PL194326B1

PL194326B1 - Sposób wytwarzania produktu gazowego o wysokiej wartości opałowej z materiałów organicznych lub mieszanek materiałów

Info

Publication number: PL194326B1
Application number: PL00354103A
Authority: PL
Inventors: Heinz-Jurgen Mühlen; Christoph Schmid
Original assignee: Muehlen Gmbh & Co Kg Dr
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2007-05-31
Also published as: HRP20020246A2; CA2387690A1; SI20749A; CN1376188A; BR0014217A; JP4264525B2; ES2244476T3; HRP20020246B1; US7077878B1; AU7780200A; DE50010310D1; PT1226222E; BR0014217B1; MXPA02003116A; EP1226222A1; RU2240341C2; CZ20021021A3; CN1213129C; EP1226222B1; HUP0202874A2

Abstract

1. Sposób wytwarzania produktu gazowego o wyso- kiej wartosci opalowej, z materialów organicznych lub mieszanek materialów, w którym nosnik ciepla prowa- dzony w obiegu przechodzi poprzez strefe nagrzewania, strefe reakcyjna, strefe pirolizy i stopien rozdzielczy, a nastepnie zawraca do strefy nagrzewania, przy czym materialy organiczne lub mieszanki materialów, w strefie pirolizy, przez kontakt z nagrzanym nosnikiem ciepla zostaja rozdzielone na stala pozostalosc zawierajaca wegiel i gazy pirolityczne stanowiace faze lotna, po czym po przejsciu przez strefe pirolizy, stala pozosta- losc zawierajaca wegiel zostaje oddzielona w stopniu rozdzielczym od nosnika ciepla, a gazy pirolityczne zostaja zmieszane z para wodna jako srodkiem reakcyj- nym i w strefie reakcyjnej, przez wymiane czesci ciepla zawartego w nagrzanym nosniku ciepla, zostaja tak dodatkowo nagrzane, ze powstaje produkt gazowy o wysokiej wartosci opalowej, znamienny tym, ze pare wodna domieszywa sie do gazów pirolitycznych w stre- fie pirolizy, calosc stalej pozostalosci zawierajacej we- giel, doprowadza sie do osobnego paleniska i tam spa- la, a gorace spaliny z tego paleniska prowadzi sie po- przez zasyp nosnika ciepla znajdujacy sie w strefie nagrzewania tak, ze odczuwalne cieplo oddawane jest w okreslony sposób do nosnika ciepla. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania produktu gazowego o wysokiej wartości opałowej z materiałów organicznych albo mieszanek materiałów, w którym nośnik ciepła prowadzony w obiegu przechodzi poprzez strefę nagrzewania, strefę reakcyjną, strefę pirolizy i stopień rozdzielczy, a następnie powraca do strefy nagrzewania, przy czym materiały organiczne lub mieszanki materiałów, w strefie pirolizy, przez kontakt z nagrzanym nośnikiem ciepła zostają rozdzielone na stałą pozostałość zawierającą węgiel i gazy pirolityczne stanowiące fazę lotną, po czym po przejściu przez strefę pirolizy, stała pozostałość zawierająca węgiel zostaje oddzielona w stopniu rozdzielczym od nośnika ciepła, a gazy pirolityczne zostają zmieszane z parą wodną jako środkiem reakcyjnym i w strefie reakcyjnej, przez wymianę części ciepła zawartego w nagrzanym nośniku ciepła, zostają tak dodatkowo nagrzane, że powstaje produkt gazowy o wysokiej wartości opałowej.

Podobny sposób jest znany z opisu DE 971 789 C. Opis ten stanowi najbliższy stan techniki. Uprzednio znany sposób służy do wytwarzania gazu miejskiego ze stałych paliw przez pirolizę i zgazowywanie. Nagrzewanie ośrodka przenoszącego ciepło następuje w strefie nagrzewania przez palnik gazowy, opalany energią obcą. Stałą pozostałość powstającą przy pirolizie wyprowadza się z systemu i stosuje w inny sposób, jak na przykład do paleniska kotłowego.

Z opisu DE 10 90 632 B jest znane urządzenie odgazowujące, sprzężone z kotłem parowym. Odgazowanie paliwa stałego następuje przy tym przez kontaktowanie z gorącym ośrodkiem przenoszącym ciepło w reaktorze z ruchomym złożem. Odgazowane paliwo spala się, a gazy spalinowe stosuje się najpierw przy oddawaniu części ich odczuwalnego ciepła do wytwarzania pary. Po ochłodzeniu poniżej temperatury topnienia popiołu prowadzi się następnie gazy spalinowe z kotła przez górną część reaktora odgazowującego, do którego z powrotem przetransportowano ośrodek przenoszący ciepło po opuszczeniu stopnia odgazowania i gdzie występuje w postaci złoża ruchomego.

Z opisu US-PS 4 568 362 (1) znany jest sposób zgazowywania organicznych materiałów i mieszanek materiałów, w którym materiały organiczne wprowadza się do reaktora pirolitycznego, w którym materiały te wchodzą w kontakt z nośnikiem ciepła (ośrodkiem przenoszącym ciepło), wskutek czego zachodzi szybka piroliza, przy której materiały te są przetwarzane na produkty pirolizy, to znaczy na pirolityczne gazy z substancjami podlegającymi kondensacji i na stałą pozostałość zawierająca węgiel. Energię cieplną konieczną do pirolizy wytwarza się przez spalanie stałej pozostałości zawierającej węgiel. Gazy pirolityczne zawierające smołę, w drugiej strefie reakcyjnej poddaje się reakcjom krakowania i reakcjom z parą wodną tak, że uzyskuje się produkt gazowy o dużej wartości opałowej.

W sposobie tym, zarówno piroliza jak i spalanie stałej pozostałości zawierającej węgiel, dokonuje się w warstwie fluidalnej. W górnej części pirolitycznego reaktora fluidyzacyjnego znajduje się strefa reakcyjna dla gazów pirolitycznych zawierających smołę. Nośnik ciepła razem ze stałą pozostałością zawierającą węgiel, odprowadzany jest częściowo poprzez kołpak pirolitycznego reaktora fluidyzacyjnego, a pozostała część odprowadzana jest poprzez przewód umieszczony przy górnej granicy warstwy fluidalnej. Tutaj spala się stałą pozostałość zawierająca węgiel, a nośnik ciepła zostaje nagrzany. Nagrzany nośnik ciepła oraz popiół usuwane są z paleniska fluidalnego razem ze spalinami, i w separatorze gazu i substancji stałych umieszczonym powyżej pirolitycznego reaktora fluidyzacyjnego zostają rozdzielone i doprowadzone do strefy reakcyjnej reaktora pirolitycznego, z której ponownie opadają do warstwy fluidalnej reaktora pirolitycznego (obieg nośnika ciepła).

Eksploatowanie takich warstw fluidalnych jest jednak bardzo trudne, a oddziaływanie na reakcje gazów pirolitycznych w strefie reakcyjnej jest prawie niemożliwe. Ponadto w strefie reakcyjnej konieczne jest stosowanie silnie przegrzanej pary wodnej, co wymaga zastosowania wody przygotowanej wstępnie przy dużych nakładach.

Z opisu DE-PS 197 55 693 (2) znany jest sposób zgazowywania materiałów organicznych i mieszanek materiałów, w którym materiały organiczne w reaktorze ze złożem fluidalnym wprowadza się w kontakt z nośnikiem ciepła, wskutek czego zachodzi szybka piroliza, przy której materiały organiczne przetwarzane są w stałą pozostałość zawierającą węgiel oraz gaz pirolityczny, składający się z lotnych i gazowych składników podlegających kondensacji.

Następnie nośnik ciepła i koks pirolityczny poddaje się spalaniu, przy którym spala się pozostałość zawierająca węgiel, a nośnik ciepła nagrzewa się przed ponownym wprowadzeniem do procesu pirolizy.

Zawierający smołę gaz pirolityczny, po dodaniu środka reaktywnego (z reguły pary wodnej) w drugiej strefie reakcyjnej wykonanej jako pośredni wymiennik ciepła, zostaje tak dodatkowo nagrzaPL 194 326 B1 ny, że uzyskuje się produkt gazowy o dużej wartości opałowej, przy czym pośrednie nagrzewanie tego nośnika ciepła dokonuje się za pomocą gazów spalinowych podczas ich chłodzenia. Popiół z paleniska pochodzący z części strumienia mieszanki złożonej z nośnika ciepła i popiołu ze stałej pozostałości zawierającej węgiel, zostaje mechanicznie oddzielony od nośnika ciepła, a następnie ochłodzony i usunięty.

Sposób ten posiada jednak pewne własności, które urządzenie do przeprowadzania tego sposobu czynią pracochłonnym i drogim oraz które mogą ujemnie wpływać zarówno na pracę jak i dyspozycyjność urządzenia. Po pierwsze nośnik ciepła transportowany jest z miejsca spalania ponownie do procesu pirolizy w jego stanie nagrzanym, to znaczy przy temperaturze znacznie powyżej temperatury pirolizy wynoszącej 550-650°C. Z tego powodu pod względem materiałowym i mechanicznym konieczne jest stosowanie środków transportowych wymagających dużych nakładów. Ponadto, jeżeli nagrzany nośnik ciepła zmieszany jest jeszcze z popiołem należy się liczyć ze zmięknieniem tego ostatniego, a więc i z problemami spiekania. Po drugie, stosowany pośredni wymiennik ciepła, ze względu na swoje warunki pracy, tzn. jednostronne temperatury od 500 do 1000°C, z drugiej warunki redukujące i silnie korozyjne składniki zarówno w gazie pirolitycznym jak i w produkcie gazowym, jak również w gazie spalinowym wymaga stosowania drogich materiałów, a ze względu na mięknienie popiołu konieczny jest czasem dodatkowy kłopotliwy układ oczyszczający. Niebezpieczeństwo spiekania się popiołu w wymienniku ciepła narzuca też ścisłe granice eksploatacji i ukształtowania paleniska. Dalsza trudność polega na domieszywaniu pary do gazów pirolitycznych, gdyż albo parę przy dużych nakładach trzeba znacznie podgrzewać, lub uzyskuje się spadek temperatury, który może spowodować kondensację smoły i związane z tym problemy spiekania. Poza tym nie wykluczone są sytuacje, w których określone przechodzenie ciepła na nośnik ciepła ogrzewany ponownie w palenisku, nie może być zapewniony. Można się obawiać, że koks pirolityczny i nośnik ciepła odmieszają się w palenisku tak, że na przykład w przypadku paleniska rusztowego koks pirolityczny spala się u góry na warstwie, natomiast nośnik ciepła jest wręcz chłodzony przez powietrze napływające do rusztu od dołu.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie prostego do przeprowadzania sposobu wytwarzania wysokowartościowego, nierozrzedzonego produktu gazowego o dużej wartości opałowej, przy nie dużym nakładzie aparaturowym, w którym to sposobie unika się stosowania warstw fluidalnych lub wymienników ciepła o obustronnie wysokiej temperaturze, i w którym przechodzenie ciepła z paleniska na nośnik ciepła następuje w szczególnie określony sposób.

Sposób wytwarzania produktu gazowego o wysokiej wartości opałowej, z materiałów organicznych lub mieszanek materiałów, w którym nośnik ciepła prowadzony w obiegu przechodzi poprzez strefę nagrzewania, strefę reakcyjną, strefę pirolizy i stopień rozdzielczy, a następnie zawraca do strefy nagrzewania, przy czym materiały organiczne lub mieszanki materiałów, w strefie pirolizy, przez kontakt z nagrzanym nośnikiem ciepła zostają rozdzielone na stałą pozostałość zawierającą węgiel i gazy pirolityczne stanowiące fazę lotną, po czym po przejściu przez strefę pirolizy, stała pozostałość zawierająca węgiel zostaje oddzielona w stopniu rozdzielczym od nośnika ciepła, a gazy pirolityczne zostają zmieszane z parą wodną jako środkiem reakcyjnym i w strefie reakcyjnej, przez wymianę części ciepła zawartego w nagrzanym nośniku ciepła, zostają tak dodatkowo nagrzane, że powstaje produkt gazowy o wysokiej wartości opałowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy, całość stałej pozostałości zawierającej węgiel, doprowadza się do osobnego paleniska i tam spala, a gorące spaliny z tego paleniska prowadzi się poprzez zasyp nośnika ciepła znajdujący się w strefie nagrzewania tak, że odczuwalne ciepło oddawane jest w określony sposób do nośnika ciepła.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy, w pobliżu wyjścia mieszanki składającej się z nośnika ciepła i stałej pozostałości zawierającej węgiel.

Część gazów pirolitycznych lub produktu gazowego spala się w palenisku dla pozostałości zawierającej węgiel lub w oddzielnym palenisku, a uwolnione przy tym ciepło wykorzystuje się w strefie pirolizy i w strefie reakcyjnej.

Korzystnie, reakcję gazów pirolitycznych z parą wodną przeprowadza się w obecności katalizatora.

W sposobie według wynalazku stosuje się nośnik ciepła składający się z materiałów ogniotrwałych wybranych z grupy obejmującej; piasek, żwir, grys, glinokrzemian, korund, szarogłaz, kwarcyt lub kordieryt.

PL 194 326 B1

Stosuje się nośnik ciepła składający się z formowanych elementów wykonanych z metalowych materiałów, korzystnie z materiałów magnetycznych lub niemetalowych materiałów ceramicznych, także z materiałów spiekanych lub grudek rudy żelaza.

Stosuje się nośnik ciepła, którego całość przynajmniej częściowo składa się z materiału aktywnego katalitycznie w strefie reakcyjnej.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku oddzielenie nośnika ciepła od stałej pozostałości zawierającej węgiel dokonuje się magnetycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy.

Oddzielanie nośnika ciepła od stałej pozostałości zawierającej węgiel, przeprowadza się pneumatycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy, przy zastosowaniu klasyfikacji pneumatycznej, a jako ośrodek odsiewający wykorzystuje się korzystnie powietrze, w tym przypadku korzystnie powietrze do spalania w palenisku lub spaliny, tu korzystnie spaliny zawrócone z paleniska.

Transportowanie przynajmniej jednego z następujących ośrodków następuje skokowo lub przesuwnie: materiał organiczny, nośnik ciepła, stała pozostałość zawierająca węgiel, mieszanka nośnika ciepła ze stałą pozostałością zawierającą węgiel przy opuszczaniu strefy pirolizy.

Odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska przynajmniej częściowo wykorzystuje się do wytwarzania pary wodnej jako środka reakcyjnego lub do wstępnego podgrzewania powietrza dla paleniska.

Odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska przynajmniej częściowo wykorzystuje się bezpośrednio lub pośrednio do wstępnego suszenia i nagrzewania materiału organicznego.

Nośnik ciepła po przejściu poprzez strefę nagrzewania dzieli się na część, która przechodzi poprzez strefę reakcyjną, oraz na część, którą stosuje się bezpośrednio w strefie pirolizy, a nośnik ciepła, który przebył już strefę reakcyjną kieruje się dalej do strefy pirolizy lub dodaje się do reszty nośnika ciepła, za strefą pirolizy.

Korzystnie, oprócz nośnika ciepła poprzez strefę pirolizy prowadzi się silnie zasadową, stałą substancję, korzystnie tlenek wapniowy, wodorotlenek wapniowy lub węglan wapniowy, którą następnie również oddziela się od nośnika ciepła i prowadzi się poprzez palenisko lub odprowadza się bezpośrednio na zewnątrz.

Produkt gazowy chłodzi się, a powstający przy tym kondensat oczyszcza się i stosuje się ponownie do wytwarzania pary procesowej, lub dodaje się do paleniska albo do nośnika ciepła lub do pozostałości zawierającej węgiel, dla odparowania i spalenia zawartych w niej substancji nadających się do spalenia.

W sposobie według wynalazku;

a) parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy,

b) całą stałą pozostałość zawierającą węgiel doprowadza się do osobnego paleniska i tam spala,

c) a gorące spaliny z tego paleniska prowadzi się poprzez zasyp nośnika ciepła znajdujący się w strefie nagrzewania, przy czym odczuwalne ciepło oddawane jest w określony sposób do nośnika ciepła.

Zaleta cechy a) polega na tym, że przy tego rodzaju doprowadzaniu pary wodnej, para wodna ogrzewa się razem z powstającym gazem pirolitycznym, tak że przy mieszaniu pary wodnej i gazu pirolitycznego nie mogą wystąpić żadne zjawiska kondensacji, tworzenie sadzy i tym podobne. Miałoby to miejsce, gdyby para wodna została doprowadzona bezpośrednio do istotnie gorętszego gazu pirolitycznego.

Przy cesze b) spala się otrzymaną zgodnie z cechą a) wystarczającą ilość stałych pozostałości, w osobnym palenisku, które może być celowo tak eksploatowane, że powstaje wystarczająca ilość gorących gazów spalinowych, które następnie zgodnie z cechą c) prowadzi się poprzez zasyp nośnika ciepła znajdujący się w strefie nagrzewania.

Trzy etapy; a) b) i c) współdziałają synergicznie i dają w sposobie według wynalazku szczególnie wysokie wyprowadzenie produktu gazowego i przebiegają równocześnie bez zasilania energią obcą.

Podobnie jak w publikacji DE 19755693 podstawowy pomysł jest dalej rozwinięty, a sposób podzielony jest na trzy operacje proste do przeprowadzenia: szybka piroliza, uzyskiwanie produktu gazowego z gazów pirolitycznych po domieszaniu pary procesowej w reakcjach homogenicznych przy doprowadzaniu ciepła oraz wytwarzanie ciepła koniecznego do pirolizy i reakcji w fazie gazowej przez spalanie koksu pirolitycznego ze stałej pozostałości zawierającej węgiel. Istotne rozwinięcie stanowi jednak pomysł, aby ciepło paleniska w określony i wymuszony sposób przenosić na nośnik ciepła. Jeżeli jednak (tak jak to opisano w publikacji DE 19755693) koks pirolityczny i nośnik ciepła w postaci

PL 194 326 B1 mieszanki wprowadzi się do paleniska, to należy liczyć się z tym, że na przykład na ruszcie spalania nośnik ciepła i koks pirolityczny ulegną odmieszaniu tak, że podczas spalania nośnik ciepła nie tylko będzie niedostatecznie nagrzewany, lecz nawet chłodzony przez powietrze do spalania przepływające od dołu poprzez ruszt. Jedynie w rurowym piecu obrotowym lub w warstwie fluidalnej możliwe jest określone i wymuszone przenoszenie ciepła, gdyż tutaj substancje stałe przemieszywane są intensywnie pod działaniem przegarniającym rusztu. Jednakże rurowy piec obrotowy jest bardzo drogim paleniskiem, ze złym domieszywaniem powietrza, natomiast warstwa fluidalna nie jest brana pod uwagę z wyżej opisanych względów.

Według wynalazku bezpośrednio po opuszczeniu reaktora pirolitycznego mieszanka koksu pirolitycznego i nośnika ciepła zostaje rozdzielona, przy czym koks pirolityczny wprowadza się do strefy nagrzewania, w której jako zasyp poddany jest przepływowi gorącego gazu i zostaje ogrzany w wymagany sposób. Wskutek uzyskanego przez to oddzielenia spalania koksu pirolitycznego od nagrzewania nośnika ciepła uzyskuje się to, że spalanie koksu pirolitycznego może być całkowicie dostosowane do wymagań dla tego typu paliwa, to znaczy że ponownie można tu stosować różne typy paleniska. Ponadto, strefa nagrzewania nośnika ciepła może być przemieszczona do dowolnego punktu urządzenia zgodnie ze sposobem według wynalazku tak, że zamiast kłopotliwego, mechanicznego transportu nośnika ciepła nagrzanego do maksymalnej temperatury procesu, konieczny jest tylko stosunkowo prosty transport gorących spalin pochodzących z paleniska i transport do strefy nagrzewania nośnika ciepła o najniższej temperaturze procesu, to znaczy temperaturze podstawowej po opuszczeniu reaktora pirolitycznego.

Według wynalazku pirolizę materiałów organicznych prowadzi się w reaktorze, który przy możliwie dużej prostocie aparatury i prostym sposobie eksploatacji umożliwia w stosunkowo skuteczny sposób przejście ciepła koniecznego do nagrzewania, suszenia i pirolizy. Do tego z reguły stosuje się reaktor z ruchomym złożem lub bęben obrotowy. Temperatura pirolizy znajduje się wtedy w zakresie 500-600°C.

Rodzaj oddzielania koksu pirolitycznego i nośnika ciepła zależy od jakości nośnika ciepła i może być przeprowadzany w różny sposób. Rozdzielanie mechaniczne prowadzi się na przykład przy zastosowaniu dwustopniowego odsiewania. Korzystne jest przy tym, gdy temperatura rozdzielanych ośrodków wynosi tylko około 500-600°C tak, że można tu stosować materiały rynkowe. Oddzielanie dwustopniowe przeprowadza się wtedy, gdy nośnik ciepła składa się z cząstek o trwałym kształcie i o wąskich granicach wielkości ziarna. Przy tym nośnik ciepła odprowadzany jest jako ośrodek pośredni, natomiast koks pirolityczny odprowadzany jest jako ośrodek zgrubny i drobny. Jak długo oba sita są wystarczająco blisko względem siebie usytuowane, to do nośnika ciepła przechodzi stosunkowo mały udział koksu pirolitycznego, gdzie z reguły nie powoduje on zakłóceń. Inną możliwość stanowi wykorzystanie nośnika ciepła o własnościach magnetycznych, na przykład stalowych kulek. Można je oddzielić z mieszanki za pomocą magnesu. Należy tu jednak zauważyć, że magnetycznego oddzielania gorących materiałów sypkich nie można dokonywać przy zastosowaniu składników znajdujących się na rynku. Poza tym istnieje możliwość klasyfikacji powietrznej jeżeli nośnik ciepła ma dostateczną gęstość. Jako ośrodek klasyfikujący nadaje się tu powietrze do spalania, jednakże ze względów bezpieczeństwa korzystne jest zastosowanie części strumienia zawracanych spalin. W tym przypadku zaleca się bardzo bliskie usytuowanie paleniska względem stopnia oddzielającego. Palenisko może wykorzystywać fluidyzację względnie dyspersję paliwa w gazie nośnym, jak na przykład palenisko wirowe.

Wskutek oddzielenia nośnika ciepła i koksu pirolitycznego typ paleniska jest prawie nieistotny. Istnieją jednak pewne warunki brzegowe: przy określonej temperaturze reformingu spaliny przy końcu paleniska wydalane są przy temperaturze, która uwzględnia straty cieplne na drodze do strefy nagrzewania, oraz wskaźnik spiętrzenia temperatury przenoszenia ciepła na nośnik ciepła w obrębie strefy nagrzewania, a także wskaźnik spiętrzenia temperatury nośnika ciepła przy przenoszeniu ciepła w drugiej strefie reakcyjnej podczas reformingu. Jeżeli na przykład temperatura reformingu wynosi 1000°C, to nośnik ciepła przy wejściu do tej strefy powinien mieć temperaturę około 1050°C. Przy odpowiednim wykonaniu strefy nagrzewania można to uzyskać za pomocą spalin ogrzanych do temperatury 1075°C. Aby pokryć straty na drodze od paleniska do tej strefy nagrzewania, spaliny przy opuszczaniu paleniska muszą być bardziej gorące, czyli mieć temperaturę na przykład 1100°C. Poza tym dotrzymane muszą być określone warunki brzegowe odnoszące się do mineralnej części koksu pirolitycznego. Tak na przykład stapianie się lub spiekanie popiołu nie muszą tu być wykluczone, lecz popiół jako produkt może wymagać suchego odprowadzania unikając rozmiękczenia, na przykład gdy

PL 194 326 B1 zgazowywane są odchody kurze, a wytworzony popiół ma być stosowany jako wysokowartościowy, cenny nawóz. W takich przypadkach można zastosować stopniowane spalanie, przy pracy poniżej warunków stechiometrycznych, przy których dopiero po dodaniu powietrza wtórnego uzyskuje się całkowite spalanie, a tym samym konieczną temperaturę. Należy dodać, że w przypadkach, w których utworzony koks pirolityczny nie wystarcza do wytworzenia ciepła procesowego, należy dodatkowo spalić produkt gazowy.

Drugie istotne uzupełnienie stanowi tu włączenie drugiej strefy reakcyjnej do obiegu nośnika ciepła. Reformowanie zachodzi w bezpośrednim kontakcie z nośnikiem ciepła zgodnie ze znanymi reakcjami z parą wodną, na przykład;

CnHm+nH-O>nCO+ (^m/2+n) H2

Dopuszczalne są spiekanie w wyniku możliwego tworzenia się sadzy oraz inne procesy krakowania, gdyż ze względu na obieg nośnika ciepła powierzchnie przenoszące ciepło stale ulegają regeneracji. Skutkiem włączenia drugiej strefy reakcyjnej do obiegu nośnika ciepła jest znaczne powiększenie obiegu nośnika ciepła.

Sposób według wynalazku umożliwia przynajmniej dwie zasadnicze możliwości prowadzenia obiegu nośnika ciepła. W odniesieniu donośnika ciepła druga strefa reakcyjna i reaktor pirolityczny mogą być połączone szeregowo lub równolegle. Istotną zaletą układu szeregowego jest prostota pod względem aparatury. Strefa nagrzewania, druga strefa reakcyjna i reaktor pirolityczny są tak umieszczone względem siebie, że nośnik ciepła pod wpływem siły ciężkości porusza się poprzez układ z góry do dołu. Wstosunku do układuopisanego w publikacji DE 19755693, piroliza została na tylezmieniona, że teraz przeprowadza się ją przy użyciu dużo mniejszej ilości nośnika ciepła w wyraźnie niższej temperaturze. Jeżeli na przykład nośnik ciepła o temperaturze 1050°C wchodzi do drugiej strefy reakcyjnej w celu reformingu, to opuszcza on tę strefę przy temperaturze wynoszącej tylko około 750°C. Przy układzie równoległym stopień pirolizy nie ulega zmianie w stosunku do układu opisanego w w/w publikacji. Wskutek rozdziału gorącego strumienia nośnika ciepła na reaktor pirolityczny i drugą strefę reakcyjną a następnie wspólne jego prowadzenie, konieczne są większe nakłady na aparaturę. Dlatego układ równoległy jest korzystny w tych przypadkach, w których korzystny jest kontakt wsadu ze szczególnie gorącym nośnikiem ciepła. Należy też zwrócić uwagę na domieszywanie pary procesowej do gazów pirolitycznych przed reformingiem, w drugiej strefie reakcyjnej. Powinno to następować w nadmiarze w porównaniu do oczekiwanych jednorodnych reakcji w fazie gazowej, gdyż tylko tak można zmniejszyć możliwość tworzenia się sadzy. Punktem odniesienia jest tu dotrzymanie określonego stężenia pary wodnej w świeżym produkcie gazowym, które powinno wynosić na przykład 20% objętościowych lub więcej. W innym przypadku należy oczekiwać, że regulacja ilości dodawania pary procesowej o stężeniu pary wodnej jako wielkości mierzonej, może być bardzo kłopotliwa i droga. Korzystne jest nastawienie stałej wartości za pomocą istniejących pomiarów ilości niezależnie od wydajności. Realizacja sposobu według wynalazku, o której mowa w każdym przypadku, polega na wyborze miejsca zmieszania pary procesowej z gazem pirolitycznym. Musi ono nastąpićnajpóźniej przed wejściem do drugiej strefy reakcyjnej (do reformera), może jednak w kierunku przeciwnym do strumienia zostać ono przemieszczone do reaktora pirolitycznego i tam być rozmieszczone dowolnie w obrębie reaktora pirolitycznego aż do jego dolnego końca. Z dolnym końcem reaktora pirolitycznego wiąże się więc wyjście mieszanki składającej się z nośnika ciepła i stałej pozostałości zawierającej węgiel. Przez to zmienia się wprawdzie rozdział zastosowania ciepła pomiędzy pirolizę i reforming, lecz w końcu płukanie pirolizy parą przy dodawaniu pary w pobliżu wyjścia substancji stałych z reaktora pizolitycznego z wielu względów jest korzystne. Po pierwsze, temperatura gazu pirolitycznego na drodze do drugiej strefy reakcyjnej nie ulega zmniejszeniu w żadnym miejscu tak, że nie należy obawiać się kondensacji. Po drugie, z publikacji (3) znane jest, że uzysk lotnych składników przy pirolizie biomasy może ulec zwiększeniu przez płukanie parą wodną. Może to być korzystne, gdyż zbyt duży uzysk stałego produktu pirolizy ponad zapotrzebowanie ciepła dla sposobu, zmniejsza uzysk produktu gazowego i w związku z tym skuteczność gazu chłodzonego. Po trzecie, zapobiega się przez to możliwemu wyciekowi gazu pirolitycznego w kierunku stopnia rozdzielczego dla nośnika ciepła i koksu pirolitycznego.

Szczególnie korzystna postać wykonania sposobu według wynalazku przewiduje, że parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy, w pobliżu wyjścia mieszanki składającej się z nośnika ciepła (ośrodka przenoszącego ciepło) i stałej pozostałości zawierającej węgiel. W ten sposób, jak już opisano powyżej, podwyższa sięw efekcie uzysk lotnych składników w trakcie pirolizy.

PL 194 326 B1

Korzystna dalsza postać wykonania sposobu według wynalazku przewiduje, że część gazów pirolitycznych lub produktu gazowego spala się w palenisku dla stałej pozostałości zawierającej węgiel lub w oddzielnym palenisku, a uwolnione przy tym ciepło wykorzystuje się w strefie pirolizy strefy reakcyjnej. Ten środek zaradczy jest korzystny zwłaszcza wtedy, gdy pozostałości zawierające węgiel nie całkiem wystarczają do zasilania w energię procesu. Dalsze podwyższenie uzysków powstaje, gdy reakcję gazów pirolitycznych z parą wodną przeprowadza się w obecności katalizatora.

Jako nośnik ciepła (ośrodek przenoszący ciepło) nadają się zwłaszcza materiały ogniotrwałe takie jak piasek, żwir, grys, glinokrzemian, korund, szarogłaz, kwarcyt lub kordieryt. Jako nośnik ciepła nadają się również formowane elementy wykonane z metalowych materiałów, korzystnie z materiałów magnetycznych, lub niemetalowych materiałów ceramicznych, materiałów spiekanych lub grudek rudy żelaza.

Przynajmniej część całości zastosowanego nośnika ciepła może składać się z materiału aktywnego katalitycznie w strefie reakcyjnej. W ten sposób można zwiększyć prędkość i dokładność procesów przebiegających w strefie reakcji.

Ponadto przewiduje się, że oddzielenie nośnika ciepła od stałej pozostałości zawierającej węgiel dokonuje się magnetycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy. W tym przypadku, jako nośnik ciepła (ośrodek przenoszący ciepło) trzeba naturalnie zastosować wymieniony powyżej materiał magnetyczny.

Ponadto przewiduje się, że oddzielanie nośnika ciepła (ośrodka przenoszącego ciepło) od stałej pozostałości zawierającej węgiel, przeprowadza się pneumatycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy, przy zastosowaniu klasyfikacji pneumatycznej, przy czym jako ośrodek odsiewający wykorzystuje się korzystnie powietrze, w tym przypadku korzystnie powietrze do spalania w palenisku, lub spaliny, tu korzystnie spaliny zawrócone z paleniska. Dzięki tym środkom zaradczym wykorzystuje się dodatkowo optymalnie ciepło odlotowe paleniska.

Aby móc lepiej dostosować sposób do różnych materiałów organicznych lub mieszanin materiałów, w razie potrzeby transportowanie przynajmniej jednego z następujących ośrodków może następować skokowo lub przesuwnie: materiał organiczny, nośnik ciepła, stała pozostałość zawierająca węgiel, mieszanka nośnika ciepła i stałej pozostałości zawierającej węgiel przy opuszczaniu strefy pirolizy.

W celu dalszego polepszenia bilansu energetycznego sposobu według wynalazku przewiduje się, że odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska przynajmniej częściowo wykorzystuje się do wytwarzania pary wodnej jako środka reakcyjnego lub do podgrzewania powietrza dla paleniska.

W tym samym celu odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska można przynajmniej częściowo wykorzystywać bezpośrednio lub pośrednio do wstępnego suszenia i nagrzewania materiału organicznego.

W celu zoptymalizowania procesów przebiegających w strefie reakcji względnie w strefie pirolizy może być ponadto celowe, jeśli nośnik ciepła po przejściu poprzez strefę nagrzewania dzieli się na część, która przechodzi poprzez strefę reakcyjną oraz na część, którą stosuje się bezpośrednio w strefie pirolizy, a nośnik ciepła, który przebył strefę reakcyjną kieruje się dalej do strefy pirolizy, lub dodaje się do pozostałego ośrodka przenoszącego ciepło, za strefą pirolizy.

Oprócz nośnika ciepła poprzez strefę pirolizy można przeprowadzać silnie zasadową, stałą substancję. Oddziela się ją następnie również od nośnika ciepła i prowadzi się poprzez palenisko lub bezpośrednio na zewnątrz. Jako stała, silnie zasadowa substancja jest przykładowo możliwy tlenek wapniowy, wodorotlenek wapniowy lub węglan wapniowy.

Wreszcie sposób według wynalazku może być udoskonalony w taki sposób, że produkt gazowy chłodzi się, a powstający przy tym kondensat oczyszcza się i stosuje się ponownie do wytwarzania pary wodnej. Alternatywnie kondensat można dodawać do paleniska, do nośnika ciepła lub do stałej pozostałości zawierającej węgiel, dla odparowania i spalenia zawartych w nim nadających się do spalenia substancji.

Na fig. 1 przedstawiony jest przykład wykonania instalacji do realizacji sposobu według wynalazku. Chodzi tu o przedstawiony powyżej układ szeregowy, w którym od góry do dołu połączone są jedno za drugim, strefa nagrzewania, druga strefa reakcyjna (reformer) i reaktor pirolityczny. Materiał wsadowy 101 wprowadza się do reaktora pirolitycznego 104 poprzez urządzenie transportowe 102 i śluzę 103. Urządzenie transportowe 102 wykonane jest jako przenośnik ślimakowy, przenośnik taśmowy lub tym podobny, i może być ogrzewane, przy czym korzystnie może tu być zastosowane ciepło niskotemperaturowe 151 spalin i produktu gazowego (patrz dalej poniżej), w celu zwiększenia

PL 194 326 B1 stopnia całkowitej wydajności. Opary 152, w przypadku układu otwartego, odprowadzane są do otoczenia, w innym przypadku doprowadzane są do reaktora pirolitycznego 104 lub do paleniska 105. Doprowadzanie do reaktora pirolitycznego 104 ma tę zaletę, że można doprowadzać mniej pary procesowej. Technicznie prostszym jest jednak doprowadzanie do paleniska 105, gdyż jest ono eksploatowane przy niewielkim podciśnieniu. Reaktor pirolityczny 104 wykonany jest korzystnie jako cylindryczny szyb. Oprócz wsadu wpada tu także nośnik ciepła (ośrodek przenoszący ciepło) przechodzący poprzez śluzę 106 z drugiej strefy reakcyjnej (reformer) 107. Śluza 106 jest dowolnej budowy, korzystnie jednak wykonana jest jako śluza bębnowa z przegrodami lub jako śluza o działaniu impulsowym, przy czym nie musi być ona gazoszczelna.

Najpierw zostanie opisana dalsza droga wydzielonych substancji lotnych. Opuszczają one reaktor pirolityczny 104 w mieszaninie z doprowadzaną parą procesową 109 i poprzez oddzielny przewód 108 przechodzą do drugiej strefy reakcyjnej 107. Zasadniczo możliwa byłaby także droga poprzez śluzę 106 (co eliminowałoby konieczność stosowania osobnego przewodu 108), gdyby śluza ta była stale przepuszczalna dla gazu w sposób dozowany lub w takt przebiegu jej pracy.

Podczas, gdy nośnik ciepła może być doprowadzany do reaktora pirolitycznego 104 tylko w sposób dozowany z możliwością całkowitego przerwania dopływu, to całkowita ilość gazu pirolitycznego wraz z domieszaną parą procesową 109 zawsze musi mieć możność bezproblemowego uchodzenia. Przez odpowiednie ukształtowanie dna drugiej strefy reakcyjnej (reformer) 107, strumień lotnych substancji pochodzących z pirolizy prowadzi się możliwie długą drogą poprzez zasyp z nośnika ciepła 110, znajdujący się w reformerze. Nośnik ciepła porusza się z góry do dołu w przeciwprądzie względem mieszaniny gazów, reagujących pod wpływem nagrzewania i tworzących gaz procesowy ochładzając się przy tym. W górnej części reformera 107, w celu wspierania przebiegu przemiany, może znajdować się katalizator 111 w postaci zasypu lub korzystnie w postaci struktury komórkowej. Ważne jest, aby katalizator 111 znajdował się przy górnym, gorącym końcu reformera 107, gdyż powstający produkt gazowy w tym miejscu jest jeszcze nieoczyszczony i wskutek tego, w zależności od wsadu 101, może zawierać szereg „trucizn” katalizatora, takich jak siarka. Jednocześnie wiele katalizatorów takich jak na przykład na bazie niklu, przy wysokich temperaturach staje się mniej wrażliwych, a nawet mogą ulegać regeneracji względnie zostają „swobodnie wyprażone”. W reformerze 107 można to osiągnąć bardzo łatwo na przykład przez domieszywanie od czasu do czasu niewielkich ilości powietrza, przy czym jednakże w tym czasie należy się liczyć z pogorszeniem jakości produktu gazowego. U góry strumień produktu gazowego 112 opuszcza reformer 107. W tym miejscu cały strumień gazu pirolitycznego względnie produktu gazowego ma właśnie najwyższą temperaturę tak, że odczuwalne ciepło strumienia produktu gazowego 112 w każdym przypadku powinno zostać wykorzystane. Można to korzystnie przeprowadzić w kotle na ciepło odpadowe 113. Przynajmniej część wytworzonej tam pary może być ponownie doprowadzona do procesu jako para procesowa 109. Po wykorzystaniu ciepła odpadowego surowy produkt gazowy wchodzi do stopnia oczyszczania i kondycjonowania 114, którego sposób działania dobrany jest do dalszego zastosowania produktu gazowego i jest ogólnie znany.

W stopniu oczyszczania 114 zawiera się jednocześnie kondycjonowanie wodnego kondensatu, zawartego tam z reguły wskutek ochładzania produktu gazowego. Nastawianie ciśnienia w reaktorze pirolitycznym 104, korzystnie lekkiego nadciśnienia oraz transportowanie produktu gazowego i jego substancji wyprzedzających, przejmuje wentylator 115. Za wentylatorem 115 oczyszczony strumień produktu gazowego 116 opuszcza urządzenie. Ewentualnie kondycjonowany strumień kondensatu 153 może być doprowadzony do kotła na ciepło odpadowe 113 jako woda zasilająca lub może być odparowany w palenisku 105 tak, że możliwe jest zasadniczo prowadzenie całości procesu bez powstawania ścieków. Możliwość doprowadzania kondensatu do paleniska polega na tym, że kondensat doprowadza się do niżej opisanego stopnia rozdzielczego 121 i odparowuje się go przy ochładzaniu nośnika ciepła lub pozostałości zawierającej węgiel, a opary doprowadza się do paleniska. Jeżeli odczuwalna ilość ciepła ma być wykorzystana w znacznym stopniu i ewentualna para doprowadzana jest do zewnętrznych użytkowników (do czego zalicza się również zewnętrzne lub ewentualnie w urządzeniu transportowym 102 wewnętrzne kondycjonowanie wsadu), to zaleca się wyłącznie zastosowanie wody świeżo doprowadzonej 154 jako wody zasilającej, natomiast kondensat 153 możliwie całkowicie zrzuca się lub „spala. Poniżej opisana zostanie droga nośnika ciepła i koksu pirolitycznego. Mieszanka nośnika ciepła i koksu pirolitycznego poprzez zespół śluzowo-tłoczący 120 wchodzi do stopnia rozdzielczego 121. Jego działanie, mechaniczne odsiewanie lub klasyfikowanie powietrzne, albo magnetyczne, zostało już powyżej opisane. Następnie, oddzielony strumień koksu pirolitycznego 122 przePL 194 326 B1 chodzi, najlepiej bezzwłocznie do paleniska 105. Tam, z powietrzem spalania 155 zostaje spalony tworząc gorące spaliny, które poprzez przewód gorącego gazu 123 tłoczone są do strefy nagrzewania 117 nośnika ciepła (do podgrzewacza wstępnego). Możliwości, aby za pomocą nadmiaru powietrza lub zawracania gazów spalinowych oraz stopniowego spalania, odizolować temperaturę w spalanym materiale oraz temperaturę gazów spalinowych tak, aby mimo żądanej temperatury gazów spalinowych można było usuwać popiół na sucho, są już ogólnie znane i dlatego nie będą bliżej omawiane. Pozostaje jeszcze kwestia strumienia popiołu i żużla 156, które odprowadzane są z paleniska na zewnątrz i podczas tego jest ewentualnie chłodzony. Nośnik ciepła za pomocą organu transportowego 124 transportowany jest bezpośrednio do podgrzewacza wstępnego 117. Organ transportowy wykonany jest tak, że pod względem mechanicznym chroni transport gorącego materiału przy minimalizacji strat ciepła. Przede wszystkim stosuje się tu przenośnik kubełkowy lub rurowy przenośnik łańcuchowy albo wciąg kubełkowy.

W niniejszym wykonaniu według wynalazku podgrzewacz wstępny 117 umieszczony jest bezpośrednio powyżej reformera 107 i oddzielony od niego od strony gazowej przez śluzę 118. Musi być ona gazoszczelna w najwyższym stopniu tak, aby nie następowało zmieszanie się spalin i produktu gazowego. Dodatkowo odnośnie budowy śluzy 118 nie stawia się żadnych specjalnych wymagań. Analogicznie do reformera 107 gaz spalinowy przepływa poprzez podgrzewacz wstępny z dołu do góry w przeciwprądzie do nośnika ciepła. Nośnik ten, o temperaturze podstawowej procesu wynoszącej około 500°C, wchodzi od góry do pogrzewacza wstępnego 117. Temperatura podstawowa wynika z końcowej temperatury pirolizy zmniejszonej o spadek temperatury powodowany przez straty cieplne. Jeżeli podgrzewacz wstępny 117 (to samo odnosi się do reformera 107) wykonany jest jako odpowiednio duży, to organ transportowy 124 oraz śluzy 118 i 106 mogą pracować z dowolnymi przerwami.

Spaliny opuszczają podgrzewacz wstępny 117 przy temperaturze niewiele większej od temperatury podstawowej. Z reguły ilość spalin jest wyraźnie większa od ilości produktu gazowego. Wskutek tego wykorzystanie ciepła odpadowego spalin po opuszczeniu podgrzewacza wstępnego jest tu pilnie potrzebne. Odbywa się to korzystnie przez podgrzewanie powietrza spalania w podgrzewaczu powietrza (LUVO) 125, gdyż w ten sposób odzyskane ciepło po spaleniu, ponownie energetycznie wykorzystywalne jest powyżej temperatury podstawowej około 500°C. Ten rodzaj przemieszczania ciepła na drodze wytwarzania pary jest nierealizowalny lub realizowalny tylko przy niewspółmiernie dużym nakładzie. Za podgrzewaczem (LUVO) 125, utworzone zależnie od wsadu i obowiązujących ograniczeń emisji, umieszczone są znane stopnie oczyszczania 126 i dmuchawa spalin 127, o znanym sposobie działania. Oczyszczone spaliny 157 z reguły wydalane są do otoczenia, przy czym część strumienia 158 zawraca się do paleniska 105 w celu uzyskania lepszego przebiegu temperatury.

Na fig. 2 w sposób uproszczony przedstawiona jest, istotna dla przebiegu sposobu, część urządzenia o równoległym układzie drugiej strefy reakcyjnej (reformer) i reaktora pirolitycznego od strony nośnika ciepła. Droga wsadu 201 poprzez reaktor pirolityczny 202 i stopień rozdzielczy 203 do paleniska 204 (powietrze do spalania 251) pozostaje w zasadzie bez zmian. Jednakże reformer 205 znajduje się tu obok reaktora pirolitycznego na tej samej wysokości, a podgrzewacz wstępny 206 stanowiący strefę nagrzewania, znajduje się ponad reaktorem pirolitycznym 202 i reformerem 205. Z podgrzewacza wstępnego 206, teraz poprzez zaznaczone dwa leje zsypowe i poprzez niezależnie od siebie eksploatowane śluzy dozujące 207 i 208, maksymalnie nagrzany nośnik ciepła transportowany jest równolegle do reformera 205 i do reaktora pirolitycznego 202. Nośnik ciepła opuszczający reformer 205 nie przechodzi poprzez stopień rozdzielczy 203. Jednakże nośnik ciepła, który przeszedł poprzez reaktor pirolityczny 202 i został oddzielony w stopniu rozdzielczym 203 od koksu pirolitycznego, oraz nośnik ciepła, który przeszedł poprzez reformer 205, są jednak wspólnie wprowadzane do podgrzewacza wstępnego 206 za pomocą organu transportowego 209. Odnośnie strumienia produktu surowego 210 i strumienia spalin 211 za podgrzewaczem wstępnym 206, to wszystko przebiega tak jak w układzie szeregowym przedstawionym na fig. 1 tak, że opis układu równoległego można na tym zakończyć.

Na fig.3 w znacznym uproszczeniu przedstawiony jest specjalny przypadek zastosowania sposobu według wynalazku układu szeregowego pokazanego na fig. 1, przy czym ten przypadek zastosowania funkcjonuje w odpowiedni sposób przy układzie równoległym przedstawionym na fig. 2. Tutaj wsad 300 jak zwykle doprowadza się do reaktora pirolitycznego 301, poprzez który przechodzi on tworząc koks pirolityczny. Koks ten w stopniu rozdzielczym 302 jest oddzielany od nośnika ciepła i poprzez stopień chłodzenia i kondycjonowania 303 jest odprowadzany z procesu jako koks nadający się do zastosowania, który można stosować w dowolny sposób. Stopień 303 może tu być na przykład w postaci pojemnika wymiennego poddanego działaniu próżni, lub też w postaci urządzenia do su10

PL 194 326 B1 chego gaszenia koksu. Palenisko 305 w celu nagrzewania nośnika ciepła opalane jest przynajmniej jednym z następujących paliw: paliwem zewnętrznym 30 6, lub częścią strumienia produktu gazowego

307, albo częścią strumienia koksu pirolitycznego 308.

Paliwem 306 może być także część strumienia wsadu 300, jeżeli nadaje się on do spalania. Ma to znaczenie, zwłaszcza przy rozruchu urządzenia zgodnego ze sposobem według wynalazku. Poza tym może być zastosowana duża liczba paliw gazowych, płynnych lub stałych. Jeżeli na przykład produkt gazowy wykorzystywany jest jako środek redukcyjny w procesie przerobu hutniczego, to ewentualnie stosuje się jako paliwo 306 gaz wielkopiecowy lub inny gaz niskokaloryczny. W przypadkach opisanych w związku z fig. 3 stanowisko paleniska 305 nie musi koniecznie znajdować się w bezpośredniej bliskości stopnia rozdzielczego 302, lecz może być położone w bezpośredniej bliskości strefy nagrzewania 309. Nie ma to znaczenia dla reformera 310 jak również dla jakości produktu gazowego 311 oraz dla dalszej obróbki spalin 312. Na fig. 3 przedstawione są ponadto: urządzenie transportowe dla nośnika ciepła 313, śluza do wprowadzania wsadu 320, śluza pomiędzy reformerem i reaktorem pirolitycznym 321, śluza odprowadzająca z reaktora pirolitycznego 321, śluza pomiędzy strefą nagrzewania i reformerem 232, strumień powietrza do spalania 351 oraz strumień pary procesowej 352.

Wynalazek ilustruje poniższy przykład wykonania.

W urządzeniu według fig. 1 zgazowuje się 200 kg/h (atro) drewna, tzn. 286 kg/h wysuszonego na powietrzu drewna o 30% wilgotności. Drewno zawiera 2% popiołu (pozbawionego wody) i składa się poza tym zasadniczo z 50% węgla, 6% wodoru, 42% tlenu i 1,9% azotu, licząc bez wody i popiołu. Dolna wartość opałowa wynosi 18,0 MJ/kg w stanie pozbawionym wody. Termiczna moc odparowywacza wynosiła 1000 kW. Pirolizę prowadzono przy temperaturze 550°C, a reforming za pomocą pary wodnej przy temperaturze 950°C. Ciśnienie robocze stanowiło ciśnienie atmosferyczne. Jako nośnik ciepła zastosowano kulki stalowe o wielkości ziarna około 10 mm. Nośnik ciepła został najpierw nagrzany z temperatury 500° do 950°C. Ze względu na żądaną moc cieplną wynoszącą 251 kW,wymaganą do pirolizy i reformingu oraz dla pokrycia strat cieplnych, ilość obiegowa nośnika ciepła wynosi 4300 kg/h, a więc 21,5-krotność wsadu drewna. Reaktor pirolityczny jest wymurowanym szybem o wysokości cylindra w świetle wynoszącej 1,3m i średnicy w świetle wynoszącej 0,9m, tak że pirolizowane ruchome złoże ma do dyspozycji z pewnością czas przebywania wynoszący 0,5 godz. Podczas pirolizy drewno ulega przemianie tak, że 20% masowych suchej substancji drewna pozostaje jako koks pirolityczny, tzn. 42 kg/h.

Ma on zawartość popiołu 9,5% i na bazie pozbawionej wody i popiołu zawiera 92,2% węgla, 2,6% wodoru i 5,2% tlenu. Wartość opałowa wynosi 29,1 MJ/kg. Reformowanie przebiega przy temperaturze 950°C, przy nasypie nośnika ciepła do wysokości cylindra wynoszącej 0,9 m w świetle i średnicy w świetle wynoszącej 0,7 m tak, że czas przebywania gazu wynoszący 0,5 sek. jest dotrzymywany z pewnością.

Uzyskuje się następujący produkt gazowy: wartość opałowa 9,10 MJ/kg, suchy wodór 59,7% objętościowych, suchy tlenek węgla 17,0% objętościowych, suchy metan 1,4% objętościowych, suchy dwutlenek węgla 21,9% objętościowych, suchy para wodna 24,8% objętościowych, suchy ilość 402 Nm³/h chemiczny strumień entalpii 765 kW

Strumień entalpii koksu pirolitycznego do paleniska wynosi 341 kW. Przy tym ciepło konieczne do reformingu, pirolizy, odparowania ścieków, pochodzi z chłodzenia produktu gazowego i pokrycia strat cieplnych, przy czym nagrzewa ono powietrze do spalania, konieczne w palenisku, do temperatury 350°C. Sprawność paleniska wynosi 80,1%, straty powodowane przez spaliny wynoszą 68 kW. Odczuwalne ciepło produktu gazowego wynosi 168 kW, za pomocą którego można wytworzyć 145 kg/h pary nasyconej o niskim ciśnieniu, z której 50 kg/h konieczne jest jako para procesowa w reformingu, natomiast reszta może być zastosowana do innych celów.

1. US-PS 4 568 362

2. DE-PS 197 556 93

3. M.Stenseng, A.Jensen, K.Dam-Johansen, Gronli: Experimental Investigation and Kinetic Modelling of Biomass Pyrolisis. Proc. 2^nd Olle Lindstrom Symposium, Stockholm 8-11 June 1999, 97-104.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania produktu gazowego o wysokiej wartości opałowej, z materiałów organicznych lub mieszanek materiałów, w którym nośnik ciepła prowadzony w obiegu przechodzi poprzez strefę nagrzewania, strefę reakcyjną, strefę pirolizy i stopień rozdzielczy, a następnie zawraca do strefy nagrzewania, przy czym materiały organiczne lub mieszanki materiałów, w strefie pirolizy, przez kontakt z nagrzanym nośnikiem ciepła zostają rozdzielone na stałą pozostałość zawierającą węgiel i gazy pirolityczne stanowiące fazę lotną, po czym po przejściu przez strefę pirolizy, stała pozostałość zawierająca węgiel zostaje oddzielona w stopniu rozdzielczym od nośnika ciepła, a gazy pirolityczne zostają zmieszane z parą wodną jako środkiem reakcyjnym i w strefie reakcyjnej, przez wymianę części ciepła zawartego w nagrzanym nośniku ciepła, zostają tak dodatkowo nagrzane, że powstaje produkt gazowy o wysokiej wartości opałowej, znamienny tym, że parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy, całość stałej pozostałości zawierającej węgiel, doprowadza się do osobnego paleniska i tam spala, a gorące spaliny z tego paleniska prowadzi się poprzez zasyp nośnika ciepła znajdujący się w strefie nagrzewania tak, że odczuwalne ciepło oddawane jest w określony sposób do nośnika ciepła.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parę wodną domieszywa się do gazów pirolitycznych w strefie pirolizy, w pobliżu wyjścia mieszanki składającej się z nośnika ciepła i stałej pozostałości zawierającej węgiel.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że część gazów pirolitycznych lub produktu gazowego spala się w palenisku dla pozostałości zawierającej węgiel lub w oddzielnym palenisku, a uwolnione przy tym ciepło wykorzystuje się w strefie pirolizy i w strefie reakcyjnej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję gazów pirolitycznych z parą wodną przeprowadza się w obecności katalizatora.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośnik ciepła składający się z materiałów ogniotrwałych wybranych z grupy obejmującej; piasek, żwir, grys, glinokrzemian, korund, szarogłaz, kwarcyt lub kordieryt.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośnik ciepła składający się z formowanych elementów wykonanych z metalowych materiałów, korzystnie z materiałów magnetycznych, lub niemetalowych materiałów ceramicznych, także z materiałów spiekanych lub grudek rudy żelaza.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośnik ciepła, którego całość przynajmniej częściowo składa się z materiału aktywnego katalitycznie w strefie reakcyjnej.
8. Sposób według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że oddzielenie nośnika ciepła od stałej pozostałości zawierającej węgiel dokonuje się magnetycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielanie nośnika ciepła od stałej pozostałości zawierającej węgiel, przeprowadza się pneumatycznie, po opuszczeniu strefy pirolizy, przy zastosowaniu klasyfikacji pneumatycznej, a jako ośrodek odsiewający wykorzystuje się korzystnie powietrze, w tym przypadku korzystnie powietrze do spalania w palenisku lub spaliny, tu korzystnie spaliny zawrócone z paleniska.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że transportowanie przynajmniej jednego z następujących ośrodków następuje skokowo lub przesuwnie: materiał organiczny, nośnik ciepła, stała pozostałość zawierająca węgiel, mieszanka nośnika ciepła ze stałą pozostałością zawierającą węgiel przy opuszczaniu strefy pirolizy.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska przynajmniej częściowo wykorzystuje się do wytwarzania pary wodnej jako środka reakcyjnego lub do wstępnego podgrzewania powietrza dla paleniska.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odczuwalne ciepło produktu gazowego i spalin z paleniska przynajmniej częściowo wykorzystuje się bezpośrednio lub pośrednio do wstępnego suszenia i nagrzewania materiału organicznego.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik ciepła po przejściu poprzez strefę nagrzewania dzieli się na część, która przechodzi poprzez strefę reakcyjną, oraz na część, którą stosuje się bezpośrednio w strefie pirolizy, a nośnik ciepła, który przebył już strefę reakcyjną kieruje się dalej do strefy pirolizy lub dodaje się do reszty nośnika ciepła, za strefą pirolizy.
14. Sposób według zastrz.1, znamienny tym, że oprócz nośnika ciepła poprzez strefę pirolizy prowadzi się silnie zasadową, stałą substancję, korzystnie tlenek wapniowy, wodorotlenek wapniowy

PL 194 326 B1 lub węglan wapniowy, którą następnie również oddziela się od nośnika ciepła i prowadzi się poprzez palenisko lub odprowadza się bezpośrednio na zewnątrz.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt gazowy chłodzi się, a powstający przy tym kondensat oczyszcza się i stosuje się ponownie do wytwarzania pary procesowej, lub dodaje się do paleniska albo do nośnika ciepła lub do pozostałości zawierającej węgiel, dla odparowania i spalenia zawartych w niej substancji nadających się do spalenia.