Установка для пиролиза углеводородного сырья - биомассы
Изобретение относится к области пиролиза углеводородного сырья. Технический результат - избежание локального плавления металла корпуса и кожуха, достижение равномерного прогрева всего объема контактирующего угля и, как следствие, более эффективное взаимодействие пиролизного газа с углем, более полная переработка углеводородного сырья. Установка для пиролиза углеводородного сырья - биомассы содержит термореактор, в котором в зоне выхода расположены слой электропроводного угля и слой изолятора, герметизирующего термореактор. Внутри термореактора расположена газоходная труба для отвода газовой составляющей продуктов пиролиза, на верхнюю часть которой надет кожух таким образом, что нижняя часть кожуха погружена в электропроводный уголь. В пространстве между газоходной трубой и кожухом расположен фильтр-катализатор. В зоне загрузки термореактора установлено устройство подачи воды, а корпус термореактора снабжен теплозащитной оболочкой. Корпус термореактора и газоходная труба подключены к соответствующим клеммам для подачи электропитания. Установка снабжена магнитным блоком в виде соленоида с выводами, размещенного на надетом на газоходную трубу кожухе, либо непосредственно на газоходной трубе внутри корпуса термореактора, либо непосредственно на корпусе термореактора. Указанные выводы соединены либо с газоходной трубой и корпусом термореактора, либо с устройством питания, расположенным снаружи корпуса термореактора. Внутри термореактора создается магнитное поле, ориентированное таким образом, что на проводящий уголь действуют силы Ампера, в результате чего уголь перемещается, перемешивается, образуя однородный проводящий слой, и не дает возможности образовываться областям с повышенной проводимостью. 1 ил.
Изобретение относится к области пиролиза углеводородного сырья - биомассы.
Известна установка пиролиза отходов, содержащая термореактор с электронагревателем и систему отвода пиролизных газов, включающую конденсатор; при этом электронагреватель выполнен с внутренней полостью, соединенной с внутренним объемом термореактора и системой отвода пиролизных газов через газоприемную щель. Конденсатор и отстойник расположены выше уровня термореактора, причем последний соединен с отстойником через патрубок (патент РФ №2225573 от 10.03.2004 г.).
Недостатками устройства являются:
- необходимость увеличения энергии или времени нагрева биомассы через уголь вследствие его малой теплопроводности;
- неполная переработка составляющих процесса в топливный газ, поскольку не весь объем угля прогревается и взаимодействует с парами воды и углеводородами и не весь объем биомассы прогревается достаточно для полной ее переработки.
Наиболее близкой к предложенной по совокупности существенных признаков и достигаемому результату и принятой за прототип является установка для пиролиза углеводородных отходов, содержащая термореактор и систему отвода пиролизных газов, в которой в зоне выхода термореактора расположены слой электропроводного угля и слой изолятора, герметизирующего термореактор, а внутри термореактора расположена газоходная труба, на верхнюю часть которой надет кожух таким образом, что нижняя часть кожуха погружена в электропроводный уголь, а в пространстве между газоходной трубой и кожухом расположен фильтр-катализатор, в зоне загрузки термореактора установлено устройство подачи воды, а корпус термореактора снабжен теплозащитной оболочкой, при этом корпус реактора и газоходная труба подключены к соответствующим клеммам для подачи напряжения питания, а газоходная труба через вентиль соединена с системой отвода пиролизных газов (патент РФ №2260154 от 10.09.2005 г.).
Недостатками устройства-прототипа являются:
- возникновение во время работы нагревательного элемента, образованного корпусом реактора, углем и кожухом, локальных областей контактирующего угольного слоя, имеющих большую проводимость по сравнению с основной массой контактирующего угля, в результате чего через такую область начинает протекать больший ток, что ведет к чрезмерному локальному нагреву контактирующих областей поверхностей корпуса реактора и кожуха и, как следствие, к их плавлению, что может привести к короткому замыканию;
- неравномерность прогрева угля из-за неравномерности распределения силы протекающего по нему тока и, как следствие, неэффективное взаимодействие угля с пиролизным газом, в результате чего происходит неполная переработка углеводородного сырья.
Для устранения указанных недостатков предложена установка для пиролиза углеводородного сырья - биомассы, содержащая термореактор, в котором, в зоне выхода, расположены слой электропроводного угля и слой изолятора, герметизирующего термореактор, а внутри термореактора расположена газоходная труба для отвода газовой составляющей продуктов пиролиза, на верхнюю часть которой надет кожух таким образом, что нижняя часть кожуха погружена в электропроводный уголь, а в пространстве между газоходной трубой и кожухом расположен фильтр-катализатор, в зоне загрузки термореактора установлено устройство подачи воды, а корпус термореактора снабжен теплозащитной оболочкой, при этом корпус реактора и газоходная труба подключены к соответствующим клеммам для подачи электропитания, отличающаяся тем, что она снабжена магнитным блоком в виде соленоида с выводами, размещенного на надетом на газоходную трубу кожухе, либо непосредственно на газоходной трубе внутри корпуса термореактора, либо непосредственно на газоходной трубе снаружи корпуса термореактора, либо непосредственно на корпусе термореактора, причем указанные выводы соединены либо с газоходной трубой и корпусом термореактора, либо с устройством питания, расположенным снаружи корпуса термореактора, при этом внутри термореактора создается магнитное поле, ориентированное таким образом, что на проводящий уголь действуют силы Ампера, в результате чего уголь перемещается, перемешивается, образуя однородный проводящий слой, и не дает возможности образовываться областям с повышенной проводимостью.
Предлагаемая установка позволяет избежать локального плавления металла корпуса и кожуха, достичь равномерного прогрева всего объема контактирующего угля, в результате чего происходит более эффективное взаимодействие пиролизного газа с углем, и, как следствие, более полная переработка углеводородного сырья.
Работа устройства поясняется чертежом, на котором изображен общий вид пиролизной установки.
Установка содержит термореактор 1 с герметично закрывающейся крышкой 2. Внутри термореактора 1 расположена газоходная труба 3, на которую надет кожух 4. В части трубы 3, находящейся под кожухом 4, могут быть дополнительные газовводные отверстия. Под кожухом 4 вокруг трубы 3 находится фильтр-катализатор 5. Нижняя часть кожуха 4 погружена в электропроводный уголь 6, который придавливается и уплотняется сверху загруженной биомассой 7. Изолятор 8 герметизирует внутренний объем термореактора 1 и осуществляет гальваническую развязку между корпусом реактора 1 и газоходной трубой 3. В верхней части реактора 1 установлено устройство 9 подачи воды во внутренний объем реактора. Корпус реактора 1 и газоходная труба 3 подключены к соответствующим клеммам для подачи напряжения питания. Корпус термореактора 1 имеет теплозащитную оболочку 10. На газоходной трубе 3 снаружи корпуса термореактора 1 размещен магнитный блок 14 в виде соленоида, выводы которого подсоединены к газоходной трубе 3 и корпусу термореактора 1.
Установка работает следующим образом.
В термореактор 1 загружают биомассу 7 и герметично закрывают его крышкой 2. При подаче напряжения на клеммы питания на слой электропроводного угля 6 также подается напряжение. Под воздействием протекающего через уголь электрического тока последний нагревается до температуры, достаточной для начала процесса пиролиза, достигая максимальной активности - восстановительной способности. При этом магнитным блоком 14 внутри реактора создается магнитное поле, мгновенные направления силовых линий 11 которого так ориентированы по отношению к мгновенным направлениям протекания тока 12 через уголь 6, что на последний действует сила Ампера, в направлении 13 которой осуществляется движение и перемешивание частиц угля 6. При возникновении локальных областей угля 6 с проводимостью, большей проводимости основной массы контактирующего угля, через такие области идет больший ток, и, следовательно, на них действует большая сила Ампера 13. В результате этого канал с повышенной проводимостью разрушается, уголь перемешивается, образуя контактную зону с равномерной проводимостью. При этом уголь прогревается равномерно по всей поверхности контакта. Температура внутри реактора 1 поднимается, и происходит пиролиз загруженной биомассы 7, причем кожух 4 выводит тепло из зоны нагрева угля 6 в верхние слои биомассы. В результате ее пиролиза и последующей деструкции в реакторе 1 остается угольный осадок, а газовая составляющая уходит через слой раскаленного угля 6, фильтр-катализатор 5 в газоходную трубу 3. Для интенсификации процесса пиролиза и переработки угольного осадка в зону загруженной биомассы 7 через определенные интервалы времени подается вода с помощью устройства подачи воды 9. Вода превращается в пар и взаимодействует с угольным осадком биомассы 7, образуя топливный газ. При этом топливный газ проходит через тот объем угля 6, который имеет максимальную температуру и активность, так как по нему течет электрический ток. Благодаря этому топливный газ максимально эффективно восстанавливается. Кроме того, вследствие резкого увеличения давления в термореакторе при образовании пара из воды оказывается механическое воздействие на биомассу 7, производится ее ворошение, перемешивание, что интенсифицирует процесс пиролиза. По окончании цикла переработки биомассы 7 расход электропроводного угля 6 компенсируется угольным осадком из переработанной биомассы 7. Таким образом, слой электропроводного угля 6, выполняющий функцию нагревательного элемента, становится постоянно возобновляющимся.
Помимо приведенного в описании и на чертеже варианта, магнитный блок 14 может быть размещен на надетом на газоходную трубу 3 кожухе 4. Также магнитный блок 14 может быть размещен непосредственно на газоходной трубе 3 внутри корпуса термореактора 1, либо непосредственно на корпусе термореактора 1.
Выводы магнитного блока 14 могут соединяться как с газоходной трубой 3 и корпусом термореактора 1, так и с устройством питания, расположенным снаружи корпуса термореактора 1.
Электропитание установки может осуществляться как переменным током, так и постоянным. При этом в первом случае магнитный блок 14 создает внутри корпуса термореактора 1 переменное магнитное поле, а во втором - постоянное.
Предложенная установка в сравнении с прототипом позволяет избежать локального плавления металла контактирующих поверхностей корпуса реактора и кожуха за счет разрушения локальных областей с повышенной проводимостью с помощью магнитного поля. При этом осуществляется перемешивание контактирующего угля, в результате чего его проводимость по всей площади контакта выравнивается, и происходит равномерный прогрев всего его объема. Это позволяет осуществить наиболее полную переработку составляющих процесса в топливный газ за счет прохождения последнего через равномерно разогретый - термоактивный вследствие прохождения электрического тока - объем угля.
Предлагаемая установка позволяет получать топливный газ, увеличивая его объем и тепловую энергию.
Установка для пиролиза углеводородного сырья - биомассы, содержащая термореактор, в котором в зоне выхода расположены слой электропроводного угля и слой изолятора, герметизирующего термореактор, а внутри термореактора расположена газоходная труба для отвода газовой составляющей продуктов пиролиза, на верхнюю часть которой надет кожух таким образом, что нижняя часть кожуха погружена в электропроводный уголь, а в пространстве между газоходной трубой и кожухом расположен фильтр-катализатор, в зоне загрузки термореактора установлено устройство подачи воды, а корпус термореактора снабжен теплозащитной оболочкой, при этом корпус термореактора и газоходная труба подключены к соответствующим клеммам для подачи электропитания, отличающаяся тем, что она снабжена магнитным блоком в виде соленоида с выводами, размещенного на надетом на газоходную трубу кожухе, либо непосредственно на газоходной трубе внутри корпуса термореактора, либо непосредственно на корпусе термореактора, причем указанные выводы соединены либо с газоходной трубой и корпусом термореактора, либо с устройством питания, расположенным снаружи корпуса термореактора, при этом внутри термореактора создается магнитное поле, ориентированное таким образом, что на проводящий уголь действуют силы Ампера, в результате чего уголь перемещается, перемешивается, образуя однородный проводящий слой, и не дает возможности образовываться областям с повышенной проводимостью.
