186047. lajstromszámú szabadalom • Eljárás levegővel nehezen elégethető vagy elégethetetlen, gáz halmazállapotú tüzelőanyag, előnyösen silány földgáz elégetésére
186047 A találmány tárgya eljárás hagyományos tüzelőberendezésekben levegővel nehezen elégethető vagy elégethetetlen, gáz halmazállapotú tüzelőanyag, előnyösen silány földgáz elégetésére. A kutatási mélységek növekedésével egyre gyakrabban kerül felszínre olyan földgáz, amely jelentős százalékban tartalmaz nem éghető ún. inert komponenseket. Leggyakoribb inert komponens a C02 és N2. Ha az inert tartalom a kb. 15 tfVo-ot meghaladja a földgázban, akkor annak a fűtőértéke olyan mértékben lecsökken, hogy a hagyományos földgázra tervezett tüzelőberendezésekben levegővel nem égethető el. Olyan gázoknál, amelyek sok inert gázt tartalmaznak nehéz vagy lehetetlen létrehozni és fenntartani az égést, mert az adott koncentráció mellett az oxidálható és az oxidálódó komponensek találkozásának valószínűsége kicsi, a reakció sebessége csökken, és a hőfejlődés sebessége nem elég nagy az égési hőmérséklet és a folyamatos égés fenntartásához. Valamennyire növelhető az éghetőség határa a tüzelőanyag és/vagy a levegő előmelegítésével ill. az égéstér nyomásának növelésével. A találmány feladata, hogy olyan eljárást hozzon létre, amellyel a hagyományos tüzelőberendezésekben levegővel nehezen elégethető vagy elégethetetlen, gáz halmazállapotú tüzelőanyagokat energetikai hasznosítás céljából el lehet égetni. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a fluid ágyas tüzelésekben az égés hőmérséklete lényegesen kisebb, mint a hagyományos tüzelésekben, ugyanakkor a tüzelőanyag égése mégis tökéletes. Ez annak köszönhető, hogy a fluid ágyban a nagy hőmérsékletű szilárd részecskék jelenléte és mozgása olyan kedvezőtlen befolyásolja a transzport folyamatokat, hogy ez kompenzálja az alacsony hőmérséklet következtében erősen csökkenő reakciósebességet. A kitűzött feladatot a találmány értelmében azáltal valósítjuk meg, hogy az elégetendő silány gázt és az égéshez szükséges levegőt összekeverjük és fluidizáló közegként együtt vezetjük át a fluid ágyon, amelynek részecske töltete a transzport folyamatokat elősegíti, és így a silány gáz éghető tartalmának a kiégetését biztosítja. Ha az előzetesen — az indításhoz — szokásos tüzelőanyaggal megfelelő hőfokra felfűtött fluid ágyba vezetjük be a nagy inert tartalmú, azaz kis reakcióképességű gázt és az égési levegőt, az égés folyamata fennmarad és a gáz éghető komponensei megbízhatóan és jó hatásfokkal elégethetők. A fluid ágy jelenléte előnyösen befolyásolja az égési viszonyokat azáltal is, hogy a fluid ágyon keresztülvezetett gáz termikus előkezelésére lehetőség nyílik az endoterm és exoterm reakciók térbeli különválasztása révén. A nagy inert tartalmú gáznak a fluid ágyban lejátszódó égése biztosítja a fluid ágy állandó hőmérsékleten való tartását. A találmány előnyős foganatosítási módja esetében az elégetendő gázt és az égési levegőt éghetőt is tartalmazó szilárd szemcsékből álló fluid ágyon vezetjük keresztül, amely vagy atmoszférikus nyomás vagy túlnyomás alatt áll. A gáz és a levegő arányának és/vagy a fluid ágy vastagságának változtatásával részleges elégetést, azaz elgázositást végzünk és a keletkezett gázt egy további tüzelőberendezésben hasznosítjuk. Ezt a megoldást akkor célszerű alkalmazni, ha a földgáz ha a földgáz inert tartalmának túlnyomó része C02. Egy további célszerű foganatosítási mód értelmében az elégetendő gázt és az égési levegőt még a fluid ágyba való bevezetés előtt összekeverjük, és úgy vezetjük át a fluid ágyon. Egy további előnyös megoldás szerint az égéshez a környezetből vett levegő helyett 02-ben dúsított levegőt vagy tiszta 02-t alkalmazunk. Ez olyan esetekben előnyös, amikor a gáz elégetése közvetlenül a gázlelőhely közelében történik. Itt ugyanis olyan nagy a földgáz nyomása (100—500 bar), hogy mielőtt az égető berendezésbe vezetnénk, jelentős expanziós munkát nyerhetünk. A kinyert expanziós munkát a levegőnek oxigénnel történő dúsítására lehet felhasználni. A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük amelyek a találmány szerinti eljárás példakénti foganatosítási módjait ábrázolják. Az 1. ábra a fluid ágyas berendezést ábrázolja az eljárás legegyszerűbb megvalósítása esetén. A 2. ábra a fluid ágyas berendezést ábrázolja gázturbinás energiahasznosítással. A 3. ábra a fluid ágyas berendezést ábrázolja hőhasznosító csövekkel. A 4. ábra a fluid ágyas berendezést ábrázolja szénelgázosító eljárás esetében. Az 5. ábra a fluid ágyas berendezést ábrázolja az expanziós munka hasznosításával. Az 1. ábrán látható megoldásnál a nagy inert tartalmú elégetendő földgázt és az égéshez szükséges levegőt külön vezetjük be az 1 fluid ágyba, amely nagy hőkapacitású, egyenletes szemcseeloszlású anyagból áll. Az 1 fluid ágyat induláskor a gyújtógáz elégetésével melegítjük fel az égési hőmérsékletre, később azonban a nagy inert tartalmú gáznak a fluid ágyban lejátszódó égése biztosítja annak állandó hőmérsékleten tartását. Az égés történhet atmoszférikusán vagy nyomás alatt. Az égéstérből kilépő füstgázt itt a 2 ciklon szeparátorba vezetjük. Az innen kilépő nagy hőmérsékletű füstgáz termikus energiáját hőszolgáltatásra és/vagy expanziós munka előállítására hasznosítjuk. Különösen előnyös a 4 gázturbinában történő energiahasznosítás, amint azt a 2. ábrán ábrázoltuk, mivel az égési levegőnek a 3 kompresszorban történő komprimálásához szükséges energia — a lényegesen kisebb hűtőlevegő szükséglet miatt — sokkal kisebb, mint a hagyományos gázturbinákban. Ha a földgáz inert tartalmának túlnyomó része a C02, ekkor célszerű fluid ágynak szenet választani. Ebben az esetben a szén és az inert tartalmú földgáz együttesen ég el a fluid ágyban és égéstermékként füstgázt és hamut kapunk. Ezt a megoldást a 3. ábrán ábrázoltuk. Ennél a megoldásnál a szén fűtőértékétől függően célszerűen a fluid ágyban hőhasznosító 5 csöveket helyezhetünk el. Az eljárásnak azonban ott van nagy jelentősége, amikor mind a szén mind a földgáz olyan rossz minőségű, hogy önmagukban történő elégetésük nem gazdaságos vagy esetleg nem is lehetséges. A 3. ábrán ábrázolt folyamatot megfelelő levegőgáz arány szabályozásával és a fluid réteg vastagságának megfelelő megválasztásával úgy is lehet szabályozni, hogy a felső rétegben lévő izzó, de még el nem égett szén a földgázban lévő C02-t CO-vá redukálja, így a keletkezett gázban olyan éghető jelenik meg, amelynek égéshője egy későbbi folyamatban hasznosítható. Ha ezt az elvet két fokozatban valósítjuk 2
