Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов



Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов
Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов

 


Владельцы патента RU 2613044:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) (RU)

Изобретение относится к установкам термической переработки твердых углеродсодержащих материалов для получения газа, кокса, дегтя и подобных продуктов. Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов содержит направляющую питателя 4 и реторту 6, которые выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения и размещены горизонтально на жестком основании соосно с приводом 2 силового возвратно-поступательного механизма 1. Длина направляющей питателя от торца до нулевой точки составляет 0,5…3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей и зоной уплотнения 9 реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня 3 с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с лотком 5, при этом длина зоны уплотнения 9 составляет 4…8 миделей реторты. Технический результат - снижение массы и габаритов устройства, трудоемкости его изготовления и сборки, исключение специализированных уплотнений, расширение диапазона рабочих режимов установки, улучшение вариабельности и товарного вида одного из продуктов переработки - углистого остатка. 1 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию химической промышленности, конкретно - к установкам термической переработки твердых углеродсодержащих материалов для получения газа, кокса, дегтя и подобных продуктов.

Известны установки непрерывно-периодического действия для пиролиза углеродсодержащих материалов, содержащие питатель (который осуществляет формирование герметичной пробки на границе питатель - реторта и подачу обрабатываемого материала в реторту) и реторту, выполненную в виде трубы для плавного перемещения частиц перерабатываемого материала через зоны уплотнения, сушки и пиролиза, с перфорацией в зоне подвода тепла и газоотводящими коллекторами вне трубы для сбора и отвода летучих продуктов пиролиза. За счет сил трения, возникающих между загружаемым перерабатываемым материалом (например, биомассой) и внутренней поверхностью реторты, происходит формирование газоплотной пробки из исходного материала для обеспечения заданного уровня герметичности реторты. Герметичность выражается в невозможности самопроизвольного проникновения, существенного для процесса или нарушения условий безопасности количества продуктов термического разложения материала за пределы устройства в окружающую среду. За счет хорошего примыкания уплотненного материала к стенкам реторты в зоне сушки обеспечивается интенсивный теплообмен. Нагрев реторты производится любым доступным способом: электрическим нагревателем, горячими продуктами сгорания или иным. Примером технической реализации устройства для применения в установках термической переработки, включающего в том числе брикетный пресс, является, например, устройство по патенту СССР №57761 «Загрузочное устройство для газогенераторов высокого давления», приоритет от 28.12.1936.

Недостатком подобных загрузочных устройств является их громоздкость и сложность конструкции (в т.ч. контуров уплотнения) для работы с относительно небольшими давлениями внутри установок (аппаратов) термической конверсии.

Известна также установка для пиролиза промышленных и бытовых отходов, описанная в авторском свидетельстве SU 1038721 A, приоритет от 30.08.1983. Установка для пиролиза содержит загрузочный бункер, подающий механизм, печь и устройство для выгрузки, снабжена камерой пиролиза, размещенной в печи под углом 15…30° к горизонтали, и переходной насадкой, установленной за подающим механизмом соосно камере пиролиза.

Недостатком установки является необходимость использования выполненной в виде усеченного конуса наклонной пиролизной камеры, что увеличивает вертикальный габарит устройства и усложняет процесс его изготовления, сборки и регулировки. Установка является работоспособной только в относительно узком диапазоне соотношения размеров сечений на входе и выходе пиролизной камеры (соответственно, длины шнека и его диаметра), что предъявляет дополнительные требования к конструкции и эксплуатации.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрана установка для непрерывного пиролиза, приведенная в патенте RU №2408654 «Установка непрерывного действия для пиролиза углеродсодержащих материалов», приоритет от 16.03.2009. Основными элементами ближайшего аналога являются бункер-накопитель, загрузочное устройство, оснащенное шнековым питателем-уплотнителем, посредством которого реализуется непрерывная подача измельченных углеродсодержащих отходов внутрь реторты при одновременном достижении ее герметичности, реторта, где непрерывно, при постепенном перемещении материала шнеком к узлу разгрузки, осуществляются сушка и пиролиз перерабатываемого материала, а также отвод образующихся газообразных продуктов через систему газоотведения. Между питателем и ретортой установлена муфта переменного сечения для формирования пробки из перерабатываемого материала для гарантированного обеспечения герметичности реторты.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести громоздкость конструкции, относительную технологическую сложность изготовления и сборки, обусловленную наличием шнека подачи и шнека, находящегося в реторте, требующих организации выносных подшипниковых узлов и герметичных уплотнений вала в условиях высокой температуры, кислой среды и присутствия абразивных частиц. Площадь непосредственного контакта перерабатываемого материала с внутренней поверхностью реторты при использовании шнека невелика. Кроме того, при равных диаметрах загрузочного устройства шнек обеспечивает меньшую производительность, чем поршень. Невозможно использовать реторту с сечением, отличным от круглого. Невозможно использовать установку для лабораторных исследований, требующих строго дозированного усилия при отработке технологических режимов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является переход к конструктивно-технологическому облику устройства, позволяющему снизить массу и габариты, трудоемкость его изготовления и сборки (в т.ч. исключить специализированные уплотнения), расширить диапазон рабочих режимов установки, улучшить вариабельность и товарный вид одного из продуктов переработки - углистого остатка.

Указанный технический результат достигается тем, что установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов размещается горизонтально на жестком основании соосно с приводом возвратно-поступательного силового механизма, реторта и направляющая питателя выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения, длина направляющей от торца до нулевой точки составляет 0,5…3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей питателя и зоной уплотнения реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с приемным лотком, при этом длина зоны уплотнения составляет 4…8 миделей реторты.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения и ближайшего аналога показывает, что заявляемое техническое решение обладает рядом признаков, не совпадающих с прототипом, а именно: подача перерабатываемого материала осуществляется непрерывно-периодически посредством поршня, совершающего возвратно-поступательные движения; формирование и поддержание в процессе работы газоплотной пробки, в силу специфики уплотнения поршнем, происходит только за счет сил трения без необходимости использования муфты переменного сечения; перемещение перерабатываемого материала по длине реторты происходит за счет последующих слоев, проталкиваемых поршнем (что приводит к сохранению углистого остатка в форме брикета, состоящего из таблеток); исключение шнековых механизмов, уплотнений валов, переходной муфты позволяет изменить конструктивно-компоновочную схему устройства.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «новизна» и критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства по предлагаемому техническому решению.

Приняты обозначения:

1 - силовой возвратно-поступательный механизм (например, гидроцилиндр),

2 - привод силового возвратно-поступательного механизма,

3 - поршень питателя,

4 - направляющая питателя,

5 - вырез с приемным лотком питателя,

6 - реторта,

7 - коллекторы летучих продуктов пиролиза,

8 - перфорация,

9 - зона уплотнения (нет подвода тепла),

10 - зона сушки и пиролиза (есть подвод тепла).

Устройство по предлагаемому техническому решению имеет следующие характерные особенности. Установка, включая силовой возвратно-поступательный механизм поз. 1, монтируется горизонтально на жестком основании (опоре, фундаменте - на фиг. 1 не показано) таким образом, чтобы привод силового механизма поз. 2 располагался соосно комплексу направляющая (поз. 4) - реторта (поз. 6). Направляющая поз. 4, вырез с приемным лотком поз. 5, поршень поз. 3 отнесены к питателю, зоны уплотнения поз. 9, сушки и пиролиза поз. 10, перфорация поз. 8, коллекторы поз. 7 являются элементами реторты поз. 6. Поршень поз. 3 центрируется в устройстве посредством направляющей поз. 4 таким образом, чтобы расстояние от торца до нулевой точки составляло 0,5…3,0 миделя реторты с целью исключения заклинения. Реторта поз. 6 изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (например, нержавеющей стали). В зоне сушки и пиролиза поз. 10 реторты поз. 6 имеются выходы для продуктов термического разложения углеродсодержащего материала: открытый торец зоны поз. 10 для вывода углистого остатка и перфорация поз. 8 в области подвода тепла для вывода летучих продуктов. Для сбора летучих продуктов пиролиза, проходящих через перфорацию поз. 8, предусмотрены специальные коллекторы поз. 7, по которым указанные продукты отводятся в определенное назначением установки термической переработки место для непосредственного использования или дальнейшей переработки. Нагрев реторты поз. 6 в зоне сушки и пиролиза поз. 10 может осуществляться любым доступным способом (например, посредством электронагрева или нагрева горячими продуктами сгорания) с целью подвода тепловой энергии через стенку с последующей теплоотдачей перерабатываемому материалу и продуктам его разложения. Суммарная площадь проходного поперечного сечения коллекторов поз. 7 исключает их «зарастание» коксующимися продуктами пиролиза.

Устройство по предлагаемому техническому решению функционирует следующим образом. Поршень поз. 3 силовым возвратно-поступательным механизмом поз. 1 выдвигается до нулевой точки направляющей поз. 4, далее происходит заполнение углеродсодержащим перерабатываемым материалом объема под вырезом длиной L с приемным лотком поз. 5, после чего поршень поз. 3 вдвигается силовым возвратно-поступательным механизмом поз. 1 в реторту поз. 6, проталкивая материал в зону уплотнения поз. 9. Производится уплотнение перерабатываемого материала за счет силы давления поршня с одной стороны и ранее уплотненного материала с другой стороны. Опыты показывают, что при давлении поршня 5 МПа и более происходит достаточное уплотнение материала для создания газоплотного участка, при этом длина зоны уплотнения составляет 4…8 миделей реторты, а вдвижение поршня внутрь зоны уплотнения должно составлять (0,5…1,5)L (т.е. суммарно ход поршня составляет (1,5…2,5)L). В момент времени, когда сила давления со стороны поршня поз. 3 на уплотненный перерабатываемый материал оказывается больше силы трения между уплотненным перерабатываемым материалом и стенкой реторты поз. 6, перерабатываемый материал начинает перемещаться в зону сушки и пиролиза поз. 10. Перемещение уплотненного перерабатываемого материала происходит до тех пор, пока поршень поз. 3 не займет своего крайнего положения (на расстоянии (0,5…1,5)L от выреза с приемным лотком поз. 5 вглубь зоны уплотнения поз. 9), затем поршень возвращается в исходное положение (нулевая точка направляющей поз. 4), и цикл повторяется.

В зоне сушки и пиролиза поз. 10 происходит существенное уменьшение силы трения уплотненного материала о стенку за счет выделения продуктов термического разложения, которые выполняют роль смазки. Тепло передается от стенки к перерабатываемому материалу, приводя сначала к испарению влаги, а затем термической деструкции (пиролизу). При этом образуются продукты пиролиза перерабатываемого материала в различном агрегатном состоянии. Летучие продукты преимущественно отводятся через перфорацию поз. 8 в коллекторы поз. 7 (что препятствует их скоплению под высоким давлением, позволяя избежать опасности разрыва реторты поз. 6). Наличие перфорации поз. 8 практически исключает проникновение газообразных продуктов пиролиза через слой уплотненного материала к поршню поз. 3. Углистый остаток и часть летучих, перемещаясь вдоль реторты поз. 6, удаляются через ее открытый торец в определенное назначением установки термической переработки место для непосредственного использования или дальнейшей переработки. Следует отметить, что в предложенном устройстве обеспечивается предотвращение накапливания твердого налета (нагара) на стенках реторты поз. 6 за счет его механического удаления движущимся уплотненным материалом и углистым остатком пиролиза.

Применение предложенного технического решения целесообразно для переработки углеродсодержащих материалов как в малых (лаборатория, опытное производство), так и в больших (например, при лесозаготовках, утилизации сельскохозяйственных отходов, др.) объемах. При этом относительная простота конструктивно-компоновочной схемы устройства, возможность масштабирования его габаритов, формирования «по месту» профиля поперечного сечения, отсутствие специализированных уплотнений, вариабельность силовых механизмов и источников (генераторов) тепла - с одной стороны, ужесточение требований экологической безопасности, развитие «зеленых» технологий и технологий замкнутого цикла - с другой стороны, позволяют прогнозировать востребованность предложенного технического решения в современных условиях и обозримой перспективе.

Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов, содержащая силовой механизм, питатель и реторту, выполненную в виде трубы с перфорацией и коллекторами газоотведения, отличающаяся тем, что направляющая питателя и реторта выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения и размещены горизонтально на жестком основании соосно с приводом силового возвратно-поступательного механизма, длина направляющей питателя от торца до нулевой точки составляет 0,5-3,0 миделя реторты, вырез длиной L с приемным лотком размещен между нулевой точкой направляющей питателя и зоной уплотнения реторты, подвижная часть питателя выполнена в виде поршня с длиной рабочего хода от нулевой точки направляющей питателя до точки зоны уплотнения на расстоянии (0,5-1,5)L от выреза с приемным лотком, при этом длина зоны уплотнения составляет 4-8 миделей реторты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к утилизации промышленных и бытовых отходов путем их переработки. Способ включает непрерывную подачу твердого топлива в шахту на ее колосниковую решетку с образованием на ней сверху вниз распределения твердого топлива, причем непрерывную подачу твердого топлива в шахту на его колосниковую решетку ведут равномерно распределяя твердое топливо в объеме шахты, начиная от колосниковой решетки и вверх к месту ее загрузки.

Изобретение относится к области энергетики, металлургии и химической промышленности и может быть использовано для получения кокса и генераторного газа. Способ газификации твердого топлива включает загрузку топлива в реактор, газификацию топлива и удаление продуктов газификации.

Изобретение относится к химической технологии и энергетике, конкретно к гази-. .

Изобретение относится к облас- - ти термической переработки углей и способствует повышению выхода восстановительного газа и упрощению процесса. .

Изобретение относится к области получения синтез-газа. В силосе 4 рисовую лузгу подвергают подсушиванию путем активного вентилирования посредством подачи теплого воздуха из калорифера 2, нагнетаемого вентилятором 3.

Изобретение относится к области переработки органосодержащего сырья и может быть использовано при переработке отработанных деревянных шпал. Способ включает сушку сырья при температуре 160-200°C в двух последовательно соединенных шнековых транспортерах - в первом транспортере 5 путем передачи тепловой энергии топочными газами через стенку, а во втором 6 за счет передачи тепловой энергии нагретым топочными газами воздухом, дозирование его в конусный реактор пиролиза 7, обогреваемый топочными газами, и термическое разложение при температуре 450-520°C с образованием парогазовой смеси.

Способ термической переработки растительных материалов заключается в том, что сырье загружают в трубу, горизонтально перемещают, кондуктивно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, полученные жидкую фракцию и неконденсированные газы удаляют, а твердую фракцию охлаждают и разгружают.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органосодержащего сырья, а также в лесопромышленном комплексе. Влажное исходное сырье 14 подают в трубу 9 и перемещают поршнем 3 в камеру сушки 4, далее в камеры пиролиза 5 и конденсации 6 газообразных продуктов.

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).

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

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы карбонизацией проводят предварительную сушку и обезвоживание исходной биомассы.

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Установка для термоподготовки шихты и охлаждения кокса содержит теплообменную камеру (1), бункеры для кокса (2) и угольной шихты (3), сепарационное устройство (4), установленное на выходе теплообменной камеры (1) и предназначенное для разделения кокса и шихты.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы проводят предварительную обработку биомассы, включающую измельчение биомассы до получения частиц размером 1-6 мм и высушивание сырья до влажности 10-20 вес.%.

Изобретение относится к способу изготовления угольной пыли, прежде всего, для использования в металлургической промышленности. Способ содержит этапы: нагрев сушильного газа в генераторе (26) горячего газа до предварительно заданной температуры, подача сушильного газа в угольную мельницу (20), ввод необогащенного угля в мельницу (20), при этом мельница (20) превращает уголь в угольную пыль, сбор смеси сушильного газа и угольной пыли из мельницы (20) и подача смеси на фильтр (34), при этом фильтр (34) отделяет высушенную угольную пыль от сушильного газа, сбор высушенной угольной пыли и подача сушильного газа из фильтра (34) на линию (38) рециркуляции для возврата сушильного газа в генератор (26), установление содержания кислорода в сушильном газе и сравнение установленного содержания с предварительно заданным граничным значением содержания кислорода.
Наверх