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 RU2272782

ОТРИМАННЯ ВОДНЮ ІЗ углеродсодержащими МАТЕРІАЛУ

Ім'я винахідника: Лакнер Клаус С. (US); Цьока Ганс Й. (US); ХАРРІСОН Дуглас П. (US)
Ім'я патентовласника: Дзе Реджентс ів дзе Юніверсіті ів Каліфорнія (US); Боада ів Сьюпевайзерз ів Луїзіані Стейт Юніверсіті енд Егрікалчерел енд Мікенікел Колідж (US)
Адреса для листування: 191036, Санкт-Петербург, а / я 24, "НЕВІНПАТ", пат.пов. А.В.Полікарпову
Дата початку дії патенту: 2004.01.27

Винахід відноситься до способів і пристроїв для генерування електроенергії з використанням вуглець палив, більш конкретно до отримання водню і до пов'язаного з ним виробництва енергії шляхом газифікації вугілля. Водень отримують з твердих або рідких углеродсодержащих палив. Паливо газифікують воднем, отримуючи збагачений метаном газоподібний продукт, який потім вводять в реакцію з водою і оксидом кальцію, отримуючи водень і карбонат кальцію. Карбонат кальцію можна безперервно видаляти із зони реакції отримання водню і карбонізації та прожарювати для регенерації оксиду кальцію, який можна повторно вводити в зону реакції отримання водню і карбонізації. Спосіб проводять у пристрої, що містить реактор газифікації і реактор карбонізації для отримання водню. Винахід дозволяє отриманий водень використовувати на стадії газифікації палива для забезпечення її енергією.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способів і пристроїв для генерування електроенергії з використанням вуглець палив. Більш конкретно, даний винахід відноситься до отримання водню і до пов'язаного з ним виробництва енергії шляхом газифікації вугілля.

Даний винахід зроблено за підтримки уряду в рамках контракту W-7405-ENG-36, укладеного з Міністерством енергетики США. Уряд має певні права на цей винахід.

Передумови створення винаходу

Заклопотаність світової спільноти з приводу глобального потепління все більше зосереджується на ролі атмосферних газів, що створюють парниковий ефект, таких як діоксид вуглецю. Підвищення концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері і його роль у виникненні парникового ефекту обумовлює численні заходи як на національному, так і на міжнародному рівнях, спрямовані або на зменшення загального обсягу викидів діоксиду вуглецю, або на уловлювання таких викидів з метою зв'язування діоксиду вуглецю і видалення його НЕ в атмосферу, а в інші місця поховання.

Електростанції, що працюють на газоподібних, рідких або твердих вуглецевмісних матеріалах, є джерелами значних кількостей діоксиду вуглецю, проте виробництво електроенергії з використанням таких електростанцій в доступному для огляду майбутньому залишається необхідним джерелом електроенергії для багатьох країн. На відміну від автомобілів та інших розосереджених джерел діоксиду вуглецю, електростанції, що спалюють углеродсодержащие палива, являють собою відносно обмежене число великих стаціонарних локальних джерел діоксиду вуглецю. Таким чином, їх можна розглядати як об'єкти, які підпадають під дію різних державних регулюючих законодавчих ініціатив, що стосуються, наприклад, податків на енергію, плати за викиди і обов'язкових заходів з уловлювання діоксиду вуглецю. Отже, існує потреба в удосконалених способах добування енергії горіння з углеродсодержащих видів палива, таких як вугілля, при одночасному забезпеченні можливості уловлювання утворюється діоксиду вуглецю для видалення його із застосуванням різних засобів.

Значні зусилля докладаються для розробки різних способів газифікації вугілля з метою, наприклад, зниження ступеня забруднення повітря або виробництва більш зручних для транспортування газоподібних джерел енергії. Одним із способів отримання водню з вугілля є добре відома реакція отримання водяного газу:

З нею пов'язана реакція конверсії водяного газу:

Реакцію отримання водяного газу (1) можна поєднувати з реакцією конверсії водяного газу (2) з метою отримання додаткової кількості водню. Сумарна реакція записується рівнянням

Сумарна реакція (3) в стандартних умовах, тобто при температурі, близької до температури навколишнього середовища, і під атмосферним тиском, сильно ендотермічна, її ендотермічний ефект в разі використання рідкої води становить приблизно 170-180 кДж / моль. (В даному описі характеристики ендотермічну, екзотермічності і теплового ефекту реакцій відносяться до стандартних умов, тобто температурі, близької до температури навколишнього середовища, і тиску, близькому до атмосферного). В результаті всіх трьох вищевказаних реакцій утворюється водень, і в кожному випадку для практичного застосування їх з метою забезпечення освіти викидів, що не містять діоксид вуглецю, необхідно відокремлювати утворюється водень від інших газоподібних продуктів реакції.

Добре відомо і пряме гідрування вугілля з застосуванням газоподібного водню при підвищених температурах, в результаті якого утворюються газоподібні продукти, що складаються, в основному, з метану, згідно реакції

Перевагою цієї реакції є її екзотермічність (75 кДж / моль). Для її проведення, однак, необхідне джерело водню.

Відомо і застосування способу генерування водню з вугілля з використанням оксиду кальцію. Сумарне рівняння реакції цього процесу має вигляд

Перевагою цієї реакції є те, що вона по суті нейтральна в енергетичному відношенні: екзотермічний ефект при використанні рідкої води становить лише близько 0,6 кДж / моль.

Ця реакція (5) була використана при проведенні в одному реакторі процесу, описаного в статті "Експериментальна установка 1976 року для процесу зв'язування СО _2" ( "СО ₂ Acceptor Process Pilot Plant - 1976"), опублікованій в матеріалах 8-го симпозіуму по синтетичному трубопровідного газу, проведеного Американської газової асоціацією (8 ^{th Synthetic Pipeline Gas Symposium,} American Gas Association, October 18, 1976). Однак проведення цієї реакції пов'язане з певними труднощами, зокрема, щодо досягнення високого ступеня повноти протікання, оскільки змішування вугілля з оксидом кальцію потребує вирішення деяких проблем. З вугілля утворюється зола, яка реагує з СаО, утворюючи різні силікати, що заважають реакції. Реакції СаО з вугіллям з утворенням СаСО ₃ перешкоджають і інші містяться у вугіллі домішки, зокрема, сірка.

Відповідно до вищевикладеного, метою даного винаходу є створення енергетично ефективного способу і пристрою для отримання водню з вугілля, інших викопних палив чи інших вуглецевмісних речовин.

Метою даного винаходу є і виробництво водню з вугілля з одночасним виробництвом діоксиду вуглецю у вигляді по суті чистого продукту, який може бути схопить і похований поза атмосферою.

Додаткові цілі, переваги і нові ознаки винаходу частково викладені в нижченаведеному описі, а частково стануть зрозумілими для обізнаних фахівців при вивченні цього опису або виявлені при здійсненні винаходу. Цілі і переваги винаходу можуть бути реалізовані і досягнуті за допомогою пристроїв і їх поєднань, конкретно зазначених в пунктах прикладеної формули винаходу. Мається на увазі, що формула винаходу охоплює всі зміни і модифікації в межах ідеї і обсягу винаходу.

опис винаходу

Для досягнення вищевказаних та інших цілей і відповідно до цілей даного винаходу, здійсненого і докладно описаного нижче, запропонований спосіб і пристрій для отримання водню з вуглець матеріалів, таких як вугілля, з використанням оксиду кальцію як допоміжного реагенту. Двостадійний спосіб відповідно до винаходом включає дві окремі групи реакцій, що проводяться в окремих реакторах. Згаданий спосіб включає (а) введення вуглець матеріалу в контакт з першою порцією водню в першій реакційній зоні (в реакторі газифікації) при першій температурі в межах від приблизно 400 ° С до приблизно 2000 ° С, яка є достатньою для отримання суміші газів з високим вмістом метану. Після газифікації вугілля шляхом його гідрування в реакторі газифікації слід отримання водню з метану і води, яке проводять з використанням реакції карбонізації оксиду кальцію шляхом (b) введення згаданої суміші газів в контакт з оксидом кальцію і обраним кількістю води в другій реакційній зоні (в реакторі карбонізації ) при другій температурі в межах від приблизно 400 ° с до приблизно 1500 ° с з отриманням таким чином другий порції водню і твердого карбонату кальцію, причому згадана друга порція водню більше згаданої першої порції водню. Це здійснюють і для видалення діоксиду вуглецю з потоку газоподібного продукту.

Спосіб додатково включає (с) повернення частини згаданої другої порції водню, отриманої шляхом введення згаданої суміші газів в контакт з оксидом кальцію і водою (реакції карбонізації), в згадану першу реакційну зону (в реактор газифікації) для забезпечення джерела водню для гідрування вугілля.

Відповідно до одного з аспектів даного винаходу, інша частина водню, отриманого в реакторі карбонізації, може бути використана для нагріву реактора кальцинування, де карбонат кальцію, отриманий в результаті реакції карбонізації, (d) прожарюють в третій реакційній зоні (в реакторі кальцинування) для отримання регенерованого оксиду кальцію і діоксиду вуглецю, а потім здійснюють повернення згаданого оксиду кальцію, отриманого в згаданій третій реакційній зоні, в згадану другу реакційну зону.

Оксид кальцію можна безперервно вводити в згадану другу реакційну зону (в реактор карбонізації), де він вступає в реакцію з діоксидом вуглецю, що утворюється при реакції метану з водою, утворюючи карбонат кальцію, який потім можна витягати з реактора карбонізації для прожарювання і повернення в реактор карбонізації у вигляді оксиду кальцію, здійснюючи, таким чином, багаторазову рециркуляцию в замкнутому контурі.

Кількість водню, одержуваного в реакторі карбонізації, досить для регенерації оксиду кальцію, необхідного для отримання водню в реакторі карбонізації, і для гідрування вугілля в реакторі газифікації, і, крім цього, для забезпечення отримання деякого надмірної кількості водню, що використовується для виробництва електроенергії або для інших цілей. Істотне значення має те, що по суті весь вуглець, що вводиться спочатку в реакцію газифікації у вигляді вугілля, в кінцевому рахунку виводиться з процесу відповідно до винаходом у вигляді потоку по суті чистого діоксиду вуглецю, що виходить з реактора кальцинування.

Відповідно до іншого аспекту винаходу, згадане вибрану кількість води розподіляють між згаданими першої і другої реакційними зонами при обраних температурах і станах для регулювання згаданих першої і другої температур, іншими словами воду, необхідну для отримання водню в реакторі карбонізації, можна вводити як в реактор газифікації, так і в реактор карбонізації та розподіляти її між двома реакторами таким чином, щоб в кожному з реакторів окремо кількість тепла, що виділяється зводилося до мінімуму. Тобто вода, що подається в реактор газифікації, випаровується, поглинаючи частину тепла екзотермічної реакції газифікації, і, крім того, в деякій мірі реагує з вугіллям, утворюючи оксид вуглецю і водень відповідно до реакцією отримання водяного газу, яка є ендотермічної.

Сукупність реакцій, що протікають в реакторі карбонізації, може давати в сумі або ендотермічний, або екзотермічний ефект, залежно від того, вводиться чи вода в рідкому або пароподібному стані, і від конкретного складу газової суміші, що надходить в реактор карбонізації з реактора газифікації. Відповідно до винаходу згадану першу температуру регулюють шляхом додавання води, а згадану другу температуру регулюють шляхом підбору згаданого вибраної кількості води. Таким чином, регулюючи подачу рідкої води в кожен реактор, можна підтримувати приблизну енергетичну нейтральність сумарною реакції в кожному реакторі, що виключає необхідність в будь-якому іншому механізмі теплопередачі. При цьому згадані перша і друга реакційні зони термічно ізольовані один від одного.

Спосіб додатково передбачає підтримку в третій реакційній зоні (в реакторі кальцинування) умов реакції, необхідних для створення надлишкового тиску згаданого діоксиду вуглецю, зокрема, використання температур в діапазоні від приблизно 800 ° С до приблизно 2000 ° С.

Згаданий діоксид вуглецю видаляють зі згаданої третьої реакційної зони для забезпечення можливості його уловлювання, а водень видаляють зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту і піддають очищенню.

Згідно з винаходом згаданий водень, віддалений зі згаданої другої реакційної зони, очищають шляхом проведення реакції з оксидом кальцію в четвертій реакційній зоні при температурі в межах від приблизно 400 ° С до приблизно 1500 ° С. При цьому домішки, що містяться в згаданому водні, віддаленому зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту, видаляють шляхом введення згаданого потоку продукту в контакт з водою.

Відповідно до іншого варіанту способу отримання водню згаданий водень, віддалений зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту і очищений шляхом проведення реакції з оксидом кальцію, піддають подальшої очищенні додатковою кількістю оксиду кальцію в п'ятій реакційній зоні при температурі в межах від температури навколишнього середовища до приблизно 700 ° С.

Тиск у згаданій першій реакційній зоні підтримують в межах від приблизно 0,5 ат (0,049 МПа) до приблизно 2000 ат (196 МПа).

Тиск у згаданій другій реакційній зоні підтримують в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до приблизно 2000 ат (196 МПа).

Температуру в згаданій третій реакційної зоні підтримують в межах від приблизно 800 ° С до приблизно 2000 ° С.

Тиск у згаданій третій реакційної зоні підтримують в межах від приблизно 0,1 ат (0,0098 МПа) до приблизно 1500 ат (147 МПа).

Відповідно до ще одним аспектом цього винаходу, запропоновано пристрій для отримання водню з вуглець палива, що містить реактор газифікації, що має вхідний отвір для завантаження вуглець матеріалу, отвір для видалення золи, вхідний отвір для водню, вхідний отвір для води і вихідний отвір для продуктів газифікації , а й реактор карбонізації, що має вхідний отвір для прийому згаданих продуктів газифікації зі згаданого вихідного отвору згаданого реактора газифікації, вхідний отвір для води, вихідний отвір для водню і пара, вхідний отвір для оксиду кальцію і вихідний отвір для карбонату кальцію.

Згаданий пристрій додатково містить трубопровід, з'єднаний зі згаданим вихідним отвором для водню і пара, причому згаданий трубопровід забезпечений вентильной арматурою для селективного повернення першої порції згаданого водню і пара зі згаданого реактора карбонізації в згаданий реактор газифікації та селективного напряму другої порції згаданого водню і пара до виходу водню.

Крім того, пристрій додатково включає в себе реактор кальцинування, з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації, причому згаданий реактор кальцинування має вихідний отвір для випуску діоксиду вуглецю і засіб для нагріву згаданого реактора кальцинування. Згаданий реактор кальцинування з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації трубопроводом для транспортування карбонату кальцію з згаданого реактора карбонізації до згаданого реактор кальцинування, і згаданий реактор кальцинування з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації трубопроводом для транспортування оксиду кальцію зі згаданого реактора кальцинування в згаданий реактор карбонізації.

В одному з варіантів виконання пристрою засобом для нагріву згаданого реактора кальцинування є пристрій для генерування електроенергії.

В іншому варіанті виконання пристрою згаданим засобом для нагріву згаданого реактора кальцинування є трубопровід для спрямування частини згаданого водню і пара зі згаданого реактора карбонізації в згаданий реактор кальцинування.

Заявлений пристрій може додатково містити пристрій для генерування електроенергії, приєднане до згаданого вихідного отвору для водню і пара, причому згадане пристрій для генерування електроенергії має вихідний отвір для видалення пари і вхідний отвір для подачі кисню в згадане пристрій для генерування електроенергії. В одному варіанті виконання згаданим пристроєм для генерування електроенергії є турбіна, в іншому - паливний елемент.

Згаданий пристрій для генерування електроенергії може бути пов'язане з згаданим реактором кальцинування так, щоб забезпечити підведення тепла до згаданого реактору кальцинування.

Крім того, згаданий реактор газифікації, згаданий реактор карбонізації та згаданий реактор кальцинування представляють собою реактори з псевдозрідженим шаром.

Пристрій для отримання водню за цим винаходом додатково містить перший очисний реактор, який має вхід для прийому водню і пара зі згаданого вихідного отвору для водню і пара згаданого реактора карбонізації, причому згаданий перший очисний реактор має вхідний отвір для води, а й вихід для газу, що виходить з першого очисного реактора в другій очисної реактор, який має вихідний отвір для гідроксиду кальцію і вихідний отвір для водню.

Згаданий перший очисний реактор додатково має вхідний отвір для оксиду кальцію і вихідний отвір для карбонату кальцію, а згаданий другий очисної реактор має вхідний отвір для оксиду кальцію.

Таким чином отриманий водень можна використовувати для виробництва електроенергії з використанням турбіни, високотемпературного паливного елемента чи іншого високотемпературного пристрої для генерування електроенергії. Напрацьоване тепло турбіни, паливного елемента чи іншого високотемпературного пристрої генерування електроенергії можна використовувати для прожарювання карбонату кальцію, що утворюється в реакторі карбонізації.

Короткий опис креслень

Прикладені креслення, включені в опис винаходу і є його частиною, ілюструють варіанти здійснення даного винаходу і в поєднанні з описом служать для пояснення принципів винаходу.

Креслення є:

Фиг.1 - схематичне зображення пристрою для здійснення даного винаходу.

Фиг.2 - схематичне зображення пристрою для проведення реакції очищення водню, яке може бути застосоване для додаткового очищення водню, отриманого способом відповідно до даного винаходу.

НАЙКРАЩІ ВАРІАНТИ ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДИ

Даний винахід пропонує спосіб і пристрій для проведення реакцій з вугіллям та іншими углеродсодержащими паливами в дві стадії з отриманням потоку по суті чистого водню, а й потоку по суті чистого діоксиду вуглецю, готового до подальшого уловлювання та видалення.

Винахід розглядається нижче стосовно використання вугілля, однак мається на увазі, що можливе використання і інших твердих або рідких вуглець матеріалів.

Відповідно до даного винаходу, вугілля газифікують воднем в реакторі газифікації при підвищеній температурі з метою отримання газоподібного продукту реакції з високим вмістом метану, який виводять з реактора газифікації і потім в реакторі карбонізації вводять в реакцію з оксидом кальцію і водою з метою отримання водню, який можна використовувати для виробництва енергії або для інших цілей. Вуглець, що вводиться спочатку в реактор газифікації у вигляді вугілля, в результаті реакції карбонізації в реакторі карбонізації бере участь в утворенні твердого карбонату кальцію і, таким чином, відділяється від водню. Карбонат кальцію може бути видалений, прожарений і повернений в процес у вигляді оксиду кальцію для підтримки безперервної реакції отримання водню і карбонізації, а діоксид вуглецю, що утворюється при прожарюванні, утворює окремий потік продукту, який легко відвести з реактора кальцинування, використовуючи тиск, що виникає в процесі прожарювання. Таким чином, по суті весь вуглець, що вводиться спочатку в процес відповідно до даного винаходу, може бути, в кінцевому рахунку, виведений з процесу на стадії прожарювання у вигляді потоку по суті чистого діоксиду вуглецю під тиском.

Слід мати на увазі, що, хоча реакції газифікації і реакції карбонізації відповідно до винаходом можуть здійснюватися в окремих реакторах або зонах, в описі для простоти згадуються тільки окремі реактори. Будь-яка згадка про реакторі або апараті слід розглядати як позначення будь-якого відповідного засобу для обмеження зони, в якій протікає реакція.

При здійсненні винаходу можуть бути при бажанні використані каталізатори, відомі фахівцям у відповідній області техніки. Слід розуміти, що, в залежності від використовуваних температур і тисків, чистоти вуглець паливного матеріалу та інших робочих умов, можуть виявитися необхідними деякі каталізатори.

Частина водню, отриманого в реакторі карбонізації, можна використовувати для отримання енергії, необхідної для прожарювання карбонату кальцію, а іншу частину водню можна використовувати в якості його джерела при проведенні реакції гідрування вугілля, іншої водень доступний для використання з метою виробництва електроенергії або для інших цілей.

Як зазначено вище, вугілля містить золу і інші домішки, такі як сірка, що ускладнюють проведення реакції газифікації і карбонізації оксиду кальцію при отриманні водню в одну стадію, особливо в разі, якщо бажана висока ступінь повноти реакції. Винахід грунтується на розумінні про те, що можливо здійснити еквівалент вищенаведеної реакції (5) шляхом комбінування наступних стадій реакції, що проводяться незалежно один від одного в окремих реакторах:

Стадія 1 (газифікація та гідрування):

Стадія 2 (отримання водню і коксування):

Реакція (6) є реакцією газифікації і гідрування, яка в даному описі буде позначатися як реакція газифікації. Реакція (7) є реакцією отримання водню і карбонізації, яка в даному описі буде називатися реакцією карбонізації.

Проведення реакцій (6) і (7) в окремих реакторах забезпечує фізичну ізоляцію золи від оксиду кальцію і карбонату кальцію, що знаходяться в реакторі карбонізації. Це, в свою чергу, дозволяє видаляти карбонат кальцію, прожарювати його і потім повертати в реактор карбонізації у вигляді оксиду кальцію, уникаючи забруднення його золою в реакторі газифікації.

Даний винахід для газифікації вугілля використовується вищевказана реакція (6), для якої застосовується водень, а не рідка вода або водяна пара. Пряме гідрування вугілля є екзотермічним процесом, на відміну від реакцій газифікації з застосуванням рідкої води, пара або діоксиду вуглецю, які є ендотермічними. Проте, для регулювання швидкості газифікації можна застосовувати деякі кількості пара або діоксиду вуглецю.

Як зазначено вище, реакція (5) із застосуванням оксиду кальцію по суті нейтральна з енергетичної точки зору, якщо вода, що бере участь в реакції, вводиться в рідкому вигляді. Таким чином, поєднання реакцій газифікації (6) і карбонізації (7) і по суті енергетично нейтрально. Окремо взята реакція гідрування (6) екзотермічна і має ентальпію приблизно -75 кДж / моль, в той час як реакція (7) отримання водню і карбонізації має приблизно такий же ендотермічний ефект.

Відповідно до іншого аспекту винаходу, ентальпія, необхідна для підтримки ендотермічної реакції карбонізації (7), може бути отримана за рахунок надлишкового тепла, що виділяється при реакції газифікації (6). Необхідна ентальпія (близько 75 кДж / (моль вуглецю)) для реакції карбонізації (7) відносно невелика і приблизно відповідає теплоті випаровування 2 молей рідкої води, що витрачаються в розрахунку на 1 моль метану в реакції карбонізації (7). Таким чином, вводячи в реакцію газифікації (6) в рідкому вигляді всю воду, необхідну для реакції (7) отримання водню і карбонізації, або її частина, можна передати в реакцію (7) отримання водню і карбонізації з испаренной водою всю надлишкову ентальпію, що виділяється в реакції газифікації (6), або її частину; внаслідок сумарної енергетичної нейтральності поєднання цих реакцій, результуюче виділяється або витрачається кількість тепла відносно невелике. На практиці деяку кількість води, введеної в реактор газифікації, може вступати в реакцію з вугіллям за рівнянням (1) реакції отримання водяного газу, і, таким чином, реальна кількість води, необхідне для введення в реактор газифікації, зменшується.

Цей спосіб в значній мірі універсальний, забезпечує в істотному ступені незалежність робочих температур реакторів газифікації і карбонізації один від одного, дозволяє регулювати швидкість газифікації та робочі температури і по суті виключає необхідність передачі тепла між реакторами газифікації і карбонізації. У разі необхідності для регулювання кількості тепла, яке необхідно передавати з реактора в реактор, і для поповнення можливих тепловтрат можна вводити і воду у вигляді пари від зовнішнього джерела. Відносний розподіл кількостей води, що вводяться в обидва реактора, дозволяє регулювати температури і інші параметри обох реакцій. Такий розподіл води забезпечує і компенсацію змін властивостей різних видів вугілля або інших вуглецевмісних вихідних матеріалів. У Також можна використати традиційного теплообмінного обладнання для забезпечення теплового балансу між обома реакторами.

У кращому варіанті здійснення винаходу, схематично представленому на Фиг.1, реактор 10 газифікації вугілля, що містить псевдозріджений шар 11 вугілля, примикає до реактора 12 карбонізації, який містить псевдозріджений шар 13 оксиду кальцію, або розташований поблизу від нього. В альтернативном варианте один реактор может быть разделен на две отдельные термически изолированные друг от друга реакционные зоны или камеры, одна из которых служит для газификации, а вторая - для получения водорода и карбонизации. В настоящее время, как правило, предпочтение отдается реакторам с псевдоожиженным слоем, хотя в качестве реакторов 10 газификации и 12 карбонизации могут быть использованы аппараты, предназначенные для работы с неподвижным слоем, с захватом газа или в других рабочих условиях.

Уголь подают в реактор 10 газификации через загрузочное отверстие 14. Реактор 10 газификации снабжен вторым отверстием 16 для удаления золы из реактора.

В схеме предусмотрена линия 18 для подачи водорода в реактор 10 газификации из реактора 12 карбонизации. Поток водорода может содержать небольшие количества воды в виде пара или другие примеси.

В случае использования реакторов с псевдоожиженным слоем, как схематически показано на Фиг.1, верхняя часть реактора 12 карбонизации предпочтительно соединена линией 18 с нижней частью реактора 10 газификации, так что водород, выходящий из верхней части реактора 12 карбонизации, поступает в нижнюю часть реактора 10 газификации и проходит снизу вверх через псевдоожиженный слой 11 в этом реакторе. Такая схема обеспечивает максимальный контакт водорода с углем или другим топливом в реакторе 10 газификации. При использовании других типов реакторов или иного их расположения предпочтительными могут оказаться другие схемы подключения коммуникаций.

При взаимодействии угля с водородом в реакторе 10 газификации образуется метан и другие углеводородные газы. Нет необходимости вводить воздух или кислород в смесь в реакторе 10 газификации, где происходят реакции, описанные ниже. Большая часть угля реагирует с водородом, образуя метан в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (6):

Ввиду присутствия в смеси некоторого количества воды, часть угля может реагировать с этой водой по вышеупомянутой реакции (1) получения водяного газа:

Часть оксида углерода может реагировать с дополнительным количеством воды по реакции (2) конверсии водяного газа:

В реакторе 10 газификации протекают и другие реакции, в результате которых образуются незначительные количества этана и высших углеводородов.

В схеме предусмотрена линия 20 для подачи воды в реактор 10 газификации. Линия 20 подачи воды может быть установлена в положение, обеспечивающее усиление или ослабление контакта воды с водородом и углем. Максимальная степень контакта способствует реакциям (1) и (2), в зависимости от выбора катализатора и давления. Вода используется и для регулирования температуры реакций, протекающих в реакторе 10 газификации. При превращении воды в пар происходит поглощение избыточного тепла:

Количество воды, вводимой в реактор 10 газификации либо в жидком виде, либо в виде пара, регулируют таким образом, чтобы сумма тепловых эффектов реакций (6), (1), (2) и (8), протекающих в реакторе 10 газификации, по сути равнялась нулю.

Часть жидкой воды или пара, вводимых в реактор 10 газификации, можно вводить и через загрузочное отверстие 14 и использовать в качестве средства подачи угля в реактор 10 газификации.

Реактор 10 газификации эксплуатируют при температуре, достаточной для поддержания реакций газификации, которые, как принято считать, включают две стадии: первая, очень быстрая стадия гидрирования летучих веществ, выделяющихся из угля в результате пиролиза, и вторая, более медленная стадия превращения в метан нелетучей части угля (кокса), остающейся после пиролиза. Рабочая температура реактора 10 газификации, как правило, должна лежать в пределах от приблизительно 400°С до приблизительно 2000°С, в зависимости от рабочего давления и желаемых скоростей реакций. В настоящее время при использовании реакторов с псевдоожиженным слоем предпочтение отдается температурам в пределах от приблизительно 700°С до приблизительно 1500°С, в зависимости от выбора катализатора, давления и желаемых скоростей реакций. Наиболее предпочтительны в настоящее время рабочие температуры реактора 10 газификации в пределах от приблизительно 800°С до приблизительно 1300°С.

Реактор 10 газификации может работать в широком диапазоне давлений, в зависимости от типа используемых реакторов, состава топлива и присутствия или отсутствия катализаторов. Рабочее давление может составлять от приблизительно 0,5 атмосферы до приблизительно 2000 атмосфер. Как правило, при использовании ректоров с псевдоожиженным слоем предпочтение отдается давлениям в пределах от приблизительно 1 атмосферы до приблизительно 1000 атмосфер. В настоящее время наиболее предпочтительны рабочие давления в реакторе газификации в пределах от приблизительно 10 атмосфер до приблизительно 1000 атмосфер. Рабочие температуры и давления в реакторе 10 взаимосвязаны. Перемещение газов при необходимости можно обеспечивать путем использования соответствующего насосного оборудования и вентильной арматуры, включенных во входные и выходные линии реактора 10 газификации.

Смесь продуктов газификации с высоким содержанием метана из реактора 10 газификации поступает в реактор 12 карбонизации по линии 22, соединяющей реактор 10 газификации с реактором 12 карбонизации. В случае использования реакторов с псевдоожиженным слоем в конфигурации, показанной на Фиг.1, как правило, предпочтительно, чтобы эта линия соединяла верхнюю часть реактора 10 газификации с нижней частью реактора 12 карбонизации; при этом продукты газификации из реактора 10 газификации поступают в нижнюю часть реактора 12 карбонизации, таким образом обеспечивается максимальный контакт этих продуктов газификации с оксидом кальция.

Продукты газификации из реактора 10 газификации содержат смесь метана как основного компонента с меньшими количествами высших углеводородов, оксида углерода, диоксида углерода, водорода, водяного пара, соединений серы и других примесей, источником которых является уголь.

Соединения серы и другие примеси предпочтительно удаляют из смеси продуктов газификации перед введением последней в реактор карбонизации любым пригодным для этого способом, например, пропусканием через тонкий слой карбоната кальция и через устройство для отделения взвешенных частиц.

В реакторе 12 карбонизации оксид кальция реагирует с диоксидом углерода, образующимся в этом реакторе в результате различных реакций между водой и смесью продуктов газификации, поступающей из реактора 10 газификации. Основными реакциями, протекающими в реакторе 12 карбонизации, являются следующие:

Совокупность этих реакций составляет суммарную реакцию (7) получения водорода и карбонизации, описанную выше:

В реакторе 12 карбонизации происходят и другие реакции с участием различных веществ в небольших количествах. Термодинамическое равновесие реакций в реакторе 12 карбонизации определяется количествами водорода, избыточной воды и избыточного оксида кальция. В состоянии равновесия по сути весь углерод превращается в карбонат кальция.

Реактор 12 карбонизации предпочтительно эксплуатируют при температуре, достаточно высокой для предотвращения образования гидроксида кальция, но достаточно низкой для поддержания стабильного состояния карбоната кальция. Могут быть использованы температуры в диапазоне от приблизительно 400°С до приблизительно 1500°С. В зависимости от типа используемых реакторов, катализаторов и давлений, в настоящее время предпочтение отдается температурам в пределах от приблизительно 500°С до приблизительно 1400°С. Более предпочтительны в настоящее время рабочие температуры реактора 12 карбонизации в пределах от приблизительно 500°С до приблизительно 1200°С.

Реактор 12 карбонизации, как правило, может работать в широком диапазоне давлений от приблизительно 1 ат (0,098 МПа) до приблизительно 2000 ат (196 МПа). В настоящее время, как правило, в зависимости от используемого типа реактора, катализаторов и температур, предпочтительны рабочие давления в пределах от приблизительно 1 ат (0,098 МПа) до приблизительно 1000 ат (98 МПа). Большее предпочтение в настоящее время отдается рабочим давлениям в реакторе 12 карбонизации в пределах от приблизительно 10 ат (0,98 МПа) до приблизительно 200 ат (19,6 МПа).

Реактор 12 карбонизации снабжен линией 24 для введения воды в этот реактор с целью подачи воды, необходимой для реакции получения водорода и карбонизации и для регулирования температуры в реакторе. Для подачи воды в реактор 10 газификации по линии 20 и в реактор 12 карбонизации по линии 24 можно использовать общий источник воды, хотя при этом могут потребоваться независимые устройства для регулирования расхода и давления.

В реакторах 10 и 12 можно поддерживать постоянные и не зависящие друг от друга температуры путем соответствующего регулирования соотношения количеств воды, подаваемых в оба реактора. Например, в случае чрезмерного нагрева реактора 10 газификации в этот реактор можно направлять большую долю общего количества воды. Напротив, если реактор 10 газификации охлаждается сильнее, чем необходимо, в этот реактор можно подавать вместо воды пар либо направлять большую долю общего количества воды в реактор 12 карбонизации.

Линия 18 для подачи водорода (с небольшим количеством водяного пара и других примесей) из реактора 12 карбонизации обратно в реактор 10 газификации может быть снабжена тройником 26 или другим приспособлением для разделения потока, так что часть потока водорода из реактора 12 карбонизации может быть направлена в высокотемпературный топливный элемент 28 или другое устройство для генерирования электроэнергии либо выведена из системы как поток продукта.

Топливный элемент 28 вырабатывает электроэнергию как продукт процесса в соответствии с изобретением. В настоящее время предпочтение отдается твердотельным оксидным топливным элементам, хотя могут быть использованы и другие типы топливных элементов. В альтернативных вариантах вместо топливного элемента 28 для генерирования электроэнергии могут быть использованы другие виды высокотемпературных устройств, например, газовая турбина, работающая при сжигании водорода.

Топливный элемент 28 снабжен линией 30 подачи воздуха. В топливном элементе 28 водород из реактора 12 карбонизации вступает в реакцию с атмосферным кислородом, который может подаваться под давлением, образуя воду и генерируя электроэнергию; побочным продуктом является тепло. В твердотельном оксидном топливном элементе кислород естественным образом извлекается из подаваемого потока воздуха, таким образом, из устройства выходят отдельные потоки воздуха, обедненного кислородом, и пара. Обедненный кислородом воздух отводят из топливного элемента 28 по линии 32 для регенерации тепла. Пар отводят из топливного элемента 28 по линии 34, соединенной с реактором 12 карбонизации. Линия 34 может быть снабжена дополнительным ответвлением 36, соединенным с реактором 10 газификации, или ответвлением 38, предназначенным для сброса пара с целью сохранения баланса воды (пара и жидкости) в системе в целом. Тепло может быть извлечено из газовых потоков, выходящих из топливного элемента 28, путем ввода их в линии 32, 34 или путем использования дополнительного оборудования для теплопередачи. Такое дополнительное оборудование может быть необходимо, например, для использования тепла, выделяющегося в топливном элементе 28, для нагрева реактора 42 кальцинирования.

Реактор 42 кальцинирования применяют для процесса кальцинирования, с помощью которого осуществляется регенерация оксида кальция, необходимого для реакции получения водорода и карбонизации. Карбонат кальция из реактора 12 карбонизации передают по трубопроводу 44 в реактор 42 кальцинирования, как правило, в порошкообразном виде в потоке газа, если используются реакторы с псевдоожиженным слоем. В случае использования реакторов с неподвижным слоем используют другие способы перемещения твердых материалов.

Для прокаливания карбоната кальция в реакторе 42 кальцинирования используют тепло, выделяющееся в топливном элементе 28 или другом устройстве для генерирования электроэнергии. В альтернативном варианте для нагрева реактора 42 кальцинирования можно использовать часть водорода, получаемого в реакции получения водорода и карбонизации. Согласно другому альтернативному варианту, для нагрева реактора 42 кальцинирования можно сжигать дополнительное количество угля, кокса или метана из реактора 10 газификации.

В реакторе 42 кальцинирования карбонат кальция разлагается в соответствии с уравнением реакции

Реактор 42 кальцинирования эксплуатируют при температуре, достаточной для химического превращения карбоната кальция в оксид кальция и диоксид углерода. Как правило, для этого пригодны температуры в диапазоне от приблизительно 800°С до приблизительно 2000°С. Предпочтение отдается температурам в пределах от приблизительно 850°С до приблизительно 1700°С, а более предпочтительными являются температуры от приблизительно 900°С до приблизительно 1500°С, в зависимости от желаемого давления на выходе и доступного источника тепла. Температуру в реакторе 42 кальцинирования регулируют любым пригодным для этого способом. Количество тепла, поступающего от топливного элемента 28 в реактор 42 кальцинирования, можно регулировать с целью поддержания температуры в необходимых пределах.

Реактор 42 кальцинирования может работать в широком диапазоне давлений в пределах от приблизительно 0,1 ат (0,0098 МПа) до приблизительно 1500 ат (147 МПа). Как правило, используют рабочее давление в пределах от приблизительно 1 ат (0,098 МПа) до приблизительно 500 ат (49 МПа), в зависимости от типа реактора и рабочей температуры; предпочтение в настоящее время отдается рабочему давлению в пределах от приблизительно 1 ат (0,098 МПа) до приблизительно 200 ат (19,6 МПа).

Після стадії регенерації оксиду кальцію по реакції (11) в реакторі 42 кальцинування оксид кальцію, регенерований шляхом прожарювання карбонату кальцію в реакторі 42 кальцинування, передають назад в реактор 12 карбонізації по трубопроводу, позначеному позицією 46 в схемі здійснення винаходу, показаної на Фиг.1. Регенерований оксид кальцію знову використовують для проведення реакції з продуктами газифікації вугілля, які надходять в реактор 12 карбонізації з реактора 10 газифікації. Після декількох циклів регенерації в реакторі 42 кальцинування реакційна здатність оксиду кальцію може знижуватися. У реактор 42 кальцинування можна додавати карбонат кальцію для компенсації втрат, а з цього реактора можна витягувати відповідну кількість відпрацьованого оксиду кальцію або карбонату кальцію.

Потік по суті чистого діоксиду вуглецю, що утворюється по реакції (11), відводять з реактора 42 кальцинування по лінії 48. Видалення діоксиду вуглецю сприяє повнішому протіканню реакції прожарювання. Тиск виділяється діоксиду вуглецю можна змінювати шляхом регулювання температури, перетину трубопроводів та інших робочих параметрів реактора 42 кальцинування. Як правило, тиск діоксиду вуглецю лежить в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до величини менше 200 ат (19,6 МПа).

В інших варіантах здійснення винаходу можуть бути використані додаткові реактори для подальшого очищення водню, одержуваного по вищеописаному способу. Приклад такої системи схематично представлений на Фіг.2. Газоподібний водень, що містить невеликі кількості води (у вигляді пари) і інших домішок, можна направити, наприклад, з лінії 18 (Фиг.1) через вхід 50 в перший очисний реактор 52.

У перший очисний реактор 52 подають оксид кальцію через вхідний отвір 54; реактор забезпечений вихідним отвором 56 для видалення відпрацьованого карбонату кальцію. Перший очисний реактор 52 переважно є реактором з псевдозрідженим шаром, хоча можна використовувати і реактори інших типів. При необхідності в перший очисний реактор 52 вводять воду у вигляді пари через вхід 54 або у вигляді пари або рідини через окремий вхід.

В результаті реакцій в першому очисному реакторі 52 з газової суміші видаляються сполуки вуглецю шляхом їх остаточного зв'язування у вигляді карбонатів. Перший очисний реактор 52 можна експлуатувати при температурах в межах від приблизно 400 ° С до приблизно 1500 ° С. Залежно від типу реактора, використовуваних каталізаторів і тиску в даний час перевага віддається температур в межах від приблизно 500 ° С до приблизно 1400 ° С. Більш бажаними в даний час є робочі температури першого очисного реактора 52 в межах від приблизно 500 ° С до приблизно 1200 ° С.

Перший очисний реактор 52 може працювати в широкому діапазоні тисків в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до приблизно 2000 ат (196 МПа). Як правило, в даний час перевага віддається робочому тиску в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до близько 1000 ат (98 МПа), в залежності від типу реактора. Більш бажаними в даний час є робочі тиску в першому очисному реакторі 52 в межах від приблизно 10 ат (0,98 МПа) до приблизно 200 ат (19,6 МПа).

Шляхом експлуатації першого очисного реактора 52 при більш низьких температурах у порівнянні з реактором 12 карбонізації, введення надлишкової води в перший очисний реактор 52 або використання обох цих заходів досягається зниження залишкового парціального тиску діоксиду вуглецю і очищення газу, що виходить з першого очисного реактора 52, від сполук вуглецю. Газ, що виходить з першого очисного реактора 52, збагачений воднем і може містити значні кількості води.

Газ, що виходить з першого очисного реактора 52, направляють по лінії 58 в другій очисної реактор 60. У другій очисної реактор 60 і подають оксид кальцію через вхідний отвір 62. Лінія 64, поєднана з другим очисним реактором 60, служить для виведення водню, і цей реактор забезпечений і отвором 66 для видалення гідроксиду кальцію.

Другий очисної реактор 60 можна експлуатувати в діапазоні тисків в межах від приблизно 0,5 ат (0,049 МПа) до приблизно 1500 ат (147 МПа). Як правило, перевага віддається робочому тиску в другому очисному реакторі 60 в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до приблизно 500 ат (49 МПа), в залежності від типу реактора і робочої температури, а кращими є робочі тиску в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до приблизно 200 ат (19,6 МПа).

Другий очисної реактор 60 можна експлуатувати при нижчих температурах в межах від температури навколишнього середовища до приблизно 700 ° С. Як правило, другий очисної реактор 60 працює при температурі в межах від приблизно 200 ° С до приблизно 600 ° С, переважно від приблизно 300 ° С до приблизно 500 ° С, так що оксид кальцію і вода, що міститься в потоці водню, реагують між собою з утворенням гідроксиду кальцію:

Завдяки цій реакції оксид кальцію поглинає воду з газового потоку. Утворений гідроксид кальцію і реагує з углеродсодержащими домішками, що сприяє подальшому очищенню потоку продукту. Ця друга стадія очищення дає водень підвищеної чистоти і низької вологості, який можна накопичувати або транспортувати до місця споживання.

При використанні способу відповідно до даного винаходу в поєднанні з високотемпературним твердотілим оксидним паливним елементом, що використовують частину водню, отриманого описаним способом, можна досягти дуже високого ступеня перетворення енергії палива в електроенергію. Ця вельми висока ефективність забезпечується частково високим ККД паливних елементів, який поєднується з можливістю використання побічної тепла, що виділяється в паливних елементах, для прожарювання карбонату кальцію, чим досягається збільшення виробництва водню і, отже, збільшення вироблення електроенергії. Таким чином, істотно знижується витрата викопного палива і освіту діоксиду вуглецю.

При відповідному розподілі витрачається для реакції води між реакторами газифікації і карбонізації даний винахід виключає необхідність теплопередачі між реакціями газифікації, з одного боку, і отримання водню і карбонізації, з іншого боку. Газифікація із застосуванням водню протікає ефективно при відносно низьких температурах порядку 600 ° С і, таким чином, є більш ефективною, ніж газифікація з використанням пара. Вдосконалений спосіб газифікації забезпечує більш ефективне використання вугілля, оскільки при гідруванні вугілля кількість нелетучего залишку (коксу) менше, ніж при газифікації паром. Підвищена загальна ефективність процесу і забезпечує зменшення утворення СО ₂ на одиницю кількості водню.

Додаткове підвищення ефективності може досягатися шляхом варіювання температури прожарювання. Шляхом підвищення температури прожарювання можна і підвищити тиск СО ₂ на виході системи без застосування насосів.

Оскільки на стадіях отримання водню відповідно до винаходом не потрібно повітря або додаткове джерело кисню, спосіб відповідно до винаходом дозволяє повністю виключити використання дорогих систем відділення кисню, які застосовуються на деяких підприємствах з газифікації вугілля.

Проблеми, пов'язані з оксидами азоту, які є побічними продуктами підприємств по отриманню водню, при використанні способу за цим винаходом істотно спрощуються, оскільки доводиться мати справу тільки з азотовмісними сполуками, що утворюються з відповідних складових вихідного вугілля. Відновне середовище в реакторах газифікації і карбонізації та перешкоджає утворенню оксидів азоту.

Водень, отриманий способом відповідно до винаходом, можна використовувати як для ефективного виробництва електроенергії, так і в якості безвуглецевого палива для різних цілей.

З урахуванням ймовірного посилення нормативів, що стосуються викидів діоксиду вуглецю, освіта потоку по суті чистого діоксиду вуглецю, який легко пов'язувати і видаляти численними способами, є суттєвою перевагою.

Хоча пристрої і процеси в відповідно до даного винаходу докладно описані тут в ілюстративних цілях, пристрої та способи відповідно до винаходом не обов'язково повинні бути обмежені описаними варіантами. Патент охоплює всі зміни і модифікації, що не виходять за межі ідеї і обсягу винаходу.

промислова придатність

Спосіб і пристрій відповідно до винаходом корисні для виробництва чистого водню і потоку чистого діоксиду вуглецю шляхом газифікації вугілля. Водень може бути використаний в високотемпературному паливному елементі або в газовій турбіні для виробництва електроенергії. Зв'язування і видалення діоксиду вуглецю спрощується, оскільки він може бути отриманий у вигляді потоку по суті чистого продукту під тиском.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання водню, що включає:

(A) введення вуглець матеріалу в контакт з першою порцією водню в першій реакційній зоні при першій температурі в межах від приблизно 400 до приблизно 2000 ° С, яка є достатньою для отримання суміші газів з високим вмістом метану; і

(B) введення згаданої суміші газів в контакт з оксидом кальцію і обраним кількістю води в другій реакційній зоні при другій температурі в межах від приблизно 400 до приблизно 1500 ° С з отриманням таким чином другий порції водню і карбонату кальцію, причому згадана друга порція водню більше згаданої першої порції водню.

2. Спосіб за п.1, додатково включає:

(C) повернення частини згаданої другої порції водню, отриманої шляхом введення згаданої суміші газів в контакт з оксидом кальцію і водою, в згадану першу реакційну зону.

3. Спосіб за п.1, додатково включає:

(D) прожарювання згаданого карбонату кальцію в третій реакційної зоні для отримання оксиду кальцію і діоксиду вуглецю і повернення згаданого оксиду кальцію, отриманого в згаданій третій реакційній зоні, в згадану другу реакційну зону.

4. Спосіб за п.2, додатково включає:

(Е) прожарювання згаданого карбонату кальцію в третій реакційної зоні для отримання оксиду кальцію і діоксиду вуглецю і повернення згаданого оксиду кальцію, отриманого в згаданій третій реакційній зоні, в згадану другу реакційну зону.

5. Спосіб за п.1, в якому згадану першу температуру регулюють шляхом додавання води.

6. Спосіб за п.1, в якому згадану другу температуру регулюють шляхом підбору згаданого вибраної кількості води.

7. Спосіб за п.1, в якому згадане вибрану кількість води розподіляють між згаданими першої і другої реакційними зонами при обраних температурах і станах для регулювання згаданих першої і другої температур.

8. Спосіб за п.7, додатково включає прожарювання згаданого карбонату кальцію в третій реакційної зоні для отримання оксиду кальцію і діоксиду вуглецю і повернення згаданого оксиду кальцію, отриманого в згаданій третій реакційній зоні, в згадану другу реакційну зону.

9. Спосіб за п.1, в якому згадані перша і друга реакційні зони ізольовані один від одного.

10. Спосіб за п.3, додатково включає підтримку на стадії (d) умов реакцій, необхідних для створення надлишкового тиску згаданого діоксиду вуглецю, з використанням температур в діапазоні від приблизно 800 до приблизно 2000 ° С.

11. Спосіб за п.3, в якому згаданий діоксид вуглецю видаляють зі згаданої третьої реакційної зони для забезпечення можливості його уловлювання.

12. Спосіб за п.2, в якому водень, що не повертається в згадану першу реакційну зону, видаляють зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту.

13. Спосіб за п.1, в якому згаданий водень видаляють зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту.

14. Спосіб за п.13, в якому згаданий водень, віддалений зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту, необхідно чистити.

15. Спосіб за п.14, в якому згаданий водень, віддалений зі згаданої другої реакційної зони, очищають шляхом проведення реакції з оксидом кальцію в четвертій реакційній зоні при температурі в межах від приблизно 400 до приблизно 1500 ° С.

16. Спосіб за п.15, в якому домішки, що містяться в згаданому водні, віддаленому зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту, видаляють шляхом введення згаданого потоку продукту в контакт з водою.

17. Спосіб за п.15, в якому згаданий водень, віддалений зі згаданої другої реакційної зони у вигляді потоку продукту і очищений шляхом проведення реакції з оксидом кальцію, піддають подальшої очищенні додатковою кількістю оксиду кальцію в п'ятій реакційній зоні при температурі в межах від температури навколишнього середовища до приблизно 700 ° С.

18. Спосіб за п.1, в якому тиск у згаданій першій реакційній зоні підтримують в межах від приблизно 0,5 ат (0,049 МПа) до приблизно 2000 ат (196 МПа).

19. Спосіб за п.1, в якому тиск у згаданій другій реакційній зоні підтримують в межах від приблизно 1 ат (0,098 МПа) до приблизно 2000 ат (196 МПа).

20. Спосіб за п.3, в якому температуру в згаданій третій реакційної зоні підтримують в межах від приблизно 800 до приблизно 2000 ° С.

21. Спосіб за п.3, в якому тиск у згаданій третій реакційної зоні підтримують в межах від приблизно 0,1 ат (0,0098 МПа) до приблизно 1500 ат (147 МПа).

22. Пристрій для отримання водню з вуглець палива, що містить:

(A) реактор газифікації, що має вхідний отвір для завантаження вуглець матеріалу, отвір для видалення золи, вхідний отвір для водню, вхідний отвір для води і вихідний отвір для продуктів газифікації; і

(B) реактор карбонізації, що має вхідний отвір для прийому згаданих продуктів газифікації зі згаданого вихідного отвору згаданого реактора газифікації, вхідний отвір для води, вихідний отвір для водню і пара, вхідний отвір для оксиду кальцію і вихідний отвір для карбонату кальцію.

23. Пристрій за п.22, додатково містить: трубопровід, з'єднаний зі згаданим вихідним отвором для водню і пара, причому згаданий трубопровід забезпечений вентильной арматурою для селективного повернення першої порції згаданого водню і пара зі згаданого реактора карбонізації в згаданий реактор газифікації та селективного напряму другої порції згаданого водню і пара до виходу водню.

24. Пристрій за п.22, додатково містить:

(С) реактор кальцинування, з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації, причому згаданий реактор кальцинування має вихідний отвір для випуску діоксиду вуглецю і засіб для нагріву згаданого реактора кальцинування.

25. Пристрій за п.22, в якому згаданий реактор кальцинування з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації трубопроводом для транспортування карбонату кальцію з згаданого реактора карбонізації в згаданий реактор кальцинування і в якому згаданий реактор кальцинування з'єднаний зі згаданим реактором карбонізації трубопроводом для транспортування оксиду кальцію зі згаданого реактора кальцинування в згаданий реактор карбонізації.

26. Пристрій за п.24, в якому згаданим засобом для нагріву згаданого реактора кальцинування є пристрій для генерування електроенергії.

27. Пристрій за п.24, в якому згаданим засобом для нагріву згаданого реактора кальцинування є трубопровід для спрямування частини згаданого водню і пара зі згаданого реактора карбонізації в згаданий реактор кальцинування.

28. Пристрій за п.22, додатково містить пристрій для генерування електроенергії, приєднане до згаданого вихідного отвору для водню і пара, причому згадане пристрій для генерування електроенергії має вихідний отвір для видалення пари і вхідний отвір для подачі кисню в згадане пристрій для генерування електроенергії.

29. Пристрій за п.28, в якому згаданим пристроєм для генерування електроенергії є турбіна.

30. Пристрій за п.28, в якому згаданим пристроєм для генерування електроенергії є паливний елемент.

31. Пристрій за п.28, в якому згадане пристрій для генерування електроенергії пов'язане з згаданим реактором кальцинування так, щоб забезпечити підведення тепла до згаданого реактору кальцинування.

32. Пристрій за п.22, в якому згаданий реактор газифікації і згаданий реактор карбонізації є реактори з псевдозрідженим шаром.

33. Пристрій за п.24, в якому згаданий реактор кальцинування є реактор з псевдозрідженим шаром.

34. Пристрій за п.22, додатково містить:

(H) перший очисний реактор, який має вхід для прийому водню і пара зі згаданого вихідного отвору для водню і пара згаданого реактора карбонізації, причому згаданий перший очисний реактор має вхідний отвір для води, а й вихід для газу, що виходить з першого очисного реактора у

(I) другий очисної реактор, який має вихідний отвір для гідроксиду кальцію і вихідний отвір для водню.

35. Пристрій за п.34, в якому згаданий перший очисний реактор додатково забезпечений вхідним отвором для оксиду кальцію і вихідним отвором для карбонату кальцію, а згаданий другий очисної реактор забезпечений вхідним отвором для оксиду кальцію.

36. Пристрій для отримання водню з вуглець матеріалу, що містить:

(A) реактор газифікації для газифікації вуглець матеріалу, причому згаданий реактор газифікації має вхідний отвір для завантаження вуглець матеріалу, отвір для видалення золи, вхідний отвір для водню і вихідний отвір для продуктів газифікації; і

(B) реактор карбонізації для отримання водню шляхом проведення реакції оксиду кальцію і води зі згаданими продуктами газифікації зі згаданого реактора газифікації, причому згаданий реактор карбонізації має вхідний отвір для прийому згаданих продуктів газифікації зі згаданого вихідного отвору згаданого реактора газифікації, вхідний отвір для води, вихідна отвір для водню і пара, вхідний отвір для оксиду кальцію і вихідний отвір для карбонату кальцію.

Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг

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