УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА И ПОЛУКОКСА ПИРОЛИЗОМ БИОМАССЫ

Заявляемое техническое решение относится к устройствам газификации органических веществ, а именно к устройствам для получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике, при производстве электроэнергии и химическом синтезе органических соединений.
Синтетический газ (синтез-газ), состоящий в основном из СО и Н2, является основой для многих направлений в химическом синтезе, может применяться в качестве горючего газа для производства тепла и электроэнергии.
Значительное увеличение мировых цен на нефть и природный газ заставляют рассматривать другие сырьевые источники для получения синтез-газа. Биомасса -твердое органическое вещество растительного, животного или техногенного происхождения, содержит в своем составе достаточное количество водорода, чтобы при термическом разложении (пиролизе) выделять синтез-газ. В уровне техники не обнаружено технических решений обеспечивающих непрерывный глубокий пиролиз биомассы с различным химическим составом, крупностью и влажностью, и получением высококалорийного синтез-газа.
Предшествующее поколение устройств для пиролиза представлено изобретением устройства для пиролиза древесины согласно авторскому свидетельству СССР №1786829 от 25.12.1989 г., МПК-6: С10В 47/00, опубликованному 10.12.1995 г. и являющемуся аналогом заявляемого технического решения. Устройство для пиролиза древесины содержит печь, камеру пиролиза со съемным перекрытием, расположенную на стойках в опорах вращения, причем устройство снабжено системой утилизации летучих продуктов, газоотводящим патрубком, сообщающим камеру пиролиза с системой утилизации летучих продуктов пиролиза, при этом камера пиролиза расположена в печи, две противоположные стенки которой выполнены раскрывающимися. Особенностью данного аналога является его работа именно для пиролиза древесины, чем обусловлено наличие раскрывающихся стенок печи, смолоотделителя и устройства для извлечения угля. Тем не менее, в данном аналоге присутствует пиролизная камера, система утилизации летучих продуктов с газоотводящим патрубком.
Однако в аналоге не предусмотрено шнековое устройство, что не позволяет применять данный аналог для широкого спектра сырья.
Уровень техники представлен патентом РФ №2240341 от 22.09.2000 г. (ПРОТОТИП), МПК-7: C10J 3/68, C10J 3/00, опубликованным 20.11.2004 г. и защищающим способ газификации органических веществ и смесей веществ. Патент относится к способу газификации органических веществ, при этом описание изобретения по патенту-прототипу позволяет сделать вывод о применяемой для реализации способа конструкции, которая в техническом отношении имеет сходство с заявляемым устройством для получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы. Способ-прототип реализован с помощью применения устройства, включающего зону нагрева, реакционную зону, зону пиролиза, реализованную с помощью пиролизного реактора, представляющего собой обмурованную шахту, и зону разделения в виде камеры разделения пиролизного кокса от теплонесущей среды, причем отделение теплонесущей среды от твердого углеродсодержащего остатка после оставления им зоны пиролиза осуществляют пневматически с помощью устройства воздушной сепарации. Теплонесущая среда в устройстве по прототипу состоит из огнестойкого вещества, такого, как песок, гравий, щебень, алюмосиликат, корунд, серая вакка, кварцит или кордиерит, причем теплонесущая среда может состоять также из формованных тел из металлических, предпочтительно магнитных, материалов, или неметаллических керамических материалов, а также спеченных материалов или отдельных гранул
Устройство по способу-прототипу работает следующим образом: органические вещества или смесь веществ расщепляются в зоне пиролиза путем контактирования с нагретой теплонесущей средой на твердый углеродсодержащий остаток и пиролизный газ в качестве летучей фазы, после чего пиролизный газ смешивают с водяным паром в зоне пиролиза, а собранный твердый углеродсодержащий остаток подают в специальную топку и там сжигают. Применение устройства, реализующего способ-прототип, позволяет получить высококачественный, неразбавленный и высококалорийный газ с незначительными затратами.
Однако в прототипе используется сторонний теплоноситель в виде нагретой теплонесущей среды, как показано в примере к прототипу, в частности в виде предварительно нагретых до температуры от 500 до 950 градусов Цельсия стальных шариков, при этом задействовано транспортирующее устройство, которое должно быть приспособлено для щадящего транспортирования механическим способом горячих материалов теплонесущей среды. Прототип, в силу указанного наличия стороннего теплоносителя, дополнительно решает задачу разделения пиролизного
кокса и теплонесущей среды, что усложняет процесс и делает устройство прототипа достаточно материалоемким и энергоемким.
Общие признаки прототипа и заявляемого технического решения заключаются в том, что в прототипе, как и в заявляемом техническом решении, в пиролизной камере (реакторе) производят пиролиз органических веществ с получением газа, имеющего высокую теплотворную способность.
Отличие заявляемого технического решения от прототипа проявляется, прежде всего, в отсутствии необходимости использовать теплонесущую среду. В заявляемом техническом решении пиролиз биомассы происходит в обогреваемом шнеке, что позволяет не использовать сторонний теплоноситель, то есть уменьшить потери тепла, связанные с оборотом теплонесущей среды, а также избежать этапа разделения пиролизного кокса и теплонесущей среды в специальной камере разделения.
Цель разработки заявляемого технического решения - достижение возможности разложения в устройстве для пиролиза различных видов органического сырья.
Техническая задача - создание технического устройства, способного разложить способом пиролиза широкий спектр органического сырья с получением высококалорийного синтез-газа и твердого остатка в виде полукокса.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что устройство для получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы включает пиролизную камеру, причем устройство также включает бункер для входного сырья, камеру сушки с коллектором для сбора пара, шнек для сушки исходного сырья, бункер для приема сухого сырья, шнек подачи топлива в пиролизную камеру, шнековый пиролизер, коллектор для сбора пиролизного газа, камеру приема газа и полукокса, снабженную водоохлаждаемым шнеком, и дымоход, при этом все шнековые устройства снабжены приводами, а шнек пиролизера, шнек подачи топлива и шнек отвода полукокса, с целью предотвращения обратного прорыва газов, снабжены разрывами витка (газовыми пробками).
Технический результат применения заявляемого технического решения заключается в производстве высококалорийного газа из широкого спектра твердого органического сырья при низких производственных затратах.
Сущность полезной модели проиллюстрирована чертежом, где:
1 - бункер для входного сырья;
2 - приводы шнеков;
3 - коллектор для сбора пара;
4 - шнек сушки входного сырья;
5 - бункер для приема сухого сырья;
6 - коллектор для сбора пиролизного газа;
7 - газовые пробки (разрыв витка шнека);
8 - шнековый пиролизер;
9 - водоохладительный шнек для отвода полукокса;
10 - шнек подачи топлива в пиролизную камеру;
11 - пиролизная камера;
12 - камера сушки;
13 - камера для приема газа и полукокса;
14 - воздушный коллектор.
Устройство для получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы состоит из бункера для сырья 1, шнека для сушки исходного сырья 4, коллектор для сбора пара 3, бункера для приема сухого сырья 5, коллектор для сбора пиролизного газа 6, шнекового пиролизера 8, привод шнека пиролизера 2, камеры приема газа и полукокса 13, водоохлаждаемый шнек 9, дымоход, при этом шнек пиролизера, шнек подачи топлива и шнек отвода полукокса снабжены разрывами витка (газовыми пробками) 7.
Устройство для получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы работает следующим образом: предназначенная для пиролиза биомасса поступает в бункер для сырья 1, откуда шнеком сушки исходного сырья 4 проталкивается через зону сушки, обогреваемую отходящими газами. Пары воды, выделяемые при сушке сырья собираются коллектором для сбора пара 3 и выводятся из устройства отдельно от дымовых газов. Высушенное сырье собирается в бункере для приема сухого сырья 5, откуда часть его с помощью шнека подачи топлива в пиролизную камеру 10 поступает на сжигание для обогрева шнекового пиролизера 8. Основная часть сырья с помощью привода шнека пиролизера 2 транспортируется через обогреваемое шнековое пространство, в котором происходит разложение биомассы. Выделяющийся при пиролизе высококалорийный газ собирается в коллекторе для сбора пиролизного газа 6, откуда направляется потребителю. Прокаленный твердый углеродный остаток (полукокс) собирается в камере для приема газа и полукокса 13 и посредством водоохлаждаемого шнека 9 отгружается потребителю. Топочные газы, образовавшиеся от сжигания части биомассы в нагнетаемом воздухе из воздушного коллектора 14 пиролизной камеры 11, после обогрева пиролизного шнека и шнека для сушки 4 отводятся через дымоход. Шнек пиролизера 2, шнек подачи топлива 10 и
шнек отвода полукокса 9 снабжены разрывами витка (газовыми пробками) 7 для предотвращения обратного прорыва газов.
В уровне техники не обнаружено подобного сочетания технической эффективности, экономичности и низкой чувствительности к качеству сырья, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».