УСТАНОВКА ДЛЯ ПИРОЛИЗА ОРГАНОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к устройствам термической переработки измельченного углеводородного сырья и может найти применение в теплоэнергетике, в химической, лесоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
6
Известна установка для пиролиза углеводородного сырья, содержащая механизм загрузки сырья в виде бункера и загрузочного устройства, цилиндрическую печь с соосно установленными в ней полой камерой, пиролизной камерой в виде змеевика и трубой подвода воздуха, циклонную камеру с вентилятором, распределительное устройство и баллон с инертным газом (см. патент РФ №2240339 МПК С10В 1/04, С10В 53/08).
Недостатком данной установки является недостаточная эффективность работы установки. Указанный недостаток связан со значительной продолжительностью процесса взаимодействия частиц пиролизуемого сырья с продуктами пиролиза, так как процесс пиролиза протекает в режиме пневмотранспорта в камере, выполненной в виде змеевика. Продолжающееся термическое разложение частиц органосодержащего сырья в среде первичных продуктов пиролиза в процессе транспорта по змеевику приводит к образованию сложных органических соединений, что снижает качество образующихся жидких продуктов пиролиза как топлива, и значительно усложняет процессы их разделения.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для пиролиза органосодержащего сырья, содержащая блок загрузки в виде бункера с мешалкой, вибратором и шнеками дозатором и распределителем, реактор в виде горизонтального барабана с установленным с возможностью вращения относительно барабана центральным валом, снабженным перемешивающими лопастями, установленными под углом к валу, заполненного не менее чем наполовину
7
металлическими шарами, помещенного в герметичный кожух, блок нагрева сырья в виде горелок, размещенных в нижней части кожуха, блок выгрузки твердого минерального продукта, блоки отвода, конденсации и разделения парогазовой смеси в виде последовательно соединенных циклонов-сепараторов (см. патент РФ №2260615 МПК С10В 49/00, 47/16, 7/02).
Основными недостатками являются низкие надежность работы установки и качество получаемых продуктов пиролиза, а также недостаточная тепловая эффективность установки в целом.
Низкая надежность работы установки обусловлена недостаточной эффективностью процесса конденсации и разделения парогазовой смеси. Смолы и мелкодисперсная угольная пыль, поступающие из реактора, образуют на поверхности теплообмена в циклонах-сепараторах быстро нарастающую и с трудом поддающуюся чистке пленку, обладающую высоким термическим сопротивлением. Данное обстоятельство приводит к последовательному снижению эффективности работы устройств блока конденсации и разделения парогазовой смеси, частым аварийным остановкам и преждевременному выходу из строя датчиков, клапанов и компрессора.
Низкое качество получаемых продуктов пиролиза обусловлено тем, что большая часть влаги, содержащейся в пиролизуемом сырье, и мелкодисперсная угольная пыль попадают в конденсированные продукты пиролиза.
Недостаточная тепловая эффективность установки обусловлена выбросом в атмосферу топочных газов температурой свыше 200°С, а также использованием рекуперативного теплообмена через стенку в бункере с мешалкой, шнеках и циклонах-сепараторах, то есть при низких коэффициентах теплопередачи, что требует больших площадей теплообмена, а, следовательно, и габаритов данных элементов установки.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение качества продуктов пиролиза при высоких уровнях надежности и тепловой эффективности установки.
Технический результат достигается тем, что установка для пиролиза органосодержащего сырья, содержащая блок загрузки в виде бункера с мешалкой, реактор в виде горизонтального барабана, снабженного блоком нагрева сырья, перемешивающими лопастями, установленными на центральном валу с возможностью вращения относительно барабана, блоки отвода, конденсации и разделения парогазовой смеси, снабжена блоком подготовки сушильного агента, блок загрузки выполнен в виде последовательно соединенных бункера с мешалкой, снабженного в нижней части патрубком подвода и в верхней части патрубком отвода сушильного агента, и секторного питателя, а блок отвода, конденсации и разделения парогазовой смеси состоит из последовательно соединенных теплоизолированного циклона и конденсатора, бункер с мешалкой выполнен цилиндрическим, снабжен перфорированными тарелками, расположенными горизонтально на равноудаленном расстоянии друг от друга по вертикальной оси, причем расстояние между тарелками составляет не менее двукратного максимального размера частиц органосодержащего сырья, перфорированные тарелки поочередно образуют кольцевые каналы в периферийной и центральной части бункера с мешалкой, мешалка выполнена в виде вертикального вала с установленными над каждой перфорированной тарелкой и дном бункера лопатками, расположенными под углом к радиусу, причем лопатки над смежными тарелками направлены в противоположные стороны, обеспечивая поочередное движение сырья к кольцевым каналам в периферийной и центральной части бункера с мешалкой, конденсатор выполнен в виде вертикальных цилиндрических распылительной и насадочной колонн, соединенных нижними частями с приемной ванной, причем колонны снабжены в верхней части форсунками и патрубками, соответственно, распылительная колонна - патрубком подвода парогазовой смеси, а насадочная колонна - патрубком отвода неконденсирующегося газа, приемная ванна выполнена в виде прямоугольной емкости с наклонным дном и снабжена сливным и циркуляционным патрубками, расположенными,
соответственно, в нижней и верхней части приемной ванны, причем циркуляционный патрубок сообщен через теплообменник конденсатора с насосом и форсунками, образующими циркуляционный контур, а рабочей средой конденсатора смешения является конденсат продуктов пиролиза, в распылительной колонне установлены, по меньшей мере, две форсунки, одна из которых по оси колонны, а другая - тангенциально с наклоном вниз под углом от 15 до 45 градусов к горизонтали, блок подготовки сушильного агента выполнен в виде последовательно соединенных калорифера, смесительного устройства и вентилятора, выходной патрубок которого соединен с патрубком подвода сушильного агента бункера с мешалкой, причем смесительное устройство сообщено через заслонку с блоком нагрева сырья, а калорифер соединен через насос с теплообменником конденсатора.
Снабжение установки блоком подготовки сушильного агента, выполнение блока загрузки в виде последовательно соединенных бункера с мешалкой, снабженного в нижней части патрубком подвода и в верхней части - патрубком отвода сушильного агента, и секторного питателя, выполнение бункера с мешалкой цилиндрическим, снабжение его перфорированными тарелками, расположенными горизонтально на равноудаленном расстоянии друг от друга по вертикальной оси, причем так, чтобы расстояние между тарелками составляло не менее двукратного максимального размера частиц органосодержащего сырья, а перфорированные тарелки поочередно образовывали кольцевые каналы в периферийной и центральной части бункера с мешалкой, выполнение мешалки в виде вертикального вала с установленными над каждой перфорированной тарелкой и дном бункера лопатками, расположенными под углом к радиусу, причем лопатки над смежными тарелками направлены в противоположные стороны и обеспечивают поочередное движение сырья к кольцевым каналам в периферийной и центральной части бункера с мешалкой, исключают участие паров воды в реакциях термического
разложения органосодержащего сырья и обеспечивают высокое и стабильное качество продуктов пиролиза.
Выполнение конденсатора в виде вертикальных цилиндрических распылительной и насадочной колонн, соединенных нижними частями с приемной ванной, снабжение колонн в верхней части форсунками и патрубками, соответственно, распылительная колонна - патрубком подвода парогазовой смеси, а насадочная колонна - патрубком отвода неконденсирующегося газа, выполнение приемной ванны в виде прямоугольной емкости с наклонным дном и снабжение ее сливным и циркуляционным патрубками, расположенными, соответственно, в нижней и верхней части приемной ванны, сообщение циркуляционного патрубка через теплообменник конденсатора с насосом и форсунками, образующими циркуляционный контур, использование в качестве рабочей жидкости конденсата продуктов пиролиза, расположение форсунок в распылительной колонне по оси колонны и тангенциально с наклоном вниз под углом от 15 до 45 градусов к горизонтали позволяет путем смешения фаз более полно конденсировать образующиеся при пиролизе пары, исключая образование на внутренних поверхностях аппаратов твердой корки конденсированных смол и мелкодисперсного угля, что в свою очередь способствует стабильной и надежной работе всех элементов установки в течение длительного срока службы. Налипание смол и дисперсной пыли особенно негативно сказывается на работе датчиков и клапанов, а также значительно снижает эффективность теплопередачи греющих и охлаждающих поверхностей при передаче тепла через стенку аппаратов.
Выполнение блока подготовки сушильного агента в виде последовательно соединенных калорифера, смесительного устройства и вентилятора, выходной патрубок которого соединен с патрубком подвода сушильного агента бункера с мешалкой, сообщение смесительного устройства через заслонку с блоком нагрева сырья, соединение калорифера через насос с теплообменником конденсатора позволяют, не только
обеспечить стабильную низкую влажность поступающего в реактор органосодержащего сырья, но и обеспечивает высокий уровень тепловой эффективности установки за счет более низкой по сравнению с прототипом температурой отходящих дымовых газов.
На фиг.1 представлена схема установки для пиролиза органосодержащего сырья.
Установка содержит бункер - 1 с мешалкой - 2, перфорированными тарелками - 3 и - 4, патрубками подвода - 5 и отвода - 6 сушильного агента, секторный питатель - 7, реактор - 8 с приводом и установленными на центральном валу - 9 перемешивающими лопастями - 10, металлическими шарами 11, горелками 12 и патрубками: загрузки сырья - 13, выгрузки угля - 14, отвода парогазовых продуктов пиролиза - 15, дымовых газов - 16, подачи дутьевого воздуха - 17, теплоизолированный циклон - 18, распылительную колонну 19, форсунки - 20, 21 и 22, насадочную колонну - 23 с насадкой - 24, расположенной на решетках - 25 и 26, приемную ванну - 27 с наклонным дном, перегородками - 28 и 29, сливным - 30 и циркуляционным - 31 патрубками, теплообменник конденсатора 32, насосы - 33 и 34, калорифер - 35, смеситель - 36, вентилятор - 37, компрессор - 38, ресивер - 39, клапаны - 40, 41, 42 и 50, сборники - 43 и 44 и заслонку - 45, датчики концентрации кислорода 46, 47, 48 и баллон - 49 с инертным газом.
Работает установка следующим образом.
Предварительно измельченное сырье загружается в бункер - 1, а полость реактора - 8 и сообщающиеся с ним блоки, при закрытом клапане 42, заполняют инертным газом (азотом). Затем сбрасывают азот из установки через клапан 41 до небольшого избыточного давления в ней. Операцию повторяют при постоянном контроле концентрации кислорода датчиками концентрации кислорода 46 - на входе в реактор, 47 - в приемной ванне и 48 - на выходе из ресивера до достижения концентрации кислорода значения значительно меньшего, чем концентрация нижнего предела взрываемости. После замещения воздуха инертным газом клапан 41 закрывают и переводят
в предохранительный режим. Одновременно с замещением воздуха включаются приводы вала 9 реактора, приводы насосов 33 и 34, вентилятора 37 и запускается горелка 12. В период запуска горелка 12 работает на газе от баллона (на схеме условно не показан). Продукты сгорания через патрубок 16 и заслонку 45 поступают в смеситель 36, где смешиваются с проходящим через калорифер 35 воздухом, образуя сушильный агент требуемой температуры (160-200°С). Органосодержащее сырье лопатками мешалки 2, установленными на центральном валу под углом к радиусу, перемещается по тарелкам 3 к центральному, а по тарелкам 4 к периферийному кольцевым каналам, пересыпаясь с тарелки на тарелку. Сушильный агент, проходя через перфорацию и слой влажного органосодержащего сырья на каждой из тарелок, обеспечивает прогрев и сушку сырья до необходимых температуры и влажности. Отработанный сушильный агент через патрубок 6 отводится из бункера 1. Далее органосодержащее сырье с установленной влажностью и температурой подается секторным питателем 7 в реактор 8. Нагретые до температуры свыше 500°С внутренняя обечайка реактора и расположенные в реакторе металлические шары 11 обеспечивают быстрый нагрев, термическое разложение и дополнительное измельчение поступающего органосодержащего сырья. Образующийся уголь через сетку, расположенную в патрубке 14, непрерывно выгружается в герметичный сборник 43. Парогазовые продукты пиролиза по теплоизолированному трубопроводу, поступают в теплоизолированный циклон 18, откуда, после очистки от мелкодисперсных частиц угля, подаются в верхнюю часть распылительной колонны 19, а затем - в насадочную колонну 23. Паровая фаза, взаимодействуя с частицами распыленной форсунками 20, 21, 22 и пленкой, стекающей по насадке 24, охлажденной жидкой фазы конденсируются. Расположение форсунок 21 тангенциально с наклоном вниз от горизонтали на угол от 15 до 45 градусов, большая поверхность контакта фаз в насадочной колонне, установка перегородки 28 с регулируемым погружением способствуют эффективной конденсации паровой фазы.
Неконденсирующиеся газы, проходя через слой насадки, расположенной на решетке 26, освобождаются от частиц распыленной жидкой фазы и через редукционный клапан 40 подаются компрессором 38 в ресивер 39, снабженный предохранительным 41, дренажным 50 и редукционными 40 и 42 клапанами. Из ресивера через редукционный клапан 42 неконденсирующиеся газы подаются в горелки 12, где смешиваются с дутьевым воздухом. После выхода установки на требуемый режим подача газа из баллона прекращается.
Часть конденсированных продуктов пиролиза насосом 33 через теплообменник конденсатора (холодильник) 32 подается в форсунки 20, 21 и 22. Насос 34 обеспечивает циркуляцию теплоносителя через калорифер 35, что в свою очередь обеспечивает необходимые охлаждение рабочей среды конденсатора и подогрев воздуха, подаваемого в смеситель 36 для подготовки сушильного агента. Остальная часть конденсированного продукта пиролиза сливается в сборник 44, а далее после соответствующей обработки, а при необходимости и разделения на фракции, отправляется потребителю.
Сборники выгружаемого из реактора и циклона угля должны быть герметичными и охлаждаемыми во избежание его самовозгорания. Дополнительного охлаждения требуют также сборник конденсированного продукта пиролиза 44 и приемная ванна 27. Утилизированное на этих стадиях тепло из теплообменников (на схеме фиг.1 условно не показаны) может быть использовано для бытовых или технологических целей предприятия.
Наиболее полная конденсация паровой фазы, осуществляемая в конденсаторе смешения, и удаление мелкодисперсной угольной пыли в теплоизолированном циклоне (причем конденсатор смешения решает также вопрос мокрой пылеочистки) исключают образование трудноудаляемых отложений на рабочих поверхностях датчиков, клапанов, запорной
аппаратуры и теплообменных поверхностях, обеспечивая стабильную надежную работу установки в течение длительного срока эксплуатации.
Использование полезной модели позволит получать качественные жидкие продукты пиролиза и уголь при высоких уровнях надежности и тепловой эффективности установки.