ITMI20100763A1 - GASIFICATION PROCEDURE WITH THREE STAGES WITH FIXED BED FOR SOLID FUELS - Google Patents
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Description
ââŹĹProcedimento di gassificazione a tre stadi a letto fisso per combustibili solidiâ⏠â ⏠ĹThree-stage fixed bed gasification process for solid fuelsâ âŹ
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
Il brevetto ha per oggetto un processo innovativo riguardante la gassificazione dei combustibili solidi su letto fisso. The patent relates to an innovative process concerning the gasification of solid fuels on a fixed bed.
PREMESSA. Gli apparecchi che realizzano la gassificazione sono chiamati gasogeni. I gasogeni a letto fisso sono apparecchi chiusi, in forma parallelepipeda oppure cilindrica con pareti metalliche internamente rivestite in materiale refrattario indicate con il numero 1 nelle varie figure del brevetto; il gasogeno Ă Ě munito superiormente di un dispositivo 2 per l'alimentazione del combustibile solido da gassificare; questââŹâ˘ultimo passa attraverso un condotto di alimentazione 3 e cade sul letto di materiale 4 inferiormente sostenuto da una griglia metallica mobile oppure fissa 5. Se la velocitĂ dei gas attraverso il letto Ă Ě inferiore a certi valori le particelle che costituiscono il letto sono appoggiate una sullââŹâ˘altra; se viceversa la velocitĂ supera certi limiti le particelle del letto si staccano le une dalle altre e sono tenute in sospensione dal gas muovendosi in continuo: nel primo caso si parla di letto fisso e nel secondo di letto fluido; come giĂ detto il brevetto riguarda i gasogeni a letto fisso. PREMISE. The appliances that carry out gasification are called gas generators. Fixed bed gas generators are closed appliances, in parallelepiped or cylindrical form with metal walls internally lined with refractory material indicated with the number 1 in the various figures of the patent; the gas generator is equipped at the top with a device 2 for feeding the solid fuel to be gasified; the latter passes through a supply duct 3 and falls on the bed of material 4 supported below by a mobile or fixed metal grid 5. If the velocity of the gases through the bed is lower than certain values, the particles that make up the bed are lean one on top of the other; if vice versa the speed exceeds certain limits, the particles of the bed detach from each other and are kept in suspension by the gas, moving continuously: in the first case we speak of a fixed bed and in the second of a fluid bed; as already said, the patent concerns fixed bed gas generators.
Il nostro brevetto riguarda un procedimento di gassificazione da effettuarsi su letto fisso. Our patent relates to a gasification process to be carried out on a fixed bed.
Se, come avviene generalmente, il materiale combustibile Ă Ě accompagnato, oltre che da umiditĂ , anche da materiale non combustibile questââŹâ˘ultimo non puĂ² essere gassificato ed assieme ad un poââŹâ˘ di carbonio residuo costituisce un prodotto di scarto chiamato scorie; tali scorie sono estratte dal gasogeno, dallââŹâ˘estrattore scorie 6. If, as generally happens, the combustible material is accompanied not only by humidity, but also by non-combustible material, the latter cannot be gasified and together with a little residual carbon constitutes a waste product called slag; these slags are extracted from the gas generator, by the slag extractor 6.
LââŹâ˘LFU, pertanto, funziona ottimamente con combustibili a bassa umiditĂ privi di idrogeno; il materiale ideale per esso Ă Ě il coke. The LFU, therefore, works very well with low humidity fuels without hydrogen; the ideal material for it is coke.
LââŹâ˘LFU darebbe un pessimo syngas nella gassificazione di combustibili con plastica, gomme, rifiuti o derivati ed un syngas con troppi catrami ed umiditĂ anche nel caso del legno, specialmente se umido. The LFU would give a bad syngas in the gasification of fuels with plastic, rubbers, waste or derivatives and a syngas with too much tar and humidity even in the case of wood, especially if wet.
LââŹâ˘LFU invece si comporta bene con combustibili con alta presenza di inerti, perchĂŠ questi ultimi giungono nella parte bassa del gasogeno ove si ha la maggiore temperatura e ove il carbonio incontra lââŹâ˘aria di gassificazione nelle migliori condizioni per ossidarsi; ne deriva cosĂÂŹ una buona qualitĂ delle scorie scaricate dal gasogeno stesso nel senso che esse contengono bassa quantitĂ di carbonio incombusto. LFU, on the other hand, behaves well with fuels with a high presence of inerts, because the latter reach the lower part of the gas generator where there is the highest temperature and where the carbon meets the gasification air in the best conditions for oxidation; the result is a good quality of the waste discharged by the gas generator itself in the sense that they contain a low quantity of unburned carbon.
Se si utilizza un gasogeno LFD, rappresentato schematicamente nella Figura 2 di Tavola 1, la presenza di catrami e morchie si riduce drasticamente perchĂŠ i gas, attraversando il letto dallââŹâ˘alto verso il basso, incontrano strati sempre piĂš caldi che esplicano azione di craking sulle sostanze complesse e favoriscono l'ossidazione del combustibile rompendo, ad esempio, le macromolecole dei polimeri. If an LFD gas generator is used, represented schematically in Figure 2 of Table 1, the presence of tars and sludge is drastically reduced because the gases, crossing the bed from top to bottom, encounter increasingly hot layers which perform an action of craking on complex substances and favor the oxidation of the fuel by breaking, for example, the macromolecules of polymers.
In difetto dei gasogeni LFD Ă Ě che, se il combustibile presenta un alto contenuto di inerti, specialmente bassofondenti, quando essi pervengono nelle zone di ossidazione spinta del carbonio ove le temperature sono al massimo, essi fondono e la massa fusa determina pesanti disservizi al flusso deHââŹâ˘aria e del combustibile attraverso il letto, costringendo alla fermata del gasogeno. The lack of LFD gas generators is that, if the fuel has a high content of inert materials, especially low melting ones, when they reach the carbon oxidation zones where the temperatures are at their maximum, they melt and the molten mass determines heavy disruptions to the flow of the air and fuel through the bed, forcing the gas generator to stop.
L'estrazione del gas dal fondo dei gasogeni LFD Ă Ě piĂš complessa di quella dei gasogeni LFU, perchĂŠ interferisce con i meccanismi della griglia, che occorre non vengano danneggiati dalla temperatura e dal contatto con il syngas. The extraction of the gas from the bottom of the LFD gas generators is more complex than that of the LFU gas generators, because it interferes with the mechanisms of the grid, which must not be damaged by the temperature and by contact with the syngas.
ASPETTI INNOVATIVI E VANTAGGIOSI DEL NUOVO PROCESSO DI GASSIFICAZIONE A 3 STADI. Con il nuovo processo di gassificazione, verrĂ eliminato sia il difetto dellââŹâ˘ LFU di produrre syngas con catrami e prodotti condensabili come lââŹâ˘acqua, sia il difetto dellââŹâ˘LFD di non funzionare correttamente quando il combustibile presenta elevate quantitĂ di inerti, specialmente se bassofondenti. INNOVATIVE AND ADVANTAGEOUS ASPECTS OF THE NEW 3-STAGE GASIFICATION PROCESS. With the new gasification process, both the defect of the LFU of producing syngas with tars and condensable products such as water, and the defect of the LFD of not functioning correctly when the fuel has high quantities of inert materials, will be eliminated. especially if they are low melting.
Il processo di gassificazione a tre stadi a letto fisso (LF3S), oggetto del presente brevetto, Ă Ě rappresentato nello schema a blocchi della Figura 3 di Tavola 2. The three-stage fixed bed gasification process (LF3S), object of this patent, is represented in the block diagram of Figure 3 of Table 2.
in tale procedimento il materiale viene inviato nel primo stadio costituito da un LFU, dove avviene lââŹâ˘evaporazione dellââŹâ˘umiditĂ del combustibile e la gassificazione delle componenti volatili e di una parte del carbonio; nel funzionamento ideale, nella parte bassa del letto, il materiale che passa al secondo stadio Ă Ě costituito interamente da carbonio fisso o char. in this process, the material is sent to the first stage consisting of an LFU, where the evaporation of the humidity of the fuel and the gasification of the volatile components and part of the carbon takes place; in the ideal functioning, in the lower part of the bed, the material that passes to the second stage is made entirely of fixed carbon or char.
Nel primo stadio le pareti 1 sono concettualmente e praticamente eguali a quelle dei gasogeni convenzionali per cui si utilizza lo stesso codice; la stessa cosa avviene per il dispositivo di alimentazione 2 e per il canale di alimentazione 3. In the first stage the walls 1 are conceptually and practically the same as those of conventional gas generators for which the same code is used; the same thing happens for the feeding device 2 and for the feeding channel 3.
II combustibile cade sul letto 11 la cui altezza, a paritĂÂ di potenzialitĂÂ e di combustibile, Ă Ě inferiore a quella del gasogeno convenzionale LFU, per cui Ă Ě stato utilizzato un codice differente; anche la griglia 12 Ă Ě diversa da quella convenzionale, nel senso che in essa non avviene tutta la gassificazione ma solo una parte per cui, in linea di massima, avrĂÂ superficie inferiore. The fuel falls on the bed 11 whose height, with the same capacity and fuel, is lower than that of the conventional gas generator LFU, for which a different code has been used; grid 12 is also different from the conventional one, in the sense that not all of the gasification takes place in it but only a part for which, in principle, it will have a lower surface.
La quantitĂ di aria 13 e di vapore 14 alimentate sotto la griglia sono inferiori a quelle del gasogeno convenzionale, perchĂŠ la gassificazione che si realizza nel 1 ° stadio Ă Ě parziale; nel freeboard 15 i gas hanno una composizione diversa da quella finale, per cui il volume del freeboard puĂ² essere ridotto. Nel freeboard del 1 ° stadio i gas sono a temperatura relativamente bassa ( indicativamente ma non limitatamente sui 400 - 500 °C) e contengono vapor d'acqua e prodotti volatili di ogni genere sia a basso che ad alto peso molecolare ed ha, specialmente con combustibili a bassa umiditĂ e alto contenuto di idrogeno, un buon potere calorifico. The quantity of air 13 and steam 14 fed under the grate are lower than those of the conventional gas generator, because the gasification that takes place in the 1st stage is partial; in freeboard 15 the gases have a different composition from the final one, so the volume of the freeboard can be reduced. In the 1st stage freeboard the gases are at a relatively low temperature (indicatively but not limited to 400 - 500 ° C) and contain water vapor and volatile products of all kinds, both low and high molecular weight and has, especially with fuels with low humidity and high hydrogen content, a good calorific value.
Dal letto del 1 ° stadio il materiale passa al letto del 2 stadio mediante il canale di caduta oppure il trasportatore meccanico 16 mentre il syngas passa dal freeboard 15 del 1 stadio al freeboard 20 del 2 stadio tramite il condotto 17. Nel funzionamento ideale il materiale solido che giunge al secondo stadio Ă Ě costituito da carbonio fisso (in italiano) o char (in inglese), che Ă Ě composto solo da carbonio e da materiali solidi non combustibili (inerti); il char non puĂ² piĂš gassificare per semplice riscaldamento, in quanto non contiene nĂŠ materiali volatili nĂŠ ossigeno mediante il quale si potrebbe avere gassificazione del carbonio per ossidazione parziale dello stesso ad ossido di carbonio (CO). Premesso che il funzionamento del 2° stadio sarĂ trattato piĂš avanti, per ora ci si limita a dire che il letto di materiale 18 che si forma nel 2° stadio Ă Ě mosso da una grĂÂŹglia mobile 19 dalla quale il materiale, tramite il canale di caduta o il trasportatore meccanico 22, passa sul letto fisso 24 del 3° stadio mosso dalla griglia 25. Quando il materiale solido sulla griglia 25 ha raggiunto la fine del suo percorso esso Ă Ě costituito solo da materiali inerti con un poââŹâ˘ di carbonio che non possono piĂš gassificare, ovvero Ă Ě diventato scoria e come tale viene scaricata dal gasogeno mediante l'estrattore 6, concettualmente e praticamente eguale a quello dei gasogeni convenzionali. From the bed of the 1st stage the material passes to the bed of the 2nd stage through the drop channel or the mechanical conveyor 16 while the syngas passes from the freeboard 15 of the 1st stage to the freeboard 20 of the 2nd stage through the duct 17. In the ideal operation, the material solid that reaches the second stage consists of fixed carbon (in Italian) or char (in English), which is composed only of carbon and solid non-combustible materials (inert); char can no longer gasify by simple heating, as it does not contain volatile materials or oxygen through which carbon gasification could be achieved by partial oxidation of the same to carbon monoxide (CO). Given that the functioning of the 2nd stage will be treated later, for now we limit ourselves to saying that the bed of material 18 that is formed in the 2nd stage is moved by a mobile grating 19 from which the material, through the the fall channel or the mechanical conveyor 22, passes over the fixed bed 24 of the 3rd stage moved by the grid 25. When the solid material on the grid 25 has reached the end of its path it is made up only of inert materials with a little of carbon that can no longer gasify, that is, it has become slag and as such is discharged from the gas generator by means of the extractor 6, conceptually and practically the same as that of conventional gas generators.
A parte una piccola quantitĂ che finisce nel syngas in forma di polvere, gli inerti attraversano il 1° ed il 2° stadio e giungono al 3° stadio mischiati al carbonio e senza materiali volatili che si sono giĂ sviluppati negli stadi precedenti; il letto del 3° stadio, pertanto, Ă Ě costituito da char con la maggiore concentrazione di inerti. Apart from a small quantity that ends up in the syngas in the form of powder, the aggregates pass through the 1st and 2nd stages and reach the 3rd stage mixed with carbon and without volatile materials that have already developed in the previous stages; the bed of the 3rd stage, therefore, is made up of char with the highest concentration of aggregates.
Il 3° stadio Ă Ě del tipo LFU, ma essendo in esso presente solamente il char, Ă Ě nelle condizioni ideali di funzionamento e puĂ² sopportare gli alti contenuti di inerti in esso presenti; dalla griglia viene insufflata l'aria 26 ed il vapore 27; lââŹâ˘aria nella zona inferiore del letto, ossida il carbonio a C02; questa reazione Ă Ě fortemente esotermica, per cui riscalda il char che scende verso il basso, ivi comprendendo gli inerti in esso presenti e riscalda i gas che salgono verso lââŹâ˘alto; si formano cosĂÂŹ le condizioni ideali per gassificare il carbonio al massimo livello riducendone la presenza nelle scorie, con analoga riduzione delle perdite di energia per carbonio incombusto nelle scorie. The 3rd stage is of the LFU type, but since only the char is present in it, it is in ideal operating conditions and can withstand the high content of inert materials present in it; the air 26 and the steam 27 are blown from the grate; the air in the lower area of the bed oxidizes the carbon to C02; this reaction is strongly exothermic, so it heats the char that goes downwards, including the inerts present in it, and heats the gases that rise upwards; in this way the ideal conditions are created to gasify the carbon at the highest level, reducing its presence in the slag, with a similar reduction of energy losses due to unburned carbon in the slag.
La fusione degli inerti nel letto viene evitata miscelando l'aria di gassificazione con una opportuna quantitĂ di vapore in modo che, verificandosi la reazione del gas dââŹâ˘acqua, che Ă Ě endotermica, non si raggiunga il punto di fusione delle ceneri. The melting of the aggregates in the bed is avoided by mixing the gasification air with a suitable quantity of steam so that, when the reaction of the water gas, which is endothermic, does not reach the melting point of the ashes.
Il gas che esce dal letto del 3° stadio Ă Ě il classico gas misto con potere calorifico discreto e passa dal freeboard 28 del 3° stadio al freeboard 20 del 2° stadio attraverso il condotto 23. The gas that comes out of the 3rd stage bed is the classic mixed gas with discrete calorific value and passes from the 3rd stage freeboard 28 to the 2nd stage freeboard 20 through conduit 23.
FUNZIONAMENTO DEL 2° STADIO. Il freeboard del 2° stadio esplica la funzione fondamentale di effettuare il cracking delle molecole complesse provenienti specialmente dal 1° stadio, suddividendole possibilmente a livello di singole molecole. AffinchĂŠ il cracking possa avvenire, i gas devono essere portati in alta temperatura (indicativamente ma non limitatamente sui 1000 -1500 °C) e per raggiungere tale temperatura essi devono essere parzialmente ossidati tramite l'aria 21, con formazione di CO e C02. OPERATION OF THE 2ND STAGE. The 2nd stage freeboard performs the fundamental function of cracking complex molecules coming especially from the 1st stage, possibly dividing them at the level of single molecules. In order for the cracking to take place, the gases must be brought to a high temperature (indicatively but not limited to 1000 -1500 ° C) and to reach this temperature they must be partially oxidized through the air 21, with the formation of CO and C02.
Nel freeboard 20 del 2° stadio vi Ă Ě la presenza di vapor dââŹâ˘acqua proveniente specialmente dal freeboard 15 del 1° stadio e da ulteriore eventuale aggiunta di vapor dââŹâ˘acqua 22 per ottimizzare il processo; lââŹâ˘alta temperatura del gas del 2° stadio, oltre che essere necessaria per il cracking, riscalda, per irraggiamento e per convezione, anche il char presente nel letto 18 del 2° stadio, in modo che possano avvenire le reazioni endotermiche del gas dââŹâ˘acqua e di riduzione della C02. Da notare che, a differenza di quanto avviene nei LFD convenzionali, allââŹâ˘interno del letto non viene insufflato ossigeno, per cui non vi Ă Ě pericolo di sovratemperature che facciano fondere gli inerti. In the freeboard 20 of the 2nd stage there is the presence of water vapor coming especially from the freeboard 15 of the 1st stage and any further addition of water vapor 22 to optimize the process; the high gas temperature of the 2nd stage, as well as being necessary for cracking, also heats, by radiation and convection, the char present in bed 18 of the 2nd stage, so that the endothermic reactions of the gas can take place of water and reduction of C02. It should be noted that, unlike what happens in conventional LFDs, no oxygen is blown into the bed, so there is no danger of overheating which causes the aggregates to melt.
Le reazioni endotermiche, oltre a produrre un ottimo syngas, sono positive anche nel senso che, mano a mano che si scende verso la griglia, si abbassa la temperatura del syngas, per cui la griglia, eventualmente raffreddata nelle parti metalliche piĂš delicate, sarĂ in grado di resistere alle sollecitazioni termiche dovute al contatto con il syngas che la attraversa. The endothermic reactions, in addition to producing an excellent syngas, are also positive in the sense that, as you go down towards the grid, the temperature of the syngas is lowered, so that the grid, possibly cooled in the more delicate metal parts, will be able to withstand the thermal stresses due to contact with the syngas that passes through it.
UnââŹâ˘altra favorevole peculiaritĂ del sistema Ă Ě costituita dal fatto che il letto 18 del 2° stadio effettua anche unââŹâ˘azione di filtro fisico nei riguardi di eventuale presenza di catrami e morchie, per cui il syngas viene estratto dal fondo privo di tali sostanze. Another favorable peculiarity of the system is constituted by the fact that the bed 18 of the 2nd stage also carries out a physical filter action in respect of the possible presence of tars and sludge, for which the syngas is extracted from the bottom without such substances.
FUNZIONAMENTO GLOBALE DELLââŹâ˘LF3S. Sintetizzando quanto sopra esposto sul funzionamento dellââŹâ˘LF3S, il vantaggio del sistema Ă Ě costituito dal fatto che la gassificazione viene spezzata in 3 fasi, per ognuna delle quali Ă Ě possibile operare in modo che il letto del materiale da gassificare e le reazioni che debbono avvenire al suo interno siano ottimizzate, potendo dosare l'aria di gassificazione ed il vapore nella maniera migliore. GLOBAL OPERATION OF THE LF3S. Summarizing the above on the operation of the LF3S, the advantage of the system consists in the fact that the gasification is divided into 3 phases, for each of which it is possible to operate in such a way that the bed of the material to be gasified and the reactions that must take place inside are optimized, being able to dose the gasification air and steam in the best way.
Spezzando il letto in 3 parti Ă Ě possibile avere, in ciascun letto, unââŹâ˘altezza di materiale inferiore a quella che si avrebbe operando su un letto singolo, per cui si controlla in maniera migliore la fluidodinamica del materiale solido che costituisce il letto fisso. By breaking the bed into 3 parts it is possible to have, in each bed, a height of material lower than that which would be obtained by operating on a single bed, so that the fluid dynamics of the solid material that constitutes the fixed bed is better controlled. .
Ad esempio, nel 1° stadio, Ă Ě piĂš facile far fronte allââŹâ˘eventuale formazione di blocchi nel letto 11 che potrebbe avvenire a causa della presenza di materiali bassofondenti quali, in particolare, le plastiche; analogamente, nel 3° stadio, Ă Ě piĂš facile tenere sotto controllo la fusione dei materiali inerti che potrebbe avvenire allââŹâ˘interno del letto 25. For example, in the 1st stage, it is easier to cope with the possible formation of blocks in the bed 11 which could occur due to the presence of low melting materials such as, in particular, plastics; similarly, in the 3rd stage, it is easier to keep under control the melting of inert materials that could take place inside the bed 25.
Il syngas 17 proveniente dal 1° stadio, che ha unââŹâ˘eccessiva quantitĂ di materie volatili ad alto peso molecolare e di vapor dââŹâ˘acqua e quello 24 proveniente dal 3° stadio, che tende ad avere quantitĂ eccessive di C02, vengono ulteriormente processati nel 2° stadio, in modo che nel syngas finale 15 non vi Ă Ě presenza delle sostanze negative contenute in 17 e 24. The syngas 17 coming from the 1st stage, which has an excessive quantity of volatile materials with high molecular weight and water vapor and the syngas 24 coming from the 3rd stage, which tends to have excessive quantities of C02, are further processed in the 2nd stage, so that in the final syngas 15 there is no presence of the negative substances contained in 17 and 24.
Molto importante Ă Ě lââŹâ˘azione del cracking che avviene nel freeboard del 2° stadio, per far sĂÂŹ che il syngas finale sia costituito solo da sostanze a basso peso molecolare, anche per i suoi riflessi in fase di depurazione del syngas. The cracking action that takes place in the 2nd stage freeboard is very important, to ensure that the final syngas is made up only of low molecular weight substances, also due to its reflections in the syngas purification phase.
Ad esempio, nei reattori LFU, se nel combustibile vi Ă Ě presenza di cloro, si forma facilmente diossina, la cui molecola contiene il cloro fortemente legato ad anelli di tipo aromatico. Con i normali sistemi di depurazione ad umido oppure a secco, non Ă Ě possibile ottenere una reazione chimica selettiva fra il cloro ed il reattivo di depurazione (una sostanza basica quale, ad esempio, NaOH oppure NA2C03 oppure CA(OH)2). Se la stessa molecola di diossina viene invece portata oltre i 1000 °C, anche in assenza di ossigeno, essa si suddivide in parti minori ed esĂÂŹste una notevole probabilitĂ che il cloro resti legato solamente allââŹâ˘idrogeno, formando acido cloridrico, che reagisce facilmente con le sostanze basiche di cui sopra, formando sali solidi in forma di polvere, che possono essere facilmente separati dal syngas in un filtro a maniche. For example, in LFU reactors, if chlorine is present in the fuel, dioxin is easily formed, the molecule of which contains chlorine strongly bound to aromatic rings. With normal wet or dry purification systems, it is not possible to obtain a selective chemical reaction between the chlorine and the purification reagent (a basic substance such as, for example, NaOH or NA2C03 or CA (OH) 2). If the same dioxin molecule is instead brought above 1000 ° C, even in the absence of oxygen, it is divided into smaller parts and there is a considerable probability that the chlorine remains bound only to hydrogen, forming hydrochloric acid, which it reacts easily with the basic substances mentioned above, forming solid salts in the form of powder, which can be easily separated from the syngas in a bag filter.
La stessa cosa succede per gli altri inquinanti quali lo zolfo, che si lega in forma di H2F ed il fluoro, che si lega in forma di HF. The same thing happens for other pollutants such as sulfur, which binds in the form of H2F and fluorine, which binds in the form of HF.
Con gli LFU lââŹâ˘alternativa alla soluzione del cracking intermedio Ă Ě quella di portare il syngas in alta temperatura aHââŹâ˘uscita del gassificatore ossidandolo opportunamente ed in tal caso si verifica una perdita di potere calorifico del syngas, che penalizza fortemente la gassificazione. With LFUs, the alternative to the intermediate cracking solution is to bring the syngas to a high temperature at the outlet of the gasifier by suitably oxidizing it and in this case there is a loss of calorific value of the syngas, which strongly penalizes gasification.
Quando il syngas Ă Ě costituito da sostanze elementari a basso peso molecolare, Ă Ě possibile effettuare il raffreddamento del gas mediante superfici di scambio, con le quali il calore sensibile puĂ² essere recuperato e riutilizzato per preriscaldare l'aria e per ottenere vapor dââŹâ˘acqua da utilizzare nella gassificazione, con vantaggio notevole sul rendimento finale. When the syngas is made up of elementary substances with a low molecular weight, it is possible to cool the gas by means of exchange surfaces, with which the sensible heat can be recovered and reused to preheat the air and to obtain steam. water to be used in gasification, with a considerable advantage on the final yield.
Quando nel syngas vi Ă Ě presenza di morchie e di catrami, le superfici di scambio non si possono utilizzare ed il sistema classico Ă Ě quello di effettuare un raffreddamento improvviso del gas con acqua; dopo questo procedimento il syngas Ă Ě costituito da H, CO, CH4, N2, mentre nellââŹâ˘acqua di lavaggio si ritrovano le morchie, i catrami ed il vapor dââŹâ˘acqua condensato, il tutto con la presenza degli inquinanti acidi. When in the syngas there is the presence of sludge and tars, the exchange surfaces cannot be used and the classic system is that of carrying out a sudden cooling of the gas with water; after this process, the syngas is made up of H, CO, CH4, N2, while the sludge, tars and condensed water vapor are found in the washing water, all with the presence of acid pollutants.
Questo tipo di depurazione del syngas comporta una notevole perdita di calore che abbassa il rendimento della gassificazione e pone problemi di smaltimento delle acque di lavaggio non facili da risolvere. This type of syngas purification involves a considerable loss of heat which lowers the efficiency of the gasification and poses problems of disposal of the washing water which are not easy to solve.
GEOMETRIA DELULF3S E SUO UTILIZZO IN CAMPO INDUSTRIALE. DELULF3S GEOMETRY AND ITS USE IN THE INDUSTRIAL FIELD.
Il processo sopra descritto, in campo industriale, puĂ² essere realizzato in piĂš modi, utilizzando sia griglie aventi forma rettangolare che griglie di gassificazione a forma circolare; in maniera non limitativa si riportano alcuni esempi di gasogeni che realizzano il processo oggetto del brevetto. The process described above, in the industrial field, can be carried out in several ways, using both rectangular-shaped grids and circular-shaped gasification grids; in a non-limiting manner, some examples of gas generators that carry out the process object of the patent are reported.
GASOGENO CON GRIGLIE RETTANGOLARI IN VERTICALE. Il processo di gassificazione a letto fisso in 3 stadi rappresentato nella Figura 3 della Tavola 2 puĂ² essere realizzato con un gasogeno a forma parallelepipeda verticale come quello rappresentato schematicamente nelle Figure 4 - 5 - 6 della Tavola 3. Le figure 4 e 5 sono una sezione longitudinale sul lato piĂš corto della sezione in pianta, nella quale si vedono 3 camere, poste una sopra lââŹâ˘altra in verticale, ciascuna di esse composta dalla griglia che sostiene il letto fisso e dal freeboard, nelle quali avviene il processo descritto nel 1°, nel 2° e nel 3° stadio. Il gasogeno Ă Ě delimitato dalle pareti metalliche internamente refrattariate 1; il combustibile solido da gassificare entra mediante il dispositivo 2 e attraverso il canale di alimentazione 3 passa per caduta nel letto fisso 11 sostenuto dalla griglia 12. Nella figura 4 della Tavola 3 le frecce indicano il movimento del materiale solido e si vede che esso passa dal letto 11 alla prima zona del letto 18 attraverso il canale di caduta 16. La griglia mobile 19 muove il materiale attraverso tutto il letto 18 e lo fa cadere all'inizio del letto 25 attraverso il canale 23; la griglia 26 sposta il materiale lungo il letto 25 e lo fa cadere nel canale di scarico scorie 30 dal quale Ă Ě estratto allââŹâ˘esterno del gasogeno tramite l'estrattore scorie 6. Nella Figura 5 della Tavola 3 le frecce si riferiscono al movimento dei fluidi nel gasogeno e si nota che sotto la griglia 12 del 1° stadio viene alimentata l'aria 13 ed il vapore 14 ed essi mediante la griglia 12 sono distribuiti uniformemente alla base del letto 11 dove avvengono le prime gassificazioni ed il syngas esce dalla sommitĂ del letto 11 e si raccoglie nel plenum 15. Da questo plenum il syngas del 1° stadio passa al plenum 20 del 2° stadio mediante i condotti 17. In maniera analoga a quanto avviene nel 1° stadio lââŹâ˘aria 27 ed il vapore 28 sono alimentati sotto la griglia 26 che li distribuisce uniformemente nel letto 25; il syngas che esce da questo letto si raccoglie nel freeboard 29 del 3° stadio e da qui passa nel freeboard 20 del 2° stadio, nel quale viene iniettata lââŹâ˘aria 21 ed il vapore 22. LââŹâ˘aria ossida parte delle sostanze combustibili gassose presenti nel freeboard 20 ed il syngas ivi presente aumenta di temperatura, con il risultato che si verifica il craking delle sostanze ad alto peso molecolare. Il gas, addizionato eventualmente dal vapor dââŹâ˘acqua 22, per le reazioni del gas dââŹâ˘acqua, passa dal freeboard 20 attraverso il letto 18 e viene raccolto nel plenum del sottogriglia da dove Ă Ě aspirato verso lââŹâ˘esterno da un ventilatore. GASOGEN WITH VERTICAL RECTANGULAR GRIDS. The 3-stage fixed bed gasification process represented in Figure 3 of Table 2 can be carried out with a gas generator having a vertical parallelepiped shape such as that represented schematically in Figures 4 - 5 - 6 of Table 3. Figures 4 and 5 are a section longitudinal on the shorter side of the section in plan, in which you can see 3 rooms, placed one above the other vertically, each of them composed of the grid that supports the fixed bed and the freeboard, in which the process described in 1 takes place °, in the 2nd and in the 3rd stage. The gas generator is delimited by the internally refractory metal walls 1; the solid fuel to be gasified enters by means of the device 2 and through the supply channel 3 passes by gravity into the fixed bed 11 supported by the grate 12. In figure 4 of Table 3 the arrows indicate the movement of the solid material and it can be seen that it passes from the bed 11 to the first zone of the bed 18 through the drop channel 16. The movable grid 19 moves the material through the whole bed 18 and makes it fall at the beginning of the bed 25 through the channel 23; the grate 26 moves the material along the bed 25 and makes it fall into the slag discharge channel 30 from which the gas generator is extracted outside by the slag extractor 6. In Figure 5 of Table 3 the arrows refer to the movement of the fluids in the gas generator and it is noted that under the grate 12 of the 1st stage the air 13 and the steam 14 are fed and through the grate 12 they are uniformly distributed at the base of the bed 11 where the first gasifications take place and the syngas leaves the top of bed 11 and is collected in the plenum 15. From this plenum the syngas of the 1st stage passes to the plenum 20 of the 2nd stage through the ducts 17. In a similar way to what happens in the 1st stage, the air 27 and the steam 28 are fed under the grate 26 which distributes them uniformly in the bed 25; the syngas coming out of this bed collects in the freeboard 29 of the 3rd stage and from there it passes into the freeboard 20 of the 2nd stage, in which the air 21 and the steam 22 are injected. The air oxidizes part of the substances gaseous fuels present in the freeboard 20 and the syngas present therein increases in temperature, with the result that the craking of high molecular weight substances occurs. The gas, possibly added by the water vapor 22, for the reactions of the water gas, passes from the freeboard 20 through the bed 18 and is collected in the plenum of the subgrid from where it is sucked outwards by a fan.
GASOGENO CON GRIGLIE RETTANGOLARI IN ORIZZONTALE. Le 3 griglie per la gassificazione LFU del 1° stadio, LFD del 2° stadio e LFU del 3° stadio possono essere collocate sullo stesso piano, una di seguito allââŹâ˘altra, cosĂÂŹ come rappresentato nella Figura 7 di Tavola 4. Ogni griglia Ă Ě caratterizzata dai fatto di avere un plenum nella parte bassa che negli LFU del 1° e 3° stadio raccoglie lââŹâ˘aria ed il vapore da alimentare nel letto mentre nellââŹâ˘LFD del 2° stadio raccoglie il syngas finale proveniente dal letto 18. GASOGEN WITH HORIZONTAL RECTANGULAR GRIDS. The 3 grids for gasification LFU of the 1st stage, LFD of the 2nd stage and LFU of the 3rd stage can be placed on the same plane, one after the other, as shown in Figure 7 of Table 4. Each grid is characterized by the fact of having a plenum in the lower part which in the 1st and 3rd stage LFU collects the air and steam to be fed into the bed while in the 2nd stage LFD collects the final syngas coming from the bed 18.
Fra la griglia 12 e la griglia 19 Ă Ě installato il trasportatore 16 che Ă Ě identico alla griglia, salvo il fatto che non ha forature per la miscela aria-vapore, che in questa zona non vengono insufflati perchĂŠ i gas da essi prodotti potrebbero bypassare il freeboard 15 andando subito nel plenum della griglia 19 del 2° stadio. Analogamente fra le griglie 19 e 25 Ă Ě installato il trasportatore 23; la lunghezza dei trasportatori 16 e 23 sarĂ opportunamente maggiore allââŹâ˘altezza del letto per evitare il bypass di cui sopra. Sempre per costringere il syngas del 1 ° e 3° stadio a non bypassare il proprio freeboard potranno essere installati i setti 31 e 32. La Figura 7 alla Tavola 4 Ă Ě corredata di tutti i codici che individuano le varie parti deirimpianto, che sono identici a quelli riportati sulle Tavole 2 e 3 per cui riteniamo che il funzionamento a 3 stadi del gasogeno anche con questa geometria sia chiaro. The conveyor 16 is installed between the grate 12 and the grate 19, which is identical to the grate, except that it has no holes for the air-steam mixture, which are not blown in this area because the gases they produce could bypass the freeboard 15 going immediately into the plenum of the 2nd stage grid 19. Similarly, the conveyor 23 is installed between the grids 19 and 25; the length of the conveyors 16 and 23 will be suitably greater than the height of the bed to avoid the above bypass. Also to force the 1st and 3rd stage syngas not to bypass its own freeboard, partitions 31 and 32 can be installed. Figure 7 in Table 4 is accompanied by all the codes that identify the various parts of the system, which are identical to those reported on Tables 2 and 3 for which we believe that the 3-stage operation of the gas generator is clear even with this geometry.
GASOGENO CON GRIGLIE RETTANGOLARI A DIVERSE ALTEZZE SFALSATE IN PIANTA. La soluzione Ă Ě rappresentata nella Figura 8 di Tavola 5, nella quale, rispetto alla soluzione in verticale delle Figure 4, 5 e 6, si ha una riduzione in altezza del gasogeno, a fronte di una maggior estensione in pianta. GASOGENO CON GRIGLIE CIRCOLARI SOVRAPPOSTE. La soluzione Ă Ě rappresentata nella Figura 9 di Tavola 6 . LââŹâ˘apparecchiatura Ă Ě analoga a quella a griglia rettangolare in verticale delle Figure 4, 5 e 6, con la sola differenza che la sezione del gasogeno Ă Ě a forma circolare invece che a forma rettangolare. GASOGENI CONVENZIONALI, DISTINTI E SEPARATI, COLLEGATI LATO CHAR E LATO SYNGAS, in modo da realizzare il processo a tre stadi: la soluzione Ă Ě rappresentata nella Figura 10 di Tavola 7. Questa soluzione appare geometricamente molto dispersa. GASOGEN WITH RECTANGULAR GRIDS AT DIFFERENT HEIGHTS ON THE PLANT. The solution is represented in Figure 8 of Table 5, in which, compared to the vertical solution of Figures 4, 5 and 6, there is a reduction in height of the gas generator, against a greater extension in plan. GASOGEN WITH OVERLAPPING CIRCULAR GRIDS. The solution is represented in Figure 9 of Table 6. The equipment is similar to the vertical rectangular grid one in Figures 4, 5 and 6, with the only difference that the gas generator section is circular instead of rectangular. CONVENTIONAL GASOGENS, DISTINCT AND SEPARATE, CONNECTED CHAR SIDE AND SYNGAS SIDE, in order to realize the three-stage process: the solution is represented in Figure 10 of Table 7. This solution appears geometrically very dispersed.
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