PL241665B1

PL241665B1 - Reactor and method for industrial and municipal waste pyrolysis and for reduction and purification of pyrolysis gas from heavy hydrocarbons and carbon particles

Info

Publication number: PL241665B1
Application number: PL434735A
Authority: PL
Inventors: Bogusław Kusz; Bartosz Trawiński
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2022-11-14
Also published as: PL434735A1; EP4185658A1; EP4185658A4; WO2022019787A1

Abstract

Reaktor do przeprowadzania pirolizy materiałów wybranych z grupy składającej się ze zrębków, drewna podkładowego, odpadów drzewnych, odpadów leśnych, osadów ściekowych, koksu naftowego, komunalnych odpadów stałych (MSW), paliw pochodzących z odpadów (RDF) lub dowolnej kombinacji paliw z biomasy charakteryzuje się tym, że szczelna próżniowo komora reaktora (1) o pionowej budowie podzielona jest funkcjonalnie na cztery kompartymenty w tym: najwyższy kompartyment (C1) gdzie pod pokrywą (4) komory reaktora (1) znajduje się wykonana z mało nasiąkliwych materiałów izolacja termiczna (12), zaś drugi kompartyment (C2) pirolizy wsadu z wykonaną z mało nasiąkliwych materiałów izolacją termiczną (45), gdzie łopatki (26) mieszadła (25) mieszają wsad (13) i gdzie ten wsad jest rozgrzewany do temperatury powyżej 200°C, zaś trzeci kompartyment (C3) zawierający kolumnę grzewczą (29) z grzałką elektryczną (31) lub opcjonalnie z palnikiem gazu pirolitycznego, warstwę izolacji termicznej (45) oraz warstwę o grubości minimum 10 cm rozgrzanego do temperatury 900 - 1000°C karbonizatu (14), w którym zachodzi redukcja i oczyszczanie gazu pirolitycznego, zaś czwarty kompartyment (C4) zawiera pod warstwą karbonizatu (14) kolumnę karbonizatu (20) oraz wykonaną z mało nasiąkliwych materiałów izolację termiczną (23), a także znajdujący się pod pokrywą dolną (3) zbiornik (21) na karbonizat i wodę chłodzącą (38) wprowadzaną rurką (36) i wyprowadzaną rurką (37) oraz system wyprowadzania karbonizatu (22) i wylot oczyszczonego gazu pirolitycznego (40).A reactor for carrying out the pyrolysis of materials selected from the group consisting of wood chips, base wood, wood waste, forest waste, sewage sludge, petroleum coke, municipal solid waste (MSW), waste derived fuels (RDF) or any combination of biomass fuels is characterized by in that the vacuum-tight reactor chamber (1) with a vertical structure is functionally divided into four compartments, including: the highest compartment (C1) where under the cover (4) of the reactor chamber (1) there is thermal insulation (12) made of low-absorption materials and the second compartment (C2) of the charge pyrolysis with thermal insulation (45) made of low-absorption materials, where the blades (26) of the mixer (25) mix the charge (13) and where this charge is heated to a temperature above 200°C, and the third compartment (C3) containing a heating column (29) with an electric heater (31) or optionally with a pyrolysis gas burner, a layer of thermal insulation (45) and layers a minimum thickness of 10 cm of char (14) heated to a temperature of 900 - 1000°C, in which pyrolysis gas is reduced and purified, and the fourth compartment (C4) contains a char column (20) under the char layer (14) and a small absorbent materials, thermal insulation (23), as well as the tank (21) for carbonizate and cooling water (38) located under the bottom cover (37) with the pipe (36) and the pipe (37) and the char removal system (22) and the outlet purified pyrolysis gas (40).

Description

PL 241 665 B1PL 241 665 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest reaktor do pirolizy odpadów przemysłowych lub komunalnych oraz do redukcji i oczyszczania gazu pirolitycznego. Przedmiotem wynalazku jest również sposób przeprowadzania redukcji i oczyszczania gazu pirolitycznego z ciężkich węglowodorów oraz cząstek węgla.The subject of the invention is a reactor for pyrolysis of industrial or municipal waste and for reduction and purification of pyrolysis gas. The subject of the invention is also a method for reducing and purifying pyrolysis gas from heavy hydrocarbons and carbon particles.

Recykling, ekonomiczne i ekologiczne wykorzystanie powstałych i wytworzonych odpadów użytkowych lub komunalnych jest istotnym wyzwaniem gospodarek wielu krajów. Jednym ze sposobów racjonalnego przetworzenia odpadów komunalnych i przemysłowych jest przeprowadzenie pirolizy w wysokich temperaturach.Recycling, economic and ecological use of generated and produced utility or municipal waste is a significant challenge for the economies of many countries. One of the methods of rational processing of municipal and industrial waste is to carry out pyrolysis at high temperatures.

Paliwowy materiał zwany wsadem zawiera materiał wybrany z grupy składającej się z zrębków, drewna podkładowego, odpadów drzewnych, odpadów leśnych, osadów ściekowych, komunalnych odpadów stałych (MSW), paliwo pochodzące z odpadów (RDF, ang. Refuse Derived Fuel) lub dowolna kombinacja paliw z biomasy.The fuel material known as feed includes a material selected from the group consisting of wood chips, backing wood, wood waste, forest waste, sewage sludge, municipal solid waste (MSW), Refuse Derived Fuel (RDF), or any combination of fuels from biomass.

Proces pirolizy wymaga podgrzania wsadu powyżej temperatury 200°C w wyniku, czego uzyskuje się m.in. gaz pirolityczny ze znaczną zawartością wodoru, metanu i innych cięższych węglowodorów. Innymi składnikami gazu są także m.in. tlenek węgla i ditlenek węgla, azot i jego związki oraz siarkowodór.The pyrolysis process requires heating the charge above 200°C, which results in, among others, pyrolysis gas with a significant content of hydrogen, methane and other heavier hydrocarbons. Other gas components include carbon monoxide and carbon dioxide, nitrogen and its compounds, and hydrogen sulfide.

Ubocznym produktem pirolizy jest karbonizat zawierający głównie węgiel.A by-product of pyrolysis is char containing mainly carbon.

Uzyskany w wyniku pirolizy gaz może być spożytkowany do produkcji ciepła, energii elektrycznej albo może być źródłem wodoru.The gas obtained as a result of pyrolysis can be used to produce heat, electricity or it can be a source of hydrogen.

Aby uzyskany w wyniku pirolizy gaz, aby miał być spożytkowany, jako źródło wodoru lub do produkcji energii elektrycznej poprzez np. poprzez spalenie w silniku napędzającym generator prądu elektrycznego, powinien być oczyszczony z ciężkich węglowodorów, szkodliwych gazów oraz cząstek węgla. Problemem jest oczyszczanie otrzymanego bezpośrednio z komory reaktora do pirolizy gazu pirolitycznego z ciężkich węglowodorów, smół i gazów uznawanych za materiały odpadowe oraz z cząstek węgla.In order for the gas obtained as a result of pyrolysis to be used as a source of hydrogen or to produce electricity by, for example, burning it in the engine driving an electric power generator, it should be cleaned of heavy hydrocarbons, harmful gases and carbon particles. The problem is the purification of the pyrolysis gas obtained directly from the pyrolysis reactor chamber from heavy hydrocarbons, tars and gases considered as waste materials and from coal particles.

Obecnie, bardzo często do oczyszczania gazu pirolitycznego stosowane są zewnętrzne układy do oczyszczania gazu wykorzystujące procesy rozkładu wieloatomowych cząstek w wysokich temperaturach, wymrażanie w niskich temperaturach lub/i oczyszczanie poprzez użycie różnego rodzaju filtrów. Metody te są kosztowne oraz wymagają dodatkowych urządzeń, co w efekcie zwiększa koszt zyskiwania gazu pirolitycznego i zmniejsza wydajność energetyczną procesu pirolizy. Istnieją też rozwiązania, w których gaz pirolityczny przechodzi przez złoże karbonizatu wewnątrz reaktora gdzie ulega redukcji. W celu zwiększenia całkowitej wydajności procesu pirolizy wsadu reaktor do pirolizy często zawiera komorę do częściowego utlenienia wsadu lub karbonizatu za pomocą podawanego z zewnątrz utleniacza w postaci czystego powietrza lub czystego tlenu. Zastosowanie powietrza powoduje zanieczyszczenie otrzymanego gazu znaczącą ilością azotu natomiast zastosowanie czystego tlenu obniża całkowity energetyczny zysk w wydajności procesu i stwarza dodatkowe niebezpieczeństwo.Currently, external gas purification systems are often used to purify pyrolysis gas, using the processes of decomposition of polyatomic particles at high temperatures, freezing at low temperatures and/or purification through the use of various types of filters. These methods are expensive and require additional equipment, which in turn increases the cost of obtaining pyrolysis gas and reduces the energy efficiency of the pyrolysis process. There are also solutions in which the pyrolysis gas passes through the char bed inside the reactor, where it is reduced. In order to increase the overall efficiency of the feed pyrolysis process, the pyrolysis reactor often includes a chamber for partial oxidation of the charge or char using an externally supplied oxidant in the form of pure air or pure oxygen. The use of air contaminates the resulting gas with a significant amount of nitrogen, while the use of pure oxygen reduces the total energy gain in the efficiency of the process and creates additional danger.

Znane reaktory do pirolizy wytwarzają znaczną ilość smoły w gazowym produkcie i nie zapewniają spójnego przepływu i jakości gazu syntezowego.Known pyrolysis reactors produce a significant amount of tar in the product gas and do not provide consistent syngas flow and quality.

W szczególności ze zgłoszenia opisu patentowego CZ 295171 znany jest trójstrefowy reaktor do pirolizy biomasy zawierający pionowo zorientowane, zagnieżdżone cylindryczne zbiorniki, które określają odpowiednio komorę suszącą, komorę destylacyjną i komorę redukcji i spalania. Reaktor jest skonfigurowany w taki sposób, że mieszanina gazów wytwarzana w komorze suszącej komory i komorze destylacyjnej może być wprowadzana do połączonej komory redukcji w celu dodatkowego spalania gazu. Reaktor jest skomplikowany w budowie a jego części poddane wysokiej temperaturze ulegają szybkiej degradacji.In particular, CZ 295171 discloses a three-zone biomass pyrolysis reactor comprising vertically oriented, nested cylindrical tanks that define a drying chamber, a distillation chamber, and a reduction and combustion chamber, respectively. The reactor is configured in such a way that the gas mixture produced in the drying chamber and the distillation chamber can be introduced into the combined reduction chamber for additional gas combustion. The reactor is complex in construction and its parts subjected to high temperatures are subject to rapid degradation.

Ze zgłoszenie opisu patentowego WO 2015/090251 znane jest urządzenie do wielostopniowego zgazowania paliwa węglowego zawierające hermetycznie zamknięte pionowe naczynie, które jest wyposażone w izolację. Wewnątrz pionowej komory reaktora znajduje się komora pirolizy przystosowana do napełniania paliwem z góry. Poniżej komory pirolizy znajduje się komora częściowego utleniania produktu pirolizy i komora redukcji chemicznej gazu pirolitycznego. Reaktor jest bardzo skomplikowany w budowie, wykorzystuje trudny do sterowania proces częściowego utleniania produktu pirolizy a w przypadku utleniacza w postaci powietrza wprowadza do gazu pirolitycznego znaczne ilości azotu.From the patent application WO 2015/090251 there is known a device for multi-stage coal gasification comprising a hermetically sealed vertical vessel which is equipped with insulation. Inside the vertical reactor chamber there is a pyrolysis chamber adapted to be filled with fuel from above. Below the pyrolysis chamber there is a chamber for partial oxidation of the pyrolysis product and a chamber for chemical reduction of the pyrolysis gas. The reactor is very complicated in construction, it uses a difficult to control process of partial oxidation of the pyrolysis product, and in the case of an oxidant in the form of air, it introduces significant amounts of nitrogen into the pyrolysis gas.

Ze zgłoszenia wzoru użytkowego CZ 28354 znany jest reaktor z pionowo ustawioną komorą pirolizy, komorą utleniania i komorą redukcji, w której to na dolnej płycie komory redukcji znajduje sięFrom the utility model application CZ 28354 there is known a reactor with a vertically arranged pyrolysis chamber, an oxidation chamber and a reduction chamber, in which, on the bottom plate of the reduction chamber, there is

PL 241 665 B1 homogenizator. Jednak układ nie zapewnia jednolitej głębokości złoża karbonizatu, co prowadzi do niepożądanych rezultatów.PL 241 665 B1 homogenizer. However, the system does not provide a uniform char bed depth, leading to undesirable results.

Ze zgłoszenia opisu patentowego CN 109906264 znany jest strefowy pionowy reaktor ze strefą pirolizy, strefą częściowego utleniania zawierającą element z wieloma ułożonymi pod kątem otworami wentylacyjnymi oraz strefą redukcji zawierającą ukośną perforowaną dolną płytę, na której znajduje się warstwa karbonizatu redukująca przechodzący przez nią gaz pirolityczny. Układ nie zapewnia ciągłej wymiany karbonizatu, co wpływa na ciągłość pracy i jakość gazu pirolitycznego.Patent application CN 109906264 discloses a zonal vertical reactor with a pyrolysis zone, a partial oxidation zone comprising an element with many angled vents, and a reduction zone comprising a diagonal perforated bottom plate on which there is a char layer reducing the pyrolysis gas passing therethrough. The system does not ensure continuous exchange of char, which affects the continuity of operation and the quality of pyrolysis gas.

Z opisu patentowego DE 102005026764 znany jest reaktor do pirolizy z ogrzewaniem komory reakcyjnej elektrycznym lub gazowym, przy czym ogrzewanie powoduje gazyfikację stałego karbonizatu. Nie ma możliwości redukcji i oczyszczania gazu pirolitycznego wewnątrz komory reaktora.From the patent description DE 102005026764, a pyrolysis reactor with electric or gas heating of the reaction chamber is known, the heating causing gasification of the solid char. It is not possible to reduce and purify the pyrolysis gas inside the reactor chamber.

Ze zgłoszenia opisu patentowego US2002095866 znany jest reaktor kolumnowy z rozkładem smół i olei w gorącej warstwie karbonizatu. Generowane gazy są wyprowadzane z reaktora z obszaru wysokiej temperatury - nie zachodzi ich filtrowanie w trakcie przepływu przez kolumnę karbonizatu o coraz niższej temperaturze. Ogrzewanie układu następuje przez wdmuchiwanie pary lub gazu utleniającego i spalanie.From the patent application US2002095866 there is known a column reactor with the decomposition of tars and oils in a hot char layer. Generated gases are taken out of the reactor from the high temperature area - they are not filtered while flowing through the char column of increasingly lower temperature. Heating of the system takes place by blowing in steam or oxidizing gas and combustion.

Ze zgłoszenia opisu patentowego WO03018720 znana jest metoda usuwania popiołów z gazyfikatora. Metoda polega na dozowaniu gorącego popiołu z dna reaktora przez zawór do dolnego zbiornika, w którym popiół miesza się z wodą i przez to ochładza.From the patent application WO03018720 a method of removing ashes from the gasifier is known. The method consists in dosing hot ash from the bottom of the reactor through a valve into the lower tank, where the ash is mixed with water and thus cooled down.

Ze zgłoszenia opisu patentowego DE10216338 znany jest reaktor sekwencyjny. Jest w nim 5 stref (półek), przez które przesypuje się materiał: parowanie wody (150°C), piroliza (500°C) koksowanie (800°), kraking węglowodorów, do CO i H2 (> 1000°C), utlenianie (gazowanie pozostałego węgla). Przesypywanie między półkami (rusztami) jest wspomagane mieszadłem. Brak jest informacji o oczyszczaniu filtrowaniu gazu przez karbonizat.A sequence reactor is known from the patent application DE10216338. There are 5 zones (shelves) through which the material is poured: water evaporation (150°C), pyrolysis (500°C), coking (800°), cracking of hydrocarbons, to CO and H2 (> 1000°C), oxidation (gassing of the remaining coal). Transfer between the shelves (grids) is supported by a stirrer. There is no information about the purification and filtering of the gas by char.

Ze zgłoszenia opisu patentowego US2010050515 znany jest ciśnieniowo szczelny, kolumnowy gazyfikator węgla, skonstruowany z cegły zapewniającej izolację termiczną. Reaktor jest dwustopniowy, brak informacji o oczyszczaniu gazu przez koks/popiół.From the US2010050515 patent application, a pressure-tight, columnar coal gasifier is known, made of bricks providing thermal insulation. The reactor is two-stage, there is no information about gas purification by coke/ash.

Ze zgłoszenia opisu patentowego WO2008058347 znana jest konstrukcja i sposób działania urządzenia ze strefą grzewczą polegające na tym, że materiał jest rozgrzewany w kontakcie z rozwiniętą powierzchnią ogrzaną do wysokie temperatury (wsad przesypuje się po rozgrzanych stożkowych elementach). Układ nie jest ciśnieniowo szczelny - są wyloty ze strefy grzewczej. Ogrzewanie następuje za pomocą wdmuchiwanej pary. Maksymalna temperatura podana w zastrzeżeniach to 650°C, co nie pozwala na katalizowany rozkład węglowodorów na karbonizacie.From the patent application WO2008058347, the construction and method of operation of the device with a heating zone are known, consisting in the fact that the material is heated in contact with the developed surface heated to high temperatures (the charge is poured over the heated conical elements). The system is not pressure tight - there are outlets from the heating zone. Heating is by blown steam. The maximum temperature stated in the claims is 650°C, which does not allow catalyzed decomposition of hydrocarbons on the char.

Ze zgłoszenia opisu patentowego WO0006671 znany jest układ do pirolizy materiału organicznego oraz gazyfikacji stałych produktów pirolizy (i smoły). Procesy pirolizy (~500°C) i gazyfikacji (~1000°C) prowadzone są w konstrukcyjnie odrębnych komorach. Występuje także trzecia komora (spalania), w której następuje spalanie powstających gazów służące ogrzewaniu pozostałych komór. Umieszczona jest wewnątrz komory pirolizy lub oddzielnie. Konstrukcja wymaga transportu masy i ciepła pomiędzy poszczególnymi komorami. W szczególności, procesy pirolizy i gazyfikacji zachodzą w oddzielnych komorach, a nie w jednej, funkcjonalnie podzielonej. Nie jest wymuszony przepływ gazu przez karbonizat - gazy z pirolizy i gazyfikacji ulatują przez wyloty. Sposób pirolizy wymaga rozdzielenia produktów gazowych i stałych i przeniesienia produktów stałych do komory gazyfikacji.From the patent application WO0006671, a system for pyrolysis of organic material and gasification of solid pyrolysis products (and tar) is known. Pyrolysis (~500°C) and gasification (~1000°C) processes are carried out in structurally separate chambers. There is also a third (combustion) chamber in which the resulting gases are combusted to heat the remaining chambers. It is placed inside the pyrolysis chamber or separately. The design requires the transport of mass and heat between the individual chambers. In particular, the pyrolysis and gasification processes take place in separate chambers, and not in one functionally divided one. There is no forced flow of gas through the char - gases from pyrolysis and gasification escape through the outlets. The pyrolysis process requires the separation of gaseous and solid products and transfer of the solid products to a gasification chamber.

Z polskiego opisu patentowego PL221298 znana jest konstrukcja i sposób działania pionowego reaktora do pirolizy. Reaktor składa się z wewnętrznej strefy pirolizy i strefy grzewczej, która znajduje się między pionową ścianką komory pirolizy, a zewnętrzną obudową urządzenia. W strefie grzewczej są urządzenia grzewcze. Od góry wsypywany jest wsad, który za pomocą „daszka” kierowany jest w pobliże ścianek komory pirolizy (tak, że spada w dół tylko przy samych ściankach, a nie całym przekrojem komory). W trakcie spadania zachodzi piroliza. Gazy są odprowadzone przez wylot na górze, a produkty stałe przez zawór celkowy do zbiornika pod komorą pirolizy.The Polish patent description PL221298 describes the construction and operation of a vertical pyrolysis reactor. The reactor consists of an internal pyrolysis zone and a heating zone, which is located between the vertical wall of the pyrolysis chamber and the outer housing of the device. There are heating devices in the heating zone. The charge is poured in from the top, which is directed by means of a "roof" near the walls of the pyrolysis chamber (so that it falls down only at the walls, not the entire cross-section of the chamber). During the fall, pyrolysis takes place. The gases are discharged through the outlet at the top and the solid products through the rotary valve into the tank under the pyrolysis chamber.

Ze zgłoszenia opisu patentowego US2017073582 znany jest reaktor do pirolizy działający w ten sposób, że do środka wprowadza się gaz obojętny, którego wymuszony przepływ powoduje wydostawanie się gazów z komory przez otwory w ścianie bocznej.From the patent application US2017073582, a pyrolysis reactor is known, operating in such a way that an inert gas is introduced inside, the forced flow of which causes the gases to escape from the chamber through openings in the side wall.

Niedogodnością znanych rozwiązań jest konstrukcja reaktora wymagająca pracy głównych elementów reaktora, w tym komory, w bardzo wysokich temperaturach, co komplikuje budowę oraz zmniejsza czas bezawaryjnego użytkowania.The disadvantage of the known solutions is the construction of the reactor requiring the operation of the main elements of the reactor, including the chamber, at very high temperatures, which complicates the construction and reduces the time of failure-free operation.

Ponadto niedogodnością znanych rozwiązań jest brak możliwości oczyszczania powstałego gazu pirolitycznego już komorze reaktora lub możliwość tylko częściowej redukcji i oczyszczania gazu zaIn addition, the disadvantage of the known solutions is the inability to purify the pyrolysis gas already in the reactor chamber or the possibility of only partial reduction and purification of the gas using

PL 241 665 B1 pomocą warstwy karbonizatu umieszczonego na stałe wewnątrz komory reaktora. W końcowym efekcie otrzymany gaz ze znanych rozwiązań reaktorów jest zanieczyszczony i wymaga dodatkowego procesu oczyszczania a sam proces otrzymywania wysokoenergetycznego gazu z wsadu jest mało wydajny.PL 241 665 B1 using a layer of char placed permanently inside the reactor chamber. As a result, the gas obtained from known reactor solutions is contaminated and requires an additional purification process, and the process of obtaining high-energy gas from the feed is inefficient.

Podczas prac badawczych nad procesem pirolizy wsadu okazało się, że aby uzyskać gaz pirolityczny oczyszczony w maksymalnym stopniu z ciężkich węglowodorów i cząstek węgla o dużej zawartości wodoru i tlenku węgla, należy wytworzony w komorze reaktora gaz pirolityczny bezpośrednio przepuścić przez warstwę karbonizatu o ustalonej temperaturze 900-1000°C zwanej dalej warstwą kabonizatu-katalizatora przechodzącą w sposób ciągły w kolumnę karbonizatu o zmniejszającej się wraz z wysokością kolumny temperaturze do poziomu temperatury pokojowej przy wylocie oczyszczonego gazu. Podstawa kolumny do karbonizatu zanurzona jest w wodzie pełniącej rolę dodatkowego filtra gazu, czynnika chłodzącego karbonizat oraz rolę regulatora nadciśnienia gazu pirolitycznego w komorze reaktora. Prace badawcze wykazały ponadto, że w celu zapewnienia odpowiedniej temperatury wsadu i karbonizatu oraz osiągnięcia bardzo dużej wydajności energetycznej całego procesu próżnioszczelna komora reaktora powinna zawierać wewnątrz komory izolację termiczną.During the research work on the charge pyrolysis process, it turned out that in order to obtain a pyrolysis gas purified to the maximum extent from heavy hydrocarbons and carbon particles with a high content of hydrogen and carbon monoxide, the pyrolysis gas produced in the reactor chamber should be passed directly through the char layer at a fixed temperature of 900 1000°C, hereinafter referred to as the layer of carbonizate-catalyst passing continuously into the carbonizate column with the temperature decreasing with the height of the column to the level of room temperature at the outlet of the purified gas. The base of the char column is immersed in water, which acts as an additional gas filter, char cooling agent and a regulator of pyrolysis gas overpressure in the reactor chamber. The research work also showed that in order to ensure the appropriate temperature of the charge and char and to achieve a very high energy efficiency of the entire process, the vacuum-tight reactor chamber should contain thermal insulation inside the chamber.

Na tej podstawie opracowano wynalazek w postaci kolumnowego reaktora do przeprowadzania pirolizy materiałów wybranych z grupy składającej się ze zrębków, drewna podkładowego, odpadów drzewnych, odpadów leśnych, osadów ściekowych, koksu naftowego, komunalnych odpadów stałych (MSW), paliw pochodzących z odpadów (RDF) lub dowolnej kombinacji paliw z biomasy i oczyszczania gazu pirolitycznego, charakteryzujący się tym, że szczelna próżniowo komora reaktora o pionowej budowie, podzielona jest funkcjonalnie na cztery kompartymenty. Najwyższy - pierwszy kompartyment, w którym pod górną pokrywą komory reaktora znajduje się wykonana z mało nasiąkliwych materiałów pierwsza izolacja termiczna. Drugi kompartyment z wykonaną z mało nasiąkliwych materiałów drugą izolacją termiczną zawiera łopatki mieszadła do mieszania wsadu. Trzeci kompartyment z drugą izolacją termiczną zawiera kolumnę grzewczą z grzałką elektryczną lub opcjonalnie z gazowym palnikiem gazu pirolitycznego oraz warstwę karbonizatu-katalizatora rozgrzanego do temperatury 900-1000°C o grubości minimum 10 cm. Czwarty kompartyment z wykonaną z mało nasiąkliwych materiałów trzecią izolacją termiczną zawiera, pod warstwą karbonizatu-katalizatora, kolumnę do karbonizatu, a także znajdujący się pod dolną pokrywą zbiornik na karbonizat, gdzie umieszona jest też woda do chłodzenia karbonizatu i dolna część kolumny grzewczej, oraz zawiera pierwszą rurkę do wprowadzania wody i drugą rurkę do wyprowadzania wody oraz system wyprowadzania karbonizatu. Rurka wyjściowa utworzona jest jako wylot oczyszczonego gazu pirolitycznego.On this basis, an invention was developed in the form of a column reactor for pyrolysis of materials selected from the group consisting of wood chips, base wood, wood waste, forest waste, sewage sludge, petroleum coke, municipal solid waste (MSW), waste fuels (RDF) or any combination of fuels from biomass and pyrolysis gas purification, characterized in that the vacuum-tight reactor chamber with a vertical structure is functionally divided into four compartments. The highest - the first compartment, in which the first thermal insulation made of low-absorption materials is located under the upper cover of the reactor chamber. The second compartment with a second thermal insulation made of low-absorption materials contains agitator blades for mixing the charge. The third compartment with the second thermal insulation contains a heating column with an electric heater or optionally with a pyrolysis gas burner and a layer of char-catalyst heated to 900-1000°C with a minimum thickness of 10 cm. The fourth compartment with the third thermal insulation made of low-absorption materials, contains, under the char-catalyst layer, a char column, as well as a char tank located under the bottom cover, where water is also placed to cool the char and the lower part of the heating column, and contains a first water inlet tube and a second water outlet tube, and a char discharge system. The exit tube is formed as an outlet of the purified pyrolysis gas.

Korzystnie, obracające się w osi reaktora ruchome mieszadło o nachylonych pod kątem ostrym do osi łopatkach jest tak wykonane, że możliwe jest kierowanie wsadu i karbonizatu z drugiego kompartymentu w obszar nieruchomych łopatek ogrzewających wsad kolumny grzewczej lub wymiennika ciepła w trzecim kompartymencie, tworząc warstwę karbonizatu-katalizatora w trzecim kompartymencie.Advantageously, the movable stirrer rotating in the reactor axis with blades inclined at an acute angle to the axis is made in such a way that it is possible to direct the charge and char from the second compartment to the area of the fixed blades heating the charge of the heating column or heat exchanger in the third compartment, creating a layer of char. catalyst in the third compartment.

Wynalazek dotyczy również sposobu przeprowadzania pirolizy materiałów wybranych z grupy składającej się ze zrębków, drewna podkładowego, odpadów drzewnych, odpadów leśnych, osadów ściekowych, koksu naftowego, komunalnych odpadów stałych (MSW), paliw pochodzących z odpadów (RDF) lub dowolnej kombinacji paliw z biomasy i oczyszczania gazu pirolitycznego w komorze reaktora powyżej 200°C. Sposób ten charakteryzuje się według wynalazku tym, że przeprowadza się proces wewnątrz próżnioszczelnej podzielonej na cztery kompartymenty komory reaktora. Wsad jest dostarczany w sposób ciągły na powierzchnię karbonizatu-katalizatora o temperaturze 900-1000°C w trzecim kompartymencie, gdzie ulega pirolizie, a powstający karbonizat uzupełnia w sposób ciągły warstwę karbonizatu-katalizatora, a nadmiar karbonizatu z warstwy karbonizatu-katalizatora uzupełnia się w sposób ciągły znajdującym się poniżej warstwy karbonizatu-katalizatora karbonizatem z kolumny do karbonizatu w czwartym kompartymencie o temperaturze zmniejszającej wraz z wysokością kolumny. Redukcja i oczyszczenie gazu pirolitycznego przeprowadza się poprzez wymuszony nadciśnieniem przepływ gazu pirolitycznego przez warstwę karbonizatu-katalizatora i kolumnę do karbonizatu, a wyprowadzenie oczyszczonego gazu prowadzi się przez wymuszony nadciśnieniem przepływ gazu przez warstwę wody utrzymującej jednocześnie nadciśnienie gazu w komorze reaktora. Wyprowadzenie z komory reaktora nadmiaru karbonizatu następuje w dolnej części czwartego kompartymentu z podstawy kolumny do karbonizatu zanurzonego w warstwie wody.The invention also relates to a method for pyrolysis of materials selected from the group consisting of wood chips, underwood, wood waste, forest waste, sewage sludge, petroleum coke, municipal solid waste (MSW), waste derived fuels (RDF) or any combination of biomass fuels and purifying the pyrolysis gas in the reactor chamber above 200°C. According to the invention, this method is characterized in that the process is carried out inside a vacuum-tight reactor chamber divided into four compartments. The charge is continuously supplied to the surface of the char-catalyst at a temperature of 900-1000°C in the third compartment, where it undergoes pyrolysis, and the char formed continuously supplements the char-catalyst layer, and the excess char from the char-catalyst layer is replenished in a the char from the column to the char in the fourth compartment with the temperature decreasing with the height of the column. The reduction and purification of the pyrolysis gas is carried out by the forced overpressure flow of the pyrolysis gas through the char-catalyst layer and the char column, and the removal of the purified gas is carried out by the overpressure forced gas flow through the water layer, which simultaneously maintains the overpressure of the gas in the reactor chamber. Excess char is removed from the reactor chamber in the lower part of the fourth compartment from the base of the column to the char immersed in a layer of water.

Reaktor wyposażony jest w takie podstawowe elementy jak przedstawione osobno dla każdego kompartymentu.The reactor is equipped with such basic elements as shown separately for each compartment.

W pierwszym kompartymencie jest: wlot wsadu.In the first compartment there is: charge inlet.

W drugim kompartymencie jest: mieszadło wsadu.In the second compartment there is: batch agitator.

PL 241 665 B1PL 241 665 B1

W trzecim kompartymencie jest: kolumna grzewcza wraz z wymiennikiem ciepła, półka, na której częściowo opiera się warstwa karbonizatu-katalizatora.In the third compartment there is: a heating column with a heat exchanger, a shelf on which a layer of char-catalyst is partially based.

W czwartym kompartymencie jest: kolumna do karbonizatu, komora z wodą chłodząco -filtrującą i utrzymującą nadciśnienie gazu pirolitycznego oraz system usuwania karbonizatu.In the fourth compartment there are: a char column, a chamber with cooling and filtering water and maintaining an overpressure of pyrolysis gas, and a char removal system.

Komora reaktora jest ustawiona pionowo, co ułatwia przesuwanie się wsadu i karbonizatu w kierunku do jej dolnej części gdzie następuje usuwanie nadmiaru karbonizatu. Wsad, np. RDF, dostarczany jest ze zbiornika za pomocą zaworu celkowego przez pierwszy kompartyment, zawierający izolację termiczną z materiałów izolacyjnych o małej nasiąkliwości, do obszaru drugiego kompartymentu gdzie następuje piroliza.The reactor chamber is set vertically, which facilitates the movement of the charge and the char in the direction of its lower part, where the excess char is removed. The charge, e.g. RDF, is delivered from the tank by means of a rotary valve through the first compartment, containing thermal insulation made of insulating materials with low water absorption, to the area of the second compartment where pyrolysis takes place.

Warstwa karbonizatu-katalizatora w trzecim kompartymencie częściowo spoczywa na kolumnie do karbonizatu oraz częściowo na półce ze stali żaroodpornej w kształcie powierzchni odwróconego stożka ściętego. Półka połączona jest z rurą ze stali żaroodpornej o średnicy równej średnicy otworu stożkowej powierzchni półki. Rura otoczona jest grzałką elektryczną służąca do ogrzewania karbonizatu i wsadu. Rura z półką w trzecim kompartymencie przedłużona jest w obszarze czwartego kompartymentu ceramiczną rurą.The char-catalyst layer in the third compartment rests partly on the char column and partly on a shelf made of heat-resistant steel in the shape of an inverted truncated cone surface. The shelf is connected to a heat-resistant steel pipe with a diameter equal to the hole diameter of the conical surface of the shelf. The pipe is surrounded by an electric heater used to heat the char and the charge. The tube with the shelf in the third compartment is extended in the region of the fourth compartment by a ceramic tube.

Kolumna grzewcza wykonana jest z zamkniętej u góry rury ze stali żaroodpornej, wewnątrz której znajduje się grzałka elektryczna oraz izolacja termiczna.The heating column is made of a heat-resistant steel tube closed at the top, inside which there is an electric heater and thermal insulation.

W innym wykonaniu kolumna grzewcza w części trzeciego kompartymentu wykonana jest z żaroodpornej stali natomiast w części czwartego kompartymentu z ceramiki.In another embodiment, the heating column in part of the third compartment is made of heat-resistant steel, while in part of the fourth compartment it is made of ceramics.

W innym wykonaniu w kolumnie grzewczej zamiast grzałki elektrycznej umieszczony jest palnik gazowy zasilany powietrzem i wytworzonym gazem pirolitycznym, co poprawia bilans energetyczny procesu.In another version, in the heating column, instead of the electric heater, there is a gas burner fed with air and the pyrolysis gas produced, which improves the energy balance of the process.

W innym wykonaniu, w trzecim kompartymencie, w miejscu kolumny grzewczej umieszczony jest stalowy wymiennik ciepła w postaci od 6-ciu do 12-tu promieniście i pionowo ustawionych płyt ze stali żaroodpornej połączonych ze sobą na osi reaktora i z drugiej strony z zakończoną półką.In another version, in the third compartment, in place of the heating column, a steel heat exchanger is placed in the form of 6 to 12 radially and vertically placed heat-resistant steel plates connected to each other on the reactor axis and on the other side with a finished shelf.

Proces pirolizy wsadu oraz redukcji i oczyszczania gazu pirolitycznego przebiega bazowo następująco:The process of pyrolysis of the charge as well as reduction and purification of pyrolysis gas is basically as follows:

1) w pierwszym kompartymencie prowadzi się: kontrolowane dostarczanie wsadu do kompartymentu drugiego oraz dzięki izolacji cieplnej utrzymuje się temperaturę w drugim kompartymencie na poziomie pozwalającym na pirolizę wsadu,1) in the first compartment: controlled supply of the charge to the second compartment and thanks to thermal insulation, the temperature in the second compartment is maintained at a level that allows pyrolysis of the charge,

2) w drugim kompartymencie prowadzi się mieszanie i pirolizę wsadu w temperaturze powyżej 200°C,2) in the second compartment, mixing and pyrolysis of the charge are carried out at a temperature above 200°C,

3) w trzecim kompartymencie: prowadzi się redukcję i oczyszczanie gazu pirolitycznego przepływającego przez warstwę karbonizatu-katalizatora o temperaturze 900-1000°C,3) in the third compartment: reduction and purification of the pyrolysis gas flowing through the char-catalyst layer at a temperature of 900-1000°C is carried out,

4) w czwartym kompartymencie prowadzi się: redukcję i oczyszczanie gazu pirolitycznego przechodzącego przez kolumnę pełniącego jednocześnie rolę izolacji cieplnej karbonizatu, a także czyszczenie gazu w warstwie wody, zapewniającej jednocześnie utrzymanie nadciśnienia wewnątrz komory reaktora oraz prowadzi się usuwanie nadmiaru karbonizatu poza komorę reaktora.4) in the fourth compartment, the following are carried out: reduction and purification of the pyrolysis gas passing through the column, which also acts as thermal insulation of the char, as well as gas cleaning in the water layer, which at the same time ensures the maintenance of overpressure inside the reactor chamber, and removal of excess char outside the reactor chamber.

Wytwarzany, w wyniku pirolizy wsadu w drugim kompartymencie komory reaktora, gaz pirolityczny przepływa przez znajdującą się w trzecim kompartymencie reaktora warstwę rozgrzanego do temperatury 900-1000°C karbonizatu-katalizatora, o grubości minimum 10 cm, oraz przypływa w czwartym kompartymencie przez kolumnę do karbonizatu o temperaturze malejącej wraz z wysokością kolumny. Układ warstwa-kolumna porowatego karbonizatu składającego się głównie z węgla i innych pierwiastków w tym żelaza, wapnia lub glinu pełni rolę katalizatora procesu rozpadu cięższych węglowodorów oraz rolę filtra cząstek węgla.Produced as a result of the pyrolysis of the charge in the second compartment of the reactor chamber, the pyrolysis gas flows through the layer of char-catalyst heated to 900-1000°C in the third compartment of the reactor, with a minimum thickness of 10 cm, and flows in the fourth compartment through the char column with the temperature decreasing with the height of the column. The layer-column system of a porous char composed mainly of coal and other elements, including iron, calcium or aluminum, acts as a catalyst for the decomposition of heavier hydrocarbons and as a filter for carbon particles.

Do zbiornika z usuwanym karbonizatem wprowadzana jest, utrzymywana na stałym poziomie woda krążąca w obiegu zamkniętym, nazywana, jako woda chłodząca, która chłodzi karbonizat i dolną część kolumny grzewczej, utrzymuje odpowiednie nadciśnienie w komorze reaktora oraz dodatkowo filtruje gaz pirolityczny.Water circulating in a closed circuit, kept at a constant level, is introduced into the tank with the char removed, called as cooling water, which cools the char and the lower part of the heating column, maintains an appropriate overpressure in the reactor chamber and additionally filters the pyrolysis gas.

W centralnej części zbiornika ciśnienie gazu jest większe od ciśnienia gazu w strefie drugiej gdzie znajduje się wylot gazu o ciśnienie hydrostatyczne wynikające z różnicy poziomu wody chłodzącej w obu strefach zbiornika. Takie rozwiązanie korzystnie prowadzi do dodatkowego oczyszczenia gazu w wodzie.In the central part of the tank, the gas pressure is greater than the gas pressure in the second zone, where the gas outlet is located, by the hydrostatic pressure resulting from the difference in the level of cooling water in both zones of the tank. This solution advantageously leads to additional purification of the gas in the water.

PL 241 665 B1PL 241 665 B1

W trakcie całego procesu pirolizy wsadu utrzymywane są odpowiednie temperatury wsadu (powyżej 200°C), karbonizatu-katalizatora (900-1000°C) oraz kolumny do karbonizatu za pomocą automatycznej regulacji wykorzystującej przynajmniej dwa czujniki temperatury. Szybkość dostarczania wsadu i usuwania karbonizatu jest regulowana i wystarczająca do zapewnienia ciągłego procesu pirolizy i utrzymania warstwy karbonizatu-katalizatora na stałym poziomie nad kolumną do karbonizatu tak, aby jej grubość była nie mniejsza niż 10 cm, co zapewnia ciągłą reakcję rozpadu cięższych węglowodorów w warstwie karbonizatu w kolumnie do karbonizatu na lżejsze frakcje i wodór oraz zapewnia filtrowanie gazu z cząstek węgla.During the entire process of pyrolysis of the charge, the appropriate temperatures of the charge (above 200°C), the char-catalyst (900-1000°C) and the char column are maintained by means of automatic control using at least two temperature sensors. The feed rate and char removal rate is adjustable and sufficient to ensure a continuous pyrolysis process and to maintain the char-catalyst layer at a constant level above the char column, so that its thickness is not less than 10 cm, which ensures a continuous decomposition reaction of heavier hydrocarbons in the char layer in the char column into lighter fractions and hydrogen and provides gas filtration from coal particles.

Korzystnie jest, gdy we wsadzie jest więcej niż 5% wagowo żelaza, ponieważ żelazo zwiększa szybkość i wydajność procesu redukcji i oczyszczania. Wsad z mniejszą koncentracją żelaza korzystnie jest zmieszać z tlenkiem żelaza w postaci mikro lub nano ziaren, w ilości zapewniającej osiągnięcie koncentracji 5% wagowo żelaza wsadzie wprowadzanym do reaktora.It is preferred that more than 5% by weight of iron is present in the feed, as iron increases the speed and efficiency of the reduction and purification process. The charge with a lower concentration of iron is preferably mixed with iron oxide in the form of micro or nano grains, in an amount ensuring the achievement of a concentration of 5% by weight of iron in the charge introduced into the reactor.

Wynalazek umożliwia efektywne przeprowadzenie pirolizy wsadu oraz redukcję i oczyszczanie powstałego gazu pirolitycznego. Dzięki konstrukcji kolumnowej o próżniowo szczelnej komorze reaktor jest tani w wykonaniu i mało awaryjny. Ponadto reaktor jest bezpieczny, ponieważ uszkodzenie komory reaktora oraz/lub uszkodzenie jego obudowy nie spowoduje niekontrolowanego spalania gazu pirolitycznego wewnątrz reaktora.The invention enables effective pyrolysis of the charge and reduction and purification of the resulting pyrolysis gas. Thanks to the column structure with a vacuum-tight chamber, the reactor is cheap to make and low in failure. In addition, the reactor is safe because damage to the reactor chamber and/or damage to its housing will not cause uncontrolled combustion of pyrolysis gas inside the reactor.

Wynalazek przedstawiony jest bliżej w przykładach wykonania oraz na rysunkach. Przy czym na Fig. 1 przedstawiono budowę reaktora kolumnowego w przekroju, na Fig. 2 przedstawiono budowę reaktora kolumnowego w przekroju w innym rozwiązaniu z palnikiem gazowym w kolumnie grzewczej, natomiast na Fig. 3 układ reaktora z wymiennikiem ciepła bez kolumny grzewczej.The invention is presented in more detail in the embodiment examples and in the drawings. However, Fig. 1 shows the construction of the column reactor in cross-section, Fig. 2 shows the construction of the column reactor in cross-section in a different solution with a gas burner in the heating column, and Fig. 3 shows the reactor system with a heat exchanger without the heating column.

Wynalazek opisano w przykładach i na rysunku:The invention is described in the examples and in the drawing:

Fig. 1 Budowa reaktora kolumnowego w przekroju z grzałką elektryczną w kolumnie grzewczej.Fig. 1 Construction of a column reactor in cross-section with an electric heater in the heating column.

Fig. 2 Budowa reaktora kolumnowego w przekroju w innym rozwiązaniu z kolumną grzewczą z palnikiem gazowym.Fig. 2 Construction of a column reactor in cross-section in another solution with a heating column with a gas burner.

Fig. 3 Budowa reaktora kolumnowego w przekroju z wymiennikiem ciepła i bez kolumny grzewczej.Fig. 3 Construction of the column reactor in cross-section with and without the heat exchanger.

Przykład 1 a/Budowa.Example 1 a/Construction.

Komora 1 reaktora wykonana ze stali nierdzewnej w kształcie rury o wymiarach: średnica 0,3 m, wysokość 1,0 m, grubość ścianki komory 1 2 mm. Komora 1 obudowana jest od zewnątrz płaszczem izolacji termicznej 2 o grubości 15 cm z wełny ceramicznej.Reactor chamber 1 made of stainless steel in the shape of a pipe with dimensions: diameter 0.3 m, height 1.0 m, wall thickness of the chamber 1 2 mm. The chamber 1 is enclosed from the outside with a thermal insulation jacket 2, 15 cm thick, made of ceramic wool.

Komora 1 reaktora w kształcie rury zamknięta jest za pomocą dolnej pokrywy 3 i górnej pokrywy 4 oraz uszczelniona za pomocą uszczelek silikonowych 5. Obie pokrywy - dolna pokrywa 3 i górna pokrywa 4 połączone są z podstawą 6 za pomocą czterech konstrukcyjnych prętów gwintowanych 7 z nakrętkami 8.The tube-shaped reactor chamber 1 is closed with the bottom cover 3 and the top cover 4 and sealed with silicone gaskets 5. Both covers - the bottom cover 3 and the top cover 4 are connected to the base 6 by means of four structural threaded rods 7 with nuts 8 .

W górnej pokrywie 4 przymocowany jest zbiornik 9 na wprowadzany wsad 10 i pierwszy zawór celkowy 11.In the upper cover 4 there is attached a feed tank 9 10 and a first rotary valve 11.

W pierwszym kompartymencie C1 przez kanał w pierwszej izolacji termicznej 12 z cegły ognioodpornej dozowany jest wsad 10 - tj. wprowadzany, który po ogrzaniu nazywany jest ogrzanym wsadem 13 - czyli w drugim kompartymencie C2 podgrzany do temperatury powyżej 200°C ogrzany wsad 13 ulega pirolizie.In the first compartment C1, through the channel in the first thermal insulation 12 made of fire-resistant brick, charge 10 is dispensed - i.e. introduced, which after heating is called heated charge 13 - i.e. in the second compartment C2, the heated charge 13 heated to a temperature above 200°C undergoes pyrolysis.

W trzecim kompartymencie C3, pod ogrzanym wsadem 13, znajduje się warstwa karbonizatu-katalizatora 14 o temperaturze 900°C, umieszczona częściowo na nachylonej pod kątem minimum 30° do poziomu półce 15 z żaroodpornej stali.In the third compartment C3, under the heated charge 13, there is a layer of char-catalyst 14 with a temperature of 900°C, placed partly on a shelf 15 made of heat-resistant steel, inclined at a minimum angle of 30° to the horizontal.

W czwartym kompartymencie C4 półka 15 jest połączona ze stalową rurą 16 z żaroodpornej stali o ściance nachylonej minimum 15° do pionu. Stalową rurę 16 otacza pierwsza grzałka elektryczna 17 zasilana przez przejścia elektryczne 18 służąca do podtrzymania temperatury karbonizatu-katalizatora 14 w trzecim kompartymencie C3 na poziomie 900°C. Stalowa rura 16 ze stali żaroodpornej połączona jest z stożkową ceramiczną rurą 19, która opiera się na dolnej pokrywie 3. Warstwa karbonizatu-katalizatora 14 spoczywa częściowo na kolumnie 20 do karbonizatu zgromadzonego w ceramicznej rurze 19. Podstawa kolumny 20 do karbonizatu znajduje się w zbiorniku 21 na karbonizat, a z którego nadmiar usuwa się za pomocą drugiego zaworu celkowego 22.In the fourth compartment C4, the shelf 15 is connected to a steel pipe 16 of heat-resistant steel with a wall inclined at least 15° to the vertical. The steel pipe 16 is surrounded by the first electric heater 17 powered by electrical passages 18, used to maintain the temperature of the char-catalyst 14 in the third compartment C3 at the level of 900°C. A steel pipe 16 made of heat-resistant steel is connected to a conical ceramic pipe 19, which rests on the lower cover 3. The char-catalyst layer 14 rests partially on the char column 20 collected in the ceramic pipe 19. The base of the char column 20 is located in the tank 21 char, and from which the excess is removed by means of the second rotary valve 22.

PL 241 665 B1PL 241 665 B1

W zbiorniku 21 znajduje się woda 38 chłodząca karbonizat, inaczej nazywana woda 38 do chłodzenia karbonizatu, i dolna część kolumny grzewczej 29. Woda 38 w obiegu zamkniętym jest wprowadzana pierwszą rurką 36 i wyprowadzana drugą rurką 37 i utrzymywana na stałym poziomie 5 cm powyżej dolnej krawędzi 39 drugiej rurki 37 regulując nadciśnienie gazu wewnątrz komory 1 reaktora.In the tank 21 there is char cooling water 38, otherwise known as char cooling water 38, and the lower part of the heating column 29. Water 38 in a closed circuit is introduced through the first pipe 36 and out through the second pipe 37 and kept at a constant level 5 cm above the lower edge 39 of the second tube 37 by controlling the gas pressure inside the reactor chamber 1.

Oczyszczony w kolumnie 20 do karbonizatu gaz pirolityczny jest wyprowadzany ze zbiornika 21 rurką wyjściową 40, umieszczoną powyżej poziomu wody 38 chłodzącej. Każdy kompartyment tj. pierwszy kompartyment C1, drugi kompartyment C2, trzeci kompartyment C3, czwarty kompartyment C4 ma wykonaną izolację termiczną - odpowiednio pierwsza izolacja termiczna 12 pierwszego kompartymentu C1, druga izolacja termiczna 45 drugiego kompartymentu C2 i trzeciego kompartymentu C3, oraz trzecia izolacja termiczna 23 czwartego kompartymentu C4 - wykonane z cegieł silikatowych.The pyrolysis gas purified in the char column 20 is discharged from the tank 21 through the outlet pipe 40, located above the cooling water level 38. Each compartment, i.e. the first compartment C1, the second compartment C2, the third compartment C3, the fourth compartment C4 has thermal insulation made - respectively the first thermal insulation 12 of the first compartment C1, the second thermal insulation 45 of the second compartment C2 and the third compartment C3, and the third thermal insulation 23 of the fourth compartment C4 - made of silicate bricks.

Na osi reaktora znajduje się mieszadło 25, które jest obrotowe, z łopatkami 26 - w wykonaniu będące mieszającymi. Cztery symetrycznie rozłożone łopatki 26 mieszadła 25 zamocowane są pod kątem około 45° do osi mieszadła 25. Łożyska 27 w górnej pokrywie 4 umożliwiają obrót mieszadła 25 wokół pionowej osi symetrii reaktora z prędkością ok. 12 obrotów/min. Dolny koniec osi mieszadła 25 obraca się na łożysku ślizgowym 28 znajdującym się na pokrywie kolumny grzewczej 29.On the axis of the reactor there is a stirrer 25, which is rotatable, with blades 26 - in the mixing version. Four symmetrically arranged blades 26 of the stirrer 25 are mounted at an angle of about 45° to the axis of the stirrer 25. Bearings 27 in the upper cover 4 enable the rotation of the stirrer 25 around the vertical symmetry axis of the reactor at a speed of about 12 revolutions/min. The lower end of the stirrer shaft 25 rotates on a slide bearing 28 located on the cover of the heating column 29.

Kolumnę grzewczą 29 stanowi zamknięta od góry pokrywą pionowa rura ze stali żaroodpornej ustawiona na podstawie 6 reaktora. W górnej części kolumny grzewczej 29 znajdują się zamocowane są pod kątem około 135° do osi komory 1 minimum cztery łopatki ogrzewające 30 wsad 10 i karbonizat oraz kierujące mieszany karbonizat łopatkami 26 mieszadła 25 w dół reaktora, gdzie formowana jest kolumna 20 do karbonizatu. Wewnątrz kolumny grzewczej 29, w strefie trzeciego kompartymentu C3 i czwartego kompartymentu C4, umieszczona jest druga grzałka elektryczna 31 z przewodem zasilającym wyprowadzonym u dołu 32 komory grzewczej 29. Wewnątrz kolumny grzewczej 29 znajduje się warstwa izolacji termicznej z wełny mineralnej.The heating column 29 is a vertical pipe made of heat-resistant steel, closed at the top with a lid, placed on the base 6 of the reactor. In the upper part of the heating column 29, there are at least four blades, fixed at an angle of about 135° to the axis of the chamber 1, which heat the charge 10 and the char and direct the mixed char with the blades 26 of the stirrer 25 down the reactor, where the column 20 for the char is formed. Inside the heating column 29, in the zone of the third compartment C3 and the fourth compartment C4, there is a second electric heater 31 with a power supply lead led out at the bottom 32 of the heating chamber 29. Inside the heating column 29 there is a layer of thermal insulation made of mineral wool.

Pomiar temperatury ogrzanego wsadu 13 w drugim kompartymencie C2 zapewnia pierwsza termopara 34, a pomiar temperatury karbonizatu-katalizatora 14 w trzecim kompartymencie C3 zapewnia druga termopara 35 - obie typu K.The measurement of the temperature of the heated charge 13 in the second compartment C2 is provided by the first thermocouple 34, and the measurement of the temperature of the char-catalyst 14 in the third compartment C3 is provided by the second thermocouple 35 - both type K.

Wszystkie przejścia przez pokrywy 3 i 4 reaktora są przejściami skręcanymi z zastosowaniem silikonowych uszczelek 5. Temperatura pracy komory 1 w miejscu styku z pokrywami nie przekracza 40°C.All passages through the covers 3 and 4 of the reactor are bolted with silicone gaskets 5. The working temperature of the chamber 1 in the place of contact with the covers does not exceed 40°C.

b/ Metodykab/ Methodology

Pyrolizie poddawano wsad 10 - wprowadzany w postaci peletu RDF (Refuse-Derived Fuel) o zawartości żelaza w powstającym z niego karbonizacie rzędu 5% wag.Charge 10 - introduced in the form of RDF (Refuse-Derived Fuel) pellets with iron content in the char formed from it, of 5% by weight, was subjected to pyrolysis.

Rozruch reaktora, w którym wstępnie znajduje się kolumna 20 do karbonizatu i warstwa karbonizatu-katalizatora 14 następuje poprzez włączenie grzałek 17 i 31 o mocy maksymalnej 1,5 kW każda. Po osiągnięciu temperatury 900°C do drugiego kompartymentu C2 reaktora wprowadzany jest wsad 10 za pomocą pierwszego zaworu celkowego 11 - podajnika z prędkością 0,2 kg/min. Wsad 10 - wprowadzany spada na rozgrzaną do temperatury minimum 900°C warstwę karbonizatu-katalizatora 14 i jest mieszany za pomocą ramion mieszadła 25 z łopatkami 26.The reactor, in which the char column 20 and the char-catalyst layer 14 are initially located, is started by switching on the heaters 17 and 31 with a maximum power of 1.5 kW each. After reaching the temperature of 900°C, the batch 10 is introduced into the second compartment C2 of the reactor by means of the first rotary valve 11 - the feeder at a rate of 0.2 kg/min. The charge 10 - introduced, falls onto the carbonizate-catalyst layer 14, heated to a minimum temperature of 900°C, and is mixed by means of the stirrer arms 25 with blades 26.

W wyniku podgrzania do temperatury powyżej 200°C - ogrzany wsad 13 RDF ulega pirolizie, co prowadzi do uwolnienia gazu i powstaje karbonizat. Mieszany mieszadłem 25 karbonizat jest systematycznie przesuwany do trzeciego kompartymentu C3 i rozgrzewany w tym kompartymencie do temperatury 900°C, po czym kierowany jest w dół reaktora. Pierwsza termopara 34 umożliwia pomiar temperatury ogrzanego wsadu 13 w drugim kompartymencie C2. Powstający w drugim kompartymencie C2 i trzecim kompartymencie C3 gaz pirolityczny na skutek nadciśnienia rzędu 3000Pa przenika przez warstwę karbonizatu-katalizatora 14 i przez kolumnę 20 do karbonizatu, przechodzi przez warstwę wody 38 chłodzącej, po czym wyprowadzany jest rurką wyjściową 40. Nadmiar karbonizatu z podstawy kolumny 20 do karbonizatu wyprowadzany jest za pomocą drugiego zaworu celkowego 22 w formie celkowego podajnika.As a result of heating to a temperature above 200°C - the heated charge 13 RDF undergoes pyrolysis, which leads to the release of gas and char is formed. The char, mixed with a stirrer 25, is systematically moved to the third compartment C3 and heated in this compartment to the temperature of 900°C, and then it is directed down the reactor. The first thermocouple 34 allows the temperature of the heated batch 13 to be measured in the second compartment C2. The pyrolysis gas formed in the second compartment C2 and the third compartment C3, due to an overpressure of 3000 Pa, penetrates through the char-catalyst layer 14 and through the column 20 to the char, passes through the cooling water layer 38, and then is led out through the output pipe 40. Excess char from the base of the column 20 to char is discharged by means of a second rotary valve 22 in the form of a rotary feeder.

Aby zapewnić ciągłą pracę reaktora szybkość wytwarzania karbonizatu jest równa szybkości usuwania z reaktora.To ensure continuous operation of the reactor, the rate of char production is equal to the rate of removal from the reactor.

c/ Skuteczność procesuc/ Efficiency of the process

Gaz pirolityczny po redukcji i oczyszczaniu w karbonizacie, po schłodzeniu i ostatecznym odfiltrowaniu resztek cząstek węgla i cięższych węglowodorów w płuczce wodnej znajdującej się w zbiorniku 21 można wykorzystać np. do zasilania silnika spalinowego napędzającego generator prądu lub do uzyskania czystego wodoru. Reaktor według opisu z przykładu 1 w sposób stabilny, bezpieczny i ciągły przetwarza pelet RDF (Refuse-Derived Fuel) na gaz pirolityczny. W opisanym w przykładzie reaktorzeThe pyrolysis gas after reduction and purification in the char, after cooling and final filtration of the remains of coal particles and heavier hydrocarbons in the water scrubber located in the tank 21, can be used, for example, to power the internal combustion engine driving the power generator or to obtain pure hydrogen. The reactor as described in Example 1 stably, safely and continuously converts RDF (Refuse-Derived Fuel) pellets into pyrolysis gas. In the reactor described in the example

PL 241 665 B1 uzyskuje się gaz o składzie objętościowym: 45% wodoru, 48% tlenku węgla, 5% metanu oraz 2% innych gazów w tym ditlenek węgla i azot. Pozostałości płynne w tym procesie stanowią nie więcej niż 3% wagowo ilości wsadu 10.PL 241 665 B1, a gas with a volume composition of: 45% hydrogen, 48% carbon monoxide, 5% methane and 2% other gases, including carbon dioxide and nitrogen, is obtained. The liquid residue in this process is not more than 3% by weight of the amount of charge 10.

Przykład 2Example 2

a) Budowaa) Construction

Reaktor zbudowany jest jak opisano powyżej i dodatkowo jak wskazano na Fig. 2 -w kolumnie grzewczej 29, zamiast drugiej grzałki elektrycznej 31 znajduje się gazowy palnik 43 z palnikowymi rurkami 42 doprowadzającymi wytworzony w reaktorze gaz pirolityczny i powietrze przez wylot 44 spalin.The reactor is built as described above and additionally as indicated in Fig. 2 - in the heating column 29, instead of the second electric heater 31, there is a gas burner 43 with burner tubes 42 supplying the pyrolysis gas produced in the reactor and air through the flue gas outlet 44.

b) Metodykab) Methodology

Proces dostarczania i pirolizy wsadu 10 w postaci RDF oraz podgrzewania, formowania i usuwania karbonizatu oraz oczyszczania gazu jest opisany w przykładzie 1, przy czym ogrzewanie wsadu 10 i karbonizatu następuje w wyniku spalania wytworzonego gazu pirolitycznego w powietrzu dostarczonego do palnika w kolumnie grzewczej 29. Podczas rozruchu reaktora wymagane jest chwilowe zastosowanie dodatkowego palnego gazu np. butanu z butli.The process of supplying and pyrolysis of the charge 10 in the form of RDF as well as heating, forming and removing the char as well as cleaning the gas is described in example 1, where the heating of the charge 10 and the char takes place as a result of the combustion of the pyrolysis gas produced in the air supplied to the burner in the heating column 29. Reactor start-up requires temporary use of additional combustible gas, e.g. butane from a cylinder.

c) Skuteczność procesuc) Process efficiency

Po schłodzeniu i ostatecznym odfiltrowaniu resztek cząstek węgla i cięższych węglowodorów w płuczce wodnej znajdującej się w zbiorniku 21 na karbonizat gaz pirolityczny można wykorzystać np. do zasilania silnika spalinowego napędzającego generator prądu lub do uzyskania czystego wodoru.After cooling and final filtering of the remains of coal particles and heavier hydrocarbons in the water scrubber located in the char tank 21, the pyrolysis gas can be used, for example, to power an internal combustion engine driving a power generator or to obtain pure hydrogen.

W opisanym w przykładzie reaktorze uzyskuje się gaz o składzie objętościowym: 43% wodoru, 48% tlenku węgla, 7% metanu oraz 2% innych gazów w tym ditlenek węgla i azot. Pozostałości płynne w tym procesie stanowią nie więcej niż 3% wagowo ilości wsadu 10. Zastosowanie do ogrzewania gazu pirolitycznego zwiększyło całkowitą energetyczną wydajność procesu zamiany RDF na pirolityczny gaz o 10%.In the reactor described in the example, gas with a volume composition of: 43% hydrogen, 48% carbon monoxide, 7% methane and 2% other gases, including carbon dioxide and nitrogen, is obtained. The liquid residues in this process constitute no more than 3% by weight of the amount of charge 10. The use of pyrolysis gas for heating increased the overall energy efficiency of the RDF to pyrolysis gas conversion process by 10%.

Przykład 3Example 3

a) Budowaa) Construction

Reaktor zbudowany jest jak opisano powyżej i dodatkowo Fig. 3 zamiast kolumny grzewczej 29 jest wymiennik ciepła 41 ogrzewany pierwszą grzałką elektryczną 17.The reactor is built as described above and additionally in Fig. 3, instead of the heating column 29, there is a heat exchanger 41 heated by the first electric heater 17.

b) Metodykab) Methodology

Proces dostarczania i pirolizy wsadu 10 w postaci RDF oraz podgrzewania, formowania i usuwania karbonizatu oraz redukcji i oczyszczania gazu jest opisany w przykładzie 1, przy czym ogrzewanie wsadu 10 i karbonizatu następuje za pomocą pierwszej grzałki elektrycznej 17 za pośrednictwem wymiennika ciepła 41.The process of supplying and pyrolysis of the charge 10 in the form of RDF as well as heating, forming and removing the char as well as reducing and purifying the gas is described in example 1, where the heating of the charge 10 and the char takes place using the first electric heater 17 through the heat exchanger 41.

c) Skuteczność procesuc) Process efficiency

Po schłodzeniu i ostatecznym odfiltrowaniu resztek cząstek węgla i cięższych węglowodorów w płuczce wodnej znajdującej się w dolnym zbiorniku 21 z karbonizatem gaz pirolityczny można wykorzystać np. do zasilania silnika spalinowego napędzającego generator prądu lub do uzyskania czystego wodoru.After cooling and final filtration of the remains of coal particles and heavier hydrocarbons in a water scrubber located in the lower char tank 21, the pyrolysis gas can be used, for example, to power an internal combustion engine driving a power generator or to obtain pure hydrogen.

W opisanym przykładzie reaktora uzyskuje się gaz o składzie objętościowym: 40% wodoru, 47% tlenku węgla, 7% metanu oraz 6% innych gazów w tym ditlenek węgla i azot. Pozostałości płynne w tym procesie stanowią nie więcej niż 4% wagowo ilości wsadu 10. Zastosowanie w procesie ogrzewania wsadu 10 i karbonizatu wymiennika ciepła upraszcza budowę reaktora.In the described example of the reactor, a gas with a volume composition of: 40% hydrogen, 47% carbon monoxide, 7% methane and 6% other gases, including carbon dioxide and nitrogen, is obtained. Liquid residues in this process constitute no more than 4% by weight of the amount of charge 10. The use of a heat exchanger in the process of heating charge 10 and carbonizate simplifies the construction of the reactor.

Przykład 4Example 4

a) Budowaa) Construction

Reaktor zbudowany jest jak opisano w przykładach 1,2 lub 3.The reactor is constructed as described in Examples 1, 2 or 3.

b) Metodykab) Methodology

Proces dostarczania i pirolizy wsadu 10 w postaci RDF oraz podgrzewania, formowania i usuwania karbonizatu oraz oczyszczania gazu jest opisany w przykładzie 1,2 lub 3 dodatkowo proces katalitycznego oczyszczania gazu pirolitycznego wspomaga dodatkowy katalizator w postaci np. tlenku żelaza w postaci mikro- lub nanoziaren wprowadzanego razem z wsadem w ilości do 5% wagowo do wsadu 10. Podczas pracy w atmosferze redukującej powstają nano- i mikrogranule żelaza, co w znaczący sposób przyspiesza proces redukcji i oczyszczania gazu pirolitycznego.The process of supplying and pyrolysis of the feedstock 10 in the form of RDF as well as heating, forming and removing the carbonizate and gas purification is described in example 1, 2 or 3. Additionally, the process of catalytic purification of pyrolysis gas is supported by an additional catalyst in the form of, for example, iron oxide in the form of micro- or nano-grains introduced together with the charge in the amount of up to 5% by weight to the charge 10. During operation in a reducing atmosphere, iron nano- and microgranules are formed, which significantly accelerates the process of reduction and purification of pyrolysis gas.

c) Skuteczność procesuc) Process efficiency

Zastosowanie dodatkowego katalizatora zwiększyło udział procentowy wodoru w gazie pirolitycznym. W opisanym w przykładzie reaktorze uzyskuje się gaz o składzie objętościowym: 50% wodoru, 47% tlenku węgla, 1% metanu oraz 2% innych gazów w tym ditlenek węgla i azot. Pozostałości płynneThe use of an additional catalyst increased the percentage of hydrogen in the pyrolysis gas. In the reactor described in the example, a gas with a volume composition of: 50% hydrogen, 47% carbon monoxide, 1% methane and 2% other gases, including carbon dioxide and nitrogen, is obtained. Liquid residues

PL 241 665 B1 w tym procesie stanowią nie więcej niż 2% wagowo ilości wsadu 10. Zastosowanie w procesie katalizatora zwiększyło całkowitą wydajność procesu zamiany RDF na pirolityczny gaz o więcej niż 12%.PL 241 665 B1 in this process constitute no more than 2% by weight of the amount of charge 10. The use of a catalyst in the process increased the overall efficiency of the RDF to pyrolysis gas conversion process by more than 12%.

Przykład 5Example 5

a) Budowaa) Construction

Reaktor zbudowany jest jak opisano w przykładach 1, 2 lub 3 dodatkowo nie zawiera wody 38 w zbiorniku 21 na karbonizat, a gaz pirolityczny po oczyszczeniu w warstwie karbonizatu-katalizatora 14 i kolumnie 20 do karbonizatu jest wyprowadzany bezpośrednio przez rurkę wyjściową 40.The reactor is built as described in examples 1, 2 or 3, additionally, it does not contain water 38 in the char tank 21, and the pyrolysis gas, after purification in the char layer 14 and column 20, is led directly to the carbon product through the output pipe 40.

b) Metodykab) Methodology

Proces dostarczania i pirolizy wsadu 10 w postaci RDF oraz podgrzewania, formowania i usuwania karbonizatu oraz oczyszczania gazu jest opisany w przykładzie 1, 2 lub 3 przy czym brak jest dodatkowego filtrowania gazu pirolitycznego w warstwie wody.The process of supplying and pyrolysis of the feedstock 10 in the form of RDF as well as heating, forming and removing char as well as cleaning the gas is described in example 1, 2 or 3, with no additional filtration of the pyrolysis gas in the water layer.

c) Skuteczność procesuc) Process efficiency

Brak wody w zbiorniku 21 na karbonizat upraszcza konstrukcję jednak powoduje zwiększenie ilości cięższych węglowodorów w gazie pirolitycznym o 1 punkt procentowy. W opisanym w przykładzie reaktorze uzyskuje się gaz o składzie objętościowym: 50% wodoru, 45% tlenku węgla, 1% metanu oraz 4% innych gazów w tym ditlenek węgla i azot. Pozostałości płynne w tym procesie stanowią nie więcej niż 4% wagowo ilości wsadu 10.The lack of water in the char tank 21 simplifies the construction, however, it increases the amount of heavier hydrocarbons in the pyrolysis gas by 1 percentage point. In the reactor described in the example, a gas with a volume composition of: 50% hydrogen, 45% carbon monoxide, 1% methane and 4% other gases, including carbon dioxide and nitrogen, is obtained. The liquid residue in this process is no more than 4% by weight of the amount of charge 10.

Ponadto brak wody powoduje ograniczenie możliwości chłodzenia karbonizatu i powoduje wzrost temperatury zbiornika 21 do poziomu ok. 80°C.In addition, the lack of water reduces the char's cooling capacity and increases the temperature of the tank 21 to about 80°C.

Przykład 6Example 6

a) Opis sposobu pirolizy:a) Description of the pyrolysis method:

Piroliza wsadu 10 - wprowadzanego - w postaci peletu RDF następuje, gdy wsad 10 osiągnie odpowiednio wysoką temperaturę wynoszącą minimum 200°C będący wówczas ogrzanym wsadem 13. W reaktorze z bezpośrednią redukcją i oczyszczaniem gazu pirolitycznego, opisanym w przykładach 1-5, ogrzewanie wsadu 10 następuje, gdy wprowadzony do komory 1 w sposób kontrolowany wsad 10 spada na rozgrzaną do temperatury minimum 900°C warstwę karbonizatu i jest mieszany za pomocą ramion mieszadła 25. W wyniku podgrzania wprowadzanego wsadu 10 do ogrzanego wsadu 13 następuje jego piroliza, uwalnia się gaz i powstaje karbonizat. Mieszany mieszadłem 25 karbonizat jest przesuwany do trzeciego kompartymentu C3 i rozgrzewany w tym kompartymencie do temperatury 900-1000°C, po czym kierowany jest w dół reaktora w kierunku kolumny 20 do karbonizatu. Nadmiar karbonizatu z kolumny 20 do karbonizatu jest usuwany w zbiorniku 9 znajdującym się u dołu komory 1 reaktora. Aby zapewnić ciągłą pracę reaktora szybkość wytwarzania karbonizatu jest równa szybkości usuwania z reaktora.The pyrolysis of the charge 10 - introduced - in the form of RDF pellets, takes place when the charge 10 reaches a sufficiently high temperature of at least 200°C, which is then the heated charge 13. In the reactor with direct reduction and purification of the pyrolysis gas, described in examples 1-5, the heating of the charge 10 occurs when the charge 10, introduced into the chamber 1 in a controlled manner, falls onto the char layer heated to a minimum temperature of 900°C and is stirred by means of the stirrer arms 25. As a result of heating the charge 10 introduced to the heated charge 13, its pyrolysis occurs, gas is released and char is formed. The char mixed with a stirrer 25 is moved to the third compartment C3 and heated in this compartment to a temperature of 900-1000°C, and then it is directed down the reactor towards the char column 20. The excess char from the char column 20 is removed in the tank 9 located at the bottom of the reactor chamber 1. To ensure continuous operation of the reactor, the rate of char production is equal to the rate of removal from the reactor.

b) Opis oczyszczania powstałego gazub) Description of the purification of the resulting gas

W szczelnie próżniowo komorze 1 reaktora powstający gaz pirolityczny osiąga stan nadciśnienia spowodowanego dużymi oporami przenikania przez porowaty karbonizat oraz przez ciśnienie hydrostatyczne warstwy wody. Nadciśnienie gazu rzędu 3000 Pa powoduje, że gaz pirolityczny w drodze na zewnątrz reaktora musi przenikać przez porowatą warstwę karbonizatu-katalizatora 14 i kolumnę karbonizatu w trzecim kompartymencie C3 i czwartym kompartymencie C4. Karbonizat z trzeciego kompartymentu C3 i czwartego kompartymentu C4 rozgrzany do wysokiej temperatury posiada własności katalityczne sprzyjające rozpadowi cięższych węglowodorów na wodór i lżejsze węglowodory oraz sprzyjające powstaniu tlenku węgla. Podczas przenikania gazu przez karbonizat następuje redukcja i oczyszczanie gazu pirolitycznego a także filtrowanie gazu z cząstek stałych np. węgla.In the vacuum-tight reactor chamber 1, the pyrolysis gas being formed reaches the state of overpressure caused by high penetration resistance through the porous char and by the hydrostatic pressure of the water layer. Gas overpressure of 3000 Pa causes that the pyrolysis gas on its way out of the reactor must penetrate the porous char-catalyst layer 14 and the char column in the third compartment C3 and the fourth compartment C4. The char from the third compartment C3 and the fourth compartment C4 heated to high temperature has catalytic properties favoring the decomposition of heavier hydrocarbons into hydrogen and lighter hydrocarbons and favoring the formation of carbon monoxide. During the passage of gas through char, pyrolysis gas is reduced and purified as well as gas is filtered from solid particles, e.g. coal.

Wykonanie pierwszej izolacji termicznej 12 w pierwszym kompartymencie C1 z materiałów izolacyjnych o małej nasiąkliwości powoduje, że skraplające się w pobliżu górnej pokrywy 4 gazy i smoły spływają grawitacyjnie do drugiego kompartymentu C2 gdzie ulegają rozgrzaniu, po czym poddane są dalszemu rozpadowi w warstwie karbonizatu na węglowodory proste i wodór.The first thermal insulation 12 in the first compartment C1 made of insulating materials with low water absorption causes the gases and tars condensing near the top cover 4 to flow down by gravity to the second compartment C2 where they are heated up and then subjected to further decomposition in the char layer into simple hydrocarbons and hydrogen.

Wykonanie drugiej izolacji termicznej 45 z materiałów izolacyjnych o małej nasiąkliwości w kolejnych dwóch kompartymentach powoduje, że skraplające się w dolnej części reaktora smoły wypełniają niewielką przestrzeń wolną od izolacji uszczelniając czwarty kompartyment C4. Sposób redukcji, oczyszczania i filtrowania gazu w warstwie karbonizatu-katalizatora 14 i karbonizatu w kolumnie 20 do karbonizatu oraz zastosowanie izolacji termicznej wewnątrz komory 1 wykonanej z mało nasiąkliwych materiałów powoduje, że ilość wytwarzanych ciekłych odpadów czy smół jest minimalizowana, co znacząco zwiększa wydajność procesu przetworzenia wsadu 10 na gaz.The second thermal insulation 45 made of insulating materials with low water absorption in the next two compartments causes that the tars condensing in the lower part of the reactor fill a small space free of insulation, sealing the fourth compartment C4. The method of reducing, purifying and filtering the gas in the char-catalyst layer 14 and the char in the char column 20 and the use of thermal insulation inside the chamber 1 made of low-absorption materials causes that the amount of liquid waste or tars produced is minimized, which significantly increases the efficiency of the processing process batch 10 for gas.

Claims

PL 241 665 B1

Patent claims

1. A reactor for pyrolysis of materials selected from the group consisting of wood chips, backing wood, wood waste, forestry waste, sewage sludge, petroleum coke, municipal solid waste (MSW), waste derived fuel (RDF) or any combination of biomass fuels and purification of pyrolysis gas, characterized in that the vacuum-tight chamber (1) of the vertical reactor is functionally divided into four compartments, including:

the highest first compartment (C1), where under the upper cover (4) of the reactor chamber (1) there is the first thermal insulation (12) made of low-absorption materials, and the second compartment (C2) with the second thermal insulation (45) made of low-absorption materials ) contains blades (26) of the stirrer (25) for mixing the charge (10), and the third compartment (C3) with the second thermal insulation (45) contains the heating column (29) with the second electric heater (31) or with a gas burner (43) pyrolysis gas and a layer of char-catalyst (14) heated to a temperature of 900-1000°C with a minimum thickness of 10 cm, while the fourth compartment (C4) with the third thermal insulation (23) made of low-absorption materials (23) contains, under the layer of char-catalyst ( 14), a column (20) for char and also a tank (21) for char, located under the lower cover (3), where water (38) for cooling the char and the lower part of the heating column (29) are also placed, and contains the first tube (36 ) for the introduction of water (38) and the second pipe (37) for the removal of water (38) and the system for the removal of char (22), and the exit pipe (40) formed as an outlet of the purified pyrolysis gas.

2. A reactor according to claim 1, characterized in that the movable stirrer (25) with blades (26) inclined at an acute angle to the axis of the reactor is made in such a way that it is possible to direct the charge (10) and char from the second compartment (C2) to the area of stationary blades (30) heating the charge (10) of the heating column (29) or heat exchanger (41) in the third compartment (C3), creating a char-catalyst layer (14) in the third compartment (C3).

3. A method of pyrolysis of materials selected from the group consisting of wood chips, base wood, wood waste, forest waste, sewage sludge, petroleum coke, municipal solid waste (MSW), waste derived fuels (RDF) or any combination of biomass and pyrolysis gas purification in the reactor chamber at a temperature above 200°C, characterized in that the method is carried out inside a vacuum-tight reactor chamber (1) divided into four compartments, and the charge (10) is continuously supplied to the surface of the char-catalyst (14) at a temperature of 900-1000°C in the third compartment (C3), where it undergoes pyrolysis, and the char formed continuously supplements the char-catalyst layer (14), and the excess char from the char-catalyst layer (14) is continuously supplemented with below the char-catalyst layer (14) with the char from the column (20) to the char in the fourth compartment (C4) at a temperature temperature reducing with the height of the column, and in addition, the reduction and purification of the pyrolysis gas is carried out by the overpressure-forced flow of pyrolysis gas through the char-catalyst layer (14) and the column (2) to the char, and the removal of the purified gas is carried out by the overpressure-forced gas flow through a layer of water (38) maintaining at the same time overpressure of gas in the reactor chamber (1), excess char is removed from the reactor chamber (1) in the lower part of the fourth compartment (C4) from the base of the column (2) to the char immersed in the water layer (38).