РЕАКТОР БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА ТОРФА Российский патент 2007 года по МПК C10F5/06 B01J19/24 F23R5/00 

Изобретение относится к технике переработки торфа, а именно к процессу быстрого пиролиза торфа, который используется в качестве сырья для производства пиролизного топлива, тепловой энергии (электроэнергии) и кокса.

Из уровня техники известна установка для термической переработки твердого топлива (в частности, торфа) и металлсодержащего сырья, раскрытая в описании к патенту RU 2056009 С1, опубликованном 10.03.1996, МПК F 23 J 1/08, C 10 J 3/54 и F 27 B 15/02. Указанная установка содержит кессонированную печь с фурмами для подачи кислородсодержащего газа в расплав, каналами в корпусе для выпуска шлака и газа и загрузочными устройствами, а также дополнительную печь кипящего слоя. Установка в целом представляет собой шахту с установленной вверху печью кипящего слоя так, чтобы обеспечить выход обработанного материала из печи кипящего слоя в кессонированную печь самотеком. Установка снабжена азотно-кислородной станцией, связанной трубами, подающими азот под давлением, с теплообменником, расположенным выше расплава, в газоходной части кессонированной печи с фурмами, и далее с газораспределительной коробкой печи кипящего слоя. Кислородподающими трубами станция связана с кессонированной печью, куда через фурмы подается кислородсодержащее дутье. Кессонированная печь снабжена сифоном для непрерывного выпуска расплава (шлака). Печь кипящего слоя снабжена загрузочным устройством, патрубком для выхода газа и связана транспортным каналом с кессонированной печью. По указанному каналу в кессонированную печь подается обработанный материал из печи кипящего слоя. Для корректировки состава расплава кессонированная печь имеет отдельное загрузочное устройство с питателем.

В целях обработки материала в печи кипящего слоя паром кессонированная печь снабжена испарительным кессоном с патрубком ввода воды и выхода пара. Патрубок выхода пара соединен паропроводом с распределительной коробкой печи кипящего слоя. Установка позволяет использовать давление испаряющегося азота для создания кипящего слоя охлаждения свода печи.

Однако указанная установка имеет достаточно сложную конструкцию. Помимо того, что она содержит две печи, в ее состав входит азотно-кислородная станция, что существенным образом сказывается на энергопотреблении установки и ее производительности.

В качестве прототипа заявленного устройства может быть выбран реактор пиролиза торфа, реализованный в рамках комплексной установки - газификатора твердого топлива, раскрытого в описании к патенту RU 2232347 С2, опубликованном 10.07.2004, МПК F 23 G 5/027.

Указанная установка выполнена в виде вертикальной шахтной печи, внутри которой последовательно сверху вниз расположены зоны сушки, пиролиза и горения твердого топлива. В верхней части расположены загрузочное устройство и патрубок для отбора продукта - газа, в нижней части - патрубок для подачи газифицирующего агента и устройство для накопления и вывода твердых продуктов переработки (золы). Между верхней и нижней частями газификатора расположены одна или несколько секций, являющихся составными частями печи, имеющих в центре внутренние сквозные полости, расположенные в направлении вертикальной оси газификатора и сообщающиеся с внутренними полостями верхней и нижней части, а также с внутренними полостями других составных частей. Внутренние полости секций имеют футеровку, в которой закреплены концы термоаккумулирующих элементов. Термоаккумулирующие элементы расположены во внутренних полостях секций. Они равномерно распределены по объему внутренних полостей и обладают достаточно большой теплоемкостью.

Однако существенным недостатком описанной выше установки является то, что помимо пиролиза торфа в ней также происходит ряд вторичных химических реакций, а следовательно, в состав продукта - газа попадают нежелательные тяжелые газы, которые в последствии тяжело реализовать в условиях промышленного производства, а на выходе установки вместо такого полезного продукта переработки как кокс образуется фактически непригодный для какого-либо промышленного использования конечный продукт - зола.

Таким образом задачей (техническим результатом) предложенного изобретения является возможность реализовать процесс пиролиза торфа, в результате которого из исходного продукта не будут выделены плохо пригодные для последующего использования продукты разложения торфа.

С этой целью реактор быстрого пиролиза торфа содержит трехсекционную рабочую камеру с выводами для подачи сухого торфа, выхода кокса и отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа, две установленные внутри рабочей камеры горизонтально ориентированные цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, и заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, расположенные по одной в каждой из трех секций рабочей камеры, причем вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры, вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции рабочей камеры, одна из цилиндрических газовых горелок и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина расположена в верхней секции рабочей камеры, а вторая цилиндрическая газовая горелка и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина - в средней секции, при этом наклонные металлические пластины реактора расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны.

Конструкция описанного выше реактора для быстрого пиролиза торфа отражена на следующих чертежах.

На фиг.1 показан общий вид предложенного реактора для быстрого пиролиза торфа.

На фиг.2 показан вид сбоку верхней и средней секций предложенного реактора для быстрого пиролиза торфа.

В основу конструкции реактора положена трехсекционная рабочая камера 1. Данная рабочая камера 1 в области двух своих верхних секций выполнена цилиндрической, а в области своей нижней секции - в форме усеченного конуса сужающегося к низу. В указанной рабочей камере 1 в верхней части ее верхней секции выполнены выводы для подачи сухого торфа 2 и отвода выделившегося в результате пиролиза газа 3, а в нижней части ее нижней секции - вывод для выхода кокса (отработанного продукта) 4. Внутри рабочей камеры 1 установлены две горизонтально ориентированные цилиндрические газовые горелки 5. Указанные газовые горелки 5 установлены так, что их ось примерно пересекает ось рабочей камеры 1. С каждой из цилиндрических газовых горелок 5 механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине 6. Для этого в каждой из цилиндрических газовых горелок в их центральной по длине зоне выполнена продольная проточка, в которую заключен нижний конец соответствующей наклонной металлической пластины 6 (см. фиг.1 и 2).

По периметру внутренней стенки рабочей камеры 1 в каждой из трех ее секций размещены кольцевые камеры 7, заполненные охлаждающей жидкостью, с подводящими 8 и отводящими 9 трубками, предназначенными, как следует из их названия, соответственно для подвода холодной охлаждающей жидкости и отвода нагретой охлаждающей жидкости.

Первая из двух цилиндрических газовых горелок 5 и сопряженная с ней соответствующая наклонная металлическая пластина 6 расположена в верхней секции рабочей камеры 1, а вторая цилиндрическая газовая горелка 5 и сопряженная с ней соответствующая наклонная металлическая пластина 6 - в средней секции рабочей камеры 1. Наклонные металлические пластины 6 размещены в рабочей камере так, что одна из них расположена под другой и наклонены они в противоположные стороны, как это показано на фиг.2.

Предложенный реактор быстрого пиролиза торфа работает следующим образом.

Исходный продукт - сухой торф с влажностью порядка 15% непрерывно подают в рабочую камеру 1 через выполненный в верхней части верхней секции рабочей камеры 1 вывод для подачи сухого торфа 2. В рабочей камере 1 частицы торфа под действием силы тяжести начинают падать вниз в направлении верхней из наклонных металлических пластин 6.

В каждой из секций рабочей камеры 1 посредством введенных в нее цилиндрических газовых горелок 5, к которым подводится газифицирующий агент, содержащий кислород, поддерживается температура порядка 650°С. Поэтому как только частицы торфа попадут в верхнюю секцию рабочей камеры 1 реактора, они вследствие высокотемпературного воздействия начнут разлагаться на составляющие, т.е. начнется пиролиз исходного продукта. При этом в первую очередь из них будут выделяться легкие органические газы, например, такие как метан CH₄, наиболее слабо привязанные к исходной молекуле торфа. Как только частицы торфа достигнут верхней из наклонных металлических пластин 6, то подогретый металл выступит в роли катализатора химической реакции разложения и скорость указанной реакции возрастет. Теперь от достигших наклонной металлической пластины 6 частиц торфа будут отделяться более тяжелые газы.

После этого частицы торфа скатятся по верхней наклонной металлической пластине 6 и попадут в зону средней секции рабочей камеры 1. Учитывая, что к тому времени давление выделившихся из торфа газов в средней секции будет гораздо выше, чем в верхней секции, это еще несколько ускорит реакцию разложения торфа. Процесс разложения торфа еще дополнительно ускорится по попадании торфа на нижнюю наклонную металлическую пластину 6, которая подействует на торф как катализатор реакции. Таким образом по мере падения частиц торфа в более нижние зоны рабочей камеры, от них будут отделяться все более и более тяжелые газообразные составляющие, а частицы торфа на каждом этапе разложения будут постепенно скоксовываться. Частицы торфа проходят через всю рабочую камеру 1, т.е. находятся внутри реактора, примерно в течение 6 с. В том случае, если бы в данном случае был реализован более длительный процесс термического разложения торфа, то начался бы так называемый вторичный пиролиз торфа, в результате которого из последнего выделились бы нежелательные тяжелые составляющие, например газообразная основа серной кислоты H₂SO₄, а исходные частицы торфа настолько бы скоксовались, что конечный продукт был фактически непригоден для последующего промышленного использования.

Отработанные частицы торфа - кокс выводят из рабочей камеры 1 через выполненный в нижней части ее нижней секции вывод для выхода кокса 4. Кроме того, в результате пиролиза в теле рабочей камеры 1 выделяются горючие пиролизные газы, которые выводятся из рабочей камеры через выполненный в верхней части ее верхней секции вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза газа 3 и аккумулируются в специальной емкости для хранения газов (не показана). Как кокс, так и выделившийся в результате пиролиза газ являются ценными продуктами для последующего промышленного использования в качестве исходного энергоносителя.

Кроме того, в процессе пиролиза торфа содержащаяся в кольцевых камерах 7 охлаждающая жидкость нагревается примерно до 85-105°С, а следовательно, по существу также может рассматриваться в качестве полезного продукта пиролиза торфа и может эффективно использоваться в различных системах отопления. Указанная охлаждающая жидкость непрерывно подается из бака (не показан) в каждую из кольцевых камер 7 по подводящим трубкам 8. В процессе пиролиза торфа жидкость прогревается и выводится из кольцевой камеры 7 через соответствующие отводящие трубки 9, с которых она подается к тому или иному потребителю системы отопления (не показан).

Предложенное устройство благодаря описанным выше конструктивным особенностям позволяет обеспечить высокую пропускную способность при малых энергозатратах на осуществление процесса пиролиза торфа. Кроме того, благодаря своей простоте и технологичности оно может быть изготовлено на большинстве малых не оснащенных специальным сложным оборудованием производственных предприятий и практически реализовано большинством малых торфоперерабатывающих предприятий.

Изобретение относится к технике переработки торфа, а именно к процессу быстрого пиролиза торфа, который используется в качестве сырья для производства пиролизного топлива, электроэнергии и кокса. Реактор содержит трехсекционную рабочую камеру 1 с выводами для подачи сухого торфа 2, выхода 4 кокса и отвода 3 выделившегося в результате пиролиза торфа газа. Внутри камеры 1 горизонтально установлены две цилиндрические газовые горелки 5. С каждой механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине 6. Кольцевые камеры 7 заполнены охлаждающей жидкостью и содержат подводящие 8 и отводящие 9 трубки, расположенные по одной в каждой из трех секций камеры 1. Вывод для подачи сухого торфа 2 и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа 3 выполнены в верхней части верхней секции камеры 1, а вывод 4 для кокса - в нижней части нижней секции. Одна из горелок 5 и сопряженная с ней пластина 6 расположена в верхней секции, а вторая - в средней секции. Пластины 6 реактора расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны. Изобретение исключает выделение веществ, плохо пригодных для последующего использования. 2 ил.

Реактор быстрого пиролиза торфа, содержащий трехсекционную рабочую камеру с выводами для подачи сухого торфа, выхода кокса и отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа, две установленные внутри рабочей камеры горизонтально ориентированные цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, и заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, расположенные по одной в каждой из трех секций рабочей камеры, причем вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры, вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции рабочей камеры, одна из цилиндрических газовых горелок и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина расположены в верхней секции рабочей камеры, а вторая цилиндрическая газовая горелка и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина - в средней секции, при этом наклонные металлические пластины реактора расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны.