CZ200322A3

CZ200322A3 - Způsob a zařízení pro pyrolýzu a zplynování látkových směsí obsahujících organické části

Info

Publication number: CZ200322A3
Application number: CZ200322A
Authority: CZ
Inventors: Wolfgang Krumm; Günter Funk; Stefan Hamel; Christian Mertens
Original assignee: Herhof Umwelttechnik Gmbh
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-06-18
Also published as: PT1299502E; AU6758201A; CA2415457A1; NO332914B1; US8128716B2; AU2001267582B2; ES2394079T3; NO20030106D0; ZA200300245B; DK1299502T3; WO2002004574A1; EP1299502B1; NO20030106L; US20030140559A1; JP2004502544A; DE10033453A1; PL197047B1; PL359489A1; EP1299502A1; DE10033453B4

Description

Vynález se týká způsobu pyrolýzy a zplyňování látkových směsí obsahujících organické složky, ve kterých se organické látky nebo směs látek osahující organické složky uvádějí ve styk s teplosměnným médiem v pyrolýzním reaktoru a pyrolyzují se a ve kterém se pyrolýzní koks, vyráběný pyrolýzou spaluje ve spalovacím reaktoru za přístupu vzduchu. Vynález se také týká zařízení pro pyrolýzu a zplyňování směsí látek obsahujících organické složky, s pyrolýzním reaktorem, s výhodou šachtovým reaktorem, do kterého se přivádějí organické látky nebo směs látek obsahujících organické složky a teplosměnné médium a spalovacím reaktorem, s výhodou reaktorem s fluidním ložem, pro spalování pyrolýzního koksu z pyrolýzního reaktoru a na vytváření teplosměnného média pro pyrolýzní reaktor, pro provádění výše uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Směsi látek se mohou týkat zejména domovního odpadu nebo odpadu podobné povahy jako má domovní odpad, který je odvozen od domovního odpadu nebo odpadu podobné povahy jako má domovní odpad.

Způsoby a zařízení pro pyrolýzu a zplyňování organických látek jsou již známy. DE-PS 197 55 693 popisuje způsob zplyňování organických látek, ve kterém jsou organické látky vedeny do pyrolýzního reaktoru, ve kterém se uvádějí ve styk s

teplosměnným médiem, čímž nastává pyrolýza. Pyrolýzní reaktor je reaktor s pohyblivým ložem nebo rotační buben. Produkty pyrolýzy se skládají z pyrolýzních plynů s kondenzovatelnými látkami a pevného zbytku obsahujícího uhlík. Pevný zbytek obsahující uhlík a teplosměnné médium se přivádějí do spalovacího procesu, ve kterém se zbytek obsahující uhlík spaluje a ohřívá se teplosměnné médium a vede se opět do pyrolýzního reaktoru. Pyrolýzní plyny obsahující dehet se poté ohřejí v druhé reakční zóně takovým způsobem, že se získá vyčištěný syntézní plyn s vysokou kalorickou hodnotou. To se děje takovým způsobem, že jsou pyrolýzní plyny obsahující dehet vedeny do výměníku na nepřímou výměnu tepla, ve kterém reagují s reakčním činidlem, jako je vodní pára. Odpadní spalovací plyny jsou vedeny skrz výměník na nepřímou výměnu tepla takovým způsobem, že se jejich tepelný obsah využívá na reakci pyrolýzních plynů s reakčním činidlem. Popel z pevných zbytků, obsahující uhlík a z teplosměnného média, získaný spalováním, se vedou zpět do pyrolýzního reaktoru na vstupním konci pro organické látky.

Patentová přihláška 199 30 071.2 se starší prioritou, která nebyla dříve publikována, se týká způsobu a zařízení pro pyrolýzu a zplyňování organických látek, ve kterém jsou organické látky přiváděny do sušícího a pyrolýzního reaktoru, ve kterém se uvádějí ve styk s materiálem na fluidním loži spalovacího fluidního lože, jehož výsledkem je sušení a pyrolýza, ve které jsou organické látky převedeny na vodní páru a produkty sušení a pyrolýzy. Pyrolýzní výrobky se skládají z plynů s kondenzovatelnými látkami a z tuhého zbytku obsahujícího uhlík. Tuhý zbytek obsahující uhlík je dáván do vhodného poměru s vodní parou a pyrolýzními plyny se kondenzovatelnými látkami a materiálem fluidního lože a jsou vedeny zpět na spalovací fluidní lože, ve kterém se spálí zbytek obsahující uhlík z organických látek a materiál fluidního lože se ohřeje a vede se • · · ·

- 3 zpět do pyrolýzního reaktoru. Vodní pára ze způsobu sušení a pyrolýzní plyny s kondenzovatelnými látkami se poté upraví v další reakční zóně takovým způsobem, že se vytvoří jako výrobek plyn s vysokou výhřevností. Spalovací fluidní lože, ve kterém se spaluje pyrolýzní zbytek, se provozuje jako stacionární fluidní lože. Pyrolýzní plyny jsou vedeny do výměníku na nepřímou výměnu tepla, ve kterém tak, jak je to zapotřebí reagují s reakčním činidlem jako je vodní pára, kyslík nebo vzduch nebo jejich směs. Odpadní spalovací plyny se přivádí do styku s výměníkem na nepřímou výměnu tepla takovým způsobem, že se jejich tepelný obsah využívá na reakci pyrolýzních plynů s reakčním činidlem.

U známého způsobu podle DE-PS 197 55 693 a také u způsobu podle německé patentové přihlášky 199 30 071.2 se starší prioritou se v každém případě používá výměník na nepřímou výměnu tepla, do kterého se přivádí teplo odpadních spalovacích plynů a skrz který se vedou pyrolýzní plyny. Tento způsob a zařízení požadované pro provádění tohoto způsobu jsou ale zatíženy nevýhodami.

Proto je úkolem vynálezu navrhnout zlepšený způsob pyrolýzy a zplyňování směsí látek, které obsahují organické složky a zlepšené zařízení na provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob pyrolýzy a zplyňování látkových směsí obsahujících organické složky, ve kterých se organické látky nebo směs látek obsahující organické složky uvádějí do styku s teplosměnným médiem v pyrolýzním reaktoru a pyrolýzují se a ve kterém se pyrolýzní koks, vyráběný • · · ·

- 4 pyrolýzou spaluje ve spalovacím reaktoru za přístupu vzduchu, který podle vynálezu spočívá v tom, že se surový plyn vyrobený pyrolýzou čistí v krakovacím reaktoru.

Způsob se s výhodou provádí tak, že se teplosměnné médium skládá z popela ze spalovacího reaktoru. V krakovacím reaktoru je s výhodou přítomen katalyzátor. Čištění se s výhodou provádí za přidávání vodní páry. Pyrolýzní koks z pyrolýzního reaktoru se s výhodou používá jako katalyzátor pro surový plyn. Jemná frakce se s výhodou odděluje od organických látek před pyrolýzou. Oddělená jemná frakce se s výhodou vede do spalovacího reaktoru. Syntézní plyn se s výhodou vyrábí čištěním surového plynu. Syntézní plyn se s výhodou energeticky využívá v plynové turbině. Odpadní plyn se s výhodou vede ze stupně využití energie do spalovacího reaktoru. Syntézní plyn se s výhodou zpočátku chladí anebo čistí. Odpadní voda se s výhodou odpařuje z chladícího anebo čistícího způsobu. Zbytek z odpařování se s výhodou vede do spalovacího reaktoru. Syntézní plyn se s výhodou vyrábí čištěním surového plynu. Vodík se s výhodou odděluje od syntézního plynu. Zbytkový ochuzený plyn zbývající při separaci vodíku se s výhodou vede do spalovacího reaktoru. Spalovací reaktor se s výhodou provozuje jako dvoustupňový způsob. Zóna pyrolýzního reaktoru se s výhodou používá jako krakovací reaktor. Surový plyn vyčištěný v krakovacím reaktoru se s výhodou dále čistí v prvním dalším reaktoru s uloženým katalyzátorem nebo je v krakovacím reaktoru uložen katalyzátor. Surový plyn vyčištěný v krakovacím reaktoru se s výhodou dále čistí v druhém dalším reaktoru s uloženým katalyzátorem, přičemž první další reaktor a druhý další reaktor se aktivují střídavě.

a druhý další reaktor se s výhodou s výhodou horkým odpadním plynem ze spalovacího reaktoru. S výhodou lze způsob také provádět tak, že se nepracuje s krakovacím reaktorem a že se čištění surového

První další reaktor regenerují střídavě,

plynu provádí v prvním dalším reaktoru nebo v prvním a druhém dalším reaktoru. Katalyzátor se s výhodou přidává a působí spolu s teplosměnným médiem popřípadě se katalyzátor přidává k teplosměnnému médiu. S výhodou se používá trvale uložený katalyzátor nebo procházející katalyzátor.

Vynález dále spočívá v zařízení pro pyrolýzu a zplyňování směsí látek obsahujících organické složky, s pyrolýzním reaktorem, s výhodou šachtovým reaktorem, do kterého se přivádějí organické látky nebo směs látek obsahujících organické složky a teplosměnné médium a spalovacím reaktorem, s výhodou reaktorem s fluidním ložem, pro spalování pyrolýzního koksu z pyrolýzního reaktoru a na vytváření teplosměnného média pro pyrolýzní reaktor, zejména pro provádění výše uvedeného způsobu, které podle vynálezu spočívá v tom, že má krakovací reaktor pro čištění surového plynu vytvořeného pyrolýzou.

U zařízení podle vynálezu je v krakovacím reaktoru s výhodou katalyzátor. Zařízení má dále s výhodou síto pro odsévání nebo jiné separační zařízení pro separaci jemné frakce z organických látek. Zařízení má dále s výhodou plynovou turbínu na využití energie syntézního plynu z krakovacího reaktoru. Zařízení má dále pro rychlé ochlazení zařízení k chlazení anebo čištění syntézního plynu. Zařízení dále má s výhodou sušárnu na chlazení anebo čištění odpadní vody ze zařízení na rychlé ochlazení. Zařízení má také s výhodou zařízení na oddělování vodíku ze syntézního plynu z krakovacího reaktoru. U zařízení je s výhodou spalovací reaktor dvoustupňový. U zařízení jsou z výhodou pyrolýzní reaktor nebo šachtový reaktor a krakovací reaktor zkonstruovány jako jeden celek, s výhodou jako pyrolýzně krakovací reaktor. Zařízení má s výhodou první další reaktor s katalyzátorem, popřípadě také druhý další reaktor s • · · ·

katalyzátorem. Jiná možnost je, že zařízení nemá krakovací reaktor.

U způsobu podle vynálezu se organické látky nebo směs látek obsahující organické látky v pyrolýzním reaktoru uvedou do styku s teplosměnným médiem ze spalovacího reaktoru a pyrolýzují se. Pyrolýzní reaktor je s výhodou šachtový reaktor. Jako spalovací reaktor se s výhodou používá reaktor s fluidním ložem. Teplosměnné médium je s výhodou tvořeno popelem ze spalovacího reaktoru. Také je ale možné použít jiný teplosměnný materiál nebo materiál fluidního lože. Teplosměnné médium a materiál fluidního lože mohou obsahovat popel ze spalovacího reaktoru nebo se může skládat výlučně nebo téměř výlučně z tohoto popela. Je výhodné, když se organické látky uvádějí do styku s teplosměnným médiem takovým způsobem, že se navzájem mísí. Organické látky a teplosměnné médium se uvádějí do styku v pyrolýzním reaktoru a mísí se a suší a pyrolýzují. Pyrolýzní koks, který vzniká při pyrolýze se spaluje ve spalovacím reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem.

Podle vynálezu se surový plyn vytvořený pyrolýzou čistí v krakovacím reaktoru. S výhodou toto čištění probíhá pomocí katalyzátoru, který je v krakovacím reaktoru. Toto čištění nebo katalytické čištění probíhá s výhodou za přídavku vodní páry.

U způsobu podle vynálezu již není třeba zařízení na přenos tepla nebo tepelný výměník, do kterého je přiváděno teplo z fáze hoření ze spalovacího reaktoru a do kterého se přivádějí pyrolýzní plyny.

Způsob podle vynálezu je zvláště dobře vhodný pro pyrolýzu a zplyňování směsi látek, která vznikla z domovního odpadu nebo z • · · · ·· · ·· ···· • · ·· · · · • · * · · ·

- 7 odpadu podobné povahy, jako má domovní odpad. To znamená s výhodou směs látek, která byla vytvořena z domovního odpadu nebo byla vytvořena z odpadu podobné povahy, jako má domovní odpad, podle následujícího způsobu: Domovní odpad nebo odpad podobné povahy jako domovní odpad se podle potřeby podrobí předběžnému zpracování a zejména se rozdrtí. Potom se kompostuje v uzavřených kontejnerech za nuceného větrání, čímž se rozloží organické látky. Po určité době, například po sedmi dnech, se biologicky snadněji rozložitelné složky zpravidla rozloží zcela nebo v podstatné míře, načež se kompostování zastaví vysušením. Materiál se vysuší na obsah zbytkové vlhkosti maximálně 15 %.

Potom může být, je-li to požadováno, podroben dalšímu zpracování. Materiál této povahy je komerčně dostupný pod názvem Trockenstabilat ®.

S výhodou se pyrolýzní koks z pyrolýzního reaktoru používá jako katalyzátor pro surový plyn. Katalytický účinek pyrolýzního koksu se využije tímto způsobem. Jako katalyzátor pro surový plyn se dá použít pyrolýzní koks samotný nebo s alespoň jedním dalším katalyzátorem.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že se před pyrolýzou odseje z organických látek jemná frakce. Jemná frakce se dá také oddělit jiným způsobem. S výhodou se jemná frakce odsetá nebo oddělená jiným způsobem vede do spalovacího reaktoru. Odsévání nebo jiné oddělování anebo vedení jemné frakce do spalovacího reaktoru jsou výhodné zejména při zpracování Trockenstabilatu ®. Protože jemná frakce Trockenstabilatu ® obsahuje podstatnou část inertů (popela) a znečišťujících látek, s výhodou se odsévá nebo jinak odděluje. Dále je s výhodou vedena přímo do reaktoru s fluidním ložem pro další zpracování. Tak se dá s výhodou dosáhnout toho, že znečisťující látky vstupního materiálu, tj. Trockenstabilatu ® jsou vedeny přes reaktor s fluidním ložem

přímo do systému čištění spalin., t j. bez procházení šachtovým reaktorem a krakovacím reaktorem. Čištění spalin se provádí v souladu s příslušnými ekologickými předpisy, v Německu v současnosti podle 17. federální vyhlášky o ochraně před imisemi (BlmSchV). To zabraňuje aby se znečišťující zátěž dostala do životního prostředí. Další výhoda spočívá ve skutečnosti, že se zvýší výhřevnost hrubé frakce ve srovnání s původním materiálem, protože jemná frakce Trockenstabilatu ® obsahuje vyšší podíl inertů (popela).

Z čištění nebo katalytického čištění surového plynu se dá vyrábět syntézní plyn (spalovací plyn). Syntézní plyn je s výhodou využíván pro energetické účely v plynové turbíně nebo v jiném tepelném motoru. Je výhodné, když je odpadní plyn ze způsobu využití energie nebo plynové turbíny nebo jiného tepelného motoru veden do spalovacího reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem. Vzduch může být také veden do spalovacího reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem navíc k odpadnímu plynu. Také je ale možné, aby byl spalovací reaktor nebo reaktor s fluidním ložem provozován ne se vzduchem, ale výlučně s odpadním plynem z turbíny nebo jiného tepelného stroje. To je možné, protože odpadní plyn z plynové turbiny nebo jiného tepelného stroje vždy stále má dostatečný obsah kyslíku, který může být až 17 %. To umožňuje zvláště dobře využít energii.

Podle dalšího výhodného provedení se syntézní plyn zpočátku zchladí anebo vyčistí před tím, než se použije pro spalovací komoru plynové turbíny nebo jiný tepelný stroj. K chlazení anebo čištění dochází s výhodou rychlým ochlazením. S výhodou se odpadní voda z chlazení anebo čištění odpařuje, s výhodu sušícím zařízením. Zbytek z odpaření, tj . zahuštěný nebo zkoncentrovaný zbytek, se s výhodou vede do spalovacího reaktoru.

··♦· · ·· • ·· · · * · · · • · · · · • · · · · ·· ··· ♦ ·

- 9 Další výhodné provedení spočívá v tom, že se pomocí čištění nebo katalytického čištění surového plynu vyrábí syntézní plyn. Ze syntézního plynu se s výhodou odděluje vodík. Ochuzený plyn, který zbude po oddělení vodíku, se s výhodu vede do spalovacího reaktoru a dá se tam tepelně využít.

Je výhodné, když se spalovací reaktor nebo reaktor s fluidním ložem provozuje jako dvojstupňový způsob. Toho se dá dosáhnout zejména tím, že se zavádí méně vzduchu na dolním konci spalovacího reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem, než kolik ho je třeba pro stechiometrické spalování. Výsledkem je, že popel, který se vede do pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru, stále ještě obsahuje koks, který proto již má katalytický účinek v horní části pyrolýzního reaktoru (šachtový reaktor, odplyňovač). Další vzduch se přidává nad systémem pro dopravu popela ze spalovacího reaktoru, aby se dosáhlo úplného spálení a aby se dal odpadní plyn vypouštět vyčištěný do okolního prostředí.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že se zóna pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru používá jako krakovací reaktor. Toho se dá dosáhnout tím, že pyrolýzní reaktor nebo šachtový reaktor a krakovací reaktor jsou zkonstruovány jako jeden pyrolyzně-krakovací reaktor, takže zóna pyrolýzního reaktoru se používá jako katalytický konvertor (obr. 6) . Lze to dále uskutečnit i tak, že je krakovací reaktor umístěn nad pyrolýzním reaktorem nebo šachtovým reaktorem nebo že je krakovací reaktor umístěn v horní oblasti pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru (obr. 10).

Další výhodné provedení spočívá v tom, že surový plyn vyčištěný v krakovacím reaktoru se dále čistí v dalším reaktoru s »· · ·

- 10 katalytickou náplní )obr. 7) nebo že je krakovací reaktor zkonstruován jako reaktor s katalytickou náplní. Katalytická náplň v dalším reaktoru se může skládat z jedné nebo z více kovových sloučenin (trvalý katalyzátor). Jakmile plyn opustí krakovací reaktor, je veden do dalšího reaktoru. Krakovací reaktor působí v tomto případě jako předběžný reaktor. Krakovací reaktor potom není absolutně nutný. Také je možné vystačit si bez krakovacího reaktoru, takže další reaktor s katalytickou náplní může v tomto případě působit jako skutečný krakovací reaktor pro katalytické čištění surového plynu vytvořeného pyrolýzou.

Zvláštní výhodou je, když je surový plyn vyčištěný v krakovacím reaktoru dále čištěn v dalším reaktoru s katalytickou náplní, t j. když navíc k prvnímu dalšímu reaktoru s katalytickou náplní je přítomen i druhý další katalytický konvertor s katalytickou náplní. V této situaci je zvláštní výhodou, jestliže první a druhý další reaktor jsou aktivovány střídavě. První a druhý další reaktor jsou tudíž provozovány takovým způsobem, že jsou aktivní střídavě. Výsledkem toho je možnost dalšího výhodného provedení,které spočívá v tom, že jsou první a druhý další reaktor schopny střídavé regenerace, zejména tehdy, když je druhý další reaktor aktivován. Regenerace probíhá s výhodou pomocí horkého odpadního plynu ze spalovacího reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem. Při použití prvního dalšího reaktoru a druhého dalšího reaktoru je také možné se obejít bez krakovacího reaktoru. První a druhý další reaktor potom slouží jako aktuální krakovací reaktory pro katalytické čištění surového plynu vytvořeného pyrolýzou.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že se katalyzátor přidává s teplosměnným médiem nebo že katalyzátor působí spolu s teplosměnným médiem. Jak to již bylo popsáno, pyrolýzní koks z • 999

99·· • 9

9

- 11 pyrolýzního reaktoru se dá použít jako katalyzátor pro surový plyn. Výsledkem je, že se využije katalytický účinek pyrolýzního koksu vyrobeného v pyrolýzním reaktoru nebo šachtovém reaktoru. Aby se toho dosáhlo, integruje se krakovací reaktor do toku pevných látek z pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru do spalovacího reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem. Pokud se ale bere v úvahu hladina teploty, byla by žádoucí úprava plynu, tj. katalytické čištění surového plynu v té oblasti pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru, ve které se vede popel ze spalovacího reaktoru nebo z reaktoru s fluidním ložem, protože právě tam má popel (teplosměnné médium, materiál fluidního lože) nejvyšší teplotu.

Aby se toho dosáhlo, způsob se s výhodou používá takovým způsobem, že se katalyzátor přidává spolu s teplosměnným médiem (popelem) a že katalyzátor působí spolu s teplosměnným médiem (popelem). Například se může katalyzátor přidávat v horní části pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru. To může probíhat spolu s popelem. Katalyzátor se může ale také přidávat jiným způsobem. Navíc může být katalyzátor přítomen v krakovacím reaktoru do kterého se vede popel.

Je možné používat permanentní katalyzátor, jako je kovový oxid. Pokud se používá permanentní katalyzátor, vytváří se okruh skrz spalovací reaktor nebo reaktor s fluidním ložem, přičemž tepelné čištění katalyzátoru se provádí při spalování. Je ale také možné používat ztrácející se katalyzátor, jakým je koks nebo uhlí.

Zařízení podle vynálezu pro pyrolýzu a zplyňování směsí látek obsahujících organické složky, které je zvláště dobře výhodné pro provádění způsobu sestává z pyrolýzního reaktoru, s výhodou šachtového reaktoru, do kterého se dají zavádět organické látky

nebo směs látek, která obsahuje organické složky, s výhodou Trockenstabilat ® a teplosměnné médium a ze spalovacího reaktoru, s výhodou reaktoru s fluidním ložem pro spalování pyrolýzního koksu z pyrolýzního reaktoru nebo šachtového reaktoru a pro výrobu teplosměnného média. Jako teplosměnného média se s výhodou používá popela ze spalovacího reaktoru. Podle vynálezu se používá krakovacího reaktoru pro čištění surového plynu vytvořeného pyrolýzou. V krakovacím reaktoru se s výhodou používá katalyzátoru.

Pomocí vynálezu se poskytuje způsob a zařízení, s jejichž pomocí lze vyrábět surový plyn z paliva se specifickým obsahem popela a vysoko těkavého obsahu, který se dobře hodí jak pro použití u způsobů používajících plynovou turbínu, tak i u spalovacích motorů, jakož i na recyklování pevných materiálů a je proto velmi cenný. V této situaci se dosáhne cíle, aby nebylo potřeba používat žádný technický kyslík a aby pyrolýzní plyn nepřicházel do styku s inertními plyny. Vynález je zvláště dobře vhodný pro zpracování Trockenstabilátu ®. V této situaci se dá předpokládat, že jemná část Trockenstabilátu ® na jedné straně obsahuje nadprůměrný objem nečistot a na druhé straně má vysoký obsah inertní části (přibližně 50 % hmotn.), tj. že je příspěvek jemné části k vysokohodnotnému plynu nízký a negativní účinky na výdaje a úsilí vynaložené na čištění pyrolýzního plynu jsou relativně vysoké. Teplosměnné médium se vyrábí z pyrolýzního koksu spalováním. V této situaci všechen využívaný materiál (organické látky, zejména Trockenstabilat ©)prochází skrz s jemnou částí pyrolýzy a představuje zátěž pro čištění plynu. S výhodou se jemná část vede přímo do spalování; ve spalovacím reaktoru se z této jemné části vyrábí teplosměnné médium a pyrolýzní koks. Těkavé nečistoty z jemné části se díky tomu dají oddělovat ve spalování a odsévají se ve způsobu čištění odpadního plynu. Tím se vyloučí riziko, že nečistoty procházejí ···· 0 0· « • ·0 0 000 • · 0 0 0 • 0 0 0 0 « * 0 0 0 0 0 ·· 000 00 000 z jemné části do pyrolýzního plynu a že je způsob čištění plynu zbytečně pracný a nákladný.

Pyrolýzní plyn nebo syntézní plyn, který se objevuje během provádění vynálezu, se dá použít na materiálové a energetické využití, zejména na výrobu elektrického proudu, na výrobu tepla nebo na výrobu methanolu nebo na výrobu vodíku. Je možné vytvářet plyn bohatý na vodík. Vynález se dá použít na výrobu elektrického proudu, zejména v plynové turbině. Plyn v plynové turbině se dá použít jako plyn na spalování a fluidizaci ve fluidním loži reaktoru s fluidním ložem. Systém se pak ale musí provozovat za tlaku, nebo je třeba doplnit o kompresor spalovacího plynu. Spalování ve spalovacím reaktoru nebo reaktoru s fluidním ložem dodává teplo pro pyrolýzní reaktor. Navíc se pomocí fluidního lože u tohoto způsobu interně vytváří teplosměnné médium, tj. popel. Když se používá koks nebo pyrolýzní koks jako katalytický materiál, dá se také vyrábět interně v tomto způsobu gradovaným přidáváním vzduchu do fluidního lože. Je možné provádět tento způsob s podstechiometrickým spalováním. Je také možné, aby se následná úprava pyrolýzních plynů prováděla přímo v odplyňovači (pyrolýzním reaktoru; odplyňování a krakování se tudíž dá provádět v jednom reaktoru.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude níže blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých znázorňuj e:

obr. 1 schematicky zařízení na provádění způsobu podle vynálezu na pyrolýzu a zplyňování látkových směsí obsahujících organické složky, ···· * ·* · f ···· • ·· ···· · · · • · · · · · · · • ···· · · · · · • · 4 4 4 4 4 9 4 4 • · ··· ·· ··· 44 94

- 14 obr. 2 zařízení podle obr. 1 se sítem pro odsévání jemné frakce, obr. 3 zařízení podle obr. 1 s plynovou turbinou, obr. 4 zařízení podle obr. 1 s uspořádáním pro oddělování vodíku, obr. 5 zařízení podle obr. 1, kde je reaktor s fluidním ložem provozován v dvoustupňovém režimu, obr. 6 zařízení podle obr. 1, kde jsou šachtový reaktor a krakovací reaktor zkonstruovány jako pyrolyzně-krakovací reaktor, obr. 7 zařízení podle obr. 1 s dalším reaktorem s distribucí katalyzátoru, obr. 8 provedení podle obr. 7 s jiným (druhým) reaktorem s distribucí katalyzátoru, obr. 9 provedení podle obr. 3 se zařízením pro rychlé ochlazení a sušení a obr. 10 další provedení, ve kterém se katalyzátor přidává nebo působí spolu s teplosměnným médiem.

Příklady provedení vynálezu

Základní uspořádání znázorněné na obr. 1 na provádění základního způsobu se skládá z šachtového pyrolýzního reaktoru 1, spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem a krakovacího reaktoru 3. Organické látky £, s výhodou Trockenstabilat ®, a teplosměnné médium, s výhodou popel _5, se dodávají do šachtového pyrolýzního reaktoru 1. ze spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem. Organické látky £, s výhodou Trockenstabilat ®, zaváděné do šachtového pyrolýzního reaktoru ly se tam mísí s horkým popelem 5 ze spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem. Trockenstabilat se ohřívá a odplyňuje se (pyrolýzuje se) . Surový plyn 6 se odvádí, stejně jako pevné látky, které tvoří pyrolýzní koks 7 a popel. Surový plyn 6 se odvádí z šachtového

9999 • · · · 9 · · · a a • · 999 999 • 9999 9999 · • 9 9 999 999· ·* ··· 99 ·«· «· · φ

- 15 pyrolýzního reaktoru 2 na horním konci a pevné látky tvořené pyrolýzním koksem 2 ^se odvádějí z šachtového pyrolýzního reaktoru 2 ^na dolním konci. Surový plyn 6 a pevné látky tvořené pyrolýzním koksem 7, se vedou do krakovacího reaktoru 2· Protože pevné látky tvořené pyrolýzním koksem 7_ působí jako katalyzátor pro čištění plynu, vede se surový plyn 6 v krakovacím reaktoru 3_ skrz pevnou tuhou látku. Navíc se v tomto bodu přidává vodní pára 2· Výsledkem je, že se získává katalyticky vyčištěný syntézní plyn 9. Tuhé látky 10 z krakovacího reaktoru, tj. pyrolýzní koks a popel, se vedou do spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem a spalují se tam se vzduchem 11. Horký odpadní plyn 12 z fluidního lože spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem se čistí. Navíc lze odtahovat popel 13, který již není požadován, ze spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem.

Upravený základní způsob je znázorněn na obr. 2. Zařízení navíc obsahuje síto 14, ke kterém se vedou organické látky _4, tj. Trockenstabilat ®. Hrubá frakce 15 se vede do šachtového pyrolýzního reaktoru 2· Jemná frakce 16 se vede do spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem.

Podle úpravy znázorněné na obr. 3 se vyrábí spalovací syntézní plyn 17, který je veden přes plynový kompresor 18 do směšovací komory 22· tam ^se stlačený spalovací syntézní plyn mísí se vzduchem 20, který je stlačován vzduchovým kompresorem

21. Směs 22 se vede k plynové turbině 23 a tam se převádí na mechanickou energii. Část mechanické energie z plynové turbiny 23 se používá k pohánění vzduchového kompresoru 21. Plynový kompresor 18 může být také poháněn plynovou turbinou 23, což na obr. 3 není znázorněno. Odpadní plyn 24 z plynové turbiny 23 se vede do spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem. Plyn vyráběný v krakovacím reaktoru 3 v provedení podle obr. 3 se používá jako spalovací syntézní plyn 17 pro plynovou turbinu 23. Spalovací ···· · 44 • ·· · · • · « · • 4 · 4 4 * 4 4 4 4 ·· 444 44

4 1

4 • 4 reaktor 2 s fluidním ložem není poháněn plynem, ale odpadním plynem 24 z plynové turbiny 23. je to možné protože odpadní plyn 24 z plynové turbiny 23 stále má obsah kyslíku kolem 17 %.

Na obr. 4 je znázorněna úprava, kde je oddělování 25 vodíku, do kterého se přivádí syntézní plyn 26 vyrobený v krakovacím reaktoru 3. Oddělený vodík 27 se používá pro jiné účely. Zbývající zbytkový ochuzený plyn 28 s nízkou výhřevností se vede do spalovacího reaktoru 2^ s fluidním ložem, kde se tepelně využije. Z tohoto důvodu dochází k oddělování 25 vodíku při vysoké teplotě, takže nemohou zkondenzovat dehtové podíly syntézního plynu 26. K oddělování vodíku se s výhodou používá membrána, či membránový způsob nebo systém PSA.

Na obr. 5 je znázorněno provedení, kde je spalovací reaktor 2 s fluidním ložem provozován jako dvoustupňový způsob. Na dolním konci spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem se přidává méně vzduchu 11, než je ho potřeba pro stechiometrický způsob spalování. Výsledkem je, že popel 5, který je veden do šachtového pyrolýzního reaktoru _1 stále ještě obsahuje koks, který pak má katalytický účinek v horní odplyňovací části šachtového pyrolýzního reaktoru jL. Nad fluidní vrstvou popele 5 v spalovacím reaktoru 2 s fluidním ložem se přidává další, tj. sekundární vzduch 29, aby se dosáhlo úplného spálení a aby se odpadní plyn 12 vypouštěl do okolí vyčištěný.

U provedení znázorněného na obr. 6 je šachtový pyrolýzní reaktor a krakovací reaktor vytvořen jako jedno zařízení, tj . jako pyrolyzně-krakovací reaktor 30. V tomto případě se jedna zóna, tj. dolní zóna 31 pyrolýzního reaktoru 1_ používá jako katalytický konvertor.

«««· »· ·»··

- 17 U provedení znázorněného na obr. 7 je navíc ke krakovacímu reaktoru .3 přítomen první další reaktor 32, ve kterém je uložen katalyzátor. Surový plyn vyčištěný katalyzátorem v krakovacím reaktoru 3_ se dále čistí v prvním dalším reaktoru 32. Vodní pára 8 se v každém případě vede do krakovacího reaktoru 3! a dále do prvního dalšího reaktoru 32. Jakmile plyn nebo syntézní plyn 9 opustí krakovací reaktor 3, vede se do prvního dalšího reaktoru 32, který je naplněn vrstvou katalyzátoru. Tato vrstva katalyzátoru se skládá z alespoň jedné kovové sloučeniny (trvale uloženého katalyzátoru). Krakovací reaktor 3 pracuje v tomto případě jako předřazený katalyzátor. U provedení podle obr. 7 by také bylo možné vynechat krakovací reaktor 3>. V tomto případě by se katalytické čištění surového plynu provádělo v reaktoru s vrstvou katalyzátoru.

Obr. 8 znázorňuje další variantu provedení podle obr. 7. U této další varianty je přítomen kromě prvního dalšího reaktoru 32 s vrstvou katalyzátoru i druhý další reaktor 33 s vrstvou katalyzátoru. Syntézní plyn _9 z krakovacího reaktoru 3_ se vede střídavě do prvního dalšího reaktoru 32 a do druhého dalšího reaktoru 33. Do toho z dalších reaktorů 32, 33, který je právě v provozu a do kterého se vede syntézní plyn 9, se také současně vede i vodní pára EG Druhý z dalších reaktorů 33, 32, se může v tomto období regenerovat. Pro regeneraci se používá odpadní plyn 12 ze spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem. Odpadní plyn 34 opouštějící další reaktor 33, 32 se v každém případě může vést do systému čištění odpadního plynu.

U provedení podle obr. 8 také není nezbytně nutný krakovací reaktor 3. Pokud krakovací reaktor 3 není přítomen, jeho úkol plní další reaktory 32, 33 nebo ten další reaktor 32 nebo 33, který je v provozu v daném okamžiku.

···· ·· ·«·?

• _A · · · · · » * · · ·· ··* 9· C·· ·· ··

- 18 Jak je to patrné z obr. 8, syntézní plyn 9_, který opouští krakovací reaktor 3, který v tomto případě není absolutně nutný, se vede do dalšího reaktoru 32, který je naplněn vrstvou katalyzátoru. Tato vrstva katalyzátoru se skládá například z alespoň jedné kovové sloučeniny tak, jak je tomu u provedení podle obr. 7. U vrstvy katalyzátoru se snižuje její účinnost složkami obsaženými v syntézním plynu 9, jako je například prach, uhlík atd. Výsledkem je, že je přítomen druhý další reaktor 33, který je zapojen paralelně s prvním dalším reaktorem 32, který se během aktivního období prvního dalšího reaktoru 32 regeneruje horkým odpadním plynem 12 ze spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem. V této situaci se tato vrstva katalyzátoru druhého dalšího reaktoru 33 ohřívá horkým odpadním vzduchem 12 a probíhajícími reakcemi. Jakmile se vrstva katalyzátoru v prvním dalším reaktoru 32 co do účinnosti dostane na bod zvratu, tok syntézního plynu 9 na čištění se vede skrz vrstvu katalyzátoru druhého dalšího reaktoru 33 a vrstva katalyzátoru v prvním dalším reaktoru 32 se regeneruje tím, že se skrz ní vede horký odpadní plyn 12 ze spalovacího reaktoru s fluidním ložem 2.

Obr. 9 znázorňuje úpravu provedení z obr. 3, u které se spalovací plyn 17 vede před stlačením v plynovém kompresoru 18 skrz zařízení 35 na rychlé ochlazení. Před stlačením pro směšovací komoru 19 s hořáky v plynovém kompresoru 18 se spalovací syntézní plyn 17 zchladí a vyčistí v zařízení 35 na rychlé ochlazení. Odpadní voda 36 ze zařízení 35 na rychlé ochlazení se vede do sušárny 37, kde se odpaří. Páry ze sušárny 37 se zkondenzují a dají se vypouštět jako odpadní voda 38 bez dalšího čištění. Zahuštěný zbytek 39 ze sušárny 37 obsahuje všechny organické složky. Vede se do spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem a tam se tepelně zpracuje. Alternativně je možná přímá tepelná úprava veškeré odpadní vody 36, která se vyskytuje v zařízení 35 na rychlé zchlazení, ve fluidním loži ···· φ φφ φ · · φφφφ φφφ φφφφ ·Φ φ • ΦΦΦ· φφφφ φ φφφ φφφ φφφφ • · φφφ φφ φφφ φφ φφ spalovacího reaktoru s fluidním ložem 2. V tomto případě se odpadní voda 36 zařízení 35 na rychlé zchlazení vede přímo do spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem., tj. bez sušárny 37, jako odpadní voda, což na obr. 9 není znázorněno.

U provedení znázorněných na obr. 1 až 9 se využívá katalytický účinek pyrolýzního koksu vyrobeného v šachtovém pyrolýzním reaktoru 1. U těchto provedení je krakovací reaktor 2 integrován do toku pevných látek z šachtového pyrolýzního reaktoru 1 do spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem. Vezme-li se ale v úvahu výše teploty, byla by úprava plynu žádoucí v té oblasti šachtového pyrolýzního reaktoru £, ve které se vede popel 5 ze spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem, protože právě tam mají pevné látky, tj. popel, nejvyšší úroveň teploty.

Aby se toho dosáhlo, lze způsob provádět podle obr. 10. V tomto případě se do horní části šachtového pyrolýzního reaktoru zavádí katalyzátor 40. Šachtový pyrolýzní reaktor a krakovací reaktor jsou zkonstruovány v tomto případě také jako jedno zařízení, tj . jako pyrolyzně-krakovací reaktor 30¹ . Přidávání katalyzátoru 40 v horní části šachtového pyrolýzního reaktoru £ nemusí být ale nutně prováděno s popelem _5 ze spalovacího reaktoru 2 s fluidním ložem. Katalyzátor se dá také přidávat jinými prostředky. Navíc může být katalyzátor přítomen v horní oblasti šachtového pyrolýzního reaktoru 1, t j. v katalyzátorové oblasti 41 pyrolyzně-krakovacího reaktoru 30'. U provedení podle obr. 10 se dá použít trvalý katalyzátor, jako je oxid kovu. Také je možné ale používat ztrácející se katalyzátor, jako je koks nebo uhlí. Při použití trvalého katalyzátoru se vytvoří okruh skrz spalovací reaktor 2 s fluidním ložem, čímž dochází k tepelnému čištění katalyzátoru v plameni spalovacího reaktoru 2_ s fluidním ložem. Krakovací reaktor je automaticky integrován do

- 20 šachtového pyrolýzního reaktoru 1, takže se z něho stane pyrolyzně-krakovací reaktor 30¹.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob pyrolýzy a zplyňování látkových směsí obsahujících organické složky, ve kterých se organické látky nebo směs látek osahující organické složky uvádějí ve styk s teplosměnným médiem v pyrolýzním reaktoru (1) a pyrolýzují se a ve kterém se pyrolýzní koks (7), vyráběný pyrolýzou spaluje ve spalovacím reaktoru (2) za přístupu vzduchu (11) vyznačující se tím, že se surový plyn (6) vyrobený pyrolýzou čistí v krakovacím reaktoru (3).
2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se teplosměnné médium skládá z popela (5) ze spalovacího reaktoru (2).
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že v krakovacím reaktoru (3) je přítomen katalyzátor.
4. Způsob podle nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že se čištění provádí za přidávání vodní páry (8)
5. Způsob podle nároků 1 až 4 vyznačující se tím, že se pyrolýzní koks (7) z pyrolýzního reaktoru (1) používá jako katalyzátor pro surový plyn (6).
6. Způsob podle nároků 1 až 5 vyznačující se tím, že se jemná frakce (16) odděluje od organických látek (4) před pyrolýzou (obr. 2).

····

- 22
7. Způsob podle nároku 6 vyznačující se tím, že se oddělená (14) jemná frakce (16) vede do spalovacího reaktoru (2) .
8. Způsob podle nároků 1 až 7 vyznačující se tím, že se syntézní plyn (17) vyrábí čištěním surového plynu.
9. Způsob podle nároku 8 vyznačující se tím, že se syntézní plyn (17) energeticky využívá v plynové turbině (23) (obr. 3; obr. 9).
10. Způsob podle nároku 9 vyznačující se tím, že se odpadní plyn (24) vede ze stupně (23) využití energie do spalovacího reaktoru (2).
11. Způsob podle nároků 8 až 10 vyznačující se tím, že se syntézní plyn (17) zpočátku chladí anebo čistí (35) (obr. 9).
12. Způsob podle nároku 11 vyznačující se tím, že se odpadní voda (36) odpařuje (37) z chladícího anebo čistícího způsobu (35).
13. Způsob podle nároku 12 vyznačující se tím, že zbytek (39) z odpařování (37) se vede do spalovacího reaktoru (2).
14. Způsob podle nároků 1 až 13 vyznačující se tím, že se syntézní plyn (9, 26) vyrábí čištěním surového plynu (6).
15. Způsob podle nároku 14 vyznačující se tím, že se vodík (27) odděluje od syntézního plynu (26) (obr. 4).

···· · ·· · ·· ···· ··· ···· «· · • · · · · · · · · · ·· ··· ·· ··» ·· ·«
16. Způsob podle nároku 15 vyznačující se tím, že zbytkový ochuzený plyn (28) zbývající při separaci (25) vodíku se vede do spalovacího reaktoru (2).
17. Způsob podle nároků 1 až 16 vyznačující se tím, že se spalovací reaktor (2) provozuje jako dvoustupňový způsob (obr. 5).
18. Způsob podle nároků 1 až 17 vyznačující se tím, že se zóna pyrolýzního reaktoru (1) používá jako krakovací reaktor (3) (obr. 6; obr. 10).
19. Způsob podle nároků 1 až 18 vyznačující se tím, že se surový plyn (6) vyčištěný v krakovacím reaktoru (3) dále čistí v prvním dalším reaktoru (32) s uloženým katalyzátorem nebo že je v krakovacím reaktoru (3) uložen katalyzátor.
20. Způsob podle nároku 19 vyznačující se tím, že se surový plyn (6) vyčištěný v krakovacím reaktoru (3) dále čistí v druhém dalším reaktoru (33) s uloženým katalyzátorem, přičemž první další reaktor (32) a druhý další reaktor (33) se aktivují střídavě (obr. 8).
21. Způsob podle nároku 20 vyznačující se tím, že se první další reaktor (32) a druhý další reaktor (33) s výhodou regenerují střídavě, s výhodou horkým odpadním plynem (12) ze spalovacího reaktoru (2).
22. Způsob podle nároků 19 až 21 vyznačující se tím, že se nepracuje s krakovacím reaktorem (3) a že se čištění surového plynu provádí v prvním dalším reaktoru (32) nebo v prvním a druhém dalším reaktoru (32, 33).

···· · ·· · ·· ···· ··· · · ·· · · · • · · · · · · · • · · · · · · « · · • · · · · · · · · · • · · · · ·· ··· ·» ·*

- 24
23. Způsob podle nároků 1 až 22 vyznačující se tím, že se přidává katalyzátor a působí spolu s teplosměnným médiem (obr. 10).
24. Způsob podle nároku 23 vyznačující se tím, že se katalyzátor přidává k teplosměnnému médiu (5).
25. Způsob podle nároku 23 nebo 24 vyznačující se tím, že se používá trvale uložený katalyzátor.
26. Způsob podle nároků 23 až 25 vyznačující se tím, že se používá procházející katalyzátor.
27. Zařízení pro pyrolýzu a zplyňování směsí látek obsahujících organické složky, s pyrolýzním reaktorem (1), s výhodou šachtovým reaktorem, do kterého se přivádějí organické látky nebo směs látek obsahujících organické složky a teplosměnné médium a spalovacím reaktorem, s výhodou reaktorem s fluidním ložem, pro spalování pyrolýzního koksu z pyrolýzního reaktoru a na vytváření teplosměnného média pro pyrolýzní reaktor, zejména pro provádění výše uvedeného způsobu podle nároků 1 až 26, vyznačující se tím, že má krakovací reaktor (3) pro čištění surového plynu (6) vytvořeného pyrolýzou.
28. Zařízení podle nároku 27 vyznačující se tím, že v krakovacím reaktoru (3) je katalyzátor.
29. Zařízení podle nároků 27 nebo 28 vyznačující se tím, že má síto (14) pro odsévání nebo jiné separační zařízení pro separaci jemné frakce (16) z organických látek (4) (obr. 2).
30. Zařízení podle nároků 27 až 29 vyznačující se tím, že má plynovou turbínu (23) na využití energie syntézního plynu (17) z krakovacího reaktoru (3) .
31. Zařízení podle nároku 30 vyznačující se tím, že má pro rychlé ochlazení zařízení (35) k chlazení anebo čištění syntézního plynu (9).
32. Zařízení podle nároku 31 vyznačující se tím, že má sušárnu (37) na chlazení anebo čištění odpadní vody (36) ze zařízení (35) na rychlé ochlazení.
33. Zařízení podle nároků 27 až 32 vyznačující se tím, že má zařízení (25) na oddělování vodíku (27) ze syntézního plynu (26) z krakovacího reaktoru (3).
34. Zařízení podle nároků 27 až 33 vyznačující se tím, že spalovací reaktor (2) je dvoustupňový.
35. Zařízení podle nároků 27 až 34 vyznačující se tím, že pyrolýzní reaktor (1) nebo šachtový reaktor a krakovací reaktor (3) jsou zkonstruovány jako jeden celek, s výhodou jako pyrolýzně krakovací reaktor (30,30').
36. Zařízení podle nároků 27 až 35 vyznačující se tím, že má první další reaktor (32) s katalyzátorem.
37. Zařízení podle nároku 36 vyznačující se tím, že má druhý další reaktor (33) s katalyzátorem.
38. Zařízení podle nároku 36 nebo 37 vyznačující se tím, že nemá krakovací reaktor (3).