Устройство и способ получения синтез-газа, имеющего повышенный тепловой коэффициент полезного действия

Номер патента: 17213

Опубликовано: 30.10.2012

Авторы: Перри Офнэйл Хенри, Чалаби Рифат А.

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для осуществления периодического способа получения синтез-газа, имеющего повышенный тепловой коэффициент полезного действия, включающее

камеру (12) пиролиза для пиролиза органического материала путем нагрева материала в атмосфере, не содержащей кислород, для получения синтез-газа, по существу, содержащего CO и H2;

установку (14) риформинга для повышения температуры синтез-газа, чтобы расщепить содержащиеся в них смолы до более простых углеродных молекул, причем установка риформинга содержит зону реакции конверсии водяного газа;

трубопроводные средства (22, 24), образующие циркуляционный контур для многократной циркуляции газов между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа;

средство для добавления пара в указанный циркулирующий газ в указанной зоне реакции конверсии водяного газа, так чтобы за счет протекания реакции конверсии водяного газа потреблялся CO и образовывался H2, причем продукт реакции конверсии водяного газа компенсирует СО, израсходованный в ходе указанной реакции, образуя газ с высоким тепловым коэффициентом полезного действия за счет увеличения доли H2, присутствующего в синтез-газе;

и трубопровод обводной линии, параллельно указанной установке риформинга, для циркуляции синтез-газа через камеру пиролиза без пропускания газа через установку риформинга;

причем указанное устройство обеспечивает рециркуляцию через камеру пиролиза синтез-газа с повышенным тепловым коэффициентом полезного действия, усиливающую теплопередачу к органическому материалу в камере пиролиза, сокращая время газификации материала.

2. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит систему (38, 44, 30) контроля для постоянного наблюдения за содержанием водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга и для регулирования циркуляции газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором указанная система контроля содержит средство (30) для постоянного наблюдения за составом синтез-газа в указанной установке (14) риформинга, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования подачи указанного газа по меньшей мере в одно из устройств: в устройство (35) газового синтеза или в парогенерирующее средство (32) в зависимости от определенного состава синтез-газа.

4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее средство (33) для регулирования движения газов в указанное устройство газового синтеза и указанное парогенерирующее средство, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования указанного средства (33), контролируя таким образом подачу указанного газа по меньшей мере в одно из указанных устройств: в устройство газового синтеза или в указанное парогенерирующее средство в зависимости от определенного состава синтез-газа.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью регулирования впрыскивания пара в указанный газ в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга.

6. Устройство по любому из пп.1-5, которое дополнительно содержит воздуходувные средства (26, 27) в указанных трубопроводных средствах (22, 24) для рециркуляции синтез-газа, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования указанных воздуходувных средств в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга.

7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором указанная установка (14) риформинга содержит камеру (18) смешения, в которой предусмотрена указанная зона реакции конверсии водяного газа в указанном циркуляционном контуре, причем указанная система (38, 44, 30) контроля выполнена с возможностью постоянного наблюдения за содержанием водорода в синтез-газе в указанной камере смешения, регулируя таким образом циркуляцию газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода.

8. Устройство по п.7, в котором указанное средство (42) для впрыскивания пара в указанный газ в указанной установке риформинга (14) выполнено так, чтобы впрыскивать пар в указанную камеру (18) смешения.

9. Устройство по пп.3-8, в котором указанная установка (14) риформинга содержит камеру (20) накопления между указанной зоной реакции конверсии водяного газа и указанным устройством газового синтеза и указанным парогенерирующим средством, причем указанная система контроля выполнена с возможностью постоянного наблюдения за составом синтез-газа в указанной камере накопления.

10. Устройство по любому из пп.1-9, которое дополнительно содержит вентилятор в трубопроводе обводной линии для регулирования потока синтез-газа через трубопровод обводной линии.

11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 24 раз.

12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 15 раз.

13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором указанная система контроля (38) выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 10 раз.

14. Способ получения синтез-газа в периодическом процессе переработки органического материала, включающий стадии, на которых

проводят пиролиз загрузки органического материала в камере (12) пиролиза путем нагревания материала в атмосфере, не содержащей кислорода, для получения синтез-газа, по существу, содержащего СО и H2;

пропускают синтез-газ через установку риформинга, температуру в которой повышают для того, чтобы расщепить содержащиеся в нем смолы до более простых углеродных молекул, и рециркулируют в камеру пиролиза, причем при пропускании синтез-газа через установку риформинга осуществляют введение пара в синтез-газ таким образом, чтобы пар вступал в реакцию конверсии водяного газа, в которой потребляется СО и образуется H2, и продукт реакции водяного газа компенсировал СО, израсходованный в ходе указанной реакции, образуя газ с высоким тепловым коэффициентом полезного действия за счет увеличения доли H2, присутствующего в синтез-газе; и

рециркулируют синтез-газ, имеющий высокую теплоемкость, через камеру пиролиза, где осуществляют газифицирование содержащегося в камере органического материала, подводя при этом энергию, чтобы восполнить затраты энергии на протекание указанной реакции; и

газ направляют в обход установки (14) риформинга, для того чтобы предотвратить излишний перегрев газа, когда температура рециркулирующего синтез-газа достигнет требуемого уровня.

15. Способ по п.14, в котором израсходованный СО компенсируют непрерывно.

16. Способ по любому из пп.14-15, в котором синтез-газ циркулируют между камерой пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 24 раз.

17. Способ по п.16, в котором синтез-газ циркулируют через указанный контур от 3 до 15 раз.

18. Способ по п.16, в котором синтез-газ циркулируют через указанный контур от 3 до 10 раз.

19. Способ по любому из пп.14-18, в котором установка (14) риформинга содержит первую и вторую зону, причем синтез-газ модифицируют внутри одной зоны установки риформинга.

20. Способ по п.19, в котором синтез-газ, пропускаемый через установку (14) риформинга, используют для нагрева газа.

21. Способ по п.19 или 20, в котором установка (14) риформинга содержит камеру (18) смешения и камеру (20) накопления, причем в указанной камере (18) смешения предусмотрена зона реакции конверсии водяного газа.

22. Способ по любому из пп.14-21, в котором постоянно наблюдают за составом синтез-газа в указанной установке (14) риформинга, чтобы определить содержание водорода в синтез-газе.

23. Способ по п.22, в котором добавляют пар в указанную зону реакции конверсии водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода, чтобы стимулировать образование водорода.

24. Способ по любому из пп.14-23, в котором процессом управляют путем регулирования скорости циркуляции газа.

25. Способ по любому из пп.14-24, в котором каждую партию синтез-газа оценивают, чтобы определить, достигнут ли один или несколько заданных контрольных критериев качества синтез-газа, и в случае достижения требуемых контрольных критериев качества партию синтез-газа выпускают в процесс газового синтеза, в противном случае эту партию используют для производства пара, который применяют для увеличения выхода синтез-газа.

26. Способ по п.25, в котором синтез-газ используют для производства пара, при котором газ подают по трубопроводу в паровой котел, причем пар, полученный в паровом котле, подают в установку риформинга для использования в реакции конверсии водяного газа.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА, ИМЕЮЩЕГО ПОВЫШЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ Изобретение относится к устройству и способу получения синтез-газа. Устройство содержит камеру (12) пиролиза для получения синтез-газа, установку (14) риформинга, трубопроводные средства (22, 24), образующее циркуляционный контур для многократной циркуляции газов между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа, и средства для добавления водорода в указанный циркулирующий газ в указанном контуре за счет реакции конверсии водяного газа. 017213 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способу получения синтез-газа. Уровень техники Газификация представляет собой процесс, в котором углеродистые материалы, такие как биомасса,превращаются в монооксид углерода и водород за счет взаимодействия исходного материала при высоких температурах с регулируемым количеством кислорода. Образовавшаяся газообразная смесь называется синтез-газом или сингазом. Синтез-газ главным образом состоит из CO (монооксид углерода) и водорода. Два этих компонента являются основными конструктивными элементами для спиртов (метанол,этанол, пропанол и др.). Газификация представляет собой эффективный способ для извлечения энергии из многих органических материалов и обеспечивает чистое устранение отходов. Газификация является более эффективным процессом, чем непосредственное сжигание исходного топлива, в частности потому, что большая часть органических материалов, содержащихся в перерабатываемом материале, превращается в энергию (более высокая термическая эффективность). Синтез-газ можно сжигать непосредственно в двигателях внутреннего сгорания или использовать для получения спиртов, таких как метанол, этанол и пропанол, а также водорода. В настоящее время газификация ископаемых топлив широко используется для того, чтобы вырабатывать электроэнергию в промышленном масштабе. Обычно при производстве синтез-газа в реакторе газификации протекают различные процессы. Пиролиз. Первым процессом является пиролиз, который протекает, когда за счет повышения температуры внутри устройства газификации в атмосфере, не содержащей кислорода, углеродистый материал нагревается. Процесс пиролиза представляет собой газификацию органических материалов без доступа кислорода. Для производства синтез-газа из органических материалов возможным способом является или процесс газификации (частичное окисление органического материала), или пиролиз (без окисления органического материала). В процессе пиролиза образуется больше синтез-газа, так как образующийся синтезгаз не окисляется. Процесс риформинга. Этот процесс осуществляется в высокотемпературной камере риформинга, в которую поступает синтез-газ из камеры пиролиза. В камере риформинга температура синтез-газа повышается до высокого значения (больше 900 С) для того, чтобы расщепить смолы до более простых углеродных молекул. Когда в камеру риформинга добавляется водяной пар, изменяется соотношение водород/монооксид углерода; это достигается за счет использования реакции конверсии водяного газа (реакция конверсии). Реакция конверсии является эндотермической химической реакцией, в которой вода и монооксид углерода взаимодействуют с образованием диоксида углерода и водорода: СО + Н 2 ОСО 2 + Н 2 (1) За счет реакции конверсии увеличивается количество полученного водорода. Однако реакция конверсии является эндотермической реакцией, для которой требуется высокая температура. Реакция конверсии является чувствительной к температуре, причем с повышением температуры реакция конверсии в сторону образования продуктов. В результате реакция смещения поглощает значительную долю энергии из камеры риформинга, что делает ее себестоимость чрезмерно высокой. Попытки снижения температуры реакции с использованием катализаторов не имели особенного успеха. Более важно, что в реакции конверсии также потребляется монооксид углерода из синтез-газа. Монооксид углерода требуется для получения необходимого соотношения водород/CO в производстве спиртов, таких как метанол, этанол и пропанол. Следовательно, существует оптимальный диапазон для реакции конверсии водяного газа, в котором использование большего сдвига (в сторону образования продуктов) становится менее выгодным, так как будет значительно увеличиваться потребление CO, а также потребление энергии. Раскрытие изобретения В настоящем изобретении разработан усовершенствованный способ производства синтез-газа. Соответственно, настоящее изобретение относится к устройству для производства синтез-газа, которое включает: камеру пиролиза для образования синтез-газа; установку риформинга; трубопроводное средство, образующее циркуляционный контур для многократной циркуляции газов между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа; и средство для добавления водорода в указанный циркулирующий газ в указанном контуре за счет реакции конверсии водяного газа. В предпочтительном варианте осуществления указанная установка риформинга включает зону реакции конверсии водяного газа; причем указанное устройство дополнительно содержит систему контроля для непрерывного наблюдения за содержанием водорода в синтез-газе, в указанной установке риформинга и регулирования циркуляции газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа, в зависимости от определенного содержания водорода. Выгодно, чтобы указанная система контроля включала средство для непрерывного наблюдения за составом синтез-газа в указанной установке риформинга, причем указанная система контроля выполнена-1 017213 с возможностью, чтобы регулировать подачу указанного газа, по меньшей мере, в один из аппаратов газового синтеза и средство генерации пара, в зависимости от определенного состава синтез-газа. Предпочтительно аппарат содержит средства для регулирования перемещения газов в указанный аппарат газового синтеза и указанное средство генерации пара, причем указанная система контроля выполнена с возможностью контроля указанных средств для того, чтобы регулировать подачу указанного газа, по меньшей мере, в один из указанных аппаратов газового синтеза и в указанное средство генерации пара, в зависимости от определенного состава синтез-газа. Предпочтительно аппарат дополнительно содержит средства для впрыскивания водяного пара в указанный газ в указанной установке риформинга, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования впрыскивания водяного пара в указанный газ в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга. Предпочтительно аппарат дополнительно содержит воздуходувные средства в указанном трубопроводном средстве для циркуляции указанных газов, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования указанных воздуходувных средств в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга. Выгодно, чтобы указанная установка риформинга содержала камеру смешения после указанной зоны реакции конверсии водяного газа в указанном циркуляционном контуре, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регистрации содержания водорода в синтез-газе в указанной камере смешения, в зависимости от чего регулируется циркуляция газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа. Предпочтительно, чтобы указанные средства для впрыскивания пара в указанный газ в указанной установке риформинга были выполнены так, чтобы впрыскивать пар в указанную камеру смешения. Выгодно, чтобы указанная установка риформинга содержала камеру накопления между указанной зоной реакции конверсии водяного газа и указанным реактором газового синтеза и указанным средством генерации пара, причем указанная система контроля выполнена с возможностью непрерывного наблюдения за составом синтез-газа в указанной камере накопления. Камера пиролиза может представлять собой камеру пиролиза с периодической загрузкой. Предпочтительно указанная система контроля выполнена с возможностью циркуляции синтез-газа более чем 3 раза и до 24 раз между камерой пиролиза и установкой риформинга. Предпочтительно система контроля выполнена с возможностью циркуляции синтез-газа более чем 3 раза и до 15 раз между камерой пиролиза и установкой риформинга. Выгодно, чтобы система контроля была выполнена с возможностью циркуляции синтез-газа более чем 3 раза и до 10 раз между камерой пиролиза и установкой риформинга. Настоящее изобретение также относится к способу получения синтез-газа в периодическом процессе, включающему в себя образование синтез-газа в камере пиролиза; и пропускание указанного газа из указанной камеры пиролиза в зону реакции конверсии водяного газа для получения потока конверсированного синтез-газа, обогащенного по содержанию водорода, в котором указанная камера пиролиза и указанная зона конверсии реакции водяного газа находятся в циркуляционном контуре конверсированного газа, причем указанный синтез-газ многократно рециркулируется через указанный контур. В предпочтительном варианте осуществления монооксид углерода, израсходованный в указанной реакции в указанной реакционной зоне, компенсируется водородом. Предпочтительно израсходованный CO компенсируется непрерывно. Синтез-газ образуется в камере пиролиза с периодической загрузкой и синтез-газ циркулируют в указанном контуре от 3 до 24 раз, предпочтительно от 3 до 15 раз и более предпочтительно от 3 до 10 раз. В установке риформинга целесообразно предусмотрена зона реакции конверсии водяного газа и для нагревания газа используют синтез-газ, пропускаемый через установку риформинга. Предпочтительно установка риформинга содержит камеру смешения и камеру накопления, причем в указанной камере смешения предусмотрена зона реакции конверсии водяного газа. В одном варианте осуществления для газификации органических материалов в камере пиролиза используется модифицированный синтез-газ. Состав синтез-газа в указанной установке риформинга постоянно наблюдается для того, чтобы определить содержание водорода в синтез-газе, причем в указанную зону реакции конверсии водяного газа добавляют водяной пар, в зависимости от определенного содержания водорода, чтобы стимулировать образование водорода. В идеале процесс контролируется путем регулирования скорости циркуляции газа. Предпочтительно каждую партию синтез-газа оценивают, чтобы определить, достигнут ли один или несколько заданных контрольных критериев качества синтез-газа, и в случае достижения требуемых контрольных критериев качества, партию синтез-газа направляют в процесс газового синтеза, а в противном случае эту партию используют для производства пара, который применяют для увеличения выхода синтез-газа. В настоящем изобретении предложен способ, в котором монооксид углерода, израсходованный в реакции конверсии водяного газа, постоянно компенсируется, энергия, потребляемая для получения во-2 017213 дорода, постоянно подводится, причем качество полученного синтез-газа надежно контролируется. Кроме того, изобретение относится к способу, в котором процесс пиролиза имеет значительный подъем (повышенную эффективность) путем регулирования химического состава горячих газов (с малым содержанием кислорода), применяемых для газификации органических материалов. Более того, изобретение относится к способу, в котором эксплуатация системы пиролиза тесно связана с работой и газовой средой реактора риформинга. Кроме того, изобретение относится к периодическому реактору риформинга, который эксплуатируется в тесной связи с периодической системой пиролиза, с целью активного получения синтез-газа контролируемого качества. Краткое описание чертежа В последующем настоящее изобретение дополнительно описано с помощью примера со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором показана система для получения синтез-газа из органического материала. Подробное описание чертежа Обратимся к чертежу, на котором система 10 включает камеру 12 пиролиза, через которую пропускается органический материал. Камера 12 пиролиза обычно эксплуатируется в температурном диапазоне между 500 и 700C, причем эта температура обычно генерируется за счет ввода синтез-газа с высокой температурой. Кроме того, система включает установку 14 риформинга, которая состоит из основной камеры 16,камеры 18 смешения и камеры 20 накопления. Основная камера 16 реактора риформинга связана с камерой 12 пиролиза контуром с системой труб, в котором трубопровод 22 обеспечивает поток газов из камеры 12 пиролиза в основную камеру 16 реактора риформинга. Камера 18 смешения, а также камера 20 накопления открыты в основную камеру 16 реактора риформинга для того, чтобы получать газы из этой основной камеры. Кроме того, камера 18 смешения соединена с камерой 12 пиролиза системой труб или с помощью трубопровода 24, который обеспечивает поток газов из камеры 18 смешения обратно в камеру 12 пиролиза. В системе труб 22 и 24 предусмотрены соответствующие рециркуляционные вентиляторы 26, 27 для форсирования циркуляции газов. Дополнительная система труб или трубопровод 27 обеспечивает обводную линию установки риформинга, причем в системе труб 27 предусмотрен рециркуляционный вентилятор 29 для форсирования циркуляции газов. Основная камера 16 реактора риформинга обычно эксплуатируется при температуре от 900 до 1400C, причем нагрев газов, достижение и поддержание температуры обеспечиваются системой горелки 28, в которой обычно сжигается природный газ или его аналог. Кроме того, тепло в основную камеру 16 реактора риформинга поступает за счет частичного окисления синтез-газа, выходящего из камеры 12 пиролиза и поступающего по трубопроводу 22 в основную камеру 16 реактора риформинга. Газы, выходящие из основной камеры 16 реактора риформинга в камеру 20 накопления, анализируются с использованием первого средства 30 отбора проб, которое определяет состав синтез-газа в камере накопления. Целесообразно, первое средство 30 отбора проб представляет собой устройство непрерывного отбора проб. Газы из камеры 20 накопления могут быть направлены или в паровой котел 32 по трубопроводному устройству 34, или в направлении системы 35 газового синтеза по трубопроводу 36 для синтеза таких спиртов, как метанол и этанол. Регулирование движения газов из камеры 20 накопления по трубопроводам 34, 36 может быть осуществлено с использованием подходящих средств, таких как заслонки или клапаны 33 в трубопроводах,регулирование которых осуществляется системой 38 контроля, которая управляет заслонками или клапанами в зависимости от сигналов, генерируемых средством 30 отборапроб. Когда состав синтез-газа в камере 20 накопления, регистрируемый с использованием средства 30 отбора проб, имеет высокое качество и соответствует требуемым критериям, система 38 контроля,управляющая заслонками или клапанами в трубопроводах 34, 36, направляет газы по трубопроводу 36 в сторону реактора 35 газового синтеза. Когда состав газа не соответствует требуемым критериям, этот газ направляется в паровой котел 32 по трубопроводу 34. Паровой котел 32 используется для генерирования пара, который направляется в камеру 18 смешения реактора риформинга по трубопроводу 42. Второе средство 44 отбора проб (целесообразно, также устройство непрерывного отбора проб) определяет состав газов в камере 18 смешения реактора риформинга и регулирует вентиляторы 26, 27, в зависимости от определенного состава. Реакция конверсии водяного газа протекает в камере 18 смешения реактора риформинга, причем состав газов риформинга анализируется с помощью средства 44 отбора проб. Энергия монооксида углерода, который потребляется при протекании реакции конверсии в реакционной зоне, компенсируется газом с высокой термической эффективностью - водородом. Система 38 контроля управляет рециркуляционными вентиляторами 26, 27 в зависимости от сигналов от средства 44 отбора проб, таким образом,рециркуляционные вентиляторы 26, 27 определяют уровень рециркуляции между установкой 14 рифор-3 017213 минга и камерой 12 пиролиза, в зависимости от состава газов, анализируемого с помощью средства 44 отбора проб. Каждый рециркуляционный вентилятор проталкивает синтез-газ между камерами. Вентиляторы имеют увеличенный размер для того, чтобы обеспечить циркуляцию газов между камерами с очень высокой скоростью. Обычно рециркуляционные вентиляторы 26, 27 сконструированы так, чтобы регулировать рециркуляцию газов от 3 до 24 раз, до того как они покинут газовый контур в направлении камеры 20 накопления. Большую ценность имеет то, что органические материалы в камере 12 пиролиза непрерывно нагреваются горячими газами рециркуляции, поступающими по трубопроводу 24, таким образом, газифицируется больше органических материалов в камере 12 пиролиза. Вентилятор 29 регулируется системой контроля, направляя газ в обход установки риформинга, причем температура газа в камере 12 пиролиза достигает требуемого уровня, предотвращая излишний перегрев газа. Синтез-газ в камере 18 смешения реактора риформинга модифицирован, за счет описанного выше процесса, с целью увеличения доли присутствующего водорода. Этот газ с повышенным содержанием водорода также используется для газификации органического материала в камере 12 пиролиза и обеспечивает гораздо большую способность теплопередачи. При рабочей температуре в камере пиролиза равной 600C, удельная тепломкость водорода составляет 14,76 кДж/(кгК), по сравнению с удельной тепломкостью природного газа (газообразные продукты сгорания кислородного топлива) 1,76 кДж/(кгК). Повышенная тепломкость приводит к большей передаче тепла органическому материалу, и, в свою очередь, это обеспечивает более быстрое выделение органического материала и значительно сокращает время газификации. Таким образом, результатом повышенной эффективности газификации является значительно улучшенная степень использования топлива и значительно улучшенная степень переработки органических материалов по сравнению с традиционными способами с использованием нагретых газов. Кроме того, система 38 контроля регулирует введение пара в камеру 18 смешения реактора риформинга по трубопроводу 42, в зависимости от результата анализа средством 44 отбора проб. Регулирование удобно осуществляется с помощью клапана 43. Содержание водорода в синтез-газе в камере 18 анализируется с помощью средства отбора проб, и в зависимости от результата система 38 контроля регулирует введение пара с целью увеличения или уменьшения количества пара и образования водорода. Кроме того, система 38 контроля управляет рециркуляционными вентиляторами 26, 27 и таким образом регулирует скорость циркуляции газов. Преимущество камеры 20 накопления заключается в том, что произведенный синтез-газ, который поступает в камеру накопления, подается для процесса газового синтеза по трубопроводу 36, только когда газ обладает соответствующим качеством по данным анализа с помощью средства 30 отбора проб. Если газ не обладает соответствующим качеством, он используется для производства пара с помощью парового котла 32, который, в свою очередь, увеличивает производство синтез-газа. В целом, конструкция системы обеспечивает минимум 10 и до 200 проходов газа по контуру трубопроводов 22, 24 и через камеру 12 пиролиза и установку 14 риформинга, до того как газ покинет контур в направлении камеры 20 накопления и последующих процессов. Настоящее изобретение обеспечивает значительный уровень контроля качества полученного синтез-газа. Многократное пропускание синтез-газа по всей системе, как описано выше, является выгодным,так как позволяет газифицировать больше органических материалов в камере пиролиза. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для осуществления периодического способа получения синтез-газа, имеющего повышенный тепловой коэффициент полезного действия, включающее камеру (12) пиролиза для пиролиза органического материала путем нагрева материала в атмосфере,не содержащей кислород, для получения синтез-газа, по существу, содержащего CO и H2; установку (14) риформинга для повышения температуры синтез-газа, чтобы расщепить содержащиеся в них смолы до более простых углеродных молекул, причем установка риформинга содержит зону реакции конверсии водяного газа; трубопроводные средства (22, 24), образующие циркуляционный контур для многократной циркуляции газов между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа; средство для добавления пара в указанный циркулирующий газ в указанной зоне реакции конверсии водяного газа, так чтобы за счет протекания реакции конверсии водяного газа потреблялся CO и образовывался H2, причем продукт реакции конверсии водяного газа компенсирует СО, израсходованный в ходе указанной реакции, образуя газ с высоким тепловым коэффициентом полезного действия за счет увеличения доли H2, присутствующего в синтез-газе; и трубопровод обводной линии, параллельно указанной установке риформинга, для циркуляции синтез-газа через камеру пиролиза без пропускания газа через установку риформинга; причем указанное устройство обеспечивает рециркуляцию через камеру пиролиза синтез-газа с повышенным тепловым коэффициентом полезного действия, усиливающую теплопередачу к органическо-4 017213 му материалу в камере пиролиза, сокращая время газификации материала. 2. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит систему (38, 44, 30) контроля для постоянного наблюдения за содержанием водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга и для регулирования циркуляции газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором указанная система контроля содержит средство (30) для постоянного наблюдения за составом синтез-газа в указанной установке (14) риформинга, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования подачи указанного газа по меньшей мере в одно из устройств: в устройство (35) газового синтеза или в парогенерирующее средство (32) в зависимости от определенного состава синтез-газа. 4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее средство (33) для регулирования движения газов в указанное устройство газового синтеза и указанное парогенерирующее средство, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования указанного средства (33), контролируя таким образом подачу указанного газа по меньшей мере в одно из указанных устройств: в устройство газового синтеза или в указанное парогенерирующее средство в зависимости от определенного состава синтезгаза. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью регулирования впрыскивания пара в указанный газ в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга. 6. Устройство по любому из пп.1-5, которое дополнительно содержит воздуходувные средства (26,27) в указанных трубопроводных средствах (22, 24) для рециркуляции синтез-газа, причем указанная система контроля выполнена с возможностью регулирования указанных воздуходувных средств в зависимости от содержания водорода в синтез-газе в указанной установке риформинга. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором указанная установка (14) риформинга содержит камеру (18) смешения, в которой предусмотрена указанная зона реакции конверсии водяного газа в указанном циркуляционном контуре, причем указанная система (38, 44, 30) контроля выполнена с возможностью постоянного наблюдения за содержанием водорода в синтез-газе в указанной камере смешения,регулируя таким образом циркуляцию газа между указанной камерой пиролиза и указанной зоной реакции конверсии водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода. 8. Устройство по п.7, в котором указанное средство (42) для впрыскивания пара в указанный газ в указанной установке риформинга (14) выполнено так, чтобы впрыскивать пар в указанную камеру (18) смешения. 9. Устройство по пп.3-8, в котором указанная установка (14) риформинга содержит камеру (20) накопления между указанной зоной реакции конверсии водяного газа и указанным устройством газового синтеза и указанным парогенерирующим средством, причем указанная система контроля выполнена с возможностью постоянного наблюдения за составом синтез-газа в указанной камере накопления. 10. Устройство по любому из пп.1-9, которое дополнительно содержит вентилятор в трубопроводе обводной линии для регулирования потока синтез-газа через трубопровод обводной линии. 11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 24 раз. 12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором указанная система (38) контроля выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 15 раз. 13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором указанная система контроля (38) выполнена с возможностью обеспечения циркуляции синтез-газа между камерой (12) пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 10 раз. 14. Способ получения синтез-газа в периодическом процессе переработки органического материала,включающий стадии, на которых проводят пиролиз загрузки органического материала в камере (12) пиролиза путем нагревания материала в атмосфере, не содержащей кислорода, для получения синтез-газа, по существу, содержащего СО и H2; пропускают синтез-газ через установку риформинга, температуру в которой повышают для того,чтобы расщепить содержащиеся в нем смолы до более простых углеродных молекул, и рециркулируют в камеру пиролиза, причем при пропускании синтез-газа через установку риформинга осуществляют введение пара в синтез-газ таким образом, чтобы пар вступал в реакцию конверсии водяного газа, в которой потребляется СО и образуется H2, и продукт реакции водяного газа компенсировал СО, израсходованный в ходе указанной реакции, образуя газ с высоким тепловым коэффициентом полезного действия за счет увеличения доли H2, присутствующего в синтез-газе; и рециркулируют синтез-газ, имеющий высокую теплоемкость, через камеру пиролиза, где осуществляют газифицирование содержащегося в камере органического материала, подводя при этом энергию,чтобы восполнить затраты энергии на протекание указанной реакции; и-5 017213 газ направляют в обход установки (14) риформинга, для того чтобы предотвратить излишний перегрев газа, когда температура рециркулирующего синтез-газа достигнет требуемого уровня. 15. Способ по п.14, в котором израсходованный СО компенсируют непрерывно. 16. Способ по любому из пп.14-15, в котором синтез-газ циркулируют между камерой пиролиза и установкой (14) риформинга более 3 раз и до 24 раз. 17. Способ по п.16, в котором синтез-газ циркулируют через указанный контур от 3 до 15 раз. 18. Способ по п.16, в котором синтез-газ циркулируют через указанный контур от 3 до 10 раз. 19. Способ по любому из пп.14-18, в котором установка (14) риформинга содержит первую и вторую зону, причем синтез-газ модифицируют внутри одной зоны установки риформинга. 20. Способ по п.19, в котором синтез-газ, пропускаемый через установку (14) риформинга, используют для нагрева газа. 21. Способ по п.19 или 20, в котором установка (14) риформинга содержит камеру (18) смешения и камеру (20) накопления, причем в указанной камере (18) смешения предусмотрена зона реакции конверсии водяного газа. 22. Способ по любому из пп.14-21, в котором постоянно наблюдают за составом синтез-газа в указанной установке (14) риформинга, чтобы определить содержание водорода в синтез-газе. 23. Способ по п.22, в котором добавляют пар в указанную зону реакции конверсии водяного газа в зависимости от определенного содержания водорода, чтобы стимулировать образование водорода. 24. Способ по любому из пп.14-23, в котором процессом управляют путем регулирования скорости циркуляции газа. 25. Способ по любому из пп.14-24, в котором каждую партию синтез-газа оценивают, чтобы определить, достигнут ли один или несколько заданных контрольных критериев качества синтез-газа, и в случае достижения требуемых контрольных критериев качества партию синтез-газа выпускают в процесс газового синтеза, в противном случае эту партию используют для производства пара, который применяют для увеличения выхода синтез-газа. 26. Способ по п.25, в котором синтез-газ используют для производства пара, при котором газ подают по трубопроводу в паровой котел, причем пар, полученный в паровом котле, подают в установку риформинга для использования в реакции конверсии водяного газа.

МПК / Метки

МПК: C10J 3/66

Метки: действия, имеющего, тепловой, повышенный, способ, коэффициент, синтез-газа, получения, устройство, полезного

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/7-17213-ustrojjstvo-i-sposob-polucheniya-sintez-gaza-imeyushhego-povyshennyjj-teplovojj-koefficient-poleznogo-dejjstviya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ получения синтез-газа, имеющего повышенный тепловой коэффициент полезного действия</a>

Похожие патенты