початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2270849

СИСТЕМА, що виробляють електричний ЕНЕРГІЮ
ЗА ДОПОМОГОЮ ГАЗИФІКАЦІЇ ГОРЮЧИХ РЕЧОВИН

Ім'я винахідника: Фудзімура Хіроюкі (JP); Осіта Такахіро (JP); Хіросі Тецухіса (JP); Мієс Норіхіса (JP); Нарус Кацутосі (JP); Хаякави Дзуніті (JP)
Ім'я патентовласника: Ибар КОРПОРЕЙШН (JP)
Адреса для листування: 129010, Москва, вул. Б.Спасская, 25, стор.3, ТОВ "Юридична фірма Городиський і Партнери", пат.пов. Е.І.Емельянову
Дата початку дії патенту: 1999.11.05

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до технології перетворення хімічної енергії горючих речовин в електричну енергію з високою ефективністю, де горючі речовини газифікуються для отримання газу і отриманий газ використовується в паливному елементі для вироблення електричної енергії. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності перетворення хімічної енергії горючих речовин в електричну. Запропонована низькотемпературна газифікаційна піч для газифікації горючих речовин, таких як горючі відходи або вугілля, працює при температурі, наприклад, 400-1000 ° С, а отриманий газ потім подається в паливний елемент для вироблення електричної енергії. Низькотемпературна газифікаційна піч переважно представляє собою газифікаційну піч з псевдозрідженим шаром.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до технології перетворення хімічної енергії горючих речовин в електричну енергію з високою ефективністю, а більш конкретно стосується системи, що виробляє електричну енергію, в якій горючі речовини, такі як, наприклад, горючі відходи або вугілля, газифікуються для отримання газу і отриманий газ використовується як паливного газу в паливному елементі для вироблення електричної енергії. Тут горючі відходи включають міські відходи, паливо, витягнуте з відходів, суміш тверде тіло-вода, пластикові відходи, відходи з волокніту (FRP), відходи у вигляді біомаси, автомобільні відходи, промислові відходи, такі як деревні відходи, низькоякісне вугілля і нефтесодержащие відходи .

В останні роки робилися різні спроби для перетворення хімічної енергії горючих речовин, таких як вугілля, в електричну енергію. Одна з таких спроб полягає в застосуванні системи, що виробляє електричну енергію, з комбінованим циклом, в якій горючі речовини газифікуються під тиском для отримання газу, отриманий газ використовується для приведення в рух газової турбіни, а тепло відпрацьованого газу, що виходить з газової турбіни, утилізується з допомогою котла-утилізатора для приведення в рух парової турбіни і, таким чином, газова турбіна і парова турбіна використовуються в комбінації для здійснення вироблення енергії в комбінованому циклі, для генерації електричної енергії з високою ефективністю.

Однак в вищенаведеної системі, що виробляє електричну енергію, з комбінованим циклом для приводу існуючої газової турбіни повинен бути отриманий газ з високою теплотворною здатністю, на рівні природного газу. Тобто існуюча газова турбіна не може приводитися в рух за допомогою газу, що має низьку теплотворну здатність, отриманого шляхом газифікації горючих речовин, що мають низькі значення теплотворної здатності, наприклад горючих відходів, таких як міські відходи. Таким чином, для отримання газу з високою теплотворною здатністю необхідно робити деякі заходи, такі як, наприклад, запобігання розрідження отриманого газу азотом, що містяться в повітрі, шляхом використання чистого кисню замість повітря в якості газифицирующего агента. Що стосується горючих речовин, що мають високий вміст зв'язаного вуглецю, таких як вугілля, то для того щоб повністю перевести в газоподібний стан пов'язаний вуглець, необхідно підвищення температури газифікації, як це здійснюється в ОКЦГ (об'єднаному комбінованому циклі газифікації).

Останнім часом була розроблена газова турбіна для газу з низькою теплотворною здатністю. Однак спроба підняти температуру газу, що вводиться на вхід газової турбіни, для отримання високого ККД вимагає наявності охолоджуючого повітря для охолоджуючих елементів, таких як турбінні лопатки, які знаходяться при високій температурі. У разі газу з низькою теплотворною здатністю, якщо відносний вміст надлишкового повітря велике, тоді температура горіння газу знижується. Таким чином, відносний вміст надлишкового повітря має бути обмежена, і, отже, розробка газової турбіни для газу з низькою теплотворною здатністю не забезпечує прогресу через нестачу кількості охолоджуючого повітря в даних умовах.

Якщо для отримання газу з високою теплотворною здатністю використовується кисень, то потрібна енергія для отримання кисню. Якщо температура реакції газифікації підвищується з метою досягнення повної газифікації, тоді додаткове тепло, відповідне його Тепломісткість, необхідно, щоб таким чином збільшити відносний вміст кисню, тим самим приводячи до проблеми зниженою ефективності холодного газу. Крім того, через обмеження температури газу при подачі газу в установку, що генерує електричну енергію, газ, температура якого один раз була піднята до високої температури, повинен бути охолоджений, таким чином, невигідно збільшуються втрати теплосодержания. За вищевказаній причині ефективність в сенсі повного ккд не може бути збільшена в необхідній мірі. Під використовуваним тут виразом "ефективність холодного газу" розуміється величина, отримана шляхом ділення повної теплотворної здатності отриманого пального газу на повну теплотворну здатність подається вихідного матеріалу.

За цих обставин винахідники зробили цей винахід, згідно з яким можна виробляти електричну енергію з високою ефективністю шляхом використання горючих речовин, що мають низьку теплотворну здатність, як вихідний матеріал і можна збагачувати і відокремлювати утворений діоксид вуглецю для придушення глобального потепління шляхом оптимального комбінування технології перетворення газу навіть з низькою теплотворною здатністю в електричну енергію з високою ефективністю, технології стійкого отримання газу з різних горючих речовин і технології видалення компонентів, отруйних паливний елемент, з отриманого газу.

Таким чином, завдання цього винаходу полягає в створенні системи, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, в якій горючі речовини, такі як горючі відходи або вугілля, газифікуються для отримання газу і отриманий газ використовується в хімічній реакції для вироблення електричної енергії з високою ефективністю .

Інше завдання винаходу полягає в створенні системи, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, в якій горючі речовини, такі як відходи або вугілля, стабільно газифікуються в низькотемпературної газифікаційною печі для отримання газу, компоненти, отруйні паливний елемент, видаляються з отриманого газу, а очищений газ вводиться в паливний елемент для вироблення електричної енергії з високою ефективністю.

Для вирішення вищезазначених завдань відповідно до одного аспекту винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються для отримання газу і отриманий газ потім використовується в хімічній реакції для вироблення електричної енергії.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються для отримання газу і отриманий газ використовується потім в паливному елементі для вироблення електричної енергії.

Згідно ще одному аспекту винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються в печі з псевдозрідженим шаром для отримання газу і отриманий газ використовується потім в паливному елементі для вироблення електричної енергії.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються для отримання газу і отриманий газ ріформіруется, а ріформірованний газ потім використовується в паливному елементі для вироблення електричної енергії.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються для отримання газу, а отриманий газ потім використовується в паливному елементі для вироблення електричної енергії, при цьому відходить тепло, отримане в паливному елементі , використовується в якості джерела тепла для газифікації.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються для отримання газу, а отриманий газ використовується в паливному елементі для вироблення електричної енергії, при цьому відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, вводиться в процес газифікації для використання відпрацьованого газу для газифікації.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що горючі речовини газифікуються в газифікаційною печі комбінованого типу з псевдозрідженим шаром, що містить камеру газифікації, камеру спалювання обвуглених речовин і камеру рекуперації тепла в одній печі для отримання газу, а отриманий газ потім використовується в паливному елементі для вироблення електричної енергії.

Згідно з іншим аспектом даного винаходу пропонується система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що відрізняється тим, що встановлюється низькотемпературна газифікаційна піч для газифікації горючих речовин при температурі 400-1000 ° С, а отриманий в низькотемпературної газифікаційною печі газ подається в установку, що виробляє електричну енергію, для вироблення електричної енергії, причому відпрацьований газ, який містить велику кількість водяної пари, після вироблення енергії використовується в якості газифицирующего агента в низькотемпературної газифікаційною печі. Згідно з переважним аспектом даного винаходу установка, що виробляє електричну енергію, є паливний елемент.

В останні роки відбувається інтенсивна розробка паливних елементів в якості засобу для перетворення хімічної енергії безпосередньо в електричну енергію без здійснення процесу перетворення в теплову енергію. Паливні елементи через грубу класифікації діляться на чотири типи, від найбільш високої робочої температури до найбільш запобігти перегріванню: паливний елемент з твердим електролітом (Тете), паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК), паливний елемент з фосфорною кислотою (ТЕФК) і паливний елемент з полімерним електролітом (тепе). Для паливного елемента з фосфорною кислотою і паливного елемента з полімерним електролітом як паливного газу потрібно чистий водень. З іншого боку, паливний елемент з твердим електролітом і паливний елемент з розплавленим карбонатом мають високу температуру реакції і для них потрібно недорогий металевий каталізатор і, таким чином, вони мають істотну особливість, яка полягає в тому, що в якості палива може використовуватися не тільки водень, але і та оксид вуглецю, який є отруйною речовиною для каталізатора.

Більш того, паливні елементи мають таку істотну особливість, що тільки паливний компонент газу в газовій суміші може селективно вступати в реакцію. Наприклад, навіть якщо паливний газ, такий як водень або оксид вуглецю, змішаний з газом, який не є паливним газом, таким як азот, діоксид вуглецю або водяна пара, то тільки газові компоненти, що використовуються в якості палива в змішаному газі, взаємодіють з киснем для вироблення електричної енергії. Таким чином, електрична енергія може вироблятися з змішаного газу з високою ефективністю без використання будь-якої спеціальної технології поділу газів.

Наприклад, коли вугілля або органічні відходи газифікуються за допомогою повітря для отримання газу і отриманий газ використовується для приведення в рух газової турбіни для вироблення електрики, то оскільки азот, виділений з повітря, міститься в отриманому газі, спроба отримати газ з високою температурою згоряння вимагає додаткової теплоти, що відповідає тепломісткість, необхідного для підвищення температури азоту. Теоретично, коли теплотворна здатність отриманого газу дорівнює 3,35 МДж / м ³ (нормальні умови (нормальні температура і тиск - NTP)) (800 ккал / Nм ^3), то температура горіння газу приблизно 1500 ° С, в той час як при теплотворної здатності отриманого газу 2,51 МДж / м ³ (нормальні умови) (600 ккал / Nм ³⁾ температура горіння газу приблизно 1200 ° С. Однак насправді важко реалізувати стабільне горіння, якщо тільки теплотворна здатність отриманого газу не перевищує 4,19 МДж / м ³ (нормальні умови) (1000 ккал / Nм ^3), а висока температура горіння створює проблему генерації теплового NOx. Таким чином, дуже важко виробляти електричну енергію з високою ефективністю за допомогою спалювання газу, що містить велику кількість азоту.

З іншого боку, коли газ такого ж типу використовується для вироблення електричної енергії в паливному елементі, то включення азоту в отриманий газ, тобто паливний газ, має деякий негативний ефект, такий як зменшення частоти взаємодії паливної газової компоненти з електродом, але цей негативний ефект значно слабший, ніж негативний ефект у разі вироблення енергії за допомогою газової турбіни.

Коли горючі речовини з низькою теплотворною здатністю, такі як міські відходи, що мають теплотворну здатність приблизно від 8,37 до 12,56 МДж / кг (2000-3000 ккал / кг), газифікуються для вироблення електричної енергії, то важливо якомога більше підвищити ефективність холодного газу. У розробляється технології газифікації та спалювання зі шлакування для обробки відходів в деяких випадках застосовується метод непрямого нагріву, такий як, наприклад, зовнішній нагрів в печі для піролізу. Це робиться саме "з метою виключення часткового спалювання і підвищення ефективності холодного газу при обмеженому відносному вмісті кисню". Найбільш ефективний спосіб для підвищення ефективності холодного газу полягає в перешкоджанні вироблення марного тепла. А конкретно, ефективним є якомога більш високе зниження температури газифікації. Коли температура газифікації може бути знижена, то можуть бути зменшені і кількість споживаного пального матеріалу для вироблення тепла з метою підвищення температури, і споживання кисню. Це може підвищити ефективність холодного газу, і навіть коли в якості окисляє агента використовується чистий кисень, то енергія, яка включена у виробництво кисню, може бути зменшена і, отже, підвищується ефективність "кінцевої передачі".

Застосування низької температури газифікації і сприятливо для матеріалу печі. У технологічному процесі з повною газифікацією для вугілля (ОКЦГ), який в даний час розробляється, максимальна температура газифікаційною печі близько 1500 ° С або вище. Тому дуже важко вибрати вогнетривкий матеріал, який може витримати таку високу температуру. В даний час не існує вогнетривкого матеріалу, який може витримати таку температуру і умови експлуатації і, отже, для продовження терміну експлуатації вогнетривкого матеріалу його охолоджують зовні. З цієї причини, навіть коли розмір печі зменшений завдяки застосуванню системи високого тиску, то радіаційні втрати від поверхні стінки печі досягають кілька% від всього введеного тепла, тим самим викликаючи збільшення "накладних витрат" в загальному ККД.

Коли температура газифікації знижується, то не відбувається повного розкладання горючої компоненти, це призводить до того, що вуглеводні, молекулярна маса яких відносно велика, і високомолекулярні вуглеводні, такі як смола, виходять замість водню і оксиду вуглецю в якості компоненти паливного газу для паливного елемента. Коли ці високомолекулярні вуглеводні подаються в паливний елемент, причому без з виведення, то вони використовуються в якості палива, що призводить в результаті не тільки до зниження ефективності, а й викликає реакцію конденсаційної полімеризації з осадженням вуглецю всередині елемента. Таким чином, високомолекулярні вуглеводні є джерелом різних проблем.

Однак в останні роки досліджуються різні каталізатори для прискорення повної газифікації при відносно низькій температурі від 700 до 800 ° С. В результаті виявлено, що ефективними є не тільки нікель, а й натрій, калій, кальцій, FeO і інші каталізатори. Крім того, паливні елементи, які мають високу робочу температуру, такі як паливний елемент з твердим електролітом (Тете) і паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК), характеризуються тим, що в них відбувається "самотепловой" риформинг паливного газу, тобто внутрішній риформинг паливного газу може бути здійснений шляхом використання їх високої робочої температури і тепла від згоряння залишкового паливного газу, який йде без використання всередині паливного елемента. Коли функція внутрішнього риформінгу може бути ефективно використана, тоді газ, отриманий шляхом газифікації при відносно низькій температурі, може бути використаний в якості паливного газу в паливному елементі.

Каталізатори, описані вище, призначені для розкладання смоли та вуглеводнів, що містяться в газі, отриманому в процесі газифікації, на водень і оксид вуглецю, тобто вони виконують так звану "ріформірующую функцію". В цьому випадку риформинг може бути здійснений шляхом підтримки шару з каталізатора при заданій температурі і шляхом введення отриманого газу, що містить смолу і вуглеводні, разом з ріформірующім газом, таким як діоксид вуглецю або водяна пара, в цей шар. Температура шару, що містить каталізатор, зазвичай в діапазоні від 700 до 800 ° С. Незважаючи на те, що каталізатори, описані вище, мають каталітичну активність, таку ж, як простий метал, багато хто з них, навіть коли вони переходять в оксиди (наприклад, СаО в разі кальцію), мають таку ж функцію. Ці каталізатори можуть використовуватися як псевдозріджених середу газифікаційною печі з псевдозрідженим шаром.

У зв'язку з цим слід зауважити, що якщо газ, отриманий з різних горючих речовин, використовується в якості паливного газу в паливному елементі, достатню увагу має бути приділено агресивних газів, що містяться в отриманому газі, таким як хлорид водню або сульфід водню. А конкретно, паливний елемент з твердим електролітом (Тете) і паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК), що мають високі робочі температури, схильні до дії деяких агресивних умов, і, отже, перед тим як отриманий газ подається в паливний елемент, вищевказані агресивні гази повинні бути видалені.

Коли отримано газ, що містить хлорид водню або сульфід водню, то в технологічному процесі для видалення цих агресивних газів ефективно може бути використаний "набитий" шар з "швидкої" вапна (СаО). Хлорид водню взаємодіє з "швидкої" вапном з отриманням хлориду кальцію (CaCl _2), а сульфід водню взаємодіє з "швидкої" вапном з отриманням сульфіду кальцію (CaS). Таким чином, якщо є "набитий" шар з "швидкої" вапна нижче по потоку від процесу газифікації, в якому виходить хлорид водню або сульфід водню, тоді агресивні компоненти можуть бути виведені без значного зниження температури газу.

Далі слід звернути увагу на солі лужних металів, такі як хлорид натрію (NaCl) і хлорид калію (KCl), як агресивні компоненти, які створюють проблему корозії при газифікації міських відходів або інших подібних матеріалів. Ці солі лужних металів існують у вигляді туману в розплавленому стані в температурної області 650 ° С або вище, і вони мають схильність прилипати до частин, що мають температуру нижче, ніж їх температура плавлення, отже, приводячи до сильної корозії. Таким чином, важливо захистити металеві конструктивні елементи паливного елемента від роз'їдання цими розплавленими солями. Розплавлені солі лужних металів можуть бути ефективно виведені з отриманого газу шляхом одноразового охолодження отриманого газу до температури нижче температури розплавлення солей, щоб солі затверділи, і виводяться вони за допомогою фільтра або інших подібних засобів.

Оскільки температура плавлення солей лужних металів 650 ° С або вище, то охолодження отриманого газу до температури нижче 650 ° С з подальшим тонким пиловловлення, таким як пиловловлювання через керамічний фільтр, може значно зменшити небезпеку корозії, викликаної розплавленими солями. Температура 650 ° С дуже вигідна і при обробці отриманого газу, що містить смолу або інші подібні речовини. Це тому що смола знаходиться в газоподібному стані при температурі 400 ° С або вище, і така проблема як закупорка фільтра смолою не виникає.

Згідно з переважним аспектом даного винаходу горючі речовини газифікуються в низькотемпературної газифікаційною печі при температурі від 400 до 1000 ° С для отримання газу і отриманий газ охолоджується до 650 ° С або нижче, а потім пропускається через апарат очистки газу для видалення отруйних компонентів і далі очищений отриманий газ подається в паливний елемент для вироблення електричної енергії. В цьому випадку тверді компоненти, такі як зола, обвуглені речовини і солі, що містяться в газі, який виводиться з низькотемпературної газифікаційною печі і охолоджується до 650 ° С або нижче, уловлюються за допомогою пиловловлювача, що знаходиться при середній температурі, для запобігання потрапляння таких твердих компонентів в апарат очистки газу, встановлений на наступній стадії процесу. До очищення отриманого газу за допомогою апарату очищення газу отриманий газ може бути нагрітий до високої температури 1000-1500 ° С для розкладання смоли та вуглеводнів, що містяться в отриманому газі, до низькомолекулярних матеріалів, а потім отриманий газ може подаватися в паливний елемент.

Апарати очищення газу можуть бути класифіковані за двома типами: сухого типу і мокрого типу. У разі, коли паливний елемент являє собою паливний елемент з твердим електролітом або паливний елемент з розплавленим карбонатом, використання апаратів очистки газу сухого типу після охолодження отриманого газу до 650 ° С або нижче є ефективним для запобігання втрати теплосодержания, оскільки робоча температура паливного елемента з твердим електролітом знаходиться в діапазоні від 900 до 1000 ° с, а робоча температура паливного елемента з розплавленим карбонатом близько 700 ° с. З іншого боку, в разі, якщо паливний елемент являє собою паливний елемент з фосфорною кислотою або паливний елемент з полімерним електролітом, температура паливного газу, що подається в паливний елемент, повинна бути знижена до 200 ° С або нижче, оскільки робоча температура паливного елемента з фосфорною кислотою близько 200 ° с, а робоча температура паливного елемента з полімерним електролітом близько 80 ° с. З цієї причини газова очищення при високій температурі не потрібно і можуть бути застосовані апарати очистки газу мокрого типу. Тому в якості засобу для видалення лужних металів або смоляний компоненти для того, щоб виконати промивку газу водою, може застосовуватися скруббер.

Основна структура системи, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, відповідно до даного винаходу, буде описана з посиланням на фіг.23-25. На фіг.23-25 ​​подібні або відповідні елементи позначені одними і тими ж цифровими позиціями, щоб уникнути повторення пояснень.

Фіг.23 являє собою схему, яка показує основну структуру цього винаходу. Горючі речовини подаються для виконання технологічного процесу А газифікації і газифікуються в технологічному процесі А газифікації. Газ, отриманий в технологічному процесі А газифікації, охолоджується до 650 ° С або нижче при виконанні технологічного процесу В рекуперації теплоти. Якщо необхідно, то може бути передбачений технологічний процес 3 пиловловлення вище і / або нижче по потоку від процесу рекуперації теплоти. Газ, охолоджений в процесі В рекуперації теплоти, подається на технологічний процес З очищення газу, де газ очищується, перетворюючись в паливний газ для паливного елемента. Потім паливний газ подається на виконання технологічного процесу 6 вироблення енергії за допомогою паливного елемента.

Фіг.24 являє собою схему, яка ілюструє першу структуру технологічного процесу З очищення газу. При введенні отриманого газу для виконання процесу З очищення газу агресивні гази, такі як хлорид водню і сульфід водню, видаляються з нього при виконанні процесу 4 видалення агресивних газів. Оброблений газ потім вводиться для виконання процесу 5 риформінгу палива, щоб здійснити розкладання вуглеводнів на водень і оксид вуглецю, і подається на виконання процесу 6 вироблення енергії за допомогою паливного елемента. Слід зауважити, що в процесі газифікації, коли високотемпературна газифікаційна піч, що працює при температурі 1000-1500 ° С, встановлюється крім низькотемпературної газифікаційною печі і в ній може відбуватися повне розкладання вуглеводнів, тоді процес 5 риформінгу палива може бути опущений. У технологічному процесі риформінгу палива можуть використовуватися описані вище реактор з нерухомим шаром, "набитий" ріформірующім каталізатором, або з рухомим шаром, або риформинг-установка з низькотемпературної плазмою, яка може селективно розкладати вуглеводні без істотного підвищення температури газу. Риформинг-установка, в якій використовується низькотемпературна плазма, має перевагу, яка полягає в тому, що немає істотних обмежень по робочій температурі і робочому тиску. Ця перша структура для процесу очищення газу є підходящою в разі, коли використовується паливний елемент, що має відносно високу робочу температуру, тобто паливний елемент з твердим електролітом або паливний елемент з розплавленим карбонатом. Вибір технологічного процесу сухого типу, що використовує оксид заліза або оксид цинку в якості абсорбенту в процесі видалення агресивних газів, забезпечує отримання очищеного газу для подачі його для здійснення процесу 6 вироблення енергії за допомогою паливного елемента без втрати теплосодержания отриманого газу.

Фіг.25 представляє схему, яка ілюструє другу структуру технологічного процесу З очищення газу. Ця друга структура технологічного процесу З очищення газу є підходящою в разі, коли паливний елемент являє собою паливний елемент з полімерним електролітом або паливний елемент з фосфорною кислотою. За допомогою структури, показаної на фіг.25, шляхом введення газу, отриманого в процесі З очищення газу, агресивні гази, такі як хлорид водню і сульфід водню, видаляються при здійсненні технологічного процесу 4 видалення агресивних газів, а отриманий газ потім вводиться для здійснення технологічного процесу 5 риформінгу палива, де вуглеводні розкладаються на водень і оксид вуглецю. Потім оброблений газ вводиться для здійснення процесу 17 конверсії, де оксид вуглецю конвертується в водень за допомогою реакції конверсії СО. Потім газ вводиться для здійснення процесу 18 видалення СО, щоб видалити залишковий оксид вуглецю, а потім газ проходить через технологічний процес 19 очищення водню, який використовує сплав, сорбирующие водень, для отримання чистого водню або газу, високозбагаченого воднем, який потім подається для здійснення процесу 6 вироблення енергії за допомогою паливного елемента. Якщо паливний елемент може покриватися газом, збідненим за воднем, тоді процес очищення водню може бути опущений. Конкретна структура процесу 4 видалення агресивних газів така, що хлорид водню видаляється в технологічному процесі очищення газу мокрого типу, що використовує скруббер або інший подібний засіб, а технологічний процес десульфуризації, що використовує десульфуризацію з гідрогенераціі, виконується нижче по потоку після процесу очищення газу мокрого типу. Для виконання процесу видалення агресивних газів і може бути використана комбінація інших методів. У деяких випадках ефективним є забезпечення процесу попередньої обробки вище по потоку від процесу 17 конверсії та процесу 18 видалення СО. Технологічний процес для зменшення парціального тиску діоксиду вуглецю в газі або збільшення парціального тиску водяної пари в газі для прискорення реакції конверсії є ефективним в якості попередньої обробки для здійснення процесу конверсії. Конкретні приклади використовуваних тут методів попередньої обробки включають метод поглинання амінами, в якому поглинається діоксид вуглецю для зменшення парціального тиску діоксиду вуглецю, і метод, в якому водяна пара вдувається в отриманий газ для збільшення парціального тиску водяної пари. Методи, які застосовуються в якості процесу попередньої обробки для процесу 18 видалення СО, є різними в залежності від способу видалення СО. А конкретно, коли в якості способу видалення СО використовується процес утворення метану, який використовує реакцію утворення метану, тоді при мінімізації вмісту діоксиду вуглецю ефективним для діоксиду вуглецю є метод поглинання амінами. З іншого боку, коли в якості способу для видалення СО використовується технологічний процес селективного окислення, що використовує селективне окислення, тоді як окисляє агента повинен вдуватися кисневмісний газ. Незважаючи на те що СО і може бути вилучений за допомогою низькотемпературної плазми, в цьому випадку необхідно вдувати водяна пара.

- КРЕСЛЕННЯ пояснює ВИНАХІД -

Варіанти системи, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, відповідно до даного винаходу будуть описані з посиланням на фіг.1-22. На фіг.1-22 подібні або відповідні елементи позначені одними і тими ж цифровими позиціями, щоб уникнути повторення пояснень.

Фиг.1 - схема, що ілюструє основну структуру системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідно до першого варіанту здійснення даного винаходу. Вихідний матеріал 21 подається через пристрій 1 для подачі вихідного матеріалу в низькотемпературну газифікаційну піч 2, яка є газифікаційною піччю з псевдозрідженим шаром. У печі відбувається піроліз вихідного матеріалу 21 при температурі в діапазоні від 400 до 1000 ° С з отриманням газу, що містить водень і оксид вуглецю в якості газової компоненти, яка є корисною для вироблення енергії за допомогою паливного елемента, і газ містить "слідові" кількість вуглеводнів . У цьому випадку підвищення температури від температури, яка була під час введення вихідного матеріалу, до температури в діапазоні 400-1000 ° С здійснюється шляхом часткового спалювання вихідного матеріалу 21. Негорючі речовини 22, що містяться в вихідному матеріалі 21, вивантажуються з газифікаційною печі 2. Низькотемпературна газифікаційна піч може бути піччю з псевдозрідженим шаром або в альтернативному варіанті може бути обертається піччю, піччю-накопичувачем або іншої подібної піччю. Коли в якості вихідного матеріалу використовуються горючі речовини, такі як міські відходи, які мають неправильні форми і містять негорючі речовини, тоді бажано використовувати піч з псевдозрідженим шаром. Це тому що в печі з псевдозрідженим шаром не згорілий матеріал не прилипає до негорючих речовин, які вивантажуються з печі, отже, при цьому менш ймовірне виникнення проблеми, пов'язаної з обробкою і видаленням негорючих речовин. Більш того, коли застосовується піч з псевдозрідженим шаром, то температура шару переважно низька в такій мірі, щоб це не перешкоджало піролізу. А конкретно, переважно піч працює при температурі від 400 до 600 ° С, оскільки негорючі речовини при цьому не окислюються і, отже, вони можуть бути легко повторно використані.

Коли в якості вихідного матеріалу використовуються горючі речовини, такі як міські відходи, що мають неправильні форми, то пристрій для подачі вихідної сировини, як показано на фіг.16, переважно виконано так, щоб перешкоджати просочуванню повітря через пристрій для подачі вихідного матеріалу. Пристрій для подачі вихідного матеріалу, показане на фіг.16, буде описано більш докладно. Зовнішній кожух 1 для подачі вихідного матеріалу містить бункерну секцію 401 для вихідного матеріалу, кожух 402, який має конусоподібну форму, так що його діаметр поступово зменшується в напрямку переднього кінця, конусоподібний перфорований кожух 403, що має безліч отворів 430 і розташований нижче по потоку від конусообразного кожуха 402, і передній кожух 404, що включає випуск 450. кожух забезпечений шнеком 410, діаметр якого поступово зменшується в напрямку до переднього кінця так, щоб він відповідав конусоподібну кожуха. Горючі речовини 21 в якості вихідного матеріалу подаються в бункерну секцію 401 для вихідного матеріалу і переносяться до переднього кінця шнека при обертанні шнека 410. В цей же час горючі речовини стискаються через конусної конфігурації шнека 410 і кожуха 402. Інформація, що міститься вода вичавлюється з стислих горючих речовин і виводиться назовні з пристрою для подачі вихідного матеріалу через численні отвори 430, виконані в кожусі 403. Розмір отворів досить малий, щоб виключити висновок горючих речовин через ці отвори, і максимальний діаметр отворів приблизно 10 мм. Горючі речовини, що мають знижений вміст води в результаті стиснення, подаються через випуск 450 в низькотемпературну газифікаційну піч 2.

У пристрої 1 для подачі вихідного матеріалу горючі речовини знаходяться в стислому стані всередині кожухів 401, 402 і 403, щоб таким чином збільшувати внутрішній тиск в пристрої 1 для подачі вихідного матеріалу, і, отже, повітря або інші подібні компоненти не надходять зовні в пристрій 1 . Більш того, обтиск зменшує вміст води в горючих речовинах і, отже, зменшуються теплові втрати всередині низькотемпературної газифікаційною печі, обумовлені "прихованої" теплотою випаровування. Відносний вміст кисню знижується через зменшення теплових втрат, що призводить до збільшення ефективності холодного газу. Стислі горючі речовини мають відносно однорідну щільність, яка може знижувати невеликі коливання в кількості пропонованого матеріалу. Таким чином, пристрій 1 для подачі вихідного матеріалу, показане на фіг.16, дуже добре підходить для використання в цьому винаході як пристрій для подачі вихідного матеріалу.

Найбільш простий метод обробки вичавки вихідних матеріалів, отриманих при стисканні матеріалу за допомогою пристрою для подачі вихідного матеріалу, полягає в тому, що витримка вихідних матеріалів подається в процес В рекуперації тепла (див. Фіг.23), де витримка вихідного матеріалу змішується з отриманим високотемпературним газом, щоб відбувалося її випаровування і розкладання. Однак якщо витримка вихідного матеріалу не може бути подана в процес В рекуперації тепла через теплового балансу або з інших причин, тоді витримка вихідного матеріалу може бути подана в технологічний процес сушіння для виконання обробки шляхом сушіння. В кращому способі обробки шляхом сушіння використовується сушарка з непрямим нагріванням. Тепло, вироблене в паливному елементі 6, є найбільш підходящим джерелом тепла для сушки з точки зору ефективного використання тепла. У разі, коли поверхня теплопереносу повинна бути великою через низький рівень температури (100 ° С або нижче) відпрацьованого газу, як в паливному елементі з полімерним електролітом, тоді може бути використано тепло, відведений з отриманого газу в технологічному процесі В рекуперації тепла. Коли кількість тепла недостатнє, то додається допоміжне паливо. Частина, що залишилася тверда компонента після сушки може бути смішила з вихідним матеріалом для обробки. Пар, утворений в період сушіння з вичавки вихідних матеріалів, має неприємний запах і тому переважно подається в технологічний процес У рекуперації тепла, де пар змішується з високотемпературним отриманим газом, для того щоб відбулося його розкладання. Таким чином, якщо після випаровування і сушіння отриманої вичавки вихідних матеріалів поза системою з отриманим газом в технологічний процес рекуперації тепла подається тільки освічений пар, тоді передбачається, що вигідно здійснювати вдув вичавки вихідних матеріалів безпосередньо в процес рекуперації тепла, тому що величина зниження температури газу настільки мала, що в технологічному процесі рекуперації тепла може бути збільшено кількість утвореного пара. А конкретно, в разі, коли в технологічному процесі газифікації використовується високотемпературна газифікаційна піч, що працює при температурі 1000-1500 ° С, а технологічний процес рекуперації тепла здійснюється нижче по потоку від високотемпературної газифікаційною печі, то така система є вигідною. Це тому що температура отриманого газу, введеного в технологічний процес рекуперації тепла, висока, приблизно 1300 ° С, теплоперенос в технологічному процесі рекуперації тепла здійснюється шляхом радіаційного переносу тепла і тому при збереженні високої температури газу виходить велика ступінь приросту в кількості рекуперировать тепла.

Отриманий газ і тверда компонента, така як зола, виведені з низькотемпературної газифікаційною печі 2, подаються в пиловловлювач 3. В цей час температура на вході пилоуловлювача підтримується при 400-650 ° С. У частині, розташованій нижче по потоку в низькотемпературної газифікаційною печі 2, тобто в "надводної" частини, температура газу нижче, ніж температура в області псевдоожиженного шару через те, що відбувається ендотермічна реакція піролізу. Тому навіть якщо температура псевдозрідженого шару 950 ° С, то існує ймовірність того, що в "надводної" частини температура газу стає нижче ніж 650 ° С. Коли температура газу висока, то може бути передбачений радіаційний котел. З іншого боку, коли температура газу 400 ° С або нижче, то для підняття температури газу в "надводну" частина може подаватися повітря або кисень, завдяки чому виключаються проблеми зі смолою. Як пиловловлювача може використовуватися циклонний уловлювач. Однак бажано, щоб була виконана фільтруюча система, що має високу ефективність пиловловлення. У температурному діапазоні від 400 до 650 ° С в якості пиловловлювача може використовуватися високотемпературний рукавний фільтр. В альтернативному варіанті може використовуватися керамічний фільтр або йому подібний, які в даний час інтенсивно розробляються.

Отриманий газ, з якого тверді компоненти, такі як зола і солі 23 лужних металів, вилучені в пиловловлювачі 3, подається в апарат 4 видалення агресивних газів, де агресивні гази, такі як хлорид водню і сульфід водню, видаляються з отриманого газу. Як апарату для видалення агресивних газів ефективним є вищеописаний шар, що містить "швидку" вапно. Наприклад, може бути використаний пиловловлювач з рухомим шаром, який використовує "швидку" вапно або подібна речовина, як показано на фіг.11. Ця система має і функцію пиловловлювача, і функцію видалення агресивних газів, і, отже, вона може спростити обладнання в цілому. Середовище для формування рухомого шару в пиловловлювачі з рухомим шаром містить доломіт, крім "швидкої" вапна. Для видалення сірчаної компоненти здійснюється процес, в якому вся сірчана компонента конвертується в присутності каталізатора на основі Ni-Mo в сульфід водню, а отриманий сульфат водню взаємодіє з оксидом цинку (ZnO) з отриманням сульфіду цинку (ZnS), який потім виводиться.

Далі буде описаний пиловловлювач з рухомим шаром, показаний на фіг.11. Пиловловлювач 150 з рухомим шаром містить кожух 151, всередині якого міститься фільтр 152. Фільтр 152 має шар 153, набитий частинками СаО, і частки СаО циркулюють між фільтром 152 і зовнішнім регенератором 154 по шляху 155 циркуляції. Отриманий газ, виведений з пиловловлювача 3 (див. Фіг.1), надходить в пиловловлювач 150 через впуск 151а в кожусі 151 і протікає в фільтр 152. У фільтрі 152 сульфід водню (H ₂ S) і хлорид водню (HCl), що містяться в отриманому газі, віддаляються за рахунок їх взаємодії з СаО, а очищений отриманий газ виводиться через випуск 151b кожуха 151. Формула хімічної реакції в цьому випадку наступна:

H ₂ S + СаО-> CaS + H ₂ O

2HCl + СаО-> CaCl ₂ + H ₂ O

СаО, залишилося не прореагував, і продукти хімічної реакції (CaS і CaCl ₂₎ подаються в регенератор 154, де CaS і CaCl ₂ видаляються і тільки СаО повертається в фільтр 152 по шляху 155 циркуляції. Через шлях 155 циркуляції СаО поповнюється в тій кількості, яка було витрачено в реакції з сульфідом водню і хлоридом водню.

В аппарате 4 для удаления агрессивных газов, содержащем пылеуловитель 150 с подвижным слоем, или в другом подобном средстве полученный газ, из которого удалены агрессивные газы, подается в установку 5 для риформинга топлива, в которой углеводороды, содержащиеся в полученном газе, разлагаются на водород и оксид углерода. Для ускорения разложения необходима высокая температура, и водород и оксид углерода, содержащиеся в газе, выведенном со стороны анода (отрицательный электрод) в топливном элементе, эффективно используются в качестве источника тепла для обеспечения высокой температуры. Поэтому, если необходимо, кислород (О ₂ ) 31 подается в устройство 5 для риформинга топлива, чтобы сжигать остаточный газ.

На фиг.12 схематично показано поперечное сечение, иллюстрирующее подробную структуру устройства 5 для риформинга топлива. Устройство 5 для риформинга топлива содержит корпус 190 и реакционную трубку 191, установленную внутри корпуса 190 и набитую катализатором на основе Ni-Mo или на основе Со-Мо для ускорения уменьшения молекулярной массы углеводородов. Полученный газ и, если необходимо, водород для риформинга и водяной пар в качестве источника кислорода подаются в реакционную трубку 191. Топливный газ, содержащийся в отработавшем газе, выведенном из анода, и вновь подаваемый кислород подаются в камеру сгорания 192 для сжигания топливного газа. Реакционная трубка 191 нагревается примерно до 800°С за счет теплоты, получаемой в результате реакции горения, благодаря чему полностью осуществляется разложение углеводородов, содержащихся в полученном газе, на водород и оксид углерода.

Отриманий газ, який в основному складається з водню і оксиду вуглецю, отриманих при газифікації в газифікаційною печі 2, паливний газ, що складається з водню і оксиду вуглецю, отриманих при розкладанні високомолекулярних вуглеводнів в пристрої 5 для риформінгу палива, пара і діоксид вуглецю подаються з боку негативного електрода в паливний елемент 6 з розплавленим карбонатом (ТЕРК) для вироблення електричної енергії. В цей час повітря 32 або кисень подаються як джерело кисню з боку позитивного електрода в паливний елемент 6. Нормально, оскільки коефіцієнт перетворення паливного газу в паливному елементі НЕ дорівнює 100%, якщо відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, містить невелике кількість не прореагувала паливного газу (що складається з водню і оксиду вуглецю) на додаток до пару і діоксиду вуглецю як основних компонентів, і цей відпрацьований газ використовується в якості джерела тепла для риформінгу паливного газу.

Температура відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента, по суті дорівнює робочій температурі паливного елемента. Тому це теплосодержание може бути повторно використано як джерело тепла для газифікації, щоб таким чином зменшити кількість, яка споживається при частковому згорянні горючих речовин. Сприятливо те, що в результаті ефективність газифікації може бути збільшена і, крім того, за рахунок високого вмісту пари у відпрацьованому газі швидкість реакції газифікації може бути збільшена за рахунок ефекту конверсії з водяною парою. Відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, містить невелику кількість не прореагувала паливного газу (що складається з водню і оксиду вуглецю) крім водяної пари і діоксиду вуглецю в якості основного компонента. Згідно з цим варіантом високотемпературний нагнітач 9 використовується для повторного використання відпрацьованого газу, що має температуру від 600 до 700 ° С, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента. Цей газ використовується в якості газифицирующего агента і зріджується газу для низькотемпературної газифікаційною печі 2. Коли теплосодержание саме по собі циркулюючого газу недостатньо для підтримки температури шару низькотемпературної газифікаційною печі 2, то, якщо необхідно, в низькотемпературну гаеіфікаціонную піч 2 може подаватися кисень (O ₂₎ 31. у цьому випадку, з огляду на подачу кисню, підмішування кисню в циркулює газ сприятиме згорянню залишився горючого газу, отже, буде підвищуватися температура. Тому кисень і циркулює газ переважно подаються незалежно один від одного в низькотемпературну газифікаційну піч 2. Більш того, подача кисню, що має чистоту 100%, небезпечна через його надмірно високої активності, і, отже, бажано, щоб подавався кисень, який розріджений водяним паром, діоксидом вуглецю або чим-небудь подібним.

У паливному елементі з розплавленим карбонатом (ТЕРК), оскільки необхідно подавати діоксид вуглецю в сторону позитивного електрода, частина відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода, подається в газову камеру 7 згоряння газу для повного спалювання горючих речовин, а частина газу, отриманого в результаті спалювання, охолоджується в газовому охолоджувачі 8 для видалення з нього води (Н ₂ О) 36, таким чином, отримуючи діоксид вуглецю (СО ₂₎ 35, що має високу ступінь чистоти. Необхідна кількість діоксиду вуглецю 35 подається через нагнітач 12 в позитивний електрод паливного елемента 6, а решта діоксиду вуглецю 35 виводиться назовні з системи. Виведений діоксид вуглецю, який має високу ступінь чистоти, може бути використаний в якості хімічних реагентів для інших застосувань. В альтернативному варіанті діоксид вуглецю може бути "пов'язаний", щоб перешкодити викиду діоксиду вуглецю, таким чином, вживаючи заходів для запобігання глобальному потеплінню. Газ, що залишився після повного спалювання, виведений з газової камери 7 згоряння, разом з відпрацьованим газом, виведеним з боку позитивного електрода паливного елемента, подається в котел-утилізатор 10, де тепло рекуперується і використовується в якості теплового джерела для парового циклу. Відпрацьований газ з котла-утилізатора 10 виводиться назовні з системи через нагнітач 11. Тепло, отримане в газовій камері 7 згоряння, і може бути ефективно використано в якості теплового джерела для риформінгу палива.

Фиг.2 представляє схему, яка ілюструє структуру системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідну другим варіантом здійснення даного винаходу. В системі вироблення електричної енергії з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідної цим варіантом здійснення винаходу, показаної на фиг.2, пристрій 5 для риформінгу палива, паливний елемент 6 і газова камера 7 згоряння об'єднані для спрощення установки і для збільшення ефективності. Таке об'єднання дозволяє ефективно використовувати для риформінгу палива тепло, отримане в паливному елементі 6 і газовій камері 7 згоряння і, таким чином, це є ефективним засобом для збільшення повного ккд. Інша частина структури варіанту здійснення винаходу, показаного на Фіг.2, така ж, як у варіанті, показаному на фіг.1.

Коли горючі речовини, що мають низьку теплотворну здатність, такі як міські відходи, газифікуються за допомогою технологічного процесу, показаного на Фіг.2, теплотворна здатність отриманого газу низька, 1,88-2,10 МДж / м ³ (нормальні умови) (450- 500 ккал / Nм ³⁾ на основі вологого газу і приблизно 2,72 МДж / м ³ (нормальні умови) (650 ккал / Nм ³⁾ на основі сухого газу. Отриманий газ містить приблизно 13% водню за обсягом і приблизно 3% оксиду вуглецю за обсягом в якості ефективної газової компоненти, а решта компонента складається з водяної пари і діоксиду вуглецю. Використання газу, що має вищевказаний хімічний склад, при виробленні енергії в паливному елементі створює проблему, яка полягає в тому, що через низький вміст ефективного газу ефективність взаємодії ефективного газу з електродом настільки низька, що ефективне використання паливного газу всередині паливного елемента знижується і робочі характеристики елемента не можуть бути достатньою мірою використані, що призводить до знижених вихідних параметрів. В такому випадку збільшення тиску в системі є ефективним для вирішення цієї проблеми. А конкретно, збільшення тиску може підвищити парціальний тиск ефективного газу, збільшити ефективність взаємодії електрода з молекулами ефективного газу і, таким чином, підвищити коефіцієнт корисної дії паливного газу.

Більш того, збільшення парціального тиску паливної газової компоненти може привести не тільки до підвищеного коефіцієнту корисної дії паливного газу, а й до підвищення ефективності вироблення енергії безпосередньо паливним елементом. Крім того, збільшення тиску може зменшити об'єм паливного газу, таким чином, роблячи внесок у здійснення "компактного" технологічного процесу по очищенню газу.

Як спосіб збільшення тиску паливного газу, що подається в паливний елемент, розглядаються наступні методи: метод, в якому газифікаційна піч сама по собі працює під тиском, і спосіб, в якому газифікація здійснюється при атмосферному тиску, а потім отриманий газ стискають. У першому способі є складність, пов'язана з подачею вихідного матеріалу в систему, що знаходиться під підвищеним тиском, і особливо складно завантажувати в секцію з підвищеним тиском горючі речовини, що мають неправильні форми, такі як побутові відходи. З іншого боку, в останньому способі для зниження енергії стиснення газ повинен перед стисненням охолоджуватися і, отже, відбувається несприятливий збільшення втрати теплосодержания на величину, відповідну ступеня зниження температури. У разі, коли в якості паливного елемента застосовується паливний елемент з полімерним електролітом (тепе) або паливний елемент з фосфорною кислотою (ТЕФК), в будь-якому випадку температура подаваного газу повинна бути знижена. У разі, коли застосовується паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК) або паливний елемент з твердим електролітом (Тете), незважаючи на те, що може подаватися високотемпературний газ, цей газ один раз повинен бути охолоджений для стиснення, таким чином, приводячи до енергетичних втрат .

Тому, коли в якості паливного елемента використовується ТЕРК або Тете, переважно, щоб газифікаційна піч сама по собі працювала при підвищеному тиску. З іншого боку, коли використовується тепе або ТЕФК, з урахуванням вищевказаного недоліку найбільш підходящий спосіб стиснення газу може вибиратися і пристосовуватися для кожної конкретної системи. Незважаючи на те, що теоретично бажано, щоб тиск паливного газу, що подається в паливний елемент, було більш високе, з точки зору практичного використання і конструкції паливного елемента, стійкого до підвищеного тиску, тиск паливного газу, що подається в паливний елемент, знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа, переважно від 0,4 до 0,8 МПа, а ще краще, від 0,5 до 0,6 МПа. В цьому випадку робочий тиск в технологічному процесі газифікації має бути на 5-50 кПа вище, ніж нормальний тиск, що застосовується для паливного елемента. Коли тиск паливного газу збільшується за допомогою компресора до подачі паливного газу в паливний елемент, то процес газифікації може виконуватися при будь-якому тиску. Однак з урахуванням подачі вихідного матеріалу в газифікаційну піч бажано, щоб газіфікціонная піч працювала при тиску, нижчому, ніж атмосферний тиск на 0,2-1,0 кПа.

На Фіг.3 представлена ​​схема, що ілюструє структуру системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідної третім варіантом здійснення даного винаходу. Третій варіант здійснення винаходу, показаний на Фіг.3, - це один з варіантів, в якому паливний газ знаходиться під підвищеним тиском. У цьому варіанті паливний елемент 6, пристрій 5 для риформінгу палива, газова камера 7 згоряння, охолоджувач 8 газу, апарат 4 для видалення агресивних газів, пиловловлювач 3 і низькотемпературна газифікаційна піч 2 знаходяться в умовах підвищеного тиску в резервуарі 13 підвищеного тиску. У цьому випадку вихідний матеріал повинен подаватися з системи, що знаходиться під атмосферним тиском, в систему, що знаходиться під підвищеним тиском, і, отже, краща подача вихідного матеріалу в низькотемпературну газифікаційну піч 2 через завантажувальний пристрій з лійкою-затвором або інший подібний пристрій. Горючі речовини, що мають неправильні форми, такі як міські відходи, ймовірно будуть створювати проблеми при завантаженні через лійкоподібну частина завантажувального пристрою. З цієї причини для такої системи підходить використання горючих речовин, що мають таку природу, що вони легко обробляються. Наприклад, RDF, отримані шляхом видалення негорючих речовин з міських відходів, і та сушінням і формуванням залишилися горючих речовин в тверде паливо, і крихти з шин є відповідним паливом для цієї системи.

Коли вироблення енергії в паливному елементі здійснюється при підвищеному тиску, як у справжньому варіанті здійснення винаходу, тоді з паливного елемента з розплавленим карбонатом (ТЕРК) виводиться газ високого тиску, що має температуру приблизно 700 ° С. Тому відпрацьований газ, виведений з паливного елемента 6, може бути введений в газову турбіну (газовий розширювач) 14, щоб отримати енергію за допомогою газової турбіни 14. Отработавший газ, виведений з газової турбіни 14, подається в котел-утилізатор 10, де здійснюється рекуперація тепла, і отриманий водяну пару надходить на парову турбіну для вироблення енергії. Таким чином, може бути реалізований трьохстадійний комбінований цикл вироблення енергії за допомогою паливного елемента 6, газової турбіни 14 і парової турбіни (не відображено). На Фіг.3 у всій системі передбачений тільки один резервуар 13 високого тиску. В альтернативному варіанті може бути передбачено кілька резервуарів високого тиску, а апарати розміщуються всередині резервуарів високого тиску відповідно. Інша частина структури варіанту, показаного на Фіг.3, така ж, як у варіанті здійснення винаходу, показаному на фіг.2.

Інша система може застосовуватися для горючих речовин, що мають високу теплотворну здатність, таких як пластикові відходи. В останні роки через обмеження місць скидання відходів та інших подібних місць зростає вимога до того, щоб повторно використовувати шлак, отриманий в результаті ошлакования печі при спалюванні сміття. Горючі речовини з високою теплотворною здатністю, такі як пластикові відходи, мають досить високу теплотворну здатність, щоб здійснювати шлакування міститься золи або збільшувати температуру отриманого газу, щоб зменшити молекулярну масу отриманого газу, і, таким чином, його можна було б використовувати в різних технологічних процесах .

Фіг.4 являє схему, яка ілюструє структуру системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідну четвертим варіантом здійснення даного винаходу. Четвертий варіант, показаний на фіг.4, - це варіант, в якому вироблення енергії з паливним елементом в комбінованому циклі здійснюється з використанням в якості вихідного матеріалу горючих речовин, що мають високу теплотворну здатність, таких як пластикові відходи. Вихідний матеріал 21 піддається піролізу і газифіковане при температурі 400-1000 ° С в низькотемпературної газифікаційною печі 2 для отримання газу, а отриманий газ подається в високотемпературну газифікаційну піч 15. У високотемпературної газифікаційною печі 15 отриманий газ далі газифіковане при температурі 1000-1500 ° С для зниження молекулярної маси отриманого газу. Високотемпературна газифікаційна піч 15 підтримується при температурі плавлення золи, що міститься в отриманому газі, або при більш високій температурі. Таким чином, 80-90% золи, що міститься в отриманому газі, перетворюється в шлак, а шлак вивантажується у вигляді розплавленого шлаку 26 назовні з системи. Органічні речовини і углеводроди, що містяться в отриманому газі, повністю розкладаються в високотемпературної газифікаційною печі на водень, оксид вуглецю, водяна пара і діоксид вуглецю. Газ, отриманий в високотемпературної газифікаційною печі 15, потім охолоджується до 650 ° С або нижче в котлі-утилізатори, що представляє собою радіаційний котел 16, для затвердіння розплавлених солей лужних металів. Солі 24 лужних металів після затвердіння збираються за допомогою пиловловлювача 3. З іншого боку, водяна пара 36, отриманий в котлі-утилізатори, подається на парову турбіну для вироблення енергії.

Низькотемпературна газифікаційна піч працює в температурному діапазоні від 400 до 1000 ° С, переважно 450-800 ° С, а ще краще, від 500 до 600 ° С. Високотемпературна газифікаційна піч працює в температурному діапазоні від 1000 до 1500 ° С, переважно від 1000 до 1400 ° С, а більш переважно от 1100 до 1350 ° С.

Отриманий газ після повного розкладання органічного матеріалу і видалення твердого матеріалу подається в апарат 4 видалення агресивних газів, в якому видаляється агресивний газ. Отриманий газ після видалення агресивного газу використовується в паливному елементі 6 для вироблення електричної енергії. У цьому технологічному процесі високотемпературна газифікаційна піч 15 має дві функції: для риформінгу палива і шлакування золи. Такий технологічний процес має велику перевагу, оскільки зола може бути перетворена в шлак, а потім виведена окремо від солей лужних металів і металів, що мають низьку точку плавлення, тим самим роблячи внесок у зменшення проблеми, пов'язаної з видаленням золи. Більш того, може бути виключений риформинг палива безпосередньо перед паливним елементом. Однак такий технологічний процес має недоліки, які полягають в тому, що отриманий газ, який один раз був нагрітий до 1000 ° С або вище, повинен бути охолоджений до температури 650 ° С, яка нижче, ніж точка затвердіння розплавлених солей лужних металів. Оскільки цей високотемпературний отриманий газ все ще містить велику кількість агресивних компонентів, то незважаючи на високотемпературне теплосодержание, теплота повинна бути рекуперировать з утворенням низькотемпературного водяного пара. Це несприятливо знижує ефективність, пропорційно ступеня зниження температури.

Однак в останні роки розроблена технологія відновлення високотемпературного теплосодержания в 700 ° С або вище з високотемпературного газу, використовуючи газ, такий як повітря, як середовище для рекуперації тепла. Кисень, водяна пара або подібна речовина, використані в якості газифицирующего агента для низькотемпературної газифікаційною печі, використовуються в якості нагревающей середовища, а після нагрівання до 700 ° С або вище нагрівається середовища подається в газифікаційну піч для ефективного використання високотемпературного теплосодержания.

Частина відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента 6, подається в низькотемпературну газифікаційну піч 2 через високотемпературний нагнітач 9 для повторного використання відпрацьованого газу в якості газифицирующего агента і зріджується газу. Відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, і подається в газову камеру 7 згоряння і в високотемпературну газифікаційну піч 15.

У цей час доцільно, щоб замість радіаційного котла 16 нижче по потоку від високотемпературної газифікаційною печі 15 був встановлений апарат для відновлення високотемпературного теплосодержания, і непрямий теплообмін здійснювався між високотемпературним газом і частиною відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента 6, для того щоб відновити високотемпературне теплосодержание високотемпературного газу, який потім повертається в низькотемпературну газифікаційну піч 2. При подачі частини відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода, в високотемпературну газифікаційну піч важливо, щоб відпрацював газ не змішувався з кисневмісних газом, поки відпрацьований газ протікає в високотемпературну газифікаційну піч . Насадка для подачі відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода, і насадка для подачі окисляє агента, встановлені в високотемпературної газіцікаціонной печі, повинні бути встановлені окремо. Коли відпрацьований газ і окисляє агент повинні неминуче подаватися через одну насадку, тоді використовується насадка для двох текучих середовищ, що має конструкцію з двома трубками, так що відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода, і окисляє агент змішуються один з одним тільки всередині печі.

З іншого боку, відпрацьований газ, виведений з боку позитивного електрода паливного елемента 6, подається в газову камеру 7 згоряння і котел-утилізатор 10. Після того як горючі речовини, що містяться у відпрацьованому газі, згорають в газовій камері 7 згоряння, частина відпрацьованого газу, виведеного з газової камери 7 згоряння, з'єднується з відпрацьованим газом з котла-утилізатора 10 і об'єднаний відпрацьований газ виводиться назовні з системи через нагнітач 11. Інша частина відпрацьованого газу, виведеного з газової камери 7 згоряння, охолоджується в охолоджувачі 8 газу для видалення водної складової ( Н ₂ О) 36, таким чином формуючи діоксид вуглецю (СО ₂₎ 35 високої чистоти. Цей діоксид вуглецю потім подається в необхідній кількості в позитивний електрод паливного елемента 6 через нагнітач 12.

У зв'язку з цим слід зауважити, що циркуляція діоксиду вуглецю потрібно тільки в разі, коли в якості паливного елемента використовується паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК), і не потрібно, якщо застосовуються інші паливні елементи.

На фіг.5 показана типова конфігурація основних апаратів, що входять до складу четвертого варіанту здійснення винаходу. Низькотемпературна газифікаційна піч 2 являє собою циліндричну піч з псевдозрідженим шаром, що має всередині циркулює потік псевдозріджених середовища, і в цій печі матеріали мають підвищену можливість дифундувати усередині печі для здійснення тим самим стабільної газифікації. Газ, який не містить кисень, подається в центральну частину всередину печі, де псевдозріджених середу рухається вниз, а газ, що містить кисень, подається в периферійну частину печі. Це дозволяє здійснювати селективне спалювання обвуглені речовини, що утворився всередині низькотемпературної газифікаційною печі, роблячи внесок у збільшення коефіцієнта конверсії вуглецю і в збільшення ефективності холодного газу. Високотемпературна газифікаційна піч 15 являє собою піч вихрового типу для спалювання зі шлакування.

Циліндрична піч з псевдозрідженим шаром, показана на фіг.5, буде описана більш детально. Конічна розподільна тарілка 106 розташована в донної частини циліндричної печі з псевдозрідженим шаром. Ожіжающего газ, що подається через розподільну тарілку 106, включає центральний ожіжающего газ 207, який подається всередину печі у вигляді потоку, спрямованого вгору, з центральної частини 204 дна, і периферійний зріджують газ 208, який подається всередину печі у вигляді потоку, спрямованого вгору, з периферійної частини 203 дна.

Центральний ожіжающего газ 207 являє собою газ, який не містить кисень, а периферійний ожіжающего газ 208 являє собою кисневмісний газ. Загальна кількість кисню у всьому ожіжающего газі встановлюється рівним 10% або більше або 30% або менше від теоретичного значення кількості кисню, що вимагається для спалювання горючих речовин. Таким чином, усередині печі 1 підтримується відновна атмосфера.

Відносний вміст кисню від 10 до 30% - ця величина в тому випадку, коли в якості вихідного матеріалу використовуються горючі речовини, що мають низьку теплотворну здатність, такі як міські відходи, а коли в якості вихідного матеріалу використовуються горючі речовини, що мають високу теплотворну здатність, такі як пластикові відходи, то відносний вміст кисню від 5 до 10%.

Масова витрата центрального ожіжающего газу 207 повинен встановлюватися на більш низьку величину, ніж масова витрата периферійного ожіжающего газу 208. Висхідний потік ожіжающего газу в верхній периферійної області печі відхиляється до центральної області печі за допомогою дефлектора 206. Таким чином, в центральній області печіутворюється рухливий шар 209, в якому псевдозріджених середовище (зазвичай кварцовий пісок) рухається вниз і розсіюється на розподільній тарілці. В периферійній області печіутворюється псевдозріджений шар 210, в якому псевдозріджених середовище є активно зрідження. Як зазначено стрілками 118, псевдозріджених середовище, яке піднімається в псевдозріджений шар 210 в периферійній області печі, відхиляється дефлектором 206 в верхню частину рухомого шару 209 і опускається в рухомому шарі 209. Потім, як показано стрілками 112, псевдозріджених середу рухається уздовж розподільної тарілки 106 зріджують газу і рухається в нижню частину псевдозрідженим шаром 210. Таким чином, псевдозріджених середу циркулює в псевдозрідженому шарі 210 і рухомому шарі 209, як показано стрілками 118, 112.

Коли вихідні матеріали 21, подані в верхню частину рухомого шару 209 за допомогою дозатора 1, опускаються разом з псевдоожіжающей середовищем в рухливий шар 209, вихідні матеріали переходять в летючий стан за рахунок нагріву псевдоожіжающей середовищем. Поскольку в подвижном слое 209 кислород отсутствует или его чуть, то пиролизный газ (полученный газ), полученный путем газификации, который содержит летучие материалы, не сгорает и проходит через подвижный слой 209, как показано стрелками 116. Следовательно, подвижный слой 209 образует зону G газификации. Полученный газ движется в "надводную" часть 102, как показано стрелкой 120, и выводится из газового выпуска 108 в виде газа g.

Обвуглілий матеріал (пов'язаний вуглець) і смола, отримані в рухомому шарі 209, які не газифіковані, рухаються разом з псевдозрідженим середовищем з нижньої частини рухомого шару 209 в нижню частину псевдозрідженим шаром 210 в периферійній області печі, як показано стрілками 112, і частково окислюються за рахунок периферійного ожіжающего газу 208, що має відносно велику концентрацію кисню. Отже, псевдозріджений шар 210 утворює зону S окислення. У псевдоожиженном шарі 210 псевдозріджених середу нагрівається за рахунок тепла згоряння в псевдозрідженому шарі. Псевдозріджених среда, нагріта до високої температури, відхиляється дефлектором 206, як показано стрілками 118, і переноситься в рухливий шар 209, де вона служить джерелом тепла для здійснення газифікації. Таким чином, псевдозріджений шар підтримується при температурі в діапазоні від 400 до 1000 ° С, переважно від 400 до 600 ° С, тим самим безперервно забезпечуючи протікання керованої реакції горіння. Кільцеподібний вихід 205 для негорючих речовин утворений в периферійній частині дна газифікаційною печі з псевдозрідженим шаром для виведення негорючих речовин 22.

Відповідно до показаної на фіг.5 газифікаційною піччю з псевдозрідженим шаром зона G газифікації і зона S окислення утворені в псевдозрідженому шарі і в обох зонах циркулює псевдозріджених середу. Оскільки псевдозріджених у цій справі була в якості середовища, що переносить тепло, то в зоні G газифікації утворюється горючий газ хорошої якості, що має високу теплотворну здатність, а обвуглені речовини і смола, які є важко газифікованими, ефективно спалюються в зоні S окислення. Отже, ефективність газифікації горючих речовин, таких як відходи, може бути підвищена і може бути вироблений отриманий газ, який має хорошу якість. Така газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром є найбільш придатною низькотемпературної газифікаційною піччю в варіантах здійснення винаходу з першого по третій. Низькотемпературна газифікаційна піч не обмежується циліндричної піччю з псевдозрідженим шаром, і, як і в вищезазначених варіантах, може застосовуватися піч типу випалювальної або типу механічної топки.

Піч з псевдозрідженим шаром і з циркулюючим потоком, показана на фіг.5, більш ефективна, коли в якості псевдозріджених середовища псевдоожиженного шару використовуються частки, які забезпечують прискорення зниження молекулярної маси вуглеводнів, такі як каталізатори на основі нікель-молібден або каталізатори на основі кобальт-молібден , або лужні метали, такі як натрій або калій, або або проста речовина, або у формі оксиду металу лужноземельний метал, такий як кальцій. Причина цього наступна: коли молекулярна маса вуглеводнів зменшується в присутності частинок каталізатора в відновлювальної атмосфері, то неминуче осадження вуглецю на поверхні каталізатора і, отже, зменшується функціональна здатність каталізатора. Однак в разі печі з псевдозрідженим шаром, що відноситься до типу з внутрішньою циркуляцією потоку, в якій є всередині самої печі зона окислення, що має відносно високий парціальний тиск кисню, вуглець на поверхні каталізатора може бути спалений і знищений в зоні окислення. Оскільки частки каталізатора знову відновлюють каталітичну активність внаслідок видалення вуглецю, обложеного на поверхні частинок, то може бути реалізовано ефективне використання каталізатора.

Далі більш детально буде описана піч для спалювання зі шлакування вихрового типу. Високотемпературна газифікаційна піч 15 включає циліндричну первинну газифікаційну камеру 15а, має, по суті, вертикальну вісь, вторинну газифікаційну камеру 15b, яка злегка нахилена в горизонтальному напрямку, і третю газифікаційну камеру 15с, розташовану нижче по потоку від вторинної газифікаційною камери 15b і має, по суті, вертикальну вісь. Отвір 142 для вивантаження шлаку розташоване між вторинної газифікаційною камерою 15b і третьої газифікаційною камерою 15с. Аж до отвору 142 для вивантаження шлаку велика частина міститься золи переходить в шлак і вивантажується через отвір 142 для вивантаження шлаку. Отриманий газ подається в піч для спалювання зі шлакування вихрового типу в тангенціальному напрямку так, що завихряется потік газу створюється всередині первинної газифікаційною камери 15а. Отриманий газ, поданий в піч для спалювання зі шлакування вихрового типу, утворює завихрення потік, а твердий матеріал, що міститься в газі, вловлюється на кільцевій внутрішньої поверхні стінки внаслідок дії відцентрової сили. Тому процентний вміст освіти шлаку і процентний вміст уловлювання шлаку високі, і малоймовірно розсіювання шлакового туману.

Кисень подається в піч для спалювання зі шлакування вихрового типу через безліч патрубків 134 так, щоб належним чином підтримувати розподіл температури в печі. Розподіл температури регулюється так, щоб розкладання вуглеводнів і утворення шлаку з золи завершувалося в первинної газифікаційною камері 15а і вторинної газифікаційною камері 15b. Коли подається, наприклад, тільки один кисень, то існує небезпека прогорання патрубка. Тому кисень розріджується водяною парою або чим-небудь подібним до його подачі в тій мірі, як це необхідно. Більш того, водяну пару дає внесок в здійснення конверсії з водяною парою для зменшення молекулярної маси вуглеводнів і, таким чином, повинен подаватися в необхідній кількості. Це тому що внутрішність печі має високу температуру і, коли кількість пара недостатнє, то відбувається полімеризація з конденсацією, з утворенням графіту, що має дуже низьку реактивність, що є причиною втрат через не згорілого палива.

Шлак стікає на нижню поверхню вторинної газифікаційною камери 15b і вивантажується у вигляді розплавленого шлаку 26 через отвір 142 для вивантаження шлаку. Третя газифікаційна камера 15с служить в якості буферної зони, яка перешкоджає охолодженню отвори 142 для вивантаження шлаку за рахунок радіаційного охолодження з котла-утилізатора, розташованого нижче по потоку від третьої газифікаційною камери 15с, і служить і для зменшення молекулярної маси не розклалася газу. Вихідний отвір 144 для виведеного отриманого газу виконано в верхньому торці третьої газифікаційною камери 15с, а радіаційна пластина 148 розташована в нижній частині третій газифікаційною камери 15с. Радіаційна пластина 148 призначена для зменшення кількості тепла, випромінюваного через вихідний отвір 144 шляхом випромінювання. Цифрова позиція 132 позначає "стартову" форсунку, а цифрова позиція 136 позначає стабілізуючу форсунку. Органічний матеріал і вуглеводні, що містяться в отриманому газі, повністю розкладаються в високотемпературної газифікаційною печі на водень, оксид вуглецю, водяна пара і діоксид вуглецю. Газ, отриманий в високотемпературної газифікаційною печі 15, виводиться через отвір 144 для вихідного газу, а потім охолоджується до 650 ° С або нижче в котлі-утилізатори 16, що представляє собою радіаційний котел для затвердіння розплавлених солей лужних металів. Солі 24 лужних металів після затвердіння потім уловлюються за допомогою пиловловлювача 3. Високотемпературна газифікаційна піч не обмежується таким типом печі, як піч для спалювання зі шлакування вихрового типу, а може бути газифікаційною піччю іншого типу.

На фіг.6 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідна п'ятому варіанту здійснення даного винаходу. П'ятий варіант, показаний на фіг.6, являє собою варіант, в якому конфігурація високотемпературної газифікаційною печі видозмінена в конфігурацію, яка краща для вивантаження шлаку. А конкретно, високотемпературна газифікаційна піч 15 має двоступеневу структуру печі верхнього ступеня і нижній сходинці. Отриманий газ подається в піч верхнього ступеня високотемпературної газифікаційною печі 15 і протікає в напрямку печі нижній сходинці. У цьому випадку газ тече і в напрямку, в якому шлак опускається під дією сили тяжіння. Таким чином, потік є рівним і малоймовірне виникнення проблем, пов'язаних з закупорюванням отвори для виведення шлаків. Котел-утилізатор, що представляє собою радіаційний котел 16, встановлений на стороні нижньої ступені високотемпературної газифікаційною печі 15. Решта структури така ж, як в четвертому варіанті здійснення винаходу, показаному на фіг.4.

На фіг.7 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідна шостому варіанту цього винаходу. Шостий варіант, показаний на фіг.7, такий же, як четвертий варіант, показаний на фіг.4, за винятком того, що шостий варіант відноситься до системи з підвищеним тиском. А конкретніше, низькотемпературна газифікаційна піч 2, високотемпературна газифікаційна піч 15, пиловловлювач 3, апарат 4 для уловлювання агресивних газів, паливний елемент 6, газова камера 7 згоряння і охолоджувач 8 газу розміщені в резервуарі 13 високого тиску. Усередині всіх апаратів в резервуарі 13, що знаходиться під підвищеним тиском, тиск підвищений до заданої величини. Как и в третьем варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, этот вариант представляет собой систему, которая может осуществлять выработку энергии в трехстадийном комбинированном цикле: выработка энергии топливным элементом, выработка энергии газовой турбиной и выработка энергии паровой турбиной.

Когда в качестве исходного материала среди пластиковых отходов используются горючие пластиковые материалы, имеющие высокое содержание хлора, такие как поливинилхлорид, то особое внимание следует уделить удалению хлора. На фиг.8 показана структура системы, вырабатывающей электрическую энергию, с топливным элементом и с комбинированным циклом, соответствующая седьмому варианту настоящего изобретения. В этом варианте полученный газ, содержащий твердые вещества, такие как обуглившиеся вещества, выведенные сверху из низкотемпературной газификационной печи 2, подается в высокотемпературную газификационную печь 15 и, вступая во взаимодействие с кислородом и водяным паром, содержащимися в газифицирующем агенте, полученный газ полностью газифицируется при высокой температуре 1300°С или выше. Содержащаяся в газе зола превращается в шлаковый туман благодаря высокой температуре, и шлаковый туман вместе с полученным газом поступают в охладительную камеру 15А. В охладительной камере 15А шлак 26 гидропульпируется в воде и выводится наружу из системы. С другой стороны, полученный газ, который поступил в охладительную камеру 15А, охлаждается водой в охладительной камере 15А, а хлор, содержащийся в полученном газе, выводится при промывании газа водой. Очищенный полученный газ, из которого удален хлор, подается в топливный элемент 6 и используется для выработки электрической энергии. Отработавший газ, выведенный со стороны отрицательного электрода топливного элемента 6, подается с помощью высокотемпературного нагнетателя 9 в низкотемпературную газификационную печь 2 через газовую камеру 7 сгорания и повторно используется в качестве газифицирующего агента и сжижающего газа в низкотемпературной газификационной печи 2.

С другой стороны, отработавший газ, выведенный со стороны положительного электрода топливного элемента 6, вместе с отработавшим газом, выведенным из газовой камеры 7 сгорания, подается на газовую турбину 14, где вырабатывается энергия. Отработавший газ, выведенный из газовой турбины 14, выводится через котел-утилизатор 10 наружу из системы.

На фиг.9 показана структура системы, вырабатывающей электрическую энергию, с топливным элементом и с комбинированным циклом, соответствующая восьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Восьмой вариант, показанный на фиг.9, представляет собой вариант, в котором авторами настоящего изобретения предложена комбинированная газификационная печь, которая применяется в качестве низкотемпературной газификационной печи. Такая печь содержит камеру газификации, камеру сжигания обуглившихся веществ и камеру рекуперации тепла, объединенные в одной печи. Как показано на фиг.9, внутри низкотемпературная газификационная печь 2 разделена с помощью первой разделительной стенки 302 на секцию 303 газификации и секцию 304 сжигания. Первая разделительная стенка 302 снабжена соединительным отверстием 337 для соединения секции 303 газификации и секции 304 сжигания друг с другом. В секции 303 газификации расположена камера 305 газификации. Отверстие 349 для вывода газа находится в секции 303 газификации, и полученный газ выводится через отверстие 349 для вывода газа наружу из печи.

З іншого боку, секція 304 спалювання додатково поділена за допомогою другої розділової стінки 350 на камеру 306 спалювання обвуглених речовин і камеру 307 рекуперації тепла. Однак верхня частина секції 304 спалювання відділена, і камера спалювання обвуглених речовин і камера рекуперації тепла об'єднані в "надводної" частини. Відповідні гази змішуються разом в "надводної" частини і потім виводяться через отвір 351 для виведення газу назовні з печі. У камері 307 рекуперації тепла вмонтована теплообмінна поверхню 346, і тепло може відбиратися від псевдозріджених середовища. Нижня сполучна отвір 340 виконано в другій розділової стінки 350, і нижнє сполучна отвір 340 забезпечує переміщення псевдозріджених середовища між камерою 306 спалювання обвуглених речовин і камерою 307 рекуперації тепла з урахуванням верхньої відкритої області. Зріджують газ подається так, щоб в газифікаційною камері 305 всередині псевдозрідженим шаром утворювалися дві різні області псевдозрідженим шаром. В результаті створюється такий циркулює потік, що псевдозріджених середу рухається вниз в слабо зрідження область шару і рухається вгору в сильно зрідженим область шару.

З іншого боку, в секції 304 спалювання і зріджується газ подається так, щоб в камері 306 спалювання обвуглених речовин всередині псевдоожиженного шару утворилися дві різні області псевдозрідженим шаром. В результаті створюється такий циркулює потік, що псевдозріджених середу рухається вниз в слабо зрідження область шару і рухається вгору в сильно зрідженим область шару. Далі в камері 307 рекуперації тепла, крім того, зріджують газ впорскується так, щоб забезпечити по суті невелику поверхневу швидкість газу, і, отже, слабо зрідження область, як спадний потік псевдозріджених середовища, утворюється над дном печі.

Вихідний матеріал 21 вводиться в камеру 305 газифікації всередині низькотемпературної газифікаційною печі 2, що працює під тиском, де відбувається піроліз вихідного матеріалу 21. Газ, отриманий в камері 305 газифікації, вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15. Серед обвуглених речовин, отриманих в камері 305 газифікації, обвуглені частинки, що мають такий розмір, що ці обвуглені частинки будуть залишатися всередині псевдозрідженим шаром, вони переносяться потоком псевдозріджених середовища в камеру 306 спалювання обвуглених речовин, де ці обвуглені частинки повністю спалюються. Повітря для спалювання подається в камеру 306 для спалювання обвуглених речовин, а газ, отриманий в результаті спалювання, разом з відпрацьованим газом, виведеним з боку позитивного електрода паливного елемента 6, подається на газову турбіну 14 для вироблення енергії. Серед обвуглених речовин, отриманих в камері 305 газифікації, обвуглені частинки, що мають такий розмір, що такі частинки будуть нестися з потоком отриманого газу в високотемпературну газифікаційну піч 15, вони будуть взаємодіяти з киснем і водяною парою при високій температурі 1300 ° С або вище для здійснення повної газифікації. Відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, стискається за допомогою високотемпературного нагнітача 9, а залишкове паливо повністю спалюється в газовій камері 7 згоряння. Газ, отриманий в результаті спалювання, який потім повторно використовується в якості газифицирующего агента і зріджується газу в камері 305 газифікації низькотемпературної газифікаційною печі 2, і, крім того, він використовується в якості розріджує газу для розрідження кисню, щоб його подавати в високотемпературну газифікаційну піч 15 . Оскільки відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода, має температуру приблизно 700 ° с, то подача кисню з метою забезпечення тепла для газифікації в камері 305 газифікації низькотемпературної газифікаційною печі 2 може бути значно зменшена для досягнення високої ефективності холодного газу.

Комбінована газифікаційна піч, показана на фіг.9, більш ефективна, коли в якості псевдозріджених середовища псевдоожиженного шару використовуються частки, що забезпечують функцію прискорення зниження молекулярної маси вуглеводнів, такі як каталізатори на основі нікель-молібден або на основі кобальт-молібден, або лужні метали, такі як натрій або калій, або у вигляді простого речовини або у формі оксиду металу лужноземельні метали, такі як кальцій. Причина цього наступна. Коли молекулярна маса вуглеводнів зменшується в присутності частинок каталізатора в відновлювальної атмосфері, то відбувається осадження вугілля на поверхню каталізатора і неминуче зниження функціональної здатності каталізатора. Однак в разі комбінованої газифікаційною печі, в якій секція газифікації та секція спалювання явно відокремлені один від одного і знаходяться в одній і тій же печі, а псевдозріджених середу циркулює через секцію газифікації і секцію спалювання, в порівнянні з піччю з псевдозрідженим шаром і з циркулюючим всередині потоком, показаної на фіг.5, вуглець, обкладена на поверхні каталізатора, може більш надійно спалюватися і віддалятися в секції спалювання. Тому частинки каталізатора відновлюють свою каталітичну активність знову до високого рівня внаслідок видалення вуглецю, обложеного на поверхні частинок, в більш високого ступеня. Таким чином, може бути реалізовано значно ефективніше використання каталізатора.

Відпрацьований газ, виведений з боку позитивного електрода паливного елемента 6, і має високу температуру і містить кисень і, таким чином, може бути ефективно використаний в якості зріджують газу, що виконує таку ж функцію, як і газ спалювання в камері 306 спалювання обвуглених речовин в низькотемпературної газифікаційною камері 2. Коли робочий тиск низькотемпературної газифікаційною печі вище, ніж робочий тиск паливного елемента, тоді тиск відпрацьованого газу має бути підвищено з допомогою високотемпературного нагнітача до подачі відпрацьованого газу в низькотемпературну газифікаційну піч. З іншого боку, коли робочий тиск паливного елемента досить висока в порівнянні з тиском в низькотемпературної газифікаційною печі, тоді тиск відпрацьованого газу з паливного елемента може з вигодою використовувати саме по собі. Якщо необхідно, то при введенні відпрацьованого газу, виведеного з секції 304 спалювання в комбінованій газифікаційною печі, в газову турбіну 14 пил, що міститься в газі, може бути вилучена за допомогою пиловловлювача, такого як циклонний пиловловлювач, або за допомогою керамічного фільтра.

Більш того, немає необхідності, щоб температура камери 305 газифікації підтримувалася за рахунок використання теплосодержания шляхом циркуляції псевдозріджених середовища між камерою 306 спалювання обвуглених речовин і камерою 305 газифікації. Тому "час життя" обвуглених речовин, циркулюючих разом з псевдозрідженим середовищем всередині камери газифікації, може за бажанням регулюватися, і, отже, різні горючі речовини, що мають різний зміст пов'язаного вуглецю, які важко газифікувати, можуть бути використані в якості палива. Інша частина структури справжнього варіанту така ж, як в сьомому варіанті, показаному на фіг.8.

На фіг.10 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідна дев'ятого варіанту здійснення даного винаходу. Як і у варіанті, показаному на фіг.9, дев'ятий варіант здійснення даного винаходу, показаний на фіг.10, являє собою варіант, в якому комбінована газифікаційна піч, яка містить камеру газифікації, камеру спалювання обвуглених речовин і камеру рекуперації тепла, об'єднані в одній печі , застосовується в якості низькотемпературної газифікаційною печі, відповідної цим винаходом. У цьому варіанті, як і у варіанті, показаному на фіг.9, камера 305 газифікації, камера 306 спалювання обвуглених речовин і камера 307 рекуперації тепла розміщені в низькотемпературної газифікаційною печі 2. У цьому варіанті вихідний матеріал 21 подається в камеру 305 газифікації в низькотемпературної газифікаційною печі 2, що працює при атмосферному тиску, і все обвуглені речовини, отримані в камері 305 газифікації, подаються в камеру 306 спалювання обвуглених речовин, де відбувається спалювання обвуглених речовин. Відходить газ, виведений з камери 306 спалювання обвуглених речовин, разом з відпрацьованим газом, виведеним з боку позитивного електрода паливного елемента 6, подається в котел-утилізатор 10 для рекуперації тепла. Газ, отриманий в камері 305 газифікації, пропускається через пиловловлювач 3 і апарат 4 для видалення агресивних газів і потім вводиться в пристрій 5 для риформінгу палива, паливний елемент 6 і газову камеру 7 згоряння, в цьому порядку; апарати і пристрої виконані в об'єднаному вигляді. При розгляді відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента 6, залишкове паливо повністю спалюється в газовій камері 7 згоряння. Газ, отриманий в результаті спалювання, потім повторно використовується в якості газифицирующего агента і зріджується газу для камери 305 газифікації в низькотемпературної газифікаційною печі 2. Відходить газ, виведений з котла-утилізатора 10, за допомогою нагнітача 11 подається в пиловловлювач 18, де міститься зола видаляється з відпрацьованих газів і потім виводиться. Решта структура така ж, як у варіанті, показаному на фіг.2.

На Фіг.13 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідна десятому варіанту здійснення даного винаходу. Десятий варіант, показаний на Фіг.13, є варіантом, в якому відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента, не циркулює. Тобто справжній варіант являє собою такий же варіант, як система, що відповідає першому варіанту, показаному на фіг.1, за винятком того, що усунений канал, через який відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, повертається в низькотемпературну газифікаційну піч 2. Тому відпрацьований газ, виведений з боку негативного електрода паливного елемента 6, подається тільки в газову камеру 7 згоряння і в пристрій 5 для риформінгу палива. Як газифицирующего агента, що подається в псевдозріджений шар, може використовуватися повітря, кисень, водяна пара і їх комбінація. Інша частина структури така ж, як у варіанті, показаному на фіг.1.

У варіантах здійснення винаходу, показаних на фіг.1-13, як приклади паливного елемента описаний паливний елемент з розплавленим карбонатом (ТЕРК). Винахід може бути застосовано, звичайно, і та для паливного елемента з твердим електролітом (Тете). Більш того, при додаванні процесу конверсії СО для перетворення СО і Н ₂ O, що містяться в отриманому газі, в Н ₂ і CO _2, щоб тим самим видалити СО, можливо застосовувати даний винахід для паливного елемента з фосфорною кислотою і паливного елемента з полімерним електролітом . Далі, і позитивно впливає на роботу системи, якщо тільки водень, що міститься в отриманому газі, селективно відділяється за допомогою мембрани, для якої проникним є тільки водень, або за допомогою сплаву, сорбирующего водень, для вироблення електричної енергії в паливному елементі з фосфорною кислотою ( ТЕФК) або паливному елементі з полімерним електролітом (тепе).

На Фіг.14 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідної одинадцятого варіанту здійснення даного винаходу. Одинадцятий варіант, показаний на Фіг.14, являє собою типовий варіант здійснення даного винаходу, в якому доданий процес конверсії СО. А конкретніше, конвертер 17 для конверсії СО розміщений нижче по потоку від пристрою 5 для риформінгу палива, так що може здійснюватися конверсія СО. Отже, в якості паливного газу в паливний елемент 6 може подаватися тільки водень. У разі, коли є проблема, пов'язана з витоком СО в технологічному процесі конверсії СО, після процесу конверсії СО може бути передбачений процес видалення СО. СО може віддалятися за допомогою водородпроніцаемой мембрани, для якої тільки водень є селективно проникним, або в альтернативному варіанті за допомогою сплаву, сорбирующего водень, який може селективно сорбировать тільки водень. Інша частина структури системи така ж, як в системі, показаної на фіг.1.

На Фіг.15 показана структура системи, що виробляє електричну енергію, з паливним елементом і з комбінованим циклом, відповідної дванадцятого варіанту здійснення даного винаходу. Дванадцятий варіант, показаний на Фіг.15, являє собою типовий варіант здійснення даного винаходу, в якому передбачений після технологічного процесу конверсії СО технологічний процес виділення водню з використанням сплаву, сорбирующего водень. Згідно з цим варіантом конвертер 17 для конверсії СО розміщений нижче по потоку від пристрою 5 для риформінгу палива, так щоб можна було здійснювати конверсію СО. Крім того, сплав 19, сорбирующие водень, розміщений нижче по потоку від конвертера 17 для конверсії СО. Сплав 19, сорбирующие водень, може сорбувати і накопичувати водень у кількості, що дорівнює 1000 кратному обсягом самого сплаву, сорбирующего водень. Таким чином, забезпечується буфер зі сплаву, сорбирующего водень, який має належну здатність по накопиченню водню, і це може сприяти реалізації роботи газифікаційною печі незалежно від навантаження вироблення енергії з боку паливного елемента. Це може значно збільшити ступінь свободи з використання системи в цілому. Робоча температура сплаву, сорбирующего водень, на основі лантану або інших рідкоземельних металів, які в даний час розробляються, приблизно 100 ° С. Отже, якщо необхідно, вище по потоку від сплаву, сорбирующего водень, може бути встановлений охолоджувач. Водень, отриманий за допомогою сплаву 19, сорбирующего водень, подається в паливний елемент 6, а залишковий газ з'єднується з відпрацьованим газом, які видає з боку негативного електрода паливного елемента 6. Замість сплаву, сорбирующего водень, може бути розміщений резервуар з газом. А конкретно, сплав, сорбирующие водень, або резервуар з газом можуть бути передбачені як засіб для регулювання рівня навантаження газифікаційною печі, щоб подавати водень в паливний елемент 6 відповідно до навантаження вироблення енергії, тим самим роблячи вироблення енергії в кількості, яка може покривати потребу в електричній енергії. Оскільки сплав, сорбирующие водень, має функцію селективного поглинання водню, то, якщо кількість СО, що міститься в отриманому газі, трохи, конвертер 17 для конверсії СО може не встановлюватися.

Фіг.17 являє собою схему, яка ілюструє тринадцятий варіант здійснення даного винаходу. У цьому варіанті в якості низькотемпературної газифікаційною печі в технологічному процесі газифікації використовується вищеописана комбінована газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром. Вихідний матеріал ущільнюється і подається через пристрій 1 завантаження вихідного матеріалу в низькотемпературну газифікаційну піч 2. Низькотемпературна газифікаційна піч представляє собою комбіновану газифікаційну піч, що працює при атмосферному тиску або більш високому тиску. Газ, отриманий в низькотемпературної газифікаційною печі, вводиться в котел 16, де отриманий газ охолоджується до заданої температури. Охолоджений газ потім вводиться в процес З очищення газу. Отриманий газ, очищений в процесі очищення газу, вводиться в якості паливного газу на анод паливного елемента 6 для вироблення електричної енергії. Незважаючи на те, що тиск отриманого газу, який подається в паливний елемент, може змінюватися в залежності від типу паливного елемента, це тиск знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа. Як окисляє агента в позитивний електрод паливного елемента подається стиснене повітря. Відходить газ, тобто відпрацьований газ, виведений відповідно з позитивного електрода і негативного електрода паливного елемента, повторно використовується відповідно в якості ожіжающего газу в секції 304 спалювання та секції 303 газифікації в комбінованій газифікаційною печі. У цей час відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, має більш низький тиск, ніж робочий тиск комбінованої газифікаційною печі і, отже, тиск відпрацьованого газу підвищується з допомогою підвищують тиск нагнітачів 9 ', 9 до необхідного тиску, і відпрацьований газ підвищеного тиску потім подається в комбіновану газифікаційну піч. Відпрацьований газ, який виведений з позитивного електрода в паливному елементі і поданий в секцію 304 спалювання в комбінованій газифікації печі для спалювання обвуглених речовин, вводиться в якості газу, отриманого в результаті спалювання, в котел-утилізатор 10 для рекуперації тепла. Вичавка вихідних матеріалів, отримана в пристрої 1 для завантаження вихідного матеріалу, вводиться в найбільш високу по потоку частину котла 10, де витримка вихідних матеріалів змішується з газом, отриманим в результаті спалювання, і перетворюється на пару. Водяна пара, отриманий в котлах 10, 16, може використовуватися для приводу парової турбіни або використовуватися в процесі очищення газу. В альтернативному варіанті водяна пара може використовуватися в якості теплового джерела для осушування вичавки вихідних матеріалів. Коли в якості паливного елемента застосовується паливний елемент з розплавленим карбонатом, як і у варіанті, показаному на фіг.1, частина відпрацьованого газу, виведеного з боку негативного електрода паливного елемента, вводиться в газову камеру 7 згоряння для отримання діоксиду вуглецю, який подається разом з стисненим повітрям в сторону позитивного електрода.

На фіг.18 показаний чотирнадцятий варіант здійснення даного винаходу. У цьому варіанті в якості низькотемпературної газифікаційною печі в технологічному процесі газифікації використовується комбінована газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром, описана вище, і далі встановлена ​​високотемпературна газифікаційна піч. Вихідний матеріал пресується і подається через пристрій 1 для завантаження вихідного матеріалу в низькотемпературну газифікаційну піч 2. Низькотемпературна газифікаційна піч представляє собою комбіновану газифікаційну піч, що працює при атмосферному тиску або більш високому тиску, а робоча температура в діапазоні від 400 до 900 ° С для камери 305 газифікації та в діапазоні від 800 до 1000 ° С для камери 306 спалювання обвуглених речовин. Газ, отриманий в комбінованій газифікаційною печі, вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15, що працює при температурі від 1000 до 1500 ° С, де обвуглені речовини і вуглеводні розкладаються на водень і оксид вуглецю, а що міститься зола шлакується. Після охолодження газу до заданої температури в системі охолодження камері 15А, розміщеної в нижній частині високотемпературної газифікаційною печі, газ вводиться в процес З очищення газу. Згідно з цим варіантом здійснення винаходу, в якому високотемпературний отриманий газ знаходиться під тиском і охолоджується за допомогою охолоджуючої камери, отриманий газ має температуру приблизно 200 ° С і містить водяну пару в насиченому стані. Такі параметри газу близькі до оптимальних параметрів для конверсії СО, здійснюваної нижче по потоку в технологічному процесі очищення газу, і, отже, вони дуже сприятливі. Це і вигідно в разі паливного елемента з фосфорною кислотою і паливного елемента з полімерним електролітом, в яких паливний газ, насичений водяною парою, необхідний для подачі в паливний елемент, тому що достатня кількість водяної пари вже міститься в отриманому газі. Отриманий газ, очищений в технологічному процесі очищення газу, вводиться в якості паливного газу на анод паливного елемента 6 для вироблення електричної енергії. Незважаючи на те, що отриманий газ, який подається в паливний елемент, може змінюватися в залежності від типу паливного елемента, це тиск знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа. Стиснене повітря подається в якості окисляє агента до позитивного електрода паливного елемента. Відходить газ, тобто відпрацьований газ, виведений відповідно з позитивного електрода і негативного електрода в паливному елементі, повторно використовується в якості зріджують газу в секції 304 спалювання та секції 303 газифікації в комбінованій газифікаційною печі. У цей час відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, має більш низький тиск, ніж робочий тиск комбінованої газифікаційною печі, і, отже, тиск відпрацьованого газу підвищується з допомогою підвищують тиск нагнітачів 9 ', 9 до необхідного тиску, і відпрацьований газ з підвищеним тиском потім подається в комбіновану газифікаційну піч. Відпрацьований газ, який виведений з позитивного електрода в паливному елементі і подавався в секції спалювання в комбінованій газифікаційною печі для спалювання обвуглених речовин, вводиться в якості газу, отриманого в результаті спалювання, в котел-утилізатор 10 для рекуперації тепла. У цей час частина газу, отриманого в результаті спалювання, подається в високотемпературну газифікаційну піч. Це тому що газ, отриманий в результаті спалювання, має високу температуру приблизно 900 ° С і містить кисень, і, отже, він може бути використаний як окисляє агент в високотемпературної газифікаційною печі, а діоксид вуглецю, що міститься в газі, отриманому в результаті спалювання, може ефективно функціонувати в якості газифицирующего агента в високотемпературної газифікаційною печі. Інша частина структури така ж, як у варіанті, показаному на фіг.17.

На фіг.19 показаний п'ятнадцятий варіант здійснення даного винаходу. Цей варіант є інший варіант, в якому комбінована газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром, описана вище, використовується в якості низькотемпературної газифікаційною печі в технологічному процесі газифікації і додатково встановлена ​​високотемпературна газифікаційна піч. Газ, отриманий в комбінованій газифікаційною печі, вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15, що працює при температурі 1000-1500 ° С, де обвуглені речовини і вуглеводні розкладаються на водень і оксид вуглецю, а що міститься зола шлакується. Отриманий газ, виведений з високотемпературної газифікаційною печі 15, потім вводиться в котел 16, де газ охолоджується до заданої температури і охолоджений газ потім вводиться в технологічний процес З очищення газу. Решта структура така ж, як у варіанті, показаному на фіг.18.

На фіг.20 показаний шістнадцятий варіант здійснення даного винаходу. У цьому варіанті в якості низькотемпературної газифікаційною печі в технологічному процесі газифікації використовується комбінована газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром, що відноситься до типу печей, що працюють при атмосферному тиску. Вихідний матеріал пресується і подається через пристрій 1 для завантаження вихідного матеріалу в низькотемпературну газифікаційну піч 2. Низькотемпературна газифікаційна піч представляє собою комбіновану газифікаційну піч, що працює при атмосферному тиску або зниженому тиску, а робоча температура й інші умови такі ж, як були описані вище. Газ, отриманий в комбінованій газифікаційною печі, пропускається через пиловловлювач 3 і вводиться в котел 16, де отриманий газ охолоджується до заданої температури, а охолоджений газ потім вводиться в технологічний процес З очищення газу. Отриманий газ, очищений в технологічному процесі очищення газу, стискається за допомогою газового компресора 20 до необхідного тиску і отриманий газ під підвищеним тиском вводиться в якості паливного газу на анод паливного елемента 6 для вироблення електричної енергії. Незважаючи на те, що тиск отриманого газу, що подається в паливний елемент, може змінюватися в залежності від типу паливного елемента, це тиск знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа. Газовий компресор, встановлений нижче по потоку від технологічного процесу очищення газу, не є обов'язковим. Якщо необхідно, то газовий компресор може бути встановлений вище по потоку від технологічного процесу З очищення газу або між етапами, складовими технологічний процес очищення газу. Коли процес очищення водню з використанням сплаву, сорбирующего водень, включений в технологічний процес З очищення газу, то водень, який має високий тиск, не менше 0,5 МПа, може відбиратися зі сплаву, сорбирующего водень, і, отже, немає необхідності в компресорі. Стиснене повітря подається в якості окисляє агента в позитивний електрод паливного елемента. Відходить газ, тобто відпрацьований газ, виведений відповідно з позитивного електрода і негативного електрода паливного елемента, повторно використовується відповідно в якості ожіжающего газу в секції 304 спалювання та секції 303 газифікації в комбінованій газифікаційною печі. У цей час відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, має в достатній мірі більш високий тиск, ніж робочий тиск комбінованої газифікаційною печі, і тому, якщо необхідно, енергія тиску відпрацьованого газу може бути відібрана як енергія з допомогою газових расширителей 28 ', 28, і потім відпрацьований газ може бути введений в комбіновану газифікаційну піч. Відпрацьований газ, який був виведений з боку позитивного електрода в паливному елементі і поданий в секцію 304 спалювання в комбінованій газифікаційною печі для спалювання обвуглених речовин, вводиться в якості газу, отриманого в результаті спалювання, в котел-утилізатор 10 для рекуперації тепла. Інша частина структури така ж, як у варіанті, показаному на фіг.17.

На фіг.21 показаний сімнадцятий варіант здійснення даного винаходу. У цьому варіанті в якості низькотемпературної газифікаційною печі використовується комбінована газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром і додатково встановлена ​​високотемпературна газифікаційна піч. Газ, отриманий в комбінованій газифікації печі, що працює при атмосферному тиску або зниженому тиску, проходить через пиловловлювач 3 і вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15, що працює при температурі 1000-1500 ° С, де обвуглені речовини і вуглеводні розкладаються на водень і оксид вуглецю, а що міститься зола шлакується. Отриманий газ, виведений з високотемпературної газифікаційною печі 15, потім вводиться в котел 16, де газ охолоджується до заданої температури, і охолоджений газ потім вводиться в технологічний процес З очищення газу. Отриманий газ, очищений в технологічному процесі очищення газу, вводиться в якості паливного газу на анод паливного елемента 6 для вироблення електричної енергії. Незважаючи на те, що тиск отриманого газу, що подається в паливний елемент, може змінюватися в залежності від типу паливного елемента, це тиск знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа. Не потрібно обов'язкової установки газового компресора нижче по потоку від технологічного процесу очищення газу. Якщо необхідно, газовий компресор може бути встановлений вище по потоку від технологічного процесу З очищення газу або між етапами, складовими технологічний процес очищення газу. Як і у варіанті, показаному на фіг.21, коли в технологічний процес З очищення газу включений процес очищення водню з використанням сорбирующего сплаву, то компресор може не встановлюватися. Стиснутий газ подається в якості окисляє агента в позитивний електрод паливного елемента. Відходить газ, тобто відпрацьований газ, виведений відповідно з позитивного електрода і негативного електрода в паливному елементі, повторно використовується відповідно в якості ожіжающего газу в секції 304 спалювання та секції 303 газифікації в комбінованій газифікаційною печі. У цей час відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, має в достатній мірі більш високий тиск, ніж робочий тиск комбінованої газифікаційною печі, і тому, якщо необхідно, енергія тиску відпрацьованого газу може бути відібрана у вигляді енергії за допомогою газових расширителей 28 ', 28 , і потім відпрацьований газ може бути введений в комбіновану газифікаційну піч. Відпрацьований газ, який був виведений з боку позитивного електрода і поданий в секцію спалювання в комбінованій газифікаційною печі для спалювання обвуглених речовин, вводиться у вигляді газу, отриманого в результаті спалювання, в котел-утилізатор 10 для рекуперації тепла. У цей час частина газу, отриманого в результаті спалювання, подається в високотемпературну газифікаційну піч 15. Це тому що цей газ, отриманий в результаті спалювання, має високу температуру, близько 900 ° С, і містить кисень і, отже, може бути використаний в якості окисляє агента в високотемпературної газифікаційною печі, а діоксид вуглецю, що міститься в газі, отриманому в результаті спалювання, може ефективно виконувати функцію газифицирующего агента в високотемпературної газифікаційною печі. Більш того, якщо необхідно, пиловловлювач 3 'може бути встановлений перед котлом-утилізатором 10 для уловлювання міститься золи, а зібрана міститься зола потім вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15 і в ній перетворюється в шлак. Інша частина структури така ж, як у варіанті, показаної на фіг.17.

На фіг.22 показаний вісімнадцятий варіант здійснення даного винаходу. У цьому варіанті газифікаційна піч з псевдозрідженим шаром і з циркулюючим потоком використовується в якості низькотемпературної газифікаційною печі в технологічному процесі газифікації і додатково встановлена ​​високотемпературна газифікаційна піч. Газ, отриманий в низькотемпературної газифікаційною печі 2, що працює при атмосферному тиску або зниженому тиску, вводиться в високотемпературну газифікаційну піч 15, що працює при температурі 1000-1500 ° С, де обвуглені речовини і вуглеводні розкладаються на водень і оксид вуглецю, а що міститься зола перетворюється в шлак. Отриманий газ, виведений з високотемпературної газифікаційною печі 15, потім вводиться в котел 16, де газ охолоджується до заданої температури, і охолоджений газ потім вводиться в технологічний процес З очищення газу. Отриманий газ, очищений в технологічному процесі З очищення газу, вводиться в якості паливного газу на анод паливного елемента 6 для вироблення електричної енергії. Відповідно до цього варіанта здійснення винаходу процес 4 видалення агресивних газів в технологічному процесі З очищення газу складається з процесу мокрого дехлорирования і процесу десульфуризації. Отриманий газ, виведений з процесу мокрого дехлорирования, стискається за допомогою газового компресора 20 до заданого тиску і потім вводиться в процес десульфуризації. Незважаючи на те, що тиск отриманого газу, поданого в паливний елемент, може змінюватися в залежності від типу паливного елемента, це тиск знаходиться в діапазоні від 0,2 до 1,0 МПа. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения отработавший газ, выведенный из топливного элемента, находится под повышенным давлением, и поэтому отработавший газ, выведенный со стороны положительного электрода и со стороны отрицательного электрода, вводится в печь для сжигания отходящих газов, чтобы отобрать энергию горючего газа, содержащегося в отработавшем газе, выведенном со стороны отрицательного электрода, и энергию давления в виде энергии и чтобы с помощью турбозагрузочного устройства сжать воздух, подаваемый в положительный электрод топливного элемента. Отработавший газ топливного элемента, давление которого понижено в турбозагрузочном устройстве, затем вводится в котел-утилизатор 10 для рекуперации тепла.

Выжимка исходных материалов, образованная в устройстве 1 для загрузки исходного материала, вводится в сушку 30, где выжимка исходных материалов нагревается, испаряется и сушится с помощью водяного пара, полученного в котле 10 и/или котле 16. Отходящий пар, выделяющийся из выжимки исходных материалов, имеет неприятный запах, и поэтому он смешивается с высокотемпературным газом в котле 10 и/или котле 16 для удаления запаха. Хотя выжимка исходных материалов может быть смешена и непосредственно с высокотемпературным газом в котле 10 и/или котле 16 без осушивания с помощью сушки, однако предполагается, что по сравнению с непосредственным вдувом выжимки исходных материалов в процесс рекуперации тепла более выгодным является осуществление испарения и сушки выжимки исходных материалов вне системы, после чего в технологический процесс рекуперации тепла подается только полученный отходящий пар, потому что величина снижения температуры газа настолько мала, что может быть увеличено количество образовавшегося пара в технологическом процессе рекуперации тепла. А конкретно, как и в этом варианте, в случае, когда высокотемпературная газификационная печь, работающая при температуре 1000-1500°С, используется в технологическом процессе газификации и технологический процесс рекуперации тепла осуществляется ниже по потоку от высокотемпературной газификационной печи, такая структура очень выгодна. Из-за того что температура полученного газа, введенного в процесс рекуперации тепла, высокая, около 1300°С, теплоперенос в процессе рекуперации тепла осуществляется путем переноса тепла излучением и, следовательно, достигается большая степень увеличения количества рекуперированного тепла при сохранении газа при высокой температуре.

В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.1-22, даны примерные комбинации различных аппаратов, использованных в технологических процессах от газификации до выработки энергии в топливном элементе. и возможны и другие комбинации аппаратов, отличные от примерных, в которых использованы аппараты, показанные на фиг.1-22.

Як зрозуміло з вищенаведеного опису, відповідно до даного винаходу горючі речовини можуть бути газифіковані для отримання газу і отриманий газ потім використовується в хімічній реакції для вироблення електричної енергії з високою ефективністю.

Крім того, відповідно до даного винаходу газ, отриманий в газифікаційною печі, подається в установку для вироблення енергії, щоб виробляти електричну енергію, а відпрацьований газ, який містить велику кількість водяної пари, після вироблення енергії повторно використовується в якості газифицирующего агента в низькотемпературної газифікаційною печі. Таким чином, повторне використання теплосодержания відпрацьованого газу в якості теплового джерела для газифікації може зменшити необхідну кількість частково горючих горючих речовин і збільшити ефективність газифікації. Більш того, відпрацьований газ, який містить велику кількість водяної пари, може давати внесок в прискорення реакції газифікації за рахунок ефекту конверсії з водяною парою, який і може збільшити ефект газифікації.

Крім того, відповідно до даного винаходу горючі речовини, такі як горючі відходи або вугілля, стабільно газифікуються в низькотемпературної газифікаційною печі з отриманням газу, отруйні компоненти для паливного елемента видаляються з отриманого газу і потім очищений газ вводиться в паливний елемент для вироблення електричної енергії з високою ефективністю .

промисловазастосовність

Винахід відноситься до технології перетворення енергії для перетворення хімічної енергії горючих речовин в електричну енергії з високою ефективністю. Винахід може бути використано в системі, що виробляє електричну енергію, в якій горючі речовини, такі як горючі відходи або вугілля, газифікуються для отримання газу, а отриманий газ потім використовується в якості паливного газу в паливному елементі для вироблення електричної енергії.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Установка для риформінгу газу, що містить піч для газифікації з псевдозрідженим шаром, що має камеру для газифікації і камеру спалювання обвуглених речовин, пристрій для подачі горючих речовин в піч для газифікації і пристрій подачі ожіжающего газу для подачі ожіжающего газу в піч для газифікації, при цьому горючі речовини газифікуються в печі для газифікації для отримання газу і обвуглені речовини, причому отриманий газ піддається риформингу з використанням каталізатора для отримання ріформірованного газу в камері для газифікації, при цьому згаданий каталізатор відновлюється за допомогою спалювання зазначеного обвуглені речовини в камері спалювання обвуглених речовин, а відновлений каталізатор повторно використовується в камері для газифікації.

2. Система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що містить піч для газифікації горючих речовин для отримання газу, паливний елемент для вироблення електричної енергії, що використовує отриманий газ, що подається з печі для газифікації, при цьому відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, подається в піч для газифікації для використання відпрацьованого газу в якості газифицирующего агента печі для газифікації.

3. Система по п.2, в якій піч для газифікації є піч для газифікації з псевдозрідженим шаром, а газифікують агент використовується в якості ожіжающего газу.

4. Система по п.2 або 3, в якій відпрацьований газ, який виведений з негативного електрода паливного елемента, вводиться піч для газифікації в якості газифицирующего агента.

5. Система по п.4, в якій піч для газифікації має камеру для газифікації і камеру спалювання обвуглених речовин, при цьому відпрацьований газ, який виведений з негативного електрода паливного елемента, вводиться в камеру газифікації в якості газифицирующего агента.

6. Система по п.5, в якій відпрацьований газ, який виведений з позитивного електрода паливного елемента, вводиться в камеру спалювання обвуглених речовин.

7. Система, що виробляє електричну енергію за допомогою газифікації горючих речовин, що містить піч для газифікації горючих речовин для отримання газу, піч для високотемпературної газифікації для риформінгу отриманого газу для отримання ріформірованного газу, паливний елемент для вироблення електричної енергії, що використовує отриманий газ, що подається з печі для газифікації, при цьому відпрацьований газ, виведений з паливного елемента, подається в, щонайменше, одну піч: чи піч для газифікації, або піч для високотемпературної газифікації для використання відпрацьованого газу в якості газифицирующего агента, щонайменше, в одній печі: або печі для газифікації, або печі для високотемпературної газифікації.

8. Система по п.7, в якій піч для газифікації є піч для газифікації з псевдозрідженим шаром, а газифікують агент використовується в якості ожіжающего газу.

9. Система по п.7 або 8, в якій відпрацьований газ, який виведений з негативного електрода паливного елемента, вводиться щонайменше в одну піч: чи піч для газифікації, або піч для високотемпературної газифікації в якості газифицирующего агента.

10. Система по п.9, в якій піч для газифікації має камеру для газифікації і камеру спалювання обвуглених речовин, при цьому відпрацьований газ, який виведений з негативного електрода паливного елемента, вводиться в камеру газифікації в якості газифицирующего агента.

11. Система по п.10, в якій відпрацьований газ, який виведений з позитивного електрода паливного елемента, вводиться в камеру спалювання обвуглених речовин.

Версія для друку
Дата публікації 16.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів