RU139640U1

RU139640U1 - HIGH SPEED PYROLYSIS REACTOR

Info

Publication number: RU139640U1
Application number: RU2013154539/05U
Authority: RU
Inventors: Евгений Алексеевич Соловьев; Александр Юрьевич Магит
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-04-20

Abstract

Реактор высокоскоростного пиролиза, содержащий цилиндрический корпус, установленный в верхней части корпуса патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем, патрубок для отвода продуктов пиролиза, отличающийся тем, что 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 решёткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза.A high-speed pyrolysis reactor containing a cylindrical body, a pipe for supplying raw materials with a coolant installed in the upper part of the body, a pipe for removing pyrolysis products, characterized in that the pipe for supplying raw materials with a coolant is made tangential, and the coolant is gas, tangentially connected to the middle part of the body on the opposite sides there are two reducing gas inlets, in the upper part of the body with the possibility of vertical movement coaxially installed n pipe for removal of combined-cycle pyrolysis products, made in the form of an exhaust pipe with a socket at the lower end, the socket is located in the middle part with a gap with respect to the walls of the casing and is equipped with a catalytic lattice forming in the socket an area for the catalytic hydrogenation of combined-gas pyrolysis products.

Description

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.The utility model relates to the field of processing solid hydrocarbon-containing raw materials, in particular brown coal, biomass, wood and peat, and is used to extract condensable hydrocarbons and can be used in the power industry, chemical, agricultural, and wood processing industries.

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).A technical peat pyrolysis reactor is known from the technical level. It contains a three-section working chamber with leads for supplying dry peat, coke outlet and discharging gas released as a result of peat pyrolysis. Two cylindrical gas burners are installed horizontally inside the working chamber in the upper and middle sections, each of which mechanically conjugated along one inclined metal plate, while the inclined metal plates are located one below the other and inclined in opposite directions, in each of three sec The working chamber on the inner wall contains annular chambers filled with coolant with inlet and outlet pipes, an outlet for supplying dry peat and an outlet for discharging gas released as a result of peat pyrolysis are made in the upper part of the upper section of the working chamber, and the outlet for coke outlet is made in the lower parts of the lower section of the working chamber (RF patent No. 2293104 C1, priority date 09/13/2005, publication date 02/10/2007, authors Kotelnikov V.A. et al., RU).

Недостатком известного реактора является низкая эффективность переработки исходного сырья из-за неравномерности размеров частиц сырья и низкий выход жидких продуктов пиролиза.A disadvantage of the known reactor is the low efficiency of processing the feedstock due to the uneven particle size of the feedstock and the low yield of liquid pyrolysis products.

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).A known high-speed pyrolysis reactor as part of a plant for processing solid fuel into liquid and gaseous fuels, containing a feed hopper with a dispenser, a sealed processing chamber, which is a reactor, a tank for solid residue and a fuel condensation device, a conveyor is installed in the reactor for moving the feed from the hopper in a container for solid residue with a productivity of 0.1-10 tons of raw materials per hour, a plasma torch is installed above the conveyor, combining the functions of a device for producing high-frequency plasma discharge and device for high-speed heating of raw materials to a temperature of 500-1500 ° C with an electric power of 180-600 kW per ton of processed raw materials per hour (RF patent No. 2349624 C1, priority date September 6, 2007, publication date 3/20/2009, author Strebkov D. S., RU).

Главным недостатком известного реактора является высокое потребление электроэнергии.The main disadvantage of the known reactor is its high energy consumption.

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).Known jet reactor for high-speed pyrolysis of pulverized solid fuel, adopted as a prototype, containing a cylindrical body, consisting of three parts with slotted peripheral nozzles located at different levels in parallel planes, installed in the upper part of the housing means for introducing fine-grained coal and coolant connected to the lower part of the housing a pipe for the removal of pyrolysis products, an annular manifold for supplying a gas coolant, located outside the housing and connecting insensitive to it through peripheral slotted nozzles installed in the housing along its axis, a cylindrical riser-riser with an upper conical part and adjustable central slotted nozzles, while the axes of the peripheral and central nozzles are located at an angle to each other (USSR Copyright Certificate No. 1666513, date Priority 04/06/1989, publication date 07/30/1991, authors Khmelevskaya E.D. et al., RU, prototype).

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.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of the reactor, due to the presence of slit devices that complicate the design and limit the functionality of the reactor due to the difficulty of regulating the residence time of the raw material in the pyrolysis zone, restrictions on the humidity of the feedstock, since slot nozzles can be coked by wet particles of the source coal and the resulting during the reaction with carbon, which can negatively affect the output and quality of the liquid pyrolysis products, in addition, the use along with Carrier gas of a fine-grained solid-phase coolant reduces the reliability of the reactor due to the occurrence of abrasive wear on the inner walls.

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.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the high-speed pyrolysis reactor by simplifying the design, expanding functionality, increasing reliability and increasing the yield and quality of liquid pyrolysis products.

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 пиролизаTo solve the problem in a high-speed pyrolysis reactor containing a cylindrical body, a pipe for supplying raw materials with a coolant installed in the upper part of the body, a pipe for removing pyrolysis products, according to a utility model, a pipe for supplying raw materials with a coolant is made tangential, and the coolant is gas, to on the opposite side of the middle part of the casing, two reducing gas inlets are tangentially connected from opposite sides; In order to move it, a pipe is installed coaxially for the removal of combined-cycle pyrolysis products, made in the form of an exhaust pipe with a socket at the lower end, the socket is located in the middle part with a gap with respect to the walls of the housing and is equipped with a catalytic lattice forming in the socket a catalytic hydrogenation zone for combined gas and pyrolysis products

На фиг. 1 схематически показан реактор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху.In FIG. 1 schematically shows a reactor, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, top view.

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.The high-speed pyrolysis reactor contains a housing 1, consisting of upper, middle and lower parts, forming the corresponding zones 2, 3 and 4. In the upper part of the housing there is a tangential nozzle 5 for supplying finely ground feedstock with a gas coolant, and it is also installed with the possibility of vertical movement of the nozzle 6 for removal of combined-cycle pyrolysis products, made in the form of an exhaust pipe with a bell 7 at the lower end. In this case, the bell 7 is located in the middle part with a gap with respect to the walls of the casing and is equipped with a catalytic lattice 8 to form a zone of catalytic hydrogenation of the vapor-gas pyrolysis products above it 9. Regulation of this gap can be carried out by moving the exhaust pipe with the bell 7 with fixation, for example using connections (not shown conventionally). To the middle part of the body two pipe 10 of the input of the reducing gas are tangentially connected from opposite sides, and the pipe 11 of the outlet of solid pyrolysis products is connected to the lower part of the body.

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).The high-speed pyrolysis reactor operates as follows. The feedstock supplied through tangential pipe 6 along with the gas coolant flow enters zone 2, acquires rotational motion and is drawn into the rapidly rotating vortex stream of the reaction mixture moving into zone 3, which ensures a short residence time of the raw material in the reaction zone and the high-speed pyrolysis process. At the same time, explosive destruction of coal particles occurs in zone 2 due to instant boiling of the water included in their composition, which contributes to even finer grinding of particles and, accordingly, an increase in their reactivity, which results in an increase in the degree of conversion and yield of pyrolysis products. In zone 3, a controlled process of high-speed pyrolysis of raw material particles occurs. As a result of this process, a vapor-gas mixture is formed containing non-condensable hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen, as well as pairs of condensable hydrocarbons that make up the liquid pyrolysis products. To intensify the process, a reducing gas containing carbon monoxide and hydrogen is additionally introduced into the zone 3 through tangential nozzles 10 connected on opposite sides to the middle part of the housing, which ensures the recovery of condensed hydrocarbons from the gas-vapor mixture in the zone of catalytic hydrogenation of gas-vapor pyrolysis products 9 and, therefore, thereby increases the content of gasoline and diesel fractions, and therefore provides an increase in the efficiency of the reactor by increasing the yield and achestva pyrolysis liquid products. The vapor-gas mixture of pyrolysis products is discharged from the reactor through a coaxially located exhaust pipe 6 with a bell 7 and then sent to the final cleaning and condensation system (not shown). Due to the possibility of moving the exhaust pipe with a bell 7 in a vertical plane and adjusting the gap between the bell and the wall of the body, it is possible to change the reaction volume and, accordingly, the residence time of the raw materials in the pyrolysis zone 3, which extends the functionality of the reactor and increases its efficiency. Particles of solid pyrolysis products during their rotation are discarded by centrifugal forces to the wall of the vessel, descend along it into zone 4 and are discharged from the bottom of the reactor through a pipe 11 for discharging solid pyrolysis products to a collection and disposal system (not shown).

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.The advantage of the inventive reactor is that due to the use of a gas coolant and its introduction in the stream together with the feedstock through a tangential pipe in the housing, instead of slotted devices, the design is simplified, the likelihood of coking is eliminated, it is possible to use raw materials with varying degrees of humidity, and reliability is increased reactor and thereby increases its efficiency. As a result, in the inventive reactor, thanks to a new set of features, there is an intensification of heat and mass transfer processes and a high degree of conversion of raw materials is achieved.

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.Thus, the described design features allow to obtain a higher technical result, namely, to significantly increase the efficiency of the high-speed pyrolysis reactor by expanding the functionality, increasing reliability and increasing the yield and quality of liquid pyrolysis products.

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.Due to this, the proposed high-speed pyrolysis reactor can be used for processing various types of solid hydrocarbon-containing raw materials in a continuous mode, followed by the disposal of the pyrolysis products and obtaining high-quality liquid fuel with a high yield.

Claims

Реактор высокоскоростного пиролиза, содержащий цилиндрический корпус, установленный в верхней части корпуса патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем, патрубок для отвода продуктов пиролиза, отличающийся тем, что 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 решёткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза.

A high-speed pyrolysis reactor containing a cylindrical body, a pipe for supplying raw materials with a coolant installed in the upper part of the body, a pipe for removing pyrolysis products, characterized in that the pipe for supplying raw materials with a coolant is made tangential, and the coolant is gas, tangentially connected to the middle part of the body on the opposite sides there are two reducing gas inlets, in the upper part of the body with the possibility of vertical movement coaxially installed n pipe for removal of combined-cycle pyrolysis products, made in the form of an exhaust pipe with a socket at the lower end, the socket is located in the middle part with a gap with respect to the walls of the casing and is equipped with a catalytic lattice forming in the socket an area for the catalytic hydrogenation of combined-gas pyrolysis products.