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 RU2290428

СПОСІБ КОНВЕРСІЇ ВУГІЛЛЯ З ОТРИМАННЯМ ЯКІСНОГО ВОДНЮ ДЛЯ паливних сумішей І ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ, ГОТОВОГО До УТИЛІЗАЦІЇ,
І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ

Ім'я винахідника: ЛАЙОН Річард К. (US)
Ім'я патентовласника: ДЖЕНЕРАЛ ЕЛЕКТРИК КОМПАНІ (US)
Адреса для листування: 129010, Москва, вул. Б.Спасская, 25, стор.3, ТОВ "Юридична фірма Городиський і Партнери", пат.пов. Е.Е.Назіной
Дата початку дії патенту: 2002.07.30

Використання: винахід відноситься до способів конверсії вугілля в присутності повітря і водяної пари. Суть винаходу: вугілля піддають конверсії шляхом спалювання. При цьому використовують сукупність двох реакторів з псевдозрідженим шаром і третього передавального лінійного реактора. У перший реактор подають частинки вугілля або «напівкокс» і псевдоожіжают високотемпературним водяною парою, другий реактор псевдоожіжают водяною парою високої температури, а третій реактор псевдоожіжают стисненим повітрям. Тверді частинки, що циркулюють між цими трьома реакторами, включають в себе суміш матеріалів, що містить сполуки кальцію (присутні у вигляді СаО, СаСО ₃ і їх сумішей) і сполуки заліза (присутні у вигляді FeO, Fe ₂ О ₃ і їх сумішей). Вугілля газифікують водяною парою в першому реакторі в присутності СаО для отримання СаСО ₃ і водню. У другому реакторі проводять реакцію СаСО ₃ для відновлення до СаО і реакцію вугілля і / або напівкоксу з вугілля з Fe ₂ О ₃ для освіти FeO і діоксиду вуглецю. У третьому реакторі окислюють FeO до Fe ₂ О ₃ і отримують повітря, збіднений киснем. Описується апарат для здійснення способу. Технічний результат: спрощення технології процесу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способів і апаратів для конверсії кута, повітря і водяної пари високої температури з отриманням трьох окремих газових потоків, один з яких складається з вологого, по суті, чистого водню, другий містить діоксид вуглецю, «готовий до утилізації», т. е. CO _2, який є відносно чистим і знаходиться під підвищеним тиском, що робить його видалення менш важким, а третій потік складається з повітря, збідненого киснем.

Більш конкретно, винахід відноситься до способу, при якому здійснюють циркуляцію сумішей кута, з'єднань кальцію і заліза між декількома реакторами, завантаженими або водяною парою високої температури, або стисненим повітрям і виробляють, по суті, чистий водень для використання в паливних елементах як продукт керованої реакції газифікації. Спосіб відповідно до винаходу дозволяє отримати відпрацьований потік віддільного і, по суті, чистого діоксиду вуглецю, що містить залишкові кількості діоксиду сірки, і потік повітря, збідненого киснем, що володіє теплом високої температури, яке можна використовувати, наприклад, в підсистемах генерування енергії, включених в наступну технологічну ланцюжок. Окислювально-відновні реакції відповідно до даного винаходу мають набагато більший термодинамічний ККД, ніж системи для спалювання, здійснюваного із змішуванням звичайних викопних палив, і дозволяють отримати значні переваги захисту навколишнього середовища над відомими способами, при яких використовується вугілля або інші викопні палива або палива на основі біомаси для вироблення тепла і горючих газів з метою їх використання в газотурбінних двигунах.

Протягом 21-го століття Сполучені Штати як і раніше будуть покладатися головним чином на викопні палива, такі як природний газ, нафту і нафтові дистиляти, в якості основного джерела палива для газотурбінних двигунів, використовуваних для вироблення електроенергії. Останнім часом виявлено, що використання, по суті, чистого водню в паливних елементах більш ефективно і практично не викликає забруднення в порівнянні з іншими звичайними технологіями спалювання сумішей викопного палива і повітря. Водневі паливні елементи можуть стати ідеальним вирішенням багатьох потреб держави в паливі і зіграти роль джерела чисто згорає палива. Разом з тим існує потреба в забезпечує достатній термодинамічний ККД та економічному способі, що дає можливість отримання великих кількостей чистого водню з легкодоступних і недорогих енергетичних ресурсів, таких як вугілля.

Існують різні звичайні системи для окислення (спалювання) вугілля з метою утворення вільного водню крім вироблення тепла для утворення водяної пари. У будь-якому випадку такі системи створюють значні проблеми захисту навколишнього середовища, тому що велика ймовірність викиду оксидних з'єднань вуглецю і сірки в атмосферу з палаючого вугілля. Звичайні способи отримання водню і обумовлюють великі витрати на обладнання, оскільки спробам відновлення і виділення водню з інших продуктів згоряння викопного палива і повітря властива неефективність реалізації.

Крім того, добре відомо, що діоксид вуглецю, що отримується з систем для спалювання вугілля, вносить вклад у парниковий ефект в атмосфері, а й в потенційне глобальне потепління. Інші типи забруднень повітря, обумовлених спалюванням вугілля, включають в себе викиди частинок, таких як дрібні частинки золи, в результаті згоряння вугільного пилу, а й викид небажаних оксидів азоту, головним чином NO і NO _2.

Таким чином, існує нагальна потреба в отриманні щодо чистого водню для використання при виробленні електроенергії економічним і забезпечує достатній термодинамічний ККД способом, але без забруднення атмосфери. і існує потреба в боротьбі з викидами будь-якого характеру і ступеня діоксиду вуглецю і діоксиду сірки, що відбуваються під час спалювання вугілля, шляхом ізоляції і видалення оксидних забруднюючих речовин без викиду їх в атмосферу. В ідеальному випадку вугілля та інші копалини палива можна було б використовувати для вироблення тепла таким чином, який забезпечує просте і економічне відновлення побічних продуктів згоряння, зокрема CO _2, при підвищеному тиску і в досить чистому стані, тобто забезпечує отримання CO _2, «готового до утилізації».

У минулому запропонований ряд різних способів видалення СО _2, наприклад перекачування зрідженого СО ₂ в глибинні частини океану. Однак при видаленні _СО2 виникає супутня проблема, що стосується чистоти самого стічного потоку. Оскільки більшість варіантів видалення обумовлює наявність скрапленого СО _2, то зазвичай допустимо, щоб CO ₂ був «готовим до утилізації» і не міг би містити більш ніж малі кількості забруднюючих домішок або інших газів, що не сжижаются під тиском.

Крім проблем забруднення повітря спалювання вугілля для запуску газотурбінних двигунів має ті ж обмеження термодинамічної ккд, які притаманні всім системам, заснованим на спалюванні, що здійснюється із змішуванням (з використанням повітря) вугілля в якості основного джерела тепла. Газові турбіни відносять до числа існуючих систем вироблення електроенергії, для яких потрібні найменші капітальні вкладення. Однак їх термодинамічний ККД помітно нижче, ніж у інших систем. Хоча цей ккд зростає зі збільшенням температури повітрозабірника турбіни, гарячі гази, одержувані за рахунок згорання вугілля, містять летючу золу, яка може викликати ерозію лопаток турбіни. Відходять пари підвищеної температури можуть і викликати корозію через наявність кислотних побічних продуктів згоряння вугілля, таких як діоксид сірки і HCl. Отже, максимальна температура повітрозабірника турбіни, яку можна допустити для згоряння вугілля, значно нижче, ніж температура, пов'язана з «чистим» паливом, таким як нафта або природний газ.

Нововведення останніх років в області газотурбінної металургії дозволили збільшити температури повітрязабірників, які можна було б допустити в зв'язку з системами для спалювання вугілля. За визначенням деякі технологічні досягнення мають на меті збільшення температур повітрязабірників для більш чистих палив, таких як природний газ. Таким чином, недоліки вугілля в порівнянні з більш чистими паливами все ж залишаються незалежно від досягнень газотурбінної металургії і перешкоджають тому, щоб розглядати вугілля, незважаючи на його меншу вартість, як привабливе паливо для газових турбін. У газотурбінної промисловості вже давно визнали, що якби вдалося розробити спосіб спалювання вугілля таким чином, який дозволив би отримувати великі кількості відносно «чистих» гарячих газів, які не викликали б ерозію або корозію, то вугілля міг би стати набагато більш економічно життєздатним джерелом палива для використання при виробленні електроенергії.

Одним із запропонованими вирішенням проблеми використання вугілля для потужних газових турбін є спосіб, який відомий під назвою «газифікація» і при якому вугілля і водяну пару подають у високотемпературний реакційний посудину і забезпечують їх реакцію з утворенням суміші Н _2, СО і CO _2. Оскільки реакція газифікації є ендотермічної, потрібно якимось чином підводити тепло. Так, в більшості установок газифікації повітря змішують з водяною парою високої температури таким чином, що частина вугілля згоряє, а його залишок реагує з водяною парою, утворюючи H _2, CO і CO _2. В інших установках частина твердих частинок палива нагрівають за рахунок горіння, а потім змішують з вугіллям і водяною парою для підведення тепла, необхідного для стимулювання протікання реакції газифікації.

У літературі описаний спосіб газифікації вугілля, при якому забезпечують циркуляцію акцептора CO ₂ (або вапняку, або доломіту) між парою киплячих шарів, один з яких псевдоожіжен водяною парою, а інший - повітрям. Див. Г.П.Курран, К.Е.Фінк і І.Горіної (Глава 10 в роботі «Газифікація палива», Досягнення Американського хімічного товариства, в серії «Хімія», 69, 1967 г. (GPCurran, CEFink, and E .Gorin (Chapter 10 in FUEL GASIGICATION, ACS Advances in Chemistry series 69, 1967). Температура в шарі, псевдоожиженном водяною парою, залишається досить низькою, так що реакція СаО + СО ₂ = СаСО ₃ забезпечує газифікацію вугілля з отриманням практично чистого водню. Однак лише частина вуглецю в вугіллі газифіковане в реакторі з шаром, псевдозрідженим водяною парою. Залишок переміщається в шар, псевдозріджений повітрям, де він окислюється ( «спалюється»), виділяючи тепло і знову розкладаючи СаСО ₃ з отриманням СаО. Оскільки СО знаходиться в рівновазі з СО ₂ за рахунок добре відомої реакції конверсії водяної пари, то видалення останнього викликає видалення першого. Базовий спосіб газифікації володіє перевагою отримання щодо чистого водню, але має той недолік, що відбувається викид _СО2 безпосередньо в атмосферу поряд з повітрям і іншими окисленими побічними продуктами згоряння вугілля, такими як діоксид сірки.

У патентах США №№5339754, 5509362 та 5827496 (згадуваних тут для посилання) описаний спосіб спалювання палив з використанням каталізатора, який можна легко відновити, коли він знаходиться в окисленні стані, а потім легко окислити, коли він знаходиться у відновленому стані. Паливо і повітря поперемінно вступають в контакт з каталізатором. Паливо відновлює каталізатор і окислюється до СО ₂ і водяної пари. Після цього повітря окисляє каталізатор і збіднюється киснем. Таким чином, спалювання здійснюється без потреби в змішуванні палива і повітря або перед процесом спалювання, або під час його. Якщо передбачені кошти, за допомогою яких СО _2, водяна пара і повітря, збіднений киснем, направляються в різних напрямках, коли вони залишають процес спалювання, то можна повністю уникнути змішування. Цей останній спосіб спалювання називають «спалюванням, здійснюваним без змішування».

Сумарний обсяг газоподібних продуктів згоряння, одержуваних за допомогою спалювання, здійснюваного без змішування, можна порівняти з об'ємом газоподібних продуктів згоряння при звичайному спалюванні, але з одним істотним розходженням. Обсяг сукупності CO ₂ і водяної пари представляє лише малу частину сумарного обсягу. Фахівці в цій галузі техніки зрозуміють, що витрати на видалення кислих газів з відведених газоподібних продуктів згоряння за допомогою очищення збільшуються зі збільшенням обсягу газу, що очищається. Таким чином, якщо можна провести згоряння без змішування таким чином, що кислі гази залишають процес згоряння у вигляді сукупності CO ₂ і водяної пари, обсяг газу, який потрібно очищати, можна значно знизити, з чого випливає відповідне зниження виробничих витрат. Як детально описано нижче, здійснення згоряння без змішування таким чином, що ці кислі гази залишають камеру згоряння у вигляді сукупності СО ₂ і водяної пари, вимагає належного вибору каналізатора і точного управління первісною реакцією згоряння і наступною реакцією розкладання.

Об'єкт винаходу з патенту США №5509362 детально розглянуто в доповіді, представленій на зборах Секції західних штатів Інституту горіння, проведеному 26-27 жовтня 1998 (доповідь №98F-36). У цій доповіді розглянуто гіпотетичний спосіб використання вугілля для енергопостачання газової турбіни, і в ньому повідомлялося про серію попередніх експериментів з використанням псевдозрідженим шаром під атмосферним тиском, що містить порошкоподібний хімічно чистий оксид заліза (тобто FeO / Fe ₂ О _3). Газ, який використовується для псевдорідинному шару, можна подавати з повітря до досягнення балансу у вигляді 5% SO ₂ + 95% N ₂ і знову повертати в повітря. Експерименти передбачали два основних технологічних етапи. На першому етапі шар, повністю окислений до Fe ₂ O _3, псевдоожіжалі сумішшю, яка мала 5% SO ₂ + 95% N _2, при температурі 857 ° С. Потім нагнітали в цей шар мала кількість вугілля і одночасно проводили безперервний аналіз газів, що виходять з шару. На другому етапі псевдоожіжающій газ виводили в повітря, й надалі аналізуючи гази, що виходять з шару.

У цій доповіді Інституту горіння та запропоновано концептуальне втілення способу використання вугілля для енергопостачання газової турбіни. Як показано на фіг.4 цієї доповіді, використовували каталізатор на основі FeO / Fe ₂ O ₃ в якості псевдоожиженного порошку, що циркулює між першим киплячим шаром, який псевдоожіжен водяною парою, і другим шаром, псевдозрідженим стисненим повітрям з компресорної секції газової турбіни. В межах цього шару FeO окислюється до Fe ₂ O ₃ в ході жорсткої екзотермічної реакції, яка викликає збіднення стисненого повітря киснем і одночасне нагрівання цього повітря. Нагріте стиснене повітря (який тепер збіднений киснем) можна згодом використовувати для приведення в дію секції детандера газової турбіни. У цій доповіді Інституту горіння мається на увазі використання вугільного пилу в якості основного джерела палива. Див. Фіг.4.

Таким чином, в технічній літературі можна знайти окремі відомості про засоби досягнення мети окислення вугілля з отриманням СО _2, готового до утилізації, і про засоби досягнення мети газифікації вугілля з отриманням щодо чистого водню. Однак в технічній літературі немає відомостей, ілюстрацій або пропозицій, що стосуються досягнення обох цих цілей в один спосіб. Існує певна потреба в удосконаленому способі спалювання (окислення) вугілля з використанням спалювання, здійснюваного без попереднього змішування, для отримання CO _2, готового до утилізації, і щодо чистого водню з одночасним створенням потоку гарячого газу для використання при виробленні електроенергії шляхом розширення через газотурбінні двигуни.

Даний винахід запропонований новий спосіб спалювання вугілля для отримання водню для паливних елементів, повітря, збідненого киснем, для енергопостачання газових турбін і CO _2, готового до утилізації. Спосіб реалізують в таких умовах, що всі супутні хімічні реакції термодинамічно ефективні і легко здійсненні, так що спосіб має тепловий баланс, сумісний з практичним промисловим застосуванням.

У кращому можливий конкретний варіанті здійснення винаходу спільно використовуються два реактора з киплячим псевдозрідженим шаром і передавальний лінійний реактор. Перший реактор з псевдозрідженим шаром (далі "реактором для газифікації вугілля», див. Табл.1) працює при 800 ° С, і в нього подають частинки вугілля або «напівкокс» і псевдоожіжают водяною парою високої температури, наприклад перегрітою водяною парою при тиску близько 7 атм. Другий реактор з псевдозрідженим шаром (далі "реактором для розкладання _СаСО3») і псевдоожіжен водяною парою і працює при температурі близько 1040 ° С і тиску близько 7 атм. У третьому «реакторі для окислення FeO» використовується стиснене повітря під тиском близько 7 атм, і в ньому досягається робоча температура близько 1525 ° С. Тверді частинки, що циркулюють між цими трьома реакторами, включають в себе суміш матеріалів, що містять сполуки кальцію (присутні у вигляді СаО, СаСО ₃ і їх сумішей) і сполуки заліза (присутні у вигляді FeO, Fe ₂ O ₃ і їх сумішей).

У першому реакторі з псевдозрідженим шаром вугілля газифіковане водяною парою в присутності СаО з отриманням СаСО ₃ і щодо чистого водню (для використання, наприклад, в паливних елементах) протягом вищеописаного процесу, при якому використовується акцептор CO _2. Однак тільки частина напівкоксу, що подається в реактор для газифікації, спалюється для підведення теплової енергії, необхідної для відновлення СаСО ₃ знову до СаО. Тверді частинки циркулюють між реактором для газифікації і середнім реактором з псевдозрідженим шаром, де вони змішуються з твердими частинками з передавального лінійного реактора. Вуглець в середньому реакторі з псевдозрідженим шаром реагує з Fe ₂ О ₃ в передавальному лінійному реакторі, а температура в середньому реакторі з псевдозрідженим шаром є досить високою для розкладання _СаСО3 знову з отриманням СаО.

Таким чином, тверді частинки, реціркуліруемих з середнього реактора із псевдозрідженим шаром, складаються головним чином з СаО і FeO, тоді як газоподібний CO ₂ і мінімальні кількості SO ₂ видаляються у вигляді окремого потоку. Деякі з суміші твердих частинок повертаються в перший реактор з псевдозрідженим шаром, призначений для газифікації, а решта проходять в передавальний лінійний реактор (реактор для окислення FeO). В останньому FeO реагує з повітрям під час ендотермічної реакції для виділення тепла. Гаряче повітря, збіднений киснем, залишає передавальний лінійний реактор і подається в газову турбіну, а гарячі тверді частинки повертаються в середній псевдозріджений шар.

Оскільки реакція між FeO і гарячим повітрям є швидкою і екзотермічної (в діапазоні 292 кДж / моль) температура забрудненого повітря збільшується до такої величини, що гарячий газ може розширюватися через турбіну, повідомляючи приводную потужність для вироблення електроенергії та / або приведення в дію повітряного компресора. Надлишкову ентальпію розширився забрудненого повітря і можна відновити за допомогою котла, який видає водяна пара високого тиску для використання при псевдозріджених.

Газовий потік, який залишає реактор для окислення FeO, зазвичай пропускають через циклон або іншу систему очищення гарячого газу для видалення золи та отмученний оксидів заліза перед розширенням через турбіну. Гарячі гази з реактора для розкладання _СаСО3 дозволяється і пропускати через теплообмінник, а потім - через конденсатор для видалення води і залишкових дрібних твердих частинок. Залишаються гази складаються з CO ₂ і SO ₂ під підвищеним тиском з малими кількостями інших забруднюючих речовин і продуктів неповного згоряння. SO ₂ і інші забруднюючі речовини можна видаляти за допомогою вологого очищення або іншої обробки, залишаючи, по суті, чистий потік стисненого CO ₂ для утилізації або випуску.

Тому винахід в його розширених аспектах відноситься до способу конверсії вугілля з отриманням якісного водню для паливних елементів і, по суті, чистого, тобто готового до утилізації, діоксиду вуглецю значно більше термодинамічно ефективним чином з використанням сумішей твердих частинок, що містять вугілля, з'єднання кальцію і сполуки заліза, що циркулюють між трьома реакторами з псевдозрідженим шаром, що працюють одночасно.

В іншому аспекті винахід відноситься до нового способу досягнення спалювання, здійснюваного без змішування, вугілля для отримання якісного водню для паливних елементів і стоку діоксиду вуглецю, готового до утилізації, з використанням першого, другого і третього реакторів, при цьому перший реактор приймає завантаження вугілля і водяного пара для отримання вихідного газового потоку вологого газоподібного водню, другий реактор видає вихідний потік вологого діоксиду вуглецю, а третій реактор приймає вхідний потік і видає вихідний потік повітря, збідненого киснем.

У ще одному аспекті винахід відноситься до нового апарату для проведення спалювання, здійснюваного без змішування, вугілля з отриманням, по суті, чистого водню, діоксиду вуглецю і повітря, збідненого киснем, що складається з першого, другого і третього реакторів, при цьому тверді частинки циркулюють між цими реакторами, що підтримують ретельно регульований баланс з'єднань кальцію і їх сумішей і сполук заліза і їх сумішей.

І в ще одному аспекті винахід відноситься до нового апарату для спалювання, здійснюваного без змішування, виконаному з можливістю отримання вихідного газового потоку вологого якісного газоподібного водню для паливних елементів, по суті, чистого, тобто «Готового до утилізації» діоксиду вуглецю і повітря, збідненого киснем, значно більш термодинамічно ефективним чином, ніж в звичайних системах для спалювання, здійснюваного без змішування. Короткий опис креслень

На кресленні представлена ​​умовна схема, що ілюструє основні елементи конструкції і спосіб відповідно до винаходу. На кресленні умовно показаний можливий конкретний варіант здійснення винаходу, який передбачає конверсію вхідних потоків вугілля, водяної пари та стисненого повітря з отриманням окремих вихідних потоків щодо чистого водню для використання, наприклад, в паливних елементах, CO 2, готового до утилізації, і високотемпературного повітря, збідненого киснем, для використання при енергопостачанні газової турбіни з метою вироблення електроенергії. У цьому конкретному варіанті здійснення два реактора 10, 12 з киплячим псевдозрідженим шаром використовуються разом з передавальним лінійним реактором 14. Перший реактор 10 з псевдозрідженим шаром (реактор для газифікації вугілля), показаний зліва на кресленні, псевдоожіжен газом, що складається головним чином з перегрітого водяної пари високого тиску, що надходять через впускний патрубок 16, що знаходиться на дні реактора.

Реактор 12 з киплячим шаром (реактор для розкладання _СаСО3), показаний в центрі на кресленні, теж псевдоожіжен газом, що складається з перегрітого водяної пари, що надходить через впускний патрубок 18, або рециркульованого CO _2, або їх сумішей. Передавальний лінійний реактор 14 (реактор для окислення FeO) псевдоожіжен стисненим повітрям, що поступає через вхідний патрубок 20. Тверді частинки, які циркулюють між цими трьома реакторами, включають в себе суміш твердих частинок, причому деякі з них мають високий вміст СаСО _3, коли знаходяться в необпалених стані, наприклад частинки вапняку і доломіту, а деякі з них мають високий вміст заліза, наприклад частинки залізної руди, очищеного оксиду заліза, червоного шламу і дробленого чавунного скрапу.

В крайньому лівому з трьох реакторів, показаних на кресленні, вугілля 22 потрапляє в псевдозріджений шар в місці, позначеному позицією 24, і зазнає газифікацію водяною парою в присутності СаО з отриманням СаСО ₃ і щодо чистого водню під час вищеописаного процесу використання акцептора _СО2. Водень залишає перший реактор з псевдозрідженим шаром у вигляді потоку 26 для використання в водневих паливних елементах.

Важливо, що в процесі використання акцептора _СО2 тільки частина напівкоксу, що вводиться в реактор 10 для газифікації, газифіковане з отриманням водню. Інша частина згорає із забезпеченням підведення теплової енергії, необхідної для відновлення СаСО ₃ знову до СаО. Тобто, тепло згоряє частини вугілля використовується для розкладання _СаСО3 знову до СаО, однак спалювання відбувається не прямим чином. Тверді частинки циркулюють між реактором 10 для газифікації і середнім реактором 12 з киплячим шаром, призначеним для розкладання _СаСО3, де вони змішуються з твердими частинками з передавального лінійного реактора 14. Вуглець, що знаходиться в першому з них, реагує з Fe ₂ О _3, що знаходяться в останньому. Температура в середньому або другому реакторі 12 з псевдозрідженим шаром залишається досить високою, так що СаСО ₃ розкладається знову з отриманням СаО. Таким чином, тверді частинки, реціркуліруемих з середнього реактора із псевдозрідженим шаром, складаються головним чином з СаО і FeO, тоді як СО _2, «готовий до утилізації» (і будь-який присутній залишковий SO _2), залишають середній реактор з псевдозрідженим шаром у вигляді потоку 28.

Частина суміші твердих частинок повертається в реактор 10 для газифікації, а інші потрапляють в передавальний лінійний реактор 14. У передавальному лінійному реакторі 14 FeO реагує з повітрям для виділення тепла. Гаряче повітря, збіднений киснем, виходить з лінійного реактора 14 в вигляді потоку 30 і може бути поданий в газову турбіну, тоді як гарячі тверді частинки повертаються в середній реактор 12 з псевдозрідженим шаром.

приклад 1

Проводили обчислювальні експерименти з використанням програми HSC. Процедура обчислень є итеративной, і для її проведення робляться припущення щодо первинних температур в обох реакторах з псевдозрідженим шаром і в передавальному лінійному реакторі. Прораховуються рівноважні склади продуктів при цих температурах. Потім прораховуються тепловий баланс і баланс маси для отримання нового набору робочих температур і процес повторюється для отримання результатів, взаємно відповідних один одному в доцільних межах помилки.

Обчислювальні експерименти цього типу дають три різних типи результатів. Процедура обчислень може не зійтися, показуючи, що досліджуваний спосіб не в змозі забезпечити адіабатичну роботу. В альтернативному варіанті обчислення можуть зійтися, показуючи, що спосіб в змозі забезпечити адіабатичну роботу, але в умовах, при яких хімічну рівновагу не призведе до практично здійсненним процесу. По-третє, обчислення можуть зійтися до результату, що показує, що досліджуваний спосіб в змозі забезпечити адіабатичну роботу в умовах, при яких хімічну рівновагу призведе до практично здійсненним процесу.

При проведенні вищеописаних обчислень комп'ютерна програма «передбачає», що СаО / СаСО ₃ і FeO / Fe ₂ О ₃ діють як ідеальний каталізатор, тобто що все кількість присутніх СаО / СаСО ₃ і FeO / Fe ₂ O ₃ вступає в реакцію для досягнення рівноваги. Разом з тим добре відомо, що каталізатори в загальному випадку мають кінцевий термін служби, тобто вони повільно стають інертними. Звичайним прийомом, яким користуються, щоб підтримати прийнятний рівень каталітичної активності, є безперервне видалення і заміна малих кількостей каталізатора. При каталітичних процесах, які обумовлюють використання вугілля, існує додаткове утруднення, що полягає в тому, що вугілля містить золу. Хоча можна відкоригувати умови таким чином, що більша частина цієї золи буде виходити з реактора у вигляді летючого попелу, вплинути на частину золи все ж не вдасться. Це робить обов'язковим безперервне видалення і заміну малих кількостей каталізатора.

Таким чином, в практичній роботі реактори відповідно до винаходом будуть містити суміш активного каталізатора і інертних твердих частинок. Щоб врахувати цей фактор, було висунуто припущення про те, що каталізатором була суміш СаО / СаСО _3, FeO / Fe ₂ O ₃ і Al ₂ O _3, причому останній оксид є інертним, з добре відомими тепловими властивостями. Малу частину СаСО ₃ і враховували при обчисленнях як інертна речовина.

У нижченаведених табл.1, 2, 3, 4 і 5 наведені результати обчислювального експерименту.

Таблиця 2
Енергетичний баланс для конверсії вугілля, повітря і водяної пари з отриманням окремих потоків Н 2, СО 2 і повітря, збідненого O 2
Введені реагенти	Вимірюється тепло, ккал	- Н згоряння
С, 1,79 моля при 25 ° С	0	-168,339
Н 2 O, 3,2 благаючи при 500 ° С	12,966	0
O 2, 1 моль при 500 ° С	3,628	0
N 2, 4 благаючи при 500 ° С	13,581	0
Разом	30,175	-168,339
виведені продукти
Н 2, 1,58 моля при 800 ° С	8,652	-91,232
Н 2 O, 1,62 моля при 800 ° С	11,243	0
CO 2, 1,79 моля при тисячу сорок дві ° С	21,824	0
N 2, 4 благаючи при 1526,3 ° С	46,819	0
Разом	88,538	-91,232
Енергетичний баланс для конверсії вугілля, повітря і водяної пари з отриманням окремих потоків Н 2, СО 2 і повітря, збідненого O 2
Тепло, виділене і використане для підйому		-18,281
водяної пари під час газифікації вугілля
Тепло, виділене і не використане під час		+0,021
розкладання СаСО3
Тепло, виділене і не використане під час		-0,406
окислення FeO
Сумарне вводиться тепло = 198,514 ккал,
Сумарне виведене тепло = 198,436 ккал (ця невелика різниця відображає накопичені помилки комп'ютера)
Енергія водню = 54,2% від Н згоряння вуглецю
Енергія, що підводиться до газовій турбіні = 27,8% від Н згоряння вуглецю
Підйом водяної пари = 10,9% від Н згоряння вуглецю
Різниця між вимірюваним теплом виведених продуктів і вводяться реагентів = Н згоряння вводяться реагентів

У табл.1 показаний баланс мас, в табл.2 показаний теплової або енергетичний баланс, а в таблиці 3, 4 і 5 показано рівновагу, яке виникає в трьох реакторах. Зокрема, табл.3 показує, що реакція газифікації в першому реакторі з псевдозрідженим шаром дає вологий, але, з іншого боку, майже чистий водень. Табл.4 показує, що рівновага сприяє розкладанню СаСО ₃ у другому реакторі з псевдозрідженим шаром, а табл.5 показує, що окислення FeO до Fe ₂ O ₃ сприяє рівновагу в передавальному лінійному реакторі.

Тепловий або енергетичний баланс, показаний в табл.2, ілюструє незначну частину енергосодержанія вугілля, яка залишала процес, у вигляді різниці між вимірюваним теплом продуктів і реагентів, тобто лише незначна частина введеної енергії стає відходить теплом. Більше половини енергосодержанія вугілля залишає процес у вигляді водню, тобто у вигляді енергії, що підводиться до газовій турбіні. А з останків енергосодержанія частина йде на підйом водяної пари (використання менші за розміром), і лише мала кількість стає відходить теплом.

Хоча винахід описано в зв'язку з тим, що в даний час розглядається як найбільш практичний і кращий конкретний варіант здійснення, зрозуміло, що винахід не зводиться до описаного конкретному варіанту здійснення, а навпаки, повинно вважатися охоплює різні модифікації та еквівалентні конструкції, що знаходяться в рамках обсягу домагань прикладеної формули винаходу.

Перелік основних частин апарату:

• Реактор 10 з псевдозрідженим шаром
• Реактор 12 з псевдозрідженим шаром
• Передавальний лінійний реактор 14
• Вхідний патрубок 16
• Вхідний патрубок 18
• Вхідний патрубок 20
• Вугілля 22, 22
• Псевдозрідженим шар в місці, позначеному позицією 24
• потік 26
• потік 28
• потік 30

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб конверсії вугілля з отриманням якісного водню для паливних елементів і діоксиду вуглецю, готового до утилізації, із забезпеченням спалювання, здійснюваного без змішування, що включає в себе етапи, на яких

завантажують перший реактор з псевдозрідженим шаром вугіллям і водяною парою високої температури, який окисляє частина вугілля, і отримують, по суті, чистий газоподібний водень і діоксид вуглецю,

здійснюють циркуляцію між першим, другим і третім реакторами, що містять суміш псевдозріджених твердих частинок, суміші твердих псевдозріджених частинок, що містить вугілля, сполуки кальцію, присутні у вигляді СаО, СаСО ₃ і їх сумішей, і сполуки заліза, присутні у вигляді FeO, Fe ₂ О ₃ і їх сумішей,

проводять реакцію СаО, присутнього в першому реакторі, з діоксидом вуглецю для утворення СаСО _3,

проводять реакцію СаСО ₃ у другому реакторі для відновлення СаО і одночасно проводять реакцію вугілля і / або напівкоксу з вугілля з Fe ₂ O ₃ для освіти FeO і діоксиду вуглецю,

окислюють FeO, присутній в третьому реакторі, для відновлення Fe ₂ О ₃ і отримують повітря, збіднений киснем, при підвищеній температурі, і

видаляють, по суті, чистий водень, діоксид вуглецю і збіднений повітря в вигляді окремих потоків з першого, другого і третього реакторів.

2. Спосіб за п.1, при якому тверді частинки в другому реакторі псевдоожіжают з використанням водяної пари високої температури, а тверді частинки в третьому реакторі псевдоожіжают з використанням стисненого повітря.

3. Спосіб за п.1, при якому температура в першому реакторі знаходиться в діапазоні від 650 до 850 ° С.

4. Спосіб за п.1, при якому температура в другому реакторі знаходиться в діапазоні від 1000 до 1100 ° С.

5. Спосіб за п.1, при якому температура в третьому реакторі знаходиться в діапазоні від 1400 до 1600 ° С.

6. Спосіб за п.1, при якому тиск в системі реакторів в цілому знаходиться в діапазоні від 2 до 20 атмосфер.

7. Спосіб за п.1, при якому відношення атомів кальцію, присутніх у вигляді СаО і СаСО _3, і заліза, присутніх у вигляді FeO і Fe ₂ О _3, в твердих частинках, що циркулюють між псевдозріджених шарами, знаходиться між 1,5 і 2.

8. Спосіб за п.1, при якому швидкість твердих частинок, що циркулюють між другим і третім реакторами, така, що ставлення FeO, що потрапляє в третій реактор, до кисню в повітрі, що попадає в третій реактор, більше, ніж 4 моль FeO до 1 моль Оз, але менше, ніж 5 моль FeO до 1 моль кисню.

9. Спосіб за п.1, при якому тиск перегрітої водяної пари становить близько 7 атмосфер.

10. Апарат для проведення спалювання вугілля, здійснюваного без змішування, з отриманням окремих потоків, по суті, чистого газоподібного водню, діоксиду вуглецю, готового до утилізації, і повітря, збідненого киснем, що складається з першого, другого і третього реакторів, що містять суміш псевдозріджених твердих частинок, що циркулюють між усіма трьома реакторами, причому згадані тверді частинки містять вугілля, сполуки кальцію, присутні у вигляді СаО, СаСО ₃ і їх сумішей, і сполуки заліза, присутні у вигляді FeO, Fe ₂ O ₃ і їх сумішей, при цьому проводять реакції СаО, присутнього в першому реакторі, з діоксидом вуглецю для утворення СаСО _3, проводять реакції СаСО ₃ у другому реакторі для відновлення СаО і одночасно проводять реакцію вугілля і / або напівкоксу з вугілля c Fe ₂ O ₃ для освіти FeO і діоксиду вуглецю, проводять окислювання FeO, присутнього в третьому реакторі, для відновлення Fe ₂ О ₃ і отримання повітря, збідненого киснем, при підвищеній температурі.

Версія для друку
Дата публікації 28.02.2007гг

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