УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к оборудованию для сушки и пиролиза древесины и ее отходов, а также других видов растительного сырья и продуктов, образованных из него.
Известно устройство барабанного типа для переработки материалов, включающее барабан, заполненный телами инертного наполнителя и разделенный по длине на секции поперечными перегородками с проходными отверстиями, оборудованный загрузочным и разгрузочным устройствами и приводом для приведения барабана в движение, отличающееся тем, что каждая секция барабана загружена телами инертного наполнителя до уровня не ниже верхних краев проходных отверстий в перегородках, а в торцах барабана или на его боковой поверхности выполнены отверстия для подачи и выпуска газового агента, RU 2364451 C1.
В этом устройстве качество обработки материала теплоносителем зависит от стабильности движения барабана, а инертный наполнитель периодически изнашивается и требует замены. По мере износа наполнителя качество обработки уменьшается.
Более эффективно устройство для термической обработки (пиролиза) углеродосодержащих отходов, включающее вертикально установленную оребренную металлическую пиролизную камеру со средствами для загрузки сырья и выгрузки продукта, источник газообразного теплоносителя в виде топки с газовой горелкой, магистраль для отвода газообразных продуктов разложения сырья (пиролизных газов). Пиролизная камера помещена в газоплотную теплоизоляционную камеру, выполненную из бетонных колец. Внутри пиролизной камеры рас положена перфорированная отверстиями труба для сбора пиролизного газа, а к верхней части пиролизной камеры присоединен трубчатый коллектор пиролизного газа, соединенный с блоком очистки и охлаждения пиролизного газа, соединенным, в свою очередь, с газовой горелкой и газотурбинным агрегатом, причем газотурбинный агрегат соединен газоходом с газоплотной теплоизоляционной камерой, RU 23968810.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа, так же, как и описанного выше аналога, является то обстоятельство, что не обеспечивается равномерный подвод тепла к материалу, подлежащему пиролизу. Тепло подводится со стороны стенки пиролизной камеры к центру камеры температура существенно снижается; при этом на периферии камеры у стенки температура составляет 600-700°C, что не позволяет осуществлять «мягкий» пиролиз (торрефикацию), требующий значительно более низкой (250-290°C) температуры процесса при равномерном подводе тепла к материалу по всему обьему пиролизной камеры. Как известно, мягкий пиролиз позволяет значительно увеличить выход продукта (торрефиката) до 70-80% от массы исходного сырья, однако при использовании известной установки процесс начиная с температуры 290-300°C переходит в стадию глубокого пиролиза, что ведет к резкому падению выхода продукта.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение равномерного подвода тепла к материалу в пиролизной камере, что позволяет осуществлять мягкий пиролиз при температуре 250-290°C по всему объему камеры.
Согласно полезной модели в устройстве для пиролиза углеродосодержащего сырья, включающем вертикально установленную пиролизную камеру со средствами для загрузки сырья и выгрузки продукта, источник газообразного теплоносителя в виде топки, а также магистраль для отвода газообразных продуктов разложения сырья, внутри пиролизной камеры размещены ряды труб, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси пиролизной камеры, трубы в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали, пиролизная камера снабжена распределителем газообразного теплоносителя, сообщающимся с топкой и концами труб, а также снабжена коллектором газообразного теплоносителя, сообщающимся с противоположными концами труб и отводной трубой; в устройстве по боковым сторонам пиролизной камеры может быть выполнен, по меньшей мере, один коллектор газообразных продуктов разложения сырья, сообщающийся с пиролизной камерой и магистралью для отвода этих продуктов.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - вид спереди, полость пиролизной камеры и полость топки открыты;
на фиг. 2 - вид справа на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Устройство для пиролиза углеродосодержащего сырья включает вертикально установленную металлическую пиролизную камеру 1 с устройством 2 для загрузки сырья и устройством 3 для выгрузки продукта - термически обработанного остатка сырья (продукта мягкого пиролиза - торрефиката). Источник газообразного теплоносителя представляет собой топку 4, в которую в процессе пиролиза по магистрали 5 поступают газообразные продукты разложения сырья, так называемый «пиролизный газ».
Внутри пиролизной камеры 1 размещены ряды труб 6, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси 7 камеры 1 (фиг. 2). Трубы 6 в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали.
Пиролизная камера 1 снабжена распределителем 8 газообразного теплоносителя, представляющим собой металлическую конструкцию, размещенную по высоте камеры 1 в зоне ее боковой стенки со стороны топки 4. Пиролизная камера 1 снабжена также коллектором 9 газообразного теплоносителя, представляющим собой аналогичную коробчатую конструкцию, размещенную с противоположной стороны пиролизной камеры 1. По другим боковым сторонам пиролизной камеры 1 выполнены коллекторы 10 газообразных продуктов разложения сырья, отделенные от камеры 1 посредством диафрагм 11 с отверстиями, через которые коллекторы 10 сообщаются с камерой 1. Кроме того, коллекторы 10 сообщаются с магистралью 5 для отвода газообразных продуктов разложения сырья. Коллектор 9 газообразного теплоносителя сообщается с отводной трубой 12. Распределитель 8 газообразного теплоносителя на уровне ниже третьей сверху трубы 6 снабжен перегородкой 13; коллектор 9 снабжен аналогичной перегородкой 14 на уровне выше третьей снизу трубы 6. Топка 4 сообщается с распределителем 8 газообразного теплоносителя посредством трубы 15. На трубе 15 имеется патрубок с вентилем 16.
Устройство работает следующим образом. Через устройство 2 для загрузки сырья в пиролизную камеру 1 загружают измельченное углеродосодержащее сырье, в частности, древесную щепу. В топку 4 в начале процесса помещают топливо, в частности, торф. При сгорании топлива образуется газообразный теплоноситель (топочный газ) с температурой 900-1000°C. При открытом вентиле 16 в трубу 15 подсасывается воздух, который разбавляет топочный газ до рабочей температуры 280-290°C. Топочный газ по трубе 15 поступает в верхнюю часть распределителя 8 и через три верхние трубы 6 проходит в верхнюю часть коллектора 9, откуда через три средние трубы 6 поступает в нижнюю часть распределителя 8 и затем через нижние трубы 6 проходит в нижнюю часть коллектора 9 и далее отводится через отводную трубу 15.
Благодаря тому, что трубы 6 в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали, измельченное сырье при поступлении его из устройства 2 в пиролизную камеру 1 обтекает трубы 6 и равномерно распределяется по объему камеры 1. Благодаря этому становится возможным равномерный нагрев всего сырья в камере 1 от поверхности труб 6 до температур в пределах 250-290°C, что необходимо для осуществления мягкого пиролиза сырья. При этом процесс проходит в две стадии. На первой стадии осуществляется сушка материала. Вторая стадия - эндотермическая, осуществляется до достижения температуры 290°C.
Образующиеся в процессе пиролиза продукты разложения сырья (пиролизный газ) поступают в топку 4 по магистрали 5, где сгорают с образованием топочного газа, поступающего по трубе 15 в пиролизную камеру 1. Термически обработанный остаток сырья (торрефикат) удаляется через устройство 3 для выгрузки продукта, а через устройство 2 для загрузки сырья в пиролизную камеру поступает новая порция материала, цикл повторяется.
Режим работы устройства непрерывный, процесс может быть автоматизирован.
В качестве сырья используется древесина, торф и другие органические материалы.
Для изготовления устройства могут быть использованы известные конструкционные материалы и средства автоматизации.
Указанные обстоятельства, по мнению заявителя, позволяют сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует критерию «Промышленная применимость».