Реакторное устройство для газификации

Номер патента: 1294

Опубликовано: 25.12.2000

Автор: Мэтон Морис Эдвард Джордж

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Реакторное устройство (10) для газификации, содержащее камеру сгорания (70), в которой установлена емкость (12) для газификации, имеющая впускной канал (41) для исходного сырья (14, 14'), подлежащего газификации, и выпускной канал (24, 38) для выпуска полученного газа, причем впускной канал (41) содержит воздухонепроницаемое и герметичное средство (50) для предотвращения попадания воздуха в емкость (12) вместе с исходным сырьем, а в верхней части (12') емкости (12) размещен объединенный узел (20) роторного вентилятора и циклона, при этом при использовании этого узла поступающее сырье (14, 14')

(а) подвергается диспергированию в контакте с нагретыми внутренними стенками емкости (12), и

(b) возникает циклоническое вихревое движение полученного газа для очистки газа от твердых частиц перед выходом из выпускного канала (24, 38).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера сгорания (70) представляет собой печь с газовым обогревом.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что канал (41) предусмотрен в верхней крышке (26) емкости (12), а узел (20) вентилятора и циклона расположен ниже верхней крышки (26) и в непосредственной близости к ней.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что узел (20) вентилятора и циклона содержит дисковидный элемент (62), расположенный на расстоянии от верхней крышки (26) и имеющий на своей верхней поверхности лопасти (64) вентилятора для диспергирования поступающего исходного сырья (14, 14') относительно нагретой внутренней стенки в верхней части емкости, при этом дисковидный элемент жестко прикреплен к центральному осевому валу (22).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что узел (20) вентилятора и циклона дополнительно содержит множество циклонных лопаток (66), жестко прикрепленных к нижней стороне дисковидного элемента (62) и к валу.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что узел (20) вентилятора и циклона содержит коническую муфту, установленную на вращаемом валу (122) и имеющую множество установленных в основном вертикально в радиальном направлении пластин (163), расположенных на расстоянии от верхней поверхности конической муфты (162), и множество лопаток (164), расположенных под конической муфтой (162) так, чтобы они находились вблизи боковой стенки (112') емкости (112).

7. Устройство по п.6, включающее одну или несколько крестовин (136), соединяющих лопатки (164) с валом (122).

8. Устройство по п.6 или 7, включающее кольцеобразную амортизирующую пластину (165), прикрепленную к емкости и обращенную к наружным сторонам пластин (163).

9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что емкость (112) имеет обращенную кверху куполообразную стенку (112'''), которая соединена с боковой стенкой (112') емкости (112) для образования кольцеобразного желоба (116).

10. Устройство по пп.5 или 6, отличающееся тем, что каждая лопатка (66) в своей передней части имеет изгиб в радиальном направлении, криволинейный или направленный под углом вперед в направлении вращения узла (20).

11. Устройство по любому из пп.5, 6, 10, отличающееся тем, что каждая лопатка (66) расположена тангенциально к валу вперед в направлении вращения узла (20).

12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что емкость имеет центральный вертикально расположенный канал (24), заглушенный в верхнем конце газонепроницаемым подшипником (30), а узел (20) вентилятора и циклона установлен на валу (22, 122) и проходит кверху вдоль канала (24).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что вал (22) имеет на его нижнем конце вкладыш (34), который установлен с зазором относительно центрального валика, расположенного в осевом направлении в емкость (12).

14. Устройство по пп.12 или 13, отличающееся тем, что вал (32) является полым и имеет прорези (22', 22") вблизи его нижнего и верхнего концов, причем полый вал (32) служит каналом для прохода полученного газа, освобожденного от частиц, к выпускному каналу (24, 38).

15. Устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что выпускной канал (24, 38) выполнен для обеспечения рециркуляции части полученного газа в емкость (12) в процессе его прохода к выпуску.

16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что емкость (12) имеет воздухонепроницаемый коллектор (16) в его нижней части для обеспечения выгрузки золы без доступа воздуха в емкость.

17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что воздухонепроницаемое и герметичное средство представляет собой герметизированный питатель (50) для подачи исходного сырья в впускной канал (41).

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что питатель содержит камеру (52), имеющую впускное отверстие (54), герметизирующее средство (56), содержащее ролики (58) с поджатой периферийной поверхностью, ограничивающей место герметизирующего поджатия, которое пропускает твердые частицы исходного сырья, но не пропускает воздух, и транспортер (60) для продвижения исходного сырья (14) в выпускной канал (41).

19. Устройство по любому из пп.16 или 17, отличающееся тем, что питатель (50) дополнительно содержит канал (44) для подачи жидкого исходного сырья (14') во впускной канал (41).

20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что выпускной канал (38) присоединен к скрубберу, холодильнику с масляной или водяной завесой.

21. Способ газификации твердых и/или жидких органических веществ для получения газообразного продукта с высокой теплотворной способностью, включающий этапы нагрева емкости (12) для газификации до повышенной температуры без присутствия воздуха, подачи исходного сырья (14, 14') без воздуха в верхнюю часть емкости (12) и диспергирования исходного сырья с введением его в промежуточный контакт с нагретой внутренней поверхностью верхней части емкости для разложения на газ и золу, воздействия циклонического движения на газообразный продукт внутри емкости (12) и подачи по существу освобожденного от частиц газа к выпускному каналу (24, 38) через всю емкость вдоль ее центральной оси.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что процесс газификации исходного сырья (14, 14') начинают в пределах приблизительно 1/100 секунды после его введения в емкость (12).

23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что емкость (12) нагревают до температуры 900шС или выше.

24. Газообразный продукт, отличающийся тем, что его получают способом по любому из пп.21-23, при этом его полная теплотворная способность составляет, по меньшей мере, 23,1 МДж/м3, предпочтительно от 23,1 до 34,8 МДж/м3.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к реакторному устройству для газификации. Более конкретно, назначением устройства является превращение органических материалов, или материалов, содержащих органические вещества, в газ с высокой теплотворной способностью. Оно особенно подходит для уничтожении отходов. Давно существует насущная необходимость уничтожения отходов, таких как промышленные и городские (домашние) отходы. Традиционным средством уничтожения отходов является захоронение, но оно имеет множество недостатков, которые хорошо известны. Сжигание отходов вероятно является лучшим способом уничтожения, однако, оно имеет и свои ограничения. В частности, показатели превращения энергии являются сравнительно низкими, а утилизация тепла отходящих газов, используемых для местного отопления, сталкивается с проблемами эффективности и высоких капиталовложений в такое распределение тепла. Печи для сжигания отходов выделяют большие объемы низкокалорийных топочных газов. Они требуют очистки, при больших затратах, перед выпуском в атмосферу. Печи дли сжигания отходов выделяют также большое количество золы,от которой необходимо избавляться. Таким образом, сжигание отходов не является идеальным средством, альтернативным их захоронению. Газификация является потенциально привлекательной альтернативой сжиганию мусора. В процессе газификации органическое вещество разлагается напрямую, т.е. происходит их пиролитическое превращение, в условиях отсутствия воздуха, в горючий газ и золу. К сожалению, в существующих газогенераторах получаемый газ сильно загрязнен частицами сажи и золы. Газ нуждается в тщательной и дорогостоящей очистке перед его эффективным использованием как источника тепла или для получения электроэнергии. Зачастую газ, получаемый в существующем устройстве газификации, загрязнен высокотоксичными диоксинами. Задачей настоящего изобретения является разработка высокоэффективного преобразователя или газогенератора, способного давать чистый газ с высокой теплотворной способностью при минимальном количестве золы. Другой задачей изобретения является создание легко приспосабливаемой конструкции преобразователя или газогенератора, пригодной для использования на объектах крупномасштабного уничтожения городских отходов, а также для использования на небольших объектах, таких как отели,промышленные предприятия и торговые объекты. В последних случаях использования необходимо, чтобы в газогенераторе были учтены все энергетические потребности объекта и чтобы можно было превратить его по существу в самодостаточный объект. 2 Муниципальное предприятие по уничтожению отходов, имеющее реакторное устройство в соответствии с настоящим изобретением может иметь структуру, как представлено в последующем описании. Исходные твердые отходы поступают на пост сортировки. Здесь извлекают предметы из железа и нежелезных металлов. Кроме того извлекают керамические и стеклянные предметы. Остальные твердые отходы представляют собой преимущественно органические вещества,включающие целлюлозные, пластмассовые и каучуковые материалы. Далее отходы поступают на пост измельчения для превращения их в мелкие частицы относительно однородного размера. На этом этапе отходы обычно содержат большое количество влаги, поэтому их направляют в сушилку. Энергию для сушки получают от утилизации отходящих газов бойлера, двигателя и используют для последующего превращения газа в предназначенную для использования энергию, т.е. электроэнергию или тепло. Влагу, извлекаемую в виде водяного пара, можно конденсировать до выпуска в канализацию. Сухие отходы, если они имеют форму брикетов, измельчают, а затем подают в газогенератор для разложения на горючий газ и золу. Полученный газ, который можно использовать для различных целей, преимущественно используют для подачи газа в газовый турбогенератор для получения электрической энергии, определенную часть которой или всю ее можно направить в национальную энергетическую систему. Определенную часть газа используют для нагрева газогенераторного устройства. Отходящие из последнего газы можно использовать для непрямого нагрева сушилки. Отходящие газы из газового турбогенератора можно подавать в теплообменник для получения перегретого пара для приведения в действие парового турбогенератора. Некоторое количество пара можно использовать для нагрева сушилки. Электрическую энергию, полученную в паровом турбогенераторе можно использовать длянужд оборудования предприятия или можно подавать для потребления в энергетической системе. Из изложенного выше можно видеть, что предприятие по газификации отходов является насущно необходимым с экономической точки зрения. Приобретение топлива (отходов) может ничего не стоить для руководителя предприятия. Действительно, руководитель может быть вполне готов к оплате поставщиками отходов за уничтожение отходов. Как только предприятие начнет работать, оно не будет испытывать нужды в значительных производственных расходах,кроме расходов на персонал и на текущее техническое обслуживание и ремонт. Необходимую энергию для работы предприятия можно эффективно получать от собственных отходов. Излишки энергии, получаемой из отходов, мож 3 но с выгодой продавать, например, в виде электрической или тепловой энергии. В соответствии с настоящим изобретением способ газификации твердых или жидких органических веществ для получении газообразного продукта с высокой теплотворной способностью включает этапы нагрева емкости для газификации до повышенной температуры в условиях отсутствия в ней воздуха, подачи исходного сырья, не содержащего воздуха, в верхнюю часть емкости и центробежного диспегирования исходного сырья посредством вентилятора с введением в промежуточный контакт с нагретой внутренней поверхностью емкости для разложения на газ и золу и воздействия циклонического движения на газообразный продукт внутри емкости для его крекинга и освобождения по существу от пылевидных частиц, таких как зола,при этом газ подают к выходному каналу через всю емкость вдоль ее центральной оси. В настоящем изобретении предложено усовершенствованное реакторное устройство для газификации. В соответствии с изобретением, таким образом, предложено реакторное устройство для газификации, содержащее камеру сгорания, в которой установлена емкость для газификации, которая имеет впускной канал для исходного сырья, подлежащего газификации, и выпускной канал для выпуска полученного газа,причем выпускной канал содержит воздухонепроницаемое и герметизированное средство для предотвращения попадания воздуха в емкость вместе с исходным сырьем, а в верхней части емкости размещен блок роторного вентилятора с циклоном, при использовании которых, соответственно, (а) поступающее сырье подвергается диспергированию с введением в контакт с нагретой внутренней стенкой емкости и (b) полученному газу сообщается циклоническое движение для очистки газа от твердых частиц перед выходом из выпускного канала. Далее изобретение будет описано более подробно только посредством примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых на фиг. 1 представлен вид с частичным разрезом первого реакторного устройства для газификации в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 представлен вид с частичным разрезом второго реакторного устройства для газификации в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 3 представлено поперечное сечение роторного узла реакторного устройства для газификации, показанного на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 представлены поперечные сечения верхнего и нижнего узлов вала, соответственно, которые служат опорами узла ротора реакторного устройства для газификации, показанного на фиг. 2; 4 на фиг. 6 представлен подробный вид обведенной овалом части VI, показанной на фиг. 2; и на фиг. 7 представлен подробный вид обведенной овалом части VII, показанной на фиг. 2. Реакторное устройство 10 для газификации, показанное на фиг. 1, содержит емкость 12 для газификации, изготовленную, например, из нержавеющей стали. В этой емкости 12 исходное сырье, в неокислительной атмосфере, пиролитически превращается в газ с высокой теплотворной способностью и золу. Емкость 12 имеет верхнюю часть 12' правильной цилиндрической формы и нижнюю часть 12" в виде усеченного конуса, который обращен в направлении коллектора 16 для золы и заканчивается в нем. Коллектор снабжен двумя шиберными затворами 18, которые образуют воздушный шлюз, посредством которого золу можно периодически удалять, не пропуская воздух в емкость 12 для газификации. Емкость 12 для газификации имеет узел 20 циклонного вентилятора в ее верхней части 12',причем узел 20 циклонного вентилятора установлен на полом валу 22, который расположен вдоль верхней части емкости. Вал находится внутри вертикального канала 24, приваренного к верхней крышке 26 емкости. В свою очередь,вал 22 присоединен к приводному валу 28. Приводной вал 28 подвешен на герметичном, непроницаемом для воздуха и газа подшипниковом узле 30,который служит заглушкой верхней части канала 24, и предпочтительно охлаждается хладагентом. Приводное устройство 32 с электродвигателем предназначено для вращения двух валов 22, 28 и, таким образом, циклонного вентилятора 20. Два вала 22, 28 поддерживаются по существу только подшипниковым узлом 30. Вал 22 проходит книзу через циклонный вентилятор 20. На его нижнем конце установлен графитовый вкладыш 34, внутри которого находится расположенный в центре валик, установленный в крестовине 36. Между внутренней частью вкладыша 34 и расположенным в центре валиком имеется зазор в 1 мм или около 1 мм. Оба вместе, вкладыш и валик, не выполняют функции подшипника для вала 28; опорой валу при вращении служит только подшипниковый узел 30. Валик и вкладыш 34 представляют собой в основном средство защиты для сдерживания или ограничения радиального перемещения вала 22 и циклонного вентилятора 20 в безопасных пределах. Воздух, как описано выше, не может войти в устройство 10 и особенно в емкость 12, как и газ не может выйти из емкости, как только исключительно через газовый канал 38. Канал 38 ответвляется от вертикального канала 24 и содержит элемент 40 присоединения к надежному 5 герметичному уплотнению, которое не показано. Исходное сырье 14, 14' для превращения в газ вводят, без доступа воздуха, в емкость 12 через впускной канал 41, оборудованный воздухонепроницаемым телескопически раздвигаемым каналом 42, который приварен к верхней крышке 26. Исходное сырье 14 представляет собой, главным образом, городские твердые отходы в форме мелких частиц, которые в высушенном виде имеют в основном волокнистую структуру. Однако, это не означает, что исходное сырье ограничено только твердыми городскими отходами. Вместо него могут быть использованы другие виды органического исходного сырья. Например, по каналу 44 в емкость 12 как исходное сырье 14' для газификации могут поступать отработанные масла. Такие масла можно превратить в газ с особенно высокой теплотворной способностью. В некоторых случаях может быть желательно одновременно вводить в емкость 12 как твердое, так и жидкое исходное сырье, что позволяет регулировать химический состав и теплотворную способность готового газа. Не содержащее воздуха твердое исходное сырье подают к впускному каналу 41 емкости с помощью герметизированного питателя 50. Питатель 50, который подает не содержащее воздуха твердое исходное сырье в канал 42,состоит из камеры 52 с впускным отверстием 54 для исходного сырья и выпускным отверстием для исходного сырья, которое открыто в канал. Между впускным и выпускным отверстиями в камере 52 расположено герметизирующее средство 56. Герметизирующее средство содержит пару вращающихся в противоположных направлениях роликов 58, находящихся в контакте один с другим, и образует место их поджатия. Место поджатия расположено по существу вертикально и обеспечивает проход исходного сырья между роликами 58 в направлении выпускного отверстия и образует уплотнение, по существу предотвращающее пропуск газа или воздуха между роликами. Герметизированный питатель 50 для приема измельченного исходного сырья 14 расположен под подающим транспортером (не показан). Герметизирующее средство 56 по существу разделяет камеру 52 на две части, одна имеет впускное отверстие 54, которое открыто в атмосферу, а другая, расположена под герметизирующим средством и изолирована от атмосферы. Благодаря поджатию роликов 58, которые приводятся в действие двигателем 60, исходное сырье 14, падающее под действием силы тяжести с транспортера, проходит, без доступа воздуха, в нижнюю часть камеры 52. Оттуда исходное сырье перемещается к выпускному отверстию, к каналу 42 и впускному отверстию 41 с помощью вибрационного роликового транспортера 61 известного типа. Нижняя часть ка 001294 6 меры может быть снабжена, по меньшей мере,одним газовым штуцером (не показан). С помощью этого средства при пуске устройства 10 из нижней части камеры может быть откачан или выпущен инертный газ. Она должна быть заполнена газом, получаемым в емкости 12 в процессе газификации. Герметизирующее средство, как описано выше, содержит пару контактирующих, вращающихся в противоположных направлениях роликов 58, образующих место их уплотняющего поджатия, при этом ролики имеют поджимаемые, упруго сжатые периферийные поверхности, образованные бандажами из полимерного материала. Частицы исходного сырья, которые поступают в поджимаемый уплотненный участок, проходят вниз, к месту упругого периферийного поджатия, где происходит захват и улавливание частиц исходного сырья, с одновременным прекращением пропуска какоголибо значительного количества воздуха в нижнюю часть камеры 52. Циклонный вентилятор 20 содержит на самом верху металлический диск 62, жестко закрепленный на полом валу 22. На верхней поверхности диска 62 расположены лопасти 64 вентилятора. Диск 62 и лопасти 64 расположены вблизи крышки 26 емкости 12, так чтобы лопасти вращались вблизи от впускного канала 41. У вентилятора может быть три, четыре или более лопастей 64. На валу 22 и на нижней поверхности диска жестко закреплено также множество лопаток 66,например, четыре лопатки. Каждая лопатка 66 может проходить от вала в радиальном направлении и может иметь изгиб в своей самой внешней части, криволинейный или направленный под углом вперед, т.е. в направлении вращения циклонного вентилятора. Лопатки 66 расположены с равными промежутками вокруг вала 22. Вместо расположения лопаток в радиальном направлении относительно вала 22 они могут располагаться, и это является предпочтительным, тангенциально к нему, так чтобы приходить вперед в направлении вращения циклонного вентилятора. Кроме того, при таком расположении каждая лопатка 66 в своей самой передней части имеет изгиб, криволинейный или направленный под углом вперед. В процессе использования, когда циклонный вентилятор вращается, лопатки 66 обеспечивают вихреобразное перемещение газа в емкости 12, как будет описано далее. Каждая из лопаток 66 имеет квадратную или прямоугольную верхнюю часть 66' и конусообразную, треугольную нижнюю часть 66". Металлический диск 62, лопасти вентилятора 64 и лопатки 66 могут быть выполнены из нержавеющей стали, приварены одна к другой и к валу 22. Емкость 12 установлена внутри камеры сгорания 70. Камера сгорания имеет верхнюю 7 часть 72, донную часть 74 и боковую стенку 76,выполненные из стали с толстой изолирующей футеровкой, например, из огнеупорного кирпича, огнеупорной глины или керамического волокна. Несколько газовых горелок 78 установлено с пространственными интервалами вокруг боковой стенки 76 камеры 70. В них сгорает смесь горючего газа и воздуха, и в процессе работы емкость нагревается до температуры приблизительно 900 С или выше. В процессе использования горючий газ может представлять собой часть газа, полученного при газификации исходного сырья. Однако в начале процесса газификации любой обычный горючий газ можно заменить, например, пропаном. Газовые горелки 78 предпочтительно являются такими, как описано в заявке на патент ВеликобританииGB 9812975.2, поданной заявителями настоящего изобретения, однако,можно использовать любую подходящую горелку. Продукты сгорания внутри камеры 70 выпускают в атмосферу через выпускной канал 80. Предпочтительно газообразные продукты сгорания сначала охлаждают посредством теплообмена в генераторе пара или горячей воды (не показан). Предпочтительно используется утилизируемое тепло в устройстве для газификации,например, в сушилке, используемой для удаления влаги из исходного сырья. После теплообмена продукты сгорания затем выпускают в атмосферу. Далее будет описана работа реакторного устройства 10 для газификации. При пуске из охлажденного состояния в емкость 12 вводят инертный газ, такой как азот,через впускной канал (не показан) и выпускают через канал 38. Герметизированный питатель 50 также промывают инертным газом. Пока в емкости 12 поддерживают атмосферу инертного газа, зажигают горелки 78 и поднимают в емкости температуру. Температуру в емкости 12 можно измерять известными средствами, такими как пирометр (не показан). Тем временем циклонный вентилятор вращают со скоростью 500-1000 оборотов в минуту, приводя в действие электроприводом 32. Как только в емкости 12 будет достигнута нужная температура, начинают подачу исходного сырья. Исходное сырье 14, 14', поступающее через впускной канал 41, сталкивается с быстро вращающимися лопастями 64 вентилятора и отбрасываются наружу на горячую внутреннюю поверхность емкости 12. Газификация сырья в газ с высокой теплотворной способностью начинается быстро, в пределах одной сотой доли секунды. Считается, что такое быстрое начало газификации является важным фактором для предотвращения образования диоксинов. Было установлено, что по мере подачи исходного сырья и продолжения газификации образующийся газ усиливает завихряющий эффект циклонного 8 вентилятора 20, поддерживая его вращение. В результате, можно выключить приводной электродвигатель 32. Кроме того, его затем можно использовать как генератор электрической энергии, используемой на предприятии газификации. По мере продолжения газификации подачу инертного газа можно прекратить, а высококалорийный газ можно направить к выходу из емкости 12 через канал 38 для дальнейшей обработки, накопления и использования. В процессе газификации полученный газ может оказаться засоренным твердыми частицами. Однако, как отмечено выше, лопатки 66 вызывают вихревое движение газа, или циклонический эффект. Как результат, частицы вещества отбрасываются наружу относительно внутренней поверхности емкости 12. Если это вещество газифицировано неполностью, то его разложение и газификация будет продолжена вблизи внутренней поверхности емкости 12, и в конечном счете оно превращается в золу. Циклонический эффект успешно очищает газ от засорения твердыми частицами. Полученный газ тотчас же поступает в полый вал 22 через нижние прорези 22' в нем. Он поднимается внутри вала 22 и попадает в верхнюю часть канала 24 через прорези 22". Основная часть газа выходит из канала 24 по каналу 38, но определенная часть газа поступает из канала 24 назад в емкость 12, в которую он всасывается под действием центробежной силы, создаваемой лопастями 64, причем всасываемый газ обеспечивает подачу поступающего исходного сырья к внутренней нагретой поверхности емкости 12. Газ, поступающий в канал 38, проходит в струйный холодильник или скруббер, где он очень быстро охлаждается, проходя через распыляемую охлаждающую воду или масло. После охлаждения в таком холодильнике или скруббере газ становится практически чистым,таким образом, можно гарантировать, что удалось успешно предотвратить превращение его компонентов в такие загрязняющие вещества,как диоксины. Полученный газ полностью сгорает, и продукты его сгорания могут вызвать минимальные проблемы, связанные с окружающей средой, при его выпуске в атмосферу. Небольшую часть полученного газа можно использовать для подачи в горелки 78. Основную часть полученного газа превращают в тепловую или электрическую энергию. В не ограничивающем примере устройство 10 может иметь циклонный вентилятор 20 диаметром 3,6 м, а емкость 12 может потреблять приблизительно 1,5 т сухих городских твердых отходов в час. В таком устройстве производство газа может начаться приблизительно через час после его пуска из охлажденного состояния. В критической ситуации производство газа можно остановить в течение приблизительно 25 с по 9 средством прекращения подачи исходного сырья. Коэффициент полезного действия конверсии в газ исходного сырья 14, 14' составляет порядка 90-95%. Полученное за час количество газа может дать приблизительно от 2,5 до 14 МВт, в зависимости от качества исходного сырья 14, 14'. Если этот газ потребляет турбинный генератор для получения электрической энергии, то максимальный коэффициент полезного действия составляет 42% или около этого значения. На практике, в зависимости от качества исходного сырья, из 1,0 тонны сухого исходного сырья можно получить от 0,7 до 4,5 МВт электроэнергии. Если газ, получаемый из устройства 10,частично использовать для нагрева (например,нагрева помещений) и частично для генерирования электрической энергии, то выход электроэнергии может составить 30%, а выход тепловой энергии 50%. Ожидаемые энергетические потери составляют 20%. В следующей далее таблице приведены данные химического анализа газа, полученного в газогенераторе, показанном на фиг. 1, показывающие отсутствие содержащих хлор загрязняющих веществ. Всего содержащих хлор соеди- Не определено нений(за исключением фреонов) Составляющие Дихлорметан 1 1,1,1-Трихлорэтан 1 Трихлорэтилен 1 Тетрахлорэтилен 1 1,1-Дихлорэтан 1 Цис-1,2-дихлорэтилен 1 Винилхлорид 1 1,1-Дихлорэтилен 1 Транс-1,2-дихлорэтилен 1 Хлороформ 1 1,2-Дихлорэтан 1 1,1,2-Трихлорэтан 1 Хлорбензол 1 Хлорэтан 1 Всего содержащих фтор соеди- Не определено нений Всего oргано-сернистых соеди- Не определено нений В отличие от этого, природный газ загрязнен значительно сильнее, как показано в следующей таблице. Анализ выполнен для трех различных проб газа из месторождения в Дистингтоне, Камберленд, Англия. Проба Проба Проба Соединения 1 2 3 Всего содержащих хлор 2715 2772 2571 соединений 10 Составляющие Дихлорметан 1,1,1-Трихлорэтан Трихлорэтилен Тетрахлорэтилен 1,1-Дихлорэтан Цис-1,2-дихлорэтилен Винилхлорид 1,1-Дихлорэтилен Транс-1,2-дихлорэтилен Хлороформ 1,2-Дихлорэтан 1,1,2-Трихлорэтан Хлорбензол Дихлорбензол Хлорэтан Всего содержащих фтор соединений Всего органо-сернистых соединений Всего содержащих хлор соединений по Сl Всего содержащих фтор соединений по F В приведенных выше результатах четырех анализов концентрация приведена в мг/м 3, a"ND" означает - "не определено". Газ, полученный при использовании устройства 10 по настоящему изобретению содержит в качестве своих основных компонентов различные углеводороды, водород, окись углерода и двуокись углерода. В следующей далее таблице приведены главные компоненты и теплотворная способность для двух проб газа, полученного при использовании настоящего устройства. Состав Проба 1 Проба 2 Метан (%) 23,9 54,2 Двуокись углерода (%) 12,9 2,9 Азот (%) 1,5 2,0 Кислород (%) 0,1 0,3 Водород (%) 16,7 17,7 Этилен (%) 8,8 11,7 Этан (%) 1,5 3,1 Пропан (%) 1,8 2,6 Ацетилен (%) 0,34 0,10 Окись углерода (%) 32,6 5,4 Теплотворная способность (МДж/м 3) при 15 С и 101,325 кПа Брутто 23,1 34,8 Нетто 21,3 31,6 Проба 1 представляла собой газ, полученный газификацией муниципальных твердых отходов. Проба 2 представляла собой газ, полученный газификацией смеси масел, 50% из которых были машинными смазочными веществами. Учитывая, что исходное сырье состояло из "бросовых" отходов, которые вызывают 11 большие проблемы с их уничтожением, полученный чистый газ с высокой теплотворной способностью является очень выгодным. Теплотворную способность определяют по составу газа, и она хорошо соответствует теплотворной способности природного газа, которая составляет приблизительно 38 МДж/м 3. Как показано на фиг. 2-7, второй вариант настоящего изобретения представляет собой реакторное устройство 100 для газификации,содержащее емкость 112 для газификации, например, выполненное из нержавеющей стали. Как и в первом варианте, исходное сырье 14, 14' превращают посредством пиролиза в газ с высокой теплотворной способностью и золу в неокислительной атмосфере внутри емкости 112. Емкость 112 имеет цилиндрическую боковую стенку 112', верхнюю стенку 112" с обращенным кверху куполом и донную стенку 112'" с обращенным кверху куполом, причем нижние кромки боковой стенки 112' и донной стенки 112"', соединяясь, образуют кольцеобразный желоб 116. В желобе 116 скапливается зола,получаемая при газификации сырья 14, 14', которую удаляют из емкости 112 через патрубок 117 при срабатывании золотникового затвора 118."Углеродную золу" можно распределять одним из двух способов после удаления из-под золотникового затвора 118 посредством шнека(не показан), который полностью герметизирован. В первом случае золу удаляют в камеру активации, а затем, после активации ее удаляют с помощью другого шнека и двух воздушных запорных клапанов, препятствующих выходу газа и проникновению воздуха. В другом случае золу нагревают до значительно более высокой температуры и подвергают взаимодействию с высокотемпературным паром, который полностью реагирует с углеродом, с образованием дополнительного потока водорода и двуокиси углерода. Затем оставшуюся инертную золу выгружают таким же образом, как и активированную углеродную золу. Верхний и нижний полые каналы 119 и 121 приварены к верхней и донной стенкам 112", 112, соосно один с другим и с емкостью 112 для газификации. Исходное сырье 14 и 14" подают в емкость 112 через канал 142, установленный на верхней стенке 112" емкости 112 так,что он выступает из емкости 112, но примыкает к ее вертикальной оси. Емкость 112 для газификации имеет узел 120 циклонного вентилятора, смонтированный на полом валу 122, удерживаемым при вращении вокруг своей оси внутри каналов 119 и 121. Как показано на фиг. 3, 4 и 1, верхний конец вала 122 приварен к его наружному кольцу 200,к которому болтами 204 прикреплен верхний установочный вал 202 с фланцем 203. Между 12 кольцом 200 и фланцем 203 для термоизоляции расположен диск 206 керамического изолятора. Как показано на фиг. 3, 5 и 6 нижний конец вала 122 приварен к его наружному кольцу 208, к которому болтами 212 прикреплен нижний установочный вал 210 с фланцем 211, при этом диск 214 керамического изолятора расположен между кольцом 208 и фланцем 211 вала 210, также для термоизоляции. Верхний и нижний каналы 119 и 121 закрыты крышками 216 и 218 с соответствующими кольцеобразными изолирующими прокладками 219, 219' из керамики между ними для термоизоляции. На верхнем и нижнем каналах смонтированы герметичные узлы 220 и 222 роликовых подшипников. На воспринимающей осевое давление опоре 223 подшипника для опоры узла 120 размещена прокладка. Они также опираются на установочные валы 202 и 210 при вращении, тогда как узел 220 обеспечивает продольное расширение и сжатие при термическом циклировании устройства 100 для газификации, как показано пунктирными линиями 223 на фиг. 7. Опорой циклонного вентилятора 120 служат герметичные узлы роликовых подшипников с уплотнением, непроницаемым для воздуха и газа. Они предпочтительно охлаждаются жидким хладагентом. Нижний установочный вал 210 присоединен к приводному электродвигателю 212,имеющему в данном варианте мощность 5,5 кВт, для вращения циклонного вентилятора 120. В стенке полого вала 120 просверлен ряд из пяти сквозных отверстий 124, расположенных вертикально в одну линию, причем ряд из отверстий 124 расположен так, что он находится в нижнем положении вала 122 внутри емкости 112. Вал 120 также имеет ряд из пяти сквозных отверстий 126, причем ряд отверстий 126 расположен внутри верхней части канала 119. Канал 128, установленный сбоку в верхнем канале 119, используют для удаления газов из емкости 112, которые проходят внутри вала 122 через отверстия 124 и выходят внутрь канала 119 изнутри вала 122 через отверстия 128. Верхняя часть канала 119 по существу герметично отделена от емкости 112 кольцеобразным газовым ограничителем 129. Исходное сырье 14, 14' подают без доступа воздуха в емкость 112 посредством питателя (не показан), как описано для варианта со ссылкой на фиг. 1. Как показано на фиг. 2 и 3, циклонный вентилятор 120 содержит закрытую коническую муфту 162, установленную на валу 122 в верхней части емкости 112, на наклонной поверхности которой установлены с равными промежутками четыре (в данном случае) вертикальные пластины 163 (показаны две), расположенные радиально вблизи от вала 122 до основания конической муфты 162. 13 Вертикально книзу от края конической муфты 162 размещены в данном варианте двадцать четыре плоские лопатки 164 вентилятора,которые установлены под небольшим углом относительно радиального направления с тем,чтобы они были расположены радиально наружу относительно направления движения циклонного вентилятора 120. Лопатки 164 вентилятора могут быть также слегка изогнуты в радиальном направлении,относительно их ширины по горизонтали. Лопатки 164 вентилятора в их вертикальной ориентации относительно конической муфты 162 поддерживает пара расположенных с промежутком по вертикали крестовин 136, каждая из которых закреплена горизонтально между валом 122 и каждой из лопаток 164 вентилятора. Труба 165 амортизатора в виде усеченного конуса приварена к углам емкости 112 на стыке верхней куполообразной части 112" и боковой стенки 112' емкости 112 вблизи от самого края верхней части пластин 163. Емкость 112 установлена внутри камеры сгорания 170 и снабжена газовыми горелками(не показаны), выполненными из таких же материалов, что и камера сгорания 170 в варианте,показанном на фиг. 1, но имеет форму, повторяющую контуры емкости 112. Продукты сгорания, образующиеся внутри камеры 70, выходят в атмосферу по выпускному каналу (не показан). Предпочтительно сначала охлаждают газообразные продукты сгорания посредством теплообмена в парогенераторе или генераторе горячей воды (не показаны). Утилизированное тепло желательно использовать на предприятии газификации, например, в сушилке, используемой для удаления влаги из исходного сырья. После окончания теплообмена продукты сгорания выходят в атмосферу. Работа реакторного устройства 100 для газификации является такой же, как описана выше со ссылкой на устройство, показанное на фиг. 1. При пуске из охлажденного состояния в емкость 112 вводят инертный газ, такой как азот, через впускной канал (не показан). Одновременно с поддержанием в емкости 112 атмосферы инертного газа в ней поднимают температуру, и работает циклонный вентилятор 20 со скоростью 500-1000 оборотов в минуту,приводимый в действие электродвигателем 212. Как только в емкости 112 достигается необходимая температура, начинают подачу исходного сырья. Исходное сырье 14, 14', поступающее через впускное отверстие 142, сталкивается с быстро вращающимися пластинами 163 вентилятора и отбрасывается наружу на горячую внутреннюю поверхность емкости 112,причем пластина 165 амортизатора защищает емкость 112 от столкновения с ней в начальной точке. Газификация сырья в газ с высокой теплотворной способностью начинается быстро, 001294 14 как в предыдущем варианте. По мере подачи исходного сырья и продолжения газификации образующийся газ усиливает завихряющий эффект циклонного вентилятора 120, поддерживая его вращение, и в этом случае также можно выключить приводной электродвигатель 212, а затем его можно использовать как генератор электрической энергии, используемой на предприятии газификации. По мере продолжения газификации подачу инертного газа можно прекратить, а высококалорийный газ можно направить к выходу из емкости 112 через канал 128 для дальнейшей обработки, накопления и использования. Лопатки 164 создают и поддерживают в газе вихревое движение, или циклонический эффект, в объемы емкости 112, в результате чего частицы вещества отбрасываются наружу относительно внутренней поверхности емкости 112. Если газификация этого вещества прошла неполностью, то его разложение и газификация будет продолжена вблизи внутренней поверхности емкости 112, и в конечном счете вещество превращается в золу. Циклонический эффект очищает газ от засорения твердыми частицами. По мере получения газ тотчас же поступает в полый вал 22 в центре емкости, в отличие от частиц, которые отбрасываются к боковым стенкам 112' емкости через нижние отверстия 124 в нем. Он поднимаются внутри вала 22 и проходит в верхнюю часть канала 119 через отверстия 126. Основная часть газа выходит из канала 119 по каналу 128, но определенная его часть поступает из канала 119 назад, в емкость 112, куда он всасывается под действием центробежной силы, создаваемой пластинами 163, причем всасываемый газ способствует подаче поступающего исходного сырья к внутренней нагретой поверхности емкости 112. Газ, поступающий в канал 128, проходит в струйный холодильник или скруббер, где он очень быстро охлаждается, проходя через распыляемые охлаждающие воду или масло. После охлаждения в таком холодильнике или скруббере газ становится практически чистым, и можно гарантировать, что удалось успешно избежать превращения его компонентов в такие загрязняющие вещества, как диоксины. Полученный газ полностью сгорает, и продукты его сгорания могут вызвать минимум проблем при его выпуске в атмосферу. Небольшую часть полученного газа можно использовать для подачи в горелки (не показаны). Основную часть полученного газа прекращают в тепловую или электрическую энергию. Предположительно, на типичном муниципальном объекте для уничтожения отходов может быть, по меньшей мере, девять устройств 10 или 110, работающих параллельно. По расчетам энергетическая мощность должна составить 15 порядка 30 МВт электроэнергии и 50-60 МВт тепловой энергии. Газ, полученный из городских твердых отходов, имеет необходимое низкое содержание неокисленных соединений, не содержащих галогенов. Типовой хроматографический анализ показывает, что количество таких соединений является незначительным. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Реакторное устройство (10) для газификации, содержащее камеру сгорания (70), в которой установлена емкость (12) для газификации, имеющая впускной канал (41) для исходного сырья (14, 14'), подлежащего газификации, и выпускной канал (24, 38) для выпуска полученного газа, причем впускной канал (41) содержит воздухонепроницаемое и герметичное средство(50) для предотвращения попадания воздуха в емкость (12) вместе с исходным сырьем, а в верхней части (12') емкости (12) размещен объединенный узел (20) роторного вентилятора и циклона, при этом при использовании этого узла поступающее сырье (14, 14')(а) подвергается диспергированию в контакте с нагретыми внутренними стенками емкости (12), и(b) возникает циклоническое вихревое движение полученного газа для очистки газа от твердых частиц перед выходом из выпускного канала (24, 38). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что камера сгорания (70) представляет собой печь с газовым обогревом. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что канал (41) предусмотрен в верхней крышке (26) емкости (12), а узел (20) вентилятора и циклона расположен ниже верхней крышки (26) и в непосредственной близости к ней. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем,что узел (20) вентилятора и циклона содержит дисковидный элемент (62), расположенный на расстоянии от верхней крышки (26) и имеющий на своей верхней поверхности лопасти (64) вентилятора для диспергирования поступающего исходного сырья (14, 14') относительно нагретой внутренней стенки в верхней части емкости,при этом дисковидный элемент жестко прикреплен к центральному осевому валу (22). 5. Устройство по п.4, отличающееся тем,что узел (20) вентилятора и циклона дополнительно содержит множество циклонных лопаток(66), жестко прикрепленных к нижней стороне дисковидного элемента (62) и к валу. 6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что узел (20) вентилятора и циклона содержит коническую муфту, установленную на вращаемом валу (122) и имеющую множество установленных в основном вертикально в радиальном направлении пластин(163), расположенных на расстоянии от верхней поверхности конической муфты (162), и множество лопаток (164), расположенных под конической муфтой (162) так, чтобы они находились вблизи боковой стенки (112') емкости (112). 7. Устройство по п.6, включающее одну или несколько крестовин (136), соединяющих лопатки (164) с валом (122). 8. Устройство по п.6 или 7, включающее кольцеобразную амортизирующую пластину(165), прикрепленную к емкости и обращенную к наружным сторонам пластин (163). 9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что емкость (112) имеет обращенную кверху куполообразную стенку (112),которая соединена с боковой стенкой (112') емкости (112) для образования кольцеобразного желоба (116). 10. Устройство по пп.5 или 6, отличающееся тем, что каждая лопатка (66) в своей передней части имеет изгиб в радиальном направлении, криволинейный или направленный под углом вперед в направлении вращения узла (20). 11. Устройство по любому из пп.5, 6, 10,отличающееся тем, что каждая лопатка (66) расположена тангенциально к валу вперед в направлении вращения узла (20). 12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что емкость имеет центральный вертикально расположенный канал (24),заглушенный в верхнем конце газонепроницаемым подшипником (30), а узел (20) вентилятора и циклона установлен на валу (22, 122) и проходит кверху вдоль канала (24). 13. Устройство по п.12, отличающееся тем,что вал (22) имеет на его нижнем конце вкладыш (34), который установлен с зазором относительно центрального валика, расположенного в осевом направлении в емкости (12). 14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что вал (32) является полым и имеет прорези (22', 22") вблизи его нижнего и верхнего концов, причем полый вал (32) служит каналом для прохода полученного газа, освобожденного от частиц, к выпускному каналу (24, 38). 15. Устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что выпускной канал (24, 38) выполнен для обеспечения рециркуляции части полученного газа в емкость (12) в процессе его прохода к выпуску. 16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что емкость (12) имеет воздухонепроницаемый коллектор (16) в его нижней части для обеспечения выгрузки золы без доступа воздуха в емкость. 17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что воздухонепроницаемое и герметичное средство представляет собой герметизированный питатель (50) для подачи исходного сырья в впускной канал (41). 18. Устройство по п.17, отличающееся тем,что питатель содержит камеру (52), имеющую 17 впускное отверстие (54), герметизирующее средство (56), содержащее ролики (58) с поджатой периферийной поверхностью, ограничивающей место герметизирующего поджатия,которое пропускает твердые частицы исходного сырья, но не пропускает воздух, и транспортер(60) для продвижения исходного сырья (14) в выпускной канал (41). 19. Устройство по любому из пп.16 или 17,отличающееся тем, что питатель (50) дополнительно содержит канал (44) для подачи жидкого исходного сырья (14') во впускной канал (41). 20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что выпускной канал (38) присоединен к скрубберу, холодильнику с масляной или водяной завесой. 21. Способ газификации твердых и/или жидких органических веществ для получения газообразного продукта с высокой теплотворной способностью, включающий этапы нагрева емкости (12) для газификации до повышенной температуры без присутствия воздуха, подачи исходного сырья (14, 14') без воздуха в верхнюю 18 часть емкости (12) и диспергирования исходного сырья с введением его в промежуточный контакт с нагретой внутренней поверхностью верхней части емкости для разложения на газ и золу,воздействия циклонического движения на газообразный продукт внутри емкости (12) и подачи по существу освобожденного от частиц газа к выпускному каналу (24, 38) через всю емкость вдоль ее центральной оси. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что процесс газификации исходного сырья (14, 14') начинают в пределах приблизительно 1/100 секунды после его введения в емкость (12). 23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем, что емкость (12) нагревают до температуры 900 С или выше. 24. Газообразный продукт, отличающийся тем, что его получают способом по любому из пп.21-23, при этом его полная теплотворная способность составляет, по меньшей мере, 23,1 МДж/м 3, предпочтительно от 23,1 до 34,8 МДж/м 3.

МПК / Метки

МПК: C10B 47/22, C10J 3/10

Метки: устройство, реакторное, газификации

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-1294-reaktornoe-ustrojjstvo-dlya-gazifikacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Реакторное устройство для газификации</a>

Похожие патенты