Патент на изобретение №2182684

(54) УСТАНОВКА И СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ В ТОПЛИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

(57) Реферат:

Изобретения относятся к устройствам и способам для переработки органического сырья в топливные компоненты путем пиролиза и могут быть использованы для утилизации бытовых и коммунальных отходов, а также при переработке угля низкой степени углефикации и различной зольности, илов и т.п. Установка для переработки органического сырья включает приемный бункер для подачи сырья, реактор для пиролиза с реакционной камерой, систему разделения парогазообразной смеси и средство для выгрузки, в верхней части реактора для пиролиза дополнительно размещен шлюзовой дозатор загрузки с приводом, в нижней части реактора выполнена кольцевая топочная камера, расположенная вокруг реактора для пиролиза, а средство для выгрузки выполнено в виде шлюзового дозатора выгрузки с приводом. Кольцевая топочная камера имеет тангенциальные подводы для введения обратного газа и воздуха. Вход кольцевой топочной камеры оборудован горелкой с приспособлением для ионизации и дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, а выходы выполнены радиальными и размещены по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза. Входящие в установку шлюзовые модули загрузки и выгрузки, имеющие новую конструкцию, и новая компоновка системы разделения парогазообразной смеси позволяют при реализации в ней заявляемого способа получать качественные топливные компоненты, обладающие высокой калорийностью: топливную жидкость, брикетированный полукокс и пиролизный газ. Технический результат: повышение эффективности и надежности процесса, снижение стоимости. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретения относятся к устройствам и способам для переработки органического сырья в топливные компоненты путем пиролиза и могут быть использованы для утилизации бытовых и коммунальных отходов, а также при переработке угля низкой степени углефикации и различной зольности, илов и т.п.

Известна установка для пиролиза бытовых и коммунальных отходов, содержащая приемную воронку, загрузочное устройство в виде вертикального стояка, снабженного дозирующим механизмом шиберноги типа, швельшахту, систему разделения газообразной смеси, включающую газоход с заслонкой и конденсатором для отвода горючих газов и жидкого топлива и газоход с заслонкой для отвода дымовых газов, включающий воздухоподогреватель, систему очистки газов и газоанализатор, и приспособление для отвода твердого остатка в виде летки с гидрозатвором.

Способ для переработки бытовых и коммунальных отходов, реализующийся в вышеописанной установке, включает загрузку исходного сырья, извлечение твердого остатка в виде шлака и разделение газообразной смеси на жидкую и газообразную составляющие пиролизных газов. Нагрев исходного сырья и реакцию пиролиза в конвертере осуществляют с помощью части дымовых газов, образующихся в результате пиролиза и перед возвращением в газогенератор дополнительно подогреваемых в воздухоподогревателе до 600^oС, а другую часть отработанных дымовых газов пропускают через систему очистки газов и выбрасывают в атмосферу (авторское свидетельство СССР, 699287, кл. F 23 G 5/00, опубл. 1979).

Однако вышеописанные установка и способ при утилизации бытовых и коммунальных отходов позволяют получить только жидкое и газообразное топливо и не обеспечивают возможности получения твердого горючего топлива. В данной установке процесс пиролиза протекает при явно избыточном содержании кислорода в зоне пиролиза, что ведет к излишнему окислению продуктов пиролиза и снижает качество и количество получаемых топливных компонентов. Известное устройство требует наличия системы очистки газов, что удорожает конструкцию в целом. Более того, получаемый по окончании пиролиза твердый остаток в виде шлака вывозится в отвалы, что не способствует решению экологической проблемы.

Известна установка для переработки древесных отходов, включающая сушилку, оснащенную винтовым конвейером, бункер для приема сырья после сушки, приспособление для подачи сырья, конвертер для пиролиза высушенного сырья. В верхней части конвертера размещен отвод для пиролизных газов, оснащенный приспособлением для впрыскивания топливной жидкости, обеспечивающей охлаждение пиролизных газов с целью предотвращения крекинга. Отвод соединен с системой разделения парогазообразной смеси, содержащей вытяжной эксгаустер, обеспечивающий регулирование давления в реакционной камере конвертера и направление потока газа, циклон, конденсатор с вращающимся каплеотстойником для полного удаления капель топливной жидкости. Конденсатор подсоединен к печи (дожигатель с завихрением) для сжигания несконденсированной части горючих газов. Печь в свою очередь связана с сушилкой для нагрева сырья. В нижней части конвертера оборудовано устройство для выгрузки углистого вещества, выполненное в виде горизонтального шнека, соединенного конвейером с герметичным приемником.

Способ работы данной установки заключается в следующем: предварительное измельчение древесных отходов до размеров частиц менее 25 мм, сушку измельченного сырья при температуре 55-315^oС, загрузку высушенного сырья в реактор и противоточный пиролиз при 427-760^oС. Образующийся в результате пиролиза поток парогазообразной смеси выпускают через верх конвертера, охлаждая на выходе топливной жидкостью, и направляют в систему разделения парогазообразной смеси, которая обеспечивает разделение топливной жидкости и пиролизных газов, часть из которых (обратный газ) сжигают для поддержания температуры процесса пиролиза, а полученный после сжигания поток газов направляют в сушилку, вторую часть пиролизных газов используют для других целей. Образовавшееся в результате пиролиза углистое вещество с помощью шнека выгружают в бункер (Биомасса как источник энергии, под редакцией С. Соуфера, О. Заборски, Москва, “Мир”, 1985, с. 183-187).

Несмотря на то, что данная установка позволяет перерабатывать отходы с получением топливной жидкости, горючих газов и твердого углистого вещества, она, как и установка по авторскому свидетельству СССР 699287, не лишена недостатков. К недостаткам следует отнести возможность переработки в данной установке только отходов древесного производства (коры, опилок) и кожуры ореха, и необходимость предварительного измельчения сырья до размеров частиц менее 25 мм. Кроме того, в этой установке процесс пиролиза протекает при явно избыточном содержании кислорода в зоне пиролиза, что ведет к излишнему окислению продуктов пиролиза и снижает качество и количество получаемых топливных компонентов.

Основной задачей, на решение которой направлены заявленные устройство и способ для переработки органического сырья в топливные компоненты, является увеличение эффективности процесса, при повышении надежности, и удешевление процесса.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является получение топливных компонентов в виде твердого, жидкого и газообразного топлива, обладающих повышенной теплотой сгорания и высокого качества, за счет полного исключения кислорода из зоны пиролиза.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для переработки органического сырья, содержащей средство для подачи сырья, реактор для пиролиза с реакционной камерой, систему разделения парогазообразной смеси и средство для выгрузки, согласно изобретению, система разделения парогазообразной смеси выполнена в виде последовательно установленных циклона, каталитической насадки, конденсатора, массообменной колонны, центробежного активного циклона, центробежного вентилятора и шиберного регулятора; в качестве средства для выгрузки установлен шлюзовой дозатор выгрузки, выполненный в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с двумя цилиндрическими отверстиями и прямоугольный блок, имеющий цилиндрическую камеру в средней части и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения между верхней и нижней плитами, при этом верхняя плита соединена через первое цилиндрическое отверстие с нижней частью реактора для пиролиза, а через второе цилиндрическое отверстие с паровой камерой, снабженной разбрызгивателем и крышкой, к которой прикреплен патрубок для отвода пара, а нижняя плита через второе цилиндрическое отверстие соединена с камерой гашения, снабженной откидной крышкой; реактор для пиролиза снабжен кольцевой топочной камерой, расположенной в нижней части вокруг его реакционной камеры.

Снабжение установки системой разделения парообразной смеси, которую выполняют в виде последовательно установленных циклона, каталитической насадки, конденсатора, массообменной колонны, центробежного активного циклона, центробежного вентилятора и шиберного регулятора, позволяет выделить из парогазообразной смеси, выходящей из реактора, воду, взвешенные частицы углистого остатка (пыль), вредные примеси и получить топливные компоненты в виде топливной жидкости и пиролизного газа.

Частицы пыли и вредные примеси удаляются в циклоне. Включение в систему разделения парогазообразной смеси каталитической насадки способствует переведению газообразных углеводородов в жидкие углеводороды, повышая выход топливной жидкости, и дополнительно очищает парогазообразную смесь от вредных примесей.

В конденсаторе конденсируется до 90% воды, входящей в парогазообразную смесь, которая выводится из процесса и, пройдя через холодильник, собирается в сборнике конденсата.

Введение в систему разделения парогазообразной смеси массообменной колонны позволяет отделить топливную жидкость от пиролизных газов. Подключение сборника топливной жидкости через холодильник к массообменной колонне позволяет собирать топливную жидкость и использовать ее в дальнейшем в качестве топливного компонента.

Включение в систему разделения парогазообразной смеси центробежного активного циклона позволяет удалить остаточные капли топливной жидкости и получить очищенный пиролизный газ.

Постановка в вышеупомянутую систему шиберного регулятора позволяет разделить полученный очищенный пиролизный газ на два потока, один из которых, так называемый обратный газ, возвращают в процесс. Обратный газ с помощью центробежного вентилятора направляют в кольцевую топочную камеру. Другой поток очищенного пиролизного газа направляют в теплогенератор на дожигание, который одним выходом соединен с сушилкой, а другим – через вентилятор с трубой выброса.

Включение в систему разделения парогазообразной смеси теплогенератора позволяет не только избежать загрязнения окружающей среды (отсутствует выброс газов, содержащих недоокисленные продукты реакции, в атмосферу), но и повысить КПД заявляемой установки, т.к. тепло, образующее при сжигании части пиролизных газов, которое не нужно для обеспечения процесса пиролиза, используется для сушки исходного сырья, и только после этого полностью окисленные продукты горения отводятся вентилятором в трубу выброса.

Снабжение реактора для пиролиза шлюзовыми дозаторами загрузки и выгрузки позволяет проводить процесс пиролиза непрерывно, обеспечивать подачу сырья и выгрузку углистого твердого остатка, получаемого в ходе пиролиза в виде полукокса, определенными порциями и, тем самым, автоматизировать процесс и регулировать скорость и температуру процесса пиролиза.

Шлюзовой дозатор загрузки выполнен в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с цилиндрическими отверстиями, между которыми установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения прямоугольный блок с цилиндрической камерой в средней части, при этом цилиндрические отверстия верхней и нижней плит и цилиндрическая камера прямоугольного блока имеют одинаковый диаметр.

Предлагаемая конструкция шлюзового дозатора загрузки и выполнение цилиндрических отверстий в верхней и нижней плитах диаметром, совпадающим с диаметром цилиндрической камеры прямоугольного блока, не только обеспечивают герметичность шлюзового дозатора загрузки, но и препятствуют при возвратно-поступательном движении прямоугольного блока, т.е. при загрузке сырья, попаданию воздуха в реакционную камеру реактора для пиролиза, предотвращая возможность прохождения окислительных процессов во время пиролиза. Снабжение шлюзового дозатора загрузки приводом позволяет автоматизировать процесс загрузки сырья, подключив его к электронному блоку управления.

Кольцевая топочная камера имеет тангенциальные подводы для введения топливных компонентов: обратного газа, представляющего собой часть очищенного пиролизного газа, возвращаемого в процесс, и воздуха. Вход кольцевой топочной камеры оборудован горелкой с приспособлением для ионизации и дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, известным в литературе, в частности, как “плазматрон”, а выходы выполнены радиальными и размещены по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза, именно, через эти выходы топочный газ, образующийся после сжигания в кольцевой топочной камере топливных компонентов, поступает в реакционную камеру для пиролиза.

Размещение кольцевой топочной камеры непосредственно в реакторе для пиролиза, в нижней его части, ведет не только к повышению эффективности процесса, но и к компактности установки в целом. Снабжение реактора тангенциальными подводами топливных компонентов обеспечивает равномерную температуру по периметру кольцевой топочной камеры, что способствует полному сжиганию топливных компонентов с получением топочного газа, свободного от кислорода, который может отрицательно влиять на процесс пиролиза сырья. Подача топочного газа, образовавшегося после сжигания топливных компонентов в кольцевой топочной камере, в реактор для пиролиза через радиальные выходы, размещенные по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза, обеспечивает равномерный прогрев сырья и интенсифицирует процесс пиролиза. Размещение на входе в кольцевую топочную камеру горелки с плазматроном ведет к активизации процесса горения и позволяет полностью сжигать кислород воздуха в смеси с обратным газом, с получением топочного газа, с высокой температурой.

Шлюзовой дозатор выгрузки выполняют в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с двумя цилиндрическими отверстиями. Прямоугольный блок, имеющий цилиндрическую камеру в средней части, устанавливают с возможностью возвратно-поступательного перемещения между верхней и нижней плитами. Первое цилиндрическое отверстие верхней плиты соединяют через патрубок с нижней частью реактора для пиролиза, а ее второе цилиндрическое отверстие соединяют с паровой камерой, снабженной разбрызгивателем и крышкой, к которой крепится патрубок для отвода пара; нижнюю плиту через второе цилиндрическое отверстие соединяют с камерой гашения, снабженной откидной крышкой.

Цилиндрические отверстия в верхней и нижней плитах и цилиндрическую камеру прямоугольного блока в шлюзовом модуле выгрузки, так же как и в шлюзовом модуле загрузки, выполняют одинакового диаметра. Первое цилиндрическое отверстие нижней плиты снабжают заглушкой для аварийной разгрузки реактора для пиролиза и ревизии внутренней полости реакционной камеры.

Выполнение цилиндрических отверстий равного диаметра и верхней и нижней плитах и цилиндрической камере прямоугольного блока, перемещающегося возвратно-поступательно, обеспечивает герметичность реакционной камере реактора для пиролиза и предотвращает попадание воздуха в реакционную камеру при выгрузке твердого углистого остатка (полукокса). Подсоединение ко второму цилиндрическому отверстию верхней плиты паровой камеры с разбрызгивателем и крышкой, а камеры гашения с откидной крышкой ко второму цилиндрическому отверстию нижней плиты позволяют автоматизировать процесс охлаждения и выгрузки твердого углистого остатка из реактора для пиролиза, вести охлаждение дозированным количеством воды, что обеспечивает получение твердого углистого остатка с низким содержанием влаги.

Реактор для пиролиза снабжают уровнемером контактного типа, включающим датчик-щуп, сигнализирующее приспособление и привод. Данное устройство определяет наличие сырья в реакторе для пиролиза и в случае отсутствия подает сигнал на привод шлюзового дозатора загрузки сырья.

Уровнемер контактного типа позволяет контролировать уровень сырья в реакционной камере и автоматизировать процесс загрузки сырья и повысить не только эффективность заявляемой установки, но и ее надежность.

Указанный технический результат достигается также тем, что в известном способе переработки органического сырья, включающем загрузку сырья в реакционную камеру реактора для пиролиза, противоточный низкотемпературный пиролиз, осуществляемый под небольшим разрежением в потоке топочного газа, выгрузку углистого твердого остатка и разделение парогазообразной смеси, согласно изобретению, разделение парогазообразной смеси ведут пропусканием парогазообразной смеси через циклон, каталитическую насадку в конденсатор, где конденсируют и удаляют из нее воду, которую охлаждают и выводят из процесса, освобожденную от воды газообразную смесь подают на массообменную колонну для отделения топливной жидкости, которую затем охлаждают и выводят из процесса, а пиролизный газ направляют в центробежный активный циклон, где освобождают от остаточных капель топливной жидкости, после чего очищенный пиролизный газ с помощью шиберного регулятора разделяют на два потока: первый из них – обратный газ, направляют в кольцевую топочную камеру реактора для пиролиза, а другой – в теплогенератор на дожигание, полученные в теплогенераторе продукты горения направляют на сушку сырья. Подсушенное сырье загружают в реактор для пиролиза через шлюзовой дозатор загрузки.

Создание в реакционной камере реактора для пиролиза небольшого разрежения (давление немного ниже атмосферного) исключает выход парогазообразной смеси при возвратно-поступательном движении прямоугольных блоков шлюзовых модулей загрузки и выгрузки, снижая тем самым взрыво-пожароопасность установки. Экспериментально установлена целесообразность проведения пиролиза при температурах не выше 650^oС, что способствует большему выходу топливных компонентов, а также получению твердого углистого остатка в виде полукокса, который может быть использован в дальнейшем как полноценное топливо.

Предлагаемая последовательность разделения парогазообразной смеси позволяет не только получить качественные топливные компоненты – полукокс, пиролизный газ и топливную жидкость, обеспечивая при этом больший выход жидких компонентов, но и предотвратить загрязнение окружающей среды вредными примесями.

Обратный газ и воздух подают в кольцевую топочную камеру тангенциально, при этом обратный газ подают в повышенной концентрации по отношению к воздуху, чтобы обеспечить полное сгорание кислорода, содержащегося в воздухе. Полученный в результате сгорания топочный газ, не содержащий кислорода, состоит в основном из азота, не участвующего в горении, но являющегося основным теплоносителем, остатков пиролизного газа, углекислого газа и других продуктов горения.

Движение исходного сырья и топочного газа, нагревающего сырье, осуществляется противоточно. Топочный газ поступает в реактор для пиролиза снизу через радиальные выходы, расположенные по периметру кольцевой топочной камеры, омывает поступающее сверху через шлюзовой дозатор загрузки сырье, обеспечивая его равномерный прогрев до температуры возгонки летучих компонентов.

Осуществление загрузки исходного сырья через шлюзовой дозатор загрузки, а выгрузки через шлюзовой дозатор выгрузки позволяют автоматизировать процесс переработки органического сырья, повысить его эффективность, одновременно повышая надежность процесса, поддерживать температуру процесса пиролиза и давления, приближенные к природным процессам, и избежать тем самым взрывоопасных ситуаций.

Сырье через шлюзовой дозатор загрузки загружают в реакционную камеру реактора для пиролиза порциями. Срабатывание привода шлюзового дозатора загрузки совершается по сигналу уровнемера контактного типа. Совершая периодические возвратно-поступательные движения, датчик-щуп уровнемера контактного типа упирается в плотное сырье при его наличии, либо проваливается при его отсутствии. При проваливании датчик-щупа сигнализирующее приспособление уровнемера контактного типа вырабатывает сигнал, приводящий в действие шлюзовой дозатор загрузки через его привод, и происходит загрузка в реакционную камеру реактора для пиролиза следующей порции сырья.

Углистый твердый остаток выгружают автоматически через шлюзовой дозатор выгрузки с одновременным охлаждением, в пропорциональной зависимости от работы шлюзового дозатора загрузки. Срабатывание привода шлюзового дозатора выгрузки зависит от работы шлюзового дозатора загрузки и контролируется простейшим программатором, воспринимающим сигналы от срабатывания привода шлюзового дозатора загрузки при заданных количествах тактов движения шлюзового дозатора загрузки. Автоматизация процессов загрузки и выгрузки сырья позволяет снизить обслуживающий персонал установки и увеличить ее безопасность.

Заявляемым способом можно перерабатывать различные виды органического сырья, например, бытовые и коммунальные отходы, угли низкой степени углефикации и различной зольности, илы и т.п., в брикетной и комкообразной форме крупностью от 30 до 50 мм.

Изобретения иллюстрируются следующими чертежами. На фиг.1 – установка для переработки органического сырья, общая схема; на фиг.2 – то же, схема шлюзового дозатора загрузки; на фиг. 3 – то же, схема шлюзового дозатора выгрузки; на фиг.4 – то же, сечение кольцевой топочной камеры.

Установка для переработки органического сырья содержит приемный бункер 1 для сырья, подаваемого в реактор для пиролиза, состоящий из корпуса 2 реактора для пиролиза с размещенной внутри реакционной камерой 3, загрузочной камеры 4 и зольной камеры 5. В верхней части корпуса 2 реактора для пиролиза установлен шлюзовой дозатор 6 загрузки, снабженный приводом 7. Шлюзовой дозатор 6 загрузки имеет следующую конструкцию: внутри коробчатого корпуса 8 закреплены верхняя плита 9 и нижняя плита 10 с цилиндрическими отверстиями 11 и 12. Между верхней плитой 9 и нижней плитой 10 размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения прямоугольный блок 13, имеющий цилиндрическую камеру 14 в средней части. Диаметры цилиндрических отверстий 11 в верхней плите 9 и 12, в нижней плите 10 и цилиндрической камеры 14 прямоугольного блока 13 одинаковы. Нижняя плита 10 жестко закреплена в коробчатом корпусе 8 и имеет ровную поверхность для скольжения по ней прямоугольного блока 13. От цилиндрического отверстия 12 нижней плиты 10 отходит патрубок 15 (диаметр патрубка равен диаметру цилиндрических отверстий) с фланцем (на чертеже не обозначен), который подсоединен к загрузочной камере 4 реактора для пиролиза. Верхняя плита 9 прикреплена к коробчатому корпусу 8 регулировочными винтами (на чертеже не показаны), предназначенными для регулирования плотности между плитами 9, 10 и прямоугольным блоком 13. К цилиндрическому отверстию 11 верхней плиты 9 подсоединен приемный бункер 1 для сырья, через патрубок 15 на фланце (на чертеже не обозначен), имеющий одинаковый диаметр с цилиндрическим отверстием 11 верхней плиты 9. Прямоугольный блок 13 снабжен на торце шарнирно прикрепленной тягой (или винтовым штоком) (на чертеже не обозначена), посредством которой прямоугольному блоку 13 сообщается возвратно-поступательное движение от привода 7 (гидравлического или винтового типа). На коробчатом корпусе 8 шлюзового дозатора 6 загрузки в крайних позициях прямоугольного блока 13 установлены концевые выключатели (на чертеже не обозначены) привода 7. В верхней части реакционной камеры 3 реактора для пиролиза размещен уровнемер 16 контактного типа, включающий датчик-щуп, привод и сигнализирующее устройство (на чертеже не показаны). К нижней части зольной камеры 5 прикреплено средство для выгрузки сырья в виде шлюзового дозатора 17 выгрузки, снабженного приводом 18. Шлюзовой дозатор 17 выгрузки имеет следующую конструкцию: внутри коробчатого корпуса 19 закреплены верхняя плита 20 и нижняя плита 21, имеющие по два цилиндрических отверстия. Цилиндрические отверстия 22 и 23 в верхней плите 20 и цилиндрические отверстия 24 и 25 в нижней плите 21. Между верхней плитой 20 и нижней плитой 21 размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения прямоугольный блок 26, снабженный цилиндрической камерой 27 в средней части. Диаметры цилиндрических отверстий 22, 23, 24 и 25 в плитах 20 и 21 и цилиндрической камеры 27 прямоугольного блока 26 одинаковы. Верхняя плита 20 жестко закреплена в коробчатом корпусе 19 и имеет ровную поверхность для скольжения по ней прямоугольного блока 26. К цилиндрическому отверстию 22 верхней плиты 20 прикреплен патрубок 28 (с диаметром, равным диаметру цилиндрического отверстия 22) с фланцем (на чертеже не обозначен), через который он соединен с зольной камерой 5 реактора для пиролиза. К цилиндрическому отверстию 23 верхней плиты 20 подсоединена цилиндрическая паровая камера 29 с разбрызгивателем 30 воды и патрубком отвода пара (на чертеже показан), расположенными в крышке 31 цилиндрической паровой камеры 29. Нижняя плита 21 также имеет ровную поверхность для скольжения по ней прямоугольного блока 26 и прикреплена к коробчатому корпусу 19 регулировочными винтами (на чертеже не обозначены), предназначенными для регулирования плотности между плитами 20, 21 и прямоугольным блоком 26. Цилиндрическое отверстие 24 нижней плиты 21 снабжено съемной заглушкой 32 для аварийной разгрузки реактора для пиролиза. К цилиндрическому отверстию 25 нижней плиты 21 прикреплена камера 33 гашения с откидной крышкой 34. Откидная крышка 34 имеет в шарнирном соединении рычаг 35. Прямоугольный блок 26 имеет в торце шарнирно прикрепленную тягу (или винтовой шток) (на чертеже не обозначена), посредством которой прямоугольному блоку 26 сообщаются возвратно-поступательные движения от привода 18 (гидравлического или винтового типа). На коробчатом корпусе 19 шлюзового дозатора 17 выгрузки в крайних позициях прямоугольного блока 26 закреплены концевые выключатели (на чертеже не обозначены) привода 18 и концевые выключатели (на чертеже не обозначены) подачи воды на разбрызгиватель 30 воды. В нижней части корпуса 2 реактора для пиролиза, перед зольной камерой 5, вокруг его реакционной камеры 3 установлена кольцевая топочная камера 36, сообщающаяся с реакционной камерой 3 радиальными выходами 37. Кольцевая топочная камера 36 снабжена тангенциальным подводом обратного газа 38 и тангенциальным подводом воздуха 39 через горелку 40, установленную на входе (на чертеже не обозначена) в кольцевую топочную камеру 36 и оборудованную плазматроном (на чертеже не показан). Для визуального наблюдения за процессом горения кольцевая топочная камера 36 снабжена смотровым люком 41. В верхней части корпуса 2 реактора для пиролиза имеется отвод 42, предназначенный для отвода парогазообразной смеси, образующейся в процессе термического разложения сырья. Отвод 42 подсоединен к системе разделения парогазообразной смеси, включающей: последовательно установленные циклон 43, каталитическую насадку 44, конденсатор 45 для отделения воды, массообменную колонну 46 для отделения топливной жидкости, центробежный активный циклон 47 с приводом 48. Движения летучих компонентов в установке для переработки органического сырья осуществляется вентилятором 49, подключенным к центробежному активному циклону 47. На выходе вентилятора 49 установлен шиберный регулятор 50, осуществляющий разделение пиролизного газа на два потока: один из которых – обратный газ – направляют на тангенциальный подвод 38 обратного газа для обеспечения процесса пиролиза сырья, а другой поток отводят в теплогенератор 51. Теплогенератор 51 через шиберный регулятор 52 сообщен одновременно с сушилкой 53 сырья и с вентилятором 54, который соединен с трубой выброса 55. Для отвода и сбора жидких составляющих парогазообразной смеси из установки для переработки органического сырья предусмотрено следующее: к конденсатору 45 для сбора воды подсоединен через холодильник 56 сборник 57 конденсата с насосом 58, к массообменной колонне 46 через холодильник 59 подсоединен сборник 60 топливной жидкости, снабженный необходимой запорно-регулирующей арматурой (на чертеже не обозначена) и насосами 61, 62.

Для регулировки и управления приводами 7 и 18 соответственно шлюзового дозатора 6 загрузки и шлюзового дозатора 17 выгрузки, и уровнемера контактного типа предусмотрен электронный блок управления (на чертеже не обозначен). Контроль температуры процесса пиролиза осуществляется термометрами Т1 и Т2, размещенными в средней части корпуса 2 реактора и на отводе 42.

Устройство работает следующим образом.

Сырье, спрессованное в брикеты или комкообразное и высушенное в сушилке 53, с помощью загрузочного приспособления (на чертеже не обозначено) подают в приемный бункер 1 для сырья. Из приемного бункера 1 для сырья через цилиндрическое отверстие 11 в верхней плите 9 шлюзового дозатора 6 загрузки сырье поступает в цилиндрическую камеру 14 прямоугольного блока 13, заполняя его полностью. Приводом 7 прямоугольного блоку 13 через тягу сообщается движение в сторону цилиндрического отверстия 12, расположенного в нижней плите 10. При достижении цилиндрической камеры 14 цилиндрического отверстия 12 порция сырья, находящаяся в цилиндрической камере 14, начинает поступать в загрузочную камеру 4 реактора для пиролиза. По достижении прямоугольным блоком 13 крайнего положения, до полного совмещения цилиндрической камеры 14 с сырьем и цилиндрического отверстия 12 в нижней плите 10, срабатывает концевой выключатель, и прямоугольный блок 13 останавливается, при этом сырье из цилиндрической камеры 14 полностью высыпается в загрузочную камеру 4 реактора для пиролиза. Затем привод 7 начинает движение в обратном направлении, перемещая прямоугольный блок 13 к исходной точке – к цилиндрическому отверстию 11 в верхней плите 9 под приемным бункером 1 сырья.

Уровень сырья в реакторе для пиролиза контролируют уровнемером 16 контактного типа, который приводится в действие приводом 7, в частности, от электромагнитного устройства. При перемещении датчик-щупа (на чертеже не обозначен) уровнемера 16 внутрь полости реактора для пиролиза происходит контакт датчик-щупа (или его отсутствие) с имеющимся сырьем: если щуп не упирается в сырье и проваливается во внутрь (что означает отсутствие сырья), то срабатывает концевой выключатель датчик-щупа, и сигнализирующее приспособление уровнемера 16 контактного типа подает сигнал на привод 7 шлюзового дозатора 6 загрузки, и автоматически начинается процесс загрузки сырья как описано выше. Возвратно-поступательные движения уровнемера 16 контактного типа осуществляются с помощью электронного блока управления (на чертеже не обозначено) через заданные интервалы времени.

Сырье, поступающее в реакционную камеру 3 и опускающееся вниз под действием силы собственной тяжести, продвигается вниз реакционной камеры 3 и прогревается движущимся навстречу топочным газом, который образуется в результате сгорания в кольцевой топочной камере 36 обратного газа и воздуха, подаваемого в топочную камеру 36 тангенциальным подводом 39 воздуха. При этом обратный газ подают через тангенциальный подвод 38 обратного газа в повышенной концентрации для обеспечения полного сжигания кислорода, содержащегося в подаваемом воздухе. Поступающие обратный газ и воздух попадают на горелку 40, размещенную на входе в кольцевую топочную камеру 36 и оборудованную плазматроном, который активизирует топливные компоненты (обратный газ и воздух), обеспечивая тем самым процесс горения и образования топочного газа, свободного от кислорода. Полученный топочный газ с высокой температурой омывает сырье, находящееся в реакционной камере 3 реактора для пиролиза, при этом происходит пиролиз сырья. В результате пиролиза из сырья возгоняются летучие компоненты в виде парогазообразной смеси, а углистый твердый остаток (полукокс), остающийся после удаления летучих компонентов, поступает в зольную камеру 5 реактора для пиролиза, а затем поступает в цилиндрическую камеру 27 прямоугольного блока 26 шлюзового дозатора 17 выгрузки. Приводом 18 прямоугольному блоку 26 через тягу сообщается движение в сторону цилиндрического отверстия 25, расположенного в нижней плите 21. При движении прямоугольного блока 26 от исходного положения (от зольной камеры 4), поворачивается рычаг 35 и откидная крышка 34 закрывает камеру 33 гашения. Порция горячего полукокса, находящаяся в цилиндрическом отверстии 27 прямоугольного блока 26, перемещается к камере 33 гашения и высыпается на закрытую откидную крышку 34. По достижении прямоугольным блоком 26 положения, в котором горячий полукокс уже почти удален из него, приводится в действие тяга задвижки (на чертеже не обозначена), подающая воду на разбрызгиватель 30 воды. Порция воды охлаждает горячий полукокс, находящийся на откидной крышке 34 камеры гашения 33, а образовавшийся при гашении пар удаляется из цилиндрической паровой камеры 29 через патрубок отвода пара (на чертеже не обозначен), размещенный на ее крышке 31. Когда прямоугольный блок 26 достигает полного совмещения его цилиндрической камеры 27 с камерой гашения 33, полукокс полностью выгружается на откидную крышку 34, срабатывает концевой выключатель и прямоугольный блок 26 начинает движение в обратном направлении, при этом тяга задвижки подачи воды для гашения полукокса приводится тоже в обратное действие и закрывает подачу воды на разбрызгиватель 30. Привод 18 шлюзового дозатора 17 выгрузки, работая в обратном направлении, перемещает прямоугольный блок 26 к исходной точке – под зольную камеру 4.

Парогазообразная смесь, образовавшаяся в результате пиролиза через отвод 42 в верхней части корпуса 2 реактора для пиролиза, поступает в циклон 43, где освобождается от взвешенных частиц, затем, пройдя каталитическую насадку 44, парогазообразная смесь попадает в конденсатор 45 для отделения воды. В конденсаторе 45 для отделения воды происходит охлаждение парогазообразной смеси и конденсация жидкой, преимущественно водной, фракции, которая удаляется через выходной патрубок (на чертеже не показан) и холодильник 56 в сборник 57 конденсата, откуда, по мере накопления, отводится насосом 58 по назначению. Далее освобожденная от воды газообразная смесь поступает в нижнюю часть массообменной колонны 46, поднимаясь вверх по колонне, она вступает в контакт с орошаемой жидкостью, в качестве которой используют охлажденную топливную жидкость, которая поглощает основную массу жидких топливных компонентов из газовой смеси, и отводится из нижней части массообменной колонны 46 через холодильник 59 в сборник 60 топливной жидкости, откуда частично охлажденная топливная жидкость забирается насосом 61 и подается на орошение массообменной колонны 46, а ее основная часть по мере накопления топливной жидкости в сборнике 60 топливной жидкости удаляется на склад (на чертеже не обозначен) насосом 62.

Пиролизные газы, вышедшие из массообменной колонны 46, поступают в центробежный активный циклон 47, где под действием центробежных сил вращающейся полой крыльчатки оставшиеся капли топливной жидкости отбрасываются к стенкам центробежного активного циклона 47 и стекают вниз, с последующим удалением в сборник 60 топливной жидкости. Очищенный пиролизный газ, освобожденный от воды и топливной жидкости, всасывается центробежным вентилятором 49 и подается на шиберный регулятор 50, где разделяется на 2 потока: один направляется к горелке 40 кольцевой топочной камеры 36 через тангенциальный подвод 38 обратного газа для обеспечения работы реактора для пиролиза, другой – отводится на полное дожигание в теплогенератор 51, а затем продукты горения поступают на сушку сырья в сушилку 53 сырья. Продукты горения, полностью окисленные в теплогенераторе 51 и обогащенные влагой в сушилке 53 сырья, отводят вентилятором 54 в трубу 55 выброса и выбрасывают в атмосферу. В случаях, когда сушилка 53 сырья выключена, продукты горения из теплогенератора 51 направляют через шиберный регулятор 52 непосредственно в трубу 55 выброса.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Предварительно брикетированный (размер брикетов 30х50 мм) и высушенный до влажности 15% ил с помощью загрузочного приспособления подают в приемный бункер, из которого затем сырье порциями через шлюзовой дозатор загрузки поступает в реактор для пиролиза. Для полной первоначальной загрузки в реактор загружают 406 кг ила. Для первоначального разогрева реактора в кольцевую топочную камеру подают следующие топливные компоненты: примерно 3 объема обратного газа и 1 объем воздуха, чтобы обеспечить полное сжигание кислорода, присутствующего в воздухе, и небольшое количество топливной жидкости для ускорения разогрева реактора для пиролиза. Топливную жидкость подают только на первоначальной стадии пиролиза. Обратный газ и воздух попадают на горелку, где активизируются плазматроном, что способствует лучшему процессу горения топливных компонентов в кольцевой топочной камере. Образующийся в процессе горения топочный газ, имеющий высокую температуру, через радиальные выходы, расположенные по периметру реакционной камеры реактора, поступает в реакционную камеру. Топочный газ, включающий в качестве основного теплоносителя азот, равномерно омывает брикеты ила и нагревает их до температуры 450^oС, при этом в реакционной камере начинается разложение сырья с выделением летучих компонентов, в виде парогазообразной смеси. Парогазообразная смесь поднимается вверх реактора для пиролиза, дополнительно осушая свежее сырье в брикетах, находящееся в верхней части реактора, что также способствует лучшему процессу пиролиза сырья. Во избежание попадания воздуха в реактор для пиролиза при возвратно-поступательном действии шлюзовых дозаторов загрузки и выгрузки давление в реакторе для пиролиза поддерживают ниже атмосферного, около 650-700 мм рт. ст., что обеспечивается отсасывающим действием вентилятора, установленного в системе разделения парогазообразной смеси. Шлюзовой дозатор выгрузки настраивают на режим: 1 такт выгрузки на 2 такта работы шлюзового дозатора загрузки. Образовавшаяся парогазообразная смесь из реакционной камеры поступает в циклон, где освобождается от пыли и вредных примесей и, пройдя каталитическую насадку, поступает в конденсатор. В конденсаторе парогазообразная смесь освобождается от воды, которая в виде конденсата с примесью топливной жидкости (до 10%) отводится из конденсатора через холодильник в сборник конденсата. Газовая смесь, освобожденная от воды, направляется в нижнюю часть массообменной колонны, поднимаясь вверх по колонне, она вступает в контакт с орошаемой жидкостью, в качестве которой используют охлажденную топливную жидкость. Охлажденная топливная жидкость поглощает основную массу жидких топливных компонентов из газовой смеси, становится более насыщенной и отводится из нижней части массообменной колонны через холодильник в сборник топливной жидкости, откуда часть охлажденной топливной жидкости забирается насосом и подается на орошение массообменной колонны, по мере накопления топливная жидкость из сборника топливной жидкости удаляется на склад насосом. Пиролизный газ, вышедший из массообменной колонны, поступает в центробежный активный циклон, где под действием центробежных сил вращающейся полой крыльчатки оставшиеся капли топливной жидкости отбрасываются к стенкам центробежного активного циклона и стекают вниз, с последующим удалением в сборник топливной жидкости. Пиролизный газ, освобожденный от воды и топливной жидкости, всасывается центробежным вентилятором и подается на шиберный регулятор, где разделяется на два потока: один из которых направляют к горелке кольцевой топочной камеры через тангенциальный подвод обратного газа для обеспечения работы реактора для пиролиза, другой – отводят на полное дожигание в теплогенератор, а затем продукты горения поступают на сушку сырья в сушилке сырья. Продукты горения полностью окисляются в теплогенераторе, обогащаются влагой в сушилке сырья и затем отводятся вентилятором в трубу выброса и удаляются в атмосферу.

Углистый твердый остаток после удаления летучих компонентов перемещается к зольной камере реактора для пиролиза, откуда выгружается порциями шлюзовым дозатором выгрузки. Шлюзовой дозатор выгрузки приводится в действие приводом, который получает сигнал от электронного блока управления: 1 такт выгрузки на 2 такта загрузки. При выгрузке углистый твердый остаток одновременно охлаждается водой в строго дозированном количестве (достаточном для охлаждения). В результате получают углистый твердый остаток в виде охлажденного брикетированного полукокса с минимальным содержанием влаги, который, кроме того, обладает большой калорийностью и может использоваться в дальнейшем как топливо. Брикетированный полукокс для дальнейшего использования является предпочтительным. При работе установки в течение 6 часов переработана 1 т (1000 кг/м³) брикетированного ила с первоначальной влажностью 15%, т.е. вес абсолютно-сухого сырья составлял 850 кг, и в результате получены данные, представленные в табл. 1.

Пример 2.

Осуществляют аналогично примеру 1, в качестве органического сырья берут 1 т брикетов из торфа с содержанием влаги 12%, в пересчете на абсолютно сухой вес, при этом вес сырья равен 880 кг. В результате переработки получены данные, представленные в табл. 2.

Заявляемые установка и способ переработки органического сырья позволяют с минимальными затратами получать из бросового сырья ценные топливные компоненты высокого качества: топливную жидкость, полукокс и пиролизный газ.

Формула изобретения

1. Установка для переработки органического сырья, содержащая средство для подачи сырья, реактор для пиролиза с реакционной камерой, систему разделения парогазообразной смеси и средство для выгрузки, отличающаяся тем, что система разделения парогазообразной смеси выполнена в виде последовательно установленных циклона, каталитической насадки, конденсатора, массообменной колонны, центробежного активного циклона, центробежного вентилятора и шиберного регулятора, в качестве средства для выгрузки установлен шлюзовой дозатор выгрузки, выполненный в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с двумя цилиндрическими отверстиями и прямоугольный блок, имеющий цилиндрическую камеру в средней части и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения между верхней и нижней плитами, при этом верхняя плита соединена через первое цилиндрическое отверстие с нижней частью реактора для пиролиза, а через второе цилиндрическое отверстие с паровой камерой, снабженной разбрызгивателем и крышкой, к которой прикреплен патрубок для отвода пара, а нижняя плита через второе цилиндрическое отверстие соединена с камерой гашения, снабженной откидной крышкой, реактор для пиролиза снабжен кольцевой топочной камерой, расположенной в нижней части вокруг его реакционной камеры.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что конденсатор соединен со сборником конденсата через холодильник.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что массообменная колонна соединена со сборником топливной жидкости через холодильник.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что центробежный активный циклон соединен со сборником топливной жидкости.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что шиберный регулятор соединен с кольцевой топочной камерой и с теплогенератором, который одним выходом соединен с сушилкой, а другим – через вентилятор с трубой выброса.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрические отверстия верхней и нижней плит и цилиндрическая камера прямоугольного блока в шлюзовом дозаторе выгрузки имеют одинаковый диаметр.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевая топочная камера оборудована тангенциальными подводами топливных компонентов, входом, в котором размещена горелка с приспособлением для ионизации и дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, и радиальными выходами, расположенными по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что реактор для пиролиза снабжен шлюзовым дозатором, выполненным в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с цилиндрическими отверстиями, между которыми установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения прямоугольный блок с цилиндрической камерой в средней части.

9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что цилиндрические отверстия верхней и нижней плит и цилиндрическая камера прямоугольного блока в шлюзовом дозаторе загрузки имеют одинаковый диаметр.

10. Способ переработки органического сырья, включающий загрузку сырья в реактор для пиролиза с реакционной камерой, противоточный низкотемпературный пиролиз, осуществляемый под небольшим разряжением в потоке топочного газа, выгрузку углистого твердого остатка и разделение парогазообразной смеси, отличающийся тем, что разделение парогазообразной смеси ведут пропусканием парогазообразной смеси через циклон, каталитическую насадку в конденсатор, где конденсируют и удаляют из нее воду, которую охлаждают и выводят из процесса, освобожденную от воды газообразную смесь подают на массообменную колонну для отделения топливной жидкости, отделенную топливную жидкость охлаждают и выводят из процесса, а пиролизный газ направляют в центробежный активный циклон, где освобождают от остаточных капель топливной жидкости, затем очищенный пиролизный газ с помощью шиберного регулятора разделяют на два потока: первый из них – обратный газ, направляют в кольцевую топочную камеру реактора для пиролиза, а другой – в теплогенератор на дожигание, полученные в теплогенераторе продукты горения направляют в сушку сырья, загрузку сырья осуществляют через шлюзовой дозатор загрузки.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что обратный газ и воздух подают в кольцевую топочную камеру тангенциально, при этом обратный газ имеет по отношению к воздуху повышенную концентрацию.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что углистый твердый остаток выгружают через шлюзовой дозатор выгрузки с одновременным охлаждением.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.06.2003

Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005