Способ получения горючего газа из торфа

Авторы патента:

Сульман Михаил Геннадьевич (RU)

Алферов Вячеслав Валерьевич (RU)

Тимофеев Александр Евгеньевич (RU)

Луговой Юрий Владимирович (RU)

Сульман Эсфирь Михайловна (RU)

Молчанов Владимир Петрович (RU)

Мисников Олег Степанович (RU)

Косивцов Юрий Юрьевич (RU)

C10J3/02 - газификация кускового топлива в неподвижном слое

Владельцы патента RU 2334783:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. Изобретение направлено на снижение стоимости и интенсификацию процесса термической переработки торфа, что достигается тем, что в способе получения горючего газа путем переработки торфа методом пиролиза в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в количестве 2-30% (мас.), а смесь торфа с катализатором гранулируют. При этом в качестве алюмосиликатных материалов используют глинистый мергель, каолиновую, кембрийскую и бентонитовую глины, цеолиты H-Beta-25 и H-MORD. Гранулы целесообразно выполнять размером от 5 до 30 мм и получать их методом скатывания на грануляторах различных типов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 10 табл.

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известен способ переработки торфа, при котором получают газообразную составляющую. Способ осуществляют путем двухступенчатого нагрева торфа. На первой ступени торф высушивают до влажности не более 15% путем его порционной подачи по 350-1050 г/сек и нагрева до температуры 120±5°С. Образовавшийся пар и топочные газы очищают и отводят. На второй ступени твердый остаток нагревают до температуры 520-530°С без доступа кислорода в течение 1-6 сек (RU № 2259385, кл. C10F 7/00, C05F 11/02, 27.08.2005).

Недостатками этого способа являются значительные затраты энергии на сушку и термическую переработку торфа (нагрев до 1050°С).

Прототипом изобретения является способ получения горючего газа из торфа, включающий нагрев торфа с последующей подачей его в зону нагрева паровоздушного дутья по достижении температуры 180-220°С, причем нагрев осуществляют в присутствии палладиевого катализатора на твердом носителе в виде гранул с размером 3-4 мм (RU № 2185418, кл. С10J 3/00, 20.07.2002).

Недостатками прототипа являются использование дорогостоящего палладиевого катализатора, значительные затраты, связанные с эксплуатацией каталитической системы, а также затраты энергии на подачу паровоздушного дутья.

Пиролиз является перспективным низкотемпературным (до 700°С) методом переработки органогенного топлива (торфа) для получения горючего газа, который возможно использовать в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. При этом значительно упрощается конструкция теплогенераторов и котлов без снижения КПД установок, улучшается экологическая обстановка на прилегающих территориях за счет существенного уменьшения выбросов продуктов горения.

Задачей, решаемой при создании изобретения, является снижение энергоемкости процесса получения горючего газа и исключение из процесса дорогостоящего палладиевого катализатора.

Технический результат изобретения - интенсификация и упрощение процесса получения горючего газа из торфа.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в способе получения горючего газа из торфа путем его переработки методом каталитического пиролиза при температуре 400-500°С в присутствии катализатора, который перед нагревом смешивают с торфом и гранулируют, согласно изобретению в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в количестве 2-30% (мас.). При этом в качестве алюмосиликатного материала используют или бентонитовую глину, или глинистый мергель, или кембрийскую глину, или каолиновую глину, или синтетический цеолит H-Beta-25, или синтетический цеолит Н-Mord. Гранулы торфа с алюмосиликатным материалом получают размером от 5 до 30 мм методом окатывания.

Использование алюмосиликатных материалов в качестве катализатора облегчает процесс гранулирования, выступая в роли дополнительного связующего, что позволяет уменьшить количество влаги, необходимой на стадии гранулообразования, и тем самым сократить энергозатраты и время на сушку торфа. Также алюмосиликатные материалы исполняют роль каталитических систем в процессах нагрева, что позволяет снизить температуру проведения указанных процессов и интенсифицировать их. При этом внесение алюмосиликатных минералов меньше 2% не эффективно, а при внесении алюмосиликатов больше 30% происходит снижение выхода горючего газа. Гранулы размера меньше 5 мм и больше 30 мм изготавливать нецелесообразно в связи с трудностью их использования и ухудшением их физико-механических характеристик.

Данное изобретение иллюстрируется следующими диаграммами, где на фиг.1 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от вида катализатора при проведении процесса каталитического пиролиза (концентрация катализатора составляла 30% (мас.); на фиг.2 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от температуры проведения процесса каталитического пиролиза в присутствии бентонитовой глины в концентрации 30%.

Способ получения торфяного газа осуществляется следующим образом.

Предварительно торф смешивают с алюмосиликатным материалом, концентрация которого составляет 2-30% (мас.), после чего смесь гранулировали до получения гранул размером от 5 до 30 мм. Гранулы подвергали пиролизу при температуре 460°С в лабораторной реакторной установке для получения горючего газа.

Пример 1

В экспериментах был использован верховой пушицево-сфагновый торф, как наиболее распространенный в Тверской области. Указанный торф смешивали с бентонитовой глиной таким образом, чтобы концентрация этого катализатора составляла 2% (мас.) от массы навески торфа. Получившуюся массу гранулировали. Навеску гранулированного топлива массой около 2 г подвергали пиролизу в реакторе периодического действия при температуре 460°С и атмосферном давлении. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.1.

Пример 2

Эксперимент в примере 2 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 10% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.2.

Пример 3

Эксперимент в примере 3 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали каолиновую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.3.

Пример 4

Эксперимент в примере 4 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали глинистый мергель в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.4.

Пример 5

Эксперимент в примере 5 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.5.

Пример 6

Эксперимент в примере 6 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали кембрийскую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.6.

Пример 7

Эксперимент в примере 7 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-Beta-25 в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.7.

Пример 8

Эксперимент в примере 8 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-MORD в концентрации 2% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.8.

Пример 9

Эксперимент в примере 9 проводился аналогично опыту в примере 1, однако модифицирующую добавку не использовали. Масса гранулированного топлива (торфа) составляла 2 г. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.9.

Из представленных выше примеров наибольшее значение теплоты сгорания пиролизной газовой смеси наблюдалось при использовании бентонитовой глины (фиг.1).

При исследовании влияния температуры на процесс каталитического пиролиза торфа, были получены экспериментальные данные, на основании которых можно сделать вывод о том, что оптимальной температурой является 460°С. Именно при этой температуре наблюдалось максимальное значение теплоты сгорания пиролизных газов (фиг.2).

Основные физико-механические характеристики органоминеральных топливных гранул на основе торфа представлены в табл.10.

Данное изобретение в настоящее время находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.

Табл.1
Способ получения горючего газа из торфа
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	216	9,89	1,67	1,35	1,89	11,39
1320	245	13.71	2,53	1,81	2,53	18,49
1920	263	16,89	3,33	2,11	3,00	19,53
2880	275	19,33	3,89	2,26	3,30	20,12
4080	281,5	20,86	4,19	2,32	3,45	19,82

Табл.2
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	188	11,22	6,74	1,28	2,56	14,92
1320	228	17,94	8,65	1,80	3,08	18,36
1920	243	21,85	9,35	1,96	3,25	18,43
2880	252	24,63	9,72	2,03	3,34	18,36
4080	258	26,57	9,93	2,06	3,39	18,06

Табл.3
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	219	6,15	6,43	0,72	2,69	10,05
1320	268	11,55	9,18	1.41	3,72	16,32
1920	286	14,99	10,26	1,77	4,12	18,73
2880	300	18,13	11,15	2,00	4,42	19,93
4080	308	20,21	11,70	2,10	4,60	19,59

Табл.4
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	220	8,73	7,57	1,12	2,98	10,8
1320	261	13,85	10,05	1,80	3,89	17,03
1920	278	17,30	11,17	2,17	4,27	18,09
2880	289	20,14	11,91	2,35	4,51	19,24
4080	295	21,92	12,32	2,42	4,64	19,94

Табл.5
Торфоминеральное топливо
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	207	7,63	1,15	1,09	0,63	7,12
1320	255	15,27	3,27	2,19	1,45	25,23
1920	272	20,11	4,77	2,77	1,95	29,26
2880	281,5	23,52	5,67	3,03	2,23	29,84
4080	286,5	25,54	6,13	3,12	2,37	28,58

Табл.6
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	208	6,61	5,99	0,85	2,71	10,21
1320	252	11,65	8,34	1,49	3,67	18,19
1920	268	14,70	9,35	1,82	4,04	18,43
2880	279	17,45	10,05	2,00	4,28	18,67
4080	285	19,19	10,43	2,08	4,40	19,15

Табл.7
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	720	5,78	3,52	0,74	2,48	10,11
1320	1320	11,99	6,10	1,45	3,70	15,85
1920	1920	16,34	7,53	1,92	4,22	18,04
2880	2880	21,83	8,81	2,37	4,70	18,88
4080	4080	24,42	9,33	2,49	4,88	20,74

Табл.8
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	223	12,02	8,24	2,64	7,01	13,96
1320	252	16,19	9,85	3,47	8,16	20,41
1920	265	18,83	10,59	3,86	8,65	20,76
2880	280	22,60	11,39	4,21	9,05	20,48
4080	286,5	24,47	11,71	4,33	9,19	19,69

Табл.9
Торфоминеральное топливо
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	161	3,83	0,45	0,27	0,19	4,87
1320	195	6,40	0,98	0,59	0,41	12,10
1920	228,5	10,38	2,09	1,13	0,86	16,42
2880	237	11,66	2,45	1,25	1,01	17,21
4080	243	12,76	2,74	1,32	1,13	18,61

Табл.10
Показатели	Торф + алюмосиликаты
Плотность сухого вещества гранул, кг/м³	700-900*
Экспериментальные значения максимальной прочности гранул на одноосное сжатие, кПа (равновесное влагосодержание)	4300-6280*
* - значения изменяются в данном интервале в зависимости от вида алюмосиликата, использующегося в качестве модифицирующей добавки, и диаметра получаемых гранул.

1. Способ получения горючего газа из торфа путем его нагрева в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в концентрации 2-30 мас.%, которые перед нагревом смешивают с торфом и гранулируют, а нагрев ведут при температуре 400-500°С.

2. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют бентонитовую глину.

3. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют глинистый мергель.

4. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют кембрийскую глину.

5. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют каолиновую глину.

6. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Beta-25.

7. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Mord.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы торфа с алюмосиликатным материалом получают размером от 5 до 30 мм методом скатывания.

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и жидкого топлива.

Электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа // 2225430

Изобретение относится к области экологически чистой термохимической переработки вторичных древесных и растительных ресурсов, в частности древесного опила или торфа в энергетических установках для получения карбидной нефти и высококалорийного газа.

Опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем // 2225429

Изобретение относится к области термической переработки измельченных древесных отходов или брикетированного торфа в экологически чистых газогенераторных установках с паровоздушным дутьем в лесном, торфяном, сельском и др.

Способ получения газа из торфа // 2185418

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности, а именно к термохимическому получению газа из торфа. .

Бытовая газогенераторная установка // 2036222

Изобретение относится к малогабаритным установкам для получения из твердых топлив газа, пригодного для сжигания в бытовых устройствах, в том числе, и для отопления помещения.

Способ производства газа, используемого для получения энергии // 1776272

Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии из угля. .

Способ получения горючего газа // 150481

Способ газификации топлив с малым удельным весом // 61346

Способ газификации твердых топлив с малым насыпным весом // 58280

Способ одновременного получения генераторного газа и портландцемента // 47394

Способ получения кокса и синтез-газа при переработке угля // 2345116

Изобретение относится к области производства среднетемпературного кокса металлургического назначения и к области производства синтез-газа для последующего его использования в химической промышленности или энергетике

Газогенераторная установка с обращенным процессом горения для выработки синтез-газа из углеродсодержащего сырья и углекислого газа // 2405025

Изобретение относится к области химии

Способ получения горючего газа, обогащенного водородом // 2462503

Изобретение относится к области химии

Способ газификации угля и прямого производства железа и системы для этого // 2476600

Изобретение относится к способу и к системам, в которых скомпонованы процесс газификации угля с процессом прямого производства железа на основе угля

Способ и устройство для дозированного извлечения от мелко- до крупнозернистого твердого вещества или смеси твердых веществ из накопительного бункера // 2487750

Изобретение относится к способу дозированного извлечения от мелко- до крупнозернистого твердого вещества или смеси твердых веществ из накопительного бункера с устройством для образования псевдоожиженного слоя в области выгрузки или же в дозировочной камере дозирующего бункера, а также к соответствующему устройству для осуществления способа

Способ подземной газификации тонких и средней мощности пластов бурого угля // 2522785

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в подземной газификации бурого угля в тонких и средней мощности пластах. Способ включает осушение угольного пласта, нагнетание в реакционный канал окислителя по вертикальным дутьевым скважинам, отсос из него продуктов газификации через газоотводящие скважины и минимизацию давления в реакционном канале. При этом дополнительно бурят две вертикальные скважины до почвы угольного пласта и соединенные с ними две вертикальные скважины длиной 100-140 м на границах отрабатываемого участка газифицируемого угольного пласта на расстоянии 50-60 м друг от друга, а также нагнетательные скважины по центру данного участка пласта с шагом 15-20 м. В качестве окислителя используют атмосферный воздух с добавкой парокислородной смеси в количестве 20000-50000 м3/ч, поддерживают температуру огневого забоя на уровне 550-700°С, а управляют огневым забоем последовательным переключением на нагнетательную скважину, к которой подходит огневой забой, а также путем изменения количества нагнетаемого окислителя. Технический результат заключается в обеспечении устойчивого горения в огневом забое фильтрационного канала и повышении калорийности энергетического газа при подземной газификации тонких и средней мощности пластов бурого угля. 1 ил., 1 табл.

Способ разрушения углеродо-и азотосодержащего сырья и устройство для его осуществления // 2523593

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка. Внутреннюю полость корпуса предварительно прогревают перед подачей сырья в канал загрузки, поступающее непрерывно из канала загрузки сырье перемещают с помощью шнека и последовательно направляют в камеру начального разложения, нагревая до температуры 120-340°C с давлением 600-500 КПа, образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ отводят через газоотводную сетку в камеру дожига, подавая в нее дозировано кислород в составе воздуха до получения оксидов CO, NO, далее сырье подвергают разрушению сначала в первой зоне при температуре 340-1000°C и давлении 600-700 КПа, а затем во второй зоне при температуре 1700°C и давлении 900-700 КПа, при этом разрежение в зонах регулируют изменением разрежения в трубках контура разрежения, принадлежащих соответствующей зоне, кислород в составе воздуха в ствол корпуса подают через окно зольного канала. Изобретение позволяет увеличить степень разрушения сырья. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ непрерывного производства синтез-газа из нефтеносного песка и/или нефтеносного сланца // 2575226

Изобретение относится к способу непрерывного получения синтез-газа непосредственной газификацией углеродных фракций, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, в вертикальной технологической камере (2) с зоной кальцинирования и зоной окисления, где кальцинированные фракции, богатые углеродом, окисляются содержащим кислород газом. Газообразные продукты реакции отбирают в верхней части вертикальной технологической камеры (2), которая выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окисляется, проходит непрерывно сверху вниз. Содержащий кислород газ (10) вводят, по меньшей мере, частично ниже зоны окисления, таким образом продвигая возрастающий газовый поток. Сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца. Добавление щелочных веществ преобразует при восстановительных условиях газообразные серосодержащие соединения, которые были получены при температурах свыше 400°C из компонентов нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, путем химической реакции в твердые серосодержащие соединения, которые, по меньшей мере, частично отводятся с газообразными продуктами реакции и при температурах выше 300°C удаляются из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов. Способ является подходящим с экологической точки зрения и энергосберегающим, при этом не создает больших количеств загрязненных остатков. 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Реакторы плазменной газификации с модифицированными углеродными слоями и пониженной потребностью в коксе // 2581092

Изобретение относится к реакторам плазменной газификации или витрификации материалов, которые имеют реакционные слои из углеродсодержащего материала, способу формирования и поддержания углеродсодержащего слоя и исходному материалу для формирования углеродсодержащего изделия для использования среди частиц углеродсодержащего слоя. Реактор содержит реакционный сосуд, содержащий углеродсодержащий слой и имеющий одну или несколько плазменных горелок для создания повышенной температуры внутри слоя, реакционный сосуд, имеющий одно или несколько впускных отверстий для загружаемого материала над слоем для закладки перерабатываемого материала снаружи сосуда на слой, одно или несколько газоотводящих отверстий над слоем для выхода газообразных продуктов из сосуда и одно или несколько отверстий для шлака на дне слоя для выхода расплавленного шлака и металлов из сосуда, и углеродсодержащий слой, содержащий массу частиц, которые содержат углерод и имеют различный размер и форму, оставляющие пустоты между частицами, и с прочностью частиц, достаточной для сохранения пустот между частицами под давлением перерабатываемого материала на слой, и масса частиц, содержащих углерод, имеет по меньшей мере 25% содержания углерода в частицах, отличных от кокса, выбранных из группы, состоящей из деревянных брусков из природной древесины, блоков, содержащих углеродсодержащую пыль и одно или несколько связующих веществ, и их смесей. Способ формирования и поддержания углеродсодержащего слоя с компонентами, заменяющими кокс, включает формирование некоторого числа некоксовых компонентов, формирование первоначального углеродсодержащего слоя количеством частиц кокса, осуществление процесса пиролиза с углеродсодержащим слоем и восполнение углеродного материала в процессе пиролиза. Изобретение обеспечивает минимизацию использования кокса. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 табл., 9 ил.

Участковый способ газификации биомассы при высокой температуре и атмосферном давлении // 2583269

Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды. Способ включает предварительную обработку и хранение биомассы, газификацию биомассы в газификаторе, охлаждение, промывку и удаление пыли из сырого газа газификации, хранение свежего газа. В газификаторе используют внешний источник тепла и регулируют температуру реакции в интервале 1300-1750°С. Полученный в газификаторе сырой синтез-газ вводят в башенный охладитель и двухстадийный бойлер-утилизатор отходящего тепла. Охлажденный сырой газ подвергают обработке с помощью промывки и электроосаждения. Полученный свежий газ сохраняют в газгольдере. Изобретение позволяет улучшить качество сырого газа. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.