УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА ПИРОЛИЗА
APPARATUS FOR PRODUCING PYROLYSIS PRODUCT

Область изобретения
Изобретение относится к установке, определенной в преамбуле п.1 формулы изобретения, для получения продукта пиролиза; данная установка включает реактор пиролиза для получения фракций продукта пиролиза из исходного материала посредством быстрого пиролиза, конденсационное устройство для конденсации газообразных фракций продукта пиролиза, главным образом, в жидкие фракции продукта пиролиза, котел для сжигания для получения энергии, причем реактор пиролиза установлен в соединении с котлом для сжигания, и подающие устройства для подачи исходных материалов в реактор пиролиза и в котел для сжигания.
Предпосылки создания изобретения
Из уровня техники известно, что продукт пиролиза, т.е. пиролизную жидкость или пиролизный газ получают из различных видов биомассы или органических материалов, таких как древесина, кора, бумага, солома, пластмассовые отходы, горючий сланец, бурый уголь, торф и т.п., посредством сухой перегонки с применением методики пиролиза. Пиролиз обычно осуществляют в бескислородных условиях при температуре, приблизительно составляющей от 300 до 800°C. Когда применяют низкую скорость нагрева, обычно можно извлечь пиролизную жидкость, например древесную смолу из сухой древесины, в количестве, приблизительно составляющем от 20 до 30 масс.%. Количество пиролизной жидкости возрастает, когда применяют способ быстрого пиролиза. Известно много способов быстрого пиролиза для получения продуктов пиролиза и химикатов.
Быстрый пиролиз обычно осуществляют путем нагрева топлива, подлежащего пиролизу, в потоке горячего газа, не содержащего кислорода, путем введения требуемого тепла в пиролизер с применением обогревающего газа, теплообменника или теплоносителя, например песка или носителя на основе оксида алюминия. В качестве пиролизера можно применять барботажный реактор или реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем песка. Полученный пиролизный пар конденсируется при температуре менее 150°C, образуя пиролизную жидкость.
Топливо, подлежащее пиролизу, например биомассу, можно направить в сушилку, расположенную до пиролизера, для сушки, чтобы понизить содержание воды в образующейся пиролизной жидкости. Обычно применяют известные барабанную сушилку, сушилку с мгновенным испарением или сушилку с псевдоожиженным слоем, которые обычно включают газообразные продукты сгорания или водяной пар в качестве сушильного газа. Также известно применение пароосушителя, в котором тепло вводят с помощью горячего песка в сушилку, работающую на основе псевдоожиженного слоя, и в котором удаляют только воду. Температуру поддерживают на таком уровне, чтобы не улетучивались органические соединения.
В публикации патента EP 513051 (Ensyn Technologies Inc.) описаны способ и устройство для получения пиролизной жидкости из топлив посредством быстрого пиролиза таким образом, что циркуляционный реактор, который функционирует в качестве пиролизера, включает отдельные зоны смешивания и реакции. Передачу тепла к частицам топлива осуществляют с применением в качестве теплоносителя теплопередающего песка или катализатора на основе алюмосиликата, средний размер частиц которого составляет от 40 до 500 мкм. В данном способе используют газ-носитель, не содержащий кислорода. Подаваемый материал в форме частиц, газ-носитель, не содержащий кислорода, и горячий теплоноситель в форме частиц смешивают друг с другом в нижней секции реактора, и перемещают смесь наверх, в секцию реактора, в которой подаваемый материал превращается в продукты. Время контакта между подаваемым материалом и теплоносителем составляет менее 1,0 с. Теплоноситель в форме частиц отделяют от фракций продукта и повторно направляют в реактор. В данном способе соотношение масс теплоносителя и топлива превышает 5:1.
Из уровня техники также известно применение реактора окисления для обработки песка, который выходит из пиролизера, и кокса, полученного во время пиролиза. В реакторе окисления кокс сгорает, а песок нагревается, и его повторно направляют в пиролизер. Отношение производительности реактора окисления к производительности пиролизера по топливу обычно составляет 1:5. Данный тип реактора окисления, главным образом, предназначен только для сжигания кокса, полученного во время пиролиза, и неконденсируемых газов. Поэтому теплосодержание кокса и неконденсируемых газов согласно энергетическому балансу является ограничивающим фактором в подаче массы в пиролизер.
В известных способах пиролиза проблема состоит в необходимости подачи дополнительного топлива в пиролизер и в использовании дополнительного оборудования, такого как сушилка, и в дрейфе воды, которую испарили в ходе процесса, в пиролизное масло. Обычно воду, испарившуюся, например, в сушилке, конденсируют или отводят в атмосферу. Когда испарившаяся вода содержит органические продукты сухой перегонки, применение данного способа становится проблематичным из-за вредных воздействий на окружающую среду, например сильных запахов. Кроме того, известные установки не позволяют применять различные технологические потоки, потоки побочных продуктов и нежелательные промежуточные/конечные продукты в данном способе эффективным образом.
Кроме того, из патента FI 117512 того же заявителя ранее было известно объединение пиролизера и котла для сжигания в один агрегат.
Задача изобретения
Задачей данного изобретения является устранение вышеупомянутых проблем и описание новой установки для ее применения в получении продукта пиролиза.
Краткое изложение сущности изобретения
Отличительные признаки установки согласно данному изобретению представлены в формуле изобретения.
Изобретение основано на установке для получения продукта пиролиза гибким образом. Данная установка включает реактор пиролиза для получения фракций продукта пиролиза из исходного материала посредством быстрого пиролиза, конденсационное устройство для конденсации газообразных фракций продукта пиролиза, главным образом, в жидкие фракции продукта пиролиза, котел для сжигания для получения энергии в форме тепла, электричества, пара или газа, причем реактор пиролиза соединен с котлом для сжигания, и подающие устройства для подачи исходных материалов в реактор пиролиза и в котел для сжигания. Согласно данному изобретению, установка включает по меньшей мере одно разделяющее устройство, по существу соединенное с реактором пиролиза, для отделения других фракций продукта, например твердых и/или жидких фракций, от газообразных фракций продукта пиролиза после пиролиза и средства направления по меньшей мере части, предпочтительно, большей части фракций, отличных от газообразных фракций продукта пиролиза, из сепаратора в котел для сжигания.
В данном контексте термин "газообразные фракции продукта пиролиза" может относиться к смесям газа, пара и/или аэрозоля.
В одном из воплощений данного изобретения разделяющее устройство представляет собой циклон, дистиллятор, отстойник, отстойный бассейн, флотационное устройство, центрифугу, другой экстрактор и т.п. В одном из воплощений данного изобретения в качестве разделяющего устройства применяют комплексное решение, в котором применяют сочетание традиционного циклона, ударного сепаратора и отстойной камеры для отделения крупнозернистого материала, а циклон с полной подачей, например Cymic, Leka и т.п., расположенный во внутренней трубе циклона, применяют для отделения мелкозернистого материала. В одном из воплощений данного изобретения в качестве разделяющего устройства можно применять двухступенчатое разделяющее устройство, в котором один из разделяющих циклонов расположен внутри другого. В качестве разделяющего устройства можно применять любое известное разделяющее устройство, пригодное для данной цели.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства подачи потока, содержащего твердые вещества, или подфракции данного потока, т.е. потока фракции, отличной от газообразной фракции, который подают из разделяющего устройства в котел для сжигания, в реактор пиролиза, например в его подающее устройство, после разделяющего устройства.
Предпочтительно, реактор пиролиза, конденсационное устройство и разделяющее устройство по существу объединены с котлом для сжигания, т.е. образуют единый агрегат; топливо подают в котел для сжигания и сжигают, чтобы получить тепловую энергию, а в реакторе пиролиза из биомассы и/или аналогичного органического материала, содержащего летучие вещества, получают пиролизный пар, и его конденсируют в пиролизную жидкость в конденсаторе, а тепловую энергию или пар, которые были получены в котле для сжигания, извлекают, или направляют тепло в другие части установки, например в реактор пиролиза, например, в форме горячего теплоносителя. Согласно данному изобретению, в котел для сжигания и в реактор пиролиза подают оптимальные топливные смеси, чтобы повысить эффективность сжигания и пиролиза и выход продукта пиролиза, и только часть тепловой энергии, которая была получена в котле для сжигания, направляют в реактор пиролиза.
В одном из воплощений данного изобретения наблюдают за свойствами жидкого продукта пиролиза с помощью подходящих средств. Предпочтительно, соблюдение условия, что свойства продукта пиролиза удовлетворяют определенным критериям, обеспечивают через точные и заранее определенные интервалы, например, непрерывно. В одном из воплощений данного изобретения установка включает в сочетании с конденсационным устройством средства для наблюдения, предпочтительно, в режиме реального времени, за содержанием воды в жидком продукте пиролиза, который сконденсировали с помощью конденсационного устройства. В одном из воплощений данного изобретения содержание воды в жидком продукте пиролиза поддерживают ниже 25%. Например, если содержание воды в жидком продукте пиролиза возрастает, то температуру в конденсационном устройстве можно повысить с помощью регулирующего средства.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства направления неконденсируемых газовых фракций из конденсационного устройства в котел для сжигания. В одном из воплощений данного изобретения неконденсируемые газовые фракции направляют из конденсационного устройства в соединительную часть трубопровода между разделяющим устройством и котлом для сжигания. В одном из альтернативных воплощений данного изобретения неконденсируемые газовые фракции направляют из конденсационного устройства непосредственно в котел для сжигания. Предпочтительно, неконденсируемые газы, например пахучие газы, химические соединения и/или их водный раствор, например из сепаратора; конденсатора и/или сушилки, направляют в котел для сжигания, чтобы сжечь их. В качестве альтернативы неконденсируемые газы и т.п. можно направить на химическую регенерацию. С помощью вдувания, т.е. направления неконденсируемых газов в котел для сжигания можно регулировать, например, образование аэрозолей, которые легко могут вызвать проблемы в данном процессе.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства подачи газа-носителя в реактор пиролиза. В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства образования газа-носителя из газообразных продуктов сгорания из котла для сжигания и направления его в реактор пиролиза. Предпочтительно, воду удаляют из газообразных продуктов сгорания. Газообразные продукты сгорания можно очистить с помощью по существу известных способов и устройств, например электрического фильтра, с помощью различных типов промывателей и т.п.
В одном из воплощений данного изобретения газ-носитель содержит кислород в количестве от 1 до 7 об.%. В предпочтительном воплощении данного изобретения пиролиз осуществляют в реакторе пиролиза в присутствии кислорода.
В одном из воплощений данного изобретения в качестве газа-носителя применяют газообразные продукты сгорания, воздух, водяной пар или их смесь.
В предпочтительном воплощении данного изобретения газ-носитель пропускают через реактор пиролиза и не направляют его повторно на пиролиз.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства подачи кислорода, предпочтительно, в газ-носитель для пиролиза. В одном из воплощений данного изобретения в газ-носитель можно подавать дополнительный кислород, например, в форме воздуха. Путем повышения доли воздуха можно менять долю сжижаемых компонентов в продукте пиролиза относительно доли неконденсируемых фракций, согласно требуемому составу суммарного продукта. Таким образом, комплексное объединение котла для сжигания и реактора пиролиза можно применять в качестве установки типа газификатора.
Стабильность жидкого продукта пиролиза можно повысить путем включения кислорода в газ-носитель. Когда газ-носитель содержит, например, от 2 до 4 об.% кислорода, более реакционноспособные соединения вступают в реакцию еще до конденсации, и можно понизить увеличение вязкости жидкого продукта со временем. Таким образом можно повысить сохраняемость жидкого продукта пиролиза, предпочтительно увеличить продолжительность его хранения и повысить конкурентоспособность продукта.
В одном из воплощений данного изобретения газ-носитель также можно применять в качестве циркулирующего газа в котле для сжигания.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства подачи кислорода в котел для сжигания.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает по меньшей мере один вентилятор, который может представлять собой по существу любой известный вентилятор, например вентилятор для газообразных продуктов сгорания или для циркулирующего газа, эжектор и т.п., для подачи неконденсируемых газов и/или газообразных продуктов сгорания в котел для сжигания и/или для подачи газа-носителя в реактор пиролиза.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства для извлечения, дополнительной обработки, циркуляции в устройстве и/или использования фракций, полученных в различных частях установки, например фракций продукта, побочных продуктов и остатков. В одном из воплощений данного изобретения установка включает по меньшей мере одну соединительную часть трубопровода для направления выбранной фракции в реактор пиролиза, котел для сжигания и/или резервуар для хранения.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства направления по меньшей мере одного потока побочных продуктов, остатков и/или отходов в котел для сжигания. В одном из воплощений данного изобретения неконденсируемые газы из конденсационного устройства, фракции, отличные от газообразных фракций продукта, из разделяющего устройства, фракцию газообразных продуктов сгорания, поток отходов исходного материала, подаваемого в реактор пиролиза, и твердые вещества из конденсационного устройства можно направлять в котел для сжигания. Предпочтительно, различные фракции побочных продуктов, остатков и отходов пропускают через котел для сжигания.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства перемещения энергии из котла для сжигания в требуемую часть установки, например в реактор пиролиза, в сушилку, для повышения температуры и/или для их извлечения. Некоторое количество тепловой энергии, полученной во время сжигания, можно применять в реакторе пиролиза, например, с помощью теплоносителя, который нагревают в котле для сжигания. Из котла для сжигания нагретый и в то же время очищенный теплоноситель перемещают, например, при температуре от 700 до 900°C, в реактор пиролиза, чтобы передать на стадию пиролиза часть тепловой энергии, полученной во время сжигания. В качестве альтернативы тепловую энергию, полученную во время сжигания, можно извлекать, например, в форме пара, электричества или горячей воды.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает теплоноситель в качестве вещества-носителя для перемещения энергии из котла для сжигания в требуемую часть установки, например в реактор пиролиза или в сушилку. В одном из воплощений данного изобретения теплоноситель находится в форме твердого вещества, газа, пара или жидкости. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения теплоноситель выбирают из группы, включающей песок, пластовый песок, материал на основе оксида алюминия, другой материал для создания псевдоожиженного слоя и т.п.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства отделения теплоносителя в разделяющем устройстве и направления его в котел для сжигания, чтобы очистить и нагреть его. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения фракции, отличные от газообразных фракций, которые были отделены в разделяющем устройстве, содержат теплоноситель. Поток, содержащий твердые вещества, из разделяющего устройства в котел для сжигания можно регулировать с помощью по существу известных средств, например клапанов. В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства направления теплоносителя из котла для сжигания в реактор пиролиза. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения теплоноситель циркулирует из котла для сжигания в реактор пиролиза и из реактора пиролиза обратно в котел для сжигания через разделяющее устройство, выполненное в соединении сданным устройством.
В предпочтительном воплощении данного изобретения один и тот же теплоноситель, предпочтительно, пластовый песок, циркулирует в устройстве, по меньшей мере в котле для сжигания и в реакторе пиролиза. Предпочтительно, пластовый песок в то же время выступает и в качестве теплоносителя. В таком случае установка включает средства для создания разделенной циркуляции пластового песка. В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства направления фракции пластового песка, т.е. части потока, содержащего твердые вещества, который отделили в разделяющем устройстве, в реактор пиролиза после разделяющего устройства, например в теплоноситель или в исходный материал, подаваемые в реактор, или в подающее устройство.
Теплоноситель можно подавать из котла для сжигания в реактор пиролиза через подходящий клапан по существу известного типа, например механический, немеханический, запорный клапан, шнековый клапан или L-образный клапан.
В одном из воплощений данного изобретения между котлом для сжигания и реактором пиролиза расположен теплообменник для охлаждения или нагрева теплоносителя, направляемого из котла для сжигания в реактор пиролиза.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства наблюдения за температурой в реакторе пиролиза и ее регулирования. Предпочтительно, температуру в реакторе пиролиза и плотность суспензии в реакторе регулируют с помощью скорости подачи подаваемого теплоносителя, например, его количества, поступающего через подпиточный клапан, и с помощью температуры теплоносителя, например, путем ее регулирования в теплообменнике и в котле для сжигания. Например, если температура в реакторе пиролиза возрастает, то теплоноситель охлаждают или в реактор пиролиза подают холодный теплоноситель, по меньшей мере частично, например, из отдельного контейнера или потока из разделяющего устройства. В то же время можно регулировать содержание кокса в установке.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает средства приготовления смеси, предпочтительно, теплой смеси, исходного материала для реактора пиролиза и газа-носителя. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения горячие частицы теплоносителя из котла для сжигания направляют в смесь исходных материалов и газа-носителя в реакторе пиролиза. Поэтому в точке смешивания образуется область сильной турбулентности, т.е. возникает так называемый эффект мгновенного испарения, в результате чего можно быстро и эффективно инициировать пиролиз. Например, песок, который применяют в качестве теплоносителя, значительно тяжелее частиц углеводорода в исходном материале для пиролиза, и, следовательно, ускорение частиц песка приводит к более эффективному теплообмену и смешиванию газов в потоке смеси, что приводит к усиленному пиролизу.
В одном из воплощений данного изобретения установка включает сушилку, в которой топливо, подлежащее пиролизу, сушат с применением тепла, предпочтительно, до пиролиза. Предпочтительно, сушилка объединена с реактором пиролиза и/или с котлом для сжигания, и некоторое количество тепловой энергии, которую получили в котле для сжигания, применяют для сушки топлива, подлежащего пиролизу. Топливо можно сушить, например, с помощью горячих газообразных продуктов сгорания или горячего теплоносителя с применением тепловой энергии из котла для сжигания. Конечно, сушку также можно осуществлять другими способами. В качестве сушилки можно применять по существу любую известную сушилку, например низкотемпературную сушилку, такую как сушильный бункер и т.п.
В одном из воплощений данного изобретения котел для сжигания и реактор пиролиза объединены друг с другом таким образом, что между ними расположена разделяющая стенка.
Любое твердое топливо, например щепу лесоматериалов, кору, торф или уголь, или смесь нескольких видов топлива и т.д., которое сжигают, чтобы получить тепловую энергию, можно подавать в котел для сжигания, который, главным образом, предназначен для получения тепловой энергии, например электричества и пара. В одном из воплощений данного изобретения котел для сжигания оборудован устройством для рекуперации тепла.
В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения установка включает средства регулирования подачи в котел для сжигания. Предпочтительно, производительность котла для сжигания регулируют с применением системы регулирования самого котла на основе подачи топлива в котел для сжигания. Различные тепловые мощности потоков и фракций, направляемых из устройства для пиролиза, по величине соответствуют энергии, выделяемой пластовым песком в процессе пиролиза. Поэтому в котле для сжигания отсутствуют взаимные влияния, вызванные дополнительными потоками, которые следует подавать в него.
Топливо, подлежащее пиролизу и подаваемое в реактор пиролиза, предпочтительно представляет собой материал, содержащий древесину, биомассу и/или аналогичный органический материал, содержащий летучие вещества, например опилки, солома или пластмассовые отходы и т.д., которые подвергают пиролизу в пиролизный пар в реакторе пиролиза.
В одном из воплощений данного изобретения в котел для сжигания и в реактор пиролиза подают совершенно различные исходные материалы или смеси исходных материалов. В одном из воплощений данного изобретения в котел для сжигания и в реактор пиролиза подают по меньшей мере частично сходные исходные материалы или смеси исходных материалов.
Наиболее важные исходные материалы для пиролиза включают остаточные продукты лесоперерабатывающей промышленности, например щепу, опилки и обломки коры. Однако высокого выхода жидкости достигают только для сухого исходного материала из так называемой ядровой древесины без коры. Иными словами, из коры получают меньшее количество продукта пиролиза, который, кроме того, менее стабилен и легко разделяется на фазы. Поэтому нецелесообразно подавать один и тот же исходный материал в реактор пиролиза и в котел для сжигания. В особенно предпочтительном воплощении данного изобретения исходный материал, содержащий кору, направляют в котел для сжигания, чтобы получить энергию, а опилки направляют в реактор пиролиза, чтобы получить пиролизную жидкость. Кроме того, в котел для сжигания предпочтительно направляют, например, торф или уголь, чтобы полностью удовлетворить потребность в топливе.
В одном из воплощений данного изобретения реактор пиролиза представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с барботажным псевдоожижением и т.п., в который вместе с топливом, подлежащим пиролизу, и вместе с газом-носителем можно направлять материал для создания псевдоожиженного слоя или теплоноситель, который был очищен и нагрет в котле для сжигания и который выступает в качестве материала для создания псевдоожиженного слоя.
В одном из воплощений данного изобретения котел для сжигания представляет собой котел с псевдоожиженным слоем, в котором сжигают топливо и, например, кокс и неконденсируемые газы, а теплоноситель нагревают и очищают. Котел с псевдоожиженным слоем может представлять собой, например, барботажный котел или циркуляционный котел или их вариант или другой по существу известный котел.
С помощью установки согласно данному изобретению можно получать продукт пиролиза с более высокой эффективностью, чем в известных устройствах, поскольку получаемые потоки побочных продуктов и отходов можно превращать в котле для сжигания в тепло или в пар для получения энергии. В установке согласно данному изобретению в добавление к продукту пиролиза получают значительные количества тепловой энергии в качестве пригодного для использования продукта. Часть тепловой энергии из котла для сжигания применяют в реакторе пиролиза, если требуется, для сушки топлива, подлежащего пиролизу, и для сжигания неконденсируемых газов в котле для сжигания, а большую часть тепловой энергии извлекают, например, в форме пара. Не требуется дополнительная подача топлива в реактор пиролиза и, возможно, в сушилку; тепловой энергии, которую направляют из котла для сжигания, достаточно для поддержания процесса. С другой стороны, запас энергии в твердом веществе и углеродсодержащем материале, в неконденсируемых газах и в других потоках побочных продуктов можно применять в способе согласно данному изобретению путем сжигания их вместе с другими топливами в котле для сжигания. Горение вышеупомянутых потоков отходов в котле для сжигания не оказывает какого-либо неблагоприятного воздействия на функционирование котла для сжигания и на эффективность получения продукта. Вода и неконденсируемые газы, подаваемые в котел, не вызывают каких-либо проблем с точки зрения поддержания нормальной температуры в котле. Следовательно, подачу потоков отходов в котел для сжигания не нужно регулировать отдельно.
Данное изобретение обеспечивает преимущество, состоящее в том, что твердые вещества и неконденсируемые газы не направляют повторно в реактор пиролиза, а вместо этого перерабатывают их в котле для сжигания. Дополнительное преимущество состоит в направлении потоков отходов и побочных продуктов и, в частности, горючего вещества в котел для сжигания. После котла для сжигания в процессе отсутствуют потоки каких-либо горючих или загрязняющих веществ, что повышает безопасность процесса и его безвредность для окружающей среды. В установке согласно данному изобретению в основном все потоки остатков направляют через котел для сжигания, поэтому эффективность очистки является высокой. Кроме того, газ-носитель не направляют повторно в реактор пиролиза, а вместо этого направляют в котел для сжигания. Поэтому отсутствуют какие-либо проблемы, связанные с загрязнением газа-носителя. Следовательно, содержание кокса в реакторе пиролиза является низким вследствие того, что различные потоки не направляют повторно непосредственно в реактор пиролиза, как в решениях, известных из уровня техники.
С помощью установки согласно данному изобретению можно применять методику многостадийного разделения, чтобы достичь высокой эффективности отделения нежелательных фракций и можно было понизить износ установки.
Благодаря системе циркуляции через котел для сжигания согласно данному изобретению не засоряются такие части установки, как фильтры. Следовательно, с помощью данного изобретения можно применять более низкое технологическое давление, что облегчает подачу исходных материалов и теплоносителя.
Кроме того, решение согласно данному изобретению позволяет регулировать отключение реактора. Во время отключения можно сначала прекратить подачу топлива и теплоносителя в реактор пиролиза. Таким образом обеспечивают отсутствие взаимных влияний при эксплуатации котла для сжигания.
Список чертежей
В следующем разделе данное изобретение будет описано с помощью подробных примеров воплощений изобретения, со ссылкой на прилагаемый чертеж, где на Фиг.1 представлено одно из воплощений установки согласно данному изобретению.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1 представлена установка согласно данному изобретению для получения продуктов пиролиза; данная установка включает котел для сжигания, т.е. котел 1 с псевдоожиженным слоем для получения тепловой энергии, реактор быстрого пиролиза, т.е. пиролизер 2 для получения пиролизного пара, конденсационное устройство 3 для конденсации пиролизного пара и отдельные топливоподающие устройства 5 и 6 для подачи исходного материала в котел для сжигания и в пиролизер. Кроме того, данная установка включает циклон 4 для отделения твердых веществ и теплоносителя от пиролизного пара после пиролизера 2. Котел с псевдоожиженным слоем, пиролизер, конденсационное устройство и циклон объединены друг с другом таким образом, как представлено на чертеже. Пиролизер объединен с котлом с псевдоожиженным слоем посредством их соединения.
Большую часть топлива, например угля, торфа, бурого угля или горючего сланца, подают с помощью подающего устройства 5 в котел 1 с псевдоожиженным слоем. Кроме того, подающее устройство 5 выполнено с возможностью подачи меньших количеств щепы лесоматериалов или коры в котел для сжигания. В котел 1 с псевдоожиженным слоем также подают воздух 22. Подающее устройство 6 выполнено с возможностью подачи, например, материала, содержащего древесину, биомассы, например, торфа, опилок или соломы, или органического вещества в пиролизер 2.
В пиролизере 2 из топлива, подлежащего пиролизу, получают пиролизный пар посредством быстрого пиролиза при температуре от 300 до 800°C. В данном воплощении установки пиролизер представляет собой циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем. Тепловую энергию из котла 1 с псевдоожиженным слоем направляют в пиролизер 2 в форме горячего пластового песка через циклон для циркуляции внутреннего материала, трубу 9 для передачи песка и L-образный клапан. В данном воплощении изобретения размер зерна в пластовом песке значительно превышает 0,5 мм. В трубу 9 для передачи пластового песка можно установить теплообменник, чтобы регулировать температуру песка до пиролизера 2. Песок и остаток углерода повторно направляют в котел 1 с псевдоожиженным слоем из разделяющего устройства 4.
Твердое вещество и углеродсодержащее вещество, например песок и кокс или смолу, отделяют от полученного пиролизного пара в циклоне 4. Отделенные твердое вещество и углеродсодержащее вещество 13 направляют в котел 1 для сжигания, чтобы сжечь их. Часть твердых веществ, фракцию 20, можно направить в пиролизер 2 через трубопровод 9 или в качестве альтернативы из подающего устройства пиролизера. В котле 1 для сжигания пластовый песок регенерируют и нагревают, а другие потоки материала сжигают. Нагретый песок повторно направляют в пиролизер 2.
Из циклона 4 пиролизный пар направляют в конденсационное устройство 3, где горячий пиролизный пар конденсируют и разделяют поэтапно на фракции в жидкий продукт 12 пиролиза. Неконденсируемые газы, химические соединения и/или их водный раствор направляют в котел 1 с псевдоожиженным слоем через циркуляционную трубу 10, чтобы сжечь их, или выводят наружу через трубу 11. Неконденсируемые газовые фракции, химические соединения и/или их водный раствор направляют из конденсационного устройства 3 в соединительную часть трубопровода между циклоном 4 и котлом 1 для сжигания, где их смешивают с фракцией 13 на основе твердых веществ, или в качестве альтернативы их направляют непосредственно в котел для сжигания из эжектора 18. Эжектор 18 установлен в циркуляционной трубе 10 для вдувания неконденсируемых газов и/или фракции 19 газообразных продуктов сгорания, направленной из котла для сжигания, в котел для сжигания, если потребуется. Неконденсируемые газовые фракции, химические соединения и/или их водный раствор сжигают в котле с псевдоожиженным слоем вместе с другими топливами.
Кроме того, установка может включать фильтр для отделения более мелких твердых частиц 21 от пиролизного пара.
Общее количество твердого вещества и углеродсодержащего вещества 13, направляемых из циклона 4, и неконденсируемых газов 1.0 значительно меньше 50% от общего количества исходного материала, подаваемого в котел для сжигания.
Из котла 1 для сжигания газообразные продукты сгорания можно направить в электрический фильтр 7. По существу чистые газообразные продукты сгорания после электрического фильтра направляют в пиролизер 2, где они выступают в качестве газа-носителя, в эжектор 18, или их выпускают из устройства 15. Чистые газообразные продукты 14 сгорания направляют в теплообменник 8, где их нагревают, и из газа удаляют воду 16. Из теплообменника газ-носитель 14, который содержит приблизительно от 2 до 6 об.% кислорода, направляют в пиролизер 2 или в эжектор 18 с помощью вентилятора 24. Вентилятор работает в атмосфере, по существу не содержащей смол. Температура газообразных продуктов сгорания на данной стадии составляет приблизительно 120°C. Если требуется, в газ-носитель 14 можно добавить воздух 17 для повышения содержания кислорода. В данном способе применяют производство под давлением. Давление газа-носителя и, следовательно, давление в реакторе пиролиза можно регулировать с помощью вентилятора 24 и эжектора 18. Уровень давления в реакторе пиролиза предпочтительно регулируют таким образом, чтобы в подающем устройстве реактора пиролиза давление было близким к атмосферному давлению, чтобы избежать проблем с подачей.
Исходный материал для пиролизера 2 смешивают с газом-носителем 14. Горячий песок из котла 1 для сжигания направляют в данную смесь. Это приводит к так называемому эффекту мгновенного испарения и к эффективному инициированию пиролиза.
Котел 1 с псевдоожиженным слоем дополнительно включает устройство для рекуперации тепла, например устройство для рекуперации/использования пара, теплообменник или циклон для циркуляции внутреннего материала, для извлечения полученной тепловой энергии или нагретого теплоносителя.
Установка может включать сушилку для сушки исходного материала, подлежащего пиролизу. Сушилку можно объединить с установкой путем их соединения или она может представлять собой отдельное устройство. В качестве теплоносителя в сушилке можно применять либо газообразные продукты сгорания из котла для сжигания либо песок, направленный из котла для сжигания. Неконденсируемые газы, испарившуюся воду и, если требуется, улетучившиеся химические соединения и пахучие газы предпочтительно направляют из сушилки в котел с псевдоожиженным слоем, чтобы сжечь их. По существу любую известную сушилку, например смешивающую сушилку, можно применять в качестве сушилки, поэтому она не описана более подробно в данном контексте,
Также установка может включать по меньшей мере одну регенерационную установку для извлечения химических соединений, отделенных в различных частях установки, для их возможного последующего использования. Химические соединения используют с помощью по существу известных способов, которые не описаны более подробно в данном контексте. Потоки остатков и отходов из регенерационной установки можно направить в котел для сжигания.
С помощью установки согласно данному изобретению наиболее ценную и подходящую часть исходного материала можно применять в качестве материала, подлежащего пиролизу, а менее подходящую с точки зрения пиролиза часть можно подавать в котел для сжигания. Исходный материал можно разделять на фракции с помощью по существу известных способов. Например, материалы, подаваемые в пиролизер 2, можно сортировать с помощью по существу известной сортировочной машины, с помощью оптического сепаратора или аналогичным образом до пиролизера, а так называемую отбрасываемую фракцию 23 можно направить в котел 1 для сжигания.
Установка согласно данному изобретению подходит для применения в различных воплощениях данного изобретения для получения различных видов продуктов пиролиза и для получения энергии, например тепловой энергии.
Данное изобретение не ограничено только приведенными выше примерами; в качестве альтернативы возможны многие вариации в пределах сущности и объема изобретения, определенные формулой изобретения.