РЕАКТОР БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области переработки различных твердых материалов, таких как древесина, солома, лигнин, отходы резины, твердые нефтешламы и др., содержащих углеводороды, а именно к оборудованию для получения углистого вещества, пиролизных газов и пиролизных жидкостей.
Известен, например, реактор быстрого пиролиза торфа, содержащий трехсекционную рабочую камеру с выводами для подачи сухого торфа, выхода кокса и отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа. Внутри рабочей камеры горизонтально установлены две цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, и заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, расположенные по одной в каждой из трех секций рабочей камеры. Вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры. Вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции камеры. Одна из цилиндрических газовых горелок и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина расположены в верхней секции рабочей камеры, а вторая цилиндрическая газовая горелка и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина - в средней секции, при этом наклонные металлические пластины реактора расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны. (RU 2293104 С1, 10.02.2007).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, в результате чего увеличивается время проведения процесса пиролиза, а также значительные энергозатраты, необходимые для проведения процесса пиролиза.
В основе создания полезной модели лежит задача по разработке реактора быстрого пиролиза на основе аппарата со встречными закрученными потоками, выполняющего одновременно две функции: пиролиза и сепарации. В задачу создания такого реактора входит также повышение его производительности.
Технический эффект заключается в том, что сокращается время проведения процесса пиролиза, снижаются затраты па тепловую энергию и теплопотери за счет снижения гидравлического сопротивления линии пиролиза, а также снижается материалоемкость реактора. Повышение производительности аппарата обеспечивается тем, что отпадает необходимость очистки стенок реактора от кокса, так как твердые или расплавившиеся частицы не касаются стенок реактора.
Технический эффект достигается тем, что внутри корпуса реактора быстрого пиролиза размещены верхний и нижний патрубки для одновременной подачи газовзвеси, причем верхний патрубок расположен под углом к оси реактора, а нижний патрубок снабжен закручивателем и отбойной шайбой и размещен симметрично в корпусе реактора. Оба патрубка снабжены регулирующими задвижками и расходомерами. В верхней части корпуса реактора симметрично его осевой линии расположен также выходной патрубок для выхода пиролизного газа на переработку и в кожух утилизации тепла, причем в нижней части корпуса реактора размещен силос-охладитель с образованием щели для выхода готового продукта, расположенной между внутренними стенками корпуса реактора и отбойной шайбой нижнего патрубка. Силос-охладитель снабжен трубами в виде змеевика для подачи охлаждающей жидкости, и шнеком для выгрузки готового продукта.
Технический эффект достигается также тем, что экспериментальным путем установлены определенные технологические параметры, а именно: соотношение высоты верхней части корпуса реактора к его диаметру, которое составляет от 3:1 до 5:1; угол наклона верхнего патрубка к оси реактора, который составляет 60°-90°; соотношение диаметра реактора к диаметру верхнего и нижнего патрубков, которое составляет 2:1; соотношение диаметра реактора к диаметру отбойной шайбы, которое составляет 2:1.
Если соотношение высоты верхней части корпуса реактора к его диаметру меньше, чем 3:1, то заметно уменьшается время пребывания частиц в реакторе, что влияет на полноту или степень завершенности реакции и в этом случае не обеспечивается нужная степень пиролиза.
Если соотношение высоты верхней части корпуса реактора к его диаметру больше, чем 5:1, то снижается степень сепарации твердых частиц, т.е. возрастает унос углистого вещества. В результате падает производительность и осложняется очистка газов от углистого вещества.
Если угол наклона верхнего патрубка к оси реактора меньше 60°, то снижается время пребывания частиц в реакторе, необходимое для завершения реакции быстрого пиролиза.
Если угол наклона верхнего патрубка к оси реактора больше 90°, то в корпусе реактора образуются вихревые потоки, препятствующие движению частиц вниз. При этом не происходит разделение потока на твердые и газообразные составляющие.
Если соотношение диаметра реактора к диаметру верхнего и нижнего патрубков составляет более, чем 2:1, то это приводит к увеличению затрат на движение потоков. Если эта величина меньше, чем 2:1, то снижается крутка и увеличивается унос твердых частиц.
При соотношении диаметра реактора к диаметру отбойной шайбы больше или меньше, чем 2:1 не обеспечивается нужная степень сепарации.
Экспериментально установлено, что вся заявленная совокупность конструктивных признаков и технологических параметров является новой и способствует достижению технического результата и в итоге решает поставленную задачу.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид устройства.
Реактор быстрого пиролиза твердых материалов содержит корпус 1, внутри которого размещены верхний 2 и нижний 3 патрубки для одновременной подачи газовзвеси. Верхний патрубок 2 расположен под углом к оси реактора. Нижний патрубок 3 снабжен закручивателем 4 и отбойной шайбой 5 и размещен симметрично в корпусе 1. Верхний и нижний патрубки 3 и 4 снабжены регулирующими задвижками 6 и расходомерами 7. В верхней части корпуса 1 реактора симметрично его осевой линии расположен также выходной патрубок 8 для выхода пиролизного газа на переработку и в кожух утилизации тепла 9. В нижней части корпуса 1 реактора размещен силос-охладитель 10 с образованием щели 11, расположенной между внутренними стенками корпуса 1 реактора и отбойной шайбой 5 нижнего патрубка 3. Силос-охладитель 10 снабжен трубами 12 в виде змеевика для подачи охлаждающей жидкости и шнеком 13 для выгрузки готового продукта.
Устройство работает следующим образом.
Газовзвесь, содержащая высушенное и измельченное сырье, подается одновременно в предварительно разогретый до температуры 600°С реактор быстрого пиролиза посредством верхнего 2 и нижнего 3 патрубков с помощью пирогаза. Соотношение потоков, проходящих через верхний и нижний патрубки, обеспечивается задвижками 6 и расходомерами 7. В реакторе потоки закручиваются верхним и нижним патрубками 2 и 3 и закручивателем 4 в одну сторону. Для осуществления процесса пиролиза в зависимости от вида перерабатываемого сырья устанавливается температура, равная 600-750°С. При температуре 600°С происходит процесс низкотемпературного пиролиза, а при температуре 750°С - процесс высокотемпературного пиролиза. Время пребывания измельченного сырья в реакторе составляет одну секунду. Время пиролиза совпадает со временем пребывания твердых частиц сырья в камере реактора. Твердые частицы (углистые частицы) выгружаются самотеком снизу через щель 11 и попадают в силос-охладитель 10, где охлаждаются до температуры 50°С. Охлажденное углистое вещество направляется шнеком 13 на упаковку.
В результате пиролиза образуется пиролизный газ и в реакторе осуществляется сепарация твердой и газовой фаз. Пиролизный газ выходит из реактора через выходной патрубок 8 и направляется на дальнейшую переработку, и частично до 20% в кожух утилизации тепла, откуда вместе с основным потоком направляется на дальнейшую переработку.
Преимуществом разработанного и опробованного опытным путем реактора быстрого пиролиза является его компактность и выполнение одновременно двух функций: пиролиза и сепарации, что, в конечном итоге позволяет снизить затраты на тепловую энергию и теплопотери за счет снижения гидравлического сопротивления линии пиролиза, а также снизить металлоемкость реактора. Кроме того, повышается производительность реактора за счет того, что отпадает необходимость очищать стенки реактора от кокса.
В настоящее время изготовлен опытный образец реактора, который прошел испытания, подтвердил высокую надежность в эксплуатации и позволил решить все поставленные задачи.