СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧЕГО ГАЗА ИЗ ТОРФА Российский патент 2008 года по МПК C10J3/02 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Способ получения торфяного газа осуществляется следующим образом.

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

Пример 1

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

Пример 2

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

Пример 3

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

Пример 4

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

Пример 5

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

Пример 6

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

Пример 7

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

Пример 8

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

Пример 9

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

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

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

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

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

Табл.1Способ получения горючего газа из торфаВремя, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7202169,891,671,351,8911,39132024513.712,531,812,5318,49192026316,893,332,113,0019,53288027519,333,892,263,3020,124080281,520,864,192,323,4519,82

Табл.2Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан72018811,226,741,282,5614,92132022817,948,651,803,0818,36192024321,859,351,963,2518,43288025224,639,722,033,3418,36408025826,579,932,063,3918,06

Табл.3Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7202196,156,430,722,6910,05132026811,559,181.413,7216,32192028614,9910,261,774,1218,73288030018,1311,152,004,4219,93408030820,2111,702,104,6019,59

Табл.4Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7202208,737,571,122,9810,8132026113,8510,051,803,8917,03192027817,3011,172,174,2718,09288028920,1411,912,354,5119,24408029521,9212,322,424,6419,94

Табл.5Торфоминеральное топливоВремя, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7202077,631,151,090,637,12132025515,273,272,191,4525,23192027220,114,772,771,9529,262880281,523,525,673,032,2329,844080286,525,546,133,122,3728,58

Табл.6Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7202086,615,990,852,7110,21132025211,658,341,493,6718,19192026814,709,351,824,0418,43288027917,4510,052,004,2818,67408028519,1910,432,084,4019,15

Табл.7Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7207205,783,520,742,4810,111320132011,996,101,453,7015,851920192016,347,531,924,2218,042880288021,838,812,374,7018,884080408024,429,332,494,8820,74

Табл.8Время, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, млТеплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан72022312,028,242,647,0113,96132025216,199,853,478,1620,41192026518,8310,593,868,6520,76288028022,6011,394,219,0520,484080286,524,4711,714,339,1919,69

Табл.9Торфоминеральное топливоВремя, секОбъем полученной газовой смеси, млКоличество углеводородов в газовой смеси, мл.Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м³МетанЭтанЭтиленПропан7201613,830,450,270,194,8713201956,400,980,590,4112,101920228,510,382,091,130,8616,42288023711,662,451,251,0117,21408024312,762,741,321,1318,61

Табл.10ПоказателиТорф + алюмосиликатыПлотность сухого вещества гранул, кг/м³700-900*Экспериментальные значения максимальной прочности гранул на одноосное сжатие, кПа (равновесное влагосодержание)4300-6280** - значения изменяются в данном интервале в зависимости от вида алюмосиликата, использующегося в качестве модифицирующей добавки, и диаметра получаемых гранул.

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

1. Способ получения горючего газа из торфа путем его нагрева в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в концентрации 2-30 мас.%, которые перед нагревом смешивают с торфом и гранулируют, а нагрев ведут при температуре 400-500°С.2. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют бентонитовую глину.3. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют глинистый мергель.4. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют кембрийскую глину.5. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют каолиновую глину.6. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Beta-25.7. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Mord.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы торфа с алюмосиликатным материалом получают размером от 5 до 30 мм методом скатывания.