СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF PRODUCING GENERATOR GAS FROM PLANT MATERIAL

Изобретение относится к переработке растительного сырья, в частности овсяной шелухи, и может быть использовано для получения газообразного топлива теплоэнергетических установок.
Известен способ получения генераторного газа, в том числе из растительных остатков, путем пиролиза и газификации твердого топлива (RU 2293108, публ. 2007 г.), который реализуют в вертикальном реакторе, корпус которого в верхней и нижней частях имеет форму цилиндра, а в средней - усеченного конуса, при этом в зоне пиролиза и зоне газификации имеются сопла для тангенциальной подачи воздуха. Известный способ включает вертикальную загрузку топлива в реактор, тангенциальную подачу предварительно нагретого потока воздуха в зону пиролиза с одновременным проведением процессов во взвешенном состоянии в едином реакционном объеме. В известном способе используют полидисперсное топливо с размером частиц не более 10 мм, к которому подают поток воздуха со скоростью 7-15 нм/с, нагретый до температуры не менее 300°C. В зону пиролиза дополнительно подают воздух радиально многоструйным потоком, реализуемым за счет сквозной перфорации, имеющейся в стенке корпуса зоны пиролиза. Одновременно в зону газификации также подают воздух тангенциальным потоком, имеющим идентичные с зоной пиролиза термодинамические характеристики. Пиролиз и газификацию осуществляют при температуре 580-600°C и коэффициенте избытка воздуха 0,15-0,25 с регулированием расхода воздуха, который в зоне газификации в 1,5-2,5 раза превышает расход в зоне пиролиза.
Эффективность известного способа, заключающаяся в устранении необходимости подготовки топлива и снижении температуры процесса, обусловлена созданием аэродинамических условий движения потоков топлива и воздуха, где основной вихревой поток непрерывно поднимается вверх по спирали горизонтальными вращательными движениями; при прохождении конусной части корпуса его осевая составляющая уменьшается, а тангенциальная и радиальная увеличиваются. Расход воздуха, который в зоне газификации в 1,5-2,5 раза превышает расход в зоне пиролиза, обеспечивает высокую плотность основного вихря, что позволяет преодолеть силу тяжести частиц топлива и воспрепятствовать их падению. Одновременно в верхней цилиндрической части корпуса возникают вторичные вихри за счет радиальной подачи воздуха многоструйным потоком через перфорированную стенку корпуса. Вторичные вихри при встрече с основным потоком сообщают ему дополнительный импульс, поддерживая большие относительные скорости газовой и твердой фаз, уменьшая тем самым влияние силы тяжести на сепарацию частиц топлива. При этом происходит возвращение в зону пиролиза инерционных непрореагировавших частиц с возникновением их многократного вращения до полного сгорания. Мелкодисперсные частицы топлива - зола в количестве 1% - выводятся вместе с полученным генераторным газом.
В процессе реализации известного способа отбор газа происходит в средней части вертикального реактора. В результате при использовании растительных топлив с низкой плотностью, таких как лузга или шелуха зерновых, наблюдается вынос непрореагировавшего окислителя в зону пиролиза и к наличию кислорода в генераторном газе, что говорит о неполной газификации топлива. Зола по наружной поверхности газоотводной трубы частично выпадает в нижнюю цилиндрическую часть газификатора, где накапливается, образуя застойные зоны. Большая высота конструкции газификатора также относится к недостаткам известного способа.
Заявлен способ получения генераторного газа, который, как и известный, включает вертикальную загрузку материала в реактор, газификацию и пиролиз в объеме реактора, имеющего зону сужения, тангенциальную подачу предварительно нагретого потока воздуха в зону газификации и многоструйную радиальную подачу нагретого воздуха в зону пиролиза, осуществляемую через перфорацию. Способ отличается тем, что газ получают в горизонтальном реакторе, топливо в камеру газификации подают сверху по касательной к внутренней стенке реактора, многоструйную подачу воздуха в зону пиролиза осуществляют через перфорацию зоны сужения, полученную газовзвесь завихряют, газификацию осуществляют при температуре 500-600°C, пиролиз - при температуре 600-700°C при коэффициенте избытка воздуха 0,25-0,42, при этом расход воздуха регулируют таким образом, чтобы в зоне газификации он в 3-5 раза превышал расход в зоне пиролиза и зоне сужения реактора.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. Предварительно нагретый поток воздуха, тангенциально поданный в зону газификации, захватывает частицы топлива, поданного в эту камеру сверху по касательной к внутренней стенке реактора, чем создает вихревой поток газовзвеси, интенсифицирующий процесс газофикации. В зоне сужения реактора скорость вихря увеличивается, улучшая вынос золы и остатков топлива в зону пиролиза. При этом, за счет многоструйной подачи воздуха в зону пиролиза, осуществляемой через перфорацию зоны сужения, создаются локальные вихревые потоки. Завихряясь, газовзвесь, состоящая из генераторного газа, золы и частично не прореагировавшего топлива, поступает в зону пиролиза, где в среде генераторного газа идет пиролиз.
Процесс газификации в горизонтальном реакторе идет в вихревом потоке от загрузки топлива прямоточно по ходу движения газовзвеси от подачи воздуха на газификацию через зону сужения до зоны пиролиза и выхода генераторного газа с выносом золы. При заявленных температурах и расходах воздуха в зоне газификации, пиролиза и сужения, создаются такие аэродинамические условия движения потоков топлива и воздуха, при которых в зону пиролиза поступает только прореагировавший окислитель и наличия кислорода в полученном генераторном газе нет. Улучшается вынос золы и остатков топлива в зону пиролиза, исключая появление застойных зон скапливания золы. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении степени газификации топлива и отсутствия скапливания золы в реакторе.
3
Способ осуществляют следующим образом. В качестве исходного материала для получения генераторного газа использовали овсяную шелуху с насыпной плотностью 150 кг/м. Дисперсный состав шелухи: 15% - до 2,5 мм, 46% - от 2,5 до 1,6 мм, 27% - от 1,6 до 0,63 мм, 5% - от 1 до 0,63 мм, 7% - меньше 0,63 мм. Теплота сгорания - 3800 ккал/кг. Газ получают в газогенераторе, фиг.1, 2. Материал шнеком подают в реактор, имеющий наружный корпус 1 и внутренний футерованный водоохлаждаемый объем 2 газогенератора через бункер 3. С помощью вентилятора через патрубки 4 и сопла 5 в зону газификации 6 подают воздух, предварительно подогретый до температуры 100-150°C в специальных рубашках. Процесс газификации происходит в вихревом потоке, скорость которого в зоне сужения 7 реактора увеличивается. За счет многоструйной подачи воздуха в зону пиролиза, осуществляемой через перфорацию 8 зоны сужения 7, создаются локальные вихревые потоки. Далее через завихрители 9 газовзвесь, состоящая из генераторного газа, золы и частично не прореагировавшего топлива, поступает в зону пиролиза 10, где в среде генераторного газа идет пиролиз. Температурный режим газификации 500-600°C и 600-700°C - пиролиза. С данной температурой газ выходит из газогенератора в трубчатый газоводяной теплообменник, который доводит температуру генераторного газа до 350°C. Вся зола топлива и частично недогоревшие частицы выносятся из газогенератора и теплообменника вместе с генераторным газом. Генераторный газ поступает в золоуловитель, где происходит улавливание золы и недогоревших частиц. Состав полученного генераторного газа удовлетворяет требованиям, изложенным в таблице 1.
Таблица
Основные характеристики генераторного газа
Наименование параметра
Единица измерения
Величина
Расход генераторного газа
нм<sup>3</sup>/ч
1560
Состав генераторного газа:
CO
%
20,2
H<sub>2</sub>
%
9,8
CH<sub>4</sub>
%
2,6
CO<sub>2</sub>
%
12,9
N<sub>2</sub>
%
54,5
Теплота сгорания сухого генераторного газа
ккал/м<sup>3</sup>
1050
Влагосодержание генераторного газа
г/нм<sup>3</sup>
100
Колебания теплоты сгорания генераторного газа
ккал/м<sup>3</sup>
50
Температура генераторного газа перед горелочным устройством
°C
300-350
Запыленность генераторного газа перед горелочным устройством
г/м<sup>3</sup>
1,5
Давление генераторного газа перед горелкой
кПа
1,5
Годовой фонд рабочего времени основного технологического оборудования при двухсменной 7-дневной неделе
ч
6000