Способ и устройство для исследования процесса термического разложения органических материалов


G01N1/22 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2721617:

Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" (АО "ЭНИН") (RU)

Изобретение относится к области исследований процессов термической переработки материалов, содержащих органику, в том числе отходов, и может использоваться в коммунальном хозяйстве, энергетике, химической и топливной промышленностях. Техническим результатом является повышение эффективности исследования процесса термического разложения различных органосодержащих материалов, в том числе отходов, возможность управления режимом сжигания парогазовой смеси и температурой отходящих дымовых газов, возможность оценки свойств продуктов пиролиза и дымовых газов по ходу технологического процесса. Количество теплоты, необходимой для осуществления автотермичности процесса, получают за счет сжигания части парогазовой смеси в горелочном устройстве инжекционного типа, снабженном напорным вентилятором с регулируемым расходом воздуха, другую часть парогазовой смеси направляют в конденсатор жидких продуктов, отбор проб парогазовой смеси, газа пиролиза и дымовых газов осуществляют в газовые пипетки, соотношение потоков, поступающих на сжигание и в конденсатор жидких продуктов регулируют общим переключающим устройством, температуру дымовых газов перед входом в систему газоочистки снижают последовательно в газоохладителе атмосферным воздухом и в водяном теплообменнике, а процесс пиролиза проводят при постоянном перемешивании материала мешалкой с электроприводом. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области исследований процессов термической переработки материалов, содержащих органику, в том числе отходов, и может использоваться при исследованиях, связанных с разработкой оборудования в коммунальном хозяйстве, энергетике, химической и топливной промышленностях.

Известны различные способы и устройства, предназначенные для исследования процесса термического разложения (в частности, пиролиза) различных материалов с целью определения влияния режимов процесса на выход и качество продуктов.

Известен стандартный способ оценки качества топлива путем определения суммарного выхода выделяющихся при нагревании продуктов: смолы, пирогенетической воды, полукокса и газа. Способ заключается в нагревании до 520°С без доступа воздуха навески измельченного топлива в алюминиевой реторте (так называемая реторта Фишера) емкостью 170 см3 [1].

Недостатком этого способа является то, что получаемые в реторте Фишера результаты не могут напрямую использоваться в промышленных условиях, поскольку при этом методе исследований осуществляется термическое разложение небольшого количества мелкой фракции топлива при одинаковом равномерном прогреве всей его массы, чего практически невозможно достичь на практике. Недостатком способа является также то, что в реторте Фишера отсутствует система сбора газа.

Известно устройство для исследования процесса термического разложения твердых топлив, содержащее бункер топлива с питателем, бункер твердого теплоносителя (собственной золы) с питателем, смеситель топлива и твердого теплоносителя, пылеосадительную камеру с системой пылеочистки, системой конденсации жидких продуктов из парогазовой смеси и цилиндрический реактор пиролиза с горизонтальной осью вращения. Газовый объем реактора пиролиза снабжен пробоотборниками для дискретного отбора проб газовой фазы, размещенными вдоль образующих реактора на разных расстояниях от торцевой стенки [2].

Недостатком устройства является невозможность его использования для исследования процесса пиролиза малозольных материалов с большим выходом летучих продуктов, например отходов, содержащих большое количество пластиков, не дающих зольного остатка.

Недостатком устройства является также отсутствие системы сжигания парогазовых и твердых продуктов при исследовании процесса уничтожения отходов и, следовательно, невозможность анализа состава дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является лабораторный стенд, содержащий загрузочный бункер, камеру термического разложения, ручное перемешивающее устройство, обогревательную камеру, горелку, шибер, картридж катализатора, теплообменник, скруббер, дымосос и дымовую трубу [3].

Недостатками стенда при его использовании для исследования процесса термического уничтожения отходов, основным показателем качества которого является экологически безопасный состав дымовых газов, является то, что:

- на стенде не предусмотрена система конденсации продуктов пиролиза и нет пробоотборников парогазовой смеси и дымовых газов, позволяющих отбирать пробы в разных точках устройства по ходу технологического процесса, что делает невозможным выявления зависимости состава дымовых газов от соотношения выходов продуктов пиролиза и состава парогазовой смеси (ПГС) перед ее сжиганием;

- на стенде используется горелочное устройство, в котором сжигается поступающая из камеры термического разложения (КТР) парогазовая смесь (ПГС), но при этом соотношение воздух/ПГС невозможно регулировать, так как оно определяется только разрежением, создаваемым дымососом при неизменном соотношении сечений газо- и воздуховодов и является постоянным. Поэтому, поскольку исследуемые материалы имеют разную теплотворную способность, а расход воздуха всегда практически один и тот же, процесс сжигания происходит с разными коэффициентами избытка воздуха, т.е. в нерасчетном, не поддающимся регулировке режиме;

- на стенде не предусмотрена возможность управления температурой дымовых газов перед системами их каталитической очистки, имеющими порог допустимой рабочей температуры (не более 300°С);

- после загрузки исходного материала в камеру термического разложения (КТР) невозможно обеспечить его равномерное перемешивание ручной мешалкой и, следовательно, невозможно осуществить равномерный прогрев всей массы материала. Вследствие неравномерного нагрева материала в разных точках слоя по высоте, в итоге получают усредненные данные, которые могут рассматриваться как оценочные, но не могут служить основанием для их применения при исследовании процессов, происходящих в реакторах, имеющих промышленное применение.

Техническим результатом, на решение которого направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности исследования процесса термического разложения различных органосодержащих материалов, в том числе отходов, возможность управления режимом сжигания парогазовой смеси и температурой отходящих дымовых газов, возможность оценки свойств продуктов пиролиза и дымовых газов по ходу технологического процесса путем дискретного отбора проб газообразных продуктов в разных точках устройства.

Технический результат достигается тем, что количество теплоты, необходимой для осуществления автотермичности процесса, получают за счет сжигания части парогазовой смеси в горелочном устройстве инжекционного типа, снабженном напорной воздуходувкой с регулируемым расходом воздуха, другую часть парогазовой смеси направляют в конденсатор жидких продуктов, отбор проб парогазовой смеси, газа пиролиза и дымовых газов осуществляют путем их отсасывания в газовые пипетки, соотношение потоков, поступающих на сжигание и в систему конденсации, регулируют общим переключающим устройством, а температуру дымовых газов перед входом в систему газоочистки снижают в системе охлаждения, состоящей из охладителя атмосферным воздухом и водяного теплообменника. Процесс пиролиза проводят при постоянном перемешивании материала мешалкой с электроприводом.

Принципиальная схема устройства для осуществления способа исследований поясняется фиг. 1.

Устройство содержит загрузочный бункер 1 с шибером 2, обогревательную камеру 3, камеру термического разложения 4 с мешалкой 5 с электроприводом 6, горелку розжига 7, горелочное устройство инжекционного типа 8, напорный вентилятор 9, воздушный газоохладитель 10 с напорным вентилятором 11, водяной теплообменник 12 с системой теплосъема 13, систему газоочистки 14, конденсатор жидких продуктов 15, переключатель газовых потоков 16, дымосос 17, пробоотборники 18, дымовую трубу (или систему вытяжной вентиляции).

Способ исследований осуществляют следующим образом:

Включают горелку розжига 7 и разогревают установку до рабочей температуры. В бункер 1 загружают исследуемый материал, открывают шибер 2 и перемещают материал в камеру термического разложения (КТР) 4. Включают привод 6 мешалки 5 и производят постоянное перемешивание материала. Выделяющаяся при термическом разложении парогазовая смесь (ПГС) поступает в горелочное устройство 8, где сжигается с заданным расходом воздуха, подаваемого напорным вентилятором 9. Выходящие из обогревательной камеры 3 дымовые газы охлаждают до температурного уровня 400-500°С прямым контактом с атмосферным воздухом, подаваемым напорным вентилятором 11 в газоохладитель 10. Дальнейшее охлаждение дымовых газов до уровня 100-105°С производят в водяном теплообменнике 12, снабженном системой теплоотвода 13. Охлажденные дымовые газы поступают в систему газоочистки 14, после которой дымососом 17 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу (или систему вытяжной вентиляции). Одновременно с началом выделения ПГС, путем изменения положения регулирующего устройства переключателя 16, устанавливают заданные величины разрежения в обогревательной камере 3 и конденсаторе 15, определяющие распределение потоков ПГС на сжигание и конденсацию. В ходе опыта, через заданные промежутки времени, производят дискретный отбор проб газообразных продуктов из разных участков обогревательной камеры 3, системы газоочистки 14, системы конденсации 15, на выходе из дымососа 17 через пробоотборники 18, для чего к пробоотборникам последовательно подсоединяют газовые пипетки, заполненные насыщенным соляным раствором, при сливе которого в пипетке создается разрежение и ее объем заполняется газообразными продуктами, находящимися в это время в определенной точке установки.

Таким образом:

Использование горелочного устройства инжекционного типа с регулируемым расходом воздуха позволяет в зависимости от калорийности исследуемого материала подавать в горелочное устройство разное расчетное количество воздуха, что дает возможность сжигать парогазовую смесь в оптимальном режиме.

Снижение температуры дымовых газов на входе в систему газоочистки позволяет использовать для очистки дымовых газов ряд катализаторов, например, на основе фехраля, не способных работать при температурах, превышающих уровень 300°С.

Использование конденсатора жидких продуктов и системы пробоотборников позволяет, наряду с возможностью сведения материального баланса процесса, отбирать пробы продуктов пиролиза и дымовых газов в заданных точках в заданное время, что позволяет выявить динамику технологического процесса.

Соединение камеры термического разложения, конденсатора жидких продуктов и горелочного устройства общим переключающим устройством позволяет устанавливать заданное разрежение в этих узлах установки и, следовательно, регулировать количество ПГС, поступающей в горелочное устройство и в конденсатор жидких продуктов.

Использование мешалки с электроприводом обеспечивает равномерное перемешивание материала по высоте всего слоя и, следовательно, обеспечивает равномерный прогрев всей массы топлива.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет: сжигать образующуюся при пиролизе парогазовую смесь в оптимальном режиме с расчетным коэффициентом избытка воздуха, управлять количеством ПГС поступающим на конденсацию и на сжигание и повышает эффективность исследования процессов, происходящих при термическом разложении (пиролизе) материалов, содержащих органику, за счет возможности одновременного получения данных о свойствах парогазовой смеси и дымовых газов от ее сжигания в заданных точках технологического процесса в заданное время.

Источники информации:

1. Топливо твердое минеральное. Методы определения выхода продуктов полукоксования. ГОСТ 3168-93. (ИСО 647-74). Дата введения 01.01.1995 г.

2. Патент РФ на полезную модель №127879, дата публикации 10.05.2013.

3. Автореферат диссертации к.т.н. Копачев А.Г. «Разработка технологии и оборудования для экологически безопасной переработки твердых органосодержащих отходов коммунального хозяйства с использованием среднетемпературного пиролиза», М.:, 2001, С. 15.

1. Способ исследования процесса термического разложения органических материалов, включающий пиролиз исходных материалов, обеспечение автотермичности процесса, конденсацию жидких продуктов, отбор проб газообразных продуктов, охлаждение и очистку дымовых газов отличающийся тем, что количество теплоты, необходимой для осуществления автотермичности процесса, получают за счет сжигания части парогазовой смеси в горелочном устройстве, другую часть парогазовой смеси направляют в конденсатор жидких продуктов, отбор проб парогазовой смеси, газа пиролиза и дымовых газов осуществляют путем их отсасывания в газовые пипетки, соотношение потоков парогазовой смеси, поступающих на сжигание и в конденсатор жидких продуктов, регулируют общим переключающим устройством, температуру дымовых газов перед входом в систему газоочистки снижают последовательно в охладителе атмосферным воздухом и в водяном теплообменнике, а процесс пиролиза проводят при постоянном перемешивании материала мешалкой с электроприводом.

2. Устройство для исследования процесса термического разложения органических материалов, содержащее загрузочный бункер с шибером, соединенный с камерой термического разложения, снабженной перемешивающим устройством и расположенной в обогревательной камере, снабженной горелкой, теплообменник, скруббер и дымосос, отличающееся тем, что устройство снабжено конденсатором жидких продуктов, обогревательная камера снабжена горелочным устройством инжекционного типа, снабженным напорным вентилятором с регулируемым расходом воздуха, выход дымовых газов из обогревательной камеры снабжен газоохладителем, а камера термического разложения, конденсатор жидких продуктов и горелочное устройство соединены общим переключающим устройством.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газоохладитель снабжен напорным вентилятором с регулируемым расходом воздуха.

4. Устройство по пп. 2, 3, отличающееся тем, что перемешивающее устройство снабжено электроприводом.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены дискообразный держатель образцов, способ обработки образца и средство для удерживания образцов в способе обработки, где средство представляет собой вышеуказанный дискообразный держатель образцов.

Изобретение относится к выпускному элементу с фильтром для прокапывания фиксированного количества фильтрата при фильтровании суспензий и может быть использовано при генетических исследованиях во многих областях, включая диагностику инфекционных заболеваний.

Группа изобретений относится к биотехнологии, а именно к новым соединениям, которые специфически распознают и связывают Ang-2. Предложен мутеин человеческого липокалина, ассоциированного с желатиназой нейтрофилов (hNGAL), способный связывать Ang-2.

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству. Почвообрабатывающее орудие содержит раму, функционально поддерживающую почвообрабатывающие рабочие органы, и систему мониторинга почвы, содержащую контрольно-измерительное оборудование, функционально поддерживаемое рамой и выполненное с возможностью определения критериев почвы до, после или до и после обработки почвы почвообрабатывающими рабочими органами.

Изобретение относится к новому высокотемпературному уплотнению для цилиндрического керна и способу его (уплотнения) сборки в кернодержателе с целью исследования термического воздействия на цилиндрический керн путем парогравитационного дренажа.

Изобретение относится к области медицины. Предложено применение биомаркеров для оценки риска развития осложнений инфекционного мононуклеоза, ассоциированного с вирусом Эпштейна-Барр, где биомаркеры представляют собой гены BCL2L2, BCL2L11, CASP3, CASP7, CASP8, MAP3K14, MCL1, NFKB1 и мРНК BCL2-NM_000633, BCL2L1-NM_138578, BIRC2-NM_001166, TNFRSF10D-NM_003840, TRAF2-NM_021138, RELB-NM_006509, XIAP-NM_001167.

Изобретение относится к области медицины, в частности к онкологии, и предназначено для прогнозирования риска рецидивирования у ВПЧ16-позитивных больных с плоскоклеточным интраэпителиальным поражением тяжелой степени.

Изобретение описывает модуль лазерного датчика для определения плотности мелких частиц. Модуль лазерного датчика включает в себя: два лазера, излучающие измерительные лучи, оптический узел, фокусирующий первый и второй измерительные лучи в первый и второй измерительные объемы соответственно.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к применению лизилэндопептидазы Lys-C из Lysobacter enzymogenes в процессинге ботулинического нейротоксина серотипа F (BoNT/F).

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностическим гистологическим исследованиям. Предложен способ демаскирования антигенов при проведении иммуноцитохимических реакций, включающий фиксацию препарата в 10% формалине в течение 24 ч при комнатной температуре, процедуру обезвоживания, заключение в парафин, приготовление гистологических срезов толщиной от 5 до 10 мкм, нанесение их на адгезивные предметные стекла, депарафинизацию в ксилоле, проводку по спиртам понижающей концентрации, промывку в течение 5 мин в дистиллированной воде, отличающийся тем, что после промывки срезов их в течение 22 мин подвергают процедуре теплового демаскирования в 10% водном растворе тиосульфата натрия, предварительно прогретом до 45-60°С, остывшие стекла промывают дистиллированной водой, оставляют в 0,01 М фосфатно-солевом буфере с рН 7,4 на 5 мин при комнатной температуре, затем на срезы наносят блокировочный раствор на 10 мин при комнатной температуре, сливают излишек раствора и, не промывая препараты, наносят на стекла первичные антитела, после чего препараты размещают во влажной камере и инкубируют в термостате при температуре 27°С в течение 20 ч, затем промывают в трех сменах дистиллированной воды по 5 мин в каждой, после этого наносят вторичные антитела и инкубируют во влажной камере в термостате при температуре 27°С в течение 30 мин, промывают в трех сменах дистиллированной воды по 5 мин в каждой, затем наносят раствор хромогена и в течение 1-3 мин отслеживают образование окрашенного продукта гистохимической реакции под микроскопом, смывают хромоген и промывают препараты в 2-3 порциях дистиллированной воды по 5 мин в каждой, при необходимости препараты подкрашивают гистологическими красителями, обезвоживают в спиртах восходящей крепости, просветляют в ксилоле, заключают в любую не водорастворимую заключающую среду.

Изобретения относятся к области энергетики. Топка теплогенератора с использованием древесных отходов включает цилиндрический корпус, выполненный из обечаек, жестко скрепленных между собой и образующих внутренний объем топки.
Наверх