NO844799L - Fremgangsmaate og anordning for reduksjon av oksydmateriale og generering av gass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for reduksjon av oksydholdig materiale under samtidig generering av en for varmeenergiutvinning egnet gass. En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en prosess-teknisk og også fra energisynspunkt optimal reduksjons-prosess med et særdeles lett regulerbart gassgenererings-system for å frembringe en reduksjonsgass med egnet sammen-setning , trykk og temperatur.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en fremgangsmåte som samtidig muliggjør at ønskete mengder brenselsgass kan tas ut fra systemet.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte med en slik fleksibilitet at en del av den forbrukte reduksjonsgass, som tas ut fra sjaktovnen,kan brukes igjen i prosessen.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for

å redusere oksydholdig materiale under samtidig generering av en for varmeenergiutvinning egnet gass og innbefatter trinnene:

a) at man fremstiller en reduksjonsgass som hovedsakelig inneholder karbonmonoksyd, hydrogengass, karbondioksyd og vann fra karbon- og/eller hydrogenkarbonholdig utgangsmateriale, hvorved nevnte utgangsmateriale sammen med oksydasjonsmidler og eventuell slaggdannere inn-føres i et forgasningskammer samtidig som varmeenergi dannes ved partiell forbrenning; b) at man foredler den slik fremstilt gass, som utgår fra det nevnte forgasningskammer ved en temperatur som ligger over askesmeltepunktet, i en etterfølgende sjakt fylt med fast karbonholdig stykkemateriale til en reduksjonsgass som hovedsakelig inneholder karbonmonoksyd og hydrogengass; c) at den slik fremstilte reduksjonsgass bringes til en for den etterfølgende reduksjon egnet temperatur og

deretter innføres i en sjaktovn som inneholder det oksydholdige materiale som skal reduseres og herved

bringes til å strømme motstrøms til nevnte i

sjaktovnen tilstedeværende oksydholdige materiale;

d) at man befrir den fra sjaktovnen uttatte delvis forbrukte reduksjonsgass fra i hovedsaken alt vann

og alle støvformige partikler og utnytter hoved-delen av den slik behandlete forbrukte gass for varmeenergiutvinning.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen ut-føres foredlingstrinnet slik at reduksjonsgassen i det vesentlige inneholder karbonmonoksyd og hydrogengass med en andel av karbondioksyd og vanndamp på mindre enn 10 %.

I henhold til en ytterligere utførelsesform av foreliggende oppfinnelse anvendes oksygengass og maksimalt 20 %

H2O som oksydasjonsmiddel i den nevnte gassgenereringspro-sess og ..oksydas jonsmidlet innføres blandet med i det minste en del av det karbon- og/eller hydrogenkarbonholdige materiale gjennom en brenner til forgasningskammeret. Oksydas jonsmidlet kan forvarmes før det mates gjennom brenneren.

Som sjaktfyllmateriale kan fortrinnsvis anvendes koks eventuelt blandet med svovelakseptorer. Alternativt kan pulverformig tilsetningsmiddel sammen med eventuelle svovelakseptorer sprøytes inn i systemet i brennerens umiddelbare nærhet .

I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen kan den i forgasningskammeret dannete reduksjonsgass fortrinnsvis befris fra svovel i et etterfølgende svovelfilter før reduksjonsgassen kjøles. Normalt forlater den dannete reduksjonsgass sjakten ved en temperatur mellom 1000 og 1500°C, hvoretter den dannete reduksjonsgass' temperatur reguleres ned til mellom 700 og 1000°C, fortrinnsvis 825°C, innen reduksjonsgassen føres inn i reduksjonssjaktovnen.

Den hete reduksjonsgassen som forlater gassgeneratoren

a) blandes med en viss mengde delvis forbrukt reduksjonsgass tatt fra reduksjonssjakten eventuelt etter å ha

bli avsvovlet og/eller

b) mates gjennom et kjølemiddel

ved en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen slik at

man skal erholde den ønskete slutt-gasstemperatur som ligger mellom 700 og 1000°C, fortrinnsvis 82 5°C, før reduksjonsgassen mates inn i reduksjonssjaktovnen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også en anordning for å redusere oksydholdig materiale under samtidig generering av en for varmeenergiutvinning egnet gass, hvilken anordning innbefatter en genereringsanordning for reduksjonsgass omfattende i det minste ett forgasningskammer med minst én brenner, en sjakt fylt med fast karbonholdig materiale i stykkeform, en til gassgenereringsanordningen eventuelt via et svovelfilter tilknyttet sjaktovn som inneholder det for redusering bestemte oksydholdige materiale, et første gassutløp anordnet i sjaktovnens øvre del, en i tilslutning til det første gassutløp beliggende separator anordnet for å befri den utgående gass-strømmen for vann og støvformige partikler foruten et etterfølgende annet gassutslipp for avtapning av til varmeenergiutvinning egnet gass og en hovedmaterledning for resirkulering av minst en delstrøm av nevnte utgående gass-strøm for regulering av temperaturen i reduksjonsgassen som fremstilles i gassgenereringsanordningen. Ytterligere kjennetegn hos oppfinnelse er angitt i vedlagte krav.

For at oppfinnelsen bedre skal forstås henvises det til følgende beskrivelse og figuren på vedlagte tegning, som skjematisk viser et utførelseseksempel av oppfinnelsen.

På tegningen betegnes en for reduksjon av stykkeformig oksydholdig material egnet reduksjonssjakt med 1. Sjakten 1 oppviser en anordning for innmatning av det stykkeformige oksydholdige materiale. I sjaktens 1 bunn finnes en innløps-ledning 3 for varm reduksjonsgass, hovedsakelig bestående av karbonoksyd og hydrogengass, og nevnte gass føres til stykkematerialet motstrøms gjennom reduksjonssjakten 1 og tas deretter ut gjennom et i sjaktovnens 1 øvre område beliggende første gassutløp 4. Utløpsledningen 4 er tilknyttet til en separator 5, en såkalt gass-vasker, i hvilken støvformige partikler og vann fjernes fra den fra sjaktovnen 1 uttatte forbrukte gass. Vannet og støvformige partikler fjernes slik fra den forbrukte gass eller toppgassen i separatoren 5 og under denne operasjon kjøles gassen samtidig og en ønsket mengde forbrukt gass kan deretter tas ut fra systemet via et utløp 6 som brenselsgass. En del av denne forbrukte gass føres tilbake til prosessen gjennom en ledning 7 for gjenanvendelse, som beskrives me-re detaljert nedenfor. Ledningen 7 omfatter minst én kompressor 8. Minst én brenner 11 er anordnet i forgasningskammerets 13 nedre del. Med 12 betegnes en lanse for til-førsel av slaggdannende materiale til forgasningskammeret 13 sammen med, om nødvendig, svovelakseptorer. 15 beteg-ner et slaggutløp anordnet i forgasningskammeret. Forgasningskammeret 13 er tilsluttet til bunnen av en koksfylt sjakt 14. Denne sjakt 14 er i den øvre ende utstyrt med et gassutløp, hvilket via en ledning 16 er forbundet med et svovelfilter 17. Ledningen 16 er forsynt med et utløp 22 for uttak av gass som skal anvendes som brenselsgass. For samme formål kan et ytterligere utløp 2 2a være anordnet i ledningen 18 umiddelbart etter filtret 17, hvorved ledningen 18 forbinder filtret 17 med innløpet 3. For at den dannete reduksjonsgass skal kunne kjøles kan i det minste en del av reduksjonsgassen ledes gjennom en kjøle-anordning 20 via en "shunt"-forbindelse 19, 20 på ledningen 18. Gassledningen 7 omfatter en grenledning 23 som er tilkoblet til ledningen 18 umiddelbart før gassinnløpet

3. Ledningen 18 er umiddelbart før gassinnløpet 3 også tilsluttet til en ledning 24 for tilførsel av H2S og en ytterligere ledning 25 for karbonholdig material, slik som etan, metanol og/eller propanol. På slik måte kan karboninnhol-det i den dannete reduksjonsgass yttterligere reguleres

før den mates inn i sjakten 1. Allerede tilførsel av H2S

i mindre mengder reduserer risikoen for sotdannelse i systemet.

En ledning 9 for tilførsel av oksygengass og en ledning

10 for tilførsel av karbon- og/eller hydrogenkarbonholdig materiale er tilsluttet direkte til brenneren 11 for å ma-te materialet gjennom brenneren og inn i forgasningskammeret 13. Oksydasjonsmidlet kan eventuelt forvarmes før det passerer gjennom brenneren 11.

Den på tegningen viste anordning fungerer i prinsipp på følgende måte: Den for reduksjonen av det oksydholdige materiale i sjak--ten 1 tilsiktede reduksjongass, som innføres i sjaktens 1 bunn via gassinnløpet 3 fremstilles prinsipielt i gassgeneratoren 14 ved at et karbon-og/eller hydrogenkarbonholdig utgangsmateriale sammen med oksydasjonsmiddel og eventuelle slaggdannere innføres i forgasningskammeret 13, som er forbundet med den koksfylte sjaktens 14 bunndel. Den slik fremstilte reduksjongass bringes deretter prinsipielt til en for den etterfølgende reduksjon av det oksydholdige materiale i sjaktovnen 1 egnet temperatur og bringes til å strøm-me motstrøms til det for reduksjon avsatte materiale. Den fra sjakten 1 forbrukte gass, som delvis er forbrukt med hensyn til sin kjemiske reduksjonskapasitet, og som ved reduksjonen av det oksydholdige materiale blandes med oksy-derende bestanddeler slik som karbondioksyd og vann sammen med støvformige partikler, mates etter at den er fjernet fra reduksjonssjakten 1 via det i sjaktovnens 1 øvre område anordnete utløp 4 gjennom en gassvasker 5, som er anordnet for å befri den forbrukte gass eller toppgassen fra vann og støvformige partikler. Ved behandlingen i gassvaskeren 5 kjøles også den forbrukte gass og kan deretter delvis fjernes fra systemet via gassutløpsledningen 6 og anvendes som brenselsgass. Alternativt kan en regulerbar delstrøm av nevnte gasstrøm føres tilbake til prosessen via ledningene 7 og 23.

Gassgenereringen i sjakten 14 kan utføres på mange alter-native måter. Således kan eksempelvis pulverformig og/eller flytende karbon- og/eller hydrogenkarbonholdig utgangsmateriale sammen med et oksydasjonsmiddel, som inneholder 20 % 1^0, sprutes gjennom brenneren 11 inn i forgasningskammeret 13, som er tilsluttet til nedre del av den koksfylte sjakten 14. Det karbon- og/eller hydrogenkarbonholdige utgangsmateriale kan også ha stykkeform, hvorved det føres inn via sjaktens 14 øvre del. Herved er koks et egnet karbonholdig materiale.

Den i sjakten 14 genererte reduksjongass kan også befris

fra svovel ved at en egnet svovelakseptor inkluderes i sjaktfyllingen eller sprutes inn i forgasningskammeret eller også ved at den i sjakten 14 produserte gass via utgangs-ledningen 16 tilføres et svovelutskillerfilter 17. Alternativt kan eventuelle svovelforurensninger opptas av det reduserte metalloksyd i reduksjonssjaktens 1 nedre del.

Temperaturnivået for den genererte reduksjonsgass som forlater sjakten 14 holdes som regel i et temperaturområde på mellom 1000 og 1500°C. Imidlertid kan en slik varm reduksjonsgass ikke direkte anvendes for den aktuelle reduksjon i reduksjonssjakten og reduksjonsgassens temperatur må derved senkes betydelig før den innføres i sjaktovnen 1.

Dette kan utføres på forskjellige måter innenfor rammen

av oppfinnelsen.

Eksempelvis kan den fra den koksfylte sjakt 14 gjennom ledningen 16 uttatte reduksjonsgass etter å ha passert filtret 17 blandes med en egnet delstrøm av gjennom ledningen 2 3 tilbakeført forbrukt gass fra sjaktovnen 1, slik at gass-blandingens temperatur ligger mellom ca. 700 og 1000°C.

Temperaturen hos den genererte reduksjonsgass kan også regu-■ leres ved at man lar en delstrøm av den genererte gass strøm-me gjennom kjøleanordningen 20.

Ved den ifølge oppfinnelsen foreslåtte gassgenerering får

man vesentlige prosesstekniske fordeler. Gassgenereringen kan skje ved slike temperaturer at asken danner et lett håndterlig slagg, som kan tappes av uten å forårsake gjen-stoppingsproblemer i prosessen ved avtappingshull 15 anordnet i forgasningskammerets bunn og/eller den koksfylte sjakt 14.

Eksempelvis kan det ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anvendes karbon- og/eller hydrogenkarbonholdig materiale som foreligger i pulverform og/eller flytende form og/eller stykkform for å danne re aktejonsgassen. Forgasningskammeret som benyttes i henhold til oppfinnelsen kan være tilsluttet til den nedre del av en sjakt som er fylt med fast, karbonholdig materiale, f.eks. koks. Ved fremgangsmåten kan pulverformig materiale sammen med eventuelle svovelakseptorer sprutes inn i systemet i brennerens umiddelbare nærhet. Det kan anvendes en blanding av karbonholdig stykkemateriale og en egnet svovelakseptor som fyllmateriale i sjakten.

I henhold til oppfinnelsen kan den i forgasningskammeret dannete gass avsvovles før den avkjøles og når den forlater sjakten kan den har en temperatur som ligger mellom 1000 og 1500°C. Temperaturen kan reguleres til mellom 700 og 1000°C, fortrinnsvis 825°C, før reduksjonsgassen mates inn i reduk^s j on s s j aktovnen.

I henhold til oppfinnelsen kan den tilbakeførte delstrøm fra den delvis forbrukte reduksjongass fra reduksjonssjakten bringes til det nødvendig prosesstrykk ved minst en kompressor.

Ved anordningen i henhold til oppfinnelsen kan kompressor-anordningen (8) være plassert ved hovedmateledningen (7), gassgenereringsanordningen (13,14) er utstyrt med minst ett bunnutløp (14) og reduksjonsgassledningen (18) kan være tilsluttet til gassinnløpet (3) via en kjøleanordning (20) via ledningene (19,21). Gassgenereringssjakten (15) kan være fylt med karbonholdig stykkemateriale som eventuelt inneholder svovelakseptorer.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved reduksjon av oksydholdig materiale under samtidig generering av en for varmeenergiutvinning egnet gass, karakterisert ved trinnene: a) at man fremstiller en reduksjonsgass som hovedsakelig be står av karbonmonoksyd, hydrogen, karbondioksyd og vann fra karbon- og/eller hydrogenkarbonholdig utgangs-material, hvor det nevnte utgangsmateriale sammen med oksydasjonsmiddel og eventuelle slaggdannere innføres i et forgasningskammer under samtidig gjennom delfor-brenning dannelse av varmeenergi; b) at den slik fremstilte gass, som forlater forgasnings-ningskammeret ved en temperatur som ligger over aske-smeltepunktét, foredles i en etterfølgende sjakt fylt med stykkeformig fast karbonmateriale til en reduksjonsgass som inneholder i hovedsaken karbonmonoksyd og hydrogen; c) at den slik fremstilte reduksjongass bringes til en for den etterfølgende reduksjon egnet temperatur og deretter innføres i en sjaktovn som inneholder det for reduksjon avsatte oksydholdige material og derved bringes til å strømme motstrøms til nevnte i sjaktovnen tilstedeværende oksydholdige materiale; d) at man befrir den fra sjaktovnen uttatte delvis forbrukte reduksjonsgass fra i hovedsak alt vann og alle støvformige partikler og utnytter mesteparten av den slik behandlete forbrukte gass for varmeenergiutvinning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den i den koksfylte sjakt genererte reduksjongass delvis fjernes fra prosessen og utnyttes som forbrenningsgass.

3. Fremgangsmåte ifølge krav ^ 1, :•' .</ karakterisert ved at foredlingstrinet utføres slik at reduk sjonsgassen hovedsakelig inneholder karbonmonoksyd og hydrogen med en andel karbondioksyd og vanndamp som utgjør mindre enn 10 %.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oksygengass og maksimalt 20 % H,,0 anvendes som oksydasjonsmiddel i gassgenereringsprosessen, og at oksydasjonsmidlet blandet med minst en del av det karbon-og/eller hydrogenkarbonholdige materiale mates gjennom en brenner inn i forgasningskammeret.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at oksydasjonsmidlet forvarmes før det mates gjennom brenneren.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av foregående krav, karakterisert ved at den genererte varme reduksjonsgass, som forlater nevnte sjakt, a) blandes med en viss mengde av delvis forbrukt reduksjonsgass, som etter eventuell avkjøling tas ut fra reduksjonssjakten og/eller b) mates gjennom en kjøleanordnirig, slik at den ønskete endelige gasstemperatur mellom 700 og 1000°C, fortrinnsvis 825°C, erholdes før reduksjonsgassen mates inn i reduksjonssjaktovnen.

7. Anordning for reduksjon av oksydholdig materiale under samtidig generering av en for varmeenergiutvinning egnet gass for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder en reduksjonsgassgenererende anordning som omfatter minst et forgasningskammer (13) utstyrt med minst én brenner (11), en sjakt (14) , en til nevnte gassgenererende anordning eventuelt via et svovelfilter (17) tilknyttet sjaktovn (1), som inneholder det oksydholdige materiale som skal reduseres, et i sjaktovnens (1) øvre del anordnet første gassutløp (4), en ved gassutlø pet (4) plassert separator (5) anordnet for å befri den utgående gass—strøm fra vann og støv-formige partikler, og et etterfølgende gassutløp (6) for utmatning av gass som egner seg som forbrenningsgass samt en hovedmatningsleding (7) for tilbakeføring av minst en delstrøm av den utgående gass-strøm for regulering av temperaturen hos den i gassgenereringsanordningen fremstilte reduksjonsgass.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at brenneren (11) er tilsluttet til en oksydasjons-middelkilde for direkte tilførsel av det eventuelt forvar-mete oksydasjonsmiddel gjennom brenneren til en reaksjons-sone.

9. Anordning ifølge kravene 7 eller 8, karakterisert ved at reduksjonsgassledningen (18) mellom svoveladskilleren (17) og gassinnlø pet (3) til reduksjonssjakten (1) via en ledning (23) kan tilknyttes til en temperaturregulerende delstrøm av forbrukt gass.

10. Anordning ifølge ett eller flere av kravene 7-9, karakterisert ved at reduksjonsgassledningen (18) mellom svoveladskilleren (17) og gassinnløpet (3) til reduksjonssjakten (1) er tilsluttet til en tilfør-selsledning (25) for karbonholdig materiale og en ytterligere matningsledning (24) for tilførsel av H2 S.