Спосіб отримання газогенераторного газу

Реферат: Спосіб отримання газогенераторного газу шляхом хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, який включає завантажування до порожнини корпусу газифікатора порції твердого вуглеводневого палива та подання до порожнини корпусу газифікатора з твердим вуглеводневим паливом газової суміші, що містить кисень як окислювач, здійснення хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива до отримання газогенераторного газу, його наступного очищення і осушування та збору газогенераторного газу. До порожнини корпусу газифікатора завантажують порцію твердого згрудкованого або гранульованого вуглеводневого палива у вигляді суміші фракцій з характерним розміром від 3 до 70 мм до утворення насипної густини палива. Процес хіміко-термічної переробки ініціюють у верхній ділянці шару твердого палива. У процесі хіміко-термічної переробки підтримують сталий ефект обернено направленого вектора тепла шляхом підтримання температури утвореного високотемпературного фронту газифікації, що переміщується у шарі палива до низу - назустріч потоку повітряної суміші, у межах 900-1300 °C шляхом керування поточним об'ємом газової суміші. Збір газогенераторного газу здійснюють у верхній ділянці корпусу газифікатора. Осушування отриманого газу виконують у гідрозатворі шляхом пропускання отриманого газу через шар води. UA 106900 U (12) UA 106900 U UA 106900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до способів отримання газогенераторного газу, шляхом хіміко-термічної обробки твердого вуглеводневого палива у вигляді висушених органічних відходів та/або деревини, та/або лігніту, та/або бурого вугілля або їх суміш. Пропонований спосіб також дозволяє отримати коксо-зольний залишок, який, в залежності від вхідних характеристик палива може бути застосований як бездимне паливо чи коагулянт, або добриво. Найбільш близьким аналогом до пропонованого за кількістю суттєвих ознак є спосіб отримання газогенераторного газу шляхом хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, який включає завантажування до порожнини корпусу газифікатора порції твердого вуглеводневого палива та подання до порожнини корпусу газифікатора з твердим вуглеводневим паливом газової суміші, що містить кисень як окислювач, здійснення хімікотермічної переробки твердого вуглеводневого палива до отримання газогенераторного газу, його наступного очищення, осушування та збору газогенераторного газу [Патент на корисну модель № 100025 Україна, МПК С10В 49/02 (2006.01); C10J 3/00 (2015.01); Опубл. 10.07.2015 р., Бюл. № 13]. Згаданий спосіб передбачає очищення та осушування генераторного газу "загартовуванням", яке проводять шляхом його різкого охолодження під час проходження по вертикальних трубах теплообмінника, утвореного між внутрішньою та зовнішньою обичайками корпусу газифікатора і які з'єднані з камерою збору газу, розташованою зверху і камерою виходу газу, розташованою знизу газогенератора. Оскільки згадана камера об'єднана з охолоджувальною камерою газогенератора, ефективність охолоджування виявилась недостатньою для спільного охолодження генераторного газу і корпусу газогенератора. Недостатньо швидке охолодження генераторного газу при його загартовуванні не забезпечує визначеного ступеня його очищення, а тому такий газ є непридатним для використання, наприклад, в поршневих машинах або пальниках без його будь-якого додаткового очищення, а це потребує додаткових витрат. Також для підвищення ефективності способу потрібно значно збільшувати об'єм охолоджувальної камери, що робить його необґрунтовано металоємним і складним у виготовленні. Такий спосіб створює додаткові складності при регулюванні температури у порожнині газогенератора і температури охолодження генераторного газу. При цьому в деяких випадках охолодження генераторного газу не є доцільним, зокрема при його прямому спалюванні, де збільшення температури газоповітряної суміші суттєво підвищує ККД процесу та знижує енерговитрати. Окрім сказаного, для здійснення описаного способу до порожнини корпусу газифікатора потрібно завантажувати підготовлене тверде вуглеводневе паливо у вигляді гранул, що мають у своїй масі наперед визначені близькі значення фізикохімічних характеристик, розміри та форми. Зважаючи на сказане, описаний спосіб є досить трудоємним і недостатньо економічним, а тому собівартість отриманого газогенераторного газу є невиправдано високою. У основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого способу отримання газогенераторного газу, шляхом хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, який би мав меншу собівартість і був би придатним для використання в поршневих машинах або пальниках без його додаткового очищення завдяки створенню у порожнині газогенератора умов для утворення зустрічно направленого до напрямку газової суміші, що містить кисень, вектора тепла у високотемпературному шарі хіміко-термічних перетворень і підтримання у ньому температури, достатньої для променевої передачі тепла шару палива, розташованому нижче шару хіміко-термічних перетворень для розжарювання і піролізу нижнього шару палива і переміщування шару хіміко-термічних перетворень до низу порожнини газогенератора, що створює умови для використання як твердого вуглеводневого палива гранульованого або згрудкованого твердого палива їх дрібних фракцій та їх суміші. Поставлена задача вирішується тим, що в cпособі отримання газогенераторного газу шляхом хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, який включає завантажування до порожнини корпусу газифікатора порції твердого вуглеводневого палива та подання до порожнини корпусу газифікатора з твердим вуглеводневим паливом газової суміші, що містить кисень, як окислювач, здійснення хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива до отримання газогенераторного газу, його наступного очищення і осушування та збору газогенераторного газу, згідно з корисною моделлю, до порожнини корпусу газифікатора завантажують порцію твердого згрудкованого або гранульованого вуглеводневого палива у вигляді суміші фракцій з характерним розміром від 3 до 70 мм до утворення насипної густини палива, яка є достатньою для променевої передачі теплової енергії між часткам палива і для можливості продування шару твердого палива потоком газової суміші, що містить кисень, за допомогою вентилятора, процес хіміко-термічної переробки ініціюють у верхній ділянці шару 1 UA 106900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 твердого палива, у процесі хіміко-термічної переробки підтримують сталий ефект обернено направленого вектора тепла шляхом підтримання температури утвореного високотемпературного фронту газифікації, що переміщується у шарі палива до низу - назустріч потоку повітряної суміші, у межах 900-1300 °C шляхом керування поточним об'ємом газової суміші, що містить кисень, збір газогенераторного газу здійснюють у верхній ділянці корпусу газифікатора, а осушування отриманого газу виконують у гідрозатворі шляхом пропускання отриманого газу через шар води. Очищування газогенераторного газу від смолистих та шкідливих компонентів здійснюють у високотемпературній зоні хіміко-термічних перетворень і у шарі розпеченого коксо-зольного залишку. Насипна густина палива - це відношення його маси до об'єму, що заповнений вільною або ущільненою засипкою. Особливістю пропонованого способу є і те, що на хіміко-термічну переробку подають тверде вуглеводневе паливо у вигляді відходів сільського господарства та/або висушених біологічних відходів, та/або деревини, та/або лігніту, та/або бурого вугілля або їх суміш. Ще однією особливістю пропонованого способу є і те, що значення температури високотемпературного фронту газифікації можна підтримувати шляхом частотного регулювання числа обертів вентилятора, який подає в шар газифікації у порожнині корпусу газифікатора газову суміш. При цьому число обертів рушія вентилятора є функцією від поточного значення температури фронту газифікації. Також особливістю пропонованого способу є і те, що значення температури високотемпературного фронту газифікації можна підтримувати шляхом регулювання поточного об'єму холодоагенту - води, яку прокачують через охолоджувальну сорочку на ділянці корпусу газогенератора, що відповідає зоні хіміко-термічної переробки газифікатора в порожнині корпуса в залежності від поточного значення температури фронту газифікації у порожнині газифікатора. Експериментально виявлено, що відтворення згаданих умов досягається за рахунок, зокрема, підтримування заданої температури у зоні хіміко-термічної переробки у порожнині корпусу газифікатора і використання згрудкованого або гранульованого твердого вуглеводневого палива та їх дрібних фракцій або їх суміші з характерним розміром від 3 до 70 мм. Так, при характерному розмірі фракцій, меншому за 3,0 мм насипна щільність палива є занадто високою - не дає можливості продування шару палива газовою сумішшю, що містить кисень, що веде до зменшення ефективності процесу. Збільшення ж характерного розміру фракцій більше за 70 мм суттєво зменшує насипну щільність палива і, як наслідок, збільшує відстань між поверхнями часток палива, що зменшує променеву передачу тепла між ними. Тому оптимальною є насипна щільність палива, утворена з фракцій палива або з їх суміші з характерним розміром фракцій від 3 до 70 мм. Використання палива у вигляді суміші фракцій з максимально припустимою насипною щільністю дозволяє зменшити вимоги до підготовки палива та збільшити час роботи газифікатора для одної порції завантажування палива. А також дає можливість вступати фрагментам палива в реакцію термічного розкладу та фізико-хімічних перетворень на 1000-3000 секунд раніше за досягнення ними зони реакції з дією високих 9001300 °C температур, що є достатнім для повної утилізації та нейтралізації шкідливих речовин, які є в деяких видах палива та забезпечує перетворення смолистих сполук в порожнині газогенератора у компоненти генераторного газу. Під час процесу хіміко-термічної переробки підтримують сталий ефект обернено направленого вектора тепла у межах 900-1300 °C. Згаданий температурний діапазон виявився оптимальним для хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, такого як відходи сільського господарства, висушені біологічні відходи, деревину, лігніт, вугілля, буре вугілля або суміш перелічених продуктів. Суть пропонованого способу пояснюється за допомогою графічних матеріалів. На фіг. 1 схематично показана конструкція газогенератора, в якому реалізований пропонований спосіб. На фіг. 2 наведена залежність температури шару палива по висоті у процесі роботи газогенератора. Газогенератор, в якому реалізований пропонований спосіб, містить циліндричний корпус 1, вісь якого розташована вертикально. Корпус зверху має кришку 2 з люком для завантаження твердого вуглеводневого палива 3 та пристрій для електричного розпалювання палива /не показано/. У верхній частині корпусу 1 встановлений патрубок для відбору отриманого газу 4. У нижній частині корпуса 1 встановлена колосникова решітка 5 і патрубок 6 для подання за допомогою вентилятора з відповідним рушієм /не показано/ до порожнини корпуса 1 знизу 2 UA 106900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 вверх газової суміші, що містить кисень, як окислювач. Корпус 1 охоплений ззовні сорочкою охолодження 7, в нижній частині якої розташовано патрубок 8 для подачі за допомогою насоса з відповідним рушієм /не показано/ охолоджуваної рідини, а в верхній частині патрубок 9 для її відведення. В нижній частині корпусу газогенератора розташована золонакопичувальна камера 10, забезпечена шнековим транспортером для вивантажування залишку золи /не показано/. Газогенератор забезпечений також системою управління, яка включає керуючий блок - логічний контролер з відповідним програмним статком, термопари 11 (№№ 1, 2, 3, 4), закріплені у різних точках по висоті корпуса 1, виходи яких підключені до відповідних входів керуючого блока, а рушії вентилятора і насоса підключені до відповідних виходів керуючого блока. Газогенератор має гідрозатвор 12, призначений для осушування отриманого газу за рахунок конденсації водяної пари та його очищування від тонкої зависі коксозольного залишку. Приклад. Попередньо порцію твердого вуглеводневого палива - відходів деревини - трісок у вигляді суміші фракцій з характерним розміром від 3 до 70 мм завантажували до порожнини корпусу 1 газифікатора. За допомогою пристрою для електричного розпалювання виконували підпал твердого вуглеводневого палива і подавали знизу до порожнини корпусу 1 газифікатора газову суміш, що містила кисень як окислювач. Ініціювали процес газифікації, який протягом кількох хвилин виходив на номінальний температурний режим 1100-1300 °C. Такий номінальний режим підтримували поточним об'ємом газової суміші, що містила кисень, а саме, частотним регулюванням числа обертів рушія вентилятора, який подавав в шар газифікації у порожнині корпусу 1 газифікатора газову суміш та шляхом регулювання поточним об'ємом холодоагенту, який прокачували через охолоджувальну сорочку 7 в залежності від поточного значення температури фронту газифікації у порожнині газифікатора. При цьому число обертів рушія вентилятора визначали, як функцію від поточного значення температури фронту газифікації. Утворений при цьому шар газифікації палива переміщувався по реакційній зоні до низу газогенератора. Вироблений газогенераторний газ проходив через високотемпературний шар розжареного палива та через шар розпеченого коксозольного залишку, що утворювалися над зоною хіміко-термічних перетворень, де проходило очищування газогенераторного газу від смолистих та шкідливих компонентів шляхом їх розкладу під дією високої температури на компоненти генераторного газу CO, Н2, СО2, Н2О. Збір отриманого газогенераторного газу здійснювали у верхній ділянці корпусу 1 газифікатора і виводили через патрубок відводу газу 4, який надходив в гідрозатвор 12, де проходило його осушування за рахунок конденсації водяної пари та її очищування від тонкої зависі коксозольного залишку. Після досягнення зони хіміко-термічних перетворень нижньої частини порожнини корпусу 1, про що свідчило значення температури - 1100-1300 °C, яку реєстрували у логічному контролері за допомогою відповідної термопари № 4, логічний контролер припиняв подання вентилятором газової суміші, що містить кисень, як окислювач, до порожнини корпуса 1, а це призводило до припинення процесу газифікації. Залишок коксозольного залишку охолоджували повітрям або парою, яку подавали під колосникову решітку 5 з відповідного джерела пари чи повітря /не показано/. Після охолодження колосникову решітку 5 відчиняли і вивантажували коксозольний залишок за допомогою шнекового транспортера. Одержаний газогенераторний газ мав меншу собівартість за газ, отриманий за способомпрототипом, і був придатним для використання в поршневих машинах або пальниках без його додаткового очищення за рахунок створення у порожнині корпуса 1 газогенератора умов для утворення зустрічно направленого до напрямку газової суміші, що містить кисень, вектора тепла у високотемпературному шарі хіміко-термічних перетворень і підтримання у ньому температури, достатньої для променевої передачі тепла шару палива, розташованому нижче шару хімікотермічних перетворень для розжарювання і піролізу нижнього шару палива та переміщування шару хіміко-термічних перетворень до низу порожнини газогенератора, що дозволило використовувати як тверде вуглеводневе паливо - гранульоване або згрудковане тверде паливо, їх дрібні фракції та їх суміш. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Спосіб отримання газогенераторного газу шляхом хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива, який включає завантажування до порожнини корпусу газифікатора порції твердого вуглеводневого палива та подання до порожнини корпусу газифікатора з твердим вуглеводневим паливом газової суміші, що містить кисень як окислювач, здійснення хіміко-термічної переробки твердого вуглеводневого палива до отримання газогенераторного газу, його наступного очищення і осушування та збору газогенераторного газу, який 3 UA 106900 U 5 10 відрізняється тим, що до порожнини корпусу газифікатора завантажують порцію твердого згрудкованого або гранульованого вуглеводневого палива у вигляді суміші фракцій з характерним розміром від 3 до 70 мм до утворення насипної густини палива, яка є достатньою для променевої передачі теплової енергії між частками палива і для можливості продування шару твердого палива потоком газової суміші, що містить кисень, за допомогою вентилятора, процес хіміко-термічної переробки ініціюють у верхній ділянці шару твердого палива, у процесі хіміко-термічної переробки підтримують сталий ефект обернено направленого вектора тепла шляхом підтримання температури утвореного високотемпературного фронту газифікації, що переміщується у шарі палива до низу - назустріч потоку повітряної суміші, у межах 900-1300 °C шляхом керування поточним об'ємом газової суміші, що містить кисень, збір газогенераторного газу здійснюють у верхній ділянці корпусу газифікатора, а осушування отриманого газу виконують у гідрозатворі шляхом пропускання отриманого газу через шар води. 4 UA 106900 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5