BG66772B1

BG66772B1 - Device for thermochemical conversion of biomass into energy gases

Info

Publication number: BG66772B1
Application number: BG111206A
Authority: BG
Inventors: Васко Велков; Христов Велков Васко
Original assignee: Христов Велков Васко
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2018-11-15
Also published as: BG111206A

Abstract

The invention relates to a device for thermochemical conversion of heterogeneous biomass into low-tar content energy gases, which after further cooling and purification can be used as energy for propulsion of engine groups, installations and gas turbines. The device comprises a housing body and cores formed therein, including a pyrolysis, oxidation and reduction zone, wherein a nozzle for supplying an oxidizer is provided in the oxidation zone. A separation shield (4) is mounted in the cylindrical part of the housing body (1), in which a pyrolysis zone (6), a first oxidation zone (7), a reduction zone (8) and a second oxidation zone (9) are formed, and external to the housing body (1) there is a casing (10), which completely encloses the housing body (1) and is divided into a lower and an upper parts by means of a barrier (11) located in the area of a grate bar (3) at the lower part of the casing (10). Along the periphery of the housing body (1), are mounted nozzles (12, 13) in the two oxidation zones (7, 9) to supply the oxidizer. A pipeline (15) is mounted centrally in the housing body (1), with a chamber (16) fixed at its lower end, the lower part of which has a perforated surface (17). Inside the chamber (16) is mounted a vibrating body (18), at the height of which are inclined shielded elements (19), and on the inner wall of the chamber (16) are mounted reflective elements (20), oriented opposite to the shielding elements (19).

Description

(54) УСТРОЙСТВО ЗА ТЕРМОХИМИЧНО ПРЕОБРАЗУВАНЕ НА БИОМАСА В ЕНЕРГИЙНИ ГАЗОВЕ(54) DEVICE FOR THERMOCHEMICAL CONVERSION OF BIOMASS TO ENERGY GASES

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до устройство за термохимично преобразуване на разнородна биомаса в енергийни газове с ниско съдържание на катран, които след допълнително охлаждане и очистване могат да се използват като енергия за задвижване на двигателни групи, съоръжения, газови турбини.The invention relates to a device for thermochemical conversion of heterogeneous biomass into energy gases with low tar content, which after additional cooling and purification can be used as energy to drive engine groups, equipment, gas turbines.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известни са различни методи и устройства за производство на газ от биомаса чрез термохимично преобразуване на биомаса в газ, където като входяща суровина се използва прясна, суха, богата на газ биомаса - дървен чиле, получена от масивен дървен материал, който се подлага на предварителна подготовка, включваща надробяване на изходната суровина до дървен чиле с едрина 30-70 mm, сепариране по отношение на неорганични примеси, сушене, след което биомасата се подава на термохимично преобразуване, до получаване на газове.Various methods and devices for the production of biomass gas by thermochemical conversion of biomass to gas are known, where fresh, dry, gas-rich biomass is used as input raw material - wood chips obtained from solid wood, which is subjected to preliminary preparation , comprising crushing the raw material to a wooden skewer with a size of 30-70 mm, separation with respect to inorganic impurities, drying, after which the biomass is fed to thermochemical conversion, to obtain gases.

Като основен принцип на работа на всички известни газификатори се прилага принципа на постоянния поток, в който той има ролята на неподвижен катализатор, в който се подава суха биомаса и горивен въздух за окисляване. При този процес дървената маса - чиле се разпада термично на различни съставни елементи, при което в неподвижния катализатор се образуват зони с различна температура.The basic principle of operation of all known gasifiers is the principle of constant flow, in which it acts as a stationary catalyst in which dry biomass and fuel air for oxidation are fed. In this process, the wood mass - chile decomposes thermally into different components, whereby zones with different temperatures are formed in the fixed catalyst.

Известни са метод и устройство за газифициране на твърдо гориво до получаване на газ DE 102 58 640 А, при които горивен въздух се впръсква директно в средата на реактор с неподвижен катализатор и потокът се разделя на две, като засмуканият отгоре поток се окислява допълнително в специална камера за окисляване, след което се смесва с втория поток. Така получената смес се обработва в реактор с кипящ слой. Известният метод е сложен от технологична гледна точка, като осъществяването му изисква реактор с неподвижен катализатор, отделна камера за оксидиране, както и реактор с кипящ слой.There is a method and device for gasification of solid fuel to obtain gas DE 102 58 640 A, in which fuel air is injected directly into the middle of a reactor with a fixed catalyst and the flow is divided into two, the suction flow is further oxidized in a special oxidation chamber, then mixed with the second stream. The mixture thus obtained is treated in a fluidized bed reactor. The known method is complicated from a technological point of view, and its implementation requires a reactor with a fixed catalyst, a separate oxidation chamber, as well as a fluidized bed reactor.

Описаният метод се осъществява с помощта на устройство за газификация на твърдо гориво, чиято конструкция е проектирана така, че потокът от биомаса се разделя на горен и долен поток, като посредством дросели се регулира съотношението на обемните потоци. Горният поток се подава в камера за окисляване, където при 1100°С-1300°С се подава горивен въздух с цел да се осъществи разпадането на нежеланите дълги въглеводородни вериги. Вторият, необработен поток се смесва с първия от окислителна камера. По такъв начин първият газов поток, обработен и обогатен с водна пара се смесва с втория газов поток и заедно се подават в камерата за редукция.The described method is carried out with the help of a device for gasification of solid fuel, the construction of which is designed so that the flow of biomass is divided into upper and lower flow, by means of throttles the volume flow ratio is regulated. The upper stream is fed to an oxidation chamber, where at 1100 ° C-1300 ° C combustible air is supplied in order to decompose the unwanted long hydrocarbon chains. The second, crude stream is mixed with the first from an oxidation chamber. In this way, the first gas stream, treated and enriched with water vapor, is mixed with the second gas stream and fed together into the reduction chamber.

Характерен признак на устройството са вътрешно разположените вертикално ориентирани канали, оформени в неподвижния катализатор, където се предизвиква вътрешна циркулация на газовете чрез засмукване на образуваните при газификацията серни и пиролизни газове, които смесени с горивния въздух се подават под налягане в зоната за окисление. В долната част на устройството, под дюзата е разположена ванна скара, където се образува жар, която играе ролята на зона за редукция с цел получаването на дървесен газ с почти нулево съдържание на катран.A characteristic feature of the device are the internally located vertically oriented channels formed in the fixed catalyst, where internal gas circulation is caused by suction of the sulfur and pyrolysis gases formed during gasification, which mixed with the combustion air are supplied under pressure to the oxidation zone. In the lower part of the device, under the nozzle, there is a bath grill, where embers are formed, which acts as a reduction zone in order to obtain wood gas with almost zero tar content.

Описаният метод, базиран на вътрешна циркулация и интензивно впръскване на първичните газове в зоната за окисляване, като се използва енергията на потока за поемане, смесване и впръскване, както и постоянно образуващата се жар във ваната, която играе ролята на зона за редукция, изпълнява изискванията за идеалните съотношения на катализиращия и термичен процес на газообразуването, с което се получава дървесен газ с почти нулево съдържание на катран.The described method, based on internal circulation and intensive injection of primary gases into the oxidation zone, using the energy of the flow for absorption, mixing and injection, as well as the constantly forming heat in the bath, which acts as a reduction zone, meets the requirements for the ideal ratios of the catalytic and thermal process of gas formation, which produces wood gas with almost zero tar content.

Подходящо е да се отбележи, че тези зони не са разделени категорично една от друга, а има плавен преход между тях, например: зона на сушене с температура до 200°С, пиролизна зона, в която температурата е в диапазона 200°С-700°С, зона на окисление/горене - температура до 1300°С и зона на редукцията - от 500°С-600°С. За целите на ефективно провеждане на ендотермичните процеси е необходимо наличие на енергия за зоните сушене, пиролиза и редукция, като за целта се използва гориво - биомаса в зоната на окисляване, при което се получават горими съставни части на газа CO, Н2 и негоримиIt is appropriate to note that these zones are not categorically separated from each other, but there is a smooth transition between them, for example: a drying zone with a temperature of up to 200 ° C, a pyrolysis zone in which the temperature is in the range of 200 ° C-700 ° С, oxidation / combustion zone - temperature up to 1300 ° С and reduction zone - from 500 ° С-600 ° С. For the purposes of efficient endothermic processes it is necessary to have energy for the drying, pyrolysis and reduction zones, and for this purpose fuel is used - biomass in the oxidation zone, which produces combustible components of gas CO, H2 and non-combustible

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 междинни продукти (СО2, Н2О). При горенето на дървения чиле, придружено от окислителни процеси се отделя енергия под формата на топлина, която разпада на съставни части, обезгазява и частично изсушава намиращия се отгоре дървен чипс. В зоната на окисляване се образуват дървени въглени, които формират редукционната зона, където част от продуктите на горене (СО2, Н2О) се редуцират до горима газова смес (CO, Н2, СН4). Получената горима смес от газове в зоната за редукция се отделя/ засмуква вертикално, за да бъде дообработена, при което се отделят съдържащите се прахови частици.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 intermediate products (СО2, Н2О). The burning of the wooden skein, accompanied by oxidative processes, releases energy in the form of heat, which decomposes into components, degasses and partially dries the wood chips on top. Charcoal is formed in the oxidation zone, which forms the reduction zone, where part of the combustion products (CO2, H2O) are reduced to a combustible gas mixture (CO, H2, CH4). The resulting combustible mixture of gases in the reduction zone is separated / sucked vertically to be finished, whereby the contained dust particles are separated.

Недостатъците на известните методи за газифициране е невъзможността за контролиране на отделните процеси в хода на газификацията, като поради непълното газифициране се образува катран и въглеводородни съединения. Това включва и проблемите по събиране на изкачилите се в горната част на камерното пространство пиролизни газове, както и незадоволителната обработка на газовете.The disadvantages of the known methods for gasification is the impossibility to control the individual processes in the course of gasification, as due to incomplete gasification tar and hydrocarbon compounds are formed. This includes the problems of collecting the pyrolysis gases that have risen in the upper part of the chamber space, as well as the unsatisfactory processing of the gases.

Друг съществен недостатък на известните методи и устройства е обстоятелството, че се използва нацепен дървен материал - чипс с различна големина и влажност, което е причина в пиролизните газове да има значителен дял на неизгорели въглеводородни съединения. Друг недостатък на известните устройства е свързан с това, зоната за редукция е несъразмерна със зоната за окисление, което се отразява върху правилното и пълноценно провеждане на редукция на газовете, резултиращо в необходимостта от използване на допълнителни съоръжения за дообработване на получените газове.Another significant disadvantage of the known methods and devices is the fact that chopped wood is used - chips of different size and humidity, which is the reason for the pyrolysis gases to have a significant proportion of unburned hydrocarbon compounds. Another disadvantage of the known devices is related to the fact that the reduction zone is disproportionate to the oxidation zone, which affects the correct and complete conduct of gas reduction, resulting in the need to use additional equipment for finishing the resulting gases.

Известни са други, многостъпкови технологични схеми за газификация, при които целта е да се създадат условия за разделяне на газовите потоци, както и възможности за тяхното контролиране, така че да се получи сравнително чист краен продукт. Регулирането на газовите потоци изисква сложни технологични мерки, както и необходимост от допълнителна енергия за постигане на високи температури от 1300°С, при които се осъществява термичното разпадане на биомасата.Other, multi-stage technological schemes for gasification are known, in which the aim is to create conditions for the separation of gas flows, as well as opportunities for their control, so as to obtain a relatively clean end product. The regulation of gas flows requires complex technological measures, as well as the need for additional energy to achieve high temperatures of 1300 ° C, at which the thermal decomposition of biomass takes place.

Изграденият като кипящ слой редукционен реактор спомага за образуването на горимите Н2 и CO при навлизането на богатия на кокс газов поток в реактора.The fluidized bed reduction reactor promotes the formation of combustible H2 and CO as the coke-rich gas stream enters the reactor.

Описаната многостъпкова технология за разделяне на потока от газове с цел разрушаване на въглеводородните вериги и последваща редукция се отличава със значителна сложност на технологията и оборудването, като може да се използва за предпочитане при газификатори с кипящ слой.The described multi-stage technology for separating the flow of gases in order to break the hydrocarbon chains and subsequent reduction is characterized by a significant complexity of technology and equipment, and can be used preferably in fluidized bed gasifiers.

Известен е метод за намаляване на количеството на съдържащ се в газовете катран, описан в патентна публикация ЕР 0 693 545 А1, при който в долната част на реактора, по-специално в конусовидната му част е оформен пръстеновиден канал, в който газът се изгаря втори път, след което се извежда през дюзи при температура 1000°С и по този начин се създават условия да изгори катрана. Устройството съдържа допълнителен елемент, предназначен за пренасочване и отклоняване на газа, с помощта на който той може да бъде непосредствено изведен или смесен.A method is known for reducing the amount of tar contained in the gases, described in patent publication EP 0 693 545 A1, in which an annular channel is formed in the lower part of the reactor, in particular in its conical part, in which the gas is burned a second time. road, then exported through nozzles at a temperature of 1000 ° C and thus create conditions to burn tar. The device contains an additional element designed to redirect and deflect the gas, by means of which it can be directly removed or mixed.

Описаните известни методи и устройства показват някои възможни решения на проблема за намаляване на катрана в газовете, но те не могат да бъдат сравнени с настоящата технология за неподвижен катализатор с вътрешна циркулация. Тази технология решава проблема чрез засмукване на образуващите се пиролизни газове, богати на катран, в горната част на пространството. Това се прави чрез вътрешно разположените вертикални канали по стените на реактора, с помощта на ефекта на дифузор-инжектор. След това отделените пиролизни газове се смесват с горивен въздух и се подават в зоната за оксидиране през 8 разположени дюзи. Газовете се завихрят и катранът изгаря напълно. Споменатите дюзи чрез всмукване, смесване и впръскване на газовете, създават постоянна вътрешна циркулация, което води до равномерно температурно разпределение в реактора, както и спомага за пълното протичане на термохимичните реакции, както и осигуряват достатъчно време на газовете, за да се осъществи процеса на редукция.The described known methods and devices show some possible solutions to the problem of reducing tar in gases, but they cannot be compared with the current technology for stationary catalyst with internal circulation. This technology solves the problem by sucking the resulting pyrolysis gases, rich in tar, into the upper part of the space. This is done through the internally arranged vertical channels on the walls of the reactor, using the diffuser-injector effect. The separated pyrolysis gases are then mixed with combustion air and fed to the oxidation zone through 8 located nozzles. The gases swirl and the tar burns completely. Said nozzles by suction, mixing and injection of gases, create a constant internal circulation, which leads to uniform temperature distribution in the reactor, as well as helps the full course of thermochemical reactions, and provide sufficient time for the gases to carry out the reduction process .

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Като се има предвид изложеното известно ниво на техниката в разглежданата област, задача на изобретението е да се предложи устройство за производство на енергийни газове чрез термохимично преобразуване на биомаса, което да позволява използване на разнородна биомаса, с различен по характер растителен произход - горски и/или селскостопански, което да се отличава с висока степен на използване на енергийната ефективност на биомасата при ниски енергийни разходи и екологичност наGiven the stated prior art in the field, the object of the invention is to provide a device for the production of energy gases by thermochemical conversion of biomass, which allows the use of heterogeneous biomass, of different plant origin - forest and / or or agricultural, which is characterized by a high degree of use of energy efficiency of biomass at low energy costs and environmental friendliness of

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 технологичния процес, при което се получават газове с повишена енергийна калоричност.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 the technological process in which gases with increased energy calorific value are obtained.

Задачата се решава с устройство за производство на енергийни газове от биомаса, което включва корпусно тяло с цилиндрично-конусовидна форма и оформени във вътрешността му активни зони, включително пиролизна, окислителна и редукционна зона.The problem is solved with a device for the production of energy gases from biomass, which includes a body with a cylindrical-conical shape and formed inside its active zones, including pyrolysis, oxidation and reduction zone.

Съгласно изобретението в цилиндричната част на корпусното тяло е монтиран разделителен щит, при което в него са оформени пиролизна зона, първа окислителна зона, редукционна зона и втора окислителна зона, а външно на корпусното тяло е оформен кожух, който обхваща изцяло корпусното тяло и е разделен на долна и горна част посредством преграда, разположена в областта на скарен елемент, разположен в долната част на кожуха. По периферията на корпусното тяло, в двете окислителни зони са монтирани дюзи за подаване на окислител. Централно в корпусното тяло е монтиран тръбопровод, със закрепена в долния му край камера, долната част на която е изпълнена с перфорирана повърхност. Във вътрешността на камерата е монтирано вибрационно тяло, по височината на което са разположени наклонени екраниращи елементи, а по вътрешната стена на камерата са монтирани отражателни елементи, ориентирани срещуположно на екраниращите елементи.According to the invention, a separating shield is mounted in the cylindrical part of the hull body, in which a pyrolysis zone, a first oxidation zone, a reduction zone and a second oxidation zone are formed, and a casing is formed outside the hull body, which completely covers the hull body and is divided. on the lower and upper part by means of a barrier located in the area of the grill element located in the lower part of the casing. On the periphery of the body, in both oxidation zones are installed nozzles for feeding oxidizer. A pipeline is mounted centrally in the housing body, with a chamber attached at its lower end, the lower part of which is filled with a perforated surface. Inside the chamber is mounted a vibrating body, at the height of which are inclined shielding elements, and on the inner wall of the chamber are mounted reflective elements oriented opposite to the shielding elements.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на устройството разделителният щит е изпълнен така, че съотношението на диаметъра към височината е от 2,5 до 5.According to a preferred embodiment of the device, the partition shield is designed so that the ratio of diameter to height is from 2.5 to 5.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на изобретението пиролизната зона е определена във вътрешното пространство, оградено от разделителния щит.According to a preferred embodiment of the invention, the pyrolysis zone is defined in the inner space enclosed by the partition board.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на изобретението първата окислителна зона е определена в пространството между разделителният щит и корпусното тяло.According to a preferred embodiment of the invention, the first oxidation zone is defined in the space between the partition board and the housing.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на изобретението редукционна зона, разположена в конусовидната част на корпусното тяло.According to a preferred embodiment of the invention, a reduction zone located in the conical part of the housing body.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на изобретението втора окислителна зона, определена в пространството, разположено непосредствено над скарния елемент.According to a preferred embodiment of the invention, a second oxidation zone is defined in the space immediately above the grill element.

За препоръчване е в първа окислителна зона да бъде разположена най-малко една дюза, ориентирана тангенциално спрямо корпусното тяло,It is recommended that at least one nozzle oriented tangentially to the hull body be located in the first oxidation zone,

Подходящо е дюзите, монтирани във втората окислителна зона да са ориентирани перпендикулярно спрямо образувателната на конусната част на корпусното тяло.Suitably, the nozzles mounted in the second oxidation zone are oriented perpendicular to the conical part of the housing body.

Съгласно едно вариантно изпълнение на изобретението, в редукционната зона е монтирана дюза за подаване на водна пара /втори окислител/.According to a variant embodiment of the invention, a water vapor supply nozzle (second oxidant) is mounted in the reduction zone.

Камерата, закрепена в долната част на тръбопровода е разположена така, че 2/3 от общата й височина е поместена в пиролизната зона, а долната, перфорирана част е с форма, идентична на долната, конусна част на корпусната част и 1/3 част е разположена в редукционната зона, при което долната част на камерата е изпълнена перфорирана. Вибрационното тяло е свързано със задвижващ лост, чиито горен край е свързан с източник на вибрационни импулси.The chamber attached to the lower part of the pipeline is located so that 2/3 of its total height is placed in the pyrolysis zone, and the lower, perforated part is shaped identical to the lower, conical part of the hull part and 1/3 part is located in the reduction zone, wherein the lower part of the chamber is perforated. The vibrating body is connected to a drive lever, the upper end of which is connected to a source of vibrating pulses.

Устройството за производство на газ от разнородна биомаса съгласно изобретението осигурява ефективно провеждане на процесите по преобразуване на биомаса в газове, като в основата си тези възможности се дължат на обстоятелството, че в газификатора се подава предварително подготвена, уплътнена биомаса, с точно определени параметри на влагосъдържание, обемна плътност, гранулометрия, като по този начин се гарантира провеждането на лесно управляем и устойчив процес на газификация, при което са създадени условия за използване на устройство за газификация, което се отличава със значително намалени габаритни размери. Конструктивното устройство е изпълнено така, че трите термохимични процеса /пиролиза, окисление и редукция/ се извършват последователно, в строго индивидуализирани в конструктивно отношение зони. Термохимичното преобразуване на биомасата се характеризира с безокислително третиране на биомасата в пиролизната зона и отделяне на летливата фракция в паро-газова смес и твърда част, обогатена с въглерод /въглен/, след което в първа окислителна зона се извършва окисляване на паро-газовата смес, като топлинната енергия от тази зона се използва основно за протичане на пиролизния процес. Последното е възможно благодарение на подходящото оразмеряване на разделителния щит, в резултат на което се осигурява максимална площ за предаване на топлинната енергия към материала, намиращ се във вътрешността на разделителнияThe device for production of gas from heterogeneous biomass according to the invention provides efficient carrying out of the processes for conversion of biomass into gases, basically these possibilities are due to the fact that the gasifier feeds pre-prepared, compacted biomass with precisely defined moisture parameters. , bulk density, granulometry, thus ensuring an easily manageable and sustainable gasification process, which creates conditions for the use of a gasification device, which is characterized by significantly reduced dimensions. The structural device is designed so that the three thermochemical processes (pyrolysis, oxidation and reduction) are performed sequentially, in strictly individualized in terms of design zones. The thermochemical conversion of the biomass is characterized by non-oxidative treatment of the biomass in the pyrolysis zone and separation of the volatile fraction in a vapor-gas mixture and a solid part enriched with carbon / carbon /, then in the first oxidation zone oxidation of the vapor-gas mixture is performed. as the thermal energy from this zone is mainly used for the pyrolysis process. The latter is possible thanks to the appropriate sizing of the separation shield, as a result of which the maximum area for heat transfer to the material located inside the separation shield is provided.

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 щит и подлежащ на пиролиза. По този начин се създават условия за по-ускорено извършване на пиролизния процес, последвано от трансформиране в редукционната зона на въглерода в горими газове, а във втора окислителна зона се осигурява пълна трансформация на биомасата в енергийни газове. В устройството са създадени допълнителни условия за интензифициране на процесите /пиролиза, окисление и редукция/, благодарение на тангенциално ориентираните дюзи, създаващи вихрови потоци. Едновременно с това работата на устройството е организирана така, че част от процесите /пиролиза и редукция/ протичат при автогенно поддържане, като необходимата енергия се получава от горещите газове, отделяни от двете окислителни зони. В сравнение с известните технически решения полученият на изхода на устройството енергиен газ е със значително по-малко съдържание на катранени частици, което гарантира значително по-опростена система за последващото му очистване.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 shield and subject to pyrolysis. This creates conditions for faster acceleration of the pyrolysis process, followed by transformation in the reduction zone of carbon into combustible gases, and in the second oxidation zone provides a complete transformation of biomass into energy gases. Additional conditions are created in the device for intensification of the processes / pyrolysis, oxidation and reduction /, thanks to the tangentially oriented nozzles, creating vortex flows. At the same time, the operation of the device is organized so that part of the processes / pyrolysis and reduction / take place during autogenous maintenance, as the required energy is obtained from the hot gases released by the two oxidation zones. Compared to the known technical solutions, the energy gas obtained at the outlet of the device has a significantly lower content of tar particles, which guarantees a significantly simpler system for its subsequent purification.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

Устройството за термохимично преобразуване на биомаса в енергия, съгласно изобретението е представено с помощта на придружаващ описанието чертеж /фиг. 1/, представляващ напречен разрез на устройство на термохимично преобразуване на биомаса в енергия.The device for thermochemical conversion of biomass into energy according to the invention is presented by means of a drawing accompanying the description / fig. 1 /, representing a cross section of a device for thermochemical conversion of biomass into energy.

Примерно изпълнение на изобретениетоAn exemplary embodiment of the invention

По-нататък в описанието ще бъде представено едно примерно описание на устройството за термохимично преобразуване на биомаса в енергия съгласно изобретението, което не ограничава прилагането и използването на еквивалентни по функция конструктивни елементи, водещи до реализирането на същия, близък по параметри технически ефект.Hereinafter, an exemplary description of the device for thermochemical conversion of biomass into energy according to the invention will be presented, which does not limit the application and use of functionally equivalent structural elements, leading to the realization of the same, similar in technical effect.

Устройството се състои от корпусно тяло 1, изпълнено с подходяща геометрична форма, за предпочитане цилиндрично-конусовидна, като в горния край на корпусното тяло 1 е оформен захранващ отвор 2, а в долния му край е отворен и под него е разположен скарен елемент 3. В горната част на корпусното тяло 1, по-специално в цилиндричната му част, концентрично спрямо оста му е монтиран разделителен щит 4, горната част на който е оформена с пръстеновиден отвор 5. Разделителният щит е изпълнен така, че съотношението на диаметъра към височината е 3-3,2.The device consists of a housing body 1 made of a suitable geometric shape, preferably cylindrical-conical, with a supply opening 2 formed at the upper end of the housing body 1, and a grill element 3 is open at its lower end and below it. In the upper part of the housing body 1, in particular in its cylindrical part, concentrically with its axis is mounted a dividing shield 4, the upper part of which is formed by an annular hole 5. The dividing shield is made so that the ratio of diameter to height is 3-3.2.

Описаното оформяне и разположение на разделителния щит 4 позволява в корпусното тяло 1 да бъдат оформени пиролизна зона 6, представляваща вътрешното пространство, оградено от разделителния щит, първа окислителна зона 7, определена от пространството между разделителният щит 4 и корпусното тяло 1, редукционна зона 8, разположена в конусовидната част на корпусното тяло 1 и втора окислителна зона 9, определена в пространството, непосредствено над скарния елемент 3. Горната част на разделителния щит 4 е поместен в корпусното тяло 1 така, че пръстеновидният отвор 5 позволява свързване на пиролизната зона 6 с първа окислителна зона 7.The described design and arrangement of the partition board 4 allows a pyrolysis zone 6 to be formed in the housing body 1, representing the inner space enclosed by the partition board, a first oxidation zone 7 defined by the space between the partition board 4 and the housing body 1, reduction zone 8, located in the conical part of the housing body 1 and a second oxidation zone 9 defined in the space immediately above the grill element 3. The upper part of the separation shield 4 is placed in the housing body 1 so that the annular hole 5 allows connection of the pyrolysis zone 6 with the first oxidation zone 7.

Външно на корпусното тяло е оформен кожух 10, който обхваща изцяло корпусното тяло 1, като кожухът 10 е разделен на долна и горна част посредством преграда 11, разположена в областта на скарния елемент 3. В долната част на кожуха 10 е разположено транспортно устройство 11, за отвеждане отделените неорганични отпадъци, като транспортното средство може да е изпълнено като шпеково устройство.Externally on the housing body is formed a casing 10, which completely covers the housing body 1, the casing 10 is divided into lower and upper part by a barrier 11 located in the area of the grill element 3. In the lower part of the casing 10 is a transport device 11, to dispose of the separated inorganic waste, the vehicle may be designed as a bacon device.

По периферията на корпусното тяло 1, в двете окислителни зони 7 и 9 са монтирани дюзи за подаване на загрят въздух. За препоръчване е в първа окислителна зона да бъде разположена най-малко една дюза 12, разположена в цилиндричната част на корпусното тяло 1 и ориентирана тангенциално спрямо неговата ос, а във втората окислителна зона 9 са предвидени дюзи 13, които е за препоръчване да са ориентирани перпендикулярно спрямо образувателната на конусната част на корпусното тяло 1.On the periphery of the housing body 1, in the two oxidation zones 7 and 9, nozzles for supplying heated air are mounted. It is recommended that at least one nozzle 12 be located in the first oxidation zone, located in the cylindrical part of the housing body 1 and oriented tangentially to its axis, and in the second oxidation zone 9 nozzles 13 are provided, which are preferably oriented perpendicular to the conical part of the housing body 1.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на устройството в долния край на редукционната зона, централно е разположена дюза 14 за подаване на втори окислител - водна пара.According to a preferred embodiment of the device at the lower end of the reduction zone, a nozzle 14 is centrally arranged for supplying a second oxidant - water vapor.

Централно в корпусното тяло 1 е монтиран тръбопровод 15, в долната част на който е закрепена неподвижно камера 16, като 2/3 от общата височина на камерата 16 е разположена в пиролизната зона 6, а долната й 1/3 част е разположена в редукционната зона 8 и е изпълнена с перфорирана повърхност 17. Тази част на камерата 16 е изпълнена с конусовидна форма, като наклона на образувателната е близък или еднакъв с наклона на образувателната на долната конусна част на корпусното тяло. ВъвCentrally in the housing body 1 is mounted a pipeline 15, in the lower part of which a chamber 16 is fixed, as 2/3 of the total height of the chamber 16 is located in the pyrolysis zone 6, and its lower 1/3 part is located in the reduction zone. 8 and is provided with a perforated surface 17. This part of the chamber 16 is conical in shape, the inclination of the forming being being close to or equal to the inclination of the forming of the lower conical part of the housing body. In

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 вътрешността на камерата 16 е монтирано вибрационно тяло 18, по височината на което са закрепени наклонени екраниращи елементи 19, а по вътрешната стена на камерата 16 са монтирани отражателни елементи 20, ориентирани срещуположно на екраниращите елементи 19. Вибрационното тяло 18 е свързано със задвижващ лост 21, чиито горен край е свързан с източник на вибрационни импулси 22.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 inside the chamber 16 is mounted a vibrating body 18, at the height of which are attached inclined shielding elements 19, and on the inner wall of the chamber 16 are mounted reflecting elements 20 oriented opposite to the shielding elements 19. The vibrating body 18 is connected to a drive lever 21, the upper end of which is connected to a source of vibrating pulses 22.

Устройството работи по следния начин.The device works as follows.

Подходящо подготвена биомаса, с определени параметри на влагосъдържание, обемна плътност и гранулометрия се подава през захранващия отвор 2 на корпусното тяло 1 в пиролизната зона 6. С помощта на външен източник се подава индиректно топлинна енергия, в резултат на което се загрява разделителният щит 4 и топлината се отдава към съдържащата се в пиролизната зона 6 биомаса. В такава ситуация започва протичането на химико-термични процеси в описаните вече зони. В пиролизната зона 6, в условия с ограничен достъп на окислител се наблюдава отделяне на летливи паро-газови компоненти от биомасата, които през пръстеновидния отвор 5 постъпват в първата окислителна зонаAppropriately prepared biomass, with certain parameters of moisture content, volume density and granulometry is fed through the supply hole 2 of the housing body 1 in the pyrolysis zone 6. With the help of an external source indirect heat is supplied, which heats the shield 4 and the heat is transferred to the biomass contained in the pyrolysis zone 6. In such a situation, the course of chemical-thermal processes in the already described zones begins. In the pyrolysis zone 6, under conditions with limited access of oxidant, the release of volatile vapor-gas components from the biomass is observed, which enter the first oxidation zone through the annular hole 5.

7. Благодарение на вихрово подаване на окислител през дюзата 12 се получава интензивно изгаряне на паро-газовата смес, като получената топлина индиректно загрява през разделителния щит 4 съдържащата се в пиролизната зона 6 биомаса, а отделените при горенето газове /въглероден двуокис/ и водна пара постъпват в горната част на редукционната зона 8. Тази енергия е получена от температурата на паро-газовата смес в първата окислителна зона 7. В тази зона се извършва пълно окисление на парогазовата смес, постъпваща от пиролизната зона 6 през пръстеновидния отвор 5.7. Due to the vortex supply of oxidant through the nozzle 12, intensive combustion of the vapor-gas mixture is obtained, as the received heat indirectly heats through the separation board 4 the biomass contained in the pyrolysis zone 6, and the gases released during combustion (carbon dioxide) and water vapor. enter the upper part of the reduction zone 8. This energy is obtained from the temperature of the vapor-gas mixture in the first oxidation zone 7. In this zone is complete oxidation of the vapor-gas mixture coming from the pyrolysis zone 6 through the annular hole 5.

При описаните до момента химикотермични процеси, биомасата се придвижва в посока “отгоре надолу”, като при напускането и на пиролизната зона 6 по същество тя представлява твърд остатък с повишено съдържание на въглерод /кокс/.In the chemical-thermal processes described so far, the biomass moves in a “top-down” direction, and when leaving the pyrolysis zone 6, it is essentially a solid residue with increased carbon content / coke /.

С оглед на ефективното провеждане на редукционните процеси, през дюзите 12, 13 се подава окислител /въздух/. В редукционната зона 6 биомасата е с повишено съдържание на въглерод, като необходимата температура за поддържане на химико-термичните процеси в редукционната зона 8 се получава, от една страна, от паро-газовата смес от първата окислителна зона 7 и от друга страна - от втора окислителна зона 9, с която се поддържа необходимата температура в цялата редукционна зонаIn order to efficiently carry out the reduction processes, an oxidant / air / is fed through the nozzles 12, 13. In the reduction zone 6 the biomass has a high carbon content, and the required temperature for maintaining the chemical-thermal processes in the reduction zone 8 is obtained, on the one hand, from the vapor-gas mixture from the first oxidation zone 7 and on the other hand from the second oxidation zone 9, which maintains the required temperature throughout the reduction zone

8. В резултат на създадените условия в редукционната зона 8 започва процес на трансформиране на въглеродния остатък в газова фракция, с основна горима част, съдържащата въглероден окис и водород. С оглед на ефективно протичане на химико-термичните процеси на преобразуване на въглерода в газова смес е необходимо да се създадат подходящи условия - температура /над 800°С/, например до 1100°С, както и време на преминаване на газовете /контакта между въглерода, въглероден двуокис и водните пари/. Благодарение на подходящо оформените долни части на корпусното тяло 1 и камерата 16, в редукционната зона се оформя обем, който гарантира осигуряване на необходимото технологично време за престояване на въглена, за да е възможно осъществяването на ефективно провеждане на химико-термичните процеси на редукция.8. As a result of the created conditions in the reduction zone 8 a process of transformation of the carbon residue into a gas fraction begins, with a main combustible part containing carbon monoxide and hydrogen. In order to effectively carry out the chemical-thermal processes of conversion of carbon into a gas mixture, it is necessary to create appropriate conditions - temperature / above 800 ° C /, for example up to 1100 ° C, as well as time of passage of gases / contact between carbon , carbon dioxide and water vapor. Thanks to the appropriately shaped lower parts of the housing body 1 and the chamber 16, a volume is formed in the reduction zone, which ensures the provision of the necessary technological time for the coal to stay in order to carry out efficient chemical-thermal reduction processes.

При подаване на окислител посредством дюзата 14 се създават условия за повишаване калоричността на газовете, т.е. газовете съдържат по-голямо количество въглероден окис и водород.When the oxidant is fed through the nozzle 14, conditions are created for increasing the calorific value of the gases, i. gases contain more carbon monoxide and hydrogen.

Получената газова смес от горими газове постъпва през долната, перфорирана част 17 на камерата 16 и преминава през лабиринта от екраниращи 18 и отражателни 19 елементи, работещи по същество като сепаратор, при което през тръбопровода се извежда паро-газова смес със значително понижено съдържание на катранени и механични частици. Последното се осъществява благодарение на създаденото подналягане в камерата 16. Едновременно с това остатъчните твърди частици, като пепел, шлака попадат в подскарната зона и посредством транспортно устройство, разположено в дъното на кожуха се отвеждат от устройството.The resulting combustible gas mixture enters through the lower, perforated part 17 of the chamber 16 and passes through a maze of shielding 18 and reflective 19 elements acting essentially as a separator, whereby a steam-gas mixture with significantly reduced tar content is discharged through the pipeline. and mechanical particles. The latter is due to the created pressure in the chamber 16. At the same time, the residual solid particles, such as ash, slag fall into the subcross zone and are removed from the device by means of a transport device located at the bottom of the casing.

Claims

Patent claims

A device for producing energy gases from biomass, which comprises a cylindrical-conical hull body and active zones formed inside it, including a pyrolysis, oxidation and reduction zone, in which an oxidant supply nozzle is provided in the oxidation zone, characterizing with the fact that in the cylindrical part of the housing body (1) is mounted