Способ и устройство получения пиролизной жидкости и угля

Изобретение относится к способу получения пиролизной жидкости, угля и установке для их получения из целлюлозосодержащего сырья высокоскоростным пиролизом с использованием веществ-окислителей. Перерабатываемое сырье пропитывается водным раствором вещества-окислителя при его замачивании и измельчении. В качестве вещества-окислителя применяют: калиевую селитру, натриевую селитру, аммиачную селитру, бариевую селитру, стронциевую селитру, пероксид бария, перхлорат калия, перхлорат лития, перхлорат натрия, перхлорат аммония, хлорат калия, хлорат бария, хлорат стронция. Инициирование пиролиза производят огнепроводным шнуром или теплотой электрически нагреваемого элемента. Установка получения пиролизной жидкости и угля включает в себя реактор пиролиза с патрубком для отвода жидкости. В верхней части реактора размещены инициирующие высокоскоростной пиролиз элементы. Обеспечивается одновременное получение пиролизной жидкости и угля с низкими энергозатратами и высоким качеством полученных продуктов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к способу получения пиролизной жидкости, угля и установке для их получения из материалов, содержащих целлюлозу, таких как: солома, древесина, конопля, джут, бамбук, сахарный тростник, осот, водоросли, гречиха, трава.

Известен способ переработки органических веществ (патент RU, МПК С10В 49/00, С10В 53/02) древесины, продуктов растениеводства, органосодержащих полезных ископаемых путем высокоскоростного нагрева в газовой среде или в вакууме постадийно при разных температурах: удаление влаги при температуре 200-375°С, последняя стадия - при температуре 550-750°С.Образующиеся при этом газообразные фракции в каждой стадии процесса выводят из системы для дальнейшей конденсации, переработки или сжигают, оставшиеся твердые продукты после последней стадии также направляют на переработку или сжигают.

К недостаткам известного способа относится то, что при удалении влаги в первой стадии происходит последующее парообразование, энергетические затраты существенны, а получаемые на последних стадиях газовые фракции не относятся к высокоэнтальпийным при их сжигании.

Известен способ производства угля из соломы и устройство для обугливания соломы (патент RU №2573014, МПК С10В 53/02, С10В 57/00), в котором процесс пиролиза и обугливания осуществляются в различных устройствах. Температура соломы в резервуаре для пиролиза быстро повышается за счет способа управляемой подачи кислорода во время процесса пиролиза, в результате чего солома высыхает, предварительно нагревается и быстро пиролизуется.

Реализация данного способа требует отдельного получения кислорода, оборудования для его хранения и компрессии, что имеет дополнительные и существенные энергозатраты и высокую степень опасности.

Целью изобретения является процесс одновременного получения пиролизной жидкости и угля и устройство для его осуществления с низкими энергозатратами и высоким качеством получения продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что целлюлозосодержащее сырье измельчают и обезвоживают, например, в растворе аммиачной селитры (NH₄NO₃), являющейся окислителем в процессе получения пиролизной жидкости и угля.

При измельчении аммиачная селитра растворяется в воде, содержащейся в перерабатываемом сырье, которая при этом превращается в лед, с увеличением объема до 14%, что приводит к разбуханию и диспергированию сырья на волокна.

Система NH₄NO₃-Н₂О представлена на Фиг. 1 и относится к системам с простой эвтектикой. Эвтектической точке 2 соответствует концентрация 42,4% NH₄NO₃ и температура минус 16,9°С. Левая ветвь диаграммы - линия ликвидуса 1 воды отвечает условиям выделения льда в системе NH₄NO₃-Н₂О. Правая ветвь кривой ликвидуса 3 - кривая растворимости NH₄NO₃ в воде.

В качестве веществ окислителей для получения пиролизной жидкости и угля могут быть использованы следующие вещества, представленные вместе с их свойствами в Таблице 1.

Эти вещества не относятся к системам с простой эвтектикой, как NH₄NO₃-Н₂О и, следовательно, не имеют эвтектическую точку 2:

- концентрация 42,4% NH₄NO₃, температура минус 16,9°С, при которой растворение сопровождается образованием льда, что способствует процессу разволокнения сырья.

Данные вещества, приведенные в Таблице 1, как и аммиачная селитра NH₄NO₃, применяют в качестве окислителей в процессах горения, в том числе, при получении пиролизной жидкости и угля при высокоскоростном пиролизе.

Другими предпочтительными свойствами NH₄NO₃, кроме дешевизны и многотоннажного производства является; кислородный баланс, равный 20% активного О₂ и растворимость в воде: 180 г на 100 грамм Н₂О.

Пример 1 реализации способа получения пиролизной нефти и угля (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4):

Целлюлозосодержащее сырье - пшеничную солому 4 (Фиг. 2) предварительно разрезают на обрези 5 длиной 20-40 мм в соломорезательном устройстве, которые замачивают в водном растворе аммиачной селитры и одновременно доизмельчают до размеров волокна 1,5-2,4 мм 6.

Полученную пульпу транспортируют в реактор (стеклянную колбу) 7 (Фиг. 3), где производят выпаривание воды и сушку волокна до влажности, обеспечивающую инициирование и протекание высокоскоростного пиролиза. Для выпаривания воды и сушки волокна применяют, на начальном этапе, автономные источники тепла в циркулирующем контуре, которые совмещают с теплопередачей от газообразных продуктов пиролиза 8. Высокоскоростной пиролиз происходит при температуре 300-350°С, с образованием пиролизной жидкости 9.

На Фиг. 3 высокоскоростной пиролиз соломенного волокна производится в реакторе (стеклянной колбе) 7, представляющей процесс высокоскоростного пиролиза, инициирование которого осуществляется от открытого источника огня, что соответствует инициированию огнепроводным шнуром.

Уголь из соломы 10, получаемый в результате высокоскоростного пиролиза соломы показан на Фиг. 4.

Пример 2 реализации способа получения пиролизной нефти и угля из древесного волокна 14 (Фиг. 5, Фиг. 6):

В качестве целлюлозосодержащего сырья (Фиг. 5) используют древесину, предварительно измельченную до щепы 11 размером до 35 мм в щепорубильной машине, которую замачивают в водном растворе аммиачной селитры и одновременно доизмельчают до размеров волокна 2-3 мм 12.

Полученную пульпу транспортируют в реактор (кювету) 15 (Фиг. 6), где производят выпаривание и сушку до влажности, обеспечивающую инициирование и протекание высокоскоростного пиролиза. Для выпаривания воды и сушки древесного волокна 14 применяют, на начальном этапе, автономные источники тепла в циркулирующем контуре, которые совмещают с теплопередачей от газообразных продуктов пиролиза. Высокоскоростной пиролиз происходит при температуре 300-350°С, с образованием пиролизной жидкости 9 и угля пиролиза древесины 13.

На Фиг. 6 показан высокоскоростной пиролиз в реакторе (кювете) 15, имеющий поддерживающий элемент 16 для древесного волокна 14, пропитанного одним из окислителей, осуществляется от открытого источника огня 17, что соответствует инициированию огнепроводным шнуром.

Установка получения пиролизной жидкости и угля в реакторе для пиролиза, имеющего коническое дно с патрубком слива жидкости 25 показана на Фиг. 7.

Целлюлозосодержащее сырье 21 непрерывно подается в реактор 18 через горловину 20, в ней же размещены элементы циркулирующего контура для кондиционирования газообразных продуктов пиролиза и патрубки их вывода 22 для последующего применения.

В реакторе 18 высокоскоростного пиролиза по всей его высоте размещены термодатчики 19, с помощью которых регулируется скорость подачи перерабатываемого сырья 21 и отвод пиролизной жидкости и угля из реактора 18. Скорость подачи и отвод пиролизной жидкости и угля совпадает с перемещением зоны высокоскоростного горения.

Патрубки вывода газообразных продуктов пиролиза 22 после кондиционирования соединены с циркулирующим контуром 23 с жидкостью, тепло которой используется для выпаривания и сушки пропитанного окислителем волокна.

Инициирование высокоскоростного пиролиза производят через горловину реактора 18 путем размещения в верхней части реактора огнепроводного шнура или электрически нагреваемого элемента 24, что позволяет проводить пиролиз в направлении сверху вниз, обеспечивая тем самым гравитационное отделение пиролизной жидкости и угля, одновременно с конденсированием газообразных продуктов пиролиза.

1. Способ получения пиролизной жидкости и угля, состоящий из пиролиза материала, содержащего целлюлозу, отличающийся тем, что высокоскоростной пиролиз осуществляется с использованием веществ-окислителей, таких как: калиевая селитра, натриевая селитра, аммиачная селитра, бариевая селитра, стронциевая селитра, пероксид бария, перхлорат калия, перхлорат лития, перхлорат натрия, перхлорат аммония, хлорат калия, хлорат бария, хлорат стронция, в водных растворах которых производят замачивание, измельчение до волокна, которое высушивают до влагосодержания, обеспечивающего высокоскоростной пиролиз, инициирование которого производят огнепроводным шнуром или теплотой электрически нагреваемого элемента в установке, одновременно с конденсированием газообразных продуктов и гравитационным отделением пиролизной жидкости и угля.

2. Способ по п. 1, включающий подачу целлюлозосодержащего сырья в реактор установки, отличающийся тем, что скорость подачи и отвод пиролизной жидкости и угля регулируется с помощью термодатчиков, установленных по высоте реактора и совпадает с перемещением зоны высокоскоростного горения.

3. Способ по пп. 1, 2, включающий выпаривание воды, высушивание волокна из целлюлозы, отличающийся тем, что для сушки волокна, пропитанного водным раствором окислителя, используется тепло газообразных продуктов пиролиза, пропускаемых через циркулирующий контур установки.

4. Установка получения пиролизной жидкости и угля, включающая по меньшей мере реактор пиролиза, отличающаяся тем, что инициирующие высокоскоростной пиролиз элементы, в качестве которых используют огнепроводный шнур или электрически нагреваемый элемент, размещены в верхней части реактора.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что внутри реактора по всей его высоте установлены термодатчики, с помощью которых регулируется скорость подачи сырья и отвод пиролизной жидкости и угля из реактора.

6. Установка по пп. 4-5, отличающаяся тем, что циркулирующий контур соединен с автономными источниками тепла, которое используют на начальном этапе процессов выпаривания воды и сушки волокна и совмещают с теплом газообразных продуктов пиролиза, попадающих за счет конвекции в верхнюю часть реактора в циркулирующий контур.