RU2680135C1 - Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used - Google Patents
Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680135C1 RU2680135C1 RU2018131375A RU2018131375A RU2680135C1 RU 2680135 C1 RU2680135 C1 RU 2680135C1 RU 2018131375 A RU2018131375 A RU 2018131375A RU 2018131375 A RU2018131375 A RU 2018131375A RU 2680135 C1 RU2680135 C1 RU 2680135C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- carbon
- reaction vessel
- containing material
- temperature oxidation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
- C10J3/60—Processes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области переработки твердых коммунальных и промышленных отходов, отходов древесины и получения из этого сырья искусственного горючего газа, состоящего из смеси СО и Н2. Изобретение может использоваться для утилизации твердых коммунальных и промышленных отходов, также на предприятиях энергетической отрасли для получения тепловой или электрической энергии и для производства жидкого топлива или водорода.The present invention relates to the field of processing solid municipal and industrial waste, wood waste and the production of artificial combustible gas from this raw material, consisting of a mixture of CO and H 2 . The invention can be used for utilization of solid municipal and industrial wastes, also at the enterprises of the energy industry for the generation of heat or electrical energy and for the production of liquid fuel or hydrogen.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Сегодня переработка отходов является одной из самых острых проблем экологии. С каждым годом человек потребляет все больше продуктов, увеличиваются темпы производства, соответственно, растет общее количество отходов. Постоянно возрастает уровень загрязненности современных городов, а утилизация реализуется в основном путем вывоза мусора на полигоны. На этих территориях он просто лежит, что приводит к переполнению полигонов и необходимости выделения под них все новых и новых площадей, выделению парниковых газов, загрязнению грунтовых вод. В среднем по Европе: 40% отходов подлежит захоронению, 40% вторичному использованию для производства новой продукции и 20% перерабатывают в энергию.Today waste recycling is one of the most acute environmental problems. Every year a person consumes more and more products, the rate of production increases, respectively, the total amount of waste increases. The level of pollution in modern cities is constantly increasing, and recycling is realized mainly by taking out garbage to landfills. It simply lies in these territories, which leads to landfill overflow and the need to allocate more and more new areas for them, emit greenhouse gases, and pollute groundwater. On average in Europe: 40% of waste is to be disposed of, 40% is recycled to produce new products and 20% is recycled into energy.
В настоящее время разрабатываются различные технологии переработки отходов. Среди всех технологий переработки, помимо захоронения, можно выделить:Various waste processing technologies are currently being developed. Among all recycling technologies, in addition to disposal, can be identified:
- рециклинг или полезное использование, который обладает ограниченной применимостью к смешанным отходам и требует наличия перерабатывающих предприятий в радиусе рентабельности транспортировки;- recycling or useful use, which has limited applicability to mixed waste and requires the presence of processing enterprises in the radius of profitability of transportation;
- сжигание, что наносит колоссальный вред экологии;- burning, which causes enormous harm to the environment;
- низкотемпературный пиролиз, который характеризуется отсутствием выброса вредных веществ в атмосферу и образованием большого количества тепла, которое можно использовать для получения электрической и тепловой энергии;- low-temperature pyrolysis, which is characterized by the absence of emission of harmful substances into the atmosphere and the formation of a large amount of heat that can be used to generate electrical and thermal energy;
- плазменная переработка, которая не подразумевает жестких требований к исходному сырью, соответственно утилизировать можно даже неотсортированное сырье.- Plasma processing, which does not imply strict requirements to the feedstock, even unsorted raw materials can be disposed of accordingly.
Пиролиз обеспечивает возможность добыть жидкое и газовое топливо. Плазменная утилизация на данный момент является наиболее современным способом утилизации.Pyrolysis provides the ability to extract liquid and gas fuels. Plasma disposal at the moment is the most modern method of disposal.
Известен способ получения генераторного газа и газогенератор обращенного процесса газификации для осуществления этого способа (см., например, RU 2647309 С1, опубликован 15.03.2018). В патенте раскрыт способ газификации твердых топлив, предназначенный для получения генераторного газа, генерации электрической и тепловой энергии с дополнительным производством СЖТ, метанола и прочих химических продуктов из подготовленного низкосортного твердого топлива. Способ получения генераторного газа осуществляют за счет разделения процесса на три зоны горения и раздельной подачи воздуха по этим зонам, причем процесс газификации осуществляют в автотермическом режиме под давлением от атмосферного до 3,0 МПа, а воздух, подаваемый в третью зону, смешивают с паром. Газогенератор обращенного процесса газификации включает в себя топливный бункер, колосниковую решетку, систему раздельной подачи воздуха по всем зонам и состоит из двух блоков, основного и вынесенного. Основной блок содержит систему подачи воздуха в первую зону горения - зону пиролиза топлива, фурмы сбора и отвода пиролизных газов из нижней части верхнего цилиндрического канала, фурмы сбора и отвода генераторного газа, расположенные в нижней части зоны газификации полукокса, и зольный канал, заканчивающийся колосниковой решеткой. Вынесенный блок выполнен в виде сосуда, состоящего из камеры сгорания и конвективной камеры, а также горелки.A known method of producing generator gas and a gas generator of the reversed gasification process for the implementation of this method (see, for example, RU 2647309 C1, published 03/15/2018). The patent discloses a method for the gasification of solid fuels, intended for the production of generator gas, the generation of electrical and thermal energy with the additional production of GTL, methanol and other chemical products from prepared low-grade solid fuels. The method of producing generator gas is carried out by dividing the process into three combustion zones and separate air supply through these zones, the gasification process is carried out in an autothermal mode under pressure from atmospheric to 3.0 MPa, and the air supplied to the third zone is mixed with steam. The gas generator of the reversed gasification process includes a fuel bunker, a grate, a system of separate air supply for all zones and consists of two blocks, the main and the outer one. The main unit contains a system for supplying air to the first combustion zone - the pyrolysis zone for fuel, collection and removal tuyeres of pyrolysis gases from the lower part of the upper cylindrical channel, collection and exhaust tuyeres located in the lower part of the gasification zone of the char, and the ash channel ending with a grate . The removed unit is made in the form of a vessel consisting of a combustion chamber and a convection chamber, as well as a burner.
Указанный способ позволяет получать газ из низкосортных топлив, однако в случае его применения для газификации коммунальных и промышленных отходов не решает вопрос об экологической безопасности зольного остатка, который по содержащимся в нем компонентам может быть отнесен к третьему, а в некоторых случаях и ко второму классу опасности.This method makes it possible to produce gas from low-grade fuels, however, if it is used for gasification of municipal and industrial wastes, it does not resolve the issue of the environmental safety of the ash residue, which, according to the components contained in it, can be assigned to the third and in some cases the second hazard class .
В качестве ближайшего технического решения рассматривается РЕАКТОР ПЛАЗМЕННОЙ ГАЗИФИКАЦИИ С МОДИФИЦИРОВАННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ СЛОЯМИ И ПОНИЖЕННОЙ ПОТРЕБНОСТЬЮ В КОКСЕ (см., например, RU 2581092 C1, опубликован 10.04.2016. Реактор плазменного газификации содержит реакционный сосуд, содержащий углеродсодержащий слой и имеющий одну или несколько плазменных горелок для создания повышенной температуры внутри слоя, реакционный сосуд, имеющий одно или несколько впускных отверстий для загружаемого материала над слоем для закладки перерабатываемого материала снаружи сосуда на слой, одно или несколько газоотводящих отверстий над слоем для выхода газообразных продуктов из сосуда и одно или несколько отверстий для шлака на дне слоя для выхода расплавленного шлака и металлов из сосуда. Внутри реакционного сосуда находится углеродсодержащий слой, содержащий массу частиц, которые содержат углерод и имеют различный размер и форму, оставляющие пустоты между частицами, и с прочностью частиц, достаточной для сохранения пустот между частицами под давлением перерабатываемого материала на слой. Масса частиц, содержащих углерод, имеет по меньшей мере 25% содержания углерода в частицах, отличных от кокса, выбранных из группы, состоящей из деревянных брусков из природной древесины, блоков, содержащих углеродсодержащую пыль и одно или несколько связующих веществ, и их смесей. Способ формирования и поддержания углеродсодержащего слоя с компонентами, заменяющими кокс, включает формирование некоторого числа некоксовых компонентов, формирование первоначального углеродсодержащего слоя количеством частиц кокса, осуществление процесса пиролиза с углеродсодержащим слоем и восполнение углеродного материала в процессе пиролиза.As the nearest technical solution, PLASMA GASIFICATION REACTOR WITH MODIFIED CARBON LAYERS AND REDUCED COXIUM NEED is considered (see, for example, RU 2581092 C1 published 10.04.2016. to create an elevated temperature inside the bed, a reaction vessel having one or more inlets for the feed material above the bed for laying the processed material There is one or several slag holes at the bottom of the layer to exit the molten slag and metals from the vessel. There is a carbon-containing layer inside the reaction vessel. contain carbon and have a different size and shape, leaving voids between the particles, and with a particle strength sufficient to maintain the voids between the particles under the pressure of the processed material on the layer. The mass of carbon-containing particles has at least 25% carbon content in particles other than coke, selected from the group consisting of wooden bars of natural wood, blocks containing carbon-containing dust and one or more binders, and mixtures thereof. The method of forming and maintaining a carbon-containing layer with components replacing coke includes forming a certain number of non-coke components, forming the initial carbon-containing layer with a number of coke particles, performing a pyrolysis process with a carbon-containing layer and replenishing the carbon material during pyrolysis.
В указанном реакторе реализуется прямой процесс плазменной газификации с жидким шлакоудалением, и он может быть использован для газификации твердых коммунальных и промышленных отходов, однако для прямого процесса газификации характерно наличие в составе генераторного газа большого количества воды и смолистых компонентов, которые образуются в зоне пиролиза и сушки и уносятся с восходящим потоком реакционных газов. Это приводит к необходимости использования дополнительных систем очистки и утилизации уловленных смолистых компонентов, которые в случае переработки отходов могут представлять из себя весьма опасные соединения.In the specified reactor, a direct plasma gasification process with liquid slag removal is implemented, and it can be used to gasify solid municipal and industrial waste, however, the direct gasification process is characterized by the presence of large amounts of water and resinous components in the generator gas, which are formed in the pyrolysis and drying zone and are carried away with the upward flow of the reaction gases. This leads to the need to use additional systems for cleaning and disposal of trapped resinous components, which in the case of recycling may be very dangerous compounds.
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the Invention
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства плазменной газификации углеродсодержащего материала, конструкция которого обеспечит полную и экологически чистую переработку твердых коммунальных и промышленных отходов в полезные продукты: вторсырье, электроэнергию, тепло, безопасные строительные материалы.The basis of the present invention is to create a device for plasma gasification of carbon-containing material, the design of which will provide complete and environmentally friendly processing of solid municipal and industrial waste into useful products: recycled materials, electricity, heat, safe building materials.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа плазменной газификации углеродсодержащего материала в устройстве плазменной газификации, который обеспечит полную и экологически чистую переработку твердых коммунальных и промышленных отходов в полезные продукты: вторсырье, электроэнергию, тепло, безопасные строительные материалы.Another objective of the present invention is to provide a method for plasma gasification of carbon-containing material in a plasma gasification device that will provide complete and environmentally friendly processing of solid municipal and industrial waste into useful products: recycled materials, electricity, heat, safe building materials.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание установки для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой используется устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала, которая обеспечит полную и экологически чистую переработку твердых коммунальных и промышленных отходов и получение тепла и электроэнергии.Another object of the present invention is to provide an installation for generating thermal / electrical energy using a plasma-gasification device for carbon-containing material, which will ensure complete and environmentally friendly processing of municipal and industrial solid waste and the generation of heat and electricity.
Полная переработка обеспечивается по следующим критериям:Full processing is provided by the following criteria:
- полностью газифицировать (преобразовать из твёрдого состояния в газообразное) всю (более 99,9%) органическую (горючую) составляющую отходов;- completely gasify (convert from solid to gaseous) all (more than 99.9%) organic (combustible) component of the waste;
- разложить все сложные органические соединения (полициклические, ароматические и пр.) с получением простых термодинамически стабильных веществ: CO, CO2, H2, H2O и др.;- decompose all complex organic compounds (polycyclic, aromatic, etc.) to obtain simple thermodynamically stable substances: CO, CO2, H2, H2O, etc .;
- довести минеральную (не горючую) составляющую отходов до температур плавления.- to bring the mineral (non-combustible) component of the waste to melting temperatures.
Экологическая чистота переработки обеспечивается по следующим критериям:Ecological purity of processing is provided by the following criteria:
- вторсырьё — может быть реализовано на рынке вторсырья;- recyclables - can be sold on the recyclables market;
- горючий сингаз — может быть использован для производства тепла, электричества, продуктов оргсинтеза;- combustible syngas - can be used to produce heat, electricity, products of organic synthesis;
- оплавленный и остеклованный минеральный остаток — может быть использован в строительстве и ландшафтном дизайне.- melted and vitrified mineral residue - can be used in construction and landscape design.
Поставленная задача решена путем создания устройства плазменной газификации углеродсодержащего материала, которое содержит:The problem is solved by creating a device for plasma gasification of carbon-containing material, which contains:
реакционный сосуд, имеющий корпус, крышку и донную часть,a reaction vessel having a body, a lid and a bottom part,
при этом внутренняя полость реакционного сосуда содержит последовательно расположенные, начиная со стороны крышки:while the internal cavity of the reaction vessel contains consistently located, starting from the side of the cover:
- зону ввода углеродсодержащего материала, его сушки и пиролиза,- the input area of carbon-containing material, its drying and pyrolysis,
- основную зону высокотемпературного окисления,- the main zone of high-temperature oxidation,
- основную зону восстановления газообразных продуктов окисления из основной зоны высокотемпературного окисления,- the main zone of recovery of gaseous oxidation products from the main zone of high-temperature oxidation,
- зону вывода газообразных продуктов реакции,- zone output gaseous reaction products,
- дополнительную зону восстановления,- additional recovery zone,
- дополнительную зону высокотемпературного окисления,- an additional zone of high-temperature oxidation,
- зону вывода расплавленных твердых продуктов реакции,- zone output molten solid reaction products,
по меньшей мере одно отверстие для загрузки углеродсодержащего материала в реакционный сосуд, расположенное в зоне ввода углеродсодержащего материала,at least one hole for loading carbon-containing material into the reaction vessel, located in the zone of input of carbon-containing material,
по меньшей мере одну плазменную горелку, установленную в отверстии в стенке реакционного сосуда в основной зоне высокотемпературного окисления,at least one plasma torch installed in an opening in the wall of the reaction vessel in the main high-temperature oxidation zone,
по меньшей мере одно отверстие для ввода окислителя, расположенное в стенке реакционного сосуда в основной зоне высокотемпературного окисления,at least one hole for the input of the oxidizing agent, located in the wall of the reaction vessel in the main zone of high-temperature oxidation,
по меньшей мере одно отверстие для вывода газообразных продуктов реакции, расположенное в стенке реакционного сосуда в зоне вывода газообразных продуктов реакции,at least one hole for the withdrawal of gaseous reaction products, located in the wall of the reaction vessel in the area of the output of gaseous reaction products,
средство обеспечения разности давлений между зонами высокотемпературного окисления и зоной вывода газообразных продуктов реакции, установленное на выходе из зоны вывода газообразных продуктов реакции и/или на входе в зоны высокотемпературного окисления,the means of ensuring the pressure difference between the high-temperature oxidation zones and the gaseous reaction product outflow zone, installed at the outlet of the gaseous reaction product outflow zone and / or at the entrance to the high-temperature oxidation zone,
при этом донная часть имеет форму, сопрягающуюся с формой дополнительной зоны восстановления, и содержитwhile the bottom part has a shape mating with the shape of the additional recovery zone, and contains
по меньшей мере одно отверстие для выгрузки расплавленных остаточных твердых продуктов реакции, иat least one opening for discharging molten residual solid reaction products, and
по меньшей мере одну плазменную горелку, установленную в отверстии у основания донной части реакционного сосуда в дополнительной зоне окисления в непосредственной близости от отверстия для выгрузки расплавленных остаточных твердых продуктов реакции.at least one plasma torch installed in the hole at the bottom of the bottom of the reaction vessel in an additional oxidation zone in the immediate vicinity of the hole for discharging molten residual solid reaction products.
Предпочтительно устройство предназначено для плазменной газификации брикетированного/кускового углеродсодержащего материала.Preferably, the device is intended for plasma gasification of a briquetted / lump carbon-containing material.
Предпочтительно корпус реакционного сосуда имеет форму, выбранную из группы, состоящей из цилиндра, конуса, параллелепипеда, призмы, пирамиды, эллипсоида или сферы.Preferably, the body of the reaction vessel has a shape selected from the group consisting of a cylinder, a cone, a parallelepiped, a prism, a pyramid, an ellipsoid, or a sphere.
Предпочтительно отверстие для загрузки углеродсодержащего материала выполнено в крышке реакционного сосуда или в стенке реакционного сосуда.Preferably, the carbon material feed opening is made in the lid of the reaction vessel or in the wall of the reaction vessel.
Предпочтительно устройство дополнительно содержит шлюзовую камеру, установленную на отверстии для загрузки углеродсодержащего материала, сконфигурированную для непрерывной/периодической подачи углеродсодержащего материала в реакционный сосуд и исключения прохода реакционных газов из реакционного сосуда наружу, и снабженную средством, обеспечивающим автоматическую загрузку углеродсодержащего материала.Preferably, the device further comprises a lock chamber mounted on the carbon-containing material loading opening, configured to continuously / periodically supply the carbon-containing material to the reaction vessel and exclude passage of the reaction gases from the reaction vessel to the outside, and provided with means for automatically loading the carbon-containing material.
Предпочтительно устройство дополнительно содержит средство подачи окислителя в зоны высокотемпературного окисления через плазменные горелки, сконфигурированное таким образом, чтобы поддерживать соотношение между окислителем, подаваемым в основную и дополнительную зоны высокотемпературного окисления в соотношении (5-8):1, соответственно.Preferably, the device further comprises means for supplying the oxidant to the high-temperature oxidation zones through the plasma torches, configured to maintain the ratio between the oxidant fed to the main and additional high-temperature oxidation zones in the ratio (5-8): 1, respectively.
Предпочтительно в качестве плазменной горелки, установленной в стенке реакционного сосуда в основной и/или дополнительной зоне высокотемпературного окисления, использована плазменная горелка, выбранная из группы, состоящей из плазменной горелки переменного тока однофазной, плазменной горелки переменного тока трехфазной, плазменной горелки постоянного тока, плазменной горелки высокочастотной, плазменной горелки микроволновой.Preferably, a plasma torch selected from the group consisting of an AC plasma torch of a single-phase, plasma torch of an alternating current of a three-phase, plasma torch of a direct current, plasma torch is used as a plasma torch installed in the wall of the reaction vessel in the primary and / or additional high-temperature oxidation zone. high-frequency, plasma torch microwave.
Предпочтительно, чтобы плазменные горелки в основной и дополнительной зонах высокотемпературного окисления были равномерно распределены по периметру корпуса реакционного сосуда.Preferably, the plasma torches in the primary and secondary high-temperature oxidation zones are evenly distributed around the perimeter of the vessel of the reaction vessel.
Предпочтительно, чтобы в качестве брикетированного/кускового углеродсодержащего материала использовались материалы из группы, состоящей из переработанных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, битумных песков, сланцев, торфа, лигнита, бурого угля, каменного угля.Preferably, briquetted / lumpy carbon-containing material is used to use materials from the group consisting of recycled solid municipal waste, industrial waste, agricultural waste, tar sands, shale, peat, lignite, brown coal, and hard coal.
Предпочтительно, чтобы корпус реакционного сосуда содержал футеровку.Preferably, the body of the reaction vessel contains a lining.
Предпочтительно, чтобы в футеровке в основной и/или дополнительной зоне высокотемпературного окисления был выполнен кольцевой канал, сообщающийся с трубопроводом подачи окислителя через отверстие для ввода окислителя в стенке реакционного сосуда, и сконфигурированный для смешивания плазмы от плазменной горелки с окислителем и подачи в полость реакционного сосуда через множество радиальных отверстий, выполненных в футеровке и сообщающихся с кольцевым каналом.Preferably, in the lining in the primary and / or additional high-temperature oxidation zone, an annular channel is connected to the oxidant supply pipe through the oxidant inlet in the wall of the reaction vessel, and configured to mix the plasma from the plasma torch with the oxidizer and feed to the cavity of the reaction vessel through many radial holes made in the lining and communicating with the annular channel.
Предпочтительно, чтобы форма и размер указанных радиальных отверстий выбраны так, что обеспечивается поступление разогретого плазмой окислителя в толщу углеродсодержащего материала.Preferably, the shape and size of said radial holes are chosen in such a way that the oxidant heated by the plasma enters the thickness of the carbon-containing material.
Предпочтительно, чтобы футеровка содержала дополнительный кольцевой канал в зоне вывода газообразных продуктов реакции, сообщающийся с полостью реакционного сосуда посредством множества радиальных отверстий, выполненных в футеровке и предназначенных для вывода газообразных продуктов реакции из толщи углеродсодержащего твердого материала.Preferably, the lining contains an additional annular channel in the zone of withdrawal of gaseous reaction products, communicating with the cavity of the reaction vessel through a variety of radial holes made in the lining and designed to withdraw gaseous reaction products from the thickness of the carbon-containing solid material.
Предпочтительно, чтобы форма и размер радиальных отверстий были выбраны так, что обеспечивается минимизация уноса частиц перерабатываемого углеродсодержащего твердого материала из полости реакционного сосуда.Preferably, the shape and size of the radial holes are chosen in such a way that minimizes the entrainment of particles of the processed carbon-containing solid material from the cavity of the reaction vessel.
Предпочтительно, чтобы устройство плазменной газификации содержало систему управления, которая содержит контроллер, ко входам которого подключены: датчик уровня углеродсодержащего материала в реакционном сосуде, датчики давления в основной и дополнительной зонах высокотемпературного окисления и на выходе зоны вывода газообразных продуктов реакции, датчик состава газообразных продуктов реакции, датчики расхода плазмообразующего газа, подаваемого в плазменные горелки в основной и дополнительной зонах окисления, датчик расхода окислителя, датчики температуры в основной и дополнительной зонах восстановления и газообразных продуктов реакции, при этом выходы контроллера связаны с регуляторами расхода плазмообразующего газа, подаваемого в плазменные горелки в основной и дополнительной зонах окисления, с регулятором расхода окислителя, и с устройством автоматической загрузки углеродсодержащего материала.Preferably, the plasma gasification device contains a control system that contains a controller, to the inputs of which are connected: a carbon-based material level sensor in the reaction vessel, pressure sensors in the main and additional high-temperature oxidation zones and at the outlet of the gaseous reaction products; , flow sensors for plasma gas supplied to plasma torches in the main and additional oxidation zones, oxide flow sensor rer, temperature sensors in the main and additional areas recovery and gaseous reaction products, wherein the controller outputs are connected to the regulators flow of plasma-forming gas supplied to the plasma torch in the basic and additional oxidation zones with oxidant flow regulator, and with an automatic carbonaceous material.
Поставленная задача решена путем создания способа плазменной газификации углеродсодержащего материала в устройстве плазменной газификации по п. 1, содержащего этапы, на которыхThe problem is solved by creating a method of plasma gasification of carbon-containing material in a plasma gasification device according to
загружают углеродсодержащий материал в полость реакционного сосуда,load carbon-containing material into the cavity of the reaction vessel,
осуществляют подачу окислителя в основную и дополнительную зоны высокотемпературного окисления в соотношении (5-8):1,carry out the supply of the oxidant in the main and additional zones of high-temperature oxidation in the ratio (5-8): 1,
осуществляют включение плазменных грелок в основной и дополнительной зонах окисления,carry out the inclusion of plasma heaters in the main and additional oxidation zones,
осуществляют обращенный процесс плазменной газификации в основной зоне окисления и основной зоне восстановления, при этом углеродсодержащий материал опускается в реакционном сосуде к донной части и подвергается постепенному нагреву при отсутствии свободного кислорода, сушке и пиролизу за счет тепла, поступающего от нижних слоев материала и от стенок реакционного сосуда, освобождаясь от летучих веществ и воды, и образовавшиеся газообразные продукты пиролиза также перемещаются к донной части, благодаря создаваемой разности давлений на выходе из зоны вывода газообразных продуктов реакции,the reversed plasma gasification process is carried out in the main oxidation zone and the main reduction zone, while the carbon-containing material is lowered in the reaction vessel to the bottom part and subjected to gradual heating in the absence of free oxygen, drying and pyrolysis due to the heat coming from the lower layers of the material and from the walls of the reaction the vessel, being freed from volatile substances and water, and the gaseous pyrolysis products formed also move to the bottom part, due to the pressure difference created and out of the zone of the gaseous reaction products,
обеспечивают окисление газообразных продуктов пиролиза в зоне высокотемпературного окисления в атмосфере подаваемого окислителя,provide oxidation of gaseous pyrolysis products in the high-temperature oxidation zone in the atmosphere of the supplied oxidant,
обеспечивают разогрев до высоких температур и частичное окисление твердых продуктов пиролиза углеродсодержащего материала в атмосфере подаваемого окислителя,provide heating to high temperatures and partial oxidation of solid pyrolysis products of carbon-containing material in the atmosphere of the supplied oxidant,
при перемещении продуктов реакции в зону восстановления обеспечивают восстановление газообразных продуктов сгорания газообразных и твердых продуктов пиролиза углеродсодержащего материала, поступающих из основной зоны окисления, которые поступают в зону вывода газообразных продуктов реакции,when moving the reaction products to the reduction zone, the gaseous products of combustion of the gaseous and solid pyrolysis products of carbon-containing material are reduced, coming from the main oxidation zone, which enter the output zone of the gaseous reaction products,
осуществляют вывод газообразных продуктов реакции, полученных в результате обращенного процесса газификации и представляющих собой горючий газ, содержащий оксид углерода CO и водород H2,carry out the conclusion of the gaseous reaction products resulting from the reversed gasification process and representing a combustible gas containing carbon monoxide CO and hydrogen H 2 ,
на основе данных о составе газообразных продуктов газификации осуществляют регулирование подачи окислителя в основную и дополнительные зоны окисления и через плазменные горелки таким образом, чтобы обеспечить заданный состав газообразных продуктов газификации,on the basis of data on the composition of gaseous gasification products, regulation of the supply of oxidant to the main and additional oxidation zones and through plasma torches is carried out in such a way as to ensure the specified composition of gaseous gasification products,
поддерживают разность давлений между зонами окисления и зоной вывода газообразных продуктов реакции, обеспечивающую выход газообразных продуктов из реакционного сосуда,maintain the pressure difference between the oxidation zones and the zone of the gaseous products of the reaction, ensuring the release of gaseous products from the reaction vessel,
одновременно осуществляют процесс прямой газификации в дополнительной зоне высокотемпературного окисления и дополнительной зоне восстановления, при этомat the same time, the process of direct gasification is carried out in an additional zone of high-temperature oxidation and an additional zone of reduction;
обеспечивают окисление остатков твердых продуктов пиролиза в дополнительной зоне окисления в донной части реакционного сосуда в атмосфере подаваемого окислителя,provide oxidation of residues of solid pyrolysis products in an additional oxidation zone in the bottom part of the reaction vessel in the atmosphere of the supplied oxidant,
при перемещении газообразных продуктов сгорания от донной части к зоне вывода газообразных продуктов реакции, благодаря создаваемой разности давлений, обеспечивают восстановление газообразных продуктов сгорания, при взаимодействии с горячими твердыми продуктами пиролиза углеродсодержащего материала, поступающими сверху,when moving the gaseous products of combustion from the bottom part to the zone of output of gaseous reaction products, due to the created pressure difference, they ensure the restoration of gaseous products of combustion, when interacting with hot solid products of pyrolysis of carbon-containing material coming from above,
осуществляют вывод дополнительных газообразных продуктов реакции, полученных в результате прямого процесса газификации и представляющих собой горючий газ, содержащий оксид углерода CO и водород H2. carry out the withdrawal of additional gaseous reaction products obtained as a result of a direct gasification process and representing a combustible gas containing carbon monoxide CO and hydrogen H 2.
Предпочтительно, чтобы дополнительно осуществляли плавление золы перерабатываемого материала с образованием жидкого текучего шлака за счет тепловой энергии от плазменных горелок, расположенных у основания донной части реакционного сосуда, и от экзотермических реакций горения твердых продуктов пиролиза,It is preferable that the ash of the processed material is further melted to form liquid fluid slag due to thermal energy from plasma torches located at the bottom of the bottom part of the reaction vessel and from exothermic combustion reactions of solid pyrolysis products,
собирали и выводили жидкий шлак через отверстие в донной части реакционного сосуда.liquid slag was collected and withdrawn through an opening in the bottom of the reaction vessel.
Предпочтительно, чтобы в качестве углеродсодержащего материала использовали брикетированный/кусковой углеродсодержащий материал.Preferably, briquetted / lump carbon-containing material is used as the carbon-containing material.
Предпочтительно, чтобы в качестве окислителя использовали воздух или кислород.Preferably, air or oxygen is used as the oxidizing agent.
Предпочтительно, чтобы в качестве плазмообразующего газа использовали газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, водяного пара, диоксида углерода, азота, аргона, гелия.Preferably, a gas selected from the group consisting of air, water vapor, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium is used as the plasma gas.
Предпочтительно, чтобы загрузку углеродсодержащего материала в полость реакционного сосуда осуществляли через отверстие в крышке или через отверстие в стенке реакционного сосуда.Preferably, the loading of carbon-containing material into the cavity of the reaction vessel is carried out through the hole in the lid or through the hole in the wall of the reaction vessel.
Предпочтительно, чтобы поддерживали разрежение на выходе газообразных продуктов из реакционного сосуда в пределах -0,20 ± 0,10 кПа.Preferably, the vacuum at the outlet of the gaseous products from the reaction vessel is maintained in the range of -0.20 ± 0.10 kPa.
Предпочтительно, чтобы загрузку брикетов/кусков углеродсодержащего материала в реакционный сосуд осуществляли непрерывно или периодически.Preferably, the loading of briquettes / pieces of carbon-containing material into the reaction vessel is carried out continuously or periodically.
Предпочтительно, чтобы в качестве брикетированного/кускового углеродсодержащего материала использовали материалы из группы, состоящей из переработанных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, битумных песков, сланцев, торфа, лигнита, бурого угля, каменного угля.Preferably, materials from the group consisting of recycled municipal solid waste, industrial waste, agricultural waste, tar sands, shale, peat, lignite, brown coal, and hard coal are used as briquetted / lumpy carbonaceous material.
Предпочтительно, чтобы перед подачей в зону окисления осуществляли нагрев окислителя до температуры 60-400°С.Preferably, before being supplied to the oxidation zone, the oxidant is heated to a temperature of 60-400 ° C.
Поставленная задача решена путем создания установки для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой используется устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала по п. 1, содержащейThe task is solved by creating an installation for generating thermal / electrical energy, which uses a device for plasma gasification of carbon-containing material according to
узел подготовки топлива для последующей газификации, сконфигурированный для сушки, брикетирования/измельчения углеродсодержащего материала,fuel preparation unit for subsequent gasification, configured for drying, briquetting / grinding carbon-containing material,
устройство плазменной газификации по п. 1, связанное с узлом подготовки топлива и сконфигурированное для получения горючего газа из углеродсодержащего материала путем обращенного и прямого процесса газификации,A plasma gasification device according to
узел охлаждения, очистки и сбора горючего газа, полученного в устройстве плазменной газификации,node cooling, cleaning and collecting the combustible gas obtained in the plasma gasification device,
узел сжигания горючего газа, полученного из узла охлаждения, и выработки тепловой энергии,the combustion unit of combustible gas obtained from the cooling unit, and the generation of thermal energy,
узел преобразования полученной тепловой энергии в электрическую энергию.node converting the heat energy into electrical energy.
Предпочтительно, чтобы узел подготовки топлива для последующей газификации содержал измельчитель, барабанную сушилку и шредер-гранулятор для формирования брикетов цилиндрической формы из подготовленных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, торфа, лигнита.Preferably, the fuel preparation unit for subsequent gasification contains a chopper, a drum dryer and a shredder-granulator for forming cylindrical briquettes of prepared solid municipal waste, industrial waste, agricultural waste, peat, lignite.
Предпочтительно, чтобы узел сжигания горючего газа для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию содержал камеру сгорания, котел-утилизатор и паровую турбину с электрогенератором.Preferably, a combustible gas combustion unit for converting the combustion energy of the produced combustible gas into thermal and electrical energy comprises a combustion chamber, a waste heat boiler and a steam turbine with an electric generator.
Предпочтительно, чтобы для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию использовалась газовая турбина.Preferably, a gas turbine is used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into heat and electrical energy.
Предпочтительно, чтобы для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию использовались газовая турбина, котел-утилизатор и паровая турбина.Preferably, a gas turbine, a waste heat boiler and a steam turbine are used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into heat and electrical energy.
Технический эффект, достигаемый заявленным изобретением, состоит в создании устройства и наиболее полного и экологически чистого способа переработки твердых коммунальных и промышленных отходов, а также установки для наиболее полного и эффективного преобразования энергии, заключенной в отходах, в полезные виды энергии: электричество и тепло.The technical effect achieved by the claimed invention is to create a device and the most complete and environmentally friendly method of processing solid municipal and industrial waste, as well as an installation for the most complete and efficient conversion of energy contained in waste into useful types of energy: electricity and heat.
Заявленная конструкция устройства плазменной газификации углеродсодержащего материала позволяет реализовать способ плазменной газификации, который обеспечиваетThe claimed design of a plasma-gasification device for a carbon-containing material allows the implementation of a method for plasma gasification, which provides
- использование различных видов углеродсодержащего материала;- the use of different types of carbon-containing material;
- реализацию экологически чистого способа переработки твердых коммунальных и промышленных отходов с получением газа с заданными характеристиками, т.е. с заданным соотношением СО/Н2;- implementation of an environmentally friendly method of processing solid municipal and industrial wastes to produce gas with specified characteristics, i.e. with a given ratio of CO / H 2 ;
- повышение производительности устройства по сравнению с устройствами, имеющими аналогичный размер внутренней емкости;- improving the performance of the device compared to devices that have the same size of the internal capacity;
- повышение КПД установки в целом за счет полной утилизации физического тепла генераторного газа.- increase the efficiency of the installation as a whole due to the full utilization of the physical heat of the generator gas.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
фиг. 1 изображает схематично устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала в разрезе с указанием реакционных зон, отверстие для загрузки расположено в крышке, согласно изобретению;FIG. 1 schematically depicts a plasma gasification of carbon-containing material in section showing the reaction zones, the opening for loading is located in the lid, according to the invention;
фиг. 2 изображает схематично устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала в разрезе, отверстие для загрузки расположено в стенке реакционного сосуда, согласно изобретению;FIG. 2 shows a schematic sectional view of the plasma gasification of carbon-containing material; the opening for loading is located in the wall of the reaction vessel according to the invention;
фиг. 3 изображает схематично устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала в разрезе, шлюзовая камера для подачи углеродсодержащего материала установлена над отверстием, выполненным в крышке, согласно изобретению;FIG. 3 schematically depicts a plasma gasification device of carbon-containing material in section, a lock chamber for supplying carbon-containing material is installed above a hole made in the lid according to the invention;
фиг. 4 изображает схематично разрез по линии IV-IV на фиг. 1, согласно изобретению;FIG. 4 is a schematic sectional view along line IV-IV in FIG. 1, according to the invention;
фиг. 5 изображает схему подключения датчиков системы управления работой устройства плазменной газификации, согласно изобретению;FIG. 5 shows a wiring diagram for sensors of a system for controlling the operation of a plasma gasification device according to the invention;
фиг. 6 изображает схему установки для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию используется паровая турбина;FIG. 6 depicts an installation for generating thermal / electrical energy, in which a steam turbine is used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into thermal and electrical energy;
фиг. 7 изображает схему установки для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию используется газовая турбина, соединенная с электрогенератором, или дополнительно используется паровая турбина;FIG. 7 depicts an installation for generating thermal / electrical energy, in which a gas turbine connected to an electric generator or additionally a steam turbine is used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into thermal and electric energy;
фиг. 8 изображает схему установки для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию используется когенерационная газопоршневая установка.FIG. 8 depicts an installation for generating thermal / electrical energy, in which a cogeneration gas piston installation is used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into thermal and electrical energy.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
Устройство плазменной газификации углеродсодержащего материала, согласно изобретению, содержит реакционный сосуд 1 (фиг. 1), имеющий корпус 2, крышку 3 и донную часть 4.The device for plasma gasification of a carbon-containing material according to the invention comprises a reaction vessel 1 (FIG. 1), having a
Внутренняя полость реакционного сосуда 1 содержит последовательно расположенные, начиная со стороны крышки: зону 5 ввода углеродсодержащего материала, его сушки и пиролиза; основную зону 6 высокотемпературного окисления; основную зону 7 восстановления газообразных продуктов окисления из основной зоны высокотемпературного окисления; зону 8 вывода газообразных продуктов реакции; дополнительную зону 9 восстановления; дополнительную зону 10 высокотемпературного окисления и зону 11 вывода расплавленных твердых продуктов реакции.The internal cavity of the
Реакционный сосуд 1 содержит по меньшей мере одно отверстие для загрузки углеродсодержащего материала, которое расположено в зоне 5 ввода углеродсодержащего материала. На фиг. 1 показан вариант, когда одно отверстие 12 для загрузки углеродсодержащего материала в реакционный сосуд расположено в крышке 3, на фиг. 2 показан вариант, когда одно отверстие 13 для загрузки углеродсодержащего материала в реакционный сосуд 1 расположено в боковой стенке 14 реакционного сосуда 1. The
Устройство содержит по меньшей мере одну плазменную горелку 15, установленную в отверстии 16 в боковой стенке 14 реакционного сосуда в основной зоне 6 высокотемпературного окисления. По меньшей мере одно отверстие 17 для ввода окислителя расположено в стенке реакционного сосуда в основной зоне 6 высокотемпературного окисления.The device contains at least one
В стенке 14 реакционного сосуда в зоне 8 вывода газообразных продуктов реакции выполнено по меньшей мере одно отверстие 18 для вывода газообразных продуктов реакции.In the
Устройство содержит средство 19 обеспечения разности давлений между зонами 6, 10 высокотемпературного окисления и зоной 8 вывода газообразных продуктов реакции, установленное на выходе из зоны 8 вывода газообразных продуктов реакции и/или на входе в зоны 6, 10 высокотемпературного окисления.The device comprises means 19 for providing a pressure difference between
Донная часть 4 имеет форму, сопрягающуюся с формой дополнительной зоны 9 восстановления, и содержит по меньшей мере одно отверстие 20 для выгрузки расплавленных остаточных твердых продуктов реакции, и по меньшей мере одну плазменную горелку 21, установленную в отверстии 22 у основания 23 донной части 4 реакционного сосуда в дополнительной зоне 10 окисления в непосредственной близости от отверстия 20 для выгрузки расплавленных остаточных твердых продуктов реакции.The
Устройство сконфигурировано для плазменной газификации брикетированного/кускового углеродсодержащего материала 24.The device is configured for plasma gasification of briquetted / lump carbon-containing
Согласно изобретению, корпус 2 реакционного сосуда может иметь форму, выбранную из группы, состоящей из цилиндра, конуса, параллелепипеда, призмы, пирамиды, эллипсоида или сферы (не показаны).According to the invention, the
На фиг. 1 показаны также дополнительные отверстия 25 для ввода окислителя, расположенные в стенке 14 реакционного сосуда в основной зоне 6 высокотемпературного окисления.FIG. 1 also shows the
Устройство дополнительно содержит шлюзовую камеру 26 (фиг. 2), установленную на отверстии 13 для загрузки углеродсодержащего материала, сконфигурированную для непрерывной/периодической подачи углеродсодержащего материала 24 в реакционный сосуд 1 и исключения прохода реакционных газов из реакционного сосуда наружу. На фиг. 2 показан вариант, когда шлюзовая камера установлена в отверстии 13 на стенке 14 реакционного сосуда 1. Шлюзовая камера 26 снабжена средством 27, обеспечивающим автоматическую загрузку углеродсодержащего материала 24.The device further comprises a lock chamber 26 (FIG. 2) mounted on the
На фиг. 3 показан вариант, когда шлюзовая камера 26 для подачи углеродсодержащего материала установлена в канале над отверстием 12, выполненным в крышке 3, и снабжена автоматическими заслонками 27 для периодической подачи углеродсодержащего материала 24 в реакционный сосуд 1 и исключения прохода реакционных газов из реакционного сосуда 1 наружу. FIG. 3 shows an embodiment when a lock chamber 26 for supplying carbon-containing material is installed in a channel above an
Устройство дополнительно содержит средство 28 подачи окислителя в зоны высокотемпературного окисления через плазменные горелки, сконфигурированное таким образом, чтобы поддерживать соотношение между окислителем, подаваемым в основную 6 и дополнительную 10 зоны высокотемпературного окисления в соотношении (5-8):1, соответственно.The device further comprises means 28 for supplying the oxidizing agent to the high-temperature oxidation zones through the plasma torches, configured to maintain the ratio between the oxidizing agent supplied to the main 6 and additional 10 high-temperature oxidation zones in the ratio (5-8): 1, respectively.
В качестве плазменных горелок 15, 21, установленных в стенке 14 реакционного сосуда в основной 6 и дополнительной зоне 10 высокотемпературного окисления использована плазменная горелка, выбранная из группы, состоящей из плазменной горелки переменного тока однофазной, плазменной горелки переменного тока трехфазной, плазменной горелки постоянного тока, плазменной горелки высокочастотной, плазменной горелки микроволновой.Plasma torches 15, 21 installed in the
Плазменные горелки 15, 21 в основной 6 и дополнительной 10 зонах высокотемпературного окисления равномерно распределены по периметру корпуса 14 реакционного сосуда. На фиг. 4 показан разрез по линии IV-IV на фиг. 1, где три плазменные горелки установлены под углом 120 град. по отношению друг к другу.Plasma torches 15, 21 in the main 6 and additional 10 zones of high-temperature oxidation are evenly distributed around the perimeter of the
В качестве брикетированного/кускового углеродсодержащего материала 24 может быть использован материал, представляющий собой переработанные твердые коммунальные отходы, промышленные отходы, отходы сельского хозяйства, битумные пески, сланцы, торф, лигнит, бурый уголь и каменный уголь.As a briquetted / lumpy carbon-containing
Корпус 2 реакционного сосуда содержит футеровку 29.The
В футеровке 29 в основной 6 зоне высокотемпературного окисления выполнен кольцевой канал 30 (фиг. 4), сообщающийся с трубопроводом подачи окислителя через отверстия 17 для ввода окислителя в стенке 14 реакционного сосуда. Кольцевой канал 30 сконфигурирован для смешивания плазмы от плазменной горелки 15 с окислителем и подачи в полость реакционного сосуда через множество радиальных отверстий 25, выполненных в футеровке 29 и сообщающихся с кольцевым каналом 30.In the lining 29 in the main 6 zone of high-temperature oxidation, an
Форма и размер указанных радиальных отверстий 25 выбраны так, что обеспечивается поступление разогретого плазмой окислителя в толщу углеродсодержащего материала 24.The shape and size of these
В футеровке 29 выполнен дополнительный кольцевой канал 33 в зоне 8 вывода газообразных продуктов реакции, сообщающийся с полостью реакционного сосуда посредством множества радиальных отверстий 34, выполненных в футеровке 29 и предназначенных для вывода газообразных продуктов реакции из толщи углеродсодержащего твердого материала.In the
Форма и размер радиальных отверстий 34 выбраны так, что обеспечивается минимизация уноса частиц перерабатываемого углеродсодержащего твердого материала из полости реакционного сосуда.The shape and size of the radial holes 34 are chosen so as to minimize the entrainment of particles of the processed carbon-containing solid material from the cavity of the reaction vessel.
Система управления работой устройства плазменной газификации содержит контроллер 35 (фиг.5), ко входам которого подключены датчик 36 уровня углеродсодержащего материала в реакционном сосуде, датчики 37 и 38 давления в основной 6 и дополнительной 10 зонах высокотемпературного окисления и датчик давления 39 на выходе зоны 8 вывода газообразных продуктов реакции, датчик 40 состава газообразных продуктов реакции, датчики 41, 42 расхода плазмообразующего газа, подаваемого в плазменные горелки в основной 6 и дополнительной 10 зонах окисления, датчик 43 расхода окислителя, датчики 44, 45 температуры в основной 7 и дополнительной 9 зонах восстановления и датчик 46 температуры газообразных продуктов реакции.The system for controlling the operation of the plasma gasification device contains a controller 35 (FIG. 5), to the inputs of which are connected a
При этом выходы контроллера 35 связаны с регуляторами 47, 48 расхода плазмообразующего газа, подаваемого в плазменные горелки в основной 6 и дополнительной 10 зонах высокотемпературного окисления, с регулятором 49 расхода окислителя, и с устройством 50 автоматической загрузки углеродсодержащего материала.The outputs of the
Способ плазменной газификации углеродсодержащего материала в устройстве плазменной газификации осуществляется следующим образом.The method of plasma gasification of carbon-containing material in the plasma gasification device is as follows.
Перед началом процесса загружают углеродсодержащий материал 24 в полость реакционного сосуда 1. Осуществляют подачу окислителя в основную 6 и дополнительную 10 зоны высокотемпературного окисления в соотношении (5-8):1 и осуществляют включение плазменных грелок 15, 21 в основной 6 и дополнительной 10 зонах окисления.Before starting the process, carbon-containing
В основной зоне 6 высокотемпературного окисления и основной зоне 7 восстановления осуществляют обращенный процесс плазменной газификации, при этом углеродсодержащий материал 24 опускается в реакционном сосуде к донной части 4 и подвергается постепенному нагреву при отсутствии свободного кислорода, сушке и пиролизу за счет тепла, поступающего от нижних слоев материала и от стенок реакционного сосуда, освобождаясь от летучих веществ и воды, а образовавшиеся газообразные продукты пиролиза также перемещаются к донной части, благодаря создаваемой разности давлений на выходе из зоны 8 вывода газообразных продуктов реакции. Углеродсодержащий материал не загорается, т.к. в этой зоне отсутствует свободный кислород.In the main high-temperature oxidation zone 6 and the
В зоне 6 высокотемпературного окисления в атмосфере подаваемого окислителя происходит окисление газообразных продуктов пиролиза. Одновременно происходит разогрев до высоких температур и частичное окисление твердых продуктов пиролиза углеродсодержащего материала в атмосфере подаваемого окислителя.In zone 6 of high-temperature oxidation, the gaseous pyrolysis products are oxidized in the atmosphere of the supplied oxidant. At the same time, heating to high temperatures and partial oxidation of the solid pyrolysis products of carbon-containing material in the atmosphere of the supplied oxidant take place.
При перемещении продуктов реакции в зону 7 восстановления обеспечивают восстановление газообразных продуктов сгорания газообразных и твердых продуктов пиролиза углеродсодержащего материала, поступающих из основной зоны 6 высокотемпературного окисления, которые поступают в зону 8 вывода газообразных продуктов реакции.When moving the reaction products to the
Осуществляют вывод газообразных продуктов реакции, полученных в результате обращенного процесса газификации и представляющих собой горючий газ, содержащий оксид углерода CO и водород H2. Carry out the output of the gaseous reaction products obtained from the reversed gasification process and representing a combustible gas containing carbon monoxide CO and hydrogen H 2.
По мере сгорания углеродсодержащего материала верхняя граница засыпки смещается вниз. В определенный момент срабатывает датчик, контролирующий положение верхнего уровня засыпки, и поступает сигнал на загрузку очередной порции углеродсодержащего материала. Таким образом обеспечивается квазинепрерывная загрузка.As the carbon-containing material burns, the upper limit of the backfill shifts down. At a certain moment, a sensor is activated, which controls the position of the top level of the backfill, and a signal is received to load the next portion of carbon-containing material. This ensures quasi-continuous loading.
Осуществляют регулирование подачи окислителя в основную и дополнительные зоны 6 и 10 высокотемпературного окисления и через плазменные горелки таким образом, чтобы обеспечить заданный состав газообразных продуктов газификации, например, обеспечивающий постоянную теплоту сгорания получаемого газа.Regulate the supply of oxidant to the main and
Поддерживают разность давлений между зонами 6, 10 высокотемпературного окисления и зоной 8 вывода газообразных продуктов реакции, обеспечивающую выход газообразных продуктов из реакционного сосуда 2.Maintain the pressure difference between
Одновременно осуществляют процесс прямой газификации в дополнительной зоне 10 высокотемпературного окисления и дополнительной зоне восстановления 9, при этом происходит окисление остатков твердых продуктов пиролиза в дополнительной зоне 10 высокотемпературного окисления в донной части 4 реакционного сосуда в атмосфере подаваемого окислителя.At the same time, the process of direct gasification is carried out in an additional high-
При перемещении газообразных продуктов сгорания от донной части к зоне 8 вывода газообразных продуктов реакции, благодаря создаваемой разности давлений, обеспечивают восстановление газообразных продуктов сгорания, при взаимодействии с горячими твердыми продуктами пиролиза углеродсодержащего материала, поступающими сверху.When moving the gaseous products of combustion from the bottom part to the
Выводят дополнительные газообразные продукты реакции, полученные в результате прямого процесса газификации и представляющие собой горючий газ, содержащий оксид углерода CO и водород H2. Remove the additional gaseous reaction products obtained from the direct gasification process and which are combustible gas containing carbon monoxide CO and hydrogen H 2.
Дополнительно осуществляют плавление золы перерабатываемого материала с образованием жидкого текучего шлака за счет тепловой энергии от плазменных горелок 21, расположенных у основания донной части 4 реакционного сосуда, и от экзотермических реакций горения твердых продуктов пиролиза. Собирают и выводят жидкий шлак через отверстие 20 в донной части реакционного сосуда.Additionally, ash of the processed material is melted with the formation of liquid flowing slag due to thermal energy from plasma torches 21 located at the bottom of the
Как указано выше, в качестве углеродсодержащего материала 24 используют брикетированный/кусковой углеродсодержащий материал. В качестве окислителя используют воздух или кислород.As indicated above, briquetted / lump carbon-containing material is used as the carbon-containing
В качестве плазмообразующего газа используют газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, водяного пара, диоксида углерода, азота, аргона, гелия.As the plasma gas, a gas selected from the group consisting of air, water vapor, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium is used.
Загрузку углеродсодержащего материала 24 в полость реакционного сосуда осуществляют через отверстие 12 в крышке 3 или через отверстие 13 в стенке 14 реакционного сосуда.Download carbon-containing
При осуществлении способа поддерживают разрежение на выходе 18 газообразных продуктов из реакционного сосуда 1 в пределах -0,20 ± 0,10 кПа. Загрузку брикетов/кусков углеродсодержащего материала 24 в реакционный сосуд осуществляют непрерывно или периодически.When implementing the method, a vacuum is maintained at the outlet of 18 gaseous products from the
Как указано выше, в качестве брикетированного/кускового углеродсодержащего материала используют материалы из группы, состоящей из переработанных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, битумных песков, сланцев, торфа, лигнита, бурого угля, каменного угля.As mentioned above, materials from the group consisting of recycled solid municipal waste, industrial waste, agricultural waste, tar sands, shale, peat, lignite, brown coal, and coal are used as briquetted / lumpy carbon-containing material.
Перед подачей в зону окисления предпочтительно окислитель нагревают до температуры 60-400°С и выше.Before being supplied to the oxidation zone, it is preferable that the oxidant is heated to a temperature of 60-400 ° C and higher.
Таким образом в верхней части реакционного сосуда 1 реализован обращенный процесс газификации - углеродсодержащий материал и газ двигаются прямотоком. На выходе из основной зоны восстановления получается два потока: быстрый поток газообразных продуктов реакций и медленный поток раскаленных твердых компонентов, содержащих кокс и минеральную составляющую углеродсодержащего материала.Thus, in the upper part of the
В дополнительной зоне высокотемпературного окисления этот материал сталкивается с газообразным потоком, поступающим снизу от нижних генераторов плазмы. Этот газообразный поток представляет собой продукты окончательного сгорания кокса и следов органики углеродсодержащего материала, которые добрались до дополнительной зоны окисления. Эти продукты - горячий кокс и продукты сгорания попадают в дополнительную зону восстановления.In the additional zone of high-temperature oxidation, this material encounters a gaseous stream coming from the bottom of the lower plasma generators. This gaseous stream is the final combustion of coke and traces of organic carbon-containing material, which reached the additional oxidation zone. These products are hot coke and combustion products fall into an additional recovery zone.
Таким образом в нижней части газификатора реализуется прямой процесс газификации - углеродсодержащий материал и газ двигаются противотоком.Thus, in the lower part of the gasifier, a direct gasification process is implemented — carbon-containing material and gas move in countercurrent.
В дополнительной зоне высокотемпературного окисления, за счет энергии поступающей от плазменных горелок и энергии сгорания остатков кокса, происходит нагрев минеральной составляющей до температур плавления. Полученный таким образом жидкий шлак вытекает через специальные отверстия.In the additional zone of high-temperature oxidation, due to the energy coming from the plasma torches and the energy of combustion of coke residues, the mineral component is heated to melting temperatures. The liquid slag obtained in this way flows out through special openings.
Согласно изобретению, предложена также установка 51 (фиг. 6) для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой используется устройство 1 плазменной газификации углеродсодержащего материала. Установка содержит узел 52 подготовки топлива для последующей газификации, сконфигурированный для сушки, брикетирования/измельчения углеродсодержащего материала, и устройство 1 плазменной газификации, связанное с узлом 52 подготовки топлива и сконфигурированное для получения горючего газа из углеродсодержащего материала путем обращенного и прямого процесса газификации.According to the invention, an installation 51 (FIG. 6) for generating thermal / electric energy is also proposed, in which the
Установка содержит также узел 53 охлаждения, очистки и сбора горючего газа, полученного в устройстве 1 плазменной газификации, узел 54 сжигания полученного из узла 53 охлаждения горючего газа и выработки тепловой и электрической энергии.The installation also contains a
Узел 52 подготовки топлива для последующей газификации содержит измельчитель 55, барабанную сушилку 56 и шредер-гранулятор 57 для формирования брикетов цилиндрической формы из подготовленных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, торфа, лигнита.The
Узел 53 охлаждения, очистки и сбора горючего газа содержит скоростной теплообменник 58, горячий циклон 59 и аппарат 60 для отделения пыли, кислых газов и прочих примесей.The
Узел 54 сжигания горючего газа для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию содержит камеру 61 сгорания, котел-утилизатор 62 и паровую турбину 63 с электрогенератором 64.The combustible
Возможен вариант выполнения (фиг. 7), в котором в установке 65 для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию используется газовая турбина, соединенная с электрогенератором.An embodiment is possible (FIG. 7), in which in an installation 65, a gas turbine coupled to an electric generator is used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into thermal and electrical energy.
Установка 65 содержит узел 52 подготовки топлива для последующей газификации, сконфигурированный для сушки, брикетирования/измельчения углеродсодержащего материала, устройство 1 плазменной газификации, узел 53 охлаждения, очистки и сбора горючего газа и узел 67 сжигания горючего газа и выработки тепловой энергии.Installation 65 includes a
Узел 52 подготовки топлива для последующей газификации содержит измельчитель 55, барабанную сушилку 56 и шредер-гранулятор 57 для формирования брикетов цилиндрической формы из подготовленных твердых коммунальных отходов, промышленных отходов, отходов сельского хозяйства, торфа, лигнита.The
Узел 53 охлаждения, очистки и сбора горючего газа содержит скоростной теплообменник 58, горячий циклон 59 и аппарат 60, для отделения пыли, кислых газов и прочих примесей.
Узел 67 сжигания горючего газа для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию содержит компрессор 70, газгольдер 71 и газовую турбину 72, соединенную с электрогенератором 73.The
Возможен вариант выполнения, в котором в установке 65 для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию дополнительно используется паровая турбина.An embodiment is possible in which in an installation 65 a steam turbine is additionally used to convert the combustion energy of the resulting combustible gas into thermal and electrical energy.
В этом варианте выполнения установки 65 (фиг. 7) выход газовой турбины 72 соединен через котел-утилизатор 74 с паровой турбиной 75, соединенной с электрогенератором 76.In this embodiment, the installation 65 (Fig. 7), the output of the
Возможен вариант выполнения (фиг. 8), в котором в установке 77 для преобразования энергии сгорания полученного горючего газа в тепловую и электрическую энергию используется когенерационная газопоршневая установка 78. Установка 77 содержит узел 52 подготовки топлива для последующей газификации, узел 53 охлаждения, очистки и сбора горючего газа и когенерационную газопоршневую установку 78, указанные узлы 52 и 53 установки 77 аналогичны узлам 52, 53 установки 51.An embodiment is possible (FIG. 8), in which the cogeneration
Промышленная применимостьIndustrial Applicability
Изобретение может использоваться для утилизации твердых коммунальных и промышленных отходов для производства горючего газа и водорода, а также на предприятиях энергетической отрасли для получения тепловой и/или электрической энергии.The invention can be used for utilization of solid municipal and industrial wastes for the production of combustible gas and hydrogen, as well as at enterprises of the energy industry to produce thermal and / or electrical energy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131375A RU2680135C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131375A RU2680135C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680135C1 true RU2680135C1 (en) | 2019-02-15 |
Family
ID=65442744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131375A RU2680135C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680135C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737656C1 (en) * | 2020-03-19 | 2020-12-01 | Валентин Федорович Надеев | Gasifier |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080222956A1 (en) * | 2005-06-03 | 2008-09-18 | Plasco Energy Group Inc. | System for the Conversion of Coal to a Gas of Specified Composition |
| CN103614164A (en) * | 2013-11-20 | 2014-03-05 | 北京环宇冠川等离子技术有限公司 | Method for treating and utilizing rural solid wastes and biomass by plasma gasification technology and device |
| RU2581092C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-04-10 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Plasma arc gasification reactors with modified carbon layers and coke consumption |
| CN205368262U (en) * | 2016-03-07 | 2016-07-06 | 衢州迪升工业设计有限公司 | Plasma gasification equipment |
| RU2594410C2 (en) * | 2011-02-05 | 2016-08-20 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Improved plasma gasifiers for production of synthetic gas |
| RU2616079C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method and device for plasma gasification of solid carbonaceous material and synthesis gas production |
| RU2647309C1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-03-15 | Равиль Шайхутдинович Загрутдинов | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation |
-
2018
- 2018-08-31 RU RU2018131375A patent/RU2680135C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080222956A1 (en) * | 2005-06-03 | 2008-09-18 | Plasco Energy Group Inc. | System for the Conversion of Coal to a Gas of Specified Composition |
| RU2594410C2 (en) * | 2011-02-05 | 2016-08-20 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Improved plasma gasifiers for production of synthetic gas |
| RU2581092C2 (en) * | 2011-09-09 | 2016-04-10 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Plasma arc gasification reactors with modified carbon layers and coke consumption |
| CN103614164A (en) * | 2013-11-20 | 2014-03-05 | 北京环宇冠川等离子技术有限公司 | Method for treating and utilizing rural solid wastes and biomass by plasma gasification technology and device |
| RU2616079C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method and device for plasma gasification of solid carbonaceous material and synthesis gas production |
| CN205368262U (en) * | 2016-03-07 | 2016-07-06 | 衢州迪升工业设计有限公司 | Plasma gasification equipment |
| RU2647309C1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-03-15 | Равиль Шайхутдинович Загрутдинов | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737656C1 (en) * | 2020-03-19 | 2020-12-01 | Валентин Федорович Надеев | Gasifier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100445363B1 (en) | Waste treatment apparatus and method through vaporization | |
| Arena | Process and technological aspects of municipal solid waste gasification. A review | |
| Heidenreich et al. | New concepts in biomass gasification | |
| CA2594842C (en) | Waste treatment process and apparatus | |
| US4028068A (en) | Process and apparatus for the production of combustible gas | |
| US20100156104A1 (en) | Thermal Reduction Gasification Process for Generating Hydrogen and Electricity | |
| RU2714816C1 (en) | Method of converting carbon-containing material into synthesis gas with low content of resin | |
| CN102530859B (en) | External-heating-type microwave plasma gasification furnace and synthesis gas production method | |
| CA2465905C (en) | Plasma pyrolysis, gasification and vitrification of organic material | |
| WO2007081296A1 (en) | Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste | |
| KR100993908B1 (en) | Method of transforming combustible wastes into energy fuel and Gasification system of combustible wastes | |
| EP0908672B1 (en) | Methods for fusion treating a solid waste for gasification | |
| WO2008138118A1 (en) | A system comprising the gasification of fossil fuels to process unconventional oil sources | |
| CN103013568B (en) | Plasma gasification treatment system of solid organic waste | |
| JPH10310783A (en) | High-temperature gasification of waste and system therefor | |
| RU2662440C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| RU2663144C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| CN106833690A (en) | A kind of moving bed solid waste segmented pyrolytic gasification technique and its system | |
| KR101397378B1 (en) | Apparatus for two-stage pyrolysis and gasfication and method thereof | |
| RU2631808C2 (en) | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation | |
| WO2008092964A1 (en) | Liquid and liquid/gas stabilized plasma assisted combustion/gasification process | |
| RU2680135C1 (en) | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used | |
| KR101097443B1 (en) | Method of transforming combustible wastes into energy fuel and Gasification system of combustible wastes | |
| JPH10128288A (en) | Gasification treatment of waste product and device therefore | |
| JP4589226B2 (en) | Method for producing fuel carbide and fuel gas |