РЕАКТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПИРОЛИЗА

Полезная модель относится к области переработки твердого углеводородсодержащего сырья, в частности бурого угля, биомассы, древесины и торфа, и служит для извлечения конденсируемых углеводородов и может найти применение в теплоэнергетике, химической, сельскохозяйственной, лесоперерабатывающей отраслях промышленности.
Из технического уровня известен 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 в верхней и средней секциях горизонтально установлены две цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, при этом наклонные металлические пластины расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны, в каждой из трех секций рабочей камеры на внутренней стенке размещены заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры, а вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции рабочей камеры (патент РФ №2293104 C1, дата приоритета 13.09.2005, дата публикации 10.02.2007, авторы Котельников В.А. и др., RU).
Недостатком известного реактора является низкая эффективность переработки исходного сырья из-за неравномерности размеров частиц сырья и низкий выход жидких продуктов пиролиза.
Известен реактор высокоскоростного пиролиза в составе установки для переработки твердого топлива в жидкое и газообразное топливо, содержащей бункер приема сырья с дозатором, герметичную камеру переработки, представляющую собой реактор, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, в реакторе установлен конвейер для перемещения сырья из бункера в емкость для твердого остатка с производительностью 0.1-10 тонн сырья в час, над конвейером установлен плазмотрон, совмещающий функции устройства получения плазмы высокочастотного разряда и устройства высокоскоростного нагрева сырья до температуры 500-1500°C электрической мощностью 180-600 кВт на одну тонну перерабатываемого сырья в час (патент РФ №2349624 C1, дата приоритета 06.09.2007, дата публикации 20.03.2009, автор Стребков Д.С., RU).
Главным недостатком известного реактора является высокое потребление электроэнергии.
Известен струйный реактор высокоскоростного пиролиза пылевидного твердого топлива, принятый в качестве прототипа, содержащий цилиндрический корпус, состоящий из трех частей со щелевыми периферийными соплами, расположенными на разных уровнях в параллельных плоскостях, установленные в верхней части корпуса средства для ввода мелкозернистых угля и теплоносителя, подсоединенный к нижней части корпуса патрубок для отвода продуктов пиролиза, кольцевой коллектор для подвода газового теплоносителя, расположенный снаружи корпуса и подсоединенный к нему через щелевые периферийные сопла, установленный в корпусе по его оси цилиндрический коллектор-стояк с верхней конической частью и с регулируемыми центральными щелевыми соплами, при этом оси периферийных и центральных сопел расположены под углом друг к другу (Авторское свидетельство СССР №1666513, дата приоритета 06.04.1989, дата публикации 30.07.1991, авторы Хмелевская Е.Д. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность работы реактора, обусловленная наличием щелевых устройств, усложняющих конструкцию и ограничивающих функциональные возможности реактора из-за трудности регулирования времени пребывания сырья в зоне пиролиза, ограничений по влажности исходного сырья, так как щелевые сопла могут закоксовываться влажными частицами исходного угля и образующимся в процессе реакции углеродом, что может негативно отразиться на выходе и качестве жидких продуктов пиролиза, кроме того, применение наряду с газом-носителем мелкозернистого твердофазного теплоносителя снижает надежность реактора из-за возникновения абразивного износа внутренних стенок.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы реактора высокоскоростного пиролиза путем упрощения конструкции, расширения функциональных возможностей, повышения надежности и повышения выхода и качества жидких продуктов пиролиза.
Для решения поставленной задачи в реакторе высокоскоростного пиролиза, содержащем цилиндрический корпус, установленный в верхней части корпуса патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем, патрубок для отвода продуктов пиролиза, согласно полезной модели, патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем выполнен тангенциальным, а теплоноситель является газовым, к средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка ввода восстанавливающего газа, в верхней части корпуса с возможностью вертикального перемещения коаксиально установлен патрубок для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом на нижнем конце, раструб расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решеткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза
На фиг. 1 схематически показан реактор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху.
Реактор высокоскоростного пиролиза содержит корпус 1, состоящий из верхней, средней и нижней частей, образующих соответствующие зоны 2, 3 и 4. В верхней части корпуса расположен тангенциальный патрубок 5 подачи тонкоизмельченного исходного сырья с газовым теплоносителем, а также установлен с возможностью вертикального перемещения патрубок 6 для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом 7 на нижнем конце. При этом раструб 7 расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решеткой 8 для образования над ней зоны каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза 9. Регулирование указанного зазора может осуществляться перемещением выхлопной трубы с раструбом 7 с фиксацией, например с помощью сальникового соединения (условно не показано). К средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка 10 ввода восстанавливающего газа, а к нижней части корпуса присоединен патрубок 11 отвода твердых продуктов пиролиза.
Реактор высокоскоростного пиролиза работает следующим образом. Подаваемое через тангенциальный патрубок 6 исходное сырье вместе с потоком газового теплоносителя поступает в зону 2, приобретает вращательное движение и вовлекается в быстровращающийся вихревой поток реакционной смеси, перемещающийся в зону 3, благодаря чему обеспечивается малое время пребывания сырья в зоне реакций и протекание процесса высокоскоростного пиролиза. При этом в зоне 2 происходит взрывная деструкция угольных частиц из-за мгновенного вскипания входящей в их состав воды, что способствует еще более тонкому измельчению частиц и, соответственно, повышению их реакционной способности, что в результате приводит к повышению степени превращения и выхода продуктов пиролиза. В зоне 3 происходит контролируемый процесс высокоскоростного пиролиз частиц сырья. В результате этого процесса образуется парогазовая смесь, содержащая неконденсируемые углеводороды, оксид углерода и водород, а также пары конденсируемых углеводородов, составляющих жидкие продукты пиролиза. Для интенсификации процесса в зону 3 через тангенциальные патрубки 10, присоединенные с противоположных сторон к средней части корпуса, дополнительно вводится восстанавливающий газ, содержащий оксид углерода и водород, который обеспечивает восстановление конденсируемых углеводородов из парогазовой смеси в зоне каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза 9 и, тем самым, повышает содержание бензиновых и дизельных фракций, а следовательно обеспечивает повышение эффективности работы реактора за счет увеличения выхода и качества жидких продуктов пиролиза. Парогазовая смесь продуктов пиролиза отводится из реактора через коаксиально расположенную выхлопную трубу 6 с раструбом 7 и далее направляется в систему окончательной очистки и конденсации (не показана). Благодаря возможности перемещения выхлопной трубы с раструбом 7 в вертикальной плоскости и регулирования зазора между раструбом и стенкой корпуса реализуется возможность изменения реакционного объема и, соответственно, времени пребывания сырья в зоне пиролиза 3, что расширяет функциональные возможности реактора и повышает эффективность его работы. Частицы твердых продуктов пиролиза при их вращении отбрасываются центробежными силами к стенке корпуса, спускаются по ней в зону 4 и выводятся из нижней части реактора через патрубок 11 отвода твердых продуктов пиролиза в систему сбора и утилизации (не показана).
Преимущество заявляемого реактора заключается в том, что благодаря использованию газового теплоносителя и введению его в потоке вместе с исходным сырьем через тангенциальный патрубок в корпусе, взамен щелевых устройств, обеспечивается упрощение конструкции, исключается вероятность закоксовывания, обеспечивается возможность использования сырья с различной степенью влажности, повышается надежность реактора и тем самым повышается эффективность его работы. В результате в заявляемом реакторе благодаря новой совокупности признаков происходит интенсификация тепло-массообменных процессов и достигается высокая степень конверсии сырья.
Таким образом, описанные конструктивные особенности позволяют получить более высокий технический результат, а именно, существенно повысить эффективность работы реактора высокоскоростного пиролиза за счет расширения функциональных возможностей, повышения надежности и повышения выхода и качества жидких продуктов пиролиза.
Благодаря этому предлагаемый реактор высокоскоростного пиролиза может быть использован для переработки различных видов твердого углеводородсодержащего сырья в непрерывном режиме с последующей утилизацией продуктов пиролиза и получением высококачественного жидкого топлива с высоким выходом.