WO2017209638A1 - Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья - Google Patents

Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья Download PDF

Info

Publication number
WO2017209638A1
WO2017209638A1 PCT/RU2016/000324 RU2016000324W WO2017209638A1 WO 2017209638 A1 WO2017209638 A1 WO 2017209638A1 RU 2016000324 W RU2016000324 W RU 2016000324W WO 2017209638 A1 WO2017209638 A1 WO 2017209638A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pyrolysis
vapor
gas mixture
zone
products
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/000324
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Николаевич ГРАЧЕВ
Владимир Николаевич БАШКИРОВ
Сергей Андреевич ЗАБЕЛКИН
Александр Александрович МАКАРОВ
Сергей Альбертович ПУШКИН
Гузелия Мансуровна ФАЙЗРАХМАНОВА
Иван Геннадьевич ЗЕМСКОВ
Сергей Владимирович БУРЕНКОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "energolesprom"
Original Assignee
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "energolesprom"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "energolesprom" filed Critical Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "energolesprom"
Priority to US16/300,960 priority Critical patent/US20200291301A1/en
Priority to PCT/RU2016/000324 priority patent/WO2017209638A1/ru
Priority to EA201891014A priority patent/EA036341B1/ru
Priority to DE212016000279.1U priority patent/DE212016000279U1/de
Publication of WO2017209638A1 publication Critical patent/WO2017209638A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/02—Multi-step carbonising or coking processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • C10B47/34—Other processes in ovens with mechanical conveying means with rotary scraping devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B27/00—Arrangements for withdrawal of the distillation gases
    • C10B27/06—Conduit details, e.g. valves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • C10B47/44—Other processes in ovens with mechanical conveying means with conveyor-screws
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B5/00—Coke ovens with horizontal chambers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B7/00—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven
    • C10B7/02—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven with rotary scraping devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/002—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal in combination with oil conversion- or refining processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/02—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by distillation

Definitions

  • the invention relates to the field of processing of organic substances, in particular to a technique for processing ground wood waste, crop products, food industry waste, animal waste and poultry.
  • the products obtained in the process of thermal processing of organo-containing raw materials can be used as fuel.
  • a method of ablative pyrolysis in a vertical cylindrical tank with a rotating rotor with blades located coaxially with the tank and providing blades for heating the raw material by contacting the heated walls of the tank with the exit of solid fractions and steam through openings located close to the bottom of the tank is known from the prior art.
  • the disadvantage of this method is the inability to ensure the same residence time of the particles of raw materials in the reaction zone, that is, to ensure the same degree of destruction of the raw materials and the stable quality of the products obtained.
  • the contact of the raw material particles entering the reactor with the upward flows of the resulting vapor-gas degradation products and the partial condensation of these vapors on the raw material particles lead to particles sticking together, clogging the mass of space between the blades and the rotor, exclude the possibility of providing the necessary raw material contact with the heated walls of the tank, make it difficult heat transfer and thus exclude uninterrupted operation and stable quality of the resulting products.
  • thermolysis also known from the prior art is the method of ablative thermolysis, which includes the hermetic supply of raw material particles, ablative thermolysis of raw material particles sandwiched between a rotating surface and a heated ablation surface, while moving the raw material particles during thermolysis along the ablation surface using a rotating surface, unloading thermolysis products.
  • the disadvantages of this method are the difficulty of controlling the speed of the axial movement of the particles of raw materials and the necessary contact time of the particles of raw materials with a heated ablation surface and, therefore, the inability to ensure stable quality of the products obtained, as well as the possibility of sticking particle accumulation between the rotating surface and the ablation surface with the formation of an annular plug between the rotating surface and the shaft.
  • Adhesion and accumulation of particles of raw materials occurs as a result of contact of colder particles of raw materials supplied to thermolysis with gas-vapor reaction products and their partial condensation on the surface of the particles. Such accumulation can lead to termination of the process and jamming of the apparatus.
  • the closest in technical essence and the achieved result is a method of thermal processing of organo-containing raw materials (RU Ns 2395559, 07/27/2010), in which the thermochemical conversion of organo-containing raw materials into gaseous and liquid fuels is carried out by first heating in a drying chamber with a drying agent at a temperature of 160-200 ° C obtained by mixing flue gases passing through the jacket of a pyrolysis chamber with air, and then thermal decomposition without air in the pyrolysis reactor to obtain solid pyrolysis products and steam gas new mixture followed by condensation of part of the gas-vapor mixture into liquid fuel, and part of the non-condensed gas-vapor mixture after preheating to a temperature of 450-520 ° C is fed to the pyrolysis reactor in an amount that ensures the residence time of the pyrolysis products in the pyrolysis chamber for no more than 2 seconds and overpressure pyrolysis chamber at the level of 500-1000 Pa.
  • the disadvantages of this method are: additional heat consumption for heating part of the non-condensed vapor-gas mixture, which is fed to the pyrolysis chamber after condensation of liquid fuel, significant fluctuations in the residence time of the particles of raw materials in the pyrolysis chamber, controlled by the amount of recirculated gas supplied, the resinification of the details of the power generation device by the exhausted part of the non-condensed vapor-gas mixture and even greater adhesion of the particles of raw materials at the entrance to the pyrolysis chamber as a result of the circulation of finely dispersed about fog droplets of high boiling liquid in the gas recirculation circuit, which leads to instability in the quality of the degradation products of the processed raw materials.
  • the task of the invention is to increase the stability and efficiency of the process of thermochemical conversion of organo-containing raw materials, increase the reliability of the installation and the quality of the resulting products.
  • the technical result of the claimed group of inventions is to increase the efficiency of the process of thermochemical conversion of organo-containing raw materials, which consists in ensuring uninterrupted operation with a stably high quality of the products obtained.
  • thermochemical conversion of organo-containing raw materials including drying, pressurized supply of raw materials to the pyrolysis reactor, thermal decomposition of raw materials without air in the pyrolysis reactor to obtain solid products and gas-vapor mixture, subsequent separation by condensation into liquid products ( condensed part of the gas-vapor mixture) and gaseous products (non-condensed part of the gas-vapor mixture), after drying, the organo-containing feed before pyrolysis is fed to the reactor preheated to a temperature close to but not exceeding the initiation temperature of thermal decomposition of the least thermally stable component of organic materials, with surface of the chamber is heated to a temperature which excludes parogazovyh condensation of pyrolysis products, and raw material heating temperature is controlled residence time in the preheating zone; thermal decomposition is carried out in the form of the following successive stages, which take place in the corresponding zones of the pyrolysis reactor, with the possibility of independent temperature control: primary pyrolysis, in which the raw materials
  • condensation is carried out in three successive stages: primary cooling of the vapor-gas mixture in the purification zone of the vapor-gas mixture of the pyrolysis reactor, condensation of the vapor phase in the condenser, separation of the non-condensed part of the vapor-gas mixture from the droplet liquids with recirculation of a part of the gaseous product through the purification zone of the pyrolysis reactor.
  • primary pyrolysis is carried out mainly in the mechanical ablation mode.
  • the blades are pivotally mounted on the rotating surface of the pyrolysis reactor and have at least one degree of freedom.
  • the device of independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades has a kinematic connection with them, removed from the high temperature zone, isolated from the action of the resulting vapor-gas mixture, and is configured to provide elastic pressure with the required frequency and force in the direction both to the surface ablation, and to a rotating surface.
  • the elasticity in the device of an independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades is achieved by pneumatic, mechanical, electromagnetic and other methods.
  • the blades are placed on the rotating surface of the pyrolysis reactor with an offset of one relative to each other along the length and radius of the rotating surface, in particular along a helix.
  • the surface relief of the ablation of the pyrolysis reactor is made in the form of a helical surface with a variable or constant pitch, and the helical surface can be made without gaps or in separate sections.
  • the heating devices of each of the three zones of the pyrolysis reactor have the ability to independently control the temperature.
  • the condensation unit separator is connected by a pipeline to the reactor cleaning zone
  • Figure 1 installation diagram of the thermochemical conversion of organo-containing raw materials.
  • Figure 2 is a schematic illustration of a device for independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades, implemented pneumatically by the scheme of the process of rapid pyrolysis
  • thermochemical conversion of organo-containing raw materials including drying, pressurized feed to the reactor pyrolysis, thermal decomposition of raw materials without air in the pyrolysis reactor to obtain solid products and a gas-vapor mixture, its subsequent separation by condensation into liquid products (the condensed part of the gas-vapor mixture) and gaseous products (non-condensed part of the gas-vapor mixture) after drying, the organo-containing raw material before being fed to the pyrolysis reactor preheated to a temperature close to but not exceeding the temperature of the onset of thermal decomposition of the least thermally stable component of the organo raw materials, and the surface of the chamber is heated to a temperature that excludes condensation of the vapor-gas pyrolysis products, and the heating temperature of the raw material is controlled by the residence time in the preheating zone, thermal decomposition is carried out in the form of the following stages, which can be independently temperature controlled in the pyrolysis reactor, which can be independently temperature controlled : primary pyrolysis, in which the
  • the installation for thermochemical conversion of organo-containing raw materials includes a drying chamber (1), a hermetic feed chamber (2), a pyrolysis reactor (3), a condensation unit (6), and a furnace (8). Drying chamber transport devices communicated through
  • the condensation unit includes a series-mounted mass transfer device - a capacitor and a separator.
  • the working space of the pyrolysis reactor is divided into three zones: the first along the feedstock is the primary pyrolysis zone, the second zone is the steam-gas mixture treatment zone equipped with a device for separation and return of products of incomplete destruction, and the third zone is the secondary pyrolysis zone.
  • the pyrolysis reactor is equipped with an ablation surface capable of independently controlling the temperature in each zone.
  • the pyrolysis reactor is equipped with: in the primary pyrolysis zone, a pipe connecting the reactor to the hermetic feed chamber, in the cleaning zone - pipes for removing the vapor-gas mixture after cleaning the condenser and supplying part of the gaseous product after the separator to cool the gas-vapor mixture of primary pyrolysis, in the secondary pyrolysis zone - with a device coal unloading.
  • the pyrolysis reactor is also equipped with a rotor, on the rotating surface of which with a step along the length and radius there are blades having a kinematic connection with an independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades.
  • the device for independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades is removed from the high temperature zone and isolated from the action of the resulting vapor-gas mixture.
  • Independent elastic installation of the angle and clamping force of the blades can be carried out by mechanical, electromagnetic, pneumatic and other methods. In the particular case, this is carried out pneumatically using pneumatic cylinders and a distributor.
  • a plant for the thermochemical conversion of organo-containing raw materials containing a drying chamber, a hermetic feed chamber, a pyrolysis reactor having a rotating surface equipped with at least one blade with an axis of rotation coinciding with the longitudinal axis of the pyrolysis reactor, and at least one round or elliptical ablation surface cross-section perpendicular to the axis of rotation of the rotating surface, device for independent and elastic installation of the angle of inclination of the blades, condensation unit, consisting of mass transfer apparatus and that the separator, the sealed chamber is provided with a feed raw material heating means, and the working space during the feed of the pyrolysis reactor is divided into successive zones equipped with independent heating devices - primary zone pyrolysis, a cleaning zone for a gas-vapor mixture equipped with a device for separating and returning products of incomplete destruction, and a secondary pyrolysis zone, the blades being pivotally mounted on the rotating surface of the pyrolysis reactor and have at least one degree of freedom;
  • the heating of the organo-containing raw material after drying, before being fed to the pyrolysis reactor in a sealed raw-material supply chamber, equipped with means for heating to a temperature close to but not exceeding the temperature of the onset of thermal decomposition of the least thermally stable component of the organo-containing raw material, allows partially to remove the heating zone of the raw material from the reactor, eliminating the possibility of condensation of products gas-vapor mixture on the particles of raw materials entering the reactor from the drying hopper, increase the heat transfer efficiency in the reactor.
  • the surfaces of the pressurized feed chamber are heated to a temperature that excludes condensation of combined-cycle pyrolysis products, which reduces the efficiency of the process and the quality of the final products.
  • the regulation of the temperature of the preliminary heating of the raw materials during the residence time allows you to effectively apply the method and installation for various types of raw materials and to exclude thermal decomposition in the chamber of the hermetic feed of raw materials.
  • the thermal decomposition is carried out sequentially in three stages in the corresponding zones of the pyrolysis reactor (primary pyrolysis zone, steam-gas mixture purification zone, secondary pyrolysis zone), which have the possibility of independent temperature control, which allows for the conversion of organo-containing raw materials with maximum efficiency and a consistently high quality of the products obtained, to purify the vapor-gas mixture from volatile finely dispersed coal, which forms a resinous layer of unreacted product in the presence of the vapor-gas mixture at the reactor outlet, return it to the reaction zone, thereby preventing a reduction in the cross section of the flues, sticking and clogging of the units of the installation, exclude sorption by the carbonaceous residue located in the secondary pyrolysis zone of the steam-gas mixture, thereby increasing the reliability of the unit oystva coal unloading and the quality of the coal as well as improve the quality of liquid products.
  • the sequential arrangement of the zones of the pyrolysis reactor prevents contact of incoming raw materials with thermal decomposition products, as well as the contact of coal in the secondary pyrolysis zone with the vapor-gas mixture of primary pyrolysis, which improves the quality of the coal discharged by reducing the content of secondary decomposition products of the vapor-gas mixture.
  • Condensation in three successive stages (primary cooling of the vapor-gas mixture in the purification zone of the vapor-gas mixture of the pyrolysis reactor, condensation of the vapor phase in the condenser, separation of the non-condensed part of the vapor-gas mixture from the dropping liquid with recirculation of part of the gaseous product through the purification zone of the pyrolysis reactor) improves the efficiency of separation of condensed products and dropping liquids from gaseous products, eliminate the catalytic acceleration of the resinification reaction in combined cycle mixture, reduce the temperature gradient in the condenser by supplying a gas-vapor mixture cooled in the cleaning zone of the pyrolysis reactor, increase the efficiency of further use of gaseous products, in particular, to generate electricity by reducing the content of droplet liquid.
  • the implementation of primary pyrolysis in mechanical ablation mode reduces the requirements for particle size, in particular, allows you to process particles up to 50 mm in size, reducing the cost of preliminary grinding of raw materials.
  • Independent purging with an inert gas heated to the appropriate temperature or with reducing or oxidizing properties in the zones of primary and secondary pyrolysis can improve the conditions of primary pyrolysis and improve the quality of coal.
  • Inert gas purging eliminates the effects of air entering the reaction zone, thereby increasing the safety of the installation.
  • Purge gas with reducing properties allows you to increase the carbon content in the resulting coal by converting part of the substances adsorbed by coal into carbon.
  • Gas purge with oxidizing properties it allows the process of activation of coal, improving the porosity and sorption capacity, which will also increase its quality.
  • the hinged mounting of the blades on the rotating surface of the pyrolysis reactor and the presence of at least one degree of freedom allows them to carry out self-regulating and reliable particle clamping depending on various parameters (raw particle size, etc.) during operation to the ablation surface, as well as during periodic cleaning to the surface of rotation.
  • the proposed method allows to increase the stability and efficiency of the process of thermochemical conversion of organo-containing raw materials, increase the reliability of the installation and the quality of the resulting products.
  • Organo-containing raw material enters the drying chamber (1), where moisture is removed from it to a moisture content of not more than 10% abs. May. Drying is carried out by a drying agent obtained by mixing flue gases leaving the pyrolysis reactor jacket (3) with air.
  • the dried organo-containing raw material enters the chamber of the hermetic supply of raw materials (2), where it is heated to the temperature of the onset of thermal decomposition. In a particular case, heating to the temperature of the onset of thermal decomposition was carried out through the wall by flue gases leaving the reactor.
  • the surface of the chamber of the hermetic feed of raw materials can be heated significantly above the start temperature
  • Particles of heated raw materials entering the pyrolysis reactor (3) are reliably pressed by the blades of the rotating surface to the hot ablation surface, as a result of which the thermochemical conversion of the organo-containing raw material occurs.
  • the clamp of the raw material particles by the blades is ensured by means of the device (4), as a variant of a specific embodiment in which the kinematic connection of the pneumatic cylinders with the blades is provided by coaxial shafts.
  • the device (4) including the pneumatic distributor and pneumatic cylinders, is removed from the high temperature zone and isolated from the action of the resulting vapor-gas mixture (Fig. 2).
  • the relief of the ablation surface in the form of a helical line and the location of the blades along the helical line provide the axial movement of solid particles of the raw material specified by the pitch of the helical line and the rotor speed. Since the amount of solid particles decreases during the thermochemical conversion of the feedstock, the stability of the process along the axis of the pyrolysis reactor (3) is ensured by a variable helix pitch along the length of the reactor and an adjustable clamping force of the blades. After the raw material passes through the primary pyrolysis zone, the resulting vapor-gas mixture with a certain amount of volatile finely dispersed carbon residue formed as a result of rather intensive mechanically activated processing (ablation) enters the separation and return of products of incomplete destruction (5).
  • ablation rather intensive mechanically activated processing
  • the finely dispersed volatile coal in the form of a gummy unreacted product (reaction products) saturated on vapors and partially condensed decomposition products deposited on the walls of the device for separating and returning products of incomplete destruction (5) is returned to the pyrolysis reaction zone and then, together with the remaining solid carbonaceous residue, is fed into the secondary pyrolysis zone for calcination and further through the coal unloading device 9 into the coal collector.
  • the vapor-gas mixture purified from products of incomplete destruction is fed into the condensation unit (6) for condensation (condenser) and for condensate separation in the droplet phase in the form of fog from non-condensable gas (separator).
  • the separator can be either inertial type or in the form of an electrostatic precipitator. Then, part of the cooled gaseous products is fed by a fan to the purification zone of the gas-vapor mixture of the pyrolysis reactor (3).
  • independent heating of each zone of the pyrolysis reactor is carried out by feeding flue gases obtained by burning fuel in the furnace (8) into the reactor jacket after mixing them with air to ensure the necessary temperature regime of the pyrolysis process.
  • the flue gases are first supplied to the pressurized feed chamber to heat the latter to a temperature close to but not exceeding the temperature of the onset of thermal decomposition of the least thermally stable component of the organo-containing feed, and then to the drying chamber in as a drying agent.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области переработки органических веществ. Способ термохимической конверсии органосодержащего сырья осуществляют в установке, которая содержит камеру сушки, камеру герметичной подачи сырья, реактор пиролиза, устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток, блок конденсации. Реактор пиролиза имеет снабженную как минимум одной лопаткой вращающуюся поверхность с осью вращения, совпадающей с продольной осью реактора пиролиза, и как минимум одну поверхность абляции круглого или эллиптического сечения, перпендикулярного оси вращения вращающейся поверхности. Камера герметичной подачи сырья снабжена средствами нагрева сырья. Рабочее пространство реактора пиролиза по ходу сырья разделено на следующие друг за другом снабженные устройствами независимого нагрева зоны - зону первичного пиролиза, зону очистки парогазовой смеси, снабженную устройством отделения и возврата продуктов неполной деструкции, и зону вторичного пиролиза. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса термохимической конверсии органосодержащего сырья.

Description

Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья
Область техники
Изобретение относится к области переработки органических веществ, в частности к технике переработки измельчённых древесных отходов, продуктов растениеводства, отходов пищевой промышленности, отходов животноводства и птицеводства. Полученные в процессе термической переработки органосодержащего сырья продукты могут применяться в качестве топлива.
Уровень техники Из уровня техники известен способ абляционного пиролиза в вертикальном цилиндрическом резервуаре с расположенным внутри соосно с резервуаром вращающимся ротором с лопатками, обеспечивающими нагрев сырья за счёт контакта с нагреваемыми стенками резервуара, с выходом твёрдых фракций и пара через расположенные близко ко дну резервуара отверстия. (Ns US 8,128,717 В2, Mar. 6, 2012 - Mechanically driven centrifugal pyrolyzer (Механический центрифужный пиролизер).
Недостатком данного способа является невозможность обеспечения одинакового времени пребывания частиц сырья в реакционной зоне, то есть - обеспечения одинаковой степени деструкции сырья и стабильного качества получаемых продуктов. Кроме того, контакт поступающих в реактор частиц сырья с восходящими потоками образующихся парогазовых продуктов деструкции и частичная конденсация этих паров на частицах сырья приводят к слипанию частиц, забиванию образующейся массой пространства между лопатками и ротором, исключают возможность обеспечения необходимого контакта сырья с нагреваемыми стенками резервуара, затрудняют теплообмен и таким образом исключают бесперебойную работу и стабильное качество образующихся продуктов.
Также из уровня техники известен способ абляционного термолиза, включающий герметичную подачу частиц сырья, абляционный термолиз частиц сырья, зажатых между вращающейся поверхностью и нагреваемой поверхностью абляции, при перемещении частиц сырья в процессе термолиза вдоль поверхности абляции с помощью вращающейся поверхности, выгрузку продуктов термолиза. (US 2005/0173237 А1 , Aug. 2005 - Ablative thermolysis reactor (Реактор абляционного термолиза).
Недостатками известного способа являются сложность регулирования скорости осевого перемещения частиц сырья и необходимого времени контакта частиц сырья с нагреваемой поверхностью абляции и, следовательно, невозможность обеспечения стабильного качества получаемых продуктов, а также возможность слипания и накопления частиц между вращающейся поверхностью и поверхностью абляции с образованием кольцевой пробки между вращающейся поверхностью и валом. Слипание и накопление частиц сырья происходит в результате контакта более холодных частиц сырья, поступающих на термолиз, с парогазовыми продуктами реакции и их частичной конденсации на поверхности частиц. Подобное накопление может привести к прекращению процесса и заклиниванию аппарата. Кроме того, подобрать материал, обеспечивающий стабильную работу упругого элемента при температурах от 450 до 700°С, чрезвычайно сложно ввиду того, что диапазон рабочих температур конструкционных материалов, обеспечивающих упругость, значительно меньше 500°С.
Сочетание вышеперечисленных факторов приводит к низкой эффективности и надёжности конструкции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ термической переработки органосодержащего сырья (RU Ns 2395559, 27.07.2010), в котором термохимическая конверсия органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо осуществляется путём нагрева сначала в камере сушки сушильным агентом температурой 160-200°С, полученным смешением топочных газов, прошедших рубашку камеры пиролиза, с воздухом, а затем термического разложения без доступа воздуха в реакторе пиролиза с получением твёрдых продуктов пиролиза и парогазовой смеси с последующей конденсацией части парогазовой смеси в жидкое топливо, причём часть несконденсированнои парогазовой смеси после предварительного подогрева до температуры 450-520°С подаётся в реактор пиролиза в количестве, обеспечивающем время пребывания продуктов пиролиза в камере пиролиза не более 2 секунд и избыточное давление в камере пиролиза на уровне 500-1000 Па.
Недостатками данного способа являются: дополнительный расход тепла на подогрев части несконденсированной парогазовой смеси, которая после конденсации жидкого топлива подаётся в камеру пиролиза, значительные колебания времени пребывания частиц сырья в камере пиролиза, регулируемого количеством подаваемого рециркулирующего газа, осмоление деталей устройства электрогенерации отводимой частью несконденсированной парогазовой смеси и ещё большее слипание частиц сырья на входе в камеру пиролиза в результате циркуляции мелкодисперсного тумана капельной высококипящей жидкости в контуре рециркуляции газа, что приводит к нестабильности качества продуктов деструкции перерабатываемого сырья. Кроме того, подача циркулирующего газа в камеру пиролиза приводит к дополнительному уносу мелкодисперсного угля в контур циркуляции газа, осаждению этого угля на стенках газоходов, уменьшению рабочего сечения газоходов и ещё большей нестабильности процесса пиролиза. Совместный отбор твёрдого продукта (углистого остатка) и парогазовой смеси из реактора приводит к адсорбции компонентов парогазовой смеси на поверхности углистого остатка и снижению его качества. Сущность заявленной группы изобретений
Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности и эффективности процесса термохимической конверсии органосодержащего сырья, повышение надёжности работы установки и качества получаемых продуктов. Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение эффективности процесса термохимической конверсии органосодержащего сырья, заключающееся в обеспечении бесперебойной работы при стабильно высоком качестве получаемых продуктов. Технический результат достигается за счёт того, что в способе термохимической конверсии органосодержащего сырья, включающем сушку, герметичную подачу сырья в реактор пиролиза, термическое разложение сырья без доступа воздуха в реакторе пиролиза с получением твёрдых продуктов и парогазовой смеси, последующее разделение её конденсацией на жидкие продукты (сконденсированную часть парогазовой смеси) и газообразные продукты (несконденсированную часть парогазовой смеси), после сушки органосодержащее сырьё перед подачей в реактор пиролиза предварительно нагревают до температуры, близкой, но не превышающей температуру начала термического разложения наименее термически стойкого компонента органосодержащего сырья, причём поверхности камеры нагревают до температуры, исключающей конденсацию парогазовых продуктов пиролиза, а температуру нагрева сырья регулируют временем пребывания в зоне предварительного нагрева; термическое разложение осуществляют в виде следующих последовательных, протекающих в соответствующих зонах реактора пиролиза, имеющих возможность независимого температурного регулирования, стадий: первичного пиролиза, в которой сырьё переводят в твёрдые продукты и парогазовую смесь, очистки парогазовой смеси, в которой парогазовую смесь первичного пиролиза охлаждают до температуры, обеспечивающей конденсацию части парогазовой смеси, осуществляют взаимодействие образовавшегося конденсата с отведённой с нею частью твёрдых и непрореагировавших продуктов, возвращают и смешивают продукты взаимодействия с твёрдыми продуктами первичного пиролиза, вторичного пиролиза, в которой образующиеся парогазовые продукты совместно с парогазовой смесью первичного пиролиза отводят на стадию очистки парогазовой смеси, а твёрдые продукты отводят из зоны вторичного пиролиза, исключая их контакт с парогазовой смесью первичного пиролиза.
В частном случае реализации заявленного технического решения конденсацию осуществляют в три последовательных стадии: первичное охлаждение парогазовой смеси в зоне очистки парогазовой смеси реактора пиролиза, конденсация паровой фазы в конденсаторе, сепарация несконденсированной части парогазовой смеси от капельной жидкости с рециркуляцией части газообразного продукта через зону очистки реактора пиролиза.
В частном случае реализации заявленного технического решения первичный пиролиз осуществляют преимущественно в режиме механической абляции. В частном случае реализации заявленного технического решения в зонах первичного и вторичного пиролиза предусмотрена возможность независимой продувки нагретым до соответствующей температуры инертным газом или газом, обладающим восстановительными или окислительными свойствами.
Технический результат также достигается за счёт того, что в установке термохимической конверсии органосодержащего сырья, содержащей камеру сушки, камеру герметичной подачи сырья, реактор пиролиза, имеющий снабжённую как минимум одной лопаткой вращающуюся поверхность с осью вращения, совпадающей с продольной осью реактора пиролиза, и как минимум одну поверхность абляции круглого или эллиптического сечения, перпендикулярного оси вращения вращающейся поверхности, устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток, блок конденсации, состоящий из массообменного аппарата и сепаратора, камера герметичной подачи сырья снабжена средствами нагрева сырья, а рабочее пространство реактора пиролиза по ходу сырья разделено на следующие друг за другом снабжённые устройствами независимого нагрева зоны - зону первичного пиролиза, зону очистки парогазовой смеси, снабжённую устройством отделения и возврата продуктов неполной деструкции, и зону вторичного пиролиза.
В частном случае реализации заявленного технического решения лопатки шарнирно закреплены на вращающейся поверхности реактора пиролиза и имеют не менее одной степени свободы. В частном случае реализации заявленного технического решения устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток имеет с ними кинематическую связь, вынесено из зоны высокой температуры, изолировано от воздействия образующейся парогазовой смеси и выполнено с возможностью обеспечения упругого прижима с требуемой периодичностью и усилием в направлении как к поверхности абляции, так и к вращающейся поверхности.
В частном случае реализации заявленного технического решения упругость в устройстве независимой и упругой установки угла наклона лопаток достигается пневматическим, механическим, электромагнитным и другими методами.
В частном случае реализации заявленного технического решения лопатки размещены на вращающейся поверхности реактора пиролиза со смещением друг относительно друга по длине и радиусу вращающейся поверхности, в частности, по винтовой линии.
В частном случае реализации заявленного технического решения рельеф поверхности абляции реактора пиролиза выполнен в виде винтовой поверхности с переменным или постоянным шагом, причём винтовая поверхность может быть выполнена без разрывов или отдельными участками.
В частном случае реализации заявленного технического решения устройства нагрева каждой из трёх зон реактора пиролиза имеют возможность независимой друг от друга регулировки температуры. В частном случае реализации заявленного технического решения сепаратор блока конденсации соединён трубопроводом с зоной очистки реактора
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящей группы изобретений следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленных технических решений с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг.1 - схема установки термохимической конверсии органосодержащего сырья.
Фиг.2 - схематичное изображение устройства независимой и упругой установки угла наклона лопаток, реализованного пневматическим методом схема процесса быстрого пиролиза
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - камера сушки; 2 - камера герметичной подачи сырья; 3 - реактор пиролиза; 4 - устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток; 5 - устройство отделения и возврата продуктов неполной деструкции; б - блок конденсации; 7 - сепаратор; 8 - топка; 9 - устройство выгрузки угля; 10 - лопатки; 11 - пневмоцилиндры.
Раскрытие изобретения
Для решения поставленной задачи в способе термохимической конверсии органосодержащего сырья, включающем сушку, герметичную подачу сырья в реактор пиролиза, термическое разложение сырья без доступа воздуха в реакторе пиролиза с получением твёрдых продуктов и парогазовой смеси, последующее разделение её конденсацией на жидкие продукты (сконденсированную часть парогазовой смеси) и газообразные продукты (несконденсированную часть парогазовой смеси) после сушки органосодержащее сырьё перед подачей в реактор пиролиза предварительно нагревают до температуры, близкой, но не превышающей температуру начала термического разложения наименее термически стойкого компонента органосодержащего сырья, причём поверхности камеры нагревают до температуры, исключающей конденсацию парогазовых продуктов пиролиза, а температуру нагрева сырья регулируют временем пребывания в зоне предварительного нагрева, термическое разложение осуществляют в виде следующих последовательных, протекающих в соответствующих зонах реактора пиролиза, имеющих возможность независимого температурного регулирования, стадий: первичного пиролиза, в которой осуществляют термохимическую конверсию сырья в твёрдые продукты и парогазовую смесь преимущественно в режиме механической абляции, не исключая применения других методов, очистки парогазовой смеси, заключающейся в её отводе из зоны первичного пиролиза, охлаждении до температуры, обеспечивающей очистку парогазовой смеси от отведённой с нею части твёрдых и непрореагировавших продуктов, возврате и смешении этих продуктов с твёрдыми продуктами первичного пиролиза, и вторичного пиролиза с отводом образовавшихся при этом парогазовых продуктов совместно с парогазовой смесью первичного пиролиза через зону и устройство очистки парогазовой смеси и отводом твёрдых продуктов из камеры пиролиза, исключающим их контакт с парогазовой смесью первичного пиролиза, причём в зонах первичного и вторичного пиролиза предусмотрена возможность независимой продувки нагретым до соответствующей температуры инертным газом или газом, обладающим восстановительными или окислительными свойствами; конденсацию осуществляют в три последовательных стадии: первичное охлаждение парогазовой смеси в зоне очистки парогазовой смеси реактора пиролиза, конденсация паровой фазы в конденсаторе, сепарация несконденсированной части парогазовой смеси от капельной жидкости с рециркуляцией части газообразного продукта через зону очистки реактора пиролиза.
Установка термохимической конверсии органосодержащего сырья включает в себя камеру сушки (1), камеру герметичной подачи сырья (2), реактор пиролиза (3), блок конденсации (6) и топку (8). Камера сушки транспортными устройствами сообщена через
б дозирующие устройства с камерой герметичной подачи сырья и топкой. В частном случае такими транспортными устройствами являются винтовые конвейеры (на схеме условно не показаны).
Блок конденсации включает в себя последовательно установленные массообменное устройство - конденсатор и сепаратор.
Рабочее пространство реактора пиролиза разделено на три зоны: первую по ходу сырья - зону первичного пиролиза, вторую зону - зону очистки парогазовой смеси, снабжённую устройством отделения и возврата продуктов неполной деструкции, и третью зону - зону вторичного пиролиза. Реактор пиролиза снабжён имеющей возможность независимого регулирования температуры в каждой зоне поверхностью абляции.
Реактор пиролиза снабжён: в зоне первичного пиролиза патрубком, соединяющим реактор с камерой герметичной подачи сырья, в зоне очистки - патрубками отвода парогазовой смеси после очистки в конденсатор и подвода части газообразного продукта после сепаратора на охлаждение парогазовой смеси первичного пиролиза, в зоне вторичного пиролиза - устройством выгрузки угля.
Реактор пиролиза также снабжён ротором, на вращающейся поверхности которого с уступом по длине и радиусу расположены лопатки, имеющие кинематическую связь с устройством независимой и упругой установки угла наклона лопаток. Устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток вынесено из зоны высокой температуры и изолировано от воздействия образующейся парогазовой смеси. Независимая упругая установка угла и усилия прижима лопаток может осуществляться механическим, электромагнитным, пневматическим и другими методами. В частном случае это осуществлено пневматическим методом с помощью пневмоцилиндров и распределителя.
С этой целью в установке термохимической конверсии органосодержащего сырья, содержащей камеру сушки, камеру герметичной подачи сырья, реактор пиролиза, имеющий снабжённую как минимум одной лопаткой вращающуюся поверхность с осью вращения, совпадающей с продольной осью реактора пиролиза, и как минимум одну поверхность абляции круглого или эллиптического сечения, перпендикулярного оси вращения вращающейся поверхности, устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток, блок конденсации, состоящий из массообменного аппарата и сепаратора, камера герметичной подачи сырья снабжена средствами нагрева сырья, а рабочее пространство реактора пиролиза по ходу сырья разделено на следующие друг за другом снабжённые устройствами независимого нагрева зоны - зону первичного пиролиза, зону очистки парогазовой смеси, снабжённую устройством отделения и возврата продуктов неполной деструкции, и зону вторичного пиролиза, причём лопатки шарнирно закреплены на вращающейся поверхности реактора пиролиза и имеют не менее одной степени свободы; устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток имеет с ними кинематическую связь, вынесено из зоны высокой температуры, изолировано от воздействия образующейся парогазовой смеси и выполнено с возможностью обеспечения упругого прижима с требуемой периодичностью и усилием в направлении как к поверхности абляции, так и к вращающейся поверхности; упругость в устройстве независимой и упругой установки угла наклона лопаток может достигаться пневматическим, механическим, электромагнитным и другими методами; лопатки размещены на вращающейся поверхности реактора пиролиза со смещением друг относительно друга по длине и радиусу вращающейся поверхности, в частности, по винтовой линии; рельеф поверхности абляции реактора пиролиза выполнен в виде винтовой поверхности с переменным или постоянным шагом, причём винтовая поверхность может быть выполнена без разрывов или отдельными участками; устройства нагрева каждой из трёх зон реактора пиролиза имеют возможность независимой друг от друга регулировки температуры; сепаратор блока конденсации соединён трубопроводом с зоной очистки парогазовой смеси реактора. Нагрев органосодержащего сырья после сушки перед подачей в реактор пиролиза в камере герметичной подачи сырья, снабжённой средствами нагрева до температуры близкой, но не превышающей температуру начала термического разложения наименее термически стойкого компонента органосодержащего сырья, позволяет частично вынести зону нагрева сырья из реактора, исключить возможность конденсации продуктов парогазовой смеси на поступающих в реактор из сушильного бункера частицах сырья, повысить эффективность теплообмена в реакторе.
При этом поверхности камеры герметичной подачи нагреваются до температуры, исключающей конденсацию парогазовых продуктов пиролиза, которая снижает эффективность процесса и качество конечных продуктов. Регуляция температуры предварительного нагрева сырья временем пребывания позволяет эффективно применять способ и установку для различных видов сырья и исключить термическое разложение в камере герметичной подачи сырья.
Осуществление термического разложения последовательно в три стадии в соответствующих зонах реактора пиролиза (зона первичного пиролиза, зона очистки парогазовой смеси, зона вторичного пиролиза), имеющих возможность независимого температурного регулирования, позволяет обеспечить конверсию органосодержащего сырья с максимальной эффективностью и стабильно высоким качеством получаемых продуктов, осуществить очистку парогазовой смеси от летучего мелкодисперсного угля, образующего в присутствии парогазовой смеси на выходе из реактора слой смолообразного непрореагировав его продукта, возвратить его в зону реакции, предотвратить тем самым уменьшение сечения газоходов, налипание и засорение узлов установки, исключить сорбцию углистым остатком, находящимся в зоне вторичного пиролиза, парогазовой смеси, повысив тем самым надёжность работы устройства выгрузки угля и качество получаемого угля, а также улучшить качество жидких продуктов.
Последовательное расположение зон реактора пиролиза предотвращает контакт поступающего сырья с продуктами термического разложения, а также контакт угля в зоне вторичного пиролиза с парогазовой смесью первичного пиролиза, что повышает качество выгружаемого угля за счёт снижения содержания продуктов вторичного разложения парогазовой смеси.
Осуществление конденсации в три последовательных стадии (первичное охлаждение парогазовой смеси в зоне очистки парогазовой смеси реактора пиролиза, конденсация паровой фазы в конденсаторе, сепарация несконденсированной части парогазовой смеси от капельной жидкости с рециркуляцией части газообразного продукта через зону очистки реактора пиролиза) позволяет повысить эффективность отделения конденсируемых продуктов и капельных жидкостей от газообразных продуктов, исключить каталитическое ускорение реакции осмоления в парогазовой смеси, снизить температурный градиент в конденсаторе за счёт подачи парогазовой смеси, охлаждённой в зоне очистки реактора пиролиза, повысить эффективность дальнейшего использования газообразных продуктов, в частности, для генерации электроэнергии за счёт снижения содержания капельной жидкости. Осуществление первичного пиролиза в режиме механической абляции позволяет понизить требования к размеру частиц, в частности, позволяет перерабатывать частицы размером до 50 мм, снижая затраты на предварительное измельчение сырья.
Независимая продувка нагретым до соответствующей температуры инертным газом или газом, обладающим восстановительными или окислительными свойствами, в зонах первичного и вторичного пиролиза позволяет улучшить условия первичного пиролиза и повысить качество угля. Продувка инертным газом позволяет устранить последствия попадания воздуха в зону реакции, тем самым повысив безопасность работы установки. Продувка газом, обладающим восстановительными свойствами, позволяет повысить содержание углерода в получаемом угле путём перевода части веществ, адсорбированных углём, в углерод. Продувка газом, обладающим окислительными свойствами, позволяет проводить процесс активации угля, улучшая показатели пористости и сорбционной ёмкости, что также повысит его качество.
Шарнирное закрепление лопаток на вращающейся поверхности реактора пиролиза и наличие у них не менее одной степени свободы позволяет осуществлять саморегулируемый и надёжный прижим частиц в зависимости от различных параметров (размер частиц сырья и т.п.) при работе к поверхности абляции, а также при периодической чистке к поверхности вращения.
Вынесение устройства независимой и упругой установки угла наклона лопаток из зоны высокой температуры и его изоляция от агрессивного воздействия образующейся парогазовой смеси обеспечивает бесперебойную стабильную работу реактора и установки в целом, а также надёжность процесса пиролиза.
Обеспечение возможности упругого прижима лопатки с требуемой периодичностью как в направлении к поверхности абляции, так и к вращающейся поверхности, позволяет проводить качественную очистку узлов реактора от частиц сырья периодически при непрерывном осуществлении процесса.
Размещение лопаток на вращающейся поверхности реактора пиролиза со смещением друг относительно друга по длине и радиусу вращающейся поверхности, в частности, по винтовой линии, а также выполнение рельефа поверхности абляции реактора пиролиза в виде винтовой поверхности с переменным шагом позволяют обеспечить контролируемое осевое перемещение частиц сырья по поверхности абляции реактора пиролиза.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить повышение стабильности и эффективности процесса термохимической конверсии органосодержащего сырья, повышение надёжности работы установки и качества получаемых продуктов.
Установка работает следующим образом. Органосодержащее сырьё поступает в камеру сушки (1 ), где происходит удаление из него влаги до влажности не более 10 % абс. мае. Сушка осуществляется сушильным агентом, получаемым при смешении топочных газов, отходящих из рубашки реактора пиролиза (3), с воздухом. Высушенное органосодержащее сырьё поступает в камеру герметичной подачи сырья (2), где происходит его нагрев до температуры начала термического разложения. В частном случае нагрев до температуры начала термического разложения осуществлён через стенку отходящими из реактора топочными газами. Причём поверхности камеры герметичной подачи сырья могут нагреваться значительно выше температуры начала
Ю термического разложения для исключения конденсации парогазовых продуктов, а нагрев сырья регулируется временем пребывания в камере.
Частицы нагретого сырья, поступающие в реактор пиролиза (3), несмотря на полидисперсный состав, надёжно прижимаются лопатками вращающейся поверхности к горячей поверхности абляции, в результате чего происходит термохимическая конверсия органосодержащего сырья. Прижим частиц сырья лопатками обеспечивается с помощью устройства (4), в качестве варианта конкретного исполнения в котором кинематическая связь пневмоцилиндров с лопатками обеспечивается коаксиальными валами. Причём, устройство (4), включающее пневмораспределитель и пневмоцилиндры, вынесено из зоны высокой температуры и изолировано от воздействия образующейся парогазовой смеси (фиг. 2).
Рельеф поверхности абляции в виде винтовой линии и расположение лопаток по винтовой линии обеспечивают заданное шагом винтовой линии и скоростью вращения ротора осевое перемещение твёрдых частиц сырья. Так как в процессе термохимической конверсии исходного сырья количество твёрдых частиц уменьшается, стабильность процесса вдоль оси реактора пиролиза (3) обеспечивается переменным шагом винтовой линии по длине реактора и регулируемым усилием прижима лопаток. После прохождения сырьём зоны первичного пиролиза образующаяся парогазовая смесь с некоторым количеством летучего мелкодисперсного углистого остатка, образующегося в результате достаточно интенсивной механоактивированной обработки (абляции), поступает в устройство отделения и возврата продуктов неполной деструкции (5).
Оседающий на стенках устройства отделения и возврата продуктов неполной деструкции (5) насыщенный парами и частично сконденсированными продуктами разложения мелкодисперсный летучий уголь в виде смолообразного непрореагировавшего продукта (продукты взаимодействия) возвращается в зону реакции пиролиза и далее вместе с оставшимся твёрдым углистым остатком подаётся в зону вторичного пиролиза для прокалки и далее через устройство выгрузки угля 9 в сборник угля. Очищенная от продуктов неполной деструкции парогазовая смесь подаётся в блок конденсации (6) на конденсацию (конденсатор) и на отделение конденсата в капельной фазе в виде тумана от неконденсируемого газа (сепаратор). Причём сепаратор может быть как инерционного типа, так и в виде электрофильтра. Далее часть охлаждённых газообразных продуктов вентилятором подаётся в зону очистки парогазовой смеси реактора пиролиза (3).
Смешивание горячей парогазовой смеси с охлаждёнными газообразными продуктами способствует объёмной конденсации паров, коагуляции и осаждению образующихся капель конденсата и частичек мелкодисперсного летучего угля на рабочих поверхностях устройства отделения и возврата продуктов неполной деструкции в виде смолообразного непрореагировавшего продукта (продукты взаимодействия). Продукты взаимодействия периодически, но при непрерывной работе реактора пиролиза (3) принудительно отделяются от стенок и других элементов конструкции устройства отделения и возврата продуктов неполной деструкции (5) и возвращаются в реактор пиролиза.
В частном случае независимый нагрев каждой зоны реактора пиролиза производится путём подачи в рубашку реактора топочных газов, полученных при сжигании топлива в топке (8), после смешивания их с воздухом для обеспечения необходимого температурного режима процесса пиролиза. После прохождения через рубашку реактора пиролиза (3) и смешивания с воздухом топочные газы подаются сначала в камеру герметичной подачи сырья для нагрева последнего до температуры близкой, но не превышающей температуру начала термического разложения наименее термически стойкого компонента органосодержащего сырья, а затем - в камеру сушки в качестве сушильного агента. В качестве конкретного использования способа и установки термохимической конверсии органосодержащего сырья приведены основные режимные параметры и конструктивные характеристики для древесного сырья.
Figure imgf000014_0001

Claims

Формула изобретения
1. Способ термохимической конверсии органосодержащего сырья, включающий сушку, герметичную подачу сырья в реактор пиролиза, термическое разложение сырья без доступа воздуха в реакторе пиролиза с получением твёрдых продуктов и парогазовой смеси, последующее разделение её конденсацией на жидкие продукты (сконденсированную часть парогазовой смеси) и газообразные продукты (несконденсированную часть парогазовой смеси),
отличающийся тем, что после сушки органосодержащее сырьё перед подачей в реактор пиролиза предварительно нагревают до температуры, близкой, но не превышающей температуру начала термического разложения наименее термически стойкого компонента органосодержащего сырья, причём поверхности камеры нагревают до температуры, исключающей конденсацию парогазовых продуктов пиролиза, а температуру нагрева сырья регулируют временем пребывания в зоне предварительного нагрева;
термическое разложение осуществляют в виде следующих последовательных, протекающих в соответствующих зонах реактора пиролиза, имеющих возможность независимого температурного регулирования, стадий:
первичного пиролиза, в которой сырьё переводят в твёрдые продукты и парогазовую смесь,
очистки парогазовой смеси, в которой парогазовую смесь первичного пиролиза охлаждают до температуры, обеспечивающей конденсацию части парогазовой смеси, осуществляют взаимодействие образовавшегося конденсата с отведённой с нею частью твёрдых и непрореагировавших продуктов, возвращают и смешивают продукты взаимодействия с твёрдыми продуктами первичного пиролиза,
и вторичного пиролиза, в которой образующиеся парогазовые продукты совместно с парогазовой смесью первичного пиролиза отводят на стадию очистки парогазовой смеси, а твёрдые продукты отводят из зоны вторичного пиролиза, исключая их контакт с парогазовой смесью первичного пиролиза.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что конденсацию осуществляют в три последовательных стадии: первичное охлаждение парогазовой смеси в зоне очистки парогазовой смеси реактора пиролиза, конденсация паровой фазы в конденсаторе, сепарация несконденсированной части парогазовой смеси от капельной жидкости с рециркуляцией части газообразного продукта через зону очистки реактора пиролиза.
3. Способ по п. 1 отличающийся тем, что первичный пиролиз осуществляют преимущественно в режиме механической абляции.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что в зонах первичного и вторичного пиролиза предусмотрена возможность независимой продувки нагретым до соответствующей температуры инертным газом или газом, обладающим восстановительными или окислительными свойствами.
5. Установка термохимической конверсии органосодержащего сырья, содержащая камеру сушки, камеру герметичной подачи сырья, реактор пиролиза, имеющий снабжённую как минимум одной лопаткой вращающуюся поверхность с осью вращения, совпадающей с продольной осью реактора пиролиза, и как минимум одну поверхность абляции круглого или эллиптического сечения, перпендикулярного оси вращения вращающейся поверхности, устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток, блок конденсации, состоящий из массообменного аппарата и сепаратора, отличающаяся тем, что камера герметичной подачи сырья снабжена средствами нагрева сырья, а рабочее пространство реактора пиролиза по ходу сырья разделено на следующие друг за другом снабжённые устройствами независимого нагрева зоны - зону первичного пиролиза, зону очистки парогазовой смеси, снабжённую устройством отделения и возврата продуктов неполной деструкции, и зону вторичного пиролиза.
6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что лопатки шарнирно закреплены на вращающейся поверхности реактора пиролиза и имеют не менее одной степени свободы.
7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что устройство независимой и упругой установки угла наклона лопаток имеет с ними кинематическую связь, вынесено из зоны высокой температуры, изолировано от воздействия образующейся парогазовой смеси и выполнено с возможностью обеспечения упругого прижима с требуемой периодичностью и усилием в направлении как к поверхности абляции, так и к вращающейся поверхности.
8. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что упругость в устройстве независимой и упругой установки угла наклона лопаток может достигаться пневматическим, механическим, электромагнитным и другими методами.
9. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что лопатки размещены на вращающейся поверхности реактора пиролиза со смещением друг относительно друга по длине и радиусу вращающейся поверхности, в частности, по винтовой линии.
10. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что рельеф поверхности абляции реактора пиролиза выполнен в виде винтовой поверхности с переменным или постоянным шагом, причём винтовая поверхность может быть выполнена без разрывов или отдельными участками.
11. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что устройства нагрева каждой из трёх зон реактора пиролиза имеют возможность независимой друг от друга регулировки температуры.
12. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что сепаратор блока конденсации соединён трубопроводом с зоной очистки парогазовой смеси реактора.
PCT/RU2016/000324 2016-05-30 2016-05-30 Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья Ceased WO2017209638A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/300,960 US20200291301A1 (en) 2016-05-30 2016-05-30 Method and installation for thermochemical conversion of raw material containing organic compounds
PCT/RU2016/000324 WO2017209638A1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья
EA201891014A EA036341B1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья
DE212016000279.1U DE212016000279U1 (de) 2016-05-30 2016-05-30 Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000324 WO2017209638A1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017209638A1 true WO2017209638A1 (ru) 2017-12-07

Family

ID=60478792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000324 Ceased WO2017209638A1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200291301A1 (ru)
DE (1) DE212016000279U1 (ru)
EA (1) EA036341B1 (ru)
WO (1) WO2017209638A1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749756C1 (ru) * 2020-09-28 2021-06-16 Клеймёнов Александр Филиппович Мобильная шнековая многоступенчатая сушилка
RU2749755C1 (ru) * 2020-09-28 2021-06-16 Клеймёнов Александр Филиппович Установка быстрого пиролиза для утилизации отходов
CN114653729A (zh) * 2021-12-17 2022-06-24 中国科学院广州能源研究所 一种退役风机叶片真空热解处理回收方法
CN115014086A (zh) * 2022-05-31 2022-09-06 西安交通大学 采用垃圾焚烧发电厂内垃圾飞灰制备陶粒的系统及方法
CN117174216A (zh) * 2023-10-24 2023-12-05 浙江大学 层合复合材料热响应分析方法、电子设备和可读存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766091C1 (ru) * 2021-05-19 2022-02-07 Общество С Ограниченной Ответственностью "Девон Инжиниринг" Элемент ротора для использования в реакторе абляционного пиролиза, реактор абляционного пиролиза и способ пиролиза

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2281313C1 (ru) * 2005-02-24 2006-08-10 Александр Николаевич Стеблинин Абляционный реактор
EA008391B1 (ru) * 2003-02-25 2007-04-27 Питек Термохемише Анлаген Гмбх Способ и устройство для пиролиза биомассы
RU2395559C1 (ru) * 2009-03-10 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоЛесПром" Способ термической переработки органосодержащего сырья
RU2482160C1 (ru) * 2011-11-24 2013-05-20 Алексей Викторович Тимофеев Способ термической переработки органического сырья и устройство для его осуществления

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0200476D0 (en) 2002-01-10 2002-02-27 Univ Aston Reactor
US8128717B2 (en) 2008-12-01 2012-03-06 Gas Technology Institute Mechanically driven centrifugal pyrolyzer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA008391B1 (ru) * 2003-02-25 2007-04-27 Питек Термохемише Анлаген Гмбх Способ и устройство для пиролиза биомассы
RU2281313C1 (ru) * 2005-02-24 2006-08-10 Александр Николаевич Стеблинин Абляционный реактор
RU2395559C1 (ru) * 2009-03-10 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоЛесПром" Способ термической переработки органосодержащего сырья
RU2482160C1 (ru) * 2011-11-24 2013-05-20 Алексей Викторович Тимофеев Способ термической переработки органического сырья и устройство для его осуществления

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749756C1 (ru) * 2020-09-28 2021-06-16 Клеймёнов Александр Филиппович Мобильная шнековая многоступенчатая сушилка
RU2749755C1 (ru) * 2020-09-28 2021-06-16 Клеймёнов Александр Филиппович Установка быстрого пиролиза для утилизации отходов
CN114653729A (zh) * 2021-12-17 2022-06-24 中国科学院广州能源研究所 一种退役风机叶片真空热解处理回收方法
CN114653729B (zh) * 2021-12-17 2023-07-25 中国科学院广州能源研究所 一种退役风机叶片真空热解处理回收方法
CN115014086A (zh) * 2022-05-31 2022-09-06 西安交通大学 采用垃圾焚烧发电厂内垃圾飞灰制备陶粒的系统及方法
CN115014086B (zh) * 2022-05-31 2023-07-14 西安交通大学 采用垃圾焚烧发电厂内垃圾飞灰制备陶粒的系统及方法
CN117174216A (zh) * 2023-10-24 2023-12-05 浙江大学 层合复合材料热响应分析方法、电子设备和可读存储介质
CN117174216B (zh) * 2023-10-24 2024-02-06 浙江大学 层合复合材料热响应分析方法、电子设备和可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
EA201891014A1 (ru) 2019-04-30
EA036341B1 (ru) 2020-10-29
DE212016000279U1 (de) 2019-02-06
US20200291301A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017209638A1 (ru) Способ и установка термохимической конверсии органосодержащего сырья
DK2427532T3 (en) Process for energy densification of a product in the form of split solids to obtain pyrolytic oils for energy purposes
US20130075244A1 (en) Method and system for the torrefaction of lignocellulosic material
JP6573804B2 (ja) バイオマス燃料生成装置
US10428277B2 (en) Device for processing scrap rubber
RU2394680C2 (ru) Способ и устройство для обработки резиновых отходов
KR20120117774A (ko) 반탄화 및 파쇄에 의하여 고체 또는 페이스트형 에너지 원료로부터 미립 연료를 생성하는 장치 및 방법
US20180134963A1 (en) Device for producing methane gas and use of such a device
CN107200458A (zh) 一种市政污泥处理方法
EP3031881A1 (en) Method of pyrolytic processing of polymer waste from the recycling of food packaging and a system for carrying out such method
WO2023063312A1 (ja) 連続炭化装置
US3251751A (en) Process for carbonizing coal
WO2013089586A1 (ru) Устройство для получения сажи из резиновых отходов
JP6502532B2 (ja) 半炭化バイオマスの冷却方法
RU2688568C1 (ru) Способ переработки органического сырья с получением синтетического высококалорийного газа в установке высокотемпературного абляционного пиролиза
KR20120080158A (ko) 저급 탄화수소로의 고급 탄화수소의 변환을 위한 열촉매 크래킹
RU2608599C2 (ru) Устройство и способ производства древесного угля
EP3347437B1 (en) Method and apparatus to thermally decompose organic materials
RU2543619C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
JP5542310B2 (ja) プラスチックの熱分解装置
TW202007646A (zh) 用於產生活性碳的方法及裝置
EP4097193A1 (en) A pyrolysis system, a method for producing purified pyrolysis gas and pyrolysis liquids and use of a pyrolysis system
CN107513392A (zh) 一种处理生活垃圾和污水污泥的系统和方法
EP3775102B1 (en) Method and apparatus for processing biomass
EP2451895A1 (en) An apparatus for thermally treating organic material and method for using the apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201891014

Country of ref document: EA

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16904169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16904169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1