RU2785096C1 - Gas generator set and method for gas generation for producing hydrogen-containing synthesis gas - Google Patents
Gas generator set and method for gas generation for producing hydrogen-containing synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785096C1 RU2785096C1 RU2021120027A RU2021120027A RU2785096C1 RU 2785096 C1 RU2785096 C1 RU 2785096C1 RU 2021120027 A RU2021120027 A RU 2021120027A RU 2021120027 A RU2021120027 A RU 2021120027A RU 2785096 C1 RU2785096 C1 RU 2785096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- gas generator
- heating element
- generator reactor
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 540
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 123
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 117
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 title claims abstract description 117
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 72
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 17
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 7
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate dianion Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 6
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- -1 used tires Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001723 carbon free-radicals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 239000010913 used oil Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретения Prerequisites for the creation of the invention
Изобретение относится к газогенераторной установке для получения водородсодержащего синтез-газа из богатого углеводородами сырья, содержащей газогенераторный реактор, высота которого превышает его ширину, причем газогенераторный реактор содержит:The invention relates to a gas generating plant for producing hydrogen-containing synthesis gas from hydrocarbon-rich feedstock, containing a gas generating reactor, the height of which exceeds its width, and the gas generating reactor contains:
a. газовпускной патрубок для приема перегретого водяного пара;a. gas inlet pipe for receiving superheated water vapor;
b. верхний газовыпускной патрубок для выпуска смеси газа и водяного пара;b. an upper gas outlet for releasing a mixture of gas and water vapor;
c. нижний газовыпускной патрубок для выпуска синтез-газа.c. lower gas outlet for the release of synthesis gas.
Изобретение относится также к способу получения синтез-газа с использованием устройства по изобретению. Такое устройство известно также как газификатор с обратной тягой.The invention also relates to a process for producing synthesis gas using the device according to the invention. Such a device is also known as a reverse draft gasifier.
Газогенераторные реакторы для производства водородсодержащего синтез-газа из богатого углеводородами сырья известны из уровня техники.Gas generator reactors for producing hydrogen-containing synthesis gas from hydrocarbon-rich feedstocks are known in the art.
В US 7229483 B2 ракрыт газогенераторный реактор, в который подается углеродсодержащее сырье в форме мелких частиц. В газогенераторный реактор вводится смесь кислорода и водяного пара и сжигается там с беззольным топливом, таким как природный газ, создавая ультраперегретый пар, который содержит водяной пар, диоксид углерода и свободные радикалы при температурах от 1300°C до 2760°C. Ультраперегретый пар в газогенераторном реакторе соединяется с сырьем в условиях высокой турбулентности, при этом исходное сырье реагирует с ультраперегретым паром с образованием синтез-газа, который содержит молекулярный водород, диоксид углерода и моноксид углерода.US 7,229,483 B2 discloses a gas generator reactor fed with carbonaceous feedstock in the form of fine particles. A mixture of oxygen and steam is introduced into the gas generator reactor and burned there with an ash-free fuel such as natural gas, creating ultra-superheated steam that contains steam, carbon dioxide and free radicals at temperatures from 1300°C to 2760°C. The ultra-superheated steam in the gasifier reactor combines with the feedstock under conditions of high turbulence, while the feedstock reacts with the ultra-superheated steam to form synthesis gas, which contains molecular hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide.
Из EP 2082013 B1 известен способ пиролиза в зоне пиролиза, причем в результате пиролиза исходного сырья с органическими веществами он разделяется на твердый углеродсодержащий остаток и пиролизный газ. Пиролизный газ дополнительно нагревают с водяным паром в реакционной зоне, при этом образуется богатый водородом продуктовый газ. Сыпучий материал, циркулирующий в замкнутом контуре как теплоноситель, нагревается горячими газами, образующимися при сгорании углеродсодержащего остатка, и приводится в контакт со смесью пиролизного газа и водяного пара. Сыпучий материал отдает часть своего запасенного тепла в зону пиролиза, чтобы частично или полностью обеспечить тепло, необходимое для пиролиза.From EP 2082013 B1, a process for pyrolysis in a pyrolysis zone is known, wherein the pyrolysis of the feedstock with organic substances separates it into a solid carbonaceous residue and a pyrolysis gas. The pyrolysis gas is additionally heated with steam in the reaction zone, whereby a hydrogen-rich product gas is formed. Bulk material, circulating in a closed circuit as a heat carrier, is heated by hot gases generated during the combustion of carbon-containing residue, and is brought into contact with a mixture of pyrolysis gas and water vapor. The bulk material gives up part of its stored heat to the pyrolysis zone in order to provide some or all of the heat required for pyrolysis.
Эти известные способы реализуются со сравнительно высокими затратами энергии и материалов. These known methods are implemented with a relatively high expenditure of energy and materials.
Задача изобретенияThe task of the invention
Задачей настоящего изобретения является разработка газогенераторной установки, с помощью которой способ генерации газа можно осуществить с меньшими расходами материала и с меньшим потреблением энергии. Следующей задачей изобретения является разработать способ, который реализуется с использованием газогенераторной установки согласно изобретению.The object of the present invention is to develop a gas generating plant with which the gas generation process can be carried out with less material and with less energy consumption. Another object of the invention is to develop a method that is implemented using the gas generator installation according to the invention.
Подробное описание изобретения Detailed description of the invention
Согласно изобретению, указанная задача решена посредством газогенераторной установки по пункту 1 формулы изобретения. Отличительные признаки способа получения синтез-газа с использованием газогенераторной установки указаны в пункте 13. Предпочтительные варианты осуществления указаны в соответствующих зависимых пунктах. According to the invention, this problem is solved by means of a gas generator set according to
Газогенераторная установка согласно настоящему изобретению отличается тем, что вдоль продольной оси газогенераторного реактора предусмотрены:The gas generator plant according to the present invention is characterized in that along the longitudinal axis of the gas generator reactor are provided:
d. впускной шлюз для приема сырья в твердой форме, имеющий газонепроницаемое уплотнение газогенераторного реактора на верхнем конце газогенераторного реактора;d. an inlet sluice for receiving raw materials in solid form, having a gas-tight seal of the gas generator reactor at the upper end of the gas generator reactor;
e. выпускной шлюз для отвода остаточного материала в твердой форме, имеющий газонепроницаемое уплотнение газогенераторного реактора на нижнем, противоположном верхнему, конце газогенераторного реактора,e. an outlet sluice for removing residual material in solid form, having a gas-tight seal of the gas generator reactor at the lower, opposite to the upper, end of the gas generator reactor,
причем газовпускной патрубок находится ближе к нижнему концу, чем нижний газовыпускной патрубок, а верхний газовыпускной патрубок находится ближе к верхнему концу, чем нижний газовыпускной патрубок, и расстояние между верхним газовыпускным патрубком и нижним газовыпускным патрубком больше, чем расстояние между нижним газовыпускным патрубком и газовпускным патрубком.moreover, the gas inlet is closer to the lower end than the lower gas outlet, and the upper gas outlet is closer to the upper end than the lower gas outlet, and the distance between the upper gas outlet and the lower gas outlet is greater than the distance between the lower gas outlet and the gas inlet .
Перегретый водяной пар вводится через газовпускной патрубок на нижнем конце газогенераторного реактора и поднимается к верхнему концу. Под перегретым водяным паром в контексте изобретения понимается, в частности, водяной пар с температурой выше температуры кипения в газогенераторном реакторе. Водяной пар, в частности, не содержит капель. При этом водяной пар и, в частности, газогенераторный реактор характеризуются падением температуры от более высокой температуры на нижнем конце газогенераторного реактора до более низкой температуры на верхнем конце газогенераторного реактора. Богатое углеводородами сырье подается в газогенераторный реактор через впускной шлюз на верхнем конце газогенераторного реактора. Затем сырье продвигается в направлении нижнего конца, в частности, под действием силы тяжести. При этом сырье проходит через зону сушки с температурой, при которой сырье сушится, зону карбонизации с температурой, при которой сырье превращается в углеродсодержащий продукт карбонизации, в частности, уголь, в частности, с отщеплением воды, и зону конверсии с температурой, при которой углеродсодержащий продукт карбонизации при реакции с водяным паром по меньшей мере частично превращается в синтез-газ. Остатки от образования синтез-газа выводятся в виде золы из газогенераторного реактора через выпускной шлюз на нижнем конце газогенераторного реактора, в частности, вместе с не содержащими углеводородов веществами. Зона конверсии находится предпочтительно между нижним газовыпускным патрубком и газовпускным патрубком. В частности, синтез-газ проводится вниз в вертикальном направлении или в направлении ориентации газогенераторного реактора. Помимо прочего, это облегчает ввод синтез-газа в газовый резервуар. Синтез-газ содержит, в частности, молекулярный водород, моноксид углерода, диоксид углерода, молекулы воды и/или метан.Superheated water vapor is introduced through a gas inlet at the lower end of the gas generator reactor and rises to the upper end. Superheated steam in the context of the invention is understood in particular to mean steam with a temperature above the boiling point in the gas generator reactor. Water vapor, in particular, does not contain droplets. The water vapor, and in particular the gas generator reactor, is characterized by a temperature drop from a higher temperature at the lower end of the gas generator reactor to a lower temperature at the upper end of the gas generator reactor. The hydrocarbon-rich feed is fed into the gas generator reactor through an inlet sluice at the upper end of the gas generator reactor. The raw material then advances towards the lower end, in particular under the action of gravity. In this case, the raw material passes through a drying zone with a temperature at which the raw material is dried, a carbonization zone with a temperature at which the raw material is converted into a carbonaceous carbonization product, in particular coal, in particular with the elimination of water, and a conversion zone with a temperature at which the carbonaceous the carbonization product upon reaction with steam is at least partially converted into synthesis gas. Residues from the generation of synthesis gas are discharged as ash from the gas generator reactor through an outlet sluice at the lower end of the gas generator reactor, in particular together with non-hydrocarbon substances. The conversion zone is preferably located between the lower gas outlet and the gas inlet. In particular, the synthesis gas is conducted downward in the vertical direction or in the orientation direction of the gas generator reactor. Among other things, this facilitates the introduction of synthesis gas into the gas reservoir. The synthesis gas contains, in particular, molecular hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water molecules and/or methane.
Благодаря использованию нескольких зон с возрастающей температурой синтез-газ можно преимущественно получать при более низкой температуре водяного пара. Использование сыпучего материала в качестве теплоносителя, циркулирующего в замкнутом контуре, не обязательно. Отбор синтез-газа происходит через нижний газовыпускной патрубок, который находится в области зоны конверсии. В результате чистота отбираемого синтез-газа повышается по сравнению с уровнем техники, в частности, содержание пыли и смолы в отбираемом синтез-газе снижается, благодаря чему снижаются затраты на очистку синтез-газа. Синтез-газ отбирается из газогенераторного реактора в области самых высоких температур, что делает его особенно подходящим для повторного использования в целях нагрева. Нижний газовыпускной патрубок предпочтительно ограничивает зону конверсии сверху в осевом направлении, так что синтез-газ поднимается из зоны конверсии в направлении газовыпускного патрубка. Температура смеси водяного пара и других газов, содержащихся в газогенераторном реакторе, в частности, углеводородов, составляет в зоне сушки, в частности, до 150°C, в зоне карбонизации, в частности, до 450°C и в зоне конверсии, в частности, до 900°C, предпочтительно до 1300°C. Температура в зоне конверсии может составлять более 1300°C.Through the use of several zones with increasing temperature, synthesis gas can advantageously be produced at a lower steam temperature. The use of bulk material as a heat carrier circulating in a closed circuit is not necessary. The synthesis gas is withdrawn through the lower gas outlet, which is located in the region of the conversion zone. As a result, the purity of the bleed synthesis gas is improved compared to the prior art, in particular, the content of dust and tar in the bleed synthesis gas is reduced, thereby reducing the cost of purifying the synthesis gas. Synthesis gas is withdrawn from the gas generator reactor at the highest temperatures, making it particularly suitable for reuse for heating purposes. The lower gas outlet preferably defines the conversion zone from above in the axial direction, so that the synthesis gas rises from the conversion zone towards the gas outlet. The temperature of the mixture of steam and other gases contained in the gas generator reactor, in particular hydrocarbons, is in the drying zone, in particular up to 150°C, in the carbonization zone, in particular up to 450°C, and in the conversion zone, in particular, up to 900°C, preferably up to 1300°C. The temperature in the conversion zone may be over 1300°C.
Впускной шлюз и выпускной шлюз содержат, в частности, шлюзовые ворота для герметизации шлюзов и шнековые конвейеры для транспортировки сырья или золы. Термин "выше" и "ниже" относятся к направлению по вертикали, в частности, к направлению силы тяжести. Длина газогенераторного реактора больше, чем его ширина, причем газогенераторный реактор установлен, в частности, в вертикальной ориентации. Он предпочтительно имеет форму цилиндра. Предпочтительно, газогенераторный реактор выполнен с цилиндрической камерой. Впускной шлюз и выпускной шлюз предпочтительно образованы на камере.The inlet sluice and the outlet sluice contain, in particular, sluice gates for sealing the sluices and screw conveyors for transporting raw materials or ash. The terms "above" and "below" refer to the vertical direction, in particular the direction of gravity. The length of the gas generator reactor is greater than its width, and the gas generator reactor is installed, in particular, in a vertical orientation. It preferably has the shape of a cylinder. Preferably, the gas generator reactor is provided with a cylindrical chamber. An inlet sluice and an outlet sluice are preferably formed on the chamber.
Сушка происходит, в частности, за счет выпаривания или упаривания сырья. В частности, в газогенераторном реакторе водяной пар, восходящие фракции синтез-газа и летучий углерод образуют газо-паровую смесь. Карбонизация или образование углеродсодержащего материала проводится, в частности, при нормальном давлении под воздействием нагретого водяного пара путем отщепления молекул воды от остающегося углеродсодержащего продукта карбонизации, в частности, угля, например, бурого угля. Образование синтез-газа происходит, в частности, путем реакции углерода или угля с молекулами воды в перегретом водяном паре, в результате чего образуются молекулярный водород, моноксид углерода и/или диоксид углерода как компоненты синтез-газа.Drying takes place in particular by evaporating or evaporating the raw material. In particular, in a gas generator reactor, water vapor, ascending synthesis gas fractions and volatile carbon form a gas-steam mixture. The carbonization or formation of the carbonaceous material is carried out in particular at normal pressure under the influence of heated water vapor by splitting off water molecules from the remaining carbonaceous carbonization product, in particular coal, eg lignite. The formation of synthesis gas takes place, in particular, by the reaction of carbon or coal with water molecules in superheated water vapor, resulting in the formation of molecular hydrogen, carbon monoxide and/or carbon dioxide as components of the synthesis gas.
Газогенераторная установка служит, в частности, для газификации углеводородсодержащих продуктов и материалов, таких как уголь, нефтешлам, биомасса, коммунальные отходы, пластики, отработанные шины, отработанные масла и смеси упомянутых материалов, которые в результате термического превращения вносят вклад в получение богатого водородом синтез-газа. Таким образом, газогенераторная установка может применяться также для промышленного производства водорода. Большая часть углерода содержится в остаточном материале, который удаляется из газогенераторного реактора через выпускной шлюз. К остаточному материалу, называемому также остаточными продуктами, относятся также дымовые газы, которые в рамках способа согласно изобретению образуются при сжигании топлива, в частности, в нагревательных элементах. В них содержится только сравнительно небольшой объем диоксида углерода, поскольку сгорание служит только для нагрева внешней обшивки при запуске и для поддержания требуемой температуры газогенераторного реактора.The gasification plant is used in particular for the gasification of hydrocarbon-containing products and materials, such as coal, oil sludge, biomass, municipal waste, plastics, used tires, used oils and mixtures of the said materials, which, by thermal transformation, contribute to the production of hydrogen-rich synthesis. gas. Thus, the gas generating plant can also be used for the industrial production of hydrogen. Most of the carbon is contained in the residual material, which is removed from the gas reactor through the exhaust sluice. Residual material, also referred to as residual products, also includes flue gases which, in the context of the method according to the invention, are generated during the combustion of fuel, in particular in heating elements. They contain only a relatively small amount of carbon dioxide, since the combustion serves only to heat the outer skin during start-up and to maintain the required temperature of the gas generator reactor.
В частности, настоящее изобретение относится к способу генерации газа и к газогенераторной установке, в которой с использованием перегретого водяного пара можно перерабатывать отходы, содержащие углеводороды. Остатки, образующиеся после термической переработки в процессе генерации газа, или остаточные вещества, или остаточный материал можно повторно использовать, в частности, для строительства дорог. Перегретый водяной пар предпочтительно используется как катализатор для удаления вредных отработавших газов и в качестве средства для очистки от примесей в газогенераторной установке или установке газификации. Газогенераторная установка способна самоочищаться в значительной степени. Газогенераторный реактор может, в частности, загружаться и разгружаться в непрерывном режиме. Температура водяного пара на входе в газогенераторный реактор составляет, в частности, 900°C-1300°C, предпочтительно 1000°C. Тем самым достигается высокая теплотворная способность синтез-газа и высокая эффективность, в частности, синтез-газ имеет сравнительно высокую тепловую энергию. Газогенераторная установка может содержать один или несколько теплообменником, чтобы, наряду с прочим, передавать тепло от синтез-газа на водяной пар. Теплообменники предпочтительно выполнены из пористой керамики или листового металла.In particular, the present invention relates to a gas generation method and a gas generating plant in which hydrocarbon-containing waste can be processed using superheated steam. Residues resulting from thermal processing during gas generation or residual substances or residual material can be reused, in particular for road construction. The superheated steam is preferably used as a catalyst for removing harmful exhaust gases and as a decontamination agent in a gas generator or gasification plant. The gas generating plant is capable of self-cleaning to a large extent. The gas generator reactor can in particular be loaded and unloaded continuously. The temperature of the steam entering the gas generator reactor is in particular 900°C-1300°C, preferably 1000°C. This achieves a high calorific value of the synthesis gas and a high efficiency, in particular the synthesis gas has a relatively high thermal energy. The gas generator plant may include one or more heat exchangers to transfer heat from the synthesis gas to steam, among other things. The heat exchangers are preferably made of porous ceramic or sheet metal.
Верхний газовыпускной патрубок, в частности, для выпуска смеси газа с водяным паром, которая содержит, в частности, водяной пар, и/или дымовые газы, и/или синтез-газ, и/или летучий углерод, из зоны сушки, предпочтительно выполнен в зоне загрузки выше зоны сушки.The upper gas outlet, in particular for discharging a gas/steam mixture, which contains in particular steam and/or flue gases and/or synthesis gas and/or volatile carbon, from the drying zone is preferably made in loading zone above the drying zone.
Один предпочтительный вариант осуществления газогенераторной установки отличается тем, что в газогенераторном реакторе предусмотрен коллектор синтез-газа для приема синтез-газа, который по текучей среде сообщается с нижним газовыпускным патрубком для выпуска синтез-газа. Коллектор синтез-газа предпочтительно находится на уровне нижнего газовыпускного патрубка, в частности, в или на зоне конверсии, в которой создается синтез-газ, предпочтительно выше газовпускного патрубка. В этом случае коллектор синтез-газа может напрямую принимать синтез-газ после его образования, причем в чистой нагретой форме и передавать дальше на другие нагревательные элементы и потребителям синтез-газа.One preferred embodiment of the gas generator plant is characterized in that the gas generator reactor is provided with a synthesis gas header for receiving synthesis gas, which is in fluid communication with a lower synthesis gas outlet. The synthesis gas collector is preferably located at the level of the lower gas outlet, in particular in or on the conversion zone in which the synthesis gas is generated, preferably above the gas inlet. In this case, the synthesis gas collector can directly receive synthesis gas after its formation, and in a pure heated form, and pass it on to other heating elements and synthesis gas consumers.
Коллектор синтез-газа предпочтительно имеет форму трубы, и/или простирается по всему периметру внутренней стенки газогенераторного реактора, и/или имеет форму кольца. Коллектор синтез-газа содержит, в частности, отводную трубу для выпуска синтез-газа из газогенераторного реактора. Через кольцевой коллектор синтез-газа, расположенный по периметру внутренней стенки газогенераторного реактора, синтез-газ однородно отбирается из коллектора синтез-газа. В частности коллектор синтез-газа имеет трубу с образованными в ней сквозными отверстиями. Коллектор синтез-газа дополнительно может иметь обращенные внутрь трубные вставки, в частности, на отводной трубе для приема синтез-газа, образующегося в области продольной оси.The synthesis gas header is preferably in the form of a tube and/or extends around the entire perimeter of the inner wall of the gas generator reactor and/or is in the form of a ring. The synthesis gas header contains, in particular, a bypass pipe for discharging synthesis gas from the gas generator reactor. Through an annular synthesis gas collector located along the perimeter of the inner wall of the gas generator reactor, synthesis gas is uniformly taken from the synthesis gas collector. In particular, the synthesis gas header has a pipe with through holes formed therein. The synthesis gas collector can additionally have inwardly facing pipe inserts, in particular on an outlet pipe, for receiving the synthesis gas generated in the region of the longitudinal axis.
Один предпочтительный вариант осуществления отличается тем, что в газогенераторном реакторе предусмотрен парогазовый коллектор для выпуска смеси газа с водяным паром, в частности водяного пара, в газогенераторный реактор, причем коллектор по текучей среде сообщается с газовпускным патрубком. Парогазовый коллектор предпочтительно расположен на уровне газовпускного патрубка ниже нижнего газовыпускного патрубка в зоне конверсии, так что синтез-газ создается ниже нижнего газовыпускного патрубка и затем поднимается в направлении нижнего газовыпускного патрубка.One preferred embodiment is characterized in that a steam-gas header is provided in the gas generator reactor for discharging a gas/steam mixture, in particular steam, into the gas generator reactor, the header in fluid communication with the gas inlet. The gas-vapor header is preferably located at the level of the gas inlet below the lower gas outlet in the conversion zone, so that synthesis gas is created below the lower gas outlet and then rises towards the lower gas outlet.
Парогазовый коллектор предпочтительно имеет трубчатую конструкцию и/или расположен полностью по периметру на внутренней стенке газогенераторного реактора, и/или выполнен в форме кольца. Парогазовый коллектор находится, в частности, на нижнем конце газогенераторного реактора, называемого также парогазовым реактором. Парогазовый коллектор предпочтительно содержит трубу с выполненными в ней сквозными отверстиями. Парогазовый коллектор имеет, в частности, нагнетательную трубу, по которой течет перегретый водяной пар. Форма парогазового коллектора обеспечивает равномерно распределенную по периметру парогазового коллектора подачу водяного пара для генерации синтез-газа.The steam-gas collector preferably has a tubular structure and/or is located completely around the perimeter on the inner wall of the gas generator reactor, and/or is made in the form of a ring. The gas-steam collector is located, in particular, at the lower end of the gas generator reactor, also called gas-steam reactor. The combined-cycle collector preferably contains a pipe with through holes made in it. The gas-vapor collector has, in particular, an injection pipe through which superheated water vapor flows. The shape of the steam-gas collector provides a supply of water vapor uniformly distributed along the perimeter of the steam-gas collector to generate synthesis gas.
Один предпочтительный усовершенствованный вариант отличается тем, что парогазовый коллектор содержит форсунки, в частности, с множеством отверстий. Форсунки расположены, в частности, вдоль парогазового коллектора, предпочтительно радиально симметрично. Форсунки выполнены, например, в виде воронок с сужением в направлении продольной оси газогенераторного реактора. Через форсунки газ, в частности, содержащий водяной пар, выпускается с ускорением в газогенераторный реактор, так что он течет с импульсом, увеличивающимся в направлении продольной оси газогенераторного реактора. Это приводит к более однородному распределению водяного пара. Отверстия могут быть образованы вдоль форсунок и/или на концах форсунок, чтобы еще больше улучшить однородность распределения.One preferred improvement is characterized in that the gas-vapor manifold comprises injectors, in particular with multiple orifices. The nozzles are located, in particular, along the steam-gas collector, preferably radially symmetrical. The nozzles are made, for example, in the form of funnels with a narrowing in the direction of the longitudinal axis of the gas generator reactor. Via the nozzles, a gas, in particular containing water vapor, is discharged with acceleration into the gas generator reactor, so that it flows with an impulse increasing in the direction of the longitudinal axis of the gas generator reactor. This results in a more uniform distribution of water vapor. Holes may be formed along the nozzles and/or at the ends of the nozzles to further improve distribution uniformity.
Предпочтительные варианты осуществления газогенераторной установки характеризуются первым нагревательным элементом, причем первый нагревательный элемент находится, в частности, на нижнем конце газогенераторного реактора. Первый нагревательный элемент выполнен, в частности, как газовая горелка. В частности, первый нагревательный элемент служит для нагрева внешней обшивки газогенераторного реактора. Посредством первого нагревательного элемента газогенераторный реактор нагревается, в частности, на своем нижним конце, чтобы обеспечить температуру, необходимую для процесса генерации газа внутри газогенераторного реактора.Preferred embodiments of the gas generator plant are characterized by a first heating element, the first heating element being located in particular at the lower end of the gas generator reactor. The first heating element is designed, in particular, as a gas burner. In particular, the first heating element serves to heat the outer skin of the gas generator reactor. By means of the first heating element, the gas generator reactor is heated, in particular at its lower end, in order to provide the temperature required for the gas generation process inside the gas generator reactor.
Газогенераторная установка предпочтительно содержит газораспределитель для приема синтез-газа из газогенераторного реактора, при этом газораспределитель выполнен с возможностью выдачи по меньшей мере части синтез-газа к первому нагревательному элементу, а первый нагревательный элемент предназначен для сжигания синтез-газа из газораспределителя. Газораспределитель имеет, в частности, одно впускное отверстие для приема синтез-газа и одно или несколько выпускных отверстий для газа, через которые синтез-газ может выходить. Газогенераторный реактор по текучей среде сообщается с газораспределителем, а газораспределитель по текучей среде сообщается с первым нагревательным элементом. Синтез-газ снова сжигается для снижения расхода материала и энергии, чтобы обеспечить между нижним газовыпускным патрубком и нижним концом газогенераторного реактора температуру, которая необходима для образования синтез-газа. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления газогенераторный реактор работает на по меньшей мере части синтез-газа в качестве топлива. В частности, газораспределитель имеет один или несколько теплообменником, чтобы отбирать тепло из синтез-газа перед его повторным использованием.The gas generator plant preferably comprises a gas distributor for receiving synthesis gas from the gas generator reactor, wherein the gas distributor is configured to supply at least a portion of the synthesis gas to the first heating element, and the first heating element is designed to burn the synthesis gas from the gas distributor. The gas distributor has in particular one inlet for receiving synthesis gas and one or more gas outlets through which the synthesis gas can exit. The gas generator reactor is in fluid communication with the gas distributor, and the gas distributor is in fluid communication with the first heating element. The synthesis gas is burned again to reduce the consumption of material and energy in order to provide between the lower gas outlet and the lower end of the gas generator reactor the temperature necessary for the formation of synthesis gas. Thus, in some embodiments, the gas generator reactor is operated with at least a portion of syngas as fuel. In particular, the gas distributor has one or more heat exchangers to remove heat from the synthesis gas before it is reused.
Один усовершенствованный вариант отличается тем, что газораспределитель предназначен для выдачи воды в синтез-газ, отбираемый из газогенераторного реактора. Газораспределитель имеет средство для передачи воды в синтез-газ, отбираемый из газогенераторного реактора. Газораспределитель предпочтительно содержит резервуар для хранения воды.One improved variant is characterized in that the gas distributor is designed to dispense water into the synthesis gas withdrawn from the gas generator reactor. The gas distributor has a means for transferring water to the synthesis gas taken from the gas generator reactor. The gas distributor preferably includes a water storage tank.
В одном предпочтительном варианте осуществления газогенераторная установка отличается вторым нагревательным элементом для приема и нагрева смеси газа с водяным паром, в частности, водяного пара, из газогенераторного реактора, причем второй нагревательный элемент по текучей среде сообщается с газовпускным патрубком для отбора смеси газа с водяным паром, в частности, нагретого водяного пара, и/или находится в сообщении по текучей среде с верхним газовыпускным патрубком через газоотсасывающий нанос. Вторым нагревательным элементом смесь газа с водяным паром, в частности, водяной пар, предварительно нагревается перед подачей в газогенераторный реактор. Смесь газа с водяным паром через соединение по текучей среде проводится через верхний газовыпускной патрубок из газогенераторного реактора ко второму нагревательному элементу. В частности, второй нагревательный элемент предназначен для нагрева водяного пара до желательной температуры, в частности, до 1300°C, и/или для регулирования количества водяного пара, выходящего из второго нагревательного элемента. Предпочтительно, второй нагревательный элемент используется для нагрева водяного пара к началу процесса генерации газа. В процессе генерации газа для получения богатого углеродом продукта карбонизации, как, например, уголь, из сырья в зоне карбонизации предпочтительно используется энергия синтез-газа и экзотермических реакций, чтобы обеспечить достаточно высокую температуру в зоне конверсии. Этим достигается высокая степень автономности газогенераторной установки. Второй нагревательный элемент может также применяться для нагревания других выходящих из газогенераторного реактора веществ, таких как углеводороды.In one preferred embodiment, the gas generator plant is characterized by a second heating element for receiving and heating a gas/steam mixture, in particular steam, from the gas generator reactor, the second heating element being in fluid communication with a gas inlet for extracting the gas/steam mixture, in particular, heated water vapor, and/or is in fluid communication with the upper gas outlet through the suction pump. By means of a second heating element, the mixture of gas and steam, in particular steam, is preheated before being fed into the gas generator reactor. The mixture of gas and steam is conducted through a fluid connection through the upper gas outlet from the gas generator reactor to the second heating element. In particular, the second heating element is designed to heat the water vapor to a desired temperature, in particular up to 1300° C., and/or to control the amount of water vapor leaving the second heating element. Preferably, the second heating element is used to heat the water vapor at the start of the gas generation process. The gas generation process to produce a carbon-rich carbonization product, such as coal, from the feedstock in the carbonization zone preferably utilizes the energy of the synthesis gas and exothermic reactions to provide a sufficiently high temperature in the conversion zone. This achieves a high degree of autonomy of the gas generator set. The second heating element can also be used to heat other effluents from the gas generator reactor, such as hydrocarbons.
Один усовершенствованный вариант газогенераторной установки отличается тем, что второй нагревательный элемент предусмотрен для генерации микроволн. В частности, второй нагревательный элемент способен генерировать электромагнитные волны с частотами в диапазоне от 1 ГГц до 300 ГГц. Микроволны позволяют особенно эффективно нагревать водяной пар, в частности, перегревать.One improved version of the gas generator installation is characterized in that the second heating element is provided for generating microwaves. In particular, the second heating element is capable of generating electromagnetic waves with frequencies ranging from 1 GHz to 300 GHz. Microwaves make it possible to heat water vapor particularly efficiently, in particular to overheat.
В одном предпочтительном усовершенствованном варианте газогенераторная установка отличается тем, что газораспределитель предназначен для передачи синтез-газа из газогенераторного реактора на генератор для генерации электроэнергии, при этом второй нагревательный элемент предназначен для нагревания смеси газа с водяным паром, в частности, водяного пара, с использованием электроэнергии. Генератор предпочтительно приводится в действие двигателем, который, в свою очередь, работает на синтез-газе из газораспределителя. Двигатель выполнен, в частности, как двигатель внутреннего сгорания для сжигания синтез-газа и приведения в действие генератора. Это приводит к уменьшению расхода материалов и энергопотребления. Электроснабжение второго нагревательного элемента может обеспечиваться, полностью или частично, электрогенератором, который приводится в действие двигателем с использованием синтез-газа. Эффективность способа генерации газа с использованием газогенераторной установки можно повысить за счет подачи на второй нагревательный элемент тепла из теплообменника, на который подается нагретый водяной пар из синтез-газа.In a preferred development, the gas generator plant is characterized in that the gas distributor is for transferring the synthesis gas from the gas generator reactor to the generator for power generation, the second heating element is for heating the gas/steam mixture, in particular steam, using electrical power. . The generator is preferably driven by an engine which in turn is powered by synthesis gas from a gas distributor. The engine is designed in particular as an internal combustion engine for burning synthesis gas and driving a generator. This results in reduced material and energy consumption. The power supply of the second heating element may be provided, in whole or in part, by an electric generator, which is driven by an engine using synthesis gas. The efficiency of the gas generation method using a gas generator unit can be improved by supplying heat to the second heating element from a heat exchanger, which is supplied with heated water vapor from synthesis gas.
Способ генерации газа для получения синтез-газа с использованием газогенераторной установки в соответствии с одним из указанных выше вариантов осуществления включает следующие этапы:The method of generating gas for producing synthesis gas using a gas generating plant in accordance with one of the above embodiments includes the following steps:
a. содержащее углеводороды сырье вводится в газогенераторный реактор через впускной шлюз на верхнем конце газогенераторного реактора;a. the hydrocarbon-containing feedstock is introduced into the gas generator reactor through an inlet sluice at the upper end of the gas generator reactor;
b. газогенераторный реактор нагревается первым нагревательным элементом на нижнем конце газогенераторного реактора, в частности, на его внешней обшивке;b. the gas generator reactor is heated by a first heating element at the lower end of the gas generator reactor, in particular on its outer skin;
c. в газогенераторный реактор через газовпускной патрубок на нижнем конце газогенераторного реактора вводится перегретый водяной пар;c. superheated water vapor is introduced into the gas generator reactor through a gas inlet at the lower end of the gas generator reactor;
d. водяной пар течет в направлении верхнего конца газогенераторного реактора, при этом происходит падение температуры от более высокой температуры на нижнем конце до более низкой температуры на верхнем конце газогенераторного реактора;d. water vapor flows towards the upper end of the gas generator reactor, with a temperature drop from a higher temperature at the lower end to a lower temperature at the upper end of the gas generator reactor;
e. сырье перемещается в направлении к нижнему концу газогенераторного реактора;e. the feed moves towards the lower end of the gas generator reactor;
f. сырье проходит через зону сушки с температурой, при которой сырье сушится;f. the raw material passes through a drying zone at a temperature at which the raw material is dried;
g. сырье проходит через зону карбонизации с температурой, при которой сырье, по меньшей мере частично, превращается в углеродсодержащий продукт карбонизации, в частности, с отщеплением воды;g. the feedstock passes through the carbonization zone at a temperature at which the feedstock is at least partially converted into a carbonaceous carbonization product, in particular with the elimination of water;
h. углеродсодержащий продукт карбонизации проходит через зону конверсии с температурой, при которой углеродсодержащий продукт карбонизации, по меньшей мере частично, реагирует с водяным паром с превращением в синтез-газ;h. the carbonaceous carbonate product passes through the conversion zone at a temperature at which the carbonaceous carbonate product at least partially reacts with steam to become synthesis gas;
i. синтез-газ выводится из газогенераторного реактора через нижний газовыпускной патрубок в зоне конверсии;i. synthesis gas is removed from the gas generator reactor through the lower gas outlet in the conversion zone;
j. остаточный материал от производства синтез-газа выводится из газогенераторного реактора, в частности в виде золы, через выпускной шлюз на нижнем конце газогенераторного реактора.j. residual material from the production of synthesis gas is discharged from the gas generator reactor, in particular in the form of ash, through an outlet sluice at the lower end of the gas generator reactor.
Такой процесс позволяет получать синтез-газ со сравнительно небольшими затратами энергии и материалов. Кроме того, синтез-газ получают в особо чистом виде.Such a process makes it possible to obtain synthesis gas with a relatively small expenditure of energy and materials. In addition, synthesis gas is obtained in a particularly pure form.
Один предпочтительный вариант осуществления способа генерации газа отличается тем, что по меньшей мере часть синтез-газа, образованного в газогенераторном реакторе, вводится через газораспределитель в первый нагревательный элемент для сжигания. Повторное использование синтез-газа для обеспечения температуры, необходимой для получения синтез-газа, способствует снижению расхода материалов и энергопотребления в процессе производства газа.One preferred embodiment of the gas generation process is characterized in that at least a portion of the synthesis gas generated in the gas generator reactor is introduced through a gas distributor into the first heating element for combustion. Reusing syngas to provide the temperature needed to produce syngas helps reduce material and energy consumption in the gas production process.
Один предпочтительный вариант осуществления способа генерации газа отличается тем, что смесь газа с водяным паром, в частности, содержащая водяной пар, проводится из газогенераторного реактора на второй нагревательный элемент, нагревается этим вторым нагревательным элементом, в частности, перегревается, и затем через газовпускной патрубок снова вводится в газогенераторный реактор. Водяной пар перед вводом в газогенераторный реактор предварительно нагревают. При этом водяной пар из газогенераторного реактора используется повторно. В частности, водяной пар нагревается вторым нагревательным элементом с использованием синтез-газа из газогенераторного реактора. В результате расход материала и энергопотребление дополнительно снижаются. One preferred embodiment of the gas generation process is characterized in that the gas/steam mixture, in particular containing steam, is led from the gas generator reactor to a second heating element, heated by this second heating element, in particular superheated, and then again via the gas inlet. introduced into the gas generator reactor. Water vapor is preheated before being introduced into the gas generator reactor. In this case, water vapor from the gas generator reactor is reused. In particular, water vapor is heated by the second heating element using synthesis gas from the gas generator reactor. As a result, material consumption and energy consumption are further reduced.
В газогенераторной установке обрабатывается, в частности, углеродсодержащее, предпочтительно углеводородное сырье. Существенным признаком процесса генерации газа или процесса газификации является эндотермический характер самых важных химических реакций, особенно для генерации синтез-газа, которые протекают в рассматриваемом процессе. Для получения приемлемых экономических характеристик необходимо снизить потери тепла. В частности, часть химической энергии полученного синтез-газа используется для снабжения теплом процесса генерации газа. Потребляемая энергия зависит, в частности, от влагосодержания, в частности, содержания воды, в отходах или сырье. При влажности отходов до примерно 40% реализация способа генерации газа может считаться оправданной с точки зрения энергопотребления.The gas generator plant processes, in particular, carbonaceous, preferably hydrocarbon feedstock. An essential feature of the gas generation process or the gasification process is the endothermic nature of the most important chemical reactions, especially for the generation of synthesis gas, which take place in the process in question. To obtain acceptable economic performance, it is necessary to reduce heat losses. In particular, part of the chemical energy of the resulting synthesis gas is used to supply heat to the gas generation process. The energy consumed depends in particular on the moisture content, in particular the water content, of the waste or raw material. When the humidity of the waste is up to about 40%, the implementation of the gas generation method can be considered justified from the point of view of energy consumption.
Для стабилизации параметров выходящего синтез-газа в условиях обработки компонентов газа в газогенераторном реакторе, которые являются гетерогенными по составу и размерам, особенно важно обеспечить однородность температурного профиля внутри газогенераторного реактора и эффективное энергоснабжение.To stabilize the parameters of the outgoing synthesis gas under conditions of processing gas components in the gas generator reactor, which are heterogeneous in composition and size, it is especially important to ensure the uniformity of the temperature profile inside the gas generator reactor and efficient power supply.
Способ генерации газа подходит для экологически чистой переработки различного типа отходов, а также обеспечивает возможность получения синтез-газа с высоким содержанием водорода. Водяной пар действует как инертная среда, так что никаких нежелательных новых химических соединений не образуется.The gas generation method is suitable for environmentally friendly processing of various types of waste, and also provides the possibility of obtaining synthesis gas with a high hydrogen content. The water vapor acts as an inert medium so that no unwanted new chemical compounds are formed.
Газогенераторный реактор или реактор газификации способен, в частности, работать с перегретый паром с температурой 1300°C или выше и при непрерывной загрузке и выгрузке сырья и зольных остатков. Процесс реализуется путем подачи и отвода газов или газообразных частиц, которые распределены по всему реактору.The gasification reactor or gasification reactor is particularly capable of operating with superheated steam at a temperature of 1300° C. or higher and with continuous loading and unloading of feedstock and bottom ash. The process is implemented by supplying and removing gases or gaseous particles that are distributed throughout the reactor.
На энергопотребление газогенераторного реактора влияет правильный выбор геометрической формы и размеров конструкции, а также регулирование источника тепла. В рамках процесса генерации газа для теплопередачи существенное значение имеют следующие процессы: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.The energy consumption of a gas generator reactor is influenced by the correct choice of the geometric shape and dimensions of the structure, as well as the control of the heat source. Within the framework of the gas generation process for heat transfer, the following processes are essential: thermal conductivity, convection and thermal radiation.
Для возврата тепловой энергии, т.е. рекуперации тепла, используются теплообменники, в частности, с большой активной поверхностью, а также генератор для выработки электроэнергии для второго источника нагрева с синтез-газом.For the return of thermal energy, i.e. heat recovery, heat exchangers are used, in particular with a large active surface, as well as a generator to generate electricity for a second heating source with synthesis gas.
Другие преимущества изобретения следуют из описания и чертежей. Кроме того, указанные выше и подробно описываемые ниже отличительные признаки могут применяться как по отдельности, так и вместе в любой комбинации. Показанные и описанные варианты осуществления не следует понимать как исчерпывающий список, напротив, они имеют иллюстративный характер для раскрытия изобретения.Other advantages of the invention follow from the description and drawings. In addition, the features mentioned above and detailed below can be used individually or together in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, on the contrary, they are illustrative for the disclosure of the invention.
Подробное описание изобретения и чертежейDetailed description of the invention and drawings
Фиг. 1 показывает схему газогенераторной установки;Fig. 1 shows a diagram of a gas generating plant;
фиг. 2 схематически показывает газогенераторный реактор газогенераторной установки в виде в вертикальном сечении;fig. 2 schematically shows the gas generator reactor of a gas generator plant in vertical section;
фиг. 3 схематически показывает газогенераторный реактор в виде в горизонтальном сечении;fig. 3 schematically shows a gas generator reactor in horizontal section;
фиг. 4 показывает схему способа получения синтез-газа с использованием газогенераторной установки.fig. 4 shows a diagram of a process for producing synthesis gas using a gas generating plant.
Представленная на фиг. 1 газогенераторная установка 10 для получения водородсодержащего синтез-газа 12 содержит газогенераторный реактор 14. Через газовпускной патрубок 16 газогенераторного реактора 14 перегретый водяной пар 18, в частности, газы, образующиеся в процессе генерации газа, поступают в газогенераторный реактор 14. Через верхний газовыпускной патрубок 20a газогенераторного реактора 14 смесь 22 газа с водяным паром отводится из газогенераторного реактора 14, в частности, на второй нагревательный элемент 38b в форме СВЧ-генератора (смотри ниже). Для отсасывания и дальнейшего применения смеси 22 газа с водяным паром из газогенераторного реактора 14 на верхнем газовыпускном патрубке 20a предусмотрен газоотсасывающий нанос 24, в частности, эксгаустер с отсасывающим насосом. Через нижний газовыпускной патрубок 20b газогенераторного реактора 14 синтез-газ 12 вытекает из газогенераторного реактора 14. Вдоль продольной оси LA газогенераторного реактора 14 на верхнем конце 26a газогенераторного реактора 14 предусмотрен впускной шлюз 28a, через который содержащее углеводороды сырье 30 может вводиться в твердой форме в газогенераторный реактор 14. На нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14 образован выпускной шлюз 28b, через который из газогенераторного реактора 14 может отводиться остаточный материал 32, в частности остатки от производства синтез-газа, предпочтительно в твердой форме. Впускной шлюз 28a и/или выпускной шлюз 28b содержит винтовой конвейер 34a, 34b (смотри фиг. 2) для транспортировки сырья или остаточного материала 32 и шлюзовые ворота или затворы 36a, 36b для герметизации шлюзов 28a, 28b.Shown in FIG. 1, the
Первый нагревательный элемент 38a на нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14 служит для нагрева газогенераторного реактора 14 на его нижнем конце 26b. Дымовые газы (не показано) из первого нагревательного элемента 38a текут вдоль внешней обшивки газогенераторного реактора 14, в частности, через соединение 40a по текучей среде, и через теплообменник 42a для установки температуры дымовых газов перед выпуском дымовых газов в окружающую среду. Смесь 22 газа с водяным паром течет в направлении верхнего конца 26a газогенераторного реактора 14, при этом происходит падение температуры от более высокой температуры T1 на нижнем конце 26b до более низкой температуры T2 на верхнем конце 26a газогенераторного реактора 14. Сырье 30 продвигается в направлении нижнего конца 26b газогенераторного реактора 14, в частности, под действием силы тяжести.The
При этом сырье 30 проходит через зону 44a сушки с температурой T3, при которой сырье 30 сушится. Затем сырье 30 проходит через зону 44b карбонизации с температурой T4, при которой сырье 30 по меньшей мере частично превращается в углеродсодержащий продукт 46 карбонизации, в частности, уголь, с отщеплением воды. После этого углеродсодержащий продукт 46 карбонизации проходит через зону 44c конверсии с температурой T5, при которой углеродсодержащий продукт 46 карбонизации по меньшей мере частично реагирует с водяным паром 18 с образованием синтез-газа 12. Синтез-газ 12 отводится из газогенераторного реактора 14 через нижний газовыпускной патрубок 20b в зоне 44c конверсии. Остаточный материал 32, в частности, остатки от производства синтез-газа 12, выводится в виде золы 48 из газогенераторного реактора 14 через выпускной шлюз 28b на нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14.In this case, the
Газораспределитель 50 через соединение 40b по текучей среде принимает синтез-газ 12 из газогенераторного реактора 14. Газораспределитель 50 через соединение 40c по текучей среде направляет первую часть 12a синтез-газа 12 на первый нагревательный элемент 38a. Первый нагревательный элемент 38a предназначен для сжигания синтез-газа 12. Газораспределитель 50 направляет вторую часть 12b синтез-газа 12 через соединение 40d по текучей среде в окружающую среду газогенераторной установки 10, например, в цистерну (не показана). Газораспределитель 50 содержит цистерну 52 для воды, из которой вода 54 подается к синтез-газу 12.
Второй нагревательный элемент 38b для приема и нагревания смеси 22 газа с водяным паром, в частности, водяного пара 18, из газогенераторного реактора 14 имеет соединение 40e по текучей среде с газовпускным патрубком 16 для выдачи нагретой смеси 22 газа с водяным паром, в частности, нагретого водяного пара 18. Второй нагревательный элемент 38b выполнен с возможностью генерирования микроволн, которые обеспечивают нагревание, в частности, перегревание, смеси 22 газа с водяным паром, в частности, водяного пара 18. Газораспределитель 50 способен через соединение 40f по текучей среде отдавать синтез-газ 12 из газогенераторного реактора 14 на двигатель внутреннего сгорания 56, который с образованием отработавших газов 58 приводит в действие генератор 60, вырабатывающий электроэнергию, при этом второй нагревательный элемент 38b предназначен для нагревания второй смеси 22 газа с водяным паром, в частности, водяного пара 18, с применением электроэнергии. Для установки желаемой температуры синтез-газа газораспределитель 50 содержит теплообменник 42b. Посредством теплообменника 42c, который находится на соединении 40b по текучей среде между нижним газовыпускным патрубком 20b и газораспределителем 50, тепло для генерации водяного пара 18 передается по трубопроводу 64 на второй нагревательный элемент 38b. Электрогенератор 66 служит для запуска второго нагревательного элемента 38b перед началом процесса генерации газа. Парогенератор 68 к началу процесса генерации газа создает водяной пар 18, который через соединение 40g по текучей среде вводится во второй нагревательный элемент 38b.The
На фиг.2 показан вид в сечении газогенераторного реактора 14 с коллектором 70 синтез-газа для приема синтез-газа 12 и последующего отвода синтез-газа 12 из газогенераторного реактора 14. Коллектор 70 синтез-газа по текучей среде сообщается с нижним газовыпускным патрубком 20b. Парогазовый коллектор 72 служит для подачи водяного пара 18 в газогенераторный реактор 14. Направленные внутрь газогенераторного реактора 14 форсунки 74a, 74b парогазового коллектора 72 имеют множество отверстий 76a, 76b для однородного распределения водяного пара 18. Показана также смесь 22 газа с водяным паром, в частности, содержащая водяной пар 18, которая поднимается из зоны 44a сушки, зоны 44b карбонизации и зоны 44c конверсии к верхнему газовыпускному патрубку 20a и через газоотсасывающий нанос 24 проводится во второй нагревательный элемент 38b, в частности, СВЧ-генератор. Смесь 22 газа с водяным паром, в частности, перегретый водяной пар 18, снова вводится через газовпускной патрубок 16 в газогенераторный реактор 14. Кроме того, показан первый нагревательный элемент 38a для нагрева газогенераторного реактора 14 и второй нагревательный элемент 38b для нагрева смеси 22 газа с водяным паром, в частности, водяного пара 18, который вводится в газогенераторный реактор 14 через газовпускной патрубок 16.Figure 2 shows a sectional view of the
Высота HR газогенераторного реактора 14 больше, чем его ширина BR. Вертикальное расстояние A1 между газовпускным патрубком 16 и нижним концом 26b газогенераторного реактора 14 меньше, чем расстояние A2 между нижним концом 26b и нижним газовыпускным патрубком 20b. Расстояние A3 между верхним газовыпускным патрубком 20a и верхним концом 26a газогенераторного реактора 14 меньше, чем расстояние A4 между нижним газовыпускным патрубком 20b и верхним концом 26a. Расстояние A5 между верхним газовыпускным патрубком 20a и нижним газовыпускным патрубком 20b больше, чем расстояние A6 между нижним газовыпускным патрубком 20b и газовпускным патрубком 16.Height HR
На фиг. 3 показан газогенераторный реактор 14 на виде в сечении через плоскость сечения, обозначенную на фиг. 2 AA. Коллектор 70 синтез-газа содержит трубу 78, в частности, отводную трубу, для приема синтез-газа 12. Отводная труба 78 проходит в форме кольца 80a по всему периметру внутренней стенки 82 газогенераторного реактора 14. Отводная труба 78 ведет к нижнему газовыпускному патрубку 20b. На отводной трубе 78 образованы обращенные внутрь трубные вставки 84a, 84b для приема синтез-газа 12. Показан также первый нагревательный элемент 38a на газогенераторном реакторе 14.In FIG. 3 shows the
Парогазовый коллектор 72 содержит нагнетательную трубу 86, по которой течет водяной пар 18. Нагнетательная труба 86 с находящимися на нагнетательной трубе 86 форсунками 74a, 74b проходит в форме кольца 80b на нижнем конце 26b (смотри фиг. 1) газогенераторного реактора 14. Газовпускной патрубок 16 открывается в нагнетательную трубу 86.The gas-
На фиг. 4 показана схема способа 100 получения синтез-газа 12 с использованием газогенераторной установки 10. На первом этапе 102, в частности, после пуска газогенераторной установки 10, содержащее углеводород сырье 30 вводится в газогенераторный реактор 14 через впускной шлюз 28a на верхнем конце 26a газогенераторного реактора 14. Сырье 30 продвигается в направлении нижнего конца 26b газогенераторного реактора 14, в частности, под действием силы тяжести. На втором этапе 104 газогенераторный реактор 14 на его нижнем конце 26b нагревается первым нагревательным элементом 38a, находящимся на нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14. На третьем этапе 106 в газогенераторный реактор 14 через газовпускной патрубок 16 на нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14 вводится перегретый водяной пар 18. Водяной пар 18 течет в направлении верхнего конца 26a газогенераторного реактора 14, при этом происходит падение температуры от более высокой температуры T1 на нижнем конце 26b до более низкой температуры T2 на верхнем конце 26a газогенераторного реактора 14. На четвертом этапе 108 сырье 30 проходит через зону 44a сушки с температурой T3, при которой сырье 30 сушится. На пятом этапе 110 сырье 30 проходит через зону 44b карбонизации с температурой T4, при которой сырье 30, по меньшей мере частично, превращается в углеродсодержащий продукт 46 карбонизации с отщеплением воды 54. На шестом этапе 112 углеродсодержащий продукт 46 карбонизации проходит через зону 44c конверсии с температурой T5, при которой углеродсодержащий продукт 46 карбонизации по меньшей мере частично реагирует с водяным паром 18 с превращением в синтез-газ 12. На седьмом этапе 114 синтез-газ 12 выводится из газогенераторного реактора 14 через нижний газовыпускной патрубок 20b в зоне конверсии 44c. На восьмом этапе 116 материал 32, оставшийся от производства синтез-газа 12, выводится из газогенераторного реактора 14, в частности, в виде золы 48, через выпускной шлюз 28b на нижнем конце 26b газогенераторного реактора 14.In FIG. 4 shows a schematic diagram of a
Оценивая все фигуры чертежа, можно сделать вывод, что изобретение относится к газогенераторной установке 10 для получения водородсодержащего синтез-газа 12. Газогенераторная установка 10 содержит газогенераторный реактор 14. Газогенераторный реактор 14 ориентирован в вертикальном направлении, и его длина HR в вертикальном направлении превышает его ширину BR. Газовпускной патрубок 16 газогенераторного реактора 14 предназначен для проведения смеси 22 газа с водяным паром, в частности, перегретого водяного пара 18, через газовпускной патрубок 16 в газогенераторный реактор 14. Через верхний газовыпускной патрубок 20a газогенераторного реактора 14 смесь 22 газа с водяным паром может отводиться из газогенераторного реактора 14. Смесь 22 газа и водяного пара можно после перегревания снова использовать во втором нагревательном элементе 38b. Синтез-газ 12 может выходить из газогенераторного реактора 14 через нижний газовыпускной патрубок 20b. Газовпускной патрубок 16 находится на меньшем расстоянии A1 по вертикали от нижнего конца 26b, чем нижний газовыпускной патрубок 20b. Верхний газовыпускной патрубок 20a находится на меньшем вертикальном расстоянии A3 от верхнего конца 26a газогенераторного реактора 14, чем нижний газовыпускной патрубок 20b. Вертикальное расстояние A5 между верхним газовыпускным патрубком 20a и нижним газовыпускным патрубком 20b больше, чем вертикальное расстояние A6 между нижним газовыпускным патрубком 20b и газовпускным патрубком 16.Evaluating all the figures of the drawing, it can be concluded that the invention relates to a
Claims (29)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020208690.7 | 2020-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785096C1 true RU2785096C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1433640A1 (en) * | 1987-04-27 | 1988-10-30 | Производственное Объединение "Ждановтяжмаш" | Injector for atomizing melt |
| SU1679042A2 (en) * | 1989-06-23 | 1991-09-23 | Центральный Научно-Исследовательский Институт По Моторостроению | Internal combustion engine exhaust manifold |
| RU2043516C1 (en) * | 1990-12-10 | 1995-09-10 | Институт проблем энергосбережения АН УССР | Method of preliminary treatment of fuel before burning it in thermal power plant |
| RU2319749C2 (en) * | 2005-08-25 | 2008-03-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Method of the direct production of iron, in particular steels, and installation for its implementation |
| RU2462610C2 (en) * | 2008-01-10 | 2012-09-27 | Ловато Гас С.П.А. | System of sealed connection between tubular sections, namely for sealed connection of tube for supply of fuel gas under high pressure with pressure reducing valve in automobile internal combustion engines |
| RU2594410C2 (en) * | 2011-02-05 | 2016-08-20 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Improved plasma gasifiers for production of synthetic gas |
| RU2604624C2 (en) * | 2012-08-09 | 2016-12-10 | Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Method and device for gasification of biomass by recycling carbon dioxide without oxygen |
| RU2624682C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-05 | Новиков Илья Николаевич | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1433640A1 (en) * | 1987-04-27 | 1988-10-30 | Производственное Объединение "Ждановтяжмаш" | Injector for atomizing melt |
| SU1679042A2 (en) * | 1989-06-23 | 1991-09-23 | Центральный Научно-Исследовательский Институт По Моторостроению | Internal combustion engine exhaust manifold |
| RU2043516C1 (en) * | 1990-12-10 | 1995-09-10 | Институт проблем энергосбережения АН УССР | Method of preliminary treatment of fuel before burning it in thermal power plant |
| RU2319749C2 (en) * | 2005-08-25 | 2008-03-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Method of the direct production of iron, in particular steels, and installation for its implementation |
| RU2462610C2 (en) * | 2008-01-10 | 2012-09-27 | Ловато Гас С.П.А. | System of sealed connection between tubular sections, namely for sealed connection of tube for supply of fuel gas under high pressure with pressure reducing valve in automobile internal combustion engines |
| RU2594410C2 (en) * | 2011-02-05 | 2016-08-20 | АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. | Improved plasma gasifiers for production of synthetic gas |
| RU2604624C2 (en) * | 2012-08-09 | 2016-12-10 | Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Method and device for gasification of biomass by recycling carbon dioxide without oxygen |
| RU2624682C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-05 | Новиков Илья Николаевич | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5589599A (en) | Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| RU2516533C2 (en) | Method and device for obtaining synthesis-gas with low content of resins from biomass | |
| RU2392543C2 (en) | Method and device for processing of domestic and industrial organic wastes | |
| EP2350233B1 (en) | Method and apparatus for producing liquid biofuel from solid biomass | |
| EP3083008B1 (en) | Process and apparatus for cleaning raw product gas | |
| CA2729575A1 (en) | Equipment and process to produce biofuel from fast pyrolysis of biomass | |
| BR112013001807B1 (en) | METHOD FOR GASPING CARBONIDE MATERIAL AND A GASIFICATION SYSTEM | |
| CN117946767A (en) | Gasification system | |
| CN115210503A (en) | System and method for pyrolysis | |
| EP1996679A1 (en) | A method of converting coal into fuels | |
| RU2275416C1 (en) | Thermochemical processing method of organic raw material to fuel components, plant for preforming the same | |
| RU2662440C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| KR101123385B1 (en) | 2 stages pyrolysis and gasification hybrid system of high viscosity oilsand bitumen for synthetic liquid fuel and syngas production method using it | |
| RU2785096C1 (en) | Gas generator set and method for gas generation for producing hydrogen-containing synthesis gas | |
| JP2005068435A (en) | Method and plant for producing decontaminated syngas at high efficiency from feedstock rich in organic substance | |
| US20190276746A1 (en) | Plasma arc carbonizer | |
| US20220010223A1 (en) | Gas generating plant and gas generation process for the production of hydrogen-containing synthesis gas | |
| RU76424U1 (en) | INSTALLATION FOR DISPOSAL OF BIOMASS | |
| RU2591075C1 (en) | Poly-generating energy system | |
| US11142714B2 (en) | Highly efficient and compact syngas generation system | |
| JP2006231301A (en) | Gasification apparatus of waste | |
| KR101704768B1 (en) | Gasifier using pyroelectric effect | |
| KR101704767B1 (en) | Gasifier having circulation structure of thermal decomposition gas | |
| KR101704766B1 (en) | gasifier | |
| RU2632690C1 (en) | Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation |