Способ проведения пиролиза с использованием бойлера и устройство для проведения пиролиза

Настоящее изобретение относится к способу проведения пиролиза. Описан способ проведения пиролиза с использованием бойлера, в котором материал носителя, полученный из процесса горения (1) в псевдоожиженном слое бойлера, рециркулируют обратно в процесс горения в ходе проведения процесса пиролиза (4b), в котором его смешивают с твердым топливом и далее выделяют из полученной смеси конденсируемые газообразные вещества за счет тепла, полученного от горячего материала носителя, который движется в процессе горения (1) попутно отходящим газам, после чего его отделяют от отходящих газов в сепараторе (3), и движется между сепаратором и процессом горения за счет сил гравитации в процесс пиролиза (4b), где конденсируемые газообразные вещества выделяют за счет эффекта псевдоожижения из указанной выше смеси материала носителя и топлива, после этого газообразные вещества отделяют от газового потока (7), идущего из процесса пиролиза, с переводом их в жидкую форму в виде так называемого пиролизного масла, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) проводят в камере, ограниченной камерой сгорания бойлера с циркулирующим псевдоожижающим слоем и из которой материал носителя, кокс и другие горючие материалы, смешанные с материалом носителя, направляют через один или более возвратные выводные патрубки в камеру сгорания. Также описано устройство для проведения пиролиза, включающее в себя камеру сгорания (1), действующую на принципе горения в псевдоожиженном слое, пиролизер (4) и каналы потока, которые соединяют камеру сгорания (1) и пиролизер (4) для организации циркуляции (С) материала носителя в процессе горения в псевдоожиженном слое между камерой сгорания и пиролизером, причем упомянутое устройство дополнительно включает в себя ввод подачи (14) для подачи топлива, предназначенного для пиролиза, в пиролизер (4), средства (5) подачи сжижающего газа, расположенные в пиролизере для сжижения смеси материала носителя и топлива, и вывод (6) для отбора из пиролизера (4) конденсируемых газообразных веществ, отделенных от пиролизуемого топлива, и конденсер (8) для конденсации конденсируемых газообразных веществ, причем циркуляцию материала носителя организуют в камере сгорания (1) попутно упомянутому каналу потока горячих выводных газов, причем сепаратор (3) размещают выше пиролизера (4), причем сепаратор выполнен с возможностью отделения материала носителя от выводных газов, причем циркуляция также включает соединительный трубопровод (11, 12) между сепаратором (3) и пиролизером (4) для перемещения материала носителя за счет гравитации к пиролизеру (4) и возвратный трубопровод (12, 12') между пиролизером (4) и камерой сгорания (1) для возврата материала носителя в камеру сгорания (1), причем вывод (6) сформирован в камере, образованной пиролизером (4), в ее верхней части, в соединении с пространством поверх псевдоожиженной смеси материала носителя и топлива для отвода конденсируемых газообразных веществ из пиролизера, отличающееся тем, что пиролизер (4) представляет собой камеру, ограниченную камерой сгорания (1) и которая соединена одним или более возвратными выводами (12') с камерой сгорания (1). Технический результат упрощение схемы циркуляции носителя. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способу проведения пиролиза по типу, отраженному в пункте 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к устройству для проведения пиролиза, отраженному в преамбуле пункта 14 прилагаемой формулы изобретения.

Пиролиз относится к преобразованию топлива в инертной среде и высокой температуре в газообразную форму, которая в процессе конденсации образует маслянистую жидкость, включающую различные органические соединения, при том, что горение топлива не допускают.

Производство дегтя или «дистилляция дегтя» является одним из примеров проведения пиролиза известного веками.

В процессе пиролиза осуществляют пиролиз топлива при том, что газообразные соединения, образуемые в процессе реакции, отделяют от продуктов коксования с последующей их конденсацией в пиролизное масло, которое может быть использовано, например, в качестве топлива или подвергнуто дальнейшей переработке в другие химические соединения. Производство пиролизного масла из различных топлив, основанных на биомассе, например, топлив древесного типа, явилось предметом изучения с целью замены им угля и тяжелых топлив. Одним из преимуществ пиролизного масла является легкость транспортировки по сравнению с трудностями транспортировки биомассы с учетом энергосодержания сравниваемых топлив.

Примеры разработки процесса пиролиза включают ряд патентных публикаций, например, US 4.891.459: US 5.728.271: EP 513051 и US 6.814.940. Техника пиролиза, раскрываемая в этих публикациях, основана на сжижении твердых, например, основанных на биомассе, топлив в присутствии инертного сжижающего газа при температуре, примерно, 400-600°C, возможно в присутствии материала псевдоожиженного слоя. Топливо, предназначенное для пиролиза в реакторе, подают в нижнюю часть реактора, из которой его подают вверх вместе с сжижающим газом. Материал псевдоожижаемого слоя и продукты коксования отделяют от остальных газов, выходящих из реактора с помощью циклонов или сепараторов соответствующего типа как показано, например, в публикации EP 513051 (Энсин Текнолоджиз Инк.), соответствующей аналогичной патентной публикации US 5.792.340.

Публикация WO 02/083816 раскрывает процесс пиролиза в реакторе с псевдоожиженным слоем, в котором сделан акцент на уплотнение частиц пседоожиженного слоя с целью интенсификации теплопередачи от частиц носителя (песка) к частицам топлива. Действующий реактор представляет собой стояк, окруженный частицами носителя в циркуляции обратного тока при том, что частицы горючих остатков, образовавшихся в процессе пиролиза среди частиц носителя выжигают.

Публикация WO 97/06886 (Байомэс Текнолоджи Групп Б.В.) раскрывает процесс циркуляции обработанного теплом материала внутри реактора с помощью специального вращающегося вытянутого в вертикальном направлении сосуда. Одним из приложений является пиролиз материалов. Публикация WO 03/106590 (Байомэс Текнолоджи Групп Б.В.) раскрывает двухфазный процесс, в котором первая фаза включает смешивание пиролизуемых частиц и нагретых частиц носителя в смесительной камере, а вторая фаза включает отделение пиролизных газов от движущейся вниз смеси внутри камеры реактора.

В соответствии с чертежом Фиг.8 патента US 5.792.340 (Энсин Текнолоджиз Инк.) продукты коксования и неконденсируемые газы дожигают в частицах носителя (например, песка) в специальном реакторе, из которого нагретые частицы носителя направляют через сепаратор циклонного типа и циркуляционную трубу в реактор пиролиза, в вертикальном потоке которого имеет место реакция пиролиза. Температуру частиц носителя можно регулировать возвратом части частиц носителя, покидающих реактор пиролиза, обратно без нагрева. Отношение масс частиц носителя и топлива в этом процессе составляет 12:1-200:1.

Патент FI 117513 (Валтион текниллинен туткимускескус, Центр технических исследований Финляндии) раскрывает способ, в котором пиролизер совмещен с бойлером с псевдоожиженным слоем, сжигающим твердое топливо, при том, что пиролизер использует в процессе пиролиза энергию, содержащуюся в нагретом инертном материале (песке) псевдоожиженного слоя бойлера. Различное топливо подают в пиролизер вместо бойлера с псевдоожиженным слоем. Энергетическая потребность пиролизера составляет не более 50% потока топлива, сжигаемого в бойлере, предпочтительно не более олизер 25%. Примеры публикации показывают сжигающий бойлер, представляющий бойлер с псевдоожиженым слоем пузырькового типа (BFB), в котором материал слоя берут снизу и нарпавляют через подающую трубу в нижнюю часть пиролизера, куда также подают топливо и сжижающий газ. Пиролизер действует как реактор сжижения массы циркуляционного типа, в котором материал слоя отделяют циклоном от производимого газа и возвращают в сжигающий бойлер используя возвратную трубу. Патент упоминает только, что бойлер может быть выполнен в виде бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа (СРВ).

В упомянутом выше патенте пиролиз организован по принципу сопутствующих потоков при том, что в пиролизер и сжигающий бойлер подают различные топлива, а энергия из топлива в сжигающем бойлере выделяется выше, чем энергия из топлива в пиролизере. Такая организация предполагает лучшую производительность при том, что тепло, получаемое в сжигающем бойлере, может быть использовано для сушки топлива в пиролизере.

Причиной того, что пиролизер встраивают в сжигающий бойлер и того, что подают два топлива в соответствии с выше упомянутым патентом, является недостаточное содержание тепловой энергии в коксе и неконденсируемых газах для энергетических затрат в процессе пиролиза при условии, что топливо в процессе пиролиза требует существенную сушку. Дополнительную энергию получают, таким образом, из сжигающего бойлера, в котором можно сжигать различное топливо, выбор которого зависит от технологии получения энергии.

Выше описанный способ требует использования сепаратора (циклона) для получаемого газа и материала сжижаемого слоя после пиролиза также как и использования труб для подачи материала сжижаемого слоя в пиролизер и для возврата его в сжигающий бойлер.

По способу, предлагаемому в настоящем изобретении, циркуляция материала инертного носителя выполнена по более простой схеме с использованием движения материала за счет сил гравитации. Кроме этого, вследствие применения схемы пересекающихся:

потоков топлива и материала носителя и значительного теплосодержания материала;

носителя, становится возможным производство пиролизного масла хорошего качества с хорошей производительностью в том числе и в таких процессах, в которых все или почти все сырьевое топливо подают в пиролизер. В изобретении использована циркуляция материала бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа. Кокс, получаемый в процессе пиролиза также, как и другие сгораемые материалы, смешиваемые в материале носителя, сжигают в процессе горения в камере сгорания бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа. Часть энергии, выделенной в процессе горения, отводят к материалу носителя, который возвращают в пиролизер в процессе циркуляции в бойлере с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа. Инерционный материал носителя циркулирует в бойлере с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа обычным для ожиженных слоев образом при том, что он забирает тепловую энергию в процессе горения в бойлере в момент движения вверх сквозь зону горения попутно выходящим газам и далее отдает ее в процесс пиролиза. Процесс пиролиза организуют предпочтительно в так называемом песчаном затворе бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа.

Процесс в целом включает три составляющих процесса:

- процесс пиролиза, в котором испаряющиеся составляющие выделяют из топлива при условии отсутствия кислорода с использованием тепла, выделяемого нагретым материалом носителя;

- процесс дальнейшей обработки получаемых таким образом газов, при котором пиролизное масло отделяют от неконденсируемых газов и;

- процесс горения, в котором сжигаемые сопутствующие продукты процесса пиролиза сжигают (остатки пиролиза и неконденсируемые газы, возможно вернувшиеся из последующих этапов обработки газа) в присутствии кислорода в материале носителя.

Среди вышеупомянутых составляющих процессов, процесс пиролиза и процесс горения включают циркуляцию материала сжижаемого слоя, т.е. материала носителя циркулирующего слоя бойлера.

В соответствии с предпочтительным исполнением, топливо, входящее в пиролизер, осушают избыточным теплом процесса, таким как тепло отходящих газов, пара низкого давления или газа, производимого в процессе пиролиза.

Если необходимо, подача топлива может быть организована через пиролизер. Таким образом, в бойлер, в котором сжигают остатки пиролиза (кокс и другие горючие составляющие) и неконденсируемые газы, подают некоторое количество дополнительного топлива с меньшим ранее рассмотренного теплосодержанием, например не более 10% энергосодержания вышеупомянутых топлив. Таким образом, энергию, производимую бойлером, почти полностью получают от сжигания побочных продуктов процесса получения пиролизного масла. Также возможно организовать подачу топлива в процесс пиролиза и процесс горения традиционным способом, используя аналогичное топливо или топливо другого вида.

В пиролизере, организованном в песчаном затворе бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа, материал сжижаемого слоя бойлера ожижают инертным сжижающим газом по мере его одновременного движения в зону камеры сгорания бойлера в процессе циркуляции в бойлере с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа. Материал слоя движется из зоны горения под действием сил гравитации в зону процесса пиролиза при том, что пиролизуемое топливо падает предпочтительно из верхней части сжижаемой поверхности в процесс пиролиза. Топливо и материал слоя перемещают сквозь процесс пиролиза в зону процесса горения и сжижающий газ выходит из вышеупомянутой псевдоожиженной смеси материала слоя и топлива вместе с газом, продуцируемым в процессе пиролиза. Специального сепаратора не требуется, поскольку газы отделяются от твердых материалов в процессе самого пиролиза. При поперечном движении материала слоя и топлива по отношению к газовому потоку газы, получаемые в процессе пиролиза, находятся в контакте с топливом, материалом слоя и остатками пиролиза (коксом) только короткий промежуток времени.

Пиролизер может быть легко интегрирован как часть бойлера с псевдоожиженным слоем, использующим песчаный затвор, а также может быть применен в рамках существующих бойлеров с ожиженным слоем циркуляционного типа, применяя в них известные решения песчаных затзоров. Подача топлива может быть задействована, по крайней мере, частично через пиролизер и в некоторых случаях существует необходимость подавать только дополнительное топливо в действующий процесс горения с целью восполнять потребности дополнительной энергии, такой как энергия, необходимая для начала процесса.

Изобретение включает и другие предпочтительные исполнения, относящиеся в основном к структурным решениям пиролизера и которые будут описаны далее.

В дальнейшем изобретение будет описано более детально со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 схематически показывает весь процесс, который включает бойлер с ожиженным слоем циркуляционного типа, снабженный пиролизером, производящим нобходимые газы;

Фиг.2 более детально показывает поток материала сжижаемого слоя и топлива в процессе пиролиза;

Фиг.3 показывает горизонтальное поперечное сечение одной из разновидностей пиролизера, с помощью которого может быть реализован процесс по Фиг.2;

Фиг.4 схематически показывает бойлер с ожиженным слоем циркуляционного типа, в котором пиролизер присоединен к камере сгорания, и

Фиг.5 показывает горизонтальное поперечное сечение бойлера по Фиг.4.

На чертеже Фиг.1 схематически показан процесс, который применяет бойлер с ожиженным слоем циркуляционного типа (CFB), в котором инертный материал слоя сформированный из твердых частиц, обычно песка или другого материала минерального типа, ожижают в камере 1 сгорания сжижающим воздухом 17, который в то же время, по крайней мере, частично обеспечивает кислород, необходимый для процесса горения. Материал слоя далее также называют материалом носителя, поскольку не принимает участия в действующих реакциях, а лишь выступает в роли материала, который восполняет, передает и излучает тепло. Камера сгорания может также включать другие точки подачи воздуха горения, которые не показаны детально. Канал 2 отходящих газов выходит из камеры 1 сгорания при том, что этот канал включает циклон, действующий как сепаратор 3, который отделяет материал слоя и возвращает его в обратную циркуляцию, при том, что материал слоя проходит зону пиролизера 4 с возвратом через трубопровод 12 обратно в камеру 1 сгорания. В ходе процесса горения в камере сгорания бойлер производит энергию, способную для внешнего потребления, в форме пара, который может, в свою очередь, быть использован для производства электричества или тепла. Части, имеющие отношение к производству пара в бойлере, не показаны, поскольку они не являются предметом изобретения.

На чертеже Фиг.1 циркуляция материала слоя (показана прерывистой линией C) представлена как одна из частей процесса пиролиза, в котором возможно проведение пиролиза топлива, пригодного для производства пиролизного масла. Процесс пиролиза особенно пригоден для твердых, основанных на биомассе, топлив, таких как древесные стружки, пильная пыль, солома, различные отходы от обработки бревен и другие отходы, основанные на биомассе и т.д. Называя пиролизуемый материал топливом, важно помнить, что материал не предназначен для сгорания в процессе пиролиза, но выделяет горючие газообразные материалы, которые после конденсации в жидкость могут быть преобразованы, сохранены, транспортируемы и сожжены где бы то ни было для их полезного использования.

Процесс пиролиза включает пиролизный реактор или пиролизер 4, который в процессе циркуляции C материала сжижаемого слоя располагают между сепаратором 3 и камерой 1 сгорания. Он представляет собой практически замкнутую камеру, которая включает средства подачи топлива, средства подачи сжижающего газа и средства отвода органических газообразных материалов, выделяемых во время пиролиза, вместе с сжижающим газом. Газообразные материалы направляют по линии 7 в конденсер 8, где конденсируют из них пиролизное масло в одну или несколько фаз, после чего полученное масло выводят через линию 9. Неконденсируемые газы выводят через линию 10 для последующей обработки. Эти газы после скруббера могут быть вторично использованы в качестве сжижающего газа в пиролизере (прерывистая линия D) или предпочтительно в качестве топлива в камере 1 сгорания бойлера с ожиженным слоем циркуляционного типа (прерывистая линия Е).

Процесс пиролиза имеет непрерывный характер и использует энергию материала слоя, поступающего из камеры I сгорания. В циркуляции С материал слоя получает тепловую энергию из процесса горения в камере 1 сгорания и отдает ее в процесс пиролиза в пролизере 4. Пиролиз проводят при температуре примерно 400-600°C. Процесс горения в свою очередь использует горючие, обогащенные углеродом остатки, вводимые в камеру 1 сгорания по возвратному трубопроводу 12 вместе с материалом слоя или материалом, отделенным от топлива в момент разделения его от

продуцируемого газа в процессе

пиролиза. Подача топлива в камеру сгорания может, при необходимости, быть осуществлена полностью или практически полностью через пиролизер 4 (стрелка «ТОПЛИВО 1»). Неиспользуемые составляющие могут быть удалены из топлива в процессе пиролиза в качестве такой результирующей составляющей как кокс, который пригоден для сжигания в качестве топлива в камере сгорания. Таким образом, процесс пиролиза, кроме всего, может выступать в роли процесса рафинирования топлива, подаваемого в камеру сгорания. Однако, возможно, что топливо (ТОПЛИВО 2) подают в камеру 1 сгорания также извне и в этом случае камера сгорания не снабжается топливом исключительно из пиролизера 4.

Материал слоя движется в процессе горения вверх попутно отходящим газам в сепаратор 3 и, таким образом, поднимается над пиролизером 4. Материал слоя циркулирует вне зоны камеры сгорания под действием сил гравитации от сепаратора через пиролизер обратно в камеру сгорания. Материал слоя вводят в пиролизер сверху и перемещают вместе с топливом в сторону камеры сгорания. Ожижающий газ и продуцируемый газ, получаемый в ходе пиролиза, выводят из зоны над материалом слоя и топливом для последующей обработки (конденсации).

В качестве сжижающего газа используют подходящий инертный газ, наподобие неконденсируемых газов, получаемых в ходе пиролиза, циркуляционных газов бойлера (отходящих газов, возвращаемых в процесс), из которых был выжжен кислород, или любой другой инертный газ, такой как азот. Ожижающий газ обезвоживают сушкой, если это необходимо, перед его подачей в пиролизер.

Если топливо, используемое в процессе пиролиза, имеет избыточную влажность, так как это часто имеет место при применении биомассы, является предпочтительным высушивать его перед пиролизом, чтобы тепло материала слоя использовалось для прохождения пиролизных реакций, а выделение воды в пиролизном масле было предотвращено. Сушку предпочтительно проводить при низкой температуре, ниже 170°C, т.е. ниже температуры инициации пиролиза. Для целей сушки представляется возможным использовать отходящие газы из камеры 1 сгорания бойлера, пар низкого давления или тепло, получаемое в процессе охлаждения продуцируемого газа. Поскольку кокс сжигают в камере 1 сгорания, отходящие газы из бойлера достаточно сухие и их можно использовать для прямой сушки топлива, особенно если топливо подают полностью или частично через пиролизер 4.

Если пиролизер в качестве единственного источника энергии процесса горения, влагосодержание отходящих газов может быть, таким образом, существенно снижено, поскольку содержание углерода в остатках пиролиза велико. Если горение представляет собой так называемое кислородное горение, становится возможным получать свободный азот, чистую двуокись углерода, которую легко преобразовать.

На чертеже Фиг.2 показан поток материала в процессе пиролиза. На чертеже показано вертикальное поперечное сечение пиролизера 4 в области так называемого песчаного затвора бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа таким образом, что сечения, выполненные последовательно вдоль направления потока материала слоя показаны в одной плоскости. На практике сечения могут следовать одно за другим так, что материал не следует в одном и том же направлении все время, но изменяет свое направление в горизонтальной плоскости в зависимости от положения сечений. Сечения располагают в основном в рамках замкнутой камеры. Из циклона, действующего как сепаратор 3, материал слоя падает вниз вдоль наклонной штанги 11 прямо к входной секции 4а пиролизера, из которой он выходит через отверстие между промежуточной стенкой и верхним перекрытием камеры в секцию пиролиза 4b. Эта промежуточная стенка, ограничивающая входную секцию, поднимается выше нижней кромки наклонной штанги 11 при том, что первый газовый затвор образуют во входной секции 4а. Возвращаясь к началу секции пиролиза 4b, в направлении потока материала слоя, пиролизуемое топливо подают сверху через патрубок 14 подачи, встроенный в верхнем перекрытии камеры, т.е. топливо падает в точку подачи за счет сил гравитации на материал слоя. Материал слоя и топливо постепенно преобразуясь в кокс и другие остаточные продукты пиролиза поступают через секцию пиролиза 4а горизонтально и входят в выводную секцию 4 с пиролизера через отверстие между промежуточной стенкой, ограничивающей секцию пиролиза 4b, и днищем камеры. Из выводной секции 4 с материал может выходить, преодолевая порог через возвратный трубопровод 12, направленный по диагонали вниз к камере 1 сгорания. Порог выполняют выше нижней кромки предыдущей промежуточной стенки и, таким образом, образуют второй газовый затвор, т.е. структурно пиролизер 4 можно назвать газовым затвором двойного действия.

Поток материала слоя сверху вниз из циклона в камеру сгорания осуществляется за счет сил гравитации, а по горизонтали материал перемещает сжижающий газ через пиролизер 4. Гравитация является одним из условий для осуществления транспорта материала через

фазу пиролиза. Материал слоя падает вниз под действием собственного веса в пиролизер 4 и покидает его в сторону камеры 1 сгорания за счет действия гравитации (вниз вдоль возвратного трубопровода 12). Материал слоя и топливо, таким образом, транспортируют в ожиженном виде в пиролизер. Материал ожижают в пиролизере 4 за счет подачи снизу инертного сжижающего газа, вдуваемого от днища камеры при том, что сжижение присутствует в каждом сечении. В реакциях пиролиза газы, отделяемые от топлива и сжижающего газа, собирают сверху материала слоя и выводят также сверху. На днище камеры сопла сжижения в каждой секции обозначены позицией 5, а вывод для газов, образованных в ходе пиролиза, и газов сжижения, располагаемый на верхнем перекрытии камеры в секции пиролиза 4b, обозначен позицией 6. Скорости подачи сжижающего газа предпочтительно регулируют независимо в различных секциях 4a, 4b и 4c.

Потоки сжижающего газа и пиролизуемого топлива поперечно пересекаются таким образом, что направление основного потока топлива и материала слоя горизонтально, а направление основного потока сжижающего газа и газов, отделяемых в ходе пиролиза, вертикально снизу до верху. Вытянутая зона пиролиза, образованная секцией пиролиза 4b, включает несколько последовательно расположенных сжижающих сопел 5. Частицы топлива, таким образом, вступают в контакт с нагретым материалом сжижающего слоя во время движения сквозь секцию пиролиза 4b. Время контакта частиц топлива в ходе процесса со свежим газом сжижения и нагретым материалом слоя становится дольше таким образом, чем время контакта продуцируемых газов с топливом/остатками пиролиза. Частицы топлива могут быть выдержаны в условиях, предпочтительных для проведения пиролиза, длительное время, определяемое длиной зоны пиролиза и скоростью потока материала при том, что газы, продуцируемые в ходе пиролиза, или продукты реакции получают в определенно более короткое время. Даже большие частицы имеют возможность для пиролиза, но газы, получаемые при этом, отсутствуют в ожиженной смеси материала слоя и топлива/остатков пиролиза в течение такого длительного промежутка времени при сравнении с временем контакта частиц топлива и индивидуальных газовых молекул.

При поступлении топлива в секцию пиролиза 4b сверху на ожиженный материал слоя достигают хорошего смешивания материала слоя и топлива. Нагретый материал слоя падает из входной секции 4a через промежуточную стенку в ту же точку с топливом в начале секции пиролиза. Можно достичь еще лучшего смешивания при установлении скорости сжижения в начале секции пиролиза 4b больше, чем где бы то ни было в пределах секции пиролиза.

Путь потока материала показан точечной линией, а верхняя поверхность материала слоя в различных сечениях точечной и прерывистой линиями. Кроме этого, днище камеры в секции пиролиза 4b включает выводы 15 грубого, неожижаемого пепла, залегающего снизу, и других неожижаемых частиц, а верхняя часть камеры со стороны секции пиролиза, например, верхняя часть боковой стенки секции пиролиза 4b, включает вывод 16 для легких веществ (поверхностного пепла) возможно накапливаемого на поверхности сжиженного слоя.

На чертеже Фиг.2 показаны последовательные секции, распределенные в плоскости. На практике, материал может предпринимать повороты до 90°, т.е. секции пиролизера могут быть повернуты по отношению друг к другу и не обязательно последовательно одна за другой. Такое техническое решение позволяет уменьшить пространство, необходимое для размещения пиролизера 4, а также позволяет использовать обходные пути для нагретого материала слоя. Таким образом, становится возможным направить только часть материала слоя через секцию пиролиза, а другую часть направить в обход процесса пиролиза в камеру 1 сгорания.

На чертеже Фиг.3 показано горизонтальное поперечное сечение той же структуры. Наклонная направляющая 11 проходит к середине пиролизера 4, откуда потоки материала расходятся в противоположные стороны, к входной секции 4а и секции обхода 4d. Из входной секции 4а материал слоя частями поступает к двум секциям пиролиза 4b. В секциях пиролиза пиролиз проходит в соответствии с показанным на чертеже Фиг.2, а подача топлива в данном случае показана стрелкой 14. В секции обхода 4d материал слоя ожижают, но топливо при этом не вводят. За секциями пиролиза 4b следуют выводные секции 4 с, из которых материал движется к началу возвратного трубопровода 12, который одновременно забирает поток материала из обходной секции 4d. Отсюда обе части материала слоя, и та, которую вводят через пиролиз, и та, которая его обходит, продолжают свое движение через возвратный трубопровод 12 в камеру сгорания. Если количество материала слоя превышает необходимое количество для проведения процесса пиролиза, обходные пути позволяют управлять количеством материала слоя, вводимого в пиролиз, отношением материал слоя/топливо в то же время температурой пиролиза.

На чертеже Фиг.3 загрузочный патрубок 11 подходит к середине камеры, образованной различными секциями, входная секция 4а расположена позади загрузочного патрубка, если смотреть со стороны камеры 1, а секция обхода 4d со стороны камеры. Секции пиролиза 4b располагают симметрично на обеих сторонах вышеупомянутых секций, при том, что в продольно они направлены в сторону камеры 1 сгорания. Расположение промежуточных стенок, ограничивающих секции, соответствует показанному на чертеже Фиг.2, а потоки материала над и под промежуточными стенками показаны стрелками. Расположение секций может быть иное в зависимости от требований компоновки.

На чертежах Фиг.4 и 5 показано другое исполнение, в котором песчаный затвор пиролизера располагают сбоку камеры сгорания в бойлере с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа. Фиг.4 показывает, что секция пиролиза 4b следует за возвратным трубопроводом 12, между двумя газовыми затворами как на Фиг.2. Первый газовый затвор образован загрузочным патрубком 11, идущим от циклона, и порогом возвратного трубопровода 12. На чертеже Фиг.5 показана структура в горизонтальном поперечном сечении. Возвратный трубопровод 12 заканчивается посередине секции пиролиза 4b. Секция пиролиза 4b выступает поперечно в сторону ввода материала слоя и оба ее конца включают выводные секции 4 с, которые ограничены промежуточными стенками, образующими вторичные газовые затворы (материал входит в выводную секцию 4 с из секции пиролиза 4b снизу, например, ниже промежуточной стенки, разделяющей секции в верхней части, и выходит из выводной секции 4 с в камеру 1 сгорания через верхний возвратный трубопровод 12', который может быть вмонтирован в общую стенку с пиролизером 4 и камерой 1 сгорания). Топливо подают сверху к возвратному трубопроводу 12 в материал слоя, откуда его переносят вместе с материалом слоя к середине секции пиролиза 4b и частями в два различных потока материала. Секция пиролиза 4b и секции вывода 4 с включают ожижение и удаление газов, возникших в процессе пиролизу по тому же принципу как и показано на Фиг.2. Преимуществом исполнения по чертежам Фиг.4 и 5 является компактность, поскольку вытянутая секция пиролиза 4b здесь представлена направленной вдоль одной из стенок камеры 1 сгорания. Кроме этого, топливо может быть подано из двух различных точек (выводных секций 4c) в камеру 1 сгорания, что улучшает распределение топлива в процессе горения. Несмотря на то, что материал ожижают в пиролизере, даже здесь общий массовый расход через пиролизер 4 определен гравитацией. Подача нагретого материала слоя в процесс пиролиза может быть разбита на фазы. Пиролизер, например, может быть снабжен несколькими секциями пиролиза, каждая из которых снабжается своим материалом слоя. Вначале только часть требуемого материала слоя вводят в контакт с топливом и пиролиз может быть начат при относительно невысокой температуре, а когда процесс пиролиза уже пошел, остальной материал слоя добавляют к топливу единовременно или фазировано и температура пиролиза может, таким образом, быть увеличена к концу.

Кроме этого, температура процесса пиролиза может регулироваться с помощью теплообменника, размещаемого в пиролизере 4. Теплообменник, размещенный во входной секции 4а, обозначен позицией 13 на чертеже Фиг.2.

В соответствии с изобретением, в рамках топлива для полного питания бойлера с псевдоожиженным слоем циркуляционного типа можно использовать топливо только из процесса пиролиза (ТОПЛИВО 1, Фиг.1), которое преобразуется в процессе пиролиза в кокс, используемый в камере сгорания, и в другие горючие остатки пиролиза. Тем не менее, возможна организация подачи части топлива в камеру сгорания другим способом, при котором камера сгорания получает энергию от топлива, подаваемого прямо туда (ТОПЛИВО 2, Фиг.1), минуя процесс пиролиза. Если пиролизер рассчитан на обеспечение потребления энергии камеры сгорания, энергосодержание дополнительного топлива камеры сгорания, т.е. дополнительного топлива, составляет лишь небольшую часть или не более 10% от энергосодержания топлива, подаваемого вместе с материалом слоя и возможно вместе с неконденсируемыми газами. Это дополнительное топливо может быть топливом другого вида, отличающегося от подаваемого в процесс пиролиза. Дополнительное топливо может потребоваться особенно в начале инициации процесса для нагрева материала слоя в камере сгорания до температуры, необходимой для процесса пиролиза. Предпочтительно организовать в камере 1 сгорания отдельную подачу топлива также для таких случаев, когда бойлер с псевдоожиженным слоем циркуляционного вида используют в отрыве от пиролиза, когда пиролизер 4 используют как обычный песчаный затвор без подачи топлива.

При расчете масс, циркулирующий материал слоя намного превосходит по расходу топливо. Ориентировочно отношение массовых расходов может быть 20:1, но это отношение может варьироваться в обе стороны.

Пиролизер также легко использовать вместо песчаного затвора в существующих бойлерах с псевдоожиженным слоем циркуляционного вида. Таким образом, песчаный затвор рассчитывают достаточно больших размеров из-за больших расходов топлива. В некоторых случаях может быть установлено больше одного возвратного трубопровода 12 по Фиг.2 для улучшения равномерности распределения топлива в камере сгорания.

Также возможно организовать два и более пиролизеров в одном бойлере. Таким образом, бойлер с псевдоожиженным слоем циркуляционного вида снабжают соответствующим количеством циклонов, которые разделяют материал слоя от отходящих газов в пиролизере.

1. Способ проведения пиролиза с использованием бойлера, в котором материал носителя, полученный из процесса горения (1) в псевдоожиженном слое бойлера, рециркулируют обратно в процесс горения в ходе проведения процесса пиролиза (4b), в котором его смешивают с твердым топливом и далее выделяют из полученной смеси конденсируемые газообразные вещества за счет тепла, полученного от горячего материала носителя, который движется в процессе горения (1) попутно отходящим газам, после чего его отделяют от отходящих газов в сепараторе (3), и движется между сепаратором и процессом горения за счет сил гравитации в процесс пиролиза (4b), где конденсируемые газообразные вещества выделяют за счет эффекта псевдоожижения из указанной выше смеси материала носителя и топлива, после этого газообразные вещества отделяют от газового потока (7), идущего из процесса пиролиза, с переводом их в жидкую форму в виде так называемого пиролизного масла, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) проводят в камере, ограниченной камерой сгорания бойлера с циркулирующим псевдоожижающим слоем, и из которой материал носителя, кокс и другие горючие материалы, смешанные с материалом носителя, направляют через один или более возвратные выводные патрубки в камеру сгорания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе пиролиза (4) материал носителя и топливо движутся в процессе пиролиза (4b) поперечно по отношению к направлению потока сжижающего газа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что материал носителя и топливо движутся в основном горизонтально сквозь процесс пиролиза (4b), сжижающий газ подают снизу в указанный процесс, а конденсируемые газообразные вещества выводят наружу вместе с сжижающим газом сверху процесса.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что топливо загружают сверху в начале процесса пиролиза (4b).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что наибольшая доля энергии топлива, используемого в процессе горения (1), возникает в процессе пиролиза (4b).

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в процесс горения вводят дополнительное топливо в количестве, соответствующем до 10% энергетического содержания топлива, используемого в процессе горения и возникающего в процессе пиролиза (4b).

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) используют одновременно для образования газового затвора циркуляции (С) материала носителя бойлера.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) проводят при двойном газовом затворе между первым газовым затвором и вторым газовым затвором.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс пиролиза (4b) проводят в камере, параллельной одной из стенок камеры сгорания (1) таким образом, что материал носителя и топливо направляют из середины камеры в сторону обоих ее концов, а материал носителя, кокс и другие горючие материалы, смешанные с материалом носителя, направляют от обоих концов камеры в камеру сгорания (1).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо, поступающее в процесс пиролиза, высушивают вторичными источниками тепла, такими как тепло от выводных газов, пара низкого давления или газа продукта процесса пиролиза.

11. Устройство для проведения пиролиза, включающее в себя камеру сгорания (1), действующую на принципе горения в псевдоожиженном слое, пиролизер (4) и каналы потока, которые соединяют камеру сгорания (1) и пиролизер (4) для организации циркуляции (С) материала носителя в процессе горения в псевдоожиженном слое между камерой сгорания и пиролизером, причем упомянутое устройство дополнительно включает в себя ввод подачи (14) для подачи топлива, предназначенного для пиролиза, в пиролизер (4), средства (5) подачи сжижающего газа, расположенные в пиролизере для сжижения смеси материала носителя и топлива, и вывод (6) для отбора из пиролизера (4) конденсируемых газообразных веществ, оделенных от пиролизуемого топлива, и конденсер (8) для конденсации конденсируемых газообразных веществ, причем циркуляцию материала носителя организуют в камере сгорания (1) попутно упомянутому каналу потока горячих выводных газов, причем сепаратор (3) размещают выше пиролизера (4), причем сепаратор выполнен с возможностью отделения материала носителя от выводных газов, причем циркуляция также включает соединительный трубопровод (11, 12) между сепаратором (3) и пиролизером (4) для перемещения материала носителя за счет гравитации к пиролизеру (4) и возвратный трубопровод (12, 12') между пиролизером (4) и камерой сгорания (1) для возврата материала носителя в камеру сгорания (1), причем вывод (6) сформирован в камере, образованной пиролизером (4), в ее верхней части, в соединении с пространством поверх псевдоожиженной смеси материала носителя и топлива для отвода конденсируемых газообразных веществ из пиролизера, отличающееся тем, что пиролизер (4) представляет собой камеру, ограниченную камерой сгорания (1) и которая соединена одним или более возвратными выводами (12') с камерой сгорания (1).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что канал потока смеси материала носителя и топлива в пиролизере (4) имеет поперечное направление относительно направления потока сжижающего газа, средствами (5) подачи сжижающею газа, средства (5) подачи выполнены в виде нескольких последовательных единиц вдоль канала потока смеси.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что пиролизер (4) включает практически горизонтальную секцию пиролиза (4b), на днище которой размещены средства (5) подачи сжижающего газа, а верхней ее части размещен вывод (6).

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что ввод (14) подачи топлива размещают в верхней части камеры для подачи топлива сверху на материал носителя.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что пиролизер (4) имеет газовое уплотнение в циркуляции (C) материала носителя между сепаратором (3) и камерой сгорания (1).

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что пиролизер (4) снабжен двойным газовым затвором.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что пиролизер (4) выполнен в виде камеры, параллельной одной из стенок камеры сгорания (1), к средней части которой подведен возвратный трубопровод (12) циркуляции (C) материала носителя, притом что канал потока смеси материала носителя и топлива направлен от середины камеры в сторону ее обеих концов, которые оснащены возвратными выводами (12'), направленными в камеру сгорания.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пиролизер (4) включает секцию (4b) пиролиза, параллельную одной из стенок камеры сгорания (1), оба конца которой соединены с выводными камерами (4c), и которое включает возвратный вывод (12'), соединенный с камерой сгорания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Реакторная установка с псевдоожиженным слоем, в котором реактор с псевдоожиженным слоем содержит по меньшей мере нижнюю часть, крышечную часть и по меньшей мере одну боковую стенку, вертикально простирающуюся между нижней частью и крышей, причем упомянутая боковая стенка выполнена наклонной у нижней части таким образом, что поперечное сечение реакторной камеры реактора уменьшается к нижней части, и причем эта реакторная установка с псевдоожиженным слоем содержит камеру теплообмена, в которой упомянутая боковая стенка образует разделительную стенку между камерой теплообмена и реакторной камерой.

Изобретение относится к теплообменнику с псевдоожиженным слоем, предназначенному для котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем, предусмотренному с подобным теплообменником.

Изобретение относится к способу и устройству для регенерации тепла в реакторе с псевдоожиженным слоем. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может использоваться в котлостроении. .

Изобретение относится к реактору с циркулирующим псевдоожиженным слоем. .

Изобретение относится к химии, а именно к способам переработки твердых углеродсодержащих материалов: некондиционного топлива (в том числе угля), угольной пыли, углеродсодержащих материалов, переработка которых традиционными способами затруднительна из-за большого содержания минерального остатка или уноса, и позволяет проводить переработку твердых углеродсодержащих материалов с большим содержанием минерального остатка и/или малой теплотворной способностью с повышенным требованием по полноте переработки.

Изобретение относится к котельной технике. .
Изобретение может быть использовано в энергетике и химической промышленности. Способ осуществления пиролиза включает подачу в котел для сжигания первого исходного материала, а второй исходный материал подают в реактор пиролиза (а).

Изобретение относится к способам и устройствам для проведения пиролиза и может быть использовано в химической промышленности. Способ проведения пиролиза с использованием бойлера с пузырьковым псевдоожиженным слоем включает подачу твердого топлива в пиролизное устройство (4), содержащее средства (5) подачи сжижающего газа и одно или более выходных отверстий (6) для выведения конденсируемых газообразных веществ, отделенных от пиролизуемого топлива, в конденсатор (8) через линию (7).

Изобретение относится к установке для получения продукта пиролиза. .

Изобретение относится к комплексной термохимической переработке твердого топлива. .

Изобретение относится к способу и установке для комплексной переработки твердого топлива с целью получения из него жидких углеводородных топлив и электроэнергии. .

Изобретение относится к способу и установке для термической переработки мелкозернистого топлива твердым теплоносителем, может быть использовано в топливоперерабатывающей, химической отраслях промышленности и в энергетике.

Изобретение относится к способу и установке термической переработки высокозольных низкокалорийных твердых топлив, может быть использовано в углеперерабатывающей, нефтехимической и сланцеперерабатывающей промышленностях.

Изобретение относится к способу пиролиза и газификации твердых органических веществ или смесей органических веществ. .

Изобретение относится к способу и установке для термической переработки мелкозернистых топлив с получением углеродных сорбентов и может быть использовано в ряде отраслей промышленности, нуждающихся в активных углях, и позволяет повысить их качество и количество.

Изобретение относится к устройству для осуществления пиролиза биомассы. .

Настоящее изобретение относится к способу проведения пиролиза. Описан способ проведения пиролиза с использованием бойлера, в котором материал носителя, полученный из процесса горения в псевдоожиженном слое бойлера, рециркулируют обратно в процесс горения в ходе проведения процесса пиролиза, в котором его смешивают с твердым топливом и далее выделяют из полученной смеси конденсируемые газообразные вещества за счет тепла, полученного от горячего материала носителя, который движется в процессе горения попутно отходящим газам, после чего его отделяют от отходящих газов в сепараторе, и движется между сепаратором и процессом горения за счет сил гравитации в процесс пиролиза, где конденсируемые газообразные вещества выделяют за счет эффекта псевдоожижения из указанной выше смеси материала носителя и топлива, после этого газообразные вещества отделяют от газового потока, идущего из процесса пиролиза, с переводом их в жидкую форму в виде так называемого пиролизного масла, отличающийся тем, что процесс пиролиза проводят в камере, ограниченной камерой сгорания бойлера с циркулирующим псевдоожижающим слоем и из которой материал носителя, кокс и другие горючие материалы, смешанные с материалом носителя, направляют через один или более возвратные выводные патрубки в камеру сгорания. Также описано устройство для проведения пиролиза, включающее в себя камеру сгорания, действующую на принципе горения в псевдоожиженном слое, пиролизер и каналы потока, которые соединяют камеру сгорания и пиролизер для организации циркуляции материала носителя в процессе горения в псевдоожиженном слое между камерой сгорания и пиролизером, причем упомянутое устройство дополнительно включает в себя ввод подачи для подачи топлива, предназначенного для пиролиза, в пиролизер, средства подачи сжижающего газа, расположенные в пиролизере для сжижения смеси материала носителя и топлива, и вывод для отбора из пиролизера конденсируемых газообразных веществ, отделенных от пиролизуемого топлива, и конденсер для конденсации конденсируемых газообразных веществ, причем циркуляцию материала носителя организуют в камере сгорания попутно упомянутому каналу потока горячих выводных газов, причем сепаратор размещают выше пиролизера, причем сепаратор выполнен с возможностью отделения материала носителя от выводных газов, причем циркуляция также включает соединительный трубопровод между сепаратором и пиролизером для перемещения материала носителя за счет гравитации к пиролизеру и возвратный трубопровод между пиролизером и камерой сгорания для возврата материала носителя в камеру сгорания, причем вывод сформирован в камере, образованной пиролизером, в ее верхней части, в соединении с пространством поверх псевдоожиженной смеси материала носителя и топлива для отвода конденсируемых газообразных веществ из пиролизера, отличающееся тем, что пиролизер представляет собой камеру, ограниченную камерой сгорания и которая соединена одним или более возвратными выводами с камерой сгорания. Технический результат упрощение схемы циркуляции носителя. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх