close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15605

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 10J 3/54
C 10J 3/56
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20100114
(22) 2010.01.29
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Бородуля Валентин Алексеевич; Пальчёнок Геннадий Иванович;
Хутская Наталья Геннадьевна; Василевич Сергей Владимирович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 15605 C1 2012.04.30
BY (11) 15605
(13) C1
(19)
(56) RU 2290428 C2, 2004.
БОРОДУЛЯ В.А. и др. Перспективы
производства среднекалорийного газа
и водорода путем каталитической газификации биомассы, 2008 [www.ictt.by/
Library/BelIndForum2008/simposium/
seminar3/Пальченок.doc].
БОРОДУЛЯ В.А. и др. VI Минский
международный форум по тепло- и
массообмену. Тезисы докладов и сообщений. - Минск, 2008. - Т. 1. - С. 13-15.
БОРОДУЛЯ В.А. и др. Инженернофизический журнал. - 2007. - Т. 80. № 2. - С. 105-111.
ГЕЛЕТУХА Г.Г. и др. Экотехнологии
и ресурсосбережение. - 1999. - № 5. С. 3-12.
EP 979857 A2, 2000.
RU 2340651 C1, 2008.
RU 2241904 C1, 2004.
RU 2293108 C1, 2007.
(57)
1. Способ получения генераторного газа, при котором осуществляют паровую газификацию биомассы, в частности древесины, в кипящем слое реактора газификации (1) при
BY 15605 C1 2012.04.30
температуре 750 °С и давлении 3 атм с получением генераторного газа, содержащего, в
основном, водород и CO, при этом паровую газификацию биомассы осуществляют за счет
тепла, выделяющегося при сжигании при температуре 850 °С и давлении 1 атм части биомассы в кипящем слое секции сжигания биомассы (3) реактора разложения CaCO3 (2) и
переносимого в реактор газификации (1) непрерывно циркулирующим через реакторы (1)
и (2) материалом кипящего слоя, содержащим твердые частицы CaO и CaCO3,
образующиеся при обжиге доломита в реакторе разложения CaCO3 (2) при температуре
750 °С и давлении 3 атм, а для поддержания кипящего слоя и его циркуляции между реакторами используют водяной пар и воздух.
2. Устройство для получения генераторного газа способом по п. 1, содержащее реактор газификации (1) и реактор разложения CaCO3 (2), содержащие псевдоожиженные водяным паром и воздухом твердые частицы CaO и CaCO3, при этом реакторы (1) и (2)
снабжены поверхностными нагревателями (11); обеспечивающие циркуляцию через реакторы (1) и (2) материала кипящего слоя циклон (4), прикрепленный к реактору газификации (1) и связанный с реактором разложения CaCO3 (2) через верхний сифон кипящего
слоя (5) полой трубой (7), и нижний сифон кипящего слоя (6), связанный с реактором газификации (1) и реактором разложения CaCO3 (2) полыми трубами (7); системы подачи
водяного пара (12, 13) и воздуха (14, 15) для создания, поддержания и циркуляции кипящего слоя; причем реактор разложения CaCO3 (2) содержит расположенную внутри него
секцию сжигания биомассы (3), снабженную питателем для подачи биомассы (9), и снабжен питателем для подачи доломита (10), а реактор газификации (1) снабжен питателем
для подачи биомассы (8).
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам получения газообразных топлив псевдоожижением, и может найти применение в химической отрасли промышленности.
Известно, что в настоящее время наиболее перспективной является схема газификации
биомассы с непрямым подводом тепла (непрямой газификации биомассы) в сдвоенном
реакторе кипящего слоя [1]. Непрямая газификация биомассы представляет собой процесс
газификации и частичного окисления сырья в раздельных реакторах, между которыми
осуществляется замкнутая циркуляция материала слоя в качестве промежуточного теплоносителя. Это обеспечивает подвод необходимого количества тепла в зону газификации и
одновременно предотвращает разбавление генераторного газа азотом воздуха-окислителя
и продуктами сгорания сырья.
Известен способ газификации древесного сырья с непрямым подводом тепла [2]. Газификация осуществляется в реакторе кипящего слоя при температуре 800 °С и давлении
1,1 бар, а сжигание древесного сырья - в топке циркулирующего кипящего слоя (газификатор) при температуре 1500 °С и давлении 1,1 бар. Теплота, необходимая на проведение
эндотермического процесса с помощью водяного пара (паровой газификации), поступает с
потоком горячего материала циркулирующего кипящего слоя, поступающего из топки. В
топку из газификатора возвращается охлажденный материал, содержащий непрореагировавшие частицы древесного сырья. В качестве псевдоожижающего газа в газификаторе
используют водяной пар при температуре 400 °С и давлении 1,1 бар. В топке воздух нагревается за счет регенерации тепла дымовых газов. Полученный газ охлаждается до температуры 165 °С, очищается от пыли, аэрозолей и растворимых вредных примесей при
температуре 40 °С. Перетоки воздуха в газификаторе, поступающего в топку, сведены к
минимуму (менее 3 %).
Для достижения описанного способа используют газогенератор с быстрым внутренним циркулирующим кипящим слоем мощностью 8 МВт.
Достоинствами данного способа и устройства для его осуществления являются хорошее качество получаемого генераторного газа, активное перемешивание дисперсного ма2
BY 15605 C1 2012.04.30
териала и, как следствие, постоянство температуры по объему камер. Недостатком указанного способа непрямой газификации биомассы с адсорбцией CO2 является выброс десорбированного диоксида углерода (основного составляющего парниковых газов) в
атмосферу в составе продуктов сгорания из реактора окисления, что ведет к увеличению
парникового эффекта.
Известны способ конверсии угля с получением качественного водорода для топливных смесей и диоксида углерода, готового к утилизации, и устройство для его осуществления [3]. В данном изобретении предложен способ получения генераторного газа путем
газификации биомассы (угля). Способ заключается в том, что вначале биомассу (уголь)
загружают в первый реактор (реактор газификации) и псевдоожижают водяным паром высокой температуры. При этом получается генераторный газ при температуре 800 °С и давлении 7 атм. Этот газ включает в себя водород и диоксид углерода. Затем осуществляют
циркуляцию между тремя реакторами (реактор газификации, реактор разложения СаСО3 и
реактор окисления FeO) смеси твердых псевдоожиженных частиц, содержащих биомассу
(уголь), соединения кальция, присутствующие в виде CaO, CaCO3 и их смесей, и соединения железа, присутствующие в виде FeO, Fe2O3 и их смесей. Все три реактора соединены
между собой полыми трубами. В первый и второй реакторы подают водяной пар через
впускные патрубки (систему подачи пара). В третий реактор через впускной патрубок
(система подачи воздуха) подают воздух. В процессе циркуляции в первом реакторе (реактор газификации) осуществляется реакция CaO (обожженного доломита или известняка),
присутствующего в кипящем слое, с диоксидом углерода и образуется CaCO3 (восстановленный доломит или известняк). Реакция протекает при температуре 1042 °С и давлении 7
атм. После этого CaCO3 отделяется от генераторного газа и попадает во второй реактор
(реактор разложения CaCO3). Во втором реакторе происходит реакция термического разложения CaCO3 с получением CaO и диоксида углерода CO2. Одновременно с этим в
третьем реакторе (реакторе окисления FeO) проводится реакция биомассы (угля) с Fe2O3
для образования FeO и диоксида углерода. Затем окисляют FeO для восстановления Fe2O3
при температуре 1526 °С и давлении 7 атм. При этом выделяется тепло, идущее на разогрев кипящего слоя. В результате получается воздух, обедненный кислородом, при повышенной температуре. Генераторный газ с высоким содержанием водорода из первого
реактора (камера газификации), диоксид углерода из второго реактора (камера выделения
диоксида углерода) и обедненный воздух из третьего реактора (топка) удаляются в виде
отдельных потоков.
Устройство для осуществления описанного способа включает в себя реактор газификации, реактор разложения СаСО3 и реактор окисления FeO, соединенные между собой
полыми трубками. Первый реактор снабжен питателем для подачи биомассы (угля) для
газификации. Во всех реакторах находятся циркулирующие кипящие слои, состоящие из
смеси CaO (обожженный доломит или известняк), CaCO3 (восстановленный доломит или
известняк) и Fe2O3, FeO и Fe2O3. Эти слои непрерывно циркулируют между реакторами,
смешиваясь и перемещаясь из одного реактора в другой. Циркуляция обеспечивается тем,
что в реакторы подаются газы для псевдоожижения слоев (водяной пар через систему подачи пара и воздух через систему подачи воздуха). Эти газы подаются под различным
давлением. Благодаря этому между реакторами осуществляется циркуляция газов и материала циркулирующего кипящего слоя.
Достоинствами данного способа и устройства для его осуществления являются выделение CO2 из газовых продуктов сгорания и возможность его утилизации, что позволяет
получать газ хорошего качества. Недостатками указанного способа являются сложность
конструкции и необходимость поддерживать высокие температуру и давление.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа и
устройства для получения генераторного газа с высоким содержанием водорода, позволяющих снизить выброс парниковых газов (в частности, диоксида углерода) в атмосферу,
что обеспечивает повышение экологических показателей.
3
BY 15605 C1 2012.04.30
Задача решается следующим образом.
Способ получения генераторного газа, при котором осуществляют паровую газификацию биомассы, в частности древесины, в кипящем слое реактора газификации при температуре 750 °С и давлении 3 атм с получением генераторного газа, содержащего, в основном,
водород и CO. При этом паровую газификацию биомассы осуществляют за счет тепла,
выделяющегося при сжигании при температуре 850 °С и давлении 1 атм части биомассы в
кипящем слое секции сжигания биомассы реактора разложения CaCO3. Выделяемое тепло
переносится в реактор газификации непрерывно циркулирующим через оба реактора материалом кипящего слоя, содержащим твердые частицы CaO и CaCO3. Они образуются
при обжиге доломита в реакторе разложения CaCO3 при температуре 750 °С и давлении 3
атм. Для поддержания кипящего слоя и его циркуляции между реакторами используют
водяной пар и воздух.
Устройство для получения генераторного газа предлагаемым способом, описанным
выше, содержит реактор газификации и реактор разложения CaCO3. Реакторы содержат
псевдоожиженные водяным паром и воздухом твердые частицы CaO и CaCO3 и снабжены
поверхностными нагревателями. Циркуляцию материала кипящего слоя через реакторы
обеспечивают циклон, прикрепленный к реактору газификации, и связанный с реактором
разложения CaCO3 через верхний сифон кипящего слоя полой трубой, и нижний сифон
кипящего слоя, связанный с реактором газификации и реактором разложения CaCO3 полыми трубами. Устройство содержит также системы подачи водяного пара и воздуха для
создания, поддержания и циркуляции кипящего слоя, причем реактор разложения CaCO3
содержит расположенную внутри него секцию сжигания биомассы, снабженную питателем для подачи биомассы, и снабжен питателем для подачи доломита, а реактор газификации снабжен питателем для подачи биомассы.
Предлагаемые способ и устройство решают задачу создания эффективного способа и
устройства для получения генераторного газа с высоким содержанием водорода путем газификации древесного сырья в циркулирующем кипящем слое и позволяют снизить выброс газов (в частности, диоксида углерода) в атмосферу, что повышает экологические
показатели установки.
На фигуре показана схема предлагаемого устройства для осуществления способа получения генераторного газа.
Устройство для осуществления способа получения генераторного газа включает в себя
реактор 1 газификации биомассы и реактор 2 разложения CaCO3. В реакторе 1 происходит
газификация биомассы, в частности древесины, в кипящем слое с получением генераторного газа, содержащего водород и CO. Внутри реактора 2 разложения CaCO3 2, содержащего псевдоожиженные водяным паром и воздухом твердые частицы CaO и CaCO3,
расположена секция 3 сжигания биомассы, где происходит сжигание в кипящем слое части биомассы. Циркуляцию через реакторы 1 и 2 обеспечивают циклон 4, прикрепленный к
верхней части реактора 1 и связанный с реактором 2 через верхний сифон 5, и нижний сифон 6, что обеспечивает дополнительное псевдоожижение циркулирующего кипящего
слоя для улучшения процесса циркуляции. Верхний сифон 5 соединен полыми трубами 7
с циклоном 4 и реактором 2 разложения CaCO3. Нижний сифон 6 соединен полыми трубами 7 с реактором 1 газификации и реактором 2 разложения CaCO3. Реактор 1 снабжен
питателем 8 для подачи биомассы для газификации. Секция 3 сжигания биомассы снабжена питателем 9 для подачи биомассы для сжигания. Реактор 2 разложения СаСО3 снабжен питателем 10 для подачи доломита. Питатели 8, 9 и 10 включают в себя газоплотные
бункеры. Реактор 1 газификации и реактор 2 разложения CaCO3 связаны с системой подачи пара, через которую в реакторы подается пар для псевдоожижения кипящего слоя, и
дополнительно снабжены поверхностными нагревателями 11 для вывода устройства на
тепловой режим. Система подачи водяного пара включает парогенератор 12 и паропере4
BY 15605 C1 2012.04.30
греватель 13. Система подачи воздуха включает компрессор 14 и электрокалорифер 15.
Компрессор 14 служит для подачи воздуха в секцию 3 через электрокалорифер 15, нагревающий подаваемый воздух до температуры 300-400 °С. Парогенератор 12 служит для
производства и подачи пара через пароперегреватель 13, нагревающий его до температуры 300 °С, в реактор 1 газификации и реактор 2 разложения CaCO3. Секция 3 сжигания
биомассы связана с системой подачи воздуха, через которую в секцию 3 подается воздух
для псевдоожижения находящегося в нем кипящего слоя.
Способ получения генераторного газа с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим способом.
Перед пуском устройства материал циркулирующего кипящего слоя (смесь кварцевого песка и доломита) засыпают в реакторы 1 и 2. Газоплотные бункеры питателей 8 и 9
заполняют биомассой, например древесными опилками, а питатель 10 заполняют доломитом. Воздух, нагнетаемый компрессором 14, нагревается в электрокалорифере 15 до температуры 300-400 °С и поступает в подрешеточные объемы обоих реакторов и в секцию 3
сжигания биомассы для псевдоожижения и нагрева. Включают поверхностные электронагреватели 11 для наружного обогрева корпусов реакторов. Материал циркулирующего
кипящего слоя реакторов 1 газификации и 2 разложения CaCO3 соответственно доводят до
температуры устойчивого воспламенения биомассы (около 350 °С), при этом доломит, находящийся в кипящем слое, переходит в активное состояние, т.е. обжигается с выделением CO3, который выносится из реактора 1 газификации. Затем в реактор 1 и секцию 3
сжигания биомассы с помощью питателей 8 и 9 подают биомассу, которая сгорает с выделением тепла, идущего на разогрев кипящего слоя. По достижении температур 600-700 °С
в реакторах 1 и 2 перекрывают подачу воздуха и включают систему подачи пара. Пар под
давлением 0,14 МПа вырабатывается парогенератором 12 и поступает в пароперегреватель 12, где нагревается до температуры 300 °С. Паровую газификацию биомассы осуществляют в циркулирующем кипящем слое реактора 1 за счет тепла, выделяющегося при
сжигании части биомассы в кипящем слое секции 3 сжигания биомассы и переносимого в
реактор 1 с помощью непрерывной циркуляции материала циркулирующего кипящего
слоя между реакторами 1 и 2. Получаемый путем газификации биомассы генераторный
газ реагирует с входящим в состав слоя обожженным доломитом. В результате этого из
генераторного газа сорбируется CO2, что увеличивает процентную долю остальных компонентов генераторного газа (H2, CO, CH4).
Восстановленный доломит с горячим материалом циркулирующего кипящего слоя
выносится потоком продуктов газификации в верхнюю часть реактора 1, попадает в циклон 4, где генераторный газ отделяется от материала циркулирующего кипящего слоя и
поступает на отбор на хроматографический анализ для определения объемного содержания входящих в состав генераторного газа компонентов. После этого восстановленный
доломит с материалом циркулирующего кипящего слоя поступают в верхний сифон 5, где
доломит псевдоожижается паром и вводится в реактор 2 разложения CaCO3. В реакторе 2
доломит обжигают с выделением CO2. Затем обожженный доломит самотеком переходит
из нижней части реактора 2 в нижний сифон 6, где он псевдоожижается паром и поступает
в реактор 1 газификации. Полученный CO2 из реактора 2 разложения CaCO3 поступает на
отбор газов. Сифоны 5 и 6 аэрируются паром для улучшения циркуляции материала. Температуру слоя в реакторах 1 и 2 регулируют путем изменения скорости подачи биомассы в
реактор 2.
Таким образом, предлагаемое изобретение создает эффективный способ получения
генераторного газа путем максимального повышения концентрации водорода в получаемом генераторном газе, позволяет снизить содержание парниковых газов и предотвратить
выбросы в атмосферу CO2 путем утилизации или захоронения его концентрированного
потока.
5
BY 15605 C1 2012.04.30
Источники информации:
1. Stahl K., Walheid L., Morris M., Johnsson U., Gardmark L. Biomass IGCC at Värnamo,
Sweden, past and future. GCEP Energy Workshop, 2004. - P. 1-16.
2. Paisley M.A., Irving J.M., Overend R.P. A promising power option, operating experience
at the Burlington gasifier. Proc. of the ASME Turbo Expo 2001, 2001. - P. 1-7.
3. Патент РФ 2290428, МПК C 10J 3/54, 3/54, 2002 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
207 Кб
Теги
by15605, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа