RU2668447C1 - Method of gasification of solid fuel and device for its implementation - Google Patents

Method of gasification of solid fuel and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2668447C1
RU2668447C1 RU2017133299A RU2017133299A RU2668447C1 RU 2668447 C1 RU2668447 C1 RU 2668447C1 RU 2017133299 A RU2017133299 A RU 2017133299A RU 2017133299 A RU2017133299 A RU 2017133299A RU 2668447 C1 RU2668447 C1 RU 2668447C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
reactor
gasification
zone
steam
Prior art date
Application number
RU2017133299A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Тихомиров
Олег Владимирович Егоров
Александр Иванович Забегаев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
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
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority to RU2017133299A priority Critical patent/RU2668447C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2668447C1 publication Critical patent/RU2668447C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels

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

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention can be used in the chemical and energy industries. Processing of the solid crushed fuel is carried out by gasification in a dense layer moving along the axis of a rotating inclined cylindrical reactor with a steam-water jacket. At the first stage in the upper part of the reactor, an inverted gasification process is conducted with air blasting into the upper reaction zone, where the fuel is partially oxidized and partially gasified, and the main part of it moves to the activation zone, where at a temperature above 800 °C is treated with superheated steam, which is injected from the steam-water jacket through a perforated wall. Produced activated carbon is accumulated in the buffer gas sampling zone of the reactor, and the resulting vapor-gas mixture is transported to the reaction zone of the second stage of gasification, where a direct process of gasification of the moving bed of activated carbon is implemented with counter filtration of the produced fuel gas through it, which is withdrawn from the reactor and cooled in a water evaporative heat exchanger-steam generator, where the resulting water vapor enters the steam-water jacket, and the cooled fuel gas to the consumer. Gasification reactor is additionally equipped with a device for supplying air to the upper reaction zone, as well as a vapor-gas outlet channel to the lower reaction zone of the direct gasification process. For removal of combustible fuel gas filtered through the activated carbon layer, a gas sampling channel with a water evaporative heat exchanger-steam generator is provided in the delivered and built-in design and, possibly, with a gas-air cooler of gas, as well as with a gas analyzer-converter to control the chemical composition and temperature of the produced gas.EFFECT: proposed invention makes it possible to increase the completeness of fuel processing, the quality and calorific value of fuel gas, to reduce heat losses, and to increase the compactness, economy, reliability and durability of the reactor.9 cl, 10 dwg

Description

МПК F23G 5/00 - сжигание отходов или низкосортных топлив,IPC F23G 5/00 - incineration of waste or low-grade fuels,

F23G 5/027 - со стадией пиролиза или газификацииF23G 5/027 - with a pyrolysis or gasification step

F23G 5/20 - со сжиганием во вращающихся или колеблющихся барабанахF23G 5/20 - with combustion in rotating or oscillating drums

F23G 5/46 - рекуперация теплаF23G 5/46 - Heat recovery

F27B 7/20 - способы или устройства для сжигания только твердого топлива…, конструктивные элементы, принадлежности и оборудование для печей этого типаF27B 7/20 - Methods or devices for burning only solid fuels ..., structural elements, accessories and equipment for this type of furnace

МПК C10J 3/00 - получение газов, содержащих оксид углерода и водород, например синтез-газ или бытовой газ, из твердых углеродсодержащих веществ при помощи процессов частичного окисления, включающих кислород или пар,IPC C10J 3/00 - production of gases containing carbon monoxide and hydrogen, for example synthesis gas or household gas, from solid carbon-containing substances using partial oxidation processes including oxygen or steam,

C10J 3/02 -.газификация кускового топлива в неподвижном слое C10J 3/06 -...непрерывные способыC10J 3/02 -... Gasification of lump fuel in a fixed bed C10J 3/06 -... Continuous methods

C10J 3/16 -…с одновременным вступлением в реакцию кислорода и воды с углеродсодержащим материаломC10J 3/16 - ... with the simultaneous reaction of oxygen and water with a carbon-containing material

C10J 3/20 -…устройства; установкиC10J 3/20 - ... devices; setting

C10J 3/76 -…водяные рубашки; рубашки паровых котловC10J 3/76 - ... water shirts; steam boiler shirts

Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществленияThe method of gasification of solid fuel and a device for its implementation

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергоресурсов и местных видов топлива, в частности, биомассы и местного низкосортного углеродсодержащего сырья, в том числе битуминозного (древесины, торфа, бурых углей, различных сельскохозяйственных отходов), включая утилизацию твердых бытовых и промышленных углеродсодержащих отходов, путем газификации с получением горючего топливного газа, содержащего оксид углерода и водород, для последующего использования в качестве силового газа в транспортных и энергетических установках.The invention relates to the field of chemical technology and power engineering based on the use of renewable energy sources and local fuels, in particular biomass and local low-grade carbon-containing raw materials, including bituminous (wood, peat, brown coal, various agricultural waste), including the disposal of municipal solid waste and industrial carbonaceous wastes, by gasification to produce combustible fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen, for subsequent use as the power gas in vehicles and power plants.

Приоритетным направлением научно-технического прогресса в энергетике является создание и развитие эффективных технологий использования местных энергоресурсов для построения устойчивой системы децентрализованного энергоснабжения с сопутствующим решением все более актуальной задачи утилизации твердых городских (бытовых) отходов.The priority area of scientific and technological progress in the energy sector is the creation and development of effective technologies for the use of local energy resources to build a sustainable decentralized energy supply system with a concomitant solution to the increasingly urgent problem of recycling solid urban (household) waste.

Так, «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» предусматривает «…развитие малой энергетики в зоне децентрализованного энергоснабжения за счет повышения эффективности использования местных энергоресурсов, в том числе новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы», которая относится к низкосортным видам топлива с высокой влажностью (до 85% и более), малой энергетической плотностью, низкой теплотой сгорания, неоднородностью фракционного состава, но при этом обладает весомыми преимуществами по сравнению с ископаемыми углеродсодержащими видами сырья: возобновляемость, почти полное отсутствие серы, а также других вредных для оборудования и окружающей среды химических элементов и соединений, распространенность и доступность. Нерафинированная некондиционная биомасса (древесные отходы, отходы сельскохозяйственной деятельности, отходы производства и потребления, в том числе твердые коммунальные отходы.), а также иные местные виды топлив, прежде всего на основе низкосортного твердого углеродсодержащего сырья (торф и продукты его переработки, бурые угли), в совокупности составляют топливные ресурсы, использование которых потенциально возможно в районах (территориях) их образования, производства, добычи и экономическая эффективность потребления которых ограничена районами (территориями) их происхождения / Постановление Правительства РФ от 22.022012 г. N 154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения»/. Они представляют собой дешевый (с низкой, нулевой или отрицательной стоимостью) и практически не используемый в настоящее время источник местных энергоресурсов.Thus, the “Energy Strategy of Russia for the Period until 2030” provides for “... the development of small energy in the decentralized energy supply zone by increasing the efficiency of the use of local energy resources, including new fuels derived from various types of biomass”, which refers to low-grade fuels with high humidity (up to 85% and more), low energy density, low heat of combustion, heterogeneity of the fractional composition, but it has significant advantages compared to the spark relevant carbon-containing raw materials: renewability, almost complete absence of sulfur, as well as other chemical elements and compounds harmful to equipment and the environment, prevalence and availability. Unrefined substandard biomass (wood waste, agricultural waste, production and consumption waste, including municipal solid waste.), As well as other local fuels, primarily based on low-grade solid carbon-containing raw materials (peat and its processed products, brown coal) , together constitute fuel resources, the use of which is potentially possible in the areas (territories) of their formation, production, production and economic efficiency of consumption of which are limited ene areas (territories) of origin / RF Government Resolution of 22.022012 N 154 "On the requirements for heating circuits, the order of their development and approval" /. They are a cheap (with low, zero or negative cost) and practically not currently used source of local energy resources.

Наиболее универсальным способом, позволяющим использовать такие виды сырья, является их высокотемпературная термохимическая конверсия, или газификация -сжигание при температурах 800-1300°С в присутствии воздуха или кислорода и водяного пара с получением топливного (иначе генераторного) газа - смеси Н2, СО, СО2, NOx, СН4 / ГОСТ Р 54531-2011 Нетрадиционные технологии. Возобновляемые и альтернативные источники энергии. Термины и определения/, проводимая в газификаторах (иначе: реакторах-газификаторах, газогенераторах, конвертерах), который в зависимости от его качества используется в дальнейшем в энергетической установке (сжигается в котельном агрегате или используется в качестве силового газа, т.е. для непосредственного получения энергии в двигателе - газопоршневой или газотурбинной установке).The most universal way to use these types of raw materials is their high-temperature thermochemical conversion, or gasification - burning at temperatures of 800-1300 ° C in the presence of air or oxygen and water vapor to produce fuel (aka generator) gas - a mixture of H 2 , CO, СО 2 , NO x , СН 4 / GOST R 54531-2011 Non-traditional technologies. Renewable and alternative energy sources. Terms and definitions / carried out in gasifiers (otherwise: gasification reactors, gas generators, converters), which, depending on its quality, is used in the future in a power plant (burned in a boiler unit or used as power gas, i.e., for direct energy in the engine - gas piston or gas turbine installation).

В связи с этим актуальной является проблема создания высокотехнологичного компактного оборудования газификации для модульных автономных малых энергоустановок для применения в локальной малой энергетике, в качестве источников электроэнергии глубокого резерва на территориях с возможными долговременными чрезвычайными ситуациями, для оснащения станций зарядки электромобилей на природоохранных и иных территориях, при экологически чистой утилизации отходов (в качестве альтернативы мусоросжигательным технологиям).In this regard, the urgent problem is the creation of high-tech compact gasification equipment for modular autonomous small power plants for use in local small-scale energy, as sources of deep reserve electricity in territories with possible long-term emergency situations, for equipping electric vehicle charging stations in environmental and other territories, environmentally friendly waste management (as an alternative to incineration technologies).

Существующие технологии и конструкции газификации твердых (конденсированных) углеродсодержащих топлив весьма разнообразны /А.Самылин, М.Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок. - ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85; Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Обзор современных технологий газификации биомассы. - Пром. теплотехника, 2006, т. 28, №2, с. 61-75; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012-504 с, с. 263-271/. С экологической точки зрения их главным преимуществом является сравнительно низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду. Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (особенно для газификации в плотном слое) нахождением газообразных продуктов газификации конденсированных топлив сначала в зоне окисления (горения) при температурах от 1000…1200°С и выше, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования горючего топливного газа. При таких условиях происходит термическое разложение и восстановительное дехлорирование наиболее опасных веществ - диоксинов, фуранов, полихлорбифенилов, бенз(а)пиренов и других полициклических ароматических углеводородов.Existing technologies and designs for gasification of solid (condensed) carbon-containing fuels are very diverse / A. Samylin, M. Yashin. Modern designs of gas generating units. - LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85; Zheleznaya T.A., Geletukha G.G. Overview of modern biomass gasification technologies. - Prom. heat engineering, 2006, v. 28, No. 2, p. 61-75; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012-504, p. 263-271 /. From an environmental point of view, their main advantage is the relatively low level of negative impact on the environment. This, first of all, is caused by the rather long (especially for gasification in a dense layer) presence of gaseous products of gasification of condensed fuels, first in the oxidation (combustion) zone at temperatures from 1000 ... 1200 ° C and higher, and then in the reduction (oxygen-free) formation zone combustible fuel gas. Under such conditions, thermal decomposition and reductive dechlorination of the most dangerous substances - dioxins, furans, polychlorobiphenyls, benzo (a) pyrenes and other polycyclic aromatic hydrocarbons occur.

Опыт долговременного использования топливного (генераторного) газа в двигателях или турбинах до сих пор невелик. С точки зрения капитальных затрат, которые выше по сравнению со станциями, работающими на ископаемом топливе, экономически рентабельная работа газификационной установки во многих случаях возможна только при использовании очень дешевого сырья. Интерес к газификационным технологиям все более смещается от производства только тепловой энергии к возможности комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.The experience of long-term use of fuel (generator) gas in engines or turbines is still small. From the point of view of capital expenditures, which are higher in comparison with stations operating on fossil fuels, economically viable operation of a gasification plant in many cases is possible only when using very cheap raw materials. Interest in gasification technologies is increasingly shifting from the production of only thermal energy to the possibility of combined generation of thermal and electric energy.

Несмотря на заметный прогресс, достигнутый в последние годы, система очистки газа является критической составляющей любой газификационной установки. Продолжаются поиски оптимальных решений для достижения требуемых уровней очистки при минимальных затратах. Кроме того, существующее оборудование (установки, реакторы) газификации имеет низкую энергоэффективность, не отвечает современным требованиям по ряду эксплуатационно-технических характеристик, и в первую очередь, по компактности, простоте и удобству обслуживания, надежности, рабочему ресурсу, универсальности по сырью, а также по экологической безопасности, что ограничивает его конкурентоспособность на мировом энергетическом рынке.Despite the notable progress made in recent years, the gas treatment system is a critical component of any gasification installation. The search continues for optimal solutions to achieve the required cleaning levels at the lowest cost. In addition, the existing gasification equipment (plants, reactors) has low energy efficiency, does not meet modern requirements for a number of operational and technical characteristics, and first of all, for compactness, simplicity and ease of maintenance, reliability, work resource, versatility in raw materials, and environmental safety, which limits its competitiveness in the global energy market.

Известные технологии (схемы) газификации /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г. 360 с. с илл.; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., Мир, 1985; Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос.науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955; Колеров Л.К. Газомоторные установки. М., Машгиз 1951 г. / различаются по месту подвода воздуха и отбора горючего топливного газа в газификаторах и разделяются на технологии и, соответственно, реакторы-газификаторы прямого, обратного (обращенного) и горизонтального процесса.Known technologies (schemes) for gasification / Reference. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008 360 s. with ill .; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski. - M., Mir, 1985; G.G. Tokarev. Gas generating cars. State Scientific publishing house lit., M., 1955; Kolerov L.K. Gas engine installations. M., Mashgiz 1951 / differ in the place of air supply and selection of combustible fuel gas in gasifiers and are divided into technologies and, accordingly, gasification reactors of direct, reverse (reverse) and horizontal processes.

В газификаторах прямого процесса перемещение твердого углеродсодержащего топлива (далее - топлива) и газообразного носителя кислорода (воздуха, воздуха с повышенным содержанием кислорода, кислорода) происходит в противоположных направлениях. Газификаторы такого типа достаточно широко распространены и представляют собой, как правило, шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом, сверху этой шахты загружается топливо, а снизу подается газообразный носитель кислорода. Слой топлива поддерживается либо колосниковой решеткой, либо слоем твердых остатков газификации - золы. Горючий топливный газ отводится в верхней зоне шахты. Конструкции газификаторов такого типа отличаются выполнением отдельных конструктивных элементов, взаимное расположение которых, как правило, остается неизменным. Процессы образования газов в слое топлива в таких газификаторах протекают следующим образом. Подаваемый через нижнюю зону газогенератора газообразный носитель кислорода вначале проходит через зону золы, где он немного подогревается, а далее поступает в раскаленный слой топлива (окислительная зона), где кислород вступает в реакцию с горючими элементами топлива. Образовавшиеся продукты горения, поднимаясь вверх и встречаясь с раскаленным топливом (зона восстановления), восстанавливаются до окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх сильно нагретых продуктов восстановления происходит термическое разложение (сухая перегонка) топлива (зона пиролиза) и продукты восстановления обогащаются продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуются вначале полукокс, а затем и кокс, на поверхности которых при их опускании вниз происходит восстановление продуктов горения. При опускании еще ниже происходит горение кокса. В верхней части газификатора происходит сушка топлива теплом поднимающихся газов и паров, при отборе горячего газа (с температурой до 300°С и выше) продукты газификации смешиваются с продуктами, полученными в зонах подсушки и сухой перегонки (пиролиза).In direct process gasifiers, the movement of solid carbon-containing fuel (hereinafter referred to as fuel) and a gaseous oxygen carrier (air, air with a high content of oxygen, oxygen) occurs in opposite directions. Gasifiers of this type are quite widespread and are, as a rule, a mine, the inner walls of which are lined with refractory material, fuel is loaded on top of this shaft, and a gaseous oxygen carrier is supplied below. The fuel layer is supported either by a grate or a layer of solid gasification residues - ash. Combustible fuel gas is discharged in the upper zone of the mine. The design of gasifiers of this type is distinguished by the execution of individual structural elements, the mutual arrangement of which, as a rule, remains unchanged. The processes of gas formation in the fuel layer in such gasifiers proceed as follows. The gaseous oxygen carrier supplied through the lower zone of the gas generator first passes through the ash zone, where it is slightly warmed up, and then enters the red-hot layer of fuel (oxidizing zone), where oxygen reacts with combustible fuel elements. The resulting combustion products, rising up and meeting with hot fuel (reduction zone), are reduced to carbon monoxide and hydrogen. With further upward movement of strongly heated reduction products, thermal decomposition (dry distillation) of the fuel (pyrolysis zone) occurs and the reduction products are enriched with decomposition products (gases, tar and water vapor). As a result of the decomposition of fuel, first semi-coke and then coke are formed, on the surface of which, when they are lowered, the combustion products are restored. When lowering even lower, coke burns. In the upper part of the gasifier, the fuel is dried by the heat of rising gases and vapors; during the selection of hot gas (with temperatures up to 300 ° C and above), gasification products are mixed with products obtained in the zones of drying and dry distillation (pyrolysis).

Прямой процесс почти не накладывает ограничений на вид и влажность топлива, но при этом получаемый газ очень загрязнен и содержит большое количество пиролизных смол, паров воды, пылевидных частиц и т.д. Для его дальнейшего использования требуется глубокая очистка с использованием дорогостоящего оборудования.The direct process almost does not impose restrictions on the type and humidity of the fuel, but the resulting gas is very polluted and contains a large number of pyrolysis resins, water vapor, dust particles, etc. For its further use, deep cleaning using expensive equipment is required.

Таким образом, процесс в газификаторе в целом является комбинацией двух самостоятельных процессов - сухой перегонки и собственно газификации. При прямом процессе газификации из некоторых сортов топлива (т.н. битуминозного топлива) получается газ с большим содержанием смолы. Это делает газ неприемлемым для применения в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания без их специальной очистки. При газификации этим способом древесины и торфа в продуктах сухой перегонки содержится также уксусная кислота и другие нежелательные примеси (фенолы и др.). Очистка газа от смол принципиально возможна с применением дезинтеграторов, электрофильтров, что усложняет и удорожает весь технологический процесс.Thus, the process in the gasifier as a whole is a combination of two independent processes - dry distillation and gasification proper. In the direct gasification process, some types of fuel (the so-called bituminous fuel) produce gas with a high tar content. This makes the gas unacceptable for use as a fuel in internal combustion engines without their special purification. When this method of gasifying wood and peat, the products of dry distillation also contain acetic acid and other undesirable impurities (phenols, etc.). Gas purification from resins is fundamentally possible with the use of disintegrators, electrostatic precipitators, which complicates and increases the cost of the entire process.

В связи с изложенным на практике прямой процесс газификации используется при применении топлив с небольшим выходом летучих (антрацит, кокс, полукокс, древесный уголь).In connection with the foregoing, the direct gasification process is used when using fuels with a small yield of volatile (anthracite, coke, semi-coke, charcoal).

В обращенном процессе газификации топливо и газообразный носитель кислорода перемещаются в попутном направлении. Газификаторы обращенного процесса, как правило, также представляют собой шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом, сверху этой шахты загружается топливо, а в средней по вертикали зоне, как правило, через фурмы подается газообразный носитель кислорода. Слой топлива поддерживается либо колосниковой решеткой, либо слоем золы. Топливный газ отводится в нижней зоне шахты. Конструкции газификаторов такого типа отличаются выполнением отдельных конструктивных элементов, взаимное расположение которых, как правило, остается неизменным. Так как отвод образовавшегося газа (с температурой 400…500°С) осуществляется через нижнюю зону газификатора, то зона горения (окисления) находится в плоскости фурм, ниже этой зоны следует зона восстановления, над зоной горения располагается зона пирогенетического разложения топлива, происходящего за счет тепла раскаленного горящего кокса. Сушка самого верхнего слоя топлива в таких газификаторах происходит за счет передачи тепла от зоны пирогенетического разложения топлива. Основным недостатком является то, что обращенный процесс накладывает ограничения на влажность топлива (ввиду отсутствия активной зоны подсушки), что вызывает необходимость в топливоподготовке, но при этом обеспечивает получение более чистого газа с относительно малым содержанием пиролизных смол и других примесей, т.к. все продукты сухой перегонки проходят через высокотемпературную реакционную зону.In the reversed gasification process, fuel and a gaseous oxygen carrier move in the associated direction. Gasifiers of the reversed process, as a rule, also represent a mine, the inner walls of which are lined with refractory material, fuel is loaded on top of this mine, and in the vertical middle zone, as a rule, a gaseous oxygen carrier is supplied through the tuyeres. The fuel layer is supported by either a grate or a layer of ash. Fuel gas is discharged in the lower zone of the mine. The design of gasifiers of this type is distinguished by the execution of individual structural elements, the mutual arrangement of which, as a rule, remains unchanged. Since the evacuation of the formed gas (with a temperature of 400 ... 500 ° C) is carried out through the lower zone of the gasifier, the combustion (oxidation) zone is in the tuyere plane, a reduction zone follows this zone, above the combustion zone there is a zone of pyrogenetic decomposition of fuel due to heat of burning hot coke. Drying of the uppermost layer of fuel in such gasifiers occurs due to heat transfer from the zone of pyrogenetic decomposition of fuel. The main disadvantage is that the reversed process imposes restrictions on the humidity of the fuel (due to the absence of an active drying zone), which necessitates fuel preparation, but at the same time provides a cleaner gas with a relatively low content of pyrolysis resins and other impurities, because all dry distillation products pass through a high temperature reaction zone.

При горизонтальном процессе воздух подводится через фурму, расположенную сбоку в нижней части газификатора, газоотборная решетка располагается с противоположной стороны, а на небольшом пространстве между ними сосредоточена активная, или реакционная зона (окисления/восстановления), над которой располагается зона сухой перегонки и выше - зона подсушки топлива. Этот газификатор обладает достаточно простой конструкцией и гибкостью работы, однако не может обеспечить образование бессмольного газа и не пригоден для газификации битуминозных, а также многозольных топлив.In a horizontal process, air is supplied through a lance located laterally in the lower part of the gasifier, the gas sampling lattice is located on the opposite side, and the active or reaction zone (oxidation / reduction) is concentrated in a small space between them, above which there is a dry distillation zone and above it is a zone drying fuel. This gasifier has a fairly simple design and flexibility, but cannot provide the formation of tar without gas and is not suitable for gasification of bituminous as well as multi-ash fuels.

Наиболее перспективными с точки зрения повышения эффективности являются комбинированные технологии (схемы) и, соответственно, газификаторы, которые позволяют использовать преимущества как прямого, так и обратного процессов газификации, в частности, на базе двухзонного процесса газификации / Колеров Л.К. Газомоторные установки. М., Машгиз, 1951 г., с. 12-15/. Газификатор имеет две реакционные зоны (каждая включает зону окисления и зону восстановления), причем в верхней части реактора (верхней реакционной зоне) топливо газифицируется по обращенному процессу, а в нижней части (нижней реакционной зоне) по прямому процессу газифицируется кокс, образовавшийся по мере прохождения топлива через верхнюю зону. Отбор газа осуществляется между зонами восстановления, а зола удаляется во время работы реактора. Процесс благоприятен для газификации битуминозных топлив повышенной зольности, однако, не устраняя в достаточной степени недостатки прямого и обращенного процессов, имеет также специфические недостатки, связанные с высокой температурой получаемого газа (до 700°С) и сложностью регулировки воздушного и паровоздушного дутья.The most promising from the point of view of increasing efficiency are combined technologies (schemes) and, accordingly, gasifiers, which allow you to take advantage of both direct and reverse gasification processes, in particular, on the basis of a two-zone gasification process / Kolerov L.K. Gas engine installations. M., Mashgiz, 1951, p. 12-15 /. The gasifier has two reaction zones (each includes an oxidation zone and a reduction zone), and in the upper part of the reactor (upper reaction zone) the fuel is gasified by the reverse process, and in the lower part (lower reaction zone), coke formed during the passage is gasified fuel through the upper zone. Gas is taken between the recovery zones, and the ash is removed during reactor operation. The process is favorable for the gasification of bituminous fuels with high ash content, however, while not sufficiently eliminating the shortcomings of the direct and inverse processes, it also has specific disadvantages associated with the high temperature of the produced gas (up to 700 ° C) and the difficulty of adjusting the air and steam blast.

Низкосортное углеродсодержащее сырье, которое предназначено для использования в качестве топлива в настоящем изобретении, как правило, характеризуется повышенным содержанием золы и/или смол, а также влаги. В связи с этим горючий топливный газ, получаемый из такого сырья по существующим технологиям (схемам) газификации, обладает свойствами, не позволяющими использовать его в качестве силового, т.е. для непосредственного получения энергии в двигателе - газопоршневой или газотурбинной установке, а именно:Low-grade carbon-containing raw materials that are intended to be used as fuel in the present invention are typically characterized by a high content of ash and / or resins, as well as moisture. In this regard, combustible fuel gas obtained from such raw materials using existing gasification technologies (schemes) has properties that do not allow its use as a power gas, i.e. for direct energy in the engine - a gas piston or gas turbine installation, namely:

- высокую температуру (300…700°С) и, соответственно, малую плотность, что приводит к ухудшению наполнения двигателя и падению его мощности;- high temperature (300 ... 700 ° C) and, accordingly, low density, which leads to a deterioration in the filling of the engine and a drop in its power;

- низкую объемную теплотворность вследствие большого содержания балласта (азота воздуха, влаги, углекислого газа); так, для наиболее калорийного газа, получаемого при воздушном дутье, - менее 4000 кДж/м3 сухого газа, для наиболее калорийного на парокислородном дутье под давлением - около 15 000 кДж/м3;- low volume calorific value due to the high content of ballast (nitrogen, air, moisture, carbon dioxide); so, for the most high-calorific gas produced by air blasting, less than 4000 kJ / m 3 of dry gas, for the most high-calorific gas using steam-oxygen blast under pressure, about 15,000 kJ / m 3 ;

- высокое содержание вредных примесей (зола, угольная пыль, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения, влага), которые нарушают нормальную работу двигателя, вызывают преждевременный износ трущихся деталей и отказ двигателя.- high content of harmful impurities (ash, coal dust, soot, tarry substances, sulfur compounds, moisture), which interfere with the normal operation of the engine, cause premature wear of rubbing parts and engine failure.

Кроме того, для наиболее распространенных аппаратных решений реакторов-газификаторов (шахтного типа), которые основаны на движении (перемещении) газифицируемого твердого кускового (измельченного) топлива под действием собственного веса, не решенной проблемой остается обеспечение стабильности протекания горения. Поскольку перерабатываемые материалы (особенно это касается низкосортного сырья) зачастую имеют неравномерную газопроницаемость и склонны к слипанию при пиролизе, сводообразованию и зависанию на стенках реактора, то и фронт пиролиза и газификации может распространяться по сечению реактора неравномерно. В слое перерабатываемого сырья могут образоваться «прогары», по которым преимущественно протекает газовый поток, происходят обрушения материала в полости, образованные при горении, и одновременно могут формироваться практически газонепроницаемые области. Как следствие, распределение температуры в зоне горения оказывается неоднородным и плохо управляемым, что ведет к снижению качества газа.In addition, for the most common hardware solutions of gasification reactors (shaft type), which are based on the movement (movement) of gasified solid lump (ground) fuel under its own weight, the stability of the flow of combustion remains an unsolved problem. Since the processed materials (especially with regard to low-grade raw materials) often have uneven gas permeability and are prone to sticking together during pyrolysis, arching, and freezing on the walls of the reactor, the pyrolysis and gasification front can spread unevenly over the reactor cross section. In the layer of the processed raw materials, “burnouts” can occur, through which the gas stream mainly flows, material collapses in the cavities formed during combustion, and almost gas-tight regions can form at the same time. As a result, the temperature distribution in the combustion zone is heterogeneous and poorly controlled, which leads to a decrease in gas quality.

Таким образом, для практического применения топливного силового газа, особенно получаемого из низкосортного сырья, требуется в том или ином виде использование системы (как правило, многоэтапной) его кондиционирования, включающей достаточно сложное и дорогостоящее оборудование охлаждения, осушки и очистки газа (скрубберы, циклоны, электрофильтры, фильтры-нейтрализаторы и т.п.) / Колеров Л.К. Газомоторные установки. М., Машгиз 1951 г., с. 15-17; Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе^. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., с. 248-249/, что существенно ограничивает область эффективного использования установок газификации и снижает их технико-экономические и эксплуатационно-технические характеристики.Thus, for the practical use of fuel power gas, especially obtained from low-grade raw materials, it is necessary in one form or another to use a system (usually multi-stage) for its conditioning, including rather complicated and expensive equipment for cooling, drying and purifying gas (scrubbers, cyclones, electrostatic precipitators, neutralizing filters, etc.) / Kolerov L.K. Gas engine installations. M., Mashgiz 1951, with. 15-17; Directory. “Boiler houses and biofuel power plants ^. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, p. 248-249 /, which significantly limits the area of efficient use of gasification plants and reduces their technical, economic and operational-technical characteristics.

Известен ряд технических решений, направленных на повышение эффективности газификации углеродсодержащего, и в частности, низкосортного сырья.A number of technical solutions are known aimed at increasing the efficiency of gasification of carbon-containing, and in particular, low-grade raw materials.

Так, известен «Способ регулирования получения горючего газа и устройство для получения горючего газа» (Евразийский патент 000184 В1, дата публ. 24.12.1998), где для повышения чистоты газа и более полного использования углерода сырья газифицирующее средство в реактивную зону вертикального реактора подводят снизу через колосниковую решетку и/или сверху и сбоку, а отвод газа осуществляют на стороне, противолежащей боковому подводу газифицирующего средства, что способствует перемешиванию слоев газифицируемого сырья, при этом регулируют вертикальное положение реакционной зоны скоростью вывода золы, оптимальную температуру газообразования через поток газифицирующего средства, производительность через установку ширины реакционной зоны путем согласованного регулирования подачи газифицирующего средства и вывода золы. Для осуществления способа предусмотрена колосниковая ступенчатая решетка с приводом для ее переталкивающего перемещения и уплотнения частично газифицированного топлива, а кожух реактора снабжен теплоизоляцией в виде двухслойной изолирующе-охлаждающей системы с перфорированной перегородкой между внешним и внутренним слоями, а охлаждающим агентом является воздух, используемый в качестве газифицирующего средства. Предлагаемое решение представляется недостаточно надежным и сложным ввиду необходимости сортировки и подготовки сырья и наличия движущихся частей в высокотемпературной зоне (колосниковая решетка), а достигаемый эффект недостаточным.Thus, the “Method for controlling the production of combustible gas and a device for producing combustible gas” is known (Eurasian patent 000184 B1, published date 12.24.1998), where to increase the purity of the gas and more fully use the carbon of the feed, the gasifying agent is fed from below to the vertical zone of the reactor through the grate and / or from above and from the side, and the gas is discharged on the side opposite the side supply of gasifying means, which helps to mix the layers of gasified raw materials, while adjusting the vertical th speed position of the reaction zone ash withdrawal, the optimum gasification temperature through the flow of the gasifying agent, the reaction efficiency by setting the band width through coordinated regulation of the gasifying means and outputting the ash. To implement the method, a grate-type step grate is provided with a drive for its repulsive movement and compaction of partially gasified fuel, and the reactor casing is provided with thermal insulation in the form of a two-layer insulating-cooling system with a perforated partition between the outer and inner layers, and the cooling agent is air used as gasifying facilities. The proposed solution is not sufficiently reliable and complicated due to the need for sorting and preparation of raw materials and the presence of moving parts in the high-temperature zone (grate), and the achieved effect is insufficient.

Известен также «Газификатор и способ газификации твердого топлива» (Евразийский патент 009349 В1, дата публ. 28.12.2007) на основе двухзонной схемы газификации, содержащий стадии частичного окисления топлива из биомассы в первой зоне окисления для производства растительного угля, восстановления растительного угля в зоне восстановления для образования золы, дополнительного окисления любого остатка растительного угля в золе во второй зоне окисления, извлечения потока горючего, произведенного на вышеупомянутых стадиях, посредством выпускной трубы, причем в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, а во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива. Поток горючего при температуре примерно 850°С, произведенный в обеих зонах, проходит через перфорированное коническое кольцо, которое наполнено микропористым полимером-катализатором, для того, чтобы осуществить крекинг остаточного жидкого продукта перегонки перед тем, как он выйдет из газификатора. Таким образом предполагается осуществлять очистку газа, однако это ведет к усложнению и удорожанию установки, а также повышает эксплуатационные издержкиAlso known is the “Gasifier and method for gasifying solid fuels" (Eurasian patent 009349 B1, published on December 28, 2007) based on a two-zone gasification scheme containing the stages of partial oxidation of fuel from biomass in the first oxidation zone for the production of vegetable coal, the restoration of vegetable coal in the zone reduction for the formation of ash, additional oxidation of any residue of vegetable coal in the ash in the second oxidation zone, extraction of the fuel stream produced in the above stages, through the exhaust pipe loss, moreover, in the first oxidation zone, the gas stream has the same direction as the fuel stream, and in the second oxidation zone, the gas stream has a direction opposite to the fuel stream. A fuel stream at a temperature of about 850 ° C., produced in both zones, passes through a perforated conical ring that is filled with a microporous polymer catalyst in order to crack the residual distillation liquid product before it leaves the gasifier. Thus, it is supposed to carry out gas purification, however, this leads to a complication and higher cost of the installation, and also increases operating costs

Известный «Способ газификации твердого углеродсодержащего топлива, в том числе углеродсодержащих отходов и газогенератор» (Евразийский патент 014373, дата публ. 29.10.2010) предполагает подачу в вертикально ориентированный газогенератор углеродсодержащего топлива сверху вниз и потока газообразного носителя кислорода по направлению движения углеродсодержащего топлива и отвод горючего газа из нижней зоны газогенератора. Поток газообразного носителя кислорода подают в среднюю по вертикали зону газогенератора по всему периметру с одновременным формированием направленных вниз по направлению движения углеродсодержащего топлива и направленных вверх против направления движения углеродсодержащего топлива потоков, при этом дополнительно осуществляют отвод горючего газа из верхней зоны газогенератора. Указанное техническое решение сочетают в себе преимущества прямого и обратного процесса газификации, но и не исключает недостатки двухзонного процесса.The well-known "Method for the gasification of solid carbon-containing fuel, including carbon-containing waste and a gas generator" (Eurasian patent 014373, published date 10/29/2010) involves supplying a vertically oriented carbon-containing fuel from top to bottom and a gaseous oxygen carrier flow in the direction of carbon-containing fuel movement and removal combustible gas from the lower zone of the gas generator. The flow of the gaseous oxygen carrier is fed into the vertically middle zone of the gas generator along the entire perimeter with the simultaneous formation of downward-directed streams of carbon-containing fuel and directed upward against the direction of movement of the carbon-containing fuel, while additionally the combustible gas is removed from the upper zone of the gas generator. The specified technical solution combines the advantages of the direct and reverse gasification process, but does not exclude the disadvantages of the dual-zone process.

В известном «Способе подготовки топлива, в том числе, к сжиганию и устройстве для его осуществления» (патент RU 2301374, Кондра Е.И. и др., дата публ. 20.06.2007) топливо подают в реактор, перемещают его навстречу газообразному окислителю, содержащему кислород, и получают кокс в области пиролиза и коксования топлива, расположенной в реакторе между местами ввода в реактор топлива и окислителя. Кокс обрабатывают паром, образующимся при подаче в реактор типа туннельной печи воды для охлаждения твердого остатка или целевого продукта перед его выгрузкой из реактора. Водяной газ, получающийся при взаимодействии кокса с парами воды, либо выводят из реактора для использования в качестве топливного газа тепловой машины, либо направляют навстречу перемещаемому по реактору коксу к месту ввода в реактор окислителя и там сжигают, получая необходимое для коксования, пиролиза и сушки топлива тепло и выводя из реактора образующийся генераторный газ. В зависимости от вида исходного топлива и режима обработки твердый целевой продукт может представлять собой кокс, древесный или активированный уголь. Техническое решение представляется весьма сложным для реализации и не предполагает полного цикла переработки сырья.In the well-known “Method for preparing fuel, including for burning and a device for its implementation” (patent RU 2301374, Kondra E.I. et al., Publication date 20.06.2007), fuel is fed into the reactor, it is moved towards the gaseous oxidizing agent containing oxygen, and get coke in the area of pyrolysis and coking of the fuel located in the reactor between the places of entry into the reactor of fuel and oxidizer. Coke is treated with steam generated when water is supplied to a reactor such as a tunnel furnace to cool a solid residue or target product before it is discharged from the reactor. The water gas resulting from the interaction of coke with water vapor is either taken out of the reactor to be used as a fuel gas of a heat engine, or directed towards the coke transported through the reactor to the place where the oxidizer is introduced into the reactor, and it is burned there, obtaining the fuel needed for coking, pyrolysis and drying of the fuel heat and removing generated gas from the reactor. Depending on the type of source fuel and the processing mode, the solid target product may be coke, charcoal or activated carbon. The technical solution seems to be very difficult to implement and does not imply a complete cycle of raw material processing.

Известный «Газификатор твердого топлива» (патент RU 2315083, Князев А.Е, дата публ. 10.08.2007) является многоступенчатым, при этом в первой ступени происходит сушка, пиролиз и частичное сжигание топлива, на верхней границе теплового пятна второй ступени происходит выгорание всего кислорода, образовавшегося в результате расщепления пара, на третьей ступени дожигаются и поглощаются остатки углерода.The well-known “Solid fuel gasifier” (patent RU 2315083, Knyazev A.E., published on 08/10/2007) is multi-stage, while in the first stage drying, pyrolysis and partial combustion of fuel occurs, on the upper boundary of the heat spot of the second stage, all burn out of oxygen generated as a result of steam splitting, at the third stage, carbon residues are burned and absorbed.

Каждая ступень снабжена устройством для подвода пара, размещенным ниже устройства для поджига и стабилизации горения. Изобретение обеспечивает полное сгорание кускового топлива без его предварительной подготовки, однако является достаточно сложным, а получаемый топливный газ требует кондиционирования.Each stage is equipped with a device for supplying steam, located below the device for ignition and stabilization of combustion. The invention provides for the complete combustion of lump fuel without preliminary preparation, however, it is rather complicated, and the resulting fuel gas requires conditioning.

Значительные преимущества при разработке эффективных технических решений имеет технология газификация по схеме прямого процесса в плотном слое при встречной подаче газифицирующего агента (в частности, воздуха) и топлива, поскольку дает возможность использовать низкокалорийные топлива влажностью до 40…50% с высоким к.п.д. теплового процесса (до 95%). /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г. 360 с. с илл., с. 111-151; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., Мир, 1985; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012. - 504 с./.Significant advantages in the development of effective technical solutions are gasification technology according to the direct process scheme in a dense layer with a counter flow of a gasifying agent (in particular, air) and fuel, since it makes it possible to use low-calorific fuels with humidity up to 40 ... 50% with high efficiency . thermal process (up to 95%). /Directory. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008 360 s. with ill., p. 111-151; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski. - M., Mir, 1985; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012. - 504 pp. /.

Такое решение предлагается в «Способе переработки конденсированного топлива и устройство для его осуществления. (Патент RU 2376527, Жирнов, Зайченко, Манелис, Полианчик, дата публ. 20.12.2009). Указанный способ реализует схему газификации твердых органических топлив, в том числе топливной биомассы, в противотоке газифицирующего агента (прямой процесс газификации), и отличается тем, что паровоздушная газификации в плотном слое проводится в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом в цилиндрическом наклонном вращающемся реакторе-газификаторе /Кислов В.М. Газификация древесины и ее компонентов в фильтрационном режиме. Автореферат диссертации на соискание ученой степени КФМН. ИПХФ РАН, Черноголовка, 2008; Зайченко А.Ю. Влияние движения твердой фазы на характер фильтрационного горения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка - 2008. ИПХФ РАН/.Such a solution is proposed in the "Method for processing condensed fuel and a device for its implementation. (Patent RU 2376527, Zhirnov, Zaichenko, Manelis, Polyanchik, published date 12/20/2009). This method implements a scheme for the gasification of solid organic fuels, including biomass fuel, in countercurrent gasification agent (direct gasification process), and differs in that the vapor-air gasification in a dense layer is carried out in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating in a cylindrical inclined rotating gasifier reactor / Kislov V.M. Gasification of wood and its components in a filtration mode. Abstract of dissertation for the degree of KFMN. IPCP RAS, Chernogolovka, 2008; Zaichenko A.Yu. The effect of the motion of the solid phase on the nature of filtration combustion. Abstract of dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences Chernogolovka - 2008. IPCP RAS.

Она предусматривает загрузку топлива (измельченного для обеспечения перемешивания и газопроницаемости) в цилиндрический реактор, подачу в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов переработки, перемещение загруженного топлива вдоль оси реактора, вывод твердых продуктов переработки из реактора, вывод из реактора продуктов сушки, пиролиза и горения в виде горючего топливного газа (продукт-газа), таким образом, что газификация проводится посредством последовательного пребывания топлива в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, зоне горения (реакционной зоне окисления/восстановления) и зоне охлаждения, а газовый поток фильтруется через слой загруженного топлива, проходя последовательно зону охлаждения, зону горения, зону пиролиза и зону нагревания и сушки.It involves loading fuel (crushed to ensure mixing and gas permeability) into a cylindrical reactor, supplying a gasifying agent containing oxygen to the reactor from the side of the reactor, where solid refined products are accumulated, loaded fuel moves along the axis of the reactor, and solid refined products are removed from the reactor, conclusion from the reactor of products of drying, pyrolysis and combustion in the form of combustible fuel gas (product gas), so that gasification is carried out by means of the fuel remains in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the combustion zone (oxidation / reduction reaction zone) and the cooling zone, and the gas stream is filtered through the loaded fuel layer, passing through the cooling zone, the combustion zone, the pyrolysis zone and the heating and drying zone.

В реактор, в зону, где температура максимальна/превышает 400°С, подают воду в жидком виде. Для обеспечения равномерности распределения по сечению реактора водяного пара, испаряемого на нагретых твердых материалах шихты, процесс проводят в наклонном вращающемся реакторе, установленном под углом к горизонту в пределах от 22 до 65°. Температура в активной зоне ограничивается за счет испарительного внутреннего охлаждения в совокупности с пассивным охлаждением за счет эндотермических реакций. Достоинствами указанного способа является высокая эффективность процесса газификации топлив, в том числе мелкодисперсных и склонных к спеканию, а именно стабильность и высокий к.п.д. газификации, отсутствие не прореагировавшего топлива в отходах, низкий уровень вредных выбросов в атмосферу.In the reactor, in the zone where the temperature is maximum / exceeds 400 ° C, water is supplied in liquid form. To ensure uniform distribution over the reactor cross section of water vapor evaporated on heated solid materials of the mixture, the process is carried out in an inclined rotating reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 °. The temperature in the core is limited by evaporative internal cooling in conjunction with passive cooling due to endothermic reactions. The advantages of this method is the high efficiency of the process of gasification of fuels, including finely dispersed and prone to sintering, namely, stability and high efficiency gasification, the absence of unreacted fuel in the waste, low levels of harmful emissions into the atmosphere.

В то же время указанному способу присущи недостатки технологической схемы прямого процесса, связанные с большим содержанием смолистых и балластных веществ в получаемом газе. Также существенными недостатками способа являются сложность и ненадежность, обусловленные наличием в высокотемпературной зоне дополнительных устройств (труба для подачи воды; датчики температуры для управления рабочими параметрами газификации; уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении). При изменениях параметров сырья (насыпной плотности, фракционного состава и др.) возможно ухудшение газопроницаемости слоя продуктов переработки (золы) из-за спекания и не прореагировавшего топлива, что не позволяет поддерживать оптимальные параметры паровоздушного дутья и затрудняет работу разгрузочного устройства.At the same time, the specified method has inherent disadvantages of the technological scheme of the direct process associated with a high content of tar and ballast substances in the resulting gas. Also significant disadvantages of the method are the complexity and unreliability due to the presence of additional devices in the high-temperature zone (water supply pipe; temperature sensors to control the operating parameters of gasification; seals ensuring the tightness of the reactor during rotation). With changes in the parameters of raw materials (bulk density, fractional composition, etc.), the gas permeability of the layer of processed products (ash) may be deteriorated due to sintering and unreacted fuel, which does not allow maintaining the optimal parameters of the steam-air blast and complicates the operation of the unloading device.

Также не решена проблема тепловой защиты конструкции реактора (боковой стенки, разгрузочного устройства) для снижения тепловых потерь и обеспечения его надежности и долговечности. Обычно применяется футеровка корпуса изнутри теплоизоляционной кладкой, однако такая защита недостаточна, надежность, ремонтопригодность и срок службы таких конструкций низки, недостаточная компактность, высокие массовые и габаритные характеристики ограничивают применение реакторов в малогабаритных, мобильных и полустационарных энергетических установках, предназначенных для децентрализованного энергоснабжения. Кроме того, наличие только одной точки подачи воды препятствует равномерному распределению пара, особенно при больших размерах реактора, что снижает возможности управления рабочими параметрами газификации в целях их оптимизации применительно к топливам различного вида.Also, the problem of thermal protection of the reactor structure (side wall, unloading device) has not been solved to reduce heat loss and ensure its reliability and durability. Typically, shell lining is used from the inside with insulating masonry, however, such protection is insufficient, reliability, maintainability and the service life of such structures are low, insufficient compactness, high mass and dimensional characteristics limit the use of reactors in small-sized, mobile and semi-stationary power plants designed for decentralized power supply. In addition, the presence of only one water supply point prevents the uniform distribution of steam, especially with a large reactor, which reduces the ability to control the operating parameters of gasification in order to optimize them for various types of fuels.

Указанные недостатки частично устранены в техническом решении «Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления» (Заявка на изобретение RU 2015156390 А, Забегаев, Тихомиров и др., дата публ. заявки 29.06.2017, бюл. №19), являющимся наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков.These shortcomings were partially eliminated in the technical solution “Method for gasification of fuel biomass and a device for its implementation” (Application for invention RU 2015156390 A, Zabegaev, Tikhomirov et al., Date of publication of the application 06/29/2017, bull. No. 19), which is the closest to the claimed invention in the aggregate of essential features.

Способ предполагает газификацию топливной биомассы в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси. Он включает загрузку в реактор топливной биомассы, в качестве которой используют твердое измельченное биотопливо, подачу в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов остатков горения из реактора вывод из реактора горючего топливного газа, при этом газификацию проводят посредством последовательного пребывания топливной биомассы в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, активной зоне окисления/восстановления (реакционной зоне) и зоне охлаждения, а газовый поток, формируемый подачей газифицирующего агента, содержащего кислород, проходит последовательно зону охлаждения, реакционную зону, зону пиролиза и зону нагревания и сушки, причем конечный продукт газификации - горючий топливный газ - фильтруют через слой загруженной топливной биомассы, а подачу воды в реактор осуществляют в реакционную зону в виде пара, образование которого происходит в испарительных полостях пароводяной рубашки (пояса пароводяной завесы), непосредственно примыкающих к внутренней стенке рабочей камеры реактора, за счет теплового потока из реакционной зоны, при этом осуществляют инжекцию перегретого пара в реакционную зону сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, обеспечивая теплозащиту внутренней стенки рабочей камеры реактора с локализацией высокотемпературной зоны в центре реакционной зоны.The method involves gasification of fuel biomass in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis. It includes loading into the reactor fuel biomass, which is used as solid crushed biofuel, supplying to the reactor a gasifying agent containing oxygen from the side of the reactor, where the solid products of combustion residues accumulate from the reactor, and the withdrawal of combustible fuel gas from the reactor, while gasification is carried out by consecutive stay of fuel biomass in the heating and drying zone, pyrolysis zone, active oxidation / reduction zone (reaction zone) and cooling zone, and gas flow formed by the supply of a gasifying agent containing oxygen passes successively a cooling zone, a reaction zone, a pyrolysis zone and a heating and drying zone, the final gasification product — combustible fuel gas — being filtered through a layer of loaded fuel biomass, and the water being supplied to the reactor in the form of steam, the formation of which occurs in the evaporation cavities of a steam-water jacket (belt of a steam-water curtain), directly adjacent to the inner wall of the working chamber of the reactor, due to pilaf stream from the reaction zone, wherein the injection of superheated steam is carried into the reaction zone through the perforated inner wall of the working chamber of the reactor, providing heat protection of the working chamber of the reactor inner wall with the localization of the high-temperature zone in the center of the reaction zone.

Однако предложенные технические решения не устраняют недостатки технологической схемы прямого процесса, связанные с большим содержанием смолистых и балластных веществ в получаемом газе, а также его высокой температурой.However, the proposed technical solutions do not eliminate the shortcomings of the technological scheme of the direct process associated with the high content of tar and ballast substances in the resulting gas, as well as its high temperature.

Настоящее изобретение направлено на решение задач технического осуществления повышения эффективности газификации углеродсодержащего, и в первую очередь низкосортного сырья, с обеспечением качества силового газа для непосредственного использования в двигательных установках, и прежде всего, высокой теплотворности и низкого уровня содержания вредных примесей, а также снижения тепловых потерь в реакторе-газификаторе и обеспечения его компактности, а также экономичности, надежности и долговечности работы.The present invention is aimed at solving the technical problems of increasing the efficiency of gasification of carbon-containing, and primarily low-grade raw materials, ensuring the quality of power gas for direct use in engine systems, and above all, high calorific value and low levels of harmful impurities, as well as reduce heat loss in the gasifier reactor and ensuring its compactness, as well as efficiency, reliability and durability.

Для решения поставленных задач предлагается способ газификации твердого топлива в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси, включающий загрузку в реактор подготовленного - измельченного, уплотненного -твердого топлива, в качестве которого используют твердое биотопливо (ГОСТ 33104-2014. Биотопливо твердое. Термины и определения/, получаемое непосредственно или через промежуточные этапы из биомассы (первичной биомассы и твердых отходов ее переработки, органической части твердых городских (бытовых) отходов), и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье (торф, бурые угли), подачу в реактор газифицирующего агента - воздуха, со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженного твердого топлива вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора горючего топливного газа, подачу воды в реактор. Газификацию проводят в реакторе, оснащенном пароводяной рубашкой, встроенной в пространство внутри двойной боковой стенки, состоящей из внешней стенки - кожуха и внутренней стенки рабочей камеры реактора, подача воды в реактор осуществляется посредством самоинжекции водяного пара, перегретого за счет теплового потока из рабочей камеры реактора, из пароводяной рубашки сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, а получаемый горючий топливный газ фильтруют через слой загруженного твердого топлива.To solve the tasks, a method for gasification of solid fuel in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor, installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis, including loading prepared - ground, compacted - solid fuel into the reactor, is proposed, which use solid biofuel (GOST 33104-2014. Solid biofuel. Terms and definitions /, obtained directly or through intermediate steps from biomass (primary biomass and solid waste processing methods, the organic part of solid urban (household) waste), and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials (peat, brown coals), the gasification agent is supplied to the reactor - air, from the side of the reactor where the accumulation of solid gasification residues takes place, the loaded solid fuel along the axis of the reactor, the withdrawal of solid gasification residues from the reactor, the withdrawal of combustible fuel gas from the reactor, water supply to the reactor. Gasification is carried out in a reactor equipped with a steam jacket integrated in the space inside the double side wall, consisting of an outer wall - a casing and an inner wall of the working chamber of the reactor; water is supplied to the reactor by self-injection of water vapor superheated by the heat flux from the working chamber of the reactor, from the steam-water jacket through the perforated inner wall of the working chamber of the reactor, and the resulting combustible fuel gas is filtered through a layer of loaded solid fuel.

При этом в отличие от известного способа процесс газификации осуществляется по двухступенчатой схеме. На первой ступени в верхней части реактора, включающей зону нагревания и сушки, зону пиролиза (коксования) и дополнительную (верхнюю) реакционную зону, реализуют обращенный процесс частичной газификации, предусматривающий подачу воздуха (воздушное дутье) в верхнюю реакционную зону.Moreover, in contrast to the known method, the gasification process is carried out according to a two-stage scheme. At the first stage, in the upper part of the reactor, including the heating and drying zone, the pyrolysis (coking) zone, and the additional (upper) reaction zone, a reversed partial gasification process is implemented, which involves supplying air (air blast) to the upper reaction zone.

Переместившееся туда в виде кокса твердое топливо частично окисляется (сгорает) и частично газифицируется, а основная его часть перемещается далее в зону активации, где при температуре выше 800°С подвергается обработке водяным паром, перегретым за счет теплового потока из рабочей камеры реактора и поступающим посредством самоинжекции из пароводяной рубашки сквозь перфорированную стенку рабочей камеры реактора. Получаемый в результате активированный уголь аккумулируют в расположенной ниже буферной газоотборной зоне, а образующуюся парогазовую смесь остатков пиролизных газов и не прореагировавшего водяного пара транспортируют в нижнюю реакционную зону второй ступени газификации, где реализуют прямой процесс газификации перемещающегося из буферной газоотборной зоны слоя активированного угля с встречной фильтрацией через него получаемого горючего топливного газа, который затем выводят из реактора и подают потребителю.The solid fuel that has moved there in the form of coke is partially oxidized (burned) and partially gasified, and its main part moves further to the activation zone, where at temperatures above 800 ° C it is treated with water vapor that is superheated due to the heat flux from the working chamber of the reactor and supplied by self-injection from a steam-water jacket through the perforated wall of the working chamber of the reactor. The resulting activated carbon is accumulated in the buffer gas sampling zone below, and the resulting vapor-gas mixture of pyrolysis gas residues and unreacted water vapor is transported to the lower reaction zone of the second gasification stage, where a direct gasification process of the activated carbon layer moving from the buffer gas sampling zone with counter filtration is implemented through it, the resulting combustible fuel gas, which is then removed from the reactor and supplied to the consumer.

Посредством последовательной двухступенчатой схемы с промежуточной обработкой газифицируемого твердого топлива перегретым паром обеспечивается полнота переработки топлива и повышение теплотворной способности получаемого горючего топливного силового газа, а повышение его чистоты достигается, во-первых, разложением содержащихся в пиролизных газах смол и полнотой реакций водяного пара с углеродом и, во-вторых, фильтрацией горючего топливного газа через слой активированного угля, аккумулируемого в буферной газоотборной зоне. При этом потенциально возможно практически полное исключение содержания влаги в получаемом топливном газе, включая как гигроскопическую влагу исходного сырья, так и реакционную (химическую) влагу, а также влагу, дополнительно вводимую в процессе газификации на стадии активации угля. Уменьшение потерь тепла и снижение температуры топливного газа при подаче его потребителю достигается за счет рекуперативного водяного испарительного охлаждения, осуществляемого посредством построения газификатора, включающего реактор с газоотборным каналом и водяной испарительный теплообменник-парогенератор (в наружном или встроенном исполнении), в который извне под давлением подают воду, а получаемый в результате теплообмена водяной пар (насыщенный или обводненный) подают во встроенную в стенку реактора пароводяную рубашку, где он перегревается за счет теплового потока из рабочей камеры реактора и поступает посредством самоинжекции сквозь перфорированную стенку в пристеночную область рабочей камеры в зону активации, а охлажденный горючий топливный газ подают потребителю.By means of a sequential two-stage scheme with intermediate processing of gasified solid fuel with superheated steam, the completeness of fuel processing and an increase in the calorific value of the resulting combustible fuel power gas are ensured, and an increase in its purity is achieved, firstly, by decomposition of the resins contained in the pyrolysis gases and by the complete reaction of water vapor with carbon and secondly, by filtering combustible fuel gas through a layer of activated carbon accumulated in the buffer gas sampling zone. In this case, it is potentially possible to almost completely eliminate the moisture content in the resulting fuel gas, including both the hygroscopic moisture of the feedstock and the reaction (chemical) moisture, as well as moisture additionally introduced in the gasification process at the stage of coal activation. Reducing heat loss and lowering the temperature of the fuel gas when it is supplied to the consumer is achieved by regenerative water evaporative cooling, which is carried out by constructing a gasifier, including a reactor with a gas sampling channel and a water evaporative heat exchanger-steam generator (in the external or built-in version), into which it is supplied under pressure from the outside water, and the water vapor obtained as a result of heat exchange (saturated or irrigated) is supplied to the steam-water jacket built into the wall of the reactor, where n is overheated due to heat flow from the reactor and enters the working chamber by a perforated wall through samoinzhektsii a wall region of the working chamber in the activation zone, and the cooled combustible fuel gas is supplied to the consumer.

Эффективность охлаждения горючего топливного газа может быть повышена за счет дополнительного охлаждения его воздухом, который затем подают в необходимом объеме посредством воздушного дутья в реакционные зоны реактора.The cooling efficiency of combustible fuel gas can be improved by additional cooling with air, which is then supplied in the required volume by air blast to the reaction zones of the reactor.

Высокая степень очистки получаемого горючего топливного газа может дополнительно поддерживаться за счет контроля химического состава (в частности, уровня содержания влаги, углекислого газа) и температуры горючего топливного газа с регулировкой абсолютной и/или относительной производительности газодувки паро-газоотводного канала, устройств подачи газифицирующего агента - воздуха в нижнюю и верхнюю части реактора, а также воздуходувки газо-воздушного теплообменника.A high degree of purification of the resulting combustible fuel gas can be additionally supported by controlling the chemical composition (in particular, the level of moisture, carbon dioxide) and the temperature of the combustible fuel gas with adjustment of the absolute and / or relative productivity of gas blowing of the vapor-gas duct, gasifier supply devices - air to the lower and upper parts of the reactor, as well as blowers of the gas-air heat exchanger.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-10.The invention is illustrated in FIG. 1-10.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства - газификатора твердого топлива в плотном слое в наклонном вращающемся реакторе двухступенчатого (или двухзонного) типа.In FIG. 1 shows a general diagram of a device — a solid fuel gasifier in a dense layer in an inclined rotating reactor of a two-stage (or two-zone) type.

На фиг. 2 показан разрез А-А согласно фиг. 1.In FIG. 2 shows a section AA according to FIG. one.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б согласно фиг. 1.In FIG. 3 shows a section bB according to FIG. one.

На фиг. 4 приведен общий вид газификатора с реактором в рабочем (наклонном) положении (под углом α к горизонту).In FIG. 4 shows a General view of the gasifier with the reactor in the working (inclined) position (at an angle α to the horizontal).

На фиг. 5 представлена общая схема устройства для частного случая построения газификатора с газоанализатором-преобразователем и шиной управления газодувкой паро-газоотводного канала, а также с пароводяной рубашкой реактора с конфигурацией, позволяющей выделить зону активации.In FIG. Figure 5 shows a general diagram of a device for a particular case of constructing a gasifier with a gas analyzer-converter and a control bus for gas blowing of a steam-gas outlet channel, as well as with a steam-water jacket of a reactor with a configuration that makes it possible to isolate the activation zone.

На фиг. 6 представлена общая схема устройства для частного случая построения реактора с водяным испарительным теплообменником-парогенератором во встроенном исполнении, а также с газоанализатором-преобразователем и шинами управления газодувкой паро-газоотводного канала, воздуходувками верхнего и нижнего устройств подачи газифицирующего агента - воздуха и воздуходувкой газо-воздушного теплообменника.In FIG. Figure 6 shows a general diagram of a device for a special case of constructing a reactor with a water-based evaporative heat exchanger-steam generator in built-in design, as well as with a gas analyzer and control buses for gas blowing of a steam-gas outlet channel, blowers of the upper and lower devices for supplying a gasifying agent - air and a gas-air blower heat exchanger.

На фиг. 7 показан разрез А-А согласно фиг. 6.In FIG. 7 shows a section AA according to FIG. 6.

На фиг. 8 показан разрез Б-Б согласно фиг. 6.In FIG. 8 shows a section bB according to FIG. 6.

На фиг. 9 показан выносной фрагмент В согласно фиг. 6.In FIG. 9 shows a detail fragment B according to FIG. 6.

На фиг. 10 показан разрез Г-Г согласно фиг .6.In FIG. 10 shows a section GG according to Fig. 6.

Способ газификации твердого топлива осуществляется посредством устройства -газификатора (фиг. 1-10), которое работает следующим образом.The method of gasification of solid fuel is carried out by means of a gasifier device (Fig. 1-10), which operates as follows.

Исходное твердое топливо «F» (далее - топливо) - биотопливо, получаемое непосредственно или через промежуточные этапы из биомассы (первичной биомассы и твердых отходов ее переработки, органической части твердых городских (бытовых) отходов), и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье (торф, бурые угли), при необходимости предварительно подготовленное для обеспечения газопроницаемости и сыпучести (перемешиваемости), в частности, измельченное (для кускового сырья) или уплотненное (для сырья с низкой насыпной плотностью или мелкодисперсных материалов) и, возможно, с добавлением твердого негорючего материала, загружается через загрузочное устройство 3, включающее бункер с шлюзовой камерой и вертикальным цилиндром, в рабочую камеру реактора, где уровень загруженного топлива поддерживается постоянным, поскольку при вращении реактора происходит его высыпание из вертикального цилиндра (фиг. 1).The initial solid fuel “F” (hereinafter referred to as the fuel) is biofuel obtained directly or through intermediate stages from biomass (primary biomass and solid waste from its processing, the organic part of solid urban (household) waste), and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials ( peat, brown coals), if necessary previously prepared to ensure gas permeability and flowability (mixing), in particular, crushed (for lumpy raw materials) or compacted (for raw materials with a low bulk density of silt finely dispersed materials) and, possibly, with the addition of solid non-combustible material, is loaded through a loading device 3, which includes a hopper with a lock chamber and a vertical cylinder, into the working chamber of the reactor, where the level of loaded fuel is kept constant, since the reactor rotates from the vertical cylinder (Fig. 1).

Топливо «F» в реакторе в виде плотного слоя, перемешиваемого при вращении реактора вокруг своей оси, проходит последовательно через зону нагревания и сушки 4, зону пиролиза (коксования) 5 в верхнюю реакционную зону (зону окисления/восстановления) 6, куда посредством устройства подачи газифицирующего агента в верхнюю часть реактора 22 через верхний воздушный дутьевой канал 21 (например, кольцевой формы, секционированный для обеспечения равномерности распределения подачи воздуха с помощью продольных ребер жесткости 25) подается воздух «А». В верхней реакционной зоне 6 протекают реакции неполного окисления топлива при ограниченном подводе кислорода в составе воздушного дутья. При газификации протекают реакции как с выделением тепла, так и с его поглощением, поэтому для поддержания процесса должно быть обеспечено условие автотермичности, при котором суммарный тепловой эффект всех реакций будет равен нулю.The fuel “F” in the reactor in the form of a dense layer, stirred during rotation of the reactor around its axis, passes sequentially through the heating and drying zone 4, the pyrolysis (coking) zone 5 to the upper reaction zone (oxidation / reduction zone) 6, where through the feed device gasification agent in the upper part of the reactor 22 through the upper air blast channel 21 (for example, an annular shape, partitioned to ensure uniform distribution of air supply using longitudinal stiffeners 25) air "A" is supplied. In the upper reaction zone 6, reactions of incomplete oxidation of the fuel occur with a limited supply of oxygen in the composition of the air blast. During gasification, reactions occur both with the release of heat and with its absorption, therefore, to maintain the process, the condition of autothermality must be ensured, in which the total thermal effect of all reactions will be zero.

При получении воздушного газа, когда в газогенератор в качестве дутья поступает воздух, реакции окисления и восстановления происходят по следующей схеме:Upon receipt of air gas, when air enters the gas generator as blast, the oxidation and reduction reactions occur according to the following scheme:

С+O2→CO2+97650 ккалC + O 2 → CO 2 +97650 kcal

2С+O2→2СО+58860 ккал2C + O 2 → 2CO + 58860 kcal

2СО+O2→2CO2+136440 ккал2CO + O 2 → 2CO 2 +136440 kcal

CO2+С→2СО-38790 ккалCO 2 + C → 2CO-38790 kcal

Достигаемые при этом высокие температуры благоприятны для завершения реакций восстановления углекислоты, однако они могут превышать температуры размягчения и даже жидкоплавкого состояния золы ряда твердых топлив (температура плавления биомассы, как правило, не ниже 1150°С /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., с. 32/). Это приводит к нарушению нормальной работы реактора, так как образуются крупные сплавленные куски шлака, затрудняющие доступ воздуха и процесс генерации газа, перегревается сам аппарат, падает его производительность, КПД, снижается качество газа. Для снижения температуры процесса в реактор вместе дополнительно к воздушному дутью вводятся водяные пары (смешанный процесс генерации - паровоздушное дутье). При паровом дутье получается водяной газ. Водяной пар, проходя через слой раскаленного кокса зоны восстановления, вступает в химическое взаимодействие с углеродом по реакциям:The high temperatures achieved in this case are favorable for the completion of carbon dioxide reduction reactions, however, they can exceed the softening temperature and even the liquid-melting state of the ash of a number of solid fuels (the melting point of biomass is usually not lower than 1150 ° C / Reference. "Boilers and power plants using biofuels. Modern technologies for producing thermal and electric energy using various types of biomass. ”Ovsyanko AD, Pechnikov SA, St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, p. 32 /). This leads to disruption of the normal operation of the reactor, since large fused pieces of slag are formed, which impede air access and the gas generation process, the apparatus itself overheats, its performance decreases, its efficiency decreases, and the gas quality decreases. To reduce the temperature of the process, water vapors are introduced into the reactor together with air blasting (mixed generation process - steam-air blasting). Steam blasting produces water gas. Water vapor passing through a layer of hot coke in the reduction zone enters into chemical interaction with carbon by the reactions:

С+H2O=СО+Н2-28380 ккал; С+2H2O=CO2+2Н2-17970 ккал, т.е. обе реакции - эндотермические, с поглощением тепла, что приводит к локальному снижению температуры. Водяной газ имеет более высокую теплотворную способность по сравнению с воздушным газом, однако при этом КПД процесса невысок.C + H 2 O = CO + H 2 -28380 kcal; С + 2H 2 O = CO 2 + 2Н 2 -17970 kcal, i.e. both reactions are endothermic, with heat absorption, which leads to a local decrease in temperature. Water gas has a higher calorific value than air gas, but the process efficiency is low.

В верхней реакционной зоне 6 за счет частичного окисления углерода топлива достигается температура 900…1100°С, необходимая, во-первых, для подготовки топлива в зоне нагрева и сушки 4 и зоне пиролиза (коксования) 5 и, во-вторых, для осуществления реакций частичной воздушной газификации топлива и получения слоя раскаленного кокса в зоне активации 7, которая располагается ниже верхней реакционной зоны 6, являясь по существу ее продолжением.In the upper reaction zone 6, due to the partial oxidation of carbon fuel, a temperature of 900 ... 1100 ° C is achieved, which is necessary, firstly, for the preparation of fuel in the heating and drying zone 4 and the pyrolysis (coking) zone 5 and, secondly, for reactions partial air gasification of fuel and obtaining a layer of hot coke in the activation zone 7, which is located below the upper reaction zone 6, being essentially its continuation.

Вода «W» в пароводяную рубашку 13, встроенную в пространство внутри двойной боковой стенки, состоящей из внешней стенки - кожуха 1 и внутренней стенки рабочей камеры реактора 2, подается через водяной испарительный теплообменник -парогенератор 24, куда поступает извне под давлением по входному трубопроводу 19 с обратным клапаном. Водяной пар, насыщенный или обводненный, образующийся в результате теплообмена с выходящим из реактора через патрубок газоотборного канала 20 горячим топливным газом «G», поступает в пароводяную рубашку 13, где перегревается под воздействием теплового потока (излучения) из рабочей камеры реактора, а именно из верхней реакционной зоны 6 обращенного процесса газификации (на первой ступени газификации) и из нижней реакционной зоны 9 прямого процесса газификации (на второй ступни газификации).Water "W" in the steam-water jacket 13, built into the space inside the double side wall, consisting of the outer wall - the casing 1 and the inner wall of the working chamber of the reactor 2, is fed through a water evaporative heat exchanger-steam generator 24, which enters from the outside under pressure through the inlet pipe 19 with check valve. Water vapor, saturated or watered, resulting from heat exchange with hot fuel gas “G” leaving the reactor through the outlet of the gas sampling channel 20, enters the steam-water jacket 13, where it overheats under the influence of heat flux (radiation) from the working chamber of the reactor, namely the upper reaction zone 6 of the reversed gasification process (at the first gasification step) and from the lower reaction zone 9 of the direct gasification process (at the second gasification step).

В результате нагрева давление в пароводяной рубашке 13 повышается, пар посредством инжекции поступает через перфорированный по длине зоны активации 7 участок 17 внутренней стенки рабочей камеры реактора, образуя там пристеночный теплоизолирующий слой в перегретом вследствие редукции давления состоянии и вступая в эндотермические реакции с углеродом раскаленного топлива/кокса, в результате которых образуется «водяной» горючий газ и понижается (ограничивается) температура в пристеночном слое в процессе перемешивания топлива и распределения пара при вращении реактора. Высокая температура в реакционной зоне является необходимым условием обеспечения высокого качества газа, практически полное восстановление СО2 в СО обеспечивается при температурах не менее 950…1000°С /Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.- тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 23, 31/.As a result of heating, the pressure in the steam-water jacket 13 increases, the steam is injected through the perforated along the length of the activation zone 7 section 17 of the inner wall of the working chamber of the reactor, forming there a wall heat-insulating layer in a state superheated due to pressure reduction and entering into endothermic reactions with carbon of hot fuel / coke, as a result of which a "water" combustible gas is formed and the temperature in the parietal layer is reduced (limited) during fuel mixing and distribution eniya vapor at reactor rotates. High temperature in the reaction zone is a prerequisite for ensuring high gas quality; almost complete reduction of CO 2 in CO is ensured at temperatures of at least 950 ... 1000 ° C / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific and technical publishing house lit., M., 1955, p. 23, 31 /.

При высоких температурах раскаленного кокса (выше 800…850°С) протекают эндотермические реакции восстановления с образованием водяного газа. Такая обработка перегретым паром позволяет получить из кокса активированный уголь с необходимыми свойствами для его дальнейшего использования в процессе в качестве адсорбента /Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. - М.: Химия, 1984. - 216 с./. При этом слой активированного угля при соответствующем понижении температуры аккумулируется в расположенной ниже буферной газоотборной зоне реактора 8. Образующуюся парогазовую смесь горючего топливного газа, остатков неразложившихся пиролизных газов и не прореагировавшего водяного пара транспортируют через парогазоотводный канал, включающий в себя патрубок отвода парогазовой смеси 14, газопровод с газодувкой 16 и патрубок подачи/ввода парогазовой смеси 15, в нижнюю реакционную зону 9 второй ступени газификации, где реализуют прямой процесс газификации перемещающегося из буферной газоотборной зоны 8 слоя активированного угля, для чего осуществляется воздушное дутье с помощью устройства подачи газифицирующего агента - воздуха «А» в нижнюю часть реактора 12 через зону охлаждения 10. Там происходит накопление твердых остатков газификации - золы «R», которая по мере вращения реактора высыпается через отверстия разгрузочного устройства 11 в бункер для золы 18. Соотношение просветов отверстий, скорости вращения реактора и расхода окислителя (воздуха), подаваемого в реактор, обеспечивает скорость выгрузки золы, при которой положение реакционной зоны 9 в реакторе остается постоянным. Воздух «А» подается в нижнюю часть реактора по его оси (центральное дутье), например, посредством вентилятора (воздуходувки), а формируемый при этом газовый поток проходит последовательно зону охлаждения 10, нижнюю реакционную зону 9 и далее в виде получаемого горючего топливного газа «G» фильтруется через перемещаемый ему навстречу слой активированного угля в буферной газоотборной зоне 8 и затем выводится из верхней части буферной газоотборной зоны 8 реактора через патрубок газоотборного канала 20. На второй ступени газификации обеспечивается практически полное разложение остатков смол, завершение реакций газификации углерода топлива с образованием смешанного горючего топливного газа, включая реакции водяного пара с углеродом, а также очистка получаемого топливного газа от примесей (частиц золы, не прореагировавшего углерода топлива, сажи, возможных следов смол) за счет адсорбции в слое активированного угля в буферной газоотборной зоне 8. Высокая степень переработки и очистки газа «G» обеспечивается за счет длины буферной газоотборной зоны 8, а также высокой реакционной способности топлива - активированного угля (на основе исходного преимущественно растительного, в т.ч. древесного сырья), его газопроницаемости и сыпучести (перемешиваемости). С выходом пара происходит падение давления в пароводяной рубашке 13 и в нее поступает пар из водяного испарительного теплообменника-парогенератора 24, в котором отбираемый горючий топливный газ «G», температура которого на выходе из реактора может достигать 700°С и выше, охлаждают для подачи потребителю в качестве силового газа.At high temperatures of hot coke (above 800 ... 850 ° C) endothermic reduction reactions occur with the formation of water gas. Such treatment with superheated steam makes it possible to obtain activated carbon from coke with the necessary properties for its further use in the process as an adsorbent / Kinle X., Bader E. Active carbons and their industrial applications. - M .: Chemistry, 1984. - 216 p. /. In this case, the activated carbon layer is accumulated at a corresponding temperature decrease in the buffer gas sampling zone of the reactor below 8. The resulting gas-vapor mixture of combustible fuel gas, residues of undecomposed pyrolysis gases and unreacted water vapor are transported through the gas-vapor outlet channel, which includes the outlet of the vapor-gas mixture 14, gas pipeline with a gas blower 16 and a pipe for supplying / introducing a gas-vapor mixture 15 into the lower reaction zone 9 of the second gasification stage, where direct the gasification process of the activated carbon layer moving from the buffer gas sampling zone 8, for which air blasting is carried out using the supply of a gasifying agent - air "A" to the lower part of the reactor 12 through the cooling zone 10. There is an accumulation of solid gasification residues - ash "R", which, as the reactor rotates, pours out through the openings of the unloading device 11 into the ash bin 18. The ratio of the openings of the openings, the rotation speed of the reactor, and the flow rate of the oxidizer (air) supplied to the reactor, It provides an ash discharge rate at which the position of the reaction zone 9 in the reactor remains constant. Air “A” is supplied to the lower part of the reactor along its axis (central blast), for example, by means of a fan (blower), and the gas flow generated in this case passes sequentially to cooling zone 10, lower reaction zone 9 and further in the form of the resulting combustible fuel gas “ G "is filtered through a layer of activated carbon moving towards it in the buffer gas sampling zone 8 and then removed from the upper part of the buffer gas sampling zone 8 of the reactor through the nozzle of the gas sampling channel 20. In the second stage of gasification, almost complete decomposition of tar residues, completion of gas carbonization reactions of fuel with the formation of mixed combustible fuel gas, including water vapor and carbon reactions, as well as purification of the resulting fuel gas from impurities (ash particles, unreacted fuel carbon, soot, possible traces of resins) for due to adsorption in the activated carbon layer in the buffer gas sampling zone 8. A high degree of processing and purification of gas "G" is provided due to the length of the gas buffer zone 8, as well as a high reaction ability of fuel - activated carbon (based on the initial predominantly vegetable, including wood raw materials), its gas permeability and flowability (mixing). With the release of steam, a pressure drop occurs in the steam-water jacket 13 and steam enters into it from the water evaporative heat exchanger-steam generator 24, in which the selected combustible fuel gas "G", the temperature of which at the outlet of the reactor can reach 700 ° C and above, is cooled to supply to the consumer as power gas.

Для эффективного разделения газовых потоков в реакторе предполагаются как конструктивные решения (разделительное кольцо 23 на внутренней поверхности стенки рабочей камеры между зоной активации 7 и буферной газоотборной зоной 8), так и регулирование рабочих параметров (интенсивности и/или соотношения интенсивностей воздушного дутья в верхней и нижней частях реактора, производительности газодувки газопровода 16).For the effective separation of gas flows in the reactor, both structural solutions (separation ring 23 on the inner surface of the working chamber wall between the activation zone 7 and the buffer gas extraction zone 8) and the regulation of operating parameters (intensity and / or ratio of air blast intensities in the upper and lower parts of the reactor, gas blowing capacity of the pipeline 16).

Для повышения надежности разграничения газовых потоков в рабочей камере реактора - парогазовой смеси, отводимой на первой ступени газификации и горючего топливного газа, получаемого на второй ступени газификации, формы конструкции пароводяной рубашки 13 могут быть различными, в частном случае выполнения (фиг. 5) пароводяная рубашка 13 может иметь расширения внутрь рабочей камеры, конструктивно выделяющие зону активации 7 от примыкающих к ней верхней реакционной зоны 6 сверху и буферной газоотборной зоны 8 снизу и имеющие в вертикальном сечении трапецеидальную или иную подобную конфигурацию и локально сужающие поперечное сечение камеры; при этом внутренние, в том числе наклонные, участки стенки такой конструкции внутри зоны активации 7 могут быть дополнительно перфорированы (перфорированные участки 17) для прохождения перегретого пара из пароводяной рубашки 13 внутрь зоны активации 7 рабочей камеры реактора.To improve the reliability of differentiating gas flows in the working chamber of the reactor — the vapor-gas mixture discharged in the first stage of gasification and the combustible fuel gas obtained in the second stage of gasification, the design of the steam-water jacket 13 can be different, in the particular case of execution (Fig. 5) steam-water shirt 13 may have extensions inside the working chamber, structurally distinguishing the activation zone 7 from the adjacent upper reaction zone 6 above and the buffer gas sampling zone 8 below and having a vertical section SRI trapezoidal or other similar configuration and locally narrowing chamber cross-section; while the internal, including inclined, wall sections of such a structure inside the activation zone 7 can be further perforated (perforated sections 17) for passage of superheated steam from the steam-water jacket 13 into the activation zone 7 of the working chamber of the reactor.

Кроме того, повышение надежности разделения газовых потоков может быть достигнуто посредством контроля текущих параметров - температуры и химического состава горючего топливного газа перед подачей его потребителю с учетом того, что превышение расчетных уровней значений температуры газа и/или содержания в нем примесей (влаги, смол) связано с возможным нежелательным поступлением в буферную газоотборную зону парогазовой смеси. Указанный контроль может быть реализован путем установки газоанализатора-преобразователя 37 в газоотборном канале перед подачей горючего топливного газа потребителю, при этом газоанализатор-преобразователь 37 может быть соединен шинами управления 38 с газодувкой паро-газоотводного канала 16 для регулировки ее производительности.In addition, an increase in the reliability of separation of gas flows can be achieved by monitoring the current parameters - temperature and chemical composition of combustible fuel gas before supplying it to the consumer, taking into account that exceeding the calculated levels of gas temperature and / or the content of impurities (moisture, resins) in it due to the possible undesirable entry of a vapor-gas mixture into the buffer gas sampling zone. The specified control can be implemented by installing a gas analyzer-converter 37 in the gas sampling channel before supplying combustible fuel gas to the consumer, while the gas analyzer-converter 37 can be connected by control buses 38 with gas blowing of the vapor-gas channel 16 to adjust its performance.

Для повышения компактности устройства и обеспечения его теплозащиты, а также эффективности процесса активации предлагается техническое решение реактора со встроенным в пароводяную рубашку водяным испарительным теплообменником -парогенератором (фиг. 6-10).To increase the compactness of the device and ensure its thermal protection, as well as the efficiency of the activation process, a technical solution of the reactor is proposed with a water vaporizing heat exchanger-steam generator integrated in the steam-water jacket (Fig. 6-10).

При этом пароводяная рубашка 36 представляет собой кольцевой резервуар для воды «W», подающейся извне под давлением по трубопроводу 19 с обратным клапаном, с водяным испарительным теплообменником-парогенератором 35 и пароперегревателем 33.Moreover, the steam-water shirt 36 is an annular water tank "W", which is supplied externally under pressure via a pipe 19 with a non-return valve, with a water evaporative heat exchanger-steam generator 35 and a superheater 33.

Водяной испарительный теплообменник-парогенератор 35 может представлять собой пучок теплообменных трубок внутри кольцевого резервуара для воды, по которым получаемый горючий топливный газ «G» проходит из буферной газоотборной зоны 8 посредством внутренних газоотводных каналов 26 и кольцевого газосборного канала 39 через теплообменные газовые трубки парогенератора 35, где передает тепло воде, в газосборную полость 27 и далее выводится из реактора через верхний патрубок газоотборного канала 34. При этом для интенсификации процесса охлаждения горючего топливного газа внутренняя стенка рабочей камеры реактора 2 предпочтительно имеет ребристую структуру, а верхний воздушный дутьевой канал выполнен в виде трубок 28, расположенных внутри газосборной полости 27.The water evaporative heat exchanger-steam generator 35 may be a bundle of heat exchange tubes inside an annular water tank through which the produced combustible fuel gas “G” passes from the buffer gas sampling zone 8 through the internal gas exhaust channels 26 and the annular gas collection channel 39 through the heat exchange gas pipes of the steam generator 35, where it transfers heat to water, into the gas collection chamber 27 and is then removed from the reactor through the upper pipe of the gas sampling channel 34. At the same time, it is cooled to intensify the process I combustible fuel gas reactor inner wall of the working chamber 2 preferably has a ribbed structure and an upper air blow passage is provided in the form of tubes 28 arranged inside the gas collecting space 27.

Обводненный пар, образующийся в верхней части пароводяной рубашки 36, поступает через обратные клапаны избыточного давления 29 в пароперегреватель 33, который состоит из соединенных с кольцевой полостью пароводяной рубашки 36 полостей 30, образуемых радиальными стенками 31 в кольцевом пространстве между разделительной цилиндрической стенкой 32 и перфорированным участком 17 внутренней стенки рабочей камеры реактора, образующих в свою очередь ячеистую (сотовую) структуру, примыкающую к перфорированным участкам 17 внутренней стенки, обеспечивающим самоинжекцию перегретого пара из полостей (ячеек) 30 пароперегревателя 33 в пристеночную область зоны активации 7 рабочей камеры реактора.Watered steam generated in the upper part of the steam-water jacket 36 enters through an overpressure check valve 29 into a superheater 33, which consists of cavities 30 formed by radial walls 31 formed by radial walls 31 in the annular space between the cylindrical partition wall 32 and the perforated section 17 of the inner wall of the working chamber of the reactor, which in turn form a cellular (cellular) structure adjacent to the perforated sections 17 of the inner wall, providing conductive samoinzhektsiyu superheated steam from the cavities (cells) 30, a superheater 33 in the wall region activation zone 7 of the working chamber of the reactor.

В результате теплового потока из рабочей камеры реактора возрастающее давление в каждой отдельной испарительной ячейке 30 вынуждает перегретый пар поступать сквозь перфорированный участок 17 внутренней стенки рабочей камеры в активную зону 7.As a result of the heat flow from the working chamber of the reactor, increasing pressure in each individual evaporation cell 30 forces the superheated steam to flow through the perforated section 17 of the inner wall of the working chamber into the core 7.

Подача (вдув) водяного пара в камеру 2 реактора регулируется автоматически термическим способом / Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч. - тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 37/, когда количество пара, образующегося в каждой отдельной ячейке 30 и поступающего из нее в зону активации 7, находится в прямой зависимости от интенсивности и степени нагрева (температуры) данной ячейки.The supply (injection) of water vapor in the chamber 2 of the reactor is automatically controlled thermally / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific - those. publishing house lit., M., 1955, p. 37 /, when the amount of steam generated in each individual cell 30 and entering from it into the activation zone 7 is directly dependent on the intensity and degree of heating (temperature) of this cell.

С выходом пара происходит падение давления в ячейках 30 и в них вновь поступает обводненный пар через обратные клапаны избыточного давления 29. Поступление воды извне по трубопроводу 19 может регулироваться (в частности, ограничиваться) заданным весовым соотношением воды и загруженной в реактор топливной биомассы, соответствующим желательному режиму газификации (составу получаемого топливного газа).With the release of steam, a pressure drop occurs in the cells 30 and water-vapor is again supplied to them through the overpressure check valves 29. The flow of water from the outside through the pipe 19 can be controlled (in particular, limited) by a predetermined weight ratio of water and the fuel biomass loaded into the reactor, corresponding to the desired gasification mode (composition of the resulting fuel gas).

Возможные отложения (нагар) на внутренней поверхности перфорированного участка 17 в зоне активации 7 реактора могут заглушать перфорацию в отдельных ячейках 30, однако возникающее локальное повышение температуры ускоряет процесс газификации, устраняя отложения, а временное повышение давления пара в этих ячейках способствует его прохождению внутрь камеры.Possible deposits (soot) on the inner surface of the perforated section 17 in the activation zone 7 of the reactor can drown out the perforation in individual cells 30, however, a local temperature increase accelerates the gasification process, eliminating deposits, and a temporary increase in steam pressure in these cells contributes to its passage into the chamber.

Для дополнительного охлаждения топливного газа предусмотрено использование газо-воздушного теплообменника 40, при этом отработавший (подогретый) воздух «А» в необходимом объеме может использоваться в качестве воздушного дутья в устройствах подачи газифицирующего агента - воздуха в верхнюю 22 и нижнюю 12 части реактора, а излишки - для сушки исходного сырья.For additional cooling of the fuel gas, the use of a gas-air heat exchanger 40 is provided, while the exhaust (heated) air “A” in the required volume can be used as air blast in the gasifier supply device - air to the upper 22 and lower 12 of the reactor, and the excess - for drying the feedstock.

Для повышения надежности разделения газовых потоков газоанализатор-преобразователь 37 может быть соединен шинами управления 38 не только с газодувкой паро-газоотводного канала 16, но и с устройствами подачи газифицирующего агента - воздуха в нижнюю 12 и верхнюю 22 части реактора, а также с воздуходувкой газовоздушного теплообменника (охладителя газа) 40 для регулировки их производительности/соотношения производительностей работы.To increase the reliability of separation of gas flows, the gas analyzer-converter 37 can be connected with control buses 38 not only with gas blowing of the vapor-gas removal channel 16, but also with devices for supplying a gasifying agent - air to the lower 12 and upper 22 of the reactor, as well as with a gas-air heat exchanger blower (gas cooler) 40 to adjust their productivity / work productivity ratio.

Для упрощения конструкции устройства, в частности, снижения требований к уплотнениям можно использовать маятниковый режим вращения реактора со сменой направления вращения реактора на противоположное после его поворота на определенный угол (например, на 180°).To simplify the design of the device, in particular, to reduce the requirements for seals, you can use the pendulum mode of rotation of the reactor with a change in the direction of rotation of the reactor to the opposite after its rotation by a certain angle (for example, 180 °).

На основании справочных данных /см. указанный выше источник: Справочник «Котельные и электростанции на биотопливе…, с. 110/ для ориентировочной оценки эффективности предлагаемых технических решений примем следующие исходные данные:Based on reference data / see source indicated above: Reference book “Boiler houses and biofuel power plants ..., p. 110 / for a rough assessment of the effectiveness of the proposed technical solutions we will accept the following initial data:

1) примерный состав получаемого топливного газа при паровоздушном дутье, % по объему: СО-28, H2-16, СО2-7, N2-46, СН4-3;1) an approximate composition of the resulting fuel gas during steam-air blasting,% by volume: СО-28, H 2 -16, СО 2 -7, N 2 -46, СН 4 -3;

2) выход газа, м3/кг сырья: 1,87-2,352) gas output, m 3 / kg of raw materials: 1.87-2.35

Теплофизические параметры:Thermophysical parameters:

- удельная теплоемкость воды Cw, кДж/кгК………4,19 (станд. усл.);- specific heat of water C w , kJ / kgK ........... 4.19 (std. conv.);

- удельная теплота парообразования Lγ кДж/кг„………2 250;- specific heat of vaporization L γ kJ / kg „……… 2 250;

- средняя (в температурном диапазоне 100…700°С) удельная теплоемкость газов Ср, ккал/кг град:- average (in the temperature range of 100 ... 700 ° C) specific heat of gases With p , kcal / kg deg:

СО-0,27; Н2-3,5; СО2-0,24; N2-0,26, CN4-0,80;СО-0.27; H 2 -3.5; CO 2 -0.24; N 2 -0.26; CN 4 -0.80;

- удельный вес g газов (при 700°С), кг/м3:- specific weight g of gases (at 700 ° C), kg / m 3 :

СО-0,35; H2-0,025; СО2-0,56; N2-0,35, CH4-0,22;CO-0.35; H 2 -0.025; CO 2 -0.56; N 2 -0.35; CH 4 -0.22;

Таким образом, можно определить параметры получаемого топливного газа:Thus, it is possible to determine the parameters of the resulting fuel gas:

- средняя удельная теплоемкость Cp=0,79 ккал/кг град;- average specific heat capacity C p = 0.79 kcal / kg deg;

- удельный вес (при 700°С) g=0,31 кг/м3.- specific gravity (at 700 ° C) g = 0.31 kg / m 3 .

При этом выход газа по весу составит ~ 0,6-0,7 кг на 1 кг исходного сырья, для охлаждения указанного количества газа до 100°С потребуется отвод 284-332 ккал, или 1,2-1,4 МДж тепла.In this case, the gas yield by weight will be ~ 0.6-0.7 kg per 1 kg of feedstock; to cool the indicated amount of gas to 100 ° С, a removal of 284-332 kcal, or 1.2-1.4 MJ of heat, will be required.

Нагрев поступающей в испарительный теплообменник воды от 20°С до 100°С (Δt=80°) и ее испарение требует (Cw Δt+Lγ) m (кДж) тепла, где m - масса воды (кг), отсюда можно определить требуемую для охлаждения газа массу воды, которая составит ~ 0,46-0,54 кг на 1 кг исходного сырья.Heating the water entering the evaporative heat exchanger from 20 ° С to 100 ° С (Δt = 80 °) and its evaporation requires (C w Δt + L γ ) m (kJ) heat, where m is the mass of water (kg), from here it can be determined the mass of water required for cooling the gas, which will be ~ 0.46-0.54 kg per 1 kg of feedstock.

Оптимальное (по критерию максимальной теплотворной способности генерируемого газа) весовое соотношение воды и топлива Kw в реальном процессе газификации зависит от вида сырья. Так, для древесной биомассы Kw=0,4…0,5 /Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч. - тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 35-38/, что практически соответствует полученным значениям для предлагаемого технического решения. Реальный процесс теплопередачи предполагает наличие тепловых потерь, т.е. количество генерируемого пара будет несколько меньшим, что вполне компенсируется, во-первых, содержанием влаги в исходном сырье - твердом топливе «F» (до 10…20%) и, во-вторых, подачей вместе с паром также и воды в капельно-жидком состоянии (обводненный пар).The optimal (by the criterion of the maximum calorific value of the generated gas) weight ratio of water and fuel K w in the real gasification process depends on the type of raw material. So, for woody biomass K w = 0.4 ... 0.5 / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific - those. publishing house lit., M., 1955, p. 35-38 /, which practically corresponds to the obtained values for the proposed technical solution. The real heat transfer process involves the presence of heat loss, i.e. the amount of steam generated will be slightly less, which is fully compensated, firstly, by the moisture content in the feedstock - solid fuel “F” (up to 10 ... 20%) and, secondly, by supplying water with a drop of liquid along with steam state (waterlogged steam).

Claims (9)

1. Способ газификации твердого топлива в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси, включающий загрузку в реактор предварительно подготовленного - измельченного, уплотненного - твердого топлива, в качестве которого используют твердое биотопливо и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье - торф или бурые угли, подачу в реактор газифицирующего агента – воздуха - со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженного твердого топлива вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора горючего топливного газа, подачу воды в реактор, при этом газификацию проводят в реакторе, оснащенном пароводяной рубашкой, подачу воды в реактор осуществляют посредством инжекции водяного пара, перегретого за счет теплового потока из рабочей камеры реактора, из пароводяной рубашки сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, а получаемый горючий топливный газ фильтруют через слой загруженного твердого топлива, отличающийся тем, что процесс газификации проводят по двухступенчатой схеме, где на первой ступени в верхней части реактора, включающей зону нагревания и сушки, зону пиролиза и дополнительную реакционную зону, реализуют обращенный процесс частичной газификации, предусматривающий подачу газифицирующего агента - воздуха - непосредственно в верхнюю реакционную зону, где переместившееся туда в виде кокса твердое топливо частично окисляется и частично газифицируется, а основная его часть перемещается далее в зону активации, где при температуре выше 800°С подвергается обработке перегретым водяным паром из пароводяной рубашки, при этом получаемый из кокса активированный уголь аккумулируют в буферной газоотборной зоне рабочей камеры реактора, а образующуюся парогазовую смесь отводят из зоны активации и транспортируют в нижнюю реакционную зону на второй ступени газификации, где реализуют прямой процесс газификации перемещающегося из буферной газоотборной зоны слоя активированного угля с встречной фильтрацией через него получаемого горючего топливного газа, который выводят из реактора и перед подачей потребителю охлаждают в водяном испарительном теплообменнике-парогенераторе, куда извне подают под давлением воду, получаемый в результате теплообмена водяной пар подают в пароводяную рубашку реактора, а охлажденный горючий топливный газ - потребителю.1. The method of gasification of solid fuel in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis, including loading into the reactor a pre-prepared - ground, compacted - solid fuel, as which uses solid biofuel and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials - peat or brown coals, the supply of gasification agent - air - to the reactor from the side of the reactor where accumulation occurs solid gasification residues, moving the loaded solid fuel along the axis of the reactor, removing solid gasification residues from the reactor, withdrawing combustible fuel gas from the reactor, supplying water to the reactor, while gasification is carried out in a reactor equipped with a steam jacket, water is supplied to the reactor by injection of water steam, superheated due to the heat flow from the working chamber of the reactor, from the steam-water jacket through the perforated inner wall of the working chamber of the reactor, and the resulting combustible fuel the gas is filtered through a layer of loaded solid fuel, characterized in that the gasification process is carried out according to a two-stage scheme, where in the first stage in the upper part of the reactor, which includes a heating and drying zone, a pyrolysis zone and an additional reaction zone, an inverse partial gasification process is implemented, which includes the supply of gasification agent - air - directly to the upper reaction zone, where the solid fuel that has moved there in the form of coke is partially oxidized and partially gasified, and its main part The further moves to the activation zone, where it is treated with superheated steam from a steam-water jacket at temperatures above 800 ° C, and activated carbon obtained from coke is accumulated in the buffer gas sampling zone of the working chamber of the reactor, and the resulting vapor-gas mixture is removed from the activation zone and transported to the lower reaction zone at the second stage of gasification, where a direct gasification process of the activated carbon layer moving from the buffer gas sampling zone with counter filtration through its combustible fuel gas produced, which is withdrawn from the reactor and prior to feeding the consumer is cooled in the water-evaporative heat exchanger steam generator, which is fed under pressure from outside the water produced by heat exchange steam supplied in the steam jacket of the reactor and the cooled fuel gas flammable - consumer. 2. Способ газификации твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что горючий топливный газ перед подачей потребителю дополнительно охлаждают воздухом, который затем подают в необходимом объеме посредством воздушного дутья в верхнюю реакционную зону на первой ступени газификации и через зону охлаждения в нижнюю реакционную зону на второй ступени газификации.2. The method of gasification of solid fuel under item 1, characterized in that the combustible fuel gas before being supplied to the consumer is additionally cooled with air, which is then supplied in the required volume by air blasting to the upper reaction zone in the first gasification stage and through the cooling zone to the lower reaction zone at the second stage of gasification. 3. Способ газификации твердого топлива по п. 2, отличающийся тем, что перед подачей потребителю контролируют химический состав горючего топливного газа, например уровень содержания балластных веществ - влаги и/или углекислого газа, а также его температуру и с учетом текущих значений контролируемых параметров, а также их соотношений регулируют интенсивность отвода парогазовой смеси, интенсивность подачи в реактор газифицирующего агента-воздуха и интенсивность воздушного охлаждения горючего топливного газа.3. The method of gasification of solid fuel according to claim 2, characterized in that before supplying the consumer, the chemical composition of the combustible fuel gas is controlled, for example, the level of ballast substances — moisture and / or carbon dioxide, as well as its temperature and taking into account the current values of the controlled parameters, as well as their ratios, regulate the intensity of removal of the vapor-gas mixture, the rate of supply of gasification agent-air to the reactor, and the rate of air cooling of the combustible fuel gas. 4. Способ газификации твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газифицирующего агента используют воздух с повышенным содержанием кислорода или кислород.4. The method of gasification of solid fuel according to claim 1, characterized in that air with a high oxygen content or oxygen is used as a gasification agent. 5. Устройство для газификации твердого топлива в виде предварительно подготовленного - измельченного, уплотненного - твердого биотоплива и/или твердого низкосортного ископаемого углеродсодержащего сырья, в качестве которого используется торф или бурые угли, в плотном слое, включающее загрузочное устройство, установленный под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° цилиндрический реактор, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси и оснащенный пароводяной рубашкой, встроенной в пространство внутри двойной боковой стенки реактора, состоящей из внешней стенки – кожуха - и внутренней стенки рабочей камеры с перфорированным участком для обеспечения прохождения пара из пароводяной рубашки в рабочую камеру реактора, разгрузочное устройство, устройство подачи газифицирующего агента – воздуха - в нижнюю часть реактора, привод вращения реактора, уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении, отличающееся тем, что реактор дополнительно оснащен устройством подачи газифицирующего агента - воздуха - в верхнюю часть реактора через верхний дутьевой канал, имеющий, например, кольцевую форму, в верхнюю реакционную зону обращенного процесса газификации первой ступени газификации твердого топлива, перемещающегося из загрузочного устройства внутри рабочей камеры реактора, при этом перфорированный участок внутренней стенки рабочей камеры располагается по длине зоны активации реактора, примыкающей снизу к верхней реакционной зоне и предназначенной для получения активированного угля из кокса посредством обработки перегретым паром, а рабочая камера в зоне активации имеет выход в паро-газоотводный канал, образованный патрубком отвода парогазовой смеси, газопроводом с высокотемпературной газодувкой и патрубком ввода парогазовой смеси, для транспортирования парогазовой смеси из зоны активации в нижнюю реакционную зону прямого процесса газификации, а также выход в газоотборный канал из верхней части газоотборной буферной зоны, в которой аккумулируется перемещающийся из зоны активации активированный уголь, для отвода из реактора горючего топливного газа, фильтрующегося из нижней реакционной зоны через слой активированного угля, и подачи его потребителю с охлаждением его в водяном испарительном теплообменнике-парогенераторе, имеющем также вход для подачи извне под давлением охлаждающей воды и выход для подачи образующегося водяного пара в пароводяную рубашку реактора.5. A device for the gasification of solid fuel in the form of pre-prepared - crushed, compacted - solid biofuel and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials, which are used as peat or brown coals, in a dense layer, including a loading device installed at an angle to the horizontal in in the range from 22 to 65 °, a cylindrical reactor made with the possibility of rotation around its axis and equipped with a steam jacket integrated in the space inside the double side wall of the reactor ora, consisting of the outer wall - the casing - and the inner wall of the working chamber with a perforated section to ensure the passage of steam from the steam-water jacket into the working chamber of the reactor, a discharge device, a device for supplying a gasifying agent - air - to the lower part of the reactor, a drive for rotating the reactor, seals, ensuring the tightness of the reactor during rotation, characterized in that the reactor is additionally equipped with a device for supplying a gasifying agent - air - to the upper part of the reactor through the upper blow channel al, having, for example, an annular shape, into the upper reaction zone of the inverted gasification process of the first stage of gasification of solid fuel moving from the loading device inside the working chamber of the reactor, while the perforated portion of the inner wall of the working chamber is located along the length of the reactor activation zone, adjacent to the bottom from the top the reaction zone and designed to produce activated carbon from coke by treatment with superheated steam, and the working chamber in the activation zone has an exit to the vapor gas a discharge channel formed by a vapor-gas mixture outlet pipe, a gas pipeline with a high-temperature gas blower and a gas-vapor mixture input pipe, for transporting the gas-vapor mixture from the activation zone to the lower reaction zone of the direct gasification process, as well as the outlet to the gas sampling channel from the upper part of the gas sampling buffer zone in which activated carbon moving from the activation zone to activate from the reactor combustible fuel gas filtered from the lower reaction zone through the layer is activated th coal, and feed it to the user with its cooling in the water-evaporative heat exchanger, the steam generator also having an input for externally supplying pressurized cooling water and an outlet for supplying steam generated in the steam jacket of the reactor. 6. Устройство для газификации твердого топлива по п. 5, отличающееся тем, что пароводяная рубашка имеет расширения внутрь рабочей камеры, разграничивающие зону активации от примыкающих к ней верхней реакционной зоны сверху и буферной газоотборной зоны снизу, имеющие в вертикальном сечении трапецеидальную конфигурацию и локально сужающие поперечное сечение камеры для разделения газовых потоков - отводимой парогазовой смеси и получаемого горючего топливного газа.6. The device for gasification of solid fuel according to claim 5, characterized in that the steam-water jacket has extensions inside the working chamber, delimiting the activation zone from the upper reaction zone adjacent to it from above and the gas sampling zone from below, having a trapezoidal configuration in vertical section and locally narrowing the cross-section of the chamber for separating gas flows - the exhaust gas-vapor mixture and the resulting combustible fuel gas. 7. Устройство для газификации твердого топлива по п. 5, отличающееся тем, что пароводяная рубашка конструктивно включает в себя встроенный водяной испарительный теплообменник-парогенератор и пароперегреватель, при этом газоотборный канал для вывода из реактора горючего топливного газа образуется кольцевым газосборным каналом, соединенным проходными отверстиями с буферной газоотборной зоной рабочей камеры реактора и теплообменными газовыми трубками водяного испарительного теплообменника-парогенератора с кольцевой газосборной полостью в верхней части реактора, которая оборудована верхним патрубком газоотборного канала для подачи топливного газа потребителю, причем верхний дутьевой канал для дополнительного ввода воздуха может иметь трубчатую форму, причем внутренняя стенка рабочей камеры реактора может иметь ребристую структуру для интенсификации процесса теплопередачи от горючего топливного газа к подаваемому воздуху и к твердому топливу, перемещающемуся внутри рабочей камеры в зоне нагревания и сушки и в зоне пиролиза, а пароперегреватель состоит из соединенных с водяным испарительным теплообменником-парогенератором через обратные клапаны избыточного давления полостей, образующих ячеистую, в частности сотовую, структуру на стенке рабочей камеры, которая перфорирована для обеспечения инжекции перегретого пара из ячеек пароперегревателя в пристеночную область зоны активации рабочей камеры реактора.7. The device for gasification of solid fuel according to claim 5, characterized in that the steam-water jacket structurally includes a built-in water evaporative heat exchanger-steam generator and a superheater, while the gas sampling channel for outputting combustible fuel gas from the reactor is formed by an annular gas collection channel connected by passage openings with a buffer gas sampling zone of the working chamber of the reactor and heat-exchange gas tubes of a water evaporative heat exchanger-steam generator with an annular gas collection polo a thaw in the upper part of the reactor, which is equipped with an upper nozzle of the gas sampling channel for supplying fuel gas to the consumer, the upper blast channel for additional air inlet may have a tubular shape, and the inner wall of the working chamber of the reactor may have a ribbed structure to intensify the process of heat transfer from combustible fuel gas to supplied air and to solid fuel moving inside the working chamber in the heating and drying zone and in the pyrolysis zone, and the superheater consists of a compound connected with a water evaporative heat exchanger-steam generator through the check valves of the overpressure of the cavities forming a cellular, in particular honeycomb, structure on the wall of the working chamber, which is perforated to provide injection of superheated steam from the superheater cells into the wall region of the activation zone of the working chamber of the reactor. 8. Устройство для газификации твердого топлива по пп. 5-7, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введен газовоздушный теплообменник с воздуходувкой для охлаждения горючего топливного газа перед подачей его потребителю, при этом выход газовоздушного теплообменника для отработавшего воздуха подключен к входам устройств подачи воздуха в верхнюю и нижнюю части реактора, а также к каналу сушки исходного сырья.8. Device for gasification of solid fuel according to paragraphs. 5-7, characterized in that the device additionally includes a gas-air heat exchanger with a blower for cooling the combustible fuel gas before supplying it to the consumer, while the outlet of the gas-air heat exchanger for exhaust air is connected to the inputs of the air supply devices to the upper and lower parts of the reactor, and to the drying channel of the feedstock. 9. Устройство для газификации твердого топлива по пп. 5, 6, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введен газоанализатор-преобразователь для контроля химического состава, в частности уровня содержания влаги, углекислого газа, и температуры горючего топливного газа после водяного испарительного теплообменника-парогенератора перед подачей его потребителю, при этом газоанализатор-преобразователь может быть соединен шинами управления с газодувкой паро-газоотводного канала, с устройствами подачи газифицирующего агента-воздуха в нижнюю и верхнюю части реактора, а также с воздуходувкой газовоздушного теплообменника для регулировки их абсолютной и/или относительной производительности.9. Device for gasification of solid fuel according to paragraphs. 5, 6, characterized in that the device further includes a gas analyzer-converter for monitoring the chemical composition, in particular the level of moisture content, carbon dioxide, and the temperature of the combustible fuel gas after the water evaporative heat exchanger-steam generator before being supplied to the consumer, while the gas analyzer the converter can be connected by control buses with gas blowing of the steam-gas outlet channel, with devices for supplying a gasifying agent-air to the lower and upper parts of the reactor, as well as with uhoduvkoy-gas heat exchanger to adjust their absolute and / or relative performance.
RU2017133299A 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation RU2668447C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133299A RU2668447C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133299A RU2668447C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2668447C1 true RU2668447C1 (en) 2018-10-01

Family

ID=63798149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017133299A RU2668447C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2668447C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723865C1 (en) * 2019-08-12 2020-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for synthesis gas production from plant biomass
RU2730063C1 (en) * 2019-04-16 2020-08-17 Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Тепловые Технологии" (ООО АТТ) Method of solid fuel gasification and device for implementation thereof
RU2749389C1 (en) * 2020-06-26 2021-06-09 Общество с ограниченной ответственностью "Интерпром" Method and installation for processing carbon-containing substances
WO2023102579A1 (en) 2021-12-01 2023-06-08 Cochrane William Thomas Gasifier
RU2803046C1 (en) * 2022-12-13 2023-09-05 Сергей Иванович Лавров Complex for waste processing using non-waste and non-landfill technology

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140109C1 (en) * 1998-09-03 1999-10-20 Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (Мос. НПО. "Радон") Method and device for recovering solid radioactive wastes
RU2385343C1 (en) * 2008-12-10 2010-03-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Компания "Интергаз" Method of processing carbon and/or carbon containing products and reactor for implementation of this method
EP2413033A2 (en) * 2010-07-29 2012-02-01 Air Products and Chemicals, Inc. Method for gasification and a gasifier
WO2012024274A2 (en) * 2010-08-16 2012-02-23 Energy & Environmental Research Center Foundation Sandwich gasification process for high-efficiency conversion of carbonaceous fuels to clean syngas with zero residual carbon discharge
RU144623U1 (en) * 2014-02-13 2014-08-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Компания "Интергаз" REACTOR FOR THE PROCESSING OF COMBUSTIBLE CARBON AND / OR HYDROCARBON-CONTAINING PRODUCTS
RU2015156390A (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140109C1 (en) * 1998-09-03 1999-10-20 Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (Мос. НПО. "Радон") Method and device for recovering solid radioactive wastes
RU2385343C1 (en) * 2008-12-10 2010-03-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Компания "Интергаз" Method of processing carbon and/or carbon containing products and reactor for implementation of this method
EP2413033A2 (en) * 2010-07-29 2012-02-01 Air Products and Chemicals, Inc. Method for gasification and a gasifier
WO2012024274A2 (en) * 2010-08-16 2012-02-23 Energy & Environmental Research Center Foundation Sandwich gasification process for high-efficiency conversion of carbonaceous fuels to clean syngas with zero residual carbon discharge
RU144623U1 (en) * 2014-02-13 2014-08-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Компания "Интергаз" REACTOR FOR THE PROCESSING OF COMBUSTIBLE CARBON AND / OR HYDROCARBON-CONTAINING PRODUCTS
RU2015156390A (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730063C1 (en) * 2019-04-16 2020-08-17 Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Тепловые Технологии" (ООО АТТ) Method of solid fuel gasification and device for implementation thereof
RU2723865C1 (en) * 2019-08-12 2020-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for synthesis gas production from plant biomass
RU2749389C1 (en) * 2020-06-26 2021-06-09 Общество с ограниченной ответственностью "Интерпром" Method and installation for processing carbon-containing substances
WO2023102579A1 (en) 2021-12-01 2023-06-08 Cochrane William Thomas Gasifier
RU2803046C1 (en) * 2022-12-13 2023-09-05 Сергей Иванович Лавров Complex for waste processing using non-waste and non-landfill technology
RU2805710C1 (en) * 2023-01-10 2023-10-23 Александр Александрович Миронов Method for operation and automotive gas generator reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4264525B2 (en) Method for gasifying organic substances and substance mixtures
US6039774A (en) Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
RU2668447C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
US4028068A (en) Process and apparatus for the production of combustible gas
RU2583269C2 (en) District method of gasification of biomass at high temperature and atmospheric pressure
RU2662440C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2663144C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
EA022238B1 (en) Method and system for production of a clean hot gas based on solid fuels
EA024594B1 (en) Thermal-chemical utilization of carbon-containing materials, in particular for the emission-free generation of energy
CN105202545A (en) Garbage pyrolysis gasification incineration treatment device
CN102796568B (en) Device and technology for producing blau-gas and carbon monoxide
RU2631808C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
RU2376527C2 (en) Condensed fuel processing method and device for its implementation
JP2011523972A (en) Method and apparatus for producing synthesis gas
CN108949234B (en) A kind of inverting tar gasification furnace of three layers of gas supply heating
JP4731988B2 (en) Gasification method and apparatus for carbonaceous resources
RU2631811C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
KR100881757B1 (en) Process of fully utilizable resource recovery system with various waste under emission free basis
CN205119075U (en) Garbage pyrolytic gasification incineration disposal device
RU2475677C1 (en) Method of processing solid household and industrial wastes using synthesis gas
CN109370657B (en) Multi-phase material internal cooling gasification furnace
JPS6150995B2 (en)
JP2013539813A (en) Method and equipment for producing coke during indirect heating gasification
JP2017132676A (en) Hydrogen feed system
JP7192900B2 (en) Blast Furnace Operation Method and Blast Furnace Incidental Equipment

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200826