DK172824B1 - Fremgangsmåde og apparat til fremstilling af brændbare gasformige produkter - Google Patents

Description

i DK 172824 B1

Opfindelsen angår generelt fremstilling af brændbare, gasformige produkter ud fra reaktionen mellem vand og carbonholdige stoffer. Nærmere betegnet angår opfindelsen en forbedret fremgangsmåde ved frem-5 stilling af brændbare, gasformige produkter, hvor forgasningsreaktionerne aktiveres ved hjælp af en lysbue.

Det er kendt at fremstille et brændbart gasprodukt omfattende hovedsageligt hydrogen og carbonmonoxid ved hjælp af vandgassystemet, hvor vand eller damp rea-10 geres med et hvidglødende, carbonholdigt materiale.

Dette gennemføres typisk i en to-trinoperatlon, hvor et leje af carbonholdigt materiale såsom koks først oxideres ved at luft sendes gennem det, indtil materialet bliver hvidglødende, hvorefter der sendes damp gennem 15 det hvidglødende materiale for at frembringe gasproduktet indbefattende hydrogen og carbonmonoxid ifølge følgende kemiske ligning:

H2O + C Hj + CO

Kokslejet køles under det andet trin og det 20 første trin med luftoxidering må gentages for at genopvarme lejet.

Det er også kendt at opvarme lejet af carbonholdigt materiale elektrotermisk under brug af carbon-eller grafitelektroder. Dette udføres ved, at anbringe 25 elektroderne i kontakt med materialet og tilføre elektroderne et tilstrækkeligt, elektrisk potential til at bevirke modstandsopvarmning af materialet til tilstrækkelig forhøjet temperatur til at resultere i forgasningsreaktionerne. vand, som kræves til forgasnings-30 reaktionerne, tilvejebringes i form af indsprøjtet, mættet damp eller som vanddamp fra et reservoir anbragt i bunden af reaktorbeholderen. Ud over anvendelsen af elektroder til modstandsopvarmning er det endvidere DK 172824 B1 2 kendt at udføre vandgasreaktionen ved at udnytte en lysbue til opvarmning af materialet til de krævede forhøjede temperaturer.

De kendte fremgangsmåder ved fremstilling af i 5 brændbare gasser er hovedsageligt begrænset til meget specifikke, carbonholdige materialer såsom koks og lignende, og kan ikke anvendes til forgasning af en fødekilde, som omfatter en lang række forskellige carbonholdige materialer, navnlig hvor målet er fremstilling 10 af en rent brændende brændselsgas eller en ren syntetisk gas til anvendelse i den kemiske industri. Konventionel teknologi har ikke vist sig kommercielt succesfuld med hensyn til effektiv forgasning af forskellige affaldsprodukter såsom affaldsafledt brændstof (RDF) 15 og skovbrugs-, industri- eller landbrugsaffald. Indvinding af energi fra disse materialer opnås sædvanligvis ved masseforbrændingsprocessen med dermed forbundet lille energiindvindingseffektivitet og problemer med restkassation, eller ved hjælp af en svævelejeforbræn-20 dingsproces, som giver en lavenergigas, når den drives på forgasningsmåden.

De tekniske og økonomiske ulemper ved den ovenfor beskrevne kendte teknik til produktion af brændbare gasser er velkendte. Der er behov for en energieffektiv 25 og miljømæssig acceptabel fremgangsmåde ved fremstilling af brændbare gasser ud fra en lang række forskellige carbonholdige materialer.

US-A-1,974,125 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af brændbare gasser ud fra carbonholdige 30 materialer omfattende fremstilling af vanddamp ved ; i hjælp af en lysbue i et første kammer, drypning af fin- ! delt fast carbonholdigt brændsel gennem lysbuezonen og udtagelse af det frembragte varme gasformede produkt c έ c ΓΤΗ DK 172824 B1 3 gennem et legeme af fast carbonholdigt materiale i ét andet kammer for at forkulle dette materiale. Det varme gasformige produkt forlader det første kammer ved lysbuezonens lokalitet. Der sker ingen varmeveksling mel-5 lem disse gasformige produkter, og det indkommende materiale i det primære kammer.

Alle de gasformige produkter overføres til det sekundære kammer, og der sker ingen tilbageledning.

Ligeledes er denne fremgangsmåde begrænset til speci-10 fikke carbonholdige materialer såsom tørv, flis, koksstøv, trækulspulver og lignende.

US-A-1,146,776 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af brændbare gasser ud fra et carbonholdigt materiale i en kontinuerlig proces ved fyldning af 15 en første beholder med "fordestilleret" carbonholdigt materiale, gennemblæsning af denne første beholder tried luft for at oxidere det carbonholdige materiale for at opvarme det til hvidglødende og indføring af damp i den første beholder således, at luftoxidation og redaktionen 20 udføres samtidigt. Den exotermisk dannede varme fra luftoxidationen tilvejebringer den krævede varmeenergi til at opretholde den endoterme vandgasreaktion. Ved at kombinere disse trin af gasfremstilling sker en fortynding af den producerede gas med nitrogen indeholdt i 25 den luft, hvormed den første beholder gennemblæses for at tilvejebringe varme. En anden beholder er tilvejebragt, i hvilken destillation eller forkulning af et carbonholdigt fødelager gennemføres under anvendelse af den fri varme af noget eller al den varme gas, som er 30 dannet i den første beholder. Den anden beholder opvarmes ved at lede varm gas fra den første beholder direkte mod og op omkring det ydre af den anden beholder for at tilvejebringe varmeoverføring gennem den ydre DK 172824 B1 4 væg af den anden beholder. Den anden beholder ifølge dette patent er kun et "distillationskammer", i hvilket råkul passerer opad, og varm gas fra den første beholder anvendes til at varme beholderen ved at lede gassen ' 5 langs den udvendige overflade af samme. Den proces, der optræder i den anden beholder, er ikke "raffinering" af gas produceret i den første beholder som tænkt ifølge den foreliggende opfindelse.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en 10 fremgangsmåde og et apparat til effektiv fremstilling af brændbare gasser ved forgasning af en lang række forskellige carbonholdige materialer.

Formålet med opfindelsen er videre at tilvejebringe et forbedret anlæg til effektiv forgasning af 15 forskellige carbonholdige materialer, hvor de kemiske forgasningsreaktioner aktiveres både fotokemisk og elektrotermisk.

Endvidere tilsigtes med opfindelsen at tilvejebringe et anlæg til forgasning af carbonholdige mate-20 rialer ved brug af elektrisk energi til fotokemisk og elektrotermisk at aktivere forgasningsreaktionerne på en måde, der kræver lavere energitilførsel end et anlæg, der kun anvender elektrotermisk aktivering.

Endvidere tilsigtes med opfindelsen at tilveje-25 bringe en forbedret fremgangsmåde og et forbedret apparat til økonomisk og effektiv fremstilling af brændbare gasser ud fra en lang række forskellige carbonholdige materialer ved hjælp af en lysbue.

Endelig tilsigtes med opfindelsen at tilveje-30 bringe et forbedret anlæg til destruktion af farligt organisk affald og konvertering af dette til sikre, rent brændende brændselsgasser.

Formålet med opfindelsen opnås ved en fremgangsmåde til fremstilling af brændbare, gasformige i j DK 172824 B1 5 produkter omfattende hovedsageligt hydrogen og carbon-monoxid, ud fra carbonholdige materialer, omfattende trinnene: a) at der tilvejebringes et primært reaktions- 5 kammer og opretholdes en første lysbuezone ved bunden af dette primære kammer, at der tilvejebringes en kilde til vand i lysbuezonen, og at der tilvejebringes i det mindste et sekundært reaktionskammer indeholdende et leje af hvidglødende koks, hvor hvert kammer har en 10 lodret konfiguration, b) at carbonholdige materialer lades ind i toppen af det primære kammer, og at de carbonholdige materialer kontinuerligt ledes nedad gennem det primære kammer og ind i lysbuezonen for elektrotermisk og foto- 15 kemisk at aktivere en forgasning af materialerne og fremstille en råproduktgas af dem, hvilken fremgangsmåde er særegen ved, c) at et i det væsentlige konstant volumenniveau af carbonholdigt materiale opretholdes over den første 20 lysbueznone i kammeret, og at råproduktgassen ledes op gennem de nedad ledte carbonholdige materialer og modstrømsvarmeveksler hermed for at initiere pyrolyse af de indkommende materialer og frembringe et kondensabelt produkt og et ikke-kondensabelt produkt, 25 d) at råproduktgassen og det ikke-kondensable produkt fjernes fra toppen af det primære kammer og indføres i det sekundære kammer, e) at det kondensable produkt sammen med de nedad ledte, carbonholdige materialer ledes tilbage mod 30 bunden af det primære kammer, f) at en anden lysbuezone opretholdes ved toppen af lejet af hvidglødende koks, g) at råproduktgassen udsættes for de elektro-termiske og fotokemiske effekter af den anden lysbuezo- 35 ne, og DK 172824 B1 6 h) at råproduktgassen og det ikke-kondensable produkt ledes gennem lejet af hvidglødende koks 1 det andet kammer for at frembringe en raffineret produktgas i omfattende hovedsagelig hydrogen og carbonmonoxid.

5 Når en kontinuert lysbue opretholdes mellem elektroderne, skaber lysbuens intense varme en "lysbuelomme" 1 ladningen ved lysbuezonen, hvorved den j nedad fremførte ladning ved lommens periferi samt gas serne og dampen i lommen udsættes for termisk og foto-10 kemisk effekt fra lysbuen.

De resulterende reaktioner, som optræder i lysbuezonen og i den nedre del af ladningen, frembringer en råproduktgas, som stiger op gennem den nedad glidende ladning, hvormed den modstrømsvarmeveksler, således 15 at de tidlige pyrolysetrin begynder ca. midt i ladningens højde. Produkter af partiel pyrolyse tilføjes således de opad strømmende gasser. Pyrolyseprodukterne omfatter brændbare gasser, carbondioxid og kondensable produkter indbefattende tjære og gummi. Tjæren og gum-20 mien aflej res på de kolde, indkommende ladningspartikler og føres tilbage til reaktionszonerne længere nede i reaktoren. De ikke-kondensable, gasformige produkter og carbondioxiden passerer helt Igennem ladningen og bliver del af råproduktgassen, som fjernes fra toppen 25 af den primære reaktor.

Råproduktgassen ledes derefter ind i toppen af en sekundær reaktor, i hvilken der er en ladning koks.

Råproduktgassen fra den primære reaktor udsættes først for elektrotermiske og fotokemiske effekter fra 30 lysbuen og passerer derefter ned gennem den hvidglødende koksladning for yderligere reaktion og efterfølgende fjernelse fra bunden af den sekundære reaktor i form af en renset produktgas omfattende i det væsentlige hydrogen, carbonmonoxid og methan.

DK 172824 B1 7

Formålet med opfindelsen opnås endvidere ved et apparat til fremstilling af brændbare, gasformige produkter omfattende hovedsageligt carbonmonoxid og hydrogen, ud fra carbonholdige materialer, omfattende en 5 primær reaktor med et lodret reaktionskammer, et par elektroder ved bunden af kammeret til at danne en elektrisk lysbuezone af tilstrækkelig intensitet til elek-trotermisk og fotokemisk at aktivere en forgasning af det carbonholdige materiale, et vandreservoir anbragt 10 under lysbuezonen, og organer til at lægge et elektrisk potential over elektroderne i den primære reaktor, hvilket apparat er særegent ved organer anbragt ved toppen af kammeret for at opretholde et i det væsentlige konstant volumenniveau af carbonholdigt materiale i 15 kammeret, en sekundær reaktor med et reaktionskammer og indeholdende et koksleje anbragt i kammeret, en elektrode, som strækker sig gennem toppen af kammeret og er adskilt fra kokslejet for at danne en lysbue med dette, og en elektrode anbragt ved bunden af kammeret i elek-20 trisk forbindelse med kokslejet, organer til at lægge et elektrisk potential over elektroderne i den. sekundære reaktor, en ledning til fjernelse af råproduktgas fra toppen af den primære reaktor og indføring af gassen i toppen af den sekundære reaktor, og en ledning 25 til fjernelse af raffineret produktgas fra bunden af den sekundære reaktor.

Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel under henvisning til tegningen, der skematisk viser et apparat 30 til praktisk udøvelse af en foretrukket udførelsesform for opfindelsen.

Ifølge udførelsesformen for opfindelsen udsættes en tilførsel af ensartede eller varierende carbonhol- DK 172824 B1 8 dige affaldsmaterialer for en lysbue, som bevirker termisk og fotokemisk nedbrydning af materialerne. Lysbuen har tilstrækkelig intensitet til at bevirke dannelse af i radikaler ved homolytisk spaltning af bindinger. Mate- ! 5 rialerne indeholder carbonhydrider, carbohydrater og en i rigelig mængde vand. Alle disse molekyler homolyseres til radikaler, idet vandhomolyse er en af de mest dominerende reaktioner baseret på det store hydrogengas-indhold i produktgassen. Vandhomolysereaktionen danner 10 hydroxyradikaler og hydrogenatomer som vist ved følgende ligning: H20 + hv H° + HO°

Denne reaktion frembringer et effektivt reduktionsmiddel i form af hydrogenatomet og et effektivt 15 oxideringsmiddel i form af hydroxyradikalet. Begge disse radikaler reagerer hurtigt med det carbonholdige materiale og danner yderligere radikaler. Nettoresultatet af disse reaktioner er omdannelse af tilførslens car-bonhydrid- og carbohydratmaterialer med relativt høje 20 molekylvægte til gasformige produkter med lav molekylvægt, primært carbonmonoxid og molekylær hydrogen. Dette sker gennem spaltning af bindinger mellem carbonato-mer i materialerne og dannelse af bindinger mellem carbon- og oxygenatomer og mellem to hydrogenatomer.

25 Et andet vigtigt aspekt af opfindelsen ligger i kemiens kædereaktionsnatur. De radikaler, som indledningsvis dannes af lysbuen, danner igen yderligere radikaler ved reaktion med tilførselsmaterialerne i en kædereaktion. Det er sådanne radikalers natur, at de er 30 i stand til ikke kun at reagere med tilførselsmaterialerne for at danne nye radikaler, men også kan reagere indbyrdes. Kombinationen af to hydrogenatomer til dannelse af et hydrogenmolekyle er repræsentativ for ra- t i DK 172824 B1 9 dikalkombinationsprocessen, som igen resulterer i en nettoreduktion af antallet af radikaler.

Den samlede proces kan opdeles i tre trin omfattende begyndelsestrinnet, hvor antallet af radikaler 5 er stigende, forplantningstrinnet, hvor antallet af radikaler forbliver 1 det væsentlige konstant selvom radikalernes natur kan ændres, og afslutningstrinnet, hvor antallet af radikaler falder. Under udøvelsen af opfindelsen optræder begyndelsestrinnet i lysbuezonen, 10 hvor lys og elektrotermisk energi tilvejebragt af lysbuen bevirker, at kemiske bindinger i tilførselsmate-rialerne og vandmolekyler spaltes under produktionen af radikaler. Disse radikaler vil reagere med andre tilførselsmolekyler til dannelse af endnu flere radikaler 15 og bevirke spaltning af flere kemiske bindinger i forplantningstrinnet, indtil materialerne er reduceret til relativt små molekyler. Når materialerne erforbrugt ved omdannelse til sammensætninger med lavere molekylvægt, falder dannelseshastigheden for nye radikaler.

20 Radikalerne forbruges ved rekombination, hvorved bevir-kes produktdannelse i afslutningstrinnet.

Tegningen viser skematisk et apparat 1, som anvendes i praksis i forbindelse med en foretrukket udførelsesform for opfindelsen. Apparatet l omfatter en 25 primær reaktor 3 omfattende et ydre stålhylster 5 og en indre foring 7 af ildfaste mursten eller lignende materiale, som tilsammen afgrænser et reaktlonskånimer 9 med en lodret udformning. Bunden af kammeret 9 danner et reservoir 10, som holdes fyldt med en regu-30 leret mængde vand 11 ved hjælp af en vandforsynings-ledning 13 med en ventil. En udløbsport 15 med en ventil er ligeledes tilvejebragt i bunden af kammeret 9 for fjernelse af aske. Et par over for hinanden an- DK 172824 B1 10 bragte carbonelektroder 17 og 19 bæres med mulighed for glidning i passende halse henholdsvis 21 og 23, således at tilsvarende ender af elektroderne 17 og 19 ! er placeret i kammeret 9 og lige over overfladen af 5 vandet 11. Halsene 21 og 23 er forsynet med passende i j gastætninger. Elektroderne 17 og 19 er forsynet med hver sin elektriske forbindelse 25 og 29 for forbindelse med en passende elektrisk kraftkilde. Toppartiet af reaktionskammeret 19 er udstyret med en ladnings-10 mekanisme 30 omfattende en tilførselstragt 31, som modtager og fremfører carbonholdige materialer 33 til kammeret 9 ved hjælp af en passende transportør 35 såsom en snegl eller lignende indeholdt i en kanal 36.

Mekanismen 30 drives ved hjælp af en motor 37, som 15 igen styres af en føler 39 anbragt på en passende position nær toppartiet af kammeret 9. Føleren 39 kan være af enhver kendt art, som er egnet til udøvelse af opfindelsen som beskrevet heri. På denne måde kan det ønskede niveau af carbonholdigt materiale 33 tilført 20 kammeret 9 overvåges konstant ved hjælp af føleren 39 og vedligeholdes ved hjælp af mekanismen 30.

Tragten 31, transportøren 35 og kanalen 36 afgrænser samlet en gastætning, når materialer 33 er indeholdt og komprimeret i dem.

25 Den primære reaktor 3 omfatter også en udløbs ledning 41 for råproduktgas. Råproduktgassen, som dannes i reaktoren 3 ledes gennem ledningen 41 til toppen af en sekundær reaktor 45, som svarer til reaktoren 3 i konstruktion og udformning. Den sekun-30 dære reaktor 45 kan også omfatte et ydre stålhylster 47 og en indre foring af ildfast mursten, som tilsammen afgrænser et reaktionskammer 51 med en lodret - H konfiguration.

DK 172824 B1 11

Toppen af den sekundære reaktor 45 er udstyret med en enkelt carbonelektrode 53, som er monteret med mulighed for glidning i en passende, gastæt hals 55 således, at enden af elektroden 53 kan placeres 1 5 kammeret 51 i et ønsket niveau. Toppen af reaktoren 45 er også forsynet med en ladningsmekanisme 56 omfattende en tragt 57 og en passende transportør 59 drevet ved hjælp af en motor 61. I dette tilfælde,bør tragten 57 omfatte et passende lukkesystem for til-10 vejebringelse af en gastætning, således at gas forhindres 1 at undslippe gennem mekanismen 56, navnlig under ladningsoperation. Tragten 57 fyldes med koks som ledes ind i kammeret 51, således at et leje af koks 63 med et konstant højdeniveau kan opretholdes i kam-15 meret 51. Som vist er enden af elektroden 53 anbragt en ønsket afstand fra det øvre niveau af kokslejet 63 for at tillade dannelsen af en lysbue mellem dem, som det skal beskrives nedenfor.

Bundpartiet af reaktoren 45 har en klods 65 20 af carbonmateriale, som er anbragt i elektrisk kontakt med kokslejet 63, Carbonklodsen 65 holdes på plads og er elektrisk jordet ved hjælp af en metalkonsol 67 og en passende jordforbindelse 68. På samme måde har elektroden 53 en elektrisk forbindelse 69. Når et 25 elektrisk potential påføres over forbindelserne 67 og 69 ved hjælp af en passende, elektrisk kraftkilde, vil en lysbue dannes mellem enden af elektroden 53 i kammeret 51 og toppen af kokslejet 63. Samtidig vil modstandsopvarmning optræde i hele højden af kokslejet 30 63. En udløbsledning 71 for produktgas er tilveje bragt i bundpartiet af reaktoren 45 til fjernelse af raffinerede, brandbare gasser fra denne. Ledningen 71 er fortrinsvis forsynet med en passende styreventil DK 172824 B1 12 73. En udløbsport 75 med en ventil er også tilvejebragt i den nederste del af reaktoren 45 for fjernelse af aske.

Reaktorerne 3 og 45 er skematisk vist båret i 5 oprejst position ved hjælp af metalben henholdsvis 77 ! og 79 eller ved andre passende og kendte midler.

Udøvelsen af opfindelsen ved drift af apparatet 1 skal nu beskrives med henvisning til tegningen. Ladningsmekanismen 30 anvendes til at lade og opretholde 10 et ønsket niveau af carbonholdigt materiale 33 i reaktionskammeret 9 af den primære reaktor . 3. Når materialerne 33 forbruges under reaktionen, aktiverer føleren 39 ladningsmekanismen 30 for at efterfylde materialet 33 således, at der altid opretholdes et 15 konstant niveau af dette i kammeret 9. Tilstedeværelsen af materiale 33 i tragten 31 og kanalen 36 af mekanismen 30 tjener til dannelse af en gastætning, hvorved reaktionsgasserne forhindres i at undslippe gennem mekanismen 30. Niveauet af vand li i bunden 20 af kammeret 9 opretholdes ca. l til 3 tommer (2,5 til 7,5 cm) under lysbuen, som etableres mellem de overfor hinanden værende ender af elektroderne 17 og 19, og dette niveau opretholdes ved hjælp af forsyningsledningen 13 efterhånden som vandet fordampes af lys-25 buen.

Forgasningsreaktionen indledes ved over de elektriske forbindelser 25 og 29 at påtrykke et elektrisk potential i området ca. 40 til ca. 120 V, hvilket, når det opretholdes over elektroderne 17 og 19 tilveje-30 bringer en kontinuert lysbue mellem disse. Den intense varme fra lysbuen skaber og opretholder en lysbuezone afgrænset af en "lysbuelomme", der generelt er vist ved P på tegningen, i ladningen af materialer 33. Materia- ni Ί

I I

DK 172824 B1 13 lerne 33 ved periferien af lommen P og de gasser og dampe, som dannes i lommen P, udsættes for den resulterende termiske og fotokemiske effekt fra lysbuen.

Lysbuen udstråler høj intensitetslys i bølgelængdeområ-5 det fra 100 nm til 600 nm, hvorved skabes lysbueeffekter, som er tilstrækkelig energirige til at bevirke dannelsen af radikaler ved homolytisk bindingsspaltning på den tidligere beskrevne måde.

Ud over de carbonhybrider og carbohydrater, som 10 findes i materialerne 33, er der også en rigelig mængde vand 11 fordampet fra reservoiret 10 i bunden af kammeret 9, idet vandhomolyse er en af de dominerende reaktioner i lysbuelommen P og resulterer i dannelsen af hydroxyradikaler og hydrogenatomer i-15 følge den tidligere omtalte reaktionsligning. Hydroxy-radikalet, som er et potent oxideringsmiddel og hydrogenatomet, der er et potent reduktionsmiddel virker som arter, der reagerer hurtigt med varme carbonholdige materialer 33 til dannelsen af yderligere radikaler.

20 Disse radikaler tager igen del i kædereaktioner, der i de tre successive, tidligere beskrevne trin tjener til dannelse af nye og mindre molekyler ved spaltning af carbonbindinger. Nettoresultatet er næsten komplet nedbrydning og omdannelse af de carbonholdige materialer 25 33 til den enkle carbonsammensætning carbonmonoxid (CO). Hydrogenatomer involveret i processen kombineres til dannelse af hydrogenmolekyler.

Disse reaktioner finder sted i den nedre del af kammeret 9, mod hvilken materialer 33 kontinuerligt 30 ledes, medens de forbruges. De af lysbuen frembragte gasser stiger op gennem det nedad strømmende materiale 33 og modstrømsvarmeveksler med dette, hvorved det tidlige trin af pyrolyseprocessen initieres ca. midt i DK 172824 B1 14 materialerne 33 i kammeret 9. Produkterne af pyro-lyseprocessen omfatter carbondioxid, tjære og gummi, som er tilbøjeligt til at aflej res på de kolde indkommende materialer 33. Den resulterende råprodukt-! 5 gas fra den primære reaktor 3, der samles i toppen af 1 kammeret 9 Indeholder i aftagende mængdeorden: hydro gen, carbonmonoxid, carbondioxid, methan og spor af c2 til C6-carbonhydridsammensætninger. Yderligere medfører produktgassen typisk de mængder tjære og gummi, som 10 ikke er genaflejret på de kolde, indkommende materialer 33, og kan endvidere medføre fine, indkommende partikler af materialer 33 fra ladningsmekanismen 30.

Den råproduktgas, som dannes i den primære reak-= tor 3 er generelt uegnet til direkte anvendelse på 15 grund af dens høje (ca. 10 mol%) indhold af carbondioxid, tjære- og gummiindhold, og medførte, fine partikler af carbonholdige materialer 33. For eksempel er en typisk råproduktgas fra den primære reaktor 3 drevet med træaffald som hovedtilførslen af carbonholdige 20 materialer 33 sammensat af følgende komponenter: KOMPONENT Mol%

Hydrogen 44,16

Carbonmonoxid 38,28 25 Carbondioxid 11,64

Methan 5,28

Ethan 0,18

Propan 0,18

Nitrogen 0,09 30 Isobutan 0,07

Hexaner og højere o,12 100,00 ; 1 DK 172824 B1 15

Det beregnede bruttoenergiIndhold i den ovennævnte råproduktgas er ca. 350 kJ, hvilket kvalificerer . den som en mediumenergiholdig brændselsgas. Raffinering af denne råproduktgas opnås ved at fjerne gassen 5 fra toppen af kammeret 9 gennem udløbsledningen 41 og sende gassen ind i toppen af den sekundære reaktor 45. Et leje af kokspartikler 63 opretholdes i et konstant niveau i reaktionskammeret 51 af reaktoren 45. Når et elektrisk potential i området ca. 40 til 10 ca. 120 V lægges over de elektriske forbindelser 67 og 69 af henholdsvis carbonklodsen 65 og elektroden 53, opretholdes en kontinuert lysbue mellem enden af elektroden 53 og toppen af kokslejet 63 samtidig med modstandsopvarmning i resten af kokslejet 63. Dette 15 bevirker, at lejet 63 opvarmes så det er hvidglødende. Råproduktgassen fra ledningen 41 modtages i kammeret 51 og udsættes først for de elektrotermiske og fotokemiske effekter fra lysbuen og passerer derefter ned gennem det hvidglødende koksleje 63 for yder-20 ligere reaktion. Dette resulterer i en reduktion af carbondioxidindholdet til ca. det halve af den oprinde-' lige procentandel eller mindre, idet den carbon, som tager del i denne reaktion udledes fra nedbrydningen af den tjære og gummi og de fine partikler af carbonholdi-25 ge materialer, som indeholdes i råproduktgassen fra den primære reaktor 3 og ligeledes fra det hvidglødende koksleje 63. Den raffinerede produktgas fra reaktoren 45 fjernes gennem udløbsledningen 71 for oplagring og anvendelse. Sammensætningen af den raffinerede 30 produktgas med træaffald som tilførselsmateriale har vist sig at omfatte følgende: 16 DK 172824 B1 KOMPONENT Mol%

Hydrogen 64,49 i Carbonmonoxid 26,33 I Carbondioxid 5,72 i 5 Methan 2,38 ! Ethan 0,10

Propan 0,05

Nitrogen 0,90

Isobutan 0,01 10 Hexaner og højere o,02 100,00

Ud over det ovennævnte, er udført andre forsøg med apparatet l under anvendelse af automobildæk og 15 petroleumskoks, som det væsentligste, carbonholdige materiale 33, hvilket resulterede i raffinerede produktgasser med de følgende sammensætninger:

KOMPONENT AUTOMOBILDÆK PETROLEUMSKOKS

(Mol%1 (Mol%)_ 20 Hydrogen 51,48 43,78

Carbonmonoxid 32,92 47,76

Carbondioxid 3,04 5,71

Methan 8,49 0,31

Ethan 2,22 0,02 25 propan 0,45 1,10

Nitrogen 0,35 1,04

Isobutan 0,75 0,20

Hexaner og højere 0,30 0,08 100,00 100,00 30 C02-indholdet af produktgassen sænkes i den sekundære reaktor 45 ifølge følgende kemiske reaktion: '1 —i DK 172824 B1 17

C02 + C 2CO

Som tidligere anført, kan carbon til denne reaktion udledes fra tjæren, gummien og de fine medførte 5 partikler af carbonholdigt materiale 33 i råproduktgassen fra den primære reaktor 3 eller fra det hvidglødende koksleje 63 i den sekundære reaktor 45. De elektrotermiske og fotokemiske effekter fra lysbuen tilvejebringer aktiveringen af vanddamp og organiske 10 radikaler. Disse aktiverede arter og det hvidglødende koksleje 63 tager del i de endelige raffineringsreaktioner i reaktoren 45, hvilket giver en raffineret produktgas, som i det væsentlige omfatter hydrogen og carbonmonoxid med små indhold af C02, CH4 og mindre 15 indhold af andre bestanddele såsom C2- til Cg-carbon-hydridsamrnensætninger. Den sekundære reaktor 45 virker derfor som en raffineringsenhed til at tilvejebringe en raffineret produktgas, der er egnet som en rent brændende, mediumenergiholdig brændselsgas eller som en 20 syntetisk gas til kemisk industrianvendelse.

Opfindelsen er endvidere anvendelig til behandling og nedbrydning af farligt affald, hospitalsaffald og forskellige typer af kemiske affaldsmaterialer. Sådanne tilførselsmaterialer vil undergå sammen grad af 25 destruktiv nedbrydning som de ovenfor beskrevne materialer. Til særligt farlige affaldsmaterialer kan en tertiær reaktor forbindes i serie med den sekundære reaktor 45 for yderligere raffinering. En sådan tertiær reaktor skal have samme strukturelle og funk-30 tionelle karakteristika som den sekundære reaktor 45 og skal modtage den Indkommende produktgas fra udløbsledningen 71 fra reaktoren 45. Den tertiære reaktor kan anvendes som et ekstra sikkerhedsaggregat til DK 172824 B1 18 nedbrydning af resterende farlige sammensætninger, som detekteres af passende overvågningsaggregater i udløbsledningen 71 fra reaktoren 45.

i vandbalancen er en vigtig faktor i driften af ' 5 apparatet 1. Eksempelvis indeholder træaffald som kul- i . stofholdigt tilførselsmateriale sædvanligvis op til 55% vand, en mængde som langt overstiger den støkiometrisk krævede mængde til effektiv forgasning. Følge-' ligt kan træaffald tørres forud for indførslen i appa- 10 ratet 1. Ellers kan koksforbruget i den sekundære reaktor 45 blive større end ønsket. Lignende betragtninger vil også gælde for affaldsafledt brændsel (RDF). Når endvidere kul med stort svovlindhold forgasses, optræder svovlen i produktgassen som hydrogen-15 sulfid, som kan fjernes fra gassen ved konventionelle propesser til dannelse af et kommercielt syovlbipro-dukt. Den behandlede gas er et rent brændende brændstof egnet til forbrænding i kraftværker. På denne måde tilvejebringer opfindelsen et effektivt middel til 20 behandling af kul med stort svovlindhold, idet omkostningerne ved konventionel røggasbehandling og forurening af omgivelserne reduceres signifikant eller elimineres.

i |

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af brændbare, gasformige produkter omfattende hovedsageligt hydrogen og carbonmonoxid, ud fra carbonholdige materialer, omfattende trinnene: 5 a) at der tilvejebringes et primært reaktions kammer (9) og opretholdes en første lysbuezone (P) ved bunden af dette primære kammer (9), at der tilvejebringes en kilde til vand i lysbuezonen, og at der tilvejebringes i det mindste et sekundært reaktionskammer (51) 10 indeholdende et leje (63) af hvidglødende koks, hvor hvert kammer (9,51) har en lodret konfiguration, b) at carbonholdige materialer (33) lades ind 1 toppen af det primære kammer (9), og at de carbonholdige materialer (33) kontinuerligt ledes nedad gennem det 15 primære kammer (9) og ind i lysbuezonen (P) for elek-trotermisk og fotokemisk at aktivere en forgasning af materialerne (33) og fremstille en råproduktgas af dem, kendetegnet ved, c) at et i det væsentlige konstant volumenniveau 20 af carbonholdigt materiale (33) opretholdes over den første lysbuezone (P) i kammeret (9), og at råproduktgassen ledes op gennem de nedad ledte carbonholdige materialer (33) og modstrømsvarmeveksler hermed for at initiere pyrolyse af de indkommende materialer (33) og 25 frembringe et kondensabelt produkt og et ikke-kondensa-belt produkt, d) at råproduktgassen og det ikke-kondensable produkt fjernes fra toppen af det primære kammer (9) og indføres i det sekundære kammer (51), 30 e) at det kondensable produkt sammen méd dé ned ad ledte, carbonholdige materialer (33) ledes tilbage mod bunden af det primære kammer (9), DK 172824 B1 20 f) at en anden lysbuezone opretholdes ved toppen af lejet (63) af hvidglødende koks, g) at råproduktgassen udsættes for de elektrotermiske og fotokemiske effekter af den anden lysbuezo- 5 ne, og h) at råproduktgassen og det ikke-kondensable produkt ledes gennem lejet (63) af hvidglødende koks i det andet kammer (51) for at frembringe en raffineret produktgas omfattende hovedsagelig hydrogen og carbon- 10 monoxid.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kokslejet (63) i det andet reaktorkammer (51) opvarmes til hvidglødende tilstand ved en kombination af lysbueopvarmning og elektrisk mod- 15 standsopvarmning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav l eller 2, kendetegnet ved, at kokslejet (63) opretholdes i et i det væsentlige konstant volumenniveau i det andet kammer (51).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kende tegnet ved, at der tilvejebringes en tertiær reaktor med en vertikal konfiguration og indeholdende et leje af hvidglødende koks, og at den raffinerede produktgas fra det andet reaktorkammer (51) ledes gennem 25 det hvidglødende koksleje i den tertiære reaktor for at frembringe en slutproduktgas,

5. Apparat til fremstilling af brændbare, gas-formige produkter ifølge krav 1 omfattende hovedsageligt carbonmonoxid og hydrogen, ud fra carbonholdige 30 materialer (33), omfattende en primær reaktor (3) med et lodret reaktionskammer (9), et par elektroder (17, 19. ved bunden af kammeret (9) til at danne en elektrisk lysbuezone (P) af tilstrækkelig intensitet til f 1 * j DK 172824 B1 21 elektrotermisk og fotokemisk at aktivere en forgasning af det carbonholdige materiale (33), et vandreservoir (11) anbragt under lysbuezonen (P), og organer (25, 29) til at lægge et elektrisk potential over elektroderne 5 (17, 19) i den primære reaktor (3), kendeteg ne t ved organer (30, 39) anbragt ved toppen af kammeret (9) for at opretholde et i det væsentlige konstant volumenniveau af carbonholdigt materiale (33) i kammeret (9), en sekundær reaktor (45) med et reak-10 tionskammer (51) og indeholdende et koksleje (63) anbragt i kammeret (51), en elektrode (53), som strækker sig gennem toppen af kammeret (51) og er adskilt fra kokslejet (63) for at danne en lysbue med dette, og en elektrode (65) anbragt ved bunden af kammeret (51) i 15 elektrisk forbindelse med kokslejet (63), organer (68, 69. til at lægge et elektrisk potential over elektroderne (53, 65) i den sekundære reaktor (45), en ledning (41) til fjernelse af råproduktgas fra toppen af den primære reaktor (3) og indføring af gassen i toppen af 20 den sekundære reaktor (45), og en ledning (71) til fjernelse af raffineret produktgas fra bunden af den sekundære reaktor (45).

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at organerne til opretholdelse af et i det væsent- 25 lige konstant volumenniveau af carbonholdigt materiale (33) i den primære reaktor (3) omfatter en ladningsmekanisme (30) for indførsel af carbonholdige materialer (33) i toppen af den primære reaktor (3), og organer (39) til at måle volumenniveauet af carbonholdigt mate-30 riale (33) i reaktionskammeret (9) og aktivere ladningsmekanismen (30), når niveauet er under en forudbestemt værdi.

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved organer (56) til at opretholde koksle- DK 172824 B1 22 jet (63) i den sekundære reaktor (45) på et i det væsentlige konstant volumenniveau. S