CZ20021021A3

CZ20021021A3 - Způsob výroby plynného produktu s vysokou výhřevností z organických látek a směsí látek

Info

Publication number: CZ20021021A3
Application number: CZ20021021A
Authority: CZ
Inventors: Heinz-Jürgen Mühlen; Christoph Schmid
Original assignee: Dr. Mühlen Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2003-03-12
Also published as: PL354103A1; EP1226222B1; CN1376188A; SI20749A; CA2387690C; RU2240341C2; CN1213129C; HUP0202874A2; CA2387690A1; MXPA02003116A; US7077878B1; BR0014217A; AU7780200A; PL194326B1; EP1226222A1; BR0014217B1; HRP20020246A2; DE50010310D1; PT1226222E; ATE295401T1

Description

Způsob* zplyňování· organických látek a směsí látek

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zplyňování organických látek a směsí látek.

Dosavadní stav techniky

Z dokumentu US-PS-4 568 362 [l] je známý způsob zplyňování organických látek a směsí látek, při kterém se vedou organické látky do pyrolýzního reaktoru, ve kterém tyto látky přicházejí do kontaktu s teplonosným médiem, čímž nastává rychlá pyrolýza, při které se přeměňují tyto látky v pyrolýzní produkty, tj. pyrolýzní plyny s kondenzovatelnými látkami a se zbytkem, který obsahuje pevný uhlík. Pyrolýzní plyny obsahující dehet podléhají ve druhé reakční zóně reakcím krakování a reakcím s vodní párou, aby se získal plynný produkt s vysokou výhřevností.

Při tomto způsobu se uskutečňuje jak pyrolýza, tak také spalování pevných zbytků s obsahem uhlíku ve fluidní vrstvě. V horní části pyrolýzního reaktoru s fluidní vrstvou je reakční zóna pyrolýzních plynů obsahujících dehet stanovena předem. Teplonosné médium se společně s pevným zbytkem s obsahem uhlíku roznáší (rozvádí) částečně hlavou reaktoru pyrolýzního reaktoru s fluidní vrstvou a zbylá část vedením, které je uspořádáno na horní hranici fluidní vrstvy, a přivádí se do topeniště s fluidní vrstvou. Zde se spaluje pevný zbytek s obsahem uhlíku a teplonosné médium se ohřívá. Ohřáté teplonosné médium a · • · ··« · popel se odvádí společně se spalinami z topeniště s fluidní vrstvou a odděluje se v odlučovači plyn-pevná látka, který je umístěn v horní polovině pyrolýzního reaktoru s fluidní vrsvou. Teplonosné médium se pak přivádí do reakční zóny pyrolýzního reaktoru, ze které se opět odvádí do fluidní vrstvy pyrolýzního reaktoru (okruh teplonosného média).

Provozování této fluidní vrstvy je však velmi nákladné, a ovlivňování reakcí pyrolýzních plynů v reakční zóně je sotva možné. K tomu musí být použita v reakční zóně vysoce přehřátá vodní pára, což předpokládá opět použití nákladně upravané vody.

Z dokumentu DE-PS 197 55 693 [2] je známý způsob zplyňování organických látek a jejich směsí, při kterém se uvádějí do kontaktu organické látky s teplonosným médiem v reaktoru s pohyblivým ložem, čímž nastává rychlá pyrolýza, při které se organické látky přeměňují na jedné straně v pevný zbytek s obsahem uhlíku, a na straně druhé v kondenzovatelné, těkavé a plynné podíly vznikajícího pyrolýzního plynu.

Potom se vedou teplonosné médium a pyrolýzní koks ke spalování, při kterém se za prvé spaluje zbytek s obsahem uhlíku, za druhé se ohřívá teplonosné médium, než se opět vede k pyrolýze.

Pyrolýzní plyn s obsahem dehtu se po připojení reakčního činidla- zpravidla vodní páry- ohřívá ve druhé reakční zóně, která pracuje jako nepřímý výměník tepla, tak aby se získal plynný produkt s vysokou výhřevností, čímž nastává nepřímé vytápění tohoto výměníku tepla spalinami za jejich • ·· · ochlazování. Popel se po spalování z části proudu směsi teplonosného média a popela pevného zbytku s obsahem uhlíku mechanicky odděluje od teplonosného média, ochlazuje a odvádí.

Tento způsob má však několik aspektů, které činí zařízení k provádění tohoto způsobu nákladnějším a dražším a mohou nevýhodné ovlivňovat jak provoz tak také použitelnost:.Za prvé se transportuje teplonosné médium ve vyhřátém stavu spalováním zpět do pyrolýzy, tj. při teplotě daleko nad teplotou pyrolýzy, která se udává 550 až 650 °C. Tím se musí sáhnout nazpět po materiálově a mechanicky zvláště nákladném dopravním zařízení. Dále se musí počítat, je-li vyhřáté teplonosné médium ještě smíchané s popelem, se změkčením posledního a tím s problémy se spékáním. Za druhé potřebuje použitý nepřímý výměník tepla na základě svých pracovních podmínek- po obou stranách teplot 500 až 1000 ° C, na jedné straně redukční podmínky, silně korosivní podíly nejen v pyrolýzním plynu a v plynném produktu ale také ve spalinách -velmi nákladné materiály a na základě možného změkčováni popela dodatečně podle okolností nákladný systém čištění. Nebezpečí napékání popela v tepelném výměníku vytyčuje provozu a utváření- spalování úzké hranice. Další obtíží se jeví přimíchávání páry k pyrolýzním plynům: Buď se pára s velkými náklady vysoce přehřívá nebo se zachovává pokles teploty, který může vést ke kondenzaci dehtu a tím k problémmům se spékáním. Nakonec jsou myslitelné situace, ve kterých se definovaný přestup tepla do opět vyhřátého teplonosného média v topeništi nemůže zajistit. Tak je obava, že se pyrolýzní koks a teplonosné médium nesmísí, tak že například v případě • · • · roštového spalování oddělí zatím co teplonosné médium proudícím ze spoda roštu.

pyrolýzní koks nahoře na vrstvě, se ochladí právě vzduchem

Základní úlohou vynálezu je dát k dispozici jednoduše proveditelný způsob získání vysoce výhřevných, neředěných a vysoce výhřevných plynných produktů s nízkými náklady na zařízení, při kterém se zabrání použití fluidních vrstev nebo výměníků tepla s vysokou teplotou po obou stranách, a při kterém se přestup tepla z topeniště do teplonosného média uskutečňuje definovaným způsobem.

Podstata vynálezu

Tato úloha se řeší kombinací znaků nároku 1. Podobně jako v dokumentu [2] následují základní myšlenky, rozdělit způsob do třech jednoduše prováděných kroků způsobu: Rychlá pyrolýza, získání plynných produktů z pyrolýzních plynů po přimíchání páry z procesu do plynné homogenní reakce za přivádění tepla, produkce tepla potřebného pro pyrolýzu a reakce v plynné fázi spalováním pyrolýzního koksu, pevného zbytku s obsahem uhlíku. Podstatnou obtíž však představuje myšlenka, teplo z topeniště definovaným způsobem a vynucením přenést do teplonosného média. Vnáší-li se totiž, jak je popsáno v dokumentu [2], pyrolýzní koks a teplonosné médium jako směs do topeniště, tak se musí počítat s tím, že se například na spalovacím roštu namísí teplonosné médium a pyrolýzní koks, tak že se během spalování dostatečně neohřeje teplonosné médium, nýbrž se ochladí právě spalovacím vzduchem, který proudí pod roštem. Jenom v rotační trubkové peci nebo ve fluidní vrstvě je myslitelný definovaný a vynucený přenos tepla, neboř se zde intensivně promíchávají pevné látky rozdmýcháváním, které způsobuje rošt. Při tom je však rotační trubková pec velmi drahé topeniště se špatným přimícháváním vzduchu, zatím co z uvedených důvodů nepřichází v úvahu fluidní vrstva.

Podle vynálezu se proto přímo po opuštění pyrolýzního reaktoru směs pyrolýzního koksu a teplonosné médium oddělí a pyrolýzhí koks se dá do topeniště, zatím co teplonosné médium se dopravuje do vyhřivací zóny, kde proudí jako násyp horkých kouřových plynů a tak se definovaně ohřívá. Takto dosaženým vyvázáním (energie) shořením pyrolýzního koksu na jedné straně a ohřátím teplonosného média na sraně druhé se dosahuje dvojím : Za prvé lze přizpůsobit hoření pyrolýzního koksu zcela požadavkům tohoto paliva, tj., v zásadě přichází v úvahu opět každý typ paliva. Za druhé lze ohřívací zónu teplonosného média přemístit do libovolného bodu zařízení podle způsobu podle vynálezu tak, že na místo nákladného mechanického transportu teplonosného média ohřátého ma maximální teplotu procesu pouze v porovnání jednoduchou podporou horkých spalin z topeniště a transport teplonosného media s nejnižší teplotou procesu - na patě teploty po opuštění pyrolýzního reaktoruvstupuje do ohřívací zóny.

Podle vynálezu se pyrolýza organických látek provádí v reaktoru, který dovoluje při co možná největší přístrojové jednoduchosti a silném způsobu provozu přestup tepla potřebného na ohřev, sušení a pyrolýzu co možná nejefektivnějším způsobem. Tak přichází v potaz pro tuto úlohu zpravidla reaktor s pohyblivým ložem nebo rotační • · · · · • · buben. Teplota pyrolýzy leží pak s výhodou v rozmezí oblasti 500 až 650 °C.

Způsob dělení pyrolýzního koksu a teplonosného média závisí na povaze teplonosného média a lze jej realizovat různými způsoby. Mechanické dělení lze provádět například dvoustupňovým proséváním. Výhodně se při tom projevuje, že teplota dělících médií činí jen asi 500 až 600 °C, tak že lze sáhnot nazpět k obvyklým surovinám. Dělení proséváním ve dvou stupních pak přichází v úvahu, když teplonosné médium sestává z tvarově stálých částic ležících uvnitř úzkého spektra velikosti zrna. Při tom se odtahuje teplonosné médium jako prorostlina, zatím co se odtahuje pyrolýzní koks jako hrubý a jemný materiál. Pokud jsou oba pláty síta blízko dost pohromadě, přechází relativně malý podíl pyrolýzního koksu do teplonosného média, což zpravidle neškodí. Další možností je použití teplonosného média s magnetickými vlastnostmi, snad ocelové kuličky.

Tyto mohou být odděleny pomocí magnetů ze směsi. Při tom je třeba poznamenat, že magnetické oddělení horkého sypkého materiálu ještě s komponentami obvyklými pro trh nemůže být uskutečněno. Konečně se nabízí jako možnost větrné (pneumatické) třídění, pokud má teplonosné médium dostatečnou tloušťku. Jako fluidní odlučovač se nabízí při tom spalovací vzduch, výhodně sice z bezpečnostních důvodů dílčí složka recirkulovaných kouřových plynů. V takovém to případě se doporučuje uspořádat topeniště velmi blízko u dělícího stupně. Topeniště by mělo být realizováno pak výhodně použitím fluidizace popř. disperze paliva v nosném plynu, jako například cyklónové topeniště.

·· ··· ·
• · · • · ·	• · · ♦ · · ·	·· ·· » · ·


·· ··	• · •· · ····	• · · • · · · ·

Dělením teplonosného média a pyrolýzního koksu je nyní typ topeniště skoro nevýznamný. Platí však okrajové podmínky:

Za prvé je při uvedené teplotě reformingu kouřový plyn na konci topeniště uvolněn s teplotou, která přihlíží ke ztrátám tepla na cestě k ohřívací zóně, k ukazateli koncentrace teploty přestupu tepla do teplonosného média uvnitř ohřívací zóny a k ukazateli koncentrace teploty teplonosného média při přestupu tepla ve druhé reakční zóně během reformingu. Činí-li například teplota reformingu 1000 °C, pak by mělo mít teplonosné médium teplotu 1050 °C na vstupu do této zóny. Při vhodném obložení ohřívací zóny může být tato docílena horkým kouřovým plynem s 1075 °C.

Aby se ztráty postupu od topeniště k této ohřívací zóně sejmuly, musí být spaliny při opouštění topeniště o něco teplejší , tedy například 1100 °C. Za druhé musejí být dodrženy mnohonásobně co se týče minerálního podílu pyrolýzního koksu určité okrajové podmínky. Tak nepotřebuje sice zásadní tání nebo spékání popela vyloučit, ale popel může být náležitě zpracován jako produkt suchého odtahu popela za zabránění změkčení například, když se zplyňuje slepičí hnůj a vzniklý popel se má použit jako vysoce účinné hodnotné hnojivo. V takovém případě lze například použít stupňovité spalování s podstechiometrickým provozem, při kterém nejprve přivedením sekundárního vzduchu nastává úplné vyhoření a tím se získá potřebná teplota. Za zmínku stojí, že v případě, ve kterém vytvořený pyrolýzní koks nestačí k produkci tepla procesu, může být použit plynný produkt jako topivo.

Druhé podstatné doplnění přestavuje nynější zahrnutí druhé reakční zóny do okruhu teplonosného média: reformování • · ··«· • · · • · · .··. ·· ·· . · · · • ♦ · · · * · · β

........i., natává přímým kontaktem teplonosného média a vodní páry podle známé reakce, například:

C_nH_ra + n H₂0 -> n CO + (m/2+n) H₂

Tím se stávají vrstvy vzniklé připečenim následkem možné tvorby sazí a dalších procesů krakování nyní tolerovatelné, neboť, během převratu teplonosného média se vždy opět regeneruje povrch přenášející teplo. Následek zahrnuti druhé reakční zóny do okruhu teplonosného média je značným zvětšením okruhu teplonosného média.

Způsob podle vynálezu poskytuje nejméně dvě základní možnosti vedení okruhu teplonosného média. Co se týče teplonosného média mohou být druhá reakční zóna a pyrolýzní reaktor zapojeny za sebou nebo paralelně. Podstatnou výhodou zapojení za sebou je aparátová jednoduchost. Zóna ohřevu, druhá reakční zóna a pyrolýzní reaktor jsou uspořádány vzájemně tak, že se teplonosné médium pohybuje zařízením zhora dolů pomocí gravitace. Pyrolýza se zrněni oproti zařízení popsaném v [2] pokud se pyrolýza musí provádět jen s o mnoho více teplonosným mediem s ovšem zřetelně menší teplotou. Vstupuje-li na příklad teplonosné médium s 1050 °C do druhé reakční zóny za účelem reformingu, pak opouští zónu s ještě asi 750 °C. Při paralelním zapojení se nemění stupeň pyrolýzy oproti zařízení popsaném v [2]· Následkem rozdělení horkého proudu • · · ·» · teplonosného média na pyrolýzní reaktor a druhou reakční zónu a následným svedením dohromady je ovšem nutno počítat s vyššími náklady na aparaturu. Proto je paralelní zapojení vhodné v případě, ve kterém je výhodný styk použité látky s obzvláště horkým teplonosným médiem.

Konečně má dojít ještě na přimíchání procesní páry k pyrolýzním plynům před reformingem ve druhé reakční zóně: Toto má nastat v přebytku vztaženém k očekávaným homogenním reakcím v plynné fázi, neboť, jen tak může být potlačena možná tvorba sazí. Těžiště pro to tkví v dodržení bezpečné koncentrace vodní páry v čerstvém plynném produktu, totiž například 20 % obj. nebo více. Na druhé straně lze očekávat, že by regulace množství přídavku páry v procesu s koncentrací vodní páry jako měřené veličiny mohla být velmi nákladná a drahá. Lepší by mělo být nastavení pevné hodnoty, která se určujuje tak jako tak přes možné existující měření množství závislé na výkonu. Možnost utváření způsobu podle vynálezu, která zde má být v každém případě zmíněna, tkví ve volbě místa smíchání páry z procesu s pyrolýzním plynem. To musí ale nastat nejpozději před vstupem do druhé reakční zóny, zařízení pro reforming, může se ale přemístit vzhůru do pyrolýzního reaktoru a zde se přemístit libovolně uvnitř pyrolýzního reaktoru až na jeho spodní konec. Spodním koncem pyrolýzního reaktoru se při tom míní výstup směsi teplonosného média a pevného zbytku s obsahem uhlíku. Tím se sice mění rozdělení použití tepla mezi pyrolýzu a reforming, ale nakonec je propláchnutí pyrolýzy párou při přídavku páry v blízkosti výstupu pevných látek z pyrolýzního reaktoru v mnoha ohledech výhodné: Za prvé ·· ···· se tak nesnižuje v žádném místě teplota pyrolýzního plynu na cestě do druhé reakční zóny, tak že se nepočítá s kondenzací. Za druhé je známé [3], že se výtěžky těkavých podílů při pyrolýze biomasy propláchnutím vodní párou mohou zvyšovat. To může být výhodné, když příliš vysoké výtěžky pevných produktů pyrolýzy přes spotřebu tepla způsobu přes výtěžky plynných produktů a - s tím souvisí- zmenšují stupeň účinnosti chladného plynu. Nakonec a za třetí se tak předchází možnému úniku pyrolýzního plynu ve směru dělícího stupně pro teplonosné médium a pyrolýzní koks.

Obr. 1 ukazuje možné zařízení předmětu vynálezu. Při tom se jedná o dále výše uvedené sériové zapojení, u kterého jsou od shora dolů zapojeny za sebou zóna ohřevu, druhá reakční zóna (zařízení pro reforming) a pyrolýzní reaktor. Použitá látka 101 se vede dopravním zařízením 102 a propustí 103 do pyrolýzního reaktoru 104. Dopravní zařízení 102 je proveden jako šnekový transportér, pásový dopravník nebo podobně a může být vytápěn, přičemž nízkoteplotní teplo 151 může být použito z výtěžku odpadního tepla spalin a plynných produktů (viz. dále níže) s výhodou - totiž ke zvýšení celkového stupně účinnosti. Brýdy 152 se, pokud se jedná o otevřený systém, vypouštějí do okolí, v opačném případě se přivádějí bud' do pyrolýzního reaktoru 104 nebo do topeniště 105. Přídavek do pyrolýzního reaktoru 104 má výhodu, že se musí přivádět méně páry z procesu. Technicky jednodušší je však přídavek do topeniště 105, neboř to se provozuje v lehkém podtlaku. Pyrolýzní reaktor 104 je proveden s výhodou jako cylindrická šachta. Vedle použité látky se vnáší zde také teplonosné médium, přicházející z druhé reakční zóny (reforming) 107. propustí 106. Ta je libovolné •9 »·»· •

9 • 9 •* »· »• f « · · • · * « • * í * * • 9 9 ·

..........

konstrukce, výhodně však je provedena jako dávkovači sektorový buben nebo výpust dávkující po skupinách, a nepotřebuje být neprodyšná.

Nejprve se popisuje další cesta vypuzených těkavých látek. Ty opouštěj í pyrolýzní reaktor 104 ve směsi s párou 109 převedenou z procesu separátním vedením 108 ke druhé reakční zóně 107. V zásadě by byla možná také cesta propustí 106 a tím případ cesty separátním vedením 108. totiž pak, když se nechá propustně provádět takovým způsobem, že je pro plyn v každé době neomezeně propustná, zatím co teplonosné médium je jen dávkováno nebo může v rámci průchodu propustí procházet. Zatím co se teplonosné médium jen dávkuje do pyrolýzního reaktoru 104 smí vstupovat s možností přerušit zcela průtok, mohou asi bez zábrany neustále unikat veškerá množství pyrolýzního plynu mimo přimíšené páry 109 z procesu. Vhodným uspořádáním paty druhé reakční zóny (reforming) 107 se proud těkavých látek z pyrolýzy vede co možná nejdelší cestou násypem teplonosného média 110 nacházejícím se v aparátu pro reforming. Nakonec se pohybuje protiprodem ke směsi, která reaguje za ohřevu na plynný produkt, shora dolů a ochlazuje se při tom. V horní části aparátu pro reforming 107 se může nacházet katalyzátor 111 pro podporu průběhu přeměny ve formě náplně nebo s výhodou síta (Wabenpackung). Je důležité, že se katalyzátor 111 nachází na horním horkém konci aparátu pro reforming 107. neboř vznikající plynný produkt na tomto místě je ještě znečištěn a následně v závislosti na použité látce 101 může obsahovat ještě řadu katalyzátorových jedů jako třeba síru, mnoho kataylzátorů jako např. takové na bázi niklu, se však při vysokých

♦ »·

teplotách stávají necitlivými a dokonce mohou být regenerovány popř. „hořením uvolněny,,. Toho by bylo možné dosáhnout v aparátu pro reforming 107 velmi jednoduše např. přimícháním malého množství vzduchu, přičemž ovšem v této době by mohlo dojít ke ztrátě kvality plynného produktu. Výše opouští proud plynného produktu 112 aparát pro reforming 107. V tomto místě je současně nejvyšší teplota celkové cesty pyrolýzního plynu popř. plynného produktu, tak že značné teplo proudu plynného produktu 112 by mělo být v každém případě využito. Toto může nastat výhodně uvnitř spalinového kotle 113. Přinejmenším část zde vzniklé páry lze pak přivádět opět jako páru z procesu 109 do procesu. Po využití odpadního tepla vstupuje surový plynný produkt do stupně 114 čištění a kondiciování, jehož způsob účinku se přizpůsobí následnému účelu použití plynného produktu a je již známý. Ve stupni 114 čištění je současně zahrnuto kondicionování vodného kondenzátu zde získaného zpravidla ochlazením plynného produktu. Nastavení tlaku v pyrolýzním reaktoru 104 - výhodně lehký přetlak -jakož i transport plynného produktu a jeho předchůdce přebírá ventilátor 115. Za ventilátorem 115 opouští vyčištěný proud plynného produktu 116 zařízení. Kondicionovaný proud 153 kondenzátu lze přivádět do spalinového kotle 113 jako napájecí vodu nebo se odpařuje v topeništi 105, tak že je v zásadě možné vedení celkového procesu bez odpadní vody. Možnost přivádět kondenzát do topeniště tkví v tom, že kondenzát se přivádí do níže popsaného dělícího stupně 121 a za chlazení teplonosného média nebo zbytku s obsahem uhlíku se odpařuje, a brýdy se přivádějí do topeniště. Máli se využít dalekosáhle teplo, a pára se odevzdá externímu spotřebiteli (pod to se také počítá externí nebo interní *· ··«· ’ · · • · « • ♦ · • ·» « »· \· ** »· * φ « « • · • · *»· ·..« .·· ** » · · i · · • · « »· ·»·· kondicionovánr použité látky v dopravníku 102), pak se doporučuje výhradní použití čerstvé vody 154 jako napájecí vody, zatím co kondenzát 153 se pokud možno kompletně zavrhne nebo spálí.

Následně se má cesta teplonosného média a pyrolýzního koksu dále studovat. Směs teplonosného média a pyrolýzního koksu vstupuje jednotkou propusti a dopravníku 120 do dělícího stupně 121. Jeho činný způsob - mechanicky prosíváním nebo tříděním nebo magneticky - byl právě výše popsán. Potom se dostane oddělený proud pyrolýzního koksu 122 - nejlépe ihned- do topeniště 105. Tam se spaluje se spalovacím vzduchem 155 na horký odpadní plyn, který se dopravuje potrubím 123 horkého plynu k zóně ohřevu 117 teplonosného média (předehřívač). Možnosti se společně vyváží přebytkem vzduchu nebo zpětným vedením kouřových plynů, jakož i stupňovité spalování teplotou ve vypalovaném výrobku a teplotou kouřových plynů, tak že se přes potřebnou teplotu kouřových plynů lze zbavit popela za sucha, se pokládají za známé a proto se zde o nich dále nehovoří. K uvedení ještě zůstává proud 156 popela/škváry, který opouští topeniště po vnější straně a touto cestou se ochlazuje.

Teplonosné médium se dopravuje dopravníkem 124 bezprostředně do přeehřívače 117. Dopravník má být dimenzován z mechanického hlediska pro lepší transport horkého materiálu za minimalizace ztrát tepla. V prvé řadě je přitom k zamyšlení použití kapsového výtahu, trubkového řetězového dopravníku nebo korečkového výtahu.

·· ···· · · · ·· · ·

V předloženém provedení podle vynálezu je předehřívač 117 uspořádán bezprostředně v horní polovině aparátu pro reforming 107 a z této strany plynu se výpustí 118 dělí. Nakonec musí být mnohem neprodyšnější , aby nevstupovala směs kouřových plynů a plynného produktu. S ohledem na konstrukci nejsou na výpusť 118 žádné zvláštní požadavky. Analogicky jako u aparátu pro réforming 107 proudí odpadní plyn předehřívačem zespoda nahoru v protiproudu s teplonosným médiem. To vstupuje nahoře s teplotou paty procesu asi 500 °C do předehřívače 117. Tato teplota na patě vyplývá z teploty pyrolýzy na konci po odečtení snížení teploty na základě ztrát tepla. Provozuje-li se předehřívač 117 dost zvlášť (analogicky to platí pro aparát pro reforming 107), tak mohou dopravník 124, jakož i výpuste 118 a 106 pracovat téměř libovolně diskontinuálně.

Odpadní plyn opouští předehřívač 117 s teplotou ležící nepatrně nad teplotou paty. Z pravidla je množství odpadního plynu zřetelně větší než množství plynného produktu. Tedy se skýtá naléhavé využití odpadního tepla po opuštění předehřívače. To se děje s výhodou předehřevem spalovacího vzduchu v předehřívači vzduchu 125 (LUVO), neboť tímto způsobem zpětně získané teplo po spálení je opět exergicky užitečné v horní polovině teploty paty asi 500 °C k dispozici. Tento způsob přenosu tepla není představitelný na cestě výroby páry nebo jen s nepřiměřeně velkými náklady. Po LUVO 125 jsou zařazeny nezávisle na použité látce a platných emisních limitech a jejich činném.

způsobu známé čistící stupeň 126 a sací dmychadlo spalin 127. Vyčištěný odpadní plyn 157 se zpravidla vypouští do • · ···· · ·· ·β · · • » · ···« ··· ··· · ··· · okolí, čímž se může část proudu 158 přivádět zpět do topeniště 105 za účelem lepšího vedení teploty.

Obr. 2 ukazuje zjednodušeně způsob technického jádra zařízeni paralelního zapojení druhé reakční zóny (aparát pro reforming)a pyrolýzního reaktoru na straně teplonosného média. Cesta použité látky 201 pyrolýzním reaktorem 202 a dělícím stupněm 203 k topeništi 204 (spalovací vzduch 251) zůstává v podstatě stejná. Ovšem, že se zde nalézá aparát pro reforming 205 vedle pyrolýzního reaktoru ve stejné výši, a předehřívač představující zónu ohřevu 206 nad pyrolýzním reaktorem 202 a aparátem na reforming 205.

Z předehřívače 206 se dopravuje přes nyní dvě naznačené dávkovači násypky a nezávisle společně pracující dávkovači výpuste 207 a 208 maximálně ohřáté teplonosné médium paralelně do aparátu pro reforming 205 a do pyrolýzního reaktoru 202. Teplonosné médium opouštějící aparát pro reforming 205 se nevede přes dělící stupeň 203. Teplonosné médium prošlé pyrolýzním reaktorem 202 a oddělené od pyrolýzního koksu v dělícím stupni 203 a teplonosné médium prošlé aparátem pro reforming 205 se společně přivádí dopravníkem 209 do předehřívače 206. Co se týče produ surového plynného produktu 210 a proudu odpadních plynů 211 po předehřívači 206 je pak vše rovněž jako je ukázáno na Obr. 1 u sériového zapojení, tak že na tomto místě může být přerušena presentace paralelního zapojení.

Obr. 3 ukazuje silně zjednodušeně speciální případ použití způsobu podle vynálezu v příkladu sériového zapojení ukázaného na Obr. 1, přičemž tento případ použití při kterém funguje patřičným způsobem paralelní zapojení

• · · ukázané na Obr. 2. Při něm vstupuje použitá látka 300 jako obvykle do pyrolýzního reaktoru 301 a prochází jím za tvorby pyrolýzního koksu. Ten se však zde odděluje v dělícím stupni 302 od teplonosného média a odtahuje se přes stupeň chlazení a kondicionování 303 jako zužitkovatelný koks 304 z procesu a použije se dále libovolným způsobem. Stupeň 303 může být při tom například výměník stojící za vakua, ale také sušící zařízení koksu. Topeniště 305 nyní hoři za účelem ohřevu teplonosného média alespoň jedním z následujících paliv : cizím palivem 306 nebo částí proudu plynného produktu 307 nebo částí proudu pyrolýzního koksu 308. Palivem 306 může být také část proudu vstupní látky 300. pokud se dá spálit. Toto má význam zvláště pro rozjezd zařízení podle způsobu podle vynálezu. Jinak přicházejí v úvahu mnohá plynná, kapalná nebo pevná paliva: Má-li se například plynný produkt využít jako redukční činidlo v procesu zpracování , tak lze použít eventuelně jako palivo kychtový plyn nebo nějaký jiný lehký plyn. V případě popsaném na Obr. 3 není pozice topeniště 305 nutně v přímé blízkosti s dělícím stupněm 302. nýbrž může ležet v bezprostřední blízkosti zóny ohřevu 309.

Aparát pro reforming 310 se zde netkne také kvality plynného produktu 311 a dalšího zpracování odpadního plynu 312. Na Obr. 3 se dále ukazuje: Dopravní zařízení pro teplonosné médium 313 , úlohu výpustě vstupní látky 320, výpustí mezí aparátem pro reforming a pyrolýzním reaktorem 321. výstupní výpusť z pyrolýzního reaktoru 322, výpusti mezi zónou ohřevu a aparátem pro reforming 323, proud spalovacího vzduchu 351. jakož i proud páry z procesu 352.

Příklady provedení

V zařízení podle Obr. 1 se zplyňují 200 kg/h dřeva, tj. 286 kg/h na vzduchu sušeného dřeva s 30 % vlhkosti. Dřevo obsahuje 2 % popela (bezvodého) a sestává jinak v podstatě z 50 % uhlíku, 6 % vodíku, 42 % kyslíku a 1,9 % dusíku, přepočteno na bezvodé a bez popela. Spodní výhřevnost činí 18,0 MJ/kg v bezvodém stavu. Termický výkon zplyňování činí následně 1000 kw. Pyrolýza se provádí při 550 °C a reforming vodní parou se provádí při 950 °C. Pracovním tlakem je tlak atmosférický.

Jako teplonosné médium se použijí ocelové kuličky o velikosti zrna 10 mm. Teplonosné médium se nejprve ohřívá z 500 na 950 °C. Na základě žádoucího tepelného výkonu 251 kW na pyrolýzu a reforming, jakož i k pokrytí tepelných ztrát činí množství teplonosného média v okruhu 4300 kg/h, tedy 21,5 násobek navážky dřeva. Pyrolýzní reaktor je vyzděná šachta s průměrnou cylindrickou výškou 1,3 m a s průměrným průměrem 0,9 m, tak že pyrolýzujíčímu pohyblivému roštu je poskytnuta doba kontaktu 0,5 hodin.

Při pyrolýze reaguje dřevo tak, že 20 % hmotových suché substance (sušiny) dřeva zbývá jako pyrolýzní koks, tedy 42 kg/h. Ten má podíl popela 9,5 % a obsahuje na bezvodé bázi a bez popela 92,2 % uhlíku, 2,6 % vodíku a 5,2 % kyslíku. Výhřevnost činí 29,1 MJ/kg. Reforming probíhá při 950 °C při náplni teplonosného média s průměrnou cylindrickou výškou 0,9 m a průměrným průměrem 0,7 m, tak že doba kontaktu plynu se dodržuje na 0,5 sek. Tím se získá následující plynný produkt:

Výhřevnost

Vodík

9,10 MJ/kg, suché 59,7 % obj. suchý

	• ·	• · · ·	• 9 »	• 9		9 ·
•	•	•	• · · ·	•	•	•
•	•	•	• 9	•	•
•	•	• 9	9 9	•	•	•
	• ·	9·	999 9 · · ·	• ·		• 9 9

Oxid uhelnatý	17,0 % obj. suchý
Methan	1,4 % obj. suchý
Oxid uhličitý	21,9 % obj. suchý
Vodní pára	24,8 % obj.
Množství	402 Nm^{1 2 3}/h
Proud enthalpie chem.	765 kW

Proud enthalpie pyrolýzního koksu do topeniště činí 341 kW. Tím se produkuje teplo pro reforming, pyrolýzu, odpaření odpadní vody z ochlazení plynného produktu a pokrytí tepelných ztrát a ohřívá se potřebný spalovací vzduch na

350 °C v topeništi. Stupeň účinnosti topeniště činí 80 ,1 %, ztráta odpadního plynu činí následně 68 kW. Výparné teplo plynného produktu činí 168 kW, čímž lze vyrobit asi 145 kg/h syté páry s nízkým tlakem, z čehož se použije 50 kg/h jako pára z procesu při reformingu, zatím co zbytek lze použít jinak (jinde).

[1] US 4 568 362 [2] DE 197 55693 [3] M.Stenseng, A.Jensen, K.Dam-Johansen, M.Gronli:

Experimental Investigation and Kinetic Modelling of Biomass Pyrolysis. Proč. 2^nd Oile Lindstrom Symposium, Stockholm 811 June 1999, 97-104.

• · · · · to • to • · ·· toto * # · · « • · to * • · · « * • · to to ···· to ♦ *«·<

Seznam

101102103104105106107108109110111112113114115116117118120121122123124125126127151152153154vztahových značek:

použitá vstupní látka dopravní zařízení vstupný látky výpustí.

pyrolýzní reaktor topeniště výpustí druhá reakční zóna (aparát pro reforming) separátní vedení těkavých látek přivedená pára z procesu teplonosné médium katalyzátor proud plynného produktu spalinový kotel stupeň čištění a kondicionování ventilátor prou vyčištěného plynného produktu zóna ohřevu (předehřívač) výpustí jednotka výpusti a dopravníku dělící stupeň proud pyrolýzního koksu vedení horkého plynu dopravník předehřívač vzduchu (LUVO) čistící stupeň sací dmýchadlo spalin nízkoteplotní teplo brýdy proud kondenzátu čerstvá voda

000000 0 · · 0· *0 • · 0 · 0 0 · ··* 000 0 · · · · • 0 00 0 · · · · · 0000 · 0 ···

00 000 0000 ·· 0000

155156157158201202203204205206207208209210211251300301302303304305306307308309310311spalovací vzduch proud popel/škvára vyčištěný odpadní plyn dílčí proud vyčištěného odpadního plynu vstupní látka pyrolýzní reaktor dělící stupeň topeniště aparát pro reforming předehřívač dávkovači výpusť dávkovači výpusť dopravník prou surového plynného produktu proud odpadních plynů spalovací vzduch vstupní látka pyrolýzní reaktor dělící stupeň stupeň chlazení a kondicionování spalitelný koks topeniště cizí palivo plynný produkt dílčí proud pyrolýzního koksu zóna ohřevu (předehřívač) aparát pro reforming plynný produkt

312313320321322323324325odpadní plyn dopravní zařízení teplonosného média výpust pro vstupní látku výpust mezi aparátem pro reforming a pyrolýzním reaktorem výstupní výpust z pyrolýzního reaktoru výpust mezi zónou ohřevu a aparátem pro reforming proud spalovacího vzduchu proud páry z procesu

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby plynného produktu s vysokou výhřevností z organických látek nebo látkových směsí, při kterém v okruhu prochází teplonosné médium zónou ohřevu, reakční zónou, zónou pyrolýzy a dělícím stupněm a nakonec se zpět přivádí do zóny ohřevu, přičemž

- organické látky nebo směsi látek se štěpí v zóně pyrolýzy kontaktem s teplonosným médiem na pevný zbytek obsahující uhlík a pyrolýzní plyn jako těkavou fázi,

- po projití zónou pyrolýzy se pevný zbytek obsahující uhlík odděluje v dělícím stupni od teplonosného média, a pyrolýzní plyny se smísí s vodní párou jako reakčním činidlem a v reakční zóně se výměnou části tepla 2ískaného v ohřátém teplonosném médiu tak zahřejí, aby vznikl produkt s vysokou výhřevností, vyznačující se tím, že se vodní pára přimíchá k pyrolýzním plynům v zóně pyrolýzy, že se celkový pevný zbytek s obsahem uhlíku vede do zamýšleného topeniště a tam se spálí,

- a že se horké odpadní plyny tohoto topeniště vedou násypkou teplonosného média umístěnou v zóně ohřevu, čímž se velká část výparného tepla převede definovaným ·· *♦ • · ·

4 · 4 • 4 ·♦♦· • » ·

4 4« • · · · ·· 44 způsobem do teplonosného média.
2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se vodní pára přimíchá k pyrolýzním plynům v zóně pyrolýzy v blízkosti vyvážky směsi teplonosného média a pevného zbytku s obsahem uhlíku.
3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se část pyrolýzních plynů nebo plynného produktu v topeništi spál pro zbytek s obsahem uhlíku nebo separátní palivo a teplo při tom uvolněné se využije v zóně pyrolýzy a v reakční zóně.
4. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se reakce pyrolýzních plynů s vodní párou provádí v přítomnosti katalyzátoru.
5. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že teplonosné médium je ze žáruvzdorných látek jako písek, štěrčík, štěrkodrř, aluminosilikát, korund, droba, křemenec nebo kordierit.
6. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se teplonosté médium sestává z tvarových těles z kovových, mezi nimi výhodně z magnetických materiálů nebo nekovových keramických materiálů, také ze spékaných materiálů nebo pelet ze železné rudy.
7. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se souhrn použitého teplonosného média sestává alespoň z části z jednoho v reakční zóně katalyticky aktivního materiálu.

99 9999 9 99 ·· ♦*

9 9 9 *9 99 999

9 · · · ··· ♦

999« 9 9 999

9« 99 99* 9999 ·· 9999
8. Způsob podle nároků 1 a 5 vyznačující se tím, že se dělení teplonosného média od pevného zbytku s obsahem uhlíku provádí magneticky po opuštění zóny pyrolýzy.
9. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se dělení teplonosného média od pevného zbytku s obsahem uhlíku provádí po opuštění zóny pyrolýzy pneumaticky pomocí větrného třídění, přičemž jako oddělovací činidlo se používá s výhodou vzduch, zde opět s výhodou spalovací vzduch pro topeniště, nebo odpadní plyn, zde opět s výhodou recirkulovaný odpadní plyn z topeniště.
10. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se doprava alespoň jednoho z následujících médií provádí diskontinuálně nebo po skupinách: organická látka, teplonosné médium, pevný zbytek s obsahem uhlíku, směs teplonosného média a pevného zbytku s obsahem uhlíku při opouštění zóny pyrolýzy.
11. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se výparné teplo plynného produktu a odpadního plynu topeniště použije alespoň částečně k výrobě vodní páry jako reakčního činidla nebo k předehřevu vzduchu pro topeniště.
12. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se výparné teplo plynného produktu a odpadního plynu topeniště použije alespoň částečně k předsušení a ohřevu organické látky přímo nebo nepřímo.
13. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se teplonosné médium po průchodu zónou ohřevu rozdělí do části, která prochází reakční zónou, a do části, která se ·· ··· · ·· ·· ·· • · * ···· ♦ · · • · · · · · · * bezprostředně použije v zóně pyrolýzy, a teplonosné médium, které prošlo reakční zónou, se dále vede do zóny pyrolýzy nebo přidává ke zbylému teplonosnému médiu za zónou pyrolýzy.
14. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se vedle teplonosného média vede zónou pyrolýzy silně bazická pevná látka s výhodou oxid draselný, hydroxid draselný, který se nakonec oddělí z teplonosného média a buď se vede topeništěm nebo bezprostředně venku.
15. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se plynný produkt chladí a při tom vzniklý kondenzát se čistí a použije se opět k výrobě páry v procesu nebo se přidává do topeniště nebo do teplonosného média nebo do zbytku s obsahem uhlíku za účelem odpaření nebo shoření zde získaných spalitelných podílů.