Реактор пиролиза биомассы

Изобретение относится к устройству для осуществления пиролиза биомассы. Устройство содержит реактор с корпусом и образованной в нем реакторной камерой; первый подающий трубопровод для материала, включающего биомассу, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры; второй подводящий трубопровод для нагретого материала, служащего теплоносителем, сообщающийся с верхней зоной реакторной камеры; первый отводящий трубопровод для пиролитического газа, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры, расположенный на некотором расстоянии от первого подающего трубопровода; и второй отводящий трубопровод для твердого материала и материала, являющегося теплоносителем, сообщающийся с нижней частью реакторной камеры. Устройство характеризуется тем, что в реакторной камере размещена механическая мешалка с целью смешивания поступающего потока материала, включающего биомассу, с поступающим потоком предварительно нагретого материала, служащего теплоносителем; и максимальная средняя скорость (v) газа и, следовательно, материала, уносимого газом в реакторной камере, ниже по потоку от мешалки при температуре в интервале приблизительно от 400°С до 550°С достигает приблизительно предельной скорости падения, так что по меньшей мере существенное разделение отводимых потоков пиролитического газа и твердого материала происходит преимущественно под влиянием сил гравитации, в частности без размещения циклона; и в реакторной камере установлена перегородка, расположенная по меньшей мере более или менее вертикально, которая присоединена к верхней стенке реакторной камеры, в результате чего отводимый от мешалки поток, включающий смесь пиролитического газа и твердого материала, и/или части потоков пиролитического газа и твердого материала могут достигать первого отводящего трубопровода и второго отводящего трубопровода, соответственно, только путем прохождения под нижней кромкой перегородки. Использование предложенного устройства позволяет предотвратить закупорку и засорение устройства. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству для осуществления пиролиза биомассы.

Уровень техники

Известен реактор для осуществления пиролиза биомассы, например, из патентных документов WO-A-03/106590, WO-A-2007/017005 и DE-A-19738106.

В реакторной камере, в зоне размещения мешалки, присутствует пиролитический газ. Этот газ уносит мелкие частицы угля. При этом может проявляться нежелательный эффект, который заключается в том, что в разделительном циклоне, который является частью всего устройства, оседают мелкие частицы угля (углистого вещества), и в результате по истечении некоторого периода времени этот эффект приводит к закупорке или засорению устройства.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в решении указанной проблемы.

В этой связи изобретение обеспечивает устройство, которое содержит:

реактор с корпусом и образованной внутри него реакторной камерой;

первый подающий трубопровод для материала, включающего биомассу, или другого органического материала, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры;

второй подающий трубопровод для нагретого материала, служащего теплоносителем, например, песка, сообщающийся с верхней зоной реакторной камеры;

первый отводящий трубопровод для пиролитического газа, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры, расположенный на некотором расстоянии от первого подающего трубопровода; и

второй отводящий трубопровод для твердого материала, например, угля, и материала, являющегося теплоносителем, сообщающийся с нижней частью реакторной камеры.

Особенность данного устройства заключается в том, что реакторная камера выполнена таким образом, что предотвращается прямоток от первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода к первому отводящему трубопроводу;

в реакторной камере размещена механическая мешалка с целью перемешивания поступающего потока материала, включающего биомассу, с поступающим потоком предварительно нагретого материала-теплоносителя; и

максимальная средняя скорость газа и, следовательно, скорость уносимого материала в реакторной камере ниже по потоку от мешалки при температуре в интервале приблизительно 400°С-550°С соответствует приблизительно предельной скорости падения, так что происходит, по меньшей мере, частичное разделение выходящих потоков соответственно пиролитического газа и твердого материала преимущественно, во всяком случае, более чем на 50%, под влиянием сил гравитации, в частности происходит без размещения циклона.

Эти особенности выполнения устройства в соответствии с изобретением могут эффективно предотвратить какое-либо засорение или закупоривание, несмотря на то, что уголь и другие твердые материалы обладают свойством налипания.

Конструкция, соответствующая настоящему изобретению, способна полностью предотвратить описанный выше нежелательный эффект, присущий известным в уровне техники аналогам. Уголь и, в зависимости от состава биомассы, иногда и волокна и материал-теплоноситель выгружают в соответствии с изобретением, в основном, через второй отводящий трубопровод, а из первого отводящего трубопровода выходит, в основном, только пиролитический газ.

В отличие от известных аналогов, в соответствии с изобретением эффективно предотвращается прямоток, который представляется кратчайшим путем прохождения потока от первого подающего трубопровода и второго подающего трубопровода к первому отводящему трубопроводу. В соответствии с изобретением по существу все твердые частицы отделяют от пиролитического газа в первой части реактора, где размещена механическая мешалка.

Описанное разделение может быть осуществлено различными путями. Реактор может, например, включать две подкамеры, а именно фактическую реакторную камеру, в которой размещена мешалка, и разгрузочную часть, которая с нижней стороны сообщается с нижней частью указанной первой подкамеры и с верхней стороны сообщается с первым выпускным трубопроводом.

Указанная скорость газа может быть установлена, например, такой, что v<10 м/с, предпочтительно v<5 м/с, более предпочтительно v<2 м/с, и для практически полного разделения v<1 м/с.

В другом воплощении характерная особенность устройства заключается в том, что в реакторной камере установлена, по меньшей мере, более или менее вертикальная перегородка, которая присоединена к верхней стенке реакторной камеры, и в результате поток от мешалки, включающий смесь пиролитического газа и частиц твердого материала, и/или части потоков пиролитического газа и твердого материала могут достигнуть лишь соответственно первого отводящего трубопровода и второго отводящего трубопровода при их прохождении под нижней кромкой перегородки.

Реактор предпочтительно выполнен таким, что нижняя зона реакторной камеры имеет форму, сужающуюся в направлении второго отводящего трубопровода.

Изобретение далее будет разъяснено с помощью сопровождающих чертежей.

Фигуры 1, 2, 3 и 4 иллюстрируют четыре различных примера воплощения реактора пиролиза в соответствии с изобретением.

На всех фигурах элементы, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций. В различных воплощениях конструкция элементов и их взаимосвязь с другими элементами могут отличаться.

На фиг.1 показано устройство 1 для проведения пиролиза потока материала, включающего биомассу, или другого органического материала 5. Устройство содержит реактор 6 с корпусом 7 и образованной внутри него реакторной камерой 8; первый подающий трубопровод 10 для потока материала 5, включающего биомассу, сообщающийся с верхней зоной 9 указанной реакторной камеры 8; второй подающий трубопровод 11 для подачи предварительно нагретого материала 12, являющегося теплоносителем, сообщающийся с верхней частью 9 указанной реакторной камеры 8; отводящий трубопровод 13 для пиролитического газа 14, сообщающийся с верхней зоной 9 реакторной камеры 8, при этом указанный отводящий трубопровод 13 в иллюстрируемом воплощении находится на значительном расстоянии от первого и второго подающих трубопроводов 10, 11; кроме того, имеется второй отводящий трубопровод 16 для потока твердого материала 17, такого как уголь, а также, возможно, остающихся волокон и материала, служащего теплоносителем, сообщающийся с нижней зоной 15 реакторной камеры 8.

Разделение отводимых потоков пиролитического газа 14 и твердого материала 17 происходит, главным образом, только под влиянием сил гравитации, поскольку средняя скорость газа и твердого материала, уносимого газом, ниже по потоку от мешалки 18 имеет низкую величину, например, 5 м/с. Для сравнения: циклон создает скорости потока 20 м/с и более. В отличие от известных реакторов пиролиза устройство 1 циклона не содержит.

Реакторная камера 8 устроена таким образом, что создается препятствие прямотоку из первого подающего трубопровода 1 и второго подающего трубопровода 11 к первому отводящему трубопроводу 13, так что «течение напрямик» не может быть реализовано. Потоки 14 и 17 в реакторной камере 8 показаны на фиг.1 стрелками. Понятно, что эти стрелки служат лишь для примера ориентации потока, и реальные потоки имеют более сложный характер.

В реакторной камере 8 установлена схематически показанная мешалка 18, лопасти которой приводятся во вращение с помощью электродвигателя (не показан). Мешалка служит для перемешивания потока материала 5, включающего биомассу, с нагретым материалом 12, служащим теплоносителем, таким, как песок.

В реакторной камере 8 установлена вертикальная перегородка 19, которая присоединена к верхней стенке 20 реакторной камеры 8.

Нижняя зона 15 реакторной камеры 8 имеет форму, сужающуюся в направлении второго отводящего трубопровода 16. Боковые стенки 21, 22 сужающейся части камеры расположены под углом по отношению к вертикали, составляющим менее 30°.

На фиг.2 представлен реактор 2, конструкция которого отличается от его конструкции, показанной на фиг.1, тем, что перегородка 19 имеет больший размер по вертикали, но, однако, расположена приблизительно на таком же расстоянии от находящейся под ней стенки 23 (эта стенка 23 в данном воплощении имеет наклон), что и в случае горизонтальной стенки 23 в воплощении, представленном на фиг.1.

На фиг.3 показано устройство 3, в котором к верхней стенке 20 присоединена центрально расположенная круговая перегородка 19.

С нижней стороны от зоны 24 размещения мешалки установлена горизонтальная направляющая пластина 25, которая отклоняет потоки 14, 17 в боковом направлении так, как это показано на фиг.3, при этом поток пиролитического газа 14 подвергается определенным изменениям направления течения и, таким образом, может легче отводиться к двум первым отводящим трубопроводам 13.

На фиг.4 показан реактор 4, который отличается от реактора 3, изображенного на фиг.3, тем, что горизонтальная направляющая пластина 25 заменена на приблизительно коническое отклоняющее тело 26, которое способствует тому, чтобы поток твердого материала 17 легче было направить вниз, ко второму отводящему трубопроводу 16.

1. Устройство для осуществления пиролиза биомассы, содержащее реактор с корпусом и образованной в нем реакторной камерой;
первый подающий трубопровод для материала, включающего биомассу, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры;
второй подводящий трубопровод для нагретого материала, служащего теплоносителем, сообщающийся с верхней зоной реакторной камеры;
первый отводящий трубопровод для пиролитического газа, сообщающийся с верхней зоной указанной реакторной камеры, расположенный на некотором расстоянии от первого подающего трубопровода; и
второй отводящий трубопровод для твердого материала и материала, являющегося теплоносителем, сообщающийся с нижней частью реакторной камеры,
отличающееся тем, что
в реакторной камере размещена механическая мешалка, с целью смешивания поступающего потока материала, включающего биомассу, с поступающим потоком предварительно нагретого материала, служащего теплоносителем; и
максимальная средняя скорость (v) газа и, следовательно, материала, уносимого газом в реакторной камере, ниже по потоку от мешалки при температуре в интервале приблизительно от 400°С до 550°С достигает приблизительно предельной скорости падения, так что по меньшей мере существенное разделение отводимых потоков пиролитического газа и твердого материала происходит преимущественно под влиянием сил гравитации, в частности без размещения циклона; и
в реакторной камере установлена перегородка, расположенная по меньшей мере более или менее вертикально, которая присоединена к верхней стенке реакторной камеры, в результате чего отводимый от мешалки поток, включающий смесь пиролитического газа и твердого материала, и/или части потоков пиролитического газа и твердого материала могут достигать первого отводящего трубопровода и второго отводящего трубопровода, соответственно, только путем прохождения под нижней кромкой перегородки.

2. Устройство по п.1, в котором v<10 м/с.

3. Устройство по п.1, в котором v<5 м/с.

4. Устройство по п.1, в котором v<2 м/с.

5. Устройство по п.1, в котором v<1 м/с.

6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором нижняя зона реакторной камеры имеет форму, сужающуюся в направлении второго отводящего трубопровода.

7. Устройство по п.1, в котором материал, служащий теплоносителем, представляет собой песок.

8. Устройство по п.1, в котором твердый материал представляет собой уголь.