 část prachu z vyrobeného plynu 58, čímž napomáhá při čištění plynu 58. Nicméně většina prachových částic, které vypírá z uvedeného lože 54 produkční plyn, je z tohoto plynu oddělena v částicovém separátoru, jakým je například odlučovací multi-cyklon 1 8, kde se tyto částice shromažďují a odtud se recyklují zpět do uvedeného lože 54.

Sodné soli, t. j. reakční produkty černého louhu 52, jsou odváděny z lože 54 zplyňovače, zejména jako uhličitan sodný s určitým množstvím sulfidu sodného přetokovou trubicí 64 a rozpouštěny v nádrži 66, viz obr. 2. Kromě toho je z uvedeného lože odstraňován také zbytkový nezreagovaný uhlík.

K zachycení uhlíku z reakčního produktu lze použít filtr v trubici 68 v místě spojení s nádrží 66. Uhlík se následně recykluje do lože 54.

Obr. 2 znázorňuje výhodné provedení reaktoru 1 0 zplyňovače, který obsahuje bublající fluidní lože a je konstruován jako v podstatě válcovitá nádoba svařovaná z nerezavějící oceli s výhodně žebrovánou vnější stranou. Reaktor 10 obsahuje vstupní přetlakový prostor 11, distribuční desku 60 s kloboučky a odvodňovací kanál(y) 64 určené pro vypouštění pevných reakčních produktů. Reakční zóna 1 3 obsahuje lože 54 a alespoň recyklační průchod 20.. Případně jsou zde pozorovací průchody 70 a odvodňovací kanál 72. Reaktor 10 dále zahrnuje sušící zónu 15 s větším průměrem se vstřikovací sestavou 12 určenou pro vstřikování černého louhu, plnící trysky 74 a výstup 16 pro vyrobený plyn.

Jak již bylo uvedeno dříve horký fluidizační prostředek 19 u výhodného provedení je zaváděn do přetlakového prostoru 1 1 při tlaku asi 0,041MPa až 0,083 MPa, výhodně

při tlaku asi 0,055 MPa a teplotě v rozmezí od asi 427°C do asi 677°C. Uvedený fluidizační prostředek ohřeje a fluidizuje lože 54 výhodně při teplotě v rozmezí od 538°C do 677°C. Fluidizační rychlost se pohybuje v rozmezí od 0,91 do 2,4384 m/s, přičemž výhodnou rychlostí je 1,8288 m/s. Fluidizační prostředky 19 zahrnují například kyslík, vzduch, páru, oxid uhličitý, zapáchající vysokooblemový nízkokoncentrační plyn vznikající například v papírnách nebo jejich směsi.

Obrázek 3 je alternativním provedením zplyňovacího reaktoru 10 ♦ Toto provedení má dvě fluidizační lože 54, 76 operující v sérii vzhledem k proudění plynu. Na všech přiložených obrázcích jsou stejné nebo podobné znaky označeny stejnými vztahovými značkami. Fluidní lože 76 poskytuje uvedené fluidizační prostředky a lze ho použít buď společně s ohřívačem 14 vzduchu a páry nebo jako jeho náhradu.

Fluidizační plyny určené pro zplyňovací reakce jsou do procesu zaváděny jako relativně studené proudy v místě spodní části f luidizovaného lože 76. Vzduch je do uvedeného lože 76 zaváděn jako fluidizační plyn přibližně při 121°C. Na tuto teplotu lze vzduch ohřát v předehřívací s parním šnekem £6, při tlaku páry 0,34 MPa. Do lože 76 reaktoru 10 se zavádí kromě vzduchu i provozní pára _3. Provozní pára £ se generuje za použití spalin kotle 48 na odpadní teplo. Jak proud vzduchu £, tak proud páry £ jsou příliš studené na to, aby mohly být přímo přidávány do zplyňovacího lože £4- Značná část celkového tepelného příkonu se spotřebuje právě při převádění uvedených dvou proudů na teplotu lože. Výhodné je použiti tepelného výměníku v loži 76 . Samozřejmě že lze použít i jakoukoliv jinou vhodnou metodu vnějšího ohřevu.

Uvedený proud vzduchu 2. a uvedený proud páry _3 se ohřívají na provozní teplotu uvedeného lože 7 6, kterou je přibližně 537,8°C až 760°C, nicméně v některých případech pouze na teplotu 426,7°C, přičemž k jejich ohřevu je použito nepřímé tepelné exhaustování tepelného výměníku 78. Fluidní proud 19 se velmi rychle ochladí nebo zahřeje na aktuální provozní teplotu uvedeného horního fluidního lože 54, přičemž nebude ohřívat horní lože 54 nad teplotu tavení uvedených částic.

Uvedené spodní fluidní lože 76 používá inertní materiály, jakými jsou síran vápenatý, písek nebo oxid hlinitý, které mají vysokou teplotu tavení. Vzhledem k tomu, že zde nehrozí nebezpečí tavení materiálu lože, může být teplota spodního lože mnohem vyšší než teplota horního tepelného výměníku 62. V případě, že je žádoucí tepelně napájet spodní vnější tepelný výměník 78, může být teplo pro výměník získávání spalováním části vyrobeného plynu 58 uvnitř tepelného výměníku 78 nebo jakéhokoliv známého spalovacího zdroje, jakým je například hořák na zemní plyn.

Veškerý nezreagovaný uhlík odstraněný z vyrobeného plynu pomocí filtru v rozpouštěci nádrži 66 se může recyklovat zpět do systému. Recyklování uhlíku přizpívá ke zlepšení celkové účinnosti zplyňovacího procesu v reaktoru 10. Tato recyklace nejen, že řeší problém spojený s likvidací zbytků, ale také přispívá k vysoké tepelné účinnosti reaktoru 10.

Reaktor 10 pracující jako jednoduchý vzduchový zplyňovač a/nebo jako paroproudý zplyňovač umožňuje vyrábět proud produkčního plynu 58 s dobrou výhřevností při minimálním přímém přívodu tepla, které je zaváděno do fluidního lože prostřednictvím směsi vzduchu a páry.

Dalším způsobem zvyšování výhřevnosti produkčního topného plynu 58 je použití čistého kyslíku fy, pokud je k dispozici, jako zplyňovacího činidla na místo vzduchu _2. S použitím kyslíku se zvyšuje výhřevnost produkčního plynu. Avšak pokud je kyslík fy použit na doplění proudu vzduchu fy, dochází k tomu, že takto kyslíkem obohacený vzduch výhodně zvyšuje výhřevnost produkčního plynu 58., při zachování odpovídající fluidizace reaktoru 10.

Ve většině papírem lze uskutečňovat obohacování vzduchu fy, určeného pro zplyňování, čistým kyslíkem 4.. V papírnách dochází také k nahrazení chlorového bělení bělením kyslíkovým. Kromě toho není neobvyklé ani použití kyslíku k provzdušňování odpadních vod. Z výše uvedeného výčtu vyplývá, že poptávka po kyslíku je tak vysoká, že by bylo pro uvedenou papírnu ekonomicky výhodnější, aby její součástí bylo i separační vzduchové zařízení.

Dalším možným zdrojem vzduchu pro zplyňovač 10 je zdroj zapáchajícího plynu 5., jakým je například vysokoobjemový odpadní plyn s nízkou koncentrací (HVLC), který vzniká ve větracích šachtách a odsávačích v mnoha místech uvedené továrny. Proud odpadního plynu obsahuje malé koncentrace mnoha zapáchajících plynů, jako např. merkaptanů, a zpravidla je nasycen vodní parou. Tyto plyny jsou obvykle likvidovány spalováním nebo jsou jako zdroj vzduchu dodávány do vápenné pece, ale zpravidla se musí vzhledem ke svému vysokému obsahu vlhkosti tepelně vysoušet. Vzhledem k tomu, že vynález používá jako fluidizační médium jak páru, tak vzduch, řeší použití zapáchajících plynů ve smyslu zdroje vzduchu určeného pro zplyňovací systém, problémy spojené s likvidací těchto odpadních plynů vznikajících v papírnách .

Kromě toho lze jako zdroj kyslíku pro reaktor 1Q použít také zdroj nízkoobjemové vysocekoncentrované páry. Výhodou, kterou toto řešení nabízí, je ža uvedená pára navíc zachycuje síru, což vede ke snížení vzniku drcené síry.

Vynález rozděluje přívod nepřímého vnějšího tepla mezi nízkoteplotní zplyňovací lože 54 a vysokoteplotní ohřívač 14 vzduchu a páry nebo spodní fluidní lože 76. Vynález používá směs vzduchu 2^ páry 3^ a kyslíku _4 za účelem získání produkčního plynu 58 s vyšší výhřevnosti. Díky filtraci a recyklaci uhlíku dochází k vysoké konverzi uhlíku, což se odráží v tom, že systém vyžaduje pouze nízký vnější tepelný příkon.

Spalováním nezplyněného uhlíku 80 ve spodním fluidním loži 76 se doplní přívod nepřímého tepla, čímž se zvýší celková tepelní účinnost reaktoru 1 0. Kromě toho použiti reaktoru 10 zplyňovacího systému podle vynálezu přispívá k vyšší efektivitě papírenského procesu vzhledem k tomu, že pro svůj provoz využívá vysokoobjemový nízkokoncentrační odpadní plyn 5, který produkuje papírna, čímž navíc řeší problémy s jeho likvidací.

Co se týče obrázku 1, produkční plyn 58., který opouští zplyňovací reaktor 10, může být případně zaveden do kondenzačního tepelného výměníku 26.

Řešení podle vynálezu používá kondenzační tepelný výměník (CHX) 26 jako tepelnou regenerační jednotku a skrubrový systém na vypírání H₂S z uvedeného produkčního plynu získaného zplyňováním paliv obsahujících síru, zejména spalováním černého louhu, který se získává při výrobě celulózy a papíru. U výhodného provedení jsou všechny povrchy, které jsou vystavené produkčnímu plynu, pokryty potahovou vrstvou inertního materiálu, například polytetrafluorethanu (PTEF) nebo jiného fluorovaného plastu, například fluorovaného ethylenpropylenu (FEP) nebo tetrafluorethylenu (TFE). K potažení exponovaných povrchu lze použít i další inertní materiály, jako například sklo, grafit, slitiny nebo kovy. Tím se vytvoří prostředí, kde bude moci bez obav z korozí proběhnout nízkoteplotní regenerace tepla z produkčního plynu. Vzhledem k tomu, může být vnímatelné a skupenské teplo regenerováno a vráceno zpět do procesu za účelem zvýšení efektivnosti uvedeného zplyňovacího cyklu. Uvedená vrstva je také resistentní vůči tvorbě okují v kondenzační sekci.

Co se týče obrázku 4, produkční plyn 58 proudí skrze dva tepelné výměníky 82, 84 uspořádané do série, skrze následnou sekci 28 konečné úpravy, určenou ke konečnému odstranění í^S, a konečně skrze separátor 96 vody a reaktantů. Výsledkem je čistý suchý produkční plyn.

Produkční plyn je zaváděn do prvního tepelného výměníku 82 při asi 260°C nebo při teplotě nižší a je ochlazen na asi 93,3°C až asi 148,9°C. Jako chladící médium lze použít napájecí vodu 83 pro napájení kotle neboli provozní vodu. Ohřátá provozní voda může být kromě toho použita ještě ke generování nezbytné provozní páry. Kromě toho ji lze použít k přihřívání produkčního plynu, které se provádí například v přihřívači 32.

Produkční plyn je následně zaveden do sekce druhého tepelného výměníku 84, která pracuje kondenzačrtím způsobem.

Produkční plyn se ochladí na teplotu nižší než je teplota adiabatického nasycení. Kapičky, které se tvoří okolo plynu, kondenzují na chlazené fluoroplastické potahové i

vrstvě trubic tepelného výměníku 84. Reagent 88 se ve formě klasického zeleného louhu zavádí vstupním otvorem 90, například vstřikováním, do sekce 28 konečné úpravy a v případě, že je to žádoucí, je vstřikován vstupním otvorem 92 také do sekce 84 druhého tepelného výměníku, který opouští výstupem 91. Dalšími vhodnými reagenty mohou být například bezvodý uhličitan sodný, hydroxid sodný, aminy, alkalické soli, alkalické soli rozpustné ve vodě nebo jejich směsi. Odstraňování sirovodíku ze směsi se provádí v kondenzační sekci. Jímka 98 přijímá kondenzovanou tekutinu a louh a dodává je trubicí 102 do zásobníku 100, z kterého je tekutina s louhem recyklována pomocí čerpadla 104 zpět do systému tepelného výměníku 84.

Chladícím médiem v druhém stupni tepelného výměníku 84 je voda, zaváděná výhodně při teplotě 26,7°C nebo při teplotě nižší, případně vzduch 85.. Teplota a množství vody se mohou měnit za účelem regulace teploty produkčního plynu na teplotu optimální pro odlučování a za účelem minimalizace nežádoucí absorpce CC^·

Za kondenzační sekcí následuje případně sekce 28., v níž dochází ke styku protilehle proudícího plynu a tekutiny a k odloučení konečného ^S. Tato sekce využívá buď náplňovou věž, patra nebo jiná zařízení používaná k převodu hmoty, popřípadě vnitřní tepelný výměník, který byl popsán v předcházející části, které poskytují dostatečně velký povrch pro převod hmoty. Za účelem optimalizace použití chemikálie a maximalizace účinnosti odlučování se do horní rozstřikovací zóny 90 dodává čerstvě připravená chemikálie 94.

V separátoru 96., jakým je například cyklónový odlučovač nebo eliminátor vlhkého zákalu, který následuje za uvedenou zónou 28 konečné úpravy, dochází k odstranění vodI ního zákalu nebo tekutiny z uvedeného produkčního plynu 58, který je po opuštění této sekce zpracován způsobem již popsaným na obrázku 1.

Systém podle vynálezu lze snadno rozšířit na tlakový provoz. Natlakování uvedeného systému bude mít za následek zvýšení účinnost vztaženou na objem zařízení. K natlakování celého systému lze použít jeden ze dvou způsobů. První možností je způsob, který užívá pro každý subsystém nebo složku zvláštní tlakovou nádobu. Druhou možností je použití podtlakových složek nebo subsystémů obklopených nádobou 105, ve které je vyšší tlak, viz obr. 5. Zavedení vyššího tlaku je žádoucí a často nezbytné v případě, še je produkční plyn určen pro plynovou turbínu. Samozřejmě, že exportovaný produkční plyn může být stlačen až před použitím v plynové turbíně.

Dále budou následovat výčet příkladů některých dalších výhod, které vynález představuje, přičemž tento výčet má pouze ilustrativní ale nikterak omezující účinnek.

Systém podle vynálezu je samostatně pracujícím systémem, t. j. s ustáleným provozem (bez zapínání a vypínání). Systém přijímá černý louh, vzduch a elektřinu pro dmychadlo/ventilátor a vypouští zelený louh a produkční vzduch. Zavedení provozní vody a produkce páry jsou téměř minimální. Systém je upraven tak, že může přijímat střídavě různé výchozí suroviny, t. j. černé louhy (např. získané ze dřeva, bambusu, slámy a pod.) a lze ho použít k výrobě produkčních plynů různé kvality. U provedení znázorněného na obrázku 2 nejsou žádné ohřívané povrchy během normálního provozu ve styku s bublajícím reakčním ložem. Pro zahájení provozu lze použít některé ohřívače. Navržená spodní teplota eliminuje tvorbu taveniny a tím i možnost reakce mezi taveninou

a vodou, redukuje možné zanášení a snižuje potřebu chlazení zplyňovači nádoby. Uvedený systém neobsahuje žádné pohyblivé části ani mechanická zařízení s výjimkou dmychadel, ventilátorů a otočných uzávěrů. Vynález zahrnuje opětné ohřívání uvedeného produkčního plynu před jeho transportem. Předehřátý plyn bude také usnadňovat spalování plynu s nízkou výhřevností v kotli. Výhodami CHX skrubrového systému podle vynálezu jsou například to, že spojuje regeneraci tepla s odlučováním ^S. Za účelem zvýšení účinnosti cyklu se regeneruje vnímatelné a skupenské teplo z produkčního plynu zpět do cyklu. Skrubrový systém podle vynálezu odstraňuje jemné částice. Regulací pracích podmínek, například teploty a chemie v pracím zařízení neboli skrubru lze selektivně odlučovat H2S. Systém podle vynálezu má stranu tepelného výměníku, která je vystavena produkčnímu plynu a povrchy výměníků hmoty upraveny tak, že jsou rezistentní vůči korozi i vůči okujím.

i ι I ’ JAIOINÍ-SVIA i am_ ^!· —~í

5 JA .7 ²015 QQ

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY ) ¹ _c μ 11 9 V O

L_n1. Způsob výroby produkčního plynu, vyznačený tím , že zahrnuje zavedení zbytkového odpadního louhu do fiuidního lože zplyňovacího reaktoru, působení fiuidního lože při teplotě v rozmezí od 426,7°C do 760°C , které generuje proud produkčního plynu ze zbytkového odpadního louhu bez vzniku taveniny, odstranění prachu z proudu produkčního plynu, opakované získání tepla z produkčního plynu pomocí regeneračního tepelného prostředku, a vedení produkčního plynu kondensačním tepelným výměníkovým prostředkem , čímž se z uvedeného produkčního plynu získá další teplo a dojde k odstraněni kyselého plynu a částic.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím , že zavedení zbytkového odpadního louhu do uvedeného fiuidního lože zahrnuje:

rozstřikování zbytkového odpadního louhu do horní části zplyňovacího reaktoru, ohřívání zbytkového odpadního louhu pomocí produkčního plynu, zahušťování zbytkového odpadního louhu odpařováním pomocí produkčního plynu, a ochlazení uvedeného produkčního plynu.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím , že dále zahrnuje přihřívání produkčního plynu, které usnadňuje jeho dopravu a spalování.
4. Zařízení pro výrobu produkčního plynu způsobem podle nároku 1,vyznačené tím , že zahrnuje zplyňovací reaktor mající v sobě alespoň jedno fluidní lože se vstupem a výstupem, prostředek pro ohřívání alespoň jednoho fluidního lože uspořádaného v uvedeném zplyňovacím reaktoru na zvolenou teplotu, přičemž uvedený ohřívací prostředek poskytuje ohřátý proud tekutiny určený k fluidizaci uvedeného lože, který se zavádí do vstupu zplyňovacího reaktoru, prostředek pro zavádění zbytkového odpadního louhu do uvedeného zplyňovacího reaktoru za účelem výroby proudu produkčního plynu, lapač prachu umístěný za uvedeným zplyňovacím reaktorem určený k odstranění prachu z uvedeného proudu produkčního plynu, a kondensační tepelný výměníkový prostředek určený k opětnému získání tepla z uvedeného produkčního plynu a odstraňování kyselého plynu a částic z produkčního plynu za účelem jeho čištění a recyklace chemikálií z uvedené složky.
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že ohřívací prostředek zahrnuje ohřívač, který je konstruován tak, že dodává ohřátou tekutinu do přetlaku uvedeného zplyňovacího reaktoru.
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že ohřívač dále zahrnuje ohřívač vzduchu a páry vytápěný čistým produkčním plynem, přičemž do tohoto ohřívače vzduchu a páry se dodává předehřátý vzduch určený pro spalování a parné fluidizaci.
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, že dále obsahuje prostředek regenerující odpadní teplo pro regenerování odpadního tepla ze spalovacího plynu v ohřívači vzduchu a páry.
8. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č e n é t í m , že ohřívací prostředek zahrnuje druhé fluidní lože umístěné pod uvedeným prvním fluidním ložem uvnitř uvedeného zplyňovacího reaktoru pro přivádění ohřátého fluidizačního média do uvedeného lože.
9. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že dále zahrnuje alespoň jeden tepelný výměníkový prostředek uspořádaný v druhém fluidním loži pro nepřímé ohřívání tohoto fluidního lože.
10. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že dále zahrnuje alespoň jeden tepelný výměníkový prostředek uspořádaný v prvním fluidním loži pro nepřímé ohřívání tohoto fluidního lože.

í ,í
11. Zařízeni podle nároku 4, vyznačené tím, že j uvedené fluidní lože má provozní teplotu ležící v rozmezí přibližně od

426,7’C do 760°C.
12. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že uvedené fluidní lože má provozní teplotu ležící v rozmezí přibližně od 537,8°C do 676,7’C.
13. Zařízení podle nároku 8, v y z n a č e n é t í m , že do druhého fluidního lože se dodává surovina zvolená ze skupiny zahrnující zdroj kyslíku, zdroj zapáchajícího plynu, vzduch, páru a jejich směsi.
14. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředky pro natlakování systému na zvolený tlak vyšší než jedna atmosféra.

I
15. Zařízení podle nároku 14, vyznačené tím, že uvedené tlakovací prostředky zahrnují tlakovou nádobu obklopující celé zařízení.
16. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředek pro stlačení čistého produkčního plynu určeného pro přímé spalování v plynové turbíně.
17. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č e n é t í m , že r uvedené fluidní lože obsahuje materiál zvolený ze skupiny ?

zahrnující sodné soli, uhličitan sodný, draselné soli, uhličitan draselný, vápenaté soli, uhličitan vápenatý a jejich směsi.

*
18. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že dále zahrnuje regenerační tepelný prostředek umístěný za lapačem prachu pro opakované získání tepla z uvedeného produkčního plynu.
19. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č e n é t í m , že dále | zahrnuje regenerační tepelný prostředek umístěný za zplyňovacím I reaktorem a před lapačem prachu pro opakované získání tepla z I uvedeného produkčního plynu. · í
20. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředek pro přihřívání uvedeného produkčního plynu pro usnadnění jeho dopravy a spalování.

rys?
21. Zařízení pro opakované získání tepla z procesu a pro odstraňování kyselého plynu způsobem podle nároku 1, v y z n a č e n é tím ,že zahrnuje vstup pro přijímání proudu plynu, první kondensační výměníkový prostředek, který má vnitřní povrchy konstruované tak, že jsou chlazeny a vystaveny působení přijímaného proudu vzduchu, druhý kondensační výměníkový prostředek připojený do série k prvnímu kondensačnímu tepelnému výměníkovému prostředku, přičemž uvedený druhý kondensační tepelný výměníkový prostředek má vnitřní povrchy konstruované tak, že jsou chlazeny a vystaveny působení přijímaného proudu vzduchu a je připojen k prvnímu kondensačnímu tepelnému výměníkovému prostředku pomocí potrubí, prostředek pro distribuování reagenčního činidla do proudu plynu procházejícího druhým kondensačním tepelným výměníkovým prostředkem a pro vypírání kyselého plynu z tohoto proudu plynu, a prostředek pro oddělování kapaliny od proudu vzduchu.
22. Zařízení podle nároku 21, v y z n a č e n é tím , že dále zahrnuje prostředek konečné úpravy umístěný mezi druhým kondensačním tepelným výměníkovým prostředkem a prostředkem pro oddělování kapaliny, přičemž uvedený prostředek poslední úpravy umožňuje protiproudý kontakt plynu a kapaliny a další propírání.
23. Zařízení podle nároku 22, vyznačené tím, že uvedený prostředek pro distribuci reagenčního činidla se používá pro rozprašování reagenčního činidla na vstupu a na výstupu druhého kondensačního tepelného výměníkového prostředku.
24. Zařízení podle nároku 23, vyznačené tím, že prostředek pro distribuci reagenčního činidla se používá pro rozprašování reagenčního činidla na vstupu prostředku konečné úpravy.
25. Zařízení podle nároku 21, v y z n a č e n é tím, že dále zahrnuje jímku umístěnou před druhým kondensačním tepelným výměníkovým prostředkem, která přijímá zkondenzovanou kapalinu a kapalinu oddělenou od proudu plynu.
26. Zařízení podle nároku 20, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředek pro recyklaci zkondenzované kapaliny a kapaliny oddělené od proudu plynu na reakční činidlo.
27. Zařízení podle nároku 21, v y z n a č e n é t í m , že se použité reagenční činidlo zvolí ze skupiny zahrnující zelený louh, bezvodý uhličitan sodný, hydroxid sodný, aminy, alkalické soli, ve vodě rozpustné alkalické soli a jejich směsi.