Способ и устройство для преобразования органических материалов в газообразный водород

Изобретение относится к высокотемпературным печам, которые нагреваются посредством нагревательного устройства, и к способу эксплуатации таких печей, чтобы органические материалы преобразовывать в синтез-газ. Устройство для преобразования органического исходного материала в газ, который включает долю водорода, содержит подающее устройство, печную трубу с входной зоной, внутренним пространством, осью вращения и выходной стороной. Устройство также содержит водоподводящий трубопровод, который размещен в области подающего устройства или во входной зоне для обеспечения возможности добавления водного компонента к исходному материалу. Подающее устройство и печная труба размещены и выполнены таким образом, что через подающее устройство в область входной зоны во внутреннем пространстве печной трубы может подаваться исходной материал, и на выходной стороне печной трубы выводится твердый материал, а также газовая смесь. Печная труба включает первую зону и вторую зону. Первая зона находится в области между входной зоной и второй зоной. Вторая зона находится в области между первой зоной и выходной стороной. Печная труба включает компенсатор, который предназначен для компенсации различных термически обусловленных расширений первой зоны и второй зоны. На выходной стороне печной трубы размещается газопроводная система, которая предназначена для передачи газовой смеси. В области газопроводной системы размещается газовый монитор. Газовый монитор предназначен для контроля содержания водорода в газовой смеси. Подача воды может регулироваться в зависимости от содержания водорода в газовой смеси. В устройство загружаются углеродсодержащие или углеводородсодержащие исходные материалы, а на выходной стороне отбирается содержащая водород газовая смесь. Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенной устойчивости к агрессивныи материалам даже при высоких температурах, а также эффективное преобразовывание углеродсодержащих исходных материалов в синтез-газ. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

[001] Изобретение относится к высокотемпературным печам, которые нагреваются посредством нагревательного устройства, и к способу эксплуатации таких печей, чтобы органические материалы прообразовывать в синтез-газ. В частности, речь идет о трубчатых печах, которые пригодны для переработки углеродсодержащих или углеводородсодержащих исходных материалов, таких как материалы отходов, побочные продукты производства, биомасса, и тому подобные.

[002] Существуют различные печи, которые, например, нагреваются индукционными катушками. Один пример известен из Международной патентной заявки с номером публикации WO 09010086А1. Еще один пример может быть заимствован из европейского патента ЕР 1495276 В1.

[003] Было показано, что с надежностью таких индукционных печей могут возникать проблемы, когда создаются очень высокие температуры на протяжении длительного периода времени или когда в печи выделяются очень агрессивные материалы. Например, кислород, который образуется из преобразуемого материала, может разъедать стенку печи. Поэтому имеются подходы, чтобы вообще предотвращать попадание кислорода внутрь печи. Соответствующий пример известен из Международной патентной заявки с номером публикации WO 09010100А1. Однако еще более агрессивными являются серосодержащие и хлорсодержащие вещества. Сера и хлор часто представляют собой компоненты органических материалов, например, когда речь идет об отходах или тому подобном.

[004] В настоящем изобретении речь идет о создании печей, которые обеспечивают повышенную устойчивость к агрессивным материалам даже при высоких температурах. Кроме того, речь идет об эффективном преобразовании углеродсодержащих исходных материалов в синтез-газ, который имеет высокое содержание газообразного водорода.

[005] Соответствующее изобретению устройство, которое сконструировано для преобразования органического исходного материала в газ, который включает долю водорода, имеет

- подающее устройство,

- печную трубу с входной зоной, внутренним пространством, осью вращения и выходной стороной, и

- водоподводящий трубопровод, который размещен в области подающего устройства или входной зоны, чтобы иметь возможность добавления водного компонента к исходному материалу.

[006] Подающее устройство и печная труба размещены и выполнены таким образом, что через подающее устройство может подводиться исходный материал в область входной зоны во внутреннем пространстве печной трубы и что твердый материал, а также газовую смесь можно было отбирать у выходной стороны печной трубы. Устройство отличается тем, что печная труба включает первую зону и вторую зону, причем

- первая зона находится в области между входной зоной и второй зоной,

- вторая зона находится в области между первой зоной и выходной стороной.

[007] Устройство отличается тем, что оно включает компенсатор, который предпочтительно размещается в переходной области между первой зоной и второй зоной.

[008] Компенсатор при всех вариантах исполнения служит для компенсации различных термически обусловленных расширений первой зоны и второй зоны печной трубы.

[009] Устройство отличается тем,

- что на выходной стороне печной трубы размещается газопроводная система, которая предназначена для передачи газовой смеси,

- что в области газопроводной системы размещается газовый монитор, который предназначен для контроля содержания водорода в газовой смеси,

причем подача воды может регулироваться в зависимости от содержания водорода в газовой смеси.

[0010] Устройство этого типа позволяет эффективно преобразовывать исходный материал в газовую смесь, которая имеет большую долю водорода, предпочтительно свыше 80% (называемую газом с высоким содержанием водорода).

[0011] Согласно изобретению, газ с высоким содержанием водорода создается из органического исходного сырья в состоянии от слегка увлажненного до влажного, в твердой форме, то есть, из органических твердых веществ. При потребности к органическим твердым веществам на входной стороне могут быть также прибавлены/примешаны жидкие компоненты.

[0012] Поскольку выбирать загружаемый материал (исходное сырье) невозможно или допустимо только в ограниченной степени, согласно изобретения состав синтез-газа регулируется добавлением большего или меньшего количества воды, в зависимости от желательного содержания водорода в синтез-газе на выходной стороне печи.

[0013] После этих технологических стадий согласно изобретению, которые протекают в обеих соединенных/размещенных друг за другом зонах печи, остающийся синтез-газ включает до более чем 70 объемных процентов водорода. Образованный синтез-газ предпочтительно включает до более чем 80 объемных процентов водорода.

[0014] С выходной стороны устройства согласно изобретению может быть отобран обогащенный водородом газ, и использован, например, в качестве топлива.

[0015] Преобразование загружаемого материала (исходного сырья) в печи является, по меньшей мере частично, экзотермическим. Чтобы создавать надлежащие технологические условия в обеих зонах печи, печь оснащена нагревательным устройством. Нагревательное устройство предпочтительно во всех вариантах исполнения устанавливается снаружи печной трубы, и оно может действовать как индукционный нагрев, и/или речь может идти о резистивном нагреве.

[0016] Печная труба выполнена двухсекционной, причем первая зона отделена от второй зоны компенсатором.

[0017] Через подающее устройство в область входной зоны во внутреннем пространстве печной трубы может подводиться (органический) исходный материал. Печная труба предпочтительно по всех вариантах исполнения выполнена как вращательно-симметричная печная труба. В ее внутреннем пространстве размещены транспортирующие элементы, чтобы исходный материал при вращательном движении печной трубы вокруг оси вращения продвигался по направлению к выходной стороне печной трубы.

[0018] Высокотемпературное устройство включает размещенное в области периметра печной трубы (резистивное или индукционное) нагревательное устройство, которое образует в печной трубе по меньшей мере одну горячую зону (вторую зону), и одну менее горячую зону (первую зону). Если смотреть от входной стороны, горячая зона следует после менее горячей зоны.

[0019] Нагревательное устройство согласно изобретения выполнено так, что во внутреннем пространстве печной трубы в области горячей зоны может достигаться температура, которая составляет свыше 1000 градусов Цельсия, и предпочтительно находится в диапазоне между 1100 градусами Цельсия и 1300 градусами Цельсия.

[0020] Нагревательное устройство согласно изобретения выполнено так, что во внутреннем пространстве печной трубы в области менее горячей зоны может достигаться температура, которая варьирует между 300 градусами Цельсия и 900 градусами Цельсия, причем эта температура предпочтительно составляет величину между 600 градусами Цельсия и 850 градусами Цельсия.

[0021] Соответствующий изобретению способ отличается тем, что преобразование органических исходных материалов в газообразный продукт производится в устройстве. Это преобразование протекает постепенно во внутреннем пространстве печной трубы устройства. Исходный материал подается во внутреннее пространство на входной стороне/зоне. Печная труба поворачивается вокруг оси вращения, чтобы исходный материал во внутреннем пространстве продвигался от входной стороны до выходной стороны. Согласно изобретению, исходный материал во время продвижения проходит через внутреннее пространство, и в это время претерпевает преобразование в 1-ой температурной зоне с рабочей температурой между 300 градусами Цельсия и 900 градусами Цельсия (предпочтительно между 600 градусами Цельсия и 850 градусами Цельсия), после которой следует 2-ая температурная зона с рабочей температурой свыше 1000°С (предпочтительно между 1100 градусами Цельсия и 1300 градусами Цельсия).

[0022] В частности, изобретение относится к устройствам, которые обогреваются с помощью одного (двухсекционного) резистивного нагревателя, и к способу эксплуатации таких устройств, чтобы преобразовывать органические материалы в газообразный водород. В частности, речь идет о трубчатых печах, которые пригодны для переработки углеродсодержащих или углеводородсодержащих исходных материалов, таких как материалы отходов, побочные продукты производства, биомасса, и тому подобные.

[0023] Далее изобретение разъясняется посредством примеров осуществления и со ссылкой на чертеж. Как показано:

Фиг. 1 представляет схематический вид сбоку соответствующего изобретению устройства в предпочтительном варианте исполнения;

Фиг. 2 представляет схематический вид сбоку печи соответствующего изобретению устройства в предпочтительном варианте исполнения;

Фиг. 3 представляет схематический вид сбоку печи вместе с подающим устройством соответствующего изобретению устройства в предпочтительном варианте исполнения;

Фиг. 4А представляет схематический вид сбоку участка длины печи соответствующего изобретению устройства в предпочтительном варианте исполнения;

Фиг. 4В схематически представляет увеличенный вид области В на Фиг. 4А.

[0024] Далее применяются указания места и направления, чтобы изобретение могло быть лучше описано. Эти указания относятся к данной монтажной ситуации, и поэтому не должны пониматься как ограничение.

[0025] В отношении изобретения речь идет о переработке, соответственно, о преобразовании органических исходных материалов 1, то есть углеродсодержащих или углеводородсодержащих исходных материалов 1, таких как материалы отходов, побочные продукты производства, биомасса, и тому подобные. При этой переработке, соответственно, преобразовании, образуется по меньшей мере газовая смесь 3 и твердый материал 2. В качестве газовой смеси 3 предпочтительно образуется синтез-газ, который включает монооксид углерода СО и водород Н2. Синтез-газ в зависимости от технологических условий процесса содержит большую долю газообразного водорода 4. Доля газообразного водорода предпочтительно составляет свыше 80%,

[0026] Газовая смесь 3 может содержать также небольшую долю СО2 и непрореагировавшего метана (СН4).

[0027] Согласно изобретению, Н2/СО-соотношение в зависимости от исходного материала и технологических условий составляет выше 4, и особенно предпочтительно выше 5. Важной является констатация того факта, что изобретение не предусматривает возвращения СО2, чтобы обеспечивать более высокое содержание водорода.

[0028] Далее разъясняются подробности изобретения при помощи предпочтительного варианта осуществления и со ссылкой на Фиг. 1. Дополнительные варианты исполнения выводятся из этого предпочтительного варианта исполнения.

[0029] Соответствующее изобретению высокотемпературное устройство 100 разработано специально для преобразования органического исходного материала 1. Устройство 100 включает подающее устройство 30 и вращательно-симметричную печную трубу 20 с осью R вращения. Ось R вращения типично размещается горизонтально или слегка наклонно. Угол уклона в случае наклонного расположения может составлять до 45 градусов. При наклонном расположении уклон имеет по меньшей мере печная труба 20, причем выходная сторона А находится выше, чем входная зона Е. Но предпочтительной является горизонтальная ориентация оси R вращения, как показано в Фиг. 1.

[0030] Для преобразования органических исходных материалов 1 в газообразный водород 4 в области входной зоны Е размещен трубопровод 31 для подачи воды или пара. Этот подводящий трубопровод 31 предпочтительно располагается снаружи печной трубы 20 перед входной зоной Е, как обозначено в Фиг. 1.

[0031] С регулированием подачи воды или водяного пара исходный материал 1 во влажной форме подается во внутреннее пространство I печной трубы 20.

[0032] Вариант исполнения согласно Фиг. 1 имеет регулирование и, соответственно, контур регулирования, который у выходной стороны в области газопроводной системы 40 включает газовый монитор 41. Газовый монитор 41 позволяет непосредственно или косвенно (например, посредством промежуточно подключенного вычислительного устройства) подавать управляющий сигнал S1 на подводящий трубопровод 31. По этому управляющему сигналу S1, который также обозначается как регулируемый параметр, может быть, например, с помощью вентиля, насоса или клапана (здесь обозначенного как исполнительный элемент 32), отрегулировано количество подводимых воды или водяного пара.

[0033] В качестве газового монитора 41 при всех вариантах исполнения может быть использован, например, газовый монитор, который включает электрохимический датчик водорода или электрохимическую измерительную ячейку для детектирования водорода.

[0034] Газовый монитор 41 во всех вариантах исполнения может, например, подавать сигнал измерительного устройства, который позволяет судить о содержании водорода в газовой смеси 3. Этот сигнал измерительного устройства может быть использован напрямую или косвенно, например, через вычислительное устройство, чтобы установить регулируемый параметр S1, который через исполнительный элемент 32 влияет на количество подаваемой воды.

[0035] Для возможности эффективного преобразования исходного материала 1 в газовую смесь 3 с высоким содержанием водорода 4 должно быть, с одной стороны, подведено достаточное количество воды с входного конца. С другой стороны, должно выполняться двухступенчатое преобразование, при котором исходный материал 1 проходит через первую зону Z1 с менее высокой температурой Т1 и затем через вторую зону Z2 с более высокой температурой Т2.

[0036] Справедливо соотношение Т2>>Т1. Значение Т1 предпочтительно составляет между 300 градусами Цельсия и 900 градусами Цельсия. В особенности предпочтительно Т1 варьирует между 600 градусами Цельсия и 850 градусами Цельсия. Значение Т2 предпочтительно составляет более 1000°С. В особенности предпочтительно Т2 варьирует между 1100 градусами Цельсия и 1300 градусами Цельсия.

[0037] Исследования и контрольные испытания показали, что из увлажненного исходного материала 1 при двухступенчатой температурной обработке в указанных температурных диапазонах выделяются агрессивные компоненты, которые разрушают материал печной трубы 20. Поэтому согласно изобретению должны применяться специальные материалы, причем материал первой зоны Z1 отличается от материала второй зоны Z2.

[0038] Согласно изобретению, каждая из зон Z1 и Z2 должна быть оптимизирована, будучи рассматриваемой сама по себе, чтобы получить печную трубу 20, которая может использоваться длительное время без причинения существенных повреждений.

[0039] Печная труба 20 предпочтительно во всех вариантах исполнения включает в области первой зоны Z1 жаростойкий металл или термостойкий металлический сплав, причем предпочтительно применяется никелевый сплав.

[0040] Для целей данного описания никелевый сплав представляет собой сплав, который в весовых процентах содержит никель в большем количестве, чем другие металлические элементы. Предпочтительно применяются никелевые сплавы, которые являются коррозионностойкими и устойчивыми к окислению в диапазоне температур до 900 градусов Цельсия. Для применения в качестве материала в области первой зоны Z1 печной трубы 20 также важна способность противостоять воздействию агрессивных компонентов газа. Прежде всего, материал должен быть устойчивым к ионам галогенов и/или к сероводороду.

[0041] Кроме никеля в качестве основного компонента, предпочтительно во всех вариантах исполнения хром представляет собой другой важный добавочный компонент материала первой зоны Z1. В дополнение, в никелевом сплаве могут содержаться один или многие из следующих элементов: железо, молибден, ниобий, кобальт, марганец, медь, алюминий, титан, кремний, углерод, сера, фосфор или бор.

[0042] В особенности пригоден инконель (Inconel®) или инконель-сплав от фирмы Special Metals Corporation.

[0043] Печная труба 20 предпочтительно включает во всех вариантах исполнения в области второй зоны Z2 материал, который служит в качестве защиты против агрессивных газов и высокой температуры Т2 во внутреннем пространстве I печной трубы 20.

[0044] Печная труба 20 в области второй зоны Z2 предпочтительно включает

- термостойкий металл с устойчивым к высокой температуре керамическим покрытием,

- термостойкий металл с устойчивым к высокой температуре керамическим армированием,

- термостойкий металл с устойчивой к высокой температуре керамической добавкой,

- устойчивый к высокой температуре композит из металла и керамического материала, или

- устойчивый к высокой температуре керамический материал,

причем керамический материал предпочтительно включает одним из компонентов материал из следующей группы: оксид алюминия (Al2О3), карбид кремния (SiС), нитрид кремния (Si3Ni4).

[0045] Печная труба 20 во всех вариантах исполнения может быть выполнена либо цельной (например, труба, которая внутри имеет различные покрытия), либо двухсекционной (например, с участком длины из керамического материала и участком длины из жаростойкого металла).

[0046] Указанные материалы печной трубы 20 являются очень различными, и оказалось, что они не могут в течение длительного времени устойчиво сочетаться друг с другом в печной трубе. Поэтому в изобретении используется компенсатор 21, который, как показано, например, в Фиг. 1, может отделять первую зону Z1 от второй зоны Z2. Но компенсатор 21, в зависимости от конструкции, может быть размещен также в другом месте.

[0047] Компенсатор 21 согласно изобретению во всех вариантах исполнения предпочтительно выполнен таким образом, что он по существу выполняет две задачи. Во-первых, компенсатор 21 служит для сглаживания или выравнивания механических напряжений, которые возникают между первой зоной Z1 и второй зоной Z2 (например, при двухсекционной печной трубе) печной трубы 20 вследствие большого температурного перепада и различных коэффициентов теплового расширения используемых материалов. Во-вторых, компенсатор 21 предпочтительно во всех вариантах исполнения образует газонепроницаемое соединение между зонами Z1 и Z2. Поэтому компенсатор 21 предпочтительно во всех вариантах исполнения выполнен устойчивым к высоким температурам, гибким и газонепроницаемым.

[0048] Компенсатор 21 предпочтительно во всех вариантах исполнения включает

- силикат, например, такой как природный минерал из семейства слюд, предпочтительно слюду вида флогопита, или искусственную слюду,

- неорганический композитный материал из стекла/слюды,

- графитовый материал,

причем соответствующий материал предпочтительно во всех вариантах исполнения имеет температуру плавления, которая составляет выше 1200 градусов Цельсия.

[0049] Указанный в последнем абзаце материал предпочтительно во всех вариантах исполнения размещается в области между материалом первой зоны Z1 и материалом второй зоны Z2.

[0050] Компенсатор 21, дополнительно или альтернативно силикату, композитному материалу из стекла/слюды или графитовому материалу, предпочтительно включает во всех вариантах исполнения керамический текстильный материал.

[0051] Во всех вариантах исполнения в качестве компонента компенсатора 21 предпочтительно используются керамические текстильные маты. В особенности предпочтительны текстильные маты с металлоксидными волокнами. Наиболее предпочтительными являются текстильные маты фирмы 3М, которые предлагаются под наименованием NextelTM, причем они должны быть рассчитаны на применение при температурах выше 1200 градусов Цельсия.

[0052] Компенсатор 21 предпочтительно во всех вариантах исполнения сконструирован так, как показано в Фигурах 4А и 4В.

[0053] Компенсатор 21 согласно Фигурам 4А и 4В соединен с печной трубой 20, и выполнен/смонтирован с возможностью скольжения относительно одной стационарной опоры 50. В случае термически обусловленных расширений это приводит к смещению компенсатора 21 относительно опоры 50, как показано в Фиг. 4А двойной стрелкой Р1.

[0054] Компенсатор 21 предпочтительно включает во всех вариантах исполнения стальное крепление или стальное кольцо 51, которое надевается или насаживается в горячем состоянии на печную трубу 20. Стальное крепление или стальное кольцо 51 охватывает печную трубу 20 предпочтительно на 360 градусов.

[0055] Компенсатор 21 и/или печная труба 20 в переходной области между зонами Z1 и Z2 предпочтительно включает керамическую насадку или кольцо, которые предпочтительно во всех вариантах исполнения охватывают печную трубу 20 на 360 градусов.

[0056] Компенсатор 21 и/или печная труба 20 в переходной области между зонами Z1 и Z2 предпочтительно включает турель 53, которая непосредственно или косвенно соединена с внутренностью печной трубы, причем турель 53 своим наружным периметром установлена с возможностью скольжения параллельно оси R вращения относительно опоры 50.

[0057] Печная труба 20 во всех вариантах исполнения предпочтительно размещена с возможностью скольжения в области входной зоны Е и/или выходной зоны А, чтобы сделать возможными термически обусловленные продольные расширения печной трубы 20 параллельно оси R вращения.

[0058] Печная труба 20 во всех вариантах исполнения предпочтительно так размещена с возможностью скольжения в области выходной стороны А, чтобы печная труба 20 в области выходной стороны А в случае продольного удлинения параллельно оси R вращения входила одним участком вглубь газопроводной системы 40.

[0059] Предпочтительно во всех вариантах исполнения в области газопроводной системы 40 применяется газопромыватель 42, который предназначен для того, чтобы удалять примеси, и/или оксиды азота, и/или тяжелые металлы из газовой смеси 3.

[0060] В особенности пригодны газопромыватели 42, которые рассчитаны на очистку синтез-газа. Такие газопромыватели 42 известны.

[0061] Например, может быть применен способ Удаления Кислых Газов (AGR) фирмы Air Liquide. В отношении этого способа речь идет о кислотном промывании газа. Но также может быть использован, например, процесс Rectisol®, в котором применяется охлажденный метанол в качестве растворителя для физической абсорбции.

[0062] Во всех вариантах исполнения в области газопроводной системы 40 предпочтительно применяется устройство 43 для отделения водорода, на выходной стороне которого получается газообразный водород 4 с концентрацией водорода более 70 (предпочтительно более 80%) и остаточный газ 5.

[0063] Устройство 43 может включать, например, (селективные газоразделительные) мембраны для отделения водорода. Устройства 43 для отделения водорода известны.

[0064] Фиг. 1 показывает первое примерное устройство 100 согласно изобретению. Устройство 100 включает, если смотреть слева направо, следующие компоненты и элементы:

- необязательную воронку 7, которая предназначена для введения исходного материала/загружаемого вещества 1.

- Транспортирующий элемент 33 (например, с расположенным внутри шнеком или ленточным транспортером), чтобы подавать исходный материал/загружаемое вещество 1 во внутреннее пространство печи 20.

- Трубопровод 31 для подачи воды (или пара), который здесь размещен в области транспортирующего элемента 33 и включает исполнительный элемент 32 для регулирования количества воды.

- Опорный элемент/опору/турель 35, чтобы поддерживать печную трубу 20 с возможностью вращения.

- Входную зону Е для введения исходного материала/загружаемого вещества 1.

- Печная труба 20 включает первую зону Z1 и вторую зону Z2, которые пространственно отделены друг от друга компенсатором 21.

- Нагревательное устройство 27 (не показано), которое предпочтительно размещается в стенке 23 печи 20 или на ней.

- Выходную сторону А, которая предназначена для выведения твердого материала 2 (как чисто неорганического материала) и газовой смеси 3.

- В области выходной стороны А может находиться, например, сепаратор 44 для отделения твердого материала 2.

- В области выходной стороны А находится газопроводная система 40, которая предназначена для пропускания газовой смеси 3.

- В области газопроводной системы 40 может быть размещен газопромыватель 42.

- В области газопроводной системы 40 размещается газовый монитор 41, чтобы иметь возможность немедленно определять имеющееся количество водорода (содержание водорода).

- Газовый монитор 41 напрямую или косвенно соединен с исполнительным элементом 32 (например, через линию передачи сигналов).

- В области газопроводной системы 40 может быть размещено устройство 43 для отделения водорода. Это устройство 43 расположено, если смотреть по направлению течения, позади газового монитора 41.

[0065] Фиг. 2 показывает дополнительную примерную печь 20, которая может быть частью устройства 100 согласно изобретению. Печь 20 включает, если смотреть слева направо, следующие компоненты и элементы:

- входную зону Е для введения исходного материала/загружаемого вещества 1.

- Первую зону Z1 и вторую зону Z2, которые пространственно отделены друг от друга компенсатором 21.

- Нагревательное устройство 27, которое здесь размещено на стенке 23 печи 20. Нагревательное устройство 27 в области второй зоны Z2 может иметь более высокую мощность нагрева, чем в области первой зоны Z1. Поскольку процессы, которые протекают во внутреннем пространстве I, по меньшей мере частично являются экзотермическими, мощность нагрева в области второй зоны Z2 должна быть более высокой не во всех вариантах исполнения.

- Размещенные внутри транспортирующие лопасти 24 в печи 20.

- Выходную сторону А, которая предназначена для выведения твердого материала 2 (как чисто неорганического материала) и газовой смеси 3.

- Опорные ролики 36 и/или турель, для приведения печи 20 во вращение.

[0066] Фиг. 3 показывает дополнительную примерную печь 20, которая может составлять часть устройства 100 согласно изобретению. Печь 20 включает, если смотреть слева направо, следующие компоненты и элементы:

- транспортирующий элемент 33 (например, с расположенным внутри шнеком или ленточным транспортером), который является частью подающего устройства 30 и подает исходный материал/загружаемое вещество 1 во внутреннее пространство печи 20. Здесь исходный материал/загружаемое вещество 1 может поступать в транспортирующий элемент 33, например, сверху через устройство 6 для подачи материала.

- Опорный элемент/опору 35, чтобы поддерживать печную трубу 20 с возможностью вращения.

- Входную зону Е для введения исходного материала/загружаемого вещества 1.

- Трубопровод 31 для подачи воды (или пара), который здесь размещен в области транспортирующего элемента 33, и который вводит количество W воды (как водяной пар WD) непосредственно во внутреннее пространство I печи 20.

- Печная труба 20 включает первую зону Z1 и вторую зону Z2, которые пространственно отделены друг от друга компенсатором 21.

- Нагревательное устройство 27, которое предпочтительно размещено в стенке 23 печи 20 или на ней. Нагревательное устройство 27 в области второй зоны Z2 может иметь более высокую мощность нагрева, чем в области первой зоны Z1. Поскольку процессы, которые протекают во внутреннем пространстве I, по меньшей мере частично являются экзотермическими, мощность нагрева в области второй зоны Z2 должна быть более высокой не во всех вариантах исполнения.

- Выходную сторону А, которая предназначена для выведения твердого материала 2 (как чисто неорганического материала) и газовой смеси 3.

- Опорный элемент/опору 25, чтобы поддерживать печную трубу 20 с возможностью вращения.

- Газопроводную систему 40 для выведения газовой смеси 3.

- В области выходной стороны А или на газопроводной системе 40 необязательно может быть размещен трубопровод 26 для подачи воды (или пара) (например, водяная форсунка).

- В области выходной стороны А могут находиться, например, сепаратор 44 для отделения твердого материала 2 и сборный резервуар 45.

Исходный материал/загружаемое вещество 1
Твердый материал/чисто неорганическое вещество 2
Газовая смесь 3
Газообразный водород 4
Остаточный газ 5
Устройство для подачи материала 6
Воронка 7
Печная труба 20
Компенсатор 21
Стенка трубы 23
Транспортирующие лопасти 24
(Контр)опора 25
Трубопровод для подачи воды (или пара) 26
Устройство для предварительного нагрева 27.1
Основной нагреватель 27.2
Подающее устройство 30
Трубопровод для подачи воды (или пара) 31
Исполнительный элемент 32
Транспортирующий элемент/шнек 33
Труба 34
Опорный элемент/опора/турель 35
Опорные ролики 36
Газопроводная система 40
Газовый монитор 41
Газопромыватель 42
Устройство для отделения водорода 43
Сепаратор 44
Сборный резервуар 45
Стационарная опора 50
Стальное крепление или стальное кольцо 51
Керамическая насадка или кольцо 52
Турель 53
Устройство 100
Выходная сторона А
Входная зона Е
Внутреннее пространство I
Двойная стрелка Р1
Ось вращения R
Регулируемый параметр S1
Доля воды (воды или водяного пара) W
Водяной пар WD
Первая зона Z1
Вторая зона Z2

1. Устройство (100) для преобразования органического исходного материала (1) в газ, имеющий долю водорода, содержащее

- подающее устройство (30),

- печную трубу (20) с входной зоной (Е), внутренним пространством (I), осью вращения (R) и выходной стороной (А),

- водоподводящий трубопровод (31), который размещен в области подающего устройства (30) или во входной зоне (Е) для добавления водного компонента (W) к исходному материалу (1),

причем подающее устройство (30) и печная труба (20) размещены и выполнены таким образом, что через подающее устройство (30) в область входной зоны (Е) во внутреннем пространстве (I) печной трубы (20) подается исходный материал (1), а на выходной стороне (А) печной трубы (20) выводится твердый материал (2), а также газовая смесь (3),

отличающееся тем, что

- печная труба (20) включает первую зону (Z1) и вторую зону (Z2), причем первая зона (Z1) находится в области между входной зоной (Е) и второй зоной (Z2), и причем вторая зона (Z2) находится в области между первой зоной (Z1) и выходной стороной (А),

- печная труба (20) включает компенсатор (21), который предназначен для компенсации различных термически обусловленных расширений первой зоны (Z1) и второй зоны (Z2),

- на выходной стороне (А) печной трубы (20) размещена газопроводная система (40), которая предназначена для передачи газовой смеси (3),

- в области газопроводной системы (40) размещен газовый монитор (41), причем газовый монитор (41) предназначен для контроля содержания водорода в газовой смеси (3),

причем подача (31) воды регулируется в зависимости от содержания водорода в газовой смеси (3).

2. Устройство (100) по п. 1, отличающееся тем, что компенсатор (21) размещен в переходной области между первой зоной (Z1) и второй зоной (Z2).

3. Устройство (100) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что компенсатор (21) соединен с печной трубой (20) и выполнен с возможностью скольжения относительно стационарной опоры (50), причем в случае термически обусловленных расширений это приводит к смещению компенсатора (21) относительно опоры (50).

4. Устройство (100) по пп. 1, 2 или 3, отличающееся тем, что печная труба (20) опирается с возможностью скольжения в области входной зоны (Е) и/или выходной стороны (А) для обеспечения возможности термически обусловленных расширений в продольном направлении печной трубы (20).

5. Устройство (100) по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что в области трубопровода (31) для подачи воды размещен исполнительный элемент (32) для регулирования подачи (31) воды с помощью регулируемого параметра (S1), который выдается газовым монитором (41).

6. Устройство (100) по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что печная труба (20) в области первой зоны (Z1) снабжена устройством (27.1) для предварительного нагрева, предпочтительно электрическим устройством для предварительного нагрева, для доведения исходного материала (1) в области первой зоны (Z1) до температуры между 300 градусами Цельсия и 900 градусами Цельсия, причем температура предпочтительно составляет между 600 градусами Цельсия и 850 градусами Цельсия.

7. Устройство (100) по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что печная труба (20) в области первой зоны (Z1) включает термостойкий металл или термостойкий металлический сплав, причем предпочтительно применяется никелевый сплав и особенно предпочтительно инконель или инконель-сплав.

8. Устройство (100) по одному из пп. 1-5 или п. 6, отличающееся тем, что печная труба (20) в области второй зоны (Z2) снабжена устройством (27.2) для основного нагрева, предпочтительно электрическим устройством для основного нагрева, для доведения исходного материала (1) в области второй зоны (Z2) до высокой температуры, которая составляет свыше 1000 градусов Цельсия и предпочтительно лежит между 1100 градусами Цельсия и 1300 градусами Цельсия.

9. Устройство (100) по п. 8, отличающееся тем, что печная труба (20) в области второй зоны (Z2) включает материал, который служит в качестве защиты от агрессивных газов и высокой температуры во внутреннем пространстве (I) печной трубы (20).

10. Устройство (100) по п. 8, отличающееся тем, что печная труба (20) в области второй зоны (Z2) включает

- термостойкий металл с устойчивым к высокой температуре керамическим покрытием,

- термостойкий металл с устойчивым к высокой температуре керамическим армированием,

- термостойкий металл с устойчивой к высокой температуре керамической добавкой,

- устойчивый к высокой температуре композит из металла и керамического материала, или

- устойчивый к высокой температуре керамический материал,

причем керамический материал предпочтительно включает один из компонентов из следующей группы: оксид алюминия (Al2О3), карбид кремния (SiС), нитрид кремния (Si3Ni4).

11. Устройство (100) по одному из пп. 1-5, или п. 6, или п. 8, отличающееся тем, что водоподводящий трубопровод (31) воды размещен в области подающего устройства (30) таким образом, что он может подводить к исходному материалу (1) регулируемое количество (W) воды, прежде чем исходной материал (1) поступит в печную трубу (20).

12. Устройство (100) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что во внутреннем пространстве (I) печной трубы (20) размещен(-ны) транспортирующий шнек и/или транспортирующие лопасти (24), который(-ые) предназначен(-ны) для транспортирования исходного материала (1) от входной зоны (Е) до выходной стороны (1), для чего печная труба (20) поворачивается вокруг своей оси (R) вращения, причем транспортирующий шнек и/или транспортирующие лопасти (24) включает(-ют) в области первой зоны (Z1) предпочтительно термостойкий металлический сплав, а в области второй зоны (Z2) - предпочтительно устойчивый к высокой температуре керамический материал.

13. Устройство (100) по пп. 1, 2 или 3, отличающееся тем, что компенсатор (21) предпочтительно включает

- слюдяной материал, предпочтительно слюду вида флогопита,

- неорганический композитный материал из стекла/слюды,

который размещен в области между материалом первой зоны (Z1) и материалом второй зоны (Z2).

14. Устройство (100) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в качестве газового монитора служит газовый монитор, который включает электрохимический датчик водорода или электрохимическую ячейку для детектирования водорода.

15. Устройство (100) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в области газопроводной системы (40) размещен газопромыватель (42), который предназначен для отделения от газовой смеси (3) примесей и/или оксидов азота, и/или тяжелых металлов.

16. Устройство (100) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в области газопроводной системы (40), если смотреть по направлению течения, позади газового монитора (43) размещено устройство (43) для отделения водорода, на выходной стороне которого получается газообразный водород (4) с концентрацией водорода более 80%, и остаточный газ (5).

17. Устройство (100) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в области выходной стороны (А) печной трубы (20), предпочтительно в области газопроводной системы (40), размещен сепаратор (44) для твердых веществ.

18. Применение устройства (100) по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающееся тем, что в устройство (100) загружаются углеродсодержащие или углеводородсодержащие исходные материалы (1), а на выходной стороне отбирается содержащая водород газовая смесь (3).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки тяжелого нефтяного сырья для производства жидкого топлива и базисов жидкого топлива с низким содержанием серы, предпочтительно бункерного топлива и базисов бункерного топлива.

Изобретение относится к области пиролиза и газификации твердых топлив с получением горючего газа и может быть использовано для переработки различных твердых топлив для выработки энергии и получения попутных целевых продуктов, например ококсованного твердого материала.

Настоящее изобретение относится к энергетике, к задаче прямого преобразования тепловой энергии в электрическую посредством термоэлектрической и термоэлектронной эмиссии, в частности к получению электрической энергии за счет тепла газов, образующихся при термохимическом преобразовании топлива, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и теплом отдельных зданий промышленной и индивидуальной застройки, в металлургии, транспорте и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к энергетике, электрохимии и может быть использовано для получения тепловой и электрической энергий. Газификатор твердого топлива на обратном дутье с когенерацией тепловой и электрической энергий представляет собой аппарат с узлом загрузки топлива, узлом удаления продуктов газификации, котлом-утилизатором, узлом вытяжки отработанных газов.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов ТБПО. Техническим результатом является повышение производительности процесса переработки, коэффициента полезного действия при одновременной экологической безопасности за счет исключения образования диоксинов.

Изобретение относится к энерготехнологическому оборудованию, а именно к устройствам термической переработки твердого топлива в горючий газ, и может быть использовано для производства генераторного газа преимущественно из пеллет, бурого угля, щепы.

Изобретение относится к замкнутому способу и системе производства поливинилхлорида ПВХ. Способ включает получение карбида кальция, обогащенного кислородом, и монооксида углерода CO в высокотемпературной плавильной печи, где вступают в реакцию известняк и углеродные материалы, как каменный уголь.

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетики на основе переработки топливной биомассы путем газификации с получением горючего газа, содержащего оксид углерода и водород.

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетики на основе переработки топливной биомассы, включая утилизацию твердых органических углеродсодержащих отходов, путем газификации с получением горючего газа для последующего производства тепловой и электрической энергии.

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетики на основе переработки топливной биомассы путем газификации с получением горючего газа. Способ газификации топливной биомассы в плотном слое, перемещающемся вдоль оси вращающегося вокруг своей оси наклонного цилиндрического реактора, включает загрузку твердого измельченного биотоплива в реактор, подачу в реактор газифицирующего агента - воздуха со стороны реактора, где происходит накопление твердых отходов газификации - золы, перемещение загруженного топлива вдоль оси реактора, вывод золы и горючего топливного газа из реактора с фильтрацией газового потока через слой загруженной топливной биомассы.

Изобретение относится к технологии газификации угля и может быть использовано для получения синтез-газа. Способ получения синтез-газа заключается в следующем. На уголь методом пропитки наносят каталитически активный металл – железо. Проводят углекислотную конверсию в проточном реакторе при 450-700°С. Добавление водорода к диоксиду углерода увеличивает конверсию СО2 и угля в оксид углерода (СО) и приводит к значительному снижению температуры проведения процесса получения синтез-газа. Техническим результатом является обеспечение как газификации угля, так и утилизации парникового газа (СО2), с получением синтез-газа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 9 пр.

Изобретение относится к газификации углеродсодержащего сырьевого материала и, в частности, к газификации углеродсодержащего сырьевого материала, включая сверхкритическую пиролитическую обработку. Техническим результатом является повышение эффективности газификации углеродсодержащего материала. Способ включает поступление объема сырья, подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза, перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, обеспечение объема перегретого пара, смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа, сжатие по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина. 5 н. и 36 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к высокотемпературным печам, которые нагреваются посредством нагревательного устройства, и к способу эксплуатации таких печей, чтобы органические материалы преобразовывать в синтез-газ. Устройство для преобразования органического исходного материала в газ, который включает долю водорода, содержит подающее устройство, печную трубу с входной зоной, внутренним пространством, осью вращения и выходной стороной. Устройство также содержит водоподводящий трубопровод, который размещен в области подающего устройства или во входной зоне для обеспечения возможности добавления водного компонента к исходному материалу. Подающее устройство и печная труба размещены и выполнены таким образом, что через подающее устройство в область входной зоны во внутреннем пространстве печной трубы может подаваться исходной материал, и на выходной стороне печной трубы выводится твердый материал, а также газовая смесь. Печная труба включает первую зону и вторую зону. Первая зона находится в области между входной зоной и второй зоной. Вторая зона находится в области между первой зоной и выходной стороной. Печная труба включает компенсатор, который предназначен для компенсации различных термически обусловленных расширений первой зоны и второй зоны. На выходной стороне печной трубы размещается газопроводная система, которая предназначена для передачи газовой смеси. В области газопроводной системы размещается газовый монитор. Газовый монитор предназначен для контроля содержания водорода в газовой смеси. Подача воды может регулироваться в зависимости от содержания водорода в газовой смеси. В устройство загружаются углеродсодержащие или углеводородсодержащие исходные материалы, а на выходной стороне отбирается содержащая водород газовая смесь. Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенной устойчивости к агрессивныи материалам даже при высоких температурах, а также эффективное преобразовывание углеродсодержащих исходных материалов в синтез-газ. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Наверх