PL192233B1

PL192233B1 - Coal gasification reactor

Info

Publication number: PL192233B1
Application number: PL338908A
Authority: PL
Inventors: Wiesław Wiatrak
Original assignee: Wiatrak Wieslaw
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2006-09-29
Also published as: PL338908A1

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).Coal gasification reactor characterized by the fact that in the reactor body (1) there are radially located long holes - channels, building heating chambers (2) and chemical transformation chambers (4, 6) for the water emulsion of coal dust supplied to it under pressure. The hydrogen burner (20) is placed in the central channel of the reactor body (1), the burner holder (19), which closes it on one side, builds a combustion chamber (8) from which its exhaust gases are returned through guide vanes (9, 10) to the heating channels in reactor body. The hydrogen burner (20) draws hydrogen for combustion in the combustion chamber (8), obtained in the coal gasification reactor. The reactor has a rejector (13) for tar-like residues of chemical transformation processes of coal (hard, brown), mounted on the reactor body (1), and driven by transformation gases from the reactor and a combustion turbine (25) driven by exhaust gases from the hydrogen burner (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.The subject of the invention is a coal gasification reactor in the form of pulverized coal in order to obtain hydrogen for its combustion in heating systems, combustion turbines, internal and external combustion engines and other devices such as electric cells.

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.Known methods of obtaining hydrogen, e.g. by the water electrolysis process, require the consumption of a large amount of electricity, resulting in a high cost of this process, and it is practically not used for economic purposes of obtaining utility energy - by burning hydrogen.

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.Known "Coal dust and water supply system for combustion engine". Stalemate. - 165717, uses only part of the thermal energy of the combustion engine exhaust gases and is integrated with it, however, a large amount of the energy of the chemical processes of hydrogen production, in particular the exothermic process, is dissipated.

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.The design of the reactor (not integrated with the internal combustion engine) presented by this invention uses the energy of the exothermic chemical processes of coal gasification into hydrogen, and the heat energy from the hydrogen burner, i.e. the heat of gases - products of hydrogen combustion, to provide heat to the endothermic chemical transformation processes, thanks to the reverse flows in the reactor is used more efficiently.

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.The coal gasification reactor according to the invention enables the transport of a water emulsion of pulverized coal at a favorable low pressure of about 0.2-0.3 MPa and provides a favorable temperature (about 450 ° C) for coal gasification into hydrogen and carbon monoxide, which further results in a high efficiency of hydrogen recovery. Reactor channels in which the exothermic process of converting carbon monoxide into hydrogen takes place, located near the channels in which the water emulsion of coal dust is located, give up heat to be heated, which also reduces the loss of heat dissipated in the process of hydrogen production.

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.Gasification of coal to hydrogen in the reactor, which is the subject of the invention, enables practically and ecologically obtaining thermal and mechanical energy from the primary energy carrier - coal by "clean" combustion of the obtained hydrogen or using it for other energy conversion processes, eg electric cells.

Przedstawione rozwiązanie reaktora zgazowywania węgla według wynalazku zgodnie z rysunkiem 1 składa się:The presented solution of the coal gasification reactor according to the invention according to Figure 1 consists of:

- 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;- from the reactor body 1 having longitudinal channels 2 constituting chambers for heating the water emulsion of pulverized coal, which are connected through transverse openings with regulating nozzles 3 to longitudinal channels 4 forming chambers of the first endothermic conversion of carbon into hydrogen and carbon monoxide, further connected by transverse holes 5 with longitudinal channels 6, which build the chambers of the second chemical conversion, combining carbon monoxide and water vapor for obtaining hydrogen, and from the conduits 7 discharging from the body 1 products of chemical processes of transformation of carbon into hydrogen;

-z odrzutnika 13 połączonego przewodem 14 ze zbiornikiem wodoru 15i dodatkowo przewodem 16z tymże zbiornikiem;a slinger 13 connected by a line 14 to the hydrogen tank 15 and additionally by a line 16 to the same tank;

- 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;- a hydrogen burner 20 built into a holder 19 closing the internal space 8 in the body 1, which takes hydrogen from the tank 15 through a line 21 with an opening in the injection nozzle, and air through a line 22 from an air compressor 23 mounted on the body 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.- combustion chambers 8 - the central internal space in the body 1 terminated by the body return canopy 9; then the return channels 10 are closed by the space under the cap of the burner holder 19, from where the returned burner combustion gases reach the exhaust gas turbine 25 through the conduit 24, with a common axis 18 with the compressor 23 and the thrower 13, bearing on the body 1.

Działanie reaktora zgazowywania węgla jest następujące:The operation of the coal gasification reactor is as follows:

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.The water emulsion of pulverized coal is supplied to the reactor body 1 into its longitudinal channels 2 from the tank 11 by means of a pump 17 (or pressure in the tank) through a conduit 12 under pressure, where it is heated and evaporated primarily by the heat of the exothermic reaction of chemical processes in the channels 6, further with its pressure it flows through the regulation nozzles 3 to the channels 4, which constitute the chambers of the first process of chemical conversion of carbon into gas.

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.The heat necessary for the process transformation is supplied from the hydrogen burner 20 through the walls of the combustion chamber 8 to the emulsion in the channels 4 so that the temperature is about 450 ° C. Chemical transformation products from channels 4 (hydrogen, carbon monoxide, water vapor) flow through openings 5 transverse to longitudinal channels 6 in the body 1, creating chambers of exoteric transformation of carbon monoxide with water vapor, and the products of this process together with tarry residues, through the conduit 7 they are led to the slinger 13, then to the water with chemical absorbers in the hydrogen tank 15. The tar residue of the coal hydrogenation process, centrifuged in the repeller 13, via conduit 16, is led to the bottom of the tank 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.The flame from the hydrogen burner 20 supplies heat primarily by conduction to the walls of the combustion chamber 8, then to channels 4, and its high-temperature flue gas is returned through the bowl 9 in the reactor body to the return channels 10 by conduction of heat additionally to the channels 4 to cause endothermic transformation. chemical gasification of coal into hydrogen and carbon monoxide.

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.The further course of the exhaust gas from the hydrogen burner is returned through the burner head support bowl 19 to the conduits 24 connected to the gas turbine 25, supplying hot exhaust gas energy to its drive. The common axis 18 of the gas turbine 25 with the repeller 13 and the air compressor 23 provides the drive for both the repeller 13 and the compressor 23, which supplies air through the conduit 22 to the burner 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.Hydrogen uptake via line 21 from hydrogen tank 15 for its combustion in burner 20 and for heating devices, turbines, motors or electric cells may be caused by gas pressure in the tank.

Claims

Coal gasification reactor, characterized in that in the reactor body (1) there are radially arranged longitudinal channels (2) constituting chambers for heating the water emulsion of coal dust connected through regulation nozzles (3) to the longitudinal channels (4) forming the chambers of the first endothermic transformation carbon into hydrogen and carbon monoxide, further connected by transverse holes (5) with longitudinal channels (6) that build the chambers of the second chemical conversion - carbon monoxide and water vapor into hydrogen and its output through conduits (7) to the centrifugal impeller (13) driven a turbine (25) mounted on the shaft (18) in the body (1) for centrifuging the tar products of chemical processes of the transformation of carbon into hydrogen, led through a conduit (14) to the tank (15).

2. The reactor according to claim The method of claim 1, characterized in that the hydrogen burner (20) is centrally mounted in the reactor body (1) by means of a holder (19) that closes the combustion chamber (8) on one side, to which hydrogen is fed through a line (21) from the tank (15) to the burner orifice hydrogen and air through line (22) from compressor (23).

3. The reactor according to claim The method of claim 1, characterized in that it comprises a reservoir (11) for storing a pressurized water emulsion of pulverized coal fed through a conduit (12) for gasification processes via the emulsion pump (17).

4. The reactor according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the tank (15) to which the products of chemical transformations in the reactor (1) are supplied via lines (16) and (14) is a filtering device filled with absorbing liquids.