Спосіб, система (варіанти) та пристрій для газифікації біомаси або іншої вуглецевмісної сировини, пристрій для обробки синтез-газу

1. Спосіб газифікації біомаси або іншої вуглецевмісної сировини, що включає стадії, на яких: нагрівають вихідну біомасу або іншу вуглецевмісну сировину до робочої температури приблизно 825 °С або вище в інертному середовищі в герметичному модулі газифікації у псевдозрідженому шарі циркулюючого теплоносія без реакції горіння у присутності пари з утворенням газу, який містить вуглеводні і смоли, і твердого залишку; подають газ, утворений у модулі газифікації, і пару у модуль обробки газу; нагрівають газ у модулі обробки газу до температури, при якій вуглеводні/смоли, здатні до конденсації, вступають у реакцію з парою, яку подають, з вилученням їх і перетворенням у синтез-газ, теплоносій і твердий залишок, утворений у модулі газифікації, направляють у модуль згоряння для спалювання і повторного нагрівання теплоносія, повторно нагрітий теплоносій відділяють від одержаного в процесі спалювання газу і через блок обробки газу подають знову у реактор газифікації. 2. Спосіб за п. 1, в якому на стадії обробки газу у модулі обробки газу додатково виконують щонайменше одну зі стадій, на якій: здійснюють крекінг вуглеводнів; здійснюють конверсію газу з утворенням синтезгазу, в якому відношення водень : монооксид вуглецю має позитивний баланс за воднем. 3. Спосіб за п. 2, який додатково включає стадії, на яких: 2 (19) 1 3 15. Спосіб за п. 2, в якому стадію конверсії газу інтенсифікують за допомогою регулювання кількості пари, яку подають. 16. Спосіб за п. 15, в якому стадію конверсії газу інтенсифікують за допомогою регулювання кількості пари, яку подають, так, щоб одержати відношення водень : монооксид вуглецю, яке дорівнює щонайменше 2:1. 17. Спосіб за п. 1, в якому додатково вводять щонайменше перший перехідний модуль для одержання газу і теплоносія з модуля газифікації, і для переміщення газу у модуль обробки газу, і для переміщення теплоносія у модуль згоряння; і другий перехідний модуль для одержання теплоносія з модуля згоряння і переміщення його до модуля газифікації. 18. Система для газифікації біомаси або іншої вуглецевмісної сировини з внутрішньоцикловою обробкою газу, що містить: герметичний модуль газифікації вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини, виконаний з можливістю одержання газу, що містить вуглеводні і смоли, і твердого залишку шляхом нагрівання вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини до робочої температури 825 °С або вище в інертному середовищі у псевдозрідженому шарі циркулюючого теплоносія без реакції горіння у присутності пари; модуль обробки газу, виконаний з можливістю одержувати газ з модуля газифікації і обробляти його у межах циклу з модулем газифікації і модулем згоряння у присутності пари для одержання синтез-газу; засіб подачі пари у модуль обробки газу і у модуль газифікації; модуль згоряння, призначений для нагрівання теплоносія і переходу нагрітого теплоносія в модуль обробки газу перед його переходом у модуль газифікації. 19. Система газифікації біомаси або іншої вуглецевмісної сировини, яка містить: герметичний модуль газифікації для газифікації вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини з непрямим нагріванням, виконаний з можливістю одержання газу, який містить вуглеводні і смоли, і твердого залишку шляхом нагрівання вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини до робочої температури 825 °С або вище в інертному середовищі у псевдозрідженому шарі циркулюючого теплоносія без реакції горіння у присутності пари; внутрішньоцикловий модуль обробки газу, виконаний з можливістю одержувати газ з модуля газифікації і функціонувати при робочій температурі, при якій вуглеводні і смоли, здатні до конденсації, мають можливість реагувати з поданою парою для вилучення їх і перетворення у синтез-газ; засіб подачі пари у модуль обробки газу і у модуль газифікації; модуль згоряння для нагрівання теплоносія і засіб для переміщення нагрітого теплоносія у модуль обробки газу для забезпечення в ньому робочої температури, засіб обробки газу, розміщений у модулі обробки газу, для мінімізації вмісту у газі смоли. 94919 4 20. Система за п. 19, в якій засіб обробки газу містить щонайменше один засіб крекінгу вуглеводнів і засіб конверсії газу, що забезпечує утворення синтез-газу, в якому відношення водень : монооксид вуглецю має позитивний баланс за воднем. 21. Система за п. 19, яка містить теплоносій, щонайменше частина якого є каталітично активною, і додатково засіб приведення у контакт теплоносія з газом у модулі обробки. 22. Система за п. 21, яка додатково містить засіб для циркуляції теплоносія з модуля згоряння, призначеного і для нагрівання теплоносія, до модуля обробки газу і до модуля газифікації. 23. Система за п. 22, в якій робоча температура становить від приблизно 900 до приблизно 1100 °C. 24. Система за п. 21, в якій каталітично активний теплоносій містить щонайменше один з таких матеріалів: оливін, кальцити, оксиди металів і залізовмісний високотемпературний каталітично активний матеріал. 25. Система за п. 21, в якій щонайменше частина каталітично активного теплоносія становить приблизно від 50 до 100 % мас. 26. Система за п. 21, в якій щонайменше частина каталітично активного теплоносія становить приблизно від 80 до 100 % мас. 27. Система за п. 21, в якій щонайменше частина каталітично активного теплоносія становить приблизно від 90 до 100 % мас. 28. Система за п. 19, в якій швидкість подачі пари в модуль газифікації становить від приблизно 0,50 до приблизно 15 фут/сек. 29. Система за п. 19, в якій швидкість подачі пари в модуль газифікації становить від приблизно 0,50 до приблизно 10 фут/сек. 30. Система за п. 19, в якій засіб подачі пари в модуль обробки газу забезпечує швидкість, достатню для підтримання концентрації пари менше ніж приблизно 25 % об. від загальної подачі газів із модуля газифікації. 31. Система за п. 19, в якій засіб подачі пари в модуль обробки газу забезпечує швидкість, достатню для підтримання концентрації пари менше ніж приблизно 20 % об. від загальної подачі газів з модуля газифікації. 32. Система за п. 19, в якій модулем газифікації з непрямим нагріванням є щонайменше один з таких типів модулів газифікації: з киплячим псевдозрідженим шаром, з рециркулюючим псевдозрідженим шаром. 33. Система за п. 22, яка додатково містить засіб нагрівання модуля обробки газу за допомогою теплоносія, поданого з модуля згоряння. 34. Система за п. 19, яка додатково містить щонайменше один перехідний модуль, призначений для одержання деякого об'єму матеріалу з однієї сторони і для розподілу його на іншій стороні, який є щонайменше один з таких модулів: перший перехідний модуль, призначений для одержання газу і теплоносія з модуля газифікації, і для переміщення газу в модуль обробки газу, і для переміщення теплоносія у модуль згоряння; 5 94919 6 і другий перехідний модуль, призначений для одержання теплоносія з модуля згоряння і переміщення його до модуля газифікації. 35. Пристрій для обробки біомаси або іншої вуглецевмісної сировини шляхом газифікації, який містить: модуль газифікації для газифікації вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини, виконаний з можливістю одержання газу, твердого залишку і смоли шляхом нагрівання вихідної біомаси або іншої вуглецевмісної сировини до робочої температури 825 °С або вище в інертному середовищі в герметичному модулі газифікації у псевдозрідженому шарі циркулюючого теплоносія без реакції горіння у присутності пари; модуль обробки газу, виконаний з можливістю одержання з газу з модуля газифікації і обробки газу у межах циклу з модулем газифікації і модулем згоряння у присутності пари, засіб подачі пари в модуль обробки газу і у модуль газифікації; засіб для здійснення реакцій крекінгу і конверсії; модуль згоряння для нагрівання теплоносія і засіб для переміщення нагрітого теплоносія у модуль обробки газу. 36. Пристрій для обробки синтез-газу, що містить вуглець, який включає: модуль газифікації з непрямим нагріванням для одержання газу з біомаси або іншої вуглецевмісної сировини і модуль згоряння для забезпечення робочої температури модуля газифікації, внутрішньоцикловий модуль обробки газу для одержання газу з модуля газифікації і для функціонування при робочій температурі, при цьому модуль обробки газу містить модуль, призначений для мінімізації вмісту у газі смоли, до якого належить система здійснення крекінгу вуглеводнів і конверсії газу з утворенням синтез-газу, в якому відношення водень : монооксид вуглецю позитивне за воднем. Рівень техніки Галузь техніки, якої стосується винахід Даний винахід стосується способу та системи для газифікації біомаси або іншої вуглецьвмісної сировини в реакторі для газифікації з непрямим нагріванням і способу видалення конденсованих органічних матеріалів (смол) з газу, що одержується, з інтегрованою стадією видалення смоли. Більш конкретно, на даній інтегрованій стадії видалення смоли циркулюючий теплоносій використовується для розщеплення органічних сполук та одержання додаткової кількості газу. Перевагою способу, що описується, і наслідком того, що теплоносій циркулює по паронасиченій та окисній зонах, що чергуються, є відсутність дезактивації реакцій крекінгу. Опис попереднього рівня техніки З попереднього рівня техніки відомі система та спосіб газифікації біомаси, описані в патенті США № 6808543 (Paisley), вміст якого повністю включається в даний опис шляхом посилання (які також іменуються пристрій FERCO). У патенті № 6808543 описаний спосіб газифікації, в якому використовується реактор для газифікації з циркулюючим псевдозрідженим шаром, в якому як теплопередавальне середовище застосовується пісок. У першому аспекті цей винахід забезпечує спосіб зниження агломерації золи в паралельному реакторі з псевдозрідженим шаром для газифікації в потоці/спалювання, відповідно до якого в теплопередавальне середовище додають оксид магнію (MgO) з метою зміни евтектики золи, що утворюється, і, тим самим, збільшення температури плавлення цієї золи, у результаті чого знижується її агломерація з піском. Таким чином, у патенті № 6808543 стверджується, що необхідно мінімізувати агломерацію піску і золи шляхом підвищення температури плавлення золи, для чого додають MgO. Paisley проводить відмінності між способом, викладеним у патенті № 6808543, і ві домим рівнем техніки, де для зниження агломерації золу розбавляють, додаючи СаО та Аl2О3. До попереднього рівню техніки також відноситься спосіб обробки гарячого газу, описаний у патенті США № 5494653 (Paisley), вміст якого також повністю включається в даний опис шляхом посилання. У цьому патенті описується виробництво газоподібної сировини для одержання водню з використанням реактора з псевдозрідженим шаром, рециркуляційного реактора з псевдозрідженим шаром або реактора з нерухомим шаром, де для регулювання відношення кількості водню до кількості монооксиду вуглецю в реакції конверсії водяного газу: СО+Н2О=СО2+Н2 (рівняння 1) потрібно використовувати каталізатор і здійснити реакцію так, щоб не утворювався вуглець небажаний побічний продукт. У патенті № 5494653 говориться, що переважним каталізатором є оксид алюмінію, і що в звичайних каталітичних системах і відповідних способах здійснення таких реакцій необхідно як каталізатор використовувати благородні метали, такі як нікель, молібден тощо, або лужні метали, такі як калій, натрій тощо. Крім того, при використанні звичайних каталітичних систем і відповідних способів утворення вуглецю не приглушується до того ступеня, що є бажаним відповідно до патенту № 5494653. Типові способи здійснення цих та інших технологічних процесів одержання газу описані в наступних патентах США: 233861, виданому Jerzmanowski; 1295825, виданому Ellis; 1875923, виданому Harrison; 1903845, виданому Wilcox; 1977684, виданому Lucke; 1992909, виданому Davis; 2405395, виданому Bahlke та ін.; 2546606, 3922337, виданих Campbell та ін.; 4726913, виданому Brophy та ін.; 4888131, виданому Goetsch та ін.; 5143647, вида 7 94919 ному Say та ін.; у патенті Великобританії № 461402 (виданому 16 лютого 1937 p.). У патенті № 5494653 описаний спосіб здійснення крекінгу і конверсії синтез-газу, який полягає у використанні каталізатора, що складається, головним чином, з оксиду алюмінію і знаходиться в камері, що не входить у петлю рециркуляції; у приведенні в контакт каталізатора - оксиду алюмінію - із синтез-газом, що, власне кажучи, не містить кисень, і представляє собою метан і/або вуглеводні з більшою молекулярною вагою, і водяною парою з температурою від, приблизно, 530°С до, приблизно, 980°С, у результаті чого метан і вуглеводні з більшою молекулярною вагою піддаються крекінгу за реакцією: СхН2y+хН2О=хСО+(1+у+х)Н2 (рівняння 2) і конверсії відповідно до рівняння 1 (реакція конверсії водяного газу), при цьому утворення вуглецю при температурах нижче 980°С мінімальнe. Таким чином, у патенті № 5494653 пропонується використовувати як каталізатор обробки газу оксид алюмінію, що зміщує баланс так званої реакції конверсії водяного газу так, що відношення Н2:СО становить 2:1. Хоча в цілому пристрої, описані в патентах № 5494653 та 6808543, подібні, вони розрізняються згаданою вище низькотемпературною (максимум 815°C/1500°F) реакційною камерою, що не входить у петлю рециркуляції (ex situ), в яку надходить синтез-газ, що виходить із блока газифікації, і в якій знаходиться каталізатор для наступної реакції. Отже, патент № 5494653 відрізняється від патенту № 6808543 і тим, що (1) забезпечує каталізатор - оксид алюмінію (Аl2О3), і що (2) каталізатор знаходиться тільки у позацикловій низькотемпературній камері, у результаті чого нижче пристрою газифікації по ходу технологічного потоку відбувається швидка дезактивація реакцій крекінгу через осадження вуглецю на поверхні каталізатора. У даних посиланнях на відомий рівень техніки відсутня згадка ряду аспектів, відзначених у даному винаході. Ці аспекти включають використання рециркульованого теплопередавального середовища, що містить каталізатор, видалення вуглеводнів (що конденсуються) при високих температурах - вище, приблизно, 370°С, внутрішньоциклове видалення речовин, що конденсуються, (безперервне видалення з рециркуляційним потоком). Отже, ряд аспектів даного винаходу не згадується у відомому рівні техніки. Ці аспекти включають можливість, що відрізняє даний винахід, рекуперації тепла з охолодженням до значно меншої температури з наступною стадією внутрішньоциклового видалення речовин, що конденсуються, (завдяки видаленню смол з газу при високій температурі). Аналогічно, у відомому рівні техніки не згадується перевага використання окремого блока обробки газу, що при високих температурах у пристрої в цілому (1000°C/1800°F) піддається внутрішньоцикловому нагріванню безперервно циркулюючим теплопередавальним середовищем, що нагрівається в камері згоряння, тим самим, 8 завдяки більш високим температурам, підвищується ефективність усіх реакцій. Крім того, у відомому рівні техніки не згадується можливість підвищення виходу водню (Н2) шляхом додавання внутрішньоциклового блока обробки газу, що функціонує при високих температурах пристрою в цілому. Нарешті, ніде у відомому рівні техніки не згадується про використання в циклі пари як реагенту обробки газу за реакцією конверсії водяного газу, що мінімізує необхідність використання для видалення речовин, що конденсуються, окремого (позациклового) і дорогого процесу нижче по ходу технологічного потоку. Таким чином, існує потреба в удосконаленому способі, що дозволяє видаляти продукти, що конденсуються, всередині циклу, який, отже, дає можливість інтенсифікувати рекуперацію енергії газу, що одержується, що, однак, не є необхідним. Цілі і суть винаходу Метою даного винаходу є забезпечення способу газифікації з внутрішньоцикловим видаленням смоли, що відповідає щонайменше одній із зазначених вище потреб без обов'язкового задоволення більш ніж однієї потреби із зазначених вище. Даний винахід стосується способу та системи для газифікації біомаси або іншої вуглецьвмісної сировини в реакторі для газифікації з непрямим нагріванням і забезпечує спосіб видалення конденсованих органічних матеріалів (смол) з газу, що одержується, з інтегрованою стадією видалення смоли. Більш конкретно, на даній стадії видалення смоли циркулюючий теплоносій використовується для розщеплення органічних сполук і одержання додаткової кількості газу. Перевагою способу, що описується, і наслідком того, що теплоносій циркулює по паронасиченій та окисній зонах, що чергуються, є відсутність дезактивації реакцій крекінгу. На відміну від інших відомих способів газифікації, даний спосіб не зв'язаний з горінням з точною подачею повітря, замість цього вихідну біомасу швидко нагрівають у безповітряному середовищі для мінімізації утворення смоли та одержання твердого залишку, що використовується як джерело тепла для даного технологічного процесу. Завдяки відносній простоті обробки газу, що одержується, який має високу питому енергію і середню теплотворну здатність, значно знижується кількість викидів. Як показано на Фіг. 1, біомаса піддається непрямому нагріванню за допомогою теплоносія (переважно, піску) з одержанням газу із середньою теплотворною здатністю (приблизно, 3 17-19 МДж/Нм /3 50-450 брит.тепл.одиниць/станд.куб.фут). Відповідно до даного способу, циркулюючий теплоносій використовується для швидкого нагрівання біомаси, що надходить, і передачі матеріалу, що не прореагував, з реактора газифікації в допоміжний реактор. У газифікаторі нагрітий теплоносій (пісок) і пара вступають у контакт із біомасою. При цьому не додається ні повітря, ні кисню, тому реакції горіння відсутні, що забезпечує екологічність даного способу. Біомаса при температурі, 9 приблизно, 825°С швидко перетворюється в газ із середньою теплотворною здатністю. Усі речовини, що не прореагували, разом з тепер вже охолодженим теплоносієм (піском) проходять через газифікатора і потім відокремлюються від газу кінцевої переробки. Теплоносій і вугілля, що утворилося в газифікаторі, подають у камеру згоряння. Сюди ж подають повітря, що підтримує горіння вугілля, у результаті чого, відповідно до даного способу, здійснюється повторне нагрівання теплоносія (піску) до, приблизно, 1000°С. У камері згоряння витрачається весь вуглець, що залишився, тому зола, що утворюється, власне кажучи, не містить вугілля і придатна для екологічно безпечного і недорогого захоронення. Завдяки умовам створюваним у камері згоряння і тому, що матеріал, що не прореагував, являє собою, власне кажучи, вуглець, викиди на цій стадії технологічного процесу малі. Повторно нагрітий твердий теплоносій потім відокремлюють від відпрацьованого газу і повертають у реактор газифікації. Від відпрацьованого газу також відокремлюють золу, одержуючи потік чистого газу з високою температурою (приблизно, 1000°С), придатний для рекуперації тепла. Газ кінцевої переробки, що виходить з газифікатора, перед стадією остаточного очищення проходить через реактор обробки газу. У цьому реакторі, що представляє собою реактор крекінгу, одержаний газ нагрівають до, приблизно, 1000°С (1832°F), температури теплоносія, що повертається в реактор газифікації з камери згоряння, як описано вище. При 1000°С вуглеводні (смоли), що конденсуються, піддаються крекінгу з утворенням більш низькомолекулярних сполук, таких як водень (Н2), монооксид вуглецю (СО), бензол (С6Н6) і метан (СН4). На даній стадії крекінгу з газу видаляються високомолекулярні сполуки, що істотно полегшує рекуперацію тепла нижче по ходу технологічного потоку та остаточне очищення газу від твердих частинок. Крім того, даний винахід передбачає одержання додаткової кількості водню в результаті регулювання відношення кількості водню до кількості монооксиду вуглецю шляхом здійснення всередині циклу реакції конверсії водяного газу, що відповідає рівнянню 1. Додатковою перевагою даного винаходу є можливість більш ефективної рекуперації тепла завдяки видаленню речовин, що конденсуються, з газу, що одержується. Якщо речовини, що конденсуються, залишаються в газі, що одержується, цей газ при рекуперації тепла може бути охолоджений тільки до, приблизно, 370°С. Однак після видалення речовин, що конденсуються, рекуперація тепла може відбуватися щонайменше при 200°С, що дає збільшення кількості рекуперованої з газу, що одержується, енергії приблизно, на 40%. Шляхом відповідного підбору циркулюючого теплоносія і включення в нього каталітично активного матеріалу можна змінювати хімічний склад газу, що одержується, так, щоб водяний газ був придатний для (а) хімічного синтезу, (б) використання для одержання водню або (в) додавання до хімічних складів, що використовуються нижче по ходу технологічного потоку. 94919 10 Відповідно до одного з альтернативних аспектів даного винаходу передбачається спосіб конверсії синтез-газу, що містить вуглеводні, який включає стадії: забезпечення модуля газифікації з непрямим нагріванням для утворення синтез-газу з вуглецьвмісного палива і модуля згоряння для забезпечення робочої температури реактора газифікації; забезпечення внутрішньоциклового модуля обробки газу, для одержання синтез-газу з модуля газифікації і для функціонування при тій самій робочій температурі; обробки синтез-газу в модулі обробки газу з метою мінімізації вмісту в ньому смол. Відповідно до іншого альтернативного аспекту даного винаходу передбачається система газифікації з внутрішньоцикловою обробкою газу, що включає: модуль газифікації для перетворення вихідної біомаси в синтез-газ, модуль обробки газу, в який подається синтез-газ з модуля газифікації і який забезпечує обробку газу в замкненому циклі, в який також входять модуль газифікації і модуль згоряння, і модуль згоряння для нагрівання теплоносія, що проходить спочатку через модуль обробки газу, а потім модуль газифікації. Відповідно до ще одного альтернативного аспекту даного винаходу передбачається система газифікації з внутрішньоцикловою обробкою газу, що включає: модуль газифікації з непрямим нагріванням для одержання синтез-газу з вуглецьвмісної сировини, модульний засіб згоряння для забезпечення робочої температури модуля газифікації, внутрішньоцикловий модуль обробки газу для одержання синтез-газу з модуля газифікації і для функціонування при тій самій робочій температурі, і наявні в модулі обробки газу засоби для обробки синтез-газу з метою мінімізації вмісту в ньому смол. Відповідно до ще одного альтернативного аспекту даного винаходу передбачається пристрій для обробки синтез-газу, що містить вуглеводні, який включає: модуль газифікації з непрямим нагріванням для одержання синтез-газу з вуглецьвмісної сировини, модульний засіб згоряння для забезпечення робочої температури модуля газифікації, внутрішньоцикловий модуль обробки газу для одержання синтез-газу з модуля газифікації і для функціонування при тій самій робочій температурі, такий модуль обробки газу включає модуль обробки синтез-газу з метою мінімізації вмісту в ньому смол, що представляє собою пристрій для здійснення крекінгу вуглеводнів і реакції конверсії, у результаті чого в газі, що одержується, відношення кількості водню до кількості монооксиду вуглецю має позитивний баланс по водню. Описані вище та інші цілі, відмінні риси і переваги даного винаходу пояснюються в наступному нижче описі, що супроводжується кресленнями, на яких однакові номери позицій означають тотожні елементи. Короткий опис креслень Фіг. 1 являє собою піктографічну схему технологічного потоку в пристрої, що відповідає даному винаходу. 11 Фіг. 2 являє собою докладну схему технологічного потоку одного з альтернативних і переважних варіантів здійснення даного винаходу. На Фіг. 3 представлений мас-спектр вуглеводневого складу газу на вході в блок обробки газу, що відповідає даному винаходу. На Фіг. 4 представлений мас-спектр вуглеводневого складу синтез-газу на виході з блока обробки газу, що відповідає даному винаходу, який підтверджує істотне зниження вмісту вуглеводнів. На Фіг. 5 графічно представлений ефект конверсії водяного газу у блоці обробки газу, що відповідає даному винаходу, де «негативні» елементи (для водню, СО2 та СО) відображають додаткове утворення цих речовин, а «позитивні» (для інших вуглеводнів) відображають зменшення їх кількості. Фіг. 6 являє собою графік конверсії вуглеводнів, що конденсуються, відповідно до даного винаходу, завдяки якому досягається перетворення більш 95% деяких смол і 80% смол, що викликають труднощі. Докладний опис переважних варіантів здійснення винаходу Далі будуть докладно розглянуті деякі варіанти здійснення даного винаходу, проілюстровані супровідними кресленнями. На кресленнях і в описі, там, де це можливо, для позначення тих самих або подібних деталей і стадій використані однакові або подібні номери позицій. Креслення мають спрощену форму і приблизний масштаб. При описі креслень, тільки з метою зручності і зрозумілості, можуть бути використані терміни, що означають напрямок, такі як верх, низ, вверх, вниз, зверху і знизу. Ці та їм подібні терміни, що означають напрямок, не слід розглядати, як такі, що будь-яким чином обмежують обсяг даного винаходу. Слова «зв'язок», «сполука» і подібні їм терміни з відповідними флексіями не обов'язково означають безпосередню і пряму сполуку, а можуть стосуватися сполуки через проміжні елементи або пристрої. На Фіг. 1 представлена схема технологічного потоку у пристрої, що відповідає даному винаходу, призначеному для газифікації біомаси або іншої вуглецeвмісної сировини в реакторі газифікації з непрямим нагріванням, що дозволяє видаляти органічні матеріали (вуглеводні/смоли), що конденсуються, з газу, що утворюється, на інтегрованій стадії видалення смол. Більш конкретно, на даній стадії видалення смол циркулюючий теплоносій використовується для крекінгу органічних сполук та одержання додаткової кількості газу в результаті конверсії водяного газу, що буде описано далі. Перевагою запропонованого способу і наслідком того, що теплоносій циркулює в циклі по паронасиченій та окисній зонах, що чергуються, є відсутність дезактивації реакцій крекінгу. На відміну від інших відомих способів газифікації біомаси, даний спосіб не зв'язаний з горінням з точною подачею повітря, замість цього вихідну біомасу, що надходить із блока підготовки і подачі сировини 100, швидко нагрівають у безповітряному середовищі в герметичному реакторі 102 з метою мінімізації утворення смоли та одержання твердого залишку (вугілля), що використовується 94919 12 як джерело тепла в камері згоряння 105. Завдяки відносній простоті обробки газу, що одержується, який має високу питому енергію і середню теплотворну здатність, значно знижується кількість викидів. Відповідно до даного способу, біомаса піддається непрямому нагріванню за допомогою теплоносія (переважно, піску) з одержанням газу із середньою теплотворною здатністю (приблизно, 17-19 МДж/Нм/350-450 брит.тепл.одиниць/станд.куб.фут), який з реактора обробки газу 103 направляють на здійснення синтезу, одержання електроенергії або використання як палива в блоці 104. У даному технологічному процесі (більш докладно зображеному на Фіг. 2) для швидкого нагрівання біомаси, що надходить, і передачі матеріалу, що не прореагував, з реактора газифікації в допоміжний реактор використовується циркулюючий теплоносій. У газифікаторі 102 нагрітий теплоносій і пара 101 вступають у контакт у герметичній системі. При цьому не додається ні повітря, ні кисню, тому реакції горіння відсутні, що забезпечує екологічність процесу. Біомаса при температурі, приблизно, 825°С або вище швидко перетворюється в газ із середньою теплотворною здатністю. Усі речовини (вугілля), що не прореагували, разом з тепер вже охолодженим теплоносієм (піском) проходять через реактор газифікації і потім відокремлюються від газу кінцевої переробки. Теплоносій і вугілля, що утворилося в реакторі газифікації, надходять у камеру згоряння 105 для спалювання і повторного нагрівання. У камеру згоряння 105 подають повітря, що підтримує горіння вугілля, у результаті чого, відповідно до даного способу, здійснюється повторне нагрівання теплоносія (піску) до, приблизно, 1000°С. У камері згоряння 105 витрачається весь вуглець, що залишився, тому зола, що утворюється, власне кажучи, не містить вугілля і придатна для екологічно безпечного і недорогого видалення через блок 106. Завдяки створюваним у камері згоряння умовам і тому, що матеріал, що не прореагував, являє собою, власне кажучи, вуглець, викиди на цій стадії технологічного процесу малі. Повторно нагрітий твердий теплоносій потім відокремлюють від відхідного газу і повертають у реактор газифікації 102. Від відхідного газу також відокремлюють золу, одержуючи потік чистого газу з високою температурою (приблизно, 1000°С), придатний для рекуперації тепла в блоці 107. Газ кінцевої переробки, що виходить з реактора газифікації, перед стадією остаточного очищення проходить через внутрішньоцикловий реактор обробки газу. У цьому реакторі, що представляє собою реактор крекінгу, одержаний газ нагрівають до, приблизно, 1000°С (1832°F) температури теплоносія, що повертається в реактор газифікації з камери згоряння, описаної вище. При 1000°С (що значно вище температур, що згадуються у відомому рівні техніки) вуглеводні (смоли), що конденсуються, вступають у реакцію з парою, що подається і піддаються крекінгу з утворенням більш низькомолекулярних сполук, таких як водень (Н2), монооксид вуглецю (СО), бензол (С6Н6) і метан (СН4). На даній стадії крекін 13 гу з газу видаляються високомолекулярні сполуки, що істотно полегшує рекуперацію тепла нижче по ходу технологічного потоку та остаточне очищення газу від твердих частинок. Додатковою перевагою даного винаходу є можливість більш ефективної рекуперації тепла, що не супроводжується небажаною конденсацією смол у результаті видалення речовин, що конденсуються, з газу, що одержується. Якщо речовини, що конденсуються, залишаються в газі, що одержується, цей газ при рекуперації тепла може бути охолоджений тільки до, приблизно, 370°С. Однак після видалення речовин, що конденсуються, рекуперація тепла може відбуватися щонайменше при 200°С, що дає збільшення кількості рекуперованої з газу, що одержується, енергії приблизно, на 40%. Тепер звернемося до Фіг. 2, на якій більш докладно зображена система газифікації 1, що відповідає даному винаходу, яка, як правило, містить у собі модуль газифікації 12, з'єднаний по текучому середовищу з модулем згоряння 32, в яких здійснюється перетворення біомаси, що подається у вигляді потоку сировини Р1, у синтез-газ, вугілля і тепло. Потік сировини Р1, що надходить на підготовку і подачу біомаси на обробку, являє собою паливо з біомаси, яке звичайно містить будівельні матеріали і брухт, органічні відходи та інші об'єкти, що відносяться до біомаси, відомі фахівцям у даній галузі. Потік біомаси Р1 подають у бункер 4, в якому є механізм подачі (як показано на кресленні), що приводиться в рух двигуном 10, і вхідний отвір для інертного газу, такого як азот або аргон, що подається через клапан 6. У пиловловлювачі 2 дрібнодисперсні частинки, що надходять із сировиною, збираються і також надходять у бункер 4 через поворотний клапан 3 або інші засоби. З буферного накопичувача 4 сировина через поворотний клапан 7 інертним газом, що надходить через клапан 6, подається в дозатор палива 8, в якому є гвинтовий конвеєр 9, що приводиться в рух двигуном 10, як показано на кресленні, і куди через клапан 6 також подається інертний газ. Потрібно розуміти, що блок підготовки потоку біомаси Р1 також може містити різні пристрої, включаючи пристрій регулювання вологості або сушарку, накопичувальні комірки, передкамери і/або блоки попередньої хімічної обробки, як відомо фахівцям в галузі підготовки біомаси. Потік Р2 є потоком підготовленого для подачі в газифікатор 12 матеріалу, в якому він, у результаті контакту з теплоносієм у безкисневому середовищі, нагрівається і частково або повністю перетворюється в суміш газів, що містить Н2, CO, CO2, СН4, С6Н6 та інші вуглецьвмісні гази і смоли, що описуються в даному документі. Нагрівання в реакторі або модулі 12 відбувається шляхом подачі нагріваючого потоку Ρ11, що представляє собою гарячий теплоносій, такий як пісок або інший інертний і/або хімічно активний твердий матеріал, псевдозріджений газом, що одержується у камері згоряння 32, і проходить через реактор обробки газу 20, як буде описано 94919 14 далі. Модуль газифікації 12 може належати до будь-якого відомого фахівцям у даній галузі типу без обмежень, наприклад, бути газорозподільником з перфорованими тарілками, який звичайно використовується для одержання псевдозрідженого шару. Тому модуль газифікації 12 зображений як газорозподільник, що має отвори для подачі пари S через клапан 6 та інертного газу G також за допомогою клапана 6. У переважному варіанті здійснення винаходу застосовані відомі заходи, що забезпечують повне псевдозрідження, тобто максимально повну циркуляцію, крім того, внутрішні елементи модуля 12, камери згоряння 32 і допоміжних систем, що працюють при високій температурі, виготовлені з, власне кажучи, інертного матеріалу. Газифікатор 12 функціонує як реактор з циркулюючим псевдо зрідженим шаром для того, щоб вугілля, що утворюється при газифікації, зберігало загальну форму сировини і циркулювало разом із синтез-газом, виходячи через вихідний отвір по лінії 3 у реактор обробки газу 20. Між лінією 3 і реактором обробки газу 20 на вибір розміщається зрівняльний модуль 15 реактора газифікації, що включає сепаратор 14 (у т.ч. циклон) і допоміжний псевдозріджувальний газорозподільник 16, в який подають пару та інертний газ, як показано на кресленні, з метою підтримки потоку. Сепаратор 14 призначений для відділення піску і вугілля, що направляються безпосередньо у вхідний отвір модуля згоряння у вигляді потоку Р5. Як показано на кресленні, потік синтез-газу Р4 надходить із зрівняльного модуля 15 безпосередньо на вхід реактора обробки газу 20. У потік синтез-газу Р4 через клапан 6, як показано на кресленні, додають пару; цей газ містить щонайменше СО та Н2, а також множину інших газів (і смол), концентрації і сполучення яких залежать від того, які реакції йдуть у реакторі газифікації 12. У результаті подачі пари в реактор обробки газу 20, у ньому відбуваються конверсія водяного газу та інші реакції, у тому числі крекінг органічних молекул; причому даний реактор є внутрішньоцикловим. Синтез-газ і смоли у вигляді потоку Р4 при робочій температурі через розподільник 19 надходять у модуль обробки газу 20, в якому здійснюється розщеплення смол і конверсія водяного газу з утворенням синтез-газу, що містить до 50% Н2 і дуже мало, близько 0,0003 фунтів/куб.фут (0,005 3 кг/м ), залишкових смол, причому обидва значення набагато кращі, ніж у відомому рівні техніки. Реакторний модуль обробки газу 20 може додатково включати необов'язковий сепаратор 22, в який з камери згоряння надходить зола та інші частинки, що не піддаються перетворенню, які передаються у вигляді потоку Р9 у сепаратор золи 23, з якого відпрацьований газ виходить як потік Ρ12, а зола, що не витрачається - як потік РІЗ, що направляється в пристрій обробки золи 24, з'єднаний із збірником леткої золи 25 (для дрібнодисперсних частинок) і збірником золи 26 (для твердої фази), звідки зола надходить на утилізацію, хоча цього і не потребує даний винахід. 15 У показаному на кресленні переважному варіанті здійснення винаходу потік нагрітого теплоносія Р7 виходить з модуля згоряння 32 і надходить в реактор згоряння 22 і модуль обробки газу 20. Тобто робоча температура в модулі 20 обробки газу висока, до, приблизно, 1000°С. У показаному на кресленні переважному варіанті здійснення винаходу нагрітий теплоносій з модуля обробки газу 20 надходить у додаткову зрівняльну камеру 18, в якій відбувається його псевдозрідження інертним газом, що подається через клапан 6 на газорозподільник 7, сюди через додатковий клапан 6, як показано на кресленні, може також подаватися який-небудь реагент, наприклад, пара. Синтез-газ після обробки в модулі обробки газу 20 виходить як потік Р8 газу кінцевої переробки, що описується нижче. Як було зазначено, потік Р5 транспортує вугілля і теплоносій до вхідного отвору модуля згоряння 32 для спалювання і повторного нагрівання по мірі необхідності. Модуль згоряння 32 забезпечується теплом через розподільний механізм 31 за допомогою пристрою спалювання природного газу, що регулюється клапаном 6, і подачі повітря для горіння А через повітродувку 29 і регулятор витрати 30, пусковий і підтримуючий нагрівач 28, де природний газ спалюється, а продукти горіння Р6 надходять на розподільник 31 модуля згоряння 32. Внаслідок поєднання підведення тепла у вигляді потоку Р6 і додаткового спалювання активованого вугілля в модулі згоряння 32 (і, тим самим, завершення реакції за його участю) підтримується і, при необхідності керування процесом, підвищується температура теплоносія, що подається в модуль обробки газу 20 як потік Р7. Після нагрівання в модулі обробки газу 20 теплоносій у вигляді потоку Ρ10 через зрівняльний модуль 18 надходить у модуль газифікації 12, як показано на кресленні. По мірі необхідності технолог, який керує роботою пристрою 1, може додавати кількість теплоносія, що вимагається при безперервній роботі пристрою, за допомогою модуля свіжого теплоносія 27, звідки у вигляді потоку Ρ14 можуть надходити додаткові кількості теплоносія і каталізатора. Потрапляючи в модуль згоряння 32, цей потік псевдозріджується і з'єднується з псевдозрідженими матеріалами, що циркулюють у системі 1, і виходить з верхньої частини модуля згоряння 32 як відхідний газ. Аналогічно, визнаючи, що цей газ може не завжди бути використаний нижче по ходу технологічного потоку, у пристрої 1 передбачається необов'язкова можливість забезпечення безпеки, а саме, факельний стояк 21, розташований після модуля обробки газу 20, з'єднаний з ним через клапан 6, через який проходить вихідний потік Р8 газу кінцевої переробки для того, щоб забезпечити механізм спалювання для керування процесом у випадку, коли синтез-газ, що утворюється, не може бути іншим способом використаний нижче по ходу технологічного потоку для виробництва, синтезу, як палива або спрямований на збереження, що передує подальшому використанню або транспортуванню. 94919 16 З наведеного опису випливає, що використання зрівняльного модуля 15 реактора газифікації, зрівняльного модуля 18 і допоміжних ліній, розподільних пристроїв і сепараторів у контексті даного варіанта здійснення винаходу необов'язковe, потрібна тільки наявність модуля обробки газу 20. Аналогічно, зворотні потоки Р3/Р4 без відповідних зрівняльних модулів 15 та 18 можуть бути об'єднані в потік, що представляє собою теплоносій, синтез-газ і смоли, що виходять з верхньої частини реактора газифікації 12 і безпосередньо надходять у модуль обробки газу 20 (у вигляді потоку, подібного до показаного на Фіг. 1). Відповідно, за відсутності зрівняльних модулів 15 та 18 поворотний потік теплоносія з вихідного отвору у верхній частині модуля згоряння 32 через модуль обробки газу 20 може бути прямо поданий у вхідний отвір реактора газифікації 12. З викладеного в даному абзаці фахівцям зрозуміло, що технологічна схема, зображена на Фіг. 1, відповідає переважному варіанту здійснення даного винаходу, і що докладна схема, наведена на Фіг. 2, відображає ще один додатковий (і необов'язковий) варіант здійснення винаходу. Тепер звернемося до Фіг. 3 та 4. Для варіанта здійснення даного способу, зображеного на Фіг. 2, були проведені випробування, які полягали у відборі проб синтез-газу (газу кінцевої переробки) з потоку Р3, що виходить з реактора газифікації 12 до його надходження в модуль обробки газу 20 (Фіг. 3), і потоку Р8, що виходить з модуля обробки газу 20 (Фіг. 4). Обидві фігури відображають результати мас-спектрометричного аналізу, де піки спектрів відповідають вуглеводням з різною будовою молекул. Фахівцям у даній галузі зрозуміло, що спектр, наведений на Фіг. 3, свідчить як про великий об'єм високомолекулярних вуглеводнів (вище піка 78 бензолу), так і про великий об'єм низькомолекулярних вуглеводнів (нижче піка 78 бензолу), що є присутніми у газі. Наступна обробка газу в блоці обробки газу 20 дозволяє одержати газ, спектр якого представлений на Фіг. 4; він свідчить як про сприятливе зниження загального об'єму вуглеводнів з будь-якою молекулярною вагою, так і про істотний зсув складу газу убік більш легких вуглеводнів (легше бензолу з піком 78), які, якщо вони присутні, легко видалити нижче по ходу технологічного потоку. Додатковою перевагою даного винаходу є те, що вуглеводні в газі, що пройшов обробку, легше розділити і підготувати для подальшого витягання спеціальними способами на розташованих нижче по ходу технологічного потоку пристроях, наприклад, шляхом позациклової обробки визначеними розчинниками, за допомогою електростатичних фільтрів, скруберів та іншими відомими фахівцям у даній галузі способами. Як указувалося вище, у переважний варіант системи для газифікації 1 входить внутрішньоцикловий модуль обробки газу 20, що функціонує при температурі системи, в якому утворюється значно більше водню в результаті конверсії водяного газу відповідно до рівняння: СО+Н2О=СО2+Н2 (рівняння 3) 17 94919 завдяки каталітичній дії нагрітої твердої фази. Виміряні значення складу газу в порівнянні з інши 18 ми відомими способами газифікації наведені в таблиці 1 (на суху вагу). Таблиця 1 1 Газ, % об. Н2 CO СН4 СО2 С2Н4 С2Н6 N2 3 смоли, фунт/куб.фут (кг/м ) Taylor 43,8 25,4 10,7 19,1 0,7 0 0,9 ~0,0003 (0,005) Реактоp газифікації 2 3 FERCO FICFB 20,7 37,7 46 26,2 15,6 9,9 11,1 20,3 5,3 2,5 0,7 0,2 0,6 3,2 0,025 0,003 (0,405) (0,049) 4 Thermochem 52,2 38,4 1,8 7,4 0,2 од 0 у літературі не повідомляється 1 для пристрою, що описується дані взяті із сайта http://www.fercoenterprises.com, де обговорюються результати, одержані для реактора газифікації FERCO 3 дані взяті із сайта http://www.ficfb.at/discussion де обговорюються результати, одержані для реактора газифікації FICFB 4 дані взяті із сайта www.thermochem.net, де також обговорюється Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Information, "Biomass Energy" M.Paisley, видання John Wiley&Sons 2002 p. 2 Отже, для забезпечення потрібної для проходження реакції конверсії водяного газу кількості води необхідно додати в газ, що надходить на стадію обробки газу, достатню кількість пари. Це здійснюють шляхом збільшення потоку пари, що подається в модуль обробки газу 20 (або шляхом збільшення потоку пари, що подається в реактор газифікації (непряма подача), або в блок обробки газу шляхом додавання пари в технологічний потік Р4 (пряма подача), або одночасно використовуючи обидва зазначених варіанта). Графічно ефект конверсії водяного газу представлений на Фіг. 5. На даній діаграмі «конверсія» відповідає зниженню вмісту компонента в газі, отже, негативна конверсія означає додаткове утворення цього компонента. Основною перевагою блока обробки газу, що відповідає даному винаходу, є видалення значної кількості вуглеводнів, що конденсуються, з газу, що одержується в реакторі газифікації, яке здійснюється всередині циклу, без необхідності складних стадій крекінгу нижче по ходу технологічного потоку. Як показано в таблиці 1, у газі, що виходить з реактора газифікації Taylor, що відповідає даному винаходу, міститься істотно менше таких смол, ніж при використанні інших реакторів газифікації з непрямим нагріванням. Це полегшує як остаточне очищення газу, так і рекуперацію тепла. Результатом цього є (1) більш висока ефективність процесу внаслідок знімання додаткової кількості тепла (при охолодженні до 200°С) і (2) поліпшення економічних показників (внаслідок скорочення або усунення окремої дорогої стадії видалення речовин, що конденсуються, нижче по ходу технологічного потоку). Також слід зазначити, що азот (N2), виявлений у газі пристроїв Taylor і FERCO, імовірно, просто є тією незначною кількістю, що спочатку була внесена при продувці систе ми. Отже, неважко зіставити незадовільні результати по водню (Н2) пристрою FERCO з одержаними за допомогою пристрою, що описується в даному документі. Також слід зазначити, що шляхом регулювання концентрації СО у реакції конверсії водяного газу в даному пристрої з внутрішньоцикловим здійсненням цієї реакції, можна одержати додаткову кількість водню, що перевершує 50%. Як відзначається у відомому рівні техніки, функціонування окремого (позациклового) каталітичного реактора, розташованого нижче по ходу технологічного потоку, який потрібний для подальшої конверсії вуглеводнів, залежить від підтримки високого рівня активності каталізатора, що забезпечує крекінг вуглеводнів, що конденсуються. При температурі, що звичайно використовується у даному процесі, (тобто температурі в реакторі газифікації від 760°C/1400°F до 816°C/1500°F), це фізично складно і дорого, оскільки при крекінгу утворюється вільний вуглець, що деактивує каталізатор і знижує ефективність функціонування пристрою внаслідок необхідності додавання свіжого каталізатора. У показаному переважному варіанті компонування пристрою реакції крекінгу відбуваються при більш високих температурах (від 900°C/1652°F до 1100°C/2012°F), про що не згадується у відомому рівні техніки, і в межах циркуляційної системи (всередині циклу), тим самим, знижується імовірність утворення вуглецю. Додатковою перевагою, що виникає внаслідок використання теплоносія як внутрішньоциклового каталізатора, є те, що будьякий вуглець, що утворюється, витрачається в камері згоряння до попадання з рециркульованим потоком у модуль обробки газу, тим самим, додатково «регенеруючи» цей матеріал, тобто підтримується високий рівень активності каталізатора. 19 94919 Тепер звернемося до Фіг. 6, яка ілюструє конверсію вуглеводнів, що конденсуються, яка відбувається у внутрішньоцикловому модулі обробки газу таким чином, що величина сумарної конверсії смол становить близько 80%, величина конверсії так званих важких, або високомолекулярних, смол перевищує 82%, величина конверсії всіх інших смол перевищує 80%, а величина конверсії вуглеводнів (толуолу, фенолу, крезолу) перевершує 20 90% при відповідному збільшенні об'єму бензолу (С6Н6), з чим легко впоратися відомими способами. З розгляду Фіг. 5 та 6 фахівцям очевидні додаткові подробиці, наведені нижче в таблицях 2 та 3 для повноти даного опису. А саме: у таблиці 2 представлені докладні дані про концентрацію речовин, що конденсуються, у таблиці 3 ті самі дані деталізовані для конкретних сполук. Таблиця 2 Сполуки Бензол Толуол Фенол Крезол Нафталін Антр./фенантр. (1) Інші смоли (2) Важкі смоли (3) Всі смоли 3 На вході, мг/м при н.у. 7123 3596 2376 1206 2105 518 12648 5775 28223 Результати 3 На виході, мг/м при н.у. 6703 158 99 26 1561 298 1632 623 4397 Конверсія, % (41,3) 93,4 93,7 96,7 (11,4) 13,7 80,6 83,8 78,0 Таблиця 3 Молек. вага 15,16 26 78 91,92 94 104 106 108 116 118 128 142 152 154 166 178 192 202 216 228 242 252 266 278 Формула СН4 С2Н2 С6Н6 С7Н8 С6Н6O С8Н8 С8Н10 С7Н8О C9H8 С9Н10 C10H8 С11Н10 С12H8 С12Н10 С13Н13 С14H10 С15Н12 С16Н10 С17Н12 С18Н12 С19Н14 С20Н12 С21Н14 С22Н14 Хімічне найменування Метан Ацетилен Бензол Толуол Фенол Стирол (m-,о-,р-)ксилол (m-,о-,р-)крезол Інден Індан Нафталін (1-,2-)метилнафталін Аценафтилен Аценафтен Флуорен Антрацен, фенантрен (метил-)антрацени/фенантрени Пірен/флуорантен Метилпірени/бензофлуорени Хризен, бенз[а]антрацен … Метилхризени, етилбенз[а]антрацени Перилeн, бензо[а]пірен Дибенз[а,k1]антрацен Дибенз[a,h]антрацен При розгляді викладеного вище слід зазначити, що регенерація теплоносія була досліджена шляхом пропускання через цей матеріал повітря через кілька годин роботи (при значно більш тривалому впливі газу, що утворюється, ніж було б у випадку очікуваної нормальної роботи). При нормальній роботі тверда фаза може бути рециркульована через, приблизно, 8-15 хвилин. До і після регенерації результати як по крекінгу, так і по конверсії водяного газу були ідентичні. Конверсія, % (30,6) 58,3 (41,3) 93,4 93,7 93,4 97,3 96,7 93,8 98,4 (11,4) 97,1 40,2 72,3 89,0 13,7 99,3 (19,6) 92,3 24,4 90,5 16,7 92,7 45,5 У пристрої, що відповідає одному з варіантів здійснення даного винаходу, біомаса вступає в контакт із теплоносієм і гарячим газом, вона піролізується (газифікується), і у верхній частині реактора газифікації 12 формується ділянка, зайнята теплоносієм, вугіллям і вуглецьвмісними частинками. Захоплений теплоносій циркулює по захоплених біомасі, вугіллю і гарячим газам. По мірі піролізу вуглецьвмісних частинок вони виділяють 21 газ, що утворює над псевдозрідженим шаром ділянку з більш високими швидкостями. Як описано в даному документі, у системі 1 піролізовану тверду фазу виводять з верхньої частини реактора 12 і після розділення подають або в блок обробки газу 20, або в камеру згоряння 32, потім виводять із пристрою в результаті захоплення газом, незважаючи на низьку швидкість газу у вхідного отвору нижче шару теплоносія. Це стає можливим завдяки виконанню ділянки з псевдозрідженим матеріалом, над якою знаходиться ділянка захоплених матеріалів, з якої виводять усі частинки, що містяться в шарі теплоносія, включаючи інертні матеріали і вугілля. Таким чином, захоплення твердої фази відбувається частково завдяки внутрішньоцикловому утворенню газу, через що істотно збільшується об'єм газу, що переміщається через реактор і далі в блок обробки газу 20, при цьому не відбувається небажаного агрегування. Біомаса, тобто вуглецьвмісні матеріали, що подаються в реактор газифікації 12, можуть піддаватися більш, ніж 60%-вій конверсії доступного вуглецю за один прохід через систему 1, тому що даний винахід забезпечує можливість функціонування системи при температурах більше 980°С. Вуглець, що залишився, спалюється в модулі згоряння 32 з виділенням тепла, яке витрачається на здійснення реакції піролізу при рециркуляції теплоносія. Якщо в камері згоряння 32 використовується інше паливо, у модулі газифікації 12 може відбуватися конверсія додаткової кількості вуглецю. При використанні вологовмісного палива, такого як муніципальні відходи, конверсія вуглецю може зменшуватися або збільшуватися залежно від робочої температури реактора газифікації 12, тому в переважному варіанті здійснення винаходу передбачається серія стадій обробки (і сушіння) сировини перед подачею його у вигляді потоку Р2 у реактор. Газ, що подається у модуль газифікації 12, звичайно являє собою пару (як показано), рециркульований газ, що утворюється, та інертні гази, такі як азот, аргон та їх суміші. Переважними в контексті даного винаходу газами є пара і рециркульований газ, що утворюється, найбільш переважно, пара та інертні гази. Відповідно до даного винаходу, захоплені газом матеріали, що виходять з верхньої частини реактора газифікації 12, подають у модуль обробки газу 20 (синтез-газ, що утворюється), а тверду фазу (вугілля, вуглецьвмісні матеріали і теплоносій) повертають у модуль згоряння 32 для, відповідно, спалювання і нагрівання. Газом захоплюється уся тверда фаза за винятком небажаних сторонніх матеріалів, таких як металевий брухт, внесений з необережності зі свіжим паливом, для витягання якого може бути передбачений спеціальний пристрій. Система, згідно із даним винаходу, є експлуатаційно гнучкою, для нагрівання теплоносія в ній може бути використана камера згоряння будьякого типу, із псевдозрідженим шаром палива, потокова або без псевдозрідження. Теплоносій нагрівається при проходженні через зону модуля 94919 22 згоряння 32, в якій відбуваються екзотермічні реакції. На підставі вищевикладеного фахівці в даній галузі можуть оцінити удосконалення, що забезпечуються даним винаходом, до яких відноситься використання внутрішньоциклового модуля обробки газу, використання рециркульованої фази, що має каталітичну активність або вплив на процес, використання пари як реагенту у модулі обробки газу, робоче відношення Н2:СО близько 2:1 або вище, що мінімізує необхідність наступного коректування (позитивне відношення по водню). Нарешті, не можна не відзначити, що для одержання вільного водню (Н2) тут використовується внутрішньоцикловий синтез, а не визначені нафтохімічні реакції, як, наприклад, наступні реакції за участю водяного газу. Продукти, що одержуються за допомогою описаного вище пристрою, включать газ з таким сприятливим відношенням водень:монооксид вуглецю, що він може бути використаний як домішка до бензину, у паливних елементах або при одержанні електроенергії, звичайно на газотурбінній електростанції комбінованого циклу. Як відзначалося вище, хоча в даному пристрої виробляється до 50% і більше водню, що може бути використаний безпосередньо, можливі також наступні стадії витягання водню, які, на вибір, включають загальновідоме мембранне розділення на основі парціальних тисків або конверсію водяного газу на другій або наступній стадіях. У контексті даного документа під інертним матеріалом розуміється відносно інертний (відносно хімічно неактивний) у порівнянні з реакційноздатними вуглецьвмісними сполуками матеріал, який може являти собою теплоносій, такий як пісок, вапняк та інші кальцити або оксиди. Більш докладно, деякі з цих теплоносіїв можуть не бути відносно інертними і, навпаки, можуть брати участь у реакції як реагенти або каталізатори, таким чином, словосполучення «відносно інертний» використовується в порівнянні з вуглецьвмісними сполуками, а не у вузькому або чисто якісному хімічному значенні, яке звичайно мають на увазі, коли говорять про благородні гази. Наприклад, при газифікації вугілля вапняк застосовують як засіб уловлювання сірки з метою зниження викидів сульфатів, тобто він бере участь у реакціях крекінгу смол у модулі газифікації 12 і модулі обробки газу 20, однак у значенні, що використовується в контексті даного документа, є відносно інертним. Поряд з тим, що однією з переваг системи, що описується, є істотне зменшення агломерації через високі робочі температури і використання всередині циклу модуля обробки газу 20, до сировини, що подається у реактор газифікації, можуть бути додані інші матеріали, що сприяють подальшому удосконалюванню роботи пристрою і підвищенню виходу готових до використання газів, що відводяться з модуля обробки газу 20. Наприклад, було виявлено, що агломерацію золи, піску і вугілля в системі газифікації 1 можна ще більше зменшити шляхом додавання до внутрішньоциклового теплоносія і, на вибір, сировині оксиду магнію (MgO), олівіну або інших складів із залізовмісною 23 поверхнею. Оскільки загальновідомо, що агломерація звичайно є результатом часткового розплавлювання золи при високотемпературній конденсації, мінімізація такої високотемпературної конденсації та обмеження умов її виникнення дає помітні вигоди. У пристроях, що стосуються відомого рівня техніки, для зниження агломерації золи поза циклом її розбавляють, додаючи оксид кальцію (СаО) та оксид алюмінію (Аl2О3); у патенті № 6808543 (де ніяк не згадується внутрішньоцикловий блок обробки газу) говориться, що додавання оксиду магнію (MgO) ще більш ефективно зменшує агломерацію шляхом зміни евтектики, що утворюється поза циклом зольної суміші і, тим самим, збільшення її температури плавлення, у результаті чого агломерація знижується до рівня від 1% ваг. до 25% ваг. щодо ваги сировини. Однак, на відміну від викладеного в патенті № 6808543 і в будь-яких інших посиланнях на споріднені джерела, даний винахід передбачає використання всередині циклу каталізатора, яким є олівін, у кількості 1-50% від ваги теплоносія, більш переважно, від 2% до 40% ваг. каталітично активного матеріалу додають до внутрішньоциклового теплоносія з метою зниження агломерації (шляхом запобігання її початку, конверсії і приглушення) і стимулювання каталізу. Словосполучення «теплопередавальне середовище» або «теплоносій», що використовуються в даному документі, не повинні розглядатися фахівцями в даній галузі, як такі, що означають тільки пісок або олівін, навпаки, до них відносяться усі тверді неорганічні сполуки, здатні щонайменше тимчасово не піддаватися термічному розкладанню при температурах до 110°C/2012°F. Отже, таких теплоносіїв не слід розглядати винятково як матеріали, що згадуються у даному документі, вірніше вважати, що, як такі, вони можуть включати (без обмеження або виключення) каталітично активні матеріали і каталітично неактивні матеріали, звичайний пісок (кварц або будь-що інше), олівін, оксид кремнію (SiO2 або SiO4), оксид алюмінію (Аl2О3), польовий шпат та інші оксиди металів (включаючи MgO, СаОх, ZnOx, ZrOx, ΤiΟχ, Β2Ο3), різноманітні їх поєднання, що включають, і сполуки, у тому числі ті, які частково або повністю стабілізовані, попередньо піддані спіканню або іншій термічній обробці і які можуть мати природне або штучне походження. Фахівці в даній галузі під словосполученням «каталітично активний теплоносій», що використовується у даному документі, повинні розуміти каталітично активні матеріали, які включають, крім іншого, усі перелічені вище теплоносії, які активують реакції розкладання вуглеводнів; до них від 94919 24 носяться оброблений і необроблений доломіт, оброблений і необроблений олівін, оксид алюмінію (що зустрічається в природі та одержаний штучно, кожний з яких може бути підданий випаленню або обробці іншими способами), оксиди лужних металів, оксиди благородних металів, склади на основі нікелю (включаючи Ni/Al2O3, NiCuMo/Si2 або Si4Аl2О3), оксиди на основі магнію, оксиди на основі заліза, оксиди кальцію, оксиди на основі ванадію, оксиди на основі хрому, оксиди кобальту, оксиди міді, оксиди молібдену, випалені доломіти, магнезити, цеоліти і високотемпературні оксидні склади, які містять перелічені елементи. У даному документі під каталізатором транспорту заліза розуміються, крім іншого, ті з перелічених вище теплоносіїв, що містять залізо, а також інші залізовмісні керамічні матеріали і склади, включаючи природний та одержаний штучно олівін. Аналогічно, фахівцям у даній галузі зрозуміло, що вираз «всередині циклу» означає операцію або процес, наприклад, обробка газу, що здійснюється в циркулюючому текучому середовищі між реактором газифікації і камерою згоряння, а не окремий зовнішній процес поза даним пристроєм. Наприклад, модуль обробки газу 20 є «внутрішньоцикловим», оскільки в нього надходить теплоносій з модуля згоряння і синтез-газ з реактора газифікації. У формулі винаходу пункти «засіб плюс функція» або «стадія плюс функція» охоплюють пристрої і реакції, які описуються або запропоновані в даному документі, як виконуючі викладені функції або здійснюючі реакції, і не тільки конструктивні і хімічні еквіваленти, але також еквівалентні пристрої і склади. Так, наприклад, хоча цвях, гвинт і болт можуть не бути конструктивними еквівалентами, виходячи з того, що дія цвяха основана на терті між дерев'яною деталлю і циліндричною поверхнею, гвинтова поверхня гвинта безпосередньо зчіплюється з дерев'яною деталлю, а головка болта і гайка стискають протилежні сторони дерев'яної деталі, в ділянці кріплення дерев'яних деталей цвях, гвинт і болт фахівцями в даній галузі можуть сприйматися як еквівалентні пристрої. Аналогічно, словосполучення «каталітично активні матеріали» охоплює матеріали, що функціонують як каталізатори. З опису щонайменше одного переважного варіанта здійснення даного винаходу з посиланням на прикладені креслення зрозуміло, що даний винахід не обмежується цими конкретними варіантами здійснення, і що можливі різні зміни, модифікації і переробки, здійснювані фахівцями в даній галузі в межах обсягу або суті даного винаходу, визначених у формулі винаходу. 25 94919 26 27 94919 28 29 94919 30 31 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 94919 Підписне 32 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601