УСТАНОВКА ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ Российский патент 2024 года по МПК C10B53/02 C10B47/32 

Изобретение относится к области переработки отходов деревообработки, а именно к комплексам по пиролизу древесной массы [B09B 3/40, C10B 47/32, C10B 47/40, C10B 53/08, C10L 5/02, C10L 5/04, C10L 5/06, C10L 5/08, C10L 5/26, C10L 5/28, C10L 5/30, C10L 5/44, C10L 2290/00, C10L 2290/02].

Из уровня техники известен АППАРАТ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА УГЛЯ [JPH 06264078 (A), опубл. 20.09.1994], в котором туннельная печь последовательно состоит из камеры предварительного нагрева, сушильной камеры, камеры карбонизации и камеры охлаждения, а сырье перемещается через регулярные промежутки времени, при этом содержит устройство для утилизации древесноугольного газа, образующегося в камере карбонизации, и использующего его в качестве вспомогательного топлива для печи.

Также известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОСОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПИРОЛИЗА [US 2022169936 (A1), опубл. 02.06.2022], включающее систему подачи материала, причем система подачи материала выполнена с возможностью подачи углеродсодержащего сырья, многозонный реактор, в котором многозонный реактор расположен в функциональном сообщении с системой подачи материала или сушилкой, при этом многозонный реактор содержит по меньшей мере одну зону пиролиза, расположенную в функциональном сообщении с пространственно разделенной зоной охлаждения, и при этом многозонный реактор содержит выпускное отверстие для удаления конденсируемого пара или неконденсируемого газа из твердого вещества, блок обогащения материала, расположенный в функциональном сообщении с многозонным реактором или охладителем, при этом блок обогащения материала сконфигурирован для пропускания конденсируемого пара или неконденсируемого газа через твердое вещество с образованием улучшенного твердого вещества с повышенным содержанием углерода, и блок регенерации углерода, расположенный в функциональном соединении с блоком обогащения материала. Устройство дополнительно содержит охладитель, расположенный в функциональном сообщении с многозонным реактором, сушилку, расположенную в функциональном сообщении с системой подачи материала для удаления влаги, содержащейся в углеродсодержащем сырье и зону предварительного нагрева, расположенную в функциональном сообщении с пиролизной камерой.

Также известно УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИОУГЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОМАССЫ [WO 2019103551 (A1), опубл. 31.05.2019], в котором биомасса измельчается на мелкие частицы длиной от 1 до 3 мкм дробилкой, нагревается и высушивается при перемещении по конвейеру сушильного агрегата, блок преобразования биоугля, который преобразует биомассу в биоуголь путем транспортировки и ввода биомассы, высушенной и хранящейся в сушильном блоке, через транспортную трубу; дым от сгорания, образующийся в блоке преобразования биоугля, извлекается и повторно сжигается с помощью машины с высокой рекуперацией тепла, и таким образом, блок рекуперации источника тепла для подачи источника тепла, генерируемого источником тепла, через трубу подачи источника тепла; блок рекуперации биоугля, который генерирует дым от продуктов сгорания из блока рекуперации источника тепла и получает оставшийся биоуголь через трубу рекуперации биоугля для восстановления биоугля путем разделения и сортировки охлаждения и пыли; дым неполного сгорания сжигается в блоке рекуперации тепла; блок хранения древесного уксуса, который собирает и очищает древесный уксус, образующийся в результате конденсации в процессе, и хранит его, а также инвертор для контроля прочности в середине трубы подачи источника тепла при рекуперации дыма от продуктов сгорания из блока утилизации источника тепла, в блок рекуперации тепла дополнительно устанавливается вентилятор, а блок рекуперации биоугля оснащен всасывающим устройством для всасывания частиц биоугля через трубу для сбора биоугля, а также дополнительно устанавливается устройство водяного охлаждения для охлаждения водой, а всасывающий блок перекачивает биоуголь, блок преобразования биоугля снабжен одним или несколькими нагревательными стержнями для преобразования биомассы в биоугля, а таймер подсоединен для обеспечения возможности управления нагревательным стержнем в соответствии с состоянием биомассы.

Основной технической проблемой аналогов и прототипа является низкая унификация предлагаемых установок для пиролиза биомассы, обусловленная разнородностью узлов туннельной печи (транспортной трубы), что не позволяет формировать различные варианты установки для переработки широкого спектра сырья из биомассы, характеризующегося различным составом, фракцией, исходной влажностью сырья и т.д. и управлять процессом пиролиза.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в создании унифицированного конструктивного решения, обеспечивающего вариативность применения этого решения для создания установок пиролиза древесной массы с плавным дозированным перемещением древесной массы поэтапно через зоны пиролиза и охлаждения с возможностью управления технологическим процессом.

Технический результат достигается за счет того, что установка пиролиза древесной массы, содержащая последовательно соединенные между собой в одну линию секцию пиролиза и секцию охлаждения, выполненные из сегментов из профильной трубы одного сечения, соединенных между собой своими торцами однотипным, совпадающим по посадочным местам, разъемным соединением, позволяющих варьировать количество сегментов в каждой из секций и соединять их друг с другом, сегменты секций пиролиза и охлаждения содержат интегрированные в них цепные конвейеры, тяговое усилие каждого из которых создается с помощью отдельного электрического привода, передаваемого закольцованным вокруг звездочек, смонтированных у обоих торцов сегмента, цепям, опирающихся на направляющие, смонтированных на боковых стенках внутри сегмента, сегменты секций пиролиза и охлаждения содержат в своих стенках отверстия, закрытые съемными герметичными люками с возможностью демонтажа этих люков и монтажа на их место нагревательных блоков, отводов узлов дымоудаления и газового узла, измерительных датчиков или форсунок форсуночной магистрали, снаружи секции пиролиза и охлаждения закрыты термоизолирующим покрытием и кожухами, с открытого торца секции пиролиза смонтирован входной шлюз, оснащенный мотор-редуктором, а с открытого торца секции охлаждения смонтирован выходной шлюз, приводы конвейеров, нагревательные блоки, мотор-редуктор входного шлюза, измерительные датчики, форсунки форсуночной магистрали подключены к модулю управления с возможностью управления нагревом древесной массы в зависимости от значений температурных режимов, данные которых получены с помощью измерительных датчиков, изменения скорости движения конвейеров и дозирования охлаждающей среды.

В частности, труба секций пиролиза и охлаждения выполнена круглого или прямоугольного сечения.

В частности, цепные конвейеры выполнены скребкового или пластинчатого типа.

В частности, привод конвейера выполнен в виде электродвигателя с редуктором.

В частности, нагревательные блоки выполнены в виде трубчатых электрических нагревателей.

В частности, входной шлюз выполнен в виде герметичного приводного шлюзового затвора вращающего или возвратно-поступающего типа.

В частности, входной шлюз возвратно-поступательного типа содержит мотор-редуктор и смонтированную посредством рычага к выходному звену редуктора заслонку в которой выполнено окно, при этом с возможностью обеспечения возвратно-поступательного движения заслонки рычаг смонтирован к выходному звену редуктора эксцентрично.

В частности, выходной шлюз выполнен в виде неприводного герметичного шлюзового затвора для выпуска готового угля для последующей упаковки и выполнен в виде крышки, закрывающей торец крайнего сегмента секции охлаждения с прорезью и лючком, закрывающего эту прорезь.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан сегмент секции пиролиза установки пиролиза древесной массы.

На фиг. 2 показан сегмент секции охлаждения установки пиролиза древесной массы.

На фиг. 3 показан входной шлюз.

На фиг. 4 показан выходной шлюз.

На фигурах обозначено: 1 - секция пиролиза, 2 - секция охлаждения, 3 - конвейер, 4 - привод конвейера, 5 - лючок, 6 -выходной шлюз, 7 - люки, 8 - дымоотвод, 9 - мотор-редуктор, 10 - датчики, 11 - рычаг, 12 - заслонка, 13 - окно.

Осуществление изобретения

Изобретение представляет собой унифицированную установку для пиролиза древесной массы, которая представляет собой соединенные между собой последовательно в одну линию секцию пиролиза 1 (см. Фиг. 1) и секцию охлаждения 2 (см. Фиг. 2), выполненные из однотипных сегментов из профильной трубы одного прямоугольного или круглого сечения, соединенных между собой торцами фланцевым разъемным соединением.

Сегменты секций пиролиза 1 и охлаждения 2 содержат интегрированные в них конвейера 3, каждый из которых выполнен в виде цепного конвейера, преимущественно, скребкового или пластинчатого типа, тяговое усилие которого создается с помощью привода конвейера 4, смонтированного снаружи сегмента и передаваемого одной или двум закольцованным вокруг звездочек, смонтированных у обоих торцов сегмента, цепям, опирающихся на направляющие, смонтированные на боковых стенках внутри сегментов секций 1, 2. Привод конвейера 4 выполнен в виде электродвигателя с редуктором.

Сегменты секций пиролиза 1 и охлаждения 2 содержат в своих стенках отверстия, закрытые герметичными люками 7 с возможностью демонтажа этих люков 7 и монтажа на их место дополнительных элементов, таких как нагревательные блоки, отводы узлов дымоудаления и газового узла, или монтажа через них измерительных датчиков 10 или форсунок форсуночной магистрали.

Секция пиролиза 1 содержит нагревательные блоки на основе трубчатых электрических нагревателей (на фигурах не показаны), смонтированные внутрь корпуса секции пиролиза через герметичные люки 7.

Секция охлаждения 2 содержит форсуночную магистраль для подачи охлаждающей среды, например, инертного газа, по всей длине секции.

Секции пиролиза 1 и охлаждения 2 содержат смонтированные в них и изолированные от воздействия высоких температур приводов конвейера 4 измерительные датчики 10.

Снаружи на каждой из секций пиролиза 1 и охлаждения 2 смонтировано внешнее термоизолирующее покрытие (термопирог), поверх которого смонтирован внешний кожух (на фигурах не показаны) с целью исключения человеческих травм, в виде ожогов, и для придания установке технического и промышленного дизайна.

Секция пиролиза 1 и секция охлаждения 2 в одном из вариантов реализации могут быть соединены между собой перегружателем роторного типа (на фигурах не показан).

Как уже говорилось выше, секции пиролиза 1 и охлаждения 2 выполнены из унифицированных соединенных между собой однотипным, совпадающим по посадочным местам, разъемным соединением сегментов, позволяющих варьировать количество сегментов в каждой из секций и соединять их друг с другом. Длина каждого унифицированного сегмента выполнена длиной стандартного трубного материала, например, 6 метров. Общая длина секции пиролиза 1 может составлять 60 метров, и общая длина секции охлаждения 2 также может составлять 60 метров. Количество сегментов в каждой из секций пиролиза 1 и/или охлаждения 2 зависит от исходного сырья, количества этапов пиролиза, длительности каждого из этапов пиролиза и охлаждения и т.д.

С открытого торца секции пиролиза 1 смонтирован входной шлюз (см. Фиг. 3), а с открытого торца секции охлаждения 2 смонтирован выходной шлюз 6 (см. Фиг. 4).

Входной шлюз выполнен в виде герметичного приводного шлюзового затвора, через который поступает древесная масса, конструктив которой выполнен в зависимости от входящего сырья в одном из двух конструктивных исполнений: вращающего, либо возвратно-поступающего типа. На фиг. 3 показан входной шлюз возвратно-поступательного типа, который содержит мотор-редуктор 9 и смонтированная посредством рычага 11 к выходному звену редуктора заслонка 12, в которой выполнено окно 13. С возможностью обеспечения возвратно-поступательного движения заслонки 12 рычаг 11 смонтирован к выходному звену редуктора эксцентрично.

Выходной шлюз 6 (см. Фиг. 4) выполнен в виде неприводного герметичного шлюзового затвора для выпуска готового угля для последующей упаковки и выполнен в виде крышки, закрывающей торец крайнего сегмента секции охлаждения с прорезью и лючком 5, закрывающего эту прорезь.

На корпусе секции пиролиза 1 и секции охлаждения 2 фланцевым соединением смонтированы отводы, обеспечивающие сообщение упомянутых секций 1, 2 с узлом дымоудаления и газовым узлом (на фигурах не показаны), соответственно. Соединение отводов выполнено таким образом, что позволяет их демонтировать и заглушить образовавшееся отверстие в секциях люком, аналогичным люку 7.

Узел дымоудаления выполнен с возможностью принудительного забора парогазовой смеси из реактора пиролизной секции 1 посредством создания обратного давления с помощью высокооборотистого электродвигателя. Конструктивно узел дымоудаления и конденсирования выполнен в виде ступенчатой магистрали с целью разделения на фракционный состав конденсируемую часть парогазовой смеси. Это позволяет в большей степени исключить воду, содержащую в пиролизируемой древесине. Узел дымоудаления может быть оснащен в завершающем тракте дожигателем, который предназначен для дожигания неконденсируемых газов.

Газовый узел выполнен с возможностью сбора и хранения неконденсируемых фракций парогазовой смеси и состоит из адсорбирующих фильтров, мембранного компрессора и резервуара для хранения неконденсируемой части парогазовой смеси, выделяющейся при пиролизе древесного сырья. В газовом узле полученный газ разделяется на два состава: водород и метан.

Установка пиролиза древесной массы включает в себя модуль управления, содержащий комплекс программно-аппаратных устройств управления нагревом древесной массы нагревательными блоками на основе трубчатых электрических нагревателей в зависимости от значений температурных режимов, данные которых получены с помощью встроенных датчиков 10, подключенных к модулю управления, изменения скорости движения конвейеров 3 изменением скорости приводов конвейеров 4, дозирования подачи сырья через входной шлюз изменением скорости возвратно-поступательного движения заслонкой 12 посредством изменения скорости вращения мотор-редуктора 9, дозирования подачи охлаждающей среды в секцию охлаждения 2 через форсунки форсуночной магистрали.

Работа установки пиролиза древесной массы заключается в плавном дозированном поэтапном перемещении древесной массы через зоны пиролиза и охлаждения.

Древесная масса (цельные куски определенного размера, брикеты) посредством приводного входного шлюза подают на конвейер 4 секции пиролиза 1. Работа входного шлюза синхронизирована частотным преобразователем со скоростью движения конвейера 4 таким образом, чтобы масса не забивала секцию пиролиза 1 и не препятствовала стабильному пиролизу.

Масса, двигаясь непрерывно по конвейеру 4, подвергается лучистому нагреву посредством трубчатых электронагревателей, настроенных таким образом, чтобы температура нагрева была распределена по зонам пиролиза.

Трубчатые электронагреватели управляются посредством модуля управления. Режимы работы трубчатых электронагревателей зависят от нескольких факторов: порода сырья, средний размер, влажность, плотность, гомогенность, в случае брикетов. Модуль управления позволяет тонко настроить режимы пиролиза в каждой зоне.

Это позволяет на выходе из секции пиролиза 1 получить устойчивую структуру брикета с высокими теплоэнергетическими показателями. Этапность и дифференцированность пиролиза обеспечивают конструктивными особенностями секции пиролиза 1 и непрерывного пиролиза древесной массы. Масса, попадая в секцию пиролиза 1, проходит весь цикл термического разложения по термическим зонам, управляемого с помощью модуля управления, с помощью которого задают характеристики зональности, а выработку тепловой энергии для пиролиза обеспечивают трубчатыми электрическими нагревателями, управляемыми также с модуля управления. Режим пиролиза позволяет сырью более плавно осуществить термическое разложение и исключить его разрушения при пиролизе.

Пиролизная секция 1 условно разделена на:

- зону входного температурного режима с нагревом до 200°С для исключения резких температурных перепадов и растрескивания сырья;

- зону подготовки к экзотермическому процессу угля с температурным режимом от 200°С на входе до 280°С на выходе;

- зону поддержания экзотермического процесса с температурным режимом от 280°С до 500°С на выходе;

- зону отпуска с температурным режимом от 500°С на входе до 300°С на выходе.

Время пиролиза регулируют скоростью движения конвейера 4 устанавливаемой путем изменения скорости вращения мотор-редукторов 9 с помощью модуля управления.

С помощью узла дымоудаления и конденсирования парогазовой смеси из герметичного реактора секции пиролиза 1 образовавшиеся в процессе пиролиза газы конденсируют, а те газы, которые несконденсированы, дожигают.

С помощью узла сбора и хранения неконденсируемых фракций парогазовой смеси упомянутые фракции пропускают через адсорбирующие фильтры, мембранный компрессор и подают в резервуар для хранения неконденсируемой части парогазовой смеси.

После прохождения кусковой древесной массы через все зоны пиролиза в секции пиролиза 1 с помощью перегружателя или напрямую подаются в секцию охлаждения 2 для стабилизации и охлаждения, где полученный уголь подвергают охлаждению в охлаждающей среде, например в среде инертного газа, преимущественно в азоте, позволяющего в том числе нейтрализовать свободные радикалы и снизить реакционную способность угля на выходе, влияющего на его самовозгорание. Инертный газ в герметичный реактор секции охлаждения 2 подают от генератора инертного газа по форсуночной магистрали (на фигурах не показаны). Уголь охлаждают в среде инертного газа, при этом процесс охлаждения совмещают с процессом стабилизации, а азот способствует полному исключению свободных радикалов, которые являются источниками самовозгорания древесного угля. Управление дозированной подачей охлаждающей среды осуществляют с модуля управления.

Из секции охлаждения 2 через выходной шлюз 6 уголь подают на участок обеспечения и контроля технологическим комплексом, где оценивают качество конечного продукта в лаборатории по оценке стабилизации конечного продукта для исключения его самовозгорания и при положительной оценке качества конечного продукта его подают на участок контроля качества, упаковки и хранения готового продукта, который содержит узел поверхностного и околоповерхностного сканирования готового продукта, узел автоматической сортировки по качеству готового продукта, транспортер и узел укладки и упаковки готового продукта на котором конечный продукт сортируют по качеству и расфасовывают по упаковкам.

Технический результат - создание унифицированного конструктивного решения, обеспечивающего вариативность применения этого решения для создания установок пиролиза древесной массы с плавным дозированным перемещением древесной массы поэтапно через зоны пиролиза и охлаждения, достигается за счет того, что:

- включает в себя пиролизную и охлаждающую части, выполненные в виде соединенных между собой последовательно в одну линию секций, каждая из которых содержит, по крайней мере, по одному стандартному унифицированному сегменту, однотипно выполненному из профильной трубы прямоугольного сечения;

- сегменты в секциях 1, 2 и секции 1, 2 соединены между собой однотипным совпадающим разъемным соединением, позволяющих варьировать количество сегментов в каждой из секций 1, 2 и соединять их друг с другом

- каждый из сегментов секций 1, 2 содержит интегрированный конвейер 3, тяговое усилие которого создается с помощью привода конвейера 4, смонтированного на каждом сегменте и передается закольцованным вокруг звездочек, смонтированных у обоих торцов каждого из сегментов секций 1, 2, цепям, опирающихся на направляющие, смонтированные на боковых стенках внутри сегментов;

- обеспечено централизованное управление приводами конвейеров 4 с модуля управления, позволяющего регулировать скорость движения конвейера 3 в каждом из сегментов и во всех сегментах одновременно, регулировать скорость подачи сырья в секцию пиролиза через входной шлюз, дозировать объем охлаждающей среды;

- сегменты содержат отверстия, закрытые люками 7, позволяющими монтировать вместо люков 7 и в них узлы и элементы, предназначенные для работы установки, таких как отводы узлов дымоудаления и газового узла, или монтажа через них измерительных датчиков 10 или форсунок форсуночной магистрали;

- монтажа с торцов установки входного шлюза и выходного шлюза 6, обеспечивающих дозированную подачу сырья в секцию пиролиза 1 и выдачу готового продукта из секции охлаждения 2.

Изобретение относится к области переработки отходов деревообработки. Установка пиролиза древесной массы содержит последовательно соединенные между собой в одну линию секцию пиролиза и секцию охлаждения, выполненные из сегментов профильной трубы одного сечения, позволяющих варьировать количество сегментов в каждой из секций и соединять их друг с другом. Сегменты секций пиролиза и охлаждения содержат интегрированные в них цепные конвейеры, отверстия в стенках, закрытые съемными герметичными люками, с возможностью демонтажа этих люков и монтажа на их место в секции пиролиза - нагревательных блоков, отводов узла дымоудаления и газового узла, измерительных датчиков, а в секции охлаждения - отводов узлов дымоудаления и газового узла, измерительных датчиков и форсунок форсуночной магистрали. Модуль управления выполнен с возможностью управления нагревом древесной массы и изменения скорости движения конвейеров и дозирования охлаждающей среды. Техническим результатом является обеспечение вариативности применения установки и создание плавного дозированного перемещения древесной массы поэтапно через зоны пиролиза и охлаждения. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка пиролиза древесной массы, содержащая последовательно соединенные между собой в одну линию секцию пиролиза и секцию охлаждения, выполненные из сегментов из профильной трубы одного сечения, соединенных между собой своими торцами однотипным, совпадающим по посадочным местам разъемным соединением, позволяющих варьировать количество сегментов в каждой из секций и соединять их друг с другом, сегменты секций пиролиза и охлаждения содержат интегрированные в них цепные конвейеры, тяговое усилие каждого из которых создаётся с помощью отдельного электрического привода, передаваемого закольцованным вокруг звездочек, смонтированных у обоих торцов сегмента цепям, опирающихся на направляющие, смонтированных на боковых стенках внутри сегмента, сегменты секций пиролиза и охлаждения содержат в своих стенках отверстия, закрытые съемными герметичными люками, с возможностью демонтажа этих люков и монтажа на их место в секции пиролиза - нагревательных блоков, отводов узла дымоудаления и газового узла, измерительных датчиков, а в секции охлаждения - отводов узлов дымоудаления и газового узла, измерительных датчиков и форсунок форсуночной магистрали, снаружи секции пиролиза и охлаждения закрыты термоизолирующим покрытием и кожухами, с открытого торца секции пиролиза смонтирован входной шлюз, оснащенный мотор-редуктором, а с открытого торца секции охлаждения смонтирован выходной шлюз, приводы конвейеров, нагревательные блоки, мотор-редуктор входного шлюза, измерительные датчики, форсунки форсуночной магистрали подключены к модулю управления с возможностью управления нагревом древесной массы в зависимости от значений температурных режимов, данные которых получены с помощью измерительных датчиков, изменения скорости движения конвейеров и дозирования охлаждающей среды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что труба секций пиролиза и охлаждения выполнена круглого или прямоугольного сечения.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что цепные конвейеры выполнены скребкового или пластинчатого типа.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод конвейера выполнен в виде электродвигателя с редуктором.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нагревательные блоки выполнены в виде трубчатых электрических нагревателей.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входной шлюз выполнен в виде герметичного приводного шлюзового затвора вращающего или возвратно-поступающего типа.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что входной шлюз возвратно-поступательного типа содержит мотор-редуктор и смонтированную посредством рычага к выходному звену редуктора заслонку, в которой выполнено окно, при этом с возможностью обеспечения возвратно-поступательного движения заслонки рычаг смонтирован к выходному звену редуктора эксцентрично.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходной шлюз выполнен в виде неприводного герметичного шлюзового затвора для выпуска готового угля для последующей упаковки и выполнен в виде крышки, закрывающей торец крайнего сегмента секции охлаждения с прорезью и лючком, закрывающего эту прорезь.