RU2657042C2

RU2657042C2 - Method for producing a combustible gas from a solid fuel and reactor for its implementation

Info

Publication number: RU2657042C2
Application number: RU2015155958A
Authority: RU
Inventors: Андрей Яковлевич Баянкин; Леонид Витальевич Зюбин
Original assignee: Леонид Витальевич Зюбин
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2018-06-08
Also published as: RU2015155958A

Abstract

FIELD: fuel industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of pyrolysis and gasification of solid fuels to produce a combustible gas and can be used to process various solid fuels to generate energy and produce associated target products, for example, caked solid material. Method for producing a combustible gas from a solid fuel is carried out in a reactor 1 including a sealed housing provided with thermal insulation, at least five horizontal communicating hearths, a charging device in the upper hearth 3 and a discharge device in the lower hearth 14, an oxygen-containing gas supply device, an igniter device, and a gaseous product outlet. Oxygen-containing gas supply device 17 and the ignition device are located on the upper hearth, and the outlet device for the gaseous products 20 is located in the hearth not higher than the third from above and not lower than the third from below, while oxygen supplying device 21 and/or water vapor and/or water in the liquid phase are further arranged in the lower hearth 14.

EFFECT: technical result is the production of a generator gas free of pyrolysis resins.

11 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки конденсированных топлив с получением горючего газа и может быть использовано для переработки различных твердых топлив для выработки энергии и, возможно, получения попутных целевых продуктов.The invention relates to the field of processing condensed fuels with the production of combustible gas and can be used for processing various solid fuels to generate energy and, possibly, associated target products.

Известно достаточно большое число способов газификации различных твердых топлив в вертикальных многоподовых печах. Во всех этих способах топливо (уголь, сланец, биотопливо, изношенные шины и др.) загружают в реактор через шлюзовую камеру, подают в реактор кислородсодержащий газ (воздух, кислород, парокислородную смесь), а получаемый при неполном сгорании топлива горючий газ выводят из реактора. В некоторых из процессов из реактора выгружают ококсованный твердый материал (например, древесный уголь), являющийся целевым продуктом. Существенным ограничением возможности последующего использования получаемого генераторного газа является наличие в нем пиролизных смол, которые образуют отложения, приводящие к закупорке линий подачи генераторного газа, делают невозможным использование генераторного газа в двигателях внутреннего сгорания (газопоршневых моторах или газовых турбинах). Так, в патенте США 4100032 (МПК² С10В 49/00, опуб. 1977-07-25) описан процесс получения ококсованного лигнита и горючего газа при проведении окислительного пиролиза в реакторе типа вертикальной многоподовой печи. Лигнит загружается на верхний под, откуда карбонизуемый материал последовательно пересыпается на нижележащие поды под действием гребков, закрепленных на центральном валу. Температура в печи после первоначального разогрева инициирующей горелкой поддерживается за счет подачи воздуха на горение на одном или нескольких подах. Поток горячих пиролизных газов направляют с нижележащих подов на вышележащие и выводят из печи с верхнего пода. Горячий ококсованный материал выгружают с нижнего пода в дополнительный охладитель, где остужают через стенку камеры охладителя с тем, чтобы исключить воспламенение ококсованного материала на воздухе. Для того чтобы не допустить отложения пиролизных смол на верхних подах и в магистралях, подают достаточно воздуха для полного их сгорания.A fairly large number of methods for the gasification of various solid fuels in vertical multi-hearth furnaces are known. In all these methods, fuel (coal, shale, biofuel, worn tires, etc.) is loaded into the reactor through the lock chamber, oxygen-containing gas (air, oxygen, vapor-oxygen mixture) is fed into the reactor, and the combustible gas obtained from incomplete combustion of fuel is removed from the reactor . In some of the processes, carbonized solid material (e.g., charcoal), which is the target product, is discharged from the reactor. A significant limitation of the possibility of the subsequent use of the resulting generator gas is the presence of pyrolysis resins in it, which form deposits leading to blockage of the generator gas supply lines, making it impossible to use the generator gas in internal combustion engines (gas piston engines or gas turbines). So, in US patent 4100032 (IPC ² C10B 49/00, publ. 1977-07-25) describes the process of producing coked lignite and combustible gas during oxidative pyrolysis in a reactor such as a vertical multi-hearth furnace. Lignite is loaded onto the upper beneath, from where the carbonizable material is subsequently poured onto the underlying hearths under the action of strokes fixed on the central shaft. The temperature in the furnace after the initial heating by the initiating burner is maintained by supplying combustion air on one or more hearths. The flow of hot pyrolysis gases is directed from the underlying hearths to the overlying ones and removed from the furnace from the upper hearth. The hot coked material is discharged from the lower hearth into an additional cooler, where it is cooled through the wall of the cooler chamber in order to prevent ignition of the coked material in air. In order to prevent deposition of pyrolysis resins on the upper hearths and in the mains, enough air is supplied for their complete combustion.

Известен способ сжигания/газификации твердого топлива, фильтрационного осадка канализационного ила, наиболее близкий к заявляемому, описанный в патенте США 5094177 (МПК⁵ F23G 5/0, опуб. 1992-03-10), где также предлагается проводить процесс в вертикальной многоподовой печи. Так же как и в US 4100032, твердое топливо загружается на верхний под, откуда последовательно пересыпается гребками на нижележащие поды. На верхнем поде устанавливается горелка, которая обеспечивает поддержание в печи высокой температуры. Температура в печи поддерживается также за счет подачи дополнительного воздуха на горение на одном или нескольких подах. Однако, в отличие от вышеупомянутого процесса, в процессе US 5094177 газовый поток в реакторе направляют спутно движению твердого материала и отбор пиролизного газа производится с нижнего пода. Твердый остаток горения выгружается горячим с нижнего пода. Спутная организация потоков обеспечивает длительное время пребывания пиролизных газов при высокой температуре и поэтому полноту разложения пиролизных смол.A known method of burning / gasification of solid fuel, filter cake of sewage sludge, closest to the claimed, described in US patent 5094177 (IPC ⁵ F23G 5/0, publ. 1992-03-10), where it is also proposed to carry out the process in a vertical multi-deck furnace. As in US 4100032, solid fuel is loaded onto the upper underneath, from where it is successively poured with strokes on the underlying hearths. A burner is installed on the upper hearth, which ensures that the furnace maintains high temperature. The temperature in the furnace is also maintained by supplying additional combustion air on one or more hearths. However, unlike the aforementioned process, in US Pat. No. 5,094,177, the gas flow in the reactor is directed in-line with the movement of the solid material and the pyrolysis gas is taken from the bottom hearth. The solid combustion residue is discharged hot from the bottom hearth. The satellite organization of flows ensures a long residence time of pyrolysis gases at high temperature and, therefore, the completeness of decomposition of pyrolysis resins.

Однако описанный способ не свободен от недостатков. При необходимости обеспечить полное выгорание углерода из золы (как, например, при сжигании илового осадка, описанном в US 5094177) требуется подавать в реактор дополнительное количество воздуха, что приводит к потере калорийности получаемого газа. При выгрузке из реактора горячего твердого остатка теряется его физическое тепло, с другой стороны, требуется организация специальных устройств для охлаждения твердого остатка (в US 5094177 описывается устройство гидрозатвора).However, the described method is not free from disadvantages. If necessary, to ensure complete burnout of carbon from the ash (as, for example, when burning sludge, described in US 5094177), it is necessary to supply additional air to the reactor, which leads to a loss of calorific value of the produced gas. When a solid solid residue is unloaded from the reactor, its physical heat is lost, on the other hand, special devices for cooling the solid residue are required (US 5094177 describes a water trap device).

Из вышесказанного следует техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - получение при газификации и пиролизе твердого топлива свободного от пиролизных смол горючего газа с высоким энергетическим выходом, т.е. при низком уровне теплопотерь и высокой калорийности генераторного газа. Дополнительной задачей является обеспечение в процессе управляемого соотношения между получением горючего газа и твердого ококсованного материала. Ококсованным материалом здесь и далее называется твердый материал, подвергнутый нагреванию и содержащий только минеральные компоненты, в том числе углерод (кокс), и не содержащий летучих горючих (например, древесный уголь или каменноугольный кокс).From the foregoing, the technical problem to be solved by the present invention follows: obtaining, during gasification and pyrolysis of a solid fuel, a combustible gas free of pyrolysis resins with a high energy yield, i.e. with a low level of heat loss and high calorific value of the generator gas. An additional objective is to ensure in the process a controlled relationship between the production of combustible gas and solid coked material. Hereinafter, a solid material is referred to as a solid material subjected to heating and containing only mineral components, including carbon (coke), and not containing volatile combustibles (for example, charcoal or coal coke).

Поставленная задача решается в предлагаемом способе получения из твердого топлива горючего газа и твердого остатка, включающем загрузку топлива в реактор, выполненный в виде многоподовой печи с числом подов не менее пяти. Твердое топливо загружают на верхний под через шлюзовой затвор. Организуют подачу в реактор кислородсодержащего газа (воздуха, кислорода или обогащенного кислородом воздуха), причем кислород подают в количестве, недостаточном для полного окисления топлива. В реакторе инициируют горение топлива при подаче кислородсодержащего газа и обеспечивают в основном непрерывное перемещение топлива с вышележащих подов на нижележащие. Выгрузку твердого остатка производят с нижнего пода. Газообразные продукты в виде горючего газа выводят из реактора и направляют их потребителю, например, для сжигания в энергопроизводящем устройстве. Новизна предлагаемого способа заключается в том, что кислородсодержащий газ подают на верхний под, инициируют горение на верхнем поде, при этом газовый поток с верхнего пода направляют на нижележащий под и при этом одновременно на нижнем поде организуют зону охлаждения твердого остатка посредством подачи на нижний под кислородсодержащего газа, и/или водяного пара, и/или воды в жидкой фазе и при этом газовый поток с нижнего пода направляют на вышележащий под, а отбор направляемых потребителю газообразных продуктов в виде горючего газа производят с пода не выше третьего сверху и не ниже третьего снизу. При этом поток направляемых потребителю газообразных продуктов складывается из потока газообразных продуктов, поступающих с верхних подов спутно перемещению топлива, и потока газообразных продуктов, поступающих с нижних подов противотоком к перемещению твердого остатка.The problem is solved in the proposed method for producing combustible gas and solid residue from solid fuel, which includes loading fuel into a reactor made in the form of a multi-hearth furnace with at least five hearths. Solid fuel is loaded onto the top under the airlock. Organize the supply to the reactor of oxygen-containing gas (air, oxygen or oxygen-enriched air), and oxygen is supplied in an amount insufficient to completely oxidize the fuel. In the reactor, fuel combustion is initiated when an oxygen-containing gas is supplied and mainly the continuous movement of fuel from overlying hearths to underlying ones is ensured. The solid residue is discharged from the bottom hearth. Gaseous products in the form of combustible gas are removed from the reactor and sent to the consumer, for example, for combustion in an energy-producing device. The novelty of the proposed method lies in the fact that the oxygen-containing gas is fed to the upper hearth, combustion is initiated on the upper hearth, while the gas flow from the upper hearth is directed to the underlying hearth, and at the same time, a solid residue cooling zone is organized on the lower hearth by feeding to the lower hearth under the oxygen-containing gas, and / or water vapor, and / or water in the liquid phase and the gas stream from the lower hearth is directed to the overlying one, and the selection of gaseous products sent to the consumer in the form of combustible gas haul from the hearth no higher than the third from above and no lower than the third from the bottom. In this case, the flow of gaseous products sent to the consumer is composed of the flow of gaseous products coming from the upper hearths in a direction that is moving fuel, and the flow of gaseous products coming from the bottom hearths in countercurrent to the movement of the solid residue.

Такая организация процесса позволяет, во-первых, обеспечить полное протекание пиролиза твердого топлива, поскольку обеспечивается его длительное пребывание в контакте с потоком горячих продуктов горения. В то же время происходит полное разложение и частично сгорание смол, выделяемых топливом при пиролизе. Водяной пар, выделяемый из топлива при сушке и пиролизе и при частичном окислении пиролизных смол и газов, при высокой температуре реагирует с ококсованным топливом и образует водород, что повышает калорийность получаемого горючего газа. Эти достоинства, присущие процессу со спутными потоками пиролизуемого топлива и газа, удается совместить с достоинствами, присущими противоточным процессам, - возможностью провести охлаждение твердого остатка непосредственно в реакторе, причем физическое тепло твердого остатка передается получаемому горючему газу.Such an organization of the process allows, firstly, to ensure the complete course of the pyrolysis of solid fuel, as long as it is in contact with the flow of hot combustion products. At the same time, complete decomposition and partial combustion of the resins released by the fuel during pyrolysis occurs. Water vapor released from the fuel during drying and pyrolysis and during partial oxidation of pyrolysis resins and gases at high temperature reacts with coked fuel and forms hydrogen, which increases the calorific value of the resulting combustible gas. It is possible to combine these advantages inherent in the process with satellite flows of pyrolyzable fuel and gas with the advantages inherent in countercurrent processes - the ability to cool the solid residue directly in the reactor, and the physical heat of the solid residue is transferred to the resulting combustible gas.

Технический результат при осуществлении предлагаемого способа заключается в получении в едином процессе и с высокой энергетической эффективностью генераторного газа, существенно свободного от пиролизных смол.The technical result in the implementation of the proposed method consists in obtaining in a single process and with high energy efficiency a generator gas substantially free of pyrolysis resins.

В тех случаях, когда ококсованный твердый материал представляет коммерческую ценность, возможно попутно с получением горючего газа добиться получения ококсованного материала с высоким содержанием углерода. Для достижения этой задачи отношение скорости подачи кислородсодержащего газа на нижний под и скорости подачи водяного пара и/или воды регулируют таким образом, чтобы влажное дутье вызывало гашение и остывание твердого ококсованного материала на подах, расположенных ниже пода, с которого производят отбор направляемых потребителю газообразных продуктов.In cases where the coked solid material is of commercial value, it is possible to obtain a high carbon content carbonized material along with the production of combustible gas. To achieve this objective, the ratio of the rate of supply of oxygen-containing gas to the bottom under and the rate of supply of water vapor and / or water is controlled so that the wet blast causes quenching and cooling of the solid coked material on the hearths located below the hearth from which gaseous products sent to the consumer are selected .

В случае если получение ококсованного материала не требуется, отношение скорости подачи кислородсодержащего газа на нижний под и скорости подачи водяного пара и/или воды регулируют таким образом, чтобы углерод твердого остатка возможно полно прореагировал с кислородом на подах, расположенных ниже пода, с которого производят отбор направляемых потребителю газообразных продуктов.If the production of coked material is not required, the ratio of the rate of supply of oxygen-containing gas to the lower hearth and the feed rate of water vapor and / or water is controlled so that the carbon of the solid residue can fully react with oxygen on the hearths located below the hearth from which the selection is made gaseous products sent to the consumer.

Для некоторых трудновоспламенимых, в т.ч. влажных, топлив можно добиться дополнительного улучшения предлагаемого метода. Для стабилизации горения на верхнем поде на верхний под совместно с кислородсодержащий газом подают дополнительное горючее (горючий газ и/или жидкое топливо) и организуют пламя, которое постоянно инициирует и стабилизирует горение топлива на верхнем поде. При этом предпочтительно дополнительное горючее подают в недостатке по отношению к подаваемому кислородсодержащему газу, что обеспечивает окисление пиролизных смол с выделением тепла при взаимодействии с кислородом, подаваемым избыточно по отношению к дополнительному горючему.For some flame retardants, including wet, fuels can further improve the proposed method. To stabilize combustion in the upper hearth, additional fuel (combustible gas and / or liquid fuel) is supplied to the upper hearth together with an oxygen-containing gas and a flame is organized that constantly initiates and stabilizes the combustion of fuel in the upper hearth. In this case, it is preferable that additional fuel is supplied in a deficiency with respect to the oxygen-containing gas supplied, which ensures the oxidation of the pyrolysis resins with the release of heat when interacting with oxygen supplied excessively with respect to the additional fuel.

В частности, в качестве дополнительного горючего для горелки на верхнем поде подают горючий газ, отбираемый с одного из подов реактора ниже верхнего, но выше нижнего. Подача горючего газа из реактора на верхний под позволяет обеспечить стабилизацию горения без расходования поставляемого извне качественного топлива. Подачу горючего газа в качестве дополнительного горючего при этом осуществляют принудительно, например с помощью вентилятора или предпочтительно посредством эжекции подаваемым кислородсодержащим газом.In particular, as an additional fuel for the burner on the upper hearth, combustible gas is taken, taken from one of the reactor hearths below the top, but above the bottom. The supply of combustible gas from the reactor to the top underneath allows for stabilization of combustion without spending high-quality fuel supplied from the outside. In this case, the supply of combustible gas as additional fuel is carried out forcibly, for example by means of a fan, or preferably by ejection with a supplied oxygen-containing gas.

Возможно также добиться улучшения в рамках предлагаемого метода, например, в тех случаях, когда требуется перерабатывать медленно прогревающийся материал. Для поддержания высокой температуры на подах ниже верхнего дополнительно подают кислородсодержащий газ на по крайней мере один под, расположенный ниже верхнего, но выше пода, с которого производят отбор газообразных продуктов, направляемых потребителю. При этом подачу кислородсодержащего газа регулируют таким образом, что температуру, по крайней мере на одном из подов, расположенном выше пода, с которого производят отбор направляемых потребителю газообразных продуктов, поддерживают выше 800°С. При температуре ниже этого значения не обеспечивается реакция водяного пара с пиролизными смолами и коксовым остатком. При этом температуру в реакторе поддерживают ниже, чем максимальное значение температуры работоспособности конструкционных материалов.It is also possible to achieve improvement in the framework of the proposed method, for example, in those cases when it is required to process slowly warming material. To maintain a high temperature on the hearths below the top, an oxygen-containing gas is additionally supplied to at least one underneath, located below the top but above the hearth, from which gaseous products are sent to the consumer. In this case, the supply of oxygen-containing gas is controlled in such a way that the temperature, at least on one of the hearths located above the hearth, from which gaseous products sent to the consumer are selected, is maintained above 800 ° C. At temperatures below this value, the reaction of water vapor with pyrolysis resins and coke residue is not ensured. In this case, the temperature in the reactor is maintained lower than the maximum value of the working temperature of structural materials.

При реализации описанного выше процесса температуру на нижнем поде предпочтительно поддерживают не выше 100°С посредством регулирования подачи на нижний под воды/пара/кислородсодержащего газа. При этом значении температуры осуществляется достаточно полная рекуперация тепла твердого остатка и исключается самовоспламенение на воздухе ококсованного материала после его выгрузки из реактора.In the implementation of the process described above, the temperature on the lower hearth is preferably maintained at not higher than 100 ° C. by controlling the supply of lower water / steam / oxygen-containing gas to the lower one. At this temperature value, a sufficiently complete heat recovery of the solid residue is carried out and spontaneous ignition of the coked material after it is discharged from the reactor is excluded.

Для реализации предложенного способа можно использовать устройства многоподовых печей известной конструкции, причем устройство для реализации предлагаемого процесса требует определенных конструктивных изменений по сравнению с известными конструкциями.To implement the proposed method, you can use the device mnogopodovyh furnaces of known design, and the device for implementing the proposed process requires certain structural changes compared with known designs.

Для реализации предлагаемого способа газификации конденсированного топлива предлагается реактор, выполненный в виде вертикальной многоподовой печи с числом подов не менее пяти, например, типа описанного в патенте US 4013023 (МПК² F23G 5/12, опуб. 1977-03-22) - включающее герметичный вертикальный цилиндрический корпус, снабженный теплоизоляцией из огнеупорного материала и подразделяемый горизонтальными подами на ряд подовых пространств, последовательно сообщающихся между собой посредством отверстий в подах, обеспечивающих поступление газов с пода на под, а также пересыпание сыпучих материалов с вышележащего пода на нижележащий. Реактор (многоподовая печь) снабжен загрузочным устройством на верхнем поде и устройством вывода газообразных продуктов, устройством подачи кислородсодержащего газа и устройством выгрузки твердого остатка горения в нижней части газогенератора - на нижнем поде, приводом вращения и вертикальным валом, к которому прикреплены перегребатели с гребками, осуществляющие при вращении оси перемещение сыпучего материала на подах и, таким образом, обеспечивающие пересыпание сыпучего материала с вышележащих подов на нижележащие, а также датчиками температуры в печи. Новизна конструкции печи заключается в том, что многоподовая печь снабжена устройством подачи кислородсодержащего газа и воспламенительным устройством, расположенными на верхнем поде, а устройство вывода газообразных продуктов расположено на поде не выше третьего сверху и не ниже третьего снизу, и при этом на нижнем поде дополнительно расположено устройство подачи кислородсодержащего газа, и/или водяного пара, и/или воды в жидкой фазе.To implement the proposed method for gasification of condensed fuel, a reactor is made in the form of a vertical multi-hearth furnace with at least five hearths, for example, of the type described in US Pat. No. 4,013,023 (IPC ² F23G 5/12, publ. 1977-03-22) —including sealed a vertical cylindrical body provided with thermal insulation from refractory material and subdivided by horizontal hearths into a series of hearth spaces, successively communicating with each other through openings in the hearths, providing gas from the hearth on the under, as well as pouring bulk materials from the overlying hearth to the underlying. The reactor (multi-hearth furnace) is equipped with a loading device on the upper hearth and a device for outputting gaseous products, a device for supplying oxygen-containing gas and a device for unloading the solid residue of combustion in the lower part of the gas generator — on the lower hearth, with a rotation drive and a vertical shaft to which the rowers are mounted, which carry out when the axis rotates, the movement of bulk material on the hearth and, thus, ensuring the pouring of bulk material from overlying hearths to underlying ones, as well as sensors and oven temperatures. The novelty of the furnace design lies in the fact that the multi-hearth furnace is equipped with an oxygen-containing gas supply device and an igniter located on the upper hearth, and the gaseous product output device is located on the hearth not higher than the third from above and not lower than the third from below, and at the same time, the lower hearth is additionally located a device for supplying oxygen-containing gas and / or water vapor and / or water in the liquid phase.

Можно достичь дальнейшего усовершенствования предложенной выше многоподовой печи, если выполнить ее под, на котором расположено устройство вывода газообразных продуктов, с высотой, не менее чем двукратно превышающей высоту остальных подов. Это увеличение высоты подового пространства способствует уменьшению скорости газового потока и, как следствие, уменьшению запыленности получаемого горючего газа.You can achieve further improvement of the multi-hearth furnace proposed above, if you execute it under, on which there is a device for outputting gaseous products, with a height not less than twice the height of the other hearths. This increase in the height of the hearth helps to reduce the speed of the gas stream and, as a consequence, to reduce the dust content of the resulting combustible gas.

Данный ниже пример возможной реализации процесса подтверждает, но не исчерпывает предлагаемый способ пиролиза и газификации конденсированного топлива с получением генераторного газа, свободного от пиролизных смол, и ококсованного твердого остатка. Фиг. 1 иллюстрирует, но не ограничивает возможные реализации процесса и схематически представляет предпочтительный конструктивный вариант предлагаемого реактора.The following example of a possible implementation of the process confirms, but does not exhaust, the proposed method for the pyrolysis and gasification of condensed fuel to produce generator gas free of pyrolysis resins and a coked solid residue. FIG. 1 illustrates, but does not limit possible implementations of the process and schematically presents a preferred structural embodiment of the proposed reactor.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема возможной реализации процесса в реакторе типа многоподовой печи и показаны основные элементы соответствующего реактора.In FIG. 1 is a schematic diagram of a possible implementation of the process in a multi-hearth furnace type reactor and the main elements of the corresponding reactor are shown.

Процесс протекает следующим образом.The process proceeds as follows.

Твердое топливо через затвор 2 загружают в реактор 1, выполненный в виде многоподовой печи с числом подов, равным двенадцати, на верхний под 3. Загруженные материалы в реакторе перемещаются с вышележащего пода 3 на нижележащий 4, и далее 5, 6… по 14, с помощью гребков 15, закрепленных на непрерывно вращающемся валу 16. На верхнем поде 3 инициируют горение и поддерживают его при подаче воздуха, нагнетаемого вентилятором 17. Воздух подают в количестве, недостаточном для полного окисления топлива. Топливо под действием высокой температуры нагревается и пиролизуется с выделением горючих газов и пиролизных смол и образованием твердого остатка в виде ококсованного материала, причем пиролизные смолы и горючие газы частично окисляются в токе воздуха, подаваемого на под 3, и тем самым поддерживают высокую температуру. Несгоревшие пиролизные смолы под действием высокой температуры разлагаются и частично реагируют с водяным паром, образуя водород и окись углерода. Газовый поток в верхней части реактора направлен спутно движению твердого топлива - последовательно с пода 3 на 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Газообразные продукты, содержащие водород и окись углерода и практически свободные от пиролизных смол, выводят с пода 10 по газоходу 20.Solid fuel through the shutter 2 is loaded into the reactor 1, made in the form of a multi-hearth furnace with the number of hearths equal to twelve, to the top under 3. The loaded materials in the reactor are transferred from the overlying hearth 3 to the underlying 4, and then 5, 6 ... 14, s using strokes 15, mounted on a continuously rotating shaft 16. On the upper hearth 3, combustion is initiated and supported by the supply of air pumped by the fan 17. Air is supplied in an amount insufficient to completely oxidize the fuel. The fuel is heated and pyrolyzed under the influence of high temperature with the release of combustible gases and pyrolysis resins and the formation of a solid residue in the form of coked material, and the pyrolysis resins and combustible gases are partially oxidized in a stream of air supplied to under 3, and thereby maintain a high temperature. Unburned pyrolysis resins decompose under the influence of high temperature and partially react with water vapor, forming hydrogen and carbon monoxide. The gas flow in the upper part of the reactor is directed in parallel with the movement of solid fuel - sequentially from the hearth 3 to 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Gaseous products containing hydrogen and carbon monoxide and practically free of pyrolysis resins are removed from the hearth 10 on the flue 20.

Для обеспечения устойчивого горения на поде 3 дополнительно к воздуху на под 3 также подают по газоходу 18 горючий газ, причем отбирают его с нижележащего пода 7. Переток горючего газа, имеющего сравнительно высокую температуру (ок. 800°С), с пода 7 на под 3 обеспечивают за счет эжекции горючего газа воздухом, который подают на под 3 с высокой скоростью через сопло 19.To ensure stable combustion on the hearth 3, in addition to the air, the hearth 3 also receives combustible gas through the gas duct 18, and it is taken from the underlying hearth 7. A flow of combustible gas having a relatively high temperature (about 800 ° C) from hearth 7 to the hearth 3 provide due to the ejection of combustible gas with air, which is fed to under 3 at high speed through the nozzle 19.

На подах с 11 по 14 организуют зону охлаждения твердого остатка, для чего с помощью вентилятора 21 подают на под 14 воздух совместно с водяным паром. Если ставится задача получения ококсованного материала с высоким содержанием углерода, подачу водяного пара регулируют таким образом, чтобы влажное дутье вентилятора 21 вызывало гашение и остывание твердого коксового остатка на поде 14. При этом водяной пар на вышележащих подах 11-13 частично реагирует с нагретым ококсованным топливом, образуя водород и окись углерода. В нижней части реактора газовый поток направлен противотоком к движению твердого топлива - последовательно с пода 14 на 13, 12, 11, 10. Газообразные продукты из нижней части реактора также содержат водород и окись углерода и выводятся с пода 10 по газоходу 20 совместно с продуктами из верхней части реактора. Охлажденный твердый остаток по мере накопления выгружают с пода 14 через шлюзовой затвор 22.On the hearths 11 to 14, a cooling zone for the solid residue is organized, for which, using a fan 21, air is supplied to the air under 14 together with water vapor. If the task is to obtain a carbonized material with a high carbon content, the water vapor supply is controlled so that the wet blast of the fan 21 causes the solid coke residue to be quenched and cooled on the hearth 14. Moreover, the water vapor on the overlying hearths 11-13 partially reacts with the heated carbonized fuel forming hydrogen and carbon monoxide. In the lower part of the reactor, the gas flow is directed countercurrent to the movement of solid fuel - sequentially from the bottom 14 to 13, 12, 11, 10. Gaseous products from the bottom of the reactor also contain hydrogen and carbon monoxide and are removed from the bottom 10 through the duct 20 together with the products from top of the reactor. The cooled solid residue as it accumulates is discharged from the hearth 14 through the lock gate 22.

В случае если получение ококсованного топлива не требуется, подачу водяного пара регулируют таким образом, чтобы углерод ококсованного топлива возможно полно прореагировал с воздухом, но при этом температура горения кокса не превышала опасной для конструкции реактора (ок. 1100°С). Твердый остаток при этом не содержит кокса, выгружается из реактора при низкой температуре (что облегчает обращение с ним), а калорийность коксового остатка преобразуется в калорийность газообразных продуктов и их физическое тепло.If the production of coked fuel is not required, the water vapor supply is controlled so that the carbon of the coked fuel possibly fully reacts with the air, but at the same time the combustion temperature of the coke does not exceed the hazardous one for the reactor design (approx. 1100 ° C). The solid residue in this case does not contain coke, is discharged from the reactor at a low temperature (which facilitates its handling), and the calorific value of the coke residue is converted to the calorific value of gaseous products and their physical heat.

Горючий газ, выводимый с пода 10 по газоходу 20, свободен от пиролизных смол и может быть эффективно использован как топливо.Combustible gas discharged from the hearth 10 through the duct 20 is free of pyrolysis resins and can be effectively used as fuel.

ПримерExample

В реакторе, представленном на Фиг. 1, проводится переработка лузги подсолнечника с получением горючего газа и ококсованного материала - биоугля. Лузгу с влажностью 11% загружают через затвор 2 на верхний под 3 реактора 1 в количестве 800 кг/час. На верхнем поде 3 с помощью инициирующей горелки (на чертеже не показана) инициируют горение шелухи, затем после прогрева реактора горелку отключают и вентилятором 17 подают на верхний под 500 м³ в час воздуха для поддержания горения на поде 3. Для обеспечения устойчивого горения совместно с воздухом на под 3 также подают по газоходу 18 горючий газ с нижележащего пода 7. Переток горючего газа, имеющего температуру около 800°С, с пода 7 на под 3 обеспечивают за счет эжекции горючего газа воздухом, который подают на под 3 с высокой скоростью через сопло 19. Частично пиролизованная лузга с помощью гребков 15, закрепленных на валу 16, пересыпается на нижележащий 4 и далее 5, 6… по 14. Пиролизные смолы и горючие газы, выделяемые при пиролизе, частично окисляются в токе воздуха, подаваемого на под 3, и тем самым поддерживают высокую температуру. Несгоревшие пиролизные смолы под действием высокой температуры разлагаются и частично реагируют с водяным паром, образуя водород и окись углерода. Газовый поток в реакторе направлен спутно движению твердого топлива - последовательно с пода 3 на 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Газообразные продукты, содержащие водород и окись углерода и практически свободные от пиролизных смол, выводят с пода 10 по газоходу 20. Для того, чтобы поддержать необходимую для пиролиза и конверсии пиролизных смол с паром высокую температуру 850-900°С на поды 4-7 дополнительно подают от вентилятора 17 до 250 м³ в час воздуха (сопла ввода воздуха на чертеже не показаны).In the reactor of FIG. 1, sunflower husk is being processed to produce combustible gas and bio-charred carbonized material. The husk with a moisture content of 11% is loaded through the shutter 2 to the top under 3 of the reactor 1 in an amount of 800 kg / h. In the upper hearth 3, using the initiating burner (not shown in the drawing), husk burning is initiated, then after heating the reactor, the burner is turned off and the fan 17 is fed to the upper under 500 m ³ per hour of air to maintain combustion on the hearth 3. To ensure stable burning together with combustible gas from the underlying hearth 7 is also fed through air duct 18 under the duct 18. The flow of combustible gas having a temperature of about 800 ° C from hearth 7 to hearth 3 is provided by ejecting combustible gas with air, which is fed to hearth 3 at a high speed through nozzle 19. Partially pyrolyzed husk with the help of strokes 15, mounted on the shaft 16, is poured on the underlying 4 and then 5, 6 ... 14. The pyrolysis resins and combustible gases released during pyrolysis are partially oxidized in the flow of air supplied to under 3, and thereby maintaining a high temperature. Unburned pyrolysis resins decompose under the influence of high temperature and partially react with water vapor, forming hydrogen and carbon monoxide. The gas flow in the reactor is directed in parallel with the movement of solid fuel — sequentially from the hearth 3 to 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Gaseous products containing hydrogen and carbon monoxide and practically free of pyrolysis resins are removed from the hearth 10 through the gas duct 20. In order to maintain the necessary temperature for the pyrolysis and conversion of pyrolysis resins with steam, a high temperature of 850-900 ° C is supplied to the hearths 4-7 from the fan 17 to 250 m ³ per hour of air (air injection nozzles are not shown in the drawing).

На подах с 11 по 14 организуют зону охлаждения твердого продукта - ококсованной лузги (биококса), для чего с помощью вентилятора 21 подают на под 14 до 50 м³ в час воздуха и на тот же под подают 30 кг в час воды в жидкой фазе (форсунки ввода воды на чертеже не показаны).On the hearths 11 to 14, a cooling zone for a solid product is organized - coked husk (biocoke), for which, using a fan 21, air is supplied at 14 to 50 m ³ per hour and 30 kg per hour of water in the liquid phase is supplied to the same one ( water injection nozzles are not shown in the drawing).

Испарение воды, подаваемой на поде 14, обеспечивает гашение и остывание биококса. При этом водяной пар и кислород воздуха на вышележащих подах 11-13 частично реагируют с нагретым ококсованным топливом, образуя водород и окись углерода. В нижней части реактора газовый поток направлен противотоком к движению твердого топлива - последовательно с пода 14 на 13, 12, 11, 10. Газообразные продукты из нижней части реактора также содержат водород и окись углерода и выводятся с пода 10 по газоходу 20 совместно с продуктами из верхней части реактора.The evaporation of the water supplied to the hearth 14 provides the quenching and cooling of the biocoke. In this case, water vapor and oxygen on the overlying hearths 11-13 partially react with the heated coked fuel, forming hydrogen and carbon monoxide. In the lower part of the reactor, the gas flow is directed countercurrent to the movement of solid fuel - sequentially from the bottom 14 to 13, 12, 11, 10. Gaseous products from the bottom of the reactor also contain hydrogen and carbon monoxide and are removed from the bottom 10 through the duct 20 together with the products from top of the reactor.

Охлажденный биококс выгружают по мере накопления с пода 14 через шлюзовой затвор 22. Выход биококса составляет 155 кг/час.The cooled biocoke is discharged as it accumulates from the hearth 14 through the lock gate 22. The biocoke output is 155 kg / h.

Получаемый горючий газ выводится из реактора с пода 10 по газоходу 20 при температуре ок. 800°С; газ свободен от пиролизных смол, имеет калорийность около 4.9 МДж/нм³ и может быть эффективно использован как топливо. В результате производится 1200 нм³ в час горючего газа (кроме того, совместно с горючим газом выделяется 325 кг/час водяного пара). При сжигании горючего газа в энергетическом устройстве (например, паровом котле) физическое тепло горючего газа также используется для генерации энергии. Суммарная тепловая мощность на горелке составит 2.1 МВт.The resulting combustible gas is discharged from the reactor from the hearth 10 through the gas duct 20 at a temperature of approx. 800 ° C; gas is free from pyrolysis resins, has a caloric value of about 4.9 MJ / nm ³ and can be effectively used as fuel. As a result, 1200 nm ³ per hour of combustible gas is produced (in addition, 325 kg / hour of water vapor is released together with combustible gas). When burning combustible gas in an energy device (such as a steam boiler), the physical heat of the combustible gas is also used to generate energy. The total thermal power on the burner will be 2.1 MW.

Настоящее изобретение предлагает решение технической задачи - получения из твердого топлива в едином непрерывном процессе и с высокой энергетической эффективностью свободного от пиролизных смол генераторного газа и возможность одновременного получения твердого остатка в виде либо ококсованного топлива, либо зольного остатка, свободного от горючих составляющих.The present invention provides a solution to the technical problem of producing solid gas from a solid fuel in a single continuous process and with high energy efficiency, without generating pyrolysis resins, and the possibility of simultaneously producing a solid residue in the form of either coked fuel or an ash residue free of combustible components.

Claims

1. A method of producing combustible gas from solid fuel, comprising loading fuel on the top under the reactor, made in the form of a multi-hearth furnace with a hearth number of at least five, supplying oxygen-containing gas to the reactor in an amount insufficient to completely oxidize the fuel, initiating fuel combustion in the reactor oxygen-containing gas, the movement of fuel from overlying hearths to underlying ones, unloading of solid residue from the bottom hearth and removing gaseous products in the form of combustible gas and sending them to the consumer, different the fact that the oxygen-containing gas is fed to the upper hearth, combustion is initiated on the upper hearth, while the gas stream from the upper hearth is directed to the underlying hearth, and on the lower hearth, a solid residue cooling zone is organized by supplying oxygen-containing gas and / or water vapor to the lower hearth, and / or water in the liquid phase, while the gas flow from the lower hearth is directed to the overlying one, and the selection of gaseous products sent to the consumer in the form of combustible gas is carried out from the hearth not higher than the third from above and not lower than the third from below, at Ohm, gaseous products from the bottom of the reactor are discharged together with gaseous products from the top of the reactor.

2. The method according to p. 1, characterized in that in addition to the combustible gas, a solid residue is obtained in the form of a coked material by adjusting the supply of water to the lower one in such a way that the solid coke residue is quenched and cooled on the lower hearth.

3. The method according to p. 1, characterized in that the oxygen-containing gas is supplied to the top under, together with additional fuel.

4. The method according to p. 3, characterized in that the additional fuel is supplied in a deficiency with respect to the oxygen-containing gas supplied.

5. The method according to p. 3, characterized in that, as an additional fuel, a combustible gas taken from one of the reactor hearths is supplied.

6. The method according to p. 5, characterized in that the supply of combustible gas as additional fuel is carried out by ejection with a supplied oxygen-containing gas.

7. The method according to p. 1, characterized in that it further supplies oxygen-containing gas to at least one underneath, located below the upper but above the hearth, from which gaseous products are sent to the consumer.

8. The method according to p. 1, characterized in that the temperature on at least one of the hearths located above the hearth, from which the gaseous products sent to the consumer are selected, is maintained above 800 ° C.

9. The method according to p. 1, characterized in that the temperature on the lower hearth support is not higher than 100 ° C.

10. A reactor for carrying out the process described in paragraph 1, comprising a sealed enclosure equipped with thermal insulation, at least five horizontal communicating hearths, a loading device on the upper hearth and a unloading device on the lower hearth, an oxygen-containing gas supply device, an ignition device and a gaseous output device products, characterized in that the oxygen-containing gas supply device and the igniter device are located on the upper hearth, and the gaseous product output device is located It is located on the hearth not higher than the third from above and not lower than the third from the bottom and at the same time on the lower hearth there is additionally a device for supplying oxygen-containing gas and / or water vapor and / or water in the liquid phase.

11. The reactor according to p. 10, characterized in that under, on which there is a device for outputting gaseous products, is made with a height not less than twice the height of the other hearths.