RS57747B1 - Fleksibilni modularni sistem za proizvodnju vodonika putem gasifikacije plazmom - Google Patents

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Predmetni pronalazak se uopšteno odnosi na fleksibilni modularni sistem za proizvodnju vodonika koji sadrži međusobno povezane module-kontejnere pomoću interfejs.

STANJE TEHNIKE

[0002] Vodonik je najprisutniji element u univerzumu; međutim, na Zemlji ne postoji vodonik u svom čistom obliku. Vodonik može biti korišćen kao prenosnik energije pri proizvodnji električne energije u gorivnim ćelijama ili kao visoko vredna roba kao sirovi materijal u procesnoj industriji. Vodonik je veoma isparljiv i teško se skladišti i transportuje. Stoga je upotreba vodonika u velikim količinama ograničena. Stoga, postoji velika potreba za uklanjanjem ili bar smanjenjem potrebe za transportovanjem vodonika od mesta proizvodnje to mesta upotrebe. Takođe postoje različite potrebe u različitim industrijama u pogledu nivoa čistoće vodonika. U nekim industrijama, vodonik koji je visoko prečišćen nije potreban i stoga ove industrije ne žele da plate dodatnu količinu za prečišćavanje. Suprotno tome, u nekim industrijama visok stepen čistoće vodonika je od suštinske važnosti.

Postoji nekoliko industrija koje koriste vodonik, na primer industrija stakla, čelika, nafte, vozila i hemijska. Vodonik može biti korišćen pri proizvodnji stakla za prozore letelica gde se tanki sud koristi za proizvodnju stakla letelice. Za vreme trajanja ovog postupka vodonik se koristi za stvaranje redukovane atmosfere. Pri proizvodnji čelika od gvožđa moguće je upotrebiti vodonik kao element za redukovanje, kao što je kod redukovanja čeličnih površina. Kada se vodonik koristi u ovom procesu, ne postoji emisija gasova staklene bašte. U industriji nafte, velika količina vodonika se koristi za ponovno obrazovanje lanaca ugljenih vodonika. Sa novom i rastućom potrebom za dizel gorivom, rafinerije teže na pretvore više nafte u dizel gorivo nego u benzin. Za vreme trajanja tog procesa koristi se vodonik. Kada se koriste vodonik i gorivne ćelije kod automobila opšta efikasnost se povećava. Kada se proizvodi amonijak, vodonik se dovodi u reakciju sa azotom u katalitičkom pretvaraču.

Amonijak se može koristiti, na primer, pri proizvodnji đubriva.

[0003] Kako se industrijski procesi neprekidno razvijaju takođe postoji potreba za mogućnošću podešavanja stepena čistoće vodonika shodno potrebama. U isto vreme, u zavisnosti od lokacije industrije, različiti izvori energije, tj., osnovna sirovina, za postupak ili sistem za proizvodnju vodonika, mogu biti raspoloživi. U skladu sa time, važno je da sistem može koristiti nekoliko vrsta osnovnih sirovina i poželjno u svim oblicima, tj., u gasovitom, tečnom i/ili čvrstom obliku. Stoga, postoji potreba za pružanjem sistema koji je visoko fleksibilan i lako podesiv prema potrebama različitih industrija. Takođe, postoji potreba za proizvodnjom vodonika sa većom efikasnošću nego što je putem elektrolize koja se danas uobičajeno koristi u industrijskim postupcima.

[0004] Gasifikacija plazmom je poznata kao efikasan način za proizvodnju energije i vodonika iz organskog materijala pretvaranjem energije iz organskog materijala u drugo stanje energije u vodoniku za kasniju upotrebu kao što je opisano, na primer, u US 7,163,758. U prethodnom stanju tehnike, većina plazma generatora koristi jednosmernu struju (DC) za stvaranje električnog oslobađanja. Plazma generatori koji koriste naizmeničnu struju su poznati u prethodnom stanju tehnike ali su često nestabilni i često mogu zahtevati upotrebu provodnika, kao što je depo za istopljeni metal za započinjanje električnog luka. Upotreba DC ili potreba za provodnikom za započinjanje električnog luka čini sistem nefleksibilnim i skupim za preinačenje i podešavanje prema izmenjenim potrebama. US 6,215,678 opisuje metodu i uređaj za obradu otpada koji sadrži peć za električni luk plazme i Džulov zagrejani uređaj za topljenje sa ugrađenim sistemom koji sadrži gasnu turbinu, unutrašnji motor za sagorevanje i opremu za stvaranje gorivne ćelije koji se može razviti u modularne jedinice i koji može biti povećan kako bi primio velike zapremine čvrstog komunalnog otpada.

Međutim, sistem zahteva upotrebu provodnika kako bi se započeo električni luk i prevashodno je pogodan za upotrebu čvrstog otpada kao osnovne sirovine. US2008/0202028 A1 obelodanjuje sistem za gasifikaciju plazmom sa ugrađenim sistemom za upravljanje. US20060272559 obelodanjuje sistem za obradu otpada sa električnim lukom plazme koji se može transportovati postavljen u kontejnere za transport tereta. Postoji velika potreba za sisteme koji se mogu lako transportovati koji se mogu lako podesiti ili i prilagoditi prema potrebama korisnika. Takođe, sistem bi trebalo da se može lako podesiti na različitim lokacijama industrije i stoga, upotreba AC kao izvora energije i mogućnost upotrebe organskog materijala iz različitih izvora su značajni. Stoga, postoji potreba za poboljšanjem sistema prema prethodnom stanju tehnike na takav način da će sistemi postati lakši za transport i prilagođavanje i da će upotreba organskim materijala u različitim čvrstim, tečnim i gasovitim oblicima biti omogućena.

Cilj predmetnog pronalaska jeste da se pruži sistem koji nije štetan po okolinu za proizvodnju energije iz otpada. Drugi cilj jeste da se pruži sistem koji je fleksibilan, koji se može lako podesiti prema različitim potrebama i lako transportovati i preinačiti. Još jedna svrha je olakšavanje upotrebe vodonika pri proizvodnji energije ili kao sirovog materijala u industrijskim postupcima.

REZIME PRONALASKA

[0005] Iznad navedeni nedostaci i problemi sistema prema prethodnom stanju tehnike su bar delimično uklonjeni sa predmetnim pronalaskom u kom se organski materijal iz, na primer, biomase i otpada gasifikuje u modularnom sistemu prema patentnom zahtevu 1. Uzimajući upotrebu u obzir, najbolji način za otvaranje proširenja upotrebe vodonika jeste uklanjanje potrebe za transportovanjem vodonika. U suštini, rastvor prema predmetnom pronalasku prilagođen je da zadovolji potrebe različitih korisnika sa različitim potrebama čistoće vodonika. Rednim postavljanjem faza odvajanja vodonika u jednom ili više modula koji sadrže filtere za odvajanje vodonik se može dobiti sa različitim stepenima čistoće. Ovo je jedinstveno svojstvo.

[0006] Pronalazak se odnosi na modularni fleksibilni sistem prema patentnom zahtevu 1 koji se sastoji od modula-kontejnera, u daljem tekstu se nazivaju kao moduli, gde svaki modul ima posebni zadatak. Modularna konstrukcija zasnovana na standardnim kontejnerima sistema olakšava transportovanje i sastavljanje sistema i postupak može biti prilagođen za potrebe svakog pojedinog korisnika. Sistem sa modularnom konstrukcijom olakšava zamenjivanje modula za vreme trajanja unapređivanja proizvoda. Konvencionalno raspoređivanje konkurentnih tehnologija obično su veliki projekti koji se odvijaju u dugačkim vremenskim periodima. Korist modularne konstrukcije je u tome što se sistem može pomeriti i rasklopiti nakon upotrebe u jednoj lokaciji i pomeriti za proizvodnju vodonika na drugu lokaciju. Modularni koncept takođe olakšava preinačenje postrojenja kada se menjaju potrebe. Pronalazak se lako postavlja blizu korisnika stoga se uklanja potreba za transportovanjem vodonika. Samo se osnovna sirovina, tj., organski materijal, mora transportovati do postupka što je mnogo jednostavnije, kako samo u blizini naseljenih mesta postoje sistemi za transportovanje i skladištenje otpada.

[0007] Predmetni pronalazak se odnosi na fleksibilni modulator za proizvodnju vodonika iz organskog materijala, gde sistem sadrži:

(i) bar jedan uređaj za dopremanje ili modul za dopremanje;

(ii) bar jedan modul za gasifikaciju koji sadrži bar jedan plazma generator, koji se pokreće sa naizmeničnom strujom;

(iii) bar jedan modul za hlađenje gasa;

(iv) bar jedan modul za čišćenje gasa koji sadrži bar jedan uređaj za čišćenje gasa;

(v) bar jedan modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika, gde je svaki od modula konstruisan kao standardni kontejner koji ima standardnu veličinu.

Moduli su međusobno povezani putem interfejsa koji sadrži sredstva za spajanje i povezivanje za gas, električnu struju i komunikaciju. Moduli imaju veličinu standardnog ISO kontejnera i prilagođeni su tako da se mogu transportovati sa vozilom za transport. Moduli mogu imati veličinu standardnih kontejnera i mogu imati, na primer, družinu od pet uobičajenih standardnih dužina, tj., 20-ft (6.1 m), 40-ft (12.2 m), 45-ft (13.7 m), 48-ft (14.6 m), i 53-ft (16.2 m). Stoga moduli mogu biti transportovani kao standardni kontejneri sa bilo kojim pogodnim vozilom, kao što je kamion, voz ili brod. Moduli su sastavljeni u poželjnoj kombinaciji na mestu kako bi se napravilo postrojenje za gasifikaciju i stvaranje vodonika.

[0008] Moduli su međusobno povezani putem interfejsa. Interfejs susednih modula ima iste specifikacije i može se povezati za interfejs susednog modula. Interfejs može sadržati sredstva za spajanje, veze za vodu, električnu struju, gasove (kompresovani vazduh, sintezni gas ili vodonik) i komunikaciju. Ovo su sve standardne veze za olakšavanje postavljanja i unapređivanja sistema.

[0009] Prema jednom otelotvorenju pronalaska dva ili više modula za čišćenje se koriste za prečišćavanje gasa tako da se željeni stepen čistoće vodonika dobija. Ovim putem se sistem može podesiti prema potrebama korisnika.

[0010] Prema pronalasku plazma gas se usmerava iz dela za oslobađanje generatora koji sadrži elektrode kroz otvor do komore van dela za oslobađanje u kojoj komori plazma gas interaguje sa organskim materijalom. Ovim putem plazma gas može biti postavljen da interaguje sa bilo kojim oblikom organskog materijala, tj., tečnim, čvrstim ili gasovitim. Organski materijal može biti otpad ili ugljenična ulja, kao što su prirodni gas, ulja, ugalj, biomasa, metan, C1do C4ugljeni vodonici, metanol, benzin i dizel gorivo. Međutim, prema poželjnom otelotvorenju pronalaska, organski materijal je otpad ili iz domaćinstava ili industrijski, takođe, opasni otpad se može koristiti. Otpad je često dostupan i sistemi za transportovanje su lako dostupni blizu industrijskih postrojenja, bar ukoliko je industrija postavljena blizu populacionog centra.

[0011] Prema jednom daljem otelotvorenu pronalaska plazma generator je plazma generator sa tri faze. Ovim putem moguće je dobiti visoko turbulentni tok gasa, koji omogućava potpunu interakciju između gasa i organskog materijala.

[0012] Prema jednom daljem otelotvorenju pronalaska sistem može dalje sadržati jedan ili više dodatnih modula izabranih iz grupe koju čine modul za dopremanje, modul za gasifikaciju, modul za čišćenje i modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika. Ovim putem moguće je dalje prilagoditi sistem prema potrebama korisnika.

[0013] Usled činjenice da se moduli mogu lako međusobno povezati sistem postaje fleksibilan. Sistem se može postaviti i povezati za industrijsko postrojenje kome je potreban vodonik u svojim postupcima i time je transportovanje vodonika uklonjeno.

KRATAK OPIS SLIKA

[0014]

Slika 1 je dijagram toka koji prikazuje različite korake postupka prema jednom otelotvorenju pronalaska.

Slika 2 je šematski nacrt koji prikazuje primer postrojenja gasifikacije prema predmetnom pronalasku.

Slika 3 je šematski nacrt interfejsa između modula-kontejnera prema jednom otelotvorenju pronalaska.

Slika 4 je uvećani pogled na vezu između modula za otpad i modula za gasifikaciju prema jednom otelotvorenju pronalaska.

Slika 5 je šematski nacrt plazma generatora prema jednom otelotvorenju pronalaska.

Slika 6 šematski prikazuje reakciju pretvaranja gasa u vodu.

DETALJNI OPIS

[0015] Postupak prema predmetnom pronalasku je prikazan u dijagramu toka na slici 1. Otpad ili drugi organski materijal se transportuje do postrojenja ili industrijskog postrojenja i dopremaju u sistem. Ukoliko se materijal sastoji od velikih komada može biti opciono samleven upotrebom uređaja za mlevenje kako bi se povećala homogenost materijala koji se obrađuje. Kod organskih materijala sa većom homogenošću ulazak atmosferskih gasova u sistem može biti lakše kontrolisano. Ukoliko organski materijal ima visoku vlažnost može biti osušen u sušionicu recikliranjem toplote stvorene u sekvence hlađenja gasa preko razmenjivača toplote.

[0016] Kada je organski materijal obrađen, dovodi se u jedinicu za gasifikaciju gde se organske supstance gasifikuju i obrazuju u vodonik, ugljen monoksid i određene tragove ugljen dioksida. Gasifikacija se vrši upotrebom bar jednog plazma generatora sa naizmeničnom strujom (AC) koja se opskrbljen sa radnim gasom koji obrazuje plazmu, koji može biti vazduh, ugljen dioksid, argon, para ili bilo koji drugi pogodni gasovi. Sistem za napajanje je povezan za plazma generator.

[0017] Kada se organski materijal gasifikuje, gas se dovodi do tornja za raspršivanje za kontrolisano hlađenje gasa. Recirkulisana voda je povezana za toranj za raspršivanje i različiti aditivi se dodaju u vodu kako bi se gas očistio. U zavisnosti od različitih vrsta otpada, različiti aditivi se koriste.

[0018] Nakon hlađenja gasa, stvorena toplota iz ovog postupka hlađenja se izostavlja kroz razmenjivač toplote koji je povezan za modul za prethodnu obradu koji sadrži sredstva za prethodno zagrevanje ili sušenje organskog materijala. Na ovaj način opšta efikasnost sistema se povećava.

[0019] Kada se hlađenje i čišćenje gasa prekine, gas, u zavisnosti od svojstava organskog materijala i sastava hemikalija, se vodi kroz niz filtera kako bi se čak još više obezbedila prečišćenost gasa.

[0020] Čisti gas se dovodi u fazu pretvaranja gasa u vodu gde ugljen dioksid reaguje sa vodom preko katalitičkog materijala kako bi se proizveli vodonik i ugljen dioksid. Vodonik se zatim odvaja kroz bar jednu fazu filtracije kroz membranu i/ili sa upotrebom naizmenične adsorpcije pod pritiskom gde se gas cirkuliše kako bi se obezbedio visoki i efikasan prinos vodonika. Putem odvajanja, ugljen dioksid može biti izvađen i korišćen u primenama ili, ukoliko infrastrukturni uslovi omogućavaju, iskorišćen i deponovan. Putem deponiranja ugljen dioksida, pronalazak aktivno redukuje količinu atmosferskog ugljen dioksida.

[0021] Na kraju, vodonik se kompresuje kako bi se skladištio u pomoćnom skladištu. Krajnji proizvod sastoji se od čistog vodonika, pogodnog za procesne industrije, proizveden od organskog materijala, kao što je otpad. Efikasnost može biti veoma visoka i oko 95 % energije sadržane u otpadu može biti pretvoreno u korisnu energiju u sintetskom gasu.

[0022] Iznad opisani sistem sadrži module-kontejnere, u daljem tekstu se takođe zovu moduli, gde svaki modul ima svoj tehnički zadatak, kao što je kasnije opisano u patentnoj prijavi. Moduli su formirani kao standardni ISO (Međunarodna organizacija za standardizaciju) kontejneri i imaju iste specifikacije kao standardni ISO kontejneri, koji se takođe zovu kontejneri za transport, koji se mogu napuniti, uklopiti i spojiti sa standardnim vezama za kontejnere na brodove za kontejnere, železnička vozila, avione i kamione.

Kontejneri su dostupni u nekoliko dužina gde su najčešće dužine oko 6,06 m (20 ft.), 12,19 m (40 ft.) i 13,72 m (45 ft.), ali takođe se druge standardne dužine mogu koristiti. Kontejneri poželjno imaju standardnu širinu od oko 2,44 m (8 ft.) i visinu od oko 2,59 m do oko 2,90 m. Kontejneri sadrže standardni ugao za kontejnere, odlivak, koji omogućava naslanjanje i pričvršćivanje kontejnera na platformu.

[0023] Na industrijskom lokalitetu i mestu za upotrebu sistema, moduli-kontejneri mogu biti direktno postavljeni na zemlju koja je pripremljena za sistem. Kako su moduli konstruisani u standardnim veličinama i oblicima mogu biti prilagođeni za lako upravljanje i transportovanje i mogu stoga biti podignuti, upravljani i transportovani na isti način kao bilo koji standardni kontejner. Sistem se može sastaviti na mestu i može biti u radu u okviru kratkog vremena. Dužina, širina i visina modula mogu biti promenljivi u okviru bilo kojih standardnih dužina.

[0024] Između modula standardizovani interfejs se koristi za napajanje, gas i komunikaciju. Interfejs omogućava, na primer, promenu komponenata u okviru od nekoliko sati umesto dana i nedelja. Ovo je veoma značajan aspekt usled potreba korisnika.

[0025] Sistem je zasnovan na gasifikaciji plazmom organskog materijala, naročito otpada i biomase. Sintetski gas se dobija iz organskih supstanci u otpadu. Sintetski gas dobijen iz gasifikacije plazmom organskog materijala uglavnom sadrži vodonik, ugljenik monoksid i u određenim količinama ugljen dioksid i vodu. Ukoliko se vazduh koristi kao radni gas, to je gas koji se početno ubrizgava u reaktor za gasifikaciju plazmom, azot će slediti u toku gasa.

[0026] Slika 2 šematski prikazuje sistem za gasifikaciju plazmom 1 prema jednom otelotvorenju pronalaska. Sistem sadrži module-kontejnere 2, 7, 11, 12, 14, 33 i 34 gde svaki modul ima posebni zadatak.

[0027] Sistem poželjno sadrži opremu za dopremanje organskog materijala. Stoga, sistem 1 poželjno sadrži modul za dopremanje 2 ili uređaj za dopremanje u kojem se upravlja sa organskim materijalom pre postavljanja u modul za gasifikaciju. Organski materijal može biti npr., otpad iz domaćinstva ili komunalni. Takav otpad se sagoreva u veliki postrojenjima kao metoda smanjenja zapremina. U mnogim slučajevima, toplota se proizvodi za daljinsko grejanje i u nekoliko slučajeva električna energija se proizvodi iz sagorevanja ovih otpada.

[0028] Sistem na slici 2 sadrži modul za dopremanje 2 organskog materijala. Modul za dopremanje 2 može opciono sadržati uređaj za mlevenje organskog materijala do čestica manje veličine koje su pogodnije za postupak (nije prikazano).

[0029] Modul za dopremanje 2 može takođe sadržati opcioni sistem za sušenje organskog materijala pre ulaska u modul za gasifikaciju 7. Sistem može, na primer, koristiti toplotu koja je dobijena iz razmenjivača toplote povezanog za prenos toplote iz modula za hlađenje gasa. Modul sadrži gornji poklopac 3 koji može biti otvoren kako bi se omogućilo dopremanje materijala u sistem. Modul za dopremanje poželjno sadrži sistem levka sa ustavama 4, 5 koji omogućava dopremanje u vidu serija organskog materijala u sistem i takođe bar delimično sprečava atmosferske gasove od ulaska u sistem. Druge tehničke postavke koje bi omogućile kontrolisanje količine organskog materijala i vazduha koji ulazi u sistem naravno mogu biti korišćene. U sistemu levka za ustavama prikazanom na slici 2 donja ustava 5 se drži zatvorena dok je gornja ustava 4 otvorena i materijal se doprema u sistem. Kada je prethodno određena količina materijala uneta u sistem levka sa ustavama, gornja ustava 4 je zatvorena a donja ustava 5 je otvorena kako bi se omogućilo organskom materijalu da uđe u modul za gasifikaciju 7 preko osovine 6. Ovim puten moguće je kontrolisati količinu organskog materijala i vazduh koji ulazi u sistem. Kako atmosferski gasovi u vazduhu mogu uticati na proces gasifikacije i time sastav dobijenog sintetskog gasa, značajno je da količina gasa koji ulazi u sistem bude kontrolisana. Na primer, ravnoteža stepena oksidacije, tj., odnos CO:CO2može biti narušen ukoliko previše vazduha uđe u sistem. Postavka levka sa ustavama može biti kontrolisana bilo kojim pogodnim načinom, kao što je hidraulički, električni ili pneumatski.

[0030] Organski materijal se dovodi do modula za gasifikaciju putem osovine 6 u modul za gasifikaciju 7. Moduli su međusobno povezani putem interfejsa, koji se šematski prikazan na Slici 3. Interfejs sadrži sredstva za povezivanje 19a, 19b, 19c i 19d koja međusobno povezuju module. Moduli takođe sadrže standardni spoj za kontejnere koji nije prikazan na slici.

Poželjno postoji bar jedno sredstvo za povezivanje u svakom uglu modula-kontejnera.

Međutim, količina sredstava za povezivanje može biti promenljiva, i na primer, dalja sredstva za povezivanje mogu biti postavljena na ivicama između sredstava za povezivanje u uglovima kontejnera. Mere za povezivanje su poželjno elastični konektori sa prirubnicom koji omogućavaju minimalna kretanja i radijalno odstupanje između modula. Zbog sredstava za povezivanje ne postoji potreba za međusobnim savijanjem modula. Time je postavljanje i sklapanje modula pojednostavljeno. Interfejs dalje sadrži otvor 15 za kanal za gas gde se materijal gasifikuje i/ili kroz koji se vodi već gasifikovan gas. Dalje, veza 16 za električne kablove i podatke i mrežne kablove i rastojanje 17, gde se kablovi mogu pričvrstiti kada se moduli međusobno sastavi je data. Moduli mogu obuhvatati kontrolne sisteme za automatizovano upravljanje organskim materijalom i komunikaciju sa korisnikom i pratećim modulima. Ovi sistemi su komercijalno dostupni i ovde nisu detaljno opisani. Dalji kanali mogu biti dati npr., za vodu i komunikaciju. Interfejs dalje sadrži prirubnicu 18 od elastičnog materijala koji čini zaštitu od atmosferskih uticaja za interfejs. Prirubnica poželjno obavija otvor za gas 15, spoj za kablove 16 i mesto za skladištenje kablova 17 kako bi se ove veze zaštitile od prljavštine i kiše i/ili snega. Svi moduli-kontejneri sadrže bar jedan interfejs prema bar jednom susednom modulu-kontejneru. Interfejs ima poželjno iste specifikacije, kao što su na primer veličina i struktura sredstava za povezivanje kod svih modula. Ovo omogućava lakše konstruisanje sistema i takođe prilagođavanje prema potrebama korisnika.

[0031] Slika 4 prikazuje detaljni šematski pogled veze između modula za dopremanje i modula za gasifikaciju. Prema otelotvorenju prikazanom na Slici 4, fleksibilna sredstva za povezivanje 19 data su između modula za dopremanje 2 i modula za gasifikaciju 7.

Fleksibilna sredstva za povezivanje sadrže unutrašnji elastični deo 20 koji omogućava mala radijalna pomeranja i omogućava jednostavnije međusobno povezivanje modula-kontejnera i time takođe omogućava lakše postavljanje celog sistema. Primer dela za povezivanje prikazan je sa 22.

[0032] Modul za gasifikaciju sadrži bar jedan plazma generator napajan sa naizmeničnom strujom. Kontejner-modul za gasifikaciju plazmom je izolovan sa materijalima otpornim na toplotu i prilagođen je da izdrži temperature koje dostižu oko 1200-1700°C. Usled visoke temperature postupak ne proizvodi dioksine.

[0033] Primarna reakcija u modulu za gasifikaciju plazmom je:

CnHm+ {radni gas} → CO H2+ {CO2+ N2+ H2O}

[0034] Modul za gasifikaciju 7 sadrži bar jedan plazma generator sa naizmeničnom strujom 8 kao što je prikazano na slici 5. Radni gas stvoren plazmom je ubrizgan kroz vezu 9 u elektrode 23a i 23b. Radni gas se može sastojati od, ali nije ograničen na, vazduh, azot, argon, ugljen dioksid i prirodni gas. Radni gas je jonizovan putem elektroda u delu za oslobađanje 24 i doveden je kroz otvor 25 u komoru 26 van dela za oslobađanje 24 u kojoj komori 26 plazma gas interaguje sa organskim materijalom. Organski materijal koji se obrađuje pada ka dole u modulu za gasifikaciju, kao što je prikazano sa strelicom na slici 5.

[0035] Organski materijal se time pretvara u gasovite ugljene hidrate i čestice . Modul za gasifikaciju plazmom 7 je izolovan kako bi održavao odgovarajuća temperaturna svojstva unutar modula. Organski materijal se zatim unosi kroz modul i proizvedeni gas se doprema u sledeći korak postupka, tj., hlađenje i čišćenje i zgura i metali se dopremaju u kontejner 30 na dnu modula za gasifikaciju. Dodatni plazma generatori mogu biti ugrađeni u sistem koliko je potrebno tako da se potpuna gasifikacija i disocijacija preostalih hemikalija može obezbediti.

[0036] Veza za napajanje za naizmeničnu struju je povezana za elektrode na mestu oslobađanja. Poželjno postoje tri glavne elektrode, ali količina elektroda nije ograničena na tri. Količina elektroda može biti promenljiva u zavisnosti od potreba koje postupak ima za efikasnost plazma generatora. Plazma generator sa tri elektrode se poželjno koristi kako se veza za napajanje može povezati za napajanje sa 3 faze koje se obično koristi kao industrijsko napajanje. Napon koji se koristi za započinjanje električnog luka u generatoru može biti relativno mali, od oko 220-480 VAC, i poželjno 400 VAC pri frekvenci od 50 do 60 Hz. Oslobađanje se javlja pri frekvenci od 200-500 Hz između elektroda. Upotrebom AC plazma generatora, stvara se turbulencija. Plazma generatori od koristi za predmetni pronalazak je šematski prikazan na Slici 5. Radni gas, npr., vazduh se ubrizgava kroz kanal 9 u komoru gde se nalaze elektrode 23a i 23b (treća elektroda nije prikazana na slici). Radni gas reaguje između elektroda i vreli, visoko turbulentni, jonizovani gas napušta deo 24 i interaguje sa organskim materijalom. Organski materijal vertikalno pada i plazma gas se dovodi približno upravno u odnosu na organski materijal kao što je prikazano na slici 5. Gas se doprema iz modula za gasifikaciju 7 u modul za hlađenje 11 koji koristi hlađenje i delimično čišćenje sa vodom kao rastvaračem, i kao što je prikazano na slici 2.

[0037] Modul za hlađenje 11 može sadržati sistem za čišćenje koji je osmišljen da delimično čisti gas od primesa kao što su sumpor i hlor. Gas koji sadrži primese je prečišćen putem reaktora za prečišćavanje 27 u kojem gas reaguje sa tečnošću za prečišćavanje koja uklanja primese iz gasa putem hemijske reakcije. Sastav tečnosti za prečišćavanje zavisi od vrste primese/primesa koje se uklanjanju. Opšti princip za prečišćavanje je da se gas koji se prečišćava dovodi od dna reaktora za prečišćavanje 27 prema gore kroz reaktor za prečišćavanje. Tečnost za prečišćavanje pada dole na dno reaktora zajedno sa tečnošću za prečišćavanje. Tečnost za prečišćavanje koja sadrži primese se obrađuje u odvojenom ili ugrađenom sistemu za obradu tečnosti 28. Izlaz iz modula je hladan i delimično prečišćen gas, koji može biti doveden iz modula kroz kanal 29 u modul za prečišćavanje 12 koji sadrži filtere.

[0038] Za potpuno prečišćavanje proizvedenog gasa jedan ili više dodatnih modula za prečišćavanje gasa 12 koji sadrže uređaj za prečišćavanje koji sadrži bar jedan filter ili niz filtera 13a, 13b, 13c i 13d mogu biti spojeni za sistem. Filteri koji mogu biti korišćeni na primer mogu biti tekstilni i/ili električni filteri. Sastav filtera koji se koriste određen je sastavom organskog materijala koji se doprema u sistem i različitih jedinjenja koje je potrebno odvojiti. Za čistu gasifikaciju biomase, tekstilni filter bi se pokazao kao dovoljan ali pri obradi agresivnije vrste otpada, kao što su, na primer, PCB-ulja, aromatična organska jedinjenja, ratni gas, gume i CFC, prečišćavanje mora biti složenije. Prečišćavanje se deli na različite module što omogućava, bez obzira na otpad koji se obrađuje, da se dovoljno prečišćavanje gasa može sprovesti.

[0039] Kada proizvedeni gas dobijen iz modula za prečišćavanje ima željeni stepen čistoće, gas se dovodi u modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika 14 koji sadrži reaktor za pretvaranje gasa u vodu 30. Modul može dalje sadržati uređaj sa naizmeničnim pritiskom 31 i uređaj za odvajanje sa membranom 32, kao što je šematski prikazano na slici 2.

Proizvedeni gas koji je ušao u pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika je čist gas koji sadrži ugljen monoksid (CO), vodonik (H2), ugljen dioksid (CO2) i azot (N2). Slika 6 šematski prikazuje kako je vodonik stvoren kroz reakciju pretvaranja gasa u vodu gde ugljen monoksid reaguje sa vodom preko katalitičkog materijala. Reaktori za pretvaranje gasa u vodu zasnovan na iznad navedenoj reakciji i od koristi u predmetnom pronalasku su dobro poznati u struci i stoga ovde nisu detaljno definisani.

[0040] Nakon reakcije pretvaranja, vodonik se odvaja, na primer, upotrebom membrane, tehnologija koja je dobro poznata u struci i pomešani gasovi su recirkulisani kako bi pojačali izlaz vodonika. Takođe, druge konvencionalne tehnologije prikazane u struci mogu biti korišćene za razdvajanje vodonika. Za vreme odvajanja mogu se dobiti proizvodi vodonika sa različitom čistoćom. Dobijeni vodonikov gas može sadržati tragove drugih gasova, kao što su ugljen dioksid ili može biti visoko prečišćen i da sadrži tragove drugih gasova pri ppm nivou. Gas koji nije potpuno čist može biti korišćen u primenama gorivih ćelija ili kao redukovanje u postupcima koji nisu osetljivi na ugljen dioksid. Visoko prečišćen vodonikov gas može se koristiti na primer u industriji čelika što zahteva veoma visoku prečišćenost vodonika. Kroz predmetni pronalazak lako je podesiti postupak za različite potrebe kako se željena količina modula za prečišćavanje može postaviti u procesu usled modularne strukture sistema.

[0041] Prečišćeni vodonik može biti smešten u kratkim vremenskim periodima putem kompresora i opreme za pomoćno skladištenje, koje se poželjno nalaze u odvojenom modulu za kompresovanje 33, kao što je šematski prikazano na slici 2. U zavisnosti od fluktuacija u potrebi korisnika za vodonikom sistem pomoćnog skladištenja se koristi da korisnik uvek ima dostupan vodonik. Ovaj modul sastoji se od bar jednog kompresora za vodonik sa niskim pritiskom. Vodonik može zatim biti skladišten u pomoćnom skladištu 34, kao što je šematski prikazano na slici 2, koje sadrži bar jedan prenosioc pod pritiskom kao privremeno pomoćno skladište za vodonikov gas. Prenosioc pod pritiskom takođe može imati dimenzije standardnog kontejnera.

[0042] Kada se gasifikuje, na primer, biomasa ili organski otpad u vodonik, ugljen dioksid može biti odvojen iz postupka kao sporedni proizvod. Dobijeni ugljen dioksid može biti kompresovan za upotrebu, na primer, u papirnoj industriji za primene podešavanja pH vrednosti. Ugljen dioksid takođe se može koristiti u industriji pića za gazirana pića. Ugljen dioksid se takođe koristi kao bitan gas u opremi za borbu protiv požara i za ispunjavanje automatizovanih prsluka za spašavanje. Ovo odvajanje čini korišćenje i deponovanje ugljen dioksida moguće, ili pod pritiskom u cilindrima ili, ukoliko je odgovarajuća infrastruktura dostupna, u osnovnoj steni koja okružuje bušotine za ulja ili vezivanjem za, na primer, cement. Stoga, pronalazak može aktivno smanjiti količinu ugljen dioksida atmosferi.

[0043] Sistem prema predmetnom pronalasku može sadržati jedan ili više plazma generator koji se napaja sa naizmeničnom strujom i jedan ili više modula za gasifikaciju. Međutim, sistem sadrži bar jedan modul za gasifikaciju kao što je iznad opisano. Sistem dalje sadrži bar jedan modul za prečišćavanje gasa, ali u zavisnosti od željenog kvaliteta vodonika više od jednog modula za prečišćavanje može biti ugrađeno u sistem. U nastavku, sistem sadrži bar jedan modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika. Sistem može sadržati nekoliko modula iste ili različite vrste. Dodatni moduli mogu biti izabrani iz grupe koju čine modul za dopremanje, modul za gasifikaciju, modul za čišćenje i modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika, modul za pomoćno skladištenje vodonika, modul za iskorišćavanje ugljen dioksida i kontrolni modul, u kojima je dat sistem za podatke potreban za upravljanje sistemom, u zavisnosti od pojedinačnih potreba sistema.

[0044] U opisu od iznad posebna otelotvorenja prema predmetnom pronalasku su obelodanjena. Druge modifikacije predmetnog pronalaska biće očigledna stručnima u ovoj oblasti na osnovu ovde datog učenja u okviru sledećih patentnih zahteva.

Claims (8)

Patentni zahtevi

1. Fleksibilni modularni sistem (1) za proizvodnju vodonika iz organskog materijala u čvrstom, tečnom ili gasovitom obliku, koji sistem sadrži:

(i) bar jedan uređaj za dopremanje ili modul za dopremanje (2);

(ii) bar jedan modul za gasifikaciju (7) koji sadrži bar jedan plazma generator (8), koji se pokreće sa naizmeničnom strujom;

(iii) bar jedan modul za hlađenje gasa (11);

(iv) bar jedan modul za čišćenje gasa (12) koji sadrži bar jedan uređaj za čišćenje gasa; (v) bar jedan modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika (14), gde je

svaki od modula konstruisan kao standardni kontejner koji ima standardnu veličinu standardnog ISO-kontejnera i prilagođen je da bude transportovan na vozilu za transportovanje i koji su moduli međusobno povezani putem interfejsa koji sadrži sredstva za spajanje (19a, 19b, 19c, 19d) i veze za gas (15), električnu struju i komunikaciju (16) i gde je plazma gas usmeren od dela za oslobađanje (24) generatora (8) koji sadrži elektrode kroz otvor (25) u komoru (26) van dela za oslobađanje (24) u kojoj komori (26) plazma gas interaguje sa organskim materijalom.

2. Sistem prema patentnom zahtevu 1, gde interfejs kod susednih modula ima iste specifikacije i može se povezati za među sklop susednog modula.

3. Sistem prema patentnom zahtevu 1 ili 2, gde se dva ili više modula za čišćenje (12) koriste za prečišćavanje gasa, tako da se dobija željeni stepen čistoće vodonika.

4. Sistem prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde je plazma generator (8) plazma generator sa tri faze.

5. Sistem prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde sistem dalje sadrži jedan ili više dodatnih modula izabranih iz grupe koju čine modul za dopremanje, modul za gasifikaciju, modul za čišćenje i modul za pretvaranje gasa u vodu i odvajanje vodonika.

6. Sistem prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde su sredstva za spajanja fleksibilna.

7. Sistem prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde interfejs sadrži prirubnicu (18) od elastičnog materijala koja čini zaštitu od atmosferskih uticaja na interfejs.

8. Sistem prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde je modul za gasifikaciju izolovan materijalima otpornim na toplotu i prilagođen da izdrži temperature do oko 1200-1700°C.