Устройство и способ для производства синтез-газа из подготовленной биомассы путем газификации во взвешенном потоке

Устройство и способ для производства синтез-газа из подготовленной биомассы путем газификации во взвешенном потоке

Реферат

Описание

Изобретение относится к устройству и способу для производства синтез-газа, или топливного или восстановительного газа, который содержит большое количество водорода и оксида углерода и незначительное количество метана, а также не содержит смол, из биомассы путем газификации во взвешенном потоке с высокой степенью эффективности преобразования.

В патенте ЕР 0745114 В1 описан способ газификации биомассы, известный как карбо-V^®-способ, цель которого заключается в производстве свободного от смол топливного газа при меньшем расходе кислородсодержащих газифицирующих агентов и более высокой степени эффективности газификации, в то время как доля неорганических веществ биомассы выделяется в виде оплавленного элюированного твердого продукта. Для этого биомассу высушивают с помощью физической тепловой функции газа газификации и способом полукоксования разлагают на газ и кокс в соответствии с раскрытым в патенте DE 19807988 В4 процессом низкотемпературной газификации (NTV-процесс). В процессе низкотемпературной газификации летучие компоненты выделяют из биомассы путем термического разложения, причем содержащий смолы газ низкотемпературной газификации и не содержащий смолы кокс, поддающийся размолу при относительно скромных энергозатратах, образуются до самой газификации.

Образующийся смолосодержащий газ низкотемпературной газификации подвергают экзотермической газификации с остаточным коксом, полученным в качестве побочного продукта при сухой очистке газа, в процессе газификации во взвешенном потоке при температурах, превышающих точку плавления золы. В горячий газ газификации этой стадии на следующей стадии газификации, так называемой эндотермической газификации, добавляют кокс, полученный в низкотемпературном процессе. Благодаря расходующим теплоту реакциям газификации углерода кокса с диоксидом углерода и водяным паром горячего газа газификации первой стадии для получения оксида углерода и водорода газ газификации охлаждается примерно до 800-900°С.

Благодаря стадии термической подготовки низкотемпературной газификации можно подавать биомассу в подготовленной форме в виде газа низкотемпературной газификации прямо к горелке для высокотемпературной газификации во взвешенном потоке и в виде кокса с помощью подходящего устройства (устройства для транспортировки плотного потока, шнекового транспортера) вводить в стадию эндотермической газификации.

С помощью карбо-V^®-газификации можно достигнуть коэффициента полезного действия охлажденного газа, который приблизительно соответствует коэффициенту полезного действия кипящего слоя газификации, так как, несмотря на стадию высокотемпературной газификации, на которой топливная зола расплавляется, конечная температура газификации находится в пределах температуры газификации кипящего слоя.

Газ газификации, полученный в процессе карбо-V -газификации, в отличие от газа из процесса газификации кипящего слоя содержит незначительное количество метана и не содержит смол, так как смолы на стадии высокотемпературной обработки уничтожаются под воздействием нагрева и кокс на эндотермической стадии процесса не содержит смол.

Содержание метана и содержание высших углеводородов в газе из процесса газификации кипящего слоя складывается, во-первых, из метана, полученного термодинамическим способом, а, во-вторых, из летучих углеводородов процесса дегазации, проходящего в газификации кипящего слоя параллельно процессу нагрева, сушки и газификации. Метан и высшие углеводороды не являются компонентами синтез-газа и с помощью подходящих способов, например с помощью риформинг-процесса или частичного окисления, должны быть переведены в оксид углерода и водород, в противном случае они значительно сократят выход продуктов синтеза.

Процесс карбо-У^®-газификации требует неоднократного шлюзования твердой фазы, например шлюзование биомассы, шлюзование и вышлюзовывание кокса, полученного в низкотемпературном процессе, так как его нужно измельчить при атмосферном давлении и освободить от примесей (камней, металлических частиц и т.д.), вышлюзовывание и шлюзование остаточного кокса, так как его нужно измельчить при атмосферном давлении для транспортировки, и вышлюзовывание шлака. Поэтому этот процесс является технологически дорогостоящим и ненадежным.

Другим недостатком является непосредственная связь между реактором для ведения низкотемпературного процесса и горелкой стадии высокотемпературной газификации, которые работают на одном пьезометрическом уровне. Реализация способа при высоких давлениях в 30 бар и выше, которые необходимы для синтеза, непременно влечет за собой повышенные затраты на многократные шлюзования твердой фазы. Прямая связь реактора для ведения низкотемпературного процесса с газификацией во взвешенном потоке не допускает таким образом разделения по месту и времени тепловой обработки биомассы и газификации подготовленных продуктов, что могло бы быть выгодно как для возможности использования процесса газификации, так и для газификации в центре относительно размещенной по периферии и подготовленной биомассы.

Уровнем техники является пневмотранспортировка пылеугольного топлива в установке для газификации во взвешенном потоке.

Превращение углеродсодержащего топлива, например угля, газа и масел во взвешенном потоке в топливный газ, синтез-газ и восстановительный газ, известно из уровня техники. В литературе описано достаточно способов, использующих горизонтальный нагреватель при газификации угля и попутного нефтяного газа, известна газификация угля и отработанного масла с помощью способа, использующего газоразделительную установку, который был разработан в Немецком институте топлива во Фрейберге и на Газовом комбинате «Schwarze Pumpe», а также газификация угля по методу компании «Тексако».

При газификации угля, например, способом, использующим газоразделительную установку, уголь измельчают для получения пылевидного топлива, которое подают по пневмотранспортеру для внесения плотного потока в установку для газификации во взвешенном потоке.

Выбор размера зерен при измельчении угля таков, что также и большие частицы полностью превращаются в газ газификации, соответствующий синтез-газу, причем следует учитывать реакционную способность топлива и время нахождения частиц в зоне реакции, определенную размерами и мощностью газификатора. Поэтому нельзя выходить за пределы максимального диаметра зерен. Типичный разброс в размерах зерен для газификации во взвешенном потоке угля составляет от 50 до 500 мкм (см. „Noell-Konversionsverfahren zur Verwertung und Entsorgung von Abfallen", Jürgen Carl, Peter Fritz, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, Berlin 1994).

Наоборот, слишком большая доля мелкой фракции приводит к тому, что в способах газификации во взвешенном потоке, в которых охлаждение воды способствует охлаждению газа и осаждению пыли, оставшиеся в газе мелкие частицы, например частицы золы, из-за плохой осаждаемости отделяются очень плохо и могут улавливаться только фильтром.

В способах, в которых присутствует радиационное охлаждение и конвекционное охлаждение, высокая доля мелкой фракции приводит к сильному загрязнению поверхности охлаждения и тем самым к ухудшению охлаждения газа.

При наличии мелкой минеральной пыли с размером частиц менее 50 мкм для улучшения текучести пыли и тем самым возможности дозирования при пневматической транспортировке применяют так называемые инициаторы текучести (см., например, http://www.basf-cc.de/de/produk-te/zement-additive).

Для внесения топлива в установку для газификации во взвешенном потоке можно использовать также углеводные суспензии, названные также кашками или жидкими массами. Такая форма внесения топлива с водой более или менее ограничивается каменным углем и антрацитом, так как, например, для бурого угля из-за высокой возможности капилляров поглощать воду требуется большой расход воды до достижения прокачиваемости, так что в процессе газификации преобладают энергетические недостатки.

Для такого топлива, как коксы из биомассы или уголь, возможно также получение прокачиваемой суспензии с горючими жидкостями, например смоляным маслом, отработанным маслом, лигроином, соляркой, например получение суспензии кокса со смоляным маслом.

Топливо для применения в процессе газификации во взвешенном потоке должно быть либо в виде газа, прокачиваемой жидкости, суспензии из твердой и жидкой фазы или в виде поступающего по пневмотранспортеру пылевидного топлива.

Механическое измельчение сухой биомассы в пылевидное топливо требует больших энергетических затрат из-за волокнистой структуры биомассы, а качество пыли является неудовлетворительным для обеспечения плавной пневматической транспортировки, для надежной работы и стабильного качества газа, см. статью «Сушка биомассы для газификации во взвешенном потоке», Патрик С.А Бергман, Арьен Р.Берсма, Якоб Н.А.Киел (Центр по исследованию энергии Нидерландов (ECN), представленную на 2-й Всемирной конференции и технологической выставке по биомассам для энергии, промышленности и защиты климата", состоявшейся в Италии, Риме 10-14 мая 2004.

Полученное таким образом из биомассы волокнистое пылевидное топливо склонно к окомковыванию и скоплению фракции зерен с относительно большим соотношением длины и диаметра. При этом прерывистая со сбоями транспортировка может привести к кратковременному избытку кислорода в газификаторе и тем самым к образованию взрывных смесей.

Прямое применение твердой биомассы в качестве топлива для газификации во взвешенном потоке неизвестно.

Другой путь приготовления биомассы для газификации во взвешенном потоке указывает способ, описанный в докладе «Проект FZK, получение синтезированного жидкого топлива из биомассы» (Е.Генрих, Н.Дамен, Е.Динюс, Исследовательский центр Карлсруе, Институт технической химии, CPV) на Международной конференции термохимической газификации биомассы, KUBUS, Лейпциг, 27-28 февраля 2007.

В этом способе при атмосферном давлении биомассу перемешивают в смесевом реакторе, известном из способа, применяемого фирмой «Лурджи-Рургаз», до получения горячего песка и путем быстрого пиролиза разлагают в результате нагрева на кокс и коксовый газ. После охлаждения коксового газа получают смоляное масло, которое вместе с коксом, выделенным из песчаного основания, перерабатывают в суспензию, которую затем подают в газификатор для газификации во взвешенном потоке при помощи насосов. Разделение на кокс и песок является для обоих материалов неполным. Выделенный из песчаного основания кокс всегда загрязнен остаточными компонентами относительно сильно абразивного песка, а отделенный песок всегда смешан с остатками кокса.

Оставшийся неконденсированный газ и остатки углерода в песке используют для покрытия количества тепла, необходимого для пиролиза, путем сжигания и тем самым нагрева песка.

Благодаря получению кокса и смоляного масла или суспензии при этом способе имеется возможность отделить термический процесс приготовления по времени и месту от процесса самой газификации во взвешенном потоке. Это дает возможность объединения многих мелких периферийных производителей смоляного масла и кокса или суспензии в одной центральной установке для газификации.

Благодаря более высокой плотности потока энергии для промежуточных продуктов по сравнению с биомассой можно сэкономить место для транспортировки и тем самым расходы на транспортировку биомассы, рассредоточенной по периферии.

Газ, полученный в результате газификации жидкой массы, не содержит смол и, как правило, не содержит также метана, так как температура газификации выше температуры плавления золы. Повышенное давление, которое запросто может присутствовать в этом способе газификации, оказывает при высоких температурах крайне незначительное влияние на термодинамическое образование метана.

Для обеспечения стабильной и надежной газификации оба компонента нужно либо разделить, либо ввести в процесс газификации в виде смеси при постоянном соотношении. В частности, качество смоляного масла, а также суспензии может сильно колебаться из-за присутствия воды в смоляном масле и привести к разделению фаз, так как смоляное масло и жидкая масса неустойчивы при хранении, из-за чего в процессе газификации есть повышенный риск из-за возможного прорыва кислорода.

Другой недостаток при этом способе с жидкой биомассой заключается в том, что образуется больше газа и остатков углерода, чем требуется для получения количества тепла, необходимого для процесса пиролиза. Таким образом, коэффициент полезного действия охлажденного газа, в пересчете на количество используемой биомассы, меньше, чем в карбо-V^®-способе и газификации с кипящим слоем. Следующий недостаток заключается в том, что при охлаждении коксового газа наряду с конденсируемыми углеводородами конденсируются также и реакционная вода и вода для сушки. Таким образом, смоляное масло получает ощутимое количество воды, что оказывает негативное влияние на калорийность смоляного масла.

Избыточное высокоценное тепло можно использовать, например, для сушки биомассы или для внешнего использования энергии.

Другой способ среди прочих описан в статье «Сушка биомассы для газификации во взвешенном потоке», Патрик С.А Бергман, Арьен Р.Берсма, Якоб Х.А.Киел (Центр по исследованию энергии Нидерландов (ECN), представленной на 2-й Всемирной конференции и технологической выставке по биомассам для энергии, промышленности и защиты климата", состоявшейся в Италии, Риме 10-14 мая 2004.

В этом способе высушенную в процессе сушки биомассу обрабатывают нагревом при температурах от 200 до 300°С и атмосферном давлении. При этом отделяют часть легкоиспаряющихся компонентов, главным образом диоксид углерода и оксид углерода. Обычно продукт высушивания содержит еще до 70-90% массы и 83-97% энергии обезвоженной биомассы, в пересчете на низшую теплоту сгорания.

В этом способе обработки волокнистая структура биомассы частично разрушается, так что энергозатраты на измельчение высушенного продукта снижаются по сравнению с первоначальной биомассой. В публикации показано улучшение качества пылевидного топлива по сравнению с пылью биомассы, которая не прошла тепловую обработку, с точки зрения способности пневматической транспортировки. Однако качество угольной пыли не достигнуто.

Из сведений о стадиях пиролиза («Химия древесины», Н.И.Никитин, Академическое издание, Берлин, 1955) можно заключить, что этот процесс можно осуществить только в пределах низких температур. Если температура слишком низкая, то время обработки затягивается и следует ожидать только лишь неудовлетворительного улучшения механических свойств, как это и было подтверждено в публикации в отношении процесса высушивания. При температурах выше 300°С легкоиспаряющиеся компоненты удаляются в виде высших углеводородов (смол) и процесс идет в направлении пиролиза с энергетическим тепловым коэффициентом полезного действия, который становится все меньше, в пересчете на полученный в результате пиролиза кокс. Начиная с 300°С наступает экзотермическая стадия, так что процесс становится трудно управляемым, с точки зрения соблюдения температурного диапазона.

До настоящего времени имели место лишь эксперименты с древесиной и соломой. Дальнейшие сведения о спектре применяемой биомассы не известны.

Из статьи «Волшебный уголь из пароварки», МАКСПЛАНКФОРШУНГ, 2/2006, известен способ, при котором биомасса, например древесина, солома, трава, отходы растительного происхождения и другие малоценные биомассы, превращают путем гидротермальной карбонизации в углевидную субстанцию и воду при давлении около 20 бар и температурах от 180 до 230°С в присутствии кислоты в качестве катализатора и длительности обработки от 6 до 12 часов.

Этот способ описан еще в 1913 году Фридрихом Бергиусом и воспроизводит миллионы лет протекающий процесс диагенеза угля за несколько часов.

Во время этого гидротермального процесса карбонизации отщепляется кислород, главным образом, в виде воды. Также возникает незначительное количество диоксида углерода, а небольшое количество углерода биомассы растворяется в воде. Связанный кислород в форме воды и диоксида углерода в биомассе является для процесса газификации вещественным «балластом», так как он должен быть нагрет до температуры газификации и появиться в полученном газе в виде водяного пара и диоксида углерода. Из-за расхода теплоты для нагрева связанного кислорода сжигается дополнительное количество оксида углерода и водорода для получения диоксида углерода и водяного пара. Эта составляющая потерь тем больше, чем выше температура газификации. В частности, при газификации во взвешенном потоке, когда температура газификации выше температуры плавления золы, это воздействие способствовало бы существенному ухудшению качества газа.

Согласно статье «Волшебный уголь из пароварки» при гидротермальной карбонизации коэффициент использования углерода в полученном угле составляет почти 100%, в пересчете на использованную биомассу, другие публикации доказывают коэффициент использования углерода от более 90% до 99%.

Энергетический коэффициент полезного действия, полученный от теплоты сжигания обезвоженного угля, составляет более 90%, в пересчете на теплоту сжигания обезвоженной биомассы.

Гидротермальный процесс карбонизации является экзотермическим («Волшебный уголь из пароварки», МАКСПЛАНКФОРШУНГ, 2/2006).

В результате обработки биомассы в водной фазе растворимые в воде компоненты, например щелочи и галогены, вымываются из золы.

Гидротермальная карбонизация изменяет структуру биомассы настолько, что полученный карбонизированный уголь или уголь после высушивания можно измельчить до получения пылевидного топлива с гораздо меньшими энергозатратами, чем для первоначальной массы.

В статье «Волшебный уголь из пароварки» сообщается, что биомасса после тепловой обработки представляет собой некий конгломерат, состоящий из наночастиц и разрушающийся на мелкие частицы в результате воздействия незначительной механической нагрузки. Таким образом, энергозатраты на измельчение этой обработанной биомассы могут быть гораздо скромнее, чем для высушенного материала, и экономия энергии по сравнению с необработанной биомассой составляет от 50 до 85% (см. «Сушка биомассы для газификации во взвешенном потоке»).

Так, патент DE 102007062811 А1 описывает топливо, полученное из биомассы путем гидротермальной карбонизации и имеющее размер частиц менее 50 мкм, предпочтительно в нанометрическом диапазоне, т.е. четко ниже диапазона 50-500 мкм, подходящего для газификации во взвешенном потоке.

Способ гидротермальной карбонизации подходит для получения топлива с большой калорийностью из биомассы, например древесины, соломы, травы, отходов растительного происхождения и других малоценных биомасс, путем отщепления кислорода, главным образом, в форме связанной воды, калорийность которого сходна с калорийностью бурого угля и который можно использовать для выработки энергии с большим тепловым КПД преобразования, чем у первоначальной биомассы.

Основываясь на этом уровне техники, изобретение решает задачу улучшения получения сингез-газа из биомассы, с точки зрения высокого энергетического коэффициента полезного действия, высокой энергопроизводительности, высокого коэффициента использования углерода, скромных затрат на оборудование и высокой гибкости способа, причем, в частности, газификация также и малоценных биомасс, например срезанной зелени, травы, сельскохозяйственных продуктов и отходов, таких как солома, остатки переработки биомассы и т.д., при высоких температурах и высоком давлении должна позволить получать синтез-газ, свободный от смол, содержащий незначительное количество метана и большое количество водорода и оксида углерода.

Эта задача решается с помощью устройства, имеющего признаки независимого пункта 1 формулы изобретения.

Соответствующий способ получения синтез-газа из биомассы путем газификации во взвешенном потоке с применением заявленного устройства раскрыт с помощью признаков п.9 формулы изобретения.

Предпочтительные формы выполнения описаны в зависимых пунктах формулы.

Первая форма выполнения относится к устройству, предназначенному для получения из любой биомассы газа газификации с высоким содержанием водорода и оксида углерода. Сначала в топливоприготовительной установке происходит подготовка биомассы для получения топлива, которое можно транспортировать и газифицировать в установке для газификации, а затем в установке для газификации во взвешенном потоке получают газ газификации, например синтез-газ, топливный газ или восстановительный газ.

Для переработки биомассы в топливо, которое можно газифицировать в топливоприготовительной установке, биомассу подают сначала в устройство грубого помола. Из устройства грубого помола биомасса под давлением поступает через первый шлюз в установку для карбонизации, в которой биомассу подвергают гидротермальной карбонизации. В устройстве грубого помола биомассу измельчают соответственно таким образом, что ее можно беспрепятственно пропускать через шлюз и осуществить полную карбонизацию в течение предусмотренного времени обработки. Установка для карбонизации, находящаяся под давлением, включает в себя, главным образом, карбонизирующий реактор, в котором осуществляется производство из биомассы карбонизированного угля гидротермальным способом.

Перед карбонизирующим реактором можно установить выгодным образом выше по потоку подогреватель, который альтернативно можно установить в качестве зоны подогрева в карбонизирующем реакторе. Высвобождающееся в процессе карбонизации тепло можно выгодным образом использовать для подогрева обрабатываемой биомассы и/или сушки полученного угля.

За находящейся под давлением установкой для карбонизации ниже по потоку находится второй шлюз, через который смесь из карбонизированного угля и воды, полученная из биомассы, вышлюзовывается из установки для карбонизации в одно устройство или несколько устройств для разделения на твердую и жидкую фазы для отделения свободной воды, так что теперь приготовлено топливо в виде карбонизированного угля. Ниже устройств(а) для разделения на твердую и жидкую фазы предусмотрены сушильное устройство для сушки топлива или карбонизированного угля и подключенный к нему измельчитель для измельчения высушенного карбонизированного угля. Измельчитель выбран таким, чтобы измельчать карбонизированный уголь в топливо с размерами частиц более 50 мкм, например от 55 до 500 мкм.

Волокнистая структура биомассы в результате тепловой обработки в установке для гидротермальной карбонизации изменяется преимущественно так, что карбонизированный уголь, полученный из биомассы, имеет волокнистую структуру, которую после сушки, произведенной с меньшими на 50-85% энергозатратами, можно измельчать для получения пылевидного топлива. Улучшенные свойства пыли измельченного карбонизированного угля по сравнению с исходной биомассой улучшают текучесть и повышают сопротивление протекания карбонизированного угля и способствуют устойчивой плавной транспортировке плотного потока, что решительно повышает надежность процесса газификации во взвешенном потоке в отношении прорыва кислорода из-за прерывистости перекачивания пылевидного топлива.

Для дальнейшего улучшения качества угля, полученного из биомассы, т.е. «биоугля», в питающий трубопровод, ведущий в устройство для измельчения сухого угля, можно добавлять инициаторы текучести и/или помола так, чтобы тонкость помола и содержание воды в сухом угле соответствовали требованиям процесса транспортировки и газификации.

Благодаря применению гидротермальной карбонизации вместо газификации при низких температурах обычного V^®-процесса карбонизации для производства углесодержащего топлива для следующей стадии газификации выгодным образом можно применить широкий спектр биомасс. Так, с помощью топливоприготовительной установки заявленного устройства можно использовать не только высокоценные биомассы, например древесину и древесные отходы, но и любые другие биомассы, в частности менее ценные, такие, например, как срезанная зелень, трава, сельскохозяйственные продукты и биологические отходы, включая солому, а также отходы переработки биомасс. Топливо, полученное из малоценных биомасс в результате тепловой переработки в установке для гидротермальной карбонизации, карбонизированный уголь можно теперь подвергнуть газификации, что дает существенную экономическую выгоду при растущем спросе и цене на древесину.

Так как биомасса, как правило, рассредоточена по периферии, то для большого газогенератора ее нужно доставить из многих мест в центральный пункт газификации. Благодаря разделению процессов приготовления биомассы и газификации, ставшему возможным благодаря процессу гидротермальной карбонизации, появилась возможность перерабатывать биомассу в топливо, пригодное к газификации, во многих любых пунктах с помощью соразмерных топливоприготовительных установок, так что приготовленное топливо из-за своей повышенной по сравнению с биомассой энергетической плотности можно перекачивать в установку для газификации с меньшими издержками и/или затратами на транспортировку, благодаря чему можно достигнуть лучшего использования всего устройства в целом, что является существенной экономической выгодой.

Для подачи топлива, полученного в топливоприготовительной установке, в установку для газификации во взвешенном потоке заявленное устройство включает в себя устройство перенесения топлива. Когда топливоприготовительная установка предусмотрена в непосредственной близости от установки для газификации, устройство перенесения топлива представляет собой простейшим образом сформированный транспортный механизм, установленный между топливоприготовительной установкой и установкой для газификации. Согласно выгодной форме выполнения изобретения с периферийными топливоприготовительными установками и одной центральной установкой для газификации устройство перенесения топлива, соединяющее топливоприготовительную(ые) установку(и) с установкой для газификации взвешенного потока, становится транспортным средством для перевозки топлива (это, например, грузовой автомобиль).

Другое преимущество применяемой согласно изобретению установки для карбонизации заключается в том, что гидротермальная карбонизация протекает в водной фазе, так что нет необходимости в существующей до сих пор сушке биомассы с большими энергетическими затратами. Кроме того, можно использовать воду, выделенную в процессе карбонизации и нагретую избыточной теплотой экзотермического процесса, для подогрева биомассы. Благодаря тому что карбонизация протекает в водной фазе, можно проще и надежнее удерживать необходимый температурный режим, чем это имеет место в способе сушки биомассы.

Кроме топливоприготовительной установки, которая готовит из биомассы топливо, подходящее для газификации во взвешенном потоке, заявленное устройство имеет установку для газификации во взвешенном потоке, снабженную в варианте выполнения соединяемым с устройством перенесения топлива подводящим трубопроводом для перекачивания топлива из топливоприготовительной установки. К подводящему трубопроводу для топлива ниже примыкает шлюз, с помощью которого топливо поступает в находящуюся под давлением систему транспортировки. Система транспортировки топлива входит в устройство для высокотемпературной газификации во взвешенном потоке, которое находится под высоким давлением и от которого тянется трубопровод для вышлюзовыванных шлаков и продуктопровод для синтез-газа.

Такое устройство для газификации во взвешенном потоке может иметь одну горелку или несколько горелок, причем с каждой горелкой соединен питающий трубопровод для газифицирующего агента. Горелка или горелки входит(ят) в реактор для газификации во взвешенном потоке, который имеет реакционную камеру и ниже ее камеру охлаждения. Стенки реакционной камеры могут иметь огнеупорную облицовку и, альтернативно или дополнительно, устройство охлаждения, которое можно установить, например, на стене или в стене. Кроме того, от камеры охлаждения отходит отводящий трубопровод для синтез-газа, соединенный с продуктопроводом.

Камера охлаждения может представлять собой в варианте выполнения камеру быстрого охлаждения, имеющую несколько подводящих трубопроводов для охлаждающей воды и/или охлаждающего газа. Альтернативно для косвенного охлаждения газа камера охлаждения может быть оснащена радиационным охладителем, к которому, при необходимости, можно подключить конвекционный охладитель. В комбинации быстрого охлаждения и косвенного охлаждения газа камера охлаждения может быть выполнена как камера быстрого охлаждения с дополнительным устройством для косвенного охлаждения газа, присоединенным к камере быстрого охлаждения. При этом к камере быстрого охлаждения можно подключить конвекционный охладитель.

Шлакосборник реактора для газификации во взвешенном потоке находится ниже реакционной камеры, так что жидкие шлаки стекают под собственной тяжестью из реакционной камеры вниз в шлакосборник, а оттуда в виде затвердевшего гранулированного материала выводятся через четвертый шлюз по отводящему трубопроводу.

Так, выгодным образом с помощью заявленного устройства топливо, полученное в результате гидротермальной карбонизации (малоценной) биомассы, можно превратить в реакторе для газификации во взвешенном потоке в топливный газ, газ газификации или синтез-газ, не содержащий смол и содержащий незначительное количество метана. Реактор для газификации во взвешенном потоке может выдержать, в частности, для синтеза высокое давление от 30 бар и выше при сравнительной или также более высокой эффективности газификации и коэффициенте использования топлива, чем это представлено в уровне техники, и одновременно можно достигнуть более высокой производительности, что по сравнению с уровнем техники потребует скромных производственных затрат при производстве синтез-газа.

Выгодный, в смысле однородности топлива, одностадийный процесс газификации во взвешенном потоке технологически более прост по сравнению с многостадийным процессом газификации и поэтому обходится только одним шлюзом для топлива и одним шлюзом для шлака, тогда как при многостадийной карбо-V^®-газификации биомассы при низких температурах требуется по меньшей мере шесть шлюзов. Таким образом, установка для газификации устройства сконструирована с меньшими затратами на аппаратную часть, чем обычная установка для карбо-V^®-газификации, и благодаря этому можно сэкономить инвестиционные и производственные расходы, в то время как одновременно увеличивается срок службы установки для газификации во взвешенном потоке. Благодаря отсутствию множества процессов шлюзования и обязательной связи между приготовлением и газификацией, можно к тому же проще осуществить газификацию при повышенных давлениях в процессе. Таким образом можно пренебречь дополнительным сжатием произведенного в процессе газификации газа до повышенного давления в установке для синтеза, если предусмотрено применение газа газификации в качестве синтез-газа.

В выгодном варианте выполнения заявленного устройства предусмотрена пневматическая система транспортировки плотного потока в виде системы перекачивания, если топливо представляет собой топливо, полученное в результате сушки и измельчения. Топливо вносят через шлюз в систему транспортировки плотного потока, находящуюся под давлением, и подают в установку для газификации во взвешенном потоке, подавая рабочий газ по одному трубопроводу для рабочего газа или по нескольким трубопроводам.

Альтернативой пневматической системе транспортировки плотного потока топлива может стать система перекачивания с помощью насосов, причем топливо присутствует в виде топливной суспензии, транспортируемой с помощью гидравлического насоса. Топливная суспензия состоит из топлива и горючей жидкости, причем топливо может быть пылевидным топливом или даже карбонизированным углем, полученным в процессе карбонизации после обезвоживания. Для приготовления топливной смеси либо установка для газификации взвешенного потока имеет выше насосной системы перекачивания смесительное устройство, в которое входит устройство подачи сгораемой жидкости, либо топливоприготовительная установка содержит под устройством для разделения на жидкую и твердую фазы смесительное устройство, в которое входит устройство подачи горючей жидкости.

Кроме того, изобретение относится к способу производства синтез-газа из биомассы путем газификации во взвешенном потоке, причем топливо для газификации во взвешенном потоке получают в процессе гидротермальной карбонизации биомассы. Для реализации способа можно применить один из вариантов выполнения заявленного устройства. На первой стадии способа топливо из биомассы, подходящее для газификации в установке для газификации, получают в топливоприготовительной установке. Для этого биомассу подвергают грубому помолу в устройстве для грубого помола и затем подают через первый шлюз в установку для карбонизации, находящуюся под давлением. Там биомассу грубого помола можно подогреть в подогревателе или в зоне подогрева, устроенной в карбонизирующем реакторе, после чего в карбонизирующем реакторе проводят гидротермальную карбонизацию подогретой биомассы с получением смеси из карбонизированного угля и воды. На следующей стадии смесь из карбонизированного угля и воды перекачивают через второй шлюз в устройство(а) для разделения на твердую и жидкую фазы, где воду отделяют от карбонизированного угля так, чтобы обезвоженный карбонизированный уголь стал топливом.

Обезвоженный карбонизированный уголь подают в устройство для сушки и там высушивают, получая сухой уголь. Затем этот сухой уголь перевозят в измельчитель, в котором его измельчают в топливную пыль с размером частиц более 50 мкм, приблизительно от 55 до 500 мкм. Такое пылевидное топливо пригодно для пневматической транспортировки и для газификации, однако его можно использовать также и для получения топливной смеси, перекачиваемой с помощью гидравлических насосов, причем его перерабатывают в смесительном устройстве вместе с горючей жидкостью в смесь, перекачиваемую насосом и газифицируемую во взвешенном потоке.

При необходимости, уже обезвоженный карбонизированный уголь можно использовать как топливо в установке для газификации во взвешенном потоке и именно в виде топливной смеси, если карбонизированный уголь был переработан в смесь в смесительном устройстве с горючей жидкостью.

Гидротермальную карбонизацию, сушку и измельчение можно осуществлять независимо друг от друга по времени и месту в зависимости от имеющейся биомассы и типа и количества желаемого топлива. В частности, для лучшего измельчения, а также для улучшения качества получаемого топлива, с точки зрения его текучести, можно на стадии измельчения добавить в измельчитель интенсификаторы помола и/или текучести.

Топливо, полученное на стадии приготовления, переводят с помощью устройства для перенесения топлива в установку для газификации во взвешенном потоке, где получают сингез-газ, газифицируя топливо в реакторе для высокотемпературной газификации. Газификация во взвешенном потоке полученного из биомассы топлива протекает при температурах от 1.200°С до 1.600°С с выделением тепла в присутствии кислорода при давлении по меньшей мере от 3 бар, предпочтительно более 40 бар.

Эффективность гидротермальной карбонизации, главным образом, вследствие улучшенного баланса углеводорода явно выше, чем эффективность быстрого пиролиза при низкотемпературной газификации. Так, при сравнительном анализе эффективность всего процесса газификации биомассы (включая приготов