PL192233B1 - Reaktor zgazowywania węgla - Google Patents

Abstract

Reaktor zgazowywania węgla znamienny tym, że w korpusie reaktora (1) są promieniście usytuowane długie otwory - kanały, budujące komory podgrzewania (2) i komory przemian chemicznych (4, 6) dla dostarczanej do niego pod ciśnieniem emulsji wodnej pyłu węglowego. Palnik wodorowy (20) jest osadzony w centralnym kanale korpusu reaktora (1), obsada palnika (19), która zamyka go jednostronnie buduje komorę spalania (8), z której jego spaliny są zawracane krotnie kierownicami (9, 10) do kanałów grzewczych w korpusie reaktora. Palnik wodorowy (20) pobiera wodór do spalania w komorze spalania (8), pozyskiwany w reaktorze zgazowywania węgla. Reaktor posiada odrzutnik (13) smolistych pozostałości procesów przemian chemicznych węgla (kamiennego, brunatnego), osadzony na korpusie reaktora (1), a napędzany gazami przemian z reaktora oraz turbiną spalinową (25) napędzaną spalinami z palnika wodorowego (20).

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor zgazowywania węgla w postaci pyłu węglowego, w celu pozyskania wodoru dla jego spalania w układach grzewczych, turbinach spalinowych, silnikach spalinowych spalania wewnętrznego i zewnętrznego i innych urządzeniach jak np. ogniwa elektryczne.

Znane metody pozyskiwania wodoru np. przez proces elektrolizy wody, wymaga zużycia dużej ilości energii elektrycznej powodujące wysoki koszt tego procesu i praktycznie nie jest on stosowany dla celów gospodarczych pozyskiwania energii użytkowej - przez spalanie wodoru.

Znany „Układ zasilania silnika spalinowego pyłem węglowym i wodą”. Pat. - 165717, wykorzystuje tylko część energii cieplnej gazów spalinowych silnika spalinowego i jest z nim zintegrowany, jednak duża ilość energii procesów chemicznych pozyskiwania wodoru w szczególności procesu egzotermicznego jest rozpraszana.

Rozwiązanie konstrukcyjne reaktora (niezintegrowanego z silnikiem spalinowym) przedstawione tym wynalazkiem wykorzystuje energię egzotermicznych procesów chemicznych zgazowywania węgla na wodór, a energia ciepła z palnika wodorowego, to jest ciepła gazów - produktów spalania wodoru dla dostarczenia ciepła do procesów endotermicznej przemiany chemicznej, dzięki zwrotnym przepływom w reaktorze jest sprawniej wykorzystywana.

Reaktor zgazowywania węgla będący przedmiotem wynalazku umożliwia transportowanie emulsji wodnej pyłu węglowego pod korzystnym niskim ciśnieniem około 0.2 -0.3 MPa oraz zabezpiecza korzystną temperaturę (około 450°C) dla zgazowywania węgla na wodór i tlenek węgla, a to skutkuje dalej wysoką sprawnością pozyskiwania wodoru. Kanały reaktora, w których przebiega egzotermiczny proces przemiany tlenku węgla na wodór, usytuowane w pobliżu kanałów, w których znajduje się emulsja wodna pyłu węglowego oddają ciepło do jej podgrzania, a to również pomniejsza straty ciepła rozpraszanego w procesie pozyskiwania wodoru.

Zgazowywanie węgla na wodór w reaktorze będącym przedmiotem wynalazku umożliwia praktycznie i ekologicznie uzyskanie energii cieplnej i mechanicznej z pierwotnego nośnika energii - węgla przez „czyste” spalanie pozyskanego wodoru lub wykorzystania jego dla innych procesów przetwarzania energii np. ogniw elektrycznych.

Przedstawione rozwiązanie reaktora zgazowywania węgla według wynalazku zgodnie z rysunkiem 1 składa się:

- z korpusu reaktora 1 posiadającego kanały wzdłużne 2 stanowiące komory podgrzewania emulsji wodnej pyłu węglowego, które są połączone poprzez poprzeczne otwory z dyszami regulacyjnymi 3 do wzdłużnych kanałów 4 tworzących komory pierwszej endotermicznej przemiany węgla w wodór i tlenek węgla, dalej połączone poprzecznymi otworami 5 z wzdłużnymi kanałami 6, które budują komory drugiej przemiany chemicznej łączenia tlenku węgla i pary wodnej dla pozyskiwania wodoru oraz z przewodów 7 wyprowadzających z korpusu 1 produkty procesów chemicznych przemian węgla w wodór;

-z odrzutnika 13 połączonego przewodem 14 ze zbiornikiem wodoru 15i dodatkowo przewodem 16z tymże zbiornikiem;

- palnika wodorowego 20 wbudowanego w obsadę 19 zamykającą wewnętrzną przestrzeń 8 w korpusie 1, który pobiera wodór ze zbiornika 15 przewodem 21 z otworem w iniekcyjnej dyszy, a powietrze przewodem 22 ze sprężarki powietrza 23 osadzonej na korpusie 1;

- komory spalania 8 - centralnej wewnętrznej przestrzeni w korpusie 1 zakończonej czaszą powrotną 9 korpusu; dalej kanałów powrotnych 10 zamykanych przestrzenią pod czaszą denka obsady palnika 19, skąd zawrócone spalmy palnika przewodem 24 docierają do turbiny spalinowej 25, o wspólnej osi 18ze sprężarką 23 i odrzutnikiem 13 łożyskowanej na korpusie 1.

Działanie reaktora zgazowywania węgla jest następujące:

Emulsja wodna pyłu węglowego dostarczana jest do korpusu reaktora 1w jego kanały wzdłużne 2 ze zbiornika 11 za pomocą pompy 17 (lub ciśnienia w zbiorniku) przez przewód 12pod ciśnieniem, gdzie jest podgrzewana i odparowywana przede wszystkim ciepłem egzotermicznej reakcji procesów chemicznych w kanałach 6 dalej swoim ciśnieniem przepływa przez dysze regulacyjne 3do kanałów 4, które budują komory pierwszego procesu chemicznej przemiany węgla w gaz.

Ciepło niezbędne do przemiany procesowej dostarczane jest z palnika wodorowego 20 poprzez ścianki komory spalania 8do emulsji w kanalikach 4 tak, aby temperatura wynosiła ok. 450°C. Produkty przemiany chemicznej z kanalików 4 (wodór, tlenek węgla, para wodna) przepływają poprzez otworki 5 poprzeczne do kanałów 6 wzdłużnych w korpusie 1, tworzących komory przemian egzoterPL 192 233 B1 micznych tlenku węgla z parą wodną a produkty tego procesu wraz z smolistymi pozostałości, przewodem 7 wyprowadzane są do odrzutnika 13, dalej do wody z absorberami chemicznymi w zbiorniku wodoru 15. Smoliste pozostałości procesu uwodoryzowania węgla, odwirowywane w odrzutniku 13 poprzez przewód 16 są doprowadzone do dna zbiornika 15.

Płomień z palnika wodorowego 20 dostarcza ciepło przede wszystkim przewodzeniem do ścianek komory spalania 8, dalej kanałów 4, a jego spaliny o wysokiej temperaturze zawracane są czaszą 9 w korpusie reaktora do kanałów powrotnych 10 oddając przewodzeniem ciepło dodatkowo do kanałów 4 dla potrzeby spowodowania przebiegu endotermicznej przemiany chemicznej zgazowania węgla na wodór i tlenek węgla.

Dalszy bieg spalin z palnika wodorowego zawracany jest czaszą obsady denka palnika 19 do przewodów 24 połączonych z turbiną gazową 25 dostarczając energii gorących spalin do jej napędu. Wspólna oś 18 turbiny gazowej 25z odrzutnikiem 13 i sprężarka powietrza 23 stanowi przeniesienie napędu tak dla odrzutnika 13 jak i sprężarki 23 dostarczającej powietrze przewodem 22do palnika 20.

Pobór wodoru przewodem 21 ze zbiornika wodoru 15dla jego spalania w palniku 20 oraz dla urządzeń grzewczych, turbin, silników czy też do ogniw elektrycznych może być powodowany prężnością gazów w zbiorniku.

Claims (4)

1. Reaktor zgazowywania węgla, znamienny tym, że w korpusie reaktora (1)są promieniście usytuowane kanały wzdłużne (2) stanowiące komory podgrzewania emulsji wodnej pyłu węglowego połączone poprzez dysze regulacyjne (3) do wzdłużnych kanałów (4), tworzące komory pierwszej endotermicznej przemiany węgla w wodór i tlenek węgla, dalej połączone poprzecznymi otworami (5) z wzdłużnymi kanałami (6), które budują komory drugiej przemiany chemicznej - tlenku węgla i pary wodnej w wodór oraz jego wyprowadzenia przez przewody (7)do odrzutnika odśrodkowego (13) pędzonego turbiną (25) osadzoną na wale (18) w korpusie (1) dla odwirowania smolistych produktów procesów chemicznych przemian węgla w wodór, wyprowadzanych przewodem (14) do zbiornika (15).

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik wodorowy (20) jest osadzony centralnie w korpusie reaktora (1) za pomocą obsady (19) zamykającej jednostronnie komorę spalania (8) do której podawany jest wodór przewodem (21) ze zbiornika (15) do zwężki palnika wodorowego a powietrze przewodem (22) ze sprężarki (23).

3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zbiornik (11) dla przechowywania emulsji wodnej pyłu węglowego pod ciśnieniem a podawanej przez przewód (12) do procesów zgazowywania poprzez pompę emulsji (17).

4. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (15) do którego dostarczane są przewodami (16) i (14) produkty przemian chemicznych w reaktorze (1) jest urządzeniem filtrującym napełnionym płynami absorbującymi.