Спосіб термічної газифікації твердого палива

1. Спосіб термічної газифікації твердого палива, за яким подають паливо у верхню частину вертикального корпусу газифікатора та окисник у зони газифікації за допомогою засобів подачі окисника, який відрізняється тим, що одночасно в корпусі газифікатора створюють зону оберненого процесу газифікації шляхом подачі окисника в центральну частину газифікатора та створюють зону прямого процесу газифікації шляхом подачі окисника у нижню частину газифікатора, причому окисник з нижньої межі зони прямої газифікації подають від центра до периферії поперечного перерізу корпусу газифікатора, а окисник з верхньої межі зони оберненої газифікації подають від периферії до центра поперечного перерізу корпусу газифікатора, при цьому відведення генераторного газу здій U 2 33587 1 3 отриманий генераторний газ без наступного його оброблення, використовуючи складні системи очистки з каталітичним розчепленням смол. Також відомий спосіб термічної газифікації за схемою оберненого процесу утворення газу в газифікаторів, в якому подають паливо з верхньої частини вертикального корпуса газифікатора та окислювач в середню частину корпуса газифікатора за допомогою засобів подачі окислювача. Видалення генераторного газу здійснюють з зони, яка розташована нижче зони оберненої газифікації [Михеев В. П. Газовое топливо и его сжигание, «НЕДРА», Л., 1966., стор. 108, 111]. Недоліком цього способу є менша продуктивність отримання генераторного газу в порівнянні з прямим процесом, а також вимога до малого вмісту вологи в паливі, що робить необхідною попередню підсушку перед процесом газифікації. Зазначені обставини підвищують собівартість отримання генераторного газу. Також відомо спосіб термічної газифікації, за яким подають паливо у середню частину вертикального корпуса газифікатора та окислювач у горіння газифікатора за допомогою засобів подачі окислювача. У відомому газифікаторі використовують прямий спосіб газифікації палива. Для підвищення виходу газів окислювач подають у три різні зони нижню, середню та верхню, які відрізняються між собою розміром часток палива, яке газифікують. Відведення генераторного газу здійснюють через верхню частину газифікатора. При цьому додатково здійснюють підведення рідкого, газоподібного або пилоподібного палива в зону горіння газифікатора [а.с. СРСР №959632, опубліковане 15.09.1982р., бюл. №34, МПК: C10J3/00]. Цей спосіб також має недоліки прямого способу газифікації. При цьому утворення послідовно розташованих трьох зон газифікації за рахунок підведення в кожну з них окислювача та введення в зону горіння газифікатора додаткового палива ускладнює реалізацію способу. За прототип прийнято спосіб газифікації твердого палива, що реалізується за допомогою газифікатора подвійного окислення. Вказаний спосіб характеризується подачею твердого палива у верхню частину вертикального корпуса газифікатора та окислювача у зони газифікації за допомогою засобу подачі окислювача. В корпусі газифікатора створюють щонайменше дві зони окислення за оберненим процесом газифікації. Окислювач подають як від центру до периферії, так і з периферії до центру поперечного перерізу корпуса газифікатора. Видалення генераторного газу здійснюють з зони, яка розташована нижче зон газифікації [патент України №78669, опублікований 10.04.2007р., МПК: C10J3/02]. Недоліком прототипу є те, що описаний спосіб не дозволяє підвищити отримання генераторного газу та ступінь його очищення, а також знизити собівартість отримання генераторного газу. В основу корисної моделі поставлена задача створення в корпусі газифікатор умов для одночасного здійснення в одному об'ємі двох процесів газифікації палива: прямого та оберненого. 33587 4 Поставлена задача вирішується тим, що в способі газифікації твердого палива, за яким подають паливо у верхню частину вертикального корпуса газифікатора та окислювач у зони газифікації за допомогою засобів подачі окислювача, згідно з корисною моделлю, одночасно в корпусі газифікатора створюють зону оберненого процесу газифікації шляхом подачі окислювача в центральну частину газифікатора та створюють зону прямого процесу газифікації шляхом подачі окислювача у нижню частину газифікатора, причому окислювач з нижньої межі зони прямої газифікації подають від центру до периферії поперечного перерізу корпуса газифікатора, а окислювач з верхньої межі зони оберненої газифікації подають від периферії до центру поперечного перерізу корпуса газифікатора, при цьому відведення генераторного газу здійснюють з зони, розташованої між зоною оберненої газифікації та зоною прямої газифікації. За цим способом можливо, що: - окислювач подають в зони газифікації через створення розрідження в газовідвідній трубі або через створення надлишкового тиску окислювача; - окислювач подають в зони газифікації через створення розрідження в газовідвідній трубі та через створення надлишкового тиску окислювача; - при подачі окислювача з верхньої межі зони оберненої газифікації та з нижньої межі зони прямої газифікації додатково здійснюють завихрення окислювача в площині поперечного перерізу корпуса газифікатора; - при подачі окислювача від центру до периферії здійснюють обертання засобів подачі окислювача відносно вертикальної вісі корпуса газифікатора; - під час обертання засобів подачі окислювача видаляють золу; - в якості окислювача використовують повітря або водоповітряну суміш або пароповітряну суміш; - підігрівають окислювач перед подачею від центру до периферії. Між сукупністю ознак корисної моделі та технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Подача окислювача одночасно з верхньої межі зони оберненої газифікації та з нижньої межі зони прямої газифікації та проходження твердого палива послідовно через зону оберненої газифікації до зони прямої газифікації дозволяє створити в об'ємі корпуса газифікатора одночасне проходження оберненого та прямого процесів газифікації палива. За рахунок того, що рух палива та рух продуктів газифікації співпадають - зверху донизу, то в середній частині газифікатора відбувається обернений процес газифікації. В зоні горіння (зоні подачі окислювача) зони оберненої газифікації відбуваються наступні хімічні реакції: С+O2=СO2 2Н2+O2=2Н2O. При цьому виділяється велика кількість тепла. Побічними продуктами реакції окислення є утворення смол та інших продуктів, які можуть в подальшому конденсуватися в низькотемпературних частинах газифікатора та перетворення їх на піролізні смоли. 5 По мірі взаємодії окислювача з паливом реакція утворення СO2 уповільнюється. При цьому на межі зон горіння та зони відновлювання зони оберненої газифікації, яка розташована нижче зони горіння, переважають процеси неповного окислення вуглецю та відновлювальні процеси: С+СО2=2СО С+H2O=CO+H2 CO+H2=CO+H2O С+2Н2=CH4 С+3Н2=СН4+Н2O. Тобто СО2 та водяна пара, як продукти реакції окислення та внутрішньої вологи палива, відновлюються в СО та Н2, а вивільнений кисень O2 вступає в реакцію з вуглецем палива. Так як реакції відновлення протікають з поглинанням тепла, то температура продуктів газифікації значно знижується при проходженні крізь шар палива, яке поступає. Продукти газифікації, а саме охолоджений генераторний газ, залишки палива, яке не вступило в реакцію, та зола потрапляють в реакційну зону, яка розташована нижче зони відновлення зони оберненої газифікації. В цій зоні вуглець з залишків палива адсорбує хімічні речовини, які не прореагували в зоні горіння зони оберненої газифікації, утворюючі вуглецеву масу. Генераторний газ після зони відновлення зони оберненої газифікації надходить до зони видалення генераторного газу, яка розташована між зоною оберненої газифікації та зоною прямої газифікації. В зоні прямої газифікації відбуваються наступні процеси: - газифікація палива при первинному завантаженні в корпус газифікатора; - газифікація вуглецевої маси та золи, які потрапили після реакційної зони. Генераторний газ, пройшовши відновлювальну зону зони прямої газифікації, також надходить у зону видалення генераторного газу, де змішується з генераторним газом, отриманим після газифікації у зоні оберненої газифікації, після чого суміш генераторних газів з обох зон газифікації видаляється з газифікатора за допомогою створення розрідження в корпусі. Як варіант, в газифікаторах великої потужності додатково до розрідження створюють надлишковий тиск окислювача при його подачі, що забезпечує стабільні та достатні за розміром зони горіння в обох зонах газифікації. Подача окислювача від периферії до центру поперечного перерізу газифікатора дозволяє отримати стійкий процес спалювання твердого палива в зоні горіння обох процесів газифікації. Подача окислювача від центру до периферії та від периферії до центру поперечного перерізу газифікатора дозволяє отримати стійкий процес спалювання твердого палива в зоні горіння обох процесів газифікації. Відведення генераторного газу з реакційної зони, яка розташована між зонами оберненої та прямої газифікації, дозволяє суттєво знизити в ньому вміст смол та вуглеводнів, які сконденсувалися, що покращує споживчі характеристики газу та дозволяє уникнути осадження смол та інших 33587 6 домішок на стінках корпуса та інших складових частинах газифікатора. Створення розрідження у внутрішньому об'ємі корпуса газифікатора дозволяє спростити подачу окислювача до зон горіння обох процесів газифікації, а також спростити вимоги до розміщення газифікатора в закритих приміщеннях та вимоги до засобів подачі палива та засобів видалення золи за рахунок запобігання потрапляння сильнодіючої отрути - окису вуглецю (СО), який є одним з продуктів газифікації палива, в систему подачі палива. Додаткове завихрення окислювача при його подачі у зони газифікації дозволяє отримати стійку масу розпеченого вуглецю навколо засобів подачі окислювача та тим самим інтенсифікувати процеси окислення та відновлення. За допомогою обертання засобів подачі окислювача відносно вертикальної вісі корпуса газифікатора покращують змішування окислювача з паливом, що також дозволяє інтенсифікувати процеси окислення та відновлення. Видалення золи під час обертання засобів подачі окислювача дозволяє спростити конструкцію газифікатора, в якому може бути реалізований даний спосіб, а також здійснити охолодження золи та підігрів потоку окислювача, який подається через внутрішній нижній розподільник потоків окислювача, за рахунок конвекції між ними. Здійснення попереднього підігріву окислювача при його подачі від центру до периферії дозволяє збільшити температуру горіння в зоні горіння, що спрощує вимоги до системи подачі окислювача, зменшує енерговитрати на проведення процесу газифікації взагалі. Для пояснення суті корисної моделі нижче наведено приклад реалізації способу газифікації твердого палива. Наведений приклад конкретного здійснення способу ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть корисної моделі. За заявленим способом здійснюють наступну послідовність дій. Тверде паливо (в якості якого можуть бути дерев'яні тріска або гранули, обпилювання, рослинна біомаса: лузга соняшника, стрижені кукурудзяних початків та таке інше) подають за допомогою засобу подачі палива до паливного відсіку. Подачу здійснюють до заповнення внутрішнього об'єму корпуса до верхньої межі паливного відсіку. За допомогою засобу створення розрідження, з'єднаного з засобом видалення генераторного газу, створюють розрідження у внутрішній порожнині корпуса. Після цього запалюють паливо в зоні горіння зони оберненого процесу газифікації. За рахунок створення розрядження або за допомогою створення додаткового тиску окислювача здійснюється всмоктування окислювача у внутрішній простір корпуса через отвір. Таким чином, утворюється початкове ядро горіння в зоні оберненої газифікації. Потім аналогічно запалюють паливо, утворюючи початкове ядро горіння в зоні прямої газифікації. Після чого за допомогою засобів подачі окислювача одночасно подають окислювач до зони 7 33587 оберненої газифікації та до зони прямої газифікації. Подачу окислювача в центральній частині корпуса здійснюють від периферії до центру поперечного перерізу корпуса, а в нижній частині корпуса від центру до периферії поперечного перерізу корпуса. Таким чином, в центральній частині газифікатора та в нижній частині газифікатора протікає стабільна реакція окислювання за рахунок взаємодії між поверхнею вуглецю та окислювачем з утворенням продуктів газифікації та великим виділенням тепла. Тобто утворюються зона горіння зони оберненої газифікації та зона горіння прямої зони газифікації. При подачі окислювача здійснюють обертання трубопроводу та засобів подачі окислювача навколо вертикальної вісі корпуса газифікатора. Продукти газифікації з кожної з зон горіння проходять зони відновлення обох зон газифікації та попадають в простір між зонами відновлення. Далі генераторний газ з кожної з зон відновлення надходить до зони, розташованої між зонами прямої та оберненої газифікації, перемішується та за Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 рахунок створення розрідження в корпусі видаляється з газифікатора. Золу, яка потрапляє в нижню частину корпуса газифікатора, видаляють за допомогою обертання трубопроводу. Паливо подають знов, коли його рівень буде нижчим за рівень верхньої межі паливного відсіку. При необхідності окислювач підігрівають шляхом подачі окислювача спочатку до засобу підігріву, який може бути реалізований, наприклад, як теплообмінник, де окислювач виступає в якості теплоносія, а потім до трубопроводу та сполучених з ним засобів подачі окислювача. Запропонований спосіб газифікації твердого палива забезпечує стабільне проходження процесів прямої та оберненої газифікації в одному внутрішньому об'ємі газифікатора, спрощує вимоги до розташування газифікатора та до систем подачі палива, що дозволяє отримати генераторний газ з мінімальним вмістом піролізних смол, збільшити кількість генераторного газу на виході з газифікатора та зменшити вимоги до видів та вологості палива. Підписне Тираж 26 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