RU2647309C1 - Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation - Google Patents
Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647309C1 RU2647309C1 RU2017105048A RU2017105048A RU2647309C1 RU 2647309 C1 RU2647309 C1 RU 2647309C1 RU 2017105048 A RU2017105048 A RU 2017105048A RU 2017105048 A RU2017105048 A RU 2017105048A RU 2647309 C1 RU2647309 C1 RU 2647309C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- zone
- pyrolysis
- combustion
- gasification
- Prior art date
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 127
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 40
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 9
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 abstract description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 6
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 5
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241001233887 Ania Species 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 102100037812 Medium-wave-sensitive opsin 1 Human genes 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области горения и газификации твердых топлив и предназначена для получения генераторного газа, в том числе силового или синтетического газа, в области производства электрической и тепловой энергии или полигенерации, т.е. одновременной выработки продукции с высокой добавочной стоимостью, таких как, синтетическое жидкое топливо (СЖТ), метанол и пр., и электрической и тепловой энергии из подготовленного низкосортного твердого топлива. В качестве топлива могут быть использованы брикеты, полученные из отходов углеобогащения, высоковлажных и высокозольных низкосортных углей, местных низкосортных топлив, таких как, торф, биомасса, различного рода отходов, включая твердые бытовые отходы.The group of inventions relates to the field of combustion and gasification of solid fuels and is intended to produce generator gas, including power or synthetic gas, in the field of electric and thermal energy production or polygeneration, i.e. the simultaneous production of products with high added value, such as synthetic liquid fuel (SLC), methanol, etc., and electric and thermal energy from prepared low-grade solid fuel. Briquettes obtained from coal preparation waste, high-moisture and high-ash low-grade coals, local low-grade fuels such as peat, biomass, and various kinds of waste, including municipal solid waste, can be used as fuel.
Газификация прямого процесса в плотном слое является исторически наиболее ранним и, к настоящему времени, наиболее отработанным практически на всех видах твердого топлива, включая биомассу, и надежным методом. Однако существует серьезная проблема использования газогенераторов этого типа - это наличие в составе газа большого количества продуктов пиролиза органического топлива в виде различного рода смол, фенолов, аммиака и других загрязняющих веществ, препятствующих прямому использованию газа. Очистка газа от этих вредных примесей требует значительных затрат и является серьезной экологической проблемой.Gasification of a direct process in a dense layer is historically the earliest and, to date, the most developed for almost all types of solid fuel, including biomass, and a reliable method. However, there is a serious problem of using gas generators of this type - this is the presence in the gas of a large number of products of pyrolysis of fossil fuels in the form of various kinds of resins, phenols, ammonia and other pollutants that impede the direct use of gas. Cleaning gas from these harmful impurities is expensive and is a serious environmental problem.
Используемые в настоящее время в мире газогенераторы обращенного процесса (ГОП) в плотном слое, производящие газ с минимальным количеством вредных смол, являются относительно маломощными и не превышают 1,5 МВт по генераторному газу. Увеличению единичной мощности ГОП препятствует невозможность получения равномерного горизонтального фронта горения без дополнительных технических мер, таких, как выравнивающие сетки, пережимы, вращающийся наклонный реактор, вращающаяся штанга и колосниковая решетка в установках Lurgi и атмосферных газогенераторах, которые все равно не гарантируют требуемый результат. Нарушение равномерности горения по слоям приводит к тому, что часть процессов развивается параллельно. В итоге из аппарата выносятся кроме конечных продуктов, в случае газификации - СО и Н2, еще и промежуточные продукты экзотермических реакций, необходимых для поддержания автотермичности процесса, таких как продукты пиролиза топлива и сажи.The currently used in the world gas generators of the reverse process (GOP) in a dense layer, producing gas with a minimum amount of harmful resins, are relatively low-power and do not exceed 1.5 MW of generator gas. An increase in the unitary GOP power is hindered by the impossibility of obtaining a uniform horizontal combustion front without additional technical measures, such as leveling grids, pinch clamps, a rotating inclined reactor, a rotating rod and a grate in Lurgi plants and atmospheric gas generators, which still do not guarantee the required result. Violation of the uniformity of combustion across the layers leads to the fact that part of the processes develops in parallel. As a result, in addition to the final products, in the case of gasification, СО and Н 2 , also intermediate products of exothermic reactions necessary to maintain the autothermal process, such as products of fuel pyrolysis and soot, are removed from the apparatus.
При анализе существующего уровня техники можно отметить, что большинство современных конструкций отечественных и зарубежных ГОП реализуют классическую схему «Имберт» (первого поколения), ранее широко использовавшуюся в транспортных газогенераторах, характеризующихся однозонным подводом воздуха и «низким слоем» (Рамбуш Н.Е. Газогенераторы. ГОНТИ. 1939. С. 413). Результатом является газ с теплотой сгорания Qi r ~ 4,6-6,2 МДж/нм3 и содержанием смол до 1000 мг/м3 и сажи до 300 мг/м3, что почти на порядок превышает допустимые даже для ДВС и ГТУ пределы загрязненности.When analyzing the existing level of technology, it can be noted that most of the modern designs of domestic and foreign GOPs implement the classical Imbert (first generation) scheme, previously widely used in transport gas generators characterized by a single-zone air supply and a “low layer” (Rambush N.E. Gas generators GONTI. 1939.S. 413). The result is a gas with a calorific value of Q i r ~ 4.6-6.2 MJ / nm 3 and a tar content of up to 1000 mg / m 3 and soot up to 300 mg / m 3 , which is almost an order of magnitude higher than the permissible even for ICE and GTU limits of pollution.
Сегодня в мировой практике к качеству генераторного газа предъявляются более жесткие требования. Для обеспечения срока службы стационарных двигателей 50000-60000 часов концентрация смол в газе не должна превышать 10÷100 мг/м3, а твердых частиц - 10÷50 мг/м3. Что касается требований к чистоте газа для синтеза СЖТ, метанола и др. химической продукции, то по содержанию масел, частиц и сероводорода их количество должно приближаться к нулю.Today in world practice more stringent requirements are imposed on the quality of generator gas. To ensure the life of stationary engines 50,000-60000 hours, the concentration of resins in the gas should not exceed 10 ÷ 100 mg / m 3 and solid particles - 10 ÷ 50 mg / m 3 . As regards the requirements for gas purity for the synthesis of FGM, methanol, and other chemical products, their amount should be close to zero in the content of oils, particles, and hydrogen sulfide.
Для снижения смолосодержания создаются установки малой мощности по схеме с двумя подводами воздуха в плотный слой, за счет чего высокотемпературная кислородная зона горения летучих растягивается по высоте, а в зону пиролиза подается воздух для частичного сжигания пиролизных газов и прогрева слоя мелких топливных частиц, практически непроницаемого для токов свободной конвекции из зоны горения. При этом конечное содержание смолы в полученном сыром газе составляет 1-35 мг/нм3 (A review of the primary measures for tar elimination in biomass gasification processes. L. Devi, K.J Ptasinski, F.J.J.G. Janssen // Biomass and Bioenergy. 2003. №24. pp. 125-140).To reduce the tar content, low-power plants are created according to the scheme with two air supply to a dense layer, due to which the high-temperature oxygen zone of volatile combustion is stretched in height, and air is supplied to the pyrolysis zone for partial combustion of pyrolysis gases and heating of a layer of small fuel particles, which is practically impermeable to currents of free convection from the combustion zone. The final resin content in the resulting raw gas is 1-35 mg / nm 3 (A review of the primary measures for tar elimination in biomass gasification processes. L. Devi, KJ Ptasinski, FJJG Janssen // Biomass and Bioenergy. 2003. No. 24. pp. 125-140).
Недостатками подобных конструкций являются невозможность обеспечения полного сжигания продуктов пиролиза и последующего восстановления продуктов сгорания в реакторе газогенератора для получения максимального количества СО. Кроме того, увеличение производительности более 100 кВт по топливу на мелком топливе невозможно в силу значительного гидравлического сопротивления слоя и его тепловой неравномерности, ведущей к ухудшению разложения парогазовых продуктов пиролиза в процессе газификации.The disadvantages of such designs are the inability to ensure complete combustion of the pyrolysis products and subsequent recovery of the combustion products in the reactor of the gas generator to obtain the maximum amount of CO. In addition, an increase in the productivity of more than 100 kW for fuel with small fuel is impossible due to the significant hydraulic resistance of the layer and its thermal unevenness, leading to a deterioration in the decomposition of combined-cycle pyrolysis products during gasification.
Ближайшим аналогом заявленной группы изобретений, выбранным в качестве прототипа, является предложенная в патенте на полезную модель экспериментальная лабораторная установка с тремя зонами горения для получения генераторного газа (RU №66007, F23C 3/00, 27.08.2007), исследованная в Уральском Федеральном Университете (УГТУ-УПИ).The closest analogue of the claimed group of inventions, selected as a prototype, is the experimental laboratory unit with three combustion zones for generating generator gas (RU No. 66007,
Установка для получения силового газа содержит реактор, выполненный в виде кварцевой трубы, в верхней части которого установлен топливный бункер, в нижней части реактора размещена колосниковая решетка, а в средней его части расположены воздухоподводящие трубы. Реактор снабжен каверной для сжигания продуктов пиролиза, размещенной между зонами пиролиза и газификации и образованной с помощью решетки, площадь которой составляет 35-45% площади поперечного сечения реактора. Объем каверны определяется нормативным объемным теплонапряжением при сжигании бедных газов.A power gas generating installation comprises a reactor made in the form of a quartz pipe, in the upper part of which a fuel hopper is installed, a grate is placed in the lower part of the reactor, and air supply pipes are located in its middle part. The reactor is equipped with a cavity for burning pyrolysis products located between the pyrolysis and gasification zones and formed with the help of a grate, the area of which is 35-45% of the cross-sectional area of the reactor. The volume of the cavity is determined by the standard volumetric heat stress during the combustion of poor gases.
Топливо поступает в реактор из бункера под действием силы тяжести и образует плотный слой на колосниковой решетке.Fuel enters the reactor from the hopper under the action of gravity and forms a dense layer on the grate.
Первичный воздух подают в первую зону - зону горения (пиролиза) с примерным расходом в количестве 25-30% от общего расхода воздуха на установку для организации окислительной среды пиролиза, в которой осуществляют частичное окисление парогазовых продуктов пиролиза, снижающее концентрацию углеводородов как конденсирующихся, так и газообразных.Primary air is supplied to the first zone — the combustion (pyrolysis) zone with an approximate consumption in the amount of 25-30% of the total air consumption for the installation for organizing an oxidizing pyrolysis medium, in which partial oxidation of gas-vapor pyrolysis products is carried out, which reduces the concentration of hydrocarbons, both condensing and gaseous.
Вторичный воздух подают в каверну, расположенную во второй – средней, зоне установки с примерным расходом в количестве 25-30% для дожигания продуктов пиролиза до конечных продуктов полного сгорания. Теплоту этого процесса используют для прогрева слоя и интенсификации пиролиза. Каверна организована в слое газифицируемого топлива путем размещения специальной решетки, занимающей 35-45%) сечения площади реактора. Высота каверны составляет 100-120 мм и обеспечивает необходимую гидравлическую неравномерность в слое, которая и определила преимущественное движение парогазовых продуктов из зоны пиролиза через решетку в полость каверны.Secondary air is supplied to a cavity located in the second - middle installation zone with an approximate flow rate of 25-30% for afterburning the pyrolysis products to the final products of complete combustion. The heat of this process is used to warm the layer and intensify pyrolysis. The cavity is organized in a layer of gasified fuel by placing a special lattice, occupying 35-45%) of the cross-section of the reactor area. The height of the cavity is 100-120 mm and provides the necessary hydraulic unevenness in the layer, which determined the predominant movement of vapor-gas products from the pyrolysis zone through the lattice into the cavity of the cavity.
Третичный воздух подают в третью – нижнюю, зону лабораторной установки с примерным расходом в количестве 40-50% от общего расхода для повышения температуры в зоне газификации, увеличения доли СО в газе и снижения концентрации конденсирующихся углеводородов.Tertiary air is supplied to the third - lower zone of the laboratory facility with an approximate flow rate of 40-50% of the total flow rate to increase the temperature in the gasification zone, increase the proportion of CO in the gas and reduce the concentration of condensing hydrocarbons.
Отработанный на лабораторной установке способ газификации, заключающийся в разделении процесса на три зоны горения и раздельной подаче воздуха по этим зонам, позволяет получить из слабометаморфизированного топлива газ с максимальным содержанием СО, превосходящим его количество в газе древесно-угольных газогенераторов горизонтального процесса, минимальным - СО2, Н2 и СН4. Состав полученного газа: СО=34-37%, Н2=2,5%, СН4=0%, СО2=0%, N2 - по разности. Смолы обнаружены не были.The spent in a laboratory gasification process consists in the separation process in the three combustion zones, and separate air supply to these zones, can be obtained from slabometamorfizirovannogo fuel gas with a maximum content of CO, exceeding amount thereof in the gas wood-coal gasifiers horizontal process, the minimum - CO 2 , H 2 and CH 4 . The composition of the obtained gas: СО = 34-37%, Н 2 = 2.5%, СН 4 = 0%, СО 2 = 0%, N 2 - by difference. No resins were found.
Основным недостатком прототипа является невозможность его масштабирования для увеличения его единичной мощности. Связано это в основном с невозможностью организации в реакторе каверны или нескольких каверн для окисления пиролизного газа без нарушения равномерности потока топлива, в то время как современное производство малотоннажных установок по производству СЖТ, метанола и др. химических продуктов из твердого топлива, с генерацией максимального количества электрической и тепловой энергии для покрытия собственных нужд, требует газогенераторы с единичной мощностью по топливу более 30 МВт.The main disadvantage of the prototype is the impossibility of scaling it to increase its unit power. This is mainly due to the impossibility of organizing in the reactor a cavity or several caverns for the oxidation of pyrolysis gas without disrupting the uniformity of the fuel flow, while the modern production of small-tonnage plants for the production of liquid fuel oil, methanol and other chemical products from solid fuel, with the generation of the maximum amount of electric and thermal energy to cover their own needs, requires gas generators with a unit fuel capacity of more than 30 MW.
Следует добавить, что в любом промышленном газогенераторе, даже малой мощности, любое конструктивное вмешательство в поток топлива в реакторе, связанное с организацией в нем каверны, значительно снижает надежность работы газогенератора в целом. По сути дела каверна будет представлять препятствие на пути потока столба топлива, идущего вниз под силой тяжести.It should be added that in any industrial gas generator, even of low power, any constructive intervention in the fuel flow in the reactor associated with the organization of a cavity in it significantly reduces the reliability of the gas generator as a whole. In fact, the cavity will represent an obstacle to the flow of a column of fuel going down under gravity.
Задачей заявленной группы изобретений является создание газогенератора, использующего широкий спектр низкосортных твердых топлив с заданной единичной мощностью и заданными характеристиками генераторного газа, в том числе силового или синтетического, для установок когенерации (выработки электрической и тепловой энергии) или полигенерации (совместной выработки конкретного углеводородного или химического продукта с энергетическими продуктами).The objective of the claimed group of inventions is the creation of a gas generator using a wide range of low-grade solid fuels with a given unit power and given characteristics of a generator gas, including power or synthetic, for cogeneration (generation of electrical and thermal energy) or polygeneration (joint production of a specific hydrocarbon or chemical product with energy products).
Технический результат группы изобретений заключается в увеличении мощности газогенератора и получении газа без смол, сажи и углеводородов.The technical result of the group of inventions is to increase the power of the gas generator and to obtain gas without resins, soot and hydrocarbons.
Указанный технический результат при реализации заявленного способа получения генераторного газа достигается за счет разделения процесса на три зоны горения и раздельной подачи воздуха по этим зонам, позволяющего структурно отделить процессы, происходящие в этих зонах, друг от друга, причем процесс газификации осуществляют в автотермическом режиме под заданным давлением от атмосферного до 3,0 МПа, зависящим от способа использования генераторного газа, и при регулируемой подаче воздуха в каждую зону горения, при этом в первую зону подают воздух в количестве 15-20% от общего расхода воздуха на газогенератор и осуществляют пиролиз топлива, при котором из него выделяются все парогазовые вещества и конечным продуктом получают полукокс; во вторую зону подают воздух в количестве 50-60% от общего расхода воздуха на газогенератор для дожигания парогазовых продуктов пиролиза топлива, при котором конечным продуктом является парогазовые продукты сжигания пиролизных газов, включающие безопасные элементы - влагу, углекислый газ и азот дутьевого воздуха; в третьей зоне регулируют подачу воздуха и водяного пара и осуществляют газификацию полукокса, при этом в нее поступают три потока - полукокс из первой зоны, парогазовые продукты сжигания пиролизных газов из второй зоны и воздух в количестве 30-35% от общего расхода воздуха на газогенератор, определяемого заданным режимом газификации, при этом воздух, подаваемый в третью зону, смешивают с паром для регулирования температуры газификации и предотвращения зашлаковки процесса, в результате получают генераторный газ с заданными количественными и качественными характеристиками без содержания смол и других вредных веществ.The specified technical result when implementing the inventive method for producing generator gas is achieved by dividing the process into three combustion zones and separate air supply for these zones, which allows structurally separating the processes occurring in these zones from each other, and the gasification process is carried out in autothermal mode under a predetermined atmospheric pressure to 3.0 MPa, depending on the method of use of the generator gas, and with controlled air supply to each combustion zone, while the first zone is fed air in the amount of 15-20% of the total air flow to the gas generator and carry out fuel pyrolysis, in which all gas-vapor substances are released from it and the end product is obtained semi-coke; in the second zone, air is supplied in an amount of 50-60% of the total air flow to the gas generator for afterburning gas-vapor products of pyrolysis of fuel, in which the final product is gas-vapor products of combustion of pyrolysis gases, including safe elements - moisture, carbon dioxide and nitrogen from the blast air; in the third zone, regulate the flow of air and water vapor and carry out gasification of the semicoke, while it receives three flows - semicoke from the first zone, gas-vapor products of pyrolysis gas combustion from the second zone and air in an amount of 30-35% of the total air flow to the gas generator, determined by a given regime of gasification, while the air supplied to the third zone is mixed with steam to control the temperature of gasification and prevent slagging of the process, as a result, generating gas with specified quantitative and qualitative characteristics without tar and other harmful substances.
Указанный технический результат при реализации газогенератора обращенного процесса газификации с тремя зонами горения достигается тем, что он включает топливный бункер, колосниковую решетку, систему раздельной подачи воздуха по всем зонам горения, причем газогенератор состоит из двух блоков, основного и вынесенного. Основной блок выполнен в виде реактора пиролиза и газификации топлива, в котором части реактора, осуществляющие пиролиз топлива и газификацию полукокса, выполнены в виде вертикальных цилиндрических каналов, а промежуточная между ними часть реактора, осуществляющая спуск полукокса из зоны пиролиза топлива в зону газификации полукокса, выполнена конически сужающейся. Дополнительно, основной блок содержит систему подачи воздуха в первую зону горения - зону пиролиза топлива, выполненную в виде раздающих сопел, фурмы сбора и отвода пиролизных газов, которые расположены в нижней части верхнего цилиндрического канала, систему ввода продуктов дожигания пиролизных газов и воздуха в зону газификации через сопла, установленные в сечении перехода от конической части в нижнюю цилиндрическую часть канала, фурмы сбора и отвода генераторного газа, расположенные в нижней части зоны газификации полукокса и зольный канал, заканчивающийся колосниковой решеткой.The specified technical result when implementing a gas generator of a reversed gasification process with three combustion zones is achieved by the fact that it includes a fuel hopper, a grate, a separate air supply system for all combustion zones, and the gas generator consists of two blocks, the main and the remote. The main unit is made in the form of a reactor for pyrolysis and gasification of fuel, in which parts of the reactor pyrolysis of fuel and gasification of semicoke are made in the form of vertical cylindrical channels, and the intermediate part of the reactor between them, which drains the semicoke from the pyrolysis zone of fuel to the gasification zone of semicoke, is made conically tapering. Additionally, the main unit contains a system for supplying air to the first combustion zone — a fuel pyrolysis zone made in the form of dispensing nozzles, pyrolysis gas collection and removal tuyeres, which are located in the lower part of the upper cylindrical channel, a system for introducing pyrolysis gas and air afterburning products into the gasification zone through nozzles installed in the cross section of the transition from the conical part to the lower cylindrical part of the channel, lances for collecting and removing generator gas located in the lower part of the gasification zone of the semicoke and ash channel ending in a grate.
Вынесенный блок представляет собой систему дожигания пиролизных газов из фурм сбора и отвода пиролизных газов и выполнен в виде сосуда, состоящего из двух последовательных камер, работающих под давлением, - камеры сгорания, в которой дожигают пиролизные газы и смолы, выполненной в виде цилиндрической камеры, экранированной системой охлаждения, и конвективной камеры, в которой охлаждают продукты сжигания пиролизных газов, а также горелки низконапорной по газу с вихревым подводом горячего воздуха, расположенной в верхней части камеры сгорания.The remote unit is a system of afterburning of pyrolysis gases from the tuyeres of collection and removal of pyrolysis gases and is made in the form of a vessel consisting of two successive chambers operating under pressure - a combustion chamber in which pyrolysis gases are burned out and resins made in the form of a cylindrical screened a cooling system, and a convection chamber, in which the products of pyrolysis gas combustion are cooled, as well as a low-pressure gas burner with a swirling supply of hot air located in the upper part of the combustion chamber Ania.
Газогенератор дополнительно снабжен трубопроводом отвода охлажденных продуктов сгорания пиролизных газов из верхней части конвективной камеры в сопла, расположенные в сечении перехода от промежуточной конусной части реактора основного блока в цилиндрическую часть газификации полукокса, колосниковой решеткой с устройством сброса золы в зольную камеру, являющейся промежуточной камерой между зольным каналом и зольной шлюзовой камерой. Система управления приводом колосниковой решетки и клапанами топливной и зольных шлюзовых камер гидравлическая, от единой маслостанции.The gas generator is additionally equipped with a pipeline for discharging the cooled products of combustion of pyrolysis gases from the upper part of the convection chamber to nozzles located in the cross section of the transition from the intermediate conical part of the reactor of the main unit to the cylindrical gasification part of the semi-coke, with a grate with an ash discharge device that is an intermediate chamber between the ash channel and ash lock chamber. The control system for the drive of the grate and valves of the fuel and ash lock chambers is hydraulic, from a single oil station.
Газогенератор обращенного процесса газификации с тремя зонами горения, работающий под давлением, характеризуется следующими особенностями:The gas generator of the reversed gasification process with three combustion zones, operating under pressure, is characterized by the following features:
В газогенераторе осуществлена декомпозиция процесса газификации, которая подразумевает разложение летучих и восстановление продуктов полного сгорания в отдельных структурных элементах установки. Поскольку процесс протекает в автотермическом режиме, необходимую температуру в каждом элементе поддерживают путем горения. Для этого в каждую зону горения осуществляют регулируемую подачу воздуха с определенным расходом. Декомпозиция процесса газификации позволяет получить практически бессмольный газ, а выбор рабочих режимов каждой зоны горения позволяет получить газ с заданным соотношением СО/Н2.In the gas generator, the gasification process was decomposed, which involves the decomposition of volatiles and the recovery of complete combustion products in the individual structural elements of the installation. Since the process proceeds in an autothermal mode, the required temperature in each element is maintained by combustion. For this, an adjustable air supply with a certain flow rate is carried out in each combustion zone. Decomposition of the gasification process makes it possible to obtain practically pitch-free gas, and the choice of the operating modes of each combustion zone makes it possible to obtain gas with a given CO / H 2 ratio.
Газогенератор структурно выполнен в двухблочном варианте - основной блок - это реактор пиролиза и газификации и вынесенный блок - блок дожигания пиролизных газов.The gas generator is structurally made in a two-block version - the main unit is a pyrolysis and gasification reactor and a remote unit is a pyrolysis gas post-combustion unit.
Газогенератор выполнен для работы под заданным давлением до 3,0 МПа. При этом рабочее давление газогенератора определяется как технологическим процессом потребителя газа (давление газа перед электрогенерирующим устройством или перед соответствующим реактором синтеза СЖТ или метанола), так и требуемой производительностью установки по газу.The gas generator is designed to operate at a given pressure of up to 3.0 MPa. At the same time, the working pressure of the gas generator is determined both by the technological process of the gas consumer (gas pressure in front of the power generating device or in front of the corresponding synthesis reactor of SZHT or methanol), and the required gas capacity of the installation.
Конструкция газогенератора позволяет получить высокий (до 90%) термический КПД его работы, при химическом КПД газификации до 85-87%.The design of the gas generator allows to obtain high (up to 90%) thermal efficiency of its operation, with a chemical efficiency of gasification up to 85-87%.
На Фиг. 1 представлена конструкция газогенератора обращенного процесса газификации, который состоит из двух блоков, основного и вынесенного. Основной блок включает в себя топливный бункер 1; топливную шлюзовую камеру 2, работающую под переменным давлением; систему подачи дутьевого воздуха в первую зону горения, выполненную в виде раздающих сопел 3; реактор 4, который состоит из вертикального цилиндрического канала 5 футерованного изнутри теплоизоляционным и износоустойчивым материалом, расположенного в верхней части реактора 4 и являющегося первой зоной горения (зона пиролиза); вертикального канала 6, конически сужающегося по высоте, футерованного изнутри теплоизоляционным и износоустойчивым материалом и служащего для спуска полукокса из зоны пиролиза в зону газификации; цилиндрического канала 7, расположенного в нижней части реактора, являющегося третьей зоной горения - зоной газификации полукокса. В сечении перехода от конически сужающегося вертикального канала 6 к цилиндрическому каналу 7 расположены сопла 8 ввода продуктов сжигания пиролизных газов и паровоздушного дутья. Фурмы 17 сбора и отвода генераторного газа расположены в нижней части цилиндрического канала 7. Реактор 4 также включает в себя зольный канал 10, располагающийся ниже цилиндрического канала 7 и выполняющий роль «зольной подушки», предохраняющей от пережога колосниковую решетку 11, выполненную в виде плоского дна со спиральным оребрением и устройством сброса золы в зольную камеру 19, работающую под давлением и служащую в качестве соединяющей промежуточной камеры между зольным каналом 10 и зольной шлюзовой камерой 13. Гидравлическая система управления приводом колосниковой решетки 11 и клапанами 12 топливной 2 и зольной 13 шлюзовых камер работает от единой маслостанции. Часть реактора 4, включающая в себя зону газификации полукокса 7 и зольный канал 10, выполнена водоохлаждаемой и включена в единый контур охлаждения газогенератора с единым паросборником.In FIG. 1 shows the design of the gas generator of the reversed gasification process, which consists of two blocks, the main and remote. The main unit includes a
Вынесенный блок 14 предназначен для дожигания пиролизных газов и представляет собой двухкамерный сосуд, установленный непосредственно у основного блока, работающий под давлением и состоящий из двух последовательных камер - камеры сгорания 15, имеющей цилиндрическую форму, и конвективной 16; трубопровода сбора и отвода пиролизных газов из фурм 9, установленных в нижней части вертикального цилиндрического канала 5 реактора 4, и подачи их в горелку 18, являющуюся низконапорной по газу с вихревым вводом горячего воздуха, установленную в верхней части камеры сгорания 15, трубопровода отвода продуктов сжигания пиролизных газов из верхней части конвективной камеры 16 в сопла 8 ввода продуктов сжигания пиролизных газов и паровоздушного дутья, реактора 4. Камера сгорания 15 и конвективная 16 камеры выполнены водоохлаждаемыми и включены в единый контур охлаждения газогенератора с единым паросборником.The
Конструктивно первая зона, зона пиролиза, включает в себя сопла ввода дутьевого воздуха 3, вертикальный цилиндрический канал 5 реактора 4 и фурмы 9 сбора и отвода пиролизных газов.Structurally, the first zone, the pyrolysis zone, includes blast
Вторая зона, зона дожигания парогазовых продуктов пиролиза, включает в себя камеру сгорания 15, конвективную камеру 16 и горелку 18 низконапорную по газу с вихревым подводом горячего воздуха.The second zone, the afterburning zone of combined-cycle pyrolysis products, includes a
Третья зона, зона газификации полукокса, включает в себя сопла 8 ввода продуктов сжигания пиролизных газов и паровоздушного дутья, цилиндрический канал 7 реактора 4 и фурмы сбора и отвода генераторного газа 17.The third zone, the semi-coke gasification zone, includes
Газогенератор обращенного процесса газификации работает следующим образом.Gas generator reversed gasification process works as follows.
Брикетированное топливо подают из топливного бункера 1 через топливную шлюзовую камеру 2 в первую зону горения, зону пиролиза, расположенную в верхней части реактора 4, в которую через систему раздающих сопел 3 подают регулируемый расход горячего воздуха. В первой зоне горения реактора газогенератора 5 осуществляют пиролиз - сушку топлива, его карбонизацию с выделением летучих и горючих компонентов. Количество подаваемого воздуха порядка 15-20% от общего расхода воздуха на газогенератор контролируют температурой пиролизных газов, которую необходимо поддерживать в пределах 500-550°C.Briquetted fuel is supplied from the
В нижней части первой зоны - зоны пиролиза происходит разделение газообразных и твердофазных продуктов термообработки топлива; парогазовые продукты отводят из первой зоны 5, расположенной в основном блоке, через фурмы сбора и отвода пиролизных газов 9 и подают в низконапорную по газу горелку 18 с вихревым подводом горячего воздуха порядка 50-60% от общего расхода воздуха на газогенератор, установленную в верхней части камеры сгорания 15, расположенной в вынесенном блоке. Камера сгорания 15 представляет собой цилиндрический канал, экранированный мембранной панелью из труб ∅60×6 мм и футерованный огнеупорным материалом с огневой стороны. В этой камере осуществляют выжигание смол, фенолов и других горючих веществ. Вихревую подачу воздуха в низконапорную горелку по газу 18 контролируют и осуществляют в количестве, близком к стехиометрическому, для сжигания пиролизных газов. В нижней части камеры сгорания 15 расположены проходы по периметру (фестонированные трубы экрана), через которые горячие дымовые газы поступают в конвективную камеру 16, где они охлаждаются до 500-600°C.In the lower part of the first zone - the pyrolysis zone, the gaseous and solid-phase products of heat treatment of the fuel are separated; combined-cycle products are removed from the
Поток полукокса из верхней части реактора 4 отдельно отводят вниз по конически сужающемуся каналу 6 в цилиндрический канал 7 - зону газификации газогенератора.The semicoke stream from the upper part of the
На вход в цилиндрический канал 7 газогенератора поступают три потока - полукокс по коническому каналу 6 из верхней части реактора 4, расположенному в основном блоке, раскаленные газы - продукты сгорания пиролизных газов из конвективной камеры 16, расположенной в вынесенном блоке, и контролируемое воздушное или паровоздушное дутье. Ввод воздушного или паровоздушного дутья осуществляют в трубопровод отвода продуктов сгорания из конвективной камеры 16 вынесенного блока непосредственно перед подачей их через сопла 8 в цилиндрический канал 7 - зону газификации полукокса.Three flows arrive at the entrance to the
Генераторный газ отбирают через фурмы 17, а золу сбрасывают в зольную шлюзовую камеру 13 через зольную камеру 19, которая работает под давлением и служит в качестве соединяющей промежуточной камеры между зольным каналом 10 и зольной шлюзовой камерой 13. Зольная шлюзовая камера 13 работает под циклически переменным давлением и служит в качестве приемника золы, выгружаемой из газогенератора, и периодически разгружается в механизмы транспортировки золы.Generating gas is taken through
Данный способ газификации и реализующая его конструкция газогенератора позволяет:This method of gasification and the design of the gas generator that implements it allows you to:
- использовать в качестве топлива широкий спектр низкосортных твердых топлив;- use as a fuel a wide range of low-grade solid fuels;
- достичь значительного увеличения единичной мощности газогенератора до уровня, превышающего мощности существующих газогенераторов плотного слоя;- to achieve a significant increase in the unit power of the gas generator to a level exceeding the capacity of existing dense gas generators;
- повысить термический КПД установки в целом за счет более полной утилизации физического тепла генераторного газа.- increase the thermal efficiency of the installation as a whole due to more complete utilization of the physical heat of the generator gas.
- получить газ без смол, сажи и углеводородов с заданными характеристиками, в том числе с заданным соотношением СО/Н2.- to obtain gas without resins, soot and hydrocarbons with specified characteristics, including with a given ratio of CO / H 2 .
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105048A RU2647309C1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105048A RU2647309C1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647309C1 true RU2647309C1 (en) | 2018-03-15 |
Family
ID=61629342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017105048A RU2647309C1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647309C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680135C1 (en) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Фирма "Эко-Страна" | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used |
| RU2800162C1 (en) * | 2022-11-17 | 2023-07-19 | Дмитрий Алексеевич Капралов | Generator gas plant |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2074884C1 (en) * | 1993-09-22 | 1997-03-10 | Кооператив "Энергетика и экология" | Gas generator for reverse gasification process |
| RU66007U1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Генгаз" | POWER GAS INSTALLATION |
| RU92147U1 (en) * | 2009-11-17 | 2010-03-10 | Константин Николаевич Дурнов | GAS GENERATOR OF REFINED GASIFICATION PROCESS |
| RU2530088C1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-10-10 | Леонид Анатольевич Ярыгин | Solid fuel gasification unit |
| RU2579285C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-04-10 | Леонид Анатольевич Ярыгин | Gasifier of the reversed gasification process |
-
2017
- 2017-02-15 RU RU2017105048A patent/RU2647309C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2074884C1 (en) * | 1993-09-22 | 1997-03-10 | Кооператив "Энергетика и экология" | Gas generator for reverse gasification process |
| RU66007U1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Генгаз" | POWER GAS INSTALLATION |
| RU92147U1 (en) * | 2009-11-17 | 2010-03-10 | Константин Николаевич Дурнов | GAS GENERATOR OF REFINED GASIFICATION PROCESS |
| RU2530088C1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-10-10 | Леонид Анатольевич Ярыгин | Solid fuel gasification unit |
| RU2579285C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-04-10 | Леонид Анатольевич Ярыгин | Gasifier of the reversed gasification process |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680135C1 (en) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Фирма "Эко-Страна" | Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used |
| RU2800162C1 (en) * | 2022-11-17 | 2023-07-19 | Дмитрий Алексеевич Капралов | Generator gas plant |
| RU2803046C1 (en) * | 2022-12-13 | 2023-09-05 | Сергей Иванович Лавров | Complex for waste processing using non-waste and non-landfill technology |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100887137B1 (en) | Method and apparatus of gasification under integrated pyrolysis-reformer system(iprs) | |
| CA2436630C (en) | Multi-faceted gasifier and related methods | |
| US4927430A (en) | Method for producing and treating coal gases | |
| JP2015025145A (en) | Method and device for producing low-tar synthesis gas from biomass | |
| Niu et al. | A novel two-stage enriched air biomass gasification for producing low-tar high heating value fuel gas: Pilot verification and performance analysis | |
| WO2007081296A1 (en) | Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste | |
| CN102277202B (en) | Method for preparing gas by cracking garbage and biomass at high temperature | |
| CN101250419B (en) | Low-temperature dry distillation process with coal gas internal heat | |
| KR20190035264A (en) | Dual fluidized bed reactor including helical gasfier | |
| CN1323142C (en) | Fuild bed composite circle coal gasification method and apparatus | |
| KR101123385B1 (en) | 2 stages pyrolysis and gasification hybrid system of high viscosity oilsand bitumen for synthetic liquid fuel and syngas production method using it | |
| CN108949234B (en) | A kind of inverting tar gasification furnace of three layers of gas supply heating | |
| RU2647309C1 (en) | Method of generation gas production and gas generator of the appeined gasification process for its implementation | |
| US20240117258A1 (en) | Bio-multi-reactor hydrogen generation method and system | |
| KR20140080453A (en) | Circulating Fluidized Bed Gasifier Equipped with Heat Exchanger Therein | |
| CN106047415A (en) | Method for preparing high-calorific-value gas through domestic waste oxygen-enriched pressurizing | |
| CN105907424A (en) | Method for gasifying anthracite by Lurgi gasifier | |
| RU2631081C1 (en) | Gas generator of reverse gasification process | |
| CN1207370C (en) | Method and device for gasifying coal | |
| RU66007U1 (en) | POWER GAS INSTALLATION | |
| Dudyński | Novel oxygen-steam gasification process for high quality gas from biomass | |
| RU136800U1 (en) | SOLID FUEL GASIFIER | |
| Htut et al. | Experimental Investigation of the Pilot Scale Downdraft Gasifier | |
| US20240117257A1 (en) | Method and device for making hydrogen from heterogenous waste | |
| Nurhadi et al. | The utilization of fixed bed coal gasification by-products to produce combustible gas by auto-thermal process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190216 |