Способ и устройство для газификации биомассы

Изобретение относится к способу (10) для газификации биомассы (В), а также к предназначенному для этого устройству (11). Биомасса (В) подается в устройство (11) для газификации. Из введенной биомассы (В) в первой технологической стадии (12, 12i, 12ii) получается неочищенный газ (R) и углеродсодержащий остаток (RK). Углеродсодержащий остаток (RK) подвергается частичной газификации с газообразными компонентами неочищенного газа (R) во второй технологической стадии (13) в зоне (ZV) газификации. В результате образуется активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН). На единицу массы введенной биомассы (В), в расчете на безводно-беззольное исходное состояние (waf), получают активированный уголь (АК) в количестве между минимально 0,02 единицы массы и максимально 0,1 единицы массы. Активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН) отбираются из зоны (ZV) газификации, вводятся в зону (ZK) охлаждения и в зоне (ZK) охлаждения в третьей технологической стадии (14) совместно охлаждаются. Температура технологического газа (РН) в зоне (ZK) охлаждения остается выше нижней предельной температуры, которая является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа (РН). Происходящий во время совместного охлаждения активированного угля (АК) и продуктового газа (РН) адсорбционный процесс приводит к тому, что смола во время охлаждения из горячего продуктового газа (РН) осаждается на активированном угле (АК). Благодаря этому после третьей технологической стадии (14) получается очищенный газ (PR, РА), который по существу не содержит смолу. Обогащенный смолой активированный уголь (АК) может быть, по меньшей мере частично, сожжен для обогревания зоны (ZE) нагревания и/или зоны (ZV) газификации. Технический результат: возможность переработки различных биогенных отходов независимо от размера частиц, повышение эффективности процесса, уменьшение тепловых потерь. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способу, а также к устройству для газификации биомассы. Под биомассой следует понимать любую углеродсодержащую биогенную массу, например, такую как древесные отходы, отходы после сбора урожая сельскохозяйственных культур, скошенная трава, остатки из процессов брожения и газификации, фильтрационный шлам после осветления, или тому подобные остатки.

На практике преимущественно применяются децентрализованные маломасштабные установки с производительностью менее 200 кг биомассы в час, например, на крестьянских дворах или в муниципальном районе, чтобы избежать перевозки биомассы и иметь возможность использовать отходящее тепло непосредственно на месте. Признания на рынке такие установки до сих пор не получили. Существенным основанием для этого является смола, которая образуется при пиролизе и газификации биомассы. Смола до сих пор требует дорогостоящего удаления, и это, как правило, сопряжено с высокими расходами для технического обслуживания установок. Когда образованный при газификации газ затем должен использоваться в коммунальной отопительной установке, то даже необходимо полностью удалять смолу из образованного продуктового газа. Не только обслуживание, но и приобретение таких установок до сих пор является дорогостоящими.

Способ и устройство для газификации биомассы с использованием прямоточных газификаторов известно из патентного документа DE 102008043131 А1. Во избежание засмоления продуктового газа там предлагается одностадийный способ с использованием прямоточного газификатора, причем топливо подается в газификационную камеру против силы тяжести. В зоне восстановления выше зоны окисления образуется стационарный псевдоожиженный слой. В результате этого должно избегаться известное для газификаторов со стационарным слоем критическое образование каналов в области зоны восстановления, и тем самым сокращаться засмоление продуктового газа. Правда, создание такого псевдоожиженного слоя требует ограничения газификации определенными биогенными отходами и, соответственно, размерами частиц, поскольку в противном случае стабильный псевдоожиженный слой не может быть получен.

Патентный документ EP 1436364 B1 описывает устройство с реакционной камерой, в котором подача биомассы производится сбоку. В реакционной камере содержащие смолу газы могут конденсироваться на закрывающей крышке. Это обеспечивает возможность либо удаления сконденсированной смолы из реакционной камеры, либо возвращение смолы в реакционные зоны внутри восстановительной камеры. Тем самым должен повышаться общий коэффициент полезного действия. Подобное устройство описывает также патентный документ EP 2522707 A2. Там дополнительно имеется устройство для последующей обработки, с помощью которого отходы по возможности полностью минерализуются, и должна образовываться «белая зола».

Еще одно решение для газификации биомассы описано в патентном документе DE 202009008671 U1. Там предлагается прямоточный газификатор с пиролизной камерой и газогенератором. В зоне окисления газогенератора содержащий смолу пиролизный газ сжигается при температуре 1200°С. Соответственно этому, в зоне окисления требуются очень высокие температуры.

Патентный документ EP 2636720 A1 описывает способ, в котором из биомассы создается синтез-газ паровым риформингом. Для этого требуются очень обширные нагревательные поверхности для косвенного нагрева. В трубах газификатора и, соответственно, змеевиках газификатора подвижными лопастями должен создаваться псевдоожиженный слой. Затем синтез-газ очищается в угольном фильтре в режиме противотока и при этом также охлаждается.

Патентный документ DE 19846805 A1 описывает способ и устройство для газификации и сжигания биомассы. В способе в камере сухой перегонки образуется пиролизный газ и кокс, который подается в газификационный реактор, в котором кокс частично газифицируется, причем образуется активированный уголь. Активированный уголь удаляется транспортером из камеры сгорания и переносится в фильтр снаружи камеры сгорания. Образовавшийся согласно способу продуктовый газ выводится отдельно от активированного угля из газификационного реактора и охлаждается в теплообменнике. Затем охлажденный продуктовый газ пропускается через заполненный активированным углем фильтр. При этом вредные вещества должны оставаться в активированном угле.

Исходя из этого прототипа, задачей настоящего изобретения может представляться создание способа и устройства для газификации биомассы, посредством которых могут перерабатываться различные биогенные отходы, независимо от размера частиц, и может экономично создаваться малосмолистый продуктовый газ.

Эта задача решается посредством способа с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также устройства с признаками пункта 13 формулы изобретения.

В соответствующем изобретению способе продуктовый газ из биомассы, которая подается в устройство для газификации биомассы, например, согласно пункту 13 формулы изобретения, создается по меньшей мере в трех технологических стадиях. В первой технологической стадии из загруженной биомассы создается неочищенный газ и углеродсодержащий остаток.

Для этого биомасса, например, подвергается окислению в зоне окисления в условиях достехиометрического соотношения, с подачей кислородсодержащего газа, в особенности воздуха. Вводимый кислородсодержащий газ может быть для этого предварительно подогрет. При достехиометрическом окислении образуются неочищенный газ и коксообразный углеродсодержащий остаток.

В одном варианте способа в первой технологической стадии введенная биомасса в первой подстадии в зоне нагревания высушивается и/или нагревается таким образом, что из биомассы удаляются летучие компоненты, причем образуются пиролизный газ и углеродсодержащий остаток. Высушивание и пиролиз могут быть проведены в общей зоне нагревания. В альтернативном варианте, высушивание биомассы и пиролиз могут проводиться в отдельных друг от друга зонах. Во второй подстадии пиролизный газ из первой технологической стадии подвергается достехиометрическому окислению в зоне окисления при подаче кислородсодержащего газа, в результате чего образуется неочищенный газ.

В соответствующем изобретению способе предусматривается, что углеродсодержащий остаток и неочищенный газ из первой технологической стадии во второй технологической стадии частично газифицируются таким образом, что образуется активированный уголь. При этом в зоне газификации происходит газификация углеродсодержащего остатка предпочтительно до максимально 75%, и более предпочтительно до максимально от 60 до 65%. Температура в зоне газификации в одном примере исполнения может составлять по меньшей мере 800°С, и максимально 1000°С. В зоне газификации образуется горячий продуктовый газ и активированный уголь.

В третьей технологической стадии в зоне охлаждения горячий продуктовый газ и по меньшей мере часть активированного угля совместно охлаждаются. При этом протекает адсорбционный процесс, в котором смола из горячего продуктового газа отлагается на активированном угле. Тем самым смола удаляется из горячего продуктового газа, и после этого полученный в третьей технологической стадии продуктовый газ является малосмолистым, или, соответственно, по существу не содержит компоненты смолы. В соответствующем изобретению способе предусматривается, что определенное количество образованного в зоне газификации активированного угля и горячий продуктовый газ, которые получились из введенной биомассы, подаются в зону охлаждения, и в зоне охлаждения совместно охлаждаются так, что по время охлаждения происходит адсорбционный процесс, при котором определенное количество активированного угля во время охлаждения обогащается смолой из горячего продуктового газа.

Определенное количество активированного угля имеет массу mAK2, которая составляет от минимально 2% до максимально 10% массы mBwaf введенной биомассы, в расчете на исходное безводное и беззольное (waf) состоянии. Например, на килограмм вводимой биомассы в безводно-беззольном исходном состоянии в зону охлаждения для совместного охлаждения с поступающим продуктовым газом подаются 0,05 килограмма активированного угля. Например, когда биомасса подается в устройство с массовым расходом mBroh потока, то биомасса, как правило, содержит воду и минеральные вещества. Поэтому массовый расход mBroh потока загруженной биомассы соответствует массовому расходу mBwaf потока биомассы в безводно-беззольном исходном состоянии, который, как правило, является меньшим, чем массовый расход mBroh потока. При постоянном массовом расходе потока вводимой биомассы активированный уголь подается из зоны газификации в зону охлаждения с определенным массовым расходом mAK2 потока активированного угля, причем определенный массовый расход mAK2 потока составляет минимально 2% и не выше 10% массового расхода mBwaf потока биомассы, в расчете на исходное безводно-беззольное состояние:

mAK2=0,02-0,1 mBwaf.

Для достижения того, что только определенное количество активированного угля вместе с продуктовым газом поступает в зону охлаждения, и там охлаждается совместно с продуктовым газом, процесс газификации биомассы, например, может управляться или регулироваться так, что в зоне газификации создается только определенное количество активированного угля. Альтернативно или дополнительно, избыточный активированный уголь может отводиться из зоны газификации и/или между зоной газификации и зоной охлаждения.

В случае изменения потребности на чистый продуктовый газ, например, при изменении мощности питаемого им двигателя, должна предусматриваться задержка с повышением или снижением подачи биомассы на входе устройства, для согласования потребности в продуктовом газе с повышенным или пониженным формированием активированного угля в газификационном реакторе. Поэтому количество активированного угля, которое отводится, определяется сообразно количеству биомассы, из которой образуются поступающий в данный момент активированный уголь и поступающий в данный момент горячий продуктовый газ.

С помощью этого способа и соответствующего устройства, в котором исполняются технологические стадии, можно экономично и просто создавать малосмолистый продуктовый газ. В результате совместного охлаждения по меньшей мере части активированного угля и увлекающего с собой смолу горячего продуктового газа смола не налипает или лишь в незначительных количествах осаждается на стенке камеры, в которой совместно охлаждаются содержащий смолу горячий продуктовый газ и часть активированного угля. Напротив, во время охлаждения определенное количество активированного угля поглощает смолу из горячего продуктового газа. Поэтому трудоемкая очистка камеры от смолы потребуется только изредка или вообще не нужна.

Температура, до которой продуктовый газ охлаждается в зоне охлаждения, составляет, например, не более 50°С. Очистка является особенно эффективной, когда продуктовый газ и определенное количество активированного угля в третьей технологической стадии для процесса адсорбции в зоне охлаждения совместно охлаждаются не ниже предельной температуры, которая является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа. Этим путем остается эффективно используемой высокая поглотительная способность активированного угля. Нижняя предельная температура предпочтительно является на величину от минимально 10 до максимально 20 Кельвин более высокой, чем температура точки росы продуктового газа.

Очищенный в результате адсорбционного процесса продуктовый газ может быть направлен в устройство, например, газовую турбину или работающий на газе двигатель, в качестве топлива. Массовый расход потока вводимой биомассы предпочтительно приспосабливается пропорционально мощностным характеристикам питаемого очищенным продуктовым газом устройства. Подаваемый из зоны газификации в зону охлаждения активированный уголь с определенным массовым расходом потока, который образуется пропорционально повышенному или уменьшенному количеству загружаемой биомассы, предпочтительно согласуется пропорционально этому.

Кроме того, благоприятно, когда газификация проводится при повышенном относительно давления в окружающей среде давлением. Например, при давлении в диапазоне от около 5 бар (0,5 МПа). Образованный охлажденный продуктовый газ тогда может быть без промежуточного сжатия использован в газовых турбинах или питаемых под давлением двигателях. Для достижения этого по меньшей мере одна реакционная камера может эксплуатироваться при соответствующем давлении. Например, кислородсодержащий газ (например, воздух) может вводиться через компрессор или другое подходящее нагнетательное устройство под давлением по меньшей мере в одну реакционную камеру. Кроме того, исполнением способа при повышенном давлении может быть увеличена поглотительная способность активированного угля.

Газификация биомассы предпочтительно проводится в ступенчатом режиме. Например, по меньшей мере двухстадийный способ получается, когда нагревание для высушивания и пиролиза, с одной стороны, и переработка образованного при этом продуктового газа и углеродсодержащего остатка путем окисления и/или газификации, с другой стороны, проводятся в отдельных камерах. Например, особенно предпочтительно, когда зона нагревания для высушивания и/или пиролиза, с одной стороны, и зона окисления, с другой стороны, находятся в отдельных камерах. Когда нагревание биомассы и/или высвобождение летучих компонентов из биомассы для создания пиролизного газа, с одной стороны, и достехиометрическое окисление, с другой стороны, проводятся в ступенчатом режиме в отделенных друг от друга зонах, температура в зоне окисления может достигаться и регулироваться практически независимо от размера фрагментов биомассы и влажности биомассы. Трехстадийный технологический режим получается, когда дополнительно достехиометрическое окисление, с одной стороны, и газификация углеродсодержащего остатка, с другой стороны, проводятся в отдельных зонах в обособленных друг от друга камерах.

Предпочтительно, когда температура в зоне окисления является меньшей, чем температура размягчения золы или температура плавления золы, в отношении золы углеродсодержащего остатка. При этом предпочтительно, когда температура в зоне окисления по возможности близка к температуре размягчения золы или, соответственно, температуре плавления золы. Например, достехиометрическое окисление проводится при температуре от минимально 1000°С до максимально 1200°С.

В некоторых примерах исполнения теплотворная способность продуктового газа составляет между 1,5 и 2 кВт⋅час на кубический метр. Коэффициент полезного действия газогенератора в способе может составлять свыше 80%.

Посредством этого способа могут быть подвергнуты газификации биогенные отходы всех сортов и размеров в качестве биомассы. Формирование псевдоожиженного слоя не требуется. Не образуются загрязненные сточные воды. Удаление смолы из продуктового газа даже в случае малогабаритных установок возможно экономичным путем, так как не требуются высокие капиталовложения для удаления смолы, и также эксплуатация не связана с высокими затратами на техническое обслуживание.

Соответствующий изобретению способ может действовать в комбинированной форме из автотермической и аллотермической газификации. Температура в зоне окисления в одном примере исполнения регулируется количеством и предпочтительно также температурой вводимого кислородсодержащего газа. Тем самым производство газа может приспосабливаться к потребности, без влияния на температуру в зоне газификации. Температура в зоне газификации может регулироваться косвенным нагревом посредством нагревательного устройства. Альтернативно или дополнительно, тепло для зоны газификации поставляется теплопередачей из зоны окисления, например, через частично окисленный там углеродсодержащий остаток и/или пиролизный газ.

Для косвенного нагрева зоны газификации в одном примере исполнения требуется менее 10% энергосодержания подводимой биомассы. Поэтому в сравнении с сугубо аллотермической газификацией могут применяться меньшие поверхности нагрева в зоне газификации.

Активированный уголь и горячий продуктовый газ охлаждаются в зоне охлаждения предпочтительно путем косвенного охлаждения. Охлажденный продуктовый газ, который может называться очищенным газом, может быть после зоны охлаждения направлен в фильтрационный и/или пылеосадительный блок, чтобы снизить содержание пыли в продуктовом газе. Фильтр может снабжаться активированным углем, который перед охлаждением был отведен как избыточный активированный уголь, и поэтому не был охлажден вместе с загрязненным смолой продуктовым газом. Для тонкой очистки может применяться очистительное устройство со сменными резервуарами для активированного угля, как это является общеизвестным.

Предпочтительно, когда образованный в технологическом режиме активированный уголь, по меньшей мере часть с поглощенной им смолой из третьей технологической стадии, сжигается в реакторе с воздухом, который был использован перед этим в третьей технологической стадии для охлаждения продуктового газа и активированного угля. Отходящий после сжигания газ предпочтительно используется для обогревания зоны нагревания. Тем самым повышается общий коэффициент полезного действия. Топливо для реактора, поставляющего тепло для высушивания или высвобождения летучих компонентов биомассы при пиролизе, не должно вводиться отдельно, но получается автоматически.

Зона газификации может обогреваться теплом реактора. Это может выполняться, в частности, косвенным нагревом включающей зону газификации реакционной камеры или, соответственно, отсека реакционной камеры, в котором имеется зона газификации. В качестве топлива для реактора в одном примере исполнения может быть использован выведенный после охлаждения из зоны охлаждения активированный уголь.

При сжигании активированного угля в реакторе может быть предпочтительным увеличение поверхности активированного угля перед подачей в горелку, например, для чего активированный уголь после выведения из зоны охлаждения размалывается или, соответственно, подвергается тонкому размолу. Посредством одной или многих указанных мер может быть дополнительно повышена производительность способа и, соответственно, устройства.

Кроме того, образовавшийся при сгорании в реакторе отходящий газ предпочтительно используется для предварительного нагревания кислородсодержащего газа перед введением его в зону окисления.

Соответствующее изобретению устройство для газификации биомассы, с помощью которого может быть проведен приведенный в одном примере исполнения соответствующий изобретению способ, имеет по меньшей мере одну первую камеру, в которой создается зона нагревания для биомассы. В зоне нагревания биомасса может быть высушена и/или подвергнута пиролизу. Устройство может иметь зону нагревания с отдельными подзонами для высушивания и пиролиза. Например, подзоны могут быть размещены в обособленных друг от друга первых камерах устройства. Устройство имеет загрузочное устройство, которое предназначено для введения биомассы в зону нагревания, чтобы создавать пиролизный газ и углеродсодержащий остаток. Кроме того, устройство имеет по меньшей мере одну вторую камеру, которая составляет зону окисления для окисления пиролизного газа, и зону газификации для газификации углеродсодержащего остатка. Устройство может иметь обособленные друг от друга вторые камеры так, что зона окисления и зона газификации сформированы в отдельных камерах. Вторая камера или, соответственно, вторые камеры с зоной окисления и зоной газификации предпочтительно отделены от первой камеры с зоной нагревания так, что зона нагревания, с одной стороны, и зона окисления, а также зона газификации, с другой стороны, отделены друг от друга. Устройство имеет газоподводящее устройство, которое предназначено для подачи в зону окисления кислородсодержащего газа, например, воздуха, в таком количестве, что находящийся в зоне окисления пиролизный газ подвергается достехиометрическому окислению, в результате чего образуется неочищенный газ. Количеством подаваемого кислородсодержащего газа и загружаемой биомассы можно согласовывать получение продуктового газа с потребностью в нем. Устройство имеет транспортное средство, предназначенное для того, чтобы пиролизный газ из зоны нагревания подавать в зону окисления, и неочищенный газ направлять из зоны окисления в зону газификации, и предназначенное для подачи углеродсодержащего остатка из зоны нагревания в зону газификации. Транспортное средство действует, например, по меньшей мере с одним транспортером и/или с использованием доминирующей силы тяжести. Кроме того, устройство имеет нагревательное средство, которое предназначено для регулирования температуры зоны газификации так, что углеродсодержащий остаток, по обстоятельствам с газообразными компонентами неочищенного газа, которые подводятся в зону газификации, подвергается частичной газификации, в результате чего образуются активированный уголь и горячий продуктовый газ. Нагревательное средство может представлять собой нагревательное устройство, например, для косвенного нагрева зоны газификации. Альтернативно или дополнительно, нагревательное средство, например, подразумевается как теплопередача от зоны окисления. Выделяющееся в результате экзотермического достехиометрического окисления пиролизного газа и, по обстоятельствам, также углеродсодержащего остатка в зоне окисления тепло может переноситься из зоны окисления в зону газификации, например, тепловым излучением и/или посредством горячего неочищенного газа или нагретого углеродсодержащего остатка.

Образованный газификацией продуктовый газ еще загрязнен смолой. Поэтому устройство рассчитано на то, чтобы определенное количество - например, определенный массовый расход - активированного угля из зоны газификации, и продуктового газа из зоны газификации подводить в зону охлаждения устройства. Например, устройство рассчитано на то, чтобы определенное количество активированного угля и горячего продуктового газа с помощью транспортного средства подавать из зоны газификации в зону охлаждения. Транспортное средство имеет, например, транспортное устройство, и/или действует с использованием доминирующей силы тяжести. Определенное количество активированного угля имеет массу от минимально 2% до максимально 10% от подводимой массы биомассы (mwaf), в расчете на безводно-беззольное исходное состояние, из которой образуется активированный уголь и горячий продуктовый газ. Определенное количество имеет, например, массу в 5% массы mwaf загружаемой биомассы, в расчете на безводно-беззольное исходное состояние.

Когда в устройство вводится, например, биомасса с массовым расходом mBroh потока, это соответствует массовому расходу mBwaf потока биомассы, в расчете на безводно-беззольное исходное состояние, которое, как правило, является меньшим, чем mBroh, поскольку подаваемая в устройство биомасса, как правило, содержит воду и золу (минеральные вещества). В устройстве из массопотока mBroh образуется массопоток mAK активированного угля в зоне газификации. Устройство рассчитано на то, чтобы подавать в зону охлаждения определенное количество mAK2 активированного угля. А именно, в зону охлаждения подается определенное количество активированного угля с массовым расходом mAK2 потока от минимально 2% до максимально 10% массового расхода потока биомассы, в расчете на безводно-беззольное исходное состояние. В случае изменяющейся потребности в очищенном продуктовом газе, например, при изменении нагрузки питаемого им газового двигателя, устройство рассчитано на то, чтобы определять подводимое в зону охлаждения количество активированного угля сообразно количеству биомассы (waf), которое приводило к образованию активированного угля, как также разъясняется в рамках описания способа.

Например, устройство тем самым может быть рассчитано на подачу только определенного количества, например, определенного массового расхода потока, в зону охлаждения, таким образом, что устройство управляется действием, например, устройства управления технологическим процессом, так, что активированный уголь создается в зоне газификации только с определенным массовым расходом mAK2 потока в диапазоне между минимально 2% до максимально 10% mBwaf. Альтернативно или дополнительно, устройство может иметь, например, отводное устройство, которое предназначено для отведения избыточного активированного угля перед зоной охлаждения так, что избыточный активированный уголь не подается в зону охлаждения.

Кроме того, устройство имеет охлаждающее устройство, которое имеет холодильную камеру для совместного охлаждения отведенного определенного количества активированного угля и продуктового газа. Охлаждающее устройство предназначено для совместного охлаждения определенного количества активированного угля и горячего продуктового газа в зоне охлаждения, которая составлена холодильной камерой, таким образом, что во время охлаждения в зоне охлаждения протекает адсорбционный процесс, при котором активированный уголь обогащается смолой из горячего продуктового газа.

Поскольку определенное количество активированного угля и горячий продуктовый газ совместно охлаждаются в зоне охлаждения, и во время охлаждения это приводит к поглощению активированным углем содержащейся в продуктовом газе смолы, смола в основном не осаждается на стенке холодильной камеры охлаждающего устройства, или отлагается в пренебрежимо малом количестве. Поэтому очистка холодильной камеры не должна быть трудоемкой. Тем самым возможна даже эксплуатация устройства без участия человека.

В одном примере исполнения устройство имеет обобщенную реакционную камеру для окисления и газификации. Подача неочищенного газа и углеродсодержащего остатка из зоны окисления в зону газификации происходит по меньшей мере под действием силы тяжести по существу по вертикальному направлению. Равным образом, подведение горячего продуктового газа и активированного угля в зону охлаждения может происходить по меньшей мере под действием силы тяжести. Зона окисления и зона газификации предпочтительно размещаются в одной камере, и зона охлаждения находится в отделенной от нее дополнительной камере. Для подачи веществ между камерами и/или внутри камер могут наличествовать соответствующие транспортные средства, например, такие как шнековые транспортеры или тому подобные.

Зоны окисления и газификации, с одной стороны, и зона охлаждения, с другой стороны, предпочтительно отделены друг от друга. Размещением зон в отдельных камерах устройство приспособлено для проведения ступенчатого технологического процесса.

Предпочтительно, когда устройство приспособлено для того, что газификация биомассы могла проводиться при повышенном относительно давления в окружающей среде давлении. Например, для этого на входе устройства для подачи биомассы, на выпускном канале устройства для выведения очищенного продуктового газа, и/или на выходе устройства для выведения золы в каждом случае размещаются шлюзовые затворы, которые выполнены так, что устройство между входом и выходом, и, соответственно, выпускным каналом, может работать при повышенном относительно давления в окружающей среде давлении.

Предпочтительные варианты исполнения способа и, соответственно, устройства следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей. Далее подробно разъясняются предпочтительные примеры осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Как показано:

Фигура 1 представляет блок-схему одного примера исполнения соответствующего изобретению способа и, соответственно, устройства согласно изобретению.

Фигура 2 представляет блок-схему дополнительного примера исполнения соответствующего изобретению способа и, соответственно, устройства согласно изобретению.

Фигура 3 представляет пример исполнения устройства с отдельной нагревательной камерой для высушивания и пиролиза и общей реакционной камерой для зоны окисления и зоны газификации, а также отдельной зоной охлаждения в обособленной холодильной камере.

Фигура 1 схематически показывает блок-схему одного примера осуществления изобретения. Блок-схема показывает способ 10 и, соответственно, устройство 11 для газификации биомассы В. Способ по существу имеет три следующие друг за другом технологических стадии 12, 13, 14. В первой технологической стадии 12 биомасса В вводится в зону ZO окисления вместе с кислородсодержащим газом. В качестве кислородсодержащего газа в примере исполнения применяется воздух L. Количество подаваемого воздуха L регулируется в зависимости от потребности в образуемом продуктовом газе. Кроме того, посредством количества воздуха L регулируется температура ТО в зоне ZO окисления.

В этой первой технологической стадии 12 биомасса В окисляется в зоне ZO окисления в достехиометрических условиях. При этом образуется неочищенный газ R и углеродсодержащий остаток RK. Температура ТО в зоне окисления регулируется на величину ниже, но по возможности близко к температуре плавления золы или температуре размягчения золы углеродсодержащего остатка RK. Тем самым избегается то, что зола углеродсодержащего остатка в зоне ZO окисления расплавится или размягчится, и это приведет к налипанию в области зоны ZO окисления. С другой стороны, при очень высокой температуре ТО в зоне ZO окисления уже достигается снижение содержания смолы в неочищенном газе R. Затем неочищенный газ R и углеродсодержащий остаток RK подвергаются частичной газификации во второй технологической стадии 13 в зоне ZV газификации. Зона ZV газификации может быть косвенно нагрета с помощью нагревательного устройства 15. В ином случае, температура TV в зоне ZV газификации регулируется, например, переносом тепла из зоны ZO окисления, в частности, с горячим углеродсодержащим остатком RK, а также горячим неочищенным газом R. Нагревательное устройство 15 в предпочтительном примере исполнения может иметь по меньшей мере одну горелку 16.

Температура TV в зоне ZV газификации может регулироваться посредством нагревательного устройства 15 независимо от температуры в зоне ZO окисления. Температура TV в зоне ZV газификации в примере исполнения составляет по меньшей мере 800°С и максимально 1000°С. Углеродсодержащий остаток RK в зоне ZV газификации подвергается частичной газификации с газообразными компонентами неочищенного газа, причем в примере исполнения углеродсодержащий остаток RK подвергается газификации до уровня около 75%. Газообразные компоненты, которые используются для газификации углеродсодержащего остатка RK, преимущественно представляют собой водяной пар и диоксид углерода.

В этих условиях в зоне ZV газификации образуется горячий продуктовый газ РН, который имеет еще нежелательное содержание смолы, а также активированный уголь АК. После этого горячий продуктовый газ РН и определенное количество МАК2 активированного угля АК совместно подаются в зону ZK охлаждения, чтобы совместно охлаждать продуктовый газ РН и определенное количество МАК2 активированного угля АК так, что смола из горячего продуктового газа РН переносится на активированный уголь в количестве МАК2 во время совместного охлаждения с определенным количеством МАК2 активированного угля. Этим путем может быть предотвращено образование осадка смолы на стенке камеры, которая формирует зону ZK охлаждения, так как смола поглощается определенным количеством МАК2 активированного угля. С другой стороны, эффективно используется активированный уголь АК.

Количество МАК2 активированного угля, которое охлаждается совместно с продуктовым газом РН, определяется сообразно количеству загруженной биомассы МВ, которая приводит к активированному углю АК, а также к продуктовому газу РН. Вводимое количество МВ биомассы, как правило, содержит воду и золу, и имеет массу mBroh. Это соответствует массе mBwaf при безводно-беззольном исходном состоянии (waf). Количество МАК2 активированного угля, который вводится в зону охлаждения, имеет массу mAK2, которая соответствует величине от минимально 2% до максимально 10% массы mWAF введенной биомассы В, в расчете на безводно-беззольное исходное состояние загружаемой биомассы В.

В третьей технологической стадии 14 горячий продуктовый газ РН и определенное количество МАК2 активированного угля и образовавшаяся в газогенераторе зола косвенно охлаждаются с помощью охлаждающего устройства 17. При этом в зоне ZK охлаждения происходит адсорбционный процесс, при котором смола из продуктового газа РН во время совместного охлаждения связывается с определенным количеством МАК2 активированного угля. Активированный уголь в количестве МАК2 во время охлаждения в общей камере обогащается смолой.

Горячий продуктовый газ РН внутри зоны ZK охлаждения может охлаждаться до температуры, например, ниже 50°С. Продуктовый газ РН и определенное количество МАК2 активированного угля в третьей технологической стадии предпочтительно совместно охлаждаются для адсорбционного процесса до уровня не ниже нижней предельной температуры, которая является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа РН. Тем самым можно более эффективно использовать поглотительную способность активированного угля. В результате обогащения активированного угля МАК2 смолой из продуктового газа РН в конце зоны ZK охлаждения образуется охлажденный продуктовый газ РА, который также может называться очищенным газом PR. Очищенный газ PR полностью освобожден от смолы или содержит только еще пренебрежимо малое количество смолы. Очищенный газ PR может быть использован для получения энергии и, в частности, не нуждается в дополнительной трудоемкой последующей обработке для удаления смолы. В частности, очищенный газ PR может быть непосредственно использован в теплоэлектроцентралях.

Кроме определенного количества МАК2 активированного угля для совместного охлаждения, может оставаться излишним избыточное количество МАК1 активированного угля из зоны ZV газификации. Оно, как поясняется стрелкой Р в Фигуре 1, может быть отведено или, соответственно, отобрано перед зоной ZK охлаждения. Избыточное частичное количество МАК1 с массовым расходом mAK1 потока может быть направлено для дополнительной тонкой очистки очищенного газа PR в систему очистительных резервуаров, чтобы еще больше снизить содержание остаточной смолы в очищенном газе PR после совместного охлаждения. Такая система очистительных резервуаров для очистки газа является общеизвестной, так что можно отказаться от подробного описания ее.

Как разъясняется в Фигуре 1 пунктирными линиями, охлажденный продуктовый газ РА и, соответственно, очищенный газ PR, может быть подвергнут обеспыливанию в подходящем пылеосадительном устройстве 18, например, посредством фильтра, электростатических устройств, циклона, или тому подобного.

Активированный уголь в количестве МАК2 может быть отобран из зоны ZK охлаждения и с помощью измельчительного устройства 19 размолот или подвергнут тонкому размолу. Размолотый активированный уголь, который далее называется угольной пылью SK, может быть использован для сжигания в качестве энергоносителя. Например, угольная пыль SK, или по меньшей мере часть ее, может направляться в горелку нагревательного устройства 15 для косвенного нагревания зоны ZV газификации.

Кроме того, в Фигуре 1 наглядно показаны две возможности применения отходящего газа G по меньшей мере одной горелки 16 нагревательного устройства. Отходящий газ G может быть, во-первых, использован в сушильном устройстве 20 для высушивания биомассы В перед введением в зону ZO окисления. Альтернативно или дополнительно, отходящий газ G может быть использован в подогревательном устройстве 21 для предварительного нагревания воздуха L и, соответственно, кислородсодержащего газа, перед подачей в зону ZO окисления.

Способ может быть проведен в комбинированной форме из автотермической и аллотермической газификации. Для необязательного косвенного нагревания зоны ZV газификации во второй технологической стадии 13 в одном примере требуются самое большее 10% энергосодержания биомассы. Очищенный газ PR имеет теплотворную способность между 1,5 и 2 кВт⋅час/м³. Может достигаться коэффициент полезного действия газогенератора свыше 80%. Отделение смолы от продуктового газа РН в результате адсорбции при совместном охлаждении продуктового газа РН и определенного количества МАК2 активированного угля в третьей технологической стадии 14 является исключительно экономически выгодным и не требует ни высоких капиталовложений, ни больших затрат на техническое обслуживание.

В Фигуре 2 разъясняется дополнительный пример исполнения соответствующего изобретению способа и соответствующего изобретению устройства. Далее описываются отличия от примера исполнения в Фигуре 1. В остальном действительно описание к примеру исполнения согласно Фигуре 1.

Первая технологическая стадия 12 в примере исполнения согласно Фигуре 2 подразделена на стадию 12i нагревания и стадию 12ii окисления. В стадии 12i нагревания биомасса В вводится в зону ZE нагревания. В зоне ZE нагревания биомасса В высушивается и нагревается таким образом, что летучие компоненты удаляются из биомассы В. При этом образуется газ из летучих компонентов PY (пиролизный газ) и углеродсодержащий остаток RK. Как наглядно показано, зона ZE нагревания может быть нагрета отходящим газом G горелки 16 нагревательного устройства 15. Альтернативно или дополнительно, но это не показано, зона ZE нагревания может обогреваться отходящим газом газового двигателя, который снабжается очищенным газом PR из технологического процесса. Температура TE в зоне нагревания составляет, например, около 500°С. Пиролизный газ PY подается в зону ZO окисления. Кроме того, в зону ZO окисления вводится кислородсодержащий газ, например, воздух L, в таком количестве, чтобы пиролизный газ PY в зоне ZO окисления подвергался достехиометрическому окислению. Воздух L может быть предварительно подогрет в снабжаемом теплом отходящего газа горелки 16 подогревающем устройстве 21.

Углеродсодержащий остаток RK вместе с пиролизным газом PY может быть введен в зону ZO окисления, и/или в обход зоны ZO окисления направлен непосредственно в зону ZV газификации. Часть углеродсодержащего остатка RK может быть подвергнута достехиометрическому окислению в зоне ZO окисления.

Отходящий газ горелки 16 нагревательного устройства 15 необязательно может быть использован для нагревания зоны ZV газификации.

В результате пространственного разделения нагревания для высушивания и пиролиза, с одной стороны, и окисления, с другой стороны, способ проводится в ступенчатом режиме. Желательная температура ТО в зоне ZO окисления тем самым может достигаться и регулироваться практически независимо от размера фрагментов биомассы В, а также влажности биомассы.

В Фигуре 3 в виде сбоку, частично в разрезе, схематически разъясняется пример исполнения устройства 11 для газификации биомассы В. Устройство 11 имеет по существу вертикально размещенный, например, цилиндрический резервуар 22, который ограничивает обобщенную реакционную камеру 23. На верхнем участке реакционной камеры 23 и, соответственно, реакционного резервуара 22, сформирована зона ZO окисления, и на последующем за нею участке образована зона ZV газификации. Благодаря вертикальному размещению может достигаться упрощенный транспорт внутри реакционной камеры 23 без дорогостоящих подающих устройств. Альтернативно этому, по меньшей мере одна реакционная камера 23 может быть ориентирована горизонтально или наклонно относительно вертикальных и горизонтальных направлений.

В альтернативном варианте, зона ZO окисления и зона ZV газификации могут быть также сформированы в обособленных друг от друга реакционных камерах (в Фигуре 3 не изображено). Отдельные реакционные камеры могут быть размещены в обособленных друг от друга реакционных резервуарах.

От верхнего по вертикали конца реакционного резервуара 22 в реакционную камеру 23 могут быть введены углеродсодержащий остаток RK, а также пиролизный газ PY. Углеродсодержащий остаток RK и пиролизный газ PY могут быть образованы в отдельной от реакционной камеры 23 нагревательной камере 24 устройства 11, которая составляет зону ZE нагревания в нагревательной камере 24 для высушивания и пиролиза биомассы В. Нагревательная камера трубопроводом 25 для пиролизного газа PY и углеродсодержащего остатка RK соединена с реакционной камерой 23.

Нагревательная камера 24 снабжается биомассой В из бункера 26 или промежуточного резервуара. Для этого предусматривается, что бункер 26 или, соответственно, промежуточный резервуар соединен с входным каналом 27 нагревательной камеры 24. Между бункером 26 и нагревательной камерой 24 для высушивания и пиролиза размещен первый шлюзовый затвор 28. Например, посредством этого первого шлюзового затвора 28 может регулироваться массовый расход mBroh потока биомассы В, которая вводится в нагревательную камеру 24. В нагревательной камере 24, которая размещена наклонно относительно вертикальных и горизонтальных направлений, размещено подающее устройство 29, например, шнековый транспортер, чтобы продвигать биомассу В от входного канала 27 нагревательной камеры 24 через нагревательную камеру 24. На выходе 30 нагревательной камеры 24 она соединена трубопроводом 25 с реакционной камерой 23, которая образует зону ZO окисления и зону ZV газификации. Нагревательная камера ZE и реакционная камера 23 представляют собой обособленные друг от друга камеры так, что температуры в реакционной камере 23 и нагревательной камере 24 могут регулироваться практически независимо друг от друга. Кроме того, на верхнем участке реакционного резервуара 22 имеется газоподводящее устройство 31 для подачи кислородсодержащего газа или, соответственно, воздуха L, в зону ZO окисления. Например, воздух может быть направлен через трубопровод 32 газоподводящего устройства 31 непосредственно в зону ZO окисления. В реакционной камере 23 имеется температурный датчик 33 для регистрации температуры ТО в зоне ZO окисления. Значение зарегистрированной температуры передается для регулирования температуры в не показанное подробнее устройство управления технологическим процессом. В зоне ZE нагревания, а также в зоне ZV газификации также могут быть размещены не показанные конкретно температурные датчики, которые регистрируют температуру в зоне ZE нагревания и в зоне ZV газификации, и могут передавать данные в устройство управления технологическим процессом.

На находящемся по направлению подачи конце 34 реакционной камеры 23 может быть размещено обозначенное стрелкой в Фигуре 3 отводное устройство 35, которое предназначено для отведения избыточного активированного угля АК, который не должен использоваться для совместного охлаждения активированного угля АК и продуктового газа РН в зоне ZK охлаждения, перед зоной ZK охлаждения. На конце 34 реакционной камеры 23 она соединена с холодильной камерой 36, которая содержится в резервуаре 37 холодильной камеры. Холодильная камера 36 образует зону ZK охлаждения. Холодильная камера 36 также размещается наклонно относительно вертикальных и горизонтальных направлений. В альтернативном варианте, она может быть ориентирована, например, вертикально или горизонтально. В холодильной камере 36 размещается подающее устройство 38, например, шнековый транспортер, который предназначен для продвижения через холодильную камеру 36 определенного количества, например, с определенным массовым расходом потока, образованного в реакционной камере 23 активированного угля АК. Кроме того, подающее устройство 38 содействует подаче горячего продуктового газа РН в холодильную камеру 36 и, соответственно, в зону ZK охлаждения. На находящемся по направлению подачи активированного угля АК и, соответственно, продуктового газа РН конце 39 холодильной камеры 36 она соединена с осадительной камерой 40, которая имеет фильтр 18, а также выпускной канал 41 для очищенного газа PR. Фильтр 18 может снабжаться, например, отведенным перед зоной ZK охлаждения активированным углем АК. На выпускном канале 41 размещается температурный датчик 42, который регистрирует температуру выходящего очищенного продуктового газа PR и передает данные в устройство управления технологическим процессом. Кроме того, осадительная камера 40 на ее нижнем конце имеет выпускной канал 43 для поглотившего смолу активированного угля АК. На выпускном канале 43 осадительная камера 40 соединена с реактором 44 для сжигания поглотившего смолу активированного угля АК. Между осадительной камерой 40, а также реактором 44 размещен второй шлюзовый затвор 45, через который загрязненный смолой активированный уголь АК подается в реактор 44 для сжигания поглотившего смолу активированного угля АК. Кроме того, реактор 44 в примере исполнения может снабжаться отведенным перед зоной ZK охлаждения избыточным активированным углем АК, причем соответствующий подводящий трубопровод в Фигуре 3 не показан. Второй шлюзовый затвор 45 так же, как и первый шлюзовый затвор 28 на входе 27 в нагревательную камеру 24, предназначен для того, чтобы устройство 11 могло работать при избыточном, например, при 5 бар (0,5 МПа), относительно давления в окружающей среде давлении в нагревательной камере 24, реакционной камере 23, холодильной камере 36, а также в осадительной камере 40.

Реактор 44 для сжигания поглотившего смолу активированного угля АК имеет выпускной канал 46 для золы, причем зола, например, может выводиться посредством ротационного дискового питателя 47 на выпускной канал. На выпускном канале 46 реактор 44 имеет третий шлюзовый затвор 48, который, как и другие шлюзовые затворы 28, 45, предназначен для того, чтобы устройство 11 могло действовать при избыточном относительно давления в окружающей среде давлении.

Нагревательная камера 24, которая образует зону ZE нагревания, окружена изоляционным кожухом 49. Между изоляционным кожухом 49 и наружной стенкой резервуара 50 для нагревательной камеры 24 образовано обогреваемое пространство 51. Обогреваемое пространство 51 в примере исполнения соединено с реактором 44 для сжигания поглотившего смолу активированного угля АК соответствующим трубопроводом 52, через который обогреваемое пространство 51 снабжается отходящим газом G реактора 44. Альтернативно или дополнительно, обогреваемое пространство 51, как обозначено стрелкой 52, может обогреваться отходящими газами газового двигателя (не изображен) для выработки электроэнергии, который, например, снабжается очищенным продуктовым газом РА, PR в качестве топлива. Отходящий газ G может выводиться из обогреваемого пространства 51 через выпускной канал 53 в изоляционном кожухе 49.

Реакционная камера 23 также окружена изоляционным кожухом 54, который охватывает как зону ZO окисления, так и зону ZV газификации. Между изоляционным кожухом 54 и реакционной камерой 23 может быть сформировано обогреваемое пространство для косвенного нагревания зоны ZV газификации и/или зоны ZO окисления (не показано), которое также может снабжаться отходящим газом G реактора 44.

Резервуар 37 холодильной камеры окружен кожухом 56, причем между кожухом 56 и резервуаром 37 холодильной камеры образована охлаждающая полость 57, которая может снабжаться через впускной канал 58 хладагентом С, в примере исполнения воздухом. Охлаждающая полость 57 имеет выпускной канал 59 для выведения воздуха С из охлаждающей полости 57. Нагретый в результате косвенного охлаждения холодильной камеры 36 воздух С может быть направлен через размещенный между выпускным каналом 59 и реактором 44 трубопровод 60 в реактор 44 для сжигания активированного угля АК.

Выпускной канал 41 для выведения очищенного газа PR, например, может быть соединен с газовым двигателем (не показан), который должен работать на очищенном газе PR. Для образования очищенного газа PR устройство 11 работает, например, следующим образом:

В стационарном состоянии, когда газовый двигатель должен обеспечивать постоянную механическую мощность, как правило, предусматривается непрерывное создание очищенного газа PR устройством 11 и, соответственно, способом 10. Для выработки очищенного газа PR, как правило, биомасса с постоянным массовым расходом mBroh потока (сырое исходное состояние) подается из бункера 26 для биомассы В с помощью первого шлюзового затвора 28 и, например, под действием силы тяжести, а также посредством подающего устройства 29, в нагревательную камеру 24 для высушивания и пиролиза биомассы В. Поток mBroh биомассы соответствует потоку mBwaf биомассы (безводно-беззольное исходное состояние). В нагревательной камере 24 и, соответственно, в зоне ZE нагревания, биомасса В высушивается косвенным нагревом зоны ZE нагревания отходящим газом G реактора 44 и/или газового двигателя при температуре, например, около 500°С, и нагревается таким образом, что летучие компоненты удаляются из биомассы В (пиролиз). При этом образуется углеродсодержащий остаток RK, а также пиролизный газ PY, который может иметь содержание смолы на уровне многих граммов на кубический метр.

Углеродсодержащий остаток RK, а также пиролизный газ PY с помощью подающего устройства 29 вводятся в зону ZO окисления. Там пиролизный газ PY при подаче кислородсодержащего газа, например, воздуха L, подвергается достехиометрическому окислению при температуре от около 1000 до 1200°С, причем образуется неочищенный газ R. Смолистые компоненты в пиролизном газе PY при этом по большей части подвергаются крекингу. Воздух кислородсодержащего газа L регулируется для установления температуры ТО в зоне ZO окисления. Например, требуется 1 кубический метр воздуха на килограмм биомассы (waf). В результате предварительного нагревания количество воздуха может быть еще сокращено, и повышена теплотворная способность очищенного газа PR. В зоне ZO окисления и, соответственно, в стадии 12ii окисления, содержание смолы в неочищенном газе R снижается до уровня, явно меньшего 500 мг на кубический метр.

Перенос неочищенного газа R в находящуюся ниже зоны ZO окисления зону ZV газификации достигается, например, тем, что кислородсодержащий газ L подается от верхнего по вертикали конца 61 реакционной камеры 23, и газ L тем самым вытесняет находящиеся в реакционной камере 23 газы по вертикали вниз. Альтернативно или дополнительно, на конце 34 реакционной камеры 23 или устройства 11 может быть присоединено непоказанное отсасывающее устройство для продуктового газа РН, чтобы вызывать перенос газа внутри реакционной камеры 23 или содействовать ему.

В зоне ZV газификации, которая также может называться зоной восстановления, преобладающая часть углеродсодержащего остатка RK подвергается эндотермической газификации, причем температура газа соответственно снижается, например, до 700°С. При этом сокращается доля углеродсодержащего остатка RK от первоначальных 20% после пиролиза до, например, 5%, в расчете на введенный поток mBwaf биомассы (безводно-беззольное исходное состояние). Образуется уголь АК с высокопористой структурой (активированный уголь).

Устройство управления технологическим процессом устройства 11 предназначено для регулирования технологических параметров, например, таких как температура и, по обстоятельствам, также давление, и/или чтобы посредством отводного устройства 35 и/или подающего устройства 38 вводить в холодильную камеру 36 активированный уголь АК с определенным массовым расходом МАК2 потока из диапазона минимально 0,02 килограмма до максимально 0,1 килограмма на килограмм введенной биомассы В (в расчете на безводно-беззольное исходное состояние), из которой был образован активированный уголь АК, для подачи из зоны ZV газификации в зону ZK охлаждения холодильной камеры 36, и там для косвенного охлаждения совместно с образованным из введенной биомассы В загрязненным смолой продуктовым газом РН до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Во время совместного охлаждения продуктовый газ РН в результате адсорбционного процесса очищается от смолы, и после этого подается в газовый двигатель в виде очищенного газа PR.

При изменении потребности в очищенном газе PR или при значительном колебании теплотворной способности обрабатываемой в данный момент биомассы А соответственно изменяется массовый расход mBroh потока биомассы В. Тем самым с задержкой создается измененный массовый расход mAK потока активированного угля в зону ZV газификации. Устройство управления технологическим процессом рассчитано на учет того, что изменение массового расхода mAK потока образованного активированного угля АК происходит с запаздыванием относительно изменения массового расхода mBroh потока загруженной биомассы. Поэтому также при изменяющейся потребности в очищенном газе PR количество МАК2, и, соответственно, массовый расход mAK2 потока, должно подаваться в зону ZK охлаждения из имеющегося в данный момент в зоне ZV газификации массового расхода mAK потока активированного угля, будучи определяемым на основании количества и, соответственно, подводимого массового расхода биомассы (количества и, соответственно, массового расхода в расчете на исходное состояние waf), из которого был образован в зоне ZV газификации в данный момент активированный уголь с массовым расходом mAK потока.

Смолистые компоненты и другие вредные вещества из продуктового газа РН адсорбируются активированным углем МАК2 во время совместного охлаждения. Поглотительная способность (адсорбционная емкость) активированного угля АК является столь высокой, что при содержании только 2 весовых процентов на килограмм биомассы В (waf), например, из продуктового газа РН может быть удален 1 грамм смолистых компонентов. Продуктовый газ РН и определенное количество МАК2 активированного угля при совместном охлаждении предпочтительно не охлаждаются ниже нижней предельной температуры, остающейся выше температуры точки росы продуктового газа РН, так как поглотительная способность активированного угля АК значительно снижается по мере приближения относительной влажности продуктового газа РН к 100%. В примере исполнения для косвенного охлаждения зоны ZK охлаждения применяется воздух С, причем нагретый охлаждающий воздух С подается в реактор для сжигания загрязненного смолой активированного угля МАК2.

Продуктовый газ РА, PR в примере исполнения после зоны ZK охлаждения отделяется от загрязненного вредным веществом активированного угля МАК2 в пылеулавливающем фильтре 18. Загрязненный вредным веществом активированный уголь МАК2 направляется в реактор 22 через второй шлюзовый затвор 45, и сжигается вместе с израсходованным охлаждающим воздухом С. Зола, например, отделяется через ротационный дисковый питатель 47 и третий шлюзовый затвор 48.

При высокой влажности биомассы В может быть целесообразным обогревание зоны ZE нагревания путем косвенного нагрева, как отходящими газами газового двигателя, так и отходящими газами реактора 44 для сжигания загрязненного смолой активированного угля МАК2.

Газификация при повышенном давлении с соответствующими шлюзовыми затворами 28, 45, 48 на входе и выходе газогенератора 11 имеет то преимущество, что очищенный продуктовый газ PR может подаваться в находящийся под давлением газовый двигатель без компрессора. Кроме того, тем самым повышается поглотительная способность активированного угля АК.

Посредством соответствующего изобретению способа 10 и соответствующего изобретению устройства 11 для тонкой очистки может быть образован пригодный для двигателя продуктовый газ PR, без необходимости в дополнительной ниже по потоку очистке (например, посредством скруббера, электрофильтра или тому подобного). Коэффициент полезного действия газогенератора даже в случае очень влажной биомассы составляет свыше 80%.

Изобретение относится к способу 10 для газификации биомассы В, а также к предназначенному для этого устройству 11. Способ проводится по меньшей мере в трех технологических стадиях 12, 12i, 12ii, 13, 14. В первой технологической стадии в примере исполнения биогенная сырьевая биомасса может вводиться в зону ZE нагревания, чтобы можно было высушить биомассу В и удалить летучие компоненты, чтобы получить из нее пиролизный газ PY. Пиролизный газ PY вводится в зону ZO окисления и там подвергается достехиометрическому окислению, причем образуется неочищенный газ R. Коксообразный углеродсодержащий остаток RK, который образуется в зоне ZE нагревания, подвергается частичной газификации вместе с неочищенным газом R во второй технологической стадии 13 в зоне ZV газификации. Зона ZE нагревания может действовать в режиме косвенного нагрева. Зона ZV газификации также может действовать в режиме косвенного нагрева. Зона ZE нагревания и зона ZO окисления предпочтительно представляют собой отделенные друг от друга зоны в отдельных камерах 23, 24. В результате газификации образуется активированный уголь АК, а также горячий технологический газ РН. Соответствующий изобретению способ 10 и соответственное устройство 11 рассчитаны на то, чтобы охлаждать определенное количество активированного угля от минимально 0,02 килограмма до максимально 0,1 килограмма на килограмм вводимой биомассы (в безводно-беззольном исходном состоянии, waf), из которой в зоне ZV газификации получается активированный уголь, а также горячий продуктовый газ РН в третьей технологической стадии в зоне ZK охлаждения, например, до температуры не выше 50°С. Устройство предпочтительно выполнено и, соответственно, рассчитано на такое исполнение способа, что активированный уголь АК, а также горячий технологический газ РН совместно охлаждаются таким образом, что температура технологического газа РН в зоне ZK охлаждения при совместном охлаждении с активированным углем АК остается выше нижней предельной температуры, которая является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа РН. Происходящий во время совместного охлаждения активированного угля АК и продуктового газа РН адсорбционный процесс приводит к тому, что смола во время охлаждения в зоне охлаждения из горячего продуктового газа РН осаждается на активированном угле АК. Благодаря этому после третьей технологической стадии 14 получается очищенный газ PR, РА, который по существу не содержит смолу. Обогащенный смолой активированный уголь АК может быть, по меньшей мере частично, сожжен для обогревания зоны ZE нагревания и/или зоны ZV газификации.

Список ссылочных позиций:

10 способ

11 устройство

12 первая технологическая стадия

12i стадия нагревания

12ii стадия окисления

13 вторая технологическая стадия

14 третья технологическая стадия

15 нагревательное устройство

16 горелка

17 охлаждающее устройство

18 пылеосадительное устройство

19 измельчительное устройство

20 сушильное устройство

21 подогревательное устройство

22 реакционный резервуар

23 реакционная камера

24 нагревательная камера

25 трубопровод

26 бункер

27 входной канал

28 первый шлюзовый затвор

29 подающее устройство

30 выходной канал

31 газоподводящее устройство

32 трубопровод

33 температурный датчик

34 конец

35 отводное устройство

36 холодильная камера

37 резервуар холодильной камеры

38 подающее устройство

39 конец

40 осадительная камера

41 выпускной канал

42 температурный датчик

43 выпускной канал

44 реактор

45 второй шлюзовый затвор

46 выпускной канал

47 ротационный дисковый питатель

48 третий шлюзовый затвор

49 изоляционный кожух

50 резервуар для нагревательной камеры

51 обогреваемое пространство

52 стрелка

53 выпускной канал

54 изоляционный кожух

56 кожух

57 охлаждающая полость

58 впускной канал

59 выпускной канал

60 трубопровод

61 верхний конец

B биомасса

L воздух

R неочищенный газ

RK углеродсодержащий остаток

PH продуктовый газ

AK активированный уголь

PA, PR охлажденный продуктовый газ, очищенный газ

SK угольная пыль

G отходящий газ

PY пиролизный газ

MB количество подводимой биомассы

MAK2 определенное количество активированного угля

MAK1 избыточное количество активированного угля

mBroh масса, массовый расход потока биомассы (сырое исходное состояние)

mBwaf масса, массовый расход потока биомассы (безводно-беззольное исходное состояние)

mAK масса, массовый расход потока образованного в зоне газификации активированного угля

mAK2 масса, массовый расход потока активированного угля для совместного охлаждения

mAK1 масса, массовый расход потока избыточного активированного угля

ZO зона окисления

TO температура зоны окисления

ZV зона газификации

TV температура в зоне газификации

ZK зона охлаждения

ZE зона нагревания

TE температура зоны нагревания

P - стрелка

1. Способ (10) для газификации биомассы (В),

причем биомасса (В) подается в устройство (11) для газификации,

причем из введенной биомассы (В) в первой технологической стадии (12, 12i, 12ii) получается неочищенный газ (R) и углеродсодержащий остаток (RK),

причем углеродсодержащий остаток (RK) подвергается частичной газификации с газообразными компонентами неочищенного газа (R) во второй технологической стадии (13) в зоне (ZV) газификации, в результате чего образуется активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН),

причем на единицу массы введенной биомассы (В), в расчете на безводно-беззольное исходное состояние (waf), активированный уголь (АК) в количестве между минимально 0,02 единицы массы и максимально 0,1 единицы массы, и горячий продуктовый газ (РН), к которым привела введенная биомасса (В), отбираются из зоны (ZV) газификации, вводятся в зону (ZK) охлаждения и в зоне (ZK) охлаждения в третьей технологической стадии (14) совместно охлаждаются так, что происходит адсорбционный процесс, при котором активированный уголь (АК) во время охлаждения обогащается смолой из горячего продуктового газа (РН).

2. Способ по п. 1, причем продуктовый газ (РН) и активированный уголь (МАК2) в третьей технологической стадии (14) для адсорбционного процесса в зоне (ZK) охлаждения не охлаждаются ниже нижней предельной температуры, которая является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа (РА, PR).

3. Способ по п. 2, причем нижняя предельная температура на величину между минимально 10 К (-263.15°С) и максимально 20 К (-253.15°С) является более высокой, чем температура точки росы продуктового газа (РА, PR).

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем в первой технологической стадии (12, 12i, 12ii) введенная биомасса (В) высушивается в первой подстадии (12i) в зоне (ZE) нагревания и нагревается таким образом, что удаляются летучие компоненты биомассы (В), причем образуются пиролизный газ (PY) и углеродсодержащий остаток (RK), и причем по меньшей мере пиролизный газ (PY) в последующей второй подстадии (12ii) первой технологической стадии (12) в зоне (ZO) окисления подвергается достехиометрическому окислению при подаче кислородсодержащего газа (L), в результате чего образуется неочищенный газ (R).

5. Способ по п. 4, причем зона (ZE) нагревания, с одной стороны, и зона (ZO) окисления, с другой стороны, представляют собой обособленные друг от друга зоны.

6. Способ по п. 4, причем достехиометрическое окисление пиролизного газа (PY) и газификация углеродсодержащего остатка (RK) проводятся в отдельных друг от друга зонах.

7. Способ по одному из пп. 5, 6, причем достехиометрическое окисление проводится при температуре (ТО) от минимально 1000°С (1273 K) до максимально 1200°С (1473 K) в зоне (ZO) окисления.

8. Способ по п. 4, причем температура (ТО) в зоне (ZO) окисления регулируется количеством подводимого кислородсодержащего газа (L).

9. Способ по любому одному из пп. 1, 2, 3, 5, 6 или 8, причем способ проводится при повышенном относительно давления в окружающей среде давлении.

10. Способ по любому одному из пп. 1, 2, 3, 5, 6 или 8, причем очищенный посредством адсорбционного процесса продуктовый газ (РА, PR) подается в устройство, например, газовый двигатель, в качестве топлива, причем количество загружаемой биомассы (МВ) и отводимое из зоны газификации количество (МАК2) активированного угля (АК) регулируется пропорционально мощностным характеристикам устройства.

11. Способ по любому одному из пп. 1, 2, 3, 5, 6 или 8, причем неочищенный газ (R) и углеродсодержащий остаток (RK) в зоне (ZV) газификации нагреваются в условиях косвенного нагрева, и/или причем активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН) в зоне (ZK) охлаждения охлаждаются в режиме косвенного охлаждения.

12. Способ по любому одному из пп. 1, 2, 3, 5, 6 или 8, причем активированный уголь (АК) с адсорбированной на нем смолой из третьей технологической стадии (14) сжигается в реакторе (44) с воздухом, который был использован в третьей технологической стадии (14) для охлаждения продуктового газа (РН) и активированного угля (АК), причем отходящий газ (G) от сжигания предпочтительно используется для нагревания в зоне (ZE) нагревания.

13. Устройство (11) для газификации биомассы (В) по меньшей мере с одной камерой (24) с зоной (ZE) нагревания,

с подающим устройством (28, 29), которое предназначено для введения биомассы (В) в зону (ZE) нагревания, чтобы образовывать пиролизный газ (PY) и углеродсодержащий остаток (RK),

по меньшей мере с одной камерой (23) с зоной (ZO) окисления для окисления пиролизного газа (PY) и зоной (ZV) газификации для газификации углеродсодержащего остатка (RK),

с подающим устройством (29), которое предназначено для подачи пиролизного газа (PY) из зоны (ZE) нагревания в зону (ZO) окисления, и неочищенного газа (R) из зоны (ZO) окисления в зону (ZV) газификации, и которое предназначено для подачи углеродсодержащего остатка (RK) из зоны (ZE) нагревания в зону (ZV) газификации,

с газоподводящим устройством (31), которое предназначено для введения кислородсодержащего газа (L) в таком количестве, чтобы находящийся в зоне (ZO) окисления пиролизный газ (PY) подвергался достехиометрическому окислению, в результате чего образуется неочищенный газ (R),

с нагревающим средством для нагревания зоны газификации, которое предназначено для такого регулирования температуры в зоне (ZV) газификации, что углеродсодержащий остаток (RK) с газообразными компонентами неочищенного газа (R) подвергается частичной газификации, в результате чего образуются активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН),

причем устройство (11) предназначено для получения определенного количества (МАК2) активированного угля (АК) и продуктового газа (РН) из зоны (ZV) газификации в зоне (ZK) охлаждения,

причем определенное количество (МАК2) активированного угля составляет от минимально 0,02 единицы массы до максимально 0,1 единицы массы от массы введенной биомассы (В) в расчете на безводно-беззольное исходное состояние, из которой образуются активированный уголь (АК) и горячий продуктовый газ (РН),

с охлаждающим устройством (ZK), которое предназначено для совместного охлаждения определенного количества (МАК2) активированного угля и горячего продуктового газа (РН) так, что происходит адсорбционный процесс, при котором активированный уголь (МАК2) во время охлаждения обогащается смолой из горячего продуктового газа (РН).

14. Устройство по п. 13, причем зона (ZE) нагревания, с одной стороны, и зона (ZO) окисления, с другой стороны, размещены в отдельных камерах (23, 24), и/или причем зона (ZV) газификации, с одной стороны, и зона (ZK) охлаждения, с другой стороны, размещены в отдельных камерах (23, 36).

15. Устройство по п. 13 или 14, причем устройство (11) предназначено для возможности проведения газификации при повышенном относительно давления в окружающей среде давлении.