CZ2007553A3

CZ2007553A3 - Zpusob a zarízení pro pyrolytickou premenu spalitelného materiálu

Info

Publication number: CZ2007553A3
Application number: CZ20070553A
Authority: CZ
Inventors: Holuša@Václav; Vanícek@Petr; Koutník@Ivan; Kaloc@Miroslav
Original assignee: Agro-Eko Spol. S R. O.
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-02-25
Also published as: EP2197982A2; JP2010536536A; US20100140074A1; CN101778926A; WO2009021471A2; WO2009021471A3; RU2010107304A; WO2009021471A4

Abstract

Spalitelný materiál se kontinuálne nebo pulzne zavádí do reakcního prostoru, který je oddelen od okolní atmosféry, postupne se presouvá pres reakcní prostor k výstupu z nej ve shodném smeru v jakém ze spalitelného materiálu odcházejí uvolnované plyny. Reakcní prostor se vyhrívá na teplotu, jejíž hodnota se smerem k výstupu z reakcního prostoru zvyšuje, nejvýše však na teplotu 1200 .degree.C. Uvolnené plyny se odvádí oddelene od nezplyneného zbytku. S výhodou se do spalitelného materiálu zavádí vodní pára a/nebo voda a spalitelný materiál drívevložený do reakcního prostoru se presouvá pusobením následne pridávaného spalitelného materiálu, pricemž se spalitelný materiál stlacuje. Zarízení pro pyrolytickou premenu sestává z plnícího zarízení(1), z reaktoru (2), obsahujícího reakcní prostor(5), nejméne z jednoho ohrevu (3, 13), a dále z výsypky (4) nezplyneného zbytku (8). Reaktor (2) mátvar podlouhlého telesa, jehož podélná osa se od vertikálního smeru odklání nejvýše o 45.degree., pricemž plnící zarízení (1) se nachází v nejnižším míste reaktoru (2) a vstup výsypky (4) nezplyneného zbytku (8) se nachází v horní cásti reaktoru (2). V reaktoru (2) se nachází reakcní prostor (5), který je v kontaktu s nejméne jedním ohrevem (3, 13). Výsypka (4) nezplyneného zbytku (8) je k reaktoru (2) pripojena nad reakcním prostorem (5). Horizontální prurez reakcní, prostorem (5) se smerem nahoru alespon v jedné cásti zmenšuje, pricemž s výhodou je do reakcního prostoru (5) zaústeno nejménejedno prívodní potrubí (6) pro prívod vodní páry a/nebo vody. S výhodou se uvnitr reaktoru (2), v jeho podélné ose nachází nejméne jeden sloup (9). Ohrevem (3,13) jsou e

Description

Způsob a zařízení pro pyrolytíckou přeměnu spalitelného materiálu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro pyrolytíckou přeměnu spalitelného materiálu a řeší problém výroby energeticky a technologicky zpracovatelného hořlavého plynu, který neobsahuje dehet, a současně řeší efektivní a ekologické využiti pevných látek nebo směsí s převažujícím obsahem pevných látek, například uhlí, dřevních štěpků nebo odpadních organických zbytků, zejména fermentačně hygienizovaných odpadů ze zemědělské nebo z. potravinářské výroby nebo jiných látek obsahujících volný nebo organicky vázaný uhlík.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že zplyňování biomasy samotné i jejích četných modifikací je spojeno se souběžnou tvorbou tří produktů, a to pyrolyzního plynu, kondenzovatelných látek, např. dehtu, a nezplynitelného zbytku.. Nevýhodou takto vyrobeného pyrolyzního plynu je, že obsahuje jak tuhé částice, tak kondenzující látky. Pyrolyzní plyn se ncjČasteji zpracovává při výrobě elektrické energie a jeho nedostatečná čistota způsobuje korozi materiálu, tvorbu úsad atd. Je známo, že tyto problémy jsou řešeny dodatečnými úpravami pyrolyzního plynu, zejména odstraňováním nebo rozkladem dehtu. Je znám proces katalytického krakování dehtu a jeho složek na zrněném loži K rozkladu dehtu dochází vlivem teploty a katalytického působení některých fází, obsažených v zrněném loži, Proces probíhající v rozsahu teplot 600 až 900 °C na štěpném loži obsahujícím vápenec, dolomit a jako katalyzátory oxid hlinitý a karbid křemíku má účinnost 60 až 90 %. Jinou známou možností je použití diskových filtrů, plněných oxidem hlinitým, smíšeným s práškovým niklem a oxidem hořečnatým. Tento proces nejlépe probíhá při teplotě 850 °C. Dále je známo zrněné lože tvořené dolomitem, který byl modifikován niklem. I tento proces probíhá za zvýšené teploty. Jelikož nevýhodou výše popsaných procesů je citlivost na přítomnost sirných sloučenin, bývá do dolomitu rovněž přidáván oxid vápenatý Dále je známo, že pro katalytický rozklad dehtu je možno použít přírodních katalyzátorů, jako směs vápence, olivínu a dolomitu nebo zeolit Katalytický efekt mají rovněž látky se zvýšeným obsahem oxidu železitého, například siderit nebo limonit. Nevýhodou použiti těchto katalyzátorů je nedostatečná účinnost katalytického rozkladu dehtu, která je nejvýše 75 %. Společnou nevýhodou všech katalytických postupů je nutnost obnovy štěpného lože, dostupnost vhodných komponent, problémy s ekologickou likvidací nebo s *** *· .¾

Μ recyklací použité hmoty štěpného lože. Další nevýhodou katalytických procesů je, že probíhají za zvýšených teplot, což zvyšuje energetickou náročnost zpracování.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody řeší způsob a zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu dle vynálezu.

Podstatou způsobuje, že se spalitelný materiál kontinuálně nebo pulzně zavádí do reakčního prostoru, který je oddělen od okolní atmosféry, načež se spalitelný materiál postupně přesouvá přes reakční prostor k výstupu z reakčního prostoru, ve shodném směru v jakém ze spalitelného materiálu odcházejí uvolňované plyny. Reakční prostor se vyhřívá na teplotu, jejíž hodnota se směrem k výstupu z reakčního prostoru zvyšuje, nejvýše však na teplotu 1200 ° C. Po průchodu spalitelného materiálu reakčním prostorem se uvolněné plyny odvádí odděleně od nezplyněného zbytku. Alternativně se do spalitelného materiálu zavádí vodní pára a/nebo voda, a to před jeho vstupem do reakčního prostou a/nebo při jeho průchodu reakčním prostorem. Dle další alternativy se spalitelný materiál dříve vložený do reakčního prostoru přesouvá reakčním prostorem působením následně přidávaného spalitelného materiálu. Alternativně se též spalitelný materiál v průběhu přesouvání přes reakční prostor alespoň v jednom úseku stlačuje.

Podstatou zařízení, které sestává z plnícího zařízení, z reaktoru, obsahujícího reakční prostor, z nejméně jednoho ohřevu á dále z výsypky nezplyněného zbytku je, že reaktor má tvar podlouhlého tělesa, jehož podélná osa se od vertikálního směru odklání nejvýše o 45°, přičemž plnící zařízení se nachází v nejnižším místě reaktoru a vstup výsypky nezplyněného zbytku se nachází v horní části reaktoru. Dále se v reaktoru nachází reakční prostor, který je v kontaktu s nejméně jedním ohřevem. Výsypka nezplyněného zbytku je k reaktoru připojena nad reakčním prostorem. Alternativně se horizontální průřez reakčním, prostorem směrem nahoru alespoň v jedné části zmenšuje. Dle další alternativy je do reakčního prostoru zaústěno nejméně jedno přívodní potrubí pro přívod vodní páry á/nebo vody. Alternativně se rovněž uvnitř reaktoru, v jeho podélné ose, dále nachází nejméně jeden sloup. Dle další alternativy jsou ohřevem elektrické topné spirály a/nebo hořáky. Plnící zařízení alternativně obsahuje nejméně jeden píst, který má s výhodou podstavu tvaru mezikruží, v jehož středu se nachází sloup nebo nejméně jeden šnek, který s výhodou obtáčí sloup. Výhodnou alternativou je, pokud je plnící otvor reaktoru opatřen lemem, který s výhodou obsahuje kuželovou plochu rozevírající se směrem do reakčního prostoru.

v v · τ ·, · rva ··· ··; ·· «· a

Výhodou způsobu a zařízení dle vynálezu je to, že vzniklý plyn neobsahuje dehet, což přispívá k bezporuchovému provozu navazujících technologií. Vzniklý plyn má vysokou výhřevnost, neboť je obohacen o hořlavé látky, které vznikly rozkladem dehtu. Způsob je snadno řiditelný regulací teploty a regulaci množství dodávaného spalitelného materiálu.

Výhodou způsobu je též jeho nízká energetická náročnost. Vznikající plyn lze navíc dobře využít v navazujících technologiích. Další výhodou je, že veškerý organicky vázaný nebo volný uhlík může být převeden do plynu. Výhodou je rovněž, že proces probíhá kontinuálně, vznikající plyn má homogenní složení, množství pevného zbytku je minimalizováno a pevný zbytek je z reakčního prostoru kontinuálně odstraňován. Výhodou vnášení vodní páry nebo vody do procesů probíhajících v reaktoru je minimalizace množství volného nebo organicky vázaného uhlíku v nezplyněném zbytku, neboť byť reakcí s vodou převeden na oxid uhelnatý za současného vzniku vodíku, čímž dochází ke zvýšení účinnosti zařízení.

Výhodou zařízení je, že je konstrukčně jednoduché a kompaktní, protože v jednom reakčním prostoru probíhají veškeré procesy, tj. ohřev, zplynění, redukční reakce i alternativně vznik vodního plynu. Dalšími výhodami jsou variabilita v kapacitě, variabilita fyzikálních vlastností spalitelného materiálu, např. různá granulometrie nebo různý obsah kapalného podílu. Výhodou je rovněž, že zařízení může být konstruováno jako mobilní, Další výhodou je, že není nutná výstupní analýza pyrolýzního plynu a že zařízení nemusí mít vazbu na další technologie, např. na čistící zařízení plynu.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je schematicky znázorněno zařízení dle příkladu 4, zatímco obrázek 2 znázorňuje zařízení dle příkladu 5.

Příklady provedení vynálezu

-i 'ji

Příklad 1

I ‘ ,1

Dle příkladu 1 je spalitelným materiálem fermentačně hygienizovaný odpad ze zemědělské a potravinářské výroby. Spalitelný materiál se kontinuálně zavádí do reakčního prostoru, který je vytápěn plynovými horáky a oddělen od okolní atmosféry. Spalitelný materiál je při svém průchodu vystaven postupně se zvyšující teplotě, přičemž dochází ke vzniku plynů, které procházejí spalitelným materiálem, vystaveným vyšší teplotě, než spalitelný materiál, ze i»· ·· kterého plyn vznikl. Při průchodu plynu spalitelným materiálem dochází k chemickým reakcím, které vedou ke zplyňování dalších podílů spalitelného materiálu a ke změně chemického složení plynu. Při ohřevu na teplotu do 150 °C dochází především k odpařování vody a k uvolňování nasorbovaných plynů, např. CO2 a CH4. Teplota okolo 250 °C představuje počátek štěpení organických látek za zniku CO2 a CO. Při teplotě nad 300 °C pokračují štěpné reakce při kterých vniká CO₂ a CO a rozbíhají se další rozkladné reakce vedoucí ke vzniku CH4 a H₂. Při teplotě nad 350 °C se začínají uvolňovat dehtové látky a spalitelný materiál ztrácí zbytky vázaného vodíku a kyslíku. Při teplotách nad 550 °C je již původní organická hmota prakticky rozložena na uhlík a uvolněné plyny a dehtové látky. Při dalším zvyšování teploty dochází při teplotě nad 700 °C k rozkladu dehtových látek za vzniku vodíku. Při teplotách nad 800 °C se jednak začíná projevovat boudouardova reakce, která vede k postupně se zvyšujícímu obsahu CO a současně k poklesu obsahu CO2 a O₂ v plynu. Rovněž vznikají další podíly vodíku jednak vlivem probíhajícího štěpení dehtových látek a jednak rozkladem vodní páry vzniklé při průchodu spalitelného materiálu nižšími teplotami v předcházejících fázích ohřevu. Tento rozklad probíhá na rozžhaveném uhlíkovém poli a jeho důsledkem je snížení obsahu uhlíku ve spalitelném materiálu a současně zvýšení obsahu vodíku v plynu.

Po průchodu spalitelného materiálu reakČním prostorem přepadává nespalitelný zbytek, jehož teplota nepřesahuje 1200 °C z reakční zóny do šachty, kde se shromažďuje a odkud se periodicky odstraňuje.

Priklad.2

Příklad 2 se od příkladu 1 liší tím, že reakční prostor je elektricky vytápěn, spalitelný materiál tvořící vsázku se do zařízení dodává periodicky v předem určených dávkách a dále tím, že se obsah vodní páry v reakčním prostoru zvyšuje jejím přidáváním z externího zdroje. Produkce

H₂ i CO je v tomto případě mnohem intenzivnější a nezplyněného zbytku je menší množství, protože v něm není obsažen téměř žádný volný uhlík, ani žádné jiné organické uhlíkaté sloučeniny.

Příklad 3 *

Příklad 3 se od příkladu 2 liší tím, že spalitelný materiál obsahuje minimálně 30 % pneumatik.

• 9« *·

Příklad 4 .

Zařízení pro pyrolytíckou přeměnu spalitelného materiálu na pyrolýzní plyn a nezplyněný zbytek dle příkladu 4 sestává z plnícího zařízení 1, z reaktoru 2, obsahujícího reakční prostor 5, ohřev 3 nižší teploty a ohřev 13 vyšší teploty, a dále z výsypky 4 nezplyněného zbytku 8 Reaktor 2 má tvar podlouhlého tělesa, jehož podélná osa je vertikální. Plnící zařízení 1 se nachází v nejnižším místě reaktoru 2 a vstup výsypky 4 nezplyněného zbytku 8 se nachází v horní Části, reaktoru 2. V reaktoru 2 se nachází reakční prostor 5, který je v kontaktu s oběma ohřevy 3.13. Výstup 16 plynuje do reaktoru 2 zaústěn v jeho nejvyšším místě. Horizontální průřez reakčním prostorem 5 se v místě kontaktu s ohřevem 13 vyšší teploty směrem nahoru zmenšuje. Do reakčního prostoru 5 je zaústěno přívodní potrubí 6 pro přívod vodní páry a/nebo vody. Uvnitř reaktoru 2 se v jeho podélné ose dále nachází sloup 9.

Ohřev 3 nižší teploty i ohřev 13 vyšší teploty představují elektrické topné spirály. Plnící zařízení 1 obsahuje píst 10, který má podstavu tvaru mezíkruží, v jehož středu se nachází sloup 9. Plnící otvor 14 reaktoru 2 je opatřen lemem 15. Lem 15 má tvar pláště komolého kužele, jehož větší základna se nachází ze strany reakčního prostoru 5. Zařízení dle tohoto příkladu pracuje způsobem popsaným v příkladu 2.

Příklad 5

Zařízení pro pyrolytíckou'přeměnu spalitelného materiálu dle příkladu 5 se od zařízení popsaného v přikladu 4 liší tím, že do reakčního prostoru 5 není zaústěno přívodní potrubí 6

... ·) pro přívod vodní páry a/nebo vody, tím, že ohřev 3 nižší teploty i ohřev 13 vyšší teploty představují plynové hořáky, plnící otvor 14 reaktoru 2 není opatřen lemem 15 a plnící zařízení 1 obsahuje šnek 7, který obtáčí sloup 9. Zařízení dle tohoto ’ příkladu pracuje způsobem popsaným v příkladu 1.

Průmyslová využitelnost

Vynález je možné využít ke zpracování veškerých pevných látek nebo směsí s převahou pevných látek,' obsahujících volný nebo organicky vázaný uhlík, a to buď ke zplynění pevných látek nebo ke zkoncentrování látek tvořících nespalitelný zbytek. . .

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob pyrolytické přeměny spalitelného materiálu, vyznačující se tím, že se spalitelný materiál kontinuálně nebo pulzně zavádí do reakčního prostoru, který je oddělen od okolní atmosféry, načež se spalitelný materiál postupně přesouvá přes reakční prostor k výstupu z reakčního prostoru, ve shodném směru v jakém ze spalitelného materiálu odcházejí uvolňované plyny, přičemž se reakční prostor vyhřívá na teplotu, jejíž hodnota se směrem k výstupu z reakčního prostoru zvyšuje, nejvýše vsak na teplotu 1200 ⁰ C, načež se po průchodu spalitelného materiálu reakční m prostorem uvolněné plyny odvádí odděleně od nezplyněného zbytku.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se do spalitelného materiálu zavádí vodní pára a/nebo voda, a to před jeho vstupem do reakčního prostoru a/nebo při jeho průchodu reakčním prostorem.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalitelný materiál dříve vložený do reakčního prostoru se reakčním prostorem přesouvá působením následně přidávaného spalitelného materiálu.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se spalitelný materiál v průběhu přesouvání přes reakční prostor alespoň v jednom úseku stlačuj e.
5. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu na pyrolýzní plyn a nezplyněný zbytek, sestávající z plnícího zařízení (1), z reaktoru (2), obsahujícího reakční prostor (5) a nejméně jeden ohřev (3,13), a dále z výsypky (4) nezplyněného zbytku (8), vyznačující se tím, že reaktor (2) má tvar podlouhlého tělesa, jehož podélná osa se od vertikálního směru odklání nejvýše o 45°, přičemž plnící zařízení (1) se nachází v nejnižším místě reaktoru (2) a vstup výsypky (4) nezplyněného zbytku (8) se nachází v horní části reaktoru (2) a dále se v reaktoru (2) nachází reakční prostor (5), který je v kontaktu s nejméně jedním ohřevem (3, 13), přičemž výsypka (4) nezplyněného zbytku (8) je k reaktoru (2) připojena nad reakčním prostorem (5)·.

• ··· · · φ· · * « *«« · · * ♦ « · * ♦· ♦* *< ·· ·
6. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím, že horizontální průřez reakčním, prostorem (5) se směrem nahoru alespoň v jedné části zmenšuje.
7. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím, že do reakčního prostoru (5) je zaústěno nejméně jedno přívodní potrubí (6) pro přívod vodní páry a/nebo vody.
8. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím, že se uvnitř reaktoru (2), v jeho podélné ose dále nachází nejméně jeden sloup i

(9).
9. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím, že ohřevem (3,13) jsou elektrické topné spirály a/nebo hořáky.
10. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující .

se tím, že plnící zařízení (1) obsahuje nejméně jeden píst (10), přičemž s výhodou má píst (10) podstavu tvaru mezikruží, v jehož středu se nachází sloup (9).

'
11. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím, že plnící zařízení (1) obsahuje nejméně jeden šnek (7), který s výhodou obtáčí

I „ sloup (9).
12. Zařízení pro pyrolytickou přeměnu spalitelného materiálu podle nároku 5, vyznačující se tím,, že plnicí otvor (14) reaktoru (2) je opatřen lemem (15), který s výhodou obsahuje kuželovou plochu rozevírající se směrem do reakčního prostoru.