Пиролизер для получения древесного угля

 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению древесного угля, и позволяет повысить производительность процесса, снизить себестоимость древесного угля и повысить его потребительские качества. Поролизер состоит из металлической трубы 1, корпуса печи 2, снабженного наружной дымовой вытяжной трубой, топки 4, загрузочного устройства 5, поршней 6 со штоками 7, камеры сушки 8, снабженной пароотводной трубой 9, камеры пиролиза 10, снабженной паропроводящей трубой 11 в зону активации угля и двумя газоотводящими трубами 12 из зоны пиролиза и 13 из зоны активации, внутри камеры пиролиза 10 проходит дымовая труба 14 для подачи газов в камеру сушки 8 из дымового канала 15 камеры пиролиза 10, водонагревателя 16, водяного холодильника 17, гидрозатвора 18 с расходным баком 19. В пиролизере совмещены пиролиз и активация в естественной последовательности с минимальными энергозатратами. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к химической технологии древесины, в частности к получению древесного угля.

Способы производства древесного угля заключаются в термообработке древесины со стадиями переугливания и окончательной термообработки в камерной печи с охладителем.

Традиционные способы не обеспечивают достаточной производительности оборудования и высокого качества продукта.

Известен способ производства древесного угля и устройство для его осуществления путем термообработки древесины со стадиями переугливания и окончательной термообработки в камерной печи с охладителем, в котором в ходе переугливания производят принудительную циркуляцию в камере парогазов, образующихся в печи, а в ходе окончательной термообработки - циркуляцию неконденсирующихся газов через охладитель.

За счет принудительной циркуляции парогазов при переугливании и неконденсирующихся газов через охладитель при окончательной термообработке и, кроме того, загрузки контейнерами, заранее заполненными дровами, повышается производительность процесса, но вместе с тем не обеспечивается достаточно высокого качества продукта, требуются затраты на изготовление, загрузку и выгрузку контейнеров.

Известен способ производства древесного угля в контейнерах путем перемещения контейнеров через камеры сушки, переугливания и охлаждения, в котором перед перемещением контейнеров из камеры переугливания в камеру переугливания подают воду, а образовавшиеся угли из камеры переугливания подают в камеру охлаждения.

По максимальному количеству сходных признаков и по технической сущности данное решение принято в качестве прототипа. Известная технология и устройство позволяют повысить производительность процесса и увеличить выход продукта. Но предлагаемое устройство требует дополнительных затрат на изготовление, транспортировку (рельсовый путь), загрузку и выгрузку контейнеров. Кроме того, при такой загрузке пиролизера не достигается достаточно высокого качества продукта и технология требует довольно сложного аппаратурного оформления. В предлагаемом варианте себестоимость продукта будет высока.

Для снижения себестоимости древесного угля, повышения его потребительских качеств, повышения производительности процесса в предлагаемом пиролизере для получения древесного угля, содержащем контейнеры для горизонтальной транспортировки материала, камеру загрузки, камеру сушки, камеру пиролиза, снабженную топкой, и камеру охлаждения, контейнеры для транспортировки материала образованы внутренней полостью пиролизера и вводимыми в нее поршнями со штоками, обеспечивающими теплоизоляцию между равновеликими зонами подаваемого материала, герметизацию пиролизера и камер, камера сушки соединена с камерой охлаждения внутренней дымовой трубой, проходящей через камеру пиролиза, и снабжена пароотводной трубой, камера пиролиза соединена с топочным пространством газоотводной трубой, камера охлаждения разделена на две равновеликие зоны, равные размерам контейнера, первая зона снабжена водяным холодильником и соединена газоотводной трубой с топочным пространством, а вторая - системой орошения с гидравлическим затвором; камера пиролиза разделена на две равновеликие зоны, равные размерам контейнера, и вторая зона снабжена системой подачи пара для активации угля и соединена газоотводной трубой с топочным пространством; первая зона камеры охлаждения снабжена дополнительно нагревателем; пароотводная труба камеры сушки соединена с пароподводящей трубой зоны пиролиза.

В отличие от прототипа в пиролизере подачу древесины осуществляют загрузкой в контейнеры, сформированные внутренней полостью пиролизера и введенными в нее поршнями, обеспечивающими теплоизоляцию между равновеликими зонами, сушку древесины производят предварительно нагретыми в рабочей зоне отработанными газами, дым и водяной пар выводят из зоны сушки раздельно, а охлаждение ведут сначала с использованием холодильника, затем естественным орошением, причем в зоне холодильника дополнительно устанавливают нагреватель, а зону естественного охлаждения изолируют от атмосферы. Дополнительно производят активацию древесного угля в зоне пиролиза паротермической активацией за счет энергии зоны пиролиза.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом и другими известными решениями в данной области не выявило наличия идентичных и сходных признаков.

Техническая сущность заключается в следующем.

Загрузка древесины в пиролизер осуществляется контейнерами, но в отличие от известных контейнерных способов загрузки не требуется специального изготовления контейнеров, т. к. в предлагаемом решении контейнеры сформированы внутренней полостью пиролизера и вводимыми в нее поршнями. Такая загрузка позволяет сформировать равновеликие зоны обрабатываемого материала и теплоизолировать их друг от друга, что повышает эффективность процесса и контроль за его различными стадиями.

Сушка производится отработанными дымами и газами, предварительно нагретыми в рабочей зоне печи (зона пиролиза). Это повышает эффективность процесса сушки и экономичность всей технологии. Для повышения безопасности дым и водяной пар выводят из зоны сушки раздельно - предотвращается начало пиролиза в зоне сушки и скопление газов, приводящее к нарушениям работы оборудования и технологии.

Следующая рабочая зона в технологической цепи - зона пиролиза, в которой происходит переугливание древесины. При необходимости в зоне пиролиза может производиться паротермическая активация за счет энергии зоны пиролиза, что повышает эффективность процесса за счет снижения энергозатрат и повышает потребительские свойства продукта. Кроме того, в зоне холодильника дополнительно устанавливают нагреватель, в случае активации угля для повышения его качества. В случае получения неактивированного угля в зоне охлаждения устанавливают только холодильник.

Следующий технологический цикл - зона естественного охлаждения получаемого продукта естественным охлаждением водой для предотвращения возгорания.

Для этой же цели зону естественного охлаждения изолируют от атмосферы, например, гидравлическим затвором.

Отличительными признаками пиролизера от известного устройства, на котором реализуется способ производства древесного угля по а. с. СССР N 1171506, C 10 B 53/02, 1985, являются следующие.

1. Контейнеры для транспортировки материала не изготавливаются, а формируются путем введения во внутреннюю полость пиролизера поршней со штоками. Это позволяет сформировать равновеликие объемы материала, обрабатываемые во всех зонах пиролизера, более равномерно. Кроме того, обеспечивается герметизация пиролизера и теплоизоляция и герметизация отдельных зон обработки материала.

2. Выход дыма и пара из зоны сушки раздельны, что повышает технологическую надежность процесса и безопасность.

3. Сушка производится обработанными газами, предварительно пропускаемыми для нагрева по внутренней трубе через высокотемпературную зону пиролиза.

4. В предлагаемом пиролизере возможно совмещение переугливания и активация продукта в одной зоне обработки за счет контейнерного разделения материала и конструктивных особенностей пиролизера.

5. Зона пиролиза (переугливание, активация) снабжена газоотводной трубой (трубами) с топочным пространством, где происходит дожигание пиролизных газов, что также повышает эффективность процесса.

6. Зона охлаждения разделена контейнерами на две - зону охлаждения, снабженную водяным холодильником, а в случае активации - и нагревателем, и зону естественного орошения, изолированную от атмосферы поршнем и гидравлическим затвором.

Предлагаемая конструкция обеспечивает эффективное ведение процесса и получение высококачественного продукта за счет максимального использования энергии самого процесса на всех стадиях обработки материала.

Пиролизер состоит из металлической трубы 1, корпуса печи 2, снабженного наружной дымовой вытяжной трубой 3, топки 4, загрузочного устройства 5, поршней 6 со штоками 7, камеры сушки 8, снабженной пароотводной трубой 9, камеры пиролиза 10, снабженной пароподводящей трубой 11 в зону активации угля и двумя газоотводящими трубами 12 из зоны пиролиза и 13 из зоны активации, внутри камеры пиролиза 10 проходит дымовая труба 14 для подачи газов в камеру сушки 8 из дымового канала 15 камеры пиролиза 10, водонагревателя 16, водяного холодильника 17, гидрозатвора 18 с расходным баком 19.

Пиролизер работает следующим образом.

Загрузка технологической древесины производится через загрузочное устройство 5, выполненное в виде бункера с люком, в контейнер, образованный металлической трубой 1 пиролизера и вставленными в нее поршнями 5 со штоком 6. Поршни и штоки разъемные, и по окончании процесса поршни и штоки переносятся к его началу, и цикл формирования контейнеров повторяется. Система передвигается на один цикл (межпоршневое расстояние) с помощью лебедки, и контейнер попадает в камеру сушки 8. Сушка древесины производится отработанными газами, поступающими из зоны пиролиза по дымовому каналу 15 в дымовую трубу 14, проходящую через высокотемпературную зону пиролиза для нагрева газов. Таким образом, энергия зоны пиролиза используется еще и на сушку материала. Из камеры сушки 8 отработавшие газы через вытяжную трубу 3 выходят в атмосферу, после следующего циклического передвижения контейнер из камеры сушки 8 попадает в первую зону камеры пиролиза 10, где, собственно, и происходит переугливание за счет высокой температуры, создаваемой топкой 4. Газы пиролиза через газоотводящую трубу 12 поступают в топочное пространство, где происходит их дожигание. При следующем передвижении контейнер поступает в зону активации камеры пиролиза 10, которая снабжена пароподводящей трубой 11 и газоотводящей трубой 13, выходящей в топочное пространство, где происходит дожигание.

В следующем цикле контейнер с горячим активированным углем поступает в первую зону охлаждения, где установлены водонагреватель 16 и водяной холодильник 17.

Прошедший "мягкое охлаждение" контейнер далее поступает в зону орошения, снабженную расходным баком 18 и гидравлическим затвором 19. На этом технологический процесс заканчивается. Из контейнера выгружают активированный уголь, разъемная система поршень - шток перемещается в зону загрузки для формирования нового контейнера.

По сравнению с известными устройствами предлагаемый пиролизер имеет следующие преимущества.

В 2-4 раза снижается себестоимость продукта при его высоком качестве за счет высокоэффективного использования энергии процесса (сушки отходящими газами, подогретыми в зоне пиролиза, использование энергии пиролиза для активации). Повышается безопасность процесса (раздельный вывод из зоны сушки дыма и водяного пара, зона естественного орошения с гидравлическим затвором).

Конструктивные преимущества в том, что в одном агрегате совмещены пиролиз и активация, технологический процесс проходит в естественной последовательности с минимальными энергозатратами. Получаемая продукция высокого качества при низкой себестоимости производства конкурентоспособна не только на внутреннем, но и на международном рынке.

Формула изобретения

1. Пиролизер для получения древесного угля, содержащий контейнеры для горизонтальной транспортировки материала, камеру загрузки, камеру сушки, камеру пиролиза, снабженную топкой, и камеру охлаждения, отличающийся тем, что контейнеры для транспортировки материала образованы внутренней полостью пиролизера и вводимыми в нее поршнями со штоками, обеспечивающими теплоизоляцию между равновеликими зонами подаваемого материала, герметизацию пиролизера и камер, камера сушки соединена с камерой охлаждения внутренней дымовой трубой, проходящей через камеру пиролиза, и снабжена пароотводной трубой, камера пиролиза соединена с топочным пространством газоотводной трубой, камера охлаждения разделена на две равновеликие зоны, равные размерам контейнера, первая зона снабжена водяным холодильником и соединена газоотводной трубой с топочным пространством, а вторая - системой орошения с гидравлическим затвором.

2. Пиролизер по п.1, отличающийся тем, что камера пиролиза разделена на две равновеликие зоны, равные размерам контейнера, и вторая зона снабжена системой подачи пара для активации угля и соединена газоотводной трубой с топочным пространством.

3. Пиролизер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первая зона камеры охлаждения снабжена дополнительно нагревателем.

4. Пиролизер по пп.1 - 3, отличающийся тем, что пароотводная труба камеры сушки соединена с пароподводящей трубой зоны пиролиза.

РИСУНКИ

Рисунок 1