RU2775968C1

RU2775968C1 - Reactor for producing synthesis gas from fuel

Info

Publication number: RU2775968C1
Application number: RU2021112358A
Authority: RU
Inventors: Янья Арьян ЛУКАС; Робин Виллем Рудольф ЗВАРТ
Original assignee: Милена-Ольга Джойнт Инновейшн Эссетс Б.В.
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2022-07-12

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates reactors for producing synthesis gas. Described is a reactor for producing synthesis gas from fuel, containing a casing with a combustion-providing part including the a fluidised bed during operation, a riser extending along the longitudinal direction of the reactor and including a second fluidised layer during operation, a downtake pipe located parallel to the riser and passed into the first fluidised bed, and one or more supply channels for providing fuel to the reactor, wherein the reactor comprises an air chamber section of the riser, connected with the lower part of the riser, wherein the air chamber section of the riser comprises a cylindrical wall with a multiple through holes arranged along the circumference.

EFFECT: operation of the reactor without clogging or blockage of the lower outlet of the reactor.

10 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к реактору для получения синтез-газа из топлива, содержащему кожух с частью для обеспечения сжигания, включающей первый флюидизированный слой при работе, стояк, проходящий вдоль продольного направления реактора и включающий второй флюидизированный слой при работе, опускную трубу, расположенную параллельно стояку и проходящую в первый флюидизированный слой, и один или более подающих каналов для предоставления топлива в реактор.The present invention relates to a reactor for producing synthesis gas from a fuel, comprising a casing with a part for ensuring combustion, including a first fluidized bed during operation, a riser extending along the longitudinal direction of the reactor and including a second fluidized bed during operation, a downcomer located parallel to the riser and extending into the first fluidized bed, and one or more feed channels for providing fuel to the reactor.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

В известных реакторах типа с внутренней системой сжигания в циркулирующем флюидизированном слое, обычно проблемы возникают при масштабировании реактора от размера блока для совершенствования технологического процесса до заводского рабочего блока. Дополнительно, заявленная гибкость по запасам сырья, которые могут использоваться в известных реакторах, не может гарантироваться, преимущественно в силу недостатков в отборе золы, в случае постоянной необходимости (к примеру, при использовании запасов отходов сырья или запасов сырья с высоким потенциалом агломерации или с высокоинертным содержанием).In prior art reactors of the circulating fluidized bed internal combustion type, problems typically arise in scaling up the reactor from process improvement block size to factory operating block. Additionally, the claimed flexibility in stocks of raw materials that can be used in known reactors cannot be guaranteed, mainly due to shortcomings in the selection of ash, in case of constant need (for example, when using stocks of waste raw materials or stocks of raw materials with a high agglomeration potential or with highly inert content).

Международная публикация патента WO2014/070001 описывает реактор для получения получаемого газа из топлива (биомассы), имеющий кожух с частью для обеспечения сжигания, включающей флюидизированный слой при работе, стояк, проходящий вдоль продольного направления реактора, и опускную трубу, расположенную коаксиально вокруг стояка и проходящую во флюидизированный слой.International Patent Publication WO2014/070001 describes a reactor for producing gas from a fuel (biomass) having a shell with a combustion portion including a fluidized bed during operation, a riser extending along the longitudinal direction of the reactor, and a downcomer positioned coaxially around the riser and extending into the fluidized layer.

Публикация патента (США) US3776150 раскрывает систему сжигания во флюидизированном слое для пиролиза или сжигания твердых отходов. Твердое сырье принудительно подается в оборудование для сжигания во флюидизированном слое, имеющее распределительную пластину конической формы и первую внутреннюю камеру выше распределительной пластины и меньшую вторую внутреннюю камеру, соединенную с первой камерой и расположенную непосредственно ниже первой камеры.US Patent Publication US3776150 discloses a fluidized bed combustion system for pyrolysis or incineration of solid waste. The solid feedstock is forced into fluidized bed combustion equipment having a cone-shaped distribution plate and a first internal chamber above the distribution plate and a smaller second internal chamber connected to the first chamber and located directly below the first chamber.

Международная публикация патента WO2007/061301 описывает устройство для получения получаемого газа из биомассы, содержащее, по меньшей мере, один стояк для переработки биомассы в получаемый газ и твердое вещество. Твердое вещество осаждается в вершине реактора и попадает во внешнюю камеру сжигания через одну или более опускных труб. Поскольку, по меньшей мере, одного сопла для нагнетания флюидизирующего газа присоединяется в стояке, в результате стояк на дне имеет преграды.International patent publication WO2007/061301 describes a device for producing product gas from biomass, comprising at least one riser for converting biomass into product gas and solid. The solid settles at the top of the reactor and enters the outer combustion chamber through one or more downcomers. Since at least one fluidizing gas injection nozzle is connected in the riser, as a result, the riser is obstructed at the bottom.

Международная публикация патента WO2008/108644 описывает улучшение устройства, раскрытого в WO2007/061301, хотя по-прежнему раскрывает наличие, по меньшей мере, одного сопла, нагнетающего флюидизирующую текучую среду в или под стояком, в силу этого частично блокируя отбор материала слоя из стояка.International Patent Publication WO2008/108644 describes an improvement on the apparatus disclosed in WO2007/061301, although still discloses having at least one nozzle injecting a fluidizing fluid into or under the riser, thereby partially blocking the withdrawal of bed material from the riser.

Публикации патента (Европа) EP-A-0 844 021 описывает реактор для каталитического преобразования органических веществ с использованием внутреннего реактора с циркулирующим флюидным слоем, при этом также описывается распределитель выше центрального флюидизированного слоя. Тем не менее, здесь, распределитель упоминается как перегородка, обуславливающая только разделение частиц катализатора из газа.Patent Publications (Europe) EP-A-0 844 021 describes a reactor for the catalytic conversion of organics using an internal circulating fluid bed reactor, which also describes a distributor above a central fluidized bed. However, here, the distributor is referred to as a baffle, causing only the separation of the catalyst particles from the gas.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение нацелено на предоставление улучшенного реактора для получения синтез-газа из топлива, который является надежным и долговечным, даже при работе на топливах, ассоциированных с высоким числом загрязнителей, в итоге появляющихся в реакторе. Загрязнители, которые либо связаны с топливом, такие как камни, металлы и стекло, либо представляют собой результат химических реакций, такие как агломераты, требуют более высокого темпа отбора от реактора. Другими словами, настоящее изобретение нацелено на предоставление решения для того, чтобы предотвращать загрязнение и/или закупорку газификатора вследствие осаждения и/или образования засоров из инертных материалов и агломератов. Кроме того, настоящее изобретение нацелено на предоставление улучшенного реактора для получения синтез-газа из топлива, который является масштабируемым, даже в случае размеров согласно подаче нескольких десятков тонн топлива в час.The present invention aims to provide an improved reactor for producing synthesis gas from a fuel that is reliable and durable, even when operating on fuels associated with a high amount of contaminants that end up in the reactor. Contaminants that are either associated with the fuel, such as rocks, metals, and glass, or are the result of chemical reactions, such as agglomerates, require a higher recovery rate from the reactor. In other words, the present invention aims to provide a solution for preventing fouling and/or plugging of the gasifier due to sedimentation and/or fouling of inert materials and agglomerates. In addition, the present invention aims to provide an improved reactor for producing synthesis gas from fuel, which is scalable, even in the case of sizes according to the supply of several tens of tons of fuel per hour.

Согласно настоящему изобретению, предоставляется реактор согласно преамбуле, заданной выше, при этом реактор дополнительно содержит секцию воздушной камеры стояка, соединенную с нижней частью стояка, причем секция воздушной камеры стояка содержит цилиндрическую стенку с множеством расположенных по окружности сквозных отверстий. Эта конструкция позволяет использовать расположенные по окружности/периферически расположенные сквозные отверстия в качестве флюидизирующих сопел, реализующих второй флюидизированный слой в ходе работы, и обеспечивает неограниченное перемещение материала слоя (песка) во втором флюидизированном слое, значительно повышая эффективность эксплуатации настоящего реактора. Поскольку флюидизирующая среда (например, воздух) подается сбоку в стояк, эта конструкция, по сути, не блокирует или частично блокирует отбор золы из стояка. Кроме того, она гарантирует то, что в ходе работы зола и ассоциированные более тяжелые инертные материалы могут отбираться из реактора без риска образования засоров и блокировки нижнего выпускного отверстия реактора.According to the present invention, there is provided a reactor according to the preamble given above, wherein the reactor further comprises a riser airbox section connected to the bottom of the riser, the riser airbox section comprising a cylindrical wall with a plurality of circumferentially arranged through holes. This design allows the circumferential/peripherally located through holes to be used as fluidizing nozzles realizing the second fluidized bed during operation, and allows unrestricted movement of the bed material (sand) in the second fluidized bed, greatly improving the operating efficiency of the present reactor. Since the fluidizing medium (eg air) is fed into the riser from the side, this design does not substantially block or partially block the extraction of ash from the riser. In addition, it ensures that during operation, ash and associated heavier inert materials can be removed from the reactor without the risk of clogging and blocking the bottom outlet of the reactor.

Следует отметить, что в вариантах осуществления реактора настоящего изобретения, могут присутствовать несколько стояков, в комбинации с одной или более опускных труб. Кроме того, опускная труба может предоставляться коаксиально по отношению к ассоциированному стояку либо в качестве отдельного (совмещенного по длине) опускного трубного канала. Это дополнительно улучшает масштабируемость вариантов осуществления реактора настоящего изобретения.It should be noted that in embodiments of the reactor of the present invention, multiple risers may be present, in combination with one or more downcomers. In addition, the downcomer may be provided coaxially with respect to the associated riser, or as a separate (combined in length) downcomer. This further improves the scalability of the reactor embodiments of the present invention.

Дополнительные преимущественные варианты осуществления реактора настоящего изобретения описываются посредством прилагаемых зависимых пунктов формулы изобретения.Additional advantageous embodiments of the reactor of the present invention are described by means of the appended dependent claims.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Ниже подробнее поясняется настоящее изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The present invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 показывает вид в поперечном сечении реактора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 1 shows a cross-sectional view of a reactor according to an embodiment of the present invention;

Фиг. 2A показывает вид в поперечном сечении секции воздушной камеры стояка варианта осуществления реактора, показанного на фиг. 1;Fig. 2A shows a cross-sectional view of the riser airbox section of the embodiment of the reactor shown in FIG. one;

Фиг. 2B подробно показывает вид верхнего угла секции воздушной камеры стояка, показанной на фиг. 2A;Fig. 2B shows a top corner view of the riser air box section shown in FIG. 2A;

Фиг. 3A показывает вид в перспективе в частичном поперечном сечении части варианта осуществления реактора, показанного на фиг. 1;Fig. 3A shows a partial cross-sectional perspective view of a portion of the embodiment of the reactor shown in FIG. one;

Фиг. 3B показывает вид сверху в поперечном сечении варианта осуществления реактора, показанного на фиг. 1 вдоль линий IIIB-IIIB; иFig. 3B shows a top cross-sectional view of the embodiment of the reactor shown in FIG. 1 along lines IIIB-IIIB; and

Фиг. 3C показывает вид в частичном поперечном сечении стояка и части секции воздушной камеры стояка варианта осуществления реактора, показанного на фиг. 1.Fig. 3C shows a partial cross-sectional view of the riser and part of the riser airbox section of the reactor embodiment shown in FIG. one.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments

Ниже описывается настоящее изобретение со ссылкой на примерный вариант осуществления реактора для получения синтез-газа из топлива, как показано на чертежах. Тем не менее, следует отметить, что части реактора могут реализовываться с использованием дополнительных альтернатив и модификаций, как также указывается в нижеприведенном описании. Реактор 1 согласно настоящему изобретению используется для того, чтобы преобразовывать топливо в синтез-газ, который дополнительно может использоваться. Топливо может представлять собой продукт-биомассу или отходы с различным составом, и синтез-газ, выводимый из реактора 1, дополнительно может синтезироваться в другие продукты или непосредственно использоваться, например, в работающем на газе электрическом генераторе либо в вариантах применения для нагрева.The present invention will now be described with reference to an exemplary embodiment of a reactor for producing synthesis gas from fuel as shown in the drawings. However, it should be noted that parts of the reactor may be implemented using additional alternatives and modifications, as also indicated in the description below. The reactor 1 according to the present invention is used to convert fuel into synthesis gas, which can be additionally used. The fuel may be a biomass product or a waste product with various compositions, and the synthesis gas withdrawn from the reactor 1 may be additionally synthesized into other products or directly used, for example, in a gas-fired electric generator or in heating applications.

Фиг. 1 показывает вид в поперечном сечении реактора 1 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, имеющего различные секции. С помощью римской цифры I указывается основная секция реактора 1, в которой процессы пиролиза и сжигания возникают в ходе работы в первом и втором флюидизированном слое. Эта основная секция A содержит кожух 2 с частью для обеспечения сжигания, включающей первый флюидизированный слой при работе, стояк 3, проходящий вдоль продольного направления реактора 1 и включающий работающий второй флюидизированный слой, и опускную трубу 4, расположенную параллельно стояку 3 и проходящую в первый флюидизированный слой. На дне кожуха 2, указывается нижняя секция C, которая содержит конструктивные и функциональные элементы для того, чтобы предоставлять первый и второй флюидизированный слой в ходе работы, и которая подробнее поясняется ниже. В этой нижней секции C, например, один или более подающих каналов 33 присутствуют для предоставления топлива в реактор 1, например, в стояк 3. Дымовой газ, сформированный в первом флюидизированном слое, может выходить из реактора через выпускное отверстие 6 для дымового горючего газа, расположенное в верхней части реактора 1, как показано в варианте осуществления по фиг. 1.Fig. 1 shows a cross-sectional view of a reactor 1 according to an exemplary embodiment of the present invention having various sections. The Roman numeral I indicates the main section of the reactor 1, in which the pyrolysis and combustion processes occur during operation in the first and second fluidized bed. This main section A comprises a shroud 2 with a combustion portion comprising a first fluidized bed in operation, a riser 3 extending along the longitudinal direction of the reactor 1 and including a second fluidized bed in operation, and a downcomer 4 parallel to the riser 3 and extending into the first fluidized bed. layer. On the bottom of the housing 2, a lower section C is indicated, which contains structural and functional elements in order to provide the first and second fluidized layer during operation, and which is explained in more detail below. In this lower section C, for example, one or more supply channels 33 are present to provide fuel to the reactor 1, for example, to the riser 3. The flue gas formed in the first fluidized bed can exit the reactor through the flue gas outlet 6, located at the top of the reactor 1 as shown in the embodiment of FIG. one.

Ниже основной секции A, расположена воздушная камера II стояка, которая выполнена с возможностью предоставлять управление вторым флюидизированным слоем внутри стояка 3. Ниже поясняются подробности воздушной камеры II стояка со ссылкой на фиг. 2A и 2B. Ниже воздушной камеры II стояка, расположена секция E трубного узла стояка, которая работает с возможностью обеспечивать отбор золы и материала слоя из дна реактора 1 (например, с использованием нижеприведенной крупной винтовой или сверлильной установки, не показанной на фиг. 1).Below the main section A, riser airbox II is located, which is configured to provide control of the second fluidized layer inside riser 3. Details of riser airbox II will be explained below with reference to FIG. 2A and 2B. Downstream of riser airbox II is a riser tube assembly section E which is operable to allow ash and bed material to be withdrawn from the bottom of reactor 1 (for example, using a large screw or drilling machine below, not shown in FIG. 1).

Выше основной секции A, предоставляется секция D распределителя выпускного отверстия для газа, которая обеспечивает надлежащий отбор сформированного синтез-газа из реактора 1 через выпускное отверстие 8 для синтез-газа. В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, выпускное отверстие 7 для сброса давления присутствует в верхней части реактора 1 чуть ниже секции D распределителя выпускного отверстия для газа. В нормальном режиме работы, выпускное отверстие 7 для сброса давления закрывается, например, с использованием предохранительного клапана. Ниже поясняются подробности секции D распределителя выпускного отверстия для газа.Above the main section A, a gas outlet distributor section D is provided, which ensures that the generated synthesis gas is properly withdrawn from the reactor 1 through the synthesis gas outlet 8. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a pressure relief outlet 7 is present at the top of the reactor 1 just below the gas outlet distributor section D. In normal operation, the pressure relief outlet 7 is closed, for example, using a safety valve. The details of section D of the gas outlet distributor will be explained below.

В ходе работы (достаточно похожей с более ранними версиями реактора 1, как описано в PCT-публикациях WO2007/061301 и WO2008/108644, которые содержатся в данном документе по ссылке), топливо в форме запасов сырья подается в стояк 3 через ввод 33 топлива, так что оно поступает во второй флюидизированный слой внутри стояка 3. Запасы сырья газифицируются во втором флюидизированном слое, увлекая материал слоя из стояка 3 в верхнюю секцию реактора 1, в которой макрочастицы осаждаются в силу меньшей скорости потока газа и сбрасываются в опускную трубу 4 (например, через воронкообразную часть 5, показанную в варианте осуществления по фиг. 1), и в итоге оказываются в первом флюидизированном слое в секции сжигания во флюидизированном слое внутри кожуха 2, как указано посредством стрелок на фиг. 1. Синтез-газ, производимый посредством процесса газификации, выходит из реактора 1 через секцию D распределителя выпускного отверстия для газа (например, через выпускное отверстие 8 для синтез-газа, показанное в варианте осуществления по фиг. 1).In operation (quite similar to earlier versions of the reactor 1 as described in PCT publications WO2007/061301 and WO2008/108644, which are incorporated herein by reference), fuel in the form of stocks of raw materials is supplied to the riser 3 through the fuel inlet 33, so that it enters the second fluidized bed inside the riser 3. The stocks of raw materials are gasified in the second fluidized bed, entraining the material of the bed from the riser 3 to the upper section of the reactor 1, in which the particulates are deposited due to the lower gas flow rate and are discharged into the downcomer 4 (for example , through the funnel 5 shown in the embodiment of Fig. 1) and end up in the first fluidized bed in the combustion section in the fluidized bed inside the shell 2, as indicated by the arrows in FIG. 1. The synthesis gas produced by the gasification process exits the reactor 1 through the gas outlet distributor section D (for example, through the synthesis gas outlet 8 shown in the embodiment of FIG. 1).

Следует отметить, что примерный вариант осуществления реактора 1 имеет один расположенный по центру стояк 3 и одну опускную трубу 4, расположенную коаксиально (или концентрически) по отношению к стояку 3. Для более крупномасштабных реакторов 1, предусмотрено, что присутствует более одного стояка 3, а также более одной опускной трубы 4 (даже независимо от числа стояков 3). Кроме того, стояки 3 и опускные трубы 4 могут располагаться коаксиально, но также могут располагаться рядом друг с другом. Кроме того, в варианте осуществления по фиг. 1 показывается только один подающий канал 33, направленный, в общем, перпендикулярно направлению по длине стояка 3. В дополнительных альтернативных вариантах осуществления, могут присутствовать несколько подающих каналов 33, например, чтобы вводить запасы сырья из двух или более сторон или на различных высотах в стояке 3.It should be noted that the exemplary embodiment of the reactor 1 has one centrally located riser 3 and one downcomer 4 located coaxially (or concentrically) with respect to the riser 3. For larger reactors 1, it is envisaged that there is more than one riser 3, and also more than one downcomer 4 (even regardless of the number of risers 3). In addition, risers 3 and downcomers 4 can be arranged coaxially, but can also be located next to each other. In addition, in the embodiment of FIG. 1 shows only one supply channel 33 directed generally perpendicular to the direction along the length of the riser 3. In additional alternative embodiments, multiple supply channels 33 may be present, for example to introduce stocks of raw materials from two or more sides or at different heights in the riser. 3.

Горячий материал слоя, присутствующий в зоне сжигания (т.е. в первом флюидизированном слое), (частично) транспортируется через две зоны сбрасывания в нижней части зоны сжигания, например, при вращении на 90° по сравнению с подающим каналом 33, в нижнюю часть стояка 3. В дополнительных примерных вариантах осуществления, присутствуют одна или более зон сбрасывания. Горячий материал слоя, рециркулирующий таким способом, обеспечивает газификацию запасов сырья в стояке 3.The hot bed material present in the combustion zone (i.e., in the first fluidized bed) is (partially) transported through two drop zones at the bottom of the combustion zone, for example, at 90° rotation compared to the feed channel 33, to the bottom riser 3. In further exemplary embodiments, one or more drop zones are present. The hot bed material recycled in this way ensures the gasification of the stocks of raw materials in riser 3.

В существующих газифицирующих реакторах, такие компоненты, как флюидизирующие сопла, присутствуют в стояке 3. Как результат, непрерывный отбор золы невозможен или, по меньшей мере, затруднен. При использовании чистой биомассы в качестве топлива, это не обязательно представляет собой проблему, поскольку большая часть золы должна выходить из реактора 1 через выпускное отверстие 6 для дымового газа, и не должны создаваться большие количества инертных материалов или агломератов. В таком случае, также можно использовать одно флюидизирующее сопло в нижней части стояка 3 как в нормальном режиме работы (при небольшом потоке газа, необходимом только для флюидизации второго флюидизированного слоя в стояке 3), так и в ходе операции запуска (при интенсивном потоке газа, чтобы резко активизировать внутреннюю циркуляцию материала слоя в реакторе 1).In existing gasifying reactors, components such as fluidizing nozzles are present in the riser 3. As a result, continuous ash extraction is not possible, or at least difficult. When using pure biomass as fuel, this is not necessarily a problem, since most of the ash must exit the reactor 1 through the flue gas outlet 6, and large amounts of inert materials or agglomerates must not be created. In such a case, it is also possible to use a single fluidizing nozzle at the bottom of the riser 3 both during normal operation (with a small gas flow required only to fluidize the second fluidized layer in the riser 3) and during the start-up operation (with a high gas flow, to sharply activate the internal circulation of the bed material in the reactor 1).

Тем не менее, при использовании запасов сырья с высоким содержанием инертных материалов, таких как породы, металлы и стекло (к примеру, в отходах), либо при обработке запасов сырья с высокими рисками плавления, приводящего к образованию агломератов (таких как трава), это традиционное расположение флюидизирующего сопла внутри стояка 3 ограничивает и усложняет требуемый отбор золы.However, when using stocks of raw materials with a high content of inert materials such as rocks, metals and glass (e.g. in waste), or when processing stocks of raw materials with high risks of melting resulting in the formation of agglomerates (such as grass), this the traditional location of the fluidizing nozzle inside the riser 3 limits and complicates the required collection of ash.

Кроме того, одно флюидизирующее сопло, работающее при различных потоках газа, приводит к нарушению конструктивного решения, поскольку в нормальном режиме работы с низким потоком газа, скорости через сопло могут быть слишком низкими, что вызывает противоток материала слоя в воздушной камере, соединенной с флюидизирующим соплом. В ходе запуска с интенсивным потоком, скорости через флюидизирующее сопло являются (слишком) высокими, что вызывает высокие падения давления и эрозию.In addition, a single fluidizing nozzle operating at different gas flows results in a design flaw because, in normal low gas flow operation, the velocities through the nozzle can be too low, causing backflow of bed material in the air chamber connected to the fluidizing nozzle. . During a high-flow start-up, the velocities through the fluidizing nozzle are (too) high, causing high pressure drops and erosion.

Обнаружено, что также требуется более непрерывный отбор золы из нижней части реактора 1. Тем не менее, это приводит к исчезновению статического слоя на дне реактора 1 (ниже флюидизирующих сопел), что, в свою очередь, требует другого конструктивного решения по изоляции, а также использования других материалов в зоне отбора золы.It has also been found that more continuous ash withdrawal from the bottom of the reactor 1 is also required. However, this results in the disappearance of the static layer at the bottom of the reactor 1 (below the fluidizing nozzles), which in turn requires a different design for insulation, as well as use of other materials in the ash extraction area.

Кроме того, обнаружено, что более частое использование этих более сложных запасов сырья приводит к большому числу проблем при техобслуживании, требующих значительных времен простоя, поскольку удаление инертных материалов и агломератов является сложным вследствие недостаточной достижимости реактора 1 в удобных местоположениях.In addition, it has been found that the more frequent use of these more complex feed stocks leads to a large number of maintenance problems requiring significant downtime, since the removal of inert materials and agglomerates is difficult due to the insufficient reachability of the reactor 1 at convenient locations.

Чтобы разрешать эти проблемы, созданы варианты осуществления настоящего изобретения, причем первый вариант осуществления относится к реактору для получения синтез-газа из топлива, содержащему кожух 2 с частью для обеспечения сжигания, включающей первый флюидизированный слой при работе, стояк 3, проходящий вдоль продольного направления реактора 1 и включающий второй флюидизированный слой при работе, опускную трубу 4, расположенную параллельно стояку и проходящую в первый флюидизированный слой, и один или более подающих каналов 33 для предоставления топлива в стояк 3. Реактор 1 дополнительно содержит секцию B воздушной камеры стояка, соединенную с нижней частью стояка 3, причем секция B воздушной камеры стояка содержит цилиндрическую стенку 28 с множеством расположенных по окружности сквозных отверстий 24, 25.In order to solve these problems, embodiments of the present invention have been made, the first embodiment relates to a reactor for producing synthesis gas from a fuel, comprising a shell 2 with a combustion part including a first fluidized layer in operation, a riser 3 extending along the longitudinal direction of the reactor 1 and including a second fluidized bed in operation, a downcomer 4 parallel to the riser and extending into the first fluidized bed, and one or more supply conduits 33 for providing fuel to the riser 3. The reactor 1 further comprises an air chamber section B of the riser connected to the bottom part of the riser 3, and the section B of the air chamber of the riser contains a cylindrical wall 28 with a plurality of through holes 24, 25 located around the circumference.

В этом варианте осуществления, зона отбора золы реактора 1 (т.е. из стояка 3 через секцию B воздушной камеры стояка и секцию E трубного узла стояка) не имеет ограничений, обусловленных внутренними соплами, поскольку флюидизирующая среда (например, воздух в нормальном режиме работы реактора 1) и пусковая среда (например, более интенсивный поток воздуха) подаются через стенку 28 сопловой части трубы воздушной камеры II стояка. Дополнительные признаки, присутствующие для того, чтобы доставлять среду в расположенные по окружности сквозные отверстия 24, 25, могут интегрироваться в секции B воздушной камеры стояка без ограничения отбора золы. Следует отметить, что цилиндрическая стенка 28 является конгруэнтной с поперечным сечением нижней части стояка 3.In this embodiment, the ash extraction area of reactor 1 (i.e. from riser 3 through riser airbox section B and riser tube section E) is not restricted by internal nozzles because the fluidizing medium (e.g., air in normal operation reactor 1) and the starting medium (for example, a more intense air flow) are fed through the wall 28 of the nozzle part of the pipe of the air chamber II of the riser. Additional features present in order to deliver the medium to the circumferential through holes 24, 25 can be integrated into the riser air chamber sections B without limiting ash extraction. It should be noted that the cylindrical wall 28 is congruent with the cross section of the lower part of the riser 3.

Примерный вариант осуществления секции B воздушной камеры стояка, которая фактически представляет собой отдельный компонент, обеспечивающий его более эффективное изготовление и установку, показывается в виде в поперечном сечении по фиг. 2A и в виде в поперечном сечении подробности по фиг. 2B. Воздушная камера II стояка содержит верхний фланец 22, позволяющий монтировать секцию B воздушной камеры стояка на нижнем фланце реактора 1 в его нижней секции C. При установке, вершина цилиндрической стенки 28 затем совмещается с нижней частью стояка 3, оставляя небольшой зазор, который обеспечивает допуск для возможных различий в тепловом расширении нижней части стояка 3 и вершины цилиндрической стенки 28. Нижний фланец 23 присутствует с возможностью протягивать зону отбора золы до верхнего фланца секции E трубного узла стояка.An exemplary embodiment of the riser airbox section B, which is in fact a separate component allowing it to be manufactured and installed more efficiently, is shown in the cross-sectional view of FIG. 2A and in cross-sectional detail of FIG. 2b. The riser air box II comprises a top flange 22 allowing the riser air box section B to be mounted on the lower flange of the reactor 1 in its bottom section C. Upon installation, the top of the cylindrical wall 28 is then aligned with the bottom of the riser 3 leaving a small gap that allows for clearance for possible differences in thermal expansion of the lower part of the riser 3 and the top of the cylindrical wall 28. The bottom flange 23 is present with the ability to extend the ash extraction zone to the upper flange of section E of the riser pipe assembly.

В этом варианте осуществления, секция B воздушной камеры стояка содержит две секции сквозных сопловых отверстий, верхнюю секцию с первым множеством сквозных отверстий 25 и нижнюю секцию со вторым множеством сквозных отверстий 24, при этом полная площадь отверстий второго множества сквозных отверстий 24 больше полной площади отверстий первого множества сквозных отверстий 25. Это обеспечивает операцию запуска реактора 1 с интенсивным потоком воздуха и работу в регулярном режиме с достаточным потоком воздуха, при этом без ограничения перемещения песка во втором флюидизированном слое. Другими словами, флюидизирующее сопло для второго флюидизированного слоя в стояке 3 имеет две секции сквозных сопловых отверстий 24, 25, причем верхняя секция (первое множество сквозных отверстий 25) работает в нормальном режиме работы, когда количество требуемого флюидизирующего газа является минимальным, тогда как нижняя секция (второе множество сквозных отверстий 24) применяется только в ходе запуска, когда количество требуемого флюидизирующего газа должно увеличиваться для того, чтобы начинать внутреннюю циркуляцию материала слоя в реакторе 1. В ходе запуска, первое множество сквозных отверстий 25 также работает с возможностью предотвращать его засорение, когда второе множество сквозных отверстий 24 работает. Это также обеспечивает такое преимущество, что в ходе запуска падение давления в соплах 24, 25 не становится слишком высоким, и в нормальном режиме работы скорости через сопла 24, 25 не становятся слишком низкими. Сквозные сопловые отверстия 24, 25 для флюидизирующего воздуха (в нормальным режиме работы) и пускового воздуха (при операции запуска) разделяются друг от друга, при этом флюидизирующие воздушные сопла (первое множество сквозных отверстий 25) расположены выше пусковых воздушных сопел (второго множества сквозных отверстий 24). В связи с этим, сквозные сопловые отверстия 24, 25 могут конструироваться согласно типичной скорости потока газа в 5-20 м/с, при этом размер и количество флюидизирующих воздушных сквозных сопловых отверстий 25 становятся независимыми от размера и количества пусковых воздушных сквозных сопловых отверстий 24.In this embodiment, the riser airbox section B comprises two nozzle through hole sections, an upper section with a first plurality of through holes 25 and a lower section with a second plurality of through holes 24, wherein the total opening area of the second plurality of through holes 24 is greater than the total opening area of the first a plurality of through holes 25. This enables the operation of starting the reactor 1 with high airflow and regular operation with sufficient airflow, while not restricting sand movement in the second fluidized bed. In other words, the fluidizing nozzle for the second fluidized bed in the riser 3 has two sections of through nozzle holes 24, 25, with the upper section (the first plurality of through holes 25) operating in normal operation when the amount of required fluidizing gas is at a minimum, while the lower section (the second plurality of through holes 24) is only used during start-up, when the amount of required fluidizing gas must be increased in order to start the internal circulation of the bed material in the reactor 1. During start-up, the first plurality of through holes 25 also operates with the ability to prevent its clogging, when the second plurality of through holes 24 is in operation. This also provides the advantage that during start-up the pressure drop across the nozzles 24, 25 does not become too high and during normal operation the velocities through the nozzles 24, 25 do not become too low. The through nozzle holes 24, 25 for the fluidizing air (in normal operation) and the starting air (during the starting operation) are separated from each other, while the fluidizing air nozzles (the first plurality of through holes 25) are located above the starting air nozzles (the second plurality of through holes 24). In this regard, through nozzles 24, 25 can be designed according to a typical gas flow velocity of 5-20 m/s, while the size and number of fluidizing air through nozzles 25 become independent of the size and number of starting air through nozzles 24.

Как показано в видах в поперечном сечении по фиг. 2A и 2B, флюидизирующая воздушная камера 27 предоставляется с возможностью сообщаться с первым множеством сквозных отверстий 25, и кроме того, пусковая воздушная камера 26 предоставляется с возможностью сообщаться со вторым множеством сквозных отверстий 24. Следует отметить, что флюидизирующая воздушная камера 27 осуществляется с использованием стенки 27a флюидизирующей воздушной камеры, расположенной коаксиально по отношению к стенке 28 воздушной камеры стояка в верхней части II секции воздушной камеры стояка (т.е. в и выше верхнего фланца 22). Аналогично, пусковая воздушная камера 26 осуществляется с использованием стенки 26a пусковой воздушной камеры, расположенной коаксиально по отношению к стенке 28 воздушной камеры стояка в верхней части секции B воздушной камеры стояка. Ниже верхнего фланца в таком случае можно делать флюидизирующую воздушную камеру 27 и пусковую воздушную камеру 26 шире, обеспечивая возможность добавления дополнительных конструктивных признаков, таких как воздушные соединения (под давлением) и/или люки для осмотра и техобслуживания (поскольку все воздушные камеры 26, 27 возможно подвергаются риску противотока материала слоя). Кроме того, такое увеличение диаметра обеспечивает разность температур и/или различное тепловое расширение между стенкой 28 воздушной камеры стояка, стенкой 26a пусковой воздушной камеры и стенкой 27a флюидизирующей воздушной камеры.As shown in the cross-sectional views of FIG. 2A and 2B, the fluidizing air box 27 is provided with the ability to communicate with the first plurality of through holes 25, and in addition, the starting air box 26 is provided with the ability to communicate with the second plurality of through holes 24. It should be noted that the fluidizing air box 27 is provided using a wall 27a of a fluidized airbox positioned coaxially with respect to the riser airbox wall 28 at the top of the riser airbox section II (ie, in and above the top flange 22). Likewise, the launch airbox 26 is implemented using a launch airbox wall 26a located coaxially with the riser airbox wall 28 at the top of the riser airbox section B. Below the top flange, the fluidizing airbox 27 and launching airbox 26 can then be made wider, allowing the addition of additional structural features such as air connections (under pressure) and/or inspection and maintenance hatches (since all airboxes 26, 27 possibly at risk of backflow of bed material). In addition, such an increase in diameter provides a temperature difference and/or different thermal expansion between the riser air box wall 28, the starting air box wall 26a, and the fluidizing air box wall 27a.

В нормальном режиме работы, только флюидизирующий воздух добавляется в реактор 1, и материал слоя ниже флюидизирующих воздушных сквозных сопловых отверстий (первого множества сквозных отверстий 25) не флюидизируется. В связи с этим, материал слоя не может протекать обратно в пусковую воздушную камеру 26 через второе множество сквозных отверстий 24. В ходе запуска, как флюидизирующий воздух, так и пусковой воздух добавляются в стояк 3. Присутствие флюидизирующего воздуха также в ходе запуска исключает то, что материал слоя протекает обратно во флюидизирующую воздушную камеру 27 через первое множество сквозных отверстий 25.In normal operation, only fluidizing air is added to the reactor 1, and the material of the layer below the fluidizing air through nozzles (the first plurality of through holes 25) is not fluidized. Therefore, the bed material cannot flow back into the starting air chamber 26 through the second plurality of through holes 24. During start-up, both fluidizing air and starting air are added to riser 3. The presence of fluidizing air also during start-up prevents that the layer material flows back into the fluidizing air chamber 27 through the first plurality of through holes 25.

Количество и размер сопел (первого и второго множества сквозных отверстий 24, 25) основаны на потоке или воздухе, проходящем через сопла, а также на углу естественного откоса материала слоя. Это позволяет достигать такого преимущества, что в случае отсутствия флюидизации, статический слой не протекает обратно в воздушные камеры 26, 27. Угол α естественного откоса нормально используемого материала слоя (песка), например, составляет приблизительно 35°, и в силу этого диаметр d сквозных сопловых отверстий ограничивается этим углом естественного откоса и толщиной t материала цилиндрической стенки 28, т.е. d<t tan α.The number and size of the nozzles (of the first and second plurality of through holes 24, 25) are based on the flow or air passing through the nozzles as well as the angle of repose of the bed material. This has the advantage that, in the absence of fluidization, the static layer does not flow back into the air chambers 26, 27. nozzle openings is limited by this angle of repose and the thickness t of the material of the cylindrical wall 28, i.e. d<t tan α.

В еще одном дополнительном варианте осуществления, реактор 1 дополнительно содержит секцию E трубного узла стояка, соединенную с нижней частью секции B воздушной камеры стояка, как описано выше со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг. 1. Эта секция трубного узла стояка позволяет осматривать материал слоя ниже второго флюидизированного слоя, а также извлекать обломки. Кроме того, безопасное техобслуживание сопел 24, 25 может осуществляться в случае возможной блокировки зоны отбора золы.In yet another further embodiment, the reactor 1 further comprises a riser tube section E connected to the bottom of the riser air box section B as described above with reference to the embodiment shown in FIG. 1. This section of the riser tube assembly allows the material of the layer below the second fluidized layer to be inspected and debris to be recovered. In addition, safe maintenance of the nozzles 24, 25 can be carried out in the event of a possible blockage of the ash extraction area.

Как показано на фиг. 1, секция E трубного узла стояка содержит нижний соединительный фланец 53, а также длинную трубу 51 и короткую трубу 52. Длинная труба 51 устанавливается с возможностью разрешать доступ к этой секции E без свободного вытекания материала слоя из реактора 1 (что снова связано с углом естественного откоса), короткая труба 52 должна иметь результатом свободный поток материала слоя из реактора 1 (например, при необходимости для техобслуживания).As shown in FIG. 1, the section E of the riser pipe assembly comprises a lower connecting flange 53, as well as a long pipe 51 and a short pipe 52. The long pipe 51 is installed to allow access to this section E without free flow of the bed material from the reactor 1 (which is again related to the angle of natural slope), the short tube 52 should result in a free flow of bed material from the reactor 1 (for example, if necessary for maintenance).

Помимо этого, в силу включения секции E трубного узла стояка, можно вынимать эту секцию E (посредством простого отсоединения соответствующего верхнего и нижнего фланца), что в таком случае позволяет опускать секцию B воздушной камеры стояка таким образом, что она более не расположена в нижней секции C реактора 1. В связи с этим, достижимость стояка 3 увеличивается, поскольку более необязательно вынимать (крупный) винт для охлаждения золы, установленный на дне всего реактора 1 для отбора материала слоя. В конкретном варианте осуществления, секция B воздушной камеры стояка содержит верхний монтажный фланец 22 для соединения с кожухом 2 и нижний монтажный фланец 23 для соединения с соответствующим монтажным фланцем секции E трубного узла стояка, при этом высота h₂ цилиндрической стенки 28, проходящей выше верхнего монтажного фланца 22, равна или меньше высоты h₁ секции E трубного узла стояка (см. фиг. 1).In addition, by virtue of the inclusion of section E of the riser pipe assembly, it is possible to remove this section E (by simply detaching the corresponding upper and lower flange), which then allows the riser air box section B to be lowered so that it is no longer located in the lower section C of the reactor 1. In this regard, the reachability of the riser 3 is increased, since it is no longer necessary to remove the (large) ash cooling screw installed at the bottom of the entire reactor 1 to withdraw the bed material. In a specific embodiment, the airbox section B of the riser includes an upper mounting flange 22 for connection to the casing 2 and a lower mounting flange 23 for connection with the corresponding mounting flange of the section E of the riser pipe assembly, while the height h _{2 of} the cylindrical wall 28 extending above the upper mounting flange 22 is equal to or less than the height h _{1 of} the section E of the pipe assembly of the riser (see Fig. 1).

Дополнительный фактор, учитываемый в дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения, заключается в то, что поскольку сопла (или лучше часть цилиндрической стенки 28, окружающей первое и второе множество сквозных отверстий 24, 25) становятся горячими в ходе работы, необходимо учитывать тепловое расширение. По этой причине, изоляционные шпильки 21 показаны в видах в поперечном сечении по фиг. 2A и 2B, на которых, например, может устанавливаться волокнистый материал, который обеспечивает расширение при заполнении зазоров другими конструктивными частями реактора 1 (например, нижней части кожуха 2, в которой секция B воздушной камеры стояка монтируется с использованием верхнего фланца 22). Если обобщить, секция B воздушной камеры стояка дополнительно содержит сжимаемый материал, присоединенный к ее наружной поверхности.An additional factor considered in a further embodiment of the present invention is that since the nozzles (or better, the portion of the cylindrical wall 28 surrounding the first and second plurality of through holes 24, 25) become hot during operation, thermal expansion must be considered. For this reason, the insulating studs 21 are shown in the cross-sectional views of FIG. 2A and 2B, on which, for example, a fibrous material can be installed that allows expansion when gaps are filled with other structural parts of the reactor 1 (for example, the lower part of the casing 2, in which the riser air box section B is mounted using the upper flange 22). Generally speaking, the riser air chamber section B further comprises a compressible material attached to its outer surface.

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя модификации и признаки, связанные с первым флюидизированным слоем (в нижней секции C реактора 1), которые описываются со ссылкой на вид в перспективе в частичном поперечном сечении по фиг. 3A, вид сверху в поперечном сечении вдоль линии IIIB-IIIB на фиг. 1 по фиг. 3B и вид в частичном поперечном сечении по фиг. 3C.Additional embodiments of the present invention include modifications and features associated with the first fluidized bed (in the lower section C of the reactor 1), which are described with reference to the partial cross-sectional perspective view of FIG. 3A is a top view in cross section along line IIIB-IIIB in FIG. 1 in FIG. 3B and a partial cross-sectional view of FIG. 3C.

Следует отметить, что некоторые газифицирующие реакторы предшествующего уровня техники типа флюидизированного слоя имеют плоскую нижнюю часть флюидизированного слоя как в зоне сжигания, так и в транспортировочной зоне песка. Дно, например, полностью подвергнуто огнеупорной внутренней облицовке с помощью сбросных трубок, чтобы удалять материал слоя, либо статический слой присутствует ниже флюидизированного слоя, с некоторыми отбирающими воронками, чтобы удалять материал слоя. Сопла, если не имеют конкретную направленность, предназначаются только для того, чтобы флюидизировать материала слоя. Следующие проблемы обнаружены для этих реакторов предшествующего уровня техники. Вследствие горизонтального дна флюидизированного слоя, инертные материалы и агломераты не могут легко удаляться из реактора в ходе работы, и в частности, при использовании запасов отходов сырья в качестве топлива со временем инертные материалы должны накапливаться в реакторе. Также вследствие горизонтального дна и отсутствия направляющих средств (например, сопел) в транспортировочной зоне, агломераты по-прежнему растут без отбора из реактора. Следовательно, в какой-то момент агломераты должны блокировать всю транспортировочную зону, в результате внезапно прекращая циркуляцию песка и препятствуя операции газификации реактора.It should be noted that some prior art gasifying reactors of the fluidized bed type have a flat bottom fluidized bed in both the combustion zone and the sand transport zone. The bottom, for example, is fully refractory lined with bleed tubes to remove bed material, or a static layer is present below the fluidized bed, with some sampling funnels to remove bed material. Nozzles, unless specifically directed, are intended only to fluidize the bed material. The following problems have been found for these prior art reactors. Due to the horizontal bottom of the fluidized bed, inert materials and agglomerates cannot be easily removed from the reactor during operation, and in particular, when stocks of waste raw materials are used as fuel, inert materials must accumulate in the reactor over time. Also due to the horizontal bottom and the absence of guiding means (eg nozzles) in the transport zone, the agglomerates still grow without being withdrawn from the reactor. Therefore, at some point, the agglomerates must block the entire transport zone, thereby suddenly stopping the circulation of sand and preventing the gasification operation of the reactor.

Чтобы разрешать эти недостатки, дополнительные признаки предоставляются в нижней секции C реактора. В общем, в дополнительной группе вариантов осуществления, предоставляется реактор для получения синтез-газа из топлива, содержащий кожух 2 с частью для обеспечения сжигания, включающей первый флюидизированный слой при работе, стояк 3, проходящий вдоль продольного направления реактора 1 и включающий второй флюидизированный слой при работе, опускную трубу 4, расположенную параллельно стояку и проходящую в первый флюидизированный слой, и один или более подающих каналов 33 для предоставления топлива в стояк 3. Кожух 2 содержит первое наклоненное дно 31, например, с огнеупорной внутренней облицовкой первого флюидизированного слоя, и второе наклоненное дно 32, например, с огнеупорной внутренней облицовкой в транспортировочной зоне, соединяющей первый флюидизированный слой и второй флюидизированный слой через транспортировочное отверстие 39 в стояке 3. Реактор дополнительно содержит множество групп воздушных сопел 36, 37, 38 на первом наклоненном дне 31 и втором наклоненном дне 32, причем множество групп воздушных сопел 36, 37, 38 выполнены с возможностью направлять воздух вдоль соответствующего первого и второго наклоненного дна 31, 32. Альтернативно или дополнительно, воздух, направленный вдоль наклоненного дна 31, 32, может представлять собой пар. Эти варианты осуществления предоставляют возможность управляемого перемещения песка и обломков в нижней секции C, например, чтобы обеспечивать рециркуляцию материала слоя из первого флюидизированного слоя во второй флюидизированный слой в стояке 3 или отбирать золу и обломки (через секцию B воздушной камеры стояка и секцию E трубного узла стояка). Дополнительное преимущество заключается в том, что можно направлять несколько групп воздушных сопел 36, 37, 38 в направлении от чувствительных частей реактора 1 (например, от стенки стояка 3 или конкретных отверстий в этой стенке), предотвращая эрозию металлической конструкции стояка 3.To overcome these shortcomings, additional features are provided in the lower section C of the reactor. In general, in a further group of embodiments, there is provided a reactor for producing synthesis gas from a fuel, comprising a casing 2 with a part to ensure combustion, including a first fluidized layer during operation, a riser 3 extending along the longitudinal direction of the reactor 1 and including a second fluidized layer at operation, a downcomer 4 parallel to the riser and extending into the first fluidized layer, and one or more supply channels 33 for supplying fuel to the riser 3. The casing 2 comprises a first inclined bottom 31, for example with a refractory inner lining of the first fluidized layer, and a second inclined bottom 32, for example, with a refractory inner lining in the shipping zone, connecting the first fluidized layer and the second fluidized layer through the shipping hole 39 in the riser 3. The reactor further comprises a plurality of groups of air nozzles 36, 37, 38 on the first inclined bottom 31 and the second inclined day 32, and many A plurality of air nozzle groups 36, 37, 38 are configured to direct air along the respective first and second sloped bottom 31, 32. Alternatively or additionally, the air directed along the sloped bottom 31, 32 may be steam. These embodiments allow controlled movement of sand and debris in the lower section C, for example, to recirculate bed material from the first fluidized layer to the second fluidized layer in the riser 3 or to collect ash and debris (through the riser airbox section B and the pipe assembly section E riser). An additional advantage is that it is possible to direct several groups of air nozzles 36, 37, 38 away from sensitive parts of the reactor 1 (for example, from the wall of the riser 3 or specific holes in this wall), preventing erosion of the metal structure of the riser 3.

В дополнительном варианте осуществления, первое и второе наклоненное дно 31, 32 имеют угол наклона в 5°-35°, например, в 15° относительно плоскости поперечного сечения реактора 1. В примерном варианте осуществления (см. фиг. 3A-C), как первое дно 31 первого флюидизированного слоя, так и второе дно 32 в транспортировочных зонах по направлению к транспортировочному отверстию 39 в стояке 3 имеют наклон в 15°, упрощая поток инертного материала и агломератов к зоне отбора золы в/ниже стояке 3. Наклон ограничен таким образом, что он меньше угла естественного откоса материала слоя, поскольку иначе в результате возникает слишком большая разность уровня слоя вдоль первого флюидизированного слоя.In a further embodiment, the first and second inclined bottoms 31, 32 have an angle of inclination of 5°-35°, for example 15° relative to the cross-sectional plane of the reactor 1. In an exemplary embodiment (see FIGS. 3A-C), as the first bottom 31 of the first fluidized bed and the second bottom 32 in the transport zones towards the transport opening 39 in the riser 3 have a slope of 15°, facilitating the flow of inert material and agglomerates to the ash recovery area in/below the riser 3. The slope is thus limited that it is less than the angle of repose of the layer material, since otherwise the result is too large a layer level difference along the first fluidized layer.

Дно 31 первого флюидизированного слоя, например, оснащается соплами 36, 37, воздуховыпускное отверстие которых направлено к конкретной части реактора 1, которая показывается в виде сверху по фиг. 3B. Несколько групп воздушных сопел 36, 37, 38 могут содержать первую группу воздушных сопел 36 на первом наклоненном дне 31, потоки через сопло которых направлены в центр реактора 1. Первая группа воздушных сопел 36 или внешних первичных воздушных сопел может быть радиально ориентирована, например, с использованием показанной коленчатой конфигурации труб. Кроме того, несколько групп воздушных сопел 36, 37, 38 содержат вторую группу воздушных сопел 37 на первом наклоненном дне 31, потоки через сопло которых направлены в транспортировочную зону. Вторая группа воздушных сопел 37 или внутренних первичных воздушных сопел имеет направленную ориентацию (в средней плоскости) к внутреннему краю первого наклоненного дна 31, т.е. к транспортировочным зонам, ведущим к транспортировочному отверстию 39. Это должно обеспечивать выдувание инертных материалов и агломератов к транспортировочной зоне. Во всех случаях, отдельные сопла выполнены с возможностью иметь выпускной поток, который непосредственно не соприкасается с какими-либо частями реактора (например, с металлическими поверхностями стояка 3, с огнеупорным материалом на первом наклоненном дне 31 или с другими соплами в передней части).The bottom 31 of the first fluidized bed is, for example, equipped with nozzles 36, 37 whose air outlet is directed towards a specific part of the reactor 1, which is shown in the plan view of FIG. 3b. Several groups of air nozzles 36, 37, 38 may include a first group of air nozzles 36 on the first inclined bottom 31, the flows through the nozzle of which are directed to the center of the reactor 1. The first group of air nozzles 36 or external primary air nozzles may be radially oriented, for example, with using the elbowed pipe configuration shown. In addition, several groups of air nozzles 36, 37, 38 contain a second group of air nozzles 37 on the first inclined bottom 31, the flows through the nozzle of which are directed to the transport zone. The second group of air nozzles 37 or inner primary air nozzles has a directional orientation (in the middle plane) towards the inner edge of the first inclined bottom 31, i. e. to the transport zones leading to the transport opening 39. This should ensure that inert materials and agglomerates are blown to the transport zone. In all cases, the individual nozzles are configured to have an outlet stream that does not directly contact any parts of the reactor (for example, the metal surfaces of the riser 3, the refractory material on the first inclined bottom 31, or other nozzles at the front).

В дополнительном варианте осуществления, несколько групп воздушных сопел 36, 37, 38 содержат третью группу воздушных сопел 38 на втором наклоненном дне 32, потоки через сопло которых направлены в транспортировочное отверстие 39 в стояке 3. Сопла третьей группы сопел 38 имеют выпускной воздушный поток, не соприкасающийся непосредственно с какими-либо частями реактора (например, с металлическими поверхностями стояка 3, с огнеупорными материалом на втором наклоненном дне 32 или с другими соплами в передней части).In a further embodiment, the plurality of air nozzle groups 36, 37, 38 comprise a third group of air nozzles 38 on a second inclined bottom 32 whose nozzle flows are directed to a transport opening 39 in the riser 3. The nozzles of the third group of nozzles 38 have an exhaust airflow that does not in direct contact with any parts of the reactor (for example, with the metal surfaces of the riser 3, with refractory material on the second inclined bottom 32 or with other nozzles in the front).

В еще одном дополнительном варианте осуществления, транспортировочное отверстие 39 в стояке 3 содержит накладную пластину. Такая накладная пластина может иметь несколько функций и, например, не только обеспечивает возможность модификации размера транспортировочного отверстия 39 в случае прекращения техобслуживания посредством замены накладной пластины, но также и обеспечивает возможность защиты металла стояка 3 от сильной эрозии при присутствии инертных материалов и агломератов. С этой целью, накладная пластина может содержать отверстие накладной пластины, например, меньшее транспортировочного отверстия 39 в стояке 3.In yet another additional embodiment, the transport hole 39 in the riser 3 includes a patch plate. Such a cover plate can have several functions and, for example, not only allows the size of the transport opening 39 to be modified in the event of a maintenance outage by replacing the cover plate, but also allows the metal of the riser 3 to be protected from severe erosion in the presence of inert materials and agglomerates. To this end, the cover plate may comprise an opening of the cover plate, for example, smaller than the shipping hole 39 in the riser 3.

Транспортировочное отверстие 39 может иметь размер на основе требуемого перепада давлений между стояком 3 и первым флюидизированным слоем, который определяет скорость транспортируемого материала слоя. Например, транспортировочное отверстие 39 (в накладной пластине) может иметь такие размеры, что количество транспортируемого материала слоя превышает в 40 раз объем запасов сырья, подаваемых в реактор 1. Это должно создавать перепад температур между экзотермическим сжиганием в первом флюидизированном слое и эндотермическим пиролизом во втором флюидизированном слое ~ в 70°C. За счет увеличения размеров транспортировочного отверстия 39 (которая ограничена посредством размера стояка 3), транспортировка материала слоя может ~ в 60 раз превышать объем запасов сырья, и разность температур в таком случае должна уменьшаться ~ до 50°C. За счет уменьшения размеров транспортировочного отверстия 39, транспортировка материала слоя может уменьшаться. При уменьшении ~ в 20 раз объема запасов сырья, разность температур должна превышать 100°C. Следовательно, накладная пластина не только защищает металл стояка 3 от нежелательной эрозии, но также и предоставляет возможность модификаций и в силу этого других рабочих условий без необходимости замены всего стояка 3.The transport opening 39 may be sized based on the required pressure difference between riser 3 and the first fluidized bed, which determines the speed of the layer material being transported. For example, the transport opening 39 (in the overlay plate) may be sized such that the amount of bed material transported is 40 times the amount of feedstock fed to reactor 1. This would create a temperature differential between exothermic combustion in the first fluidized bed and endothermic pyrolysis in the second fluidized layer ~ at 70°C. By increasing the dimensions of the transport hole 39 (which is limited by the size of the riser 3), the transport of the layer material can be ~60 times the volume of raw materials, and the temperature difference in this case should be reduced to ~50°C. By reducing the dimensions of the transport opening 39, the transport of the layer material can be reduced. With a decrease of ~ 20 times the volume of stocks of raw materials, the temperature difference should exceed 100°C. Therefore, the cover plate not only protects the metal of the riser 3 from unwanted erosion, but also allows modifications and therefore other operating conditions without the need to replace the entire riser 3.

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя модификации и признаки, связанные с секцией D распределителя выпускного отверстия для газа, которые описываются ниже со ссылкой на вид в поперечном сечении по фиг. 1. В общем, в дополнительной группе вариантов осуществления, предоставляется реактор 1 для получения синтез-газа из топлива, содержащий кожух 2 с частью для обеспечения сжигания, включающей первый флюидизированный слой при работе, стояк 3, проходящий вдоль продольного направления реактора 1 и включающий второй флюидизированный слой при работе, опускную трубу 4, расположенную параллельно стояку и проходящую в первый флюидизированный слой, и один или более подающих каналов 33 для предоставления топлива в стояк 3. Реактор 1 дополнительно содержит секцию D распределителя выпускного отверстия для газа, причем секция D распределителя выпускного отверстия для газа содержит внутренний конус 41 и внешний конус 42 (которые могут иметь идентичный материал, например, металл), при этом внутренний и внешний конус имеют различный угол раскрытия вершины и выполнены с возможностью формирования выпускного канала с постоянным поперечным сечением в зависимости от высоты секции D распределителя выпускного отверстия для газа. Различный угол раскрытия вершины обеспечивает постоянную скорость потока газа по всему выпускному каналу, сформированному между внутренним и внешним конусом 41, 42. Кроме того, форма внутреннего конуса 41 обеспечивает преимущество улучшенного осаждения материала слоя и золы, при том, что внутренний и внешний конус 41, 42 имеют требуемое расстояние между конусами 41, 42 при всех рабочих температурах (в том числе, например в ходе запуска и выключения), что обеспечивает достаточную скорость потока газа в ходе запуска, а также в нормальном режиме работы.Additional embodiments of the present invention include modifications and features associated with the gas outlet distributor section D, which are described below with reference to the cross-sectional view of FIG. 1. In general, in a further group of embodiments, there is provided a reactor 1 for producing synthesis gas from a fuel, comprising a shell 2 with a part to ensure combustion, including a first fluidized layer during operation, a riser 3 extending along the longitudinal direction of the reactor 1 and including a second the fluidized bed in operation, a downcomer 4 parallel to the riser and extending into the first fluidized bed, and one or more supply conduits 33 for providing fuel to the riser 3. The reactor 1 further comprises a gas outlet distributor section D, wherein the gas outlet distributor section D the gas opening contains an inner cone 41 and an outer cone 42 (which may have an identical material, such as metal), while the inner and outer cones have a different opening angle of the top and are configured to form an exhaust channel with a constant cross section depending on the height of the section D distributor exhaust gas holes. The different opening angle of the top provides a constant gas flow rate throughout the outlet channel formed between the inner and outer cone 41, 42. In addition, the shape of the inner cone 41 provides the advantage of improved deposition of bed material and ash, while the inner and outer cone 41, 42 have the required distance between the cones 41, 42 at all operating temperatures (including, for example, during start-up and shutdown), which ensures sufficient gas flow rate during start-up, as well as during normal operation.

Секция D распределителя выпускного отверстия для газа создает выпускной газовый канал с узким зазором, начинающийся около вершины реактора 1. Узкий зазор конструируется с возможностью создавать скорость потока газа, например, в 20 м/с. Поскольку внутренний конус 41 и внешний конус 42 становятся меньшими к выпускному отверстию 8 для синтетического газа, но при этом имеют различный угол раскрытия вершины, зазор увеличивается, чтобы поддерживать высокую скорость потока газа. Наклон внутреннего конуса 41 снова учитывает угол естественного откоса материала слоя, так что в случае отсутствия потока газа, частицы должны иметь тенденцию протекать обратно в реакторную внутреннюю часть.The gas outlet distributor section D creates a narrow gap gas outlet channel starting near the top of the reactor 1. The narrow gap is designed to generate a gas flow velocity of, for example, 20 m/s. Since the inner cone 41 and the outer cone 42 become smaller towards the syngas outlet 8 but have a different apex angle, the gap increases to maintain a high gas flow rate. The slope of the inner cone 41 again takes into account the angle of repose of the bed material, so that in the absence of gas flow, the particles should tend to flow back into the reactor interior.

Эта группа вариантов осуществления разрешает ряд проблем, которые идентифицированы для существующих конструкций реактора. В предшествующих конструктивных решениях, перегородка расположена выше стояка 3, которая функционирует по-другому по сравнению с секцией D распределителя выпускного отверстия для газа настоящего изобретения, создавая высокие скорости непосредственно в выпускном отверстии для газа. Как результат, скорости в реакторе 1 являются слишком низкими, и выпускное отверстие для газа подвержено закупорке в силу осаждения пыли и дегтя. В некоторых реакторах предшествующего уровня техники, распределитель на выпускном отверстии для газа помещен ближе к огнеупорной внутренней облицовки в верхней части кожуха 2; тем не менее, поскольку огнеупорный внутренний облицовочный материал и (металлический) распределитель на выпускном отверстии для газа имеют различное поведение при тепловом расширении, усложняется достижение корректного конструктивного решения, и производительность зависит от рабочей температуры реактора, поскольку зазор варьируется в зависимости от температуры.This group of embodiments solves a number of problems that have been identified for existing reactor designs. In prior arrangements, the baffle is located above riser 3, which functions differently from the gas outlet distributor section D of the present invention, generating high velocities directly at the gas outlet. As a result, the velocities in the reactor 1 are too low and the gas outlet is prone to plugging due to the deposition of dust and tar. In some prior art reactors, the distributor at the gas outlet is placed closer to the refractory inner lining at the top of shell 2; however, since the refractory inner lining material and the (metal) distributor at the gas outlet have different thermal expansion behavior, it is difficult to achieve the correct design solution, and performance depends on the operating temperature of the reactor, since the gap varies with temperature.

В дополнительном варианте осуществления, кожух 2 содержит проходящий внутрь выступ 43, например, из огнеупорного внутреннего облицовочного материала, поддерживающий нижний край секции D распределителя выпускного отверстия для газа. Проходящий внутрь выступ 43 может иметь надлежащие размеры для того, чтобы поддерживать нижний конец внешнего конуса 42, что предоставляет необязательную альтернативу подвешиванию всей секции D распределителя выпускного отверстия для газа на верхней части кожуха 2. Как результат, тепловое расширение компонентов секции D распределителя выпускного отверстия для газа должно возникать только вверх, что представляет собой управляемую ситуацию в ходе работы реактора 1. Кроме того, выпускное отверстие 8 для синтез-газа вообще не должно содержать создающие помехи элементы, такие как подвесная конструкция с треногой. Этот вариант осуществления также значительно улучшает масштабируемость реактора 1.In a further embodiment, the casing 2 comprises an inwardly extending protrusion 43, for example of a refractory inner lining material, supporting the lower edge of the gas outlet distributor section D. The inwardly extending protrusion 43 may be properly sized to support the lower end of the outer cone 42, which provides an optional alternative to hanging the entire gas outlet distributor section D from the top of the housing 2. As a result, thermal expansion of the components of the outlet distributor section D to gas must only flow upwards, which is a controlled situation during the operation of the reactor 1. In addition, the synthesis gas outlet 8 must not contain disturbing elements at all, such as a hanging structure with a tripod. This embodiment also greatly improves the scalability of Reactor 1.

В еще одном дополнительном варианте осуществления, расширительный материал 45 предоставляется на поверхности внешнего конуса 42, направленным в верхнюю часть кожуха 2. Поскольку тепловое расширение возникает в одном направлении, этот вариант осуществления обеспечивает простое и эффективное решение этой проблемы теплового расширения.In yet another further embodiment, expansion material 45 is provided on the surface of outer cone 42 directed toward the top of case 2. Since thermal expansion occurs in one direction, this embodiment provides a simple and effective solution to this thermal expansion problem.

В качестве необязательного элемента, внутренний конус 41 содержит подъемную проушину 46 в главной вершине внутреннего конуса 41. Если диаметр нижнего конца внутреннего конуса выбирается надлежащим образом, это позволяет опускать внутренний конус 41 отдельно от внешнего конуса 42, например, для очистки как внешнего конуса 42, так и внутреннего конуса 41, например, чтобы удалять чрезмерное загрязнение, агрегированное со временем в ходе работы реактора 1. Как результат, секция D распределителя выпускного отверстия для газа может поддерживаться при необходимости в случае прекращения техобслуживания без необходимости удалять законченную верхнюю секцию кожуха 2 реактора 1.As an optional element, the inner cone 41 includes a lifting eye 46 at the main apex of the inner cone 41. If the diameter of the lower end of the inner cone is chosen appropriately, this allows the inner cone 41 to be lowered separately from the outer cone 42, for example, for cleaning as the outer cone 42, and the inner cone 41, for example, to remove excessive fouling aggregated over time during the operation of the reactor 1. As a result, the gas outlet distributor section D can be maintained as needed in the event of a maintenance outage without having to remove the finished top section of the reactor 1 shell 2 .

Дополнительная проблема, важная для этого типа газифицирующих реакторов 1, заключается в вероятности того, что внутренний конус 41 (который закрывается в вершине) может быть подвержен эрозии посредством материала слоя и золы, выдуваемых из верхнего конца стояка 3. Чтобы разрешать эту проблему, в дополнительном варианте осуществления, внутренний конус 41 секции D распределителя выпускного отверстия для газа расположен в реакторе на предварительно заданном расстоянии от верхнего края стояка 3. Предварительно определенное расстояние, например, вычисляется на основе высоты разделения при транспортировке (TDH) для реактора конкретных размеров и на основе других рабочих параметров, таких как тип запасов сырья, тип материала слоя и т.д. TDH представляет собой точку, в которое более крупные увлеченные частицы, которые вызывают эрозию распределителя выпускного отверстия для газа, опускаются вниз под действием силы тяжести, в то время как меньшие безвредные частицы остаются увлеченными и вместе с газом выходят из реактора через распределитель на выпускном отверстии для газа.An additional problem important for this type of gasifying reactors 1 is the possibility that the inner cone 41 (which closes at the top) can be eroded by the bed material and ash blown from the upper end of the riser 3. To solve this problem, in addition embodiment, the inner cone 41 of the gas outlet distributor section D is located in the reactor at a predetermined distance from the upper edge of the riser 3. The predetermined distance is, for example, calculated based on the transport separation height (TDH) for a specific reactor size and other operating parameters such as raw material stock type, layer material type, etc. TDH is the point at which larger entrained particles, which erode the gas outlet distributor, sink down by gravity, while smaller, harmless particles remain entrained and exit the reactor with the gas through the gas outlet distributor. gas.

Следует отметить, что в вышеприведенном описании примерного варианта осуществления реактора, описываются несколько признаков, которые предоставляют преимущества в работе реактора. Каждый из этих признаков может применяться изолированно или в комбинации, с тем чтобы предоставлять усовершенствованную работу реактора 1. Важная цель настоящего изобретения заключается в предотвращении загрязнения/закупорки существующей конструкции газификатора посредством осаждения и/или образования засоров из инертных материалов и агломератов. Посредством реализации признаков, связанных с секцией B воздушной камеры стояка, достигается преимущество отсутствия преград при отборе золы, и кроме того разделенные сопла для флюидизирующего воздуха и пускового воздуха могут предоставляться, чтобы повышать эффективность в течение всех фаз работы реактора 1. Посредством реализации признаков, связанных с секцией E трубного узла стояка, простое вынимание секции B воздушной камеры стояка становится возможным, например, для целей техобслуживания и/или очистки. Эффективность и надлежащая работа обеспечиваются за счет признаков, поясненных относительно наклоненного дна в реакторе 1 и воздушных соплах 36-38, чтобы получать первый флюидизированный слой, поскольку все эти признаки увеличивают направление инертных материалов и агломератов в секцию B воздушной камеры стояка. В завершение, также признаки, связанные с секцией D распределителя выпускного отверстия для газа, повышают эффективность и обеспечивают надлежащую работу реактора 1, поскольку наклоненный зазор с высокими скоростями потока газа исключает осаждение инертных материалов и агломератов, и кроме того, простое извлечение может выполняться для целей техобслуживания и/или очистки.It should be noted that in the above description of an exemplary embodiment of the reactor, several features are described that provide advantages in the operation of the reactor. Each of these features may be used alone or in combination to provide improved operation of the reactor 1. An important object of the present invention is to prevent fouling/plugging of an existing gasifier structure through deposition and/or fouling of inert materials and agglomerates. By implementing the features associated with the riser air box section B, the advantage of no obstruction in ash extraction is achieved, and furthermore, separated fluidizing air and start air nozzles can be provided to improve efficiency during all phases of operation of the reactor 1. By implementing the features associated with with section E of the riser tube assembly, a simple removal of section B of the riser air chamber becomes possible, for example, for maintenance and/or cleaning purposes. Efficiency and proper operation are provided by the features explained with respect to the inclined bottom in the reactor 1 and the air nozzles 36-38 to obtain the first fluidized bed, since all these features increase the direction of inert materials and agglomerates into the section B of the riser air chamber. Finally, also the features associated with the section D of the gas outlet distributor increase the efficiency and ensure the proper operation of the reactor 1, since the inclined gap with high gas flow rates eliminates the settling of inert materials and agglomerates, and in addition, a simple extraction can be performed for the purposes of maintenance and/or cleaning.

Выше описывается настоящее изобретение со ссылкой на ряд примерных вариантов осуществления, как показано на чертежах. Модификации и альтернативные реализации некоторых частей или элементов являются возможными и включаются в объем охраны, заданный в прилагаемой формуле изобретения.The present invention has been described above with reference to a number of exemplary embodiments as shown in the drawings. Modifications and alternative implementations of certain parts or elements are possible and are included within the scope of protection given in the appended claims.

Claims

1. Reactor for producing synthesis gas from fuel, containing:

- a casing (2) with a part for ensuring combustion, including the first fluidized layer during operation,

- riser (3) extending along the longitudinal direction of the reactor (1) and including the second fluidized layer during operation,

- a downpipe (4) parallel to the riser and extending into the first fluidized layer, and

- one or more feed channels (33) for providing fuel to the reactor (1),

- while the reactor (1) additionally contains:

- section (B) of the air chamber of the riser, connected to the lower part of the riser (3), and section (B) of the air chamber of the riser contains a cylindrical wall (28) with a plurality of through holes (24, 25) located around the circumference.

2. The reactor according to claim 1, in which the section (B) of the air chamber of the riser contains two sections of through nozzle holes, the upper section with the first plurality of through holes (25) and the lower section with the second plurality of through holes (24), while the total area holes of the second set of through holes (24) is greater than the total area of the holes of the first set of through holes (25).

3. Reactor according to claim 2, wherein the fluidizing air chamber (27) is configured to communicate with the first plurality of through holes (25).

4. Reactor according to claim 2 or 3, in which the starting air chamber (26) is configured to communicate with the second plurality of through holes (24).

5. The reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the riser air chamber section (B) further comprises a compressible material attached to its outer surface.

6. The reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the reactor (1) further comprises a riser tube section (E) connected to the bottom of the riser air chamber section (B).

7. The reactor according to claim 6, in which:

- section (B) of the air chamber of the riser contains an upper mounting flange (22) for connection with the casing (2) and a lower mounting flange (23) for connection with the corresponding mounting flange of section (E) of the riser pipe assembly,

- in this case, the height (h2) of the cylindrical wall (28), passing above the upper mounting flange (22), is equal to or less than the height (h1) of the section (E) of the riser pipe assembly.

8. The reactor according to any one of claims 1-7,

- in which the casing (2) contains the first inclined bottom (31) of the first fluidized layer and the second inclined bottom (32) in the transport zone connecting the first fluidized layer and the second fluidized layer through the transport opening (39) in the riser (3),

- additionally containing a plurality of groups of air nozzles (36, 37, 38) on the first inclined bottom (31) and the second inclined bottom (32), and the plurality of groups of air nozzles (36, 37, 38) are configured to direct air along the corresponding first and the second inclined bottom (31, 32).

9. The reactor according to claim 8, in which the first and second inclined bottom (31, 32) have an angle of inclination of 5°-35°, in particular 15°, relative to the plane of the cross section of the reactor (1).

10. Reactor according to any one of claims 1-9,

- additionally containing a section (D) of the gas outlet distributor, wherein the section (D) of the gas outlet distributor contains an inner cone (41) and an outer cone (42), while the inner and outer cones have a different top opening angle and are made with the possibility of forming an outlet channel with a constant cross section depending on the height of the section (D) of the gas outlet distributor.