УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВОГО ПРОДУКТА ИЗ ТАКОГО ТОПЛИВА КАК БИОМАССА Российский патент 2012 года по МПК C10J3/46 C10J3/56 B01J8/24 B01J8/38 

Изобретение относится к устройству для получения газового продукта из топлива, такого как биомасса, содержащему реактор, границы которого задаются основанием, или нижней частью, и стенками реактора, причем стенки реактора содержат периферийные стенки и верхнюю, или головную, стенку, при этом реактор содержит:

- впускное отверстие для подачи топлива,

- по меньшей мере один стояк для химического превращения подаваемого топлива в по меньшей мере газовый продукт, причем стояк находится внутри периферийной стенки и содержит верхний, или головной, конец, и нижний, или базовый, конец, а также

- выпускное отверстие для выпуска газового продукта.

Устройства получения газового продукта из биомассы известны. Биомасса, подаваемая в стояк, обычно содержит 80 вес.% летучих компонентов и 20 вес.% по существу твердого углерода или древесного угля. Нагревание указанной биомассы, подаваемой в стояк, до подходящей температуры в обедненной кислородом, т.е. с подстехиометрическим количеством кислорода, или в бескислородной, среде приводит к пиролизу и газификации в стояке. Указанная подходящая температура стояка обычно превышает 800°C, например составляет 850-900°C.

Пиролиз летучих компонентов приводит к образованию газового продукта. Газовый продукт является, например, смесью газов, которая содержит CO, H₂, CH₄ и, возможно, высшие углеводороды. После дополнительной обработки указанный горючий газовый продукт подходит для применения в качестве топлива. Из-за низкой скорости газификации древесный уголь, присутствующий в биомассе, будет газифицироваться в стояке только в ограниченной степени. Поэтому уголь обычно сжигается в отдельной зоне реактора. Кроме того, в результате пиролиза и газификации могут выделяться различные нежелательные вещества, такие как смола.

При запуске установки температура за относительно короткое время поднимается от комнатной температуры до температуры пиролиза и газификации. Таким образом, стояк подвергается в значительной степени тепловому расширению. Это может привести к повреждению стояка, например к образованию трещин.

Целью изобретения является предоставить устройство для получения газового продукта из биомассы, в котором опасность повреждения стояка в результате теплового расширения снижена.

Эта цель достигается согласно изобретению тем, что стояк соединяют с по меньшей мере одной стенкой реактора, и нижний конец или дно стояка находится на некотором расстоянии выше по меньшей мере одной секции или участка основания, которое находится ниже него, и способен свободно перемещаться под действием теплового расширения. Согласно изобретению стояк подвешен к периферийной стенке и/или к верхней стенке реактора. Например, верхний конец стояка соединен с периферийной стенкой и/или с верхней стенкой реактора. В результате теплового расширения нижний конец может свободно проходить в продольном направлении стояка в нижнюю область реактора. Расширение как результат теплового расширения составляет, например, приблизительно 5 см. У нижнего конца стояк не закреплен, так что не происходит никаких локальных термических напряжений. Таким образом, тепловое расширение стояка находит место на обратной стороне реактора. Тем самым риск повреждения снижен.

Следует отметить, что в документе WO 2005/037422 описан реактор с псевдоожиженным слоем, в котором ожижающий газ течет в распределительную камеру внизу реактора через входное отверстие. От распределительной камеры ожижающий газ проходит к нижнему концу стояка, где газ смешивается с псевдоожиженными частицами. Выше распределительной камеры в стояк подается твердое вещество. После выхода из стояка у его верхнего конца газ и твердые частицы отделяют друг от друга в циклонной камере. Хотя упоминается, что стояк может свободно термически расширяться в вертикальном направлении, не указано, где вмещается это тепловое расширение. Согласно изобретению нижний конец стояка может расширяться свободно, тогда как его верхний конец закреплен.

В одном варианте осуществления верхний, или головной конец, стояка соединен перегородкой с периферийной стенкой реактора, причем внутреннее пространство реактора содержит камеру разделения и камеру сгорания, которые отделены друг от друга перегородкой по существу газонепроницаемо. Соединение между верхним концом стояка и периферийной стенкой по существу газонепроницаемо. Камера разделения и камера сгорания сообщаются друг с другом только посредством стояка и, например, через одну или более спускных труб. В остальном камера разделения и камера сгорания газонепроницаемо отделены друг от друга. В результате предотвращается нежелательная утечка между камерой разделения и камерой сгорания.

В одном варианте осуществления реактор содержит псевдоожиженный слой гранулированного материала, который расположен на основании или дне реактора, причем нижний конец стояка распространяется внутрь псевдоожиженного слоя. При работе нижний конец стояка проходит в псевдоожиженный слой.

Чтобы получить псевдоожиженный слой, можно предусмотреть, например, по меньшей мере одну форсунку для впрыска ожижающей среды в или под стояк. При работе стояк частично наполнен гранулированным материалом, таким как песчинки, который псевдоожижается под действием ожижающего газа выше форсунки. Из-за того, что нижний конец стояка проходит в слой гранулированного материала, выше слоя гранулированного материала не может быть никакого газообмена между газом внутри и газом снаружи стояка. Из-за сгорания такой газообмен мог бы привести к локальным горячим зонам и, таким образом, к повреждению материала стояка.

Следует отметить, что псевдоожиженный слой гранулированного материала выше форсунки проводит тепло. В результате температура псевдоожиженного слоя гранулированного материала является, таким образом, по существу однородной. Указанная температура слоя гранулированного материала относительно высокая, например выше 800°C, например составляет 850-950°C. Однако ниже форсунки в стояке гранулированный материал образует "мертвую" зону, в которой гранулированный материал по существу неподвижен. В отличие от псевдоожиженного слоя гранулированного материала, стационарный гранулированный материал является теплоизолятором. Это приводит к существенному градиенту температуры в вертикальном направлении стояка - в направлении вниз температура гранулированного материала в стояке постепенно уменьшается до температуры окружающей среды.

Форсунка расположена, например, выше участка основания, который находится ниже стояка. В этом случае "мертвая" зона расположена между указанным участком и форсункой, причем нижний конец стояка расположен выше нее. Если нижний конец стояка находится в "мертвой" зоне слоя гранулированного материала, то этот нижний конец находится в относительно холодной зоне реактора. Следует отметить, что температура в этой относительно холодной зоне может все же составлять 300°C или выше. Эта температура ниже, чем температура стояка у псевдоожиженного слоя гранулированного материала.

Предпочтительно нижний конец стояка расположен ниже впускного отверстия для подачи топлива. При работе топливо подается, например, сбоку в псевдоожиженный слой, который находится при относительно высокой температуре, чтобы пиролиз и газификация топлива могли проходить эффективным образом.

Согласно изобретению можно, чтобы ожижающей средой в стояке был ожижающий газ, который образован, например, паром или диоксидом углерода (CO₂). Пар и диоксид углерода (CO₂) предпочтительны просто благодаря ограниченному присутствию или даже отсутствию азота. Подходят также другие газы с низким содержанием азота. Однако в зависимости от применения, типа подаваемой биомассы и технических условий на получаемый газовый продукт можно использовать другие ожижающие газы.

В одном варианте осуществления изобретения стояк открыт сверху, причем реактор содержит камеру разделения между открытым верхним концом стояка и верхней стенкой для разделения газа и твердых частиц, которая выполнена, например, как камера покоя. Камера покоя образует резервуар, имеющий относительно большой объем. При работе газовый продукт, получаемый в стояке, и увлеченные твердые вещества, включая древесный уголь и частицы псевдоожиженного слоя, выводятся в камеру покоя. В результате скорость будет падать, так как площадь проходного сечения камеры покоя намного больше, чем площадь проходного сечения стояка. Поэтому твердое вещество из стояка будет снова опускаться вниз под действием силы тяжести.

В этом случае выпускное отверстие для выпуска газового продукта может находиться в верхней стенке, причем это выпускное отверстие по существу выровнено с открытым верхним концом стояка. Если камера покоя достаточно высокая, сила тяжести в достаточной мере предотвращает достижение относительно большими твердыми частицами отверстия для выпуска газового продукта. Между прочим, мелкие частицы пыли все еще могут выходить вместе с газовым продуктом через выпускное отверстие. Таким образом, на практике газовый продукт должен будет подвергаться дополнительной обработке. Такая дополнительная обработка включает в себя, например, охлаждение, удаление пыли и удаление смолы.

В предпочтительной реализации реактор снабжен камерой сгорания, которая соединена с камерой разделения по меньшей мере одной спускной трубой. Каждая спускная труба обеспечивает соединение между камерой разделения и камерой сгорания. В остальном камера сгорания герметично отделена от камеры покоя перегородкой. Нижний конец каждой спускной трубы простирается в псевдоожиженный слой. При работе твердое вещество, производимое пиролизом и газификацией, непрореагировавшая биомасса и частицы псевдоожиженного слоя, которые прошли в камеру разделения через стояк и были там отсепарированы, возвращаются в камеру сгорания через спускную трубу. Древесный уголь позднее сжигается в камере сгорания, давая в результате дымовые газы и золу.

В одном варианте осуществления стояк снабжен проходным отверстием, позволяющим гранулированному материалу проходить из камеры сгорания в стояк, причем проходное отверстие выполнено ниже впускного отверстия для подачи биомассы. При работе инертные гранулированные частицы псевдоожиженного слоя, такие как песчинки, циркулируют в реакторе. Газы, образованные в стояке, увлекают с собой указанные частицы из псевдоожиженного слоя стояка в камеру разделения. Из камеры разделения частицы снова опускаются в псевдоожиженный слой в камере сгорания через спускную трубу или трубы. Затем частицы могут рециркулировать в стояк через проходное отверстие. Проходное отверстие расположено, например, сбоку в боковой стенке стояка.

Согласно изобретению реактор предпочтительно содержит несколько спускных труб, которые равномерно распределены по реактору. Реактор может иметь, например, 2, 3, 4, 5 или более спускных труб. Благодаря использованию нескольких спускных труб древесный уголь более равномерно распределяется в камере сгорания.

Согласно изобретению взаимное расположение стояков и спускных труб реактора может быть выполнено различными способами. Согласно изобретению можно, например, разместить стояк по существу по центру внутри периферийной стенки реактора, причем спускные трубы расположены на радиальном расстоянии от стояка. В этом случае стояк и спускные трубы, если смотреть в сечении, равномерно распределены внутри периферийной стенки реактора.

В предпочтительной реализации изобретения один или более стояков, одна или более спускных труб и перегородка между ними образованы в целом как конструкция, которая подвешена к по меньшей мере одной из стенок реактора. Конструкция предпочтительно содержит металл, такой как сталь. Верх стальной конструкции прикреплен к периферийной стенке и/или к верхней стенке реактора. Внизу стальной конструкции стояк и спускные трубы могут свободно расширяться. Нижний конец спускных труб в этом случае находится выше основания реактора.

Согласно изобретению возможно, чтобы камера сгорания содержала несколько форсунок для подачи ожижающего воздуха. Форсунки находятся на расстоянии от основания реактора. При работе камера сгорания частично наполнена гранулированным материалом, таким как песчинки. И камера сгорания, и стояк содержат слой гранулированного материала. При подаче ожижающего воздуха снизу указанный слой гранулированного материала псевдоожижается выше форсунок. Температура в псевдоожиженном гранулированном материале распределена по существу однородно. Указанная температура обычно выше 900°C, например составляет 950°C. Древесный уголь, который подается в камеру сгорания через спускную трубу, сгорает в указанном горячем псевдоожиженном слое, состоящем, например, из горячих песчинок. Ожижающий воздух в этом случае служит также воздухом для горения.

Согласно изобретению периферийная стенка реактора, на некотором расстоянии выше форсунок камеры сгорания, предпочтительно содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для ввода вторичного воздуха. Подача вторичного воздуха приводит к хорошему дожиганию, что благоприятно влияет на свойства дымовых газов и золы, образующихся при горении.

В одном варианте осуществления изобретения периферийная стенка имеет по меньшей мере одно выходное отверстие для выпуска дымовых газов, образующихся при горении. В этом случае выходное отверстие для дымовых газов предпочтительно расположено сбоку. Дымовые газы, отводимые через выходное отверстие, обычно подвергаются дополнительной обработке, например охлаждению и/или удалению пыли.

В одном варианте осуществления реактор снабжен позиционирующим элементом для позиционирования нижнего конца стояка. Позиционирующий элемент находится, например, по меньшей мере частично в псевдоожиженном слое гранулированного материала. Между периферийной стенкой реактора и камерой сгорания и камерой разделения можно предусмотреть кирпичную футеровку, т.е. корпус, сделанный из изоляционного материала. Например, камера сгорания образована по существу цилиндрическим углублением в указанной кирпичной футеровке, а камера разделения ограничена металлической периферийной стенкой, которая упирается в указанное углубление. Позиционирующий элемент в этом случае содержит, например, ряд несущих элементов кирпичной футеровки, которые сбоку входят в контакт с нижним концом стояка. Указанные несущие элементы проходят радиально внутрь цилиндрического углубления, блокируя нижний конец стояка (нижний конец все еще способен двигаться в продольном направлении под действием теплового расширения).

В одном варианте осуществления позиционирующий элемент снабжен позиционирующей трубой, которая выровнена со стояком, причем позиционирующая труба и стояк частично входит один в другой. Диаметр позиционирующей трубы меньше или больше диаметра стояка, так что нижний конец стояка и верхний конец позиционирующей трубы входят один в другой. Стояк может свободно расширяться относительно позиционирующей трубы.

Можно образовать кольцевой зазор между позиционирующей трубой и стояком, причем радиальная ширина указанного зазора больше 1 мм, например составляет 2 или 3 мм. Кольцевой зазор имеет двойную функцию. С одной стороны, зазор обеспечивает, чтобы стояк у его нижнего конца имел возможность свободно смещаться относительно позиционирующей трубы под действием теплового расширения. С другой стороны, зазор обеспечивает дополнительное проходное отверстие, позволяющее гранулированному материалу проходить из камеры сгорания в стояк.

В одном варианте осуществления дно имеет проходное отверстие, в котором закреплена позиционирующая труба. В этом случае позиционирующая труба выступает за дно реактора. При желании живое сечение проходного отверстия можно регулировать путем смещения позиционирующей трубы. В результате верхний конец позиционирующей трубы может частично герметизировать проходное отверстие. Для этого средство фиксации позиционирующей трубы имеет положение фиксации, в котором позиционирующая труба герметично прикрепляется к основанию, и положение расцепления, в котором позиционирующую трубу можно смещать герметично через проходное отверстие в нижней стенке.

Изоляция выполнена так, чтобы позиционирующая труба могла проходить через нее без утечки. Изоляция может быть выполнена несколькими путями. Например, изоляция содержит сальник с набивкой. Сальник с набивкой имеет деформируемый уплотняющий элемент. При затягивании по меньшей мере одного болта уплотняющий элемент, который деформирован в результате предварительного напряжения, давит на боковую стенку позиционирующей трубы и на основание реактора. Таким образом, проходное отверстие между позиционирующей трубой и основанием герметизируется, а позиционирующую трубу можно смещать вдоль набивки.

В одном варианте осуществления изобретения основание реактора содержит первую нижнюю секцию или участок, который соединен с наружной стороной периферийной стенки реактора, а также секцию или отрезок цилиндрической трубы, который выступает вниз от первого нижнего участка и периметр которого меньше, чем периметр периферийной стенки реактора, причем стояк проходит внутрь отрезка цилиндрической трубы, и при этом основание содержит вторую нижнюю секцию или участок, который соединен с наружной стороной отрезка цилиндрической трубы, причем стояк расположен на расстоянии над вторым нижним участком. Таким образом, второй нижний участок основания находится радиально внутри и под его первым нижним участком. Первый нижний участок основания образует нижнюю стенку камеры сгорания. Из-за выступающего отрезка цилиндрической трубы нижний конец стояка расположен ниже камеры сгорания.

В этом случае предпочтительно, если впускное отверстие для подачи топлива находится между нижней стенкой камеры сгорания и вторым нижним участком отрезка цилиндрической трубы. Другими словами, впускное отверстие находится ниже нижней стенки камеры сгорания. В результате возможно, чтобы питающий трубопровод, соединенный с впускным отверстием, шел ниже камеры сгорания, а не через камеру сгорания. Тем самым подача биомассы в стояк упрощается.

Согласно одному варианту осуществления изобретения основание содержит по меньшей мере одну дымовую трубу, которая предусмотрена у конического нижнего конца, с устройством дренирования гранулированного материала, такого как песчинки. На практике биомасса, подаваемая в реактор, содержит примеси, например, маленькие камни, гвозди или куски стекла. Указанные примеси оказываются в результате в слое гранулированного материала в стояке или в камере сгорания. Примеси опускаются в слой гранулированного материала в соответствующих дымовых трубах. Далее материал слоя вытягивается через устройство дренирования, где удаляются примеси. Затем очищенный материал слоя или новый материал слоя возвращают в реактор. Таким способом обеспечивается оптимальный слой гранулированного материала в стояке и камере сгорания.

Далее изобретение объясняется более подробно с обращением к чертежам, на которых:

фиг.1 показывает вид в разрезе устройства для получения газового продукта из биомассы в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 показывает вид в разрезе вдоль II-II на фиг.1;

фиг.3 показывает вид в разрезе вдоль III-III на фиг.1;

фиг.4 показывает вид в разрезе устройства для получения газового продукта из биомассы в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

фиг.5 показывает вид в перспективе части устройства, показанного на фиг.4.

Устройство согласно изобретению для получения газового продукта из биомассы обозначено как целое ссылочной позицией 1. Биомасса обычно содержит 80 вес.% летучих компонентов. При нагреве биомассы до температуры пиролиза, например 850°C, эти летучие компоненты выделяются относительно быстро. Затем химические реакции приводят к образованию CO, H₂ и углеводородов. Остальные 20% биомассы содержат в основном твердый углерод или древесный уголь. Для газификации древесного угля при 850°C требуется значительное время, но его горение происходит очень быстро. Устройство 1 образует непрямой, или аллотермический газификатор, который объединяет газификацию летучих компонентов и сжигание древесного угля. В результате косвенной газификации биомасса превращается в газовый продукт, который подходит в качестве топлива, например, в бойлерах, газовых двигателях и газовых турбинах.

Устройство 1 содержит реактор 2, который ограничен основанием или базовой частью, т.е. дном или нижней частью 5, периферийной, или круговой, стенкой 10 и головной, или верхней, стенкой 11. В данном описании периферийная стенка 10 и верхняя стенка 11 называются стенками реактора. Указанные стенки реактора 10, 11 являются жаростойкими стенками, которые, например, снабжены теплоизолирующей внутренней оболочкой или сделаны из жаростойкого материала, такого как жаростойкая сталь. Стенки 10, 11 реактора и нижняя часть 5 реактора 2 окружают внутреннее пространство 3, в котором может обрабатываться биомасса.

Внутри реактора 2 конструкция (ферма, рама) 20 подвешена к периферийной стенке 10. Для этого конструкция 20 снабжена выступающими вбок фланцами 22, которые крепятся к периферийной стенке 10 с помощью болтов или других соединительных средств. Конструкция 20 сделана из металла, например стали. Разумеется, конструкция 20 может также быть подвешена к верхней стенке 11 (не показан).

Конструкция 20 имеет перегородку 48, которая делит внутреннее пространство 3 реактора на два объема 40, 50, которые по существу отделены друг от друга. Указанные взаимно отделенные объемы образуют камеру разделения, которая выполнена как камера покоя или отстойная камера 40, и камеру сгорания 50, соответственно. Кроме того, конструкция 20 содержит стояк 24 и три спускных вертикальных трубы 25. Стояк 24 и спускные трубы 25 размещены в перегородке 48. Камера сгорания 50 и отстойная камера 40 сообщаются друг с другом только через стояк 24 и спускные трубы 25. Другими словами, перегородка 48 проходит между стояком 24 и спускными трубами 25.

Согласно изобретению число спускных труб и стояков может меняться, например конструкция имеет пять спускных труб (не показано). Стояк 24 содержит нижний конец 26 и верхний конец 28. Как показано на фиг.3, спускные трубы 25 равномерно распределены по периметру реактора 2.

При работе в камере сгорания 50 находится псевдоожиженный слой гранулированного инертного материала, например слой песка 51. Для этого в камере сгорания 50 предусмотрено несколько форсунок 52 для подачи ожижающего воздуха. Ожижающий воздух в этом случае служит также воздухом для горения. Периферийная стенка 10 реактора 2 имеет несколько боковых впускных отверстий 54 для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания 50. Указанные впускные отверстия 54 расположены на расстоянии над слоем песка 51.

Горение древесного угля в камере сгорания 50 приводит к дымовым газам и золе. В результате выделяется значительное количество теплоты. Температура псевдоожиженного слоя песка в камере сгорания 50 составляет, например, приблизительно 950°C. Стояк 24 окружен горячей камерой сгорания 50, в результате чего стояк 24 также нагревается. Дымовые газы выходят из камеры сгорания 50 через один или более боковых выходных отверстий 56, проходящих в периферийной стенке 10 реактора 2.

При работе псевдоожиженный слой гранулированного инертного материала, такого как слой песка, также находится в стояке 24. Для этого стояк 24 имеет несколько форсунок 27 для подачи ожижающего газа. Ожижающий газ предпочтительно является паром, CO₂ или другим газом с низким содержанием азота. Обрабатываемая биомасса проходит в псевдоожиженный слой стояка 24. Для этой цели реактор 2 имеет впускное отверстие 18 для ввода биомассы, а стояк 24 имеет приемное отверстие 32, которое соединено с впускным отверстием 18 реактора 2.

При работе в стояке 24 происходят пиролиз и газификация биомассы. Температура стояка 24 в таком случае составляет 850-900°C. Газы, образованные при газификации, обеспечивают дополнительную направленную вверх скорость потоку газа в стояке 24. Указанные газы увлекают твердые вещества, в том числе древесный уголь и песчинки, из слоя песка в стояк 24. Сжижающий газ, поступающий из форсунок 27, вносит лишь ограниченный вклад в подъем газового продукта и твердых веществ. Верхний конец 28 стояка 24, причем этот верхний конец 28 расположен противоположно нижнему концу 26, открыт. Открытый верхний конец 28 стояка 24 доходит до отстойной камеры 40. Отстойная камера 40 проходит между стояком 24 и верхней стенкой 11 реактора 2. Верхняя стенка 11 содержит выпускное отверстие 44 для выпуска газового продукта, который был получен в стояке 24.

Из отстойной камеры 40 твердые вещества, включая древесный уголь и песчинки, увлеченные в стояк 24, будут снова падать вниз по спускным трубам 25. В таком случае древесный уголь и песок окажутся в камере сгорания 50. Древесный уголь будет гореть в камере сгорания 50 описанным выше образом. Песок из слоя песка в камере сгорания 50 может потечь в слой песка в стояке 24.

В этом примерном варианте осуществления основание 5 реактора 2 имеет первую нижнюю секцию или участок 7, который соединен с нижним концом 15 периферийной стенки 10. Изнутри к нижнему участку 7 прикреплена секция или отрезок 14 цилиндрической трубы, который выступает вниз. Диаметр отрезка 14 цилиндрической трубы меньше, чем диаметр периферийной стенки 10. Как и стенки реактора 10, 11, отрезок 14 цилиндрической трубы сделан из жаростойкой стенки. К наружной стороне 16 отрезка 14 цилиндрической трубы крепится вторая нижняя секция, или участок, 8.

Стояк 24 помещается внутри отрезка 14 цилиндрической трубы. Диаметр стояка 24 меньше, чем диаметр отрезка 14 цилиндрической трубы. Нижний конец 26 стояка 24 не скреплен с нижним участком 8, но находится на некотором уровне выше нижнего участка 8. Нижний конец 26 стояка 24 образует свободный конец. В результате стояк 24 может свободно расширяться у его нижнего конца 26.

В этом иллюстративном варианте осуществления ниже стояка 24 предусмотрена позиционирующая труба 80. Диаметр позиционирующей трубы 80 чуть меньше диаметра стояка 24. Между стояком 24 и позиционирующей трубой 80 предусмотрен кольцевой зазор, который позволяет стояку 24 свободно расширяться. Когда стояк 24 расширяется, нижний конец 26 стояка 24 перемещается над позиционирующей трубой 80.

В этом иллюстративном варианте осуществления позиционирующая труба 80 жестко крепится к нижнему участку 8. В этой связи позиционирующая труба 80 может немного входить в нижний участок 8, в котором предусмотрено уплотнение (не показано) для изоляции внутреннего пространства 3 реактора 2 от окружающей среды. Можно также, чтобы позиционирующая труба 80 имела больший диаметр, чем стояк 24, тогда нижний конец 26 стояка 24 свободно проходит внутрь позиционирующей трубы 80.

Песок под форсунками 27 по существу неподвижен. Так как неподвижный песок образует отличную теплоизоляцию, температура в слое песка под форсунками 27 будет уменьшаться с увеличением глубины. Чем больше расстояние по вертикали от форсунок 27, т.е. от псевдоожиженного слоя, тем ниже температура. Это означает, что нижний конец 26 стояка 24 будет относительно холодным, что приводит к различным преимуществам.

Нижняя секция 7 снабжена отверстиями, которые закрыты дымовыми трубами 61. У глухого нижнего конца позиционирующая труба 80 также закрыта дымовой трубой 60. Таким образом, слой песка в камере сгорания 50 и стояке 24 остается на дымовых трубах 60, 61. Каждая дымовая труба 60, 61 имеет спускное устройство или устройство дренирования для вытягивания песчинок. Таким образом, из песка могут быть удалены любые примеси, такие как маленькие камни.

Впускное отверстие 18 реактора 2 для подачи биомассы расположено сбоку в отрезке 14 цилиндрической трубы. Приемное отверстие 32 стояка 24 выровнено с впускным отверстием 18 реактора 2 (см. фиг.3). Для этого стояк 24 расположен эксцентрично относительно отрезка 14 цилиндрической трубы. В месте расположения приемного отверстия 32 боковая наружная стенка стояка 24 упирается во внутреннюю стенку отрезка 14 цилиндрической трубы. Тем самым опасность, что биомасса вытечет между стояком 24 и отрезком 14 цилиндрической трубы, снижена до минимума.

Кроме того, стояк 24 имеет по меньшей мере одно проходное отверстие 33 для прохождения песчинок. Канал 34 обеспечивает соединение между слоем песка в камере сгорания 50 и слоем песка в стояке 24. Песчинки текут по каналу 34 через проходное отверстие 33 в стояк 24.

Проходное сечение проходного отверстия 33 определяется позиционирующей трубой 80. Если, например, позиционирующая труба 80 на фиг.1 находится в верхнем положении, проходное сечение отверстия 33 уменьшается. В этом случае верхний конец позиционирующей трубы частично закрывает проходное отверстие 33. Вертикальное положение позиционирующей трубой 80 является проектным параметром. Указанное положение можно определить заранее, и позиционирующую трубу 80 затем жестко закрепляют в указанном положении. Можно также, чтобы позиционирующая труба 80 могла скользить через нижнюю секцию 8, как указано выше, чтобы ее вертикальное положение можно было регулировать.

Фиг.4 и 5 показывают второй вариант осуществления устройства согласно изобретению для получения газового продукта из биомассы. Его действие по существу соответствует варианту осуществления, показанному на фиг.1-3. Описанные выше преимущества и варианты применимы также к второму варианту осуществления. Поэтому идентичные или сходные детали обозначены теми же позициями для ссылок.

Фиг.4 и 5 показывают теплоизолирующий корпус 81. Теплоизолирующий корпус 81 может быть выполнен разными способами и содержит различные материалы. Теплоизолирующий корпус 81 имеет периферийную секцию или участок, который образует часть боковой стенки 10, и нижнюю секцию, или участок 85, который образует часть основания 5. Теплоизолирующий корпус 81 образует внутреннюю оболочку или кирпичную футеровку реактора 2. Внутри теплоизолирующего корпуса 81 предусмотрено пространство, в котором размещена конструкция 20. Конструкция 20 содержит камеру разделения 40, стояк 24 и спускные трубы 25. Конструкция 20 подвешена к верхней стенке 11 реактора 2.

В этом иллюстративном варианте осуществления камера разделения 40 имеет металлическую нижнюю стенку и металлическую периферийную стенку, которая образует часть конструкции 20. Металлические стенки камеры разделения 40 граничат с пространством, предусмотренным в теплоизолирующем корпусе 81. Нижняя стенка образует перегородку 48 между камерой разделения 40 и камерой сгорания 50. Стояк 24 и спускные трубы 25 идут вниз от перегородки 48 вплоть до псевдоожиженного слоя гранулированного материала, например слоя песка 51. Уровень слоя песка указан на фиг.4 позицией 58.

Нижний конец 26 стояка 24 находится на некотором расстоянии над теплоизолирующей нижней секцией 85 основания 5, расположенного ниже. Расширение стояка 24 в результате изменений температуры можно вместить под свободным нижним концом 26 стояка 24. Тепловое расширение составляет, например, приблизительно 5 см, в этом случае нижний конец 26 может простираться внутрь по меньшей мере на указанное расстояние, не касаясь нижней секции 85.

Следует отметить, что теплоизолирующий корпус 81 является факультативным. Реактор 2 сделан, например, из жаростойкого материала, такого как жаростойкая сталь, так что без теплоизолирующего корпуса 81 можно обойтись (не показано). В этом случае нижний конец 26 установлен на таком расстоянии от основания 5, в частности от секции основания 5, которая находится ниже, вдоль продольной оси реактора 2, чтобы нижний конец 26 мог расширяться в результате изменений температуры, не касаясь основания 5.

Как показано на фиг.5, нижний конец 26 стояка 24 может подвижно размещаться между двумя выступами 86 теплоизолирующего корпуса 81. Выступы 86 предотвращают загибание нижнего конца 26 стояка 24 в сторону при тепловом расширении стояка 24.

В данном иллюстративном варианте осуществления предусмотрена, кроме того, позиционирующая труба 80 для позиционирования дна 26 стояка 24. Позиционирующая труба 80 является факультативной, т.е. без нее можно обойтись. Позиционирующая труба 80 и стояк 24 имеют разные диаметры и частично заходят один в другой. Между позиционирующей трубой 80 и стояком 24 предусмотрен кольцевой зазор. Позиционирующая труба 80 и стояк 24 образуют, так сказать, разъемный стояк, который может вместить тепловое расширение в месте расцепления.

В позиционирующей трубе 80 предусмотрена форсунка 27. Форсунка 27 имеет несколько распылительных отверстий для ввода ожижающей среды. Мертвая зона находится между нижними распылительными отверстиями и верхней поверхностью основания 5. В данном иллюстративном варианте осуществления нижний конец 26 стояка 24 находится выше "мертвой" зоны. Таким образом, нижний конец 26 будет относительно горячим.

В этом иллюстративном варианте осуществления позиционирующая труба 80 проходит через основание 5 с помощью уплотнения 30. Уплотнение 30 расположено в относительно холодной "мертвой" зоне псевдоожиженного слоя. Позиционирующая труба 80, например, жестко закреплена или может плавно перемещаться через основание 5.

Позиционирующая труба 80 частично закрывает проходное отверстие 33 для гранулированного материала псевдоожиженного слоя (см. фиг.5). Гранулированный материал псевдоожиженного слоя 51 может течь в стояк 24 из камеры сгорания 50 через проходное отверстие 33 и через кольцевой зазор. Кольцевой зазор имеет двойное предназначение: с одной стороны, кольцевой зазор делает возможным тепловое расширение стояка 24 по отношению к позиционирующей трубе 80 и, с другой стороны, кольцевой зазор обеспечивает канал для транспортировки гранулированного материала.

Подача 18 для подвода биомассы находится выше проходного отверстия 33 для гранулированного материала. Таким образом, при работе введенная биомасса проходит сразу в горячую зону псевдоожиженного слоя 51.

Разумеется, изобретение не ограничено вариантами осуществления, показанными на фигурах. Специалист в данной области может осуществить различные модификации, не выходя за рамки изобретения. Например, изобретение может также применяться для топлива, отличного от биомассы, и вместо песка может использоваться любой подходящий гранулированный материал.

Изобретение относится к области газификации твердого топлива. Из биомассы в устройстве 1 получают газовый продукт, содержащий СО, H₂, СН₄. Устройство 1 содержит реактор 2, который ограничен основанием 5 и стенками реактора. Стенки реактора содержат периферийную стенку 10 и верхнюю стенку 11. Реактор 2 содержит впускное отверстие 18 для подачи биомассы, стояк 24 для химического превращения биомассы в газовый продукт. Стояк 24 содержит верхний конец 28 и нижний конец 26, а также выпускное отверстие 44 для выпуска газового продукта. Стояк 24 прикреплен к стенке реактора 10. Основание 5 реактора 2 состоит из двух нижних секций 7 и 8. Нижний конец 26 стояка 24 находится выше нижней секции 8 основания и установлен на таком расстоянии от нижней секции основания 5, чтобы в результате теплового расширения он мог свободно перемещаться в продольном направлении. Изобретение позволяет снизить повреждение стояка в результате теплового расширения. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (1) для получения газового продукта из топлива, такого как биомасса, содержащее реактор (2), который ограничен основанием (5) и стенками реактора, причем стенки реактора содержат периферийную стенку (10) и верхнюю стенку (11), причем реактор (2) содержит:
пускное отверстие (18) для подачи топлива,
по меньшей мере, один стояк (24) для химического превращения подаваемого топлива в, по меньшей мере, газовый продукт, причем стояк (24) содержит верхний конец (28) и нижний конец (26), а также
выпускное отверстие (44) для выпуска газового продукта,
отличающееся тем, что стояк (24) прикреплен к, по меньшей мере, одной стенке реактора (10, 11), и основание (5) реактора (2) состоит из двух нижних секций (7, 8), при этом нижний конец (26) стояка (24) находится выше нижней секции (8) основания и установлен на таком расстоянии от нижней секции основания (5), чтобы в результате теплового расширения он мог свободно перемещаться в продольном направлении.

2. Устройство (1) по п.1, в котором верхний конец (28) стояка (24) прикреплен к, по меньшей мере, одной стенке реактора (10, 11), например, к периферийной стенке (10) реактора (2).

3. Устройство по п.1 или 2, в котором верхний конец (28) стояка (24) соединен перегородкой (48) с периферийной стенкой (10) реактора (2), причем внутреннее пространство (3) реактора (2) содержит камеру (40) разделения и камеру (50) сгорания, которые, по существу, газонепроницаемо отделены друг от друга перегородкой (48).

4. Устройство (1) по п.1, в котором реактор (2) содержит псевдоожиженный слой (51) гранулированного материала, который расположен на основании (5) реактора (2), и причем нижний конец (26) стояка (24) проходит в псевдоожиженный слой (51).

5. Устройство (1) по п.1, в котором в стояке (24) или под ним предусмотрена, по меньшей мере, одна форсунка (27) для впрыска сжижающей текучей среды, причем сжижающая текучая среда представляет собой газ с низким содержанием азота, например пар, диоксид углерода.

6. Устройство по п.1, в котором нижний конец (26) стояка (24) расположен ниже впускного отверстия (18) для подачи топлива.

7. Устройство по п.1, в котором стояк (24) открыт на своем верхнем конце (28), и причем реактор (2) содержит камеру разделения (40) между открытым верхним концом (28) стояка (24) и верхней стенкой (11) для разделения газа и твердых частиц.

8. Устройство по п.7, в котором в реакторе (2) предусмотрена камера сгорания (50), которая соединена с камерой разделения (40), по меньшей мере, одной спускной трубой (25).

9. Устройство по п.8, в котором в стояке (24) предусмотрено проходное отверстие (33), позволяющее гранулированному материалу пройти из камеры сгорания (50) в стояк (24), причем проходное отверстие (33) расположено ниже впускного отверстия (18) для подачи биомассы.

10. Устройство по п.8 или 9, в котором камера сгорания (50) содержит несколько форсунок (52) для подачи сжижающего воздуха.

11. Устройство по п.8, в котором стояк (24) и спускная труба (25) образуют часть конструкции (20), которая подвешена к, по меньшей мере, одной из стенок (10, 11) реактора (2).

12. Устройство по п.1, в котором реактор (2) снабжен позиционирующим элементом (80), содержащим несущие элементы кирпичной футеровки, которые блокируют нижний конец (26) стояка (24).

13. Устройство по п.12, в котором позиционирующий элемент снабжен позиционирующей трубой (80), которая выровнена со стояком (24), причем позиционирующая труба (80) и стояк (24) частично заходят один в другой.

14. Устройство по п.13, в котором между позиционирующей трубой (80) и стояком (24) образован кольцевой зазор, причем радиальная ширина указанного зазора больше 1 мм, например равна 2 или 3 мм.

15. Устройство по п.13 или 14, в котором основание (5) имеет проходное отверстие, в котором закреплена позиционирующая труба (80).

16. Устройство по п.1, в котором выпускное отверстие (44) расположено в верхней стенке (11), причем выпускное отверстие (44), по существу, выровнено по отношению к открытому верхнему концу (28) стояка.