RU2259385C1 - Peat processing method - Google Patents

Abstract

FIELD: peat industry.

SUBSTANCE: method of wasteless processing of peat is accomplished by two-step heating of peat to release gaseous and solid constituents. In the first step, peat is dried to moisture content not higher than 15% using portionwise supply of peat with 350-1050 g/s portions and heating to 120±5°C, while treating and withdrawing flue gases. In the second step, solid residue is heated for 1-6 sec to 520-530° without access of oxygen. Resulting pyrolysis gas is condensed into liquid fuel.

EFFECT: optimized peat processing parameters, increased productivity of process and selectivity of peat conversion, and reduced power and materials consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к переработке торфа и может найти применение в отраслях нефтеобработки, теплоэнергетики сельского хозяйства и других отраслях промышленности.The invention relates to the processing of peat and may find application in oil refining, heat power engineering, agriculture and other industries.

Известен способ термической переработки органических веществ, заключающийся в том, что термическую переработку осуществляют за счет нагрева веществ до температуры разложения при одновременном и непрерывном уплотнении, а защитную среду создают за счет газов, образующихся при разложении материалов с недостатком окислителя (патент РФ 2119124, МКИ F 23 G 5/027, 1998).There is a method of thermal processing of organic substances, which consists in the fact that thermal processing is carried out by heating substances to a decomposition temperature with simultaneous and continuous compaction, and a protective environment is created by gases generated during the decomposition of materials with a lack of oxidizing agent (RF patent 2119124, MKI F 23 G 5/027, 1998).

Недостатками известного способа являются: необходимость высокоинтенсивного подвода энергии, что ограничивает количество перерабатываемого продукта; сложность разделения полученных продуктов; высокая энергоемкость и низкая производительность.The disadvantages of this method are: the need for high-intensity energy supply, which limits the amount of processed product; the complexity of the separation of the obtained products; high power consumption and low productivity.

Наиболее близким известным способом является способ переработки органических веществ (патент РФ 2201951, МКИ G 01 B 49/00, 2002), включая торф путем его многостадийного нагрева с возможностью получения газообразной и твердой составляющих. Нагрев осуществляют в две последовательные стадии с возможностью получения водяного пара при температуре 200-375°С на первой стадии и с возможностью получения горючих газов при температуре нагрева 550-750°С в зависимости от вида органического вещества.The closest known method is the method of processing organic substances (RF patent 2201951, MKI G 01 B 49/00, 2002), including peat by its multi-stage heating with the possibility of obtaining gaseous and solid components. Heating is carried out in two successive stages with the possibility of producing water vapor at a temperature of 200-375 ° C in the first stage and with the possibility of producing combustible gases at a heating temperature of 550-750 ° C, depending on the type of organic substance.

Недостатком известного способа является высокий уровень потерь в виде отходов, значительная энергоемкость и низкое качество получаемых вторичных продуктов.The disadvantage of this method is the high level of losses in the form of waste, significant energy consumption and low quality of the resulting secondary products.

Таким образом, задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является создание способа безотходной переработки торфа, который не содержал бы указанных недостатков.Thus, the task to which the claimed invention is directed is the creation of a method for waste-free processing of peat, which would not contain these disadvantages.

Решая данную задачу, достигается технический результат, заключающийся в минимизации отходов переработки торфа, повышении качества пиротоплива, удобрений, водяного пара, получаемых в процессе переработки торфа, при снижении энергоемкости процесса и снижении теплопотерь в окружающую среду, при повышенной скорости процесса.Solving this problem, the technical result is achieved, which consists in minimizing peat processing waste, improving the quality of pyro-fuel, fertilizers, water vapor obtained in the process of peat processing, while reducing the energy consumption of the process and reducing heat loss to the environment, at an increased process speed.

Другим техническим результатом является возможность осуществления практически безотходной, экологически чистой переработки торфа с наименьшими энерго- и материальными затратами при увеличении производительности и КПД использования торфа.Another technical result is the possibility of practically wasteless, environmentally friendly processing of peat with the lowest energy and material costs while increasing productivity and efficiency of using peat.

Также достигается технический результат, заключающийся в оптимизации процесса переработки торфа за счет подачи такого количества торфа, которое увеличивает производительность способа, и за счет интенсивного подвода энергии в два этапа: до температуры сушки торфа, исключающей образования смолистых веществ, и резко до температуры образования пиролизного газа, при протекании экзотермических реакций, что не требует дополнительного подвода внешней энергии и также улучшает характеристики готовых переработанных продуктов.The technical result is also achieved, which consists in optimizing the process of peat processing by supplying such a quantity of peat that increases the productivity of the method, and due to the intensive supply of energy in two stages: to the temperature of drying of peat, which excludes the formation of resinous substances, and sharply to the temperature of formation of pyrolysis gas , during the course of exothermic reactions, which does not require an additional supply of external energy and also improves the characteristics of finished processed products.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Согласно предложенному способу безотходной переработки торфа путем двухступенчатого нагрева с возможностью получения газообразной и твердой составляющих на первой ступени торф высушивают до влажности не более 15% путем его порционной подачи по 350-1050 г/сек и нагрева до температуры 120±5°С. Образовавшийся пар и топочные газы очищают и отводят для использования в муниципальных энергетических системах, на второй стадии твердый остаток резко нагревают до температуры 520-530°С без доступа кислорода в течение 1-6 сек, пиролизный газ поступает в систему конденсациии для получения жидкого пиролизного топлива. Твердое углистое вещество из реактора после охлаждения (до температуры 40°С) направляется для дальнейшего использования как замена калийных удобрений или полукокс для применения в металлургии.According to the proposed method of non-waste peat processing by two-stage heating with the possibility of obtaining gaseous and solid components in the first stage, peat is dried to a moisture content of not more than 15% by portioning it at 350-1050 g / s and heating to a temperature of 120 ± 5 ° C. The resulting steam and flue gases are cleaned and removed for use in municipal energy systems, in the second stage, the solid residue is sharply heated to a temperature of 520-530 ° C without oxygen for 1-6 seconds, the pyrolysis gas enters the condensation system to produce liquid pyrolysis fuel . The solid carbonaceous substance from the reactor after cooling (to a temperature of 40 ° C) is sent for further use as a replacement for potash fertilizers or semi-coke for use in metallurgy.

Заявленный температурный режим переработки торфа по предложенному способу является оптимальным и основывается на теоретических расчетах теплоемкостей исходного (торфа) и получаемых веществ и подтверждается эмпирически.The claimed temperature regime of peat processing by the proposed method is optimal and is based on theoretical calculations of the specific heat of the source (peat) and the resulting substances and is confirmed empirically.

Температура сушки на первой стадии установлена 120±5°С, чтобы исключить процесс бертинирования (образования смолистых веществ), который для торфа может происходить в интервале 130-170°С. Температура в реакторе (пиролизной камере) составляет 520-530°С. В данном температурном интервале преобладающими для торфа являются экзотермические реакции, т.е. реакции, которые идут с выделением теплоты и не требуют подвода внешней энергии.The drying temperature in the first stage is set to 120 ± 5 ° C to exclude the process of bertination (formation of resinous substances), which for peat can occur in the range of 130-170 ° C. The temperature in the reactor (pyrolysis chamber) is 520-530 ° C. In this temperature range, exothermic reactions are predominant for peat, i.e. reactions that occur with the release of heat and do not require the supply of external energy.

Время первой стадии - сушки торфа не имеет ограничений. Основной определяющий фактор прохождения этой стадии - влажность торфа на выходе. После сушки она должна быть не более 15%. Время пиролиза на второй стадии в реакторе не должно быть более 6 секунд. Высокоскоростной пиролиз происходит во временном интервале 0,7-6,1 сек. Поэтому оптимальное время нахождения частиц торфа в реакторе находится в интервале 1,0-6,0 сек.The time of the first stage - drying of peat has no restrictions. The main determining factor in the passage of this stage is the moisture content of peat at the outlet. After drying, it should be no more than 15%. The pyrolysis time in the second stage in the reactor should not be more than 6 seconds. High-speed pyrolysis occurs in the time interval of 0.7-6.1 seconds. Therefore, the optimal residence time of peat particles in the reactor is in the range of 1.0-6.0 seconds.

Производительность процесса выбирается исходя из экономической целесообразности, минимизации конструктивных размеров установки и конструкторских рядов. Минимальная производительность конструкторского ряда выбрана 100-300 г/сек сухого торфа в реакторе.The performance of the process is selected based on economic feasibility, minimizing the structural dimensions of the installation and design rows. The minimum productivity of the design series is selected 100-300 g / s dry peat in the reactor.

Исходя из производительности реактора, производительность процесса сушки должна превышать производительность реактора не менее чем в 3,5 раза.Based on the productivity of the reactor, the productivity of the drying process should exceed the productivity of the reactor by at least 3.5 times.

Высокая скорость процесса обеспечивается высокоинтенсивным подводом энергии, что также снижает теплопотери в окружающую среду. Значительный выигрыш энергии достигается при проведении процессов, протекающих при приближении параметров торфа к границе существования производных торфа в конденсированной фазе (к «спинодали»). Чем ближе параметры торфа приближаются к параметрам «спинодали», тем выше скорость процесса и ниже теплопотери, а следовательно, более экономически выгоден процесс. Повышение качества получаемого пиротоплива осуществляется благодаря меньшему содержанию в процессе переработки торфа смолистых веществ, за счет исключения бертинирования из процесса переработки торфа.The high speed of the process is ensured by a high-intensity supply of energy, which also reduces heat loss to the environment. A significant energy gain is achieved by carrying out the processes that occur when the parameters of peat approach the boundary of the existence of peat derivatives in the condensed phase (to the “spinodal”). The closer the peat parameters approach the “spinodal” parameters, the higher the process speed and lower heat loss, and therefore, the process is more economical. The quality of the resulting pyro-fuel is improved due to the lower content of resinous substances in the process of peat processing, due to the exclusion of bertination from the process of peat processing.

На чертеже изображена схема предложенного способа.The drawing shows a diagram of the proposed method.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на чертеж, на котором изображена схема осуществления заявленного способа при помощи пиролизной установки.The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, which shows a diagram of the implementation of the claimed method using a pyrolysis installation.

На начальном этапе, используя пропан (примерно 15 кг), разогревают реактор до температуры ~520°С. Продолжительность приведения установки в рабочий режим ~4,5 часа.At the initial stage, using propane (approximately 15 kg), the reactor is heated to a temperature of ~ 520 ° C. The duration of bringing the installation into operation is ~ 4.5 hours.

Разогретый воздух вместе с топочными газами через теплообменник устанавливает температуру в сушке 120±5°С.The heated air together with the flue gases through the heat exchanger sets the temperature in the dryer 120 ± 5 ° C.

Шнековым питателем влажный торф по 350-1050 г/сек и влажностью 60-65% подается в сушилку, которая работает в режиме псевдоожижения - режим циркулирующего кипящего слоя (ЦКС).With a screw feeder, wet peat at 350-1050 g / s and a moisture content of 60-65% is fed into the dryer, which operates in the fluidization mode - the circulating fluidized bed (CCS) mode.

Отличительной способностью предложенной технологии переработки торфа является возможность сжигания получаемого в установке газа. Это позволяет решить многие экологические задачи и повысить степень сжигания топлива.A distinctive feature of the proposed peat processing technology is the possibility of burning the gas produced in the installation. This allows you to solve many environmental problems and increase the degree of fuel combustion.

Затем посредством затвора-дозатора с производительностью 100 г/сек по сухому торфу торф с влажностью 15% подается в реактор, где с продолжительностью 1,0~6,0 секунд происходит высокоскоростной пиролиз торфа (экзотермические реакции) с образованием пиролизного газа и твердого углистого вещества.Then, through a metering shutter with a capacity of 100 g / s on dry peat, peat with a moisture content of 15% is fed to the reactor, where high-speed pyrolysis of peat (exothermic reactions) takes place with a duration of 1.0 ~ 6.0 seconds with the formation of a pyrolysis gas and a solid carbonaceous substance .

Для пиролиза торфа экономически более выгодна непосредственная переработка его в установке, поскольку в этом случае не требуется повторное нагревание торфа до температуры его сушки. Однако газ может сжигаться и в другом месте.For pyrolysis of peat, direct processing in a plant is more economically advantageous, since in this case re-heating of peat to its drying temperature is not required. However, gas can be burned elsewhere.

Пиролизный газ направляется в устройство конденсации (конденсатор) для получения жидкого пиролизного топлива (пиротоплива), складируется, а затем направляется для использования как исходное сырье в нефтехимической промышленности, как ГСМ автомобильной и локомотивной техники, заменитель мазута и печного топлива для разнообразных ТЭЦ и котельных. Оставшийся после конденсации газ направляется для сжигания.Pyrolysis gas is sent to a condensing device (condenser) to produce liquid pyrolysis fuel (pyro-fuel), stored, and then sent for use as a feedstock in the petrochemical industry, as fuels and lubricants for automotive and locomotive equipment, fuel oil and heating oil substitutes for various thermal power plants and boiler houses. The gas remaining after condensation is sent for combustion.

Твердое углистое вещество охлаждается и складируется, а затем направляется для использования в сельское хозяйство как удобрение, а в металлургию как коксовая составляющая.The solid carbonaceous substance is cooled and stored, and then sent for use in agriculture as a fertilizer, and in metallurgy as a coke component.

Для управления температурными режимами, а также для охлаждения и конденсации продуктов пиролиза и сушки торфа используется вода и воздух.To control the temperature conditions, as well as to cool and condense the products of pyrolysis and drying of peat, water and air are used.

Выделившаяся теплота при этом направляется в систему муниципального отопления или парогенерации для выработки электроэнергии.The released heat is then sent to the municipal heating or steam generation system to generate electricity.

Интенсивный теплоподвод осуществляется за счет быстрого изменения температуры, причем нагрев торфа предпочтительно проводится за счет горения торфа и/или газа, но также может проводится за счет использования электроэнергии или использования любых других источников энергии.Intensive heat supply is carried out due to rapid temperature changes, and peat heating is preferably carried out by burning peat and / or gas, but can also be done through the use of electricity or the use of any other energy sources.

В процессе (после сушки торфа) получаются газообразные вещества и твердый осадок, состоящий преимущественно из неорганических веществ. Газообразная фракция направляется на сжигание или охлаждение. При охлаждении происходит конденсация фракций, которые используются по различному назначению.In the process (after drying peat), gaseous substances and a solid precipitate are obtained, consisting mainly of inorganic substances. The gaseous fraction is sent to combustion or cooling. During cooling, condensation of fractions occurs, which are used for various purposes.

Твердый осадок, полученный в результате пиролиза торфа, если это необходимо, дожигается до полного удаления органических веществ, модифицируется и после охлаждения используется в качестве удобрения.The solid precipitate obtained as a result of peat pyrolysis, if necessary, is burned to the complete removal of organic substances, modified and, after cooling, used as fertilizer.

Поскольку исходные вещества и вещества, образующиеся в процессе, нагреваются до высокой температуры, то для получения максимальной экономической выгоды может производиться их охлаждение за счет нагрева воды, например, используемой для отопления.Since the starting materials and substances formed in the process are heated to a high temperature, in order to obtain maximum economic benefits, they can be cooled by heating water, for example, used for heating.

Характеристики получаемых веществ.Characteristics of the resulting substances.

1. Жидкое пиролизное топливо.1. Liquid pyrolysis fuel.

Класс ГСМ, состав близкий к дизельному топливу марки ДТЛ по Российскому стандарту. Из 100 граммов исходного топлива (сухого торфа) при данном способе обработки получается около 65 граммов пиротоплива.Fuel and lubricants class, composition close to diesel fuel of the DTL brand according to the Russian standard. About 100 grams of pyro-fuel is obtained from 100 grams of the initial fuel (dry peat) with this processing method.

2. Твердое углистое вещество.2. Solid carbonaceous substance.

По своему химическому составу углистое вещество, полученное после пиролиза торфа, находится между полукоксом и коксом, что позволяет применять его в металлургии. По способу воздействия, при применении в сельском хозяйстве в качестве удобрения, равнозначно калийным удобрениям. Из 100 граммов сухого торфа получается 15 граммов твердого углистого вещества.According to its chemical composition, the carbonaceous substance obtained after the pyrolysis of peat is located between semi-coke and coke, which allows its use in metallurgy. By the method of exposure, when used in agriculture as a fertilizer, it is equivalent to potash fertilizers. From 100 grams of dry peat, 15 grams of solid carbonaceous matter is obtained.

3. Выделяемая теплота.3. The generated heat.

При данном способе переработки торфа выделившаяся теплота по своему энергетическому воздействию равнозначна теплоте, получаемой в ТЭЦ и котельных. В соответствии с этим получаемая теплота может иметь широкий спектр применения в муниципальном хозяйстве как альтернатива существующим способам получения тепла.With this method of peat processing, the released heat in its energy impact is equivalent to the heat obtained in thermal power plants and boiler houses. In accordance with this, the resulting heat can have a wide range of applications in the municipal economy as an alternative to existing methods of generating heat.

Claims (1)

Способ безотходной переработки торфа путем его двухступенчатого нагрева с возможностью получения газообразной и твердой составляющих, отличающийся тем, что на первой ступени торф высушивают до влажности не более 15% путем его порционной подачи по 350-1050 г/с и нагрева до температуры 120±5°С, при этом образовавшийся пар и топочные газы очищают и отводят, на второй ступени твердый остаток нагревают до температуры 520-530°С без доступа кислорода в течение 1-6 с, затем охлаждают и образовавшийся пирогаз конденсируют до образования жидкого топлива.The method of non-waste processing of peat by its two-stage heating with the possibility of obtaining gaseous and solid components, characterized in that at the first stage peat is dried to a moisture content of not more than 15% by portioning it at 350-1050 g / s and heating to a temperature of 120 ± 5 ° C, while the resulting steam and flue gases are cleaned and removed, in the second stage, the solid residue is heated to a temperature of 520-530 ° C without oxygen for 1-6 s, then it is cooled and the resulting pyrogas is condensed until liquid fuel is formed.