Способ пирогенетического разложения твердых и жидких горючих материалов в дисперсном состоянии Советский патент 1935 года по МПК C10B47/10 

Как известно, основными затруднениями при осуществлении пирогенетического разложения твердого топлива являются:

1.Крайне неблагоприятные условия теплопередачи, особенно в печах с внешним обогревом.

2.Трудность загрузки и выгрузки материала, а также передвижения его в печи.

3.Низкая производительность печей в одном агрегате при значительных габаритных размерах их.

4.Низкие качества полукокса, по весу основного продукта разлончения, и отсутствие как сбыта для него, так и методов рационального использования внутри самого производства.

5.Неравномерность обогрева материала вследствие неблагоприятных условий теплопередачи, вызывающая местные перегревы и ухудшение качества продукции.

6.Постепенные засорения, засмоления и закоксования отдельных элементов печей, вызывающих необходимость частых остановок печей на чистку, и ряд других трудностей.

Надежность и качество работы различных систем печей для пирогенетического разложения топлива в основном определяется влиянием отмеченных факторов и главной задачей многочисленных авторов разнообразнейших конструкций было сконструировать печь, свободную от перечисленных основных затруднений в работе.

Достаточно удовлетворительной конструкции печи для пирогенетического разложения топлива до сего времени не предложено: Одним из наиболее заманчивых и обещающих методов разложения является метод разложения топлива в дисперсном состоянии (по ряду достаточно известных причин технического и экономического порядка) и поэтому за последнее время появилось много систем, основанных на этом методе. Однако, основное затруднение способа разложения топлива в пылевидном состоянии (наиболее неблагоприятные условия тепло-передачи) ни одной из предлагавшихся конструкций не решается.

Что же касается процессов пирогенетического разложения жидкого топлива с целью получения легкого моторного топлива или ароматических углеводородов, то последние сопровождаются, как известно, крайне неблагоприятным явлением - обильным коксообразованием, причем образующийся кокс в короткий срок засоряет аппаратуру, что вынуждает к частым остановкам для очистки от кокса.

Некоторые сорта тяжелого жидкого топлива, например, первичные смолы сланца, бурых углей, торфяная смола и т. д. вообще невозможно в промышленном масштабе подвергать крэкированию вследствие чрезмерных выделений кокса.

Коксообразование является неизбежным злом крэкинг-процессе и основной авторов различных конструкций крэкинг-установок является, главным образом, уменьшение отложения кокса в аппаратуре и увеличение продолжительности работы установки без чистки.

Кроме того, зачастую при пирогенетическом разложении и газификации твердого топлива получается смола, сильно загрязненная пылью исходного топлива, (например, в генераторах с мощным дутьем, в шахтных печах внутреннего обогрева и т. д.), с большим содержанием воды, причем разделение водных эмульсий смолы и выделение пыли из смолы крайне затруднительно, что сильно обесценивает смолы этого рода.

Предлагаемый способ пирогенетического разложения топлива в применении к тяжелым жидким горючим материалом преследует цель непрерывного отделения кокса от легких дестиллатов, а также возможность рациональной переработки всякого рода низкосортного жидкого топлива путем пирогенетического разложения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Термическую переработку горючих материалов ведут в камере дестилляции, отделенной от камеры горения, не с помош,ью кирпичных, железных и тому подобных стенок, а посредством паровой завесы, образуемой перегретым водяным паром, вытекающим с большей скоростью (порядка 500-700 м/сек) из труб со специа льными насадками, расположенных по нижней и верхней границе раздела обеих камер.

Для осуществления предлагаемого способа применяют камеры горения и дестилляции в виде узких, плоских, вертикально расположенных каналов с большой боковой поверхностью, причем для подачи горючего как для обогрева, так так и для дестилляции применяют узкие щелевые форсунки. Отвод твердых и

жидких продуктов дестилляции и горения производится чере,«конусообразное сужение в нижней чвсти камеры. Ряд указанных камер дест,иллядии ги объединяют в батареюнаподобие коксовых печей с поперечным чередованием камер разложения с камерами горения. Количество печей в батарее определяется, главным образом, удобством транспорта топлива.

На чертеже фиг. 1 изображает разрез вдоль камеры горения (дающий представление и о камере разложения, так как особой разницы в очертании обеих камер нет): фиг. 2-поперечный разрез камер; фиг. 3-план установки.

Пирогенетическое разложение горючих материалов в дисперсном состоянии производится следующим образом. Топливо подводится по пылепроводу а после сушки и размола к горелке Ь. а затем последней подается в камеру разложения d, где нагревается за счет лучеиспускания горящего факела из соседней камеры до соответствующей температуры, претерпевая при этом пирогенетическое разложение, причем температура процесса и глубина разложения регулируются подачей топлива. Образующиеся н результате разложения газо- и парообразные продукты разложения отводятся по газопроводу s в конденсационную систему, проходя предварительно через установку для выделения пыли по какому-либо из известных способов (например, циклон). Полукокс (или другие твердые остатки разложения) выпадает вниз в приемный бункер р к удаляется из последнего одним из обычных способов (например, шнеком).

Смесь из полукокса (или какого-либо другого твердого остатка разложения) со свежим топливом в той или иной пропорции с добавкой соответствующих флюсов для улучшения гидравлическихсвойств золы по пылепроводу а подводится к горелке b и последней подается в камеру сгорания. Воздух для горения, нагретый за счет тепла отходящих газов, подается вентилятором по воздухопроводу /. Продукты горения, нагретые до температуры порядка 1000, отводятся по газопроводу / к паровому котлу с пароперегревателем, а затем к воздухонагревателю и

в дымовую трубу; зола выпадает в бункер о и удаляется из последнего одним из известных способов (например, шнеком).

Перегретый пар подается к верхнему и нижнему паропроводам / и /i и, вытекад из мелких щелевых отверстий, расположенных вдоль паропровода, со скоростью порядка 500-700 , образует верхнюю и нижнюю паровые завесы, разграничивающие камеры сгорания и разложения.

Направления движения пара в верхней и нижней паровых завесах даны не точно по вертикальному направлению, а несколько смещены по отношению друг к другу, причем из всех верхних труб отклонения струй пара даны в одну сторону, а из нижних-в другую. Этим избегается, во-первых, удар верхней завесы о нижнюю с сильными возможными завихрениями в этом месте как самих паровых струй, так, возможно, и факелов пыли, что опасно в отношении разрыва паровой завесы, во-вторых, вследствие отделения верхних и нижних струй пара одна от другой можно регулировать количество пара, попадающее в камеру сгорания и в камеру перегонки, и в-третьих, выпадение пыли из факела и оседание ее несколько задерживается вследствие круговой циркуляции пара, чем обеспечивается полнота сгорания в камере сгорания и завершение процесса перегонки топлива в камере разложения.

С той же целью возможного снижения всякого рода завихрений и предупреждений турбулентного движения газов по обеим камерам, во избежание разрыва паровой завесы, подача пыли вкамеры производится следующим образом:

1.Направление осей горелок и, следовательно, движение факелов и газов в камерах производится обязательно параллельно.

2.Начальные скорости пылевых струй при вылете из горелок, а также воздуха для горения должны быть взяты минимально допустимыми-порядка 10-15 м в секунду.

3.Подача топлива производится снизу вверх из соображений замедления выпада пыли из факела.

Статическое давление в камерах разложения и сгорания равняется атмосферному или немного больше и точно уравновешивается с помощью автоматических регуляторов давления, устанавливаемых в газопроводах для продуктов разложения и для дымовых газов. Уравновешивание давления в обеих камерах имеет существенное значение для правильного направления паровой завесы и предупреждения разрыва ее.

Количество тепла, передаваемое лучеиспусканием, является как известно, функцией 4-й степени абсолютной температуры и достигает весьма больших значений при высоких температурах. Как показали последние чисто теоретические исследования условий теплопередачи, а также и практические результаты работы котельных установок на пылевидном топливе (особенно в СШД), лучеиспускание горящего факела является главным способом передачи тепла в топке, значительно превосходящим оба остальных способа теплопередачи.

Схема процесса пирогенетического разложения жидких горючих материалов в дисперсном состоянии сходна с описанной выше схемой процесса для твердого топлива.

Тяжелое жидкое топливо подается в камеру разложения в хорошо распыленном, дисперсном состоянии через щелевую горелку, нагревается до необходимой температуры за счет лучеиспускания тепла горящим факелом из соседней камеры сгорания через разделяющую обе камеры паровую завесу, переходит при этом (частично) в парообразное состояние и одновременно подвергается пирогенетическому разложению, причем глубина крэкинга совершенно свободно регулируется как подачей жидкого топлива на разложение, так и топливом на обогрев. Образующиеся в результате крэкинга легкие продукты в паро- и газообразном состоянии отводятся в конденсационную систему, а кокс выпадает вниз в приемный бункер и удаляется из него одним из обычных способов (например, шнеком).

Содержание в исходном топливе воды, пыли и прочих примесей не представляет в этом случае никаких трудностей для осуществления процесса пирогенетичеCKoro разложения и не требует предварительного отделения, так как пыль выпадает вместе с коксом в приемный бункер, а вода испаряется и удаляется вместе с легкими дестиллатами в конденсационную систему, причем разделение конденсата на легкие дестиллаты и воду не представляет, как известно, никаких затруднений вследствие большой разности удельных весов.

Таким образом, при предлагаемом способе крэкинга разделение кокса и легких продуктов разложения происходит в самой печи и никаких -отложений кокса в последующей-аппаратуре не происходит.

Система поэтому не требует остановок для чистки от кокса и может работать непрерывно. Обогрев печи производится сжиганиер1 в камере сгорания всякого рода отбросного топлива, причем будет более рационально вести отопление твердым топливом в пылевидном состоянии, так как известно, что горение пыли происходит значительно устойчивее, нежели горение мазута, особенно при низких температурах, причем и коэфициенты лучеиспускания пылевого факела значительно выше нефтяного, а следовательно выше и теплоотдача,

С другой стороны отопление твердым топливом более рационально и в смысле экономии жидкого горючего.

Все вышеприведенные соображения при применении предлагаемого способа для разложения твердого топлива, а именно: направление подачи топлива, скорости движения факелов, уравновешивание давлений в камере сгорания и разложения, направление движения паровых завес и т. д. доляшы быть приняты во внимание также при разложении жидкого топлива.

В заключение следует отметить, что в предлагаемом способе крэкинг ведется при атмосферном давлении, что значительно упрощает аппаратуру и дает солидную экономию на расходе энергии как для создания высоких давлений, так и для проталкивания продукта с большими скоростями по трубам.

Сырьем для пирогенетического разложения может служить любое топливо с достаточными выходами продуктов разложения, причем основным преимуществом предлагаемого способа являetcя возможность использования (и весьма рационального использования) топли ной мелочи, не находящей себе, как известно, достаточного сбыта и являющейся тяжелым бременем для топливодобывающей промышленности, особенно в тех случаях, когда процент мелочи при добыче топлива велик (для сланца например, количество мелочи достигает 50% всей добычи).

Применение полукокса и тому подобных твердых остатков основного процесса внутри самого производства для целей отопления само по себе уже является решающим фактором экономического значения, а возможность действительного получения цемента из золы полукокса может вообще изменить самор название производства. Следует отметить, что зола может дать цемент высокого качества, так как гидравлические свойства золы могут быть улучшены присадкой к полукоксу соответствующих флюсов, достаточно хорошо смешанных с пылью полукокса и совместно с ним обожженных во время процесса горения в камере сгорания.

Пример 1. В применении к процессу пирогенетического разложения топлива лучеиспускание горящего факела дает коэфициенты теплопередачи в несколько раз больше обычно принимаемых для печей этого рода.

Принимая для расчета температуру в камере сгорания равной температуре отходящих газов, т. е. i- 1000 и 7i 1273°K, температуру в камере разложения равной температуре отсасываемых продуктов перегонки, т. е. применительно к процессам швелевани; 4 450° и Га 723° К. Коэфициенты лучеиспускания обоих факелов принимаем одинаковыми и равными:

2 0,5 Сд,

тогда

/AY-(AV

UOQ UOO/ Л 7 73 - 7 73А - 1 , 1 1 ( f, ) 3

1I

Ci С2 С„

38500 лгал/ж час

и коэфициент теплопередачи:

д Q 38500 1000 -450

70 кал/м час°С.

Если принять во внимание, что средние температуры в камере швелевания будут ниже конечной t 450°, а в камере сгорания, наоборот, выше температуры отходящих газов j 1000° и коэфициент лучеиспускания факелов будет, вероятно, выше минимально принятых Ci Cj 0,5 CQ, то теплопередача будет еще больше.

Пример 2. Например, при следующих исходных данных 4 400°; Ci c.,5 с теплопередача составит:

Q 70400 кал/м час /С 101 кал1м час°С.

Таким образом очевидно, что при предлагаемом способе пирогенетического разложения можно добиться в несколько раз больших коэфициентоБ теплопередачи по сравнению с известными печами этого рода и, вероятнее всего, что лимитом для производительности камер в этой случае будут не условия теплоперехода, а тепловые нагрузки топочного объема, т. е. объема камеры сгорания и какие то соответствующие коэфициенты нагрузки объема камеры разложения.

Если Т1ринять, что производительность печи будет определяться условиями теплопередачи, то в печах небольших сравнительно размеров могут быть достигнуты колоссальные производительности (см. пример 3).

Пример 3. Если взять за исходные данные условия теплопередачи примера 1 и принять поверхность разделения камер сгорания и швелевания равной 5X5, т. е. 25 м, то с обеих поверхностей в камеру сгорания может быть подведено тепла в час:

38500 25 2 1925000 кал/час.

Принимая расход тепла на щвелевание (без потерь) равным, как максимум, 300 кал/кг, имеем производительность одной камеры

1925000 -...-. . - 6400 «г/час.

Не настаивая на достоверности этого результата, можно все же считать, что в печах данного способа могут быть достигнуты производительности, в несколько раз большие, чем в обычно применяемых печах, а при достаточно большой батарее вообще не поддающиеся сравнению.

Предмет изобретения.

1.Способ пирогенетического разложения твердых и жидких горючих материалов в дисперсном состоянии, отличающийся тем, что термическую переработку горючих ведут в камере дестилляции, отделенной от камеры горения посредством паровой завесы, образуемой водяным паром, вытекающим с большой скоростью из труб, расположенных по границам раздела обеих камер.

2.В означенном в п. 1 способе применение камеры горения и дестилляции в виде узких, плоских, вертикально расположенных каналов с большой боковой поверхностью.

3.В означенном в п. 1 способе применение для подачи горючего как для обогрева, так и на дестилляцию узких щелевых форсунок.

4.В означенном в п. 1 способе применение для вывода твердых и жидких продуктов дестилляции и горения конусообразных сужений в нижней части камеры.

5.В означенном в пп. 1-4 способе соединение ряда указанных камер дестилляции и горения в батарею наподобие коксовальных печей.

@ ffигi

фигЕ

а