[go: up one dir, main page]

RU2663144C1 - Method of gasification of solid fuel and device for its implementation - Google Patents

Method of gasification of solid fuel and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2663144C1
RU2663144C1 RU2017133300A RU2017133300A RU2663144C1 RU 2663144 C1 RU2663144 C1 RU 2663144C1 RU 2017133300 A RU2017133300 A RU 2017133300A RU 2017133300 A RU2017133300 A RU 2017133300A RU 2663144 C1 RU2663144 C1 RU 2663144C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
gas
gasification
phase
fuel
Prior art date
Application number
RU2017133300A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Тихомиров
Олег Владимирович Егоров
Александр Иванович Забегаев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority to RU2017133300A priority Critical patent/RU2663144C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2663144C1 publication Critical patent/RU2663144C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C10B49/04Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to chemical technology and heat power engineering based on the processing of local low-grade carbon-containing raw materials, including bituminous (wood, peat, brown coals, various wastes), by gasification to produce a combustible gas containing carbon monoxide and hydrogen, for subsequent use as a power gas in transport and power plants. Method involves processing solid particulate fuel in a gasifier as part of two co-operating inclined rotating cylindrical reactors, in each of which a process of gasification is carried out in a dense layer with a successive alternation of phases (regimes) – the phase of the reversed process and the phase of the direct process, the reactors working in phase. Reactors operate in a two-cycle operating cycle with a synchronous phase change. Phase change in the reactors is effected by rotating them in a vertical plane to ensure reversible movement of the fuel. Each reactor is equipped with a steam-water jacket with a perforated inner wall of the working chamber for injecting superheated steam into the activation zone, as well as an expansion piston to maintain the fuel layer and regulate the volume of the buffer zone with a hollow stem for gas extraction. Cooling of the fuel gas is carried out by means of heat exchangers for water evaporative and air cooling of the gas. Obtained activated carbon is accumulated in the buffer zone, and the vapor-gas mixture is transported to the anti-phase reactor, where the gasification of the activated carbon layer reversibly moving from its buffer zone is completed in a direct process with counter filtration of the produced gas, which is withdrawn from the reactor and after the cooling is supplied to the consumer.EFFECT: technical result consists in increasing the completeness of fuel processing, the quality and calorific value of the resulting fuel gas, reducing heat losses, as well as increasing the compactness, economy, reliability and durability of the gasifier.10 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетике на основе использования возобновляемых источников энергоресурсов и местных видов топлива, в частности, биомассы и местного низкосортного углеродсодержащего сырья, в том числе битуминозного (древесины, торфа, бурых углей, различных сельскохозяйственных отходов), включая утилизацию твердых бытовых и промышленных углеродсодержащих отходов, путем газификации с получением горючего топливного газа, содержащего оксид углерода и водород, для последующего использования в качестве силового газа в транспортных и энергетических установках.The invention relates to the field of chemical technology and power engineering based on the use of renewable energy sources and local fuels, in particular biomass and local low-grade carbon-containing raw materials, including bituminous (wood, peat, brown coal, various agricultural waste), including utilization of solid household and industrial carbon-containing wastes, by gasification to produce combustible fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen, for subsequent use as the power gas in vehicles and power plants.

Приоритетным направлением научно-технического прогресса в энергетике является создание и развитие эффективных технологий использования местных энергоресурсов для построения устойчивой системы децентрализованного энергоснабжения с сопутствующим решением все более актуальной задачи утилизации твердых городских (бытовых) отходов.The priority area of scientific and technological progress in the energy sector is the creation and development of effective technologies for the use of local energy resources to build a sustainable decentralized energy supply system with a concomitant solution to the increasingly urgent problem of recycling solid urban (household) waste.

Так, «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» предусматривает «…развитие малой энергетики в зоне децентрализованного энергоснабжения за счет повышения эффективности использования местных энергоресурсов, в том числе новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы», которая относится к низкосортным видам топлива с высокой влажностью (до 85% и более), малой энергетической плотностью, низкой теплотой сгорания, неоднородностью фракционного состава, но при этом обладает весомыми преимуществами по сравнению с ископаемыми углеродсодержащими видами сырья: возобновляемость, почти полное отсутствие серы, а также других вредных для оборудования и окружающей среды химических элементов и соединений, распространенность и доступность. Нерафинированная некондиционная биомасса (древесные отходы, отходы сельскохозяйственной деятельности, отходы производства и потребления, в том числе твердые коммунальные отходы.), а также иные местные виды топлив, прежде всего на основе низкосортного твердого углеродсодержащего сырья (торф и продукты его переработки, бурые угли), в совокупности составляют топливные ресурсы, использование которых потенциально возможно в районах (территориях) их образования, производства, добычи и экономическая эффективность потребления которых ограничена районами (территориями) их происхождения /Постановление Правительства РФ от 22.022012 г. N 154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения»/. Они представляют собой дешевый (с низкой, нулевой или отрицательной стоимостью) и практически не используемый в настоящее время источник местных энергоресурсов.Thus, the “Energy Strategy of Russia for the Period until 2030” provides for “... the development of small energy in the decentralized energy supply zone by increasing the efficiency of the use of local energy resources, including new fuels derived from various types of biomass”, which refers to low-grade fuels with high humidity (up to 85% and more), low energy density, low heat of combustion, heterogeneity of the fractional composition, but it has significant advantages compared to the spark relevant carbon-containing raw materials: renewability, almost complete absence of sulfur, as well as other chemical elements and compounds harmful to equipment and the environment, prevalence and availability. Unrefined substandard biomass (wood waste, agricultural waste, production and consumption waste, including municipal solid waste.), As well as other local fuels, primarily based on low-grade solid carbon-containing raw materials (peat and its processed products, brown coal) , together constitute fuel resources, the use of which is potentially possible in the areas (territories) of their formation, production, production and economic efficiency of consumption of which are limited ene areas (territories) of origin / RF Government Resolution of 22.022012 N 154 "On the requirements for heating circuits, the order of their development and approval" /. They are a cheap (with low, zero or negative cost) and practically not currently used source of local energy resources.

Наиболее универсальным способом, позволяющим использовать такие виды сырья, является их высокотемпературная термохимическая конверсия, или газификация - сжигание при температурах 800-1300°С в присутствии воздуха или кислорода и водяного пара с получением топливного (иначе генераторного) газа - смеси H2, СО, СО2, NOx, СН4 /ГОСТ Р 54531-2011 Нетрадиционные технологии. Возобновляемые и альтернативные источники энергии. Термины и определения/, проводимая в газификаторах (иначе: реакторах-газификаторах, газогенераторах, конвертерах), который в зависимости от его качества используется в дальнейшем в энергетической установке (сжигается в котельном агрегате или используется в качестве силового газа, т.е. для непосредственного получения энергии в двигателе - газопоршневой или газотурбинной установке).The most universal way to use these types of raw materials is their high-temperature thermochemical conversion, or gasification - burning at temperatures of 800-1300 ° C in the presence of air or oxygen and water vapor to produce fuel (aka generator) gas - a mixture of H 2 , CO, СО 2 , NO x , СН 4 / GOST R 54531-2011 Non-traditional technologies. Renewable and alternative energy sources. Terms and definitions / carried out in gasifiers (otherwise: gasification reactors, gas generators, converters), which, depending on its quality, is used in the future in a power plant (burned in a boiler unit or used as power gas, i.e., for direct energy in the engine - gas piston or gas turbine installation).

В связи с этим актуальной является проблема создания высокотехнологичного компактного оборудования газификации для модульных автономных малых энергоустановок для применения в локальной малой энергетике, в качестве источников электроэнергии глубокого резерва на территориях с возможными долговременными чрезвычайными ситуациями, для оснащения станций зарядки электромобилей на природоохранных и иных территориях, при экологически чистой утилизации отходов (в качестве альтернативы мусоросжигательным технологиям).In this regard, the urgent problem is the creation of high-tech compact gasification equipment for modular autonomous small power plants for use in local small-scale energy, as sources of deep reserve electricity in territories with possible long-term emergency situations, for equipping electric vehicle charging stations in environmental and other territories, environmentally friendly waste management (as an alternative to incineration technologies).

Существующие технологии и конструкции газификации твердых (конденсированных) углеродсодержащих топлив весьма разнообразны /А. Самылин, М. Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок. - ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85; Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Обзор современных технологий газификации биомассы. - Пром. теплотехника, 2006, т. 28, №2, с. 61-75; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М: Инфра-Инженерия, 2012 - 504 с., с. 263-271/. С экологической точки зрения их главным преимуществом является сравнительно низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду. Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (особенно для газификации в плотном слое) нахождением газообразных продуктов газификации конденсированных топлив сначала в зоне окисления (горения) при температурах от 1000…1200°С и выше, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования горючего топливного газа. При таких условиях происходит термическое разложение и восстановительное дехлорирование наиболее опасных веществ - диоксинов, фуранов, полихлорбифенилов, бенз(а)пиренов и других полициклических ароматических углеводородов.Existing technologies and designs for gasification of solid (condensed) carbon-containing fuels are very diverse / A. Samylin, M. Yashin. Modern designs of gas generating units. - LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85; Zheleznaya T.A., Geletukha G.G. Overview of modern biomass gasification technologies. - Prom. heat engineering, 2006, v. 28, No. 2, p. 61-75; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M: Infra-Engineering, 2012 - 504 p., P. 263-271 /. From an environmental point of view, their main advantage is the relatively low level of negative impact on the environment. This, first of all, is caused by the rather long (especially for gasification in a dense layer) presence of gaseous products of gasification of condensed fuels, first in the oxidation (combustion) zone at temperatures from 1000 ... 1200 ° C and higher, and then in the reduction (oxygen-free) formation zone combustible fuel gas. Under such conditions, thermal decomposition and reductive dechlorination of the most dangerous substances - dioxins, furans, polychlorobiphenyls, benzo (a) pyrenes and other polycyclic aromatic hydrocarbons occur.

Опыт долговременного использования топливного (генераторного) газа в двигателях или турбинах до сих пор невелик. С точки зрения капитальных затрат, которые выше по сравнению со станциями, работающими на ископаемом топливе, экономически рентабельная работа газификационной установки во многих случаях возможна только при использовании очень дешевого сырья. Интерес к газификационным технологиям все более смещается от производства только тепловой энергии к возможности комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.The experience of long-term use of fuel (generator) gas in engines or turbines is still small. From the point of view of capital expenditures, which are higher in comparison with stations operating on fossil fuels, economically viable operation of a gasification plant in many cases is possible only when using very cheap raw materials. Interest in gasification technologies is increasingly shifting from the production of only thermal energy to the possibility of combined generation of thermal and electric energy.

Несмотря на заметный прогресс, достигнутый в последние годы в области очистки газа, система очистки является критической составляющей любой газификационной установки. Продолжаются поиски оптимальных решений для достижения требуемых уровней очистки при минимальных затратах. Кроме того, существующее оборудование (установки, реакторы…) газификации имеет низкую энергоэффективность, не отвечает современным требованиям по ряду эксплуатационно-технических характеристик, и в первую очередь, по компактности, простоте и удобству обслуживания, надежности, рабочему ресурсу, универсальности по сырью, а также по экологической безопасности, что ограничивает его конкурентоспособность на мировом энергетическом рынке.Despite the significant progress made in recent years in the field of gas purification, the purification system is a critical component of any gasification plant. The search continues for optimal solutions to achieve the required cleaning levels at the lowest cost. In addition, the existing gasification equipment (plants, reactors ...) has low energy efficiency, does not meet modern requirements for a number of operational and technical characteristics, and first of all, for compactness, simplicity and ease of maintenance, reliability, work resource, versatility in raw materials, and also environmental safety, which limits its competitiveness in the global energy market.

Известные технологии (схемы) газификации /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г. 360 с. с илл.; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., Мир, 1985; Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955; Колеров Л.К. Газомоторные установки. М., Машгиз 1951 г./ различаются по месту подвода воздуха и отбора горючего топливного газа в газификаторах и разделяются на технологии и, соответственно, реакторы-газификаторы прямого, обратного (обращенного) и горизонтального процесса.Known technologies (schemes) for gasification / Reference. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008 360 s. with ill .; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski. - M., Mir, 1985; G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955; Kolerov L.K. Gas engine installations. M., Mashgiz 1951 / differ in the place of air supply and selection of combustible fuel gas in gasifiers and are divided into technologies and, accordingly, gasification reactors of direct, reverse (reverse) and horizontal processes.

В газификаторах прямого процесса перемещение твердого углеродсодержащего топлива (далее - топлива) и газообразного носителя кислорода (воздуха, воздуха с повышенным содержанием кислорода, кислорода) происходит в противоположных направлениях. Газификаторы такого типа достаточно широко распространены [1, 2] и представляют собой, как правило, шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом, сверху этой шахты загружается топливо, а снизу подается газообразный носитель кислорода. Слой топлива поддерживается либо колосниковой решеткой, либо слоем твердых остатков газификации - золы. Горючий топливный газ отводится в верхней зоне шахты. Конструкции газификаторов такого типа отличаются выполнением отдельных конструктивных элементов, взаимное расположение которых, как правило, остается неизменным. Процессы образования газов в слое топлива в таких газификаторах протекают следующим образом. Подаваемый через нижнюю зону газогенератора газообразный носитель кислорода вначале проходит через зону золы, где он немного подогревается, а далее поступает в раскаленный слой топлива (окислительная зона), где кислород вступает в реакцию с горючими элементами топлива. Образовавшиеся продукты горения, поднимаясь вверх и встречаясь с раскаленным топливом (зона восстановления), восстанавливаются до окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх сильно нагретых продуктов восстановления происходит термическое разложение (сухая перегонка) топлива (зона пиролиза) и продукты восстановления обогащаются продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуются вначале полукокс, а затем и кокс, на поверхности которых при их опускании вниз происходит восстановление продуктов горения. При опускании еще ниже происходит горение кокса. В верхней части газификатора происходит сушка топлива теплом поднимающихся газов и паров, при отборе горячего газа (с температурой до 300°С и выше) продукты газификации смешиваются с продуктами, полученными в зонах подсушки и сухой перегонки (пиролиза).In direct process gasifiers, the movement of solid carbon-containing fuel (hereinafter referred to as fuel) and a gaseous oxygen carrier (air, air with a high content of oxygen, oxygen) occurs in opposite directions. Gasifiers of this type are quite widespread [1, 2] and are, as a rule, a shaft, the inner walls of which are lined with refractory material, fuel is loaded on top of this shaft, and a gaseous oxygen carrier is supplied below. The fuel layer is supported either by a grate or a layer of solid gasification residues - ash. Combustible fuel gas is discharged in the upper zone of the mine. The design of gasifiers of this type is distinguished by the execution of individual structural elements, the mutual arrangement of which, as a rule, remains unchanged. The processes of gas formation in the fuel layer in such gasifiers proceed as follows. The gaseous oxygen carrier supplied through the lower zone of the gas generator first passes through the ash zone, where it is slightly warmed up, and then enters the red-hot layer of fuel (oxidizing zone), where oxygen reacts with combustible fuel elements. The resulting combustion products, rising up and meeting with hot fuel (reduction zone), are reduced to carbon monoxide and hydrogen. With further upward movement of strongly heated reduction products, thermal decomposition (dry distillation) of the fuel (pyrolysis zone) occurs and the reduction products are enriched with decomposition products (gases, tar and water vapor). As a result of the decomposition of fuel, first semi-coke and then coke are formed, on the surface of which, when they are lowered, the combustion products are restored. When lowering even lower, coke burns. In the upper part of the gasifier, the fuel is dried by the heat of rising gases and vapors; during the selection of hot gas (with temperatures up to 300 ° C and above), gasification products are mixed with products obtained in the zones of drying and dry distillation (pyrolysis).

Прямой процесс почти не накладывает ограничений на вид и влажность топлива, но при этом получаемый газ очень загрязнен и содержит большое количество пиролизных смол, паров воды, пылевидных частиц и т.д. Для его дальнейшего использования требуется глубокая очистка с использованием дорогостоящего оборудования.The direct process almost does not impose restrictions on the type and humidity of the fuel, but the resulting gas is very polluted and contains a large number of pyrolysis resins, water vapor, dust particles, etc. For its further use, deep cleaning using expensive equipment is required.

Таким образом, процесс в газификаторе в целом является комбинацией двух самостоятельных процессов - сухой перегонки и собственно газификации. При прямом процессе газификации из некоторых сортов топлива (т.н. битуминозного топлива) получается газ с большим содержанием смолы. Это делает газ неприемлемым для применения в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания без их специальной очистки. При газификации этим способом древесины и торфа в продуктах сухой перегонки содержится также уксусная кислота и другие нежелательные примеси (фенолы и др.). Очистка газа от смол принципиально возможна с применением дезинтеграторов, электрофильтров, что усложняет и удорожает весь технологический процесс.Thus, the process in the gasifier as a whole is a combination of two independent processes - dry distillation and gasification proper. In the direct gasification process, some types of fuel (the so-called bituminous fuel) produce gas with a high tar content. This makes the gas unacceptable for use as a fuel in internal combustion engines without their special purification. When this method of gasifying wood and peat, the products of dry distillation also contain acetic acid and other undesirable impurities (phenols, etc.). Gas purification from resins is fundamentally possible with the use of disintegrators, electrostatic precipitators, which complicates and increases the cost of the entire process.

В связи с изложенным на практике, прямой процесс газификации используется при применении топлив с небольшим выходом летучих (антрацит, кокс, полукокс, древесный уголь).In connection with the foregoing, a direct gasification process is used when using fuels with a small yield of volatile (anthracite, coke, semi-coke, charcoal).

В обращенном процессе газификации топливо и газообразный носитель кислорода перемещаются в попутном направлении. Газификаторы обращенного процесса, как правило, также представляют собой шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом, сверху этой шахты загружается топливо, а в средней по вертикали зоне, как правило, через фурмы подается газообразный носитель кислорода. Слой топлива поддерживается либо колосниковой решеткой, либо слоем золы. Топливный газ отводится в нижней зоне шахты. Конструкции газификаторов такого типа отличаются выполнением отдельных конструктивных элементов, взаимное расположение которых, как правило, остается неизменным. Так как отвод образовавшегося газа (с температурой 400…500°С) осуществляется через нижнюю зону газификатора, то зона горения (окислительная) находится в плоскости фурм, ниже этой зоны следует зона восстановления, над зоной горения располагается зона пирогенетического разложения топлива, происходящего за счет тепла раскаленного горящего кокса. Сушка самого верхнего слоя топлива в таких газификаторах происходит за счет передачи тепла от зоны пирогенетического разложения топлива. Основным недостатком является то, что обращенный процесс накладывает ограничения на влажность топлива (ввиду отсутствия активной зоны подсушки), что вызывает необходимость в топливоподготовке, но при этом обеспечивает получение более чистого газа с относительно малым содержанием пиролизных смол и других примесей, т.к. все продукты сухой перегонки проходят через высокотемпературную реакционную зону.In the reversed gasification process, fuel and a gaseous oxygen carrier move in the associated direction. Gasifiers of the reversed process, as a rule, also represent a mine, the inner walls of which are lined with refractory material, fuel is loaded on top of this mine, and in the vertical middle zone, as a rule, a gaseous oxygen carrier is supplied through the tuyeres. The fuel layer is supported by either a grate or a layer of ash. Fuel gas is discharged in the lower zone of the mine. The design of gasifiers of this type is distinguished by the execution of individual structural elements, the mutual arrangement of which, as a rule, remains unchanged. Since the evacuation of the formed gas (with a temperature of 400 ... 500 ° C) is carried out through the lower zone of the gasifier, the combustion zone (oxidative) is in the tuyere plane, below this zone there is a reduction zone, above the combustion zone there is a zone of pyrogenetic decomposition of fuel due to heat of burning hot coke. Drying of the uppermost layer of fuel in such gasifiers occurs due to heat transfer from the zone of pyrogenetic decomposition of fuel. The main disadvantage is that the reversed process imposes restrictions on the humidity of the fuel (due to the absence of an active drying zone), which necessitates fuel preparation, but at the same time provides a cleaner gas with a relatively low content of pyrolysis resins and other impurities, because all dry distillation products pass through a high temperature reaction zone.

При горизонтальном процессе воздух подводится через фурму, расположенную сбоку в нижней части газификатора, газоотборная решетка располагается с противоположной стороны, а на небольшом пространстве между ними сосредоточена активная, или реакционная зона (окисления/восстановления), над которой располагается зона сухой перегонки и выше - зона подсушки топлива. Этот газификатор обладает достаточно простой конструкцией и гибкостью работы, однако не может обеспечить образование бессмольного газа и не пригоден для газификации битуминозных, а также многозольных топлив.In a horizontal process, air is supplied through a lance located laterally in the lower part of the gasifier, the gas sampling lattice is located on the opposite side, and the active or reaction zone (oxidation / reduction) is concentrated in a small space between them, above which there is a dry distillation zone and above it is a zone drying fuel. This gasifier has a fairly simple design and flexibility, but cannot provide the formation of tar without gas and is not suitable for gasification of bituminous as well as multi-ash fuels.

Наиболее перспективными с точки зрения повышения эффективности являются комбинированные технологии (схемы) и, соответственно, газификаторы, которые позволяют использовать преимущества как прямого, так и обратного процессов газификации, в частности, на базе двухзонного процесса газификации /Колеров Л.К. Газомоторные установки. М.: Машгиз 1951 г., с. 12-15/. Газификатор имеет две реакционные зоны (каждая включает зону окисления и зону восстановления), причем в верхней части реактора (верхней реакционной зоне) топливо газифицируется по обращенному процессу, а в нижней части (нижней реакционной зоне) по прямому процессу газифицируется кокс, образовавшийся по мере прохождения топлива через верхнюю зону. Отбор газа осуществляется между зонами восстановления, а зола удаляется во время работы реактора. Процесс благоприятен для газификации битуминозных топлив повышенной зольности, однако, не устраняя в достаточной степени недостатки прямого и обращенного процессов, имеет также специфические недостатки, связанные с высокой температурой получаемого газа (до 700°С) и сложностью регулировки воздушного и паровоздушного дутья.The most promising from the point of view of increasing efficiency are combined technologies (schemes) and, accordingly, gasifiers, which allow you to take advantage of both direct and reverse gasification processes, in particular, on the basis of a two-zone gasification process / Kolerov L.K. Gas engine installations. M .: Mashgiz 1951, p. 12-15 /. The gasifier has two reaction zones (each includes an oxidation zone and a reduction zone), and in the upper part of the reactor (upper reaction zone) the fuel is gasified by the reverse process, and in the lower part (lower reaction zone), coke formed during the passage is gasified fuel through the upper zone. Gas is taken between the recovery zones, and the ash is removed during reactor operation. The process is favorable for the gasification of bituminous fuels with high ash content, however, while not sufficiently eliminating the shortcomings of the direct and inverse processes, it also has specific disadvantages associated with the high temperature of the produced gas (up to 700 ° C) and the difficulty of adjusting the air and steam blast.

Низкосортное углеродсодержащее сырье, которое предназначено для использования в качестве топлива в настоящем изобретении, как правило, характеризуется повышенным содержанием золы и/или смол, а также влаги. В связи с этим горючий топливный газ, получаемый из такого сырья по существующим технологиям (схемам) газификации, обладает свойствами, не позволяющими использовать его в качестве силового, т.е. для непосредственного получения энергии в двигателе - газопоршневой или газотурбинной установке, а именно:Low-grade carbon-containing raw materials that are intended to be used as fuel in the present invention are typically characterized by a high content of ash and / or resins, as well as moisture. In this regard, combustible fuel gas obtained from such raw materials using existing gasification technologies (schemes) has properties that do not allow its use as a power gas, i.e. for direct energy in the engine - a gas piston or gas turbine installation, namely:

- высокую температуру (300…700°С) и, соответственно, малую плотность, что приводит к ухудшению наполнения двигателя и падению его мощности;- high temperature (300 ... 700 ° C) and, accordingly, low density, which leads to a deterioration in the filling of the engine and a drop in its power;

- низкую объемную теплотворность вследствие большого содержания балласта (азота воздуха, влаги, углекислого газа); так, для наиболее калорийного газа, получаемого при воздушном дутье, - менее 4000 кДж/м3 сухого газа, для наиболее калорийного на парокислородном дутье под давлением - около 15000 кДж/м3;- low volume calorific value due to the high content of ballast (nitrogen, air, moisture, carbon dioxide); so, for the most high-calorific gas produced by air blasting, less than 4000 kJ / m 3 of dry gas, for the most high-calorific gas using steam-oxygen blast under pressure, about 15000 kJ / m 3 ;

- высокое содержание вредных примесей (зола, угольная пыль, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения, влага), которые нарушают нормальную работу двигателя, вызывают преждевременный износ трущихся деталей и отказ двигателя.- high content of harmful impurities (ash, coal dust, soot, tarry substances, sulfur compounds, moisture), which interfere with the normal operation of the engine, cause premature wear of rubbing parts and engine failure.

Кроме того, для наиболее распространенных аппаратных решений реакторов-газификаторов (шахтного типа), которые основаны на движении (перемещении) газифицируемого твердого кускового (измельченного) топлива под действием собственного веса, не решенной проблемой остается обеспечение стабильности протекания горения. Поскольку перерабатываемые материалы (особенно это касается низкосортного сырья) зачастую имеют неравномерную газопроницаемость и склонны к слипанию при пиролизе, сводообразованию и зависанию на стенках реактора, то и фронт пиролиза и газификации может распространяться по сечению реактора неравномерно. В слое перерабатываемого сырья могут образоваться «прогары», по которым преимущественно протекает газовый поток, происходят обрушения материала в полости, образованные при горении, и одновременно могут формироваться практически газонепроницаемые области. Как следствие, распределение температуры в зоне горения оказывается неоднородным и плохо управляемым, что ведет к снижению качества газа.In addition, for the most common hardware solutions of gasification reactors (shaft type), which are based on the movement (movement) of gasified solid lump (ground) fuel under its own weight, the stability of the flow of combustion remains an unsolved problem. Since the processed materials (especially with regard to low-grade raw materials) often have uneven gas permeability and are prone to sticking together during pyrolysis, arching, and freezing on the walls of the reactor, the pyrolysis and gasification front can spread unevenly over the reactor cross section. In the layer of the processed raw materials, “burnouts” can occur, through which the gas stream mainly flows, material collapses in the cavities formed during combustion, and almost gas-tight regions can form at the same time. As a result, the temperature distribution in the combustion zone is heterogeneous and poorly controlled, which leads to a decrease in gas quality.

Таким образом, для практического применения топливного силового газа, особенно получаемого из низкосортного сырья, требуется в том или ином виде использование системы его кондиционирования, как правило, многоэтапной и включающей достаточно сложное и дорогостоящее оборудование охлаждения, осушки и очистки газа (скрубберы, циклоны, электрофильтры, фильтры-нейтрализаторы и т.п.) / Колеров Л.К. Газомоторные установки. М., Машгиз 1951 г., с. 15-17; Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., с. 248-249/, что существенно ограничивает область эффективного использования установок газификации и снижает их технико-экономические и эксплуатационно-технические характеристики.Thus, for the practical use of fuel power gas, especially obtained from low-grade raw materials, it is necessary in one form or another to use its conditioning system, as a rule, multi-stage and including rather complicated and expensive gas cooling, drying and purification equipment (scrubbers, cyclones, electrostatic precipitators filters, neutralizers, etc.) / Kolerov L.K. Gas engine installations. M., Mashgiz 1951, with. 15-17; Directory. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, p. 248-249 /, which significantly limits the area of efficient use of gasification plants and reduces their technical, economic and operational-technical characteristics.

Известен ряд технических решений, направленных на повышение эффективности газификации углеродсодержащего, и в частности, низкосортного сырья.A number of technical solutions are known aimed at increasing the efficiency of gasification of carbon-containing, and in particular, low-grade raw materials.

Так, известен «Способ регулирования получения горючего газа и устройство для получения горючего газа» (Евразийский патент 000184 В1, дата публ. 24.12.1998), где для повышения чистоты газа и более полного использования углерода сырья газифицирующее средство в реактивную зону вертикального реактора подводят снизу через колосниковую решетку и/или сверху и сбоку, а отвод газа осуществляют на стороне, противолежащей боковому подводу газифицирующего средства, что способствует перемешиванию слоев газифицируемого сырья, при этом регулируют вертикальное положение реакционной зоны скоростью вывода золы, оптимальную температуру газообразования через поток газифицирующего средства, производительность через установку ширины реакционной зоны путем согласованного регулирования подачи газифицирующего средства и вывода золы. Для осуществления способа предусмотрена колосниковая ступенчатая решетка с приводом для ее переталкивающего перемещения и уплотнения частично газифицированного топлива, а кожух реактора снабжен теплоизоляцией в виде двухслойной изолирующе-охлаждающей системы с перфорированной перегородкой между внешним и внутренним слоями, а охлаждающим агентом является воздух, используемый в качестве газифицирующего средства. Предлагаемое решение представляется недостаточно надежным и сложным ввиду необходимости сортировки и подготовки сырья и наличия движущихся частей в высокотемпературной зоне (колосниковая решетка), а достигаемый эффект недостаточным.Thus, the “Method for controlling the production of combustible gas and a device for producing combustible gas” is known (Eurasian patent 000184 B1, published date 12.24.1998), where to increase the purity of the gas and more fully use the carbon of the feed, the gasifying agent is fed from below to the vertical zone of the reactor through the grate and / or from above and from the side, and the gas is discharged on the side opposite the side supply of gasifying means, which helps to mix the layers of gasified raw materials, while adjusting the vertical th speed position of the reaction zone ash withdrawal, the optimum gasification temperature through the flow of the gasifying agent, the reaction efficiency by setting the band width through coordinated regulation of the gasifying means and outputting the ash. To implement the method, a grate-type step grate is provided with a drive for its repulsive movement and compaction of partially gasified fuel, and the reactor casing is provided with thermal insulation in the form of a two-layer insulating-cooling system with a perforated partition between the outer and inner layers, and the cooling agent is air used as gasifying facilities. The proposed solution is not sufficiently reliable and complicated due to the need for sorting and preparation of raw materials and the presence of moving parts in the high-temperature zone (grate), and the achieved effect is insufficient.

Известен также «Газификатор и способ газификации твердого топлива» (Евразийский патент 009349 В1, дата публ. 28.12.2007) на основе двухзонной схемы газификации, содержащий стадии частичного окисления топлива из биомассы в первой зоне окисления для производства растительного угля, восстановления растительного угля в зоне восстановления для образования золы, дополнительного окисления любого остатка растительного угля в золе во второй зоне окисления, извлечения потока горючего, произведенного на вышеупомянутых стадиях, посредством выпускной трубы, причем в первой зоне окисления поток газа имеет то же самое направление, что и поток топлива, а во второй зоне окисления поток газа имеет направление, противоположное потоку топлива. Поток горючего при температуре примерно 850°С, произведенный в обеих зонах, проходит через перфорированное коническое кольцо, которое наполнено микропористым полимером-катализатором, для того, чтобы осуществить крекинг остаточного жидкого продукта перегонки перед тем, как он выйдет из газификатора. Таким образом, предполагается осуществлять очистку газа, однако это ведет к усложнению и удорожанию установки, а также повышает эксплуатационные издержкиAlso known is the “Gasifier and method for gasifying solid fuels" (Eurasian patent 009349 B1, published on December 28, 2007) based on a two-zone gasification scheme containing the stages of partial oxidation of fuel from biomass in the first oxidation zone for the production of vegetable coal, the restoration of vegetable coal in the zone reduction for the formation of ash, additional oxidation of any residue of vegetable coal in the ash in the second oxidation zone, extraction of the fuel stream produced in the above stages, through the exhaust pipe loss, moreover, in the first oxidation zone, the gas stream has the same direction as the fuel stream, and in the second oxidation zone, the gas stream has a direction opposite to the fuel stream. A fuel stream at a temperature of about 850 ° C., produced in both zones, passes through a perforated conical ring that is filled with a microporous polymer catalyst in order to crack the residual distillation liquid product before it leaves the gasifier. Thus, it is supposed to carry out gas purification, however, this leads to a complication and higher cost of the installation, and also increases operating costs

Известный «Способ газификации твердого углеродсодержащего топлива, в том числе углеродсодержащих отходов и газогенератор» (Евразийский патент 014373, дата публ. 29.10.2010) предполагает подачу в вертикально ориентированный газогенератор углеродсодержащего топлива сверху вниз и потока газообразного носителя кислорода по направлению движения углеродсодержащего топлива и отвод горючего газа из нижней зоны газогенератора. Поток газообразного носителя кислорода подают в среднюю по вертикали зону газогенератора по всему периметру с одновременным формированием направленных вниз по направлению движения углеродсодержащего топлива и направленных вверх против направления движения углеродсодержащего топлива потоков, при этом дополнительно осуществляют отвод горючего газа из верхней зоны газогенератора. Указанное техническое решение сочетают в себе преимущества прямого и обратного процесса газификации, но и не исключает недостатки двухзонного процесса.The well-known "Method for the gasification of solid carbon-containing fuel, including carbon-containing waste and a gas generator" (Eurasian patent 014373, published date 10/29/2010) involves supplying a vertically oriented carbon-containing fuel from top to bottom and a gaseous oxygen carrier flow in the direction of carbon-containing fuel movement and removal combustible gas from the lower zone of the gas generator. The flow of the gaseous oxygen carrier is fed into the vertically middle zone of the gas generator along the entire perimeter with the simultaneous formation of downward-directed streams of carbon-containing fuel and directed upward against the direction of movement of the carbon-containing fuel, while additionally the combustible gas is removed from the upper zone of the gas generator. The specified technical solution combines the advantages of the direct and reverse gasification process, but does not exclude the disadvantages of the dual-zone process.

В известном «Способе подготовки топлива, в том числе, к сжиганию и устройстве для его осуществления» (патент RU 2301374, Кондра Е.И. и др., дата публ. 20.06.2007) топливо подают в реактор, перемещают его навстречу газообразному окислителю, содержащему кислород, и получают кокс в области пиролиза и коксования топлива, расположенной в реакторе между местами ввода в реактор топлива и окислителя. Кокс обрабатывают паром, образующимся при подаче в реактор типа туннельной печи воды для охлаждения твердого остатка или целевого продукта перед его выгрузкой из реактора. Водяной газ, получающийся при взаимодействии кокса с парами воды, либо выводят из реактора для использования в качестве топливного газа тепловой машины, либо направляют навстречу перемещаемому по реактору коксу к месту ввода в реактор окислителя и там сжигают, получая необходимое для коксования, пиролиза и сушки топлива тепло и выводя из реактора образующийся генераторный газ. В зависимости от вида исходного топлива и режима обработки твердый целевой продукт может представлять собой кокс, древесный или активированный уголь. Техническое решение представляется весьма сложным для реализации и не предполагает полного цикла переработки сырья.In the well-known “Method for preparing fuel, including for burning and a device for its implementation” (patent RU 2301374, Kondra E.I. et al., Publication date 20.06.2007), fuel is fed into the reactor, it is moved towards the gaseous oxidizing agent containing oxygen, and get coke in the area of pyrolysis and coking of the fuel located in the reactor between the places of entry into the reactor of fuel and oxidizer. Coke is treated with steam generated when water is supplied to a reactor such as a tunnel furnace to cool a solid residue or target product before it is discharged from the reactor. The water gas resulting from the interaction of coke with water vapor is either taken out of the reactor to be used as a fuel gas of a heat engine, or directed towards the coke transported through the reactor to the place where the oxidizer is introduced into the reactor, and it is burned there, obtaining the fuel needed for coking, pyrolysis and drying of the fuel heat and removing generated gas from the reactor. Depending on the type of source fuel and the processing mode, the solid target product may be coke, charcoal or activated carbon. The technical solution seems to be very difficult to implement and does not imply a complete cycle of raw material processing.

Известный «Газификатор твердого топлива» (патент RU 2315083, Князев А.Е, дата публ. 10.08.2007) является многоступенчатым, при этом в первой ступени происходит сушка, пиролиз и частичное сжигание топлива, на верхней границе теплового пятна второй ступени происходит выгорание всего кислорода, образовавшегося в результате расщепления пара, на третьей ступени дожигаются и поглощаются остатки углерода. Каждая ступень снабжена устройством для подвода пара, размещенным ниже устройства для поджига и стабилизации горения. Изобретение обеспечивает полное сгорание кускового топлива без его предварительной подготовки, однако является достаточно сложным, а получаемый топливный газ требует кондиционирования.The well-known “Solid fuel gasifier” (patent RU 2315083, Knyazev A.E., published on 08/10/2007) is multi-stage, while in the first stage drying, pyrolysis and partial combustion of fuel occurs, on the upper boundary of the heat spot of the second stage, all burn out of oxygen generated as a result of steam splitting, at the third stage, carbon residues are burned and absorbed. Each stage is equipped with a device for supplying steam, located below the device for ignition and stabilization of combustion. The invention provides for the complete combustion of lump fuel without preliminary preparation, however, it is rather complicated, and the resulting fuel gas requires conditioning.

Значительные преимущества при разработке эффективных технических решений имеет технология газификация по схеме прямого процесса в плотном слое при встречной подаче газифицирующего агента (в частности, воздуха) и топлива, поскольку дает возможность использовать низкокалорийные топлива влажностью до 40…50% с высоким к.п.д. теплового процесса (до 95%). /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г. 360 с. с илл., с. 111-151; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., Мир, 1985; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012. - 504 с/.Significant advantages in the development of effective technical solutions are gasification technology according to the direct process scheme in a dense layer with a counter flow of a gasifying agent (in particular, air) and fuel, since it makes it possible to use low-calorific fuels with humidity up to 40 ... 50% with high efficiency . thermal process (up to 95%). /Directory. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008 360 s. with ill., p. 111-151; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski. - M., Mir, 1985; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012. - 504 s /.

Такое решение предлагаются в «Способе переработки конденсированного топлива и устройство для его осуществления. (Патент RU 2376527, Жирнов, Зайченко, Манелис, Полианчик, дата публ. 20.12.2009). Указанный способ реализует схему газификации твердых органических топлив, в том числе топливной биомассы, в противотоке газифицирующего агента (прямой процесс газификации), и отличается тем, что паровоздушная газификации в плотном слое проводится в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом в цилиндрическом наклонном вращающемся реакторе-газификаторе /Кислов В.М. Газификация древесины и ее компонентов в фильтрационном режиме. Автореферат диссертации на соискание ученой степени КФМН. ИПХФ РАН, Черноголовка, 2008; Зайченко А.Ю. Влияние движения твердой фазы на характер фильтрационного горения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка - 2008. ИПХФ РАН/.Such a solution is proposed in the "Condensed fuel processing method and device for its implementation. (Patent RU 2376527, Zhirnov, Zaichenko, Manelis, Polyanchik, published date 12/20/2009). This method implements a scheme for the gasification of solid organic fuels, including biomass fuel, in countercurrent gasification agent (direct gasification process), and differs in that the vapor-air gasification in a dense layer is carried out in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating in a cylindrical inclined rotating gasifier reactor / Kislov V.M. Gasification of wood and its components in a filtration mode. Abstract of dissertation for the degree of KFMN. IPCP RAS, Chernogolovka, 2008; Zaichenko A.Yu. The effect of the motion of the solid phase on the nature of filtration combustion. Abstract of dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences Chernogolovka - 2008. IPCP RAS.

Она предусматривает загрузку топлива (измельченного для обеспечения перемешивания и газопроницаемости) в цилиндрический реактор, подачу в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов переработки, перемещение загруженного топлива вдоль оси реактора, вывод твердых продуктов переработки из реактора, вывод из реактора продуктов сушки, пиролиза и горения в виде горючего топливного газа (продукт-газа), таким образом, что газификация проводится посредством последовательного пребывания топлива в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, зоне горения (реакционной зоне окисления/восстановления) и зоне охлаждения, а газовый поток фильтруется через слой загруженного топлива, проходя последовательно зону охлаждения, зону горения, зону пиролиза и зону нагревания и сушки.It involves loading fuel (crushed to ensure mixing and gas permeability) into a cylindrical reactor, supplying a gasifying agent containing oxygen to the reactor from the side of the reactor, where solid refined products are accumulated, loaded fuel moves along the axis of the reactor, and solid refined products are removed from the reactor, conclusion from the reactor of products of drying, pyrolysis and combustion in the form of combustible fuel gas (product gas), so that gasification is carried out by means of the fuel remains in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the combustion zone (oxidation / reduction reaction zone) and the cooling zone, and the gas stream is filtered through the loaded fuel layer, passing through the cooling zone, the combustion zone, the pyrolysis zone and the heating and drying zone.

В реактор, в зону, где температура максимальна/превышает 400°С, подают воду в жидком виде. Для обеспечения равномерности распределения по сечению реактора водяного пара, испаряемого на нагретых твердых материалах шихты, процесс проводят в наклонном вращающемся реакторе, установленном под углом к горизонту в пределах от 22 до 65°. Температура в активной зоне ограничивается за счет испарительного внутреннего охлаждения в совокупности с пассивным охлаждением за счет эндотермических реакций. Достоинствами указанного способа является высокая эффективность процесса газификации топлив, в том числе мелкодисперсных и склонных к спеканию, а именно стабильность и высокий к.п.д. газификации, отсутствие не прореагировавшего топлива в отходах, низкий уровень вредных выбросов в атмосферу.In the reactor, in the zone where the temperature is maximum / exceeds 400 ° C, water is supplied in liquid form. To ensure uniform distribution over the reactor cross section of water vapor evaporated on heated solid materials of the mixture, the process is carried out in an inclined rotating reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 °. The temperature in the core is limited by evaporative internal cooling in conjunction with passive cooling due to endothermic reactions. The advantages of this method is the high efficiency of the process of gasification of fuels, including finely dispersed and prone to sintering, namely, stability and high efficiency gasification, the absence of unreacted fuel in the waste, low levels of harmful emissions into the atmosphere.

В то же время указанному способу присущи недостатки технологической схемы прямого процесса, связанные с большим содержанием смолистых и балластных веществ в получаемом газе. Также существенными недостатками способа являются сложность и ненадежность, обусловленные наличием в высокотемпературной зоне дополнительных устройств (труба для подачи воды; датчики температуры для управления рабочими параметрами газификации; уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении). При изменениях параметров сырья (насыпной плотности, фракционного состава и др.) возможно ухудшение газопроницаемости слоя продуктов переработки (золы) из-за спекания и не прореагировавшего топлива, что не позволяет поддерживать оптимальные параметры паровоздушного дутья и затрудняет работу разгрузочного устройства.At the same time, the specified method has inherent disadvantages of the technological scheme of the direct process associated with a high content of tar and ballast substances in the resulting gas. Also significant disadvantages of the method are the complexity and unreliability due to the presence of additional devices in the high-temperature zone (water supply pipe; temperature sensors to control the operating parameters of gasification; seals ensuring the tightness of the reactor during rotation). With changes in the parameters of raw materials (bulk density, fractional composition, etc.), the gas permeability of the layer of processed products (ash) may be deteriorated due to sintering and unreacted fuel, which does not allow maintaining the optimal parameters of the steam-air blast and complicates the operation of the unloading device.

Также не решена проблема тепловой защиты конструкции реактора (боковой стенки, разгрузочного устройства) для снижения тепловых потерь и обеспечения его надежности и долговечности. Обычно применяется футеровка корпуса изнутри теплоизоляционной кладкой, однако такая защита недостаточна, надежность, ремонтопригодность и срок службы таких конструкций низки, недостаточная компактность, высокие массовые и габаритные характеристики ограничивают применение реакторов в малогабаритных, мобильных и полустационарных энергетических установках, предназначенных для децентрализованного энергоснабжения. Кроме того, наличие только одной точки подачи воды препятствует равномерному распределению пара, особенно при больших размерах реактора, что снижает возможности управления рабочими параметрами газификации в целях их оптимизации применительно к топливам различного вида.Also, the problem of thermal protection of the reactor structure (side wall, unloading device) has not been solved to reduce heat loss and ensure its reliability and durability. Typically, shell lining is used from the inside with insulating masonry, however, such protection is insufficient, reliability, maintainability and the service life of such structures are low, insufficient compactness, high mass and dimensional characteristics limit the use of reactors in small-sized, mobile and semi-stationary power plants designed for decentralized power supply. In addition, the presence of only one water supply point prevents the uniform distribution of steam, especially with a large reactor, which reduces the ability to control the operating parameters of gasification in order to optimize them for various types of fuels.

Указанные недостатки частично устранены в техническом решении «Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления» (Заявка на изобретение RU 2015156390 А, Забегаев, Тихомиров и др., дата публ. заявки 29.06.2017, бюл. №19), являющемся наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков.These shortcomings were partially eliminated in the technical solution “Method of gasification of fuel biomass and a device for its implementation” (Application for invention RU 2015156390 A, Zabegaev, Tikhomirov et al., Date of publication of the application 06/29/2017, bull. No. 19), which is the closest to the claimed invention in the aggregate of essential features.

Способ предполагает газификацию топливной биомассы в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси. Он включает загрузку в реактор топливной биомассы, в качестве которой используют твердое измельченное биотопливо, подачу в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов остатков горения из реактора вывод из реактора горючего топливного газа, при этом газификацию проводят посредством последовательного пребывания топливной биомассы в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, активной зоне окисления/восстановления (реакционной зоне) и зоне охлаждения, а газовый поток, формируемый подачей газифицирующего агента, содержащего кислород, проходит последовательно зону охлаждения, реакционную зону, зону пиролиза и зону нагревания и сушки, причем конечный продукт газификации - горючий топливный газ - фильтруют через слой загруженной топливной биомассы, а подачу воды в реактор осуществляют в реакционную зону в виде пара, образование которого происходит в испарительных полостях пароводяной рубашки (пояса пароводяной завесы), непосредственно примыкающих к внутренней стенке рабочей камеры реактора, за счет теплового потока из реакционной зоны, при этом осуществляют инжекцию перегретого пара в реакционную зону сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, обеспечивая теплозащиту внутренней стенки рабочей камеры реактора с локализацией высокотемпературной зоны в центре реакционной зоны.The method involves gasification of fuel biomass in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis. It includes loading into the reactor fuel biomass, which is used as solid crushed biofuel, supplying to the reactor a gasifying agent containing oxygen from the side of the reactor, where the solid products of combustion residues accumulate from the reactor, and the withdrawal of combustible fuel gas from the reactor, while gasification is carried out by consecutive stay of fuel biomass in the heating and drying zone, pyrolysis zone, active oxidation / reduction zone (reaction zone) and cooling zone, and gas flow formed by the supply of a gasifying agent containing oxygen passes successively a cooling zone, a reaction zone, a pyrolysis zone and a heating and drying zone, the final gasification product — combustible fuel gas — being filtered through a layer of loaded fuel biomass, and the water being supplied to the reactor in the form of steam, the formation of which occurs in the evaporation cavities of a steam-water jacket (belt of a steam-water curtain), directly adjacent to the inner wall of the working chamber of the reactor, due to pilaf stream from the reaction zone, wherein the injection of superheated steam is carried into the reaction zone through the perforated inner wall of the working chamber of the reactor, providing heat protection of the working chamber of the reactor inner wall with the localization of the high-temperature zone in the center of the reaction zone.

Однако предложенные технические решения не устраняют недостатки технологической схемы прямого процесса, связанные с большим содержанием смолистых и балластных веществ и высокой температурой получаемого газа.However, the proposed technical solutions do not eliminate the shortcomings of the technological scheme of the direct process associated with the high content of resinous and ballast substances and the high temperature of the resulting gas.

Настоящее изобретение направлено на решение задач технического осуществления повышения эффективности газификации твердого углеродсодержащего, и в первую очередь, низкосортного сырья, и обеспечения качества силового газа для непосредственного использования в двигательных установках, и прежде всего, высокой теплотворности и низкого уровня содержания вредных примесей, а также снижения тепловых потерь в реакторе-газификаторе и обеспечения его компактности, а также экономичности, надежности и долговечности работы.The present invention is aimed at solving the technical problems of increasing the efficiency of gasification of solid carbon-containing, and primarily low-grade raw materials, and ensuring the quality of power gas for direct use in propulsion systems, and above all, high calorific value and low levels of harmful impurities, as well as reducing heat losses in the gasifier reactor and ensuring its compactness, as well as efficiency, reliability and durability.

Для решения поставленных задач предлагается способ газификации твердого топлива в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси, включающий загрузку в реактор подготовленного - измельченного, уплотненного - твердого топлива, в качестве которого используют твердое биотопливо (ГОСТ 33104-2014. Биотопливо твердое. Термины и определения/, получаемое непосредственно или через промежуточные этапы из биомассы (первичной биомассы и твердых отходов ее переработки, органической части твердых городских (бытовых) отходов), и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье (торф, бурые угли), подачу в реактор газифицирующего агента - воздуха со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженного твердого топлива вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора горючего топливного газа, подачу воды в реактор. Газификацию проводят в реакторе, оснащенном пароводяной рубашкой, встроенной в пространство внутри двойной боковой стенки, состоящей из внешней стенки - кожуха и внутренней стенки рабочей камеры реактора, подача воды в реактор осуществляется посредством инжекции водяного пара, перегретого за счет теплового потока из рабочей камеры реактора, из пароводяной рубашки сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, а получаемый горючий топливный газ фильтруют через слой загруженного твердого топлива.To solve the tasks, a method for gasification of solid fuel in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor, installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis, including loading prepared - ground, compacted - solid fuel into the reactor, is proposed, which use solid biofuel (GOST 33104-2014. Solid biofuel. Terms and definitions /, obtained directly or through intermediate steps from biomass (primary biomass and solid waste from its processing, the organic part of solid urban (household) waste), and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials (peat, brown coals), supplying gasification agent to the reactor - air from the side of the reactor, where the accumulation of solid gasification residues takes place, and movement of the loaded solid fuel along the axis of the reactor, the withdrawal of solid gasification residues from the reactor, the withdrawal of combustible fuel gas from the reactor, the supply of water to the reactor. Gasification is carried out in a reactor equipped with a steam-jacket, built into the space inside the double side wall, consisting of an outer wall - a casing and an inner wall of the working chamber of the reactor, water is supplied to the reactor by injection of water vapor superheated by the heat flux from the working chamber of the reactor, from the steam-water jacket through the perforated inner wall of the working chamber of the reactor, and the resulting combustible fuel gas is filtered through a layer of loaded solid fuel.

В отличие от известного прототипа процесс газификации проводят в двухреакторном газификаторе в составе двух совместно работающих (смежных) реакторов. В каждом из реакторов процесс газификации осуществляют с последовательным чередованием фаз (режимов) - фазы обращенного процесса и фазы прямого процесса, причем реакторы одновременно работают в различных фазах (противофазно), а смену фаз в обоих реакторах осуществляют одновременно (синхронно) посредством поворота реактора в вертикальной плоскости (с взаимной сменой положения верхней и нижней частей реактора с обеспечением реверсивного движения газифицируемого твердого топлива внутри реактора).In contrast to the known prototype, the gasification process is carried out in a two-reactor gasifier as part of two jointly operating (adjacent) reactors. In each of the reactors, the gasification process is carried out with a sequential alternation of phases (modes) - the phases of the reverse process and the phases of the direct process, the reactors simultaneously operating in different phases (out of phase), and the phase change in both reactors is carried out simultaneously (synchronously) by turning the reactor in a vertical plane (with a mutual change of position of the upper and lower parts of the reactor with the reverse movement of gasified solid fuel inside the reactor).

При этом в реакторе, работающем в фазе обращенного процесса, предусматривается подача газифицирующего агента - воздуха (воздушное дутье) непосредственно в реакционную зону, где перемещающееся туда через зону нагревания и сушки и зону пиролиза (коксования) твердое топливо в виде кокса частично окисляется (сгорает) и частично газифицируется, а основная его часть перемещается далее (ниже) в зону активации, где при температуре выше 800°С подвергается обработке перегретым водяным паром из пароводяной рубашки, при этом получаемый из кокса активированный уголь аккумулируют в буферной зоне рабочей камеры реактора, а образующуюся парогазовую смесь остатков пиролизных газов и не прореагировавшего водяного пара транспортируют в другой (смежный, или противофазный) реактор, который работает в фазе прямого процесса. В нем предусматривается полная газификация реверсивно перемещающегося из его буферной зоны слоя активированного угля, аккумулированного на фазе обращенного процесса, с дополнительной подачей в реакционную зону парогазовой смеси, поступающей из противофазного реактора, работающего в фазе обращенного процесса, и с встречной фильтрацией через перемещающийся слой активированного угля получаемого горючего топливного газа, который в результате в очищенном и сухом виде выводят из реактора.At the same time, the reactor operating in the phase of the reversed process provides for the supply of a gasifying agent - air (air blasting) directly to the reaction zone, where solid fuel in the form of coke partially oxidizes (burns out) through the heating and drying zone and the pyrolysis (coking) zone and partially gasified, and its main part moves further (lower) to the activation zone, where at temperatures above 800 ° C it is treated with superheated steam from a steam-water jacket, while the activity obtained from coke The coal is accumulated in the buffer zone of the working chamber of the reactor, and the resulting vapor-gas mixture of pyrolysis gas residues and unreacted water vapor is transported to another (adjacent or antiphase) reactor, which operates in the direct process phase. It provides for the complete gasification of a layer of activated carbon, which is reversibly moving from its buffer zone, accumulated in the phase of the reversed process, with additional supply to the reaction zone of a vapor-gas mixture coming from an out-of-phase reactor operating in the phase of the reversed process, and with counter filtration through the moving layer of activated carbon the resulting combustible fuel gas, which, as a result, is cleaned and dried out of the reactor.

При этом с учетом длительного взаимодействия водяного пара с углеродом и высокой реакционной и адсорбционной способности активированного угля потенциально возможно практически полное исключение содержания влаги в получаемом топливном газе, включая как гигроскопическую влагу исходного сырья, так и реакционную (химическую) влагу, а также влагу, дополнительно вводимую в процессе газификации на стадии активации угля.Moreover, taking into account the long-term interaction of water vapor with carbon and the high reactive and adsorption capacity of activated carbon, it is almost possible to completely eliminate the moisture content in the resulting fuel gas, including both hygroscopic moisture of the feedstock and reaction (chemical) moisture, as well as moisture, in addition introduced during the gasification process at the stage of coal activation.

Снижение тепловых потерь и температуры топливного газа достигается за счет рекуперативного водяного испарительного охлаждения, когда выводимый из реактора горючий топливный газ перед подачей потребителю охлаждают в водяном испарительном теплообменнике - парогенераторе, куда извне подают под давлением воду, а получаемый в результате теплообмена водяной пар подают в пароводяную рубашку смежного (противофазного) реактора, работающего в фазе/режиме обращенного процесса, где он перегревается, а охлажденный горючий топливный газ подают потребителю.Reducing heat loss and temperature of the fuel gas is achieved by regenerative water vapor cooling, when the combustible fuel gas discharged from the reactor is cooled before being supplied to the consumer in a water evaporative heat exchanger — a steam generator, where water is supplied externally under pressure, and water resulting from heat exchange is supplied to the steam-water the jacket of an adjacent (out of phase) reactor operating in the phase / reverse process mode, where it overheats, and the cooled combustible fuel gas is supplied with consumer of.

Эффективность охлаждения горючего топливного газа может быть повышена за счет дополнительного охлаждения его воздухом, который затем подают в необходимом объеме посредством воздушного дутья в реакционные зоны обоих реакторов.The cooling efficiency of combustible fuel gas can be improved by additional cooling with air, which is then supplied in the required volume by air blast to the reaction zones of both reactors.

Кроме того, качество получаемого газа, в частности, теплотворная способность может быть повышено посредством дополнительного снижения содержания балласта - азота воздуха при подаче в качестве газифицирующего агента воздуха с повышенным содержанием кислорода либо чистого кислорода.In addition, the quality of the gas produced, in particular, the calorific value, can be improved by further reducing the ballast - nitrogen content of the air when air with a high oxygen or pure oxygen content is supplied as a gasification agent.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-9.The invention is illustrated in FIG. 1-9.

На фиг. 1 представлен общий вид цилиндрического наклонного вращающегося реактора (в вертикальном положении реактора) с реверсивным движением твердого топлива для осуществления способа газификации в плотном слое в фазе (режиме) обращенного процесса.In FIG. 1 shows a General view of a cylindrical inclined rotating reactor (in the vertical position of the reactor) with the reverse movement of solid fuel to implement the method of gasification in a dense layer in the phase (mode) of the reversed process.

На фиг. 2 показан разрез А-А согласно фиг. 1.In FIG. 2 shows a section AA according to FIG. one.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б согласно фиг. 1.In FIG. 3 shows a section bB according to FIG. one.

На фиг. 4 приведен общий вид реактора с парогазоотводным каналом для транспортирования парогазовой смеси во встроенном исполнении (в промежуточном рабочем положении реактора в фазе (режиме) обращенного процесса).In FIG. Figure 4 shows a general view of a reactor with a vapor-gas outlet channel for transporting a gas-vapor mixture in an integrated version (in the intermediate operating position of the reactor in the phase (mode) of the reverse process).

На фиг. 5 показан разрез А-А согласно фиг. 4.In FIG. 5 shows a section aa according to FIG. four.

На фиг. 6 представлен общий вид цилиндрического наклонного вращающегося реактора (в вертикальном положении реактора) для осуществления способа газификации в плотном слое в фазе (режиме) прямого процесса.In FIG. 6 shows a general view of a cylindrical inclined rotating reactor (in the vertical position of the reactor) for implementing the dense bed gasification method in the phase (mode) of the direct process.

На фиг. 7 приведен общий вид реактора в рабочем (наклонном) положении в фазах (режимах) обращенного и прямого процессов газификации.In FIG. 7 shows a General view of the reactor in the working (inclined) position in the phases (modes) of the reversed and direct gasification processes.

На фиг. 8 приведена схема рабочего цикла устройства - двухреакторного газификатора.In FIG. 8 is a diagram of the operating cycle of the device - a two-reactor gasifier.

На фиг. 9 представлена схема работы реактора в фазе (режиме) прямого процесса газификации совместно с водяным испарительным теплообменником - парогенератором и газо-воздушным теплообменником.In FIG. Figure 9 shows the operation diagram of the reactor in the phase (mode) of the direct gasification process together with a water evaporative heat exchanger - a steam generator and a gas-air heat exchanger.

Способ газификации твердого топлива осуществляется посредством устройства - двухреакторного газификатора (фиг. 1 - 9), которое работает следующим образом.The method of gasification of solid fuel is carried out by means of a device - two-reactor gasifier (Fig. 1 - 9), which operates as follows.

Исходное твердое топливо «F» (далее - топливо) - биотопливо, получаемое непосредственно или через промежуточные этапы из биомассы (первичной биомассы и твердых отходов ее переработки, органической части твердых городских (бытовых) отходов), и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье (торф, бурые угли), при необходимости предварительно подготовленное для обеспечения газопроницаемости и сыпучести (перемешиваемости), в частности, измельченное (для кускового сырья) или уплотненное (для сырья с низкой насыпной плотностью или мелкодисперсных материалов) и, возможно, с добавлением твердого негорючего материала, загружается в реактор, находящийся в фазе обращенного процесса (фиг. 1-5, фиг. 7), через загрузочное устройство 3, включающее бункер с шлюзовой камерой и вертикальным цилиндром, в рабочую камеру реактора, где уровень загруженного топлива поддерживается постоянным, поскольку при вращении реактора происходит его высыпание из вертикального цилиндраThe initial solid fuel “F” (hereinafter referred to as the fuel) is biofuel obtained directly or through intermediate stages from biomass (primary biomass and solid waste from its processing, the organic part of solid urban (household) waste), and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials ( peat, brown coals), if necessary previously prepared to ensure gas permeability and flowability (mixing), in particular, crushed (for lumpy raw materials) or compacted (for raw materials with a low bulk density of silt fine materials) and, possibly, with the addition of solid non-combustible material, is loaded into the reactor, which is in the phase of the reversed process (Fig. 1-5, Fig. 7), through the loading device 3, which includes a hopper with a lock chamber and a vertical cylinder, into the working the reactor chamber, where the level of the loaded fuel is kept constant, since during the rotation of the reactor it precipitates from the vertical cylinder

Топливо «F» в реакторе в виде плотного слоя, перемешиваемого при вращении реактора вокруг своей оси, проходит последовательно через зону нагревания и сушки 4, зону пиролиза (коксования) 5 в реакционную зону (зону окисления/восстановления) 6, куда посредством устройства подачи газифицирующего агента 15 через дутьевой канал 16 (например, кольцевой формы, секционированный для обеспечения равномерности распределения подачи воздуха с помощью продольных ребер жесткости 19) подается воздух «А». В реакционной зоне 6 протекают реакции неполного окисления топлива при ограниченном подводе кислорода в составе воздушного дутья. При газификации протекают реакции как с выделением тепла, так и с его поглощением, поэтому для поддержания процесса должно быть обеспечено условие автотермичности, при котором суммарный тепловой эффект всех реакций будет равен нулю.The fuel “F” in the reactor in the form of a dense layer, stirred during rotation of the reactor around its axis, passes sequentially through the heating and drying zone 4, the pyrolysis (coking) zone 5 into the reaction zone (oxidation / reduction zone) 6, where through the gasifying device agent 15 through the blast channel 16 (for example, an annular shape, partitioned to ensure uniform distribution of air supply using longitudinal stiffeners 19) air "A" is supplied. In the reaction zone 6, reactions of incomplete oxidation of the fuel occur with a limited supply of oxygen in the composition of the air blast. During gasification, reactions occur both with the release of heat and with its absorption, therefore, to maintain the process, the condition of autothermality must be ensured, in which the total thermal effect of all reactions will be zero.

При получении воздушного газа, когда в газогенератор в качестве дутья поступает воздух, реакции окисления и восстановления происходят по следующей схеме:Upon receipt of air gas, when air enters the gas generator as blast, the oxidation and reduction reactions occur according to the following scheme:

С + O2 → CO2 + 97650 ккалC + O 2 → CO 2 + 97650 kcal

2С + O2 → 2СО + 58860 ккал2C + O 2 → 2CO + 58860 kcal

2СО + O2 → 2CO2 + 136440 ккал2CO + O 2 → 2CO 2 + 136440 kcal

CO2 + С → 2СО - 38790 ккалCO 2 + C → 2CO - 38790 kcal

Достигаемые при этом высокие температуры благоприятны для завершения реакций восстановления углекислоты, однако они могут превышать температуры размягчения и даже жидкоплавкого состояния золы ряда твердых топлив (температура плавления биомассы, как правило, не ниже 1150°С /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., с. 32/). Это приводит к нарушению нормальной работы реактора, так как образуются крупные сплавленные куски шлака, затрудняющие доступ воздуха и процесс генерации газа, перегревается сам аппарат, падает его производительность, КПД, снижается качество газа. Для снижения температуры процесса в реактор вместе дополнительно к воздушному дутью вводятся водяные пары (смешанный процесс генерации - паровоздушное дутье). При паровом дутье получается водяной газ. Водяной пар, проходя через слой раскаленного кокса зоны восстановления, вступает в химическое взаимодействие с углеродом по реакциям:The high temperatures achieved in this case are favorable for the completion of carbon dioxide reduction reactions, however, they can exceed the softening temperature and even the liquid-melting state of the ash of a number of solid fuels (the melting point of biomass is usually not lower than 1150 ° C / Reference. "Boilers and power plants using biofuels. Modern technologies for producing thermal and electric energy using various types of biomass. ”Ovsyanko AD, Pechnikov SA, St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, p. 32 /). This leads to disruption of the normal operation of the reactor, since large fused pieces of slag are formed, which impede air access and the gas generation process, the apparatus itself overheats, its performance decreases, its efficiency decreases, and the gas quality decreases. To reduce the temperature of the process, water vapors are introduced into the reactor together with air blasting (mixed generation process - steam-air blasting). Steam blasting produces water gas. Water vapor passing through a layer of hot coke in the reduction zone enters into chemical interaction with carbon by the reactions:

С + H2O = СО + Н2 - 28380 ккал; С + 2H2O = CO2 + 2Н2 - 17970 ккал,C + H 2 O = CO + H 2 - 28380 kcal; С + 2H 2 O = CO 2 + 2Н 2 - 17970 kcal,

т.е. обе реакции - эндотермические, с поглощением тепла, что приводит к локальному снижению температуры. Водяной газ имеет более высокую теплотворную способность по сравнению с воздушным газом, однако при этом КПД процесса невысок.those. both reactions are endothermic, with heat absorption, which leads to a local decrease in temperature. Water gas has a higher calorific value than air gas, but the process efficiency is low.

В реакционной зоне 6 за счет частичного окисления углерода топлива достигается температура 900…1100°С, необходимая, во-первых, для подготовки топлива в зоне нагрева и сушки 4 и зоне пиролиза (коксования) 5 и, во-вторых, для осуществления реакций частичной воздушной газификации топлива и получения слоя раскаленного кокса в зоне активации 7, которая располагается ниже реакционной зоны 6, являясь по существу ее продолжением.In the reaction zone 6 due to the partial oxidation of carbon fuel, a temperature of 900 ... 1100 ° C is achieved, which is necessary, firstly, for the preparation of fuel in the heating and drying zone 4 and the pyrolysis (coking) zone 5 and, secondly, for the implementation of partial reactions air gasification of fuel and obtaining a layer of hot coke in the activation zone 7, which is located below the reaction zone 6, being essentially its continuation.

Вода «W» в пароводяную рубашку 13, встроенную в пространство внутри двойной боковой стенки, состоящей из внешней стенки - кожуха 1 и внутренней стенки рабочей камеры реактора 2, подается извне под давлением по трубопроводу с обратным клапаном 14. В пароводяной рубашке 13 под воздействием теплового потока (излучения) из рабочей камеры реактора, а именно из реакционной зоны 6 обращенного процесса газификации образуется водяной пар,Water "W" in the steam-water jacket 13, built into the space inside the double side wall, consisting of the outer wall - the casing 1 and the inner wall of the working chamber of the reactor 2, is supplied externally under pressure through a pipe with a check valve 14. In the steam-water jacket 13 under the influence of thermal stream (radiation) from the working chamber of the reactor, namely from the reaction zone 6 of the inverse gasification process, water vapor is generated,

В результате нагрева давление в пароводяной рубашке 13 повышается, пар посредством инжекции поступает через перфорированный по длине зоны активации 7 участок 17 внутренней стенки рабочей камеры реактора, образуя там пристеночный теплоизолирующий слой в перегретом вследствие редукции давления состоянии и вступая в эндотермические реакции с углеродом раскаленного топлива/кокса, в результате которых образуется «водяной» горючий газ и понижается (ограничивается) температура в пристеночном слое в процессе перемешивания топлива и распределения пара при вращении реактора. Высокая температура в реакционной зоне является необходимым условием обеспечения высокого качества газа, практически полное восстановление CO2 в СО обеспечивается при температурах не менее 950…1000°С / Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 23, 31/.As a result of heating, the pressure in the steam-water jacket 13 increases, the steam is injected through the perforated along the length of the activation zone 7 section 17 of the inner wall of the working chamber of the reactor, forming there a wall heat-insulating layer in a state superheated due to pressure reduction and entering into endothermic reactions with carbon of hot fuel / coke, as a result of which a "water" combustible gas is formed and the temperature in the parietal layer is reduced (limited) during fuel mixing and distribution eniya vapor at reactor rotates. High temperature in the reaction zone is a prerequisite for ensuring high gas quality; almost complete reduction of CO 2 in CO is ensured at temperatures of at least 950 ... 1000 ° C / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 23, 31 /.

При высоких температурах раскаленного кокса (выше 800…850°С) протекают эндотермические реакции восстановления с образованием водяного газа. Такая обработка перегретым паром позволяет получить из кокса активированный уголь с необходимыми свойствами для его дальнейшего использования в процессе в качестве адсорбента /Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. - М.: Химия, 1984. - 216 с./.At high temperatures of hot coke (above 800 ... 850 ° C) endothermic reduction reactions occur with the formation of water gas. Such treatment with superheated steam makes it possible to obtain activated carbon from coke with the necessary properties for its further use in the process as an adsorbent / Kinle X., Bader E. Active carbons and their industrial applications. - M .: Chemistry, 1984. - 216 p. /.

При этом слой активированного угля с соответствующим понижении температуры аккумулируется в расположенной ниже буферной зоне реактора 8, что обеспечивается опусканием поддерживающего этот слой расширительного поршня 9 посредством хода штока 10, который выполняется полым, но в фазе обращенного процесса его вход закрыт газовым клапаном 11. Движение штока 10 может обеспечиваться соответствующим передаточным механизмом от привода вращения реактора. Скорость хода штока должна обеспечивать необходимые (оптимальные или близкие к оптимальным) рабочие параметры процесса (температуру в зонах рабочей камеры реактора, длительность окислительно-восстановительных реакций) и может быть определена расчетно-опытным путем и регулироваться в зависимости от характеристик конкретного вида твердого топлива.In this case, the activated carbon layer with a corresponding decrease in temperature is accumulated in the lower buffer zone of the reactor 8, which is ensured by lowering the expansion piston 9 supporting this layer by means of the stroke of the rod 10, which is hollow, but in the phase of the reversed process, its input is closed by the gas valve 11. The movement of the rod 10 may be provided with an appropriate gear mechanism from a reactor rotation drive. The stroke speed of the rod must provide the necessary (optimal or close to optimal) operating parameters of the process (temperature in the zones of the working chamber of the reactor, the duration of redox reactions) and can be determined by calculation and experimentation and adjusted depending on the characteristics of a particular type of solid fuel.

Образующаяся в результате обработки кокса перегретым паром парогазовая смесь горючего топливного газа, остатков неразложившихся пиролизных газов и не прореагировавшего водяного пара отводится из зоны активации 7 по парогазоотводному каналу, а именно через парогазоотводный патрубок 12 по газопроводу с высокотемпературной газодувкой 30 в реакционную зону 6 смежного противофазного реактора, где реализуют прямой процесс газификации (фиг. 6, фиг. 7). Конкретная форма конструкции реактора с парогазоотводным каналом во встроенном исполнении показана на фиг. 4. При этом выход в парогазоотводный канал для транспортирования парогазовой смеси в смежный (противофазный) реактор осуществляется через внутренний патрубок отвода парогазовой смеси 22, соединяющий зону активации 7 рабочей камеры с парогазосборной полостью 20 в межстеночном пространстве реактора с выходом через верхний патрубок отвода парогазовой смеси 23, располагаемый в верхней части реактора. Для интенсификации процесса нагрева твердого топлива «F» в зоне нагревания и сушки 4, зоне пиролиза (коксования) 5 стенка рабочей камеры 2 реактора предпочтительно имеет ребристую структуру (фиг. 5), а для подогрева подаваемого воздуха дутьевой канал выполнен трубчатым 21 внутри парогазосборной полости. 20.The vapor-gas mixture resulting from the treatment of coke with superheated steam, a mixture of combustible fuel gas, residues of undecomposed pyrolysis gases and unreacted water vapor is discharged from the activation zone 7 through the steam and gas outlet channel, namely through the gas and vapor branch pipe 12 through a gas pipeline with a high-temperature gas-blowing reactor 30 to the reaction zone 6 where they implement a direct gasification process (Fig. 6, Fig. 7). A specific structural design of a steam-gas outlet reactor in an integrated embodiment is shown in FIG. 4. At the same time, the outlet to the gas-vapor channel for transporting the gas-vapor mixture to the adjacent (out-of-phase) reactor is carried out through the internal branch pipe of the gas-vapor mixture 22 connecting the activation zone 7 of the working chamber with the gas-vapor collection cavity 20 in the interwall space of the reactor with the outlet through the upper branch pipe of the gas-vapor mixture 23 located at the top of the reactor. To intensify the process of heating solid fuel "F" in the heating and drying zone 4, the pyrolysis (coking) zone 5, the wall of the working chamber 2 of the reactor preferably has a ribbed structure (Fig. 5), and for heating the supplied air, the blast channel is made tubular 21 inside the gas-vapor collection cavity . twenty.

Конечное положение 29 расширительного поршня 9, которое определяет завершение работы реактора в фазе обращенного процесса, может определяться заданным значением хода штока, либо временным интервалом работы, либо иным способом. В этом положении реактор переводят в фазу (режим) прямого процесса газификации, посредством поворота в вертикальной плоскости: из наклонного положения под углом α к горизонту в наклонное положение под углом - β (фиг. 7), одновременно смежный реактор переводят в фазу (режим) обращенного процесса посредством соответствующего обратного поворота.The final position 29 of the expansion piston 9, which determines the completion of the reactor in the phase of the reversed process, can be determined by the set value of the stroke of the rod, or by the time interval of operation, or by other means. In this position, the reactor is transferred to the phase (mode) of the direct gasification process, by rotation in the vertical plane: from the inclined position at an angle α to the horizontal to the inclined position at an angle - β (Fig. 7), at the same time the adjacent reactor is transferred into phase (mode) reversed process by means of a corresponding reverse rotation.

Работа реактора в фазе прямого процесса газификации осуществляется следующим образом (фиг. 6).The operation of the reactor in the phase of the direct gasification process is as follows (Fig. 6).

После поворота реактора прекращается подача воды в пароводяную рубашку 13, например, посредством снятия давления на входе трубопровода с обратным клапаном 14 (см. фиг. 1-4). Оставшееся в рабочей камере твердое топливо «F» с помощью шлюзовой камеры загрузочного устройства 3 фиксируется в качестве «подушки», поддерживающей слой активированного угля, аккумулированный в буферной зоне 8. Дополнительно к воздушному дутью посредством устройства подачи газифицирующего агента 15 в реакционную зону 6 по парогазоотводному каналу от смежного реактора начинает поступать парогазовая смесь (через специально выделенные для этого секции либо через трубки секционированного 16 либо трубчатого 21 дутьевого канала).After turning the reactor, the water supply to the steam-water jacket 13 is stopped, for example, by relieving pressure at the inlet of the pipeline with a check valve 14 (see Figs. 1-4). The solid fuel “F” remaining in the working chamber with the help of the lock chamber of the loading device 3 is fixed as a “cushion” supporting the activated carbon layer accumulated in the buffer zone 8. In addition to air blasting, by means of a gasifier supplying agent 15 to the reaction zone 6 through a gas-vapor outlet a gas-vapor mixture begins to come into the channel from the adjacent reactor (through sections specially allocated for this or through tubes of a sectioned 16 or tubular 21 of the blowing channel).

Таким образом, в рабочей камере реализуется прямой процесс газификации активированного угля, аккумулированного в буферной зоне 8, когда посредством воздушного дутья, дополненного подачей парогазовой смеси формируется газовый поток, который проходит последовательно зону охлаждения 24, реакционную зону 6 и далее в виде получаемого горючего топливного газа «G» фильтруется через перемещаемый ему навстречу слой активированного угля в буферной зоне 8 и затем выводится из верхней части буферной газоотборной зоны 8 реактора через открывшийся (например, под собственным весом) газовый клапан 11 и полый шток 10 и далее к потребителю. При этом расширительный поршень 9 со штоком 10 опускается до уровня, определяемого ограничительным фиксирующим кольцом 18 по мере уменьшения слоя активированного угля вследствие его переработки. В зоне охлаждения 24 происходит накопление твердых остатков газификации - золы «R», которая по мере вращения реактора высыпается через отверстия разгрузочного устройства 25 в межстеночное пространство и далее в бункер для золы 26. Соотношение просветов отверстий, скорости вращения реактора и расхода окислителя (воздуха), подаваемого в реактор, обеспечивает скорость выгрузки золы, при которой положение реакционной зоны 6 в реакторе остается постоянным.Thus, a direct process of gasification of activated carbon accumulated in the buffer zone 8 is realized in the working chamber, when a gas stream is formed by means of air blasting supplemented by the supply of a gas-vapor mixture, which passes sequentially through cooling zone 24, reaction zone 6, and then in the form of obtained combustible fuel gas "G" is filtered through a layer of activated carbon moved towards it in the buffer zone 8 and then is removed from the upper part of the buffer gas sampling zone 8 of the reactor through the opened (n For example, under its own weight) a gas valve 11 and a hollow stem 10 and further to the consumer. In this case, the expansion piston 9 with the rod 10 is lowered to the level determined by the restrictive retaining ring 18 as the activated carbon layer decreases due to its processing. In the cooling zone 24, the accumulation of solid gasification residues takes place - “R” ash, which pours out through the openings of the discharge device 25 into the interwall space as the reactor rotates and then into the ash hopper 26. The ratio of the openings of the openings, the rotation speed of the reactor, and the flow rate of the oxidizer (air) fed to the reactor provides an ash discharge rate at which the position of the reaction zone 6 in the reactor remains constant.

На фазе прямого процесса газификации обеспечивается практически полное разложение остатков смол, завершение реакций газификации углерода топлива с образованием смешанного горючего топливного газа, включая реакции водяного пара с углеродом, а также очистка получаемого топливного газа от примесей (частиц золы, не прореагировавшего углерода топлива, сажи, возможных следов смол) за счет адсорбции в слое активированного угля в буферной зоне 8. Высокая степень переработки и очистки газа «G» обеспечивается за счет длины буферной зоны 8, а также высокой реакционной способности топлива - активированного угля (на основе исходного преимущественно растительного, в т.ч. древесного сырья), его газопроницаемости и сыпучести (перемешиваемости).In the phase of the direct gasification process, the resin residues are almost completely decomposed, the carbon fuel gasification reactions are completed to produce mixed combustible fuel gas, including water vapor and carbon reactions, and the resulting fuel gas is cleaned of impurities (ash particles, unreacted carbon fuel, soot, possible traces of resins) due to adsorption in the activated carbon layer in the buffer zone 8. A high degree of processing and purification of gas “G” is provided due to the length of the buffer zone 8, as well as high reactivity of the fuel - active carbon (preferably based on the source of plant, including wood raw material), its gas permeability and flowability (stirrability).

Поскольку получаемый горючий топливный газ имеет слишком высокую температуру (до 700°С и выше), для использования его в качестве силового газа в двигателе предусмотрено рекуперативное водяное испарительное охлаждение (фиг. 9). Выводимый из реактора горючий топливный газ перед подачей потребителю охлаждают в водяном испарительном теплообменнике - парогенераторе 27, куда извне подают под давлением воду, а получаемый в результате теплообмена водяной пар подают по трубопроводу с обратным клапаном 14 в пароводяную рубашку 13 смежного (противофазного) реактора, работающего в фазе/режиме обращенного процесса, где он перегревается, а охлажденный горючий топливный газ подают потребителю.Since the resulting combustible fuel gas has an excessively high temperature (up to 700 ° C and above), regenerative water-based evaporative cooling is provided for using it as a power gas in the engine (Fig. 9). The combustible fuel gas discharged from the reactor is cooled before being supplied to the consumer in a water evaporative heat exchanger — a steam generator 27, where water is supplied externally under pressure, and the water vapor resulting from heat exchange is fed through a pipeline with a check valve 14 to the steam-water jacket 13 of an adjacent (out-of-phase) reactor operating in the phase / mode of the reverse process, where it overheats, and the cooled combustible fuel gas is supplied to the consumer.

Эффективность охлаждения горючего топливного газа (для снижения его температуры до требуемых значений) может быть повышена за счет дополнительного воздушного охлаждения (фиг. 9). Для этого газ охлаждают в газо-воздушном теплообменнике 28, куда подается воздух, который затем в подогретом состоянии поступает в необходимом объеме посредством воздушного дутья в реакционные зоны 6 обоих реакторов.The cooling efficiency of combustible fuel gas (to lower its temperature to the required values) can be increased due to additional air cooling (Fig. 9). To do this, the gas is cooled in a gas-air heat exchanger 28, where air is supplied, which then, in a heated state, enters in the required volume by air blast into the reaction zones 6 of both reactors.

Таким образом, рабочий цикл предлагаемого двухреакторного газификатора является двухтактным (фиг. 8). На первом такте реактор I работает в фазе (режиме) обращенного процесса газификации, а смежный (противофазный) реактор II - в фазе (режиме) прямого процесса газификации. На втором такте рабочего цикла реакторы синхронно переходят к работе в противоположных фазах (режимах): реактор I - в фазу (режим) прямого процесса газификации, а реактор II - в фазу (режим) обращенного процесса газификации.Thus, the duty cycle of the proposed two-reactor gasifier is push-pull (Fig. 8). At the first cycle, reactor I operates in the phase (mode) of the reversed gasification process, and the adjacent (antiphase) reactor II - in the phase (mode) of the direct gasification process. At the second cycle of the operating cycle, reactors synchronously switch to work in opposite phases (modes): reactor I - into the phase (mode) of the direct gasification process, and reactor II - into the phase (mode) of the reversed gasification process.

В то же время при необходимости обеспечения большой производительности может быть реализована схема газификатора в виде кластера из более, чем двух реакторов. При этом устройство - полиреакторный газификатор представляет собой кластер из нескольких одинаковых реакторов, работающих совместно, при этом часть реакторов - в фазе/режиме обращенного процесса газификации, другая часть реакторов - в фазе/режиме прямого процесса газификации, с синхронной либо асинхронной сменой фаз работы, а такие элементы, как бункер загрузочного устройства 3, газопровод с высокотемпературной газодувкой 30 парогазоотводного канала, газопровод для подачи потребителю с водяным испарительным теплообменником - парогенератором 27 и газо-воздушным теплообменником 28, а также бункер для золы 26 могут быть выполнены как общие для всех реакторов кластера.At the same time, if it is necessary to ensure high productivity, a gasifier circuit in the form of a cluster of more than two reactors can be implemented. At the same time, the polyreactor gasifier device is a cluster of several identical reactors working together, with some of the reactors in the phase / mode of the reverse gasification process, the other part of the reactors in the phase / mode of the direct gasification process, with synchronous or asynchronous phase changes, and such elements as the hopper of the charging device 3, a gas pipeline with a high-temperature gas blower 30 of the vapor-gas channel, a gas pipeline for supplying a consumer with a water evaporative heat exchanger is a steam generator Atomator 27 and a gas-air heat exchanger 28, as well as an ash hopper 26, can be configured as common to all cluster reactors.

Для упрощения конструкции устройства, в частности, снижения требований к уплотнениям можно использовать маятниковый режим вращения реактора со сменой направления вращения реактора на противоположное после его поворота на определенный угол (например, на 180°).To simplify the design of the device, in particular, to reduce the requirements for seals, you can use the pendulum mode of rotation of the reactor with a change in the direction of rotation of the reactor to the opposite after its rotation by a certain angle (for example, 180 °).

Claims (10)

1. Способ газификации твердого топлива в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси, включающий загрузку в реактор предварительно подготовленного (измельченного) твердого топлива, в качестве которого используют твердое биотопливо и/или твердое низкосортное ископаемое углеродсодержащее сырье (торф, бурые угли), подачу в реактор газифицирующего агента - воздуха, со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженного твердого топлива вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора горючего топливного газа, подачу воды в реактор, при этом газификацию проводят в реакторе, оснащенном пароводяной рубашкой, куда извне по трубопроводу с обратным клапаном подается вода, подачу воды в рабочую камеру реактора осуществляют посредством инжекции водяного пара, перегретого за счет теплового потока из рабочей камеры реактора, из пароводяной рубашки сквозь перфорированную внутреннюю стенку рабочей камеры реактора, а получаемый горючий топливный газ фильтруют через слой загруженного твердого топлива, отличающийся тем, что газификацию проводят в газификаторе в составе двух совместно работающих реакторов, в каждом из которых процесс газификации осуществляют с последовательным чередованием фаз (режимов) - фазы обращенного процесса и фазы прямого процесса, причем реакторы одновременно работают в различных фазах (противофазно), а смену фаз в обоих реакторах осуществляют одновременно (синхронно) посредством поворота реактора в вертикальной плоскости с взаимной сменой положения верхней и нижней частей реактора и обеспечением реверсивного движения твердого топлива в реакторе, при этом в фазе обращенного процесса предусматривается подача газифицирующего агента - воздуха - воздушное дутье - непосредственно в реакционную зону, где перемещающееся туда через зону нагревания и сушки и зону пиролиза (коксования) твердое топливо в виде кокса частично окисляется (сгорает) и частично газифицируется, а основная его часть перемещается далее (ниже) в зону активации, где при температуре выше 800°C подвергается обработке водяным паром, перегретым за счет теплового потока из рабочей камеры реактора и поступающим посредством инжекции из пароводяной рубашки, при этом получаемый из кокса активированный уголь аккумулируют в буферной зоне рабочей камеры реактора, а образующуюся парогазовую смесь транспортируют в другой (смежный) реактор, который работает в фазе прямого процесса, где предусматривается газификация реверсивно перемещающегося из его буферной зоны слоя активированного угля, аккумулированного на фазе обращенного процесса, с дополнительной подачей в реакционную зону парогазовой смеси, поступающей из противофазного реактора, работающего в фазе обращенного процесса, и с встречной фильтрацией через перемещающийся слой активированного угля получаемого горючего топливного газа, который выводят из реактора и подают потребителю, а также с выводом твердых остатков газификации - золы.1. The method of gasification of solid fuel in a dense layer moving along the axis of a cylindrical reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis, including loading into the reactor a pre-prepared (ground) solid fuel, which is used as solid biofuel and / or solid low-grade fossil carbon-containing raw materials (peat, brown coals), supplying gasification agent to the reactor - air, from the side of the reactor, where the accumulation of solid residues of ha gasification, moving solid fuel loaded along the axis of the reactor, withdrawing solid gasification residues from the reactor, withdrawing combustible fuel gas from the reactor, supplying water to the reactor, while gasification is carried out in a reactor equipped with a steam-water jacket, where water is supplied from the outside through a non-return valve pipe, water is supplied to the working chamber of the reactor by injection of water vapor, superheated due to the heat flow from the working chamber of the reactor, from the steam-water jacket through the perforated inner wall near the working chamber of the reactor, and the resulting combustible fuel gas is filtered through a layer of loaded solid fuel, characterized in that gasification is carried out in a gasifier as a part of two reactors working together, in each of which the gasification process is carried out with a sequential alternation of phases (modes) - phases of the reversed process and phases of the direct process, the reactors simultaneously operating in different phases (out of phase), and the phase change in both reactors is carried out simultaneously (synchronously) by turning the reactor in a vertical plane with a mutual change of position of the upper and lower parts of the reactor and the reverse movement of solid fuel in the reactor, while in the phase of the reversed process, a gasifying agent — air — air blast — is supplied directly to the reaction zone, where it moves through the heating and drying zone and the pyrolysis (coking) zone, solid fuel in the form of coke is partially oxidized (burned) and partially gasified, and its main part moves further (lower) to the activation zone, where and temperature above 800 ° C is subjected to treatment with water vapor, superheated due to the heat flux from the working chamber of the reactor and supplied by injection from a steam-water jacket, while activated carbon obtained from coke is accumulated in the buffer zone of the working chamber of the reactor, and the resulting vapor-gas mixture is transported to another (adjacent) reactor, which operates in a direct process phase, which provides for the gasification of a layer of activated carbon reversibly moving from its buffer zone accumulated at e reversed process, with additional supply to the reaction zone of a vapor-gas mixture coming from an out-of-phase reactor operating in the phase of the reversed process, and with counter filtration through the moving activated carbon layer of the resulting combustible fuel gas, which is removed from the reactor and supplied to the consumer, as well as with the conclusion solid gasification residues - ash. 2. Способ газификации твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что осуществляется рекуперативное водяное испарительное охлаждение горючего топливного газа, выводимого из реактора в фазе прямого процесса газификации, с подачей водяного пара в пароводяную рубашку смежного реактора, работающего в фазе обращенного процесса газификации.2. The method of gasification of solid fuel according to claim 1, characterized in that the regenerative water evaporation cooling of the combustible fuel gas is carried out from the reactor in the phase of the direct gasification process, with the supply of water vapor to the steam-water jacket of the adjacent reactor operating in the phase of the reversed gasification process. 3. Способ газификации твердого топлива по п. 2, отличающийся тем, что горючий топливный газ перед подачей потребителю дополнительно охлаждают воздухом, который затем подают в необходимом объеме в оба реактора в качестве воздушного дутья.3. The method of gasification of solid fuel according to claim 2, characterized in that the combustible fuel gas is further cooled with air before being supplied to the consumer, which is then supplied in the required volume to both reactors as air blast. 4. Способ газификации твердого топлива по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газифицирующего агента используется воздух с повышенным содержанием кислорода или кислород.4. The method of gasification of solid fuel according to claim 1, characterized in that air with a high oxygen content or oxygen is used as a gasification agent. 5. Устройство для газификации твердого топлива в виде предварительно подготовленного - измельченного, уплотненного - твердого биотоплива и/или твердого низкосортного ископаемого углеродсодержащего сырья (торф, бурые угли) в плотном слое, включающее загрузочное устройство, установленный под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° цилиндрический реактор, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси и оснащенный пароводяной рубашкой, встроенной в пространство внутри двойной боковой стенки реактора, состоящей из внешней стенки - кожуха и внутренней стенки рабочей камеры с перфорированным участком для обеспечения прохождения пара из пароводяной рубашки в рабочую камеру реактора, разгрузочное устройство, устройство подачи газифицирующего агента - воздуха - в нижнюю часть реактора, привод вращения реактора, уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении, отличающееся тем, что устройство - газификатор - состоит из двух одинаковых реакторов, работающих совместно в двухтактном рабочем цикле газификатора, один реактор - в фазе/режиме обращенного процесса газификации, другой реактор - в фазе/режиме прямого процесса газификации, с возможностью синхронной смены фаз работы реакторов на каждом очередном такте работы газификатора посредством поворота реактора в вертикальной плоскости с обеспечением реверсивного движения газифицируемого твердого топлива внутри реактора, при этом для работы в фазе/режиме обращенного процесса газификации в зону активации, примыкающую снизу к реакционной зоне, в которую через верхнюю часть реактора введены дутьевые каналы (в частности, секционированные кольцевой формы) для подачи в нее газифицирующего агента - воздуха, при этом рабочая камера в зоне активации имеет выход в парогазоотводный канал через патрубок отвода парогазовой смеси для транспортирования парогазовой смеси в другой (противофазный) реактор, а ниже зоны активации имеет переменный объем, определяемый подвижным расширительным поршнем, который поддерживает слой топлива, с полым штоком, вход в который со стороны буферной зоны закрыт газовым клапаном, причем шток перемещает расширительный поршень вниз, поддерживая слой топлива в рабочей камере и образуя буферную зону с увеличением ее объема по мере заполнения (аккумулирования) активированным углем, поступающим/перемещающимся из зоны активации, причем скорость перемещения поршня может регулироваться скоростью вращения реактора, а по окончании заполнения буферной зоны реактор переводится в фазу/режим прямого процесса путем его поворота в вертикальной плоскости для обеспечения реверсивного перемещения из его буферной зоны слоя активированного угля, аккумулированного на фазе обращенного процесса газификации, при этом часть дутьевых каналов, не подключенных к устройству подачи газифицирующего агента - воздуха, подключена к парогазоотводному каналу другого (противофазного) реактора, работающего в фазе/режиме обращенного процесса, для подачи отводимой из него парогазовой смеси в реакционную зону, причем одновременно с поворотом реактора имеется возможность открытия газового клапана для вывода получаемого горючего топливного газа из реактора через полый шток в газопровод для подачи потребителю, а также возможность перекрытия входного трубопровода с обратным клапаном для подачи воды в пароводяную рубашку и парогазоотводного канала к другому реактору, а для вывода твердых остатков газификации - золы - из зоны охлаждения разгрузочное устройство имеет выход в межстеночное пространство реактора и через нижнюю торцевую часть реактора в бункер для золы.5. A device for the gasification of solid fuels in the form of pre-prepared - crushed, compacted - solid biofuel and / or solid low-grade fossilized carbon-containing raw materials (peat, brown coals) in a dense layer, including a loading device installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° cylindrical reactor, made with the possibility of rotation around its axis and equipped with a steam-water jacket, integrated into the space inside the double side wall of the reactor, consisting of an external wall - the ear and the inner wall of the working chamber with a perforated section to ensure the passage of steam from the steam-water jacket into the working chamber of the reactor, a discharge device, a device for supplying a gasifying agent — air — to the lower part of the reactor, a drive for rotating the reactor, and seals ensuring the tightness of the reactor during rotation, characterized in that the device - the gasifier - consists of two identical reactors working together in the push-pull duty cycle of the gasifier, one reactor in phase / reverse mode gasification, another reactor - in the phase / mode of the direct gasification process, with the possibility of synchronous change of the phases of the reactors at each successive gasifier cycle by turning the reactor in a vertical plane with the reverse movement of gasified solid fuel inside the reactor, while for phase / mode operation the reverse gasification process to the activation zone adjacent to the reaction zone from below, into which blow channels (in particular, sectioned rings) are introduced through the upper part of the reactor eva form) for supplying a gasifying agent into it - air, while the working chamber in the activation zone has access to the vapor-gas channel through the branch pipe of the gas-vapor mixture for transporting the gas-vapor mixture to another (out-of-phase) reactor, and below the activation zone has a variable volume determined by the mobile an expansion piston that supports the fuel layer, with a hollow rod, the entrance to which from the side of the buffer zone is closed by a gas valve, and the rod moves the expansion piston down, supporting the fuel layer in the working chamber and forming a buffer zone with an increase in its volume as it is filled (accumulated) with activated carbon coming in / moving from the activation zone, the piston moving speed can be controlled by the reactor rotation speed, and when the buffer zone is full, the reactor is transferred to the phase / direct process mode by turning it in a vertical plane to provide reverse movement from its buffer zone of a layer of activated carbon accumulated in the phase of the reversed gasification process, at the same time, part of the blowing channels that are not connected to the supply device of the gasifying agent — air, is connected to the steam and gas outlet channel of another (out-of-phase) reactor operating in the phase / mode of the reverse process to supply the vapor-gas mixture discharged from it into the reaction zone, at the same time as the reactor is turned there is the possibility of opening a gas valve to withdraw the resulting combustible fuel gas from the reactor through the hollow rod into the gas pipeline for supplying the consumer, as well as the possibility of blocking the inlet pipe oestrus with a check valve for supplying water to the steam-water jacket and parogazootvodnogo channel to another reactor, and to output the gasification solid residues - fly ash - the cooling zone of the discharge device has an outlet in interwalled space of the reactor and through the bottom end of the reactor to the ash hopper. 6. Устройство для газификации твердого топлива по п. 5, отличающееся тем, что газопровод для подачи потребителю отводимого из реактора горючего топливного газа включает в себя водяной испарительный теплообменник - парогенератор, который имеет также вход для подачи извне под давлением охлаждающей воды и выход для подачи образующегося водяного пара по трубопроводу с обратным клапаном в пароводяную рубашку смежного противофазного реактора.6. The device for gasification of solid fuel according to claim 5, characterized in that the gas pipeline for supplying combustible fuel gas discharged from the reactor to the consumer includes a water evaporative heat exchanger - a steam generator, which also has an inlet for supplying cooling water from outside from under pressure and an outlet for supplying the resulting water vapor through a pipe with a check valve in the steam-water jacket of the adjacent antiphase reactor. 7. Устройство для газификации твердого топлива по п. 6, отличающееся тем, что газопровод для подачи потребителю отводимого из реактора топливного газа дополнительно включает в себя газовоздушный теплообменник с выходом для отработанного подогретого воздуха в устройства подачи газифицирующего агента реакторов.7. The device for gasification of solid fuel according to claim 6, characterized in that the gas pipeline for supplying the fuel gas withdrawn from the reactor to the consumer further includes an air-gas heat exchanger with an outlet for exhaust heated air to the reactors gasifying agent supply device. 8. Устройство для газификации твердого топлива по п. 5, отличающееся тем, что выход в парогазоотводный канал для транспортирования парогазовой смеси в смежный (противофазный) реактор осуществляется через внутренний патрубок отвода парогазовой смеси, соединяющий зону активации рабочей камеры с парогазосборной полостью в межстеночном пространстве реактора, соединенной с парогазоотводным каналом через верхний патрубок отвода парогазовой смеси, располагаемый в верхней части (в фазе/режиме обращенного процесса) реактора, при этом для интенсификации процесса охлаждения горючего топливного газа внутренняя стенка рабочей камеры реактора предпочтительно имеет ребристую структуру, а дутьевые каналы выполнены в виде трубок, проходящих внутри парогазосборной полости.8. The device for gasification of solid fuel according to claim 5, characterized in that the outlet to the vapor-gas removal channel for transporting the gas-vapor mixture to the adjacent (antiphase) reactor is carried out through the internal branch pipe of the gas-vapor mixture withdrawal, which connects the activation zone of the working chamber to the gas-vapor collection chamber in the reactor interwall space connected to the vapor-gas outlet channel through the upper branch pipe of the vapor-gas mixture discharge located in the upper part (in the phase / mode of the inverse process) of the reactor, In order to characterize the process of cooling combustible fuel gas, the inner wall of the working chamber of the reactor preferably has a ribbed structure, and the blast channels are made in the form of tubes passing inside the gas-vapor collection cavity. 9. Устройство для газификации твердого топлива по п. 5, отличающееся тем, что устройство - полиреакторный газификатор - представляет собой кластер из нескольких одинаковых реакторов, работающих совместно, при этом часть реакторов - в фазе/режиме обращенного процесса газификации, другая часть реакторов - в фазе/режиме прямого процесса газификации, с синхронной либо асинхронной сменой фаз работы, а такие элементы, как бункер загрузочного устройства, газопровод с высокотемпературной газодувкой парогазоотводного канала, газопровод для подачи потребителю с водяным испарительным теплообменником - парогенератором и газовоздушным теплообменником, а также бункер для золы могут быть выполнены как общие для всех реакторов кластера.9. A device for gasifying solid fuels according to claim 5, characterized in that the device — a polyreactor gasifier — is a cluster of several identical reactors working together, with some of the reactors in the phase / mode of the reversed gasification process, and the other part of the reactors in phase / mode of the direct gasification process, with synchronous or asynchronous change of phases of operation, and such elements as the hopper of the loading device, a gas pipeline with a high-temperature gas blowing of the gas-vapor channel, a gas pipeline for supply a consumer with a water evaporative heat exchanger - a steam generator and a gas-air heat exchanger, as well as an ash hopper can be made as common to all cluster reactors. 10. Устройство для газификации твердого топлива по одному (любому) из пп. 5-9, отличающееся тем, что используется маятниковый режим вращения реактора со сменой направления вращения реактора на противоположное после его поворота на определенный угол (например, на 180°).10. Device for gasification of solid fuel according to one (any) of paragraphs. 5-9, characterized in that the pendulum mode of rotation of the reactor is used with a change in the direction of rotation of the reactor to the opposite after its rotation by a certain angle (for example, 180 °).
RU2017133300A 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation RU2663144C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133300A RU2663144C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133300A RU2663144C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663144C1 true RU2663144C1 (en) 2018-08-01

Family

ID=63142714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017133300A RU2663144C1 (en) 2017-09-25 2017-09-25 Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663144C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109737385A (en) * 2019-01-15 2019-05-10 扬州市银焰机械有限公司 A high-efficiency combustion-supporting burner
RU2731637C1 (en) * 2020-03-20 2020-09-07 Игорь Викторович Веженков Method and apparatus for gasification of carbonaceous feedstock
RU2737833C1 (en) * 2020-07-06 2020-12-03 Игорь Владимирович Тихомиров Autonomous electric generation method and device - small solid fuel power plant for its implementation
CN113684064A (en) * 2021-08-11 2021-11-23 郝梅 Fluidized bed gasification furnace

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990865A (en) * 1974-10-21 1976-11-09 Allis-Chalmers Corporation Process for coal gasification utilizing a rotary kiln
RU2322641C2 (en) * 2006-05-02 2008-04-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Method and device for processing condensed fuel
RU2376527C2 (en) * 2007-12-19 2009-12-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Condensed fuel processing method and device for its implementation
RU112195U1 (en) * 2011-05-17 2012-01-10 ООО Платекс КиМ SOLID FUEL AND WASTE GASIFICATION DEVICE
WO2012058851A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-10 中国科学院过程工程研究所 Apparatus and method for multi-stage pyrolysis and gasification of solid fuel
RU2584257C1 (en) * 2015-01-28 2016-05-20 Александр Вадимович Ивлев Method of processing condensed organic fuel by gasification
RU2015156390A (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2015156393A (en) * 2015-12-28 2017-07-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2631450C1 (en) * 2016-04-13 2017-09-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990865A (en) * 1974-10-21 1976-11-09 Allis-Chalmers Corporation Process for coal gasification utilizing a rotary kiln
RU2322641C2 (en) * 2006-05-02 2008-04-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Method and device for processing condensed fuel
RU2376527C2 (en) * 2007-12-19 2009-12-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Condensed fuel processing method and device for its implementation
WO2012058851A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-10 中国科学院过程工程研究所 Apparatus and method for multi-stage pyrolysis and gasification of solid fuel
RU112195U1 (en) * 2011-05-17 2012-01-10 ООО Платекс КиМ SOLID FUEL AND WASTE GASIFICATION DEVICE
RU2584257C1 (en) * 2015-01-28 2016-05-20 Александр Вадимович Ивлев Method of processing condensed organic fuel by gasification
RU2015156390A (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2015156393A (en) * 2015-12-28 2017-07-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") METHOD FOR GASIFICATION OF FUEL BIOMASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2631450C1 (en) * 2016-04-13 2017-09-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109737385A (en) * 2019-01-15 2019-05-10 扬州市银焰机械有限公司 A high-efficiency combustion-supporting burner
RU2731637C1 (en) * 2020-03-20 2020-09-07 Игорь Викторович Веженков Method and apparatus for gasification of carbonaceous feedstock
RU2737833C1 (en) * 2020-07-06 2020-12-03 Игорь Владимирович Тихомиров Autonomous electric generation method and device - small solid fuel power plant for its implementation
CN113684064A (en) * 2021-08-11 2021-11-23 郝梅 Fluidized bed gasification furnace
CN113684064B (en) * 2021-08-11 2024-03-22 郝梅 Fluidized bed gasification furnace

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2662440C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
Arena Process and technological aspects of municipal solid waste gasification. A review
JP4264525B2 (en) Method for gasifying organic substances and substance mixtures
RU2668447C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2583269C2 (en) District method of gasification of biomass at high temperature and atmospheric pressure
RU2663144C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
CA2452617A1 (en) Method for producing clean energy from coal
JPS5851038B2 (en) Seizouhouhouunarabini Sonosouchi
US4927430A (en) Method for producing and treating coal gases
CN105202545A (en) Garbage pyrolysis gasification incineration treatment device
CN105531355A (en) Method and system for gasifying carbon carrier and additionally processing the generated gas
CN102746902B (en) Gasification method of organic wastes and special gasification furnace
JP2015180734A (en) Method and apparatus for producing synthetic gas
CN102796568B (en) Device and technology for producing blau-gas and carbon monoxide
RU2631808C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
RU2376527C2 (en) Condensed fuel processing method and device for its implementation
CN108949234B (en) A kind of inverting tar gasification furnace of three layers of gas supply heating
RU2631811C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
WO2006075978A1 (en) Method for organic fuel plasma-thermal processing and device for carrying out said method
CN106893610A (en) A kind of integrated high-temperature gasification device that can be used for hazardous waste treatment
CN112646604B (en) Sleeve type double-oxide-layer fixed bed gasifier and organic solid waste gasification method
RU2536719C2 (en) Method of enrichment of alternative, carbon-containing, low calorie wastes for use in furnace plants
CN109370657B (en) Multi-phase material internal cooling gasification furnace
KR20140080453A (en) Circulating Fluidized Bed Gasifier Equipped with Heat Exchanger Therein
KR102497426B1 (en) Waste pyrolytic gasification device and Energy system having the same

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200826