СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И УСТАНОВКА ГАЗИФИКАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК C10B53/00 

Настоящее изобретение относится к способу производства топлива из водного органического материала в процессе газификации, включающему в себя сжигание органического материала регенерации остатка газификации.

Изобретение также относится к установке газификации в соответствии с пунктом 12 формулы изобретения, применяющей способ по пункту 1. Упомянутая установка газификации, включающая газонепроницаемую камеру сгорания, предназначается для подачи водных органических отходов или биомассы в камеру сгорания и для удаления золы из камеры сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Было разработано много различных процессов, основанных на сжигании материала для возврата энергии, содержащейся в органическом материале, таком как биомасса и органические отходы. Одним из таких способов является процесс газификации, происходящий при наличии кислорода или воздуха, при котором исходный материал частично сжигается, и в результате получают газообразные продукты горения, содержащие жидкие смолянистые вещества и горючий газ. Обычно в известном уровне техники внимание уделяют оптимизации состава газовой фазы и выходу, а также созданию топливных газов, содержащих метан и водород, которые можно в дальнейшем использовать в производстве энергии. В случаях, когда точная цель заключалась в возврате смоляной фракции из биомассы или органических отходов, отправной точкой являлся в основном возврат ценных металлсодержащих соединений, имевшихся в исходных материалах, возврат примесей или возврат определенных горючих фракций, содержащихся в смоле.

В этой связи термин «органический материал» относится к материалам и веществам, содержащим углеводороды, таким как биомасса, органические отходы и синтетические вещества, такие как пластмасса.

Термин «органические отходы» относится к бытовым и промышленным отходам органического (биогенетического) происхождения, таким как продукты питания, а также упаковочным материалам, содержащим целлюлозу.

Термин «биомасса» относится к органическому материалу природного происхождения, такому как удобрения, древесина, части растений и мелкие отходы от заготовки лесоматериалов, получаемые от древесины или коры, а также сено и жидкая масса от лесной промышленности.

В известном уровне техники существуют описания некоторых процессов, при которых фракция, отделенная от горючего газа, была очищена до топлива, но данные процессы без исключения осуществлялись при помощи быстрого пиролиза биомассы или отходов, что требует использования большого количества внешней энергии в процессе. Данный тип процесса, описанный в US 4260473, относится к пиролитической реакции твердых органических отходов, где исходный материал высушивается и быстро подвергается пиролизу за счет внешнего источника энергии, вводимого в процесс. Из горючих газов извлекают посредством многостадийной реакции несколько фракций, пригодных для использования в качестве топлива, а инертный газ (газ-носитель), содержащийся в горючем газе, возвращается в камеру сгорания. Недостатками процесса данного типа являются большая потребность во внешней энергии, а также сложный процесс отделения.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышеописанного известного уровня техники в качестве отправной точки задача заявителя заключалась в создании простого процесса обработки органического материала, в частности биомассы или органических отходов, при котором органический материал сжигается и фракция, которая пригодна для топлива, при помощи простого процесса отделяется от полученного горючего газа. Другая задача изобретения заключалась в создании процесса обработки органического материала с положительным энергетическим балансом.

Более того, задача изобретения заключалась в реализации способа и установки, применяющей упомянутый способ, посредством которого много разных типов органического материала, включающего водные, сухие, твердые и жидкие отходы или биомассу, можно переработать без предварительной обработки.

Задачи вышеупомянутого изобретения осуществляются посредством способа по пункту 1 и посредством установки газификации по пункту 12.

Способ в соответствии с изобретением, касающийся производства топлива из органического материала в процессе газификации, включает в себя сжигание органического материала и регенерацию остатка газификации. Способ включает в себя, по меньшей мере, нижеследующие шаги:

- подачу органического водного материала в камеру сгорания;

- подачу сжатого регенерационного газа, содержащего кислород, также в указанную камеру сгорания;

- поддержание находящегося под давлением, непрерывного процесса горения в камере сгорания без добавления внешнего источника кислорода или тепла в процесс, поэтому газификация органического материала осуществляется при содержании кислорода, составляющем 0,1 - 1 от стехиометрического содержания кислорода, поскольку кислород, поддерживающий горение, а также повышенное давление и тепло, установленные в камере сгорания, полностью образуются от пиролиза регенерационного газа и/или водных органических отходов, подаваемых в камеру сгорания, а также от реакции газификации между подаваемым материалом и регенерационным газом;

- удаление золы, образуемой в непрерывном процессе газификации, происходящем в камере сгорания, а горючие газы, получаемые от процесса газификации вместе с твердыми частицами, содержащимися в горючих газах, направляются на процесс отделения;

- опускание в процессе отделения температуры горючего газа ниже температуры вспышки соединений, содержащихся в горючем газе и ниже температуры конденсации воды, водный конденсат, содержащийся в горючем газе, удаляется, жидкое топливо регенерируется из горючего газа, а регенерационный газ, содержащийся в горючем газе, полностью или частично направляется обратно в камеру сгорания.

Теперь установка газификации в соответствии с изобретением включает в себя газонепроницаемую камеру сгорания, оборудование для подачи водного органического материала в камеру сгорания и оборудование для удаления золы из камеры сгорания. Кроме того, установка газификации включает в себя удлиненную трубу для горючего газа, соединенную с камерой сгорания для вывода горючего газа из камеры сгорания, где длина и диаметр трубы для горючего газа являются такими, при которых горючие газы охлаждаются до температуры ниже температуры вспышки соединений, содержащихся в горючем газе, и к концу трубы для горючего газа, противоположному камере сгорания, подсоединен элемент регенерации воды для конденсации и сбора избыточной влаги, содержащейся в горючем газе. Более того, та область трубы для горючего газа, которая является противоположной по отношению к камере сгорания, оснащается рядом отверстий, через которые горючий газ может выходить из трубы для горючего газа, одновременно разделяясь на регенерационный газ и твердое топливо и элемент регенерации топлива, соединенный с упомянутой трубой для горючего газа и резервуар для регенерационного газа, оснащенный впускной и питающей газ трубами, через которые, по меньшей мере, часть регенерационного газа может направляться под давлением обратно в камеру сгорания.

Газонепроницаемая камера сгорания означает, что корпус камеры сгорания, а также подводы для труб для горючего газа, питающие элементы, питающая труба для регенерационного газа и камера для удаления золы являются достаточно хорошо герметизированными, поэтому постоянное повышенное давление может устанавливаться внутри камеры сгорания.

Основной принцип изобретения заключается в сжигании водных органических материалов, таких как водные органические отходы или биомасса при наличии недостаточного, то есть нестехиометрического содержания кислорода и обработке полученного горючего газа при помощи двухступенчатого процесса разделения воды, водного топлива и регенерационного газа. Когда происходит сжигание при наличии нестехиометрического содержания кислорода, достаточное количество кислородсодержащих газов (например, оксид углерода) остаются в полученных горючих газах. Когда кислородные регенерационные газы, отделенные от горючего газа, возвращаются в процесс газификации, температура экзотермического газификационного сгорания (то есть тления) значительно увеличивается (примерно свыше 500°C) для обеспечения автоматической непрерывности реакции, а необходимость в отдельном внешнем источнике энергии отсутствует. Процесс отделения горючего газа является простым: температура горючего газа опускается настолько низко, что вода, содержащаяся в нем, конденсируется и может быть выведена через другой конец трубы. В отношении смолянистой водяной суспензии, содержащейся в горючих газах и кислородной газообразной фракции, то они оба выводятся через небольшие отверстия (апертуры), имеющиеся в трубе. Водяная суспензия имеет хороший топливный показатель.

В описании термин недостаточное, то есть нестехиометрическое содержание кислорода означает, что количество кислорода, присутствующего в камере сгорания, недостаточно для полного сгорания пиролитических продуктов (пиролитических газов, содержания золы), образуемых из материала, подаваемого в камеру сгорания. Материал сгорает неполностью при тлении.

Процесс газификации в соответствии с изобретением включает в себя нижеследующие шаги:

Пиролитический шаг, где карбонатный исходный материал (органический материал) распадается, и из него испаряются летучие газообразные вещества, которые или сгорают при последующем шаге или перемещаются непосредственно в горючий газ. Продукты, образуемые в пиролитическом шаге: (вода) пар, H₂, N₂, O₂, CO₂, CO, алканы, углеводороды, карбонилы, такие как кислоты, NH₃, H₂S, нелетучие углеводороды, олефины, ароматические углеводороды, такие как фенолы, углерод и зола.

При неполном сгорании источник углерода С органического материала вместе с кислородом образуют диоксид углерода и оксид углерода в разных пропорциях в зависимости от количества кислорода, присутствующего при реакции:

$$C+O_2\to C{O}_2\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(1a\right)$$ и

$$C+\mathrm{0,5}{O}_2\to CO\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(1b\right)$$

При реакции сгорания генерация оксида углерода производит энергию, необходимую в шаге газификации. При шаге газификации источник углерода (C) вступает в реакцию с диоксидом углерода и водяным паром в соответствии с нижеследующей реакцией:

$$C+H_{2}O\to H_2+CO\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(2\right)$$

Когда уравнения (1b) и (2) суммируются, мы получаем:

$$2C+H_{2}O+\mathrm{0,5}{O}_2=2CO+H_2\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(2b\right)$$

что является слегка экзотермической реакцией.

Кроме того, шаг газификации включает в себя обратимую реакцию, которая является экзотермической в отношении образования диоксида углерода.

$$CO+2H_{2}O\left(пар\right)=C{O}_2+2H_2\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(3\right)$$

Более того, осуществляется реакция, где оксид углерода и вода, содержащиеся в исходном материале, вступают в реакцию, генерируя диоксид углерода и метан.

Тление при сгорании органического материала в соответствии с изобретением является экзотермическим, что означает, что оно поддерживает процесс горения как таковой без внешнего источника тепла.

Посредством использования способа и установки газификации в соответствии с изобретением несколько различных типов водных, сухих и твердых или жидких отходов или биомассу можно переработать без предварительной обработки.

Ниже следует более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах:

фигура 1 представляет собой схематическое изображение установки газификации в соответствии с изобретением;

фигура 2 представляет собой блок-схему, изображающую принцип действия установки газификации, изображенной на фигуре 1.

Основные конструкции и функции, изображенные на фигурах 1 и 2, впервые кратко описываются ниже в описании.

Главными составляющими установки газификации, показанными на фигуре 1, являются камера сгорания 1, где материал M; M2, подлежащий сжиганию, газифицируется при повышенном давлении, при относительно низкой температуре (около 500-1200°C, предпочтительно 500-1000°C). Материал M; M1, подлежащий сжиганию в камере сгорания, подается в камеру сгорания 1 посредством питающего элемента 3. С камерой сгорания 1 соединяются камера для удаления золы 5, предназначенная для удаления твердого материала, и труба для горючего газа 2, предназначенная для отведения горючих газов. Труба для горючего газа 2 ведет к оборудованию для отделения горючего газа 4, где горючий газ S разделяется на свои компоненты (вода W, топливо M; М4, регенерационный газ G). Оборудование для отделения горючего газа 4, в свою очередь, включает в себя элемент регенерации воды 9 для сбора и выведения воды W, конденсируемой из горючего газа, и резервуар для отделения горючего газа 7, который содержит элемент регенерации 8 для топлива M; M4, а также резервуар для газа 6.

Задача способа газификации в соответствии с изобретением заключается в производстве жидкого топлива M; M4 из органического материала, такого как органические отходы или биомасса в процессе газификации, содержащего сжигание органического материала и регенерацию твердого остатка газификации. Таким образом, способ включает в себя, по меньшей мере, нижеследующие шаги:

A) подачу органического водяного материала в камеру сгорания 1;

B) подачу сжатого регенерационного газа, содержащего кислород, также в камеру сгорания 1;

C) поддержание находящегося под давлением, непрерывного процесса горения в камере сгорания 1 без добавления внешнего источника кислорода или тепла в процесс, поэтому газификация органического материала осуществляется при содержании кислорода, составляющем 0,1-1 от стехиометрического содержания кислорода, где кислород, поддерживающий горение, а также повышенное давление и тепло, установленные в камере сгорания 1, полностью образуются от пиролиза регенерационного газа G и/или водных органических отходов M; M1, подаваемых в камеру горения 1, а также от реакций газификации;

D) удаление золы, образуемой при непрерывном процессе газификации, происходящем в камере сгорания 1 посредством камеры для удаления золы 5, а горючие газы S, получаемые от процесса газификации вместе с твердыми частицами M; M3, содержащимися в горючих газах S, проходят через процесс отделения, который происходит в оборудовании для отделения горючего газа 4;

Е) понижение в процессе отделения, происходящем в оборудовании для отделения 4, температуры горючего газа S ниже температуры вспышки Fp соединений, содержащихся в горючем газе и ниже температуры конденсации воды, конденсат воды W, содержащийся в горючем газе S, удаляется посредством элемента регенерации воды 9, жидкое топливо M; M4 регенерируется из горючего газа S, а регенерационный газ G, содержащийся в горючем газе, полностью или частично направляется обратно в камеру сгорания 1 для поддержания тления.

Ниже следует более подробное описание изобретения со ссылкой на краткое описание изобретения упомянутого выше и на Фигуры 1 и 2 вместе с более точным указанием преимуществ, которые достигаются посредством описания процесса газификации и раскрытой установки газификации.

В процессе газификации в соответствии с изобретением преимущественно поддерживается повышенное давление, подходящее повышенное давление составляет 5-50 бар, предпочтительно выше примерно 8 бар. Такое же повышенное давление поддерживается во всех частях установки газификации 10, то есть в камере сгорания 1, оборудовании для отделения горючего газа 4 и резервуаре для газа 6, включая каналы, ведущие в резервуар для газа. По причине того, что повышенное давление поддерживается в частях 1, 4 и 6 установки газификации 10, поток материала, вступающего в процесс (= подаваемый материал M; M1), и потоки материала, покидающего процесс (зола А, топливо M; M4 и вода W) проводят через выравнивание давления.

Для выравнивания давления питающие элементы 3 включают в себя питающий резервуар 31 для свежего материала M; M1 и промежуточный резервуар 32. Между питающим резервуаром 31 и промежуточным резервуаром 32 находится затвор питающего резервуара 31а, который можно открыть и закрыть для загрузки свежего материала M; M1 в промежуточный резервуар 32 из питающего резервуара 31. Между промежуточным резервуаром 32 и камерой сгорания 1 также находится затвор промежуточного резервуара 32a, который можно открыть и закрыть. Затвор промежуточного резервуара 32a можно герметично закрыть таким образом, чтобы он предотвращал давление газа, преобладающее в камере сгорания 1, от оказания воздействия на партию свежего материала M; M1, подаваемую внутрь промежуточного резервуара 32. Теперь партию первичного материала M; M1 можно перемещать сначала из питающего резервуара в промежуточный резервуар 32 посредством открытия затвора питающего резервуара, одновременно сохраняя затвор 32a между промежуточным резервуаром 32 и камерой сгорания 1 закрытым. Впоследствии давление между промежуточным резервуаром 32 и камерой сгорания 1 выравнивается посредством закрытия затвора 31а, отделяющего промежуточный резервуар 32 от питающего резервуара 31, после чего партию материала M1 можно легко переместить из промежуточного резервуара 32 в камеру сгорания 1.

Похожий тип системы выравнивания давления также устанавливается между камерой для удаления золы 5 и камерой сгорания 1. Камера для удаления золы 5 содержит зольный бункер 51 и зольный приемник 52. Посередине зольного бункера 51 и зольного приемника 52 устанавливается газонепроницаемый затвор зольного приемника 52a и посредством открытия и закрытия упомянутого затвора зольный приемник соответственно можно отделить от зольного бункера и можно открыть канал между зольным приемником 52 и зольным бункером 51. Между зольным бункером 51 и камерой сгорания 1 устанавливается затвор зольного бункера 51а, который открывает соединение между камерой сгорания 1 и зольным бункером 51, когда он открыт и отделяет зольный бункер 51 от камеры сгорания 1, когда он закрыт. Зола А сначала помещается в зольный бункер 51 посредством открытия затвора 51а между камерой сгорания 1 и зольным бункером 51, одновременно сохраняя затвор 52 между зольным бункером и зольным приемником закрытым. Впоследствии затвор 51а закрывается с целью отделения зольного бункера 51 от камеры сгорания 1. Когда соединение канала между зольным бункером 51а и камерой сгорания 1 закрыто, затвор 52a между зольным бункером 51 и зольным приемником 52 можно открыть для перемещения золы в зольный приемник 52.

Длинная труба для горючего газа 2 ведет от камеры сгорания 1 к оборудованию для отделения горючего газа 4. В трубе для горючего газа 2 задача заключается в понижении температуры горючего газа S, поступающего в трубу для горючего газа из камеры сгорания 1 до уровня, при котором фракцию воды, фракцию топлива и регенерационный газ можно отделить от горючего газа посредством оборудования для отделения горючего газа 4. С этой целью конец 2b трубы для горючего газа 2, который находится со стороны соединения трубы для горючего газа 2 и камеры сгорания 1, часто оснащается охладителем (не изображен) для предупреждения горючих газов от воспламенения. На другом конце 2a трубы для горючего газа, то есть втором свободном конце 2a трубы для горючего газа, если смотреть из камеры сгорания 1, определенная область 21a трубы 2 оснащается относительно маленькими апертурами 21, диаметр каждого отверстия 210 составляет d. Когда (наружный) диаметр трубы для горючего газа составляет D, площадь поверхности данной области 21a свободного конца трубы для горючего газа определяется длиной I упомянутой области в продольном направлении трубы для горючего газа, а также диаметром трубы для сжигания D, в таком случае площадь поверхности = π*D*I. Диаметр d каждого отверстия 210 и площадь поверхности области 21a, оснащенная отверстиями, главным образом зависит от мощности установки газификации, поскольку объемный расход горючего газа S, проходящего через трубу для горючего газа 2, увеличивается, диаметр d каждого отверстия 210, а также площадь поверхности области 21a, оснащенная отверстиями 21, должна увеличиваться посредством увеличения диаметра D трубы для горючего газа или длины I области 21a.

К свободному концу 2a трубы для горючего газа 2 подсоединен элемент (конденсации) удаления воды 9, содержащий конусообразную воронку 92, водяной резервуар 91 и разгрузочный клапан для водного конденсата 93. Цель заключается в сборе свободной воды W, содержащейся в горючем газе, то есть воды, которая не связана в топливе, в водяной резервуар 91. Теперь температура горючего газа S, проходящего внутри трубы для горючего газа на свободном конце 2a трубы для горючего газа 2, должна быть ниже точки кипения воды при давлении, преобладающем в каждый момент внутри трубы 2. Заявитель подверг испытанию процесс газификации в соответствии с изобретением, поэтому давление, преобладающее внутри трубы для горючего газа 2, является примерно таким же, как повышенное давление, преобладающее внутри камеры сгорания, то есть примерно 8 бар. Теперь температура горючего газа S в конце трубы для горючего газа должна быть примерно 80-130°C, предпочтительно 80-100°C, для обеспечения максимальной конденсации свободной воды из горючего газа. Водный конденсат W проходит через конусообразный конец 92 на свободном конце 2a трубы для горючего газа в водяной резервуар 91, из которого собранная вода W время от времени удаляется посредством открытия клапана, который ведет к патрубку для выпуска воды 93, установленному на нижнем крае водного резервуара.

Вся концевая часть трубы для горючего газа 2, включающая свободный конец 2a с областью 21a, оснащенной отверстиями, вплоть до конусообразного конца 92, используемого для сбора водного конденсата, помещается внутрь резервуара для отделения горючего газа 7; в резервуаре для отделения 7 регенерационный газ G и топливо M; M4 отделяются. Труба для горючего газа 2 герметически соединяется с резервуаром для отделения 7 во впускной точке со стороны камеры сгорания и в точке, где конический конец 92 трубы для водного конденсата проходит через резервуар для отделения 7 и в водяной резервуар 91. К нижнему краю резервуара для отделения 7 подсоединяется элемент регенерации топлива 8, содержащий трубу для регенерации топлива 81 и затворный клапан 82, соединенный с упомянутой трубой.

К верхней части резервуара для отделения 7 в свою очередь подсоединена герметически впускная труба для регенерационного газа 61, ведущая в резервуар для газа 6. Более того, из резервуара для газа 6 питающая труба для регенерационного газа 63 ведет обратно внутрь камеры сгорания 1. Также питающая труба 63 соединяется с камерой сгорания герметически, поскольку давление газа внутри питающей трубы должно быть высоким или выше (примерно 8 бар), чем давление, преобладающее в камере сгорания. Прохождение регенерационного газа G из резервуара для газа 6 во впускную трубу 61 и дополнительно вдоль питающей трубы 63 в камеру сгорания 1 можно контролировать посредством клапана 63a, который можно открывать и закрывать. Свободный конец питающей трубы 63 направляется в продольном направлении к камере сгорания 1 и образует сопловой элемент 62 посредством размещения ряда сопел 62a, которые выпускают газ из соплового элемента 62 примерно в горизонтальном направлении. Предохранительный клапан 64 размещается на крышке резервуара для газа 6.

Поскольку сжатый горючий газ S, имеющий температуру примерно 80-130°C, предпочтительно 80-100°C, продавливается через отверстия 21, размещенные в области 21a трубы для горючего газа 2, топливо вазелинообразной консистенции M; M4 одновременно конденсируется оттуда. Жидкое топливо вазелинообразной консистенции M; M4, полученное в резервуаре для отделения 7 через отверстия 21 трубы горючего газа 2, собирается в трубе регенерации топлива 81, откуда его можно через равные промежутки времени регенерировать и извлекать из оборудования для отделения посредством открытия затворного клапана 82 трубы регенерации. При упомянутой температуре неконденсированный регенерационный газ G отделяется от горючего газа, проходя через отверстия 21, состав упомянутого газа G изменяется в зависимости от исходного материала M; M1 и от температуры в камере сгорания 1. Часть регенерационного газа G представляет собой оксид углерода и диоксид углерода, содержащие кислород, но в нем также могут присутствовать водород, короткоцепочечные алканы, такие как метан и короткоцепочечные карбонильные соединения с низкой температурой кипения. Регенерационный газ G проходит через впускную трубу 61 для хранения в резервуаре для газа 6, откуда его перемещают при необходимости в питающую трубу 63 и пропускают через сопла 62a, размещенные на конце питающей трубы в камеру сгорания 1. Регенерационный газ G выступает в камере сгорания 1 в качестве переносчика горючих материалов в трубу для горючего газа 2 и в качестве элемента поддержания процесса горения, поскольку он содержит кислород, который необходим в упомянутом процессе.

Сам процесс горения, происходящий в камере сгорания 1, осуществляется как неполное сгорание (тление), поскольку внешний кислород не поступает в камеру сгорания, а весь кислород, используемый при горении, образуется или из регенерационного газа G, или из органических отходов, или биомассы M; M1, которая подается в саму камеру сгорания.

Тление главным образом происходит в соответствии с вышеприведенными схемами (1)-(3); по мере того, как водный материал M; M1 поступает в процесс газификации, он перемещается из питающего резервуара для первичного материала 31 в промежуточный резервуар 32 и после выравнивания давления далее в камеру сгорания 1.

В камере сгорания 1 свежий материал M; M1 впервые подвергается пиролизу, таким образом, чтобы газы и пар из него испарялись, и в то же время углеродные цепи соединений, содержащихся в материале, распадались. Естественно состав газов, испаряемых из материала M; M1, зависит от состава самого материала, но в случае, когда подаваемый материал представляет собой обычные бытовые отходы - продукты питания и смешанные отходы - без металлов, он содержит наряду с прочим такие соединения, как белки, содержащие прямые цепи ароматические углеводороды, карбонильные соединения, воду, водород и серу. Впоследствии сухой, горючий материал M; M2, полученный после пиролиза из предоставленного материала, вступает в реакцию с паром и кислородом, которые присутствуют в камере сгорания 1. Материал M; M2 сжигается при температуре 500-1200° посредством горения через тление, при этом содержание кислорода, участвующего в реакции, является ниже стехиометрического содержания. Теперь образовано относительно большое количество окиси углерода и водорода в соответствии с реакцией (2b), поскольку источник углерода газифицируется в окись углерода и водород благодаря воздействию кислорода и пара. Теперь горючий газ, полученный от процесса газификации в соответствии с изобретением, содержит среди газообразных веществ в основном оксид углерода, водород и в зависимости от исходного материала возможно также существенные количества сероводорода и аммиака.

В горючем газе S, созданном в камере сгорания 1, также перемещается не вступивший в реакцию пар, полученный из продукта, а также вода в виде пара, образованного при обратимой реакции (3) водорода и оксида углерода. Когда источник углерода (органические отходы или биомасса) подается в процесс газификации, он распадается на более маленькие составляющие благодаря воздействию тепла, а пар испаряется и вступает в реакцию с диоксидом углерода на стадии шага газификации. Более того, источник углерода во время процесса преобразуется в соединения, содержащие карбонильную группу (кислоты, альдегиды, кетоны), температура вспышки и температура испарения данных соединений является обратно пропорциональной длине углеродной цепи, следовательно, карбонильные соединения с более длинной углеродной цепью имеют более низкую температуру кипения. Более того, во время процесса образуются ароматические углеводороды, такие как фенолы и парафины.

Конвертируемые продукты источника углерода также перемещаются по мере продвижения горючего газа S в трубу для горючего газа. Поскольку температура горючего газа S в трубе для горючего газа S опускается примерно до 80-130 градусов, из веществ, содержащихся в горючем газе G, вещества, закипающие при низкой температуре, отделяются от веществ, закипающих при более высокой температуре.

Теперь в регенерационном газе G присутствуют аммиак, сероводород, водород, оксид углерода и, возможно, диоксид углерода, а также продукты конверсии и расщепления (например, короткоцепочечные алканы и алифатические карбонилы).

С другой стороны, длинноцепочечное расщепление и продукты конверсии из твердого материала M; M1, такие как длинноцепочечные алкилы, алифатические карбонилы, ароматические углеводороды, длинноцепочечные жиры и парафины остаются в топливе M; M4, которое подлежит отделению от горючего газа S.

Не вступивший в реакцию пар, оставшийся от твердых веществ M; M1, задействованных в процессе, а также пар, образованный от обратимой реакции (3), частично перемещаются в топливо и частично удаляются посредством элемента регенерации воды 9 через свободный конец 2a трубы для горючего газа 2 как водный конденсат W.

Установлено, что содержание сухого вещества топлива M; M4, регенерированного из процесса вышеописанного типа, составило 59,6% по весу, то есть его содержание воды составило 40,4% по весу. Топливо содержало разные металлсодержащие соединения, ароматические углеводороды, олефины, карбоновые кислоты и твердый парафин.

В вышеупомянутом описании приведены только некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения и специалисту в данной области техники будет очевидно, что установка газификации и способ в соответствии с изобретением можно реализовать многими способами в пределах объема идеи изобретения, определенной в прилагаемой формуле изобретения.

ССЫЛОЧНЫЕ ПОЗИЦИИ

Камера сгорания 1 Труба для горючего газа 2 Свободный конец трубы 2a Конец трубы, соединенный с камерой сгорания 2b Отверстия на отводящей трубе 21 Отверстие (апертура) 210 Площадь поверхности области отверстий на трубе 21a Длина поверхности с отверстиями I Диаметр трубы для горючего газа D Горючий газ S Питающие элементы 3 Питающий резервуар 31 Затвор питающего резервуара 31a Промежуточный резервуар 32 Затвор промежуточного резервуара 32a Оборудования для отделения горючего газа 4 Камера для удаления золы 5 Зольный бункер 51 Затвор зольного бункера 51a Зольный приемник 52 Затвор зольного приемника 52a Зола A Резервуар для газа 6 Питающая труба в камеру сгорания 63 Затворный клапан питающей трубы 63a Свободный конец питающей трубы, сопловой элемент 62 Сопла соплового элемента 62a Впускная труба в резервуар для газа 61 Предохранительный клапан резервуара для газа 64 Отделенный газ, регенерационный газ G Резервуар для отделения горючего газа 7 Горючий газ S Элемент регенерации топлива 8 Труба регенерации 81 Затворный клапан трубы 82 Элемент регенерации воды 9 Водяной резервуар 91 Конусообразная воронка на трубе для горючего газа 92 Водовыпускная труба 93 Вода W Установка газификации 10 Свежий материал M; M1 Сжигаемый материал M; M2 Материал, содержащийся в горючем газе M; M3 Топливо M; M4 Температура вспышки Fp

Изобретение относится к химической промышленности. Способ включает подачу биомассы (M; M1) и сжатого регенерационного газа (G), содержащего кислород, в камеру сгорания (1), в которой поддерживают непрерывный находящийся под давлением процесс горения без добавления внешнего источника кислорода или тепла. Золу (A), образуемую при непрерывном процессе газификации, происходящем в камере сгорания (1), удаляют и отделяют горючие газы вместе с твердыми частицами. В процессе отделения температура горючего газа (S) опускается ниже температуры вспышки соединений, содержащихся в горючем газе, а также ниже температуры конденсации воды. Водный конденсат (W) удаляют. Из горючего газа (S) получают жидкое топливо (M; M4). Регенерационный газ (G) полностью или частично направляют обратно в камеру сгорания (1). Изобретение позволяет обеспечить обработку органического материала с положительным энергетическим балансом. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ производства топлива из органического материала в процессе газификации, включающий сжигание органического материала и регенерацию остатка газификации, отличающийся тем, что способ содержит, по меньшей мере, нижеследующие шаги:
- подачу органического водного материала (M; M1) в камеру сгорания (1);
- подачу сжатого регенерационного газа (G), содержащего кислород, также в указанную камеру сгорания (1),
- поддержание находящегося под давлением непрерывного процесса горения в камере сгорания без добавления внешнего источника кислорода или тепла в процесс, поэтому горение органического материала осуществляется при содержании кислорода, составляющем 0,1-1 от стехиометрического содержания кислорода, поскольку кислород, поддерживающий горение, а также повышенное давление и тепло, установленные в камере сгорания (1), полностью образуются от пиролиза регенерационного газа и/или водных органических отходов или биомассы (M; M1), подаваемых в камеру горения, а также от реакции газификации между подаваемым материалом (M1) и регенерационным газом (G);
- удаление золы (A), образуемой при непрерывном процессе газификации, происходящем в камере сгорания (1), при этом горючие газы, получаемые от процесса газификации вместе с твердыми частицами, содержащимися в горючих газах, проходят через процесс отделения;
- понижение в процессе отделения температуры горючего газа (S) ниже температуры вспышки (Fp) соединений, содержащихся в горючем газе, а также ниже температуры конденсации воды; при этом водный конденсат (W), содержащийся в горючем газе, удаляется, жидкое топливо (M; M4) регенерируют из горючего газа (S), а регенерационный газ (G), содержащийся в горючем газе, полностью или частично направляется обратно в камеру сгорания (1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оба процесса газификации и отделения горючего газа осуществляют при повышенном давлении, предпочтительно при давлении выше 5 бар.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура горючего газа (S) в процессе отделения опускается ниже температуры вспышки горючего газа (Fp) примерно до 80-130°C, предпочтительно примерно до 80-100°C, для конвертирования топлива (M; M4), содержащегося в горючем газе, в жидкую форму и для конденсации свободной воды (W), возможно содержащейся в горючем газе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что органический материал, который должен быть подан в камеру сгорания, содержит воду в количестве, по меньшей мере, 10% по весу, предпочтительно, по меньшей мере, 20% по весу.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что регенерационный газ (G) содержит, по меньшей мере, оксид углерода и/или диоксид углерода.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что регенерационный газ (G) также содержит водород или низшие алканы, такие как метан в газообразной форме, а также возможно короткоцепочечные алкилкарбонильные соединения и аммиак.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что водный органический материал (M; M1), который должен подаваться в камеру сгорания (1), и кислородсодержащие газы, такие как оксид углерода, содержащиеся в регенерационном газе, подвергают взаимодействию при температуре выше 400°C, предпочтительно выше 500°C в экзотермической реакции газификации, так что в указанной реакции образуется горючий газ (S), который предназначен для вывода из камеры сгорания, при этом реакция газификации одновременно поддерживает в камере сгорания заданное повышенное давление и температуру, которые обеспечивают непрерывное действие реакции газификации.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что от горючего газа (S) сначала отделяют регенерационные газы (G) и жидкое топливо (M; M4) посредством продавливания горючих газов (S) через отверстия (21), установленные на конце трубы для горючего газа (2), после чего свободная вода (W), отделенная от горючего газа (S), конденсируется.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что топливо (M; M4), образованное в процессе, содержит ароматические углеводороды, олефины, воски, органические карбоновые кислоты и воду.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что содержание сухого вещества в топливе составляет примерно 40-60% по весу, а теплонапряженность составляет примерно 50-70 МДж/кг.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что топливо также содержит металлы и неметаллы, полученные из органических водных отходов.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный органический материал представляет собой водные органические отходы или водную биомассу.

13. Установка газификации (10), применяющая способ в соответствии с п.1, где упомянутая установка газификации, включающая газонепроницаемую камеру сгорания (1), предназначается для подачи водных органических отходов в камеру сгорания (1) и удаления золы (A) из камеры сгорания (1), отличающаяся тем, что установка газификации (10) содержит:
- удлиненную трубу для горючего газа (2) для выведения горючего газа (S) из камеры сгорания (1), при этом длина и диаметр (D) трубы для горючего газа являются такими, что горючие газы (S) охлаждаются до температуры ниже температуры вспышки (Fp) соединений, содержащихся в горючем газе, и к концу (2a) трубы для горючего газа (2), противоположному камере сгорания (1), подсоединяется элемент регенерации воды (9) для конденсации и сбора свободной воды (W), содержащейся в горючем газе (S), и, более того, данная область (21a) трубы для горючего газа (2), которая размещена на противоположной стороне камеры сгорания, оснащается рядом отверстий (21), через которые горючий газ (S) может выходить из трубы для горючего газа, одновременно разделяясь на регенерационный газ (G) и твердое топливо (M; M4); и
- элемент регенерации топлива (8), функционально соединенный с упомянутой трубой для горючего газа (2) и резервуаром (6) для регенерационного газа (G), оснащенным впускной и питающей трубами для газа (61 и 63), посредством которых, по меньшей мере, часть регенерационного газа (G) может направляться под давлением обратно в камеру сгорания (1).

14. Установка газификации (10) по п.13, отличающаяся тем, что часть (21 а) трубы для горючего газа (2), которая оснащена отверстиями, окружается резервуаром для отделения горючего газа (7), в котором собираются твердые вещества (M; M4) и регенерационный газ (G), продавленные через отверстия (21), установленные на обшивке трубы для горючего газа (2).

15. Установка газификации (10) по п.13 или 14, отличающаяся тем, что площадь поверхности области (21a) свободного конца (2а) трубы для горючего газа (2) главным образом зависит от объема потока горючего газа (S) внутри трубы так, что по мере увеличения объема потока горючего газа диаметр (d) отверстий (210) увеличивается, как и площадь поверхности области (21a), оснащенная отверстиями, и количество отверстий в упомянутой области (21a).

16. Установка газификации (10) по одному из пп.13 или 14, отличающаяся тем, что, с одной стороны, устанавливается впускная труба (61), которая ведет из резервуара (6) регенерационного газа (G) в резервуар для отделения (7), окружающий область (21a) трубы для горючего газа (2), которая оснащена отверстиями и, с другой стороны, устанавливается питающая труба (63), которая ведет из резервуара (6) внутрь камеры сгорания (1), и в части (62) упомянутой питающей трубы (63), которая располагается внутри камеры сгорания (1), установлены сопла (62a) для распределения регенерационного газа (G) во внутренней части камеры сгорания.

17. Установка газификации (10) по п.13, отличающаяся тем, что длина трубы для горючего газа (2) является такой, при которой температура горючих газов (S) опускается ниже температуры конденсации воды и ниже температуры вспышки горючего газа (Fp) при вхождении горючих газов (S) с противоположного свободного конца (2a) трубы для горючего газа (2) при рассмотрении из камеры сгорания (1), упомянутый свободный конец (2a) оснащается элементом регенерации воды (9) для хранения свободной воды (W), содержащейся в горючем газе.

18. Установка газификации по п.13, отличающиеся тем, что водный органический материал представляет собой водные органические отходы или водную биомассу.