RU2588212C2 - Microwave plasma gasifier with external heating and method of producing synthesis gas - Google Patents

Microwave plasma gasifier with external heating and method of producing synthesis gas Download PDF

Info

Publication number
RU2588212C2
RU2588212C2 RU2014131270/05A RU2014131270A RU2588212C2 RU 2588212 C2 RU2588212 C2 RU 2588212C2 RU 2014131270/05 A RU2014131270/05 A RU 2014131270/05A RU 2014131270 A RU2014131270 A RU 2014131270A RU 2588212 C2 RU2588212 C2 RU 2588212C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
synthesis gas
furnace body
temperature
plasma
gasifier
Prior art date
Application number
RU2014131270/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014131270A (en
Inventor
Илун ЧЭНЬ
Яньфын ЧЖАН
Мингуй СЯ
Лян ЧЖАН
Original Assignee
Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN2011104494897A external-priority patent/CN102530859B/en
Application filed by Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. filed Critical Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд.
Publication of RU2014131270A publication Critical patent/RU2014131270A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2588212C2 publication Critical patent/RU2588212C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: invention can be used for producing synthesis gas. Microwave plasma gasifier comprises vertical cylindrical housing 2, feeder 1, upper nozzle 5 spraying steam, lower nozzle 4 of carbon dioxide/steam, outlet for synthesis gas, monitoring unit 6, microwave plasma generator, external heater 9. Procedure for gasification of biofuel using microwave plasma gasifier consists in obtaining synthesis gas, mixed with plasma oxidants and external heating of gasifier with help of unreacted carbon residues and materials layer, heated in external heater 9.
EFFECT: invention increases content of effective components in synthesis gas, provides a more efficient and cheap process of complete utilisation in combination with production of different types of energy.
9 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Данное изобретение касается газификации биомассы и твердых отходов и, более конкретно, газификатора и способа газификации биомассы и твердых отходов в синтез-газ высокого качества в присутствии внешней термической энергии и микроволновой плазмы.The present invention relates to the gasification of biomass and solid waste, and more specifically, a gasifier and method for gasifying biomass and solid waste to high-quality synthesis gas in the presence of external thermal energy and microwave plasma.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Так как обычные основные источники энергии, такие как ископаемое топливо, быстро уменьшаются, человечество уделяет все большее и большее внимание низкокалорийным топливам, таким как биотопливо, уголь, городские твердые отходы и др., особенно биотопливо, которое, главным образом, включает в себя органическое вещество, полученное фотосинтезом. Таким образом, биотопливо происходит от солнечной энергии, которая является возобновляемой и имеет богатый и обширный источник.As conventional main sources of energy, such as fossil fuels, are rapidly decreasing, humanity is paying more and more attention to low-calorie fuels, such as biofuels, coal, municipal solid waste, etc., especially biofuels, which mainly include organic substance obtained by photosynthesis. Thus, biofuels come from solar energy, which is renewable and has a rich and extensive source.

В настоящее время среди многих путей превращения и применения энергии биомассы использование биомассы для получения синтез-газа является одним из наиболее эффективных вариантов. Как эффективно получать высококачественный синтез-газ, всегда было трудной проблемой в промышленности.Currently, among the many ways of converting and applying biomass energy, the use of biomass to produce synthesis gas is one of the most effective options. How to efficiently produce high-quality synthesis gas has always been a difficult problem in industry.

Обычная газификация биомассы в неподвижном слое отличается простой структурой, гибкой работой, длительным временем пребывания твердых материалов в неподвижном слое и высокой эффективностью крекинга. Топливо из биомассы в неподвижном слое требует только первоначального дробления, чтобы иметь однородный размер частиц. Однако температура газификации является низкой и неравномерной, содержание смолы является высоким, активные компоненты в синтез-газе малочисленны и эффективность газификации низкая, все это сильно ограничивает газификацию биомассы.Conventional gasification of biomass in a fixed bed is characterized by a simple structure, flexible operation, a long residence time of solid materials in a fixed layer, and high cracking efficiency. Biomass fuel in a fixed bed requires only initial crushing in order to have a uniform particle size. However, the gasification temperature is low and uneven, the resin content is high, the active components in the synthesis gas are few and the gasification efficiency is low, all this greatly limits the gasification of biomass.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Ввиду вышеописанных проблем одной задачей данного изобретения является обеспечить микроволновой плазменный газификатор с внешним нагревом и способ его применения для газификации биомассы и твердых отходов с получением синтез-газа высокого качества.In view of the above-described problems, one objective of the present invention is to provide a microwave plasma gasifier with external heating and a method for its use for gasification of biomass and solid waste to produce high-quality synthesis gas.

Для достижения вышеуказанной цели приняты следующие технические схемы.To achieve the above goals, the following technical schemes are adopted.

Микроволновой плазменный газификатор с внешним нагревом содержит вертикально расположенный корпус печи, питающее устройство, расположенное в средней части корпуса печи и сообщающееся с корпусом печи, один или два слоя микроволновых генераторов плазмы, внешний нагреватель, приспособленный подавать внешнюю термическую энергию для газификатора, и блок мониторинга. Корпус печи содержит верхнюю форсунку для распыления пара, нижнюю форсунку для распыления CO2/пара, выпуск для синтез-газа, расположенный в верхней части корпуса печи. Верхняя форсунка для распыления пара расположена в свободной зоне корпуса печи, а нижняя форсунка для распыления CO2/пара находится в зоне слоя корпуса печи; блок мониторинга расположен возле выпуска для синтез-газа; один или два слоя микроволновых генераторов плазмы находятся выше верхней форсунки в свободной зоне газификатора; каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит три или четыре впуска для рабочего газа, и поток плазмы распыляется в свободную зону газификатора горизонтально/тангенциально; внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи или отделен от корпуса печи; и внешний нагреватель содержит выпуск для шлака для выпуска шлаков.An externally heated microwave plasma gasifier contains a vertically located furnace body, a feed device located in the middle of the furnace body and communicating with the furnace body, one or two layers of microwave plasma generators, an external heater adapted to supply external thermal energy for the gasifier, and a monitoring unit. The furnace body contains an upper nozzle for spraying steam, a lower nozzle for spraying CO 2 / steam, an outlet for synthesis gas located in the upper part of the furnace body. The upper nozzle for spraying steam is located in the free zone of the furnace body, and the lower nozzle for spraying CO 2 / steam is in the zone of the layer of the furnace body; the monitoring unit is located near the synthesis gas outlet; one or two layers of microwave plasma generators are located above the upper nozzle in the free zone of the gasifier; each layer of microwave plasma generators contains three or four inlets for the working gas, and the plasma stream is sprayed horizontally / tangentially into the free zone of the gasifier; an external heater is integrated with the furnace body or separated from the furnace body; and the external heater comprises a slag outlet for slag discharge.

Выпуск для циркулирующего материала расположен в нижней части корпуса печи, а впуск для циркулирующего материала находится в верхней части корпуса печи или и выпуск для циркулирующего материала, и впуск для циркулирующего материала находятся на боковой стенке корпуса печи; внешний нагреватель отделен от корпуса печи и находится между выпуском для циркулирующего материала и впуском для циркулирующего материала, так что циркулирующие материалы могут вытекать из выпуска для циркулирующего материала, нагреваться внешним нагревателем и течь обратно в корпус печи через впуск для циркулирующего материала; источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия или их комбинация.An outlet for circulating material is located in the lower part of the furnace body, and an inlet for circulating material is located in the upper part of the furnace body, or both an outlet for circulating material and an inlet for circulating material are on the side wall of the furnace body; an external heater is separated from the furnace body and is located between the outlet for the circulating material and the inlet for the circulating material, so that the circulating materials can flow out of the outlet for the circulating material, heated by an external heater and flow back into the furnace body through the inlet for the circulating material; the heat source of the external heater is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy, or a combination thereof.

Внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи, и источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия, высокотемпературный материал слоя из циркуляционного бойлера с псевдоожиженным слоем (CFB) или их комбинация.An external heater is integrated with the furnace body, and the heat source of the external heater is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy, high-temperature layer material from a circulating fluidized-bed boiler (CFB), or a combination thereof.

Микроволновые генераторы плазмы имеют большое межэлектродное расстояние, высокую активность плазмы и широкой диапазон объема; источник микроволновой энергии микроволновых генераторов плазмы имеет базовую частоту 2,45 ГГц, и мощность одного микроволнового генератора плазмы находится в пределах 200 кВт.Microwave plasma generators have a large interelectrode distance, high plasma activity and a wide range of volume; The microwave energy source of microwave plasma generators has a base frequency of 2.45 GHz, and the power of one microwave plasma generator is within 200 kW.

Данное изобретение также обеспечивает способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом. Данный способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и данный способ содержит следующие этапы:The present invention also provides a gasification method using a microwave plasma gasifier with external heating. This method uses external thermal energy to gasify biofuels, and this method comprises the following steps:

1) введение сырья, содержащего биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, газификация и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и небольшое количество СН4 и смолы;1) the introduction of raw materials containing biofuel and solid waste into the furnace body through a feed device, gasification and pyrolysis of this raw material in the zone of the high temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resin ;

2) предоставление возможности синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запуск микроволновых генераторов плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыление пара в корпус печи из верхней форсунки, регулирование температуры свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулирование скорости потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивание потока плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбор конечного полученного синтез-газа из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;2) allowing syngas to flow up into the free zone of the gasifier, launching microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizers with high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizers and crackes, vapor spraying into the furnace body from the upper nozzle, regulating the free zone temperature between 1000 and 1200 ° С, regulating the flow rate of plasma oxidizing agents so as to ensure that the synthesis Az remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, the mixing of the plasma stream so as to intensify heat and mass transfer, and the selection of the final synthesis gas obtained from the outlet for synthesis gas in the upper part of the furnace body;

3) распыление высокотемпературного CO2 и пара из нижней форсунки в корпус печи, так что углеродные остатки в зоне слоя уменьшаются или окисляются;3) spraying high temperature CO 2 and steam from the lower nozzle into the furnace body, so that carbon residues in the layer zone are reduced or oxidized;

4) перенос непрореагировавших углеродных остатков и материалов слоя во внешний нагреватель через выпуск для циркулирующего материала, где углеродные остатки сгорают, материалы слоя нагреваются и отделяются от шлаков, и выпуск шлаков из выпуска для шлаков;4) transfer of unreacted carbon residues and layer materials to an external heater through the outlet for circulating material, where carbon residues are burned, the layer materials are heated and separated from the slag, and the release of slag from the slag outlet;

5) возврат отделенных материалов слоя в корпус печи из впуска для циркулирующего материала, течение материалов слоя вниз, теплообмен с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратную сторону, и выделение термической энергии в зоне слоя с получением температуры от 600 до 1000°С; перенос охлажденных материалов слоя во внешний нагреватель для повторного нагрева и повторение циркуляции несколько раз по необходимости; температура выпуска для циркулирующего материала составляет от 750 до 1200°С, а температура нагретых материалов слоя выше, чем температура зоны слоя; и5) return of the separated layer materials to the furnace body from the inlet for circulating material, flow of the layer materials downward, heat exchange with high-temperature synthesis gas flowing in the opposite direction, and the release of thermal energy in the zone of the layer to obtain a temperature of 600 to 1000 ° C; transfer of the cooled layer materials to an external heater for reheating and repeating the circulation several times as necessary; the outlet temperature for the circulating material is from 750 to 1200 ° C, and the temperature of the heated layer materials is higher than the temperature of the layer zone; and

6) контроль с помощью блока мониторинга температуры и состава синтез-газа, регулирование скорости потока CO2, скорости потока пара и микроволновой мощности, чтобы гарантировать осуществления газификации.6) control by means of a unit for monitoring the temperature and composition of the synthesis gas, regulation of the CO 2 flow rate, steam flow rate and microwave power to ensure gasification.

На этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 3 до 6 секунд.At stage 2), the residence time of the synthesis gas in the plasma atmosphere in the free zone is from 3 to 6 seconds.

На этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 4 до 6 секунд.At stage 2), the residence time of the synthesis gas in the plasma atmosphere in the free zone is from 4 to 6 seconds.

На этапах 3)-5) температура реакции в зоне слоя газификатора регулируется от 600 до 850°С.At stages 3) -5), the reaction temperature in the zone of the gasifier layer is regulated from 600 to 850 ° C.

Данный способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и данный способ содержит следующие этапы:This method uses external thermal energy to gasify biofuels, and this method comprises the following steps:

1) введение сырья, содержащего биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, газификация и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и небольшое количество СН4 и смолы;1) the introduction of raw materials containing biofuel and solid waste into the furnace body through a feed device, gasification and pyrolysis of this raw material in the zone of the high temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resin ;

2) предоставление возможности синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запуск микроволновых генераторов плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыление пара в корпус печи из верхней форсунки, регулирование температуры свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулирование скорости потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивание потока плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбор конечного полученного синтез-газа из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;2) allowing syngas to flow up into the free zone of the gasifier, launching microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizers with high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizers and crackes, vapor spraying into the furnace body from the upper nozzle, regulating the free zone temperature between 1000 and 1200 ° С, regulating the flow rate of plasma oxidizing agents so as to ensure that the synthesis Az remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, the mixing of the plasma stream so as to intensify heat and mass transfer, and the selection of the final synthesis gas obtained from the outlet for synthesis gas in the upper part of the furnace body;

3) нагрев газификатора с помощью внешнего нагревателя, расположенного у нижней части газификатора, так, чтобы поддерживать температуру в зоне слоя между 600 и 1000°С, а температуру в свободной зоне между 750 и 1600°С; и3) heating the gasifier using an external heater located at the bottom of the gasifier, so as to maintain the temperature in the layer zone between 600 and 1000 ° C, and the temperature in the free zone between 750 and 1600 ° C; and

4) контроль с помощью блока мониторинга температуры и состава синтез-газа, регулирование скорости потока CO2, скорости потока пара и микроволновой мощности, чтобы гарантировать осуществления газификации, и регулирование температуры выпуска для синтез-газа между 750 и 1200°С.4) control by means of a unit for monitoring the temperature and composition of the synthesis gas, adjusting the flow rate of CO 2 , the flow rate of steam and microwave power to ensure gasification, and adjusting the discharge temperature for the synthesis gas between 750 and 1200 ° C.

Преимущества согласно вариантам осуществления данного изобретения суммированы следующим образом.The advantages according to the embodiments of the present invention are summarized as follows.

1. Газификатор использует внешний нагреватель, чтобы подавать термическую энергию, поэтому химическая энергия биомассы может больше использоваться для генерации активных компонентов даже без добавления окислителей, и объемный процент активных компонентов (СО+Н2) в синтез-газе может превышать 90%.1. The gasifier uses an external heater to supply thermal energy, so the chemical energy of biomass can be used more to generate active components even without the addition of oxidizing agents, and the volume percentage of active components (CO + H 2 ) in the synthesis gas can exceed 90%.

2. Микроволновой генератор плазмы, расположенный в свободной зоне газификатора, способствует неравновесной реакции расщепления смолы, получается мало смолы или не получается совсем, тем самым достигается хорошая экономическая эффективность.2. A microwave plasma generator located in the free zone of the gasifier promotes a nonequilibrium resin splitting reaction; little or no resin is obtained, thereby achieving good economic efficiency.

3. Газификатор не имеет особых требований к размеру частиц биотоплива, первоначальное дробление может удовлетворять требованиям размера частиц, и, таким образом, производственные затраты являются низкими, с хорошей экономической эффективностью.3. The gasifier does not have specific particle size requirements for biofuels, initial crushing can satisfy particle size requirements, and thus production costs are low, with good economic efficiency.

4. Внешний источник тепла может быть любым типом источников тепла, например, промышленным отходящим теплом, что подходит для полной утилизации источников энергии.4. An external heat source can be any type of heat source, for example, industrial waste heat, which is suitable for the complete utilization of energy sources.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение описывается ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, где:The invention is described below with reference to the accompanying drawings, where:

Фиг. 1 показывает схематичное изображение микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом и схему последовательности действий способа газификации с его применением согласно одному варианту осуществления данного изобретения.FIG. 1 shows a schematic representation of an externally heated microwave plasma gasifier and a flow chart of a gasification method using it according to one embodiment of the present invention.

Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе, сделанный по линии А-А на Фиг. 1.FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. one.

На чертежах использовали следующие ссылочные обозначения: 1. Питающее устройство; 2. Корпус печи; 3. Микроволновой генератор плазмы; 4. Нижняя форсунка; 5. Верхняя форсунка; 6. Блок мониторинга; 7. Выпуск для циркулирующего материала; 8. Свободная зона газификатора; 9. Внешний нагреватель; 10. Впуск для циркулирующего материала.The following reference symbols were used in the drawings: 1. Power supply device; 2. The furnace body; 3. Microwave plasma generator; 4. The lower nozzle; 5. The upper nozzle; 6. Monitoring unit; 7. Release for circulating material; 8. The free zone of the gasifier; 9. External heater; 10. Inlet for circulating material.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Микроволновой плазменный газификатор с внешним нагревом содержит вертикально расположенный корпус печи 2, питающее устройство 1, сообщающееся с корпусом печи 2, микроволновой генератор 3 плазмы, внешний нагреватель 9, приспособленный подавать внешнюю термическую энергию для газификатора, и блок 6 мониторинга. Корпус печи 2 содержит верхнюю форсунку 5 для распыления пара, нижнюю форсунку 4 для распыления CO2/пара, выпуск для синтез-газа, расположенный в верхней части корпуса печи. Верхняя форсунка 5 для распыления пара расположена в свободной зоне корпуса печи, а нижняя форсунка 4 для распыления CO2/пара находится в зоне слоя корпуса печи. Блок 6 мониторинга расположен возле выпуска для синтез-газа. Выпуск 7 для циркулирующего материала расположен в нижней части корпуса печи, а впуск 10 для циркулирующего материала находится в верхней части корпуса печи. Внешний нагреватель 9 отделен от корпуса печи 2 и находится между выпуском 7 для циркулирующего материала и впуском 10 для циркулирующего материала, так что циркулирующие материалы могут вытекать из выпуска 7 для циркулирующего материала, нагреваться внешним нагревателем 9 и течь обратно в корпус печи через впуск 10 для циркулирующего материала. Внешний нагреватель содержит выпуск для шлака для выпуска шлаков.An externally heated microwave plasma gasifier includes a vertically arranged furnace body 2, a feeding device 1 communicating with the furnace body 2, a microwave plasma generator 3, an external heater 9 adapted to supply external thermal energy for the gasifier, and a monitoring unit 6. The furnace body 2 contains an upper nozzle 5 for spraying steam, a lower nozzle 4 for spraying CO 2 / steam, an outlet for synthesis gas located in the upper part of the furnace body. The upper nozzle 5 for spraying steam is located in the free zone of the furnace body, and the lower nozzle 4 for spraying CO 2 / steam is in the zone of the layer of the furnace body. The monitoring unit 6 is located near the synthesis gas outlet. The outlet 7 for the circulating material is located in the lower part of the furnace body, and the inlet 10 for the circulating material is in the upper part of the furnace body. The external heater 9 is separated from the furnace body 2 and is located between the outlet 7 for the circulating material and the inlet 10 for the circulating material, so that the circulating materials can flow out of the outlet 7 for the circulating material, heated by the external heater 9 and flow back into the furnace body through the inlet 10 for circulating material. The external heater comprises a slag outlet for slag discharge.

Необязательно, выпуск 7 для циркулирующего материала и впуск 10 для циркулирующего материала находятся на боковой стенке корпуса печи 2.Optionally, the outlet 7 for the circulating material and the inlet 10 for the circulating material are on the side wall of the furnace body 2.

Питающее устройство 1 расположено в средней части корпуса печи 2. Один или два слоя микроволновых генераторов плазмы 3 находятся выше верхней форсунки в свободной зоне 8 газификатора; каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит три или четыре впуска для рабочего газа, и поток плазмы распыляется в свободную зону 8 газификатора горизонтально/тангенциально. Генераторы микроволновой плазмы имеют большое межэлектродное расстояние, высокую активность плазмы и широкой диапазон объема; источник микроволновой энергии генераторов микроволновой плазмы имеет базовую частоту 2,45 ГГц, и мощность одного генератора микроволновой плазмы находится в пределах 200 кВт.The feed device 1 is located in the middle part of the furnace body 2. One or two layers of microwave plasma generators 3 are located above the upper nozzle in the free zone 8 of the gasifier; each layer of microwave plasma generators contains three or four inlets for the working gas, and the plasma stream is sprayed horizontally / tangentially into the free zone 8 of the gasifier. Microwave plasma generators have a large interelectrode distance, high plasma activity and a wide range of volume; The microwave energy source of microwave plasma generators has a base frequency of 2.45 GHz, and the power of one microwave plasma generator is within 200 kW.

Источником тепла внешнего нагревателя 9 являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия или промышленное отходящее тепло. Внешний нагреватель 9 нагревает материалы слоя, чтобы они имели высокую температуру для циркуляции. Во внешнем нагревателе 9 связанные углеродные материалы могут полностью сгорать, а материалы слоя и шлаки из биомассы могут полностью отделяться.The heat source of the external heater 9 is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy or industrial waste heat. An external heater 9 heats the layer materials so that they have a high temperature for circulation. In the external heater 9, the bound carbon materials can be completely burned, and the layer materials and biomass slags can be completely separated.

Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом содержит следующие этапы:The gasification method using a microwave plasma gasifier with external heating comprises the following steps:

1) введение сырья, содержащего биотопливо и твердые отходы, в корпус печи 2 через питающее устройство 1, газификация и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и небольшое количество СН4 и смолы;1) the introduction of raw materials containing biofuel and solid waste into the body of the furnace 2 through the feed device 1, gasification and pyrolysis of this raw material in the zone of the high temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resins;

2) предоставление возможности синтез-газу течь вверх в свободную зону 8 газификатора, запуск микроволновых генераторов плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыление пара в корпус печи из верхней форсунки 5, регулирование температуры свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулирование скорости потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивание потока плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбор конечного полученного синтез-газа из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи, причем полученный синтез-газ содержит мало смолы или не содержит совсем;2) enabling synthesis gas to flow up into the free zone 8 of the gasifier, launching microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizing agents having a high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizing agents and crackes, spraying steam into the furnace body from the upper nozzle 5, regulation of the temperature of the free zone between 1000 and 1200 ° C, regulation of the flow rate of plasma oxidizers so as to ensure that the synthesis the s-gas remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, mixing the plasma stream so as to intensify the heat and mass transfer, and the selection of the final synthesis gas obtained from the synthesis gas outlet located in the upper part of the furnace body, synthesis gas contains little or no resin;

3) распыление высокотемпературного CO2 и пара из нижней форсунки 4 в корпус печи, когда содержание связанного углерода является высоким и зона слоя имеет достаток тепла (то есть внешняя термическая энергия, подаваемая внешним нагревателем 9, является достаточной), так что углеродные остатки в зоне слоя уменьшаются или окисляются, давая больше CO2 или Н2 в синтез-газе; перенос непрореагировавших углеродных остатков и материалов слоя во внешний нагреватель 9 через выпуск для циркулирующего материала, где углеродные остатки сгорают, материалы слоя нагреваются и отделяются от шлаков, и выпуск шлаков из выпуска для шлаков; возврат отделенных материалов слоя в корпус печи из впуска для циркулирующего материала, течение материалов слоя вниз, теплообмен с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратную сторону, так что синтез-газ нагревается до температуры от 1000 до 1200°С, и выделение термической энергии в зоне слоя, так что он имеет температуру от 600 до 1000°С; перенос охлажденных материалов слоя во внешний нагреватель 9 для повторного нагрева и повторение циркуляции несколько раз по необходимости; температура выпуска 7 для циркулирующего материала составляет от 750 до 1200°С; и3) spraying high temperature CO 2 and steam from the lower nozzle 4 into the furnace body when the carbon content is high and the layer zone has enough heat (i.e., the external thermal energy supplied by the external heater 9 is sufficient), so that the carbon residues in the zone the layers are reduced or oxidized, giving more CO 2 or H 2 in the synthesis gas; transferring unreacted carbon residues and layer materials to an external heater 9 through an outlet for circulating material, where carbon residues are burned, the layer materials are heated and separated from slags, and the discharge of slags from the slag outlet; returning the separated layer materials to the furnace body from the inlet for the circulating material, flowing the layer materials downward, heat exchange with the high-temperature synthesis gas flowing in the opposite direction, so that the synthesis gas is heated to a temperature of from 1000 to 1200 ° C, and the release of thermal energy in the zone of the layer, so that it has a temperature of from 600 to 1000 ° C; transferring the cooled materials of the layer to an external heater 9 for reheating and repeating the circulation several times as necessary; the outlet temperature 7 for the circulating material is from 750 to 1200 ° C; and

4) контроль с помощью блока мониторинга температуры и состава синтез-газа, регулирование скорости потока CO2, скорости потока пара и микроволновой мощности, чтобы гарантировать осуществления газификации, и регулирование температуры выпуска для синтез-газа между 800 и 1200°С.4) control by means of a unit for monitoring the temperature and composition of the synthesis gas, adjusting the flow rate of CO 2 , the flow rate of steam and microwave power to ensure gasification, and adjusting the discharge temperature for the synthesis gas between 800 and 1200 ° C.

На этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 3 до 6 секунд, особенно от 4 до 6 секунд.In step 2), the residence time of the synthesis gas in the plasma atmosphere in the free zone is from 3 to 6 seconds, especially from 4 to 6 seconds.

На этапе 3) температура реакции в зоне слоя газификатора регулируется от 600 до 850°С.At stage 3), the reaction temperature in the zone of the gasifier layer is regulated from 600 to 850 ° C.

На этапе 3) распыляемый рабочий газ представляет собой высокотемпературный CO2 или высокотемпературный пар, что определяется требованиями к составу синтез-газа.In step 3), the sprayed working gas is high temperature CO 2 or high temperature steam, which is determined by the requirements for the composition of the synthesis gas.

Материалы слоя газификатора образованы из устойчивых к высокой температуре материалов, имеющих большую способность сохранения тепла. Биотопливо, нагретое с помощью внешнего нагревателя, входит в газификатор и обменивается теплом с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратную сторону, и затем течет вниз в зону высокотемпературного слоя, где биотопливо быстро нагревается. Биотопливо имеет высокое содержание кислорода и низкое содержание связанного углерода. Таким образом, в зоне слоя биотопливо пиролизуется, давая летучие вещества и полукокс. Чтобы поддерживать высокую температуру в зоне пиролиза, надлежащий высокотемпературный пар/CO2 распыляют в газификатор, так что данные летучие вещества крекируют под действием высокой температуры, давая большое количество активных компонентов (CO+Н2) и небольшое количество паров смолы, которые текут вверх в свободную зону газификатора. Непрореагировавшие углеродные остатки и материалы слоя переносятся во внешний нагреватель, где углеродные остатки и материалы слоя нагреваются, и вводятся окислители, чтобы способствовать полному сгоранию углеродных остатков в данной смеси. Материалы слоя отделяются от шлаков. Нагретые материалы слоя переносятся в корпус печи из его верхней или боковой стороны, текут вниз, обмениваясь теплом с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратном направлении, снижая температуру синтез-газа и увеличивая температуру материалов слоя. Высокотемпературные материалы слоя падают в зону слоя, снабжая термической энергией нововведенное биотопливо и поддерживая температуру для реакции крекинга. После теплообмена охлажденные материалы слоя переносятся во внешний нагреватель для последующего нагрева и отделения. Вышеуказанные этапы повторяются несколько раз по необходимости. Показатель циркуляции материалов слоя определяется параметрами топлива.The gasifier layer materials are formed from high temperature resistant materials having a high heat storage ability. Biofuel heated by an external heater enters the gasifier and exchanges heat with the high-temperature synthesis gas flowing in the opposite direction, and then flows down into the zone of the high-temperature layer, where the biofuel is quickly heated. Biofuels have a high oxygen content and low carbon content. Thus, in the zone of the layer, biofuel is pyrolyzed, giving volatile substances and semi-coke. In order to maintain a high temperature in the pyrolysis zone, the proper high temperature steam / CO 2 is sprayed into the gasifier, so that these volatiles crack at high temperatures, giving a large amount of active components (CO + H 2 ) and a small amount of resin vapor that flows up into free zone of the gasifier. Unreacted carbon residues and layer materials are transferred to an external heater where the carbon residues and layer materials are heated and oxidizing agents are introduced to promote complete combustion of the carbon residues in the mixture. The materials of the layer are separated from the slag. Heated layer materials are transferred to the furnace body from its upper or lateral side, flow downward, exchanging heat with high-temperature synthesis gas flowing in the opposite direction, lowering the temperature of the synthesis gas and increasing the temperature of the layer materials. High-temperature layer materials fall into the layer zone, supplying thermal energy to newly introduced biofuels and maintaining the temperature for the cracking reaction. After heat transfer, the cooled layer materials are transferred to an external heater for subsequent heating and separation. The above steps are repeated several times as necessary. The rate of circulation of the layer materials is determined by the fuel parameters.

Синтез-газ, содержащий небольшое количество паров смолы и зольной пыли, течет вверх в свободную зону газификатора, где находится микроволновой генератор плазмы. В присутствии плазменного окислителя, имеющего высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, пары смолы в высокотемпературном синтез-газе быстро крекируют для полного удаления смолы. Синтез-газ на выпуске для синтез-газа является охлажденным и очищенным, достигая уровня непосредственного применения.Synthesis gas containing a small amount of tar and fly ash vapor flows up into the free zone of the gasifier, where the microwave plasma generator is located. In the presence of a plasma oxidizing agent having a high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, the resin vapors in high-temperature synthesis gas quickly crack to completely remove the resin. The synthesis gas at the synthesis gas outlet is chilled and purified, reaching a level of direct application.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Газификатор в этом примере, в основном, такой же, как газификатор в примере 1, за исключением того, что (А) внешний нагреватель 9 не отделен от корпуса печи 2, но интегрирован с корпусом печи 2, и выпуск для циркулирующего материала, расположенный в нижней части корпуса печи, и впуск для циркулирующего материала, расположенный в верхней части корпуса печи, отсутствуют. Таким образом, внешний источник тепла может вводиться в газификатор, процесс циркуляции материал отпускается, давая, тем самым, простую систему, высокое удобство эксплуатации и высокую эффективность.The gasifier in this example is basically the same as the gasifier in example 1, except that (A) the external heater 9 is not separated from the furnace body 2, but integrated with the furnace body 2, and the outlet for the circulating material located in the lower part of the furnace body, and the inlet for the circulating material located in the upper part of the furnace body is absent. Thus, an external heat source can be introduced into the gasifier, the circulation process is released, giving, thereby, a simple system, high ease of use and high efficiency.

(В) Источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия, высокотемпературный материал слоя из циркуляционного бойлера с псевдоожиженным слоем (CFB) или их комбинация.(B) The heat source of the external heater is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy, high-temperature layer material from a circulating fluidized-bed boiler (CFB), or a combination thereof.

Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом содержит следующие этапы:The gasification method using a microwave plasma gasifier with external heating comprises the following steps:

1) введение сырья, содержащего биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, газификация и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и небольшое количество СН4 и смолы;1) the introduction of raw materials containing biofuel and solid waste into the furnace body through a feed device, gasification and pyrolysis of this raw material in the zone of the high temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resin ;

2) предоставление возможности синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запуск микроволновых генераторов плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыление пара в корпус печи из верхней форсунки, регулирование температуры свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулирование скорости потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивание потока плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбор конечного полученного синтез-газа из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;2) allowing syngas to flow up into the free zone of the gasifier, launching microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizers with high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizers and crackes, vapor spraying into the furnace body from the upper nozzle, regulating the free zone temperature between 1000 and 1200 ° С, regulating the flow rate of plasma oxidizing agents so as to ensure that the synthesis Az remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, the mixing of the plasma stream so as to intensify heat and mass transfer, and the selection of the final synthesis gas obtained from the outlet for synthesis gas in the upper part of the furnace body;

3) нагрев газификатора с помощью внешнего нагревателя, расположенного у нижней части газификатора, так, чтобы поддерживать температуру в зоне слоя между 600 и 1000°С, а температуру в свободной зоне между 750 и 1600°С; и3) heating the gasifier using an external heater located at the bottom of the gasifier, so as to maintain the temperature in the layer zone between 600 and 1000 ° C, and the temperature in the free zone between 750 and 1600 ° C; and

4) контроль с помощью блока мониторинга температуры и состава синтез-газа, регулирование скорости потока CO2, скорости потока пара и микроволновой мощности, чтобы гарантировать осуществления газификации, и регулирование температуры выпуска для синтез-газа между 750 и 1200°С.4) control by means of a unit for monitoring the temperature and composition of the synthesis gas, adjusting the flow rate of CO 2 , the flow rate of steam and microwave power to ensure gasification, and adjusting the discharge temperature for the synthesis gas between 750 and 1200 ° C.

Чтобы достичь оптимальных рабочих условий и удовлетворить требования полного осуществления газификации, ключом является регулирование температуры зоны слоя, регулирование подачи материала слоя и регулирование скорости потока CO2, скорости потока пара и микроволновой мощности. Блок мониторинга, расположенный возле выпуска для синтез-газа, может обеспечивать мониторинг вышеуказанных компонентов в реальном времени, регулируя, тем самым, процесс газификации с помощью цепочечной и полной автоматизации и поддерживая стабильность работы газификатора.In order to achieve optimal operating conditions and to satisfy the requirements for the complete implementation of gasification, the key is to control the temperature of the layer zone, to regulate the feed of the layer material and to control the flow rate of CO 2 , the steam flow rate and microwave power. The monitoring unit located near the synthesis gas outlet can monitor the above components in real time, thereby regulating the gasification process using chain and complete automation and maintaining the stability of the gasifier.

Хотя показаны и описаны конкретные варианты осуществления данного изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от данного изобретения в его широких аспектах, и поэтому задачей формулы изобретения является покрывать все такие изменения и модификации, как попадающие в истинную сущность и объем изобретения.Although specific embodiments of the present invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that changes and modifications can be made without departing from the present invention in its broad aspects, and therefore the object of the claims is to cover all such changes and modifications as fall within the scope of this invention. into the true nature and scope of the invention.

Claims (9)

1. Микроволновой плазменный газификатор с внешним нагревом, содержащий вертикально расположенный корпус печи, питающее устройство, расположенное в средней части корпуса печи и сообщающееся с корпусом печи, один или два слоя микроволновых генераторов плазмы, внешний нагреватель, выполненный с возможностью подачи внешней термической энергии для газификатора, и блок мониторинга, причем корпус печи содержит верхнюю форсунку для распыления пара, нижнюю форсунку для распыления CO2/пара, выпуск для синтез-газа, расположенный в верхней части корпуса печи; причем верхняя форсунка для распыления пара расположена в свободной зоне корпуса печи, а нижняя форсунка для распыления CO2/пара находится в зоне слоя корпуса печи; блок мониторинга расположен возле выпуска для синтез-газа; один или два слоя микроволновых генераторов плазмы находятся выше верхней форсунки в свободной зоне газификатора; каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит три или четыре впуска для рабочего газа и поток плазмы распыляется в свободную зону газификатора горизонтально/тангенциально; внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи или отделен от корпуса печи и внешний нагреватель содержит выпуск для шлака для выпуска шлаков.1. Microwave plasma gasifier with external heating, comprising a vertically located furnace body, a feeding device located in the middle of the furnace body and communicating with the furnace body, one or two layers of microwave plasma generators, an external heater configured to supply external thermal energy for the gasifier and monitoring unit, wherein the furnace body comprises an upper nozzle for spraying steam nozzle for spraying the lower CO 2 / steam, an outlet for synthesis gas in the upper part to rpusa furnace; moreover, the upper nozzle for spraying steam is located in the free zone of the furnace body, and the lower nozzle for spraying CO 2 / steam is in the zone of the layer of the furnace body; the monitoring unit is located near the synthesis gas outlet; one or two layers of microwave plasma generators are located above the upper nozzle in the free zone of the gasifier; each layer of microwave plasma generators contains three or four inlets for the working gas and the plasma stream is sprayed horizontally / tangentially into the free zone of the gasifier; an external heater is integrated with or separated from the furnace body, and the external heater comprises a slag outlet for slag discharge. 2. Газификатор по п. 1, отличающийся тем, что выпуск для циркулирующего материала расположен в нижней части корпуса печи, а впуск для циркулирующего материала находится в верхней части корпуса печи, или и выпуск для циркулирующего материала, и впуск для циркулирующего материала находятся на боковой стенке корпуса печи; внешний нагреватель отделен от корпуса печи и находится между выпуском для циркулирующего материала и впуском для циркулирующего материала, так что циркулирующие материалы могут вытекать из выпуска для циркулирующего материала, нагреваться внешним нагревателем и течь обратно в корпус печи через впуск для циркулирующего материала; источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия или их комбинация.2. The gasifier according to claim 1, characterized in that the outlet for the circulating material is located in the lower part of the furnace body, and the inlet for the circulating material is located in the upper part of the furnace body, or both the outlet for the circulating material and the inlet for the circulating material are on the side the wall of the furnace body; an external heater is separated from the furnace body and is located between the outlet for the circulating material and the inlet for the circulating material, so that the circulating materials can flow out of the outlet for the circulating material, heated by an external heater and flow back into the furnace body through the inlet for the circulating material; the heat source of the external heater is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy, or a combination thereof. 3. Газификатор по п. 1, отличающийся тем, что внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи и источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия, высокотемпературный материал слоя из циркуляционного бойлера с псевдоожиженным слоем (CFB) или их комбинация.3. The gasifier according to claim 1, characterized in that the external heater is integrated with the furnace body and the heat source of the external heater is microwaves, high-temperature microwave plasma, laser, plasma arc, solar energy, high-temperature layer material from a circulating fluidized-bed boiler (CFB) or a combination thereof. 4. Газификатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что микроволновые генераторы плазмы имеют большое межэлектродное расстояние, высокую активность плазмы и широкой диапазон объема; источник микроволновой энергии микроволновых генераторов плазмы имеет базовую частоту 2,45 ГГц, и мощность одного микроволнового генератора плазмы находится в пределах 200 кВт.4. The gasifier according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the microwave plasma generators have a large interelectrode distance, high plasma activity and a wide range of volume; The microwave energy source of microwave plasma generators has a base frequency of 2.45 GHz, and the power of one microwave plasma generator is within 200 kW. 5. Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом по любому из пп. 1, 2 и 4, причем способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и способ содержит следующие этапы:
1) вводят сырье, содержащее биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, выполняют газификацию и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и малое количество СН4 и смолы;
2) позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запускают микроволновые генераторы плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыляют пар в корпус печи из верхней форсунки, регулируют температуру свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулируют скорость потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивают поток плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбирают конечный полученный синтез-газ из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;
3) распыляют высокотемпературный CO2 и пар из нижней форсунки в корпус печи, так что углеродные остатки в зоне слоя уменьшаются или окисляются;
4) переносят непрореагировавшие углеродные остатки и материалы слоя во внешний нагреватель через выпуск для циркулирующего материала, где углеродные остатки сгорают, материалы слоя нагреваются и отделяются от шлаков, и выпускают шлаки из выпуска для шлаков;
5) возвращают отделенные материалы слоя в корпус печи из впуска для циркулирующего материала, обеспечивают течение материалов слоя вниз, обеспечивают теплообмен с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратную сторону, и выделяют термическую энергию в зоне слоя с получением температуры между 600 и 1000°С; переносят охлажденные материалы слоя во внешний нагреватель для повторного нагрева и повторяют циркуляцию несколько раз по необходимости; температура выпуска для циркулирующего материала составляет от 750 до 1200°С, а температура нагретых материалов слоя выше, чем температура зоны слоя; и
6) обеспечивают мониторинг с помощью блока мониторинга температуры и компонентов синтез-газа, регулируют скорость потока CO2, скорость потока пара и микроволновую мощность, чтобы гарантировать осуществление газификации.
5. The method of gasification using a microwave plasma gasifier with external heating according to any one of paragraphs. 1, 2 and 4, moreover, the method uses external thermal energy to gasify biofuels, and the method comprises the following steps:
1) introducing raw materials containing biofuel and solid waste into the furnace body through a feed device, gasifying and pyrolyzing this raw material in the zone of the high-temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resins;
2) allow the synthesis gas to flow up into the free zone of the gasifier, launch microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizers with high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizers and crackes, sprays the vapor into furnace body from the upper nozzle, regulate the temperature of the free zone between 1000 and 1200 ° C, adjust the flow rate of plasma oxidizing agents so as to ensure that the synthesis gas remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, stirred plasma stream so as to intensify heat and mass transfer, and selecting the final synthesis gas obtained from the outlet for synthesis gas in the upper part of the furnace body;
3) spray high-temperature CO 2 and steam from the lower nozzle into the furnace body, so that carbon residues in the layer zone are reduced or oxidized;
4) transfer unreacted carbon residues and materials of the layer to an external heater through the outlet for circulating material, where the carbon residues are burned, the materials of the layer are heated and separated from the slag, and slag is released from the slag outlet;
5) return the separated layer materials to the furnace body from the inlet for the circulating material, ensure the layer materials flow down, provide heat exchange with high-temperature synthesis gas flowing in the opposite direction, and release thermal energy in the layer zone to obtain a temperature between 600 and 1000 ° C ; transfer the cooled layer materials to an external heater for re-heating and repeat the circulation several times as necessary; the outlet temperature for the circulating material is from 750 to 1200 ° C, and the temperature of the heated layer materials is higher than the temperature of the layer zone; and
6) provide monitoring using a temperature monitoring unit and synthesis gas components, adjust the CO 2 flow rate, steam flow rate and microwave power to ensure gasification.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 3 до 6 секунд.6. The method according to p. 5, characterized in that in step 2) the residence time of the synthesis gas in the plasma atmosphere in the free zone is from 3 to 6 seconds. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 4 до 6 секунд.7. The method according to p. 5, characterized in that in step 2) the residence time of the synthesis gas in the plasma atmosphere in the free zone is from 4 to 6 seconds. 8. Способ по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что температуру реакции в зоне слоя газификатора регулируют между 600 и 850°С.8. The method according to any one of paragraphs. 5-7, characterized in that the reaction temperature in the zone of the gasifier layer is controlled between 600 and 850 ° C. 9. Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом по любому из пп. 1, 3 и 4, причем способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и содержит следующие этапы:
1) вводят сырье, содержащее биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, выполняют газификацию и пиролиз сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н2, CO2 и малое количество СН4 и смолы;
2) позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запускают микроволновые генераторы плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыляют пар в корпус печи из верхней форсунки, регулируют температуру свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулируют скорость потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивают поток плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбирают конечный полученный синтез-газ из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;
3) нагревают газификатор с помощью внешнего нагревателя, расположенного у нижней части газификатора, так, чтобы поддерживать температуру в зоне слоя между 600 и 1000°С, а температуру в свободной зоне между 750 и 1600°С; и
4) обеспечивают мониторинг с помощью блока мониторинга температуры и компонентов синтез-газа, регулируют скорость потока CO2, скорость потока пара и микроволновую мощность, чтобы гарантировать осуществление газификации, и регулируют температуру выпуска для синтез-газа между 750 и 1200°С.
9. The method of gasification using a microwave plasma gasifier with external heating according to any one of paragraphs. 1, 3 and 4, moreover, the method uses external thermal energy to gasify biofuels, and contains the following steps:
1) feedstock containing biofuel and solid waste is introduced into the furnace body through a feed device, gasification and pyrolysis of the feedstock is carried out in the zone of the high-temperature layer to produce synthesis gas containing a large amount of CO, H 2 , CO 2 and a small amount of CH 4 and resin ;
2) allow the synthesis gas to flow up into the free zone of the gasifier, launch microwave plasma generators to generate high-temperature plasma oxidizers with high activity, a high degree of ionization in a nonequilibrium state, so that the synthesis gas mixes with plasma oxidizers and crackes, sprays the vapor into furnace body from the upper nozzle, regulate the temperature of the free zone between 1000 and 1200 ° C, adjust the flow rate of plasma oxidizing agents so as to ensure that the synthesis gas remains in the plasma atmosphere for 3 to 10 seconds, stirred plasma stream so as to intensify heat and mass transfer, and selecting the final synthesis gas obtained from the outlet for synthesis gas in the upper part of the furnace body;
3) heat the gasifier using an external heater located at the bottom of the gasifier, so as to maintain the temperature in the layer zone between 600 and 1000 ° C, and the temperature in the free zone between 750 and 1600 ° C; and
4) provide monitoring using a temperature monitoring unit and synthesis gas components, adjust the CO 2 flow rate, steam flow rate and microwave power to ensure gasification, and regulate the temperature of the synthesis gas outlet between 750 and 1200 ° C.
RU2014131270/05A 2011-12-29 2012-10-26 Microwave plasma gasifier with external heating and method of producing synthesis gas RU2588212C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110449489.7 2011-12-29
CN2011104494897A CN102530859B (en) 2011-12-29 2011-12-29 External-heating-type microwave plasma gasification furnace and synthesis gas production method
PCT/CN2012/083566 WO2013097533A1 (en) 2011-12-29 2012-10-26 Externally heated microwave plasma gasifier and synthesis gas production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014131270A RU2014131270A (en) 2016-02-20
RU2588212C2 true RU2588212C2 (en) 2016-06-27

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318722C2 (en) * 2006-04-10 2008-03-10 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Plasma converter used for transformation of the gaseous and liquid hydrocarbon raw and the fuels into the synthesis gas on the basis of the microwave discharge
CN101906326A (en) * 2010-07-20 2010-12-08 武汉凯迪控股投资有限公司 Biomass double furnace cracking and gasification technology and device
CN201770675U (en) * 2010-07-20 2011-03-23 武汉凯迪控股投资有限公司 Biomass twin-joined cracking gasification device
CN102260537A (en) * 2011-06-10 2011-11-30 杨清萍 Device for preparing combustible gas by virtue of plasma pyrolysis and oxygen-enriched combustion-supporting material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318722C2 (en) * 2006-04-10 2008-03-10 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Plasma converter used for transformation of the gaseous and liquid hydrocarbon raw and the fuels into the synthesis gas on the basis of the microwave discharge
CN101906326A (en) * 2010-07-20 2010-12-08 武汉凯迪控股投资有限公司 Biomass double furnace cracking and gasification technology and device
CN201770675U (en) * 2010-07-20 2011-03-23 武汉凯迪控股投资有限公司 Biomass twin-joined cracking gasification device
CN102260537A (en) * 2011-06-10 2011-11-30 杨清萍 Device for preparing combustible gas by virtue of plasma pyrolysis and oxygen-enriched combustion-supporting material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ, под ред. А.Ю. Ишлинского, Москва, Большая Российская энциклопедия, 2000, с. 481. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2799523B1 (en) Externally heated microwave plasma gasifier and synthesis gas production method
KR101625152B1 (en) Microwave plasma biomass gasifying fixed bed gasifier and process
JP2015507673A5 (en)
CN102391893B (en) Biomass gasification-activation combination and preparation method of active porous carbon material
CN101693848A (en) Process for internally heated continuous preparing biomass pyrolysis gasification gas and rotary furnace utilized by same
CN101412915B (en) Interior heating type method for continuously preparing coal gas by pyrolysis and gasification of biomass and pyrolysis gasification furnace
US20110206571A1 (en) Cascading planar baffle reactor
CN103666580A (en) Coupled biomass pressurized pyrolysis process and system
KR101632147B1 (en) Power plant for generating electric power by biomass
JP2007127330A (en) Cogeneration method and system using carbonization furnace
CN102746902A (en) Gasification method of organic wastes and special gasification furnace
KR20130082131A (en) Apparatus for two-stage pyrolysis and gasfication and method thereof
US11220643B2 (en) Hydrogen generation furnace using decomposition of biomass stream
Cai et al. Two-stage pyrolysis/gasification and plasma conversion technology for the utilization of solid waste
CN105925282A (en) Biomass thermal conversion device and method based on carbon cycle
RU2588212C2 (en) Microwave plasma gasifier with external heating and method of producing synthesis gas
WO2017204703A1 (en) Process and reactor for producing biochar from renewable material
CN201180123Y (en) Semiwater gas generating stove for solid biomass
CN202465607U (en) External heating type microwave plasma gasification furnace
JP2012241109A (en) Electric heating type biomass gasification device
CN205821242U (en) A kind of biomass thermal conversion equipment based on Carbon cycle
JP2017014474A (en) Biomass feedstock gasifier of continuous thermochemistry type
KR102402473B1 (en) Integrated Torrefaction and Gasification Apparatus For Biomass And Method Thereof
RU92150U1 (en) HYDROCARBON RAW MATERIAL PROCESSING PLANT
JP6041451B2 (en) Gasification method and gasification apparatus for solid organic raw material