PL224909B1

PL224909B1 - Sposób i układ do wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej

Info

Publication number: PL224909B1
Application number: PL411560A
Authority: PL
Inventors: Adam Kryłowicz; Jarosław Kryłowicz
Original assignee: Jjra Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2017-02-28
Also published as: EP3268308B1; WO2016142903A1; CN105969434A; US20180066199A1; PL411560A1; EP3268308A1; EP3268308B8

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ i sposób wytwarzania biometanu i ekometanu poprzez hydrozgazowanie biowęgla i węgla kopalnego, w którym czynnikiem zgazowującym jest biowodór, a także wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej.

Biometan jest produktem hydrozgazowania biowęgla za pomocą biowodoru. Produktem hydrozgazowania węgla kamiennego albo węgla brunatnego z użyciem biowodoru jest ekometan. Biowęgiel jest produktem pirolizy suchej biomasy o korzystnie dużej zawartości celulozy, hemicelulozy i lignin. Drugim korzystnym produktem pirolizy są pary i gazy palne - zwane dalej gazem pirolitycznym. Produktem niepełnej pirolizy biomasy w temperaturze 170^oC-270°C jest półkarbon zawierający około 60%-65% węgla pierwiastkowego C' o właściwościach chemicznych zbliżonych do właściwości węgla brunatnego. Produktem pełnej pirolizy biomasy w temperaturze powyżej 270°C, korzystnie w 300°C, jest biokarbon zawierający około 65%-80% węgla pierwiastkowego C' o właściwościach chemicznych zbliżonych do właściwości węgla kamiennego lub koksu.

Znane są z książki Jerzy Szuba, Lech Michalik, pt.: „Karbochemia”, Wydawnictwo „Śląsk”, 1983 r., sposoby hydrozgazowania węgla za pomocą pozyskiwanego wodoru przeważnie przez parowotlenowe zgazowanie koksiku lub węgla.

Znana jest z tej książki metoda HYGAS opracowana w Institute of Gas Technology (USA). Metoda HYGAS jest wysokociśnieniowym procesem hydrozgazowania węgla połączonym ze zgazowaniem koksiku, pozwalającym na otrzymywanie gazu wysokokalorycznego (substytutu gazu natura lnego). Istnieją trzy zbadane wersje procesu różniące się sposobem wytwarzania wodoru do hydro zgazowania. Wodór uzyskuje się na drodze parowo - tlenowego zgazowania węgla lub zgazowania elektrotermicznego bądź w wyniku utleniania - redukcji tlenków żelaza z gazu otrzymanego ze zgazowania koksiku (system para - żelazo).

Znana jest z tej książki metoda Hydrane opracowana przez Pittsburgh Energy Research Center (USA). Metoda Hydrane polega na otrzymywaniu gazu wysokokalorycznego przez bezpośrednią reakcję węgla z wodorem. Węgiel wsadowy (każdy gatunek) reaguje z wodorem zawartym w gorącym gazie. Proces zgazowania zachodzi w 815°C. Zgazowanie węgla zachodzi we współprądowym, opadającym i rozrzedzonym złożu zawieszonym w reaktorze wewnętrznym. Tworzący się koksik opada do złoża fluidalnego w reaktorze zewnętrznym, by tam ulec dalszemu przereagowaniu z wodorem. Reaktor wewnętrzny i zewnętrzny tworzą jedno urządzenie. Wodór do procesu otrzymywany jest w oddzielnym reaktorze przez parowo - tlenowe zgazowanie części koksiku.

Z opisu patentowego US 2011/0126458A1 znany jest sposób wytwarzania paliwa gazowego bogatego w metan poprzez kombinację hydrozgazowania materiału węglowego przez wodór wraz z parą wodną. Zgazowana jest wodna zawiesina węgla przez wodór i przegrzaną parę wodną w zakresie temperatur 700°C-1000°C i pod ciśnieniem około 132 kPa do 560 kPa. Produktem takiego zgazowania jest wodór, metan, tlenek węgla i ditlenek węgla. Wodór oddziela się od tej mieszaniny w separatorze i zawraca się do gazyfikatora węgla SHR zasilanego także przez parę wodną a mieszanina CH₄, CO i CO₂ stanowi gaz opałowy bogaty w metan (do 40% CH₄).

Z chińskiego opisu patentowego CN1608972A znany jest sposób wytwarzania wodoru w procesie zgazyfikowania biomasy przez parę wodną zmieszanej z akceptorem CO₂ w postaci mieszaniny tlenku wapnia i tlenku magnezu wykazującej katalityczne właściwości zgazowania biomasy. Powstała mieszanina węglanów magnezu i wapnia z nieprzereagowanym koksikiem, oddzielona od popiołu w cyklonie, trafia do reaktora kalcynacji węglanów, gdzie ulega kalcynacji poprzez spalanie koksiku w strumieniu powietrza wprowadzanego od dołu do reaktora kalcynacji węglanów, z którego zregenerowany akceptor CO₂ jako mieszanina tlenków wapnia i magnezu CaO/MgO jest zawracany do reaktora zgazowania biomasy.

We wszystkich tych procesach wytwarzania metanu występuje duże zużycie węgla pierwiastkowego C - na wytworzenie dwóch cząsteczek CH₄ zużywa się co najmniej 5 atomów węgla pierwiastkowego C. Ogranicza to sprawność procesów hydrozgazowania węgla. Charakteryzuje się wysoką emisją CO2 do atmosfery oraz zwiększoną emisją odpadów stałych do środowiska.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie zastosowania surowców roślinnych z celowych upraw i o dpadów organicznych oraz pełnego wykorzystania biomasy z dużą zawartością celulozy, hemicelulozy i ligniny do wytworzenia biowęgla i biometanu, a następnie biowodoru służącego do hydrozgazowania biowęgla do biometanu i węgla kopalnego do ekometanu i przemiany z dużą sprawnością przekraczającą 60% energii chemicznej uzyskanego paliwa do energii elektrycznej. Efekty te uzyskano poprzez

PL 224 909 B1 wytworzenie biowęgla w procesie pirolizy biomasy, sporządzenie mieszanki biowęgla z węglem kopalnym i jej hydrozgazowanie przez biowodór uzyskany z użyciem biometanu, pary wodnej i nowego akceptora CO₂, który regeneruje się przy użyciu energii termicznej z zespołu wytwarzania energii, ze spalania gazu pirolitycznego i koksiku oraz przy użyciu energii słonecznej, co prowadzi do jej akumulacji.

Sposób wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej obejmujący proces pirolizy biomasy do biowęgla wymieszanego z rozdrobnionym i przygotowanym węglem kopalnym oraz proces hydrozgazowania mieszaniny węglowej do rozdzielania par i gazów oraz gazu surowego, rozdzielania par i gazów oraz jego desulfuryzacji i rozdzielenia na wodór i metan, a także proces wytwarzania wodoru w reakcji metanu z parą wodną i akceptorem CO₂, regeneracji akceptora, kalcynacji i podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO₂ oraz proces wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej poprzez zespół wytwarzania energii i elektrociepłownię gazowo - parową, charakteryzuje się tym, że rozdrobniony suchy surowiec roślinny lub surowiec odpadowy poddaje się pojedynczo lub w mieszaninach procesowi pirolizy, albo z w zakresie temperatur 170^oC-270°C pod normalnym ciśnieniem do półkarbonu, pary i gazu pirolitycznego, albo w zakresie temperatur 270°C-300°C do biokarbonu, pary i gazu pirolitycznego, albo w zakresie temperatur wyższych od 300°C, do biokarbonu, pary i gazu pizolitycznego przy czym część gazu pirolitycznego kieruje się do przeprowadzenia pirolizy biomasy w aparacie pirolizy biomasy, a drugą część gazu pirolitycznego kieruje się do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO₂ w podgrzewaczu. Uzyskany półkarbon zawierający około 60%-65% węgla pierwiastkowego miesza się korzystnie z rozdrobnionym węglem brunatnym, natomiast biokarbon zawierający około 65%-80% węgla pierwiastkowego miesza się z rozdrobnionym węglem kamiennym w stosunku węgla pierwiastkowego C' z biowęgla do węgla pierwiastkowego C z węgla kopalnego korzystnie wynoszącym C' : C = 1 : 1. Mieszaninę tę wprowadza się do pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla niskociśnieniowego lub wysokociśnieniowego w którym przeprowadza się pełny proces hydrozgazowania za pomocą biowodoru do gazu surowego i popiołu, albo przeprowadza się niepełny proces hydrozgazowania węgla i biowęgla do gazu surowego i koksiku. Koksik odprowadzany jest częściowo na składowisko koksiku, a częściowo kierowany do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO₂ w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego i spalany. Otrzymany gaz surowy dostarczany jest do procesu rozdzielania par i gazów, gdzie osusza się go i poddaje desulfuryzacji, a następnie rozdziałowi na wodór, gazy resztkowe pyły i na mieszaninę metanową, składającą się z czystego biometanu i ekometanu. Część ekometanu po schłodzeniu w wymienniku ciepła z metanu kieruje się do zasilania zespołu wytwarzania energii, z którego ciepło jest wprowadzane do wymienn ika ciepła podgrzewacza do zasilania podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO₂ i do wymiennika ciepła kotła umieszczonym w kotle odzyskowym wytwarzającym parę technologiczną i parę energetyczną, a druga część schłodzonego ekometanu jest kierowana przez rurociąg metanu przetwarzanego albo do sprężarki albo do skraplarki albo wprowadzana jest do magistrali gazowej. Gorący biom etan o temperaturze około 800°C, wprowadzany jest do trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, w którym w reakcji biometanu z gorącą parą wodną dostarczaną z kotła odzyskowego i z akceptorem CO₂ wytwarzany jest biowodór a ten po schłodzeniu kierowany jest do procesu hydrozgazowania mieszaniny węglowej w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla, zaś zużyty akceptor CO₂ w postaci mieszaniny węglanów magnezu i wapnia kierowany jest do drugiego reaktora kalcynacji węglanów do procesu kalcynacji za pomocą gorącego strumienia regeneracyjnego CO2. Zregenerowany akceptor CO₂ w postaci tlenku magnezu i tlenku wapnia wprowadza się do trzeciego reaktora wytwarzania bi owodoru, a strumień CO₂ o temperaturze około 400°C opuszczający drugi reaktor kalcynacji węglanów dostarczany jest w pierwszej części do wymiennika ciepła kotła w kotle odzyskowym, gdzie zostaje schłodzony. Po schłodzeniu kierowany jest, albo do znanego procesu sekwestracji CO₂, albo do sprężania i do zestalania CO₂ do suchego lodu, lub wyprowadzany jest do atmosfery. W drugiej części jako strumień regeneracyjny CO₂ jest podgrzewany do temperatury około 700°C potrzebnej do kalcynacji węglanu magnezu, albo do temperatury około 1000°C-1100°C potrzebnej do kalcynacji mieszaniny węglanów magnezu i wapnia a także w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego CO2 okresowo zasilanym przez gorący nośnik ciepła podgrzany w zespole kolektorów słonecznych do temperatury 1100°C-1200°C i tak podgrzany strumień regeneracyjny CO2 wprowadzany jest do drugiego reaktora kalcynacji węglanów.

Rozdrobniona sucha mieszanina węglowa półkarbonu z węglem brunatnym albo biokarbonu z węglem kamiennym, po usunięciu z niej powietrza przez CO2, dostarczana jest z aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej do pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla niskociśnieniowego. W pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla zachodzi proces hydrozgazowania

PL 224 909 B1 mieszaniny węglowej najpierw w komorze wewnętrznej w złożu zawieszonym opadającym wspólprądowo z gazem wprowadzanym od góry do komory wewnętrznej, zawierającym około 50% H₂ i 50% CH₄ w temperaturze około 815°C. Uzyskany w tym procesie gaz surowy kieruje się z pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla do rozdzielacza par i gazów, gdzie jest oczyszczany z pyłów i gazów domieszkowych, a zwłaszcza ulega desulfuryzacji, po której jest rozdzielany na czystą mieszankę metanową składającą się z biometanu i z ekometanu i na czysty wodór zawracany do strumienia biowodoru. Częściowo przereagowaną mieszaninę węglową kieruje się do komory zewnętrznej w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla, gdzie poddaje się ją pełnemu przereagowaniu z wodorem do popiołu i do gazu wodorowo-metanowego lub częściowemu przereagowaniu do koksiku i do gazu wodorowo-metanowego. Popiół wyprowadza się na składowisko a koksik kieruje się albo do spalania albo do składowania, natomiast gaz wodorowo-metanowy kieruje się od góry do komory wewnętrznej pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla.

W pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla mieszanina węglowa po połączeniu z olejem mineralnym wprowadzana jest w postaci zawiesiny przy użyciu rozpylacza do najwyżej położonej sekcji reaktora, zwanej odparowującą, pod ciśnieniem około 6.8 MPa. W panującej tu temperaturze około 315°C dokonuje się odparowanie oleju i odprowadzenie jego par wraz z gorącym gazem surowym opuszczającym sekcję środkową zwaną I stopniem hydrozgazowania węgla do rozdzielacza par i gazów. O ddzielony, a następnie skroplony w skraplaczu olej mineralny, jest zawracany do aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej w oleju, a oczyszczony gaz surowy zwłaszcza po desulfuryzacji jest rozdzielony na mieszaninę metanową i na czysty wodór łączony z biowodorem. Suche cząstki węgla i biowęgla o temperaturze około 300°C kieruje się do sekcji środkowej, poddaje się fluidyzacji w strumieniu zawierającego biowodór gazu opuszczającego dolną sekcję reaktora zwaną II stopniem hydrozgazowania węgla i w sekcji środkowej w podwyższonej temperaturze do około 650°C i pod ciśnieniem 6.8 MPa dokonuje się odgazowanie i częściowe hydrozgazowanie cząstek węgla. Częściowo przereagowaną mieszaninę węglową poddaje się pełnemu hydrozgazowaniu w złożu węglowym fluidalnym w sekcji dolnej reaktora w temperaturze 750°C-950°C przez biowodór wprowadzany do tej sekcji.

Jako akceptora CO₂ biorącego udział w procesie wytwarzania biowodoru używa się tlenku magnezu lub tlenku wapnia, korzystnie mieszaniny tlenku magnezu z tlenkiem wapnia w proporcji korzystnie MgO : CaO = 1 : 3 ilości molowych substancji - potrzebnej do wprowadzenia do reakcji wytwarzania biowodoru ilości ciepła około 155 kJ/mol-165 kJ/mol CH₄ w temperaturze ponad 100°C w czasie ciągłego ruchu trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, zależnej jednak od ilości ciepła wnoszonego do reaktora przez te reagenty, przez to proporcja ta ulega regulowaniu w zakresie od 1 : 10 do 10 : 1.

Dla procesu termicznego rozkładu węglanów z udziałem energii słonecznej akceptorem CO₂wnoszącym energię do reakcji wytwarzania biowodoru korzystnym jest użycie tlenku wapnia, którego energia wychwytu CO₂ - 178.8 kJ/mol, wnoszona do procesu wytwarzania biowodoru, stanowi około 45% energii spalania jednego mola węgla pierwiastkowego.

W drugim reaktorze kalcynacji węglanów w złożu węglanów magnezu i wapnia fluidyzowanym przez gorący strumień CO₂ o temperaturze około 1100°C w strefie dolnej reaktora przeprowadza się termiczny rozkład węglanu wapnia w zakresie temperatur około 1000°C-800°C a w górnej strefie reaktora termiczny rozkład węglanu magnezu w zakresie temperatur około 800°C-400°C i wytwarza się tlenki magnezu i wapnia oraz ditlenek węgla.

W zespole wytwarzania energii używa się ekometan, który zasila pierwszą turbinę gazową i ogniwo paliwowe, a ciepło z ogniwa paliwowego o temperaturze około 650°C kieruje się do wymiennika ciepła do podgrzewacza strumienia regeneracyjnego CO2 a spaliny wylotowe z ogniwa paliwowego o temperaturze około 400°C dostarcza się do wymiennika ciepła kotła umieszczonego w kotle odzyskowym.

Spaliny z ostatniego stopnia pierwszej turbiny gazowej o temperaturze korzystnie około 700°C dostarcza się do wymiennika ciepła turbiny do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO2, a spaliny wylotowe o temperaturze 400°C-600°C kieruje się do wymiennika ciepła w kotle odzyskowym, z którego para energetyczna o temperaturze około 585°C kierowana jest do drugiej turbiny parowej turbozespołu parowego.

Do kotła odzyskowego kierowane jest ciepło z zespołu wytwarzania energii przez spaliny o temperaturze około 400°C-600°C, ciepło ze strumienia CO2 opuszczającego drugi reaktor kalcynacji węglanów magnezu i/lub wapnia, o temperaturze około 400°C, ciepło ze strumienia gorącego biowoPL 224 909 B1 doru o temperaturze około 500°C i ze strumienia gorącego ekometanu wytwarzanego w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla o temperaturze około 800°C.

Do podgrzewacza strumienia regeneracyjnego CO₂ kierowane jest ciepło z nośnika ciepła podgrzanego do temperatury około 1100°C-1200°C przez energię słoneczną.

Nośnikiem ciepła podgrzewanym przez energię słoneczną jest gaz niereaktywny z materiałami zespołu kolektorów słonecznych, korzystnie ditlenek węgla lub azot lub argon albo jest gaz o wysokim cieple właściwym, korzystnie hel albo para niereaktywna z tymi materiałami, korzystnie para wodna albo ciecz o wysokiej temperaturze wrzenia.

Biometan, para wodna i akceptor CO₂ wytwarzające biowodór w obecności katalizatora niklowego Ni/Al₂O₃ w zakresie temperatur 500°C-900°C i pod ciśnieniem 1.5 MPa-4.5 MPa w pierwszej części trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru w rurkach przepływowych dogrzewa się przez gorący strumień CO₂ o temperaturze około 800°C-1000°C - zwłaszcza w czasie rozruchu tego reaktora.

Do reakcji wytwarzania biowodoru w trzecim reaktorze wytwarzania biowodoru tlenku węgla i pary wodnej z mieszaniny gazów przepływającej z pierwszej części reaktora do części drugiej tego reaktora, działającej w niższym zakresie temperatur niż część pierwsza, stosuje się katalizator albo Cu-Zn/AI₂O₃ w zakresie temperatur 200°C-300°C albo w zakresie temperatur wyższych 350°C-500°C przy użyciu katalizatora Fe/Al₂O₃ a następnie w zakresie temperatur 200°C-300°C przy użyciu katalizatora Cu/AI₂O₃.

Ponadto przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej. Układ do wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej, składający się z pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla, drugiego reaktora kalcynacji węglanów magnezu i wapnia, trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, rozdzielacza par i gazów, aparatu pirolizy biomasy, aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej wsadowej, kotła odzyskowego ewentualnie połączonego z podukładem sekwestracji CO₂, zespołu wytwarzania energii, podgrzewacza strumienia regeneracyjnego CO₂, wymienników ciepła, transporterów, pomp i rurociągów cieczy, par i gazów, charakteryzuje się tym, że pierwszy reaktor hydrozgazowania węgla mający wejście mieszaniny lub zawiesiny węglowej połączone przez transporter mieszaniny lub zawiesiny węglowej z aparatem przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej wsadowej, który jest połączony poprzez transporter biowęgla z aparatem pirolizy biomasy i z transporterem węgla kamiennego lub brunatnego, a także pierwszy reaktor hydrozgazowania węgla posiadający wyjście koksiku lub popiołu do transportera koksiku lub popiołu oraz wyjście gazu surowego, które posiada połączenie poprzez rurociąg gazu surowego z rozdzielaczem par i gazów, mającym ujście pyłów, par i gazów resztkowych poprzez rurociąg par i gazów resztkowych oraz wyjście wodoru w postaci rurociągu wodoru zawracanego połączonego z wyjściem biowodoru z trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru w postaci rurociągu gorącego biowodoru i rurociągu schłodzonego biowodoru połączonego z pierwszym reaktorem hydrozgazowania węgla. Rozdzielacz par i gazów posiada także wyjście biometanu i ekometanu w postaci rurociągu mieszanki metanowej połączonego z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru przez rurociąg biometanu oraz z zespołem wytwarzania energii poprzez rurociąg ekometanu gorącego i rurociąg ekometanu schłodzonego, który posiada połączenie przez rurociąg metanu przetwarzanego albo z magistralą gazową albo ze sprężarką

Wyjście spalin z zespołu wytwarzania energii w postaci rurociągu gorących spalin z pierwszej turbiny gazowej połączone jest z kotłem odzyskowym, który posiada wyjście pary technologicznej poprzez rurociąg pary technologicznej połączone z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru oraz wyjście pary energetycznej poprzez rurociąg pary energetycznej połączone z drugą turbiną parową w zespole wytwarzania energii a także wejście CO₂ do wymiennika ciepła kotła odzyskowego przez rurociąg CO2 przenoszący ciepło do kotła odzyskowego połączone z wyjściem CO2 przez rurociąg CO2 wyjściowego z drugiego reaktora kalcynacji węglanów, posiadającego ponadto wejście strumienia regeneracyjnego CO₂ połączonego korzystnie z zespołem kolektorów słonecznych oraz wyjście akceptora CO₂ z wejściem tego akceptora do trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru a wyjście zużytego akceptora z trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru połączone jest poprzez transporter zużytego akceptora CO₂ z drugim reaktorem kalcynacji węglanów w postaci węglanów wapnia i magnezu.

Aparat pirolizy biomasy posiada wejście suchej biomasy połączone z transporterem biomasy oraz wyjście biowęgla połączone poprzez transporter biowęgla z aparatem przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej. Wyjście gazów pirolitycznych z aparatu pirolizy biomasy połączone poprzez rurociąg gazu pirolitycznego z palnikiem gazowym aparatu umieszczonym w aparacie pirolizy biomasy oraz z palnikiem gazowym podgrzewacza umieszczonym w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego CO₂.

PL 224 909 B1

Pierwszy reaktor hydrozgazowania węgla zawiera dwie komory - komorę wewnętrzną hydrozgazowania mieszaniny węglowej oraz komorę zewnętrzną hydrozgazowania koksiku. Posiada obudowę reaktora izolowaną termicznie, przez którą przeprowadzony jest wlot mieszaniny węglowej wsad owej z aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej posiadającego wlot CO₂ połączony z rurociągiem CO₂ do usuwania powietrza, powiązanym z rurociągiem CO₂ do przetwarzania, oraz wylot gazów. Komora wewnętrzna pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla posiada wlot gazu pierwotnego z komory zewnętrznej i wyjście gazu surowego do rurociągu gazu surowego a na dole wyjście częściowo przereagowanej mieszaniny węglowej do komory zewnętrznej, która ma także wlot biowodoru.

Drugi reaktor kalcynacji węglanów mający kształt pieca szybowego, posiada u dołu podajnik akceptora CO₂, a ten poprzez transporter akceptora CO₂ ma połączenie z wlotem akceptora CO₂ do trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, posiadającego wyjście zużytego akceptora CO₂ połączone przez transporter zużytego akceptora CO₂ z wlotem do drugiego reaktora kalcynacji węglanów magnezu i wapnia. Drugi reaktor kalcynacji węglanów wyposażony jest w co najmniej jedną dyszę CO₂strumienia regeneracyjnego CO₂ umieszczoną przy dnie i połączoną z podgrzewaczem strumienia regeneracyjnego CO₂, ponadto drugi reaktor kalcynacji węglanów posiada u góry wyjście CO₂ połączone przez rurociąg CO₂ wyjściowego i przez rurociąg CO₂ przenoszący ciepło z wejściem CO₂ do kotła odzyskowego.

Podgrzewacz strumienia regeneracyjnego CO₂ wyposażony jest w wymiennik ciepła podgrzewacza, który połączony jest z wymiennikiem zbiorczym ciepła umieszczonym w zespole wytwarzania energii, oraz wyposażony jest w palnik gazowy podgrzewacza połączony z rurociągiem gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza i w palnik pyłowy, połączony z transporterem koksiku mielonego i/lub transporterem węgla lub biowęgla mielonego. Poza tym podgrzewacz strumienia regeneracyjnego CO₂ ma wymiennik ciepła solarnego połączony na wyjściu z zespołem kolektorów słonecznych poprzez rurociąg nośnika ciepła połączony z wymiennikami ciepła w ogniskach zwierciadeł umieszczonymi w zwierciadłach wklęsłych oraz na wejściu rurociągiem powrotnym nośnika. Wymiennik zbiorczy ciepła w zespole wytwarzania energii na wejściu ma połączenie z rurociągiem CO₂ obiegowego, a na wyjściu ma połączenie z wymiennikiem ciepła podgrzewacza. Wyjście strumienia regeneracyjnego CO₂ połączone jest przez rurociąg strumienia regeneracyjnego CO₂ z wejściem drugiego reaktora kalcynacji węglanów - z dyszą CO₂ lub zespołem dysz CO₂, umieszczonych w dnie tego reaktora, a także rurociąg strumienia regeneracyjnego CO₂ posiada połączenie przez rurociąg CO₂ogrzewania rurek z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru. Zespół wytwarzania energii elektryc znej i cieplnej posiada elektryczne połączenie zbiorcze z siecią elektroenergetyczną, a także połączenie za pomocą rurociągu przesyłu ciepła z siecią ciepłowniczą.

Zespół wytwarzania energii składający się z ogniwa paliwowego i z elektrociepłowni gazowo-parowej, połączony jest z wymiennikiem zbiorczym ciepła w tym zespole, przy czym ogniwo paliwowe ma wymiennik ciepła ogniwa połączony przez rurociąg ciepła z ogniwa z wymiennikiem zbiorczym ciepła. Wyjście spalin z ogniwa paliwowego połączone jest przez rurociągi spalin z ogniwa i przez rurociąg zbiorczy spalin z ogniwa z kotłem odzyskowym. Wyjście spalin z komory spalania gazu połączone jest przez rurociąg spalin z komory spalania z pierwszą turbiną gazową, a wyjście spalin up ustowych z pierwszej turbiny gazowej połączone jest przez rurociąg spalin upustowych z wymiennikiem ciepła turbiny umieszczonym w wymienniku zbiorczym ciepła i dalej z kotłem odzyskowym. Kocioł odzyskowy połączony jest z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru przez rurociąg pary technologicznej oraz z drugą turbiną parową w turbozespole parowym przez rurociąg pary energetycznej a ponadto przez wymiennik zbiorczy ciepła przeprowadzony jest rurociąg CO2 obiegowego z wymiennikiem ciepła rurociągu CO2 obiegowego połączonym z wymiennikiem ciepła podgrzewacza w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego CO₂.

Ponadto kocioł odzyskowy ma rurociąg wody oraz rurociąg CO2 przenoszący ciepło z drugiego reaktora kalcynacji węglanów połączony poprzez wymiennik ciepła kotła znajdujący się w kotle odzyskowym z rurociągiem CO₂ do przetwarzania do przetwarzania i z rurociągiem CO₂ do usuwania powietrza połączonym z aparatem przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej albo z wyjściem do atmosfery i/lub z rurociągiem CO₂ do sekwestracji, a ponadto kocioł odzyskowy posiada rurociąg zbiorczy ciepła z procesu chłodzenia wodoru, metanu i spalin z ogniwa paliwowego.

Trzeci reaktor wytwarzania biowodoru ma wewnątrz rurki przepływowe zawierające katalizator niklowy osadzony na podłożu ceramicznym Ni/Al₂O₃ umieszczone w pierwszej części trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru połączonej z rurociągiem CO2 ogrzewania rurek, a także rurki przepływowe zawierające katalizator albo Cu-Zn/AI₂O₃ albo katalizator Fe/Al₂O₃ i Cu/AI₂O₃ umieszczone

PL 224 909 B1 w drugiej części trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, przy czym trzeci reaktor wytwarzania biowodoru ma wejście biometanu przez rurociąg biometanu, wejście pary technologicznej przez rurociąg pary technologicznej oraz wejście akceptora CO2 poprzez transporter akceptora CO2, a także wyjście dla węglanów magnezu i wapnia połączone z transporterem zużytego akceptora CO2 oraz wyjście biowodoru poprzez rurociąg gorącego biowodoru.

Zespół wytwarzania energii dla małych obiektów składa się albo z ogniwa paliwowego i/lub z kogeneratora.

Zaletą sposobu wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej jest użycie biowęgla z biomasy corocznie odnawialnej do wytwarzania biometanu oraz przenoszenia ciepła do reakcji wytwarzania biowodoru przez nowy akceptor CO2, w postaci tlenków magnezu i wapnia pozwalający ciepło to regulować, a ciepło regeneracji akceptora pochodzi z zespołu wytwarzania energii, ze spalania gazu pirolitycznego i z energii słonecznej, co pozwala na niskie zużycie węgla pierwiastkowego C z węgla kopalnego do przetworzenia go z parą wodną do ekometanu - do wytworzenia jednej cząsteczki CH₄ zużywa się co najwyżej jeden atom C węgla kopalnego. Obniża to znacząco emisję CO2 a także emisję stałych odpadów z węgla do środowiska. Obniża to znacząco zużycie węgla kopalnego do wytwarzania paliwa gazowego - biometanu lub ekometanu. Paliwo to pozwala na wytwarzanie energii elektrycznej w zespole wytwarzania energii ze sprawnością przekraczającą 60%.

Zaletą jest jednoczesne hydrozgazowanie biowęgla z węglem kopalnym w jednym reaktorze za pomocą biowodoru. Hydrozgazowanie węgla jest procesem egzotermicznym, nie potrzebuje d ostarczania ciepła do reakcji, niepotrzebne są w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla wymienniki ciepła. Powstały w reakcji wychwytu CO₂ węglan magnezu ulega łatwo kalcynacji w temperaturze około 550°C, za pomocą ciepła dostarczonego ze źródła energii elektrycznej i cieplnej, co podwyższa znacznie sprawność układu. Mieszanina węglanów wapnia i magnezu wymaga stosowania wyższej temperatury kalcynacji około 900°C. Temperaturę strumienia regeneracyjnego wyższą od temperatury kalcynacji węglanów uzyskuje się w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego CO₂ za pomocą palnika gazowego podgrzewacza i palnika pyłowego. Temperaturę strumienia CO₂ dochodzącą do 1200°C uzyskuje się w zespole kolektorów słonecznych, przez co energia słoneczna jest wykorzystywana w nowy sposób - jest akumulowana w zregenerowanym akceptorze CO₂, zwłaszcza w akceptorze CO₂ wapniowym, a następnie w wytworzonym paliwie gazowym, w biometanie i ekometanie. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej jest rzędu 48%. Obecnie sprawność fotoogniw wynosi około 15%. Czysty strumień CO₂ uzyskiwany w procesie kalcynacji zużytego akceptora CO2 łatwy jest do wprowadzenia do procesu sekwestracji CO2, czy to pod ziemią, czy przez wiązanie CO₂ z krzemianami do trwałych produktów. Prowadzi to do bezemisyjnego wytwarzania energii elektrycznej przy użyciu do tego celu węgla kopalnego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat procesu technologicznego obrazujący powiązanie podukładów i urządzeń występujących w procesie technologicznym wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektryc znej i cieplnej, fig. 2 przedstawia schemat podukładu wytwarzania biometanu i ekometanu z użyciem pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla, fig. 3 obrazuje powiązania drugiego reaktora kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja węglanu magnezu lub mieszaniny węglanów wapnia i m agnezu z kotłem odzyskowym i z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru oraz z zespołem wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej i z podgrzewaczem strumienia regeneracyjnego CO₂, fig. 4 przedstawia zespół wytwarzania energii zestawiony z ogniwem paliwowym wysokotemperaturowym oraz z elektrociepłownią gazowo-parową, fig. 5 przedstawia zespól kolektorów słonecznych powiązanych z podgrzewaczem strumienia regeneracyjnego CO2.

P r z y k ł a d I

Do procesu hydrozgazowania biowęgla i węgla kopalnego za pomocą biowodoru wprowadzono biokarbon o zawartości węgla pierwiastkowego C' 77% i węgiel kamienny o zawartości węgla pierwiastkowego 70%-80% z zachowaniem zadanego stosunku biowęgla do węgla C' : C = 1 : 1. W pierwszym reaktorze 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie biowęgla i węgla kopalnego, pokazanym na fig. 2 prowadzona jest całkowita gazyfikacja biowęgla i węgla k opalnego przez biowodór. Układ wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej przedstawia fig. 1, a zespół 5 wytwarzania energii pokazuje fig. 4. Jest to elektrociepłownia gazowo-parowa o mocy elektrycznej P_es sprzężona z ogniwem 45 paliwowym o łącznej mocy elektrycznej P_ew, stanowiącej korzystnie 7% mocy P_es. Ogniwo 45 paliwowe służy do rozruchu układu i do wytwarzania energii elektrycznej na potrzeby własne. Jako biomasę poddaną procesowi pełnej pirolizy

PL 224 909 B1 w aparacie 22 pirolizy biomasy w temperaturze około 300°C zastosowano suche zrębki wprowadzane do aparatu 22 pirolizy biomasy za pomocą transportera 21 biomasy. Produktem pirolizy biomasy jest biokarbon oraz pary i gaz palny pirolityczny transportowany za pomocą rurociągu 22a gazu pirolitycznego do palnika 22c gazowego aparatu umieszczonego w aparacie 22 pirolizy biomasy i za pomocą rurociągu 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza do palnika 9b gazowego podgrzewacza umieszczonego w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. Biokarbon transportowany jest z aparatu 22 pirolizy biomasy za pomocą transportera 23 biowęgla do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, gdzie jest mieszany i rozdrabniany razem z węglem kamiennym podawanym do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej przez transporter 24 węgla. Mieszanina ta bez szczególnego przygotowania wprowadzana jest od góry przez transporter 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej do pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla, gdzie ulega hydrozgazowaniu do biometanu i ekometanu w temperaturze około 815°C przez biowodór wypływający z trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru przepływający przez rurociąg 18a gorącego biowodoru i po schłodzeniu w wymienniku 7d ciepła z biowodoru połączonym z kotłem 4 odzyskowym podawany jest poprzez rurociąg 18b schłodzonego biowodoru do pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla od dołu. Biowodór przepływający przez złoże 1f węglowe fluidalne mieszaniny węglowej z koksikiem w komorze 1b zewnętrznej pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla posiadającej obudowę 1d reaktora izolowaną termicznie powoduje fluidyzację tego złoża i reaguje z biokarbonem i z węglem kamiennym do gazu pierwotnego zawierającego około 50% wodoru i 50% metanu, który przepływa przez wlot 1h gazu pierwotnego do komory 1c wewnętrznej i płynąc w tej komorze współprądowo z opadającym zawieszonym złożem mieszaniny węglowej reaguje z tą mieszaniną wprowadzaną do komory wewnętrznej za pomocą transportera 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej z aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej przez wlot 1a mieszaniny węglowej do komory 1c wewnętrznej. W wyniku reakcji gazu pierwotnego z węglem i biowęglem w komorze 1c wewnętrznej pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla następuje częściowe przereagowanie tej mieszaniny z biowodorem, a częściowo przereagowana mieszanina węglowa opada do złoża 1f węglowego fluidalnego w komorze 1b zewnętrznej, gdzie ulega całkowitemu przereagowaniu z biowodorem i powstały popiół wychodzi przez wylot 1e koksiku oraz jest przenoszony za pomocą transportera 28b koksiku na składowisko, a ewentualnie oddzielony na sicie i przez strumień powietrza od popiołu nieprzereagowany koksik jest zawracany do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej. Z pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla podawany jest gaz surowy poprzez rurociąg 16 gazu surowego do rozdzielacza 15 par i gazów. Gaz surowy (suchy) posiada przeciętny skład CH ₄około 72% obj., H₂ - około 24.7% obj., CO - 1,5%, CO₂ - około 1.6% i inne domieszki, w tym H₂S - około 0.2%. W rozdzielaczu 15 par i gazów gaz surowy ulega desulfuryzacji i rozdziałowi na membranie, przez którą przepływa jedynie wodór, w znany sposób, zawracany przez rurociąg 19 wodoru zawracanego do rurociągu 18a gorącego biowodoru. Pary i gazy resztkowe usuwane są poprzez rurociąg 17 par i gazów resztkowych, a mieszanina biometanu i ekometanu przepływa przez rurociąg 20 mieszanki metanowej i dzieli się na dwa równe strumienie - na gorący biometan podawany przez rurociąg 20a biometanu do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru i na ekometan podawany przez rurociąg 20b ekometanu gorącego i schłodzony w wymienniku 7c ciepła z metanu, połączonym z kotłem 4 odzyskowym za pomocą rurociągu ciepła, podawany następnie przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego do zasilania zespołu 5 wytwarzania energii. Nadwyżka ekometanu podawana jest poprzez rurociąg 20c metanu przetwarzanego do sprężarki sprężającej ekometan w zbiorniku sprężonego ekometanu. Trzeci reaktor 3 wytwarzania biowodoru zawiera wewnątrz rurki 3a przepływowe wypełnione katalizatorem, tj. niklem osadzonym na podłożu ceramicznym. Do rurek 3a przepływowych wprowadzany jest gorący biometan o temperaturze około 800°C za pomocą rurociągu 20a biometanu, gorąca para wodna o temperaturze około 400°C za pomocą rurociągu 11a pary technologicznej oraz akceptor CO₂ w postaci tlenku magnezu dostarczanego za pomocą transportera 13 akceptora CO₂. W wyniku reakcji zachodzącej w trzecim reaktorze 3 wytwarzania biowodoru w rurkach 3a przepływowych zawierających katalizator niklowy, reakcja tlenku magnezu - akceptora CO₂, z biometanem i z parą wodną prowadzi do wytwarzania węglanu magnezu i biowodoru wprowadzanego przez rurociąg 18a gorącego biowodoru i rurociąg 18b schłodzonego biowodoru oraz przez wymiennik 7d ciepła z biowodoru do pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla, natomiast węglan magnezu - jako zużyty akceptor CO₂, dostarczany jest za pomocą transportera 14 zużytego akceptora CO₂ do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja MgCO₃. Wychwyt CO₂ przez MgO dostarcza do tej reakcji około 70% potrzebnej energii termicznej, pozostałą część energii wnosi gorący

PL 224 909 B1 biometan o temperaturze około 815°C i gorąca para wodna o temperaturze 400°C. Ciepło powstałe w reakcji hydrozgazowania węgla i biowęgla w pierwszym reaktorze 1 hydrozgazowania węgla jest znacznie wyższe od ciepła potrzebnego do uzupełnienia energii termicznej wprowadzanej do reakcji wytwarzania biowodoru. Nadmiar ciepła jest odprowadzany do kotła 4 odzyskowego. Dodatkowo energię termiczną, zwłaszcza w czasie rozruchu trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, może wnosić gorący strumień CO₂ o temperaturze około 800°C dostarczany przez rurociąg 10e CO₂ ogrzewania rurek z podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO₂ i omywający rurki 3a przepływowe w trzecim reaktorze 3 wytwarzania biowodoru.

Reakcja wytwarzania biowodoru przebiega w temperaturze około 500°C-900°C pod ciśnieniem od 1,5 MPa do 4,5 MPa. Zwiększenie ciśnienia do 3 MPa powoduje przyśpieszenie reakcji, podwyższa temperaturę rozkładu termicznego MgCO₃ - wspomaga działanie akceptora CO₂ i obniża temperaturę reakcji oraz umożliwia stosowanie trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru o mniejszych rozmiarach. Ciepło z wymiennika 7c ciepła z metanu i wymiennika 7d ciepła z biowodoru dostarczane jest poprzez rurociągi ciepła, korzystnie przez rurociąg 7a zbiorczy ciepła do kotła 4 odzyskowego, a także z gorącego strumienia CO₂ o temperaturze około 400°C dostarczanego do wymiennika 4a ciepła kotła umieszczonego w kotle 4 odzyskowym przez rurociąg 10b CO₂ przenoszący ciepło. Najwięcej ciepła do kotła 4 odzyskowego dostarcza zespół 5 wytwarzania energii przez rurociąg 7g gorących spalin z turbiny gazowej. Do kotła 4 odzyskowego dostarczana jest także woda uzupełniająca ze skroplin i z zewnętrznego ujęcia wody za pomocą rurociągu 12 wody. Kocioł 4 odzyskowy wytwarza parę technologiczną o temperaturze około 400°C dostarczaną za pomocą rurociągu 11a pary technologicznej do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru oraz parę energetyczną o temperaturze około 585°C dostarczaną za pomocą rurociągu 11b pary energetycznej do drugiej turbiny 38 parowej w zespole 5 wytwarzania energii.

Zużyty akceptor CO₂ w postaci węglanu magnezu jest dostarczany z trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru za pomocą transportera 14 zużytego akceptora CO₂ i wprowadzany u góry do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów w kształcie reaktora szybowego służącego do kalcynacji węglanu magnezu. Zregenerowany akceptor CO₂ w postaci tlenku magnezu podawany od dołu z drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów za pomocą podajnika 2a akceptora CO₂ i za pomocą transportera 13 akceptora CO₂ z powrotem do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru. Kalcynacja węglanu magnezu zachodzi w temperaturze około 500°C-550°C w opadającym złożu fluidalnym wewnątrz drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów i za pomocą gorącego strumienia regenerującego CO₂o temperaturze około 650°C-700°C wprowadzanego do reaktora przez dyszę lub zespół dysz 2b CO₂umieszczonych przy dnie drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów. Strumień ten przechodząc przez złoże fluidalne węglanu magnezu powoduje jego termiczny rozkład i zregenerowany tlenek magnezu opada w dół reaktora do podajnika 2a akceptora CO₂, a wzbogacony strumień CO₂, schłodzony na wyjściu z drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów do około 400°C wpływa do rurociągu 10a CO₂ wyjściowego, a następnie dzieli się na dwa strumienie CO₂ - strumień pierwszy regeneracyjny CO₂ przepływa poprzez rurociąg 10d CO₂ obiegowego do wymiennika 8 zbiorczego ciepła umieszczonego w zespole 5 wytwarzania energii, gdzie zostaje podgrzany do około 650°C przez ogniwo 45 paliwowe pracujące w temperaturze 650°C i przez część spalin upustowych o temperaturze około 700°C wychodzących z pierwszej turbiny 36 gazowej poprzez wymiennik 8b ciepła z turbiny gazowej i trafia do kotła 4 odzyskowego, a następnie strumień regeneracyjny CO₂ o temperaturze około 650°C przepływa poprzez rurociąg 10d CO₂ obiegowego do wymiennika 9a ciepła podgrzewacza w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂, gdzie zostaje podgrzany do około 700°C przez palnik 9b gazowy podgrzewacza zasilany paliwem gazowym pirolitycznym podawanym do palnika 9b gazowego podgrzewacza za pomocą rurociągu 22b ekometanu gorącego i tak ogrzany strumień regeneracyjny CO2 podawany jest za pomocą rurociągu 10 strumienia regeneracyjnego CO₂ do dyszy lub zespołu dysz 2b CO₂ umieszczonych przy dnie drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja węglanu magnezu.

W razie potrzeby wymiennik 7c ciepła z metanu, przez który przepływa gorący strumień ekometanu o temperaturze około 800°C, zostaje połączony za pomocą rurociągu ciepła z podgrzewaczem 9 strumienia regeneracyjnego CO₂ i dalej z kotłem 4 odzyskowym. Drugi strumień CO₂ nadmiarowy o temperaturze około 400°C przepływa przez rurociąg 10b CO₂ przenoszący ciepło do wymiennika 4a ciepła kotła umieszczonego w kotle 4 odzyskowym i schłodzony w kotle 4 odzyskowym dostarczany jest przez rurociąg 10f CO₂ do przetwarzania do zagospodarowania. Schłodzony strumień ekometanu przepływa przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego do zespołu 5 wytwarzania energii mającego

PL 224 909 B1 połączenie 6 zbiorcze z siecią elektroenergetyczną, w którym zasila ogniwo 45 paliwowe oraz elektrociepłownię gazowo-parową. Gorące spaliny z ogniwa 45 paliwowego przepływają rurociągami 7e spalin z ogniwa przez rurociąg 7f zbiorczy spalin z ogniwa do kotła 4 odzyskowego. Ogniwo 45 paliwowe posiada także wymiennik 8a ciepła ogniwa połączony za pomocą rurociągu 8c ciepła z ogniwa z wymiennikiem ciepła umieszczonym w wymienniku 8 zbiorczym ciepła znajdującym się w zespole 5 wytwarzania energii. Posiada także połączenie 6a ogniwa paliwowego z siecią elektroenergetyczną poprzez falownik. Schłodzony strumień ekometanu przepływa także przez rurociąg 20e ekometanu schłodzonego do komory 34 spalania gazu turbozespołu gazowego składającego się z pierwszej turbiny 36 gazowej połączonej na wale z pierwszym generatorem 36a i ze sprężarką 35 powietrza, przy czym pierwszy generator 36a posiada połączenie 6b pierwszego generatora z siecią elektroenergetyczną. Sprężarka 35 powietrza tłoczy powietrze do komory 34 spalania gazu przez rurociąg 37 powietrza sprężonego. Gorące i sprężone spaliny o temperaturze około 1200°C wypływają z komory 34 spalania gazu i przepływają przez rurociąg 42 spalin z komory spalania do pierwszej turbiny 36 gazowej, gdzie wykonując pracę ulegają rozprężeniu i częściowemu schłodzeniu do temperatury około 700°C w ostatnim stopniu pierwszej turbiny 36 gazowej i spaliny te przepływają przez rurociąg 43 spalin upustowych do wymiennika 8b ciepła z turbiny umieszczonego w wymienniku 8 zbiorczym ciepła i dalej kierowane są do kotła 4 odzyskowego. Spaliny rozprężone wychodzące z pierwszej turbiny 36 gazowej kierowane są przez rurociąg 7g gorących spalin z turbiny gazowej bezpośrednio do kotła 4 odzyskowego. Kocioł 4 odzyskowy wytwarza parę technologiczną o temperaturze około 400°C kierowaną przez rurociąg 11a pary technologicznej do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru oraz parę energetyczną o temperaturze 585°C kierowaną przez rurociąg 11b pary energetycznej do drugiej turbiny 38 parowej połączonej na wale z drugim generatorem 38a posiadającym połączenie 6c drugiego generatora z siecią elektroenergetyczną. Druga turbina 38 parowa połączona jest na wyjściu przez rurociąg pary schłodzonej ze skraplaczem 39 pary, z której powstałe skropliny przepływają przez rurociąg 40 skroplin do pompy 41 skroplin i są tłoczone do kotła 4 odzyskowego.

P r z y k ł a d II

Do procesu hydrozgazowania biowęgla za pomocą biowodoru wprowadzono biokarbon o zawartości węgla pierwiastkowego C' 77%. W pierwszym reaktorze 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie biowęgla pokazanego na fig. 2 prowadzona jest całkowita gazyfikacja biowęgla. Zespół 5 wytwarzania energii przedstawia fig. 4. Jest to ogniwo 45 paliwowe jako część wyodrębniona z układu pokazanego na fig. 4, a przepływ biometanu zasilającego ogniwo 45 paliwowe na fig. 3. Jako biomasę poddaną procesowi pełnej pirolizy w temperaturze około 300°C do biokarbonu zastosowano suchą słomę, produkując około 350 kg biokarbonu z 1 tony suchej słomy oraz gaz pirolityczny. Sucha słoma wprowadzona jest za pomocą transportera 21 biomasy do aparatu 22 pirolizy biomasy, następnie uzyskany biokarbon podawany jest do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, w którym biowęgiel jest rozdrobniony, a gaz pirolityczny częściowo podawany jest za pomocą rurociągu 22a gazu pirolitycznego do palnika 22c gazowego aparatu umieszczonego w aparacie 22 pirolizy biomasy, a częściowo za pomocą rurociągu 22b gazu pirolitycznego do zasilania palnika 9b gazowego podgrzewacza umieszczonego w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. Rozdrobniony biokarbon w aparacie 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej podawany jest za pomocą transportera 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej od góry do pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie biowęgla, gdzie biowęgiel ulega pełnemu hydrozgazowaniu do biometanu za pomocą biowodoru w temperaturze około 815°C w sposób podany w przykładzie I. Z pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla gaz surowy podawany jest poprzez rurociąg 16 gazu surowego do rozdzielacza 15 par i gazów. Skład biogazu surowego podano w przykładzie I. W rozdzielaczu 15 par i gazów gaz surowy ulega desulfuryzacji i rozdziałowi korzystnie na membranie, przez którą przepływa jedynie wodór, w znany sposób, zawracany poprzez rurociąg 19 wodoru zawracanego do rurociągu 18a gorącego biowodoru, natomiast strumień biometanu wprowadzony do rurociągu 20 mieszanki metanowej dzieli się na dwa równe strumienie - gorący biometan podawany przez rurociąg 20a biometanu do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru i na schłodzony biometan w wymienniku 7c ciepła z metanu podawany przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego do zasilania zespołu 5 wytwarzania energii w postaci ogniwa 45 paliwowego. Nadwyżka biometanu podawana jest poprzez rurociąg 20c metanu przetwarzanego do sprężarki sprężającej biometan w zbiorniku sprężonego biometanu. Wytwarzanie biowodoru w trzecim reaktorze 3 wytwarzania biowodoru przebiega w sposób przedstawiony w przykładzie I.

PL 224 909 B1

Działanie kotła 4 odzyskowego wytwarzającego tylko parę technologiczną o temperaturze około 400°C dostarczaną za pomocą rurociągu 11a pary technologicznej do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, a częściowo za pomocą rurociągu 11b pary energetycznej do celów grzewczych, przebiega w sposób podany w przykładzie I. Kalcynacja zużytego akceptora CO₂ w postaci węglanu magnezu w drugim reaktorze 2 kalcynacji węglanów za pomocą gorącego strumienia regeneracyjnego CO₂ podawanego za pomocą rurociągu 10d CO₂ obiegowego do wymiennika 8 zbiorczego ciepła znajdującego się w ogniwie 45 paliwowym, gdzie zostaje podgrzany do temperatury około 600°C, a następnie podawanego do podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO2, gdzie jest podgrzany za pomocą palnika 9b gazowego podgrzewacza zasilanego przez gaz pirolityczny, a częściowo przez biometan do temperatury około 700°C, a następnie zawracany poprzez rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO2 do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów - przebiega w sposób podany w przykładzie I.

Schłodzony strumień biometanu w wymienniku 7c ciepła z metanu przepływa do zespołu 5 wytwarzania energii, w którym zasila ogniwo 45 paliwowe. Gorące spaliny przepływają z ogniwa 45 paliwowego rurociągami 7e spalin z ogniwa i dalej przez rurociąg 7f zbiorczy spalin z ogniwa do kotła 4 odzyskowego, do którego przekazują ciepło, a następnie wypływają do atmosfery. Ogniwo 45 paliwowe posiada także wymiennik 8a ciepła ogniwa, pokazany na fig. 1 jako wymiennik 8 zbiorczy ciepła w zespole 5 wytwarzania energii, połączony z podgrzewaczem 9 strumienia regeneracyjnego CO₂i dalej z drugim reaktorem 2 kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja MgCO3. Posiada także połączenie 6a ogniwa paliwowego z siecią elektroenergetyczną poprzez falownik.

P r z y k ł a d III

Do procesu hydrozgazowania biowęgla i węgla kopalnego za pomocą biowodoru wprowadzono półkarbon o zawartości węgla pierwiastkowego C' około 60% i węgiel brunatny o zawartości węgla pierwiastkowego C około 60% z zachowaniem zadanego korzystnego stosunku biowęgla do węgla C' : C = 1 : 1. W pierwszym reaktorze 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie biowęgla i węgla kopalnego pokazanym na fig. 2 i fig. 3 prowadzona jest częściowa gazyfikacja półkarbonu i węgla brunatnego przez biowodór, w wyniku której powstaje gaz surowy, będący mieszaniną nieprzereagowanego wodoru, biometanu i ekometanu i innych domieszek gazowych, a także powstaje koksik. Układ wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej przedstawia fig. 1, a zespół 5 wytwarzania energii pokazuje fig. 4. Jest to elektrociepłownia gazowo-parowa stanowiąca część zespołu 5 wytwarzania energii. Jako biomasę poddaną procesowi częściowej pirolizy w aparacie 22 pirolizy biomasy w temperaturze około 170°C-270°C zastosowano suche zrębki wprowadzane do aparatu 22 pirolizy biomasy za pomocą transportera 21 biomasy. Produktem niepełnej pirolizy biomasy jest półkarbon oraz pary i gaz palny pirolityczny transportowany częściowo za pomocą rurociągu 22a gazu pirolitycznego do palnika 22c gazowego aparatu umieszczonego w aparacie 22 pirolizy biomasy, a częściowo za pomocą rurociągu 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza do palnika 9b gazowego podgrzewacza umieszczonego w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO2. Półkarbon transportowany jest z aparatu 22 pirolizy biomasy za pomocą transportera 23 biowęgla do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, gdzie jest mieszany i rozdrabniany razem z węglem brunatnym podawanym do aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej przez transporter 24 węgla. Powstała mieszanina węgla podawana jest poprzez transporter 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej do komory 1c wewnętrznej pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla. Proces hydrozgazowania mieszaniny węglowej przez biometan przebiega podobnie jak w przykładzie I. Gaz surowy przepływa przez rurociąg 16 gazu surowego do rozdzielacza 15 par i gazów, w którym niewykorzystany wodór zostaje oddzielony od mieszaniny m etanowej biometanu z ekometanem i jest zawracany poprzez rurociąg 19 wodoru zawracanego do rurociągu 18a gorącego biowodoru, a mieszanina metanowa przepływa przez rurociąg 20 mieszanki metanowej rozdzielający się na rurociąg 20a biometanu transportujący gorący biometan do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru oraz na rurociąg 20b ekometanu gorącego transportujący ekometan do wymiennika 7c ciepła z metanu, w którym zostaje schłodzony, a ciepło transportowane jest poprzez rurociąg ciepła do kotła 4 odzyskowego, natomiast schłodzony ekometan przepływa przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego do zespołu 5 wytwarzania energii, a nadmiar ekometanu przepływa przez rurociąg 20c metanu przetwarzanego do magistrali gazowej. Wytwarzanie biowodoru zachodzi w trzecim reaktorze 3 wytwarzania biowodoru w wyniku reakcji biometanu z parą wodną i z akceptorem CO2 będącym mieszaniną tlenku magnezu z tlenkiem wapnia w stosunku 1 : 3. Potrzebną energię do reakcji endotermicznej wnosi gorący biometan dostarczany do trzeciego reaktora 3

PL 224 909 B1 wytwarzania biowodoru przez rurociąg 20a biometanu, gorąca para wodna dostarczana przez rurociąg 11a pary technologicznej oraz reakcja wychwytu CO₂ przez akceptor CO₂ dostarczany do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru przez transporter 13 akceptora CO₂, przy czym ilość dostarczanej energii termicznej można regulować między innymi poprzez dobór zawartości CaO w mieszaninie tlenku magnezu z tlenkiem wapnia. Reakcja wytwarzania biowodoru zachodzi w temperaturze około 500°C w obecności katalizatora - nikiel osadzony na podłożu ceramicznym, wewnątrz rurek 3a przepływowych, które mogą być ogrzewane przez gorący strumień CO2 o temperaturze 750°C, omywający rurki 3a przepływowe, zwłaszcza w fazie rozruchu trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru. Wytworzony i schłodzony biowodór jest kierowany do pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie węgla i biowęgla. W wyniku reakcji biowodoru z węglem pierwiastkowym C' z półkarbonu i z węglem pierwiastkowym C z węgla brunatnego powstaje biometan i ekometan oraz ciepło reakcji hydrozgazowania węgla. Część tego ciepła ze schłodzenia ekometanu w wymienniku 7c ciepła z metanu dostarczana jest przez rurociąg ciepła do kotła 4 odzyskowego. Ponadto do kotła 4 odzyskowego dostarczane jest ciepło z wielu źródeł - z zespołu 5 wytwarzania energii, ze spalin z pierwszej turbiny gazowej poprzez rurociąg 7g gorących spalin z turbiny gazowej, ze schłodzenia biowodoru w wymienniku 7d ciepła z biowodoru oraz ze strumienia CO₂ opuszczającego drugi reaktor 2 kalcynacji węglanów przez rurociąg 10a CO₂ wyjściowego i dalej przez rurociąg 10b CO₂przenoszący ciepło do wymiennika 4a ciepła kotła umieszczonego w kotle 4 odzyskowym oraz opuszczającego kocioł 4 odzyskowy poprzez rurociąg 10c CO₂ do sekwestracji do zakładu sekwestracji CO₂. Kocioł 4 odzyskowy, do którego dostarczana jest woda ze skraplacza 39 pary i z zewnętrznego ujęcia rurociągiem 12 wody, wytwarza parę wodną technologiczną dostarczaną przez rurociąg 11a pary technologicznej do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru oraz parę energetyczną dostarczaną przez rurociąg 11b pary energetycznej do drugiej turbiny 38 parowej w zespole 5 wytwarzania energii. Zużyty w trzecim reaktorze 3 wytwarzania biowodoru akceptor CO2 w postaci mieszaniny węglanów magnezu i wapnia wprowadzany jest do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów u góry reaktora poprzez transporter 14 zużytego akceptora CO₂. Wewnątrz drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów opadająca warstwa węglanów CaCO₃ i MgCO₃ fluidyzowana przez gorący strumień regeneracyjny CO₂ o temperaturze początkowej około 950°C podlega termicznemu rozkładowi, w górnej części tej warstwy rozkładany jest węglan magnezu w temperaturze około 630°C, a w dolnej części tej warstwy ulega termicznemu rozkładowi węglan wapnia w temperaturze około 950°C. Zregenerowany akceptor CO₂ w postaci mieszaniny tlenków magnezu i wapnia w proporcji MgO : CaO = 1 : 3 ilości molowych substancji potrzebnej do wprowadzenia do reakcji wytwarzania biowodoru ilości ciepła około 155 kJ/mol-165 kJ/mol CH₄ dostarczany jest poprzez transporter 13 akceptora CO₂ do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, a ditlenek węgla opuszczający drugi reaktor 2 kalcynacji węglanów przez rurociąg 10a CO₂ wyjściowego o temperaturze około 400°C dzielony jest na dwa strumienie - pierwszy z nich wprowadzany jest przez rurociąg 10b CO₂ przenoszący ciepło do wymiennika 4a ciepła kotła umieszczonego w kotle 4 odzyskowym i tak schłodzony przepływa przez rurociąg 10c CO₂do sekwestracji w procesie wiązania CO2 zwłaszcza przez krzemiany, na przykład przez serpentyn. Powstałe produkty takiego wiązania, węglan magnezu, krzemionka i woda, są trwałe i łatwe do składowania. Drugi strumień CO₂ - jako strumień regeneracyjny CO₂, kierowany jest przez rurociąg 10d CO2 obiegowego do wymiennika 8 zbiorczego ciepła w zespole 5 wytwarzania energii, gdzie zostaje ogrzany przez część spalin o temperaturze około 700°C opuszczających pierwszą turbinę 36 gazową do temperatury około 650°C, a następnie strumień ten jest kierowany do podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO₂, gdzie zostaje podgrzany do temperatury około 1100°C przez palnik 9b gazowy podgrzewacza zasilany przez gaz pirolityczny lub przez inne paliwo gazowe, przez palnik 27a pyłowy zasilany przez zmielony koksik, a następnie strumień ten jest kierowany przez rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO2 do dyszy lub zespołu dysz 2b CO2 umieszczonych przy dnie drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów.

Schłodzony ekometan kierowany jest za pomocą rurociągu 20d ekometanu schłodzonego do zespołu 5 wytwarzania energii będącego elektrociepłownią gazowo - parową do komory 34 spalania gazu pierwszej turbiny 36 gazowej w tym zespole. Proces wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej został pokazany w przykładzie I.

W innym wykonaniu wynalazku podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO2 połączony jest z zespołem 33 kolektorów słonecznych pokazanym na fig. 5. Strumień CO2 jako nośnik ciepła kierowany jest z wymiennika 30 ciepła solarnego przez rurociąg 31 nośnika ciepła do spiralnych wymienników 33b ciepła w ogniskach zwierciadeł umieszczonych w zwierciadłach 33a wklęsłych i zostaje zaPL 224 909 B1 wracany przez rurociąg 32 powrotny nośnika do podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. We wszystkich takich wymiennikach 33b ciepła w ogniskach zwierciadeł zespołu 33 kolektorów słonecznych strumień CO₂ jako nośnik ciepła zostaje podgrzany do temperatury około 1200°C i zawracany do wymiennika 30 ciepła solarnego umieszczonego w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂, z którego ciepło dostarczane jest przez rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO₂ do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów. W tym wykonaniu wynalazku korzystnym jest zastosowanie jako akceptora CO₂ tylko tlenku wapnia, kierowanego do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, a zużyty akceptor CO2 jako węglan wapnia zawracany jest do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów. Ciepło molowe rozkładu termicznego CaCO₃ na CaO i CO₂ wynoszące 178.8 kJ/mol jest wysokie i stanowi 45.5% ciepła spalania 1 mola węgla pierwiastkowego C z węgla brunatnego - wynoszące 393.5 kJ/mol. Ciepło to z dużą sprawnością dochodzącą do 80% jest przekazywane przez energię chemiczną akceptora CO₂ do energii chemicznej paliwa gazowego, które zasila elektrociepłownię gazowo - parową, a ta z dużą sprawnością około 60% wytwarza energię elektryczną. Tak więc sprawność przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną w tym układzie wynosi około 48%, kiedy sprawność stosowanych obecnie ogniw fotowoltaicznych wynosi około 15%. Ponadto energia termochemiczna jest akumulowana w tlenku wapnia oraz w wytworzonym paliwie gazowym, które to substancje można przechowywać, a sposób ich przechowywania zależy od rocznego czasu nasłonecznienia.

Przykład urządzenia.

Jak zostało pokazane na rysunku fig. 1 układ składa się z pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie węgla i/lub biowęgla, drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów, trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, kotła 4 odzyskowego, zespołu 5 wytwarzania energii, posiadającego połączenie 6 zbiorcze z siecią elektroenergetyczną, rurociągu 7a zbiorczego ciepła i rurociągu 7b przesyłu ciepła, wymiennika 8 zbiorczego ciepła, podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO₂, rurociągu 10 strumienia regeneracyjnego CO₂, rurociągu 10a CO₂wyjściowego, rurociągu 10b CO₂ przenoszącego ciepło, rurociągu 10c CO₂ do sekwestracji, rurociągu 10d CO₂ obiegowego, rurociągu 10e CO₂ ogrzewania rurek, rurociągu 10f CO₂ do przetwarzania, rurociągu 10g CO₂ do usuwania powietrza i wylotu 10h gazów, rurociągu 11a pary technologicznej, rurociągu 11b pary energetycznej, rurociągu 12 wody, transportera 13 akceptora CO₂, transportera 14 zużytego akceptora CO₂, rozdzielacza 15 par i gazów, rurociągu 16 gazu surowego, rurociągu 17 par i gazów resztkowych, rurociągów 18a gorącego biowodoru i 18b schłodzonego biowodoru, rurociągu 19 wodoru zawracanego, rurociągu 20 mieszanki metanowej, rurociągu 20a biometanu, rurociągu 20b ekometanu gorącego, rurociągu 20d ekometanu schłodzonego i rurociągu 20c metanu przetwarzanego oraz rurociągu 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza, transportera 23 biowęgla, transportera 24 węgla, aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, transportera 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej, transportera 28 koksiku, transportera 28a koksiku mielonego, transportera 28b koksiku na składowisko, ewentualnie popiołu na składowisko, albo transportera 27 węgla lub biowęgla mielonego, transportera 29 odpadów i wymiennika 30 ciepła solarnego połączonego z zespołem 33 kolektorów słonecznych. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie węgla i biowęgla połączony jest u góry za pomocą transportera 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej z aparatem 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej wsadowej mającego dwa połączenia - połączenie z transporterem 24 węgla i połączenie z transporterem 23 biowęgla, przy czym transporter 23 biowęgla połączony jest z aparatem 22 pirolizy biomasy. Aparat 22 pirolizy biomasy posiada wejście suchej biomasy połączone z transporterem 21 biomasy, posiada również wyjście biowęgla połączone z transporterem 23 biowęgla, a także wyjście gazów palnych pirolitycznych połączone przez rurociąg 22a gazu pirolitycznego z palnikiem 22c gazowym aparatu umieszczonym w aparacie 22 pirolizy biomasy oraz przez rurociąg 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza z palnikiem gazowym 9b podgrzewacza umieszczonym w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla posiada u dołu wejście biowodoru połączone przez rurociąg 18b schłodzonego biowodoru i dalej przez rurociąg 18a gorącego biowodoru z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru, przy czym rurociąg 18a gorącego biowodoru połączony jest poprzez rurociąg 19 wodoru zawracanego z rozdzielaczem 15 par i gazów. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla posiada także u dołu wyjście koksiku połączone za pomocą transportera 28 koksiku z transporterem 28a koksiku mielonego i poprzez młyn węglowy z palnikiem 27a pyłowym umieszczonym w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂, przy czym młyn węglowy połączony jest także z transporterem 27 węgla lub biowęgla mielonego, a także za pomocą transportera 28b koksiku na składowisko, a w przypadku pełnego przereagowania koksiku z biowodorem

PL 224 909 B1 wyjście to jest wyjściem popiołu połączone za pomocą transportera 28b koksiku na składowisko ze składowiskiem popiołu. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla posiada także połączenie przez rurociąg 16 gazu surowego z rozdzielaczem 15 par i gazów, który u góry posiada rurociąg 17 par i gazów resztkowych usuniętych z gazu surowego. Rozdzielacz 15 par i gazów posiada u dołu wyjście wodoru połączone przez rurociąg 19 wodoru zawracanego z rurociągiem 18a gorącego biowodoru, a także u dołu posiada wyjście mieszanki metanowej połączone z rurociągiem 20 mieszanki metanowej rozgałęziającym się na rurociąg 20a biometanu połączony z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru oraz na rurociąg 20b ekometanu gorącego połączony z wymiennikiem 7c ciepła z metanu i dalej przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego z zespołem 5 wytwarzania energii. Natomiast rurociąg 20d ekometanu schłodzonego połączony jest z rurociągiem 20c metanu przetwarzanego. Kocioł 4 odzyskowy posiada ujście pary technologicznej połączone przez rurociąg 11a pary technologicznej z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru, a także ujście pary energetycznej połączone przez rurociąg 11b pary energetycznej z drugą turbiną 38 parową w zespole 5 wytwarzania energii. Trzeci reaktor 3 wytwarzania biowodoru posiada także wejście akceptora CO₂, połączone za pomocą transportera 13 akceptora CO2 z wyjściem zregenerowanego akceptora CO2 u dołu z drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów, a także trzeci reaktor 3 wytwarzania biowodoru posiada wyjście zużytego akceptora CO₂połączone za pomocą transportera 14 zużytego akceptora CO₂ z wejściem u góry zużytego akceptora do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów. Na wejściu do drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów jest rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO₂ połączony z wymiennikiem 9a ciepła podgrzewacza umieszczonym w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. Wyjście strumienia CO₂ z drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów połączone jest z rurociągiem 10a CO₂ wyjściowego rozgałęziającym się na rurociąg 10d CO₂ obiegowego i na rurociąg 10b CO₂ przenoszący ciepło połączony z wymiennikiem 4a ciepła kotła umieszczonym w kotle 4 odzyskowym i dalej wyjście CO₂ z kotła 4 odzyskowego posiada połączenia za pomocą rurociągu 10c CO₂ do sekwestracji z podukładem sekwestracji CO₂ i za pomocą rurociągu 10f CO₂ do przetwarzania z aparaturą przetwarzania CO₂ oraz na rurociąg 10g CO₂ do usuwania powietrza. Drugi reaktor 2 kalcynacji węglanów połączony jest przez rurociąg 10a CO₂ wyjściowego z rurociągiem 10d CO₂ obiegowego i poprzez wymiennik 8 zbiorczy ciepła z wymiennikiem 9a ciepła podgrzewacza, który połączony jest przez rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO₂ na wejściu z drugim reaktorem 2 kalcynacji węglanów. Podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO₂ wyposażony jest w palnik 9b gazowy podgrzewacza połączony za pomocą rurociągu 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza z rurociągiem 22a gazu pirolitycznego, jak również wyposażony jest w palnik 27a pyłowy połączony poprzez młyn węglowy z transporterem 28a koksiku mielonego lub z transporterem 27 węgla lub biowęgla mielonego, a także wyposażony jest w wymiennik 30 ciepła solarnego połączony z zespołem 33 kolektorów słonecznych.

Zespół 5 wytwarzania energii posiada połączenie 6 zbiorcze z siecią elektroenergetyczną, a także połączenie przez rurociąg 7b przesyłu ciepła z rurociągiem ciepła komunalnego, a także połączenie za pomocą rurociągu 7g gorących spalin z turbiny gazowej z kotłem 4 odzyskowym, a ponadto kocioł 4 odzyskowy posiada połączenie za pomocą rurociągu 12 wody ze źródłem zewnętrznym wody.

Jak zostało pokazane na rysunku fig. 2 przedstawia schemat podukładu wytwarzania biometanu i ekometanu z użyciem pierwszego reaktora 1 hydrozgazowania węgla niskociśnieniowego, rozdzielacza 15 par i gazów, aparatu 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, aparatu 22 pirolizy biomasy, wymiennika 7d ciepła z biowodoru, a także z transporterów i rurociągów. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie węgla i biowęgla, posiada obudowę 1d reaktora izolowaną termicznie, komorę 1c wewnętrzną, zawierającą zawieszone opadające złoże, połączoną poprzez wlot 1a mieszaniny węglowej z transporterem 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej. Komora 1c wewnętrzna posiada u góry wlot 1h gazu pierwotnego, a u dołu ma połączenie z komorą 1b zewnętrzną zawierającą złoże 1f węglowe fluidalne wsadu węglowego z koksikiem. Wylot gazu surowego połączony jest poprzez rurociąg 16 gazu surowego z rozdzielaczem 15 par i gazów. Komora 1b zewnętrzna ma wlot 1g biowodoru połączony przez rurociąg 18b schłodzonego biowodoru z wymiennikiem 7d ciepła z biowodoru i dalej przez rurociąg 18a gorącego biowodoru z trzecim reaktorem wytwarzania biowodoru, a także posiada wylot 1e koksiku połączony z transporterem 28 koksiku, który połączony jest z transporterem 28a koksiku mielonego oraz z transporterem 28b koksiku na składowisko, a w przypadku pełnego przereagowania wsadu węglowego z biowodorem będzie to wylot popiołu przez wylot 1e koksiku połączony z transporterem 28b koksiku na składowisko popiołu. Wymiennik 7d ciepła z biowodoru połączony jest za pomocą rurociągu ciepła z kotłem 4 odzyskowym, a rurociąg 18a gorącego biowodoru połączony jest za pomocą rurociągu 19 wodoru zaPL 224 909 B1 wracanego z wyjściem wodoru z rozdzielacza 15 par i gazów. Rozdzielacz 15 par i gazów posiada także wyjście mieszaniny biometanu i ekometanu połączone z rurociągiem 20 mieszanki metanowej oraz wyjście pyłów, par i gazów resztkowych połączone z rurociągiem 17 par i gazów resztkowych. Pierwszy reaktor 1 hydrozgazowania węgla, w którym następuje hydrozgazowanie węgla i biowęgla połączony jest u góry za pomocą transportera 26 mieszaniny lub zawiesiny węglowej z aparatem 25 przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej posiadającym połączenie z transporterem 24 węgla oraz za pomocą transportera 23 biowęgla z aparatem 22 pirolizy biomasy. Aparat 22 pirolizy biomasy posiada połączenie z transporterem 21 biomasy oraz połączony jest za pomocą rurociągu 22a gazu pirolitycznego z palnikiem 22c gazowym aparatu umieszczonym w aparacie 22 pirolizy biomasy a rurociąg 22a gazu pirolitycznego połączony jest z rurociągiem 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza.

Jak zostało pokazane na rysunku fig. 3 przedstawia schemat powiązania drugiego reaktora 2 kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja węglanu magnezu lub mieszaniny węglanów magnezu i wapnia, z kotłem 4 odzyskowym i z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru oraz z zespołem 5 wytwarzania energii i z podgrzewaczem 9 strumienia regeneracyjnego CO₂.

Drugi reaktor 2 kalcynacji węglanów, w którym następuje kalcynacja magnezu lub mieszaniny węglanów magnezu i wapnia, zbudowany korzystnie w kształcie pieca szybowego, składa się z izolowanej termicznie obudowy posiadającej u góry wlot zużytego akceptora CO₂, połączony za pomocą transportera 14 zużytego akceptora CO₂ z wylotem zużytego akceptora z trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru, a u dołu posiadającej wylot zregenerowanego akceptora CO₂ w postaci tlenku magnezu lub mieszaniny tlenków magnezu i wapnia połączony z podajnikiem 2a akceptora CO2 i dalej za pomocą transportera 13 akceptora CO₂ z wlotem akceptora CO₂ do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru. Drugi reaktor 2 kalcynacji węglanów posiada u dołu dyszę lub zespół dysz 2b CO2 wprowadzających gorący strumień regeneracyjny CO₂ o temperaturze około 650°C-700°C w przypadku termicznego rozkładu MgCO₃ w złożu fluidalnym lub o temperaturze około 1000°C-1100°C w przypadku termicznego rozkładu mieszaniny węglanów MgCO3 i CaCO3 w złożu fluidalnym, a u góry posiada wylot CO₂, połączony z rurociągiem 10a CO₂ wyjściowego dzielącym się na dwie gałęzie: na gałąź rurociągu 10b CO₂ przenoszącego ciepło połączoną z wymiennikiem 4a ciepła kotła umieszczonym w kotle 4 odzyskowym i wychodząc z kotła 4 odzyskowego dzielącą się na rurociąg 10c CO₂ do sekwestracji prowadzący do podukładu sekwestracji CO₂, na rurociąg 10f CO₂ do przetwarzania i na rurociąg 10g do usuwania powietrza oraz na gałąź rurociągu 10d CO₂ obiegowego, połączoną z wymiennikiem 8 zbiorczym ciepła w zespole 5 wytwarzania energii i dalej połączonym z wymiennikiem 9a ciepła podgrzewacza umieszczonym w podgrzewaczu 9 strumienia regeneracyjnego CO₂ a następnie poprzez rurociąg 10 strumienia dyszą lub regeneracyjnego CO₂ połączony jest z dyszą lub zespołem dysz 2b CO2. Podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO2 posiada dodatkowo palnik 9b gazowy podgrzewacza połączony z rurociągiem 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza, palnik 27a pyłowy z młynem koksiku lub węgla połączony z transporterem 28a koksiku mielonego i z transporterem 27 węgla lub biowęgla mielonego, a transporter 28a koksiku mielonego posiada połączenie z transporterem 28 koksiku, który posiada także połączenie z transporterem 28b koksiku na składowisko. Podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO2 posiada również wylot dla popiołu połączony z transporterem 29 odpadów, a także posiada wymiennik 30 ciepła solarnego. Kocioł 4 odzyskowy posiada wejście przez rurociąg 7a zbiorczy ciepła połączone z wymiennikiem 7d ciepła z biowodoru i wymiennikiem 7c ciepła z metanu. Kocioł 4 odzyskowy posiada także wejście skroplin i wody uzupełniającej połączone z rurociągiem 12 wody oraz wyjście pary energetycznej połączone z rurociągu 11b pary energetycznej i wyjście pary technologicznej połączone za pomocą rurociągu 11a pary technologicznej z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru. Rurociąg 10 strumienia regeneracyjnego CO₂ posiada połączenie w postaci rurociągu 10e CO₂ ogrzewania rurek z trzecim reaktorem 3 wytwarzania biowodoru.

Trzeci reaktor 3 wytwarzania biowodoru zbudowany wewnątrz z rurek 3a przepływowych zaopatrzonych wewnątrz w katalizatory posiada wyjście biowodoru połączone przez rurociąg 18a gorącego biowodoru z wymiennikiem 7d ciepła z biowodoru oraz z rurociągiem 19 wodoru zawracanego z rozdzielacza 15 par i gazów. Wymiennik 7d ciepła z biowodoru połączony jest poprzez rurociąg ciepła z kotłem 4 odzyskowym, a także z rurociągiem 18b schłodzonego biowodoru. Wejście gorącego biometanu do trzeciego reaktora 3 wytwarzania biowodoru połączone jest za pomocą rurociągu 20a biometanu z rurociągiem 20 mieszanki metanowej, który także połączony jest z rurociągiem 20b ekometanu gorącego połączonym z wymiennikiem 7c ciepła z metanu i dalej połączonym z rurociągiem 20c

PL 224 909 B1 metanu przetwarzanego i przez rurociąg 20d ekometanu schłodzonego połączony z zespołem 5 wytwarzania energii. Zespół 5 wytwarzania energii posiada połączenie 6 zbiorcze z siecią elektroenergetyczną.

Jak zostało pokazane na rysunku fig. 4 przedstawia zespół 5 wytwarzania energii składający się z ogniwa 45 paliwowego wysokotemperaturowego i z elektrociepłowni gazowo-parowej składającej się zasadniczo z pierwszej turbiny 36 gazowej sprzężonej na wale z pierwszym generatorem 36a, z drugiej turbiny 38 parowej sprzężonej na wale z drugim generatorem 38a i z kotła 4 odzyskowego. Rurociąg 20b ekometanu gorącego połączony poprzez wymiennik 7c ciepła z metanu z rurociągiem 20d ekometanu schłodzonego rozgałęziającym się na trzy gałęzie - gałąź pierwsza w postaci rurociągu 20e ekometanu schłodzonego do komory spalania połączona jest z komorą 34 spalania gazu turbozespołu gazowego, gałąź druga w postaci rurociągu 20f ekometanu schłodzonego do ogniwa połączona jest jest z ogniwem 45 paliwowym, a gałąź trzecia w postaci rurociągu 20c metanu przetwarzanego. Wymiennik 7c ciepła z metanu połączony jest za pomocą rurociągu ciepła z kotłem 4 odzyskowym.

Ogniwo 45 paliwowe połączone jest z rurociągiem 44 powietrza dla ogniwa, a rurociągi 7e spalin z ogniwa wychodzące z ogniwa 45 paliwowego połączone są poprzez rurociąg 7f zbiorczy spalin z ogniwa z wymiennikiem ciepła kotła 4 odzyskowego. Natomiast wymiennik 8a ciepła ogniwa umieszczony w ogniwie 45 paliwowym połączony jest z wymiennikiem 8 zbiorczym ciepła za pomocą rurociągu 8c ciepła z ogniwa, a także przez wymiennik 8 zbiorczy ciepła przechodzi rurociąg 10d CO₂obiegowego z wymiennikiem 8d ciepła CO2 rurociągu obiegowego umieszczonym w wymienniku 8 zbiorczym ciepła. Wyjście prądowe z ogniwa 45 paliwowego posiada połączenie 6a ogniwa paliwowego z siecią elektroenergetyczną poprzez falownik.

Komora 34 spalania gazu połączona jest na wejściu za pomocą rurociągu 37 powietrza sprężonego ze sprężarką 35 powietrza sprzężoną na wale z pierwszą turbiną 36 gazową i z rozrusznikiem 35a, a na wyjściu połączona jest poprzez rurociąg 42 spalin z komory spalania z pierwszą turbiną 36 gazową sprzężoną na wale z pierwszym generatorem 36a posiadającym połączenie 6b pierwszego generatora z siecią elektroenergetyczną, natomiast wyjście spalin upustowych z pierwszej turbiny 36 gazowej połączone jest za pomocą rurociągu 43 spalin upustowych z wymiennikiem 8b ciepła z turbiny gazowej umieszczonym w wymienniku 8 zbiorczym ciepła i połączonym dalej z kotłem 4 odzyskowym oraz wyjście spalin rozprężonych z pierwszej turbiny 36 gazowej połączone jest przez rurociąg 7g gorących spalin z turbiny gazowej z kotłem 4 odzyskowym, posiadającym wylot 43a spalin z kotła oraz wejście rurociągu 7a zbiorczego ciepła. Ponadto kocioł 4 odzyskowy posiada wejście gorącego strumienia CO₂ poprzez rurociąg 10b CO₂ przenoszący ciepło połączony z wymiennikiem 4a ciepła kotła oraz wyjście tego rurociągu rozgałęziającego się na rurociąg 10c CO₂ do sekwestracji połączony z podukładem sekwestracji CO₂ oraz na rurociąg 10f CO₂ do przetwarzania połączony z rurociągiem 10g CO2 do usuwania powietrza.

Kocioł 4 odzyskowy posiada także wyjście pary technologicznej połączone z rurociągiem 11a pary technologicznej, a także wyjście pary energetycznej połączone poprzez rurociąg 11b pary energetycznej z drugą turbiną 38 parową, a wyjście pary z drugiej turbiny 38 parowej połączone jest ze skraplaczem 39 pary, a ten za pomocą rurociągu 40 skroplin poprzez pompę 41 skroplin połączony jest z kotłem 4 odzyskowym. Kocioł 4 odzyskowy posiada także połączenie ze źródłem wody zewnętrznej za pomocą rurociągu 12 wody.

Jak zostało pokazane na rysunku fig. 5 przedstawia zespół 33 kolektorów słonecznych powiązanych z podgrzewaczem 9 strumienia regeneracyjnego CO₂. Podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO₂ wyposażony jest w rurociąg 10d CO₂ obiegowego wejściowy strumienia CO₂ połączony z wymiennikiem 9a ciepła podgrzewacza i dalej połączony z rurociągiem 10 strumienia regeneracyjnego CO2. Wyposażony jest również w palnik 9b gazowy podgrzewacza połączony z rurociągiem 22b gazu pirolitycznego do zasilania podgrzewacza oraz w palnik 27a pyłowy z młynem węglowym połączonym z transporterem 28a koksiku mielonego i/lub z transporterem 27 węgla lub biowęgla mielonego. Ponadto podgrzewacz 9 strumienia regeneracyjnego CO2 wyposażony jest w wymiennik 30 ciepła solarnego, który na wyjściu połączony jest poprzez rurociąg 31 nośnika ciepła z wymiennikami 33b ciepła w ogniskach zwierciadeł umieszczonymi w zwierciadłach 33a wklęsłych zespołu 33 kolektorów słonecznych i dalej poprzez rurociąg 32 powrotny nośnika ciepła połączony jest z wymiennikiem 30 ciepła solarnego umieszczonym wewnątrz podgrzewacza 9 strumienia regeneracyjnego CO2.

Claims

1. Sposób wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej polegający na przeprowadzeniu pirolizy biomasy do biowęgla wymieszanego z rozdrobnionym i przygotowanym węglem kopalnym oraz hydrozgazowaniu mieszaniny węglowej do gazu surowego, rozdzieleniu par i gazów oraz jego desulfuryzacji i rozdzielenia na wodór i metan, a także wytwarzaniu wodoru w reakcji metanu z parą wodną i akceptorem CO2, regeneracji akceptora, kalcynacji i podgrzewaniu strumienia regeneracyjnego CO₂ oraz wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej poprzez zespół wytwarzania energii i elektrociepłownię gazowo-parową, znamienny tym, że rozdrobniony suchy surowiec roślinny lub surowiec odpadowy poddaje się pojedynczo lub w mieszaninach procesowi pirolizy, albo z w zakresie temperatur 170°C-270°C pod normalnym ciśnieniem do półkarbonu, pary i gazu pirolitycznego, albo w zakresie temperatur 270°C-300°C do biokarbonu, pary i gazu pirolitycznego, do biokarbonu, pary i gazu pizolitycznego albo w zakresie temperatur wyższych od 300°C do biokarbonu, pary i gazu pizolitycznego przy czym część gazu pirolitycznego kieruje się do przeprowadzenia pirolizy biomasy w aparacie pirolizy biomasy, a drugą część gazu pirolitycznego kieruje się do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO₂ w podgrzewaczu. Uzyskany półkarbon zawierający około 60%-65% węgla pierwiastkowego miesza się korzystnie z rozdrobnionym węglem brunatnym, natomiast biokarbon zawierający około 65%-80% węgla pierwiastkowego miesza się z rozdrobnionym węglem kamiennym w stosunku węgla pierwiastkowego C' z biowęgla do węgla pierwiastkowego C z węgla kopalnego korzystnie wynoszącym C' : C = 1 : 1 i mieszaninę tę wprowadza się do pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla niskociśnieniowego lub wysokociśnieniowego w którym przeprowadza się pełny proces hydrozgazowania za pomocą biowodoru do gazu surowego i popiołu, albo przeprowadza się niepełny proces hydrozgazowania węgla i biowęgla do gazu surowego i koksiku przy czym, koksik odprowadzany jest częściowo na składowisko koksiku, a częściowo kierowany do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO2 w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego i spalany, zaś otrzymany gaz surowy dostarczany jest do procesu rozdzielania par i gazów, gdzie osusza się go i poddaje desulfuryzacji, a następnie rozdziałowi na wodór, gazy resztkowe pyły i na mieszaninę metanową, składającą się z czystego biometanu i ekometanu, przy czym część ekometanu po schłodzeniu w wymienniku ciepła z metanu kieruje się do zasilania zespołu wytwarzania energii, z którego ciepło jest wprowadzane do wymiennika ciepła podgrzewacza do zasilania podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO2 i do wymiennika ciepła kotła umieszczonym w kotle odzyskowym wytwarzającym parę technologiczną i parę energetyczną, a druga część schłodzonego ekometanu jest kierowana przez rurociąg metanu przetwarzanego albo do sprężarki albo do skraplarki albo wprowadzana jest do magistrali gazowej. Gorący biometan o temperaturze około 800°C, wprowadzany jest do trzeciego reaktora w ytwarzania biowodoru, w którym w reakcji biometanu z gorącą parą wodną dostarczaną z kotła odzyskowego i z akceptorem CO₂ wytwarzany jest biowodór a ten po schłodzeniu kierowany jest do procesu hydrozgazowania mieszaniny węglowej w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla, zaś zuż yty akceptor CO2 w postaci mieszaniny węglanów magnezu i wapnia kierowany jest do drugiego reaktora kalcynacji węglanów do procesu kalcynacji za pomocą gorącego strumienia regeneracyjnego CO2, po czym zregenerowany akceptor CO2 w postaci tlenku magnezu i tlenku wapnia wprowadza się do trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, a strumień CO2 o temperaturze około 400°C opuszczający drugi reaktor kalcynacji węglanów dostarczany jest w pierwszej części do wymiennika ciepła kotła w kotle odzyskowym, gdzie zostaje schłodzony i kierowany jest, albo do znanego procesu sekwestracji CO2, albo do sprężania i do zestalania CO2 do suchego lodu, lub wyprowadzany jest do atmosfery, a w drugiej części jako strumień regeneracyjny CO2 jest podgrzewany do temperatury około 700°C potrzebnej do kalcynacji węglanu magnezu, albo do temperatury około 1000°C-1100°C potrzebnej do kalcynacji mieszaniny węglanów magnezu i wapnia a także w podgrzewaczu okresowo zasilanym przez gorący nośnik ciepła podgrzany w kolektorze słonecznym do temperatury 1100°C-1200°C i tak podgrzany strumień regeneracyjny CO2 wprowadzany jest do drugiego reaktora kalcynacji węglanów

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobniona sucha mieszanina węglowa półkarbonu z węglem brunatnym albo biokarbonu z węglem kamiennym, po usunięciu z niej powietrza przez CO2, dostarczana jest z aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej do pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla niskociśnieniowego, w którym zachodzi proces hydrozgazowania mieszaniny węglowej najpierw w komorze wewnętrznej w złożu zawieszonym opadającym współprądowo z gazem wprowadzanym od góry do komory wewnętrznej, zawierającym około 50% H2 i 50% CH4 w temperaturze około 815°C i uzyskany w tym procesie gaz surowy kieruje się z pierwsze18

PL 224 909 B1 go reaktora hydrozgazowania węgla do rozdzielacza par i gazów, gdzie jest oczyszczany z pyłów i gazów domieszkowych, a zwłaszcza ulega desulfuryzacji, po której jest rozdzielany na czystą mieszankę metanową składającą się z biometanu i z ekometanu i na czysty wodór zawracany do strumienia biowodoru, zaś częściowo przereagowaną mieszaninę węglową kieruje się do komory zewnętrznej w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla, gdzie poddaje się ją pełnemu przereagowaniu z wodorem do popiołu i do gazu wodorowo-metanowego lub częściowemu przereagowaniu do koksiku i do gazu wodorowo-metanowego i popiół wyprowadza się na składowisko a koksik kieruje się albo do spalania albo do składowania, natomiast gaz wodorowo-metanowy kieruje się od góry do komory wewnętrznej pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla mieszanina węglowa po połączeniu z olejem mineralnym wprowadzana jest w postaci zawiesiny przy użyciu rozpylacza do najwyżej położonej sekcji reaktora, zwanej odparowującą, pod ciśnieniem około 6.8 MPa i w panującej tu temperaturze około 315°C dokonuje się odparowanie oleju i o dprowadzenie jego par wraz z gorącym gazem surowym opuszczającym sekcję środkową zwaną I stopniem hydrozgazowania węgla do rozdzielacza par i gazów, gdzie oddzielony, a następnie skr oplony w skraplaczu olej mineralny, jest zawracany do aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej w oleju, a oczyszczony gaz surowy zwłaszcza po desulfuryzacji jest rozdzielony na mieszaninę metanową i na czysty wodór łączony z biowodorem, natomiast suche cząstki węgla i biowęgla o temperaturze około 300°C kieruje się do sekcji środkowej i poddaje się fluidyzacji w strumieniu zawierającym biowodór gazu opuszczającego dolną sekcję reaktora zwaną II stopniem hydrozgazowania węgla i w sekcji środkowej w podwyższonej temperaturze do około 650°C i pod ciśnieniem 6.8 MPa dokonuje się odgazowanie i częściowe hydrozgazowanie cząstek węgla a następnie częściowo przereagowaną mieszaninę węglową poddaje się pełnemu hydrozgazowaniu w złożu węglowym fluidalnym w sekcji dolnej reaktora w temperaturze 750°C-950°C przez biowodór wprowadzany do tej sekcji.

4. Sposób według zastrz. 1 i 2 i 3, znamienny tym, że jako akceptora CO₂ biorącego udział w procesie wytwarzania biowodoru używa się tlenku magnezu lub tlenku wapnia, korzystnie mieszaniny tlenku magnezu z tlenkiem wapnia w proporcji korzystnie MgO : CaO = 1 : 3 ilości molowych substancji - potrzebnej do wprowadzenia do reakcji wytwarzania biowodoru ilości ciepła około 155 kJ/mol-165 kJ/mol CH₄ w temperaturze ponad 100°C w czasie ciągłego ruchu trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, a proporcja ta ulega regulowaniu w zakresie od 1 : 10 do 10 : 1.

5. Sposób według zastrz. 1 i 2 i 3, znamienny tym, że w procesie termicznego rozkładu węglanów z udziałem energii słonecznej akceptorem CO₂ wnoszącym energię do reakcji wytwarzania biowodoru jest tlenek wapnia.

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że w drugim reaktorze kalcynacji węglanów w złożu węglanów magnezu i wapnia fluidyzowanym przez gorący strumień CO₂ o temperaturze około 1100°C w strefie dolnej reaktora przeprowadza się termiczny rozkład węglanu wapnia w zakresie temperatur około 1000°C-800°C a w górnej strefie reaktora termiczny rozkład węglanu magnezu w zakresie temperatur około 800°C-400°C i wytwarza się tlenki magnezu i wapnia oraz ditlenek węgla.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w zespole wytwarzania energii używa się ekometan, który zasila pierwszą turbinę gazową i ogniwo paliwowe, a ciepło z ogniwa paliwowego o temperaturze 650°C kieruje się do wymiennika ciepła w podgrzewaczu strumienia regeneracyjnego CO2, a spaliny wylotowe z ogniwa paliwowego o temperaturze 400°C dostarcza się do wymiennika ciepła w kotle odzyskowym.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spaliny z ostatniego stopnia pierwszej turbiny gazowej o temperaturze korzystnie około 700°C dostarcza się do wymiennika ciepła turbiny do podgrzewania strumienia regeneracyjnego CO2, a spaliny wylotowe o temperaturze 400°C-600°C kieruje się do wymiennika ciepła w kotle odzyskowym, z którego para energetyczna o temperaturze około 585°C kierowana jest do drugiej turbiny parowej turbozespołu parowego.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do kotła odzyskowego kierowane jest ciepło z zespołu wytwarzania energii przez spaliny o temperaturze około 400°C-600°C, ciepło ze strumienia CO2 opuszczającego drugi reaktor kalcynacji węglanów magnezu i/lub wapnia o temperaturze około 400°C, ciepło ze strumienia gorącego biowodoru o temperaturze około 500°C i ze strumienia gorącego ekometanu wytwarzanego w pierwszym reaktorze hydrozgazowania węgla o temperaturze około 800°C.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że do podgrzewacza strumienia regeneracyjnego CO₂ kierowane jest ciepło z nośnika ciepła podgrzanego do temperatury około 1100°C-1200°C przez energię słoneczną.

PL 224 909 B1

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że nośnikiem ciepła podgrzewanym przez energię słoneczną jest gaz niereaktywny z materiałami zespołu kolektorów słonecznych, korzystnie ditlenek węgla lub azot lub argon albo jest gaz o wysokim cieple właściwym, korzystnie hel albo para niereaktywna z tymi materiałami, korzystnie para wodna albo ciecz o wysokiej temperaturze wrzenia.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reagenty - biometan, para wodna i akceptor CO₂ wytwarzające biowodór w obecności katalizatora niklowego Ni/AI₂O₃ w zakresie temperatur 500°C-900°C i pod ciśnieniem 1.5 MPa-4.5 MPa w pierwszej części trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru w rurkach dogrzewa się przez gorący strumień CO₂ o temperaturze około 800°C-1000°C - zwłaszcza w czasie rozruchu tego reaktora.

13. Sposób według zastrz. 1 i 12, znamienny tym, że do reakcji wytwarzania biowodoru w trzecim reaktorze wytwarzania biowodoru z tlenku węgla i pary wodnej z mieszaniny gazów przepływającej z pierwszej części reaktora do części drugiej tego reaktora, działającej w niższym zakresie temperatur niż część pierwsza, stosuje się katalizator albo Cu-Zn/Al₂O₃ w zakresie temperatur 200°C-300°C albo w zakresie temperatur wyższych 350°C-500°C przy użyciu katalizatora Fe/Al₂O₃ a następnie w zakresie temperatur 200°C-300°C przy użyciu katalizatora Cu/AI₂O₃.

14. Układ do wytwarzania biometanu i ekometanu oraz energii elektrycznej i cieplnej, składający się z połączonych ze sobą elementów w postaci pierwszego reaktora hydrozgazowania węgla, drugiego reaktora kalcynacji węglanów magnezu i wapnia, trzeciego reaktora wytwarzania biowodoru, rozdzielacza par i gazów, aparatu pirolizy biomasy, aparatu przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej wsadowej, kotła odzyskowego ewentualnie połączonego z podukładem sekwestracji CO₂, zespołu wytwarzania energii z ogniwem paliwowym, podgrzewacza strumienia regeneracyjnego CO2, wymienników ciepła, transporterów, pomp i rurociągów cieczy, par i gazów, znamienny tym, że pierwszy reaktor (1) hydrozgazowania węgla mający wejście połączone przez transporter (26) mieszaniny lub zawiesiny węglowej z aparatem (25) przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej wsadowej, który jest połączony poprzez transporter (23) biowęgla z aparatem (22) pirolizy biomasy i z transporterem (24) węgla kamiennego lub brunatnego, a także pierwszy reaktor (1) hydrozgazowania węgla posiadający wyjście koksiku lub popiołu do transportera (28) koksiku lub popiołu oraz wyjście do rurociągu (16) gazu surowego połączone z rozdzielaczem (15) par i gazów, który ma ujście do rurociągu (17) par i gazów resztkowych oraz wyjście wodoru w postaci rurociągu (19) wodoru zawracanego połączonego z wyjściem biowodoru z trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru w postaci rurociągu (18a) gorącego biowodoru i rurociągu (18b) schłodzonego biowodoru połączonego z pierwszym reaktorem (1) hydrozgazowania węgla, zaś rozdzielacz (15) par i gazów posiada także wyjście biometanu i ekometanu w postaci rurociągu (20) mieszanki metanowej połączonego z trzecim reaktorem (3) wytwarzania biowodoru poprzez rurociąg (20a) biometanu oraz z zespołem (5) wytwarzania energii poprzez rurociąg (20b) ekometanu gorącego i rurociąg (20d) ekometanu schłodzonego, który posiada połączenie przez rurociąg (20c) metanu przetwarzanego albo z magistralą gazową albo ze sprężarką, natomiast wyjście spalin pierwszej z zespołu (5) wytwarzania energii w postaci rurociągu (7g) gorących spalin z pierwszej turbiny gazowej (36) połączone jest z kotłem (4) odzyskowym, który posiada wyjście pary technologicznej połączone rurociągiem (11a) pary technologicznej z trzecim reaktorem (3) wytwarzania biowodoru oraz wyjście pary energetycznej połączone rurociągiem (11b) pary energetycznej z drugą turbiną (38) parową w zespole (5) wytwarzania energii a także wejście CO2 do wymiennika (4a) ciepła kotła (4) odzyskowego połączone rurociągiem (10b) CO2 przenoszącym ciepło z wyjściem CO2 z drugiego reaktora (2) kalcynacji węglanów przez rurociąg (10a) CO₂ wyjściowego, posiadającego ponadto wejście strumienia re generacyjnego CO₂w postaci rurociągu (10) strumienia regeneracyjnego CO2 połączone z podgrzewaczem (9) strumienia regeneracyjnego CO2 połączonego korzystnie z zespołem kolektorów słonecznych oraz wyjście akceptora CO2 połączone poprzez transporter (13) akceptora CO2 z wejściem tego akceptora do trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru a wyjście zużytego akceptora z trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru połączone jest poprzez transporter (14) zużytego akceptora CO₂ z drugim reaktorem (2) kalcynacji węglanów.

15. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że aparat (22) pirolizy biomasy posiada wejście suchej biomasy połączone z transporterem (21) biomasy oraz wyjście biowęgla połączone poprzez transporter (23) biowęgla z aparatem (25) przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej, a także wyjście gazów pirolitycznych połączone poprzez rurociąg (22a) gazu pirolitycznego z palnikiem (22c) gazowym aparatu umieszczonym w aparacie (22) pirolizy biomasy oraz z palnikiem (9b) gazowym podgrzewacza umieszczonym w podgrzewaczu (9) strumienia regeneracyjnego CO2.

PL 224 909 B1

16. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że pierwszy reaktor (1) hydrozgazowania węgla zawiera dwie komory - komorę (1c) wewnętrzną oraz komorę (1b) zewnętrzną i posiada obudowę (1d) reaktora izolowaną termicznie, przez którą przeprowadzony jest wlot (1a) mieszaniny węglowej wsadowej z aparatu (25) przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej posiadającego wlot CO2 połączony z rurociągiem (10g) CO₂ do usuwania powietrza, powiązanym z rurociągiem (10f) CO₂ do przetwarzania oraz wylot (10h) gazów, natomiast komora (1c) wewnętrzna pierwszego reaktora (1) hydrozgazowania węgla posiada wlot (1h) gazu pierwotnego z komory (1b) zewnętrznej i wyjście gazu surowego do rurociągu (16) gazu surowego a na dole wyjście częściowo przereagowanej mieszaniny węglowej do komory (1b) zewnętrznej, która ma także wlot (1g) biowodoru.

17. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że drugi reaktor (2) kalcynacji węglanów, mający kształt pieca szybowego, posiada u dołu podajnik (2a) akceptora CO₂, a ten poprzez transporter (13) akceptora CO2 ma połączenie z wlotem akceptora CO2 do trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru, posiadającego wyjście zużytego akceptora CO₂ połączone przez transporter (14) zużytego akceptora CO2 z wlotem do drugiego reaktora (2) kalcynacji węglanów, który wyposażony jest w co najmniej jedną dyszę (2b) CO2 strumienia regeneracyjnego CO2 umieszczoną przy dnie i połączoną z podgrzewaczem (9) strumienia regeneracyjnego CO2, ponadto drugi reaktor (2) kalcynacji węglanów ma u góry wyjście CO₂ połączone przez rurociąg (10a) CO₂ wyjściowego i przez rurociąg (10b) CO₂przenoszący ciepło z wejściem CO2 do kotła (4) odzyskowego.

18. Układ według zastrz. 14 i 17, znamienny tym, że podgrzewacz (9) strumienia regeneracyjnego CO2 wyposażony jest w wymiennik (9a) ciepła podgrzewacza, który połączony jest z wymiennikiem (8) zbiorczym ciepła umieszczonym w zespole (5) wytwarzania energii oraz wyposażony jest w palnik (9b) gazowy podgrzewacza połączony z rurociągiem (22b) gazu pirolitycznego i w palnik (27a) pyłowy, połączony z transporterem (28a) koksiku mielonego i/lub z transporterem (27) węgla lub biowęgla mielonego, a poza tym podgrzewacz (9) strumienia regeneracyjnego CO2 ma wymiennik (30) ciepła solarnego połączony na wyjściu z zespołem (33) kolektorów słonecznych poprzez rurociąg (31) nośnika ciepła połączony z wymiennikami (33b) ciepła w ogniskach zwierciadeł umieszczonymi w zwierciadłach (33a) wklęsłych oraz na wejściu z rurociągiem (32) powrotnym nośnika, natomiast wymiennik (8) zbiorczy ciepła na wejściu ma połączenie z rurociągiem (10d) CO₂ obiegowego, a na wyjściu ma połączenie z wymiennikiem (9a) ciepła podgrzewacza, posiadającego wyjście CO2 połączone przez rurociąg (10) strumienia regeneracyjnego CO₂ z wejściem do drugiego reaktora (2) kalcynacji węglanów - z dyszą lub zespołem dysz (2b) CO2, umieszczonych w dnie tego reaktora, a także rurociąg (10) strumienia regeneracyjnego CO₂ posiada połączenie przez rurociąg (10e) CO₂ ogrzewania rurek z trzecim reaktorem (3) wytwarzana biowodoru oraz zespół (5) wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej posiada elektryczne połączenie (6) zbiorcze z siecią elektroenergetyczną, a także połączenie za pomocą rurociągu (7b) przesyłu ciepła z siecią ciepłowniczą.

19. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że zespół (5) wytwarzania energii składający się z ogniwa (45) paliwowego i z elektrociepłowni gazowo-parowej, połączony jest z wymiennikiem (8) zbiorczym ciepła, przy czym ogniwo (45) paliwowe ma wymiennik (8a) ciepła ogniwa połączony przez rurociąg (8c) ciepła z ogniwa z wymiennikiem (8) zbiorczym ciepła, zaś wyjście spalin z ogniwa (45) paliwowego połączone jest przez rurociągi (7e) spalin z ogniwa i przez rurociąg (7f) zbiorczy spalin z ogniwa z kotłem (4) odzyskowym, natomiast wyjście spalin z komory (34) spalania gazu połączone jest przez rurociąg (42) spalin z komory spalania z pierwszą turbiną (36) gazową, a wyjście spalin upustowych z pierwszej turbiny (36) gazowej połączone jest poprzez rurociąg (43) spalin upustowych z wymiennikiem (8b) ciepła turbiny umieszczonym w wymienniku (8) zbiorczym ciepła i dalej z kotłem (4) odzyskowym, który połączony jest z trzecim reaktorem (3) wytwarzania biowodoru przez rurociąg (11a) pary technologicznej oraz z drugą turbiną (38) parową przez rurociąg (11b) pary energetycznej a ponadto przez wymiennik (8) zbiorczy ciepła przeprowadzony jest rurociąg (10d) CO₂ obiegowego z wymiennikiem (8d) ciepła rurociągu CO2 obiegowego połączonym z wymiennikiem (9a) ciepła podgrzewacza.

20. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że kocioł (4) odzyskowy ma rurociąg (12) wody oraz rurociąg (10b) CO2 przenoszący ciepło z drugiego reaktora (2) kalcynacji węglanów połączony poprzez wymiennik (4a) ciepła kotła znajdujący się w kotle (4) odzyskowym z rurociągiem (10f) CO₂do przetwarzania i z rurociągiem (10g) CO₂ do usuwania powietrza połączonym z aparatem (25) przygotowania mieszaniny lub zawiesiny węglowej albo z wyjściem do atmosfery i/lub z rurociągiem (10c) CO2 do sekwestracji, a ponadto kocioł (4) odzyskowy posiada rurociąg (7a) zbiorczy ciepła z procesu chłodzenia wodoru, metanu i spalin z ogniwa (45) paliwowego.

PL 224 909 B1

21. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że trzeci reaktor (3) wytwarzania przepływowe biowodoru ma wewnątrz rurki (3a) przepływowe zawierające katalizator niklowy osadzony na podłożu ceramicznym Ni/Al₂O₃ umieszczonej w pierwszej części trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru połączonej z rurociągiem (10e) CO₂ ogrzewania rurek, a także rurki (3a) przepływowe zawierające katalizator albo Cu-Zn/Al2O3 albo katalizator Fe/Al2O3 i Cu/AI2O3 umieszczone w drugiej części trzeciego reaktora (3) wytwarzania biowodoru, przy czym trzeci reaktor (3) wytwarzania biowodoru ma wejście biometanu przez rurociąg (20a) biometanu, wejście przez rurociąg (11a) pary technologicznej oraz wejście akceptora CO₂ poprzez transporter (13) akceptora CO₂, a także wyjście dla węglanów magnezu i wapnia połączone z transporterem (14) zużytego akceptora CO₂ oraz wyjście biowodoru poprzez rurociąg (18a) gorącego biowodoru.

22. Układ według zastrz. 19, znamienny tym, że zespół (5) wytwarzania energii dla małych obiektów składa się albo z ogniwa (45) paliwowego i/lub z kogeneratora.