NO834229L - Fremgangsmaate og apparat til fremstilling av en brennbar gassblanding - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat til

fremstilling av en brennbar gassblanding

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling

av en brennbar gassblanding (produktgass) fra et ikke-gassformet brensel ved bruk av et forgassingsapparat av den type som er forsynt med en skålformet, divergerende støtterist som drives roterende og er konstruert som et omdreiningslegeme, hvor et granuløst eller pulverformet ildfast hjelpemateriale og brenselet kontinuerlig mates til innsiden av den roterende rist, hvor et forgassingsmediuiti (prosessgassen) videre mates til utsiden av risten, hvoretter den resulterende produktgass og det brukte hjelpemateriale sammen med aske fra brenselet slippes ut hver for seg fra forgassingsapparatet. En fremgangsmåte av denne type er kjent fra EP-A-83.200.382.6.

I denne kjente fremgangsmåte danner det hjelpemateriale som anvendes et skikt, hvilket som et resultat av hellings-vinkelen av innsiden av støtteristen og under innvirkning av sentrifugalkraften, gradvis glir fra tilførselspunktet ved det smaleste parti av støtteristen mot omkretsen ved det videste parti av risten. Brenselet som avsettes på dette glidende skikt, kan deretter omdannes til den ønskede produktgass ved hjelp av prosessgassen.

Skjønt denne kjente prosess gir et.tilfredsstillende resultat for fast brensel og mange former av flytende brensler, kan der oppstå vanskeligheter med visse tunge, såkalte resi-dualoljer i forbindelse med cracking, hvilket bevirker sammenklumping (caking). Ved cracking av den nevnte olje blir de lette fraksjoner fraskilt, slik at bare de tunge fraksjoner, hovedsakelig tjære og asfalt, blir tilbake. Resultatet er klumpdannelse på det glidende skikt, slik at den nødvendige gradvise forflytning av dette skikt med brenselet som hviler på dette, blir forstyrret.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte i.hvilken den nevnte ulempe avhjelpes, samtidig som inntreffeisen av sammenklumping unngås.

Denne hensikt oppnås i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen idet brenselet som skal forgasses, består, i det minste delvis, av en residualolje som tidligere er blitt bragt inn i et brenselkammer med et sentrifugalfelt, innen hvilket en varm gass fremstilles fra den lettere fraksjon ved grenseskiktforgassing. Den varme gass slippes deretter ut av kammeret for å blandes med den tyngre fraksjon som forlater kammeret, hvilken fraksjon deretter omdannes til karbonpartikler som så lander på skiktet av hjelpematerialet som er anordnet mot innsiden av støtteristen.

I sentrifugalfeltet til brenselkammeret blir residualoljen splittet til en tyngre fraksjon i den ytre sone og en lettere fraksjon i det sentrale parti av brenselkammeret. Den lettere fraksjon forgasses, og den tyngre fraksjon strømmer ut i retning av støtteristen. Før denne tyngre fraksjon når støtte-risten med det glidende skikt, blir imidlertid fraksjonen omdannet til sotpartikler ved hjelp av de varme gasser produsert i brenselkammeret, og disse partikler kan fullstendig forgasses under deres opphold på belegningslaget.

I henhold til en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir en oksidajsonsmiddel/f^O-blanding injisert innover og sentralt i en side av brenselkammeret, hvilket bevirker forgassing av den lettere fraksjon av brenselet,

idet den varme gass som produseres, forlater den andre side av brenselkammeret sentralt sammen med en dosert mengde r^O for den fremtidige blanding med den tyngre fraksjon av brenselet. H20 kan i dette tilfelle være enten vann eller damp og oksidasjonsmiddelet kan bestå av luft eller oksygen.

I henhold til denne fremgangsmåte blir der i tillegg

til den kjente komprimerte luftstrøm for forgassing av brenselet på det glidende skikt, anvendt en andre komprimert luftstrøm for forgassing av den lettere fraksjon av brenselet inne i brenselkammeret.

Oppfinnelsen omfatter videre en innretning til fremstilling av en ren og brennbar gassblanding (produktgass)

fra et ikke-gassformet brensel ved anvendelse av den fremgangsmåte som her er beskrevet og innbefatter et hus inneholdende

en divergerende, skålformet støtterist som drives roterende rundt en senterlinje og er konstruert som et omdreiningslegeme, idet støtteristen er forsynt med organer for til-førsel av et granuløst eller pulverformet ildfast hjelpemateriale til innsiden av det smaleste parti av risten for å danne, under operasjonen, et skikt som glir langs innsiden av støtte-risten, organer for tilførsel av brenselet til skiktet, og videre organer til utslipp av utbrukt hjelpemateriale sammen med aske fra brenselet, idet innretningen videre er forsynt med organer for tilførsel av et forgassingsmedium (prosessgassen) til utsiden av støtteristen og huset er forsynt med et utløp for produktgassen, og organer er skaffet til drift

.av støtteristen.

Disse organer er også kjent fra den tidligere EP-søknad 83.200.382.6.

I det foreliggende apparat i henhold til oppfinnelsen består organet for tilførsel av brensel til skiktet innenfor støtteristen av et separat kammer i form av et roterbart drevet omdreiningslegeme, innenfor hvilket den lettere fraksjon av det tilførte flytende brensel omdannes til en varm gass ved grenseskiktforgassing og brenselkammeret er forsynt med en sentral åpning ved en ende for passasje av den varme gass, mens den andre ende av kammeret er forsynt ved omkretsen med en passasje for den tyngre fraksjon. Den nevnte passasje er anodnet nær det smaleste parti av støtteristen, mens en begerformet omsluttende vegg som støter opp til støtteristen, er skaffet for å føre den varme gass rundt utsiden av kammeret mot passasjen for den varme fraksjon.

Når et apparat av denne type anvendes, må brenselet

i brenselkammeret først antennes. Det kan gjøres ved tilførsel av varm luft slik at spontan antenning finner sted, eller ved for en kort periode å tilføre brennbar gass og antenne den elektrisk innenfor brenselkammeret.

De trekk som her er angitt og andre spésielle detaljer både for prosessen og apparatet i henhold til oppfinnelsen, skal forklares i detalj nedenunder ved henvisning til tegningen som viser et lengdesnitt av en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Utførelsesformen av brenselforgassingsapparatet i henhold til oppfinnelsen slik det er vist på tegningen, består av et hus 1 med en støtterist 3 inne i dette, hvilken rist drives slik at den roterer rundt en senterlinje 2 og er konstruert som et omdreiningslegeme med en form som en avkortet kjegle som vider seg ut fra venstre mot høyre. Nær toppen av denne kjegleformede støtterist er enden 4 av et tilførselsrør 5 anordnet. Dette rør danner en del av det organ som er skaffet for å mate et granuløst eller pulverformet ildfast hjelpemateriale til det smaleste parti av støtteristen 3. Støtte-risten 3 er forsynt med organer, som skal beskrives i nærmere detalj nedenunder, for frembringelse av en hurtig rotasjon rundt senterlinjen 2. En kappe 6 er anordnet rundt utsiden av støtteristen 3 med en viss klaring gjennom hvilken et forgassingsmedium (prosessgass) kan mates til utsiden av støtteristen. Så langt er konstruksjonen i overensstemmelse med det brenselforgassingsapparat som er angitt i EP-A-83.200.382.6.

Ved sin øvre ende er støtteristen 3 som har form av

en avkortet kjegle, forbundet med en begerformet omsluttende vegg 7 hvis bunn har form som et innoverpekende konisk parti 8. Den ovenfor nevnte kappe 6 omslutter også veggen 7 og er forsynt ved senterlinjen 2 med et støtterør 9. Dette rør har forskjellige funksjoner såsom å understøtte roterende kappen 6, den omsluttende vegg 7 og støtteristen 3 i et lager 10, idet det sistnevnte også.tjener som drivmotor for kompo-nentene 3, 6 og 7. Røret 9 tjener også som et tilførselsorgan for prosessgassen som kan strømme til utsiden av støtteristen 3 via åpningen 11 mellom kappen 6 og veggen 7. Under driften opprettholdes et skikt eller støttelag 12 av hjelpemateriale langs innsiden av risten 3 som et resultat av dennes rotasjon på grunn av sentrifugalakselerasjonen som finner sted. Dette lag strømmer i retning av den frie kant 13 på støtteristen 3.

Det mest karakteristiske trekk ved oppfinnelsen angår måten ved hvilken brenselet som skal forgasses, mates til skiktet 12. For dette formål er der skaffet et separat kammer 14 i form av et roterbart drevet omdreiningslegeme (i dette tilfelle en kjegle 15) innenfor veggen 7. Kjeglen 15 er avkortet og er forsynt med en frontplate 16 ved kjeglens bunn-flate, anordnet til høyre på tegningen og en frontplate 17

ved toppen av kjeglen. Aksen av kjeglen 15 faller sammen med senterlinjen 2 slik at brenselkammeret 14 er anordnet koaksialt med hensyn til støtteristen 3. Frontplaten 16 er forbundet med en sentral injiseringskanal 18 for en luft/vann-eller luft/damp-blanding og omfatter en åpning 39 for tilførsel av denne blanding til brenselkammeret 14. Frontplaten 16

er videre forsynt med en rekke ringformede hull 19 for til-førsel av brensel, hvilke hull er anordnet rundt kanalen 18. Frontplaten 16 har minst én passasje 20 langs sin omkrets.

Innføringsrør 21 og 22 er anordnet koaksialt med den sentrale injeksjonskanal 18. Via den ringformede åpning inne i røret 21 blir det flytende brensel som skal forgasses,,

i dette tilfelle en residualolje, matet mot kammeret 14 gjennom åpningene 19. Via den ringformede åpning inne i røret 22

blir kjølevann tilført. For dette formål har omkretsen av kjeglen 15 en dobbeltvegget konstruksjon med en mellomliggende åpning 23. Nær frontplaten 16 er denne åpning forbundet med innløpsrøret 22. I frontplaten 17 på toppen av kjeglen 15

er der skaffet en sentral åpning 24 for utslipp av den varme gass. Den ytre vegg 25 av den mellomliggende åpning 23 er forsynt med en utslippsåpning 26 anordnet rett overfor åpning 24 for kjølevæsken eller dampen som i mellomtiden har nådd en lav temperatur.

Huset danner et bokslignende oppsamlingsrom 27, i hvilket det utgående hjelpemateriale sammen med asken fra brenselet fra skiktet 12 kan samles opp, hvilket materiale slynges bort ved sentrifugalkraft. Oppsamlingsrommet 27 skaffer en fri ringformet passasje 28 utenfor innløpsrøret 22. Denne passasje danner en forbindelse mellom forgassingsrommet 29 innenfor støtteristen 3 og et utslippskammer 30 for produkt gassen som kan slippes ut via en utslippsåpning 31. Oppsamlingsrommet 27 er forbundet gjennom en slusekonstruksjon 32 til et utløp for det brukte hjelpemateriale sammen med asken fra brenselet.

Brenselkammeret 14 drives ved den sentrale injiseringskanal 18 som er konstruert i form av et rør og som ved den ende som er lengst til høyre på tegningen, er forsynt med et støttelager 33 som også er konstruert som en rotasjonsmotor. Ikke bare kanalen 18, men også rørene 21 og 22 roterer sammen med brenselkammeret 14. For tilførsel av kjølevannet og residualoljen er en kappe 34 i den del av huset 1 som ligger lengst til høyre på tegningen, dannet med pakningene 35 og 36 mellom de stasjonære og roterende deler. Kappen 34 har to tilkoblinger 44 og 45 for residualoljen resp. kjølevannet. En annen pakning 37 er skaffet mellom huset 1 og innløpsrøret 22, og nok en pakning 38 er skaffet på den andre side av huset 1 mellom støtterøret 9 og huset 1.

Det beskrevne forgassingsapparat virker som følger:

Varm eller kald luft blandet med henholdsvis damp eller vann tilføres via den sentrale injiseringskanal 18 og strømmer gjennom en smal åpning 39 i frontplaten 16 inn i brenselkammeret 14, denne strøm produserer en intens turbulens inne i kammeret, noe som er nødvendig for flammestabilisering inne i en kjerne 40 i dette kammer. Residualoljen kommer inn i kammeret 14 via åpningene 19 for brenseltilførsel,

og sentrifugalfeltet bevirker at den lettere fraksjon samles rundt kjernen 40. Den tyngre fraksjon separeres mot den kjegleformede vegg 15. Kjølevann som mates via røret 22, strømmer gjennom den mellomliggende åpning 23.

Brenselet rundt kjernen 40 antennes, og dette kan gjøres på to måter: (a) Ved tilførsel av varm luft, hvilket resulterer i spontan antennelse straks den varme luft kommer i berøring med den lettere fraksjon; (b) ved kort å tilføre en brennbar gass til luften som kommer inn via kanalen 18 og ved elektrisk antennelse av denne gass i kjernen 40.

Som et resultat av den høye gasshastighet inne i brenselkammeret 14 vil grenseskiktforgassing finne sted med den egenskap at dersom luft/damp- eller luft/vann-forholdet holdes konstant, vil luftfaktoren forbli konstant innen visse grenser, uavhengig av hastigheten og massestrømmen av damp/luft- eller vann/luft-blandingen som mates inn via kanalen 18.

Gassen som dannes i kjernen. 40, har en temperatur mellom 1700 og 1900K og forlater brenselkammeret 14 via den sentrale åpning 24. Kjølevannet som strømmer i den mellomliggende åpning 23 mellom kjeglen 15 og den ytre vegg 25, settes til den varme gass ved utslippsåpningen 26. Som et resultat vil temperaturen av den utgående gass reduseres til 1200-1300K.

I åpningen 41 av den begerformede vegg 7 blir gasstrømmen avbøyet også ved det kjegleformede punkt 8 og mates via den ringformede passasje 42 mot forgassingsrommet 29. Ved omkretsen er dette rom avgrenset av det kontinuerlig bevegelige støttelag eller skikt 12 av det granuløse eller pulverformede ildfaste hjelpemateriale som tilføres via enden 4 av røret 5.

Den tyngre fraksjon av residualoljen forlater det roterende brenselkammer 14 via passasjen 20, og før den når det bevegelig skikt 12, utsettes den for den varme gasstrøm som kommer inn i forgassingsrommet 29 via passasjen 42. Denne tyngre fraksjon vil straks omdannes til karbonpartikler som ankommer skiktet 12 som et resultat av sentrifugalfeltet. Disse karbonpartikler forgasses på skiktet 12 ved prosess- . gassen som mates mot utsiden av støtteristen 3 via støtte-røret 9 og åpningen 11. Prosessgassen består av en damp/luft-eller vann/luft-blanding. Støtterøret 9 er forsynt med en innsnevring 43 ved den ende som peker mot det kjegleformede punkt 8 slik at innføringen i åpningen 11 er ved stor hastighet og veggen 7 avkjøles. Den brennbare produktgass som dannes i rommet 29, forlater dette via den ringformede passasje 28, utslippskammeret 30 og utslippsåpningen 31.

Det brukte hjelpemateriale fra skiktet 12 sammen med asken fra brenselet forlater støtteristen via den frie kant 13 og når deretter oppsamlingsrommet 27 som kan forlates via slusekonstruksjonen 32.

Det skal bemerkes at pulverisert dolomitt kan suspenderes i residualoljen, og denne suspensjon havner i den tyngre fraksjon som kommer i berøring via passasjen 20 med den varme gass som strømmer fra åpningen 41 etter passasje gjennom den ringformede passasje 42. Som et resultat av dannelsen av karbonpartikler vil dolomitten ende opp i skiktet 12 med karbon avleiret derpå. F^S som dannes i løpet av forgassingen, vil da være bundet sammen med dolomitten. Denne reagerte dolomitt forlater forgassingsapparatet via slusekonstruksjonen 32 i fast form sammen med det brukte hjelpemateriale (som også kan være dolomitt) og sammen med asken.

Den brennbare produktgass som.forlater åpningen 31,

er ren og ved høy temperatur (1200K) og har et visst trykk høyere enn atmosfæretrykk. Denne gass kan anvendes direkte i en gassturbin f.eks. I den prosess som utføres i forgassingsapparatet , blir to komprimerte luft/vann- og luft/damp-strømmer anvendt, en via støtterøret 9 som den nødvendige prosessgass i skiktet 12 og den andre via den sentrale injiseringskanal 18 for opprettholdelse av grenseskiktforgassing inne i brenselkammeret 14 og for omdannelse av den tyngre fraksjon til karbonpartikler på nedstrømssiden av passasjen 20. I den utførelsesform som er beskrevet, har de to roterende elementer, dvs. støtteristen 3 og brenselkammeret 14, hver sitt eget drivverk 10 resp. 33,hvilket kan ha fordeler sammenlignet med et felles drivverk.

De følgende data kan angis som et eksempel:

Tilførsel av varm, ren gass under trykk (1500 kPa). Utbytte: 4-40 MW produsert gass inklusiv latent varme.

Prosessgass:

P = 1500 kPa

T = 1173K (i kammeret 30)

H00-tilførsel: 0,89 kg/3kg olje

Lufttilførsel: 1,95 nm /kg olje

Luftfaktor: 0,2

Dolomitt-tilførsel: 0,161 kg/kg olje

Brensel sanunensetn ing:

Residualolje: C: 85,4 vektprosent

H: 11,4 vektprosent

S: 2,8 vektprosent

aske: 0,4 vektprsoent

Nedre varmeverdi: 40,5 MJ/kg

SPG: 0,96

Produktgass: sammensetning: N2: 31,0 vol.%

H20: 6,1 " %

C02: 3,4 " %

CO: 24,0 " %

H2: 33,3 " %

CH4: 2,2 " %

Nedre varmeverdi: 7415 kJ/nm^

Øvre varmeverdi: 8279 kJ/nm<3>

g-verdi ved støtteristens midlere diameter: 2500

Antall omdreininger n av støtteristen (3) = 2700 o/min Antall omdreininger n av brenselkammeret (14) = 2700 o/min

når utbyttet er 18MW.

Det er en ytterligere fordel ved oppfinnelsen at den gass som fås, kan mates direkte til en gassturbin, som beskrevet i EP-A-83.200.382.6. Derved vil der ikke finne sted noe tap av varme.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en brennbar gassblanding (produktgass) fra et ikke-gassformet brensel ved bruk av et forgassingsapparat av den type som er forsynt med en skålformet divergerende støtterist som drives roterende og er konstruert som et omdreiningslegeme, hvor et granuløst eller pulverformet ildfast hjelpemateriale og brenselet kontinuerlig mates til innsiden av den roterende rist, hvor et forgassingsmedium (prosessgassen) videre mates til utsiden av risten, hvoretter den resulterende produktgass og det brukte hjelpemateriale sammen med aske fra brenselet slippes ut hver for seg fra forgassingsapparatet, karakterisert ved at brenselet som skal forgasses består, i det minste delvis, av en residualolje som tidligere er blitt bragt inn i et brenselkammer med et sentrifugalfelt innen hvilket den varme gass fremstilles fra den lettere fraksjon ved grenseskiktforgassing, idet den varme gass deretter slippes ut av kammeret for blanding med den tyngre fraksjon som forlater kammeret og som omdannes, til karbonpartikler, som deretter kan lande på skiktet av hjelpemateriale langs innsiden av støtteristen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at en oksidasjonsmiddel/r^O-blanding injiseres innover og sentralt i én side av brenselkammeret hvilket bevirker forgassing av den lettere fraksjon av brenselet, og den resulterende varme gass som produseres forlater den andre side av brenselkammeret sentralt sammen med en dosert mengde 1^ 0 for den etterfølgende blanding med den tyngre fraksjon av brenselet.

3. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at en suspensjon av dolomittpartikler fremstilles i residualoljen før denne blandede.olje bringes inn i sentrifugalfeltet inne i brenselkammeret .

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at forgassingsmediet (prosessgass) består av en damp/luft- eller vann/luft-blanding eller en C^/ damp- eller G^/ vann-blanding.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at produktgassen fremstilles ved et betydelig overtrykk i området 1000-4000 kPa.

6. Apparat til fremstilling av en ren og brennbar gassblanding (produktgass) fra et ikke-gassformet brensel ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge et av de foregående krav og omfattende et hus som inneholder en divergerende skålformet støtterist som drives roterende rundt en senterlinje og er konstruert som et omdreiningslegeme, hvilken støtterist er utstyrt med organer for å tilføre et granuløst eller pulverformet ildfast hjelpemateriale til innsiden av det smaleste parti av risten for å danne, under driften, et skikt som glir langs innsiden av støtteristen, organer for tilførsel av brensel til det nevnte skikt, og videre organer til å føre ut brukt hjelpemateriale sammen med aske fra brenselet, idet apparatet er ytterligere forsynt med organer for tilførsel av et forgassingsmedium (prosessgassen) til utsiden av støtte-risten, og huset er forsynt med et utløp for produktgassen og der er skaffet organer til drift av støtteristen, karakterisert ved at organet for tilførsel av brensel til skiktet innenfor støtteristen (3) består av et separat kammer (14) i form av et omdreiningslegeme som drives roterende, innenfor hvilket den lettere fraksjon av det tilførte flytende brensel omdannes til en varm gass ved grenseskiktforgassing, brenselkammeret er forsynt med en sentral åpning (24) ved én ende for passasje av den varme gass mens den andre ende av kammeret er forsynt ved sin omkrets med en passasje (20) for den tyngre fraksjon, hvilken passasje er anordnet nær det smaleste parti av støtteristen, og en begerformet omsluttende vegg (7) som støter opp til støtte-risten er skaffet for å føre den varme gass rundt utsiden av kammeret mot passasjen for den tyngre fraksjon.

7. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at brenselkammeret (14) er konstruert som en avkortet kjegle (15) med en frontplate (16, 17) ved grunnflaten resp. toppen, idet kjeglen er koaksial med støtteristen (3) og er anordnet stort sett innenfor den begerformede omsluttende vegg (7) mens grunnflatens frontplate (16) er forbundet med en sentral injiseringskanal (18) for en oksidasjonsmiddel/r^ O-blanding, og også er forsynt med en rekke ringformede åpninger (19) for brenseltilførsel og med passasjen (20) rundt omkretsen for den tyngre fraksjon.

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at omkretsen av kjeglen (15) er en dobbeltveggkon-struksjon og at kjeglen nær sin frontplate (16) i grunnflaten er forbundet med et forsyningsorgan (22) for en kjølevæske og at den sentralt anordnede åpning (24) i frontplaten (17) ved toppen av kjeglen for passasje av den varme gass som fremstilles i brenselkammeret (14) kombineres med en utløps-åpning (26) for kjølevæsken i den doble kjeglevegg (25).

9. Apparat som angitt i et av kravene 6-8, karakterisert ved at der er skaffet en kappe (6) rundt utsiden av den begerformede omsluttende vegg (7) og støtte-risten (3) er forbundet til organet som fører prosessgassen til utsiden av støtteristen.