PL193518B1 - Generator do zgazowania materiałów węglonośnych - Google Patents

Abstract

Generator do zgazowania meteriałów węglonośnych zbudowany z komory szybowej oraz regeneratorów, znamienny tym, że komora szybowa (1) wyposażona jest w regeneratory (2) rozmieszczone na przeciwległych jej stronach i połączone poprzez otwory przepływowe komory (3) usytuowane przeciwległe na wysokości strefy zgazowania (5) komory szybowej (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator do zgazowania materiałów węglonośnych ulegających procesom pirolizy, szczególnie mieszanin paliw starych oraz odpadów organicznych pochodzenia naturalnego i syntetycznego.

Procesy zgazowania paliw stałych znane są od szeregu lat a ich rozwój związany był z okresem rozkwitu przemysłowych technologii syntezy opartej na karbochemii. Aktualnie obserwuje się powrót do wykorzystania procesów zgazowania w dużej skali przemysłowej. Szczególne zastosowanie znajdują one w energetycznych kombinowanych systemach wytwarzania energii elektrycznej gdzie wykorzystuje się głównie generatory fluidalne (typu Winklera lub Koppersa) oraz w mniejszej skali przemysłowej do utylizacji odpadów pochodzenia organicznego gdzie z kolei wykorzystywane są generatory ze złożem stacjonarnym głównie typu Lurgi.

Znane są generatory Lurgi gdzie proces zgazowania polega na przetłoczeniu czynnika zgazowującego, którym przeważnie jest mieszanina tlenu i pary wodnej, przez warstwę paliwa o strukturze gruboziarnistej natutalnej bądź wcześniej odpowiednio przygotowanej na przykład przez brykietowanie. Czynnik zgazowujący wprowadzany jest do paliwa w dolnej części generatora przez ruszt, nad którym w strefie żaru zachodzą procesy zgazowania. Wytworzone produkty gazowe transportowane są przez warstwę paliwa zapasowego i wyprowadzane z generatora w górnej jego części.

Wytworzony w generatorze gaz ma zadawalającą czystość w wypadku zgazowania paliw bezdymnych (koksu) natomiast jego zastosowanie do zgazowania różnego rodzaju innych materiałów węglowodorowych jest ograniczone. Dotyczy to szczególnie materiałów ulegających pirolizie. Z paliwa takiego w warstwie bespośrednio sąsiadującej ze strefą żaru wydzielane są produkty odgazowania o konsystencji olejowej i smolistej, które unoszone z gazem powodują uciążliwe jego zanieczyszczenie. Ponadto generator Lurgi ze względu na wysoką temperaturę gazu wyprowadzanego charakteryzuje się niską sprawnością energetyczną.

Znacząca poprawa sprawności energetycznej procesu zgazowania osiągana jest w znanym również generatorze Linde-Karwata. Generatory te stosowane były do zgazowania paliw stałych a także do konwersji różnych gazów węglowodorowych na gaz syntezowy. Generator Linde-Karwata zbudowany jest z dwu bliźniaczych pieców szybowych połączonych ze sobą w dolnej ich części. Przestrzeń wewnętrzna szybów wypełniona jest paliwem. Czynnik zgazowujący (para wodna, CO2, lub mieszanina tych gazów z gazami węglowodorowymi) wprowadzany jest do jednego z szybów w górnej jego części, przepływa przez ten szyb do dołu i przez strefę łączącą oba szyby do drugiego, z którego jest wyprowadzany w górnej części. Kierunek przepływu czynnika zgazowującego zmieniany jest rewersyjnie. Do przestrzeni łączącej oba szyby dodatkowo wprowadzany jest tlen w wyniku czego strefa ta osiąga temperaturę niezbędną dla prowadzenia procesu zgazowania.

Czynnik zgazowujący przepływając przez złoże paliwa w pierwszym szybie generatora ulega podgrzaniu do wysokiej temperatury a następnie w strefie łączącej szyby zgazowuje znajdujące się tam paliwo i kolejno przepływając przez drugi szyb chłodzi się nagrzewając jednocześnie znajdujące się tam paliwo zapasowe. Rozwiązanie to zapewnia uzyskiwanie wysokiej sprawności energetycznej procesu zgazowania a jednocześnie, w przypadku zgazowania materiałów ulegających pirolizie, ogranicza ilość wyprowadzanych z gazem smół, które kondensują na paliwie zapasowym i są ponownie transportowane do strefy zgazowania w kolejnym cyklu rewersji.

Poprawa czystości uzyskiwanego w tym generatorze gazu, w stosunku do gazu z generatora Lurgi jest znaczna, jednak nie wystarczająca do jego dalszego wykorzystania bez dodatkowego oczyszczania. Dodatkowo wadą tego generatora w zastosowaniu do materiałów ulegających pirolizie są zakłócenia przepływu gazów wynikające z kondensacji smół na złożu paliwa. Generator nie nadaje się do zgazowania mieszanin zawierających materiały mięknące lub ulegające stopieniu pod wpływem temperatury.

Celem wynalazku jest generator do zgazowania materiałów węglonośnych pozwalający prowadzić proces z dużą sprawnością energetyczną i jednocześnie umożliwiający wytwarzać gaz o dużej czystości z materiałów ulegających pirolizie, szczególnie zawierających odpadowe materiały organiczne pochodzenia naturalnego lub syntetycznego.

Istosta wynalazku polega na tym, że komora szybowa wyposażona jest w regeneratory rozmieszczone na przeciwległych jej stronach i połączone poprzez otwory przepływowe komory usytuowane przeciwległe na wysokości strefy zgazowania komory szybowej.

PL 193 518 B1

Rozwiązanie konstrukcji generatora według wynalazku w przykładowym wykonaniu pokazano na rysunku, na którym oznaczono: komora szybowa 1, regeneratory 2, otwory przepływowe komory 3, zgazowany materiał węglonośny 4 ze strefą zgazowania (żaru) 5 oraz strefą pozostałości po zgazowaniu (żużel) 6. Kierunek przepływu czynnika zgazowującego przez generator oznaczono strzałkami.

Generator według wynalazku zbudowany jest z komory szybowej i oraz pary regeneratorów 2. Komora szybowa 1 stanowiąca rezerwuar na zgazowane paliwo 4 w dolnej części posiada dwa rozmieszczone po przeciwnych stronach otwory przepływowe komory 3. Każdy z otworów przepływowych komory 3 połączony jest z jednym z regeneratorów 2. Czynnik zgazowujący wprowadzany jest do generatora przez jeden z regeneratorów 2 skąd przez otwór przepływowy komory 3 kierowany jest do komory szybowej 1, przepływa przez jej dolną część i wyprowadzany jest przez drugi otwór przepływowy komory 3 oraz drugi regenerator 2. Kierunek przepływu czynnika zgazowującego zmieniany jest rewersyjnie.

Czynnik zgazowujący nagrzewa się w pierwszym regeneratorze 2 a następnie przepływa przez strefę zgazowania 5 w dolnej części komory szybowej 1 gdzie następuje zgazowanie paliwa. Produkty zgazowania wyprowadzane są przez drugi regenerator 2 gdzie zostają ochłodzone jednocześnie nagrzewając wypełnienie regeneratora 2. W miarę zużywania się paliwa do strefy zgazowania 5 zsuwa się paliwo zapasowe z górnej części komory szybowej 1. Najniższa część komory szybowej 1 wypełniona jest powstającym żużlem 6, który jest sukcesywnie usuwany z generatora.

Powstające w komorze szybowej w górnej części strefy żaru w warstwie nagrzewania paliwa gazowe i ciekłe produkty pirolizy ewakuowane są do przestrzeni o najwyższej temperaturze gdzie ulegają zgazowaniu. Wyprowadzany z tej strefy gaz nie zawiera produktów olejowych i smolistych.

W generatorze według wynalazku czynnik utleniający (tlen, powietrze) może być wprowadzany do generatora łącznie z czynnikiem zgazowującym (parą wodną, CO2) lub oddzielnie specjalnymi przewodami bezpośrednio do dolnej części komory szybowej w strefę żaru. W takim rozwiązaniu generator może być wykorzystany do konwersji różnego rodzaju gazów wodoro- i węglonośnych do gazu syntezowego.

Generator według wynalazku jest szczególnie przydatny do zgazowania mieszanin różnego rodzaju materiałów w tym również zawierających odpadowe tworzywa syntetyczne. Złoże zapasowego paliwa zgromadzone w komorze szybowej nie musi być gazoprzepuszczalne a zawarte w nim składniki termoplastyczne a także niskotopliwe nie zakłócają pracy generatora. Powstające stałe produkty pirolizy zapewniać muszą przepuszczalność złoża w strefie żaru.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Generator do zgazowania meteriałów węglonośnych zbudowany z komory szybowej oraz regeneratorów, znamienny tym, że komora szybowa (1) wyposażona jest w regeneratory (2) rozmieszczone na przeciwległych jej stronach i połączone poprzez otwory przepływowe komory (3) usytuowane przeciwległe na wysokości strefy zgazowania (5) komory szybowej (1).