PL190952B1 - Sposób i układ do wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego, w którym gaz pirolityczny wytworzony w wyniku procesu pirolizy stosuje się jako paliwo dodatkowe do zasilania kotła energetycznego w procesie „reburningu”, zaś stałą pozostałość pirolizy stosuje się jako sorbent węglowy, znamienny tym, że oczyszczony gaz pirolityczny wdmuchuje się do komory spalania kotła energetycznego bezpośrednio nad strefę spalania palników głównych, następnie prowadzi się właściwy proces „reburningu” wewnątrz kotła energetycznego, a powstałe w wyniku tego procesu spaliny odprowadza się do urządzenia oczyszczającego te spaliny, wykonanego w postaci adsorbera, do którego doprowadza się stałą pozostałość pirolizy, rozdrobnioną uprzednio na cząstki o wielkości do 300 pm, przy czym cząstki te pełniące rolę sorbentu pochłaniającego związki rtęci, rozpyla się wewnątrz adsorbera w przeciw prądzie do strumienia spalin, a następnie spaliny oczyszczone ze związków rtęci, kieruje się do dalszego oczyszczania lub odprowadza się je do atmosfery. 2. Układ do wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego, zawierający reaktor pirolityczny oraz kocioł energetyczny pracujący w systemie „reburningu”, znamienny tym, że reaktor pirolityczny (1) połączony jest przewodem odprowadzającym (2) z układem oczyszczania gazu pirolitycznego (3) powstałego w procesie pirolizy materiału organicznego, który z kolei poprzez przewód gazu oczyszczonego (4) połączony jest z palnikami (5) dostarczającymi ten gaz do strefy spalania kotła energetycznego (6), usytuowanej w komorze tego kotła nad strefą palników głównych (7) ogrzewających kocioł energetyczny (6), zaś wylot spalin powstałych w procesie spalania w kotle energetycznym (6) połączony jest przewodem spalinowym (10) z przelotowym urządzeniem do oczyszczania spalin ze związków rtęci, wykonanym w postaci adsorbera (11), zawierającego otwór wylotowy zprzewodem wylotowym (12) dla oczyszczonych ze związków rtęci spalin oraz zawierającego przewód doprowadzający (13) z urządzeniem rozpylającym rozdrobnione cząstki stałej pozostałości pirolizy wewnątrz adsorbera (11), przy czym przewód doprowadzający (13) połączony jest z przewodem odprowadzającym (16) układu rozdrabniającego (15) stałą pozostałość pirolizy, który połączony jest z dolną częścią reaktora pirolitycznego (1) za pomocą urządzenia transportującego (14)

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego, w którym materiałem organicznym poddawanym pirolizie jest zwłaszcza biomasa, a powstały w wyniku procesu pirolizy gaz pirolityczny stosowany jest jako dodatkowe paliwo w procesie stopniowania paliwa w komorze spalania urządzeń energetycznych, tzw. procesie „reburningu”. Z kolei stałą pozostałość pirolizy wykorzystuje się jako sorbent do adsorpcji rtęci.

Proces stopniowania paliwa w komorze spalania urządzeń energetycznych polega na tym, że zasadnicze paliwo węglowe w ilości do 80% całkowitej mocy energetycznej kotła, dostarczane jest za pomocą palników głównych bezpośrednio do komory spalania kotła w strefę spalania palników głównych, a dodatkowe paliwo w ilości do 20% mocy energetycznej kotła, najczęściej w postaci gazu ziemnego, dostarcza się do komory spalania nad strefę palników głównych, w której to strefie paliwo to spala się z niedomiarem powietrza spalania. W wyniku tego powstaje strefa redukcyjna, tzw. strefa „reburningu”, pozwalająca na redukcję tlenków azotu do azotu cząsteczkowego. Stopień usuwania tlenków azotu może osiągnąć nawet 70%. Wytworzenie strefy redukcyjnej sprzyja jednakże powstawaniu znacznej ilości tlenku węgla oraz węglowodorów. Dlatego też w celu ich dopalenia stosuje się jeszcze wtórne powietrze dopalające nad strefą „reburningu”.

Opisana metoda spalania paliw jest stosowana w świecie na skale przemysłową, ale główną wadą tej metody jest konieczność zakupu dodatkowego paliwa w postaci gazu ziemnego do prowadzenia procesu „reburningu”, co zwiększa koszty wytwarzania energii.

W amerykańskim opisie patentowym nr 5 756 059 przedstawiony jest proces „reburningu”, w którym do komory spalania kotła energetycznego, w strefę spalania usytuowaną nad strefą palników głównych, wprowadza się dodatkowe paliwo do procesu „reburningu”. To dodatkowe paliwo wybrane jest z grupy paliw zawierających węgiel, gaz ziemny, olej, biomasę, odpady komunalne, odpady przemysłowe oraz ich mieszaniny. Jedną z wielu zalet przedstawionego rozwiązania jest wykorzystanie materiałów odpadowych oraz biomasy do procesu „reburningu”.

Biomasa może stanowić niewyczerpane źródło energii i obecnie kilkanaście procent światowych zasobów energii otrzymywanych jest na bazie wykorzystania energetycznego biomasy. Biomasa znajduje zastosowanie przede wszystkim jako paliwo w procesie jej bezpośredniego spalania. Jednakże ze względu na duże rozproszenie jej zasobów, nie znajduje ona zastosowania jako paliwo podstawowe dla dużych kotłów przemysłowych. Dlatego też, biomasa jest wykorzystywana w instalacjach przemysłowych jako dodatkowe paliwo do instalacji spalających węgiel. Ponadto biomasa może być wykorzystywana do procesu zgazowania oraz pirolizy. Powstały w tych procesach gaz wytlewny lub pirolityczny może być wykorzystany jako dodatkowe paliwo użyte w procesie „reburningu”.

Przy spalaniu paliw kopalnych, obok tlenków azotu i tlenków siarki emitowane są do atmosfery znaczne ilości metali ciężkich, wśród których rtęć odgrywa decydującą rolę ze względu na jej silnie toksyczne właściwości. Szacuje się, że około 35% antropogennej emisji rtęci do atmosfery pochodzi ze spalania węgla. Oprócz tego znaczne źródła emisji rtęci stanowi spalanie odpadów komunalnych i przemysłowych, przemysł maszynowy oraz przemysł przetwórstwa metali kolorowych. W celu usuwania związków rtęci ze spalin stosuje się najczęściej metody mokre i praktycznie w układach przemysłowych stosowane są tylko te metody. W pierwszym stopniu oczyszczania gazy przemywane są w klasycznych skruberach natryskowych, w wyniku czego wydzielają się cząsteczki aerozolowe, a pary rtęci ulegają skropleniu. Końcowe wydzielenie oparów rtęci następuje w drugim stopniu oczyszczania w skruberze ruchomym, z wypełnieniem zraszanym roztworem chlorku sodu z dodatkiem sproszkowanego węgla aktywowanego. Węgle aktywowane wykazują silne własności sorpcyjne i znajdują szerokie zastosowanie w procesach oczyszczania spalin. Jednakże ze względu na wysokie koszty ich wytwarzania poszukuje się tańszych materiałów, charakteryzujących się podobnymi własnościami.

W polskim opisie patentowym nr 154 803 przedstawiony jest sposób i urządzenie do wytwarzania gazu wytlewowego ze śmieci przez pirolizę, w którym stałą pozostałość pirolizy, obrobioną częścią wody z obiegu wody płuczącej, stosuje się jako filtr z węglem aktywnym.

Istota sposobu wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego według wynalazku, w którym gaz pirolityczny wytworzony w wyniku procesu pirolizy stosuje się jako paliwo dodatkowe do zasilania kotła energetycznego w procesie „reburningu”, zaś stałą pozostałość pirolizy stosuje się jako sorbent węglowy, polega na tym, że oczyszczony gaz pirolityczny wdmuchuje się do komory spalania kotła energetycznego bezpośrednio nad strefę spalania palników głównych, następnie prowadzi się właściwy proces „reburningu” wewnątrz kotła energetycznego, a powstałe w wyniku tego procesu spaPL190 952 B liny odprowadza się do urządzenia oczyszczającego te spaliny, wykonanego w postaci adsorbera, do którego doprowadza się stałą pozostałość pirolizy, rozdrobnioną uprzednio na cząstki o wielkości do 300 m, przy czym cząstki te pełniące rolę sorbentu pochłaniającego związki rtęci, rozpyla się wewnątrz adsorbera w przeciwprądzie do strumienia spalin, a następnie spaliny oczyszczone ze związków rtęci, kieruje się do dalszego oczyszczania lub odprowadza się je do atmosfery.

Układ do wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego według wynalazku, zawierający reaktor pirolityczny oraz kocioł energetyczny pracujący w systemie „reburningu”, charakteryzuje się tym, że reaktor pirolityczny połączony jest przewodem odprowadzającym z układem oczyszczania gazu pirolitycznego powstałego w procesie pirolizy materiału organicznego, który z kolei poprzez przewód gazu oczyszczonego, połączony jest z palnikami doprowadzającymi ten gaz do strefy spalania kotła energetycznego, usytuowanej w komorze tego kotła nad strefą palników głównych ogrzewających ten kocioł, zaś wylot spalin powstałych w procesie spalania w kotle energetycznym połączony jest przewodem spalinowym z przelotowym urządzeniem do oczyszczania spalin ze związków rtęci, wykonanym w postaci adsorbera, zawierającego otwór wylotowy z przewodem wylotowym dla oczyszczonych ze związków rtęci spalin oraz zawierającego przewód doprowadzający z urządzeniem rozpylającym rozdrobnione cząstki stałej pozostałości pirolizy wewnątrz adsorbera, przy czym przewód doprowadzający połączony jest z przewodem odprowadzającym układu rozdrabniającego stałą pozostałość pirolizy, który połączony jest z dolną częścią reaktora pirolitycznego za pomocą urządzenia transportującego.

Rozwiązanie według wynalazku posiada wiele zalet. Po pierwsze wykorzystuje się odnawialne źródło energii jakie stanowi biomasa, a jako paliwo podstawowe dla dużych kotłów przemysłowych nie znajduje ona zastosowania. Po wtóre, osiąga się znakomity efekt ekologiczny ze względu na równoczesne ograniczenie dwóch rodzajów niebezpiecznych zanieczyszczeń: tlenków azotu oraz związków rtęci. Poza tym nie ma konieczności dostarczania dodatkowo gazu ziemnego oraz sorbenta węglowego z zewnątrz, ponieważ stanowią one podstawowe produkty reaktora pirolitycznego. Oprócz wymienionych zalet należy podkreślić fakt, iż materiał wsadowy do procesu pirolizy nie wymaga specjalnego przygotowania i praktycznie w stanie dostarczonym może być wprowadzony do reaktora bez wstępnej przeróbki.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na podstawie jego realizacji w oparciu o rysunek przedstawiający schematycznie układ zawierający reaktor pirolityczny połączony z kotłem energetycznym, w którym zastosowano „reburning” jako metodę obniżenia emisji tlenków azotu.

W reaktorze pirolitycznym 1 zachodzi proces pirolizy materiału organicznego. Proces pirolizy prowadzi się w temperaturze zapewniającej powstanie dużych ilości gazu oraz stałej pozostałości, w temperaturze co najmniej 550°C. Powstały w górnej części reaktora 1 gaz pirolityczny dostarczany jest przewodem odprowadzającym 2 do układu oczyszczania 3 gazu pirolitycznego, w którym za pomocą znanych urządzeń i metod usuwa się z niego frakcje ciekłe oraz cząstki stałe. Tak przygotowany gaz przewodem gazu oczyszczonego 4 przesyła się palników doprowadzających 5 i za pomocą tych palników wdmuchuje się ten gaz do komory spalania kotła energetycznego 6 nad strefę palników głównych 7. W kotle energetycznym realizowany jest proces spalania metodą stopniowania paliwa znany pod nazwą „reburningu”. Podstawowe paliwo do ogrzewania kotła 6 dostarczane jest palnikami 7. Dodatkowe paliwo do procesu „reburningu” dostarczane jest poprzez palniki 5. W wyniku procesu spalania obu rodzajów dostarczonego paliwa, wewnątrz kotła 6 powstaje strefa redukcyjna 8. W strefie tej zachodzi większość reakcji chemicznych redukcji tlenków azotu:

NO + ŃH2 — N2 + H2O NO + ĆN N- + CO

2NO + 2CO .N2+2CO2

W celu zakończenia procesu spalania dyszami 9 dostarcza się dodatkowe powietrze dopalające, które wdmuchuje się do kotła 6 nad strefę redukcyjną 8. Powstałe w wyniku procesu spalania spaliny odprowadza się przewodem spalinowym 10 do urządzenia oczyszczającego te spaliny ze związków rtęci. Urządzeniem tym jest adsorber 11, który zaopatrzony jest w otwór wylotowy z przewodem wylotowym 12 dla oczyszczonych ze związków rtęci spalin oraz, który zawiera przewód doprowadzający 13 połączony z nie uwidocznionym na rysunku, a usytuowanym wewnątrz adsorbera 11 urządze4

PL190 952 B1 niem rozpylającym rozdrobnione cząstki węglowej stałej pozostałości pirolizy, wytworzonej w reaktorze pirolitycznym 1. Stałą pozostałość pirolizy z reaktora pirolitycznego 1 przesyła się za pomocą urządzenia transportującego 14, którym w przykładzie wykonania jest taśmociąg, do układu rozdrabniającego 15, w którym pozostałość pirolizy rozdrabnia się do wielkości cząstek stałych mniejszych od 300 pm. W układzie rozdrabniającym 15 stosuje się różnego rodzaju młyny oraz sita lub zestawy sit, co nie jest przedmiotem wynalazku. Z układu rozdrabniającego 15 stałą pozostałość pirolizy przesyła się przewodem odprowadzającym 16 poprzez zawór 17 i przewód doprowadzający 13 do adsorbera 11. Stała pozostałość pirolizy składa się w przeważającej ilości ze związków węgla, a jej skład chemiczny jest podobny do składu chemicznego węgla aktywowanego. Z tego też względu drobno zmielona pozostałość pirolizy może być wykorzystana jako sorbent, który rozpylany jest wewnątrz adsorbera 11 w przeciwprądzie do strumienia spalin. Ilość sorbenta rozpylanego w adsorberze 11 zależna jest od rodzaju paliwa użytego w kotle energetycznym. Zawartość związków rtęci w spalinach jest z reguły stała dla danego rodzaju paliwa kopalnego, przykładowo dla węgla wynosi ona do 20 pm/m³. Stąd też na podstawie klasycznych równań adsorpcji można określić jaka ilość sorbenta niezbędna jest do przeprowadzenia procesu oczyszczania spalin ze związków rtęci dla danego układu adsorbera. W przypadku spalania w kotle energetycznym materiałów lub odpadów charakteryzujących się zmiennym składem chemicznym może zmienić się koncentracja związków rtęci w spalinach dochodzących do adsorbera 11. W tym przypadku korzystnie jest mierzyć skład chemiczny spalin za pomocą ogólnie znanego, a nie zaznaczonego na rysunku analizatora spalin, korzystnie umieszczonego w przewodzie spalinowym 10. Na podstawie jego wskazań można precyzyjnie określić ilość sorbenta podawanego do adsorbera 11.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego, w którym gaz pirolityczny wytworzony w wyniku procesu pirolizy stosuje się jako paliwo dodatkowe do zasilania kotła energetycznego w procesie „reburningu”, zaś stałą pozostałość pirolizy stosuje się jako sorbent węglowy, znamienny tym, że oczyszczony gaz pirolityczny wdmuchuje się do komory spalania kotła energetycznego bezpośrednio nad strefę spalania palników głównych, następnie prowadzi się właściwy proces „reburningu” wewnątrz kotła energetycznego, a powstałe w wyniku tego procesu spaliny odprowadza się do urządzenia oczyszczającego te spaliny, wykonanego w postaci adsorbera, do którego doprowadza się stałą pozostałość pirolizy, rozdrobnioną uprzednio na cząstki o wielkości do 300 pm, przy czym cząstki te pełniące rolę sorbentu pochłaniającego związki rtęci, rozpyla się wewnątrz adsorbera w przeciw prądzie do strumienia spalin, a następnie spaliny oczyszczone ze związków rtęci, kieruje się do dalszego oczyszczania lub odprowadza się je do atmosfery.

2. Układ do wykorzystania produktów pirolizy materiału organicznego, zawierający reaktor pirolityczny oraz kocioł energetyczny pracujący w systemie „reburningu”, znamienny tym, że reaktor pirolityczny (1) połączony jest przewodem odprowadzającym (2) z układem oczyszczania gazu pirolitycznego (3) powstałego w procesie pirolizy materiału organicznego, który z kolei poprzez przewód gazu oczyszczonego (4) połączony jest z palnikami (5) dostarczającymi ten gaz do strefy spalania kotła energetycznego (6), usytuowanej w komorze tego kotła nad strefą palników głównych (7) ogrzewających kocioł energetyczny (6), zaś wylot spalin powstałych w procesie spalania w kotle energetycznym (6) połączony jest przewodem spalinowym (10) z przelotowym urządzeniem do oczyszczania spalin ze związków rtęci, wykonanym w postaci adsorbera (11), zawierającego otwór wylotowy z przewodem wylotowym (12) dla oczyszczonych ze związków rtęci spalin oraz zawierającego przewód doprowadzający (13) z urządzeniem rozpylającym rozdrobnione cząstki stałej pozostałości pirolizy wewnątrz adsorbera (11), przy czym przewód doprowadzający (13) połączony jest z przewodem odprowadzającym (16) układu rozdrabniającego (15) stałą pozostałość pirolizy, który połączony jest z dolną częścią reaktora pirolitycznego (1) za pomocą urządzenia transportującego (14).