СПОСОБ ПИРОЛИЗА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PYROLYSIS OF ORGANIC GRANULAR MATERIALS AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения, например измельченного торфа, опилок, угля, шелухи, косточек и других отходов с получением полукокса и газов пиролиза.
Известен способ сушки и пиролиза измельченного угля во взвешенном слое (RU 2051094, С01В 31/08).
Недостатком известного способа является повышенный унос продукта эвакуируемой газовой средой, громоздкость установки для реализации способа и повышенные энергозатраты на поддержание взвешенного слоя.
Известен способ пиролиза с использованием механической транспортировки пиролизуемого материала по винтовому каналу (RU 2321612, С10В 49/4; С01В 31/08), а также способ пиролиза с механической транспортировкой материала при помощи вращающегося вала с лопатками (RU 2174098, С01В 31/08).
Недостатком известных способов является передача тепла только теплопроводностью и небольшая реакционная поверхность малоподвижного пиролизуемого материала.
Известен способ обезвреживания жидких отходов (SU 1702099, F23G 7/04), при котором дожигание ведут во встречных соударяющихся закрученных вихревых потоках дымовых газов (прототип способа).
Недостатком известного способа при его использовании для пиролиза мелкофракционного материала является повышенный унос и большие энергозатраты на создание высокоскоростных соударяющихся потоков.
Известна коксовая печь (RU 2299899, С10В 9/00), выполненная в виде двух сопряженных равнонаклонных камер коксования, имеющих общую вершину, над которой расположено загрузочное устройство, а под камерами коксования имеются обогревательные каналы и образованный стенками камер коксования канал треугольной формы для отвода продуктов горения (прототип устройства).
Недостатком известного устройства является то, что тепло в объеме коксуемого продукта передается только теплопроводностью, реакционная площадь его минимальна, а продвижение коксуемого материала по наклонной стенке не надежно и зависит от его физических свойств и состава.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности, эффективности и производительности пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения и получение качественного состава газов пиролиза и полукокса.
Поставленная цель достигается тем, что процесс ведут в вихревых соударяющихся потоках пиролизуемого материала, для чего в качестве побудителя соударяющихся вихревых потоков используют механический шнековый разгон и раскрутку материала за счет центробежных сил, кроме того, воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющийся вихревой поток и обеспечивают контролируемое разрежение в реакционной зоне.
Вихревое движение потоков пиролизуемого материала позволяет максимально увеличить его активную поверхность, а соударение потоков при встречном движении обеспечивает максимально возможную относительную скорость, что способствует усиленному тепло-массообмену в зоне пиролиза.
Механический разгон пиролизуемого материала позволяет уйти от использования пневмотранспорта, что позволяет до минимума снизить унос и расход энергии на транспорт материала, а раскрутка материала в процессе его поступательного движения позволяет активизировать процесс пиролиза еще до соударения потоков материала.
Ввод воздуха на горение части газов пиролиза непосредственно в соударяющийся вихревой поток при контролируемом разрежении обеспечивает подсос воздуха в реакционную зону в количестве, необходимом для поддержания любого требуемого уровня температур, а также быструю эвакуацию газов пиролиза из реакционной зоны, что минимизирует эффект вторичного высокотемпературного пиролиза летучих, снижающий выход жидких продуктов из газов пиролиза при последующей их химической переработке на жидкое топливо.
На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.
Способ реализуется в устройстве, которое содержит загрузочный люк 1, люк для эвакуации газов пиролиза 10. Две камеры пиролиза 2 размещены по обе стороны камеры сгорания 3. Боковые стенки камер пиролиза 2 выполнены перфорированными и сходятся вверху полукругом, образуя между собой пространство камеры сгорания 3 в форме горизонтально расположенного полуцилиндра. На боковых стенках камер пиролиза друг над другом на расстоянии между осями по высоте не более 1,2 диаметров навивки размещены два шнековых транспортера 4. Транспортеры открыты сверху и выполнены: верхний - со встречной навивкой в центре и на обоих концах, нижний - со встречной навивкой в центре.
Камера сгорания 3 снабжена пусковой горелкой 8, снизу она ограничена подом 6, выполненным по листу между воздуховодами 7, под которым размещен коксоохладитель 5 с люком 11 для вывода твердых продуктов пиролиза.
Воздуховоды 7 снабжены регулирующими устройствами 9 и служат опорными конструкциями устройства.
Изобретение имеет следующие отличия от прототипов:
- процесс пиролиза ведут в вихревых соударяющихся потоках материала, для чего в качестве побудителя соударяющихся вихревых потоков используют механический шнековый разгон и раскрутку материала за счет центробежных сил;
- воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющиеся вихревые потоки, а процесс пиролиза ведут под регулируемым разрежением;
- каждая камера пиролиза устройства снабжена шнековыми транспортерами в количестве не менее двух, располагающимися на обеих перфорированных стенках, отделяющих камеру сгорания от камер пиролиза, при этом транспортеры размещены друг над другом на расстоянии между осями не более 1,2 диаметров навивки, открыты сверху, причем верхний транспортер выполнен со встречной навивкой в центре и на обоих концах, а нижний - со встречной навивкой в центре;
- подводящие воздуховоды выполнены в пределах камеры сгорания перфорированными и снабжены регулирующими устройствами;
- коксоохладитель расположен под основанием камеры сгорания перпендикулярно оси транспортеров и выполнен в виде охлаждаемого шнека.
Способ пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом.
Режим пуска.
Включается пусковая горелка 8, горячие дымовые газы, разбавленные воздухом, поступающим в камеру сгорания 3 через перфорированные воздуховоды 7, проходят через перфорированные стенки в камеры пиролиза 2 и разогревают все устройство. Температура газов регулируется расходом подсасываемого воздуха при помощи устройства 9, разрежение в камерах пиролиза поддерживается, например, на уровне 20 Па вытяжкой через люк отвода газов пиролиза.
Исходное сырье, например измельченный торф, с заданным расходом непрерывно вводят в устройство через люк 1.
Торф попадает на вращающиеся верхние шнеки, например с числом оборотов 750 об/мин, транспортируется от периферии к центру, раскручивается центробежной силой у навивки шнека, соударяется в центре шнека с таким же встречным потоком, взлетает вверх, опускается на периферии верхнего шнека и снова повторяет движение к центру. Нижние шнеки также раскручены от периферии к центру и пока пусты.
На фиг.2 стрелками показано движение материала. На фиг.1 стрелками показано движение материала через коксоохладитель и дымовых газов пусковой горелки и воздуха в камере сгорания.
После прогрева и появления газов пиролиза пусковая горелка отключается, а расход воздуха в устройство корректируется по заданной температуре процесса за счет горения появившихся газов пиролиза.
Режим нормальной работы.
Верхние и нижние шнеки одновременно реверсируют, в результате чего пиролизуемый материал направляется от центра к периферии верхних шнеков, где также имеется встречная навивка и узлы пересыпки с верхних шнеков на нижние.
Поскольку вращение нижних шнеков от центра к периферии не позволяет отводить продукт с верхнего шнека (запирает его), над узлом пересыпки также возникают соударяющиеся потоки, вызываемые встречным движением пиролизуемого продукта с разнонаправленных навивок на периферии верхних шнеков.
Расстояние между осями шнеков по высоте 1,2 диаметра навивки является оптимальным для совместной работы шнеков при организации узла пересыпки и вихревого движения на периферии верхних шнеков.
При следующем реверсе всех шнеков верхние шнеки снова транспортируют пиролизуемый продукт к центру, как и в пусковой режим, а нижние шнеки при этом реверсе через патрубок, расположенный по оси, часть просыпавшегося на узле пересыпки продукта выгружают в коксоохладитель 5.
Реверсы повторяются через определенное время, например, через каждые 2 минуты.
Таким образом, заявляемые способ позволяет организовать эффективное многотоннажное производство, а устройство не сложно в эксплуатации, технологично в изготовлении, надежно в работе, легко поддается автоматизации.
Выводимый через люк 11 полукокс имеет стабильные свойства, а газы пиролиза могут быть использованы для получения жидкого топлива.