RU2581293C2

RU2581293C2 - Method for production of combustible gas and device therefor

Info

Publication number: RU2581293C2
Application number: RU2014126790/06A
Authority: RU
Original assignee: Благодаров Юрий Петрович
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-04-20
Also published as: RU2014126790A

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Hydrocarbon feedstock loading is performed between housing of device and reactor. Production of combustible gas is carried out by generating and maintaining fuel combustion source in a closed loop reactor, directing part of hydrocarbon material. Hot flue gases containing primarily carbon dioxide (CO₂) are removed from reactor and impregnate hydrocarbon feedstock moving downwards due to gravitational forces, across entire layer, from reactor to housing of device, directed into a cavity, mounted above reactor and then discharged outside. Solid residue resulting from carbonisation of hydrocarbons is removed under reactor outside device. Device for generation of combustible gas consists of housing, reactor vessel for loading of hydrocarbon feedstock, placed between housing and reactor and moving downwards by gravity across entire layer, air duct for air supply into reactor. Reactor is a closed circuit. In reactor there are holes for directing part of hydrocarbon material in reactor for generating and maintaining combustion source. In reactor there are gas ducts for discharge of flue gases containing mainly carbon dioxide (CO₂), from reactor into boxes, located along entire layer of hydrocarbon material from reactor to housing of device. For discharge of flue gases from hydrocarbon feedstock, boxes are arranged from device housing to cavity located above reactor. In cavity there are gas ducts connected to boxes, and nozzle for discharge of flue gases to outside through housing of device.

EFFECT: use of invention provides production of combustible gas, drying, thermal decomposition of hydrocarbon material.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для получения горючего газа, для сушки, торрефикации, карбонизации углеводородного сырья. Известны способ выработки горючего газа и устройство для осуществления способа, заключающееся в загрузке углеводородного сырья между корпусом устройства и реактором, располагаемым в устройстве, сжигании топлива в реакторе, в среде кислорода воздуха, выводе дымогазов из реактора, и состоящее из корпуса, реактора, емкости для загрузки углеводородного сырья, располагаемого между корпусом и реактором, и движущегося вниз за счет сил гравитации по всему слою, от реактора до корпуса устройства, воздуховода для подачи воздуха в реактор (1).The invention relates to energy and can be used to produce combustible gas, for drying, torrefaction, carbonization of hydrocarbons. A known method of generating combustible gas and a device for implementing the method, which consists in loading hydrocarbon material between the device body and the reactor located in the device, burning fuel in the reactor, in atmospheric oxygen, removing flue gases from the reactor, and consisting of a body, reactor, tank for loading hydrocarbon raw materials located between the body and the reactor, and moving downward due to gravitational forces throughout the layer, from the reactor to the device body, the duct for supplying air to the reactor (1).

Однако при данном способе и устройстве предполагается полное сжигание горючего газа. Техническим результатом является получение горючего газа и вывод его наружу, за пределы устройства, а также сушка, термическое разложение углеводородного сырья с возможностью получения торрефиката и твердого остатка в виде кокса. Сущность изобретения заключается в том, что выработку горючего газа осуществляют за счет формирования и поддержания очага горения топлива в замкнутом контуре реактора, направляя часть углеводородного сырья, располагаемого между корпусом устройства и реактором, в реактор, горячие дымогазы, содержащие в основном углекислый газ (CO₂), выводят из реактора и пропитывают ими углеводородное сырье, движущееся вниз за счет сил гравитации, по всему слою, от реактора до корпуса устройства, направляют в полость, установленную над реактором, и далее выводят наружу, при этом углекислый газ (CO₂), проходящий через слой углеводородного сырья, вступает в реакцию с углеродом (С), образующимся при карбонизации сырья в условиях высокой температуры, по уравнению CO₂+С=2CO, в результате вырабатывают горючий газ - монооксид углерода (СО), а твердый остаток, образующийся при карбонизации углеводородного сырья, выводят под реактором за пределы устройства. Реактор выполнен в виде замкнутого контура, в замкнутом контуре реактора имеются отверстия для направления части углеводородного сырья в реактор на формирование и поддержание очага горения и выполнены газоходы для вывода дымогазов, содержащих в основном углекислый газ (CO₂), из реактора в короба, располагаемые по всему слою углеводородного сырья от реактора до корпуса устройства, для вывода дымогазов из углеводородного сырья установлены короба от корпуса устройства до полости, располагаемой над реактором, в полости имеются газоходы, соединенные с коробами, и патрубок для вывода дымогазов наружу через корпус устройства. Замкнутый контур реактора имеет двойную стенку, между которыми циркулирует теплоноситель. Емкость для загрузки углеводородного сырья выполнена как минимум из двух бункеров, расположенных по периметру корпуса, при этом между бункерами установлена воронка. Над бункерами установлены ворошители углеводородного сырья. Над ворошителями предусмотрен патрубок для вывода излишней влаги. В нижней части реактора установлена колосниковая решетка, а отверстия для направления части углеводородного сырья в реактор, выполненные в замкнутом контуре реактора, расположены над колосниковой решеткой. Воздуховод для подачи воздуха в реактор установлен под колосниковой решеткой.However, with this method and device, the complete combustion of combustible gas is assumed. The technical result is the production of combustible gas and its output outside the device, as well as drying, thermal decomposition of hydrocarbons with the possibility of obtaining torreficate and a solid residue in the form of coke. The essence of the invention lies in the fact that the generation of combustible gas is carried out by forming and maintaining a fuel combustion zone in a closed loop of the reactor, directing a portion of the hydrocarbon feed located between the device body and the reactor to the reactor, hot flue gas containing mainly carbon dioxide (CO ₂ ), they are removed from the reactor and impregnated with them hydrocarbon raw materials moving down due to gravitational forces, throughout the layer, from the reactor to the device’s body, sent to the cavity installed above the reactor, and then to they are released outside, while carbon dioxide (CO ₂ ) passing through the hydrocarbon layer reacts with carbon (C), which is formed during the carbonization of the raw material at high temperatures, according to the equation CO ₂ + C = 2CO, resulting in the generation of combustible gas - carbon monoxide (CO), and the solid residue formed during the carbonization of hydrocarbons is removed under the reactor outside the device. The reactor is made in the form of a closed loop, in the closed loop of the reactor there are openings for directing part of the hydrocarbon feed to the reactor to form and maintain the combustion zone, and gas ducts are made to exhaust flue gas containing mainly carbon dioxide (CO ₂ ) from the reactor to the boxes located along for the entire layer of hydrocarbon feedstock from the reactor to the device body, ducts from the device body to the cavity located above the reactor are installed in the cavity for the flue gases from the hydrocarbon feedstock; there are gas ducts in the cavity with union of a duct, pipe and for outputting dymogazov outwardly through the enclosure. The closed loop of the reactor has a double wall, between which the coolant circulates. The hydrocarbon feed tank is made of at least two hoppers located along the perimeter of the hull, while a funnel is installed between the hoppers. Tumblers of hydrocarbons are installed above the bunkers. A nozzle is provided above the agitators to remove excess moisture. A grate is installed in the lower part of the reactor, and openings for directing part of the hydrocarbon feed to the reactor, made in the closed loop of the reactor, are located above the grate. An air duct for supplying air to the reactor is installed under the grate.

Подача воздуха в реактор может осуществляется за счет естественной тяги, а вывод дымогазов - за счет перепада давления в реакторе и атмосферного или другими методами, к примеру, дымососом.Air can be supplied to the reactor due to natural draft, and flue gas extraction can be effected due to the pressure drop in the reactor and atmospheric pressure or by other methods, for example, a smoke exhauster.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, вид спереди.In FIG. 1 shows a General view of the device, front view.

На фиг. 2 изображен реактор.In FIG. 2 shows a reactor.

На фиг. 3 изображен общий вид устройства, вид сзади.In FIG. 3 shows a general view of the device, rear view.

Устройство для выработки горючего газа состоит из корпуса 1, реактора 2, емкости для загрузки углеводородного сырья, располагаемого между корпусом и реактором, выполненного как минимум из двух бункеров 3, расположенных по периметру корпуса. Между бункерами 3 установлена воронка 4, а над бункером 3 и между воронкой 4 - ворошители 5 углеводородного сырья. Над ворошителями 5 предусмотрен патрубок 6 для вывода излишней влаги. Реактор 2 имеет замкнутый контур 7. Замкнутый контур 7 состоит из двух стенок, между которыми циркулирует теплоноситель. Вход теплоносителя между стенок замкнутого контура 7 осуществляется через патрубок 8, а выход - через патрубок 9. В замкнутом контуре 7 реактора 2 выполнены отверстия 10 для поступления части углеводородного сырья из бункеров 3 в реактор 2, на формирование и поддержание очага горения, и выполнены газоходы 11 для направления дымогазов, содержащих в основном углекислый газ (CO₂), из очага горения в сушильные короба 12. При этом сушильные короба 12 расставлены от замкнутого контура 7 реактора 2 до корпуса 1 устройства на пути движения углеводородного сырья таким образом, что дымогазы, содержащие в основном углекислый газ (CO₂), выводятся из сушильных коробов 12 и пропитывают углеводородное сырье по всей толщине от реактора 2 до корпуса 1 устройства. Над реактором 2 установлена полость 13 с патрубком 14 для вывода дымогазов наружу через корпус 1. В полости 13 имеются газоходы 15, соединенные с сушильными коробами 16. При этом сушильные короба 16 расставлены от оболочки 17 полости до корпуса 1 устройства на пути движения углеводородного сырья таким образом, что дымогазы, содержащие в основном монооксид углерода (СО) - горючий газ, всасываются из углеводородного сырья в сушильные короба 16 по всей толщине слоя от оболочки 17 полости до корпуса 1 устройства, Под реактором 2 в корпусе 1 устройства установлено отверстие 18 для вывода твердого остатка, образующегося при термохимическом разложении углеводородного сырья, соединенное с транспортером 19. В нижней части реактора 2 установлена колосниковая решетка 20. Отверстия 10 для направления части углеводородного сырья в реактор 2, выполненные в замкнутом контуре реактора 2, расположены над колосниковой решеткой 20, а под колосниковой решеткой 20 установлен воздуховод 21 для подачи воздуха в реактор 2. Подача воздуха может осуществляться за счет естественного всасывания при горении топлива в реакторе 2 или другими методами, например наддувом.A device for generating combustible gas consists of a housing 1, a reactor 2, a tank for loading hydrocarbon raw materials located between the housing and the reactor, made of at least two bins 3 located along the perimeter of the housing. A funnel 4 is installed between the hoppers 3, and above the hopper 3 and between the funnel 4 there are agitators 5 for hydrocarbon feed. Above the agitators 5, a nozzle 6 is provided for removing excess moisture. The reactor 2 has a closed loop 7. The closed loop 7 consists of two walls between which the coolant circulates. The coolant inlet between the walls of the closed loop 7 is through the pipe 8, and the output is through the pipe 9. In the closed loop 7 of the reactor 2, holes 10 are made for the intake of part of the hydrocarbon feed from the bunkers 3 into the reactor 2, for the formation and maintenance of the combustion zone, and gas flues are made 11 for directing flue gases containing mainly carbon dioxide (CO ₂ ) from the combustion zone to the drying boxes 12. Moreover, the drying boxes 12 are arranged from the closed loop 7 of the reactor 2 to the housing 1 of the device along the path of movement of the hydrocarbon feed so that flue gases containing mainly carbon dioxide (CO ₂ ) are removed from the drying chambers 12 and impregnate hydrocarbon feedstocks throughout the entire thickness from the reactor 2 to the device body 1. A cavity 13 is installed above the reactor 2 with a nozzle 14 for exhausting gas fumes to the outside through the housing 1. In the cavity 13 there are gas ducts 15 connected to the drying ducts 16. In this case, the drying ducts 16 are arranged from the cavity shell 17 to the apparatus body 1 on the way of hydrocarbon feedstock movement so that flue gas containing mainly carbon monoxide (CO) - a combustible gas, is sucked from the hydrocarbon feed into the drying boxes 16 over the entire thickness of the layer from the shell 17 of the cavity to the housing 1 of the device, Under the reactor 2 in the housing 1 of the device is installed a hole 18 for withdrawing a solid residue formed during the thermochemical decomposition of hydrocarbon raw material connected to the conveyor 19. a grate 20. A hole 10 for directing a portion of the hydrocarbon feed to the reactor 2, made in a closed loop of the reactor 2, is located above the grate 20, and under the grate 20 is installed the duct 21 for supplying air to the reactor 2. The air can be supplied by natural suction during combustion of fuel in 2 torus or other methods, such pressurization.

Устройство работает следующим образом. Технологический процесс предусматривает предварительное размельчение углеводородного сырья и его смешивание. Сырье поступает в воронку 4, смешивается ворошителями 5. В процессе смешивания происходит воздействие тепловой энергии, поступающей снизу, от реактора 2 за счет сжигания в реакторе 2 части углеводородного сырья, поступающего на колосниковую решетку 20 через отверстия 10 в реакторе 2. Температурный режим в реакторе 2 поддерживается за счет количества кислорода воздуха, поступающего через воздуховод 21, расположенный под колосниковой решеткой 20. Излишки внешней влаги выводятся через патрубок 6. Сырье, содержащее внутреннюю влагу, постепенно перемещается по бункерам 3 вниз за счет сил гравитации, огибая сушильные короба 16, расставленные на пути движения углеводородного сырья от оболочки 17 полости 13 до корпуса 1 устройства, и сушильные короба 12, расставленные от замкнутого контура 7 реактора 2 до корпуса 1 устройства. Горячие дымогазы, содержащие в основном углекислый газ (CO₂), выводят из реактора 2 через газоходы 11, располагаемые в замкнутом контуре 7 реактора 2, в сушильные короба 12, пропитывают углеводородное сырье на пути движения по всему слою от замкнутого контура 7 реактора 2 до корпуса 1 устройства, всасывают в сушильные короба 16 по всему слою углеводородного сырья от корпуса 1 устройства до оболочки 17 полости 13, располагаемой над реактором 2, и выводят наружу через патрубок 14 в полости 13. При этом углекислый газ (CO₂), проходящий через слой углеводородного сырья, между сушильными коробами 12 и 16, вступает в реакцию с углеродом (С), образующимся при карбонизации сырья. Восстановительная реакция происходит по уравнению CO₂+С=2CO (горючий газ). Затем при дальнейшем движении сырья вниз по бункерам 3 происходит выделение внутренней влаги (H₂O). Внутренняя влага взаимодействует с раскаленной поверхностью сырья и участвует в реакции по уравнению С+H₂O=СО+Н₂. Это синтез-газ - смесь угарного газа (СО) и свободного водорода (Н). Этот газ горючий и при окислительной реакции с кислородом воздуха сгорает с выделением тепловой энергии. Образующиеся горючий синтез-газ и монооксид углерода выходят через сушильные короба 16 в полость 13 и выводятся наружу. Образующиеся кокс, торрефикат опускаются далее вниз по бункеру 3 и выводятся транспортером 19. С целью защиты стальных элементов от выгорания реактор 2 установки полностью футерован шамотным кирпичом и предусмотрен эффективный теплосъем с наиболее теплонапряженных поверхностей конструкции.The device operates as follows. The technological process provides for the preliminary grinding of hydrocarbon raw materials and its mixing. The raw material enters the funnel 4, is mixed by the agitators 5. In the mixing process, the thermal energy coming from below comes from the reactor 2 by burning part of the hydrocarbon feed in the reactor 2 to the grate 20 through the openings 10 in the reactor 2. Temperature conditions in the reactor 2 is supported by the amount of oxygen in the air entering through the duct 21 located under the grate 20. Excess external moisture is discharged through the nozzle 6. The raw material containing internal moisture is gradually transferred moves over the bins 3 downward due to gravitational forces, rounding the drying duct 16, arranged in the path of movement of hydrocarbons from the shell 17 of the cavity 13 to the apparatus body 1, and the drying duct 12, spaced from the closed loop reactor February 7 to the body 1 of the device. Hot chimneys containing mainly carbon dioxide (CO ₂ ) are removed from the reactor 2 through gas ducts 11 located in the closed circuit 7 of the reactor 2, into the drying boxes 12, impregnated with hydrocarbon feedstock along the entire layer from the closed circuit 7 of the reactor 2 to the housing 1 of the device, is sucked into the drying duct 16 through the entire layer of hydrocarbon feed from the housing 1 of the device to the shell 17 of the cavity 13 located above the reactor 2, and brought out through the pipe 14 in the cavity 13. In this case, carbon dioxide (CO ₂ ) passing through hydrocarbon layer th raw between the drying boxes 12 and 16, reacts with carbon (C) resulting from the carbonization feedstock. The reduction reaction occurs according to the equation CO ₂ + C = 2CO (combustible gas). Then, with a further movement of the raw materials down the hoppers 3, internal moisture (H ₂ O) is released. Internal moisture interacts with the hot surface of the raw material and participates in the reaction according to the equation C + H ₂ O = CO + H ₂ . This synthesis gas is a mixture of carbon monoxide (CO) and free hydrogen (H). This gas is combustible and during an oxidative reaction with atmospheric oxygen burns with the release of thermal energy. The resulting combustible synthesis gas and carbon monoxide exit through the drying ducts 16 into the cavity 13 and are brought out. The resulting coke and torreficate descend further down the hopper 3 and are discharged by conveyor 19. In order to protect steel elements from burning out, the reactor 2 of the installation is completely lined with fireclay bricks and effective heat removal from the most heat-stressed surfaces of the structure is provided.

Источник информации The source of information

1. Патент на изобретение RU 2471128 С1, 07.07.2011 г. "Водогрейный твердотопливный котел".1. Patent for the invention RU 2471128 C1, 07/07/2011, "Hot-water solid fuel boiler".

Claims

1. The method of generating combustible gas, which consists in loading hydrocarbon material between the device body and the reactor located in the device, burning fuel in the reactor, in atmospheric oxygen, removing flue gases from the reactor, characterized in that the generation of combustible gas is carried out by forming and maintaining the fuel combustion zone in the closed loop of the reactor, directing a portion of the hydrocarbon feed located between the device’s body and the reactor to the reactor, hot flue gas containing mainly carbon dioxide ( O _2), removed from the reactor and impregnating them hydrocarbon feedstock moving downward due to gravitational forces, throughout the layer, from the reactor to the unit case, is directed into the cavity, mounted above the reactor and further discharged outside, wherein the carbon dioxide (CO ₂ ) passing through a layer of hydrocarbon feed, reacts with carbon (C) formed during carbonization of the feed at high temperatures, according to the equation CO ₂ + C = 2CO, resulting in the production of a combustible gas - carbon monoxide (CO), and solid residue resulting from carbonization and hydrocarbon feed, withdrawn under the reactor outside the device.

2. A device for the production of combustible gas, consisting of a vessel, a reactor, a tank for loading hydrocarbons located between the vessel and the reactor and moving downward due to gravity throughout the layer from the reactor to the device, an air duct for supplying air to the reactor, characterized in that the reactor is made in the form of a closed loop, in the closed loop of the reactor there are openings for directing part of the hydrocarbon feed to the reactor to form and maintain the combustion zone, and gas ducts for exhausting smoke are made scratch containing mainly carbon dioxide (CO ₂₎ from the reactor in conduit being disposed around the layer of hydrocarbons from the reactor to the housing unit for outputting dymogazov of hydrocarbon feedstock installed duct from the enclosure until the cavity located above the reactor, in the cavity there gas ducts connected to the ducts, and a pipe for outputting flue gases to the outside through the device body.

3. The device according to p. 2, characterized in that the closed loop of the reactor has a double wall between which the coolant circulates.

4. The device according to p. 2, characterized in that the tank for loading hydrocarbons is made of at least two bunkers located along the perimeter of the housing, while a funnel is installed between the bunkers.

5. The device according to p. 4, characterized in that the agitators of hydrocarbons are installed above the bunkers.

6. The device according to claim 5, characterized in that a branch pipe is provided above the agitators for removing excess moisture.

7. The device according to claim 2, characterized in that a grate is installed in the lower part of the reactor.

8. The device according to p. 7, characterized in that the holes for directing part of the hydrocarbon feed to the reactor, made in the closed loop of the reactor, are located above the grate.

9. The device according to p. 7, characterized in that the duct for supplying air to the reactor is installed under the grate.