СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПИРОЛИЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИРОЛИЗА Российский патент 2015 года по МПК C10B49/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу осуществления пиролиза и, более конкретно, к способу согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для пиролиза и, более конкретно, к устройству для пиролиза согласно вводной части пункта 17 формулы изобретения.

Уровень техники, к которой относится изобретение

В настоящей заявке пиролиз означает превращение топлива в инертных условиях и при высокой температуре в газообразное состояние, при котором образуются другие маслоподобные органические соединения, включающие жидкость, образующуюся при конденсации. Инертные условия означают бескислородные условия, в которых не происходит горение топлива. Обжиг гудрона представляет собой один пример процесса пиролиза давно известного в предшествующей технике.

Одна возможность для процесса пиролиза представляет собой процесс на основе использования технологии псевдоожиженного слоя. В этом процессе твердый исходный материал поступает в реактор, включающий псевдоожиженный слой горячего инертного донного материала, например, песка. Инертный ожижающий газ используют для ожижения слоя. Исходный материал смешивают с материалом слоя, подвергают пиролизу и получают пиролизные газы, которые выводят из реактора. Тепло для процесса пиролиза можно обеспечить, например, устанавливая реактор пиролиза рядом со сжигающим топливо псевдоожиженным слоем и возвращая нагретый таким образом материал слоя в реактор пиролиза. Твердый исходный материал, используемый в пиролизе, сушат в термической сушилке перед его подачей в реактор пиролиза. Обычно сушилка представляет собой отдельное сушильное устройство. Таким образом, биомассу сначала сушат и затем направляют в реактор пиролиза.

В процессе пиролиза топливо пиролизуется, образующиеся газообразные соединения, т.е. пиролизные газы отделяются от полукоксового остатка, и пиролизные газы конденсируются в пиролизное масло. Пиролизное масло можно использовать в качестве топлива или перерабатывать в различные химические соединения. Производство пиролизного масла из различных видов биомассы, например, из древесного топливо, исследуют в целях замены угля и тяжелого мазута.

Пиролизное масло, полученное пиролизом, оптимально содержит 25 мас.% воды. Если содержание воды намного выше, продукт можно подвергать нежелательному разделению фаз, и конечное использование пиролизного масла станет затруднительным, или потребуется добавлять спирт в пиролизное масло. С другой стороны, если содержание воды является чрезмерно низким, вязкость пиролизного масла увеличится, и его конечное использование станет более затруднительным. Это означает, что содержание воды в пиролизном масле следует поддерживать в определенном интервале. Содержание воды или влаги различается в зависимости от вида биомассы, например, древесины, древесных стружек, торфа или другой биомассы. Достижение уровня 25 мас.% содержания воды или влаги в пиролизном масле означает, что биомассу следует сушить до влагосодержания, составляющего не более чем 10 мас.%, предпочтительно около 4-10 мас.% и предпочтительнее от 5 до 8 мас.%.

Влагосодержание высушенной биомассы влияет на содержание воды в полученном пиролизном масле. Проблема организации сушки на предшествующем уровне техники заключается в том, что использование отдельных сушильных устройств для сушки биомассы не обеспечивает эффективный контроль содержания воды в полученном пиролизном масле. Таким образом, трудно регулировать процесс пиролиза, чтобы содержание воды в полученном пиролизном масле находилось в оптимальных пределах. Кроме того, так как предпочтительное влагосодержание биомассы является низким, как отмечено выше, время выдерживания биомассы в сушилке малого размера является очень продолжительным. Другая альтернатива заключается в том, чтобы увеличить размер сушилки, что приведет к увеличению капитальных затрат и требуемого помещения.

Краткое описание изобретения

Цели настоящего изобретения заключаются в том, чтобы предложить способ и устройство для решения описанных выше проблем.

Цели настоящего изобретения достигаются способом согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, цели настоящее изобретение достигаются устройством для пиролиза согласно отличительной части пункта 17 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. При пиролизе, когда биомасса поступает в процесс, ее сначала сушат, и пиролиз биомассы происходит после этой сушки. Сушка и пиролиз имеют обычно определенную пограничную линию. Это явление используют в настоящем изобретении, проводя сушку биомассы в одном и том же процессе и реакторе, в котором проводят пиролиз. Таким образом, процесс пиролиза в реакторе пиролиза разделен на зону сушки и зону пиролиза. Влагу, отделенная от биомассы в зоне сушки, выводят из реактора пиролиза, и высушенная биомасса далее проходит в зону пиролиза для пиролиза. Такая организация позволяет контролировать влагосодержание пиролизного масла путем регулируемой сушки биомассы в реакторе пиролиза, чтобы производить пиролизное масло, которое будет иметь оптимальное содержание воды. Регулирование сушки биомассы можно интегрировать с работающим в оперативном режиме анализатором содержания воды в пиролизном масле.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно обеспечивает эффективный контроль содержания воды в производимом пиролизном масле путем регулируемой сушки биомассы. Зона сушки устроена внутри реактора пиролиза. Таким образом, сушку и пиролиз осуществляют в одном и том же реакторе.

Другое преимущество заключается в том, что устраняется необходимость отдельной, дорогой и занимающей помещение сушилки.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно посредством предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых

фиг. 1 представляет схематическое изображение реактора пиролиза, установленного в соединении с котлом с кипящим псевдоожиженным слоем;

фиг. 2 представляет вид сбоку одного варианта осуществления реактора пиролиза согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 представляет вид сверху реактора пиролиза, приведенного на фиг. 2;

фиг. 4 представляет схематический вид реактора пиролиза, установленного в соединении с котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем;

фиг. 5 представляет подробное изображение реактора пиролиза, приведенного на фиг. 4;

фиг. 6 представляет другой вариант осуществления реактора пиролиза, установленного в соединении с котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем; и

фиг. 7 представляет подробное изображение реактора пиролиза, приведенного на фиг. 6.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к способу осуществления процесса пиролиза твердого топлива для производства пиролизного масла. Осуществляемый процесс пиролиза предпочтительно представляет собой так называемый быстрый пиролиз. Согласно основному принципу настоящего изобретения, процесс пиролиза в реакторе пиролиза разделен на сушку, в которой сушат биомассу, и пиролиз, в котором подвергают пиролизу высушенную биомассу. Сушку биомассы проводят в зоне сушки реактора пиролиза, и пиролиз высушенной биомассы осуществляют в зоне пиролиза. Таким образом, процесс пиролиза разделен на зону сушки и зону пиролиза, причем зона сушки расположена выше по течению, чем зона пиролиза в направлении движения биомассы в процессе пиролиза.

В настоящей заявке и в формуле изобретения перечисленные ниже термины имеют следующие значения. Термин «твердое топливо» означает все виды практически твердой биомассы, которую подвергают пиролизу в реакторе пиролиза. Твердое топливо может представлять собой любую твердую биомассу, в том числе древесину, древесные стружки, опилки, дрова, лесосечные отходы, городские древесные отходы, побочные продукты и отходы бумажной промышленности, отходы лесоматериалов и торф. Даже несмотря на то, что материал, подвергаемый пиролизу, называют термином «твердое топливо», следует отметить, что данный материал не горит в процессе пиролиза, но выделяет горючие газы, которые можно сконденсировать в жидкое состояние. Термин «пиролизные газы» означает газы, которые образуются в процессе пиролиза и которые далее конденсируются с образованием пиролизного масла. Термин «влагосодержащие газы» означает газы, отделяемые от твердого топлива в зоне сушки реактора пиролиза перед пиролизом твердого топлива в зоне пиролиза.

Твердое топливо предпочтительно сушат до влагосодержания, составляющего не более чем 10 мас.%, предпочтительно около 4-10 мас.% и предпочтительнее от 5 до 8 мас.% в зоне сушки. Во время процесса пиролиза влагосодержание получаемого пиролизного масла анализируют, чтобы контролировать сушку твердого топлива в зоне сушки. Анализ влагосодержания получаемого пиролизного масла можно осуществлять, например, с помощью работающего в оперативном режиме анализатора содержания воды. Эти измерения можно использовать для контроля процесса сушки твердого топлива в зоне сушки путем регулирования скорости удаления влагосодержащих газов из зоны сушки. В качестве альтернативы, сушку твердого топлива в зоне сушки можно контролировать путем регулирования времени выдерживания твердого топлива в зоне сушки. Время выдерживания твердого топлива можно контролировать регулированием скорости движения твердого топлива в зоне сушки. Кроме того, сушку твердого топлива в зоне сушки можно контролировать путем регулирования температуры в зоне сушки. Обсуждаемые выше способы контролируемой сушки твердого топлива можно использовать раздельно или в любом сочетании. Согласно вышеупомянутым способам, содержание воды в производимом пиролизном масле можно контролировать путем регулирования технологических параметров самого процесса пиролиза, в частности, в зоне сушки реактора пиролиза.

В одном предпочтительном варианте осуществления процесс пиролиза согласно настоящему изобретению осуществляют в соединении с котлом с псевдоожиженным слоем. В таком случае твердое топливо поступает в реактор пиролиза, и тепло, требуемое для пиролиза, вводится в реактор пиролиза, по меньшей мере, частично с твердым имеющим вид частиц материалом слоя котла с псевдоожиженным слоем. Материал слоя котла с псевдоожиженным слоем циркулирует через реактор пиролиза и обижается в реакторе пиролиза обижающим газом. Температура материала слоя 40 составляет приблизительно 850ºC в котле с псевдоожиженным слоем 30 и приблизительно 700ºC в реакторе пиролиза 4. Пиролизные газы, полученные из высушенного твердого топлива в реакторе пиролиза, конденсируются и превращаются в жидкость, так называемое пиролизное масло. Предпочтительно в данном способ материал слоя, поступающий из котла с псевдоожиженным слоем, и твердое топливо пропускают через реактор пиролиза в поперечном направлении относительно направления потока ожижающего газа в реакторе пиролиза. Согласно данному способу, осуществляемому в соединении с котлом с ожиженным слоем, реактор пиролиза разделен на зону сушки и зону пиролиза в направлении движения твердого топлива и материала слоя для сушки твердого топлива перед пиролизом твердого топлива в реакторе пиролиза. Это означает, что тепло и тепловую энергию, передаваемую в реактор пиролиза за счет материала слоя, используют для пиролиза твердого топлива в зоне пиролиза, а также для сушки твердого топлива в зоне сушки. Это означает, что тепловую энергию материала слоя котла с псевдоожиженным слоем используют в качестве источника тепловой энергии в реакторе пиролиза. Влагосодержащие газы, выделяющиеся из твердого топлива в зоне сушки, удаляют из зоны сушки, и высушенное твердое топливо поступает в зону пиролиза, подлежащего пиролизу. Пиролизные газы, включающие обогащенные смолой газы, удаляют из реактора пиролиза в зоне пиролиза.

Материал слоя и твердое топливо пропускают практически в горизонтальном направлении через реактор пиролиза. Зону сушки и зону пиролиза можно разделить на две секции (секцию сушки и секцию пиролиза) разделительной перегородкой. В данной перегородке предусмотрены отверстия, которые обеспечивают движение материала слоя и твердого топлива из секции сушки в секцию пиролиза. Материал слоя движется в реакторе пиролиза согласно принципу сообщающихся сосудов, потому что после ожижения он ведет себя некоторым образом подобно текучим средам. Скорость движения материала слоя и твердого топлива можно увеличивать, располагая ожижающие сопла для подачи ожижающего воздуха в предпочтительном направлении.

Разделяя реактор пиролиза на различные секции, можно раздельно удалять влагосодержащие газы, выделяющихся из твердого топлива в зоне сушки, и пиролизные газы, выделяющиеся в зоне пиролиза, и использовать их в различных целях. И те, и другие газы поднимаются вверх, над псевдоожиженным слоем в реакторе пиролиза и могут удаляться из реактора. Не требуется никакое отдельное оборудование для удаления газа или материала слоя. Сушку можно контролировать в зоне сушки путем регулирования температуры твердого материала слоя в зоне сушки или перед его введением в зону сушки. Влагосодержащие газы, удаляемые из твердого топлива, можно подавать в котел с псевдоожиженным слоем, подлежащим обжигу. Процесс пиролиза согласно настоящему изобретению можно осуществлять в соединении с котлом с кипящим псевдоожиженным слоем или котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем, направляя материал слоя из котлов с псевдоожиженным слоем в процесс пиролиза.

На фиг. 1 схематически представлен один вариант осуществления устройства для пиролиза согласно настоящему изобретению, установленного в соединении с котлом с кипящим псевдоожиженным слоем 30. Котел 30 включает камеру сгорания 1 и канал топочного газа 2. Материал слоя 40, состоящий из подобного твердым частицам вещества, в том числе песок или другой инертный

материал, ожижают ожижающим воздухом, поступающим из воздушной коробки 13 через ожижающие сопла (не показаны на чертеже), образуя псевдоожиженный слой в камере сгорания 1. Приспособления для подачи жидкого или твердого топлива, ожижающего газа и воздуха для горения в камеру сгорания 1 не показаны. Топливо, используемое в котле с псевдоожиженным слоем 30, может быть таким же, как твердое топливо, которое подвергают пиролизу в устройстве для пиролиза, включая древесное или другое топливо на основе биомассы, но также в котле с псевдоожиженным слоем 30 можно сжигать уголь, жидкое топливо или некоторое другое топливо. Помимо пиролизных газов, из подвергнутого пиролизу материала образуется кокс как остаток от пиролиза. Кокс можно сжигать отдельно от процесса пиролиза, предпочтительно в котле с псевдоожиженным слоем 30.

Устройство для пиролиза включает реактор пиролиза 4, который представляет собой практически закрытую камеру. Устройство для пиролиза дополнительно включает один или более выпусков пиролизных газов 6 для удаления пиролизных газов из реактора пиролиза 4 и трубопровод 7 для направления пиролизных газов в конденсатор 8. Пиролизные газы конденсируют в конденсаторе 8 в одну или более стадий для получения пиролизного масла, которое далее выводят из устройства для пиролиза через трубопровод 9. Газы, которые не конденсируются в конденсаторе 8, выводят через трубопровод 10 на дальнейшую переработку. Их можно также возвращать через трубопровод 3 6 в реактор пиролиза 4 и использовать в качестве ожижающих газов 4 после их промывки. Газы, которые не конденсируются, можно также возвращать в котел с псевдоожиженным слоем 40.

Процесс пиролиза является непрерывным и использует тепловую энергию материала слоя 40 котла с псевдоожиженным слоем 30. Как показано на фиг. 1, реактор пиролиза 1 установлен в соединении с котлом с кипящим псевдоожиженным слоем таким образом, что реактор пиролиза 4 находится рядом с камерой сгорания 1, и предпочтительно они имеют общую стенку 23.

Фиг. 2 подробно представляет схематический вид реактора пиролиза 4, показанного на фиг. 1. Реактор пиролиза 4 включает один или более впусков материала слоя 11 для подачи горячего материала слоя 40 в реактор пиролиза 4 из камеры сгорания 1 котла с кипящим псевдоожиженным слоем 30 и один или более выпусков материала слоя 12 для выгрузки материала слоя 40 из реактора пиролиза 4 обратно в камеру сгорания 1 котла с кипящим псевдоожиженным слоем 30. Впуски материала слоя 11 и выпуски материала слоя 12 расположены у стенки 23, которая является общей для камеры сгорания 1 и реактора пиролиза 4. Циркуляцию материала слоя 40 через реактор пиролиза 4 посредством впусков материала слоя 11 и выпусков материала слоя 12 можно осуществлять с помощью сообщающихся отделений. Реактор пиролиза 4 дополнительно включает ожижающие сопла 5, прикрепленные к дну реактора 4 для подачи ожижающего газа в реактор пиролиза 4. Ожижающий газ представляет собой любой подходящий инертный газ, в том числе неконденсирующиеся газы, которые образуются при пиролизе, не содержащие кислорода циркулирующие газы или любой другой инертный газ, в том числе азот. Ожижающий газ поступает в сопла 5 из воздушной коробки 13, которая содержит трубопровод 17 для ввода в нее ожижающего газа. Ожижающие сопла 5 расположены с определенными интервалами для покрытия всего расстояния между впусками материала слоя 11 и выпусками материала слоя 12, чтобы обеспечить поперечный поток ожижающего газа по отношению к направлению движения материала слоя 40. Таким образом, ожижающий сопла 5 подают ожижающий газ практически по всему расстоянию, и материал слоя и твердое топливо переносят в псевдоожиженном состоянии через реактор пиролиза. Реактор пиролиза 4 разделен между впусками материала слоя 11 и выпусками материала слоя 12 на секцию сушки 4D и секцию пиролиза 4B. Реактор пиролиза 4 можно дополнительно разделять на секцию поступления 4A, находящуюся выше по течению, чем секция сушки 4D, причем секция поступления 4A включает впуски материала слоя 11, и на секцию выгрузки 4C, расположенную ниже по течению, чем секция пиролиза 4B, причем секция выгрузки 4C включает один или более выпусков материала слоя 12, как показано на фиг. 2.

Твердое топливо, подлежащее пиролизу, можно подавать в реактор пиролиза 4 через секцию сушки 4D или через секцию поступления 4A. Для этого реактор пиролиза 4 включает один или более впусков 14 для поступления твердого топлива, подлежащего пиролизу, в реактор пиролиза 4. Твердое топливо смешивается с материалом слоя и вместе с ним движется в реакторе пиролиза 4. Согласно фиг. 2, впуски материала слоя 11 и выпуски материала слоя 12 расположены на расстоянии друг от друга в горизонтальном направление, справа налево, как показано на фиг. 2, и секция сушки 4D и секция пиролиза 4B расположены между впусками материала слоя 11 и выпусками материала слоя 12. Секция сушки 4D установлена перед секцией пиролиза 4B в направлении движения твердого топлива для сушки твердого топлива перед пиролизом твердого топлива. Таким образом, когда твердое топливо движется в реакторе пиролиза 4, его сначала сушат в секции сушки 4D и затем подвергают пиролизу в секции пиролиза 4B. Таким образом, твердое топливо остается в секции сушки 4D только в течение времени, необходимого для его сушки, и проходит в секцию пиролиза 4B перед тем, как пиролиз практически начинается.

Реактор пиролиза 4 включает также один или более выпусков пиролизных газов 6 для удаления пиролизных газов, образующихся из твердого топлива, из реактора пиролиза 4. Выпуски пиролизных газов 6 расположены в секции пиролиза 4B, как показано на фиг. 2 и 3. Один или более выпусков влаги 20 предусмотрены в секции сушки 4D для удаления влагосодержащих газов, выделяющихся из твердого топлива в секции сушки 4D. Выпуски влаги 20 расположены на верхней стенке 46 реактора пиролиза 4 в секции сушки 4D, и один или более выпусков пиролизных газов 6 расположены на верхней стенке 46 реактора пиролиза 4 в секции пиролиза 4B.

Секция сушки 4D и секция пиролиза 4B отделены друг от друга с помощью разделительной перегородки 22. Разделительная перегородка 22 выступает из верхней стенки 46 реактора пиролиза 4 на расстоянии от дна 48 реактора пиролиза 4, как показано на фиг. 2. Влагосодержащие газы, выделяющиеся из твердого топлива в секции сушки 4D, поднимаются вверх с ожижающим газом, поступающим со дна 48 реактора пиролиза 4, и не входят в секцию пиролиза 4B. Разделительная перегородка 22 может также входить на небольшое расстояние в материал слоя 40, как показано на фиг. 2. Смесь материала слоя и твердого топлива движется в секцию расстоянии от верхней стенки 46 реактора пиролиза 4. Так как ожижающие сопла распределены равномерно между впусками материала слоя 11 и выпусками материала слоя, ожижение происходит в каждой секции.

Фиг. 3 схематически представляет вид сверху реактора пиролиза 4, показанного на фиг. 2. Материал слоя поступает в секцию поступления 4А через впуск материала слоя 11 практически в горизонтальном направлении, и топливо, подлежащего пиролизу, поступает в секцию поступления 4А также практически в горизонтальном направлении, как показано на фиг. 3. Из секции поступления смесь материала слоя и топлива поступает горизонтально в секцию сушки 4D, где топливо сушат и влагосодержащие газы удаляют из секции сушки 4D через выпуск влаги 20. Смесь материала слоя и высушенного топлива далее проходит в секцию пиролиза 4 В, где высушенное топливо подвергают пиролизу с выделением пиролизных газов из высушенного топлива. Пиролизные газы удаляют из секции пиролиза через выпуски пиролизных газов 6. Материал слоя и оставшиеся компоненты топлива затем проходят в секцию выгрузки 4С, в которой их удаляют реактора пиролиза 4 через выпуск материала слоя 12. Как показано на фиг. 2 и 3, материал слоя проходит практически горизонтально через реактор пиролиза 4 вместе с топливом, и газы, выделяющиеся из топлива, удаляют из реактора пиролиза практически в вертикальном направлении.

Фиг. 4 представляет устройство для пиролиза, предусмотренное в соединении с котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем 50. Стрелка C показывает путь материала слоя в котле 50. Котел включает камеру сгорания 1, канал топочных газов 2 и сепаратор 3 для отделения материала слоя от топочных газов. Реактор пиролиза 4 установлен между сепаратором 3 и камерой сгорания 1 котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем 50. Материал слоя из сепаратора 3 циркулирует через реактор пиролиза 4 в камеру сгорания 1. Материал слоя поступает в реактор пиролиза 4 через питающий трубопровод 11 из сепаратора 3 и возвращается обратно в камеру сгорания через обратный трубопровод 21.

Фиг. 5 подробно представляет реактор пиролиза 4, показанный на фиг. 4. Он соответствует, в основном, реактору пиролиза, представленному на фиг. 2 и 3. Через впуск материала 11 материал слоя подают в секцию поступления 4A. Разделительная перегородка 24, которая разделяет секцию поступления 4A и секцию сушки 4D, выступает из дна 48 реактора пиролиза 4 на расстоянии от верхней стенки 46 реактора 4. Поверхность материала слоя в секции поступления 4A доходит практически до высоты разделительной перегородки 24. В следующих секциях 4D, 4B и 4C уровень материала слоя ниже, чем в секции поступления. Как показывает стрелка C, материал слоя проходит из секции поступления 4A через секцию сушки 4D в секцию пиролиза 4B и, наконец, в секцию выгрузки 4C. Оттуда его возвращают назад в камеру сгорания 1 через выпуск материала слоя 12 и через обратный трубопровод 21. На фиг. 5 реактор пиролиза 4 включает теплообменник 15 в секции поступления 4A для регулирования температуры секции сушки 4D и/или секции пиролиза 4B. Температуру материала слоя 40 в секции сушки 4D можно регулировать, устанавливая теплообменник или в секции сушки 4D, или выше по течению, чем секция сушки 4D. Таким образом, можно устанавливать теплообменник 15 также в секции сушки 4D. Теплообменник 15 можно соединять с блоком управления для регулирования сушки твердого топлива в секции сушки 4D.

Фиг. 6 и 7 представляют другой вариант осуществления, в котором реактор пиролиза 4 установлен рядом со стенкой камеры сгорания 1 котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем 50 таким образом, что камера сгорания 1 и реактор пиролиза имеют общую стенку 23. В этом варианте осуществления реактор пиролиза 4 расположен ниже по течению, чем сепаратор частиц 3. Фиг. 7 представляет вид горизонтального поперечного сечения реактора пиролиза 4 и камеры сгорания 1, показанных на фиг. 6. Трубопровод для возвращения материала слоя 21 подает материал слоя в реактор пиролиза 4, и один или более впусков топлива 14 установлены на обратном трубопроводе 21, образуя, по меньшей мере, частично секцию поступления 4A реактора пиролиза 4, как показано на фиг. 7. Реактор пиролиза 4 дополнительно разделен на секцию сушки 4D и секцию пиролиза 4B согласно настоящему изобретению. Секция сушки 4D и секция пиролиза 4B расположены в поперечном направлении относительно направления подачи материала слоя. Смесь материала слоя и топлива проходит из секции поступления 4A в секцию сушки 4D и далее в секцию пиролиза 4B. Секцию поступления 4A, секцию сушки 4D, секцию пиролиза 4B и секцию выгрузки можно осуществлять, как описано выше в связи с фиг. 2, 3 и 5. Из секции выгрузки 4C материал слоя и остатки топлива поступают в камеру сгорания 1 через выпуски материала слоя в общей стенке 23.

Устройство для пиролиза дополнительно включает систему управления для регулирования сушки твердого топлива в секции сушки 4D и, соответственно, для регулирования содержания воды в пиролизном масле. Эта система управления схематически представлена на фиг. 1. Система управления включает блок управления 32 и анализатор содержания воды 34. Анализатор содержания воды 34 анализирует содержание воды в производимом пиролизном масле и предпочтительно представляет собой работающий в оперативном режиме анализатор содержания воды, соединенный с трубопроводом 9. Блок управления 32 включает приемное устройство для приема сигналов измерений от анализатора содержания воды, вычислительное устройство для формирования сигналов управления и передающее устройство для передачи сформированных сигналов управления в технологический процесс. Вычислительное устройство выключает алгоритмы для обработки сигналов измерений и формирования сигналов управления для регулирования сушки твердого топлива в секции сушки 4D. Система управления также включает передающие сигналы линии для передачи сигналов управления в технологический процесс. Передающие сигналы линии представлены на фиг. 1 в виде штриховых линий.

Содержание воды в пиролизном масле контролируют путем регулирования сушки твердого топлива в секции сушки 4D. Сигналы измерений содержания воды в пиролизном масле передаются от анализатора 34 в блок управления 32 по линии 25. Блок управления 32 формирует сигналы для управления технологическим процессом, т.е. для регулирования сушки твердого топлива.

Сушку твердого топлива можно осуществлять многими способами, некоторые примеры из которых разъяснены ниже. Сушку твердого топлива можно контролировать путем регулирования скорости удаления влагосодержащих газов из секции сушки 4D. Блок управления проводит вычисления и передает сигналы управления в ответ на влагосодержание производимого пиролизного масла для регулирующего приспособления (не показано на чертеже), которое соединено с выпуском влаги 20. Сигналы управления передаются по линии 38 в блок управления. Сушку твердого топлива можно также контролировать путем регулирования времени выдерживания твердого топлива в секции сушки 4D. Это осуществляют путем регулирования скорости движения твердого топлива через зону сушки. В этом случае блок управления вычисляет сигналы управления для регулирования скорости ожижающего газа, поступающего в зону сушки. Сигналы управления передаются по линии 41 в блок управления, регулирующий скорость ожижающего газа (не показан на чертеже). Сушку твердого топлива можно также регулировать путем регулирования скорости поступления твердого топлива в реактор пиролиза 4. Увеличение скорости поступления твердого топлива при сохранении постоянными других параметров может замедлять сушку твердого топлива и наоборот. Сигналы управления для регулирования скорости поступления твердого топлива в реактор пиролиза передаются в систему подачи топлива (не показана на чертеже) по линии 44. Кроме того, сушку твердого топлива можно контролировать путем регулирования температуры в секции сушки 4D. Температуру секции сушки можно регулировать путем регулирования температуры материала слоя в секции сушки. Температуру материала слоя можно регулировать с помощью теплообменника 15, приспособленного для регулирования температуры материала слоя 40 в секции сушки 4D или выше по течению, чем секция сушки 4D. Теплообменник 15 можно устанавливать в секции поступления 4A и/или в секции сушки 4D, как показано на фиг. 5. Сигналы управления для теплообменника 15 передаются по линии 42.

Специалисту в технике будет очевидно, что, по мере развития технологии, идею настоящего изобретения можно осуществлять различными способами. Настоящее изобретение и варианты его осуществления не ограничены описанными выше примерами, но могут изменяться в рамках формулы изобретения.

Изобретение относится к химической промышленности. Способ включает поступление твердого топлива в зону сушки (4D) в реакторе пиролиза (4) для удаления влагосодержащих газов; направление высушенного твердого топлива из зоны сушки (4D) в зону пиролиза (4B), установленную последовательно в горизонтальном направлении в реакторе пиролиза (4); пиролиз высушенного твердого топлива для выделения пиролизных газов и удаление пиролизных газов из зоны пиролиза. Влагосодержащие газы, выделенные из твердого топлива в зоне сушки, и пиролизные газы (6), выделенные в зоне пиролиза, удаляются раздельно. Пиролизные газы (6) направляют из реактора пиролиза (4) в конденсатор для получения пиролизного масла. Изобретение позволяет регулировать содержание воды в полученном пиролизном масле. 3 н. и 36 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ осуществления процесса пиролиза в устройстве для пиролиза твердого топлива и получения пиролизного масла, причем процесс пиролиза осуществляют в соединении с котлом с псевдоожиженным слоем (30), содержащим камеру сгорания (1), которая содержит материал слоя котла, и обеспечивают тепло, требуемое для процесса пиролиза, по меньшей мере, частично за счет материала слоя котла, отличающийся тем, что данный способ включает следующие стадии:
- поступление твердого топлива в зону сушки в реакторе пиролиза (4);
- высушивание твердого топлива в зоне сушки и удаление из зоны сушки влагосодержащих газов из твердого топлива;
- направление высушенного твердого топлива и материала слоя практически горизонтально из зоны сушки в зону пиролиза, установленную последовательно в горизонтальном направлении в реакторе пиролиза (4);
- пиролиз высушенного твердого топлива для выделения пиролизных газов из высушенного твердого топлива и удаления пиролизных газов из зоны пиролиза; в результате чего влагосодержащие газы, выделенные из твердого топлива в зоне сушки, и пиролизные газы, выделенные в зоне пиролиза, удаляются раздельно;
- направление пиролизных газов из реактора пиролиза (4) в конденсатор (8) для получения пиролизного масла;
- регулирование влагосодержания пиролизного масла путем регулирования сушки твердого топлива; и
- анализ влагосодержания производимого пиролизного масла для регулирования сушки твердого топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся выведением влагосодержащих газов из реактора пиролиза (4) в зоне сушки.

3. Способ по п. 1, отличающийся регулированием сушки твердого топлива в зоне сушки.

4. Способ по п. 2, отличающийся регулированием влагосодержания пиролизного масла путем регулирования сушки твердого топлива.

5. Способ по п. 4, отличающийся регулированием сушки твердого топлива в зоне сушки.

6. Способ по пп. 1-5, отличающийся регулированием времени выдерживания твердого топлива в зоне сушки.

7. Способ по п. 6, отличающийся регулированием времени выдерживания твердого топлива в зоне сушки путем регулирования скорости движения твердого топлива через зону сушки.

8. Способ по пп. 3-5, отличающийся регулированием температуры в зоне сушки.

9. Способ по пп. 3-5, отличающийся регулированием скорости поступления твердого топлива в реактор пиролиза (4).

10. Способ по пп. 3-5, отличающийся регулированием скорости удаления влагосодержащих газов из зоны сушки.

11. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся сушкой твердого топлива в зоне сушки до уровня влагосодержания от 4 до 10 мас.%.

12. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся осуществлением процесса пиролиза с использованием материала слоя камеры сгорания (1), в котором материал слоя камеры сгорания (1) циркулирует через реактор пиролиза и ожижается в реакторе пиролиза под действием ожижающего газа, пиролизные газы, выделяющиеся из твердого топлива в реакторе пиролиза, конденсируются в жидкое состояние, образуя так называемое пиролизное масло, причем в данном способе материал слоя камеры сгорания (1) и твердое топливо пропускают через реактор пиролиза (4) в поперечном направлении относительно направления потока ожижающего газа.

13. Способ по п. 12, отличающийся направлением материала слоя и твердого топлива практически в горизонтальном направлении через реактор пиролиза (4) и тем, что ожижающий газ поступает в процесс пиролиза под материал слоя.

14. Способ по п. 11, отличающийся регулированием температуры в зоне сушки путем регулирования температуры материала слоя, поступающего в зону сушки реактора пиролиза (4).

15. Способ по п. 12, отличающийся регулированием температуры в зоне сушки путем регулирования температуры материала слоя, поступающего в зону сушки реактора пиролиза (4).

16. Способ по п. 11, отличающийся регулированием сушки твердого топлива в зоне сушки путем регулирования скорости ожижающего газа, поступающего в зону сушки.

17. Способ по п. 11, отличающийся регулированием сушки твердого топлива в зоне сушки путем регулирования скорости ожижающего газа, поступающего в зону сушки.

18. Способ по п. 11, отличающийся подачей материала слоя в процесс пиролиза из камеры сгорания (1) котла с псевдоожиженным слоем (30), при этом котел с псевдоожиженным слоем выбирают из одного из следующих: котла с кипящим псевдоожиженным слоем и котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

19. Способ по п. 12, отличающийся подачей материала слоя в процесс пиролиза из камеры сгорания (1) котла с псевдоожиженным слоем (30), при этом котел с псевдоожиженным слоем выбирают из одного из следующих: котла с кипящим псевдоожиженным слоем и котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

20. Способ по п. 11, отличающийся использованием древесины, древесных стружек, опилок, торфа или любой другой твердой биомассы в качестве твердого топлива, подлежащего пиролизу.

21. Способ по п. 12, отличающийся использованием древесины, древесных стружек, опилок, торфа или любой другой твердой биомассы в качестве твердого топлива, подлежащего пиролизу.

22. Устройство для пиролиза, включающее реактор пиролиза (4) для пиролиза твердого топлива и конденсатор (8) для конденсации пиролизных газов, выделяющихся из твердого топлива, в пиролизное масло, в котором реактор пиролиза (4) установлен в соединении с котлом с псевдоожиженным слоем (30), содержащим камеру сгорания (1) с материалом слоя, при этом котел с псевдоожиженным слоем (3) подходит для обеспечения тепла, требуемого для пиролиза твердого топлива, по меньшей мере, частично за счет материала слоя котла, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) включает секцию сушки (4D) для сушки твердого топлива, поступающего в реактор пиролиза, один или более выпусков влаги (20), предусмотренных в секции сушки (4D) для удаления из секции сушки (4D) влагосодержащих газов, выделенных из твердого топлива в секции сушки (4D), секцию пиролиза (4В) для пиролиза твердого топлива, высушенного в секции сушки (4D), и один или несколько выпусков пиролизных газов (6), расположенных в секции пиролиза (4В), для удаления пиролизных газов из секции пиролиза и для направления пиролизных газов, выделяющихся из твердого топлива, в конденсатор (8), и что секция сушки (4D) и секция пиролиза (4В) установлены последовательно в горизонтальном направлении таким образом, что материал слоя и высушенное твердое топливо пропускают практически в горизонтальном направлении из секции сушки (4D) в секцию пиролиза (4В), в результате чего влагосодержащие газы, выделенные из твердого топлива в секции сушки, и пиролизные газы, выделенные в секции пиролиза, удаляются раздельно, при этом устройство для пиролиза дополнительно включает устройство управления (32) для регулирования сушки твердого топлива в ответ на влагосодержание производимого пиролизного масла, при этом устройство управления (32) включает анализатор содержания воды (34) для измерения содержания воды в производимом пиролизном масле.

23. Устройство для пиролиза по п. 22, отличающееся тем, что устройство управления (32) для регулирования сушки твердого топлива предназначено для регулирования сушки твердого топлива в секции сушки (4D) в ответ на влагосодержание производимого пиролизного масла.

24. Устройство для пиролиза по п. 22 или 23, отличающееся тем, что устройство управления установлено, чтобы регулировать скорость движения твердого топлива или состоящего из твердых частиц материала слоя в секции сушки (4D) и/или регулировать температуру в секции сушки (4D) с помощью теплообменника (15), и/или регулировать скорость поступления твердого топлива в реактор пиролиза (4), и/или регулировать скорость удаления влагосодержащих газов из секции сушки (4D).

25. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) дополнительно включает:
один или более впусков твердого топлива (14) для поступления твердого топлива, подлежащего пиролизу, в реактор пиролиза (4);
- один или более впусков материала слоя (11) для поступления горячего состоящего из твердых частиц материала слоя в реактор пиролиза (4);
- один или более выпусков материала слоя (12) для выгрузки горячего состоящего из твердых частиц материала из реактора пиролиза (4);
- ожижающие сопла (5) для подачи ожижающего газа в реактор пиролиза (4), причем данные ожижающие сопла (5) установлены между впусками материала слоя (11) и выпусками материала слоя (12), чтобы создать поперечный поток ожижающего газа относительно направления движения твердого топлива и материала слоя;
- один или более выпусков пиролизных газов (6) для удаления пиролизных газов, выделяющихся из твердого топлива, из реактора пиролиза (4).

26. Устройство для пиролиза по п. 25, отличающееся тем, что устройство управления установлено для регулирования температуры материала слоя, поступающего в реактор пиролиза, и/или регулирования скорости ожижающего газа, поступающего в секцию сушки (4D) реактора пиролиза (4).

27. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) включает теплообменник (15) для регулирования температуры секции сушки (4D) и/или секции пиролиза (4В).

28. Устройство для пиролиза по п. 27, отличающееся тем, что теплообменник (15) приспособлен для регулирования температуры состоящего из твердых частиц материала слоя в секции сушки (4D) или выше по течению, чем секция сушки (4D).

29. Устройство для пиролиза по п. 24, отличающееся тем, что ожижающий газ поступает в процесс пиролиза под псевдоожиженный слой.

30. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что секция сушки (4 В) включает один или более выпусков влаги (20) для выведения влагосодержащего газа из секции сушки (4D).

31. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что секция сушки (4D) и секция пиролиза (4В) отделены друг от друга с помощью разделительной перегородки (22).

32. Устройство для пиролиза по п. 31, отличающееся тем, что реактор пиролиза включает верхнюю стенку (46) и дно (48), и что разделительная перегородка (22) выступает из верхней стенки (46) на расстоянии от дна (48) реактора пиролиза (4).

33. Устройство для пиролиза по п. 31, отличающееся тем, что разделительная перегородка (22) выступает из дна (48) реактора пиролиза (4) на расстоянии от верхней стенки (46) реактора пиролиза (4).

34. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) дополнительно разделен в направлении движения твердого топлива на секцию поступления (4А) выше по течению, чем секция сушки (4D), причем данная секция поступления (4А) включает один или более впусков материала слоя (11), и на секцию выгрузки (4С) после секции пиролиза (4В), причем данная секция выгрузки (4С) предназначена для выгрузки материала слоя из реактора пиролиза (4).

35. Устройство для пиролиза по п. 34, отличающееся тем, что секция поступления (4А) и секция сушки (4D), а также секция пиролиза (4В) и секция выгрузки (4А) отделены друг от друга с помощью разделительных перегородок (24, 26), выступающих из верхней стенки (46) реактора пиролиза (4) на расстоянии от дна (48) реактора пиролиза (4).

36. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) установлен в непосредственном соединении с котлом с кипящим псевдоожиженным слоем (30) для циркуляции материала слоя из камеры сгорания (1) котла с кипящим псевдоожиженным слоем (30) через реактор пиролиза (4).

37. Устройство для пиролиза по любому из пп. 22-24, отличающееся тем, что реактор пиролиза (4) установлен в соединении с котлом с циркулирующим псевдоожиженным слоем (30) для циркуляции материала слоя из камеры сгорания (1) котла с
циркулирующим псевдоожиженным слоем (30) через реактор пиролиза (4).

38. Устройство для пиролиза по п. 37, отличающееся тем, что котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем (30) включает сепаратор (3) для отделения материала слоя от топочных газов, и что реактор пиролиза (4) установлен между сепаратором (3) и камерой сгорания (1) котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем (30) для циркуляции состоящего из твердых частиц материала слоя из сепаратора (3) через реактор пиролиза (4) в камеру сгорания (1).

39. Применение устройства для пиролиза для сушки твердого топлива в реакторе пиролиза (4), который включает секцию сушки (4D) для сушки твердого топлива, поступающего в реактор пиролиза, один или более выпусков влаги (20), предусмотренных в секции сушки (4D) для удаления из секции сушки (4D) влагосодержащих газов, выделяющихся из твердого топлива в секции сушки (4D), секцию пиролиза (4В) для пиролиза твердого топлива, высушенного в секции сушки (4D), и один или более выпусков пиролизных газов (6), установленных в секции пиролиза (4В) для удаления пиролизных газов из секции пиролиза (4В), в результате чего влагосодержащие газы, выделяющиеся из твердого топлива в секции сушки, и пиролизные газы, выделяющиеся в секции пиролиза, удаляются раздельно, причем секция сушки (4D) установлена выше по течению, чем секция пиролиза (4В).