МИКРОВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ГАЗИФИКАТОР С ВНЕШНИМ НАГРЕВОМ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА

2
2
1. Микроволновой плазменный газификатор с внешним нагревом, содержащий вертикально расположенный корпус печи, питающее устройство, расположенное в средней части корпуса печи и сообщающееся с корпусом печи, один или два слоя микроволновых генераторов плазмы, внешний нагреватель, выполненный с возможностью подачи внешней термической энергии для газификатора, и блок мониторинга, причем корпус печи содержит верхнюю форсунку для распыления пара, нижнюю форсунку для распыления СО/пара, выпуск для синтез-газа, расположенный в верхней части корпуса печи; причем верхняя форсунка для распыления пара расположена в свободной зоне корпуса печи, а нижняя форсунка для распыления СО/пара находится в зоне слоя корпуса печи; блок мониторинга расположен возле выпуска для синтез-газа; один или два слоя микроволновых генераторов плазмы находятся выше верхней форсунки в свободной зоне газификатора; каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит три или четыре впуска для рабочего газа, и поток плазмы распыляется в свободную зону газификатора горизонтально/тангенциально; внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи или отделен от корпуса печи; и внешний нагреватель содержит выпуск для шлака для выпуска шлаков.
2. Газификатор по п. 1, отличающийся тем, что выпуск для циркулирующего материала расположен в днище корпуса печи, а впуск для циркулирующего материала находится в верхней части корпуса печи, или и выпуск для циркулирующего материала, и впуск для циркулирующего материала находятся на боковой стенке корпуса печи; внешний нагреватель отделен от корпуса печи и находится между выпуском для циркулирующего материала и впуском для циркулирующего материала, так что циркулирующие материалы могут вытекать из выпуска для циркулирующего материала, нагреваться внешним нагревателем и течь обратно в корпус печи через впуск для циркулирующего материала; источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия или их комбинация.
3. Газификатор по п. 1, отличающийся тем, что внешний нагреватель интегрирован с корпусом печи, и источником тепла внешнего нагревателя являются микроволны, высокотемпературная микроволновая плазма, лазер, плазменная дуга, солнечная энергия, высокотемпературный материал слоя из циркуляционного бойлера с псевдоожиженным слоем (СFВ) или их комбинация.
4. Газификатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что микроволновые генераторы плазмы имеют большое межэлектродное расстояние, высокую активность плазмы и широкой диапазон объема; источник микроволновой энергии микроволновых генераторов плазмы имеет базовую частоту 2,45 ГГц, и мощность одного микроволнового генератора плазмы находится в пределах 200 кВт.
5. Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом по любому из пп. 1, 2 и 4, причем способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и способ содержит следующие этапы:
2
2
4
1) вводят сырье, содержащее биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, выполняют газификацию и пиролиз данного сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н, СО и малое количество СН и смолы;
2) позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запускают микроволновые генераторы плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыляют пар в корпус печи из верхней форсунки, регулируют температуру свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулируют скорость потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 секунд, перемешивают поток плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбирают конечный полученный синтез-газ из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;
2
3) распыляют высокотемпературный СО и пар из нижней форсунки в корпус печи, так что углеродные остатки в зоне слоя уменьшаются или окисляются;
4) переносят непрореагировавшие углеродные остатки и материалы слоя во внешний нагреватель через выпуск для циркулирующего материала, где углеродные остатки сгорают, материалы слоя нагреваются и отделяются от шлаков, и выпускают шлаки из выпуска для шлаков;
5) возвращают отделенные материалы слоя в корпус печи из впуска для циркулирующего материала, обеспечивают течение материалов слоя вниз, обеспечивают теплообмен с высокотемпературным синтез-газом, текущим в обратную сторону, и выделяют термическую энергию в зоне слоя с получением температуры между 600 и 1000°С; переносят охлажденные материалы слоя во внешний нагреватель для повторного нагрева и повторяют циркуляцию несколько раз по необходимости; температура выпуска для циркулирующего материала составляет от 750 до 1200°С, а температура нагретых материалов слоя выше, чем температура зоны слоя; и
2
6) обеспечивают мониторинг с помощью блока мониторинга температуры и компонентов синтез-газа, регулируют скорость потока СО, скорость потока пара и микроволновую мощность, чтобы гарантировать осуществления газификации.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 3 до 6 секунд.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на этапе 2) время пребывания синтез-газа, находящегося в плазменной атмосфере в свободной зоне, составляет от 4 до 6 секунд.
8. Способ по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что температура реакции в зоне слоя газификатора регулируют между 600 и 850°С.
9. Способ газификации с использованием микроволнового плазменного газификатора с внешним нагревом по любому из пп. 1, 3 и 4, причем способ применяет внешнюю термическую энергию, чтобы газифицировать биотопливо, и содержит следующие этапы:
2
2
4
1) вводят сырье, содержащее биотопливо и твердые отходы, в корпус печи через питающее устройство, выполняют газификацию и пиролиз сырья в зоне высокотемпературного слоя с получением синтез-газа, содержащего большое количество СО, Н, СО и малое количество СН и смолы;
2) позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону газификатора, запускают микроволновые генераторы плазмы, чтобы генерировать высокотемпературные плазменные окислители, имеющие высокую активность, высокую степень ионизации в неравновесном состоянии, так что синтез-газ смешивается с плазменными окислителями и крекирует, распыляют пар в корпус печи из верхней форсунки, регулируют температуру свободной зоны между 1000 и 1200°С, регулируют скорость потока плазменных окислителей так, чтобы гарантировать, что синтез-газ остается в плазменной атмосфере в течение от 3 до 10 с, перемешивают поток плазмы так, чтобы интенсифицировать тепло- и массоперенос, и отбирают конечный полученный синтез-газ из выпуска для синтез-газа, расположенного в верхней части корпуса печи;
3) нагревают газификатор с помощью внешнего нагревателя, расположенного у нижней части газификатора, так, чтобы поддерживать температуру в зоне слоя между 600 и 1000°С, а температуру в свободной зоне между 750 и 1600°С; и
2
4) обеспечивают мониторинг с помощью блока мониторинга температуры и компонентов синтез-газа, регулируют скорость потока СО, скорость потока пара и микроволновую мощность, чтобы гарантировать осуществления газификации, и регулируют температуру выпуска для синтез-газа между 750 и 1200°С.