RU2791574C1 - Способ поточной стадийной термохимической деструкции углеродсодержащих веществ и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

Изобретения относится к способами устройству для вихревой стадийной термохимической деструкции твердых углеродсодержащих веществ. Описан способ поточной стадийной вихревой термохимической деструкции углеродсодержащих веществ, согласно которому формируют поток смеси топлива и окислителя, где окислитель, содержащий атмосферный воздух, или кислород, или водяной пар, или углекислый газ, или их смесь, используют как транспортный поток, способный нести частицы топлива заданной фракции и массы, которые дозируют в поток в заданной пропорции, и осуществляют последовательно косвенный нагрев выходящим раскаленным потоком до температуры самовоспламенения и подвергают деструкции для превращения в газ и продвигают далее по реакторному пространству для рекомбинации в целевые газы с отдачей тепла на нагрев входящего потока. Описано устройство для реализации указанного выше способа, содержащее напорный вентилятор для создания несущего потока окислителя и роторный питатель для дозирования частиц топлива в поток окислителя, создающие рабочий поток смеси окислителя и твердого топлива, который подается в реактор термохимической конверсии с системой вакуумно-воздушного охлаждения, содержащий камеры нагрева, деструкции и синтеза, где камера нагрева оборудована кассетным кольцевым соплом, камера деструкции оборудована термоконденсатором, а камера синтеза, оборудована парообразователем, при этом для подачи твердого топлива используют шнековый загрузчик. Технический результат - повышение эффективности и экологичности термохимической деструкции твердых углеродсодержащих веществ. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к способам вихревой стадийной деструктивной перегонки твердых углеродсодержащих веществ с целью получения СО и Н₂ - содержащего газа (синтез-газа) из ископаемых топлив, местных возобновляемых углеродосодержащих материалов, в том числе отходов, путем их быстрой поточно-вихревой стадийной газификации.

Целью изобретения является создание экономичного по эксплуатационным затратам и массо-габаритным показателям, эффективного по степени конверсии углерода, получению целевых газов, экологической безопасности процесса получения синтез-газа высокого качества из твердых углеродсодержащих материалов и их смесей.

Известен способ работы топки [SU 483559, F23C 5/12, 05.09.1975], в котором формируют верхний и нижний топливо-воздушный поток и изменяют скоростные характеристики потоков для обеспечения заданного распределения топлива по высоте топки путем создания горизонтального вихря. Данный способ, обеспечивая равномерность выгорания топлива в различных зонах горения, выравнивает поля температур и лучистых потоков по высоте и глубине топочной камеры, снижая общий уровень температур и обеспечивая безшлаковочный режим работы.

Однако такая организация топки не обеспечивает условий для создания устойчивого вихря, ввиду чего мелкие частицы будут уносится газовым потоком, а более крупные выпадать в зольник, вследствие этого частицы не успевают выгореть, что приводит к увеличению механического недожога. Ввод смеси топлива с окислителем в двух разных местах усложняет конструкцию и создает неравномерность температур по объему реактора.

Известен также способ сжигания топлива в вихревой камере сгорания путем подачи топливно-воздушной смеси в верхнюю часть камеры сгорания и вторичного воздуха - в нижнюю часть камеры сгорания, в котором подачу вторичного воздуха осуществляют двумя потоками [RU 2044218, C1, F23C 5/24, 20.09.1995]. Этот способ обеспечивает повышение интенсивности процессов тепломассообмена, что повышает устойчивость воспламенения, например, при сжигании низкосортных (высоковлажных) топлив.

Однако этому способу присущи недостатки, обусловленные хаотичным движением топливо-воздушной смеси по объему реактора в связи с направлением топлива и окислителя противопотоками, не обеспечивающим достаточно долгое пребывание частицы топлива в реакционной зоне и выражающимся в механическим недожоге и уносе мелких частиц топлива.

Кроме того, известен способ сжигания твердого топлива в вихревой топке [RU 2349835, С2, F23C 5/24, 20.03.2009], в процессе которого вводят топливно-воздушную смесь несколькими струями в среднюю часть камеры сгорания и поток нижнего дутья в нижнюю часть камеры сгорания, в результате чего образуется нижняя вихревая зона и прямоточная часть факела, в которых топливо сгорает в процессе многократной циркуляции, при этом, дополнительно вводят струи периферийного дутья таким образом, что они направлены под углом в диапазоне 0≤α<1° или 65≤α<90° к направлению потока в нижней вихревой зоне и разделены на основные и вспомогательные, причем, при снижении нагрузки количество движения в основных струях сохраняют, а во вспомогательных уменьшают.

Особенностями этого способа является также то, что, в струи периферийного дутья дополнительно вводят присадки, которые связывают оксиды серы, и газы рециркуляции.

Недостатком этого технического решения относительно предложенного способа является то, что множественные зоны ввода окислителя создают сложность между поддержанием нужного уровня содержания кислорода и поддерживанием вихря. Также, повышается вероятность прохождения вторичных реакций с уменьшением выхода целевых газов. Отсутствие, кроме газодинамических, оснований для удержания больших частиц топлива в потоке, повышает риск неполной реакции всего углерода, содержащегося в топливе.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ переработки топлива для получения горючих газов [RU 2577265, С2, C10J 3/72, 10.03.2016], заключающийся в том, что подвергают вихревой газификации топливо, включающий тангенциальную подачу топлива и воздуха и/или пара для формирования несущего вихревого потока газовзвеси, движущегося вдоль оси вращения с последовательным обособлением в нем трех областей, где в первой из них на закрутку подают воздух и/или пар, необходимый для пиролиза, газификации и/или полного сгорания топлива, во второй области вихревого потока газовзвеси интенсифицируют смешение воздуха и/или пара с вихревым потоком газовзвеси за счет уменьшения поперечного сечения вихревого потока газовзвеси и подачи в него воздуха с периферии в виде рассредоточенного струйного радиального вдува, а в третьей области вихревого потока газовзвеси производят увеличение времени пребывания вихревого потока газовзвеси путем увеличения его поперечного сечения для завершения процесса газификации и/или горения, при этом, в первой области вихревого потока газовзвеси пиролиз реализуют путем подачи воздуха в количестве от 8-12% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, до 0% при полном замещении воздуха водяным паром, воздух и/или водяной пар вводят в вихревой поток газовзвеси для активного перемешивания между собой и с вихревым потоком газовзвеси при помощи системы чередующихся струй, а с противоположной струям стороны вихревого потока газовзвеси для коррекции процесса пиролиза подают воздух и/или водяной пар перпендикулярно направлению ввода потока топлива, с возможностью регулирования расхода всех струй воздуха и/или водяного пара, во второй области вихревого потока газовзвеси для интенсификации смешения и завершения процесса газификации топлива воздух подают с периферии вихревого потока газовзвеси к его оси в количестве 18-20% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, или в количестве 28-30% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, в случае замещения всего воздуха водяным паром при закрутке в первой области вихревого потока газовзвеси, в третьей области вихревого потока газовзвеси осуществляют кондиционирование температуры и состава газовзвеси вихревого потока путем дополнительного введения спутно в эту область вихревого потока газовзвеси части регулируемых расходов воздуха и/или водяного пара, после чего во вновь введенной четвертой области вихревого потока газовзвеси осуществляют стабилизацию расхода и состава газовзвеси вихревого потока, образованного в третьей области, путем подачи в эту область тангенциально части воздуха и/или водяного пара, увеличение времени пребывания вихревого потока газовзвеси в этой области и сепарацию входящей в состав газовзвеси золы на периферии вихревого потока газовзвеси для последующего отвода золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси.

Кроме того, в преимущественном варианте реализации способа при закрутке вихревого потока газовзвеси в первой области вихревого потока газовзвеси вместе с организацией пиролиза и газификации производят внутреннюю регенерацию теплоты процесса путем возврата всей или части неохлажденной золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси в первую область того же вихревого потока газовзвеси для нагрева теплотой этой золы воздуха и топлива при их закрутке в процессе организации пиролиза, с сохранением возможности отвода всей или части золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси, минуя первую область вихревого потока газовзвеси, а для предварительного нагрева воздуха, вводимого в процесс, используют теплоту узлов конструкции реактора.

Однако, наиболее близкое техническое решение относительно предложенного способа обладает следующими недостатками:

- не раскрыт способ организации потоков с целью использования теплоты узлов конструкции реактора;

- не раскрыт сложный для реализации механизм возврата раскаленной золы в начало процесса;

- линейная цилиндрическая организация реакционных камер не может обеспечить устойчивость тангенциального течения потока из-за разницы сечений входного дутьевого патрубка и камеры, и возникновения центральных противонаправленных вихрей, и требует множественных мест ввода дутья для поддержания потока, что создает сложный компромисс между количеством дутья, необходимым для поддержания транспортного потока, и потребностью контролировать содержание кислорода в смеси;

- множественность точек ввода дутья также создает опасность возникновения градиента температур по длине реактора и прохождения вторичных и третичных реакций в связи с появлением нового кислорода в потоке, что негативно повлияет на состав продукт-газа;

- в известном способе не раскрыты специфичные операции подачи топлива и воздуха и/или пара, что затрудняет его практическую реализацию;

- операции известного способа не обеспечивают удержание топливо-воздушной смеси достаточно долго для полной надежной реакции всего углерода, содержащегося в топливе, что снижает эффективность, а также экономичность и экологичность способа;

- известный способ предполагает необходимость использования горелочных устройств для получения горючего газа, применяемого в технологическом процессе переработки топлива, что снижает экономичность способа и усложняет его;

- в известном способе не предусмотрено изменение геометрии реакционного объема при изменении скорости потока, что не позволяет обеспечить устойчивое вихревое движение потока, например, при снижении его скорости, что влечет снижение эффективности, экономичности и экологичности способа.

Задача настоящего изобретения относительно способа заключается в создании универсальной для твердых углеродсодержащих веществ, легко масштабируемой, дешевой в эксплуатации, эффективной по получаемому продукту и опережающей по экологическим показателям технологии быстрой вихревой термохимической деструкции углеродсодержащих материалов, в которой устранены указанные недостатки и обеспечены условия для управляемого по коэффициенту избытка воздуха, по устойчивости процесса, по целевому продукту процесса перегонки, который обеспечивает точное регулируемое соотношение топлива и окислителя в потоке, обеспечивает прохождение моно-реакций, исключая смешивание продуктов перегонки с непрореагировавшим топливом, обеспечивает высокий уровень массо- и теплообменных процессов внутри реактора и свободный доступ окислителя ко всей поверхности частицы топлива, обеспечивает передачу полной теплотворной способности топлива продукт-газу с возможностью регулирования режимов переработки в широких пределах, от низкотемпературного пиролиза с целью получения жидкой фракции до высокотемпературной газификации.

Из техники известно, что вихревая организация процесса газификации твердых углеродсодержащих веществ в газ выгодно отличается от слоевых процессов и процессов в кипящем слое. Однако вихревая технология не получила широкого применения, в первую очередь из-за проблем с поддержанием устойчивого процесса.

Требуемый технический результат относительно предложенного способа заключается в повышении эффективности, экономичности и экологичности способа.

Поставленная задача относительно способа решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в предложенном способе поточной вихревой стадийной деструкции формируют поток смеси топлива и окислителя, где окислитель, содержащий атмосферный воздух или кислород или водяной пар или углекислый газ или их смесь, используют как транспортный поток, способный нести частицы топлива заданной фракции и массы, которые дозируют в поток в заданной пропорции и осуществляют последовательно косвенный нагрев выходящим раскаленным потоком до температуры самовоспламенения и подвергают деструкции для превращения в газ и продвигают далее по реакторному пространству для рекомбинации в целевые газы с отдачей тепла на нагрев входящего потока.

Известно также устройство - реактор для переработки топлива для получения горючих газов [RU 2577265, С2, C10J 3/72, 10.03.2016], содержащий кожух, в котором с зазором размещен корпус реактора, разделенный на три горизонтальные последовательные для прохода несущего вихревого потока газовзвеси вихревые камеры, с отводом горючего газа из последней вихревой камеры реактора в осевом направлении, и накопитель золы, причем в качестве первой вихревой камеры реактора использован камерный завихритель с тангенциальным вертикальным окном ввода топлива, тангенциальными соплами ввода воздуха, поступающего из зазора между кожухом и корпусом реактора, и соплами ввода водяного пара, оснащенными органами регулирования расхода воздуха и водяного пара, при этом все сопла размещены горизонтально в нижней части первой вихревой камеры под тангенциальным вертикальным окном ввода топлива, а в верхней части этой камеры размещены отдельные дополнительные воздушные и паровые сопла коррекции процесса пиролиза на входе топлива в реактор, к осевому выходному окну первой вихревой камеры пристыкована вторая вихревая камера, поперечный размер которой меньше поперечного размера первой вихревой камеры, боковая поверхность которой перфорирована сквозными отверстиями, соединенными с зазором между кожухом и корпусом реактора, а на выходе из второй вихревой камеры размещена третья вихревая камера кондиционирования, имеющая поперечный размер, превышающий поперечный размер второй вихревой камеры, последняя вихревая камера оснащена в нижней части окном отвода горючего газа, четвертая вихревая камера стабилизации расхода и состава газовзвеси вихревого потока, поперечные размеры которой соизмеримы с поперечным размером третьей вихревой камеры кондиционирования, при этом сопла ввода воздуха первой вихревой камеры, служащие для создания вихревого потока газовзвеси, размещены, чередуясь, равномерно перед осевым выходным окном первой вихревой камеры, а в осевом выходном окне первой вихревой камеры установлена диафрагма, имеющая внизу полукольцевую щель для прохода вихревого потока газовзвеси из первой вихревой камеры во вторую, отдельные дополнительные воздушные и паровые сопла коррекции процесса пиролиза в верхней части первой вихревой камеры размещены вблизи тангенциального вертикального окна ввода топлива перпендикулярно направлению ввода топлива на входе в первую вихревую камеру, в верхней части третьей вихревой камеры кондиционирования спутно направлению вращения вихревого потока газовзвеси размещены отдельные тангенциальные воздушные и паровые сопла, оснащенные индивидуальными органами регулирования расходов воздуха и водяного пара, а в нижней части третьей вихревой камеры кондиционирования размещен горизонтальный тангенциальный патрубок отвода вихревого потока газовзвеси из третьей вихревой камеры кондиционирования, который одновременно является входным тангенциальным патрубком ввода вихревого потока газовзвеси в четвертую вихревую камеру стабилизации расхода и состава газовзвеси вихревого потока, в верхней части четвертой вихревой камеры стабилизации установлены отдельные горизонтальные тангенциальные сопла ввода части воздуха и/или водяного пара спутно направлению вращения вихревого потока газовзвеси, а в ее торце выполнено окно отвода горючего газа из реактора в осевом направлении, причем в нижней части четвертой вихревой камеры стабилизации имеется патрубок отвода отсепарированной золы в накопитель золы посредством продольного транспортного канала.

Это устройство является наиболее близким по технической сущности к предложенному.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкие эффективность, экономичность и экологичность.

Задача, которая решается в изобретении относительно устройства, заключается в создании технического решения в виде конструкции реактора, реализующего предложенный способ.

Требуемый технический результат относительно предложенного устройства заключается в повышении его эффективности, экономичности и экологичности.

Поставленная задача относительно устройства решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство для реализации предложенного способа, содержащее напорный вентилятор для создания несущего потока окислителя и роторный питатель для дозирования частиц топлива в поток окислителя, создающие рабочий поток смеси окислителя и твердого топлива, который подается в реактор термохимической конверсии с системой вакуумно-воздушного охлаждения, содержащий камеры нагрева, деструкции и синтеза, где камера нагрева оборудована кассетным кольцевым соплом, камера деструкции оборудована термоконденсатором, а камера синтеза, оборудованная парообразователем, при этом, для подачи твердого топлива используют шнековый загрузчик. На чертеже представлены:

на фиг. 1 - устройство для реализации способа поточной стадийной перегонки углеродсодержащих веществ;

на фиг. 2 - система бесфутеровочной термоизоляции;

на фиг. 3 - фланцевое соединение; на фиг. 4 - пакет кольцевых сопел;

на фиг. 5 - термоконденсатор с системой газодинамических ловушек в разрезе.

На чертеже обозначены:

1 - вихревой реактор термохимической конверсии;

2 - нагнетатель дутья, выполненный, в частном случае, в виде вентилятора;

3 - роторный питатель, дозирующий топливо в поток окислителя;

4 - камера нагрева смеси;

5 - камера деструкции;

6 - камера синтеза;

7 - система бесфутеровочной термоизоляции, состоящую как минимум из камер 7-1 и 7-2;

8 - пакет кольцевых тангенциальных сопел;

9 - термоконденсатор;

10 - трубопровод подачи окислителя.

На фиг. 1 стрелками показано направление движения газовой смеси.

Устройство для реализации предложенного способа содержит реактор 1, нагнетатель окислителя 2, и дозатор твердого топлива 3. Нагнетатель окислителя 2 под давлением направляет поток окислителя на дозатор твердого топлива 3, где образуется смесь топлива и окислителя в заданных пропорциях, которая потоком направляется в реактор 1 термохимической конверсии для газификации. Поток подается тангенциально в ряд кольцевых соосно расположенных камер 4, 5, 6, соединенных последовательно в ряд реакционных объемов, в которых за счет сечения камеры устанавливается температура и скорость потока необходимые для реализации задачи стадии, при этом поддерживается скорость потока, необходимая для преодоления скорости витания частиц установленной фракции и формирования устойчивого спиралеобразного вихря, переходящего из камеры в камеру, с учетом изменения объема потока в зависимости от нагрева и измельчения частиц по мере выгорания. При этом производится косвенный, через стенку, нагрев потока передачей тепла более высокотемпературных стадий на стадии, требующие подвода тепла, исключая необходимость использования внешних источников энергии или сжигания части продукт-газа для проведения реакций.

Согласно изобретению, камеры 4, 5, и 6 обеспечивают процессы нагрева, деструкции и синтеза.

Камера нагрева 4 располагается через стенку с высокотемпературными камерами 5 и 6. За счет лучевого нагрева стальных стенок камеры и турбулентности потока, достигается сверхбыстрый (1000С°/сек) темп нагрева смеси, что позволяет обеспечить взрывообразное кратковременное, за счет недостатка для полного сгорания окислителя, самовозгорание смеси и достигать полной, до 100% конверсии твердого топлива в газ.

Предложенный способ реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

Раскаленная газовая смесь подается в камеру деструкции 5, резко увеличивая объем и температуру и сохраняя спиралевидное течение. Камера деструкции обеспечивает взрывообразное увеличение температуры и объема газа при сохранении скорости потока. Проходя камеру деструкции, поток теряет температуру на нагрев входящих потоков окислителя и выходит в камеру синтеза 6, где продолжает терять температуру, а скорость замедляется. Пробыв в камере синтеза заданное время поток газа выводится из реактора на очистку и использование.

Стабильный химический состав потока и общая ровная температура для заданного этапа, без застойных зон, на всех этапах переработки и отсутствие перемешивания потоков разных стадий исключает прохождение вторичных реакций и образование побочных продуктов переработки.

Широкие возможности регулирования соотношения окислителя и топлива позволяют получать высококалорийный газ при атмосферном дутье, что значительно удешевляет процесс. Регулируя соотношение окислителя и топлива, возможно на одном оборудовании, только за счет регулирования параметров процесса, проводить реакции низкотемпературного пиролиза при температурах 600-750°С с получением конденсируемой жидкой фазы, газа и смеси твердого углерода и золы или высокотемпературную газификацию при температурах 900-1100°С с получением моно-продукта - синтез-газа без примесей смол.

Зола вихревой газификации представляет сухой тонкодисперсный бурый порошок из частиц с развитой поверхностью. Пребывая в потоке все время переработки и раскаляясь, частицы золы действуют как катализаторы реакций и в значительной степени связывают галогены и серу, с основными компонентами минеральной части топлива, такими как Mg и Са. Отбор сухой мелкодисперсной золы в конце процесса, после вывода из реактора, на оборудовании вихревого разделения потоков, кассетных фильтрах и других доступных рыночных решений является самым дешевым и технологически простым процессом очистки газа от золы по сравнению с золоудалением в расплаве или механическим удалением залы из реактора шнеком.

Работа устройства предполагает непрерывную точную дозируемую подачу топлива, чем достигается требуемый для задачи переработки состав продукт-газа, предотвращения прохождения вторичных реакций, перемешивания потоков разных стадий. Интенсификация процессов тепло и массо-обмена в потоке, где окислитель доводится до частицы топлива со всех сторон, прореагировавшие газы безпрепятственно отводятся от частицы а образовавшийся зольный остаток на поверхности частицы топлива отрывается от частицы турбулентным потоком и не препятствует завершению реакций. Поточная организация процесса и эффективный тепло-массо обмен позволяют проводить процесс за счет внутренней энергии топлива и энергии, выделяющейся на стадии синтеза, что позволяет переводить полную теплотворную способность топлива в продукт газ.

Дутьевой вентиллятор 2 под давлением, необходимым для работы пневмотранспорта и в заданном количестве подает газообразный окислитель окружающей температуры в систему бесфутеровочной термоизоляции 7, где поток окислителя охлаждает рубашку реактора и нагревается, проходя 2 кольцевые камеры i и ii и выходит в трубопровод подачи 10 с расположенным на нем роторным питателем 3.

Роторный питатель 3 равномерно дозирует измельченное топливо в поток окислителя, обеспечивая перепад давления между трубопроводом 10 и атмосферным давлением в бункере питателя 3, создавая смесь топлива и окислителя в заданных пропорциях, которая потоком тангенциально подается в камеру нагрева 4 реактора 1, где нагревается, в основном за счет лучевого излучения стенок высокотемпературных камер 5 и 6 реактора и, попадая в кольцевые сопла 8, воспламеняется и выходит в камеру деструкции 5, где под воздействием высокой температуры молекулы топлива разрушаются и поток попадает в камеру синтеза 6, где скорость и температура потока падает, молекулы топлива и окислителя образуют целевые газы и отводятся из реактора для использования.

Конструкция камеры деструкции 5 обеспечивает максимальное развитие поверхности контакта фаз и их перемешивание. Высокая интенсивность процесса обеспечивает активную диффузию окислителя в топливо и мелкие частицы топлива испаряются (сублимируют) практически мгновенно.

Температура в камере деструкции 5 стабилизируется за счет термоконденсатора 9, который представляет собой массивную металлическую обойму с термодинамическими ловушками, которые захватывают более крупные частицы топлива и удерживают вплоть до выгорания и уменьшения в размере с последующим уносом общим потоком.

Во всех камерах поток организован в круговое движение за счет тангенциального направления потока и установки пассивных завихрителей, выполненных в форме спирали или лопаток, что при малых геометрических размерах реактора 1 обеспечивает необходимую длительность нахождения топлива в определенной зоне.

В целях термоизоляции реактора, снижения теплопотерь и нагрева потока окислителя перед подачей в реактор применяется система бесфутеровочной термоизоляции (фиг. 2), содержащей серию последовательно расположенных вихревых кольцевых камер, где входящий поток окислителя обеспечивает охлаждение внешней стенки реактора и нагревается за счет внутренней теплоты реактора и герметичных кольцевых камер, которые обеспечивают экранирование лучевого излучения от раскаленной рабочей стенки реактора и разницу температур между камерами системы охлаждения, при этом поток направляется вокруг корпуса реактора минимум два раза, сначала во внешнюю камеру и затем во внутреннюю камеру системы термоизоляции через перфорированное фланцевое соединение (фиг. 31), обеспечивающее проход потока окислителя из камеры в камеру. Температуры нагрева в первой и второй камерах регулируются количеством камер охлаждения в системе, скоростью потока и его завихренностью вокруг корпуса реактора.

Система вакуумно-воздушного охлаждения реактора, включающая минимум одну вакуумную камеру, которая снимает лучевое излучение со светящейся стенки и минимум одну камеру, охлаждаемую воздухом, которая задает внешней стенке температуру охлаждающего потока. Комбинация вакуумных и охлаждаемых камер позволяет добиться температуры на внешней рубашке реактора 45°С при температуре в реакторе 1000°С. Система вакуумно-воздушного охлаждения реактора практически полностью исключает тепловые потери при работе реактора.

Достоинствами устройства является нечувствительность к качеству сырья и наличию балластов в виде минеральных примесей и влаги, самодостаточность процесса, обусловленная тем, что энергия, необходимая для проведения реакций, берется с более высокотемпературных стадий, возможность реализации нескольких режимов от высокотемпературной газификации до низкотемпературного пиролиза на одном устройстве посредством регулировки параметров смеси и параметров процесса, малое время пребывания частицы топлива в реакторе за счет развитых массо- и теплообменных процессов в реакторе, практически полное отсутствие углекислого газа в результате переработки, позволяет отказаться от кислорода как газифицирующего дорогостоящего агента и использовать смесь воздуха и пара, отсутствие вторичных и третичных реакций и стабилизация выхода целевых компонентов, взрывной характер течения реакций, в результате чего можно говорить о фазовом переходе из твердого в газообразное состояние, минуя жидкое, нахождение минеральной составляющей топлива в виде частиц золы в потоке в течение всего времени реакции, они действуют как центры катализации процесса и адсорбенты для галогенов, которые связываются с минеральной частью в устойчивые соединения, возможность интенсифицировать процесс путем введения катализаторов горения и синтеза в соответствующие зоны и пара для обогащения газа.

При этом часть топлива, сгоревшего в результате воспламенения в камере деструкции, не становится балластом в продукт-газе, а вместе со всем потоком подвергается деструкции и участвует в образовании продукт-газа, что позволяет говорить о близкой к 100% эффективности процесса, где полная теплотворная способность топлива превращается в термохимическую энергию продукт-газа с незначительными потерями на тепло отводимого зольного остатка.

Кроме того, отсутствие колосниковых решеток и мест, где топливо залеживается, что приводит к резкому повышению срока эксплуатации рабочих поверхностей реактора, и отсутствие прогаров, а также возможность газифицировать пылевидное топливо и низкокалорийные высокозольные материалы.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении его эффективности, экономичности и экологичности.

Claims (2)

1. Способ поточной стадийной вихревой термохимической деструкции углеродсодержащих веществ, согласно которому формируют поток смеси топлива и окислителя, где окислитель, содержащий атмосферный воздух, или кислород, или водяной пар, или углекислый газ, или их смесь, используют как транспортный поток, способный нести частицы топлива заданной фракции и массы, которые дозируют в поток в заданной пропорции, и осуществляют последовательно косвенный нагрев выходящим раскаленным потоком до температуры самовоспламенения и подвергают деструкции для превращения в газ и продвигают далее по реакторному пространству для рекомбинации в целевые газы с отдачей тепла на нагрев входящего потока.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее напорный вентилятор для создания несущего потока окислителя и роторный питатель для дозирования частиц топлива в поток окислителя, создающие рабочий поток смеси окислителя и твердого топлива, который подается в реактор термохимической конверсии с системой вакуумно-воздушного охлаждения, содержащий камеры нагрева, деструкции и синтеза, где камера нагрева оборудована кассетным кольцевым соплом, камера деструкции оборудована термоконденсатором, а камера синтеза оборудована парообразователем, при этом для подачи твёрдого топлива используют шнековый загрузчик.

Images