СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА СИНТЕЗ-ГАЗА В ВЕРТИКАЛЬНОМ РЕАКТОРЕ ГАЗИФИКАЦИИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.
METHOD FOR PRODUCTION AND CATALYTIC CRACKING OF SYNTHESIS GAS IN VERTICAL CONTINUOUS GASIFICATION REACTOR

Изобретение относится к способу термической деструкции органических веществ и отходов с получением синтез газа без жидкой фракции.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является патент RU 2725434 С1, опубликованный 02.07.2020). Способ включает подачу сырья с размером фракции 1-30 мм шнековым транспортером, снабженным частотным приводом, в вертикальную камеру подачи сырья, включающую ротор с лопатками, перемещение сырья снизу вверх через камеру, разогретую до 900-950°С, в которой сырье распадается на кокс и газовую составляющую, перемещение самотеком кокса сверху вниз по накопителю, соединенному с верхней частью камеры подачи сырья, в шнековый спиральный транспортер, оборудованный водяной рубашкой, перемещение кокса по транспортеру снизу вверх под наклоном 28-32° к горизонтали и одновременное охлаждение, выгрузку охлажденного кокса в накопительный бункер, выведение газовой составляющей из верхней части камеры посредством патрубка вниз обратно в зону вторичного нагрева камеры горения, повторное воздействие на газы температурой 930-980°С в течение 1,5 секунд и выведение газов из нижней части патрубка в систему дальнейшей обработки перед использованием.
Основными недостатками и отличием данного способа являются:
1. Деструкция органики и крекинг синтез газа проходит в двух установках: пиролизном реакторе и системе рекуператоров. Система четырех рекуператоров по габаритам в несколько раз превышает реактор. - Потребуются дополнительные площади. Большие габариты рекуператоров приведут к дополнительным теплопотерям.
2. Высокотемпературный рекуператор будет забивается сажей, выделяющейся в процессе крекинга синтез газа. - Это отразится на качестве газа, работа реактора станет циклической и может привести к прогоранию рекуператора.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разработке технологии, обеспечивающей максимальную очистку сырья (сын-газ и кокс), получаемого в результате термической переработки органических отходов.
Поставленная задача решается конструктивными компонентами комплекса, осуществляющего термическую переработку, позволяющими управлять временем нахождения исходного материала в реакторе и удалить все летучие компоненты из сырья, насытив этим газ и улучшив пористые свойства кокса, и упростить процесс дальнейшей очистки газа. Кроме того, в предлагаемом способе используется упрощенная по сравнению с известными комплексами конструкция с высокой производительностью.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, заключается в повышении степени очистки продуктов термической переработки органических отходов перед их дальнейшей обработкой, в том числе способ позволяет удалить все летучие компоненты из кокса перед его активацией и разрушить смолистые соединения из газа перед его дальнейшей очисткой.
Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа термической деструкции сыпучей органики, включающей этапы, на которых сырье размером фракции 1-5 мм подают шнековым транспортером, снабженным частотным приводом, в вертикальный реактор, включающий ротор с лопатками, размещенными с одинаковым шагом от нижних лопаток к верхним, посредством вращательного движения которых сырье перемещают снизу вверх, проходя через камеру, разогретую до 750-850°С, где сырье распадается на кокс и газовую составляющую. Далее кокс, смешанный с газом, перемещается в верхнюю часть реактора, разогретую до 980-1000°С и представляющую собой зону крекинга. Время нахождения смеси в зоне крекинга от 0.5 до1.5 секунды, после чего смесь газов по патрубку поступает на охлаждение и очистку перед дальнейшим использованием. Кокс перемещается самотеком через выгрузное окно в низ по накопителю, в шнековый спиральный транспортер, оборудованный водяной рубашкой и установленный под углом 45° к горизонту. Кокс, перемещаясь по транспортеру с низу в верх охлаждается и выгружается в накопительный бункер.
На шнековый транспортер установлен частотный привод, который позволяет управлять расходом сырья и производительностью установки, зависящей от времени нахождения сырья в реакторе, что обеспечивает удаление всех летучих компонентов из сырья и улучшение пористых свойств кокса, получающегося в результате термической переработки сырья, а также временем крекинга синтез газа. Лопатки вертикального вала, размещенные с одинаковым шагом, способствуют перемещению сырья вверх с одновременным перемешиванием, стабилизируют поток, сдерживают преждевременный вынос газом сырья из реактора, управление приводом осуществляется частотным преобразователем. Повторный нагрев смеси до 950-1000’С обеспечивает максимальное отделение летучих компонентов от кокса с передачей их в получаемый газ и обеспечивает процесс каталитического крекинга газа, при котором все смолянистые соединения (нафталиновые и парафиновые фракции) распродаются на простые газы и сажу. Катализатором служит кокс, образовавшийся в процессе пиролиза органики, поданной в реактор. Для герметизации камеры реактора, транспортер установлен под углом 45 градусов к горизонту.
Далее решение поясняется ссылками на фиг. 1, на которой приведена схема технологической установки, посредством которой осуществляется способ.
Твердое сырье 1 (шелуха семян, опилки, уголь и т.д.) размером не более 5 мм и влажностью не более 12% подается шнековым транспортером 2 в вертикальную камеру реактора 3. Шнек 2 снабжен частотным приводом и управляет расходом сырья и производительностью установки, которая составляет от 0,5 до 3,0 т/ч.
Далее сырье, вращающимся валом 5 с помощью направляющих лопаток 6 с подпором от шнекового транспортера 2, движется в верх по пиролизной зоне I реактора, разогретой дымовыми газами горелки до 750-850°С. Температура регулируется производительностью горелки 7 и дымососа 8, чем больше производительности, тем выше температура в зоне пиролиза. При температуре более 850°С процесс пиролиза из экзотермического переходит в эндотермический, что приводит к значительному увеличению расхода топлива и снижению скорости реакции (деструкции). Расстояние между лопатками 6 одинаково на всей длине вала 5, это позволяет, управляя частотой его вращения, управлять процессами в зоне крекинга и пиролиза. Например, увеличение скорости вращения вала 5 приведет к более активному перемешиванию продукта в зоне пиролиза, а быстрое вращение лопаток 6 в зоне крекинга стабилизирует поток, сдержит преждевременный выброс кокса из реактора. Лимитирует скорость прохождения сырья по всей длине реактора шнековый транспортер 2 с частотным приводом. В процессе движения вверх сырье быстро нагревается, благодаря оригинальной конструкции корпуса реактора 3, площадь контакта (абляции) продукта с разогретым металлом увеличена в два раза за счет прошивки корпуса реактора 3 пластинами 4 находящимися одновременно в контакте с дымовыми газами и с продуктом пиролиза. Прогретый без доступа кислорода продукт подвергается распаду (деструкции) на углеродный остаток (кокс), водород, угарный газ и простейшие органические газы (метан, этан и другие углеводороды с примесями).
Далее кокс смешанный с газом, под действием лопаток 6 и выделившегося газа, перемещается в верхнюю часть реактора (зону крекинга II), разогретую до 980-1000°С, регулируется температурой топочных газов в горелке 7. Повторный нагрев смеси в зоне крекинга до 950-980°С обеспечивает максимальное отделение летучих компонентов от кокса с передачей их в получаемый газ и обеспечивает процесс каталитического крекинга газа где все смолянистые соединения (нафталиновые и парафиновые фракции) распадаются на простые газы и сажу . Катализатором служит кокс, образовавшийся в процессе пиролиза сырья 1 поданной в реактор. Время нахождения смеси в зоне крекинга от 0.5 до1.5 секунды, устанавливается в зависимости от состава перерабатываемого продукта 1, регулируется производительностью шнекового транспортера 2. После крекинга смесь газов по патрубку 9 поступает на охлаждение и очистку перед дальнейшим использованием. Кокс перемещается самотеком через выгрузное окно в низ по накопителю, в шнековый спиральный транспортер 11, оборудованный водяной рубашкой 10. Для герметизации камеры реактора 3, транспортер 11 установлен под углом 45 градусов к горизонту. Кокс, перемещаясь по транспортеру 11 с низу в верх охлаждается до 40°С и выгружается в накопительный бункер.
Все процессы, протекающие в установке, оптимизированы для максимального удаления летучих углеводородов из сырья и получения качественного однородного кокса для его дальнейшей активации до активированного угля, а также получение синтез газа. Сингаз может быть использован в качестве газового топлива в сторонних системах. Изобретение обладает большой гибкостью и позволяет широко управлять температурой, производительностью, скоростью перемешивания в зоне реакции.
Основным отличием и преимуществам от всех известных установок является эффективное совмещение двух процессов в одной установке: процесса пиролиза и каталитического крекинга синтез газа в вертикальном реакторе непрерывного действия.
Полученный в зоне пиролиза кокс прогревается в зоне крекинга до температуры 950°. С и выполняет функции катализатора, теплоносителя, фильтра для выделенной сажи в процессе крекинга синтез газа. Достигнуто за счет двухкратного увеличения площади поверхности абляции (установка в корпус реактора пластин находящихся в двух камерах нагрева и пиролиза одновременно).
За счет отсутствия жидкой фракции нет необходимости в оборудовании для ее обработки.