Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов

Авторы патента:

Лавренов Владимир Александрович (RU)

Зайченко Виктор Михайлович (RU)

Косов Владимир Фролович (RU)

C10J3/06 - непрерывные способы

C10B57/10 - сушка

Владельцы патента RU 2613044:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) (RU)

Изобретение относится к установкам термической переработки твердых углеродсодержащих материалов для получения газа, кокса, дегтя и подобных продуктов. Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов содержит направляющую питателя 4 и реторту 6, которые выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения и размещены горизонтально на жестком основании соосно с приводом 2 силового возвратно-поступательного механизма 1. Длина направляющей питателя от торца до нулевой точки составляет 0,5…3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей и зоной уплотнения 9 реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня 3 с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с лотком 5, при этом длина зоны уплотнения 9 составляет 4…8 миделей реторты. Технический результат - снижение массы и габаритов устройства, трудоемкости его изготовления и сборки, исключение специализированных уплотнений, расширение диапазона рабочих режимов установки, улучшение вариабельности и товарного вида одного из продуктов переработки - углистого остатка. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию химической промышленности, конкретно - к установкам термической переработки твердых углеродсодержащих материалов для получения газа, кокса, дегтя и подобных продуктов.

Известны установки непрерывно-периодического действия для пиролиза углеродсодержащих материалов, содержащие питатель (который осуществляет формирование герметичной пробки на границе питатель - реторта и подачу обрабатываемого материала в реторту) и реторту, выполненную в виде трубы для плавного перемещения частиц перерабатываемого материала через зоны уплотнения, сушки и пиролиза, с перфорацией в зоне подвода тепла и газоотводящими коллекторами вне трубы для сбора и отвода летучих продуктов пиролиза. За счет сил трения, возникающих между загружаемым перерабатываемым материалом (например, биомассой) и внутренней поверхностью реторты, происходит формирование газоплотной пробки из исходного материала для обеспечения заданного уровня герметичности реторты. Герметичность выражается в невозможности самопроизвольного проникновения, существенного для процесса или нарушения условий безопасности количества продуктов термического разложения материала за пределы устройства в окружающую среду. За счет хорошего примыкания уплотненного материала к стенкам реторты в зоне сушки обеспечивается интенсивный теплообмен. Нагрев реторты производится любым доступным способом: электрическим нагревателем, горячими продуктами сгорания или иным. Примером технической реализации устройства для применения в установках термической переработки, включающего в том числе брикетный пресс, является, например, устройство по патенту СССР №57761 «Загрузочное устройство для газогенераторов высокого давления», приоритет от 28.12.1936.

Недостатком подобных загрузочных устройств является их громоздкость и сложность конструкции (в т.ч. контуров уплотнения) для работы с относительно небольшими давлениями внутри установок (аппаратов) термической конверсии.

Известна также установка для пиролиза промышленных и бытовых отходов, описанная в авторском свидетельстве SU 1038721 A, приоритет от 30.08.1983. Установка для пиролиза содержит загрузочный бункер, подающий механизм, печь и устройство для выгрузки, снабжена камерой пиролиза, размещенной в печи под углом 15…30° к горизонтали, и переходной насадкой, установленной за подающим механизмом соосно камере пиролиза.

Недостатком установки является необходимость использования выполненной в виде усеченного конуса наклонной пиролизной камеры, что увеличивает вертикальный габарит устройства и усложняет процесс его изготовления, сборки и регулировки. Установка является работоспособной только в относительно узком диапазоне соотношения размеров сечений на входе и выходе пиролизной камеры (соответственно, длины шнека и его диаметра), что предъявляет дополнительные требования к конструкции и эксплуатации.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрана установка для непрерывного пиролиза, приведенная в патенте RU №2408654 «Установка непрерывного действия для пиролиза углеродсодержащих материалов», приоритет от 16.03.2009. Основными элементами ближайшего аналога являются бункер-накопитель, загрузочное устройство, оснащенное шнековым питателем-уплотнителем, посредством которого реализуется непрерывная подача измельченных углеродсодержащих отходов внутрь реторты при одновременном достижении ее герметичности, реторта, где непрерывно, при постепенном перемещении материала шнеком к узлу разгрузки, осуществляются сушка и пиролиз перерабатываемого материала, а также отвод образующихся газообразных продуктов через систему газоотведения. Между питателем и ретортой установлена муфта переменного сечения для формирования пробки из перерабатываемого материала для гарантированного обеспечения герметичности реторты.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести громоздкость конструкции, относительную технологическую сложность изготовления и сборки, обусловленную наличием шнека подачи и шнека, находящегося в реторте, требующих организации выносных подшипниковых узлов и герметичных уплотнений вала в условиях высокой температуры, кислой среды и присутствия абразивных частиц. Площадь непосредственного контакта перерабатываемого материала с внутренней поверхностью реторты при использовании шнека невелика. Кроме того, при равных диаметрах загрузочного устройства шнек обеспечивает меньшую производительность, чем поршень. Невозможно использовать реторту с сечением, отличным от круглого. Невозможно использовать установку для лабораторных исследований, требующих строго дозированного усилия при отработке технологических режимов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является переход к конструктивно-технологическому облику устройства, позволяющему снизить массу и габариты, трудоемкость его изготовления и сборки (в т.ч. исключить специализированные уплотнения), расширить диапазон рабочих режимов установки, улучшить вариабельность и товарный вид одного из продуктов переработки - углистого остатка.

Указанный технический результат достигается тем, что установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов размещается горизонтально на жестком основании соосно с приводом возвратно-поступательного силового механизма, реторта и направляющая питателя выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения, длина направляющей от торца до нулевой точки составляет 0,5…3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей питателя и зоной уплотнения реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с приемным лотком, при этом длина зоны уплотнения составляет 4…8 миделей реторты.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения и ближайшего аналога показывает, что заявляемое техническое решение обладает рядом признаков, не совпадающих с прототипом, а именно: подача перерабатываемого материала осуществляется непрерывно-периодически посредством поршня, совершающего возвратно-поступательные движения; формирование и поддержание в процессе работы газоплотной пробки, в силу специфики уплотнения поршнем, происходит только за счет сил трения без необходимости использования муфты переменного сечения; перемещение перерабатываемого материала по длине реторты происходит за счет последующих слоев, проталкиваемых поршнем (что приводит к сохранению углистого остатка в форме брикета, состоящего из таблеток); исключение шнековых механизмов, уплотнений валов, переходной муфты позволяет изменить конструктивно-компоновочную схему устройства.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «новизна» и критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства по предлагаемому техническому решению.

Приняты обозначения:

1 - силовой возвратно-поступательный механизм (например, гидроцилиндр),

2 - привод силового возвратно-поступательного механизма,

3 - поршень питателя,

4 - направляющая питателя,

5 - вырез с приемным лотком питателя,

6 - реторта,

7 - коллекторы летучих продуктов пиролиза,

8 - перфорация,

9 - зона уплотнения (нет подвода тепла),

10 - зона сушки и пиролиза (есть подвод тепла).

Устройство по предлагаемому техническому решению имеет следующие характерные особенности. Установка, включая силовой возвратно-поступательный механизм поз. 1, монтируется горизонтально на жестком основании (опоре, фундаменте - на фиг. 1 не показано) таким образом, чтобы привод силового механизма поз. 2 располагался соосно комплексу направляющая (поз. 4) - реторта (поз. 6). Направляющая поз. 4, вырез с приемным лотком поз. 5, поршень поз. 3 отнесены к питателю, зоны уплотнения поз. 9, сушки и пиролиза поз. 10, перфорация поз. 8, коллекторы поз. 7 являются элементами реторты поз. 6. Поршень поз. 3 центрируется в устройстве посредством направляющей поз. 4 таким образом, чтобы расстояние от торца до нулевой точки составляло 0,5…3,0 миделя реторты с целью исключения заклинения. Реторта поз. 6 изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (например, нержавеющей стали). В зоне сушки и пиролиза поз. 10 реторты поз. 6 имеются выходы для продуктов термического разложения углеродсодержащего материала: открытый торец зоны поз. 10 для вывода углистого остатка и перфорация поз. 8 в области подвода тепла для вывода летучих продуктов. Для сбора летучих продуктов пиролиза, проходящих через перфорацию поз. 8, предусмотрены специальные коллекторы поз. 7, по которым указанные продукты отводятся в определенное назначением установки термической переработки место для непосредственного использования или дальнейшей переработки. Нагрев реторты поз. 6 в зоне сушки и пиролиза поз. 10 может осуществляться любым доступным способом (например, посредством электронагрева или нагрева горячими продуктами сгорания) с целью подвода тепловой энергии через стенку с последующей теплоотдачей перерабатываемому материалу и продуктам его разложения. Суммарная площадь проходного поперечного сечения коллекторов поз. 7 исключает их «зарастание» коксующимися продуктами пиролиза.

Устройство по предлагаемому техническому решению функционирует следующим образом. Поршень поз. 3 силовым возвратно-поступательным механизмом поз. 1 выдвигается до нулевой точки направляющей поз. 4, далее происходит заполнение углеродсодержащим перерабатываемым материалом объема под вырезом длиной L с приемным лотком поз. 5, после чего поршень поз. 3 вдвигается силовым возвратно-поступательным механизмом поз. 1 в реторту поз. 6, проталкивая материал в зону уплотнения поз. 9. Производится уплотнение перерабатываемого материала за счет силы давления поршня с одной стороны и ранее уплотненного материала с другой стороны. Опыты показывают, что при давлении поршня 5 МПа и более происходит достаточное уплотнение материала для создания газоплотного участка, при этом длина зоны уплотнения составляет 4…8 миделей реторты, а вдвижение поршня внутрь зоны уплотнения должно составлять (0,5…1,5)L (т.е. суммарно ход поршня составляет (1,5…2,5)L). В момент времени, когда сила давления со стороны поршня поз. 3 на уплотненный перерабатываемый материал оказывается больше силы трения между уплотненным перерабатываемым материалом и стенкой реторты поз. 6, перерабатываемый материал начинает перемещаться в зону сушки и пиролиза поз. 10. Перемещение уплотненного перерабатываемого материала происходит до тех пор, пока поршень поз. 3 не займет своего крайнего положения (на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с приемным лотком поз. 5 вглубь зоны уплотнения поз. 9), затем поршень возвращается в исходное положение (нулевая точка направляющей поз. 4), и цикл повторяется.

В зоне сушки и пиролиза поз. 10 происходит существенное уменьшение силы трения уплотненного материала о стенку за счет выделения продуктов термического разложения, которые выполняют роль смазки. Тепло передается от стенки к перерабатываемому материалу, приводя сначала к испарению влаги, а затем термической деструкции (пиролизу). При этом образуются продукты пиролиза перерабатываемого материала в различном агрегатном состоянии. Летучие продукты преимущественно отводятся через перфорацию поз. 8 в коллекторы поз. 7 (что препятствует их скоплению под высоким давлением, позволяя избежать опасности разрыва реторты поз. 6). Наличие перфорации поз. 8 практически исключает проникновение газообразных продуктов пиролиза через слой уплотненного материала к поршню поз. 3. Углистый остаток и часть летучих, перемещаясь вдоль реторты поз. 6, удаляются через ее открытый торец в определенное назначением установки термической переработки место для непосредственного использования или дальнейшей переработки. Следует отметить, что в предложенном устройстве обеспечивается предотвращение накапливания твердого налета (нагара) на стенках реторты поз. 6 за счет его механического удаления движущимся уплотненным материалом и углистым остатком пиролиза.

Применение предложенного технического решения целесообразно для переработки углеродсодержащих материалов как в малых (лаборатория, опытное производство), так и в больших (например, при лесозаготовках, утилизации сельскохозяйственных отходов, др.) объемах. При этом относительная простота конструктивно-компоновочной схемы устройства, возможность масштабирования его габаритов, формирования «по месту» профиля поперечного сечения, отсутствие специализированных уплотнений, вариабельность силовых механизмов и источников (генераторов) тепла - с одной стороны, ужесточение требований экологической безопасности, развитие «зеленых» технологий и технологий замкнутого цикла - с другой стороны, позволяют прогнозировать востребованность предложенного технического решения в современных условиях и обозримой перспективе.

Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов, содержащая силовой механизм, питатель и реторту, выполненную в виде трубы с перфорацией и коллекторами газоотведения, отличающаяся тем, что направляющая питателя и реторта выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения и размещены горизонтально на жестком основании соосно с приводом силового возвратно-поступательного механизма, длина направляющей питателя от торца до нулевой точки составляет 0,5-3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей питателя и зоной уплотнения реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5-1,5)L от выреза с приемным лотком, при этом длина зоны уплотнения составляет 4-8 миделей реторты.

Изобретение относится к утилизации промышленных и бытовых отходов путем их переработки. Способ включает непрерывную подачу твердого топлива в шахту на ее колосниковую решетку с образованием на ней сверху вниз распределения твердого топлива, причем непрерывную подачу твердого топлива в шахту на его колосниковую решетку ведут равномерно распределяя твердое топливо в объеме шахты, начиная от колосниковой решетки и вверх к месту ее загрузки.

Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществления // 2531812

Изобретение относится к области энергетики, металлургии и химической промышленности и может быть использовано для получения кокса и генераторного газа. Способ газификации твердого топлива включает загрузку топлива в реактор, газификацию топлива и удаление продуктов газификации.

Корпус реактора газификации с внутренней стенкой из множества трубок, и содержащий несколько горелок // 2466176

Изобретение относится к области получения синтез-газа. .

Многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии // 2435976

Изобретение относится к энергетике. .

Способ газификации мелкозернистого топлива // 1468583

Изобретение относится к химической технологии и энергетике, конкретно к гази-. .

Способ получения кокса и восстановительного газа // 1458374

Изобретение относится к облас- - ти термической переработки углей и способствует повышению выхода восстановительного газа и упрощению процесса. .

Газогенератор для переработки горючих сланцев // 132761

Установка для газификации рисовой лузги // 2602107

Изобретение относится к области получения синтез-газа. В силосе 4 рисовую лузгу подвергают подсушиванию путем активного вентилирования посредством подачи теплого воздуха из калорифера 2, нагнетаемого вентилятором 3.

Способ термической переработки органосодержащего сырья и установка для его осуществления // 2582698

Изобретение относится к области переработки органосодержащего сырья и может быть использовано при переработке отработанных деревянных шпал. Способ включает сушку сырья при температуре 160-200°C в двух последовательно соединенных шнековых транспортерах - в первом транспортере 5 путем передачи тепловой энергии топочными газами через стенку, а во втором 6 за счет передачи тепловой энергии нагретым топочными газами воздухом, дозирование его в конусный реактор пиролиза 7, обогреваемый топочными газами, и термическое разложение при температуре 450-520°C с образованием парогазовой смеси.

Способ термической переработки растительных материалов и устройство для его осуществления // 2581003

Способ термической переработки растительных материалов заключается в том, что сырье загружают в трубу, горизонтально перемещают, кондуктивно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, полученные жидкую фракцию и неконденсированные газы удаляют, а твердую фракцию охлаждают и разгружают.

Способ термообработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления // 2579059

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органосодержащего сырья, а также в лесопромышленном комплексе. Влажное исходное сырье 14 подают в трубу 9 и перемещают поршнем 3 в камеру сушки 4, далее в камеры пиролиза 5 и конденсации 6 газообразных продуктов.

Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления // 2530057

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).

Способ переработки подстилки птицефабрики и устройство для его осуществления // 2528262

Изобретения могут быть использованы при получении облагороженного топлива из отходов птицефабрик. Способ переработки подстилки птицефабрики включает гранулирование влажного сырья в грануляторе.

Способ и система получения синтез-газа из биомассы карбонизацией // 2525491

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы карбонизацией проводят предварительную сушку и обезвоживание исходной биомассы.

Установка для термоподготовки шихты и охлаждения кокса // 2520453

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Установка для термоподготовки шихты и охлаждения кокса содержит теплообменную камеру (1), бункеры для кокса (2) и угольной шихты (3), сепарационное устройство (4), установленное на выходе теплообменной камеры (1) и предназначенное для разделения кокса и шихты.

Технология и установка для получения синтез-газа из биомассы путем пиролиза // 2519441

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы проводят предварительную обработку биомассы, включающую измельчение биомассы до получения частиц размером 1-6 мм и высушивание сырья до влажности 10-20 вес.%.

Способ изготовления угольной пыли // 2502780

Изобретение относится к способу изготовления угольной пыли, прежде всего, для использования в металлургической промышленности. Способ содержит этапы: нагрев сушильного газа в генераторе (26) горячего газа до предварительно заданной температуры, подача сушильного газа в угольную мельницу (20), ввод необогащенного угля в мельницу (20), при этом мельница (20) превращает уголь в угольную пыль, сбор смеси сушильного газа и угольной пыли из мельницы (20) и подача смеси на фильтр (34), при этом фильтр (34) отделяет высушенную угольную пыль от сушильного газа, сбор высушенной угольной пыли и подача сушильного газа из фильтра (34) на линию (38) рециркуляции для возврата сушильного газа в генератор (26), установление содержания кислорода в сушильном газе и сравнение установленного содержания с предварительно заданным граничным значением содержания кислорода.

Установка для сушки угля с использованием вторично перегретого пара // 2626919

Изобретение относится к установке для сушки угля, использующей вторично перегретый пар, и, в частности, оснащенной многоступенчатой сушилкой, которая удаляет воду, содержащуюся в угле, используемом в качестве топлива для тепловых электростанций, с помощью нагнетания струи вторично перегретого пара. Установка для сушки угля с использованием вторично перегретого пара включает в себя первую сушилку для угля, вторую сушилку для угля и третью сушилку, благодаря удалению влаги, остающейся внутри и на поверхности угля, используемого в качестве топлива для тепловых электростанций, в многоступенчатых сушилках для угля при использовании вторично перегретого пара с высокой температурой, неполное сгорание угля может быть предотвращено, благодаря чему повышается теплотворная способность угля, сводится к минимуму выброс загрязняющих веществ, предотвращается коррозия и увеличивается срок службы системы, снижается уровень естественного возгорания из-за снижения влажности, повышается эффективность измельчения угля и распределение теплоты в энергетическом котле при сжигании угля. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система сушки угля, использующая вторично перегретый пар // 2630046

Изобретение относится к системе для сушки угля, которая удаляет влагу, содержащуюся в угле, используемом в качестве топлива для тепловых электростанций, устройство для сушки угля, высушивающее уголь с помощью распыления перегретого пара из перегревателя с кипящим слоем и вторично перегретого пара, образованного во вторичном перегревателе. Система сушки угля, в частности, система сушки угля с использованием вторично перегретого пара, содержащая: угольный склад, устройство сортировки угля, транспортировочный конвейер угля с угольного склада, транспортировочный конвейер угольного топлива и транспортировочный конвейер высушиваемого угля, накопительный бак угольного топлива, перегреватель с кипящим слоем для сжигания угольного топлива, хранящегося в накопительном баке угля, в кипящем слое с образованием перегретого пара при определенной температуре, устройство для сушки угля, высушивающее уголь с помощью распыления перегретого пара, образованного в перегревателе с кипящим слоем, и вторично перегретого пара во вторичном перегревателе газообразных продуктов сгорания, который образует вторично перегретый пар с помощью газообразных продуктов сгорания, образованных в перегревателе с кипящим слоем, и с использованием отработавшего газа, образованного после высушивания угля в устройстве для сушки угля. Изобретение должно увеличить теплотворную способность угля с повышением эффективности сгорания топлива в топке парового котла тепловой электростанций и сократить расход топлива. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ термической переработки органосодержащего сырья // 2638388

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться для переработки сырья, преимущественно в малых и фермерских хозяйствах, а также в деревообрабатывающих отраслях промышленности. Способ термической переработки растительного сырья, заключающийся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фазу охлаждают и удаляют, при этом время τ постоянной теплоотдачи от пиролизируемого сырья определяют по формуле ,где τ - суммарная длительность пиролиза, ч;ΔU, ΔU* - содержание влаги и термонеустойчивой части в сырье, кг/кг;r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;R, h - радиус пиролизера и толщина элементарного пиролизируемого слоя сырья, м;K - коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅°С;ƒ - удельная поверхность частиц сырья, м2/кг;ΔT, ΔT* - разность температур между топочными газами и материалом при сушке и пиролизе, °С;η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;ηп - коэффициент термического превращения сырья, Вт/м2⋅°С;q - удельная теплота пиролиза, кДж/кг.Технический результат - повышение производительности сушки путем расчета длительности пускового периода. 1 ил.