СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА И РЕАКТОР ГАЗИФИКАЦИИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C10J3/32 C10J3/40 C10J3/68 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к способам и устройствам для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего синтез-газа из любых видов топлива: твердого, жидкого и газообразного, и любых органических отходов любых производств: отходов деревопереработки, иловых осадков очистных сооружений, твердобытовых отходов, медицинских отходов, отходов сельскохозяйственных и животноводческих комплексов и других.

Известен способ получения синтез-газа, предусматривающий циклическую загрузку перерабатываемого сырья в котел реактора газификации и продвижение его при температурном воздействии с последовательным формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны горения сырья при неполном окислении его кислородом нагнетаемого воздуха с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой из выпавшего на колосниковую решетку реактора реагента при подаче в него пара с получением на выходе из него синтез-газа, и зоны охлаждения синтез-газа (Патент №2081894, приор. 26.05.1993, опубл. 20.06.1997).

Этот способ позволяет использовать тепло, вырабатываемое реактором газификации для нагрева воздуха и воды, участвующих в процессах получения синтез-газа, и снизить образование в нем экологически вредных веществ.

Недостаток этого известного способа состоит в принудительном наддуве воздуха в реактор, приводящем к расширению зоны первичной газификации сырья и увеличению объема выработки синтез-газа, вызывающих повышение давления в реакторе и, как следствие, повышение взрывопожарной опасности, ухудшение экологии, обусловленной выбросом газов в атмосферу из-за цикличности работы реактора. Кроме того, этот известный способ производства синтез-газа не обеспечивает его эффективную очистку от механических примесей из-за высокой скорости его прохождения в самом реакторе, что впоследствии препятствует применению выработанного синтез-газа даже в газовых горелках. Также этот известный способ не позволяет поддерживать в автоматическом режиме оптимальную температуру в зоне первичной газификации сырья, обеспечивающую возможность получения однородного по химическому составу синтез-газа с максимальным коэффициентом газификации, и не позволяет контролировать процесс парообразования, что снижает эффективность этого известного способа.

Из этого же источника (Патент №2081894, опубл. 20.06.1997) известен реактор газификации, содержащий цилиндрический вертикально-ориентированный котел с двумя концентрично расположенными один в другом кольцевыми, охватывающими разные технологические зоны переработки сырья кожухами: внутренним и внешним, с газоходом между кожухами и связанным с ним отводом готового синтез-газа, с крышкой, с установленным на ней загрузочным устройством, с примыкающим к внутреннему кожуху котла реактора усеченным конусом, сужающимся по ходу перерабатываемого сырья и формирующим собой технологическую зону разложения смол, с расположенной под ним в нижней части реактора колосниковой решеткой, удерживающей на своей поверхности реагент, образующийся при переработке сырья и формирующий собой технологическую зону регенерации газов, с камерой для подогрева воздуха, с люком для розжига сырья, с расположенными в технологической зоне первичной газификации фурмами для подачи в эту зону подогретого воздуха из камеры для его подогрева, с расположенными между усеченным конусом и колосниковой решеткой фурмами для подачи пара в зону регенерации.

Этот известный реактор газификации работает в периодическом режиме по циклу: загрузка порции топлива, его переработка, получение порции синтез-газа и выгрузка зольного остатка, используя вырабатываемое тепло для нагрева воздуха и воды, участвующих в процессах получения синтез-газа.

Однако цикличность работы реактора снижает его производительность из-за остановок после получения каждой порции синтез-газа и последующих операций по открытию всех люков, сбросу пыли и дыма в атмосферу, удалению золы с колосниковой решетки с промывом ее водой и удалением шлаков и загрузке следующей порции сырья.

Недостаток этого известного реактора состоит также в том, что он не содержит узлов, обеспечивающих поддержание в автоматическом режиме оптимальной температуры в зоне газификации сырья для получения однородного по химическому составу синтез-газа с максимальным коэффициентом газификации, и не позволяет контролировать процесс парообразования, что снижает эффективность использования этого реактора. Кроме того, этот реактор некомпактен, т.к. подогрев воды и воздуха, участвующих в процессе получения синтез-газа, а также его охлаждение производят вне корпуса реактора, что приводит к большим тепловым потерям, снижая КПД реактора. Также колосниковая решетка в этом реакторе неподвижна, поэтому удаление золы из него производят вручную.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу получения синтез-газа является способ, предусматривающий загрузку перерабатываемого сырья, содержащего по крайней мере твердое сырье, в котел реактора газификации и продвижение его с последовательным проведением обращенного процесса движения воздуха и газа при температурном воздействии с формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны первичной газификации сырья (зона горения) при неполном окислении его кислородом воздуха и подаче синтез-газа с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой выпавшим на колосниковую решетку реагентом при подаче в него пара и получением на выходе из него синтез-газа, и зоны охлаждения синтез-газа в газоходе котла реактора (Патент №2303203, опубл. 20.07.2007).

Этот способ по сравнению с вышеприведенным аналогом позволяет отсасывать синтез-газ из реактора газификации, не вызывая повышение в нем давления, что снижает взрывопожарную опасность, а непрерывность процесса получения синтез-газа значительно снижает выбросы газов в атмосферу, обеспечивая экологичность этого способа.

Недостатком этого способа получения синтез-газа, наиболее близкого к заявляемому, является отсутствие условий для снижения образования в полученном синтез-газе экологически опасных соединений, таких, например, как пестициды, окислы азота, бензопирены и др., а также зольной пыли, появление которых обусловлено замедленным процессом снижения температуры и высокой скоростью истечения газифицированных продуктов из зоны регенерации. Кроме того, этот способ производства синтез-газа не обеспечивает его удовлетворительную очистку от механических примесей, т.к. его выход в нижнюю части реактора из-под расширяющегося конуса через узкую щель обеспечивает высокую скорость его прохождения с захватыванием пыли в газоход реактора. Также подача в зону первичной газификации отбираемого синтез-газа без кислорода воздуха приводит к неуправляемому процессу горения, а отсутствие контроля подачи пара в зону регенерации не позволяет обеспечить эффективность этого известного способа.

Из этого же источника (Патент №2303203, опубл. 20.07.2007) известен наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению реактор газификации, содержащий цилиндрический вертикально-ориентированный котел с двумя концентрично расположенными один в другом кольцевыми, охватывающими разные технологические зоны переработки сырья кожухами: внутренним и внешним с дном, с газоходом между кожухами и связанным с ним отводом готового синтез-газа, с примыкающим к внутреннему кожуху котла реактора усеченным конусом, сужающимся по ходу продвижения перерабатываемого сырья и формирующим собой технологическую зону разложения смол, с расположенной под ним в нижней части реактора колосниковой решеткой, удерживающей на своей поверхности реагент, образующийся при термопереработке сырья и формирующий собой технологическую зону регенерации газов, с камерой для подогрева воздуха, камерой парогенерации, с механизмом удаления золы, закрепленным к днищу котла, с люком для розжига сырья, с расположенными в технологической футерованной зоне первичной газификации фурмами для подачи в эту зону подогретого воздуха из камеры для его подогрева, с расположенными между усеченным конусом и колосниковой решеткой фурмами для подачи пара в зону регенерации.

Этот реактор позволяет реализовать вышеприведенный способ получения синтез-газа. По сравнению с аналогом этот реактор газификации работает с отсосом синтез-газ из реактора, не вызывая повышение в нем давления, что снижает его взрывопожарную опасность, обеспечивая экологическую безопасность его использования. Кроме того, этот реактор выполнен заодно с водяным котлом, что позволяет эффективно использовать воду для технологических нужд. Расположение камер для подогрева воды, воздуха и пара внутри реактора обеспечивает компактность этого реактора и снижает теплопотери в окружающую среду.

Недостатком этого реактора газификации, наиболее близкого к заявляемому, является сложность конструкции водяного котла и его изготовление из-за большого количества сварных швов, требующих герметичного исполнения. Колосниковая решетка в этом реакторе газификации выполнена неподвижной, что затрудняет применение механизации выгрузки золы. Отсутствие узлов, обеспечивающих его разравнивание, ворошение и воздухопроницаемость, а также разрушение его сводообразования, дозированной подачи пара, синтез-газа и воздуха, рассчитанные на один вид сырья, не обеспечивает оптимальный устойчивый режим газификации любого вида сырья, а также его охлаждения и очистки.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в создании безопасных и эффективных условий для протекания всех технологических процессов в компактном реакторе газификации, обеспечивающем оптимально-устойчивый процесс газификации за счет отбора пара из верхней свободной от сырья зоны его скопления в зону первичной газификации котла реактора, равномерного распределения в нем загружаемого сырья, его ворошения и разрушения сводообразования, а также в повышении степени очистки вырабатываемого синтез-газа за счет обеспечения свободного выхода синтез-газа из открытого естественного насыпного конуса из реагента на колосниковой решетке в открытое пространство нижней части котла реактора, обуславливающего снижение скорости истечения из него синтез-газа до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм.

Для получения указанного технического результата предлагается способ получения синтез-газа, предусматривающий загрузку перерабатываемого сырья, содержащего по крайней мере твердое сырье, в котел реактора газификации и продвижение его с последовательным проведением обращенного процесса движения воздуха и газа при температурном воздействии с формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны первичной газификации сырья при неполном окислении его кислородом воздуха и подаче синтез-газа с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой выпавшим на колосниковую решетку реагентом при подаче в него пара и получением на выходе из него синтез-газа и зоны охлаждения синтез-газа в газоходе котла реактора, при котором зону регенерации формируют на колосниковой решетке реактора в виде открытого естественного насыпного конуса из реагента, обуславливающего за пределами этой зоны формирование зоны очистки синтез-газа, обеспеченной снижением скорости его истечения из зоны регенерации в свободное пространство нижней части котла реактора до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм, при этом под крышкой реактора формируют зону скопления пара путем загрузки перерабатываемого сырья в котел реактора до контролируемого уровня и из этой зоны производят отсос пара в зону первичной газификации сырья с получением инертных газов и синтез-газа, а в зоне сушки котла реактора производят обрушение купола сырья и его разравнивание, и в зоне пирогенетического разложения сырья производят его интенсивное рыхление с обеспечением газопроницаемости и продвижения сверху вниз путем его обратного и прямого механического перемещения, а в зоне первичной газификации сырья производят механическое обрушение его сводообразования и осуществляют совместную подачу синтез-газа вместе с воздухом и охлаждение синтез-газа производят до температуры, соответствующей началу конденсации смол, при его закрутке в газоходе вокруг оси котла реактора, причем воздух, пар и синтез-газ подают в технологические зоны реактора объемными порциями в зависимости от химического состава сырья.

Для получения указанного технического результата предлагается реактор газификации, содержащий цилиндрический вертикально-ориентированный котел с двумя концентрично расположенными один в другом кольцевыми, охватывающими разные технологические зоны переработки сырья кожухами: внутренним и внешним с дном, с газоходом между кожухами и связанным с ним отводом готового синтез-газа, с примыкающим к внутреннему кожуху котла реактора усеченным конусом, сужающимся по ходу продвижения перерабатываемого сырья и формирующим собой технологическую зону разложения смол, с расположенной под ним в нижней части реактора колосниковой решеткой, удерживающей на своей поверхности реагент, образующийся при термопереработке сырья и формирующий собой технологическую зону регенерации газов, с камерой для подогрева воздуха, камерой парогенерации, с механизмом удаления золы, закрепленным к днищу котла, с люком для розжига сырья, с расположенными в технологической футерованной зоне первичной газификации (зона горения) фурмами для подачи в эту зону подогретого воздуха из камеры для его подогрева, с расположенными между усеченным конусом и колосниковой решеткой фурмами для подачи пара в зону регенерации, этот реактор дополнительно снабжен крышкой и установленным на ней реверсивным приводом и связанной с ним отсасывающей трубой с трубным разравнивателем, с закрепленным под ним лопастным ворошителем сырья и с установленными на свободном конце трубы фурмами для подачи паров воды из зоны скопления пара в зону первичной газификации сырья, горелкой для подачи смеси синтез-газа с воздухом в зону первичной газификации сырья, завихрителями синтез-газа, установленными в нижней части газохода котла вокруг его оси, а также камерой перегрева пара, связанной с камерой парогенерации, сбрасывателем золы, связанным с колосниковой решеткой, при этом отсасывающая труба установлена с возможностью размещения ее конца с фурмами в зоне первичной газификации сырья для отсоса трубным разравнивателем в эту зону паров воды из верхней части свободного от сырья пространства котла и размещения ее трубного разравнивателя и лопастного ворошителя соответственно в зонах сушки и пирогенетического разложения реактора, а колосниковая решетка установлена с возможностью реверсивного вращения, и сам котел реактора выполнен пароводяным, а оба его кожуха выполнены в виде кольцевых теплообменных рубашек, секционно разделенных каждая по высоте на отдельные камеры: теплообменная рубашка внутреннего кожуха содержит сверху камеру для подогрева воды, охватывающую футерованные технологические зоны переработки сырья от зоны образования пара до начала зоны первичной газификации сырья, и расположенную под ней камеру для подогрева воздуха, охватывающую футерованную зону первичной газификации сырья, а теплообменная рубашка внешнего кожуха охватывает дно и по вертикали сверху содержит свою камеру для подогрева воды, опоясывающую теплообменную рубашку внутреннего кожуха на всю ее высоту и связанную с ее камерой для подогрева воды, а нижняя вертикальная часть этой рубашки наружного кожуха разделена, в свою очередь, по высоте на две связанные между собой камеры, охватывающие зону регенерации газов в реакторе: камеру перегрева пара, расположенную под камерой подогрева воды этой рубашки кожуха, и камеру парогенерации, причем соотношение внутренних диаметров наружного кожуха и выходного отверстия усеченного конуса, а также расстояние от выходного отверстия усеченного конуса до колосниковой решетки подобраны таким образом, чтобы скорость истечения газов из реагента на колосниковой решетке была ниже скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм.

Установка горелки и всех фурм с возможностью регулировки и их замены обеспечивает оптимизацию процесса получения синтез-газа из разного сырья и ремонтопригодность реактора.

Для проведения процесса получения синтез-газа в оптимальном режиме реактор оснащен программным пультом управления, связанными с ним датчиками уровня загрузки сырья, температурными датчиками, установленными в технологических зонах реактора, в газоходе на участке выхода из него синтез-газа, и в камерах рубашек кожухов пароводяного котла, уровнемером зеркала раздела воды и пара, установленным в камере парогенерации, клапанами подачи пара, воздуха и синтез-газа в технологические зоны реактора.

Использование единой программы управления процессом получения синтез-газа позволяет в оптимальном режиме осуществлять технологический процесс получения синтез-газа с минимальными экологическими выбросами.

Заявляемый реактор газификации представлен на чертеже.

Реактор газификации содержит цилиндрический вертикально-ориентированный пароводяной котел 1 с двумя концентрично расположенными один в другом кольцевыми кожухами в виде теплообменных рубашек: внутренней 2 и внешней 3, с газоходом 4 между ними и связанного с газоходом 4 отводом готового синтез-газа 5, крышкой 6 сверху и установленными на ней приводом 7 и загрузочным устройством 8, с усеченным конусом 9, примыкающим к внутреннему кожуху 2, с расположенной под ним в нижней части реактора колосниковой решеткой 10, установленной с возможностью реверсивного вращения приводом 11 и связанной со сбрасывателем золы 12, с механизмом удаления золы 13, закрепленным к дну 14 котла 1, с люком 15 для розжига сырья, с завихрителями синтез-газа 16, установленными наклонно в нижней части газохода 4 котла 1.

Теплообменная рубашка 2 футерована и секционно разделена по высоте на две отдельные камеры: камеру для подогрева воды 17 со своим отводом 18 излишков горячей воды, охватывающую технологические зоны температурного воздействия на сырье: зону скопления пара 19, расположенную под крышкой 6 в верхней части котла 1, не заполняемой сырьем; зону сушки 20 и зону пирогенетического разложения 21, и расположенную под ней камеру для подогрева воздуха 22, охватывающую зону первичной газификации сырья 23 (зона горения) с установленными на внутренней поверхности этой рубашки 2 с возможностью регулировки и замены фурмами 24 для подачи в эту зону подогретого воздуха и горелкой 25 для подачи в нее синтез-газа вместе с воздухом.

Внутри котла 1 по его вертикальной оси установлена отсасывающая труба 26 с трубным разравнивателем 27, расположенным в зоне сушки 20, с закрепленным под ним лопастным ворошителем сырья 28, расположенным в зоне пирогенетического разложения 21 и с установленными на ее свободном конце фурмами 29 для подачи паров воды из зоны скопления пара 19 в зону первичной газификации сырья 23. Труба 26 соединена со своим реверсивным приводом 7, установленным на крышке 6.

К теплообменной рубашке 2 примыкает усеченный конус 9, формирующий своей внутренней поверхностью в процессе переработки сырья зону термического разложения смол 30.

Теплообменная рубашка 3 охватывает дно 14 котла 1 и секционно разделена по высоте на три отдельные камеры: сверху она содержит свою камеру для подогрева воды 31, опоясывающую эксцентрично внутреннюю рубашку кожуха 2 на всю ее высоту и связанную с ее камерой для подогрева воды 17, а нижняя часть этой рубашки кожуха 3 разделена, в свою очередь, по высоте на две связанные между собой камеры: камеру перегрева пара 32, расположенную под камерой подогрева воды 31, и камеру парогенерации 33.

Зона регенерации газов 34 расположена внутри нижней части котла 1, охватываемой камерой перегрева пара 32 и камерой парогенерации 33. Она образована открытым естественным насыпным конусом из реагента в виде атомарного углерода, выпавшего на колосниковую решетку 10 в свободное пространство нижней части котла реактора, при подаче в него пара фурмами 35 из камеры для его перегрева 32 с получением на выходе из него синтез-газа. За пределами зоны регенерации газов 34 в этой части котла 1 находится зона очистки синтез-газа 36.

Соотношение внутренних диаметров камеры парогенерации 33 и выходного отверстия усеченного конуса 9, а также расстояние от выходного отверстия усеченного конуса 9 до колосниковой решетки 10 подобраны таким образом, чтобы скорость истечения газов из реагента на колосниковой решетке 10 была ниже скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм.

Реактор оснащен разными датчиками: датчиками уровня загрузки сырья 37; температурными датчиками (не показаны), установленными в его технологических зонах, в отводе синтез-газа, и в камерах рубашек кожухов, а также датчиком зеркала раздела воды и пара (не показан), установленным в камере парогенерации; клапанами подачи пара, воздуха и синтез-газа в технологические зоны реактора, при этом все приводы, датчики и клапаны связаны с работающим по программе пультом управления (не показан).

Предлагаемый способ получения синтез-газа реализуют в реакторе газификации следующим образом.

Вначале загрузочным устройством 8 производят заполнение котла 1 брикетированным топливом наполовину и догружают перерабатываемым сырьем. Включают дымосос (не показан) при открытом люке 15, который начинает отсасывать газы из реактора через отвод 5. Затем заполняют водой камеры 17, 31 и 33 теплообменных рубашек кожухов 2, 3 с дном 14 и после этого производят розжиг сырья через люк 15.

После образования золы и устойчивого горения сырья в котле 1 люк 15 закрывают и включают работающий по программе пульт управления (не показан) с осуществлением контроля параметров протекающего в реакторе технологического процесса.

По мере сгорания брикетов топлива перерабатываемое сырье свободно перемещается сверху вниз в котле 1, подвергаясь температурному воздействию в его технологических зонах.

Поступившее в зону сушки 20 сырье выравнивается в котле по горизонтали разравнивателем 27 и осушается. Образовавшиеся над уровнем сырья в верхней части котла 1 пары воды создают в зоне скопления пара 19 избыточное давление и отсасываются через трубный разравниватель 27, трубу 26 и фурмы 29 в зону первичной газификации 23 (зона горения), участвуя вместе с кислородом воздуха в окислении сырья. В зоне пирогенетического разложения 21 лопастной ворошитель 28 перелопачивает сырье, обеспечивая его свободное перемещение в зону первичной газификации 23 без зависания. Реверсивное разравнивание и ворошение сырья при осушении и пирогенетическом разложении повышают эффективность этих операций за счет равномерного распределения сырья в пространстве котла 1 без сводообразования, что улучшает газопроницаемость сырья и устраняет возможность образования паровых пробок. В зону первичной газификации 23 фурмами 24 подают нагретый в камере 22 атмосферный воздух, а горелкой 25 подают смесь синтез-газа с воздухом. Попадая в зону первичной газификации 23, неразложившееся сырье подвергается термохимическому разложению на инертные и частично горючие газовые составляющие (синтез-газ) при неполном паро-кислородном окислении, с образованием реагента в виде атомарного углерода. В этой зоне протекают следующие химические реакции:

C+O₂+N₂=CO₂+N₂;

H₂+2O₂+N₂=2H₂O+N₂;

C+H₂O=СО+Н₂; C↓.

Температуру в зоне первичной газификации топлива 23 автоматически поддерживают в интервале 1300-1600°С для обеспечения максимального выхода газов из сырья.

Далее полученные газы из зоны первичной газификации 23 принудительно пропускают через зону термического разложения смол 30, образованную усеченным сужающимся конусом 9, сжимают их с повышением их температуры до расчетной 1500-1800°С, обеспечивающей разложение и частичное сжигание смол.

Затем сжатые газы поступают в зону регенерации 34 в виде открытого естественного насыпного конуса из реагента (атомарный углерод), выпавшего на колосниковую решетку реагентом, при подаче в него фурмами 35 пара и регенерации инертных газов в горючие газовые составляющие, образующие синтез-газ:

CO₂+С=2СО;

Н₂O+С=СО+Н₂;

2H₂+С=СН₄;

Cn+Hm=CnHm;+N₂.

Выходящий из зоны регенерации 34 синтез-газ попадает в свободное пространство нижней части котла 1, охваченного камерой перегрева пара 32 и нижней частью теплообменной рубашки внешнего кожуха 3 с дном 14 и камерой парогенерации 33. Соотношение внутренних диаметров наружного кожуха 3 и выходного отверстия усеченного конуса 9, а также расстояние от выходного отверстия усеченного конуса 9 до колосниковой решетки 10 подобраны таким образом, что свободное истечение полученного синтез-газа из зоны регенерации 34 в открытое пространство нижней части котла реактора резко снижает его скорость до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм, которые оседают в нижней части котла 1, формируя, таким образом, за пределами зоны регенерации 34 зону очистки синтез-газа 36. При этом токсичные вещества: пестициды, диоксины, цианиды, формальдегиды, фенолы и т.п., разложенные в зоне газификации, вновь не возникают в результате закалки газа, обусловленной протеканием реакции регенерации.

Далее синтез-газ поступает в газоход 4 и продвигается в нем между теплообменными рубашками 2 и 3 по спирали с помощью завихрителей 16, отдает свое тепло теплоносителям в камерах 17, 22 и 31 и охлаждается до температуры начала конденсации смол, не превышающей 90°С.

Часть нагретой до 90°С воды из связанных между собой камер для ее подогрева 17 и 31 подают через рубашку 3 дна 14 в камеру парогенерации 33, в которой она нагревается с образованием пара с температурой не менее 100°С, который дозированно отпускается в камеру перегрева пара 32, где он перегревается до температуры не менее 115°С. Излишки пара и воды могут быть использованы на технологические нужды.

Все технологические операции по загрузке сырья в котел реактора, подаче воздуха, пара и синтез-газа в технологические зоны реактора, поддержанию уровня зеркала раздела воды и пара в камере парогенерации, золоудалению, разравниванию поступающего в реактор сырья и его ворошению производят по единой программе, привязанной к химическому составу сырья.

Таким образом, предлагаемый способ получения синтез газа позволяет за счет совокупности своих существенных признаков создать безопасные и эффективные условия для протекания всех технологических процессов в компактном реакторе газификации, обеспечивающем оптимально-устойчивый процесс газификации за счет отбора пара из верхней свободной от сырья зоны его скопления в зону первичной газификации котла реактора, что дает возможность в этой зоне получить не только инертные газы, но и горючие газы, а также равномерного распределения загружаемого сырья, его ворошения и разрушения сводообразования и повысить степень очистки вырабатываемого синтез-газа за счет свободного выхода синтез-газа из открытого естественного насыпного конуса из реагента на колосниковой решетке в открытое пространство нижней части котла реактора и снижения скорости его истечения до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм, обеспеченной соотношением внутренних диаметров наружного кожуха и выходного отверстия усеченного конуса, а также расстоянием от выходного отверстия усеченного конуса до колосниковой решетки.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к способам и устройствам для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего синтез-газа. Способ получения синтез-газа предусматривает загрузку перерабатываемого сырья, содержащего по крайней мере твердое сырье, в котел реактора газификации и продвижение его с последовательным проведением обращенного процесса движения воздуха и газа при температурном воздействии с формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны первичной газификации сырья при неполном окислении его кислородом воздуха и подаче синтез-газа с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой выпавшим на колосниковую решетку реагентом при подаче в него пара и получением на выходе из него синтез-газа и зоны охлаждения синтез-газа в газоходе котла реактора, отличающийся тем, что зону регенерации формируют на колосниковой решетке реактора в виде открытого естественного насыпного конуса из реагента, обуславливающего за пределами этой зоны формирование зоны очистки синтез-газа, обеспеченной снижением скорости его истечения из зоны регенерации в свободное пространство нижней части котла реактора до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм, при этом под крышкой реактора формируют зону скопления пара путем загрузки перерабатываемого сырья в котел реактора до контролируемого уоовня и из этой зоны производят отсос пара в зону первичной газификации сырья с получением инертных газов и синтез-газа, а в зоне сушки котла реактора производят обрушение купола сырья и его разравнивание, и в зоне пирогенетического разложения сырья производят его интенсивное рыхление с обеспечением газопроницаемости и продвижения сверху вниз путем его обратного и прямого механического перемещения, а в зоне первичной газификации сырья производят механическое обрушение его сводообразования и осуществляют совместную подачу синтез-газа вместе с воздухом, и охлаждение синтез-газа производят до температуры, соответствующей началу конденсации смол, при его закрутке в газоходе вокруг оси котла реактора, причем воздух, пар и синтез-газ подают в технологические зоны реактора объемными порциями в зависимости от химического состава сырья. Технический результат способа - создание безопасных и эффективных условий для протекания всех технологических процессов, повышение степени очистки вырабатываемого синтез-газа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения синтез-газа, предусматривающий загрузку перерабатываемого сырья, содержащего по крайней мере твердое сырье, в котел реактора газификации и продвижение его с последовательным проведением обращенного процесса движения воздуха и газа при температурном воздействии с формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны первичной газификации сырья при неполном окислении его кислородом воздуха и подаче синтез-газа с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой выпавшим на колосниковую решетку реагентом при подаче в него пара и получением на выходе из него синтез-газа и зоны охлаждения синтез-газа в газоходе котла реактора, отличающийся тем, что зону регенерации формируют на колосниковой решетке реактора в виде открытого естественного насыпного конуса из реагента, обуславливающего за пределами этой зоны формирование зоны очистки синтез-газа, обеспеченной снижением скорости его истечения из зоны регенерации в свободное пространство нижней части котла реактора до скорости витания твердых частиц размером не более 70 мк, при этом под крышкой реактора формируют зону скопления пара путем загрузки перерабатываемого сырья в котел реактора до контролируемого уровня и из этой зоны производят отсос пара в зону первичной газификации сырья с получением инертных газов и синтез-газа, а в зоне сушки котла реактора производят обрушение купола сырья и его разравнивание, и в зоне пирогенетического разложения сырья производят его интенсивное рыхление с обеспечением газопроницаемости и продвижения сверху вниз путем его обратного и прямого механического перемещения, а в зоне первичной газификации сырья производят механическое обрушение его сводообразования и осуществляют совместную подачу синтез-газа вместе с воздухом, и охлаждение синтез-газа производят до температуры, соответствующей началу конденсации смол, при его закрутке в газоходе вокруг оси котла реактора, причем воздух, пар и синтез-газ подают в технологические зоны реактора объемными порциями в зависимости от химического состава сырья.

2. Способ получения синтез-газа по п.1, отличающийся тем, что все операции по загрузке сырья в котел реактора, подаче воздуха, пара и синтез-газа в технологические зоны реактора, поддержанию уровня зеркала раздела воды и пара в камере парогенерации, золоудалению, разравниванию поступающего в реактор сырья и его ворошению производят по единой программе, привязанной к химическому составу сырья.

3. Реактор газификации, содержащий цилиндрический вертикально-ориентированный котел с двумя концентрично расположенными один в другом кольцевыми, охватывающими разные технологические зоны переработки сырья кожухами: внутренним и внешним с дном, с газоходом между кожухами и связанным с ним отводом готового синтез-газа, с примыкающим к внутреннему кожуху котла реактора усеченным конусом, сужающимся по ходу продвижения перерабатываемого сырья и формирующим собой технологическую зону разложения смол, с расположенной под ним в нижней части реактора колосниковой решеткой, удерживающей на своей поверхности реагент, образующийся при термопереработке сырья и формирующий собой технологическую зону регенерации газов, с камерой для подогрева воздуха, камерой парогенерации, с механизмом удаления золы, закрепленным к днищу котла, с люком для розжига сырья, с расположенными в технологической футерованной зоне первичной газификации фурмами для подачи в эту зону подогретого воздуха из камеры для его подогрева, с расположенными между усеченным конусом и колосниковой решеткой фурмами для подачи пара в зону регенерации, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен крышкой и установленным на ней реверсивным приводом и связанной с ним отсасывающей трубой с трубным разравнивателем, с закрепленным под ним лопастным ворошителем сырья и с установленными на свободном конце трубы фурмами для подачи паров воды из зоны скопления пара в зону первичной газификации сырья, горелкой для подачи смеси синтез-газа с воздухом в зону первичной газификации сырья, завихрителями синтез-газа, установленными в нижней части газохода котла вокруг его оси, а также камерой перегрева пара, связанной с камерой парогенерации, сбрасывателем золы, связанным с колосниковой решеткой, при этом отсасывающая труба установлена с возможностью размещения ее конца с фурмами в зоне первичной газификации сырья для отсоса трубным разравнивателем в эту зону паров воды из верхней части свободного от сырья пространства котла и размещения ее трубного разравнивателя и лопастного ворошителя соответственно в зонах сушки и пирогенетического разложения реактора, а колосниковая решетка установлена с возможностью реверсивного вращения, и сам котел реактора выполнен пароводяным, а оба его кожуха выполнены в виде кольцевых теплообменных рубашек, секционно разделенных каждая по высоте на отдельные камеры: теплообменная рубашка внутреннего кожуха содержит сверху камеру для подогрева воды, охватывающую футерованные технологические зоны переработки сырья от зоны образования пара до начала зоны первичной газификации сырья, и расположенную под ней камеру для подогрева воздуха, охватывающую футерованную зону первичной газификации сырья, а теплообменная рубашка внешнего кожуха охватывает дно и по вертикали сверху содержит свою камеру для подогрева воды, опоясывающую теплообменную рубашку внутреннего кожуха на всю ее высоту и связанную с ее камерой для подогрева воды, а нижняя вертикальная часть этой рубашки наружного кожуха разделена, в свою очередь, по высоте на две связанные между собой камеры, охватывающие зону регенерации газов в реакторе: камеру перегрева пара, расположенную под камерой подогрева воды этой рубашки кожуха, и камеру парогенерации, причем соотношение внутренних диаметров наружного кожуха и выходного отверстия усеченного конуса, а также расстояние от выходного отверстия усеченного конуса до колосниковой решетки подобраны таким образом, чтобы скорость истечения газов из реагента на колосниковой решетке была ниже скорости витания твердых частиц размером не более 70 мкм.

4. Реактор газификации по п.3, отличающийся тем, что все фурмы и горелка установлены в реакторе с возможностью их регулировки и замены.

5. Реактор газификации по п.3, отличающийся тем, что он оснащен программным пультом управления, связанными с ним разными клапанами подачи пара, воздуха и синтез-газа в технологические зоны реактора и разными датчиками: датчиком уровня загрузки сырья, температурными датчиками, установленными в технологических зонах реактора, в газоходе на участке выхода из него синтез-газа, и в камерах рубашек кожухов пароводяного котла, а также датчиком зеркала раздела воды и пара в камере парогенерации.