Способ и установка для переработки органического и минерального вещества в жидкое и газообразное топливо

Изобретение относится к области переработки твердого топлива в жидкое и газообразное топливо, в частности к технологии и технике пиролитической конверсии органического и/или минерального сырья в газообразное и жидкое топливо. Способ пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо путем нагрева без доступа кислорода в камере переработки в присутствии холодно-плазменного высокочастотного разряда с получением в качестве продуктов пиролиза газообразного топлива с последующей конденсацией его в жидкое топливо и твердого остатка, причем сырье помещают на конвейер в герметичном реакторе и обрабатывают на конвейере в дуге плазменного разряда с температурой 500-1500°С и затратах энергии 0,2-0,6 кВт·ч на 1 кг сырья при скорости обработки 0,1-10 тонн сырья в час. Установка пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо, содержащая бункер приема перерабатываемого сырья, дозатор, камеру переработки, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, причем камера переработки представляет собой герметический реактор, в котором установлен конвейер для перемещения сырья из бункера в емкость для твердого остатка с производительностью 0,1-10 тонн сырья в час, над конвейером установлен плазмотрон, совмещающий функции устройства получения плазмы высокочастотного разряда и устройства высокоскоростного нагрева сырья до температуры 500-1500°С электрической мощностью 180-600 кВт на одну тонну перерабатываемого сырья в час. Технический результат - снижение расхода энергии на переработку на 30-40%, увеличение скорости процесса переработки органического и/или минерального сырья на 30-50%, увеличение производительности установки до 0,1-10 т в час. 2 н. и 1 з.п., 2 ил.

 

Изобретение относится к области переработки твердого топлива в жидкое и газообразное топливо, в частности к технологии и технике пиролитической конверсии органических и минеральных веществ в газообразное и жидкое топливо.

Известны способ и устройство для пиролиза углей в жидкое топливо (А. Блохин. Пиролизная технология переработки топливного сырья. - ЦЭНЭФ, апрель-июнь 2002. С.10-13).

Недостатком известного способа является низкая производительность и малый выход жидкого и газообразного топлива из угля (30-40% от массы органического вещества).

Известен способ и устройство для переработки биомассы в жидкое топливо методом быстрого пиролиза, в котором органическое вещество измельчают, нагревают в пиролизной установке с последующей конденсацией продуктов пиролиза в газообразное и жидкое топливо. Пиролизная установка содержит устройство для измельчения, устройство регулируемой подачи мелкодисперсного органического вещества в камеру переработки и устройство конденсации газообразного топлива в жидкое. (Towards the "bio-refinery' Fast pyrolysis of Biomass. RE World. 2001. Vol.4.1. P.67-83).

Недостатком известного способа и устройства является низкая скорость нагрева биомассы до температуры пиролитического разложения биомассы (около 2 с), низкая теплота сгорания и высокое содержание воды (20-50%) в полученном жидком топливе, а также большие затраты энергии на переработку органического вещества.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ и устройство для переработки биомассы в жидкое топливо методом быстрого пиролиза, в котором нагрев мелкодисперсного влагосодержащего органического вещества осуществляют последовательно в двух разделенных камерах: в первой - до 250-375°С и во второй (камере переработки) - до 650-750°С, причем обезвоженное мелкодисперсионное вещество нагревают во второй камере в присутствии холодно-плазменного высокочастотного разряда реактивного тока напряжением 1-500 кВ, частотой 1-300 кГц, а газообразное топливо из камеры переработки по обводном контуру пиролизного газа направляют в тепловую машину и/или в теплообменник для получения электроэнергии, теплоты и в устройство конденсации для получения жидкого топлива.

Установка пиролизной переработки органического вещества в газообразное и жидкое топливо для осуществления способа, содержащая бункер приема перерабатываемого сырья, дозатор, камеру переработки, емкость для твердого остатка и устройство конденсации газообразного топлива в жидкое, содержит камеру удаления влаги, соединенную с камерой переработки, устройство для образования холодно-плазменного высокочастотного разряда реактивного тока напряжением 1-500 кВ, частотой 1-300 кГц, выполненного в камере переработки, которая соединена с устройством высокоскоростного нагрева органического вещества до 650-750°С электрической мощностью 0,8-1,2 кВт на каждый 1 г перерабатываемого за 1 с органического вещества, камера переработки также соединена обводным контуром пиролизного газа с тепловой машиной и/или теплообменником и с устройством конденсации.(Пат. РФ №2203922 от 25.01.2002 г).

Недостатком известного способа и устройства является низкая скорость процесса переработки и низкая производительность оборудования, большие затраты энергии в устройстве высокоскоростного термического нагрева сырья.

Другим недостатком является использование способа и установки только для переработки органического вещества.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение производительности установки и снижение затрат энергии на получение жидкого и газообразного топлива как из органического, так и из минерального сырья.

В результате использования изобретения снижается расход энергии на переработку на 30-40%, увеличивается скорость процесса переработки органического и минерального сырья на 30-50%, увеличивается производительность установки до 0,1-10 т в час.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что способ пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо путем нагрева без доступа кислорода в камере переработки в присутствии холодно-плазменного высокочастотного разряда с получением в качестве продуктов пиролиза газообразного топлива с последующей конденсацией его части в жидкое топливо и твердого остатка, причем сырье помещают на конвейер в герметическом реакторе и обрабатывают на конвейере в дуге плазменного разряда с температурой 500-1500°С и затратах энергии 0,2-0,6 кВт·ч на 1 кг сырья при скорости обработки 0,1-10 тонн сырья в час.

Установка пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо, содержащая бункер приема перерабатываемого сырья, дозатор, камеру переработки, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, причем камера переработки представляет собой герметический реактор, в котором установлен конвейер для перемещения сырья из бункера в емкость для твердого остатка с производительностью 0,1-10 тонн сырья в час, над конвейером установлен плазмотрон, совмещающий функции устройства получения плазмы высокочастотного разряда и устройства высокоскоростного нагрева сырья до температуры 500-1500°С электрической мощностью 180-600 кВт на одну тонну перерабатываемого сырья в час.

Установка пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо установлена на мобильном транспортном средстве с автономным источником энергии.

Способ переработки влагосодержащего органического вещества в газообразное и жидкое топливо и устройство для его осуществления поясняются фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена общая блок-схема способа и установки для переработки органического и минерального вещества в газообразное и жидкое топливо. На фиг.2 представлена конструкция установки для переработки органического и минерального вещества в плазме высокочастотного разряда.

Блок-схема способа переработки органического и минерального вещества в жидкое и газообразное топливо на фиг.1 содержит устройство загрузки 1 перерабатываемого сырья, герметичный реактор 2 с конвейером 3 и одноэлектродным плазмотроном 4, блок питания 5 и управления 6 плазмотроном 4, устройство конденсации 7 и емкость 8 для хранения жидкого топлива, устройство 9 для компримирования и емкость 10 для хранения газообразного топлива, устройство выгрузки твердого остатка 11.

Установка для реализации способа переработки органического и минерального вещества в жидкое и газообразное топливо на фиг.2 содержит устройство загрузки сырья 1, состоящее из транспортера 12 подачи сырья, бункера приема перерабатываемого сырья 13, шнекового дозатора 14, который подает сырье в герметичный реактор 2 на конвейер 3. Над конвейером 3 в реакторе 2 установлен одноэлектродный плазмотрон 4. Плазмотрон 4 получает питание по однопроводниковой линии 15 от высокочастотного резонансного трансформатора 16. Первичная обмотка 17 трансформатора 16 подключена через резонансный контур 18 и блок управления 6 к электрическому генератору 19. Устройство выгрузки твердого остатка 11 состоит из дозатора 20 и емкости 21.

Установка работает следующим образом

Перерабатываемое сырье предварительно измельчают и высушивают до влажности 10-12%, затем загружают с помощью транспортера 12 в бункер приема сырья 13. С помощью шнекового дозатора 14 сырье подают в герметичный реактор 2 на конвейер 3. С помощью одноэлектродного плазмотрона 4 сырье нагревают с высокой скоростью в плазме высокочастотного разряда до температуры 500-1500°С с затратами электрической энергии 0,2-0,6 кВт·ч на 1 кг сырья при скорости переработки 0,1-10 т сырья в час, которая задается скоростью конвейера 3. Полученное газообразное топливо из реактора 2 направляют через устройство конденсации 7 в емкость 8 для хранения жидкого топлива. Несконденсировавшийся газ компримируют в устройстве 9 и отправляют в газовое хранилище 10. Оставшийся в реакторе 2 твердый остаток выводят из реактора через дозатор 20 в емкость 21. В качестве органического вещества используют растительные и древесные отходы, торф, помет птицы, высушенные водоросли, органические бытовые отходы и т.д.

В качестве минерального вещества перерабатывают сланцы, уголь, почву, загрязненную нефтью.

Высокочастотная плазма ускоряет и обеспечивает равномерный нагрев сырья за счет проникновения электромагнитного поля высокочастотного разряда в объем сырья, расположенного на транспортере, и одновременно ускоряет деструкцию органического вещества за счет разрыва межмолекулярных связей, что повышает качество топлива за счет увеличения доли легких фракций. Совмещение функций нагрева сырья и деструкции снижает расход энергии на переработку на 30-40%, увеличивается скорость процесса переработки на 30-50% и производительность установки до 0,1-10 т в час.

Примеры осуществления способа и устройства для переработки органического и минерального вещества в жидкое и газообразное топливо.

Пример 1. Установка для пиролизной переработки древесных опилок в плазме высокочастотного разряда содержит реактор 2 с конвейером 3 производительностью 2 т в час по сырью, одноэлектродный плазмотрон 4 мощностью 500 кВт с частотой 40 кГц, температура пиролизного процесса составляет 1000°С, выход газообразного топлива 1300 кг в час, выход жидкого биотоплива 400 кг в час, твердого остатка 300 кг в час, затраты энергии 250 кВт.ч на тонну сырья.

Пример 2. Плазмотрон электрической мощностью 180 кВт с частотой 20 кГц используется в конвейерном герметичном реакторе 2 для переработки почвы с содержанием нефтепродуктов 60%. Производительность установки по сырью составляет 0,3 т в час, температура нефтесодержащего сырья в реакторе 800°С. Содержание нефтепродуктов в почве после переработки составило 0,05%, затраты энергии 0,6 кВт.ч на 1 кг сырья, выход нефтепродуктов 0,6 т с 1 т сырья.

Способ и установка для переработки органического и минерального вещества в жидкое и газообразное топливо могут быть использованы как в стационарном режиме, так и в транспортном режиме. В этом случае установка монтируется на мобильном транспортном средстве и может быть использована для переработки почвы с содержанием нефти до 90% в местах аварийного разлива нефти и нефтепродуктов.

1. Способ пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо путем нагрева без доступа кислорода в камере переработки в присутствии холодно-плазменного высокочастотного разряда с получением в качестве продуктов пиролиза газообразного топлива с последующей конденсацией его в жидкое топливо и твердого остатка, причем сырье помещают на конвейер в герметичном реакторе и обрабатывают на конвейере в дуге плазменного разряда с температурой 500-1500°С и затратах энергии 0,2-0,6 кВт·ч. на 1 кг сырья при скорости обработки 0,1-10 тонн сырья в час.

2. Установка пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо, содержащая бункер приема перерабатываемого сырья, дозатор, камеру переработки, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, причем камера переработки представляет собой герметический реактор, в котором установлен конвейер для перемещения сырья из бункера в емкость для твердого остатка с производительностью 0,1-10 тонн сырья в час, над конвейером установлен плазмотрон, совмещающий функции устройства получения плазмы высокочастотного разряда и устройства высокоскоростного нагрева сырья до температуры 500-1500°С электрической мощностью 180-600 кВт на одну тонну перерабатываемого сырья в час.

3. Установка пиролизной переработки органического и/или минерального сырья в жидкое и газообразное топливо по п.2, отличающаяся тем, что она установлена на мобильном транспортном средстве с автономным источником энергии.