Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления



Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления
Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления
Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления
Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления
Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления
Способ термической переработки органосодержащего сырья и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2530057:

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) (RU)

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5). Полученные в камере конденсации (5) жидкую фракцию (18) и несконденсированные газы (17) выводят, а твердую фракцию (19) охлаждают и разгружают в камере разгрузки (6). Сырье в камере сушки (3) сушат конвективно, причем отношение n длины зоны сушки ℓ к длине зоны пиролиза L определяют как

n = 0,01 W ( r + Δ r ) ( 1 0,01 W ) q n Δ T n Δ T c k ,

где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, Δr - дополнительные потери тепла при сушке, кДж/кг исп.вл.; W - влажность сырья, %; qn - теплотворная способность сухого сырья, кДж/кг; ΔТn, ΔTс - перепад температур в зонах пиролиза и сушки, °C; k - отношение массы твердой фазы к массе сырья. Расход отработавшего агента сушки не превышает расход топочных газов. Устройство термической переработки органосодержащего сырья снабжено коллектором топочных газов (12), выполненным в виде кольцевой перфорированной части камеры пиролиза с живым сечением, при выполнении условия ΔPк<ΔPп, где ΔPк - потери напора в кожухе с вентилятором; ΔPп - потери напора в слое материала в пиролизной камере (4), и отсасывающим вентилятором (13) с задвижкой (14), регулирующей расход отработавшего агента сушки. Изобретения позволяют повысить интенсивность пиролизного процесса и повысить производительность устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться для переработки сырья, преимущественно в малых и фермерских хозяйствах, а также в деревообрабатывающих отраслях промышленности.

Известен способ термической переработки органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо путем нагрева сначала в камере сушки, а затем без доступа воздуха в камере пиролиза с последующей конденсацией части парогазовой смеси в жидкое топливо, причем сушку проводят смесью топочных газов с воздухом, а часть несконденсированной парогазовой смеси, после предварительного подогрева, подается в камеру пиролиза (патент №2395559, МПК G10B, БИ №1, 2010).

Известно также устройство для осуществления этого способа, содержащее сушильный бункер, питатель, реактор, топку, циклон, конденсатор, компрессор, газодувку, теплообменник (Р.Г. Хисматов. Термическое разложение древесины при кондуктивном подводе тепла. Автор. диссерт. на соиск. Учен. степ. канд. техн. наук. Казань, 2010, с.13).

Эти способ и устройство обеспечивают термическую переработку органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо, однако требуют развитой инфраструктуры и больших капитальных затрат и малопригодны для малых и фермерских хозяйств.

Известен способ термической переработки сельскохозяйственных и других отходов в тепловую и электрическую энергию, заключающийся в том, что отходы загружают, горизонтально перемещают, последовательно кондуктивно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, жидкую фракцию и несконденсированные газы выводят, а твердую - увлажняют и разгружают.

Сушку и пиролиз осуществляют выхлопными (топочными) газами от дизеля, подаваемыми в кожух камер сушки и пиролиза.

Известно устройство для его осуществления, содержащее источник теплоты, средство загрузки сырья, поршень, камеры кондуктивной сушки, пиролиза, конденсации газовой фазы, увлажнения твердой фазы, средство ее разгрузки, кожух камер сушки и пиролиза, которые подключены к источнику теплоты (А.В. Голубкович, А.Г. Чижиков. Обоснование метода расчета пиролиза растительных материалов // Промышленная энергетика, №12, 2011, с.52-53).

Эти способ и устройство по своей технической сущности наиболее близки к заявляемому и приняты за прототип.

Недостатком известного способа является низкая интенсивность пиролизного процесса в связи с малоэффективной кондуктивной сушкой.

Технической задачей изобретения является повышение производительности устройства за счет использования конвективной сушки сырья.

Заявленный способ может быть осуществлен только в данном устройстве.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термической переработки органосодержащего сырья топочными газами, заключающегося в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, последовательно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, полученные жидкую фракцию и несконденсированные газы выводят, а твердую фракцию - охлаждают и разгружают, согласно изобретению сырье сушат конвективно, причем отношение n длины зоны сушки l к длине зоны пиролиза L определяют как

,

где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, кДж/кг; Δr - дополнительные потери тепла при сушке, кДж/кг исп.вл.; W - влажность сырья, %; qn - теплотворная способность сухого сырья, кДж/кг; ΔTn, ΔTc - перепад температур в зонах пиролиза и сушки, °C; k - отношение массы твердой фазы после пиролиза к массе сырь, а расход отработавшего агента сушки не превышает расход топочных газов.

Задача достигается также тем, что в устройстве, содержащем источник тепла, средство загрузки сырья, поршень, камеры конвективной сушки, конденсации, охлаждения и разгрузки твердой фазы, а также камеру пиролиза с кожухом, отличающемся тем, что оно снабжено коллектором топочных газов, выполненным в виде кольцевой перфорированной части камеры пиролиза с живым сечением, при выполнении условия ΔРк<ΔРп, где ΔРк - потери напора в кожухе с вентилятором; ΔРп - потери напора в слое материала в пиролизной камере, и отсасывающим вентилятором с задвижкой регулирования расход отработавшего агента сушки.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 изображена схема устройства.

Устройство содержит средство загрузки сырья 1, поршень 2, камеры конвективной сушки 3, пиролиза 4, конденсации 5, разгрузки 6, разгрузочное средство 7, источник тепла 8, кожух 9 камеры пиролиза 4, теплоизоляцию 10 камеры пиролиза 4, рубашку 11 камеры конденсации 5, коллектор 12, отсасывающий вентилятор 13 с задвижкой 14. Кроме того, на схеме приведены влажное сырье 15, топочные газы 16, нескондицированные газы 17, жидкая фракция 18, твердая фаза 19, вода 20 на охлаждение камеры конденсации 5 и твердой фракции, отработавший агент сушки 21.

Устройство работает следующим образом.

Влажное сырье 15 средством загрузки 1 подают в устройство, которое выполнено в виде трубы и поршнем 2 периодически - непрерывно проталкивают по длине трубы через камеры конвективной сушки 3, пиролиза 4, конденсации 5, разгрузки твердой фракции 6 и средством 7 выводят из устройства. Топочные газы 16 из источника 8 подают противотоком сырью в кожух 9, из него - в камеру конвективной сушки 3 через коллектор 12 и отсасывают из камеры конвективной сушки вентилятором 13, а расход отработавшего агента сушки изменяют задвижкой 14. Газообразные продукты пиролиза конденсируют в камере 5 путем подачи воды 20 в рубашку 11 и выводят из нее несконденсированные газы 15 и жидкую фракцию 18.

В камеру разгрузки 6 подают воду 20 на охлаждение твердой фазы 19 и затем ее используют на хозяйственные нужды, как и воду из рубашки 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырье загружают, перемещают, последовательно конвективно сушат, пиролизуют, конденсируют, неконденсированные газы и жидкую фракцию выводят, а твердую - охлаждают и разгружают, пиролиз и сушку осуществляют топочными газами.

Составим тепловые балансы сушки и пиролиза сырья. Количество испаренной влаги при сушке можно записать в виде:

,

где G - вместимость сушильной камеры, т; W, Wк - начальная и конечная влажность (относительная) сырья, %.

Количество тепла, необходимого для испарения W ¯ влаги, можно записать:

где r, Δr - теплота испарения влаги со свободной поверхности и дополнительные тепловые потери при сушке, Δr≈0,2·r, кДж/кг исп.вл.

Количество тепла, необходимого на пиролиз сырья, можно записать:

где qn - удельные затраты тепла на пиролиз, которые приближенно можно принять равными теплотворной способности сырья, кДж/кг.

Тепло, затраченное на испарение влаги при сушке также можно записать в виде:

где Qг - расход топочных газов, кг/ч; с1 - теплоемкость топочных газов, кДж/кг·°C; ΔTc - перепад температур в камере сушки, °C; τ1 - время сушки, ч.

Тепло, затраченное на пиролиз, аналогично (4) запишем:

где τ2 - время пиролиза, ч.

При наличии подпора от средства разгрузки 7 все камеры будут полностью заполнены соответственно сырьем и твердой фракцией, при этом скорость перемещения твердой фракции в камере пиролиза составит V2=kV1, где k - отношение массы твердой фракции после пиролиза к сырью; V1 - скорость перемещения сырья в камере сушки, м/с.

Следовательно, отношение n длины зоны сушки l к длине зоны пиролиза L определяют как:

,

где l и L - длина зоны сушки и пиролиза, м.

Величина ΔТnн0, где Тн начальная температура топочных газов, например для дизельной установки Тн≈400°C; Т0 - температура, при которой начинается деструкция сырья по (С.А. Прокопьев. Разработка технологии ультраоксипиролиза древесной массы для получения бионефти и древесного угля // Автор. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2007, с.9) можно принять 140°C. При более высокой температуре топочных газов на входе в камеру сушки возможны потери продуктов пиролиза.

Величину ΔTc запишем ΔТснк, где Тк - температура топочных газов на выходе из камеры конвективной сушки в условиях противоток, а можно принять Ткс+5…7°C, где θс - температура сырья.

Полагая c1≈c2, Wк≈0, приравняв (2) и (4), (3) и (5) получим отношение:

(6)

Топочные газы из кожуха пиролизной камеры поступают через коллектор 12 во внутреннюю полость сушильной камеры, проходят через слой сырья и в смеси с водяными парами 21 отсасываются вентилятором 13.

Эффективная и надежная работа устройства возможна в том случае, если в камеру конвективной сушки будут поступать топочные газы без газообразных продуктов пиролиза. Наличие слоя материала в пиролизной камере большей толщины не является достаточной гарантией отсутствия проскока пиролизных газов, так как возможны дефекты в структурах слоя и различная порозность. Равенство расходов топочных газов и отработавшего агента сушки в этом случае необходимо.

Если расход отработавшего агента сушки меньше расхода топочных газов, то их избыток будет сбрасываться через клапан топочных газов 16.

Регулировкой расхода отработавшего агента сушки клапаном 14 может быть достигнута экономичная и эффективная работа устройства. Коллектор 12 представляет собой кольцевую перфорированную часть камеры пиролиза с живым сечением, обеспечивающим равномерное распределение топочных газов по всему периметру (ε=0,2…0,4), при выполнении условия ΔРк<ΔРп, где ΔРк - потери напора в кожухе с коллектором; ΔРп - потери напора в слое материала в пиролизной камере.

Пример. Определим отношение длин камер сушки и пиролиза при термической переработки растительных отходов зерноочистки с исходной влажностью W=20%. В качестве источника теплоты использована дизельная установка мощностью N=60 кВт с температурой отходящих газов Тн≈400°C, начальная температура сырья θс=20°C; Т0=140°C. Величина τ≈2,5 МДж/кг исп. влаги; Δr=0,5 МДж/кг исп. влаги; Тк=27°C; qт=12,6 МДж, k=31 (С.А. Прокопьев. Разработка технологии ультраоксипиролиза древесной массы для получения бионефти и древесного угля // Автор. диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2007, с.9).

Согласно (6) получим n=0,46.

При кондуктивной сушке сырья в связи с меньшей площадью теплообмена температура топочных газов на выходе из кожуха сушильной камеры составит ~50°C из предположения, что с уходящими газами теряется ~25% теплоты и величина n составит n=0,54.

За счет большего объема пиролизной камеры производительность устройства возрастет ~ на 20%.

1. Способ термической переработки органосодержащего сырья, заключающийся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, последовательно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, полученные жидкую фракцию и несконденсированные газы выводят, а твердую фракцию - охлаждают и разгружают, отличающийся тем, что сырье сушат конвективно, причем отношение n длины зоны сушки ℓ к длине зоны пиролиза L определяют как:

где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, кДж/кг; Δr - дополнительные потери тепла при сушке, кДж/кг исп.вл.; W - влажность сырья, %; qn - теплотворная способность сухого сырья, кДж/кг; ΔTn, ΔTc - перепад температур в зонах пиролиза и сушки, °C; k - отношение массы твердой фазы после пиролиза к массе сырья, а расход отработавшего агента сушки не превышает расхода топочных газов.

2. Устройство для термической переработки органосодержащего сырья, содержащее источник тепла, средство загрузки сырья, поршень, камеры конвективной сушки, конденсации, охлаждения и разгрузки твердой фазы, а также камеру пиролиза с кожухом, отличающееся тем, что оно снабжено коллектором топочных газов, выполненным в виде кольцевой перфорированной части камеры пиролиза с живым сечением, при выполнении условия ΔPк<ΔPп, где ΔPк - потери напора в кожухе с вентилятором; ΔPп - потери напора в слое материала в пиролизной камере, и отсасывающим вентилятором с задвижкой, регулирующей расход отработавшего агента сушки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка.

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т , где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии.

Изобретение относится области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. Техническим результатом является повышение качества сжигания подстилочного помета и продление срока использования установки для сжигания топлива.

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых органических топлив и может быть использовано для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов.

Изобретения относятся к промышленной переработке горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов реализуют в реакторах, оснащенных температурными датчиками (18, 20).

Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первую и вторую магистрали подачи газового потока в тангенциальном направлении в камеру сгорания, первый и второй нагнетатели.

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к технике мусоросжигания, в частности к высокотемпературному сжиганию влажных медицинских отходов. .

Изобретение относится к противоизносной присадке для малосернистого дизельного топлива на основе карбоновых кислот, при этом она дополнительно содержит полиэтиленполиамин, а в качестве карбоновых кислот используются технические алкил(С16-С18)салициловые кислоты при массовом соотношении полиэтиленполиамин: технические алкил(С16-С18)салициловые кислоты, равном 0,007-0,035:1,0.

Изобретение относится к применению продукта реакции (i) соединения, содержащего фрагмент -NR1R2, где R1 представляет собой группу, содержащую от 4 до 44 атомов углерода, а R2 представляет собой атом водорода или группу R1 , и (ii) карбоновой кислоты, содержащей от 1 до 4 карбоксильных групп, или ангидрида такой кислоты, или хлорида такой кислоты в качестве добавки для улучшения фильтруемости Вх топлива при температурах выше температуры помутнения Вх топлива.
Изобретение относится к композиции жидкого топлива, включающее жидкое топливо и присадку в количестве 0,005-0,03 мас.%, при этом присадка к жидкому топливу содержит соль металла органической кислоты с числом углеродных атомов C15-C18 в количестве 10-90 мас.%, в которой металл является металлом, расположенным в электрохимическом ряду активности правее водорода, ароматический амин 1-5 мас.%, полимер сукцинимида 3-10 мас.% и глицерин 1-75 мас.%.

Изобретение относится к способу удаления отложений из дизельного двигателя, включающий сжигание в двигателе топливной композиции, содержащей добавку для очистки двигателя и добавку, представляющую собой четвертичную соль аммония, где добавка для очистки двигателя явялется продуктом реакции Манниха, протекающей между: (а) альдегидом; (b) аммиаком, гидразином или амином; и (с) фенолом, который может быть замещенным; и при этом средняя молекулярная масса единственного или каждого заместителя фенольного компонента (с) составляет менее 400, и где добавка, представляющая собой четвертичную соль аммония получена по реакции азотсодержащего вещества, включающего по меньшей мере одну третичную аминогруппу, и кватернизующего агента.
Изобретение относится к многофункциональной добавке к углеводородсодержащему топливу, включающей смесь из одного или нескольких простых смешанных эфиров с одним или несколькими оксигенатами, при этом в качестве простых смешанных эфиров используют N-метил-пара-анизидин и/или N-метил-пара-фенетидин, в качестве оксигенатов используют диметилкарбонат и/или диэтилкарбонат, и/или метилацетат, и/или этилацетат, и/или метилаль.

Изобретение относится к ракетным топливам для жидкостных, твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей.

Изобретение относится к способу получения оксигенатов, повышающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания, в котором взаимодействие глицерина с ацетоном происходит на кислотном катализаторе, причем процесс происходит на гетерогенном катализаторе в одну стадию в проточном реакторе при регулировке подачи реагентов в соотношении глицерин: ацетон (1):(5-20) и поддержании в реакторе температуры от 35°С до 55°С, объемной скорости 0.5-1.5 ч-1 и атмосферного давления с получением золькеталя как основного продукта, и возвращении непрореагировавшего ацетона в реактор.
Изобретение относится к комплексной бактерицидной добавке, содержащей четвертичные аммониевые соли, полигексаметиленгуанидин и растворитель, при этом в качестве растворителя она содержит водный раствор этилового спирта и глицерина.

Изобретение предназначено для приготовления топливных смесей. Установка содержит источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы, трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат, накопительную емкость, контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования.
Изобретение относится к модификатору горения твердого, жидкого и газообразного топлива, в частности древесины, природного газа, угля, мазута и других углеводородов, в энергетических котлах, в закрытых или открытых камерах, характеризующемуся тем, что указанный модификатор содержит от 10 до 30 масс.% воды, от 20 до 80 масс.% по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс.% карбамида или его производных, выбранных из алкилмочевины типа R1R2N(CO)NR1R2, где R1, R2 являются одинаковыми или различными и представляют собой С1-С6 алкильные группы, и от 5 до 15 масс.% моноацетилферроцена.

Изобретения могут быть использованы при получении облагороженного топлива из отходов птицефабрик. Способ переработки подстилки птицефабрики включает гранулирование влажного сырья в грануляторе.
Наверх