UA124159C2 - Спосіб та пристрій для газифікації біомаси - Google Patents

Abstract

Винахід стосується способу (10) газифікації біомаси (B) і пристрою (11), пристосованому для нього. Спосіб здійснюється щонайменше за три стадії (12, 12i, 12ii, 13, 14). На першій стадії (12) способу в одному демонстраційному прикладі біогенний залишок I (біомаса) може подаватися в зону нагрівання (ZE) для сушіння біомаси (B) і забезпечення виходу звідти летких компонентів з метою утворення, наприклад, піролізного газу (PY). Піролізний газ (PY) подається в зону окиснення (ZO), де відбувається його стехіометричне окиснення з утворенням неочищеного газу (R). Коксоподібний вуглецевий залишок (RK), що утворюється в зоні нагрівання (ZE), разом з неочищеним газом (R) частково газифікується на другій стадії (13) способу в зоні газифікації (ZV). Зона нагрівання (ZE) може піддаватися непрямому нагріванню. Зона газифікації (ZV) також може піддаватися непрямому нагріванню. Зона нагрівання (ZE) і зона окиснення (ZO) переважно є зонами, які відокремлені одна від одної в окремих камерах (23, 24). При газифікації утворюється активоване вугілля (АK) і гарячий технологічний газ (РН). Спосіб відповідно до винаходу (10) включає пристрій (11), виконаний з можливістю охолодження певної кількості активованого вугілля від не менше 0,02 кг до не більше 0,1 кг на кілограм подаваної біомаси (без води і золи, waf), з якої утворюється активоване вугілля в зоні газифікації (ZV), а також гарячий газоподібний продукт (PH) на третій стадії (14) способу в зоні охолодження, наприклад, до не більше 50 °C. Переважно, коли пристрій виконано таким чином, що спосіб включає спільне охолодження активованого вугілля (AK) і гарячого технологічного газу (PH), температура технологічного газу (PH) в зоні охолодження (ZK) під час спільного охолодження з активованим вугіллям (АK) залишається вище нижчої порогової температури, яка вища температури конденсації газоподібного продукту (РН). Процес адсорбції, що відбувається під час спільного охолодження активованого вугілля (AK) і газоподібного продукту (PH), призводить до того, що під час охолодження смола з гарячого технологічного газу (PH) абсорбується на активованому вугіллі (AK) в зоні охолодження. В результаті після третьої стадії (14) способу виходить чистий газ (PR, PA), який по суті не містить смоли. Збагачене смолою активоване вугілля (АK) може бути щонайменше частково спалене для нагрівання зони нагрівання (ZE) і/або зони газифікації (ZV).

Description

гарячий газоподібний продукт (РН) на третій стадії (14) способу в зоні охолодження, наприклад, до не більше 50 "С. Переважно, коли пристрій виконано таким чином, що спосіб включає спільне охолодження активованого вугілля (АК) і гарячого технологічного газу (РН), температура технологічного газу (РН) в зоні охолодження (2К) під час спільного охолодження з активованим вугіллям (АК) залишається вище нижчої порогової температури, яка вища температури конденсації газоподібного продукту (РН). Процес адсорбції, що відбувається під час спільного охолодження активованого вугілля (АК) і газоподібного продукту (РН), призводить до того, що під час охолодження смола з гарячого технологічного газу (РН) абсорбується на активованому вугіллі (АК) в зоні охолодження. В результаті після третьої стадії (14) способу виходить чистий газ (РК, РА), який по суті не містить смоли. Збагачене смолою активоване вугілля (АК) може бути щонайменше частково спалене для нагрівання зони нагрівання (2Е) і/або зони газифікації (2М). т2 : і вк ; щі дк из и Й вч | ов Кит / ,

М М Ка Н х | у К і /й і

В з | ктетчтттнтнтя рен й й РН І; ЯРА і ' Г й Я ни ЇЇ ве ще Е - мя сте веж М ежжжжжденняня А нн

ЖЕ. о | АХ я ЛЕ т тут Н х і Х пн уч А І У о, же і ик Кт гл си м й у з "і 16 о? ШИ то ! Аа ; пет рот ужехююеья а, і АК МАКІ у зач х ! 15 5 ж! зу КЯ ; Що

Кк і / пи мини й сект, у льтьтьть них мин

Ї ші х б І ЧК ів

Фіг. 2

Винахід стосується способу, а також пристрою для газифікації біомаси. Під біомасою розуміють будь-яку вуглецевмісну біогенну масу, таку як, наприклад, деревні відходи, відходи сільськогосподарських культур, свіжоскошену траву, залишки бродіння, осади стічних вод тощо.

В практичних застосуваннях переважно використовуються децентралізовані невеликі установки з витратою біомаси менше 200 кг на годину, наприклад, на фермах або в громадських місцях, для уникнення витоку біомаси та залишкових речовин і забезпечення можливості застосування відпрацьованого тепла на місці. Прийняття таких систем на ринку досі відсутнє. Однією з суттєвих причин цього є смола, яка утворюється під час піролізу і газифікації біомаси. До сьогоднішнього дня смолу доводилося видаляти дорогим способом, і, як правило, це вимагає великих витрат на утримання таких установок. Якщо газ, що утворюється під час газифікації, згодом буде використовуватися на теплоенергетичній станції, необхідним є також повне видалення смоли з отриманого газоподібного продукту. Не тільки обслуговування, а і придбання таких установок дорого коштує.

Спосіб і пристрій для газифікації біомаси за допомогою системи газифікації в супутніх потоках відомі з публікації ОЕ 10 2008 043 131 АТ. Для уникнення потрапляння в газоподібний продукт смоли, в останньому документі пропонується одностадійний спосіб із застосовуванням системи газифікації в супутніх потоках, і в цьому випадку паливо подається в камеру газифікації під дією сили тяжіння. У зоні відновлення над зоною окиснення утворюється нерухомий псевдозріджений шар. Це призначене для того, щоб уникнути утворення критичного каналу в ділянці зон відновлення, відомих з газифікаторів з нерухомим шаром, і, таким чином, зниження потрапляння смоли в газоподібний продукт. Проте, утворення такого псевдозрідженого шару вимагає обмеження газифікації до певних біогенних залишкових матеріалів і розмірів частинок, оскільки, в іншому випадку стійкий псевдозріджений шар не може бути досягнутий.

В публікації ЕР 1436364 ВІ описується пристрій, що містить реакційну камеру, в якому подача біомаси відбувається в бічному напрямку. Гази, що містять смолу, можуть конденсуватися на закритій кришці в реакційній камері. Це дозволяє або видалити конденсовану смолу з реакційної камери, або повернути смолу в реакційні зони всередині відновлювальної камери. В результаті цього загальний ступінь ефективності має бути збільшений. Аналогічний пристрій також описується в публікації ЕР 2 522 707 А2. У цьому

Зо випадку існує додаткова установка для подальшого оброблення, за допомогою якої залишковий матеріал має бути мінералізований настільки повно, наскільки це можливо, і має утворюватися "біла зола".

В публікації ОЕ 20 2009 008 671 01 описується інше рішення для газифікації біомаси. В цій публікації пропонується прямоточний газифікатор, що включає камеру піролізу і газифікатор.

Піролізний газ, який містить смолу, спалюється при 1200 "С в зоні окиснення газифікатора.

Відповідно, в зоні окиснення потрібні дуже високі температури.

В публікації ЕР 2636720 А1 описується спосіб, в якому синтез-газ отримують з біомаси за рахунок парової конверсії. Це вимагає наявності дуже великих нагрівальних поверхонь для непрямого нагрівання. Псевдозріджений шар має створюватися за допомогою рухомих лопатей в трубах газифікатора або змійовиках газифікатора. Потім синтез-газ очищується в протиструминний спосіб у вугільному фільтрі і при цьому також охолоджується.

В публікації ОЕ 198 46 805 А1 описується спосіб і пристрій для газифікації і спалювання біомаси. В цей спосіб утворюється піролізний газ і кокс, причому кокс подається в реактор для газифікації, в якому кокс частково газифікується з утворенням активованого вугілля. Активоване вугілля видаляється з камери згорання через конвеєрну систему і транспортується у фільтр ззовні камери згорання. Газоподібний продукт, що утворюється в процесі, видаляється окремо від активованого вугілля з реактора газифікації і охолоджується в теплообміннику. Потім охолоджений газоподібний продукт проходить через фільтр, заповнений активованим вугіллям.

При цьому всі забруднюючі речовини мають залишатися в активованому вугіллі.

Враховуючи цей попередній рівень техніки, метою даного винаходу є створення способу та пристрою для газифікації біомаси, за допомогою яких найрізноманітніші біогенні залишки перероблюються незалежно від розміру частинок, а газоподібний продукт з низьким вмістом смоли може вироблятися в економічний спосіб.

Ця мета досягається у спосіб, що відображає ознаки пункту 1 формули винаходу, а також за допомогою пристрою, що відображає ознаки пункту 13 формули винаходу.

З урахуванням способу відповідно до винаходу, газоподібний продукт отримують з біомаси, що подається в пристрій для газифікації біомаси, наприклад, відповідно до пункту 13 формули винаходу, щонайменше, за три стадії способу. На першій стадії способу, з подаваної біомаси утворюється неочищений газ і вуглецевий залишок.

Для цього біомаса окиснюється субстехіометрично, наприклад, в зоні окиснення, шляхом подачі кисневмісного газу, зокрема повітря. Кисневмісний газ, який має подаватися, може бути попередньо нагрітий з цією метою. Під час субстехіометричного окиснення отримують неочищений газ і коксоподібний вуглецевий залишок.

Посилаючись на модифікацію способу, біомаса, що подається на першій стадії способу, висушується на першій частковій стадії в зоні нагрівання і/або нагрівається таким чином, що леткі компоненти можуть виходити з біомаси, і в цьому випадку утворюється піролізний газ і вуглецевий залишок. Сушіння і піроліз можуть здійснюється в спільній зоні нагрівання. В альтернативному варіанті, сушіння біомаси та піроліз можуть здійснюватися в зонах, які відокремлені одна від одної. На другій частковій стадії піролізний газ, отриманий на першій стадії способу, піддається субстехіометричному окисненню в зоні окиснення за рахунок подачі кисневмісного газу, в результаті чого виходить неочищений газ.

Під час способу відповідно до винаходу вуглецевий залишок і неочищений газ, отримані на першій стадії способу, частково газифікуються на другій стадії способу таким чином, що утворюється активоване вугілля. При цьому в зоні газифікації газифікованим є переважно максимум 75 95 і, ще більш переважно, максимум 60-65 95 вуглецевого залишку. В одному варіанті здійснення температура в зоні газифікації може становити мінімум 800 "С і максимум 1000 "С. Гарячий газоподібний продукт і активоване вугілля утворюються в зоні газифікації.

На третій стадії способу, гарячий газоподібний продукт і, щонайменше, частина активованого вугілля охолоджуються разом в зоні охолодження. При цьому відбувається процес адсорбції, в ході якого смола з гарячого газоподібного продукту адсорбується на активованому вугіллі. Отже, смолу видаляють з гарячого газоподібного продукту, а газоподібний продукт, що надається після третьої стадії способу, містить мало смоли або по суті не містить компонентів смоли. У способі відповідно до винаходу певну кількість активованого вугілля, що утворюється в зоні газифікації, і гарячий газоподібний продукт, який є результатом подаваної біомаси, переміщують в зону охолодження і разом охолоджують в зоні охолодження, отже, під час охолодження відбувається процес адсорбції, під час якого певна кількість активованого вугілля збагачується смолою з гарячого газоподібного продукту при охолодженні.

Певна кількість активованого вугілля має масу тАКЗ2 від мінімум 2 95 до максимум 10 95 від

Зо маси тВу/лаї подаваної біомаси на основі стандартної умови без води і без золи (уаї).

Наприклад, на один кілограм подаваної біомаси відносно стандартних умов, 0,05 кілограму активованого вугілля без вмісту води і золи передається в зону охолодження для охолодження з газоподібним продуктом, який утворюється. Наприклад, якщо в пристрій подається масовий потік біомаси тВгой, біомаса, як правило, містить воду і мінеральні речовини. Масовий потік тВгой подаваної біомаси, таким чином, відповідає масовому потоку тВУмМаї біомаси за стандартних умов, без води і без золи, який, як правило, менший, ніж масовий потік тВгой.

Якщо біомаса подається при постійному масовому потоці, певний масовий потік активованого вугілля тАК2 переходить із зони газифікації в зону охолодження, і в цьому випадку визначений масовий потік тАКа2 становить мінімум 2 95 і максимум 10 95 від масового потоку тВуаї біомаси відносно стандартних умов, без вмісту води і золи: тАК2-0,02...0,1 тВуаг.

Для забезпечення подачі лише певної кількості активованого вугілля разом з газоподібним продуктом в зону охолодження і їхнього спільного охолодження, процес газифікації біомаси можна контролювати або регулювати, наприклад, таким чином, що в зоні газифікації утворюється лише певна кількість активованого вугілля. В альтернативному варіанті або додатково, надлишок активованого вугілля може бути відведений від зони газифікації і/або між зоною газифікації і зоною охолодження.

У разі зміни потреби в чистому газоподібному продукті, наприклад, під час зміни навантаження двигуна, що працює на такому продукті, затримка часу, в зв'язку з якою відбувається збільшення або зменшення подачі біомаси на вході в пристрій, має враховуватися при зміні потреби у газоподібному продукті залежно від збільшення або зменшення утворення активованого вугілля в реакторі для газифікації. Отже, кількість активованого вугілля, що має бути відведена, визначається з урахуванням кількості біомаси, з якої утворилося на даний момент активоване вугілля і гарячий газоподібний продукт.

За допомогою цього способу і відповідного пристрою, що забезпечує виконання стадій способу, можна економічно і просто виробляти газоподібний продукт з низьким вмістом смоли під час газифікації біомаси. Завдяки спільному охолодженню щонайменше частини активованого вугілля і смоловмісного газоподібного продукту, смола не осідатиме або осідатиме лише в незначних кількостях на стінці камери, в якій смоловмісний гарячий 60 газоподібний продукт і частина активованого вугілля охолоджуються разом. Швидше за все,

певна кількість активованого вугілля адсорбує смолу з гарячого газоподібного продукту при охолодженні. Таким чином, дороге очищення з метою видалення смоли з камери необхідне лише в рідкісних випадках.

Температура, за якої охолоджується газоподібний продукт в зоні охолодження, становить, наприклад, не більше 50 "С. Очищення стає особливо ефективним, якщо газоподібний продукт і певну кількість активованого вугілля не охолоджують разом нижче температурного порогу, який вищий температури конденсації газоподібного продукту на третій стадії процесу адсорбції в зоні охолодження. Таким чином, висока навантажувальна здатність активованого вугілля залишається прийнятною для використання. Переважно нижній температурний поріг є на мінімум від 10 кельвінів до максимум на 20 кельвінів більший, ніж температура конденсації газоподібного продукту.

Газоподібний продукт, який був очищений в результаті процесу адсорбції, може подаватися як паливо в пристрій, наприклад газову турбіну або інший газовий двигун. Переважно, масовий потік біомаси пропорційно пристосовується відповідно до робочих вимог пристрою, в який подається очищений газоподібний продукт. Масовий потік певного активованого вугілля, що переміщується із зони газифікації в зону охолодження, зазначене активоване вугілля, що отримують в результаті пропорційно збільшеної або зменшеної кількості біомаси, переважно відповідно пристосовують у пропорційний спосіб.

Також вигідно, якщо газифікація здійснюється при підвищеному тиску відносно тиску навколишнього середовища. Наприклад, при тиску в діапазоні приблизно 5 бар. Отриманий охолоджений газоподібний продукт може потім використовуватися без проміжного стиснення в газових турбінах або двигунах під тиском. Для досягнення цього, щонайменше, одна реакційна камера може бути під відповідним тиском. Наприклад, кисневмісний газ (наприклад, повітря) може бути введений під тиском через компресор або інший відповідний ущільнювальний пристрій щонайменше в одну реакційну камеру. Виконуючи процес при підвищеному тиску, можна додатково підвищити навантажувальну здатність активованого вугілля.

Переважно, газифікація біомаси здійснюється поетапно. Наприклад, передбачається щонайменше двостадійний спосіб, коли нагрівання застосовується для сушіння і піролізу, з одного боку, і оброблення отриманого піролізного газу і вуглецевого залишку здійснюється за допомогою окиснення і/або газифікації, з іншого боку, в окремих камерах. Особливо переважно, наприклад, якщо зона нагрівання для сушіння і/або піролізу, з одного боку, і зона окиснення, з іншого боку, розташовані в окремих камерах. Якщо нагрівання біомаси і/або виділення летких компонентів з біомаси для утворення піролізного газу, з одного боку, і субстехіометричне окиснення, з іншого боку, здійснюються поетапно в зонах, які відокремлені одна від одної, бажана температура в зоні окиснення може бути досягнута і значною мірою відрегульована незалежно від розміру шматків біомаси і вологості біомаси. Тристадійний спосіб застосовується, якщо, на додаток, субстехіометричне окиснення, з одного боку, і газифікація вуглецевого залишку, з іншого боку, виконуються в окремих зонах в камерах, які відокремлені одна від одної.

Переважно, коли температура в зоні окиснення нижча, ніж температура розм'якшення золи або температура плавлення золи вуглецевого залишку. При цьому доцільно, щоб температура зони окиснення була якомога ближча до температури розм'якшення золи або температури плавлення золи. Наприклад, субстехіометричне окиснення здійснюється при мінімальній температурі 1000 "С і максимальній температурі 1200 "С.

У декількох прикладах варіантів здійснення, теплотворна здатність газоподібного продукту становить від 1,5 до 2 кВт год. на кубічний метр. Ефективність холодного газу в способі може становити більше 80 95.

За допомогою цього способу можна газифікувати біогенні залишки у вигляді біомаси всі типів і розмірів. Утворення псевдозрідженого шару виключається. Забруднені стічні води не утворюються. Видалення смоли з отриманого газоподібного продукту є економічно доцільним навіть на невеликих установках, оскільки для видалення смоли не потрібні високі капітальні витрати і операція не передбачає великі витрати на технічне обслуговування.

Спосіб відповідно до винаходу може діяти як змішана форма автотермічної і алотермічної газифікації. В одному варіанті здійснення температура в зоні окиснення регулюється кількістю і, переважно, також температурою подаваного кисневмісного газу. В результаті цього, отримання газу може бути пристосоване до потреб, не впливаючи на температуру в зоні газифікації.

Температуру в зоні газифікації можна регулювати шляхом непрямого нагрівання за допомогою нагрівального пристрою. В альтернативному варіанті або додатково, тепло для зони газифікації надається за рахунок тепла, що надходить із зони окиснення, наприклад, частково окисненого вуглецевого залишку і/або піролізного газу.

В одному варіанті здійснення, непряме нагрівання зони газифікації вимагає менше 10 95 вмісту енергії подаваної біомаси. Отже, порівняно з чистою алотермічною газифікацією, в зоні газифікації можуть бути передбачені менші поверхні нагрівання.

Активоване вугілля і гарячий газоподібний продукт переважно охолоджують шляхом непрямого охолодження в зоні охолодження.

Охолоджений газоподібний продукт, який також може називатися чистим газом, може згодом подаватися в зону охолодження фільтра і/або пилоосаджувальний пристрій для зменшення пилового забруднення газового продукту. В фільтр може подаватися активоване вугілля, що було відведено як надлишок активованого вугілля вище за потоком від зони охолодження і, таким чином, не охолоджувалося разом з газоподібним продуктом з вмістом смоли. Для тонкого очищення можна використовувати систему очищення зі змінними контейнерами для активованого вугілля, як добре відомо.

Переважно, якщо активоване вугілля, що утворюється під час виконання способу - щонайменше частина з адсорбованою смолою з третьої стадії способу - спалюється в реакторі з повітрям, що застосовувався раніше на третій стадії способу для охолодження газоподібного продукту і активованого вугілля. Переважно, для нагрівання зони нагрівання переважно застосовується вихідний горючий газ. В результаті цього загальна ефективність підвищується.

Паливо для реактора для вироблення тепла з метою сушіння або для виділення летких компонентів біомаси під час піролізу не має подаватися окремо, а накопичується автоматично.

Зона газифікації може нагріватися за допомогою тепла реактора. Зокрема, це може здійснюватися шляхом непрямого нагрівання реакційної камери, що містить зону газифікації, або в ділянці реакційної камери, де розташована зона газифікації. В одному варіанті здійснення активоване вугілля, видалене із зони охолодження після охолодження, може використовуватися як паливо для реактора.

Під час згорання активованого вугілля в реакторі може бути вигідним збільшення поверхні активованого вугілля перед подачею його в пальник, наприклад, шляхом подрібнювання активованого або тонкого подрібнювання вугілля після видалення із зони охолодження. За допомогою однієї або декількох із зазначених мір можливе подальше підвищення ефективності способу і пристрою відповідно.

Зо Крім того, корисно застосовувати відпрацьований газ, що утворюється під час спалювання в реакторі, для попереднього нагрівання кисневмісного газу перед його подачею в зону окиснення.

Пристрій відповідно до винаходу для газифікації біомаси, за допомогою якого може бути здійснений один варіант здійснення способу за винаходом, містить, щонайменше, одну першу камеру, в якій розташована зона нагрівання для біомаси. Біомаса може бути висушена і/або піддана піролізу в зоні нагрівання. Пристрій може передбачати зону нагрівання з окремими частковими зонами для сушіння і піролізу. Наприклад, часткові зони можуть бути розташовані в перших камерах пристрою, які відокремлені один від одної. Пристрій оснащений установкою для подачі, призначеною для подачі біомаси в зону нагрівання з метою отримання піролізного газу і вуглецевих залишків. Крім того, пристрій містить, щонайменше, одну другу камеру, яка передбачає зону окиснення для окиснення піролізного газу і зону газифікації для газифікації вуглецевого залишку. Пристрій може містити другі камери, які відокремлені одна від одної, тож зона окиснення і зона газифікації розташовані в окремих камерах. Друга камера або другі камери із зоною окиснення і зоною газифікації переважно відокремлені від першої камери із зоною нагрівання, так що зона нагрівання, з одного боку, і зона окиснення, а також зона газифікації, з іншого боку, відокремлені одна від одної. Пристрій оснащений установкою для подачі газу, призначеної для забезпечення зони окиснення з кисневмісним газом, наприклад повітрям, в такій кількості, щоб піролізний газ, присутній в зоні окиснення, окиснювався в субстехіометричний спосіб, в результаті чого утворюється неочищений газ. Отримання газоподібного продукту може бути пристосовано до потреб за допомогою кількості подаваного кисневмісного газу і подаваної біомаси. Пристрій містить конвеєрний засіб, призначений для подачі піролізного газу із зони нагрівання в зону окиснення і неочищеного газу із зони окиснення в зону газифікації і призначеного для подачі вуглецевого залишку із зони нагрівання в зону газифікації. Конвеєрний засіб працює, наприклад, щонайменше з одним конвеєрним пристроєм і або за допомогою переважної сили ваги. Крім того, пристрій містить нагрівальні засоби, призначені для регулювання температури в зоні газифікації таким чином, щоб вуглецевий залишок - необов'язково з газовими компонентами неочищеного газу, які для цього переміщуються в зону газифікації - частково газифікувався, в результаті чого утворюється активоване вугілля і гарячий газоподібний продукт. Нагрівальний засіб може являти собою бо пристрій для нагрівання, наприклад, для непрямого нагрівання зони газифікації. В альтернативному випадку або додатково можливе передавання тепла із зони окиснення. Тепло, отримане за допомогою екзотермічного субстехіометричного окиснення піролізного газу і, необов'язково, також за допомогою вуглецевого залишку в зоні окиснення, може надходити із зони окиснення в зону газифікації, наприклад, за допомогою теплового випромінювання і/або гарячого неочищеного газу або нагрітого вуглецевого залишку.

Газоподібний продукт, що утворюється при газифікації, ще містить смолу. Таким чином, пристрій призначений для надання певної кількості - наприклад, певного масового потоку - активованого вугілля із зони газифікації та газоподібного продукту в зону газифікації в зоні охолодження пристрою. Наприклад, пристрій призначений для переміщення певної кількості активованого вугілля і гарячого газоподібного продукту з конвеєрного засобу із зони газифікації в зону охолодження. Конвеєрний засіб містить, наприклад, конвеєрний пристрій і/або працює за допомогою переважної сили ваги. Певна кількість активованого вугілля має масу мінімум від 2 о до максимум 10 95 від маси подаваної біомаси (тулаї) відносно стандартних умов, без води і без золи, з якої утворилося активоване вугілля і гарячий газоподібний продукт. Певна кількість має масу 5 95 від маси (тулаї) подаваної біомаси відносно стандартних умов, без води і без золи, з якої утворилося активоване вугілля і гарячий газоподібний продукт.

Якщо, наприклад, в пристрій подається масовий потік біомаси тВгой, це відповідає масовому потоку біомаси Вулаї відносно стандартних умов, без води і без золи, який, як правило, менший, ніж тВгой, тому що біомаса, яка подається в пристрій, як правило, містить воду і золу (мінеральні речовини). Масовий потік активованого вугілля тАК утворюється з масового потоку тВгой в зоні газифікації в пристрої. Пристрій виконаний з можливістю подачі певної кількості активованого вугілля у вигляді певного масового потоку тАК2 в зону охолодження. Це означає, що певна кількість активованого вугілля подається в зону охолодження з масовим потоком тАКЗ2 від мінімум 2 956 до максимум 10 95 від масового потоку біомаси відносно стандартних умов без води і без золи. У разі зміни потреби в чистому газоподібному продукті, наприклад, у разі зміни навантаження газового двигуна, в який подається газоподібний продукт, пристрій виконаний з можливістю визначення кількості активованого вугілля, що має бути переміщено в зону охолодження, на основі кількості біомаси (у"аї), яка подається в утворене активоване вугілля, що також пояснювалось спільно з описом

Зо способу.

Наприклад, таким чином, пристрій може бути призначений для подачі лише певної кількості, наприклад, певного масового потоку, в зону охолодження, так щоб пристрій, наприклад, за допомогою установки для керування процесом, міг керувати процесом для вироблення в зоні газифікації лише певної кількості масового потоку тАКа2 активованого вугілля в діапазоні від мінімум 2 95 тВмжаї до максимум 1095 тВугаї. В альтернативному варіанті або додатково, пристрій може містити, наприклад, установку для відведення, призначену для відведення надлишку активованого вугілля вище за потоком від зони охолодження, щоб надлишок активованого вугілля не надходив в зону охолодження.

Крім того, пристрій містить охолоджувальну установку, що містить охолоджувальну камеру для спільного охолодження певної кількості відведеного активованого вугілля і газоподібного продукту. Охолоджувальна установка виконана з можливістю охолодження певної кількості відведеного активованого вугілля і гарячого газоподібного продукту в зоні охолодження, передбаченою охолоджувальною камерою, таким чином, що відбувається процес адсорбції при охолодженні в зоні охолодження, де активоване вугілля збагачується смолою з гарячого газоподібного продукту при охолодженні.

Оскільки певна кількість активованого вугілля і гарячого газоподібного продукту разом охолоджується в охолоджувальній камері і відбувається адсорбція смоли, що міститься в газоподібному продукті, на активованому вугіллі під час охолодження, смола не буде осаджуватися, або лише незначною мірою буде осаджуватися на стінці холодильної камери охолоджувальної установки. Отже охолоджувальна камера не потребує дорогого очищення.

При цьому можлива навіть операція без втручання людини.

В одному варіанті здійснення винаходу пристрій має спільну реакційну камеру для окиснення і газифікації. Переміщення неочищеного газу і вуглецевого залишку із зони окиснення в зону газифікації відбувається, головним чином, за рахунок сили ваги, по суті, у вертикальному напрямку. У той же час переміщення гарячого газоподібного продукту і активованого вугілля із зони газифікації в зону охолодження може відбуватися, щонайменше, під дією сили ваги.

Переважно, зона окиснення і зона газифікації розташовані в одній камері, а зона охолодження - в іншій камері окремо від останньої камери. Для переміщення речовин між камерами і/або всередині камер, можна передбачити відповідні конвеєрні засоби, такі як, наприклад, шнекові (516) конвеєри тощо.

Переважно зони окиснення і газифікації, з одного боку, і зона охолодження, з іншого боку, розташовані окремо одна від одної. Завдяки розташуванню зон в окремих камерах, пристрій виконаний з можливістю виконання поетапного способу.

Бажано, щоб пристрій був розроблений з можливістю здійснення газифікації біомаси при тиску, який є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища. Наприклад, на вихідному отворі пристрою для подачі біомаси, на вихідному отворі пристрою для вивантаження очищеного газоподібного продукту і/або на вихідному отворі пристрою для вивантаження золи розташовані фіксатори, причому зазначені фіксатори виконані таким чином, щоб пристрій міг працювати під тиском, який є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища між вхідним і вихідним отвором і випускним отвором, відповідно.

Переважні варіанти здійснення способу і пристрою, відповідно, можуть бути отримані із залежних пунктів формули винаходу, опису і креслень. Далі детально пояснюються приклади переважних варіантів здійснення винаходу з посиланням на супроводжувальні креслення. На них показано

Фігура 1 блок-схема варіанта здійснення способу за винаходом та пристрою за винаходом, відповідно,

Фігура 2 блок-схема іншого варіанта здійснення способу за винаходом та пристрою за винаходом, відповідно, і

Фігура З варіант здійснення пристрою з окремою нагрівальною камерою для сушіння та піролізу і спільною реакційною камерою для зони окиснення і зони газифікації, а також окремої зони охолодження в окремій охолоджувальній камері.

На Фігурі 1 зображена блок-схема варіанта здійснення винаходу. На блок-схемі показаний спосіб 10 або пристрій 11, відповідно, для газифікації біомаси В. Спосіб включає, по суті, три послідовні стадії 12, 13, 14. На першій стадії 12 способу біомаса В подається разом з кисневмісним газом, в зону окиснення 20. Кисневмісним газом, що застосовується в варіанті здійснення винаходу, є повітря І. Кількість подаваного повітря Ї регулюється залежно від потреби у газоподібному продукті, що виробляється. Крім того, можна регулювати температуру

ТО в зоні окиснення 720 за допомогою кількості повітря І.

На першій стадії 12 способу біомаса В окиснюється субстехіометрично в зоні окиснення 720.

Зо При цьому утворюється неочищений газ К і вуглецевий залишок КК. Температура ТО в зоні окиснення регулюється нижче - але якомога ближче до - точки плавлення золи або точки розм'якшення золи вуглецевого залишку ЕК. Це запобігає плавленню або розм'якшенню золи вуглецевого залишку в зоні окиснення 20 і злипанню в ділянці зони окиснення 20. З іншого боку, через дуже високу температуру ТО в зоні окиснення 2О зниження вмісту смоли в неочищеному газі К вже досягнуто. Неочищений газ К і вуглецевий залишок КК згодом частково газифікуються на другій стадії 13 способу в зоні газифікації 27М. Зона газифікації 2 може піддаватися непрямому нагріванню за допомогою нагрівальної установки 15. В іншому випадку температуру ТМ в зоні газифікації 2М можна регулювати, наприклад, шляхом передавання тепла із зони окиснення 720, зокрема, шляхом введення гарячого вуглецевого залишку КК, а також гарячого неочищеного газу К. Щонайменше в одному переважному варіанті нагрівальна установка 15 може містити щонайменше один пальник 16.

Температура ТМ в зоні газифікації 2М може регулюватися за допомогою нагрівальної установки 15 незалежно від температури в зоні окиснення 20. В варіанті здійснення винаходу температура ТМ в зоні газифікації 2М становить мінімум 800 "С і максимум 1000 "С. Вуглецевий залишок КК частково газифікують в зоні газифікації 2М за допомогою газових складових елементів неочищеного газу, причому в варіанті здійснення, газифікується приблизно до 75 95 вуглецевого залишку КК. Газовими складовими елементами, які застосовуються для газифікації вуглецевих залишків РК, є в основному водяна пара і діоксид вуглецю.

У цих умовах утворюється гарячий газоподібний продукт РН, який досі містить небажано високу частку смоли, а також активоване вугілля АК. Гарячий газоподібний продукт РН і певна кількість активованого вугілля МАК2 потім переміщуються в зону охолодження 2К, з метою здійснення охолодження газоподібного продукту РН і певної кількості активованого вугілля

МАК разом, так щоб смола була перенесена з гарячого газоподібного продукту РН на певну кількість активованого вугілля МАК2 під час спільного охолодження. Таким чином відвертається осадження смоли на стінці камери, яка передбачена як зона охолодження 2К, оскільки певна кількість активованого вугілля МАК2 адсорбує смолу. З іншого боку, активоване вугілля АК використовується ефективно.

Кількість активованого вугілля МАК2, що охолоджується разом з газоподібним продуктом

РН, визначається на основі кількості подаваної біомаси МВ, яка призвела до утворення бо активованого вугілля АК, а також до утворення газоподібного продукту РН. Подавана кількість біомаси МВ містить, як правило, воду і золу, а також масу тВгой. Це відповідає масі твВаї за стандартної умови, без води і без золи (май). Кількість активованого вугілля МАК2, що подається в зону охолодження, містить масу тАК2, яка становить мінімум від 2 95 до максимум 10 95 від маси тууАЕ подаваної біомаси В відносно стандартних умов без води і без золи щодо подаваної біомаси В.

Під час третьої стадії 14 способу гарячий газовий продукт РН і певна кількість активованого вугілля МАК2 і зола, що утворюється в газифікаторі, піддаються непрямому охолодженню за допомогою охолоджувального пристрою 17. При цьому відбувається процес адсорбції в зоні охолодження 2К, де смола з газоподібного продукту РН зв'язується з певною кількістю активованого вугілля МАК під час спільного охолодження. Кількість активованого вугілля МАК2 збагачується смолою з газподібного продукту РН при охолодженні в спільній камері.

Гарячий газоподібний продукт РН може бути охолоджений в зоні охолодження 2К, наприклад, до температури нижче 50 С. Газоподібний продукт РН і певну кількість активованого вугілля МАК2 переважно охолоджують разом не нижче нижнього температурного порогу на третій стадії процесу адсорбції, причому зазначений температурний поріг вищий, ніж температура конденсації газоподібного продукту РН. Таким чином, можна ефективно використовувати навантажувальну здатність активованого вугілля. Збагачуючи активоване вугілля МАК? смолою з газоподібного продукту РН, можна в кінці зони охолодження 2К утворити охолоджений газоподібний продукт РА, причому цей газоподібний продукт також може назватися чистим газом РК. Чистий газ РК повністю вільний від смоли і містить лише незначний відсоток смоли. Чистий газ РЕ може застосовуватися для вироблення енергії і, зокрема, не вимагає жодного додаткового дорогого подальшого оброблення для видалення смоли.

Зокрема, чистий газ РК можна застосовуватися безпосередньо на теплоелектростанціях.

На додаток до певної кількості активованого вугілля МАК2 для спільного охолодження, можливо, залишається надмірна кількість активованого вугілля МАК! із зони газифікації 2М. Як зазначено стрілкою Р на Фігурі 1, воно може бути відведено або видалено вище за потоком від зони охолодження 2К. Надмірна часткова кількість МАКТ, що має масовий потік тАК1, може подаватися - для подальшого тонкого очищення газу РЕК - в установку для очищення ємності з метою зниження залишкового вмісту смоли в чистому газі РК після спільного охолодження.

Зо Така установка для очищення ємності з метою газу для очищення газу добре відома, тому її детальний опис можна опустити.

Як показано пунктирними лініями на Фігурі 1, охолоджений газоподібний продукт РА або чистий газ РК може бути очищений від пилу у відповідному пилоосаджувальному пристрої 18, наприклад, за допомогою фільтрів, електростатичних пристроїв, циклонів тощо.

Кількість активованого вугілля МАК? може бути видалена із зони охолодження 2К і подрібнена або тонко подрібнена за допомогою пристрою для подрібнення 19. Подрібнене активоване вугілля, що далі йменується як вугільний пил 5К, може застосовуватися як енергоносій для згорання. Наприклад, вугільний пил 5К або, щонайменше, його частина можуть бути переміщені в пальник нагрівальної установки 15 для непрямого нагрівання зони газифікації 7.

Крім того, на Фігурі 1 показані два варіанти застосування відпрацьованого газу о щонайменше з одного пальника 16 нагрівальної установки. Відпрацьований газ б може застосовуватися, з одного боку, в пристрої 20 для сушіння біомаси В перед її подаванням в зону окиснення 20. В альтернативному варіанті або додатково, відпрацьований газ б може застосовуватися в пристрої 21 для попереднього нагрівання повітря І або кисневмісного газу перед його подаванням в зону окиснення 20.

Спосіб може здійснюватися у вигляді змішаної форми автотермічної і алотермічної газифікації.

Для необов'язкового непрямого нагрівання зони газифікації 2М на другій стадії 13 способу

БО потрібно не більше 10 95 енерговмісту біомаси відповідно до одного прикладу. Чистий газ РК має теплотворну здатність від 1,5 до 2 кВт год./м3. Можна досягти ступенів ефективності холоду вище 80 95. Видалення смоли з газоподібного продукту РН в зв'язку з адсорбцією з одночасним охолодженням газоподібного продукту РН і певної кількості активованого вугілля МАК2 на третій стадії 14 способу є дуже економічним і не вимагає ані високих капітальних витрат, ані високих витрат на технічне обслуговування.

На Фігурі 2 показаний інший варіант здійснення способу за винаходом і варіанта пристрою за винаходом відповідно. Далі описуються відмінності щодо варіанта здійснення на Фігурі 1.

Крім цього, наводиться опис варіанта здійснення відповідно до Фігури 1.

На Фігурі 2 перша стадія 12 способу в варіанті здійснення поділена на стадію 12і нагрівання і 60 стадію 12ії окиснення. На стадії 12і нагрівання біомаса В подається в зону нагрівання 2Е. В зоні нагрівання 2Е біомаса В висушується і нагрівається таким чином, що леткі компоненти виходять з біомаси В. При цьому з летких компонентів РУ (піролізний газ) і вуглецевого залишку КК утворюється газ. Як показано, зона нагрівання 2Е може нагріватися за допомогою відпрацьованого газу С пальника 16 нагрівальної установки 15. В альтернативному варіанті або додатково, але не показано, зона нагрівання 2Е може нагріватися за допомогою відпрацьованого газу від газового двигуна, який подається з чистим газом РЕ в ході реалізації стадії. Температура ТЕ в зоні нагрівання становить, наприклад, приблизно 500 "С. Піролізний газ РУ подається в зону окиснення 7270. Крім того, в зону окиснення 2О подається кисневмісний газ, наприклад повітря Г, в кількості, в якій піролізний газ РУ окиснюється субстехіометрично в зоні окиснення 20. Повітря Ї може бути попередньо нагрітим в пристрої 21 для попереднього нагрівання, в який подається тепло від відпрацьованого газу пальника 16.

Вуглецевий залишок КК може подаватися в зону окиснення 20 разом з піролізним газом РУ і або, минаючи зону окиснення 20, безпосередньо в зону газифікації 2У. Частина вуглецевого залишку РК здатна стехіометрично окиснюватися в зоні окиснення 20.

Відпрацьований газ пальника 16 нагрівальної установки 15 може необов'язково застосовуватися для нагрівання зони газифікації 2М.

Завдяки просторовому поділу нагрівання для сушіння і піролізу, з одного боку, і окиснення, з іншого боку, спосіб здійснюється поетапно. Таким чином, бажана температура ТО в зоні окиснення 2О може досягатися і значною мірою регулюватися незалежно від розміру шматків біомаси В, а також від вологості біомаси.

На Фіг. З частково в розрізі схематично показаний вигляд збоку варіанта здійснення пристрою 11 для газифікації біомаси В. Пристрій 11 містить по суті вертикально розташовану, наприклад циліндричну, реакційну ємність 22, яка розмежовує спільну реакційну камеру 23. У верхній секції реакційної камери 23 або реакційної ємності 22, утворюється зона окиснення 20 і зона газифікації 2М в прилеглій секції. Завдяки вертикальному розташуванню, може бути забезпечено спрощене транспортування всередині реакційної камери 23 без дорогих конвеєрних пристроїв. В альтернативному випадку, щонайменше одна реакційна камера 23 може бути орієнтована горизонтально або похило відносно вертикалі і горизонталі.

В альтернативному варіанті, зона окиснення 20 і зона газифікації 2М також можуть бути

Зо утворені в реакційних камерах, які відокремлені одна від одної (не показано на Фігурі 3). Окремі реакційні камери можуть бути розташовані в реакційних ємностях.

Вуглецевий залишок КК, а також піролізний газ РУХ можна подавати на вертикальному верхньому кінці реакційної ємності 22 в реакційну камеру 23. Вуглецевий залишок КК і піролізний газ РМ може утворюватися в нагрівальній камері 24 пристрою 11, окремо від реакційної камери 23, причому зазначена нагрівальна камера передбачає зону нагрівання 2Е в нагрівальній камері 24 для сушіння і піролізу біомаси В. Нагрівальна камера з'єднана з реакційною камерою 23 по лінії 25 для піролізного газу РУ та вуглецевого залишку КК.

У нагрівальну камеру 24 подається біомаса В з бункера 26 або проміжної ємності. При цьому бункер 26 або проміжна ємність з'єднана з вхідним отвором 27 нагрівальної камери 24.

Між бункером 26 і нагрівальною камерою 24 для сушіння і піролізу встановлений перший фіксатор 28. Наприклад, за допомогою цього першого фіксатора 28, можна регулювати масовий потік тВгоп біомаси В, яка подається в нагрівальну камеру 24. В нагрівальній камері 24, яка орієнтована по діагоналі відносно вертикалі або горизонталі, встановлений конвеєрний пристрій 29, наприклад шнековий конвеєр, для передавання біомаси В з вхідного отвору 27 нагрівальної камери 24 через нагрівальну камеру 24. На вихідному отворі 30 нагрівальної камери 24 зазначена нагрівальна камера з'єднана з реакційної камерою 24 по лінії 25, причому зазначена реакційна камера передбачає наявність зони окиснення 7270 і зони газифікації 2М. Нагрівальна камера 2Е і реакційна камера 23 є камерами, які відокремлені одна від одної, так щоб температури в реакційній камері 23 і нагрівальній камері 24 можна було значною мірою регулювати незалежно одна від одної. Крім того, у верхній частині реакційної ємності 22 розташована установка 31 для подачі газу з метою подавання кисневмісного газу або повітря Ї. в зону окиснення 20. Наприклад, повітря подається по лінії 32 установки 31 для подачі газу безпосередньо в зону окиснення 20. У реакційній камері 23 передбачений датчик 33 температури для визначення температури ТО в зоні окиснення 20. Для регулювання температури визначена температура передається на спеціально не зображений пристрій керування процесом. Аналогічно, спеціально не зображені датчики температури можуть бути розташовані в зоні нагрівання 2Е, а також в зоні газифікації 2М, оскільки вони здатні визначати температуру в зоні нагрівання 7Е і в зоні газифікації 2М відповідно і передавати її до пристрою керування процесом.

На кінці 34 реакційної камери 23, якщо дивитися в напрямку переміщення, може бути розташований пристрій 35 для відведення, позначений стрілкою на Фігурі 3, причому вказаний пристрій для відведення виконаний з можливістю відведення вище за потоком від зони охолодження 2К надлишку активованого вугілля АК, що не має застосовуватися для спільного охолодження активованого вугілля АК і газоподібного продукту РН в зоні охолодження 2К. На кінці 34 реакційної камери 23 зазначена реакційна камера з'єднана з охолоджувальною камерою 36, яка міститься в контейнері 37 охолоджувальної камери. Охолоджувальна камера 36 передбачає зону охолодження 2К. Охолоджувальна камера 36 також розташована по діагоналі відносно вертикалі і горизонталі. В альтернативному варіанті, вона може бути орієнтована, наприклад, вертикально або горизонтально. Охолоджувальна камера 36 містить конвеєрний пристрій 38, наприклад шнековий конвеєр, який розташований для транспортування певної кількості, наприклад певного масового потоку активованого вугілля АК, утвореного в реакційній камері 23, через охолоджувальну камеру 36. Крім того, конвеєрний пристрій 38 може сприяти передаванню гарячого газоподібного продукту РН в охолоджувальну камеру 36 або зону охолодження 2К. На кінці 39 охолоджувальної камери 36, якщо дивитися в напрямку конвеєра з активованим вугіллям АК або газоподібним продуктом РН, зазначена охолоджувальна камера з'єднана з осаджувальною камерою 40, яка містить фільтр 18, а також з випускним отвором 41 для чистого газу РЕ. В фільтр 18 може бути подане, наприклад, активоване вугілля АК, що було відведено вище за потоком від зони охолодження 2К. На випускному отворі 41 розташований датчик 42 температури, який визначає температуру на виході очищеного газового продукту РЕ і передає її до пристрою керування процесом. Крім того, осаджувальна камера 40 має на своєму нижньому кінці випускний отвір 43 для активованого вугілля АК з вмістом смоли. На випускному отворі 43 осаджувальна камера 40 з'єднана з реактором 44 для згорання активованого вугілля АК з вмістом смоли. Між осаджувальною камерою 40 і реактором 44 є другий фіксатор 45, за допомогою якого активоване вугілля АК з вмістом смоли подається в реактор 44 для згорання активованого вугілля з вмістом смоли. Крім того, в одному варіанті здійснення, в реактор 44 може подаватися надлишок активованого вугілля АК, що було відведене вище за потоком від зони охолодження 2К, у випадку якої відповідна лінія подачі не зображена на Фігурі 3. Другий фіксатор 45, подібний до першого

Зо фіксатора 28 на вхідному отворі 27 нагрівальної камери 24 встановлений таким чином, що пристрій 11 в нагрівальній камері 24, реакційна камера 23 реакційної камери 36, а також осаджувальна камера 40 можуть бути експлуатуватися під тиском, яке є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища, наприклад при 5 бар.

Реактор 44 для згорання активованого вугілля АК з вмістом смоли має випускний отвір 46 для золи, і в цьому випадку зола може бути переміщена до вихідного отвору, наприклад, за допомогою поворотного столу 47. На випускному отворі 46 реактор 44 містить третій фіксатор 48, який, як і інші фіксатори 28, 45, встановлений таким чином, що пристрій 11 може працювати під тиском, який є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища.

Нагрівальна камера 24, яка забезпечує зону нагрівання 72Е, оточена ізолюючим кожухом 49.

Нагрівальний простір 51 утворений між ізолюючим кожухом 49 і зовнішньою стінкою ємності 50 для нагрівальної камери 24. У варіанті здійснення винаходу нагрівальний простір 51 пов'язаний з реактором 44 для згорання активованого вугілля з вмістом смоли по лінії 52, по якій в нагрівальний простір 51 може подаватися відпрацьований газ (з реактора 44. В альтернативному варіанті або додатково, нагрівальний простір 51, як показано стрілкою 52, може нагріватися відпрацьованими газами з газового двигуна (не показаний) для вироблення електрики, причому у зазначений газовий двигун подається очищений газовий продукт РА, РЕ, який використовується як паливо. Відпрацьований газ С може бути випущений з нагрівального простору 51 через вихідний отвір 53 в ізолюючому кожусі 49.

Реакційна камера 23 також оточена ізолюючим кожухом 54, що охоплює зону окиснення 20, а також зону газифікації 2М. Між ізолюючим кожухом 54 і реакційною камерою 23 може розташовуватися нагрівальний простір для непрямого нагрівання зони газифікації 2М і/або зони окиснення 20 (не показана), в яку також може подаватися відпрацьований газ С реактора 44.

Контейнер 37 охолоджувальної камери оточений кожухом 56, і в цьому випадку між кожухом 56 і контейнером 37 охолоджувальної камери утворений охолоджувальний простір 57, де в зазначений охолоджувальний простір через вхідний отвір 58 може надходити охолоджувальна рідина С, що являє собою повітря у варіанті здійснення винаходу. Охолоджувальний простір 57 має випускний отвір 59 для випускання повітря С з охолоджувального простору 57. Повітря С, що було нагріте шляхом непрямого охолодження охолоджувальної камери 36, може подаватися по лінії 60, розташованій між випускним отвором 59 і реактором 44 - в реактор 44 для бо спалювання активованого вугілля АК.

Випускний отвір 41 для випускання очищеного газу РЕ може бути під'єднаний, наприклад, до газового двигуна (не показаний), який має працювати з чистим газом РК. Наприклад, для вироблення чистого газу РЕ пристрій 11 працює таким чином:

В нерухомому стані, коли газовий двигун має забезпечувати постійну механічну потужність, безперервне вироблення чистого газу РК, як правило, потребує пристрій 11 і спосіб 10, відповідно. Для вироблення чистого газу РК, як правило, постійний масовий потік біомаси тВгой (стандартна умова, неочищений) з бункера 26 для біомаси В подається за допомогою першого фіксатора 28 і, наприклад, сили тяжіння, а також конвеєрного пристрою 29, до нагрівальної камері 24 для сушіння і піролізу біомаси В. Потік біомаси тВгой відповідає потоку біомаси тВуаг (стан, без води і без золи). У нагрівальній камері 24 та зоні нагрівання 2Е, відповідно, біомасу В висушують і нагрівають шляхом непрямого нагрівання зони нагрівання 2Е за допомогою відпрацьованого газу З реактора 44 і/або газового двигуна, наприклад, при температурі приблизно 500 С і нагрівають таким чином, щоб леткі компоненти вийшли з біомаси В (піроліз). При цьому утворюється вуглецевий залишок РК, а також піролізний газ РУ, що може мати вміст смоли в кілька грам на кубічний метр.

Вуглецевий залишок КК, а також піролізний газ РУ, передаються в зону окиснення 7270 за допомогою конвеєрного пристрою 29. У зазначеній зоні окиснення піролізний газ РУ піддається субстехіометричному окисненню при введенні кисневмісного газу, наприклад, повітря І, при температурі приблизно від 1000 до 1200 "С, і в цьому випадку утворюється неочищений газ К.

Більша частина компонентів смоли у піролізному газі РУ є крекінг-смолою. Повітря кисневмісного газу Ї контролюється для регулювання температури ТО в зоні окиснення 20.

Наприклад, потрібен 1 кубічний метр повітря на кілограм біомаси (май). Завдяки попередньому нагріванню кількість повітря може бути навіть зменшено, а теплотворна здатність чистого газу

РЕ може бути збільшена. У зоні окиснення 20 і стадії окиснення 12ії, відповідно, частка смоли в неочищеному газі К чітко зменшується на рівні нижче 500 мг на кубічний метр.

Транспортування неочищеного газу К в зону газифікації 2М, розташовану нижче зони окиснення 20, здійснюється, наприклад, шляхом подачі кисневмісного газу Ї на вертикальний верхній кінець 61 реакційної камери 23, і, таким чином, газ Ї виштовхує гази, присутні в реакційній камері 23, вертикально вниз. В альтернативному варіанті або на додаток,

Зо непоказаний пристрій для відведення газоподібного продукту РН може бути приєднаний на кінці 34 реакційної камери 23 пристрою 11 з метою ініціювання або стимулювання транспортування газу всередині реакційної камери 23.

В зоні газифікації 2М, яка також може називатися зоною відновлення, переважна частина вуглецевого залишку КК газифікується ендотермічно, і в цьому випадку, наприклад, температура газу знижується відповідно до 700 "С. При цьому частка вуглецевого залишку КК може зменшитися спочатку з 20 95 після піролізу до, наприклад, 5 95 відносно поданої біомаси тВумаї (стандартна умова, без води і без золи). Утворюється вугілля АК, що має високопористу структуру (активоване вугілля).

Установка для керування процесом пристрою 11 виконана з можливістю передавання за допомогою контролю процесом параметрів, таких як, наприклад, температура і, необов'язково, також тиск, лабо за допомогою пристрою для відведення 35 і/або конвеєрного пристрою 38 охолоджувальної камери 36 - певної маси активованого вугілля МАКЗ з ділянки від мінімум 0,02 кг до максимум 0,1 кг на кілограм подаваної біомаси (відносно початкового стану, без води і золи), з якої вироблялося активоване вугілля АК, із зони газифікації 2М в зону охолодження 2К охолоджувальної камери 36 і з можливістю непрямого охолодження зазначеного масового потоку разом з газоподібним продуктом РН з вмістом смоли, який був отриманий під час газифікації подаваної біомаси В до температури, близької до температури навколишнього середовища. Під час спільного охолодження газоподібний продукт РН звільняється від смоли завдяки процесу адсорбції, а потім подається у вигляді чистого газу РЕ в газовий двигун.

Якщо потреба в чистому газі РЕ змінюється або якщо теплотворна здатність поточної наданої біомаси В значно змінюється, масовий потік тВгопй подаваної біомаси В змінюється відповідно. Через певний час в зоні газифікації утворюється змінений масовий потік активованого вугілля тАК. Пристрій керування процесом виконаний з можливістю врахування того, що зміна масового потоку тАК утвореного активованого вугілля АК відбувається із затримкою відносно зміни масового потоку подаваного матеріалу біомаси тВгой. Отже, навіть якщо змінюється потреба в чистому газі РЕ, кількості МАК2 або масовому потоці тАК2, що має подаватися в зону охолодження 2К з масового потоку тАК активованого вугілля, який на даний момент є присутнім в зоні газифікації 2М, визначається з урахуванням кількості або подаваного масового потоку біомаси (кількість і масовий потік відносно стандартної умови уаї, з якої бо масовий потік активованого вугілля тАК утворився в зоні газифікації 2М.

Компоненти смоли та інші забруднюючі речовини з газоподібного продукту РН адсорбуються під час спільного охолодження активованого вугілля МАК2. Навантажувальна здатність (адсорбційна здатність) активованого вугілля АК настільки висока, що при навантаженні лише 2 відсотка за масою на кілограм біомаси В (ухаї), наприклад, 1 грам компонентів смоли може бути видалений з газоподібного продукту РН. Газоподібний продукт РН і певна кількість активованого вугілля МАК2 охолоджується під час спільного охолодження, переважно не нижче нижнього температурного порогу вище точки конденсації РН газоподібного продукту, оскільки навантажувальна здатність активованого вугілля АК різко знижується щодо відносної вологості газоподібного продукту рН на 100 95. У варіанті здійснення винаходу, непряме охолодження в зоні охолодження 2К здійснюється за допомогою повітря С, і в цьому випадку нагріте охолоджувальне повітря С подається в реактор для згорання активованого вугілля МАК2 з вмістом смоли.

В одному варіанті здійснення винаходу, газоподібний продукт РА, РК відокремлюється нижче за потоком від зони охолодження 2К за допомогою пилового фільтра 18 від активованого вугілля МАК2 з вмістом шкідливих речовин. Активоване вугілля МАК2 з вмістом шкідливих речовин подається в реактор 22 за допомогою другого фіксатора 45 і спалюється з відпрацьованим охолоджувальним повітрям С. Зола осаджується, наприклад, за допомогою поворотного столу 47 і третього фіксатора 48.

Якщо біомаса В показує високу вологість, може бути доцільним нагрівання зони нагрівання 4Е шляхом непрямого нагрівання за допомогою відпрацьованих газів газового двигуна, а також за допомогою відпрацьованого газу реактора 44 для згорання активованого вугілля з вмістом смоли МАК.

Газифікація при підвищеному тиску з відповідними фіксаторами 28, 45, 48 на вході і виході газифікатора 11 має перевагу, яка полягає в тому, що очищений газоподібний продукт РК може подаватися в газовий двигун під тиском без компресора. Крім того, в результаті цього навантажувальна здатність активованого вугілля АК може бути збільшена.

За допомогою способу 10 відповідно до даного винаходу і пристрою 11 для тонкого очищення можна отримати газоподібний продукт РЕ, сумісний з двигуном, без необхідності подальшого очищення (наприклад, мокрим скрубером, електрофільтром тощо). Ефективність

Зо холодного газу газифікатора вища 80 95, навіть у випадку біомаси з високою вологістю.

Винахід стосується способу 10 газифікації біомаси В і пристрою, призначеному 11 для нього.

Спосіб здійснюється за допомогою щонайменше трьох стадій 12, 12і, 12ії, 13, 14 способу. На першій стадії способу 12 в одному варіанті здійснення винаходу, біогенний залишок - біомаса - може подаватися в зону нагрівання 2Е для сушіння біомаси В і забезпечення виходу летких компонентів для утворення з них піролізного газу РУ. Піролізний газ РУ подається в зону окиснення 270, де він піддається субстехіометричному окисненню з утворенням неочищеного газу ЕК. Коксоподібний вуглецевий залишок КК, що утворюється в зоні нагрівання 2Е, - разом з неочищеним газом ЕК - частково газифікується на другій стадії 13 способу в зоні газифікації 2М.

Зона нагрівання 2Е може піддаватися непрямому нагріванню. Зона газифікації 2М також може піддаватися непрямому нагріванню. Зона нагрівання 2Е і зона окиснення 2О переважно є зонами, які відокремлені одна від одної в окремих камерах 23, 24. Газифікація утворює активоване вугілля АК і гарячий технологічний газ РН. Спосіб відповідно до винаходу 10 або пристрій 11 призначений для охолодження певної кількості активованого вугілля від не менше 0,02 кг до не більше 0,1 кг на кілограм подаваної біомаси (без води і золи, у/лаї), з якої утворюється активоване вугілля в зоні газифікації 2М, а також гарячий газоподібний продукт РН на третій стадії 14 способу в зоні охолодження, наприклад, при температурі не більше 50 "с.

Переважно, коли пристрій виконаний таким чином, або процес включає в себе спільне охолодження активованого вугілля АК і гарячого технологічного газу РН, так щоб температура технологічного газу РН в зоні охолодження 2К під час спільного охолодження з активованим вугіллям АК залишалась вище нижньої граничної температури, яка є вищою, ніж температура конденсації газоподібного продукту РН. Процес адсорбції, що відбувається під час спільного охолодження активованого вугілля АК і газоподібного продукту РН, призводить до того, що під час охолодження смола з гарячого технологічного газу РН абсорбується на активованому вугіллі АК в зоні охолодження. Отже, після третьої стадії 14 способу виходить чистий газ РЕ,

РА, який по суті не містить смоли. Збагачене смолою активоване вугілля АК може бути, щонайменше, частково спалене для нагрівання зони нагрівання 2Е і/або зони газифікації 2М.

Перелік посилальних позицій 10 Спосіб 11 Пристрій 12 Перша стадія способу

12і Стадія нагрівання 1гії Стадія окиснення 13 Друга стадія способу 14 Третя стадія способу

Нагрівальна установка 16 Пальник 17 Охолоджувальний пристрій 18 Пилоосаджувальний пристрій 19 Пристрій для подрібнення

Пристрій для сушіння 21 Пристрій для попереднього нагрівання 22 Реакційна ємність 23 Реакційна камера 24 Нагрівальна камера

Лінія 26 Бункер 27 Вхідний отвір 28 Перший фіксатор 23 Конвеєрний пристрій

Вихідний отвір 31 Установка для подачі газу 32 Лінія

З Датчик температури 34 Кінець

Пристрій для відведення 37 Контейнер охолоджувальної камери

З8 Конвеєрний пристрій 39 Кінець

Осаджувальна камера 1 Випускний отвір 42 Датчик температури 43 Випускний отвір 44 Реактор

Другий фіксатор 46 Випускний отвір 47 Поворотний стіл 48 Третій фіксатор 43 Ізолюючий кожух

Ємність для нагрівальної камери 51 Нагрівальний простір 52 Стрілка 53 Випускний отвір 54 Ізолюючий кожух 56 Кожух 57 Охолоджувальний простір 58 Вхідний отвір 59 Випускний отвір (610) Лінія 61 Верхній кінець в Біомаса

Г Повітря

В Неочищений газ вк Вуглецевий залишок

РН Газоподібний продукт

АК Активоване вугілля

РА, РА Охолоджений газоподібний продукт, чистий газ

Зк Вугільний пил (Є. Відпрацьований газ

РУ Піролізний газ

МВ Кількість подаваної біомаси

МАКО2 Певна кількість активованого вугілля

МАК! Певна кількість активованого вугілля тВгой Маса, масовий потік біомаси (стандартні умови, неочищені) тВмаї Маса, масовий потік біомаси (стандартні умови, без води і без золи)

ТАК Маса, масовий потік активованого вугілля, що утворюється в зоні газифікації тАК2 Маса, масовий потік активованого вугілля для спільного охолодження

ТАКТ Маса, масовий потік надлишку активованого вугілля 70 Зона окиснення

Не) Температура зони окиснення

УА Зона газифікації

ТУ Температура зони газифікації 7к Зона охолодження

ТЕ Зона нагрівання

ТЕ Температура зони нагрівання

Р Стрілка

Claims (14)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб (10) газифікації біомаси (В) і очищення отриманого синтез-газу, де біомаса (В) подається в пристрій (11) для газифікації, де на першій стадії (12, 12і, 12ії) способу з подаваної біомаси (В) утворюється неочищений газ (ЮК) і вуглецевий залишок (КК), де на другій стадії (13) способу вуглецевий залишок (КК) частково газифікується за допомогою газоподібних компонентів неочищеного газу (К) в зоні газифікації (2М), в результаті чого утворюється активоване вугілля (АК) та гарячий газоподібний продукт (РН), де, виходячи з одиниці маси подаваної біомаси (В) відносно стандартних умов без води і без золи (маї), від мінімум 0,02 одиниці маси до максимум 0,1 одиниці маси активованого вугілля (АК) та гарячого газоподібного продукту (РН), куди надійшла подавана біомаса (В), видаляють із зони газифікації (2М), переміщують в зону охолодження (2К), та піддають спільному охолодженню в зоні (2К) на третій стадії (14) способу, для здійснення процесу адсорбції, де активоване вугілля (МАК2) збагачується смолою з гарячого газоподібного продукту (РН) під час охолодження.

2. Спосіб за п. 1, де на третій стадії (14) способу для здійснення процесу адсорбції в зоні охолодження (2К), газоподібний продукт (РН) і активоване вугілля (МАК2) не охолоджуються разом в зоні охолодження (2К) нижче нижньої порогової температури, яка є вищою ніж температура конденсації газоподібного продукту (РА, РЕК).

3. Спосіб за п. 2, де нижня порогова температура вища від мінімум 10 К до максимум 20 К, ніж температура конденсації газоподібного продукту (РА, РЕК).

4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де на першій стадії (12, 12і, 12ії) способу, подавану біомасу (В) сушать під час першої часткової стадії (12і) в зоні нагрівання (2Е) та нагрівають таким чином, щоб вийшли леткі компоненти біомаси (В), в результаті чого утворюється піролізний газ (РМ) і вуглецевий залишок (КК), і де щонайменше піролізний газ (РУ) субстехіометрично окиснюється на наступній частковій стадії (12ії) першої стадії (12) способу в Зо зоні окиснення (2О) в зв'язку з подаванням кисневмісного газу (1), в результаті чого утворюється неочищений газ (К).

5. Спосіб за п. 4, де зона нагрівання (2Е), з одного боку, і зона окиснення (20), з іншого боку, є зонами, які відокремлені одна від одної.

6. Спосіб за п. 4 або 5, де субстехіометричне окиснення піролізних газів (РУ) та газифікація вуглецевого залишку (КК) здійснюється в зонах, які відокремлені одна від одної.

7. Спосіб за будь-яким одним з пп. 4-6, де субстехіометричне окиснення здійснюється в зоні окиснення (20) при температурі (ТО) від мінімум 1000 "С до максимум 1200 "С.

8. Спосіб за будь-яким одним з пп. 4-7, де температура (ТО) в зоні окиснення (20) регулюється за допомогою кількості подаваного кисневмісного газу (|).

9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де спосіб здійснюється під тиском, який є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища.

10. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де неочищений газ (К) і вуглецевий залишок (КК) нагріваються в зоні газифікації (2М) шляхом непрямого нагрівання і/або де активоване вугілля (АК) і гарячий газоподібний продукт (РН) охолоджуються в зоні охолодження (2К) шляхом непрямого охолодження.

11. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де активоване вугілля (АК) з адсорбованою смолою, отриманою на третій стадії (14) способу, спалюється в реакторі (44) з повітрям, що застосовувалося на третій стадії (14) способу для охолодження газоподібного продукту (РН) і активованого вугілля (АК), причому, відпрацьований газ (С) від спалювання застосовується для нагрівання зони нагрівання (2Е).

12. Пристрій (11) для газифікації біомаси (В) і очищення отриманого синтез-газу, який містить щонайменше одну камеру (24) із зоною нагрівання (2Е), установку для подачі (28, 29), виконану з можливістю подачі біомаси (В) в зону нагрівання (7Е) для утворення піролізного газу (РУ) та вуглецевого залишку (КК), щонайменше одну камеру (23) із зоною окиснення (20) для окиснення піролізного газу (РУ) та зоною газифікації (2М) для газифікації вуглецевого залишку (КК), конвеєрний пристрій (29), виконаний з можливістю переміщення піролізного газу (РУ) із зони нагрівання (2Е) у зону окиснення (20) та неочищеного газу (К) із зони окиснення (270) в зону газифікації (27М), та виконаний з можливістю переміщення вуглецевого залишку (КК) із зони нагрівання (2Е) в зону газифікації (2М), установку для подачі газу (31), виконану з можливістю подачі в зону окиснення (270) кисневмісного газу (І) в такій кількості, щоб піролізний газ (РУ), присутній в зоні окиснення, (20) окиснювався субстехіометрично, в результаті чого утворюється неочищений газ (К), засоби для нагрівання зони газифікації причому ці засоби виконані з можливістю регулювання температури (ТУ) в зоні газифікації (2М) таким чином, щоб вуглецевий залишок (КК) з газовими компонентами пройшов часткову газифікацію, в результаті чого утворюється активоване вугілля (АК) та гарячий газоподібний продукт (РН), причому пристрій (11) виконаний з можливістю отримання (МАК) активованого вугілля (АК) та газоподібного продукту (РН) із зони газифікації (2М) в зоні охолодження (2К), охолоджувальну установку (4К), виконану з можливістю спільного охолодження певної кількості (МАК2) активованого вугілля та гарячого газоподібного продукту (РН) в зоні охолодження (2К) таким чином, що відбувається процес адсорбції, протягом якого активоване вугілля (МАК2) збагачується смолою з гарячого газоподібного продукту (РН) при охолодженні.

13. Пристрій за п. 12, де зона нагрівання (2Е), з одного боку, та зона окиснення (20), з іншого Зо боку, розташовані в окремих камерах (23, 24), і/або де зона газифікації (7М), з одного боку, та зона охолодження (2К), з іншого боку, розташовані в окремих камерах (23, 36).

14. Пристрій за п. 12 або 13, причому пристрій (11) забезпечений шлюзовими затворами 28, 45, 48 на виході і на вході і призначений для можливості проведення газифікації під тиском, який є підвищеним відносно тиску навколишнього середовища. Я 29 2 в ї ту / ра В і / ВАР й А ОттяЯ РН рт -- З ри Щ ри / ! Кк ( ТТ ши І СУ; ро! Кі ; Ще! І | | М ( МАК? ше то АЖ ок Ух в в й 1 Щі г | | зк пн пон 16 х Мов

Фіг. 1