СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЕРОДО-И АЗОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DESTRUCTION OF CARBON AND NITROGEN-CONTAINING RAW MATERIAL AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Область техники
Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом и относятся к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа.
Предшествующий уровень техники
Известен способ сжигания и сухой перегонки твердого топлива (Патент RU 2319065, МПК F23B 30/00, опубл. 10.03.2002), который включает загрузку топлива в камеру, нагревание его до температуры выхода летучих, разделение паровой и твердой фаз и сжигание последней в топке, причем перед помещением топлива в камеру ее нагревают изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих.
Недостатком способа является порционность сжигания и неспособность контролировать полноту и глубину сгорания топлива, а также неспособность регулировать выделение тепловой энергии, невозможность получать и отводить топочный газ для дальнейшего его использования.
Известно устройство для переработки твердых горючих ископаемых (Патент RU 2342421, МПК C10B 53/06, опубл. 27.05.2012), которое содержит реактор, на входе соединенный с загрузочным бункером, на выходе - с отводящим каналом для парогазовой смеси, топку, снабженную отводящим каналом, а также питатель, расположенный перед топкой. Реактор содержит корпус с размещенным в нем механизмом для перемешивания и перемещения твердого топлива шнеком по длине корпуса. Корпус соединен с герметизирующей камерой.
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет учитывать особенность исходного сырья и, как следствие, качество выходного газа, происходящие реакции неконтролируемы, а на протяжении всего периода в процессе участвуют внешние источники тепла.
Известен способ многоступенчатого разложения твердого топлива окислением и устройство для осуществления способа (Патент RU 2459144, МПК F23B 30/06, опубл. 20.08.2012), который включает непрерывную подачу топлива в цилиндрический корпус с предварительным сжатием и нагревом исходного топлива до температуры начала активной реакции окисления. Топливо подают, перемещая его шнеком вдоль оси зоны окисления и предварительного нагрева с температурой 350-750°C и давлением 0-1 МПа, зоны основного окисления с температурой 500-1000°C, давлением 0,5-5 МПа. Далее топливо подается в зону разрежения с температурой 700-1500°C и давлением 0-(-0,9) МПа. После зоны разрежения через один патрубок выходит зольный остаток, а через другой патрубок - выходной газ с заданными физико-химическими свойствами.
Устройство для осуществления способа состоит из приемного бункера, цилиндрического корпуса с расположенным внутри шнеком с переменным шагом и разрывами по зонам окисления. Над зонами окисления выполнены патрубки ввода окислителя. На противоположном конце корпуса расположены патрубок вывода газа с заданными характеристиками с находящимся внутри патрубка вакуумным насосом и патрубок вывода зольного остатка.
Недостатком известного технического решения является недостаточная степень разложения сырья, а также сложность управления процессом создания одновременно локального давления и локального разрежения с одновременной регулировкой перепада давлений по зонам.
Сущность изобретения
Задача изобретения - создание эффективного способа и устройства разложения твердого топлива и получение тепловой энергии, топочного газа и синтез-газа с заданными физико-химическими свойствами, температурой, давлением.
Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья, включающий подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создания разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка.
Технический результат в части способа, включающего подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создания разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка, согласно предложенному решению, достигается тем, что внутреннюю полость корпуса предварительно прогревают перед подачей сырья в канал загрузки, поступающее непрерывно из канала загрузки сырье перемещают с помощью шнека и последовательно направляют в камеру начального разложения, нагревая до температуры 120-340°C с давлением 600-500 КПа, образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ отводят через газоотводную сетку в камеру дожига, подавая в нее дозировано кислород в составе воздуха до получения оксидов CO, NO, далее сырье подвергают разрушению сначала в первой зоне при температуре 340-1000°C и давлении 600-700 КПа, а затем во второй зоне при температуре 1700°C и давлении 900-700 КПа, при этом разрежение в зонах регулируют изменением разрежения в трубках контура разрежения, принадлежащих соответствующей зоне, кислород в составе воздуха в ствол корпуса подают через окно зольного канала.
Технический результат в части устройства, включающего цилиндрический корпус, внутри которого размещен шнек, согласно предложенному решению, достигается тем, что внутренняя плоскость корпуса разделена газоотводной сеткой на приемную часть с камерой начального разложения и ствол с первой и второй зонами разрушения, причем приемная часть соединена с каналом загрузки и внутри нее расположен шнек с постоянным шагом, а каждая из зон соединена с соответствующими трубками контура разрежения, выход которого соединен с камерой дожита, на выходе цилиндрического корпуса установлена газовая горелка.
Кроме того, цилиндрический корпус и камеру дожига целесообразно снабжать контурами охлаждения.
Краткое описание чертежей
На рисунке представлен общий вид устройства.
Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, внутренняя полость которого разделена газоотводной сеткой 2 на приемную часть 3 с камерой начального разложения 4 и ствол 5 с первой и второй зонами разрушения 6 и 7. На входе корпуса 1 установлен гидравлический цилиндр 8, обеспечивающий возвратно-поступательное движение шнека 9, имеющего постоянный шаг, расположенного во внутренней полости приемной части 3. Приемная часть 3 соединена с каналом загрузки 10. Корпус 1 снабжен контуром разрежения 11, который соединен трубками 12 и 13 с первой и второй зонами разрушения 6 и 7, соответственно, и с камерой дожига 14, расположенной поверх корпуса 1. Ствол 5 корпуса 1 и камера дожига 14 снабжены контурами охлаждения 15 и 16. Ствол 5 корпуса 1 соединен с зольным каналом 17, а на выходе корпуса установлена газовая горелка 18 с пусковым эжектором 19. На входе корпуса 1 также установлен электрический мотор редуктор 20, обеспечивающий вращательное движение шнека (Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высшая школа, 1985., 451 с).
Осуществление изобретения
Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья осуществляется следующим образом. Предварительно прогревают внутреннее пространство цилиндрического корпуса 1 с помощью газовой горелки 18. Поступающее в приемную часть 3 из канала загрузки 10 сырье перемещают с помощью шнека 9 вращательным и возвратно-поступательным движениями, нагревая до температуры 120-340°, с давлением 600-500 КПа. Возвратно-поступательное движение шнека 9 осуществляют при достижении максимальной нагрузки при вращательном движении шнека 9.
Образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ за счет разницы давления отводят через газоотводную сетку 2 в камеру дожига 14, в которую подается кислород в составе воздуха через трубку окисления. Далее в стволе 5 корпуса 1 сырье подвергают сначала разрушению при температуре 340-1000°C и давлении 700-600 КПа, а затем разрушают при температуре не более 1700°C и давлении 900-700 КПа. Для окисления сырья осуществляют подачу кислорода в составе воздуха в ствол 5 корпуса 1 через окно зольного канала 17. Разрежение в зонах разрушения 6 и 7 регулируют изменением разрежения в трубках 12 и 13 контура разрежения 11, принадлежащих соответствующей зоне. При уменьшении или увеличении разрежения в каждой из трубок 12 и 13 увеличивается или уменьшается разрежение в зонах 6 и 7, а также регулируется температура в этих зонах, ускоряется или замедляется процесс разрушения. Полученный зольный остаток выводят через зольный канал 17.
Таким образом, реализация предложенного решения позволяет разрушать исходное сырье на углеводородные соединения плюс углерод до 97% от исходного сырья.