CZ2017802A3

CZ2017802A3 - Způsob konverze uhlíkatého materiálu na syntézní plyn s nízkým obsahem dehtu

Info

Publication number: CZ2017802A3
Application number: CZ2017-802A
Authority: CZ
Inventors: Steve Kresnyak; Pavel Záhořík
Original assignee: Air Technic S.R.O.
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-04-11
Also published as: AU2017333732A1; BR112019006163A2; EP3519537B1; CN109906264A; CA2989862C; PH12019500607A1; SI3519537T1; CA2989862A1; NZ752248A; HRP20220785T1; US20180086994A1; CL2019000833A1; EP3519537A4; BR112019006163B1; WO2018058252A1; RU2714816C1; AU2017333732B2; DK3519537T3; CZ308375B6; MX2019003588A

Description

Oblast techniky [0001] Předkládaný vynález se týká oblasti zplyňování uhlíkaté suroviny/paliva a obzvláště způsobu a systému konverze uhlíkatých palivových materiálů na čistý vysoce kvalitní syntézní plyn v podstatě bez dehtů a pro výrobu čistého popílku v podstatě bez obsahu uhlíku.

Dosavadní stav techniky [0002]Zplyňování může konvertovat materiály s obsahem uhlíku na použitelné chemické produkty. Tyto chemické produkty obvykle zahrnují syntézní plyn (syngas), který může být dále spalován za účelem výroby elektřiny vzniku nebo chemicky reagovat za účelem výroby oxygenátů nebo uhlovodíků v katalytických systémech.

[0003] Některé typy metod zplyňování a pyrolýzy a zařízení byly vyvinuty za účelem dosažení účinné konverze biomasy na čisté plynné produkty. Mnoho zplyňovacích procesů známých v dosavadním stavu techniky selhaly kvůli nedostatečné pozornosti k nízké produkci dehtu, efektivním destrukcím a úplné dekarbonizaci uhlu a popele.

[0004] Existující protiproudé zplynovače vyžadují velmi vysoce kvalitní dřevní paliva nebo biomasu, jako jsou dřevěné bloky bez popelu nebo vysoce kvalitní dřevěné štěpky, a nemohou se rozšířit na ekonomicky atraktivní měřítka bez výrazně zvýšené produkce dehtu. Vícestupňové protiproudé zplynovače, které zahrnují oddělené zóny pro pyrolýzu paliva, parciální oxidaci a redukci plynového lože, byly také vyvinuty, avšak tyto zplynovače známé v oboru mají také za následek podstatné množství produkce dehtu, významné hladiny dehtu zadržované v syntézním plynu a popel s obsahem velmi vysokých hladin nekonvertovaného obsahu uhlíku.

[0005]CZ patent č. 295171 zveřejňuje zplynovač biomasy s třemi zónami, který zahrnuje vertikálně orientované vzájemně vnořených válcových kontejnerů definujících sušící komoru, destilační komoru anebo kombinovanou komoru redukce & spalování. Zplynovač je konfigurován tak, že plynná směs, která je generována v komorové sušárně a destilačních komorách může být vyčerpána a přivedena přes bypass do kombinované redukční/spalovací komory pro další spalování a redukci na >

• · · ·

-Q_- ··· · ...........

požadované složky plynu. Tento zplynovač je konstrukčně komplikovaný a je známý pro jeho špatnou ovladatelnost a flexibilitu výkonu.

[0006] PCT publikace č. WO 2015/090251 zveřejňuje zařízení pro vícestupňové zplyňování uhlíkatých paliv, které zahrnuje hermeticky uzavřený vertikální kontejner, který je vybaven izolací. Uvnitř vertikálního kontejneru je komora pyrolýzy, která je uzpůsobena pro plnění uhlíkatým palivem z výše uvedeného kontejneru. Pod komorou pyrolýzy je poskytnuta komora pro parciální oxidaci produktu pyrolýzy, která je ohraničena žáruvzdorným pláštěm a za komorou parciální oxidace následuje redukční zóna pro chemickou redukci oxidovaného plynného produktu.

[0007]Zařízení/systémy, jak jsou zveřejněny v CZ 295,171 a WO 2015/090251, mají za následek značné množství dehtu v plynných produktech, která zase ucpává čisticí zařízení používaná pro čištění plynných produktů. Dále vyto systémy nemají žádné prostředky pro efektivní řízení redukční reakce a selhaly při výrobě konzistentního toku a kvalitního syntézního plynu.

[0008] Například v systému popsaném v přihlášce WO 2015/090251 zbytky získané po krocích pyrolýzy a/nebo oxidace proudí dolů a shromažďují se na dně zplynovače za vzniku redukčního lože. Jak je dobře známo v oboru, že pyrolýza/oxidace vytváří nerovné/nerovnoměrné lože v důsledku úhlu sklonu padajícího materiálu. Výškový rozdíl mezi středovou částí a obvodovou částí těchto loží je tak velký, že tlaková ztráta plynů procházejících ložem má negativní dopad a efektivní endotermická reakce se nemůže dosáhnout za účelem zvýšení kalorické hodnoty vyrobeného plynu.

[0009] CZ 28354 zveřejňuje protiproudý zplynovač, zahrnující vertikálně skládanou pyrolýzní komoru, oxidační komoru a redukční komoru, kde byl proveden pokus, jak zlepšit kvalitu vyrobeného syntézního plynu tím, že se poskytne homogenizátor na dně redukční komory. Avšak toto uspořádání také selhává při poskytování uhelného lože o jednotné hloubce a podporuje vznik kanálků syntézního plynu a má za následek nežádoucí výsledky.

-V [0010JWO 2016/075362 popisuje metodu a zařízení pro zplyňování surového materiálu při pokusu vytvořit plynné produkty s nízkým obsahem dehtu, kde surový materiál je podroben pyrolýze za přítomnosti pyrolýzního vzduchu za vzniku pyrolýzního produktu, přičemž pyrolýzní produkt se potom přivádí do nižší části zplynovače, kde primární vzduch je přiváděn protiproudně k nižší části, s následným provedením finálního zplyňování v nižší části zplynovače za účelem vytvoření zplyněného plynu. Zplyněný plyn je potom přiveden do části katalytické oxidace a před katalytickou vrstvu části katalytické oxidace, a reformování zplyněného plynu pomocí katalytické oxidace za přítomnosti reformujícího vzduchu v části katalytické oxidace, za účelem vytvoření plynného produktu. Tato reference neuvádí žádné prostředky pro efektivní řízení redukčních reakcí a selhala by při výrobě konzistentního toku a kvalitě vyrobeného plynu.

[0011] Proto existuje poptávka po způsobu a systému zplyňování uhlíkatého materiálu za vzniku konzistentních čistých plynných produktů, jako je syntézní plyn, zatímco se podstatně sníží obsahy dehtu.

[0012]Tyto informace z dosavadního stavu techniky jsou poskytnuty za účelem odhalení informací, které mají pro přihlašovatele možnou relevanci pro předkládaný vynález. Žádné stanovisko není nutně myšleno, ani by nemělo být vykládáno tak, že jakákoliv z předcházejících informací tvoří dosavadní stav techniky vůči předkládanému vynálezu.

PODSTATA VYNÁLEZU [0013]Cílem předkládaného vynálezu je poskytnout způsob konverze uhlíkatého palivového materiálu na syntézní plyn s nízkým obsahem dehtu.

[0014]V souladu s aspektem předkládaného vynálezu je k dispozici kontinuální vícestupňový vertikálně uspořádaný zplyňovací způsob konverze pevného palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézní plyn ve zplyňovacím zařízení, které zahrnuje:

i) pyrolýzní zónu,

-3· ii) parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně za pyrolýzní zónou a oddělenou od pyrolýzní zóny pomocí separačního členu, který zahrnuje velké množství směrem nahoru orientovaných větracích otvorů;

iii) redukční zónu umístěnou vertikálně za zónou parciální oxidace a zahrnující skloněné děrované dno, jeden nebo více otvorů umístěných centrálně vzhledem k děrované dně a centrálně umístěný deflektor; přičemž dno je skloněno dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům, kde děrované dno je konfigurováno tak, velikostí děr uvnitř, že primárně umožňuje průchod syntézního plynu a inhibuje průchod pyrolýzního zbytku získatelného v pyrolýzní zóně;

přičemž způsob zahrnuje následující kroky:

a) přivádění uhlíkatého palivového materiálu horní částí pyrolýzní zóny vertikálně dolů směrem k nižší části pyrolýzní zóny, zatímco se provádí pyrolýza paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíkový materiál a surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel a popel;

b) případně přidání prvního oxidantu do nižší části pyrolýzní zóny za účelem dosažení teploty vyšší než 200 °C;

c) směrování pyrolýzních par do parciální oxidační (POX) zóny a směrování pyrolýzního zbytku směrem dolů do redukční zóny pomocí separačního členu;

d) přidání druhého oxidantu v parciální oxidační zóně za účelem dosažení teploty dostatečné pro reformování pyrolýzních par na surový syntézní plyn s obsahem značně snížených hladin dehtu;

e) vytvoření pyrolýzního zbytkového lože s jednotnou hloubku ze surového pyrolýzního zbytku vytvořeného v kroku c) na dně redukční zóny;

f) průchod surového syntézního plynu z kroku d) směrem dolů přes surové pyrolýzní zbytkové lože vytvořené v kroku e) a provedení endotermické reakce mezi CO2 a/nebo H2O v surovém syntézním plynu a uhlíkem uhlu v pyrolýzním zbytkovém loži, zatímco se reguluje pokles tlaku v redukční zóně, doba zdržení a prostorová rychlost toku surového syntézního plynu během endotermické reakce za vzniku podstatně lepšího • · · 9

- Ssyntézního plynu bez obsahu dehtu a dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku;

g) průchod podstatně lepšího syntézního plynu bez obsahu dehtu z kroku

f), v protiproudém toku nahoru, za účelem zahřívání pyrolýzní zóny a následně chlazení podstatně lepšího syntézního plynu bez obsahu dehtu;

h) jímání lepšího syntézního plynu; a

i) jímání dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku ze dna zplynovače.

[0015] V souladu s aspektem předkládaného vynálezu je k dispozici systém kontinuálního vícestupňového vertikálně uspořádaného zplyňovacího způsobu konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu syntézní plyn, přičemž systém zahrnuje:

i) pyrolýzní zónu pro konverzi paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíkový materiál a uhlíkem obohacený surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel a popel;

ii) parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně za pyrolýzní zónu pro konverzi uhlovodíkového materiálu v pyrolýzních párách na surový syntézní plyn zahrnující H2, CO a CO2;

iii) endotermickou redukční zónu umístěnou vertikálně za parciální oxidační zónou pro konverzi surového syntézního plynu na lepší syntézní plyn a pro redukci obsahu uhlíku surového pyrolýzního zbytku za účelem získání dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku;

iv) separační člen umístěný mezi pyrolýzní zónou a parciální oxidační zónou, přičemž separační člen zahrnuje větší počet směrem nahoru orientovaných větracích otvorů a tím umožnit průchod pyrolýzních par do parciální oxidační zóny a inhibovat průchod surového pyrolýzního zbytku, a separační člen je konfigurován pro směrování pyrolýzního zbytku do redukční zóny;

v) výstupní port pro dekarbonizovaný pyrolýzní zbytek umístěný za redukční zónou;

vi) výstup pro lepší syntézní plyn umístěný za redukční zónou;

vii) redukční zónu zahrnující šikmé děrované dno, jeden nebo více otvorů umístěných centrálně vzhledem k děrovanému dnu a centrálně umístěný deflektor, přičemž dno je šikmo dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům, a konfigurované velikostí děr uvnitř, a tím umožnit primárně průchod surového syntézního plynu směrem k výstupu pro lepší syntézní plyn a inhibovat průchod surového pyrolýzního zbytku, a jeden nebo více otvorů je ve fluidní komunikaci s výstupním portem a konfigurován(o) tak, že pro umožní průchod dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku.

Krátký popis obrázků [0016] Obrázek 1 je schématické zobrazení znázorňující systém v souladu s provedením podle předkládaného vynálezu.

[0017] Obrázek 2 je schematické zobrazení znázorňující oxidační a redukční zóny sytému v souladu s jedním provedení předkládaného vynálezu.

[0018] Obrázek 3 je schematické zobrazení znázorňující oxidační a redukční zóny systému v souladu s jedním provedením předkládaného vynálezu.

[0019] Obrázek 4 je schematické zobrazení znázorňující oxidační a redukční zóny zplyňovacího zařízení a způsobu z dosavadního stavu techniky;

[0020] Obrázek 5 je schematické zobrazení znázorňující oxidační a redukční zóny dalšího zplyňovacího zařízení a způsob z dosavadního stavu techniky;

PODROBNÝ POPIS VYNÁLEZU

Definice [0021] Jak se používá v toto dokumentu, termín „asi“ se týká +/-10 % odchylka od nominální hodnoty. Je zřejmé, že tato odchylka je vždy zahrnuta do uvedené hodnoty poskytnuté v tomto dokumentu, aniž to je či není specificky uvedeno.

£ • · · · [0022] Termín „uhlovodíkový materiál“ používaný v tomto dokumentu zahrnuje uhlovodíky, jako je methan, a další materiál s obsahem uhlovodíku získaného pyrolýzou paliva, který se obecně uvádí jako dehty nebo organické dehty nebo biologické dehty.

[0023] Termín „uhel“ používaný v tomto dokumentu zahrnuje pevný materiál, který zůstává poté, co lehké plyny a dehet byly odvedeny, nebo uvolněný z uhlíkatého materiálu během počátečního stádia rozkladu biomasy, což je známo jako karbonizace, uhelnatění, devolatilizace nebo pyrolýza.

[0024] Pokud není definováno jinak, všechny technické a vědecké termíny používané v tomto dokumentu mají stejný význam, jak je obvykle chápán odborníkem v oboru, do kterého tento vynález patří.

[0025]V jednom aspektu předkládaného vynálezu je k dispozici kontinuální vícestupňový vertikálně sekvencovaný zplyňovací způsob konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézního plynu ve zplynovači, který zahrnuje pyrolýzní zónu, parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně za pyrolýzní zónou a redukční zónu umístěnou vertikálně za parciální oxidační zónou, a který zahrnuje šikmé děrované dno/bázi, jeden nebo více otvorů umístěných radiálně dovnitř děrovaného dna, a centrálně umístěný deflektor. Dno je šikmo dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům, kde děrované dno je konfigurováno tak, velikostí děr uvnitř, že primárně umožňuje průchod syntézního plynu a inhibuje průchod pyrolýzniho zbytku získatelného v pyrolýzní zóně.

[0026]Způsob podle předkládaného vynálezu je proveden přiváděním uhlíkatého palivového materiálu horní částí pyrolýzní zóny vertikálně dolů směrem k dolní části pyrolýzní zóny, zatímco se provádí pyrolýza paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíky, jako je methan a dehet, a surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel, popel a uhlík. První oxidant je případně přidán do dolní části pyrolýzní zóny za účelem dosažení teploty větší než 200 °C.

[0027]Pyrolýzní páry jsou směrovány do parciální oxidační (POX) zóny a pyrolýzní surový zbytek vytvořený v pyrolýzní zóně je směrován směrem dolů do redukční zóny pomocí separačního členu umístěného mezi pyrolýzní zónou a parciální oxidační 7 • · · ·

zónou. Separační člen zahrnuje větší počet směrem nahoru orientovaných větracích otvorů a tím umožňuje průchod pyrolýzních par pouze do parciální oxidační zóny. Druhý oxidant je potom přidán v parciální oxidační zóně za účelem dosažení teploty větší než 900 °C pro reformování pyrolýzních par na surový syntézní plyn s obsahem významně snížených hladin dehtu.

[0028] Lože pyrolýzního zbytku s jednotnou hloubkou je vytvořeno na dně/bázi redukční zóny a surový syntézní plyn primárně vytvořený v parciální oxidační zóně a případně v pyrolýzní zóně prochází směrem dolů přes pyrolýzní zbytkové lože za účelem provedení endotermické reakce mezi CO2 a H2O v syntézním plynu a uhlíkem uhlu v pyrolýzním zbytkovém loži, zatímco se reguluje pokles tlaku redukční zóny, doba zdržení a prostorová rychlost toku syntézního plynu během endotermické reakce za vzniku surového syntézního plynu v podstatě bez dehtu, za účelem snížení obsahu uhlíku v pyrolýzním zbytku, přičemž se vytvoří dekarbonizovaný pyrolýzní zbytek. Tento krok může také snížit teplotu surového syntézního plynu ve srovnání s teplotou parciální oxidační zóny. Lepší syntézní plyn v podstatě bez dehtu je potom veden nahoru v protiproudém toku v nepřímém tepelném kontaktu s pyrolýzní zónou, za účelem zahřívání pyrolýzní zóny a následně ochlazování syntézního plynu v podstatě bez dehtu před jeho jímáním.

[0029JV některých provedeních předkládaného vynálezu je způsob proveden pod tlakem, výhodně až do úplného vakua, částečného vakua a méně než 600 psig, výhodněji mezi částečným vakuem a 100 psig.

[0030]V některých provedeních první a druhý oxidant nezávisle zahrnují vzduch, obohacený vzduch, kyslík s čistotou větší než 85 % hmotn., kyslík s čistotou větší než 95 % hmotn. nebo jejich kombinaci. V některých provedeních první oxidant a/nebo druhý oxidant dále zahrnuje H2O (páru) a/nebo CO2.

[0031]V některých provedeních jsou první oxidant a druhý oxidant stejné. V některých provedeních první oxidant a druhý oxidant jsou různé směsi.

[0032]V některých provedeních první oxidant zahrnuje vzduch, obohacený vzduch, kyslík o čistotě větší než 85 % hmotn., kyslík o čistotě větší než 95 % hmotn. nebo jejich kombinaci, a druhý oxidant zahrnuje alespoň jeden za vzduchu, obohaceného vzduchu, kyslíku o čistotě větší než 85 % hmotn., kyslíku o čistotě větší než 95 % hmotn., předem smíchaný s H2O a/nebo CO2.

[0033JV některých provedeních způsobu podle předkládaného vynálezu má vytvořený syntézní plyn poměr H2:CO ratio v rozmezí asi 0.5:1 až asi 1.5:1, výhodně asi 0.8:1 až asi 1:1.

[0034JV některých provedeních způsobu podle předkládaného vynálezu uhlíkatý palivový materiál zahrnuje biomasové palivo zvolené z dřevných štěpků, štěpků železničních pražců, odpadového dřeva, lesního odpadu, splaškového kalu, ropného koksu, uhlík, městského pevného odpadu (MSW), palivo odvozené z odpadu (RDF) nebo libovolné kombinace.

[0035JV některých provedeních způsobu podle předkládaného vynálezu je biomasové palivo vytvořeno způsobem štěpení, sekání, extruze, mechanického zpracování, kompaktování, peletizace, granulace nebo drcení. V některých provedeních je použito biopalivo postříkané, potažené nebo impregnované kapalnými nebo pevnými uhlíkatými materiály.

[0036JV některých provedeních způsobu podle předkládaného vynálezu je teplota POX stupně větší než 1250 °C nebo větší než fúzní teplota popela pro vytvoření tekuté strusky.

[0037JV některých provedeních předkládaného vynálezu způsob dále zahrnuje přidání další komory pro separaci strusky za účelem odstranění a zchlazení kapalné strusky za vzniku ne-vyluhovatelného vedlejšího produktu při bezpečnou likvidaci.

[0038] V některých provedeních předkládaného vynálezu způsob dále zahrnuje zpracování a chlazení syntézního plynu bez dehtu použitelného pro výrobu elektrické • · · · ··· · ....... .ΐ. :

energie a chemickou výrobu, jako je methanol, DME benzínu a Fischer Tropsch kapalin, jako je syntézní diesel, syntetické tryskové palivo a syntetický vosk.

[0039]Způsob podle předkládaného vynálezu může být proveden pouze v jedné komoře nebo v oddělených komorách nebo kombinaci komor ve vertikálním uspořádání.

[0040]V dalším aspektu předkládaného vynálezu je k dispozici systém kontinuálního vícestupňového vertikálně sekvencovaného zplyňovacího způsobu konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézní plyn. Systém podle předkládaného vynálezu zahrnuje pyrolýzní zónu po konverzi paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíky a uhlíkem obohacený surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel a popel, parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně po proudu pyrolýzní zóny pro konverzi uhlovodíků v pyrolýzních párách na surový syntézní plyn zahrnující H2, CO a CO2, a endotermickou redukční zónu umístěnou vertikálně po proudu parciální oxidační zóny pro konverzi surového syntézního plynu na lepší syntézní plyn pro snížení obsahu uhlíku surového pyrolýzního zbytku za účelem získání dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku.

[0041JV některých provedeních systému podle předkládaného vynálezu jsou pyrolýzní zóna, parciální oxidační zóna a redukční zóna obsaženy uvnitř jednoho kontejneru/ komory. V některých provedeních jsou pyrolýzní zóna, parciální oxidační zóna a redukční zóna obsaženy ve zvláštních komorách uspořádaných ve vertikální konfiguraci.

[0042]V některých provedeních má dolní část pyrolýzní zóny obvod větší než horní část. V některých provedeních má pyrolýzní zóna postupně rostoucí obvod směrem k dolní části.

[0043]V některých provedeních vynálezu jsou některé nebo všechny části stěn komory, které definují pyrolýzní zónu, šikmo mírně a/nebo postupně směrem ven od vrcholu plnící hladiny biomasy k nejnižšímu bodu, kde je přítomno snížené množství uhlu, kde dno komory je větší v oblasti/obvodu než vrchol komory. To umožní, že

- 77• · · · · · • · · · • · · · · · · • ······· biomasový materiál postupuje bez překážek a přemostění, což dále poskytuje kontinuální stabilní tok postupujícího biopaliva a vyráběného syntézního plynu.

[0044]Separační člen je umístěn mezi pyrolýzní zónou a parciální oxidační zónou. Separační člen zahrnuje větší množství směrem nahoru orientovaných větracích otvorů a plurality za účelem umožnění průchodu pyrolýzních par do parciální oxidační zóny a inhibování průchodu surového pyrolýzního zbytku. Separační člen je také konfigurován pro směrování surového pyrolýzního zbytku do redukční zóny. Systém dále zahrnuje výstupní port pro dekarbonizovaný pyrolýzní zbytek, umístěný po proudu redukční zóny, a výstup pro lepší syntézní plyn umístěný za redukční zónou.

[0045]V některých provedeních je separační člen invertovaná nebo inklinovaná hemisférická nebo konická keramická vyhřívaná membrána.

[0046]Separační člen fyzicky podporuje směrem dolů postupující palivo během « pyrolýzy za účelem směrování postupu surového pyrolýzního zbytku, který zahrnuje uhel a popel, směrem k redukční zóně, a zahřívání finálních stupňů pyrolýzní zóny.

[0047] Redukční zóna je konfigurovaná za účelem vytvoření lože pyrolýzního zbytku s jednotnou výškou/hloubkou a radiální šířkou. Redukční zóna je poskytnuta se šikmou skloněnou děrovanou podlahou, jedním nebo více otvory umístěnými uprostřed děrovaného dna a centrálně umístěný deflektor. Deflektor může být libovolné velikosti a tvaru, jako je čtvercový, obdélníkový, kónický nebo válcový.

[0048] Dno v redukční zóně je šikmo směrem dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům a konfigurovaná velikostí děr uvnitř a tím umožňuje primárně průchod surového syntézního plynu a směrem k výstupu pro lepší syntézní plyn a inhibuje průchod surového pyrolýzního zbytku. Jeden nebo více otvorů je umístěn(o) ve fluidní komunikaci s výstupním portem a tím se umožňuje průchod dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku.

[0049] Sklon dna je větší než 0 ⁰ až větší než úhel slonu materiálu surového pyrolýzního zbytku. V některých provedeních je sklon děrovaného dna v rozmezí 30

-η• · % menší než až 30 % větší než přirozený úhel sklonu pyrolýzního zbytku. V některých provedeních se klon dna přibližuje přirozenému úhlu sklonu pyrolýzního zbytku.

[0050JV některých provedeních je sklon děrovaného dna v rozmezí 0° až asi 60°. V některých provedeních je úhel děrovaného dna asi 30° až asi 40°.

[0051]V některých provedeních je redukční zóna dále poskytnuta s prvním mechanizmem, konfigurovaným pro přerušovaný nebo nepřetržitý pohyb pyrolýzního zbytku z děrovaného dna směrem k jednomu nebo více otvorům. V některých provedeních mechanismus zahrnuje jedno nebo více tlačných těles konfigurovaných pro pohyb podél dráhy kolem deflektoru, tlačné těleso umístěné v blízkosti děrované dna a směrem ven od jednoho nebo více otvorů. V některých provedeních tlačné těleso zahrnuje jedno nebo více ramen vyčnívajících radiálně směrem ven z jednoho nebo více otvorů. V některých provedeních mají radiální ramena šikmou stranu konfigurovanou pro kontakt a tlačení části pyrolýzního zbytku směrem k jednomu nebo více otvorům během pohybu tlačného tělesa. V některých provedeních je mechanismus konfigurován pro pohyb uvedené vzdálenosti podél dráhy.

[0052]V některých provedeních je mechanismus spojen s kontrolérem konfigurovaným pro provoz mechanismu v závislosti na tlakovém rozdílu měřeném v místě před pyrolýzním zbytkovým ložem a v místě za děrovaným dnem.

[0053]V některých provedeních redukční zóna dále zahrnuje druhý mechanismus použitelný pro tlačení dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku z dolní části jeho lože směrem k výstupním portům.

[0054JV některých provedeních jsou první a druhý mechanismus použitelné nezávisle na sobě navzájem. V některých provedeních jsou první a druhý mechanismus integrální.

[0055]V některých provedeních vynálezu systém dále zahrnuje vnější slupku, která má vstup slupky v komunikaci s výstupem syntézního plynu, a výstup slupky, kde vnější slupka obepíná/obklopuje pyrolýzní zónu, parciální oxidační zónu a redukční • · · · • ·· · · · · · • · · · · · ·♦·· · · · · · • · · · * ······· ··· · zónu za vzniku kanálku pro tok syntézního plynu směrem k výstupu slupky. V některých provedeních je výstup slupky poskytnut na horní části slupky za účelem umožnit pohyb syntézního plynu směrem nahoru v kanálku pro poskytnutí nepřímého tepelného kontaktu mezi syntézním plynem a pyrolýzní zónou.

[0056]V některých provedeních systému podle předkládaného vynálezu jsou pyrolýzní zóna, částečná oxidační zóna a redukční zóna obsaženy uvnitř oddělených kontejnerů/komor.

[0057] Další podrobnosti, které se týkají systému a způsobu pode předkládaného vynálezu, jsou diskutovány s odkazy na obrázky.

Systém a zařízení [0058]Obrázek 1 ilustruje zjednodušený schématický diagram, který zobrazuje obecnou konfiguraci systému pro kontinuální vícestupňový vertikálně sekvencovaný zplyňovací způsob konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézní plyn. Obrázky 2 a 3 ilustrují zjednodušený diagram, který zobrazuje složky systému podle předkládaného vynálezu.

[0059] S odkazem na obrázek 1, systém (1) zahrnuje vertikálně sekvencovanou pyrolýzní zónu (20), parciální oxidační (POX) zónu (30) a redukční zónu (40) uvnitř podlouhlé komory (10). Pyrolýzní zóna (20) a POX zóna (30) jsou oddělené pomocí separačního členu (32), jako je invertovaná nebo inklinovaná hemisférická nebo kónická keramická vyhřívaná membrána. Separační člen dále zahrnuje směrem nahoru orientované větrací otvory (34) za účelem poskytnutí separačního prostředku pro pyrolýzní páry, přičemž pyrolýzní páry (26) jsou směrovány do POX zóny, zatímco stoupají nahoru do POX zóny, a inhibování průchodu pyrolýzního zbytku (24) jimi, zatímco jej směrují do redukční zóny. Úhel větracích otvorů může být libovolný úhel mezi v podstatě horizontálním až v podstatě vertikálním.

[0060] Redukční zóna (40) zahrnuje skloněnou děrovanou dno/bázi (42), jeden nebo více otvorů (46) umístěných uprostřed vzhledem k děrovanému dnu, a uprostřed

Á3 • · · · • ·

umístěný deflektor/difuzor (48). Dno je skloněná směrem dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům a konfigurovaná velkostí děr (44) uvnitř, a tím umožnit primárně průchod surového syntézního plynu směrem k výstupu (50) pro lepší syntézní plyn (49) a inhibovat průchod surového pyrolýzního zbytku, a jeden nebo více otvorů (46) je/jsou ve fluidní komunikaci s výstupním portem (56), a konfigurované tak, že umožňují průchod dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku (52) směrem k výstupnímu portu (56).

[0061] Jak zobrazeno na obrázku 2, děrovaná dno/báze je umístěna ve vzdálenosti (D) od separačního členu, takže surový pyrolýzní zbytek zahrnující surový popel/uhel (24) padající z pyrolýzní zóny, je směrován gravitačně za účelem efektivní akumulace na šikmé děrované dno za vzniku uhelného lože (28) s požadovanou jednotnou hloubkou (d), (kde hodnota „d“ je rovna nebo nižší než „D“) a požadovanou jednotnou radiální šířkou „h“.

[0062] Sklon dna (Θ) je větší než 0° až větší než úhel sklonu materiálu surového pyrolýzního zbytku nebo v rozmezí 30 % méně než až 30 % více než přirozený úhel sklonu pyrolýzního zbytku. V některých provedeních se úhel dna přibližuje přirozenému úhlu sklonu pyrolýzního zbytku.

[0063]V provedení zobrazeném na obrázku 1 jsou komora definující pyrolýzní zónu, POX zónu a redukční zónu obklopeny slupkou (60) se vstupem slupky (62) v dolní části, ve fluidní komunikaci s výstupem lepšího syntézního plynu (50) poskytnutého pro proudu pyrolýzního lože (28), výstup slupky (64) v jeho horní části, kde vstup slupky (62) přijímá lepší syntézní plyn (49) z výstupu syntézního plynu (50), a slupka tvoří kanálek pro tok syntézního plynu směrem k výstupu slupky (64).

[0064]Obrázek 3 zobrazuje příklad, kde redukční zóna systému zahrnuje první mechanismus (70) zahrnující tlačné těleso (72) zahrnující dvě nebo více ramen (74) vyčnívajících radiálně směrem ven vzhledem k otvoru (46) za účelem přerušovaného nebo kontinuálního pohybu pyrolýzního zbytku z děrovaného dna (28) směrem k otvoru (46). Systém také zahrnuje druhý mechanismus (80) použitelný pro tlačení

Λ4 dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku (52) z dolního lože (54) směrem k výstupním portům (56).

Proces zplyňování

Stupeň 1: Pyrolýzní reakce v zóně (10) [0065] S odkazem na obrázek 1, uhlíkatý palivový materiál/biopalivo (12/16) je přiveden/o na horní část (18) pyrolýzní zóny při přibližně 50 °C až 100 °C a proces pyrolýzy začíná postupným zahříváním pyrolýzní zóny na více než 100 °C, výhodně více než 200 °C, výhodněji více než 400 °C, kde jsou vytvořeny pyrolýzní páry (26) (primárně methan (CH4), vodík a dehet) a surový pyrolýzní zbytek (24) zahrnující popel a uhel, zatímco postupují vertikálně gravitací směrem dolů. První oxidant (22), kterým může být čistý nebo smíchaný oxidant, je případně přidán do dolní až střední části pyrolýzní zóny (20) za účelem regulace teploty zóny a postupu redukčního procesu pyrolýzní biomasy. Pyrolýzní reakce je uvedena na schéma níže.

Biopalivo + tepelná energie + případný oxidant —► H2 + CH4 + CO2 + uhel + dehet [0066]Pyrolýzní páry obecně obsahují relativně vysoký podíl těkavých dehtů odvozených z pyrolýzního procesu, který obvykle způsobuje značné problémy s ucpáváním a zachytáváním, pokud kondenzují a chladnou po proudu systémů, což má za následek velmi nízkou spolehlivost zplynovače a výkon po dobu provozu.

[0067] Jak uhlíkatý palivový materiál/biopalivo postupuje vertikálně směrem k dolní části vertikální pyrolýzní zóny (20), palivo se redukuje o více než 70 % hmotnostních na uhel nebo obvykle známé jako „dřevěné uhlí“ s významně nižší hustotou než přívod biopaliva. Vertikální konfigurace s rostoucím obvodem, zveřejněná v předkládané přihlášce umožňuje gravitace hnát biopalivo konzistentním a jednotným posunem vertikálně pyrolýzním stupněm. To inherentně poskytuje stabilní s konzistentní výrobu syntézního plynu.

• · · · • · · · » • · · ···· · • · · · · · · • · · · · · ·· · · — *·· · ······· ··· · [0068]Pyrolýzní zbytek (24) je posouván gravitací směrem dolů a distribuován do vnější oblasti vyhřívané membrány a padá horizontálním otvorem do vnější periferie membrány, vertikálně dolů za vzniku pyrolýzního zbytkového lože (28) v endotermické redukční zóně. Keramická membrána je obvykle vhodná pro kontinuální maximální provozní teplotu větší než 2000 °C (3600 °F).

[0069] Vhodný rotační mechanický rozprašovač (není zobrazen) může být umístěn na povrchu (18) pyrolýzní zóny (20) pro rovnoměrné rozprašování přívodu biomasy (16) do horní části pyrolýzní zóny. Stejná nebo rovnoměrná výška biomasy umožňuje snížení biomasy, a tak proudila konzistentně a stabilně pyrolýzním stupněm a produkovala velmi žádoucí stabilní tok syntézního plynu.

Stupeň 2: Částečná oxidace (POX) v zóně (30) [0070] Druhý oxidant (36), čistý nebo smíchaný, je přidán pod vyhřívanou membránu (32) do POX zóny (30), za účelem vytvoření teploty parciální oxidace větší než 900 °C, výhodněji větší než 1000 °C, až do 1250 °C za účelem ne-struskování, a větší než 1250 °C nebo teploty fúze popele za účelem struskování. Pyrolýzní páry (26) procházejí směrem nahoru orientovanými větracími otvory (34) z pyrolýzní zóny a jsou částečně oxidovány druhým čistým oxidantem za účelem reformování pyrolýzních par na surový syntézní plyn (38) sestávající primárně z CO, CO2 a H2, s nižšími koncentracemi ChU, a inertních plynů, jako je N2 a Ar, a významně sníženými koncentracemi dehtu. Složení inertních plynů v surovém syntézním plynu (38) je závislé primárně složení a kvalitě oxidantu.

[0071] Čistý nebo smíchaný oxidant může být vzduch (s obsahem dusíku), obohacený vzduch (s obsahem nižšího podílu dusíku), O2 o relativně vysoké čistotě (> 85 % hmotn. O2, výhodně větší než 95 % hmotn. a výhodněji větší než 98 % hmotn., aby se zabránilo neúčinnému inertnímu čištění), vzduch nebo O2 smíchaný s CO2 anebo párou (H2O). CO2 a H2O mohou být předem smíchány s druhým oxidantem použity v POX zóně pro regulaci teploty, pokud se použije O2 nebo obohacený vzduch. Externí methan CHU s může také zamíchat do oxidantu za účelem dodání tepelné energie pro regulace teploty POX zóny v případě potřeby.

• · · · · ····· ··· ···· ·· · • · · · · · · ····· · · · · ·

- R _ ··· · ...........

Stupeň 3: Endotermická redukce v zóně (40):

[0072]S jednotným pyrolýzním zbytkovým ložem (28), které má jednotnou hloubku (d) a šířku (h), je prostorová rychlost toku surového syntézního plynu konzistentní a pokles taku je nízký a konzistentní, za účelem maximalizace výhod a účinku endotermické reakce v redukční zóně. Páry surového syntézního plynu (38) bohaté na CO2 a/nebo páru (H2O) a obsahující sníženou koncentraci dehtů přicházejí do kontaktu s jednotným horkým ložem (28) popele/uhle bohatého na uhlík, přičemž dochází k následujícím reakcím za vzniku lepšího syntézního plynu (49):

C + CO2 —* 2CO (1) ΔΗ =+13 369 kJ/kg

C + H2O CO + H₂ (2) ΔΗ = +9 846 kJ/kg [0073]Vysoké teploty POX surového syntézního plynu mají dostatečnou fyzikální entalpii, CO2 a/nebo H2O pro provedení endotermických karbonizačních reakcí. Vyšší přívodní koncentrace a různá množství CO2 a páry (H2O) se mohou přidat do druhého oxidantu ve stupni 2 za účelem optimalizace reakcí (1) a (2) ve stupni 3 a maximalizace uhlíkové konverze z uhle. Přívodní hladiny CO2 a H2O větší, než jsou stechiometrické hladiny mohou být také přidány do oxidantu za účelem ochlazení teploty POX zóny na méně než 1250 °C, pokud je použitý oxidant koncentrovaný O2, s nízkými nebo žádnými hladinami N2.

[0074]Surový syntézní plyn (38), obsahující sníženou hladinu dehtů při teplotě větší než 900 °C, je směrován vertikálně směrem dolů přes rovnoměrně distribuované uhelné lože (28) v redukční zóně. To má za následek následující velmi žádoucí výhody;

1. Surový syntézní plyn je ochlazen pomocí endotermických reakcí (1) a (2) na teplotu nižší než teplota POX zóny. V některých provedeních je teplota lepšího syntézního plynu, který opouští redukční zónu, asi 600 °C nebo nižší.

2. Surový syntézní plyn je vyčištěn v podstatě dočista od všech zbývajících dehtů za vzniku lepšího syntézního bez obsahu dehtu, přičemž se eliminují všechny obavy zanášení nebo zachytávání po proudu zařízení.

3. Vyšší množství lepšího syntézního plynu je vyrobeno, čímž se zlepší celková účinnost konverze uhlíku a účinnost procesu studeného plynu.

4. Čistý lepší syntézní plyn je vytvořen s lepší kalorickou hodnotou.

5. Surový popel nebo uhel je významně snížen na obsah uhlíku, který tvoří dekarbonizovaný zbytek a umožňuje jeho bezpečné použít jako hnojivá nebo bezpečnou likvidaci.

6. Obsah uhlíku v popelu může být dále regulován snížením doby zdržení ve stupni 3, za účelem úmyslné produkce popele s uhlíkem, dobře známý jako uhlíkový popel používaný pro komerční výrobu briket nebo bio-uhelných hnojiv.

[0075] Jak je zobrazen na obrázku 1, čistý lepší syntézní plyn (49), při asi 600 °C a v podstatě bez obsahu všech dehtů a pevných částic prochází koncentricky z redukčního/endotermického stupně a stoupá vertikálně do kanálku vytvořeného slupkou (60), kde tepelná energie ze syntézního plynu je nepřímo protiproudně převedena v reverzní vertikální sekvenci do pyrolýzního stupně, přičemž se dále chladí surový syntézní plyn a poskytuje tepelná energie do pyrolýzního stupně. Lepší syntézní plyn vystupuje ze zplynovače pod 600 °C, výhodněji v rozmezí 500 °C až 600 °C. Libovolná forma lepší konfigurace tepelného přenosu transfer nebo prostředky, známé odborníkovi v oboru, se mohou použití pro provedení procesu maximálního tepelného přenosu. Ochlazený lepší syntézní plyn (66) je jímán v horní části zplynovače a je převeden pro další čištění a zpracování. Čistý syntézní plyn, v podstatě bez obsahu všech dehtů, se může použít pro motory na výrobu elektrické energie a/nebo chemickou výrobu, jako je DME, methanol, nebo Fischer Tropsch produkty, jako je syntézní nafta.

[0076]Vynálezci předkládaného vynálezu s překvapením zjistili, že konfigurace separačního členu pro směrování surového pyrolýzního zbytku/uhle do redukční zóny, společně s přítomností skloněné děrované dna, jednoho nebo více otvorů umístěných dovnitř/centrálně vzhledem k děrované dně, a centrálně umístěný v redukční zóně,

W' ··· ·· · · ·· · • · · · · · · ····· · · · · · • · · · · ··· · ······· · · · · jako je popsáno v předkládané přihlášce, má za následek vytvoření redukčního lože pyrolýzního zbytku, které má v podstatě jednotnou hloubku (d) a šířku (h), jako je zobrazeno na obr. 2.

[0077] Jednotné lože poskytuje kritický jednotný pokles tlaku a distribuci toku surového syntézního plynu z pyrolýzní zóny po celém zbytkovém nebo uhlovém loži, což usnadní konzistentní tok a konzistentní kvalitu surového syntézního plynu a čistého popele.

[0078]Jednotné pyrolýzní zbytkové lože podporuje účinnou endotermickou reakci mezi CO2 a H2O v syntézním plynu a obsah uhlíku v pyrolýzním zbytku, a regulací doby zdržení v redukční zóně a prostorové rychlosti toku syntézního plynu během endotermické rekce se sníženým rizikem tvorby kanálků, má za následek tvorbu surového syntézního plynu v podstatě bez obsahu dehtu, snížení obsahu uhlíku v pyrolýzním zbytku a snížení teploty surového syntézního plynu ve srovnání s teplotou parciální oxidační zóny.

[0079JV některých provedeních syntézní plyn v podstatě bez obsahu dehtu zahrnuje méně než 200 ppm dehtu. V některých provedeních je dehet méně než 100 ppm, dále v některých provedeních je dehet méně než 50 ppm. V některých provedeních syntézní plyn v podstatě bez dehtu zahrnuje méně než 10 ppm dehtu.

[0080]V provedení, když teplota stupně 2 je provozována výše než teplota fúze popele, obvykle nad 1200 °C, potom se vytvoří kapalná struska, která se může oddělit, prudce ochladit a konvertovat na vitrifikovanou pevnou látku, která je ne-vyluhovatelná a bezpečná pro likvidaci běžnými prostředky. Popel, v jakékoliv formě, je odstraněn ze zplynovače a ochlazen pro skladování a likvidaci.

[0081] Jak je zobrazeno na obrázku 4, v původních zplynovačích podle dosavadního stavu techniky, které nemají deflektor v centru dna redukční zóny (142), docházelo k tvorbě nerovného uhelného lože (128). V důsledku velmi velkého úhlu sklonu padajícího pyrolýzního zbytku/uhlu (124), výškový rozdíl mezi centrální částí redukčního lože a periferními částmi je tak velký, že surový syntézní plyn prosté

prochází dráhou nejnižšího poklesu tlaku a eliminuje jakýkoliv redukční účinek. Jak je vidět z obrázku 4, pro kritické množství surového syntézního plynu (138), které prochází centrální oblastí redukčního lože, které reprezentuje většinu nebo veškerý plyn, tlaková ztráta plynu je významně nižší než okrajová oblast a plyn procházející touto oblastí by se neměl podrobit endotermní reakci za účelem dosažení požadovaných výsledků tvorby lepšího syntézního plynu a dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku.

[0082]Obrázek 5 znázorňuje další zplynovač z dosavadního stavu techniky, který zahrnuje homogenizační válec (148) v centru dna redukční zóny. Avšak toto uspořádání také selhává z hlediska poskytnutí uhelného lože o jednotné hloubce a podporuje drážkování syntézního plynu s nežádoucími důsledky. Jak je vidět na tomto obrázku, surový pyrolýzní zbytek (124) padá se značným úhlem sklonu za vzniku nerovného lože (128), což má také za následek neefektivní redukční reakci s následkem špatné kvality syntézního plynu (149) a pyrolýzního zbytku (152).

[0083]Obvyklé přívodní proudy (12) mohou zahrnovat štěpkové, peletizované, drcené nebo mechanicky zpracované dřevo, stavební dřevěný odpad, uhlí, ropný koks, lesní odpadové dřevo s nebo bez zeleného a kůrového materiálu, pevný splaškový odpad, tříděný městský pevný odpad (MSW), palivo odvozené z řízeného odpadu (RDF) s obsahem specifických směsí plastu a biomasy, zemědělský odpad nebo libovolné směsi a kombinace výše uvedených materiálů. Topná hodnota těchto materiálů je v rozmezí 3000 až 6000 BTU/lb pro MSW, až 7000 BTU/lb pro RDF, až 7000 BTU/lb pro dřevné štěpky, až 10000 BTU/lb pro uhlí, až 13000 BTU/lb pro ropný koks. V dalším provedení může být biomasové palivo rozprašováno, potahováno anebo impregnováno s kapalnými nebo pevnými uhlíkatými materiály za účelem zvýšení zplyňovacího procesu. Všechny biomasové přívodní materiály (12) mohou obsahovat hladiny vlhkosti v rozmezí 0 až 50 % hmotn. přičemž odpadní teplo ze zplynovače se používá na sušení materiálů v rozmezí 5 až 15 % hmotn., výhodně 10 až 12 % hmotn., předtím, než je přiveden do zplynovače. Integrované sušící prostředky (14) za použití nadměrně nízkého množství tepelné energie z procesu zplyňování biomasy zvyšuje celkovou tepelnou účinnost jednotky. Obsah vlhkosti biomasy se může měnit podle letní a zimní sezóny. Biomasový materiál je obvykle o velikosti v rozmezí +1 mm až -2Θ• · · ·

100 mm, dobře známý odborníkovi v oboru s tím, že usnadňuje snadnou manipulaci a tokové vlastnosti.

[0084] Fyzická velikost nebo tvar každého stupně a zóny procesu zplyňování se může měnit a být upraveny odborníkem v oboru a může nebo nemusí být fyzicky stejné pro každý stupeň. Klíčem je, že stupně a zóny jsou konfigurovány v přesné sekvenci nebo výhodněji přesné vertikální sekvenci za účelem dosažení požadovaných výsledků, jak je zveřejněno.

[0085]Proces zplyňování biomasy se může provádět v oddělených nádobách nebo seskupení nádob nebo výhodněji, v jediné nádobě, pokud je procesní sekvence a vertikální toková sekvence provedena tak, jak je zveřejněno pro vytvoření nového požadovaného provedení.

[0086] Způsob může být provozován při libovolném tlaku za účelem ekonomické integrace s následnými procesy nebo proces zplyňování biomasy musí být vhodně vybaven prostředky pro konverzi syntézního plynu. Například může být proces provozován v mírných vakuových podmínkách v blízkosti atmosférického tlaku pro aplikace výroby elektrické energie, kde se používá booster odstředivý ventilátor čistého syntézního plynu za účelem vytvoření 1 až 10 psig tlaku pro přívod do motorů syntézního plynu pro pohon elektrických generátorů. V dalším příkladu se může proces zplyňování biomasy provozovat při 10 až 100 psig, přičemž se syntézní plyn přivádí do vhodného plynového kompresoru, dobře známého odborníkovi v oboru, za účelem zvýšení tlaku na 300 až 500 psig za účelem zpracování ve Fischer-Tropsch jednotce pro výrobu syntetických produktů, jako je syntézní nafta.

[0087] Další znaky, jak jsou různé provozní jednotky čištění syntézního plynu, včetně provozních jednotek, jako je vysoce účinný, vysokoteplotní částicový separátor nebo keramický filtr, jsou přidány za účelem odstranění jemných částic ze surového syntézního plynu. Tyto znaky mohou být integrovány přímo do zplynovací jednotky nebo instalovány přímo za zplynovač za účelem provedení procesu.

[0088] Je zřejmé, že výše uvedená provedení vynálezu jsou příklady a mohou se měnit různými způsoby. Tyto předkládané nebo budoucí variace nejsou pokládány za odklon od ducha rozsahu vynálezu a všechny tyto modifikace, jak budou zřejmé odborníkovi v oboru, mají být zahrnuty do rozsahu následujících nároků.

Claims

Patentové nároky

1. Kontinuální vícestupňový vertikálně sekvencovaný zplyňovací způsob konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézní plyn ve zplynovači, který zahrnuje:

i) pyrolýzní zónu, ii) parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně za pyrolýzní zónou a oddělenou od pyrolýzní zóny pomocí separačního členu, který zahrnuje větší množství směrem nahoru orientovaných větracích otvorů;

iii) redukční zónu umístěnou vertikálně za parciální oxidační zónou a zahrnující šikmé děrované dno, jeden nebo více otvorů umístěných centrálně vzhledem k děrovanému dnu a centrálně umístěný deflektor; přičemž dno je skloněno dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům, kde děrované dno je konfigurováno tak, velikostí děr uvnitř, že primárně umožňuje průchod syntézního plynu a inhibuje průchod pyrolýzního zbytku získatelného v pyrolýzní zóně;

kde uvedený způsob zahrnuje kroky:

a) přivádění uhlíkatého palivového materiálu horní částí pyrolýzní zóny vertikálně dolů směrem k dolní části pyrolýzní zóny, zatímco se provádí pyrolýza paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíkový materiál a surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel a popel;

b) případně přidání prvního oxidantu do dolní části pyrolýzní zóny za účelem dosažení teploty větší než 200 °C;

c) směrování pyrolýzních par do parciální oxidační (POX) zóny a směrování pyrolýzního zbytku dolů směrem k redukční zóně pomocí separačního členu;

d) přidání druhého oxidantu do parciální oxidační zóny za účelem dosažení teploty dostatečné pro reformování pyrolýzních par na surový syntézní plyn s obsahem významně snížených hladin dehtu;

e) vytvoření pyrolýzního zbytkového lože s jednotnou hloubkou surového pyrolýzního zbytku vytvořeného v kroku c) na dně redukční zóny;

• · · ·

LY

f) průchod surového syntézního plynu z kroku d) dolů přes surové pyrolýzní zbytkové lože vytvořené v kroku e) a provedení endotermní reakce mezi CO2 a/nebo H2O v surovém syntézním plynu a uhlíkem uhlu v pyrolýzním zbytkovém loži, zatímco se reguluje pokles tlaku redukční zóny, doba zdržení a prostorová rychlost toku surového syntézního plynu během endotermické reakce za vzniku lepšího syntézního plynu v podstatě bez dehtu a dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku;

g) průchod lepšího syntézního plynu v podstatě bez dehtu z kroku f), v protiproudém toku směrem nahoru, za účelem zahřívání pyrolýzní zóny a následně chlazení lepšího syntézního plynu v podstatě bez dehtu;

h) jímání lepšího syntézního plynu; a

i) jímání dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku ze dna zplynovače.
2. Způsob podle nároku 1, kde je způsob proveden pod tlakem, výhodně větším než plné vakuum a nižším než 600 psig, výhodněji v rozmezí atmosférický tlak až 100 psig.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, kde směs syntézního plynu má poměr hbíCO v rozmezí asi 0,5 až asi 1,5, výhodně asi 0.8 až asi 1,0.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, kde uhlíkatý palivový materiál zahrnuje biomasové palivo zvolené z dřevných štěpků, štěpků ze železničních pražců, odpadního dřeva, lesního odpadu, splaškového kalu, ropného koksu, uhlí, městského pevného odpadu (MSW), palivo odvozené z odpadu (RDF) nebo libovolné kombinace.
5. Způsob podle nároku 4, kde biomasové palivo je vytvořeno způsobem štěpkování, drcení, extruze, mechanického zpracování, kompaktování, peletizace, granulace nebo rozrušování.
6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, kde biopalivo bylo rozprášeno, potaženo nebo impregnováno kapalnými nebo pevnými uhlíkatými materiály.
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, kde teplota POX stupně je větší než 1250 °C nebo větší než teplota fúze popele za účelem vytvoření kapalné strusky.
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, který dále zahrnuje zpracování a chlazení syntézního plynu bez dehtu použitelného pro výrobu elektrické energie a chemickou výrobu, jako je methanol, DME benzín a Fischer Tropsch kapaliny, jako je syntézní nafta, syntetické tryskové palivo a syntetický vosk.
9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, kde první a druhý oxidant zahrnuje vzduch, obohacený vzduch, kyslík s čistotou větší než 85 % hmotn., kyslík s čistotou větší než 95 % hmotn. nebo jejich kombinace.
10. Způsob podle nároku 9, kde první oxidant a druhý oxidant jsou stejné.
11. Způsob podle nároku 9, kde první oxidant a druhý oxidant jsou různé.
12. Způsob podle nároku 9, kde první oxidant a/nebo druhý oxidant dále zahrnuje

H2O a/nebo CO2
13. Způsob podle nároku 12, kde první oxidant zahrnuje vzduch, obohacený vzduch, kyslík s čistotou větší než 85 % hmotn., kyslík s čistotou větší než 95 % hmotn. nebo jejich kombinace a druhý oxidant zahrnuje alespoň jeden vzduch, obohacený vzduch, kyslík s čistotou větší než 85 % hmotn., kyslík s čistotou větší než 95 % hmotn., předem smíchaný s H2O a/nebo CO2.
14. Způsob podle některého z nároků 1 až 13, který dále zahrnuje míchání a/nebo otáčení pyrolýzního zbytkového lože.
15. Zařízení pro kontinuální vícestupňový vertikálně sekvencovaný zplyňovací způsob konverze pevného uhlíkatého palivového materiálu na čistý (s nízkým obsahem dehtu) syntézní plyn, přičemž zařízení zahrnuje:

•· * ·· · · ·· · • · · · · · «

9 · · · « * · * » · • · · · · • · · « ······· · · · «

i) pyrolýzní zónu pro konverzi paliva na pyrolýzní páry zahrnující uhlovodíkový materiál a uhlíkem obohacený surový pyrolýzní zbytek zahrnující uhel a popel;

ii) parciální oxidační zónu umístěnou vertikálně za pyrolýzní zónou pro konverzi uhlovodíkového materiálu v pyrolýzních parách na surový syntézní plyn zahrnující H2, CO a CO2;

iii) endotermickou redukční zónu umístěnou vertikálně za parciální oxidační zónou pro konverzi surového syntézního plynu na lepší syntézní plyn a pro snížení obsahu uhlíku surového pyrolýzního zbytku za účelem získání dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku;

iv) separační člen umístěný mezi pyrolýzní zónou a parciální oxidační zónou, přičemž separační člen zahrnuje větší množství směrem nahoru orientovaných větracích otvorů a tím umožňuje průchod pyrolýzních par do parciální oxidační zóny a inhibuje průchod surového pyrolýzního zbytku, a separační člen je konfigurován tak, že směruje pyrolýzní zbytek do redukční zóny;

v) výstupní port pro dekarbonizovaný pyrolýzní zbytek, umístěný za redukční zónou;

vi) výstup pro lepší syntézní plyn, umístěný za redukční zónou;

vii) redukční zónu zahrnující šikmé děrované dno, jeden nebo více otvorů umístěných centrálně vzhledem k děrovanému dnu, a centrálně umístěný deflektor, přičemž dno je skloněno dolů a dovnitř směrem k jednomu nebo více otvorům a konfigurováno velikostí děr uvnitř a tím umožňuje primárně průchod surového syntézního plynu směrem k výstupu pro lepší syntézní plyn a inhibuje průchod surového pyrolýzního zbytku, a jeden nebo více otvorů je/jsou ve fluidní komunikaci s výstupním portem, a konfigurováno tak, že umožňuje průchod dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku.
16. Zařízení podle nároku 15, které dále zahrnuje první mechanismus v komunikaci s redukční zónou, konfigurovanou pro přerušovaný nebo kontinuální pohyb pyrolýzního zbytku z děrovaného dna směrem k jednomu nebo více otvorům.

• · · ·
17. Zařízení podle nároku 16, kde mechanismus zahrnuje tlačné těleso konfigurované pro pohyb podél dráhy kolem deflektoru, tlačné těleso umístěné v blízkosti děrovaného dna a vně od jednoho nebo více otvorů.
18. Zařízení podle nároku 17, kde tlačné těleso zahrnuje jedno nebo více ramen vyčnívajících radiálně směrem ven vzhledem k jednomu nebo více otvorům.
19. Zařízení podle nároku 18, kde ramena mají šikmou stranu konfigurovanou za účelem kontaktu a tlačení části pyrolýzního zbytku směrem k jednomu nebo více otvorům během pohybu tlačného tělesa.
20. Zařízení podle nároku 19, kde provozování mechanismu zahrnuje, že mechanizmus způsobí pohyb v uvedené vzdálenosti podél dráhy.
21. Zařízení podle některého z nároků 17 až 20, které dále zahrnuje kontrolér konfigurovaný pro provoz mechanismu v závislosti na tlakové rozdílu měřeném na místě před pyrolýzním zbytkovým ložem a místě za děrovaným dnem.
22. Zařízení podle některého z nároků 15 až 21, kde děrované dno je skloněno pod úhlem, který se blíží hodnotě více než nula stupňů a méně než 60 stupňů, výhodně pod úhlem, který se blíží přirozenému úhlu sklonu pyrolýzního zbytku.
23. Zařízení podle některého z nároků 15 až 22, který dále zahrnuje druhý mechanismus použitelný pro tlačení dekarbonizovaného pyrolýzního zbytku z dolního lože směrem k výstupním portům.
24. Zařízení podle nároku 23, kde první a druhý mechanismus jsou použitelné nezávisle na sobě navzájem.
25. Zařízení podle některého z nároků 15 až 24, kde pyrolýzní zóna, parciální oxidační zóny a redukční zóna jsou umístěny uvnitř jednoho kontejneru/komory.

• · · ·
26. Zařízení podle některého z nároků 15 až 25, které dále zahrnuje vnější slupku, která má vstup slupky v komunikaci s výstupem syntézního plynu, a výstup slupky, kde vnější slupka obepíná/obklopuje pyrolýzní zónu, parciální oxidační zónu a redukční zónu za vzniku kanálku pro tok syntézního plynu směrem k výstupu slupky.
27. Zařízení podle některého z nároků 15 až 26, kde výstup slupky je poskytnut na horní části slupky a tím umožňuje pohyb syntézního plynu směrem nahoru do kanálku za účelem poskytnutí nepřímého tepelného kontaktu mezi syntézním plynem a pyrolýzní zónou.
28. Zařízení podle některého z nároků 15 až 27, kde pyrolýzní zóna, parciální oxidační zóna a redukční zóna jsou umístěny v oddělených kontejnerech/ komorách.
29. Zařízení podle některého z nároků 15 až 28, kde obvod dolní části pyrolýzní zóny je větší než obvod horní části.
30. Zařízení podle některého z nároků 15 až 29, kde dno redukční zóny je konfigurováno tak, že se má pohybovat.