Установка для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты
PLANT FOR PROCESSING LIGNOCELLULOSE WASTE INTO COAL BRIQUETTES

Изобретение относится к области переработки лигноцеллюлозных отходов, например отходов деревообработки, отработанных деревянных шпал, и может быть использовано при производстве угольных брикетов для использования в бытовых и промышленных нуждах, а полученная при переработке отходов пиролизная жидкость может быть использована в химической промышленности.
Известна установка для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты, состоящая из блока подготовки-приемки сырья, блока подготовки теплоносителя, блока сушки сырья, оснащенного устройством для сушки, блока для регулирования влажности сырья, блока для разделения  смешенного потока, блока брикетирования, блока пиролиза. Блок подготовки-приемки сырья, расположенный перед участком сушки, включает в себя приемный бункер сырья, дробильно-размольное оборудование, бункер-накопитель, снабженный питателем-дозатором, размещенный перед впускным каналом сушильного устройства. Блок подготовки теплоносителя, выполнен в виде теплогенератора, снабженного топочной камерой для получения топочных газов, узлом сжигания утилизированных пиролизных газов, узлом ввода в генерируемый теплоноситель части парогазовой смеси с низким содержанием кислорода и повышенным содержанием пара, возвращенной с блока сушки. Блок сушки сырья оснащен сушильным устройством, работающим в режиме совместной циркуляции во взвешенном состоянии парогазового теплоносителя и измельченной древесины в пределах рабочей зоны, выполненной в виде закольцованного канала, при этом сушильное устройство включает узел ввода частиц сырья, узел ввода теплоносителя с низким содержанием кислорода, узел вывода частиц сырья парогазовым потоком, выполненный с возможностью полного вывода частиц, а также полного или частичного их возврата на дополнительный цикл сушки, причем узел вывода выполнен с возможностью предотвращения проникновения кислорода в рабочую зону сушильного устройства. Блок для разделения смешанного потока, выходящего из сушильного устройства, на парогазовую смесь и измельченное сырье выполнен с возможностью рекуперации по меньшей мере части парогазовой смеси в теплогенераторе и включает циклон и бункер-накопитель, размещенные ниже по потоку относительно сушильного устройства. Трубопровод перед циклоном выполнен с возможностью регулирования термоизоляции и снабжен устройством для регулирования целевой влажности частиц сырья путем конденсации влаги из парогазового потока, устройством для регулирования выполнено в виде подвижной муфты или откидной полумуфты, которая установлена соосно на трубопроводе с возможностью перемещения относительно оси трубопровода. Блок разделения также включает дымовую трубу для рассеивания части отходящих газов сушки, снабженную регулировочными вентилями и/или заслонками, причем их позиционирование обеспечивает такой уровень давления внутри комплекса, который подавляет просачивание кислорода в систему, но при этом позволяет отходящим газам выходить из системы. Блок брикетирования, расположен после бункера-накопителя, который оснащен прессом предпочтительно экструзионного типа. Блок низкотемпературного пиролиза, размещенный ниже по потоку и работающий в термостабилизированном режиме, оснащен двумя устройствами для получения древесного угля, каждое из которых включает термоизолированный корпус с системой газоходов, причем рабочая зона каждого устройства выполнена в виде закольцованного канала, снабженного газопроницаемым рекуператором, установленным внутри закольцованного канала, жаростойким вентилятором и поворотным шибером, при этом система газоходов выполнена с возможностью транспортировки пиролизных газов в комплексный теплогенератор, а также зона пиролиза снабжена выемными устройствами для загрузки-выгрузки брикетов. Установка оснащена теплоизоляцией. Блоки подготовки теплоносителя, подготовки измельченных древесных отходов, сушки древесины, брикетирования, низкотемпературного пиролиза оснащены системами настройки и управления технологическими процессами, см. RU Патент № 2678089, МПК С10L 5/44 (2006.01), C10B 47/28 (2006.01), C10B 49/02 (2006.01), B09B 3/00 (2006.01), 2019.
Недостатком известной установки для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты является необходимость измельчения исходного сырья до крупности 5 мм, что приводит к дополнительным энергозатратам при измельчении, а также к необходимости блока для разделения смешанного потока, представляющего собой смесь парогазового теплоносителя и измельченной древесины, что приводит к усложнению технологического процесса.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты, состоящая из блока подготовки-приемки сырья, выполненного в виде приемного бункера сырья, блока подготовки теплоносителя, выполненного в виде теплогенератора, снабженного топочной камерой для получения топочных газов, блока сушки сырья, выполненного в виде двух последовательно установленных обогреваемых топочными газами шнековых транспортеров, перед которыми установлена система дозирования, состоящая из двух секторных питателей, блока пиролиза, выполненного в виде кондуктивного реактора, состоящего из трубы, обогреваемой топочными газами из блока подготовки теплоносителя, имеющей сужение по диаметру, и гидроцилиндра с плунжером, блока охлаждения готового продукта, выполненного в виде транспортера револьверного типа, снабженного бункером накопителем угольных брикетов. Блок подготовки-приемки сырья связан с блоком подготовки теплоносителя и блоком сушки сырья шнековыми транспортерами, также посредством шнекового транспортера связаны блок сушки сырья и бункер-накопитель высушенного и подогретого сырья, который в свою очередь соединен с реактором кондуктивного пиролиза, см. RU Патент № 2732834, МПК С10L 5/44 (2006.01), C10B 47/28 (2006.01), 2020.
Недостатком известной установка для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты является недостаточная производительность установки по исходному сырью в единицу времени.
Технической проблемой является недостаточная производительность установки по исходному сырью в единицу времени.
Техническая проблема повышение производительности установки по исходному сырью в единицу времени решается созданием установки для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты, состоящая из блока подготовки сырья, включающий бункер-накопитель, блока сушки сырья, блока термического разложения сырья, выполненного в виде кондуктивного реактора, состоящего из обогреваемой трубы, имеющей сужение по диаметру, и гидроцилиндра с плунжером, и содержащий шнековый транспортер, бункер-накопитель высушенного сырья, кондуктивный реактор соединен с бункером-накопителем высушенного сырья, блока охлаждения твердого продукта, выполненного в виде транспортера револьверного типа, снабженного бункером-накопителем угольных брикетов, при этом кондуктивный реактор блока термического разложения сырья соединен с транспортером револьверного типа блока охлаждения твердого продукта, и блока подготовки теплоносителя, выполненного в виде топочной камеры, согласно изобретению установка дополнительно содержит блок конденсации парогазовой смеси, состоящий из теплообменника для конденсации парогазовой смеси и приемного бака для сбора жидкого продукта, также блок газоочистки, который содержит газоочиститель и блок управления, состоящий из управляющей и регулирующей аппаратуры, при этом блок подготовки сырья дополнительно содержит измельчитель, а бункер-накопитель блока подготовки сырья оборудован дозатором, блок сушки сырья выполнен в виде сушильного барабана, состоящего из вертикально загрузочной воронки с шибером, узла подачи измельченного сырья в барабан, выполненный в виде восьмигранной призмы, и узла выгрузки сырья с шибером, блок термического разложения сырья дополнительно содержит индукционный нагреватель, блок подготовки теплоносителя дополнительно содержит теплообменник, бункер-накопитель, оборудованный дозатором, блока подготовки сырья связан с сушильным барабаном блока сушки сырья, который посредством шнекового транспортера блока термического разложения сырья связан с бункером-накопителем высушенного сырья блока термического разложения сырья, в свою очередь блок термического разложения сырья связан с теплообменником блока конденсации парогазовой смеси, который связан с топкой блока подготовки теплоносителя, который через дополнительный теплообменник связан с сушильным барабаном блока сушки сырья, который в свою очередь связан с газоочистителем блока газоочистки, а блок управления связан с блоками сушки сырья, подготовки теплоносителя и конденсации парогазовой смеси.
Решение технической задачи позволяет увеличивать производительность установки до 75 кг/час по исходному сырью.
На Фиг.1 изображена принципиальная схема установки для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты, которая содержит блок подготовки сырья I, который включает измельчитель 1, бункер-накопитель оборудованный дозатором 2, блок сушки сырья II, который выполнен в виде сушильного барабана 3, состоящего из вертикально загрузочной воронки с шибером, узла подачи измельченного сырья в барабан, выполненный в виде восьмигранной призмы, и узла выгрузки сырья с шибером, блок термического разложения сырья III, который выполнен в виде кондуктивного реактора 6, состоящего из обогреваемой трубы, имеющей сужение по диаметру, и гидроцилиндра с плунжером, содержит шнековый транспортер 4, бункер-накопитель высушенного сырья 5, индукционный нагреватель 7, блок охлаждения твердого продукта IV, который выполнен в виде транспортера револьверного типа 8, снабженного бункером-накопителем угольных брикетов 9, блок конденсации парогазовой смеси V, который состоит из теплообменника 10 для конденсации парогазовой смеси и приемного бака 11 для сбора жидкого продукта, блок подготовки теплоносителя VI, который выполненный в виде топочной камеры 12 и дополнительно содержит теплообменник 13, блок газоочистки VII, который содержит газоочиститель 14, блок управления VIII, который состоит из управляющей и регулирующей аппаратуры 15.
Бункер-накопитель, оборудованный дозатором, 2 блока подготовки сырья I связан с сушильным барабаном 3 блока сушки сырья II, который посредством шнекового транспортера 4 блока термического разложения сырья III связан с бункером-накопителем высушенного сырья 5 блока термического разложения сырья III, в свою очередь блок термического разложения сырья III связан с теплообменником 10 блока конденсации парогазовой смеси V, который связан с топкой 12 блока подготовки теплоносителя VI, который через дополнительный теплообменник 13 блока подготовки теплоносителя VI связан с сушильным барабаном 3 блока сушки сырья II, который в свою очередь связан с газоочистителем 14 блока газоочистки VII, а блок управления VIII связан с блоками сушки сырья II, подготовки теплоносителя VI и конденсации парогазовой смеси V.
,
2
Установка работает следующим образом: сырье в блоке подготовки сырья I измельчают до крупности 15-25 мм в измельчителе 1 и направляют в бункер-накопитель, оборудованный дозатором, 2 блока подготовки сырья I, откуда сырье поступает в блок сушки сырья II на сушку в сушильном барабане 3. В сушильном барабане 3 осуществляют сушку измельченного сырья в потоке теплоносителя при температуре 100-200°C. Движение высушиваемого сырья внутри сушильного барабана 3 осуществляют за счет наклона барабана по горизонтали. Высушенное сырье до влажности 15% посредством шнекового транспортера 4 поступает в бункер-накопитель высушенного сырья 5 блока термического разложения сырья III откуда поступает в реактор кондуктивного пиролиза 6 блока термического разложения сырья III. Реактор кондуктивного пиролиза 6 выполнен в виде обогреваемой трубы, имеющей сужение по диаметру, перемещение сырья по трубе обеспечивается плунжером, с помощью гидроцилиндра. Нагрев кондуктивного реактора пиролиза 6 блока термического разложения сырья III осуществляет индукционный нагреватель 7 блока термического разложения сырья III. Рабочая температура в реакторе составляет 450-600°C, создаваемое давление 80-120 кгс/см. Готовые угольные брикеты удаляют транспортером револьверного типа 8 блока охлаждения готового продукта IV, при движении которого готовые угольные брикеты охлаждают до температуры 20-30°C и сбрасывают в бункер-накопитель угольных брикетов 9 блока охлаждения готового продукта IV. Поток парогазовой смеси направляют в блок конденсации парогазовой смеси V на конденсацию в теплообменник 10, жидкий продукт собирают в приемном баке 11 блока конденсации парогазовой смеси V. Конденсация парогазовой смеси осуществляют охлаждением парогазовой смеси до температуры 180°C. Неконденсируемую часть парогазовой смеси направляют на сжигание в топочную камеру 12 блока подготовки теплоносителя VI для получения теплоносителя. Топочные газы, пропуская через дополнительный теплообменник 13 блока подготовки теплоносителя VI, охлаждают до необходимой температуры и направляют в сушильный барабан 3 блока сушки сырья II. Отработанные топочные газы направляют в блок газоочистки VII и после прохождения очистки в газоочистителе 14 очищенный газ сбрасывают в воздух. Управление работой установки осуществляют с помощью блока управления VIII через управляющую и регулирующую аппаратуру 15.
Приводим пример работы установки на сырье из древесных отходов.
,
2
Древесные отходы влажностью 60% (исходя из средней величины влажности исходного сырья) измельчают в измельчителе 1 блока подготовки сырья I до крупности 15-25 мм и направляют в бункер-накопитель, оборудованный дозатором, 2 блока подготовки сырья I, откуда сырье в дозированном объеме поступает в блок сушки сырья II на сушку в сушильном барабане 3. Измельченное сырье сушат в потоке теплоносителя при температуре при 200°C до влажности 15%. После сушки сырье посредством шнекового транспортера 4 блока термического разложения сырья III поступает в бункер-накопитель высушенного сырья 5 блока термического разложения сырья III далее сырье поступает в реактор кондуктивного пиролиза 6 блока термического разложения сырья III нагреваемый индукционным нагревателем 7 блока термического разложения сырья III. По мере движения по реактору кондуктивного пиролиза 6 блока термического разложения сырья III сырье подвергают термодеструкции при температуре 550°C и уплотнению при давлении 80-120 кгс/см. Готовые угольные брикеты удаляют транспортером револьверного типа 8 блока охлаждения готового продукта IV, при движении которого готовые угольные брикеты охлаждают до температуры 20-30°C и сбрасывают в бункер-накопитель угольных брикетов 9 блока охлаждения готового продукта IV. Поток парогазовой смеси направляют в блок конденсации парогазовой смеси V на конденсацию в теплообменник 10, жидкий продукт собирают в приемном баке 11 блока конденсации парогазовой смеси V. Конденсацию парогазовой смеси осуществляют охлаждением парогазовой смеси до температуры 180°C. Неконденсируемую часть парогазовой смеси направляют на сжигание в топочную камеру 12 блока подготовки теплоносителя VI для получения теплоносителя. Топочные газы, пропуская через дополнительный теплообменник 13 блока подготовки теплоносителя VI, охлаждают до необходимой температуры и направляют в сушильный барабан 3 блока сушки сырья II. Отработанные топочные газы направляют в блок газоочистки VII и после прохождения очистки в газоочистителе 14 очищенный газ сбрасывают в воздух. Управление работой установки осуществляют с помощью блока управления VIII через управляющую и регулирующую аппаратуру 15.
Пример работы установки на сырье из отработанных деревянных шпал аналогичен примеру работы установки на сырье из древесных отходов.
Данные по производительности работы установки с использованием в качестве сырья древесные отходы и отработанные деревянные шпалы с влажностью 60% приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Наименование сырья
Производительность установки по исходному сырью
Выход продуктов
угольные брикеты
жидкийпродукт
пиролизный газ
Древесные отходы
75 кг/час
39 кг/час
22,5 кг/час
13,5 кг/час
Отработанные деревянные шпалы
75 кг/час
36 кг/час
24,75 кг/час
14,25 кг/час
По прототипу
50 кг/час
32,5 кг/час
отсутст-вует  конден-сация
17,5 кг/час
Таким образом, как видно из примеров конкретного выполнения, совокупность признаков заявленной установки для переработки лигноцеллюлозных отходов в угольные брикеты позволяет увеличить производительность установки по исходному сырью до 75 кг/час, тогда как по известному объекту производительность по исходному сырью составляет 50 кг/час.