EA009349B1 - Газификатор и способ газификации твердого топлива - Google Patents

Abstract

Газификатор (1) для газификации биомассы и отходов для производства потока горючего, содержащий топливный клапан (22) для загрузки твердого топлива (11) в первую зону (8) окисления, первую горловину (2), определяющую нижний край первой зоны (8) окисления, вторую горловину (4), определяющую нижний край второй зоны (14) окисления, зону (5) восстановления, соединяющую первую зону (8) окисления со второй зоной (14) окисления, и две противоположно размещенные (в зоне восстановления) вихревые выпускные трубы (18) для потока горючего, в котором в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива; способ газификации биомассы и отходов для производства потока горючего, с использованием газификатора, содержащий стадии частичного окисления топлива из биомассы в первой зоне (8) окисления для производства растительного угля, восстановления растительного угля в зоне (5) восстановления для образования золы, дополнительного окисления любого остатка растительного угля в золе во второй зоне (14) окисления, извлечения потока горючего, произведенного на вышеупомянутых стадиях, посредством выпускной трубы (18), в котором в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива; установка и способ газификации, включающие газификатор, фильтр и способ фильтрации для использования в установке, полимер для использования в фильтре, и использование их при сжигании твердого топлива, такого как биомасса, ископаемое топливо, отходы или их сочетания в производстве

Description

Настоящее изобретение относится к газификатору, способу работы газификатора для производства потока горючего, новой системе для газификации и способу для осуществления в газификаторе, фильтру и способу фильтрации газа с использованием фильтра, в частности, для того, чтобы производить продуктовый газ, не содержащий жидкого продукта перегонки и влаги, и к полимеру для использования в фильтре.

Газификаторы используются для газификации биомассы, ископаемых топлив и отходов, либо отдельно, либо смешанных вместе для того, чтобы производить разнообразные горючие газы, которые могут быть использованы для того, чтобы генерировать энергию, например, с использованием газовых двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин, двухтопливных дизельных двигателей и топливных элементов.

Интерес к использованию газификаторов для обработки отходов возрастает в связи с растущей стоимостью удаления отходов традиционными средствами, такими как сжигание или захоронение отходов, что диктуется заботой об окружающей среде, связанной с этими способами.

Традиционные газификаторы обычно работают в периодическом режиме, в котором образование шлака и спекшегося материала, а также образование зависания создают прерывистый поток газа и топлива, который, в свою очередь, связан с высоким содержанием жидкого продукта перегонки в продуктовом газе. Кроме того, спекшийся материал, образованный в процессе газификации в связи с относительно высокими локальными температурами в зоне окисления, не может быть эффективно выгружен.

Газификация топлива с высокой зольностью может приводить к выгрузке из газификатора остатков с высоким содержанием углерода, которые затем может быть трудно ликвидировать. В результате этих трудностей, традиционные газификаторы работают до тех пор, пока имеет место полная газификация топлива, и затем останавливаются для того, чтобы вручную удалить шлак и спекшийся материал, образованные на участках газификатора с высокой температурой, вместе с углеродом высокой зольности.

Другая проблема, возникающая в результате периодической работы газификаторов, состоит в том, что нежелательные условия работы имеют место во время фазы запуска, и, если газификатор работает при низких температурах (<850°С) при нормальном использовании, содержание жидкого продукта перегонки в продуктовом газе может повышаться. Жидкий продукт перегонки в продуктовом газе будет откладываться на внутренних частях устройства для сжигания, используемого для сжигания продуктового газа, блокируя устройство и требуя очистки. Современные устройства для генерации энергии и тепла, которые обычно присоединяются к газификаторам, не подходят для утилизации продуктового газа, нагруженного жидким продуктом перегонки и влагой.

Было обнаружено, что газификатор, имеющий две зоны окисления, в котором в первой зоне поток газа имеет нисходящее направление (в том же направлении, что и поток топлива) и во второй зоне под первой зоной поток газа является восходящим (в направлении, противоположном потоку топлива), обеспечивает решение многих проблем в известных газификаторах. Такое устройство может называться «газификатором вниз-вверх» для того, чтобы отразить сочетание нисходящего и восходящего потока газа.

Соответственно, согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен газификатор для газификации твердого топлива для того, чтобы производить поток горючего, содержащий топливный клапан для загрузки твердого топлива в первую зону окисления, первую горловину, определяющую нижний край первой зоны окисления, вторую горловину, определяющую нижний край второй зоны окисления, воздухозаборники для обеих зон окисления, зону восстановления, соединяющую первую зону окисления со второй зоной окисления, и две противоположно размещенные (в зоне восстановления) вихревые выпускные трубы для потока горючего, в котором в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива.

Конкретное преимущество состоит в том, что газификатор подходит для непрерывной работы и способ представляет собой способ непрерывной работы, газификатор может работать в течение продолжительных периодов без необходимости остановки, чтобы удалить шлак и спекшийся материал. Это происходит в связи с высокой степенью газификации, которая имеет место частично благодаря равномерности газификации, также возможности удалить золу и шлак в основании газификатора во время работы. Дополнительное преимущество заключается в минимизации часов работы в режиме запуска, в котором имеется тенденция увеличения содержания жидкого продукта перегонки в продуктовом газе.

В газификаторе согласно изобретению первая зона окисления предпочтительно работает при температуре по меньшей мере 1000°С, в то время как зона восстановления работает при температуре между 600 и 900°С, более предпочтительно при примерно 850°С, и вторая зона окисления работает при температуре между 700 и 800°С, более предпочтительно при примерно 750°С. Это гарантирует равномерность газификации.

Предпочтительно газификатор согласно изобретению дополнительно содержит зону пиролиза над первой зоной окисления и зону хранения топлива над зоной пиролиза. При использовании такого газификатора в предпочтительном способе согласно второму аспекту изобретения топливо высушивают в зоне хранения топлива и подвергают пиролизу в зоне пиролиза для того, чтобы производить растительный уголь, который затем частично окисляют, восстанавливают и дополнительно окисляют. Зона хранения и/или зона сушки предпочтительно работает при температуре между 80 и 120°С и более предпочтительно примерно при 100°С. Зона пиролиза предпочтительно работает при температуре между 500 и

- 1 009349

700°С, более предпочтительно примерно при 600°С. Теплота для того, чтобы поддержать эти температуры, извлекается из первой зоны окисления.

Предпочтительно зона хранения топлива содержит бункер, имеющий клапан для загрузки и направляющий топливо к решетке над первой зоной окисления.

Газификатор по первому аспекту изобретения может иметь перфорированную часть в стенке рубашки, заполненную микропористым катализатором, определяющую зону восстановления, размещенную примерно на том же уровне в корпусе газификатора, что и выпускная труба. Эта перфорированная рубашка обеспечивает возможность эффективной очистки и удаления потока газа, произведенного в процессе газификации, уменьшая его путь через вторую зону окисления.

Газификатор согласно первому аспекту изобретения предпочтительно дополнительно содержит средство, прикрепленное к выпускной трубе, для поддержания давления в газификаторе ниже атмосферного давления, так чтобы воздух всасывался в газификатор через соответствующие отверстия для впуска воздуха. Работа газификатора при давлении ниже атмосферного обеспечивает безопасный механизм, так что в случае отказа средства для поддержания пониженного давления процессы сгорания в газификаторе остановятся из-за недостатка кислорода, предотвращая опасное накопление продуктовых газов. Отверстия для впуска воздуха в газификатор поддерживаются под вакуумом посредством основных труб для впуска воздуха. Непрерывно всасываемый воздух отводится в кольцевые каналы, которые размещены на внешней окружности зон окисления. Кольцевые каналы обеспечивают предварительный подогрев воздуха перед его инжекцией в реакционные зоны посредством сопел для впуска воздуха, установленных на внутренней поверхности наклонных горловин. Поэтому предварительно подогретый воздух также имеет эффект охлаждения для металлических поверхностей газификатора на уровнях горловин.

В газификаторе согласно настоящему изобретению величина вторичного окисления во второй зоне окисления регулируется посредством количества воздуха, подаваемого впускным клапаном для вторичного воздуха.

Такой газификатор может использоваться для того, чтобы газифицировать твердое топливо, включающее биомассу, ископаемое топливо, отходы или их сочетания для того, чтобы производить поток горючего. «Твердое топливо» может содержать захваченную жидкость (такую, как влага, масло, осадок в масле) в пределах пор внутри частиц или между частицами твердого топлива.

Соответственно, согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ газификации твердого топлива для того, чтобы производить поток горючего, используя газификатор согласно первому аспекту изобретения, содержащий следующие стадии: частичное окисление твердого топлива в первой зоне окисления для того, чтобы производить растительный уголь, восстановление растительного угля в зоне восстановления для того, чтобы образовать золу, дополнительное окисление любого остатка растительного угля в золе во второй зоне окисления и извлечение потока горючего, произведенного на вышеупомянутых стадиях посредством выпускной трубы, при этом в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива.

Предпочтительно поток горючего при температуре примерно 850°С, произведенный в обеих зонах, проходит через перфорированное коническое кольцо, которое наполнено микропористым катализатором, для того, чтобы осуществить крекинг остаточного жидкого продукта перегонки как раз перед тем, как он выйдет из газификатора.

Предпочтительно твердое топливо для газификатора и способа в соответствии с изобретением включает биомассу, такую как жидкие отходы, отработанное масло или нефтяной шлам, или ископаемое топливо, или отходы, или их сочетания, как определено выше, которые абсорбируются в порах внутри частиц и между частицами соответствующего горючего носителя. Предпочтительно горючий носитель имеет высокую внутреннюю пористость и более предпочтительно имеет форму волокон для того, чтобы обеспечить обширную пористость между частицами. Предпочтительно жидкие отходы смешиваются с носителем и брикетируются для того, чтобы повысить плотность смешанного топлива.

Биомасса, которая может быть газифицирована посредством газификатора и способа газификации согласно изобретению, может включать любой из традиционных чрезвычайно разнообразных источников и включать, например, древесину и лигноцеллюлозу, опилки, уголь, ореховую скорлупу, шлам сточных вод, отходы кожи, отходы шин и пластмасс, коммунальные отходы или остатки от домашнего хозяйства, оливковые косточки, муку из семян рапса, клинические отходы, помет птиц и навоз рогатого скота, отходы скотобойни, кислые отходы шоколада, жир, бумажные отходы, пищевые отходы, жом сахарного тростника, отработанное масло, нефтяной шлам, угольную мелочь, костные отходы, сельскохозяйственные остатки и смесь биомассы с ископаемыми отходами, такую как нефтяной шлам, смешанный с костными отходами, шламом сточных вод, опилками или мукой из семян рапса.

Соответствующий носитель может быть выбран из опилок, дробленых костных отходов со скотобойни, отходов хлеба/пищевых отходов, коммунальных отходов, высушенного шлама сточных вод, дробленой соломы, муки из семян рапса и жома сахарного тростника.

Предпочтительно, чтобы использовались брикеты или гранулы топлива одинакового размера (типа

- 2 009349 биомассы или отходов материалов, содержащих углерод), чтобы достичь равномерного распределения воздуха в процессе газификации. Также предпочтительно, чтобы максимальный диаметр брикетов топлива был не больше, чем одна восьмая от самой узкой части газификатора для того, чтобы предотвратить образование зависания.

В способе газификации величина требуемого вторичного окисления будет зависеть от содержания оставшегося растительного угля в золе топлива. Топлива с высокой зольностью типа шлама сточных вод, отходов кожи, шлама нефтяных остатков, отходов домашнего хозяйства (КЭТ), костной муки, помета птиц и навоза рогатого скота обычно приводят в результате к низкому превращению углерода в обычных газификаторах в связи с изоляцией части углерода золой в основной зоне окисления.

Еще в одном аспекте изобретения предусмотрена установка для газификации, содержащая последовательно газификатор согласно изобретению, водяной скруббер, блок полимерного фильтра, вентилятор, дополнительный блок полимерного фильтра и средство для выпуска продуктового газа для генерирования энергии, такое как дымовая труба для потока, проходящая к месту полного сгорания.

Предпочтительно установка содержит байпас фильтра для использования во время запуска. Предпочтительно фильтры содержат двойные блоки фильтра, каждый из которых работает в тандеме, так что только одна половина каждого двойного блока фильтра работает в режиме фильтрации в любое время, другая половина работает в режиме регенерации.

В дополнительном аспекте изобретения предусмотрен способ работы установки для газификации, как определено ранее, содержащий стадии: газификации твердого топлива, как определено выше, пропускания продуктовых газов через скруббер для того, чтобы очистить макрочастицы и растворимые в воде токсины, а также кислоты, абсорбирования жидкого продукта перегонки и влаги посредством фильтра, ускорения газов посредством вентилятора, абсорбирования дополнительного жидкого продукта перегонки и влаги посредством второго фильтра для того, чтобы производить газ для полного сгорания. рН водяного скруббера является низким для того, чтобы удалить кислоты из газа.

Предпочтительно газ из водяного скруббера обходит байпасом первый фильтр во время запуска. Предпочтительно газ фильтруется в одной половине двойного блока фильтра в любое время, причем другая половина регенерируется, более предпочтительно посредством горячих выхлопных газов. Конкретным преимуществом является то, что газ выходит из вентилятора при высоком давлении, что приводит к дальнейшей конденсации жидкого продукта перегонки и влаги во втором двойном блоке полимерного фильтра.

Дополнительным преимуществом изобретения является то, что в установке согласно изобретению и способе ее работы производится газ, который является подходящим для устройства для производства энергии и тепла, в связи с низким содержанием жидкого продукта перегонки и влаги, предпочтительно, по существу, не содержащий жидкого продукта перегонки и влаги.

Было обнаружено, что экстракция влаги и жидкого продукта перегонки может быть дополнительно улучшена с использованием полимерного фильтра из микропористого полимера с открытыми порами.

В соответствии с другим аспектом изобретения предусмотрен полимерный фильтр, содержащий микропористый полимер ро1уН1РЕ с открытыми порами, содержащий поры в диапазоне от 0,1 до 300 мкм (основные поры) и по выбору дополнительно в диапазоне от 300 до 10000 мкм (слившиеся поры), в котором полимер является эффективным при абсорбции воды и жидкого продукта перегонки из газа, и способ приготовления его.

Как кислая, так и средняя соли, образующие сульфированные микропористые полимеры (они также известны как полимеры Ро1уН1РЕ), могут использоваться как материалы, абсорбирующие воду.

Эти полимеры приготовляются с использованием технического решения по предыдущей заявке настоящего заявителя на патент (Микропористые полимеры как среда для роста пор и новые полимеры, ЕР 1183328; заявка США 09/856182). Возможно использовать полимеры с основными и по выбору дополнительно слившимися порами для абсорбции воды. Эти типы пор описаны следующим образом:

основные поры в диапазоне 0,1-300 мкм; например поры малого размера - 0,1-0,5 мкм и поры большого размера - от 0,5 до 300 мкм;

слившиеся поры в диапазоне 300-10000 мкм; предпочтительно, слившиеся поры имеют размер пор в диапазоне от 300 до 1000 мкм.

Ро1у1вре с конкретным диаметром пор может быть получен способами, описанными ниже. В полимерах с открытыми порами соединения между порами известны как взаимосвязи. Ро1уН1РЕ может иметь любое желательное отношение взаимосвязи (ά) к диаметру пор (Ό), например, в диапазоне 0<ά/Ό<0,5, предпочтительно в диапазоне 0,1<ά/Ό<0,5, когда диаметр пор примерно меньше чем 200 мкм. Взаимосвязи могут иметь диаметр в диапазоне вплоть до 100 мкм, предпочтительно от 0,001 до 100 мкм, более предпочтительно 1-50 мкм.

Ро1у1врс5 имеются в продаже или могут быть приготовлены с использованием способов, как раскрыто в патенте США 5071747 и в дополнительных патентных публикациях, упомянутых в нем или описанных ниже.

Характерный полимер ро1уЫре, который имеется в продаже, содержит поливинил ро1уЫре, и изготовляется из масляной фазы мономеров стирола, дивинилбензола (ЭУБ) и поверхностно-активного вещества (Спан 80, сорбитанмоноолеат), и может быть в жесткой или гибкой форме в зависимости от отно

- 3 009349 сительных пропорций мономеров, дополнительно в гибкой форме, включая мономер 2-этилгексилакрилат, и в водной фазе при количестве персульфата калия как инициатора водной фазы.

Однако в связи с присутствием серы в полимере его использование при очистке газа не может быть желательным для окружающей среды. Поэтому предпочтительно использовать другие формы микропористых полимеров.

Когда использование серных групп в полимере нежелательно, предпочтительно использовать инициаторы масляной фазы типа пероксида лаурила (1% от масляной фазы).

Первый новый полимер ро1уН1РЕ, содержащийся в фильтре согласно изобретению, включает инициатор масляной фазы, предпочтительно 1,1-азо-бис(циклогексанкарбонитрил) или пероксид лаурила в 1% от масляной фазы эмульсии.

Второй новый полимер ро1уН1РЕ, содержащийся в фильтре согласно изобретению, включает мономер (такой, как 2-винилпиридин) для того, чтобы обмазывать полимерный адсорбент, не вызывая разрушения эмульсии, предпочтительно присутствующий в количестве 5-10%. Новые полимеры могут дополнительно включать мономер (такой, как 2-этилгексилакрилат) для того, чтобы добавить эластичность и улучшить механическое поглощение удара и хорошие характеристики истирания. Эластичность также является полезной, чтобы повысить способность водопоглощения гидрофильным полимером. Предпочтигельная величина концентрации 2-этилгексилакрилата составляет вплоть до Υ=30%, но более предпочтительно Υ=15%.

Третий новый полимер ро1уН1РЕ, содержащийся в фильтре согласно изобретению, включает мономер винилпиридина (с мономером 2-этилгексилакрилата или без него) в форме структуры ро1уЫре ядра поверхностного слоя, в которой ядро полимера является сульфированным, но поверхностный слой не является сульфированным, но все еще является веществом, абсорбирующим воду. Это делается посредством инжекции небольшого количества серной кислоты в ядро полимера и впоследствии сульфирования этого полимера с использованием известных способов. Это гарантирует, что часть, содержащая серу, заключается в капсулу, но все же часть полимера может адсорбировать воду.

Было обнаружено, что полимеры не должны быть чрезмерно высушены в процессе «стадии сушки». Чрезмерная сушка приводит в результате к понижению способности полимера абсорбировать воду, а также к понижению скорости водопоглощения. Обычно способность этих полимеров абсорбировать воду в 10-12 раз больше их собственного веса.

Полимер согласно изобретению может быть природным или синтетическим, растворимым или нерастворимым, по выбору (био)разрушаемым сшитым полимером, предпочтительно выбранным из протеинов и целлюлозы, полиакриламида, поливинила в жесткой или гибкой форме, поли(молочной кислоты), поли(гликолевой кислоты), поликапролактона, поли(лактида/гликолида) и полиакрилимида.

Процесс приготовления микропористых полимеров ро1уЫре содержит на первой ступени образование эмульсии с высоким содержанием дисперсной фазы (Н1РЕ) из дисперсной фазы в дисперсионной среде, причем дисперсная фаза может быть незаполненной или может содержать растворенные или дисперсные материалы, и мономеры, олигомеры, и/или форполимеры присутствуют в дисперсионной среде, ее гомогенизацию и полимеризацию, посредством введения на первой ступени дисперсной фазы посредством управляемого дозирования в дисперсионную среду, с управляемым смешением при управляемой температуре для того, чтобы достичь эмульсии, и впоследствии гомогенизацию в процессе управляемого периода при управляемой деформации и полимеризации, при управляемых температуре и давлении.

Тип 1. Поры (основные поры).

Они представляют собой структуру основных пор, размер которых определяется на ступени эмульгирования образования РНР. Поэтому размер пор, главным образом, определяется посредством деформационной предыстории (потока) эмульсии. Целостность этих пор сохраняется в процессе полимеризации, и взаимосвязи образуются на этой ступени. В зависимости от химии нефтяной и водной фаз, объема фаз и условий полимеризации, таких как температура и давление, размер взаимосвязи может регулироваться в диапазоне 0<б/Э<0,5.

Тип 2. Поры (слившиеся поры).

Этот тип строения пор получается посредством управляемого соединения пор типа 1 в процессе полимеризации. Капельки дисперсной фазы в эмульсии РНР соединяются посредством добавления растворимых в воде полимеров в водную фазу, или посредством добавления слегка гидрофильных масел (таких, как оксид стирола) в масляную фазу, или посредством повышения концентрации мономеров в эмульсии. Размер взаимосвязи в этом случае является тем же самым, что и в порах типа 1, которые образуют матрицу, включающую слившиеся поры. Однако вследствие того факта, что слившиеся поры очень велики по сравнению с основными порами, отношение б/Э является очень небольшим.

Эмульсии с очень небольшим размером пор (от 0,1 до 0,5 мкм) получаются с использованием очень высоких скоростей деформации потоков, в которых поток является преобладающим образом протяженным, и температура эмульгирования является низкой настолько, насколько это возможно. Эмульсии с большим размером пор (от 0,5 до 300 мкм, например примерно 200 мкм) получаются при высоких температурах и как раз выше критической скорости деформации, ниже которой эмульсия полностью или частично инвертируется, например, в систему типа масла в воде. Критическая скорость деформации мо

- 4 009349 жет быть определена посредством изменения, например, скорости добавления или скорости деформации в процессе смешения для данной системы. Эти эмульсии должны также обрабатываться в течение короткого времени с использованием преобладающих потоков со сдвигом.

Эмульсии с очень большими порами (от 300 до 10000 мкм, предпочтительно до 1000 мкм) получаются способом управляемого соединения пор в процессе полимеризации. Имеются два способа достижения управляемого соединения: 1) посредством добавления в водную (дисперсную) фазу известного количества растворимого в воде полимера или 2) посредством добавления растворенных веществ «наполнителей» в дисперсионную масляную среду. В обоих способах концентрация и тип этих добавок являются важными. Если концентрации являются низкими, эти добавки дают в результате полимеры ро1уЫре с порами в диапазоне 1-200 мкм с некоторыми желательными свойствами. Если концентрация выше определенного значения, начинается образование слившихся пор. В этом случае размер пор диктуется размером пор перед началом соединения, температурой полимеризации и концентрацией, молекулярной массой и типом добавки.

Эмульсия может быть получена из любых желательных несмешивающихся фаз, образующих дисперсионную среду и дисперсную фазу, предпочтительно из водных и неводных фаз, более предпочтительно из водной и масляной фаз. Полученная эмульсия может быть водной в масляной эмульсии или масляной в водной эмульсии.

Посредством управляемого дозирования дисперсной фазы в дисперсионную среду возможно достичь желательной эмульсии. В мешалке периодического действия дозирование дисперсной фазы преимущественно проводится со дна мешалки с использованием либо одной, либо множества точек подачи. Множество точек подачи обеспечивает получение в результате эмульсии с большими порами. Если скорость дозирования была очень высокой, смешение, создаваемое испускаемой струей водной фазы, было слишком жестким, и поэтому размер пор в эмульсии уменьшается. Поэтому это сочетание множества точек подачи с относительно длительным дозированием обеспечивало получение эмульсии с большими порами. После завершения дозирования эмульсия должна быть гомогенизирована, но, если период гомогенизации являлся длительным, размер пор уменьшался.

Управляемое смешение, как определено выше, может быть критическим или продленным. Критическое смешение представляет собой смешение, достаточное для того, чтобы вызвать дисперсию водной фазы в масляной фазе без инверсии фаз. Критическое смешение получается посредством использования гомогенного поля смешения, посредством чего размер пор является, по существу, равномерным, предотвращая разрушение эмульсии и инверсию фаз.

Смешение может быть осуществлено любыми средствами, подходящими для обеспечения гомогенного поля смешения, по существу, по всему объему двух фаз, и осуществляется предпочтительно посредством множества лопастей, множества струй и подобного смешения.

Предварительно было обнаружено, что, в противоположность патенту США 5071747, достижение стабильной эмульсии с большим диаметром пор получается посредством минимизации интенсивности смешения. Соответственно, посредством дозирования, гомогенного смешения и т.п. стабильная эмульсия может быть получена без необходимости в интенсивном смешении. Гомогенизация может быть осуществлена во внешнем контуре с использованием насоса, такого как шестеренчатый насос или винтовой насос, который может также быть прикреплен к статической или динамической мешалке. Типы статических или динамических мешалок, подходящие для этого типа гомогенизации, описаны в: Акау, С.; Ιτνίη§, Ο.Ν.; 1<о\\а15кк А.1.; МасЫп, Ό. Динамическое смешивающее устройство для производства жидких смесей, патент США 6345907, 12 февраля 2002 и Акау, С. Способ и устройство для обработки текучих материалов и микропористых полимеров, международная заявка на патент, РСТ публикация \УО 2004/004880, 15 января 2004.

Дозирование, эмульгирование и гомогенизация могут проводиться при любой соответствующей температуре в зависимости от размера пор конечного полимера ро1уЫре. Если желательный размер пор является большим, предпочтительная температура является высокой, но, однако, ниже точки кипения самой низкокипящей фазы. Водная фаза, как самая низкокипящая фаза, кипит при примерно 100°С. Было обнаружено, что процесс по изобретению, в котором используется температура эмульгирования 60°С или выше, приводит в результате к тому, что полученные полимеры имеют размер пор больше чем 60 мкм. Повышение температуры эмульгирования выше 60°С приводит в результате к значительному увеличению размера пор на величину, большую, чем достигается для подобного увеличения при температуре ниже 60°С.

Максимальная температура эмульгирования может быть больше, чем нормальная температура кипения самой низкокипящей фазы, например, самая низкокипящая фаза может включать любой подходящий компонент, приспособленный для того, чтобы повысить точку кипения. Предпочтительно, водная фаза включает электролит, который является стабильным при 100°С и потенциально инертным. Это означает, что процесс предпочтительно осуществляется при повышенных давлениях, когда температура превышает точку кипения мономера. Предпочтительный диапазон температур для эмульсий с большим размером пор составляет 70-110°С.

Эмульгирование и последующая полимеризация могут быть осуществлены при температурах выше

- 5 009349 нормальной точки кипения водных материалов или материалов дисперсионной среды посредством увеличения давления выше атмосферного с использованием оборудования для замкнутой непрерывной обработки.

Процесс может быть осуществлен с использованием дополнительных инициаторов водной или масляной фаз, агентов сшивания, наполнителей, и т.п., и предпочтительно, чтобы они являлись стабильными при максимальной рабочей температуре, как определено выше. Выбор инициаторов, агентов сшивания и т.п. осуществляется со ссылкой на приемлемую вязкость фаз для эмульгирования и гомогенизации. Может быть приемлемо понизить количество требуемого агента сшивания посредством использования пропорции форполимеров и частично сшитых форполимеров, по выбору с использованием подходящего наполнителя масляной фазы для того, чтобы увеличить объем масляной фазы и понизить эффективную вязкость.

Предпочтительно способ согласно изобретению отличается тем, что инициатор масляной фазы используется вместе с инициатором водной фазы или вместо него, как известно в этой области техники. Инициаторы водной фазы могут использоваться для работы при более низких температурах и включают персульфат натрия или калия. Для работы при повышенных температурах, выше 80°С, предпочтительно используются инициаторы масляной фазы, например 1,1-азо-бис(циклогексанкарбонитрил) или пероксид лаурила.

Агентом сшивания может быть, например, дивинилбензол (ΌΥΒ). Если требуется, чтобы ро1уЫре был биоразрушаемым, могут быть получены гидролизуемые поперечные связи. Эти агенты сшивания представляют собой этилендиакрилат, Ν-Ν'-диаллилтартардиамид, М-Ы(1,2-дигидроксиэтан)бис-акриламид и Ν-Ν'-Ν''-триаллилцитриктриамид. Однако в случае биоразрушаемых агентов сшивания сам полимер должен быть биоразрушаемым. Эти полимеры представляют собой поли(молочную кислоту), поли(гликолевую кислоту), поли е-капролактам и полиакрилимид.

Когда растворимые в воде полимеры необходимы, чтобы образовать микропористую структуру, они должны быть сшитыми. В случае таких полимеров мономер (такой как акриламид) растворяется в воде и эмульсия ΗΙΡΕ образуется при дозировании этого раствора мономера в жидкий углеводород, такой как гексан или толуол, в присутствии соответствующего поверхностно-активного вещества, инициатора и агента сшивания.

Протеины и целлюлоза могут также образовать микропористые структуры. В этом случае эти материалы вместе с соответствующим эмульгатором растворяются в соответствующей водной фазе (вода для протеинов и реактив Швейцера, Си(ИН₃)₄(ОН)₂ для целлюлозы) и дозируются в жидкий углеводород для того, чтобы образовать водную дисперсионную среду ΗΙΡΕ. Сшивание достигается посредством погружения ΗΙΡΕ в раствор глютаральдегида (для протеинов) или раствор кислоты (целлюлоза).

Процесс может включать введение любого подходящего модификатора, как определено ранее, при полимеризации или после нее. Например, модификаторы могут вводиться в дисперсную водную фазу и дозироваться в дисперсионную среду, как определено ранее. Альтернативно используется ступень модификации после полимеризации, которая может просто иметь форму удаления поверхностно-активного вещества, электролита и не прореагировавшего мономера, покрытия, дополнительной полимеризации или реакции на поверхности существующего полимера. Модификаторы и технология модификации известны в этой области техники.

Полимеризация осуществляется при известных условиях времени и температуры для соответствующего мономера, олигомера и/или форполимера, которые подлежат полимеризации, как известно в этой области техники.

Предпочтительно полимер полимеризуется в отдельных формах так, чтобы образовался поверхностный слой. Преимуществом этого является предотвращение истирания полимера во время использования в слое насадки. Альтернативный способ разрезания полимера в насадке может приводить в результате к фрагментации на мелкие частицы.

В дополнительном аспекте изобретения обеспечивается новый полимер ро1уН1РЕ, содержащий поливинил ро1уЫре, который изготовляется из мономеров масляной фазы стирола, дивинилбензола (ЭУВ) и поверхностно-активного вещества (8раи 80, сорбитанмоноолеат), дополнительно включающий мономер (такой, как 2-винилпиридин), чтобы изготовить полимер, адсорбирующий воду, без того, чтобы вызвать разделение эмульсии, предпочтительно присутствующий в количестве 5-10%, и/или мономер (такой, как 2-этилгексилакрилат), чтобы добавить эластичность и повысить механическое поглощение удара и хорошие характеристики истирания, отличающийся тем, что полимер содержит поры в диапазоне от 0,1 до 300 мкм, например от 0,1 до 0,5 мкм вплоть до 200 мкм, как основные поры, и по выбору дополнительно, если концентрация сомономеров высокая, образуются слившиеся поры в диапазоне вплоть до 10000 мкм, например вплоть до 1000 мкм.

В дополнительном аспекте изобретения обеспечиваются использование газификатора, способа газификации, установки для газификации и способа, газового фильтра и нового полимера в газификации твердого топлива, как было определено ранее, предпочтительно для того, чтобы генерировать горючие газы для использования в генерации энергии, например, с использованием газовых двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин, двухтопливных дизельных двигателей или топливных элементов.

Подробный вариант осуществления изобретения, а также дополнительные предпочтительные признаки будут теперь описаны со ссылками на следующие чертежи.

На фиг. 1 изображена блок-схема, показывающая газификатор в соответствии с настоящим изобретением.

- 6 009349

На фиг. 2 изображена блок-схема, показывающая установку для газификации с газификатором на фиг. 1 в соответствии с настоящим изобретением.

Газификатор 1, показанный на фиг. 1, может быть разделен на пять основных зон. На верхнем конце газификатора, где топливо вводится посредством верхнего топливного запирающего воздух поворотного клапана 22, находится зона 6 для хранения и сушки топлива. Под этой зоной находится зона 7 пиролиза.

Первая зона 8 окисления размещена под зоной 7 пиролиза и содержит воздух, подаваемый в нее через сопла 12 воздухозаборника в первой горловине 2 для распределения воздуха, которая определяет нижнюю кромку зоны, и в верхней части зоны 5 восстановления. Эта горловина имеет наклон под углом 10 от 10 до 40°, предпочтительно примерно 20° с тем, чтобы обеспечивать прохождение потока топлива вниз в газификатор, и может быть изогнута, как показано. Угол больше чем 40° приводит к ограниченному потоку топлива. Горловина 2 жестко приварена к внутренней поверхности газификатора 1.

Набор 24 центральных воздушных сопел обеспечивает распределение воздуха в первой зоне окисления и является особенно полезным, когда диаметр горловины превышает примерно 0,5 м. Такое сопло предпочтительно размещено по центру над первой горловиной 2 для распределения воздуха. Воздух подается в сопла 12 воздухозаборника из кольцевого канала 23, который образован между первой горловиной 2 для распределения воздуха и наружной оболочкой газификатора. Воздух подается в этот кольцевой канал 23 посредством клапана 9 воздухозаборника первичного воздуха. Если присутствует набор 24 центральных воздушных сопел, именно этот воздух подается из клапана 25, работа которого связана с работой клапана 9 воздухозаборника первичного воздуха.

В газификаторе, где нет набора 24 центральных воздушных сопел, предпочтительно, чтобы примерно две трети сопел 12 для воздухозаборника были размещены на поверхности наклонной горловины 2 и чтобы другая треть была размещена в зоне 5 восстановления, по меньшей мере на 20 см выше, чем перфорированная часть 3 (см. ниже). Если присутствует набор 24 центральных воздушных сопел, тогда равное число сопел размещено в каждом местоположении.

Горловина 2 проходит в зону 5 восстановления, которая опускается как коническая труба во вторую зону 14 окисления. Цилиндр, который ограничивает зону 5 восстановления, имеет перфорированную часть 3 оболочки с катализатором так, чтобы очистить продуктовый газ 13 и обеспечить его выход непосредственно во вторую зону окисления на уровне трубы 18 для выпуска газа. Угол, который образует перфорированная оболочка 3 с катализатором с вертикальным направлением, составляет от 10 до 40°, предпочтительно примерно 20°.

Вторая зона 14 окисления содержит воздух 15, подаваемый в нее через воздушные сопла 17, которые размещены во второй горловине 4 для распределения воздуха, которая определяет нижний край зоны. Эта горловина также имеет наклон под углом 16 от 10 до 40°, предпочтительно примерно 20° так, чтобы обеспечивать поток топлива, и рассуждения, подобные рассуждениям об угле наклона первой горловины 2 для распределения воздуха, также применимы здесь. Горловина 4 жестко приварена к внутренней поверхности газификатора 1 и предпочтительно расположена на одной линии или более предпочтительно симметрично с первой горловиной 2 для распределения воздуха. Термин «симметрично», как он использован здесь, обозначает, что эти две горловины 2 и 4 имеют ту же самую форму и размещены вокруг общей вертикальной оси.

Воздух подается в сопла 17 воздухозаборника из кольцевого канала 26, который образован между второй горловиной 4 для распределения воздуха и наружной оболочкой газификатора. Воздух впускается в этот кольцевой канал 26 посредством клапана 15 воздухозаборника вторичного воздуха.

На основании газификатора 1 размещен шнек 19 винтового конвейера для того, чтобы удалять смесь золы и шлака, оставшуюся в конце процесса газификации. Зола выгружается посредством запирающего воздух поворотного клапана 20 с клапаном 21 со скользящей заслонкой наверху.

Газ, произведенный в газификаторе, удаляется посредством двойных вихревых выпускных труб 18, которые предпочтительно поддерживаются при пониженном давлении, то есть меньшем, чем атмосферное давление, посредством использования газового эксгаустера (фиг. 2).

Верхняя часть 6, 7, 8, 5 газификатора 1 работает подобно работе обычного газификатора с нисходящим потоком, в то время, как нижняя часть 14 реактора газификатора 1 работает подобно тому, как работает газификатор с восходящим потоком для растительного угля.

Площадь поперечного сечения первой и второй зон 8, 14 окисления меньше, чем площадь поперечного сечения зоны 6 хранения топлива и зоны 7 пиролиза. Для того, чтобы поддерживать равномерное распределение температуры по всем этим зонам, площадь поперечного сечения зоны 5 восстановления меньше, чем площадь поперечного сечения первой и второй зон 8, 14 окисления.

Для процесса газификации предпочтительно, чтобы имеющие одинаковый размер брикеты или гранулы топлива 11 (такого, как биомасса или отходы углеродсодержащих материалов) использовались для того, чтобы достичь равномерного распределения воздуха в части горловины выше зоны 5 восстановления. Также предпочтительно, чтобы максимальный диаметр брикетов топлива не был больше, чем одна восьмая от самой узкой части газификатора 1 для того, чтобы предотвратить образование зависания в первой зоне 8 окисления выше горловины 2.

- 7 009349

Термопары (не показаны) могут быть размещены по всему газификатору для того, чтобы обеспечить контроль процесса газификации. Разрушающая зависание штанга для шуровки и/или вибратор (не показаны) могут также быть обеспечены для того, чтобы разрушить любое зависание, которое образуется в первой зоне 8 окисления выше горловины 2, или предотвратить накопление золы. Штанга для шуровки и/или вибратор могут быть прикреплены к верхней наружной секции газификатора 1.

Газификатор 1, показанный на фиг. 1, работает непрерывно после начального зажигания и запуска, которые обычно занимают примерно от 5 до 15 мин, в зависимости от расхода топлива.

Обычно плотная или уплотненная биомасса и/или отходы (углеродсодержащее топливо) загружаются в газификатор 1 из верхнего топливного клапана 22. После того, как загрузка твердого топлива заканчивается, топливный клапан 22 и клапан 21 выгрузки золы временно останавливаются и герметизируются, и всасывающий насос газа (фиг. 2), прикрепленный к выпускной трубе 18, включается так, чтобы реактор достигал давления примерно от 5 до 10 мбар ниже атмосферного давления, причем в этой точке первичный забираемый воздух вводится в зону 8 окисления через кольцевой канал 23, посредством открытия регулировочных клапанов 9 и 25. Газовая горелка (не показана), размещенная в кольцевом канале 23, является устройством для сжигания так, чтобы зажечь и нагреть топливо в зоне 8 окисления до тех пор, пока не начнется горение.

Распределение сопел 12 и 24 воздухозаборника обеспечивает возможность равномерного прохождения воздуха в зону 8 окисления для того, чтобы поддерживать горение топлива, чтобы достичь высоких равномерных температур (>1000°С).

Как только рабочая температура выше 1000°С установится в первой зоне 8 окисления, внешнее зажигание останавливается. Одновременно, перфорированная рубашка 3 с катализатором может быть активизирована посредством использования соответствующего катализатора на металлической подложке, чтобы обеспечить возможность прохождения продуктового горячего газа через него. Это устройство микропористого катализатора внутри газификатора 1 обеспечивает возможность получения продуктового газа 13 без жидкого продукта перегонки, перед тем, как газ выйдет из газификатора 1. Рабочая температура первой зоны окисления и, следовательно, производительность газификатора впоследствии регулируются посредством увеличения или уменьшения забора воздуха воздухозаборником 9. Газификатор 1 может эффективно работать при такой низкой производительности, как 20% от его максимальной, посредством регулирования воздухозаборников 9, 15 и 25.

Высокая температура, достигаемая в первой зоне 8 окисления, приводит в результате к температуре примерно от 400 до 600°С в зоне 7 пиролиза и примерно 100°С в зоне 6 сушки посредством излучения тепла вверх.

В процессе пиролиза, который может занимать примерно 20 мин, плотное топливо 11 с равномерным размером выделяет горючие газы и образует растительный уголь без подачи кислорода. Следующие реакции являются типичными из тех, которые имеют место в зоне пиролиза.

Образование растительного угля:
0,17СбН10С5>С+0,85Н2	ΔΗ300Κ=-80 КЛ/ц то1е
Изменение соотношения окиси углерода и водорода в водяном газе:
СО+Н2ОЖО2+Н2 Образование метана:	ΔΗ300Κ=-33 ЕТ/д то1е
СО+3Н2>СН4+Н2	ΔΗ300Κ=-205 Κί/д то1е
СО+4Н2>СН4+2Н2О	ΔΗ300Κ=-192 Κί/д то1е
2СО+2Щ^СН 4+СО2	ΔΗ298Κ=-247,3 Κί/д то1
Растительный уголь затем увлекается вниз самотеком в первую зону 8 окисления, за которой следу-

ет зона 5 восстановления, в которой экзотермические и эндотермические реакции, соответственно, имеют место при высоких температурах.

Следующие реакции являются типичными из тех, которые имеют место в зоне 8 окисления. Частичное окисление:

С О/ >СО ΔΗ298κ=-268 ЕТ/дто1

С /О; >СО; ΔΗ298κ=-285,0 ЕТ/д то1

11.- /0- >1 ΙΌ ΔΗ298κ=-241,8 ЕТ/д то1

Преимущество работы зоны 8 окисления при температуре по меньшей мере 1000°С состоит в том, что любые жидкие продукты перегонки в газах пиролиза, произведенные в зоне 7 пиролиза, могут быть подвергнуты крекингу до некоторой степени, чтобы произвести углеводороды с более короткой длиной цепи.

В зоне 5 восстановления (также часто упоминаемой как зона газификации) растительный уголь биомассы превращается в продуктовый газ посредством реакции с горячими газами из вышеупомянутых зон 6, 7 и 8.

Следующие реакции являются типичными из тех, которые имеют место в зоне 5 восстановления.

Образование метана:

С+2Н₂>СН₄ ΔΗ_298Κ=-74,9 ЕТ/то1

- 8 009349

Реакция Воибоиагб:
С-СО,- >2СО	ΔΗ298Κ=-172,5 к1/шо1
Реакция водяного газа:
СО;-11;< >СО-Ц;О	ΔΗ298Κ=-41,2 к1/шо1
С-11;О< >СО-11;	ΔΗ298Κ=-131,3 к1/шо1
Продуктовые газы из этих	зон затем всасываются через перфорированную рубашку 3, которая мо-

жет быть заполнена высокоактивным микропористым катализатором, в стенке, окружающей зону 5 восстановления, и выходят из газификатора через выпускную трубу 18. Использование перфорированной части 3 в стенке, окружающей зону 5 восстановления, обеспечивает возможность продуктовым газам произвести крекинг остаточных жидких продуктов перегонки. Оно также понижает количество золы и макрочастиц, захваченных продуктовыми газами частично во второй зоне 14 окисления и выносимых из газификатора 1.

Оставшиеся частицы растительного угля, которые не были полностью газифицированы в зоне 5 восстановления, падают во вторую зону 14 окисления для вторичного сгорания и газификации любого оставшегося растительного угля в золе (посредством реакций, аналогичных тем, которые проходят в первой зоне 8 окисления). Продуктовый газ, образованный в камере 14 вторичного сгорания, направляется вверх к выпуску 18 благодаря давлению ниже атмосферного, приложенному к выпуску 18. Величина требуемого вторичного окисления будет зависеть от содержания оставшегося растительного угля в золе топлив. Высокозольные топлива, такие как шлам сточных вод, отходы кожи, шлам нефтяных остатков, отходы домашнего хозяйства (КОР), костная мука, навоз птицы и рогатого скота, обычно приводят в результате к низкому превращению углерода в обычных газификаторах благодаря изоляции некоторой части углерода золой в основной зоне окисления. В газификаторе согласно настоящему изобретению величина вторичного окисления во второй зоне 14 окисления регулируется количеством воздуха, впускаемого посредством клапана 15 воздухозаборника вторичного воздуха.

Зоны вторичного окисления обычно работают между 650 и 850°С. Смеси горячих горючих газов (примерно при 450°С) покидают газификатор 1 из выпускных труб 18 после прохода через перфорированную зону 3 с катализатором. На фиг. 2 продуктовый газ, который может содержать небольшое количество жидкого продукта перегонки (меньше чем 20-50 мг/м³) и веществ в виде частиц, выпускается в циклон для удаления частиц и летучей золы и затем в один или большее число теплообменников и скрубберов газ-вода с фильтрами для конечного газа для дальнейшей обработки, такой как осаждение любых жидких продуктов перегонки или влаги в продуктовом газе.

Во время нормальной работы газификатора 1 шнек 19 золы и поворотный клапан 20 работают непрерывно с такой скоростью вращения, чтобы извлечь шлак из реактора так, чтобы процесс газификации не нарушался. Режим работы шнека 19 золы зависит от содержания золы в газифицированной биомассе и/или отходах.

Предпочтительно, чтобы газификатор работал так, чтобы содержание углерода в золе и шлака, удаленных из газификатора, было меньше чем 3%.

На фиг. 2 показана установка для газификации, содержащая последовательно газификатор согласно изобретению, водяной скруббер, двойной блок полимерного фильтра, работающий в тандеме, вентилятор, дополнительный двойной блок полимерного фильтра и средства для выпуска продуктового газа для выработки энергии.

Газ из водяного скруббера может также обходить байпасом первый двойной блок полимерного фильтра, который выполнен предпочтительно в форме двух полимерных камерных фильтров, если необходимо (это может случиться во время запуска, когда содержание жидкого продукта перегонки является высоким). Во время нормальной работы в то время, как газ проходит через один камерный фильтр, полимер регенерируется во втором камерном фильтре путем продувки горячим выхлопным газом, поступающим из двигателя внутреннего сгорания. Регенерация может проводиться при 80°С в то время, как очистка газа проводится при температуре ниже 40°С. В процессе регенерации использованного полимера во втором камерном фильтре выхлопные газы также очищаются посредством абсорбции полимером и вещество в виде частиц также удерживается.

Эта фильтрация в тандеме повторяется на выходе вентилятора, где давление является высоким, что вызывает конденсацию большего количества жидкого продукта перегонки и влаги во втором двойном блоке полимерного фильтра, который осуществляет абсорбцию воды/жидкого продукта перегонки. Имеются ограничения температуры газа перед тем, как он может подаваться в двигатель внутреннего сгорания. Предпочтительная температура составляет примерно 40°С. Поэтому газ из выпуска вентилятора необходимо охладить. Это помогает удалению жидкого продукта перегонки и влаги микропористым полимером в камерном фильтре на выходе из вентилятора.

Изобретение теперь иллюстрируется неограничительным образом в отношении следующих примеров. Пример 1. Способ работы газификатора в соответствии с изобретением.

1. Запуск.

Стадия запуска включает все действия, требуемые до тех пор, пока не будет достигнуто установив

- 9 009349 шееся состояние, когда качество газа для двигателя является стабильным и не нарушается. Заранее взвешенные порции топлива из биомассы загружаются в бункер до заранее определенного уровня. Затем включаются воздушный вентилятор и циркуляционный насос водяного скруббера. Топливо зажигается на решетке с использованием зажигателей твердого топлива.

2. Работа газификатора.

Измеряемые данные представляют собой расход топлива, расход газа, состав газа, температуру и давление. Температуры записывались аналогом цифрового преобразователя каждые 15 с для входящего воздуха, зоны сушки, зоны пиролиза, горловины и выпуска из скруббера. Перепады давления были также измерены на газификаторе и выпуске из водяного скруббера. Расход продуктового газа был измерен расходомером газа, размещенным после эксгаустера. Количества жидких продуктов перегонки и конденсата в продуктовом газе были определены по пробам газа, взятым на выходах из газификатора и водяного скруббера.

Чистая и сухая древесная щепа и растительный уголь для использования в качестве фильтров помещаются в соответствующие лотки в камерном фильтре. Расходомер газа регулируется на требуемый расход. Воздушный вентилятор включается вслед за циркуляционным насосом (насосом водяного скруббера) на стороне, к которой обращен резервуар с водой. Затем зажигается вспомогательный зажигатель для того, чтобы зажечь продуктовый газ. Расход продуктового газа измерялся расходомером газа, размещенным после эксгаустера. Циркуляционный вентилятор (газовый бустер-вентилятор) используется для того, чтобы обеспечить эффект всасывания, причем он должен приводиться в действие двигателем, соединенным с газификатором, для того, чтобы извлекать продуктовый газ из газификатора через скруббер и вверх по дымовой трубе, где он воспламеняется после зажигания посредством вспомогательной горелки. Температура измерялась непрерывно в шести различных местоположениях термопарами, и данные были записаны в компьютер.

3. Очистка газа.

Устройство с и-образной трубкой было использовано для того, чтобы собирать жидкий продукт перегонки и конденсат и чтобы очищать пробы газа для газового анализа. Устройство с И-образной трубкой, в основном, состоит из пробника для отбора проб из нержавеющей стали диаметром 5 мм, соединенного с пластмассовой трубкой. Оно последовательно содержит две И-образные трубки из пирекса для улавливания жидкого продукта перегонки и влаги. Первая ловушка содержит сферические стеклянные шарики меньшего диаметра для того, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для влажного продуктового газа, в то время, как вторая ловушка содержит силикагель между двумя кусками стекловаты. Вакуумный насос (ΑΕΙ, типа В8 2046, 0,25 л.с.) использовался, чтобы извлекать газ через пробник. Расходомер (МЕО Ещсйег 10 1/мин) был помещен между И-образными трубками и вакуумным насосом. Время для протока газа через трубку было отмечено при постоянном расходе газа для того, чтобы обнаружить содержание жидкого продукта перегонки в продуктовом газе.

4. Остановка.

Процедура остановки включает все действия для того, чтобы безопасно герметизировать газификатор. Компьютер, водяной скруббер, воздушные сопла газификатора, циркуляционный вентилятор и эксгаустер котла останавливаются в упорядоченной последовательности, причем горелка отходящего газа остается включенной при использовании вторичной горелки природного газа, до тех пор, пока не будет производиться никакой горючий газ.

5. Обработка данных.

Для полного материального баланса процесс очистки включает все стадии, требуемые для того, чтобы собирать жидкий продукт перегонки, растительный уголь, золу и конденсат. После того, как реактор охладился, были определены количества золы и растительного угля посредством их отбора из камеры золы. Наконец, верхняя пластина газификатора была открыта для того, чтобы весь неиспользованный жом сахарного тростника был тщательно удален и проверен. Средняя скорость подачи топлива была рассчитана посредством разделения всего потребляемого жома сахарного тростника на все время работы газификатора.

6. Подготовка топлива.

Консистенция топлива из биомассы является важной в газификации для того, чтобы достичь непрерывного потока через реактор и чтобы обеспечить надежный состав продуктового газа и теплотворную способность для процессов превращения энергии ниже по потоку. Кроме того, уплотнение топлива из биомассы уменьшает размер реактора в то время, как форма и размер уплотненного топлива уменьшают флуктуации в газе и расходах топлива, так же, как в последующем качестве продукта. Для топлив из уже уплотненной биомассы, как, например, древесной щепы, дополнительное уплотнение является не критическим, но желательным. Однако для топлив с большими колебаниями в их содержании и низким объемным весом, как, например, коммунальные твердые отходы, это абсолютно неизбежно. Поэтому коммунальные твердые отходы после удаления металлов и стекла являются либо термообработанными, чтобы получить порошок, богатый целлюлозой, либо они являются измельченными и затем брикетированными для того, чтобы уплотнить топливо.

Когда материал, подлежащий газификации, представляет собой жидкость, такую как шлам нефтепереработки, он может либо быть высушен, чтобы получить твердый материал, либо он может быть

- 10 009349 смешан с твердым носителем, предпочтительно биомассой. Одна такая используемая биомасса представляет собой костную муку, которая содержит большие количества кальция. Поэтому она является полезной для того, чтобы удалить серу из нефти посредством образования сульфата кальция.

7. Газовый анализ.

Газовый хроматограф (ЗЫшабзи ОС-8А) был использован для анализа проб газа с использованием гелия как газа-носителя. Газовый хроматограф (ОС) имел две колонки (хромосорб 101 и молекулярное сито) и детектор теплопроводности. В то же время газ проходил через устройство с ϋ-образной трубкой для того, чтобы определить количество жидкого продукта перегонки и конденсата в произведенном влажном газе. Влажность воздуха вблизи устройства для испытаний измерялась время от времени в течение всего эксперимента для того, чтобы произвести точные расчеты для материального и энергетического баланса.

Пример 2. Результаты газификации при различном твердом исходном сырье.

Таблица 2 А

Подача топлива

Таблица 2В

Выпуск из газификатора

Продуктовый газ Вид топлива	н2 . (сухой) (%)	о2 (сухой) (%)	ν2 (сухой) (%)	СН4 (сухой) (%)	СО (сухой) (%)	СО2 (сухой) (%)	С2н2 (сухой) (%)	с2н6 (сухой) (%)	СКА (сухой) (МДж/Нм3)
Сточные воды	9,25	1,28	63,04	1,83	13,39	9,63	1,13	0,43	4,82
Орех	13,13	0,93	53,33	2,18	20,66	9,52	0,15	0,11	5,40
Древесина	16,58	0,07	53,38	2,04	14,32	13,22	0,27	0,13	5,11
Кожа	10,12	0,28	56,39	1,11	21,43	10,16	0,23	0,28	4,92

Таблица 2С

Величины выделений в дымовом газе, мг/м³

	ΝΟΧ	8О2	νο2	ΝΟ	νη2	Н25	ней	НЕ	НС1
Шлам сточных вод	14-45	102-112	Следы	22-49	НО	НО	но	но	но
Ореховая скорлупа	10-15	20-70	Следы	12-25	НО	но	но	но	но
Отходы древесины	8-12	13-24	Следы	11-27	но	но	но	но	но
Отходы кожи	8-14	1-7	1-2	4-12	НО	но	но	но	но

- 11 009349

Таблица 20

Распределение температур

	Температура горловины Т,(°С)	Температура пиролиза Т2(°С)	Температура сушки Т3 (°С)	Температура продуктового газа Т4(°С)	Температура на входе в двигатель Т5(°С)
Сточные воды	1100	500	150	300	35
Орех	1250	560	170	320	40
Древесина	1150	500	130	280	30
Кожа	1280	590	180	350	45

Пример 3. Результаты газификации при различном исходном сырье.

Таблица ЗА Подача топлива

Компоненты	Отходы шин	Оливковые косточки	ΚϋΡ М5\У*	Термообработанные клинические отходы
Размер, мм	1,5x0,5x1,5	70x50x70	1x3x1	10x20x10
Абсолютная плотность (кг/м3)	НО	897,43	но	НО
Объемная плотность (кг/м3)	но	502,16	но	но
С (%)	но	48,00	46,70	но
I I (СП Л	I 1ГЧ	С	Г	I Ш
П	ПУ7		υ,хи	ΠΌ
О(%)	но	32,46	29,90	НО
N (%)	но	1,54	0,74	НО
8 (%)	1,98	0,48	0,30	но
Зола	3,62	11,87	16,90	4,5
Влагосодержание (%)	1,20	10,11	5,42	6,5
Летучее вещество (%)	65,78	58,71	61,11	58,00
Связанный углерод (%)	29,40	19,31	16,57	31,00
ННУ (Институт технологии газа) (МДж/кг)	35,01	18,03	20,25	23,25
ННУ (данные) (МДж/кг)	35,14	17,50	20,22	НО

Таблица ЗВ

Выпуск из газификатора

Продуктовый газ Вид топлива	Н2 (сухой) (%)	о2 (сухой) (%)	ν2 (сухой) (%)	СН4 (сухой) (%)	СО (сухой) (%)	СО2 (сухой) (%)	С2Н2 (сухой) (%)	С2Н6 (сухой) (%)	ОСУ (сухой) (МДж/Нм3)
Отходы шин	10,60	1,01	40,06	2,80	25,13	19,53	0,98	0,71	6,77
Оливковые косточки	10,01	1,80	61,10	2,50	12,90	10,10	1,30	0,17	5,04
ΚΟΡ-Μ8\ν	12,15	1,20	52,00	2,73	18,17	12,23	1,09	0,43	6,05
Клинические отходы

Таблица ЗС

Величины выделений в дымовом газе, мг/м³

	ΝΟΧ	8О2	νο2	ΝΟ	νη2	Н28	ΗΟΝ	НР	НС1
Отходы шин	НО	НО	НО	НО	НО	но	но	но	но
Оливковые косточки	5	7	Следы	Следы	НО	но	но	но	но
ΚϋΡ-Μ8\ν	НО	НО	НО	НО	но	но	но	но	но
Термообработанные клинические отходы	НО	НО	НО	НО	но	но	но	но	но

- 12 009349

Таблица 3Ώ

Распределение температур

	Температура горловины т.сс)	Температура пиролиза Т2(°С)	Температура сушки Т3 (°С)	Температура продуктового газа Т4(°С)	Температура на входе в двигатель Т< (°С)
Отходы шин	1300	700	300	450	42
Оливковые косточки	1150	450	140	250	37
ΚϋΡ-Μ8\ν	1210	600	230	300	40
Клинические отходы	1200	610	240	300	40

*КОР-М8^ - коммунальные твердые отходы

Заключение

Как показано в табл. 2А и 2В, способы обеспечивают хорошее регулирование температуры при всех топливах, создающих температуру в горловине в первой зоне окисления около 1000°С.

Свойства продуктового газа были превосходными, создавая во всех случаях хороший состав топлива для последующего сгорания. В частности, все топлива характеризовались 6 МДж/м³, что превышает, минимум, в 4 МДж/м³, необходимый для сгорания в двигателе внутреннего сгорания.

Как показано в табл. ЗА и 3В, это подходит для полного сгорания, чтобы дать низкие выделения, например, ΝΟ_Χ 5 мг/м³ и 8О2 7 мг/м³ и на уровнях следов для ΝΟ2 и N0.

Пример 4. Подготовка полимера ро1уЫре для использования в фильтре в соответствии с изобретением. Состав масляной и водной фаз дается ниже.

Масляная фаза.

Мономер стирол: (78-Χ-Υ-Ζ)%

Мономер 2-винилпиридин: Х%

Мономер 2-этилгексилакрилат: Υ%

Инициатор диспергирования масляной фазы: Ζ%

Дивинилбензол (агент сшивания): 8%

Сорбитан мономоноолеат (Спан 80, неионное поверхностно-активное вещество): 14%

Водная фаза.

Вода, содержащая Ζ% персульфата калия. Предпочтительный фазовый объем водной фазы составляет 80-95%, более предпочтительно 90-95%.

Включение мономера 2-винилпиридина при высоких концентрациях приводит в результате к разрушению эмульсии. Поэтому предпочтительная величина X находится между 5-10%.

Использование 2-этилгексилакрилата должно делать микропористый полимер эластичным. Эластичность полимера приводит в результате к лучшему поглощению механического удара и хорошим характеристикам истирания. Эластичность также полезна для повышения способности гидрофильного полимера поглощать воду. Предпочтительная величина концентрации 2-этилгексилакрилата составляет вплоть до Υ=30%, но более предпочтительно Υ=15%.

Инициатор диспергирования водной фазы и/или масляной фазы присутствует в количестве Ζ=0-1%. Инициатор масляной фазы присутствует, когда не используется инициатор водной фазы, содержащей серу (персульфат калия).

Приготовление эмульсии выполнялось в мешалке периодического действия из масляной фазы и водной фазы, дозированных при заранее определенном расходе, в то время, как эмульсия перемешивалась при постоянной скорости вращения. Расход при дозировании, скорость деформации, скорость смешения были заранее определены как функция объема соответствующих фаз, диаметра мешалки периодического действия и рабочих колес, скорости вращения рабочих колес и времени гомогенизации.

Для того, чтобы устранять различия в характеристиках при различных условиях смешения, смешение характеризуется посредством следующего.

Расход при дозировании:

Скорость деформации в продолжение дозирования:

К. V (г V )

Скорость смешения:

Κμ=Ο1Ω/Ώο где У_Л = объем водной фазы, добавленной за период времени 1_О;

- 13 009349

V,., = объем масляной фазы, помещенной в мешалку периодического действия;

Όι = диаметр рабочих колес;

Ό_ο = Диаметр мешалки периодического действия;

Ω = скорость вращения.

Мы также определяем ΐ_Η как время гомогенизации и ΐ_τ как полное время смешения.

ΐτ=ΐυ+ΪΗ

Два плоских лопастных рабочих колеса (диаметром 8 см и шириной 1,4 см) использовались в резервуаре для смешения диаметром 8,5 см. Раздвижение рабочих колес составляло 1 см. 25 мл масляной фазы помещается на дно резервуара, и 225 мл водной фазы было дозировано с использованием 4 точек подачи. Температура водной фазы находилась в диапазоне от -1,0 до 80°С.

Приготовление полимера посредством полимеризации винилпиридина выполнялось при 40°С в течение 8 ч, за ним следовало при 50°С в течение 8 ч и, наконец, при 60°С в течение других 8 ч. Это гарантирует, что эмульсия не дестабилизируется в процессе полимеризации. Было обнаружено, что полимеры не должны быть чрезмерно высушены во время «стадии сушки». Чрезмерная сушка приводит в результате к уменьшению способности полимера абсорбировать воду, а также к уменьшенной скорости поглощения воды. Обычно способность этих полимеров абсорбировать воду составляет в 10-12 раз больше их собственного веса.

Claims (4)

1. Газификатор для газификации биомассы и отходов для производства потока горючего, содержащий:

a) топливный клапан (22) для загрузки твердого топлива (11) в первую зону (8) окисления,

b) первую горловину (2), определяющую нижний край первой зоны (8) окисления,

c) вторую горловину (4), определяющую нижний край второй зоны (14) окисления,

б) зону (5) восстановления, соединяющую первую зону (8) окисления со второй зоной (14) окисления, и

е) две противоположно размещенные в зоне восстановления вихревые выпускные трубы (18) для потока горючего, в котором в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива.

2. Газификатор по п.1, дополнительно содержащий зону (7) пиролиза над первой зоной (8) окисления и зону (6) хранения и сушки топлива над зоной (7) пиролиза.

3. Газификатор по п.1 или 2, дополнительно содержащий сопла (12, 17) распределения воздуха для обеспечения воздухом первой и второй зон окисления, в котором сопла предусмотрены в первой горловине (2), верхней половине зоны (5) восстановления и второй горловине (4).

4. Газификатор по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий набор (24) центральных воздушных сопел над первой зоной (8) окисления для подачи воздуха в первую зону (8) окисления.

5. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, в котором зона (3) с микропористым катализатором выполнена в форме перфорированной рубашки (3) с катализатором и расположена под зоной (5) восстановления и соединяет первую зону (8) окисления с выпускными трубами (18).

6. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий выпускной механизм (19), расположенный под второй зоной (14) окисления.

7. Газификатор по п.6, в котором выпускной механизм содержит винтовой конвейер.

8. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, в котором первая и/или вторая горловина (2, 4) наклонена под углом (10, 16) между 10 и 40° к горизонтальной оси.

9. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, в котором первая горловина (2) и вторая горловина (4) размещены симметрично относительно общей вертикальной оси.

10. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий средства для всасывания газа, прикрепленные к выпускным трубам (18) с тем, чтобы поддерживать давление в газификаторе (1) ниже атмосферного давления.

11. Газификатор по любому из предшествующих пунктов, в котором площадь поперечного сечения первой и второй зон (8, 14) окисления является меньшей, чем площадь поперечного сечения зон (6) хранения топлива и (7) пиролиза.

12. Газификатор по п.11, в котором площадь поперечного сечения зоны (5) восстановления является меньшей, чем площадь поперечного сечения первой и второй зон (8, 14) окисления.

13. Способ газификации твердого топлива для производства потока горючего с использованием газификатора по любому из пп.1-12, содержащий стадии:

1) частичного окисления топлива из биомассы в первой зоне (8) окисления для производства растительного угля,

2) восстановления растительного угля в зоне (5) восстановления для образования золы,

3) дополнительного окисления любого остатка растительного угля в золе во второй зоне (14) окис

- 14 009349 ления,

4) извлечения потока горючего, произведенного в вышеупомянутых стадиях, посредством выпускной трубы (18), при этом в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, и во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива.

14. Способ по п.13, в котором извлечение проводят через микропористый катализатор (3), размещенный в перфорированной рубашке (3).

15. Способ по любому из пп.13 или 14, в котором первая зона окисления работает при температуре выше чем 850°С, предпочтительно по меньшей мере 1000°С.

16. Способ по любому из пп.13-15, в котором дымовые газы проходят из первой зоны окисления через катализатор (3) для производства газа без жидкого продукта перегонки.

17. Способ по любому из пп.13-16, в котором температурой первой зоны горения управляют посредством модулирования воздуха в воздухозаборнике (9).

18. Способ по любому из пп.13-17, в котором зона восстановления работает при температуре между 600 и 900°С.

19. Способ по любому из пп.13-18, в котором зона окисления работает при температуре между 700 и 800°С.

20. Способ по любому из пп.13-19, содержащий пиролиз топлива в зоне пиролиза для образования растительного угля, который высушивается и протекает самотеком в первую зону окисления, затем в зону восстановления.

21. Способ по п.20, в котором температура в зоне пиролиза составляет 400-600°С и температура в зоне сушки находится в диапазоне 100°С.

22. Способ по п.20 или 21, в котором любые жидкие продукты перегонки, оставшиеся в газах пиролиза, подвергают крекингу в первой зоне окисления.

23. Способ по любому из пп.13-22, обеспечивающий газификацию биомассы типа жидких отходов, например отработанного масла или нефтяного шлама, которая абсорбируется внутри пор между частицами и внутри частиц подходящего горючего носителя.

24. Способ по п.23, в котором горючий носитель имеет высокую внутреннюю пористость и находится предпочтительно в форме волокон для того, чтобы обеспечить обширную пористость между частицами.

25. Способ по п.23 или 24, в котором жидкие отходы смешивают с носителем и брикетируют для повышения величины плотности топливной смеси.

26. Способ по любому из пп.23-25, в котором соответствующий носитель выбирают из опилок, дробленых костных отходов со скотобойни, отходов хлеба/пищевых отходов, коммунальных отходов, высушенного шлама сточных вод, дробленой соломы, муки из зерен рапса, жома сахарного тростника.

27. Установка для газификации, содержащая последовательно газификатор по любому из пп.1-12, водяной скруббер, двойной блок полимерного фильтра, работающий в тандеме, вентилятор, дополнительный двойной блок полимерного фильтра и средство для выпуска продуктового газа для генерации энергии, такое как дымовая труба для потока, проходящая к месту полного сгорания.

28. Установка по п.27, в которой двойной блок полимерного фильтра содержит микропористый полимер, содержащий поры в диапазоне от 0,1 до 300 мкм основные и/или от 300 до 10000, предпочтительно до 1000 мкм, слившиеся для абсорбции воды и жидкого продукта перегонки.

29. Установка по п.27 или 28, в которой полное сгорание осуществляется в двигателе внутреннего сгорания для генерации электричества.

- 15 009349