RU2425087C1

RU2425087C1 - Method for pyrolysis of organic granular materials and apparatus for realising said method

Info

Publication number: RU2425087C1
Application number: RU2009147209/05A
Authority: RU
Inventors: Самуил Вульфович Гольверк (RU); Самуил Вульфович Гольверк; Леонид Павлович Сопов (RU); Леонид Павлович Сопов
Original assignee: Самуил Вульфович Гольверк; Леонид Павлович Сопов
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-07-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: apparatus for pyrolysis of granular materials has a loading chute 1, an outlet chute for pyrolysis gases 10, two pyrolysis chambers 2, air-ducts 7 and a coke cooler 5. Lateral walls of the pyrolysis chambers 2 meet at the top into a semicircle, creating in between space for a combustion chamber 3 in form of a horizontal semicylinder. Each pyrolysis chamber 2 is fitted with auger conveyors 4 lying on both perforated walls which separate the combustion chamber 3 from the pyrolysis chambers 2. The conveyors 4 are placed on top of each other with distance between axes not greater than 1.2 times the spooling diameter and are open at the top, wherein the top conveyor has opposite spooling at the centre and on both ends, and the lower conveyor has opposite spooling at the centre.

EFFECT: invention increases reliability, efficiency and output of pyrolysis of fine organic wastes, and enables to obtain quality composition of pyrolysis gases and semi-coke.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения, например измельченного торфа, опилок, угля, шелухи, косточек и других отходов с получением полукокса и газов пиролиза.The invention relates to the field of pyrolysis of small-fraction waste of organic origin, for example, ground peat, sawdust, coal, husk, pits and other wastes with the production of semi-coke and pyrolysis gases.

Известен способ сушки и пиролиза измельченного угля во взвешенном слое (RU 2051094, С01В 31/08).A known method of drying and pyrolysis of crushed coal in a suspended layer (RU 2051094, СВВ 31/08).

Недостатком известного способа является повышенный унос продукта эвакуируемой газовой средой, громоздкость установки для реализации способа и повышенные энергозатраты на поддержание взвешенного слоя.The disadvantage of this method is the increased entrainment of the product evacuated by the gas medium, the bulkiness of the installation for implementing the method and the increased energy consumption for maintaining the suspended layer.

Известен способ пиролиза с использованием механической транспортировки пиролизуемого материала по винтовому каналу (RU 2321612, С10В 49/4; С01В 31/08), а также способ пиролиза с механической транспортировкой материала при помощи вращающегося вала с лопатками (RU 2174098, С01В 31/08).A known method of pyrolysis using mechanical transportation of pyrolyzable material through a helical channel (RU 2321612, С10В 49/4; СВВ 31/08), as well as a pyrolysis method with mechanical transportation of material using a rotating shaft with blades (RU 2174098, С01В 31/08) .

Недостатком известных способов является передача тепла только теплопроводностью и небольшая реакционная поверхность малоподвижного пиролизуемого материала.A disadvantage of the known methods is heat transfer only by thermal conductivity and the small reaction surface of the inactive pyrolyzable material.

Известен способ обезвреживания жидких отходов (SU 1702099, F23G 7/04), при котором дожигание ведут во встречных соударяющихся закрученных вихревых потоках дымовых газов (прототип способа).A known method of neutralizing liquid waste (SU 1702099, F23G 7/04), in which afterburning is carried out in counter colliding swirling swirling flue gas flows (prototype method).

Недостатком известного способа при его использовании для пиролиза мелкофракционного материала является повышенный унос и большие энергозатраты на создание высокоскоростных соударяющихся потоков.The disadvantage of this method when it is used for the pyrolysis of fine material is increased entrainment and high energy consumption for creating high-speed colliding flows.

Известна коксовая печь (RU 2299899, С10В 9/00), выполненная в виде двух сопряженных равнонаклонных камер коксования, имеющих общую вершину, над которой расположено загрузочное устройство, а под камерами коксования имеются обогревательные каналы и образованный стенками камер коксования канал треугольной формы для отвода продуктов горения (прототип устройства).Known coke oven (RU 2299899, СВВ 9/00), made in the form of two paired equal-inclined coking chambers having a common top, above which the loading device is located, and under the coking chambers there are heating channels and a triangular-shaped channel formed by the walls of the coking chambers for product removal burning (prototype device).

Недостатком известного устройства является то, что тепло в объеме коксуемого продукта передается только теплопроводностью, реакционная площадь его минимальна, а продвижение коксуемого материала по наклонной стенке не надежно и зависит от его физических свойств и состава.A disadvantage of the known device is that heat in the volume of the coked product is transmitted only by thermal conductivity, its reaction area is minimal, and the progress of the coked material along an inclined wall is not reliable and depends on its physical properties and composition.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности, эффективности и производительности пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения и получение качественного состава газов пиролиза и полукокса.The aim of the invention is to increase the reliability, efficiency and productivity of the pyrolysis of small-fraction waste of organic origin and to obtain a high-quality composition of pyrolysis gases and semicoke.

Поставленная цель достигается тем, что процесс ведут в вихревых соударяющихся потоках пиролизуемого материала, для чего в качестве побудителя соударяющихся вихревых потоков используют механический шнековый разгон и раскрутку материала за счет центробежных сил, кроме того, воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющийся вихревой поток и обеспечивают контролируемое разрежение в реакционной зоне.This goal is achieved by the fact that the process is carried out in colliding vortex flows of pyrolyzable material, for which mechanical auger acceleration and spin-up of the material due to centrifugal forces are used as a trigger for colliding vortex flows, in addition, part of the pyrolysis gases are fed with air directly to the colliding vortex flow and provide controlled vacuum in the reaction zone.

Вихревое движение потоков пиролизуемого материала позволяет максимально увеличить его активную поверхность, а соударение потоков при встречном движении обеспечивает максимально возможную относительную скорость, что способствует усиленному тепло-массообмену в зоне пиролиза.The vortex motion of the flows of pyrolyzable material allows one to maximize its active surface, and the collision of flows during oncoming movement provides the maximum possible relative speed, which contributes to enhanced heat and mass transfer in the pyrolysis zone.

Механический разгон пиролизуемого материала позволяет уйти от использования пневмотранспорта, что позволяет до минимума снизить унос и расход энергии на транспорт материала, а раскрутка материала в процессе его поступательного движения позволяет активизировать процесс пиролиза еще до соударения потоков материала.Mechanical acceleration of the pyrolyzable material allows you to get away from the use of pneumatic transport, which minimizes the ablation and energy consumption for transporting the material, and the promotion of the material during its translational movement allows you to activate the pyrolysis process before the collision of material flows.

Ввод воздуха на горение части газов пиролиза непосредственно в соударяющийся вихревой поток при контролируемом разрежении обеспечивает подсос воздуха в реакционную зону в количестве, необходимом для поддержания любого требуемого уровня температур, а также быструю эвакуацию газов пиролиза из реакционной зоны, что минимизирует эффект вторичного высокотемпературного пиролиза летучих, снижающий выход жидких продуктов из газов пиролиза при последующей их химической переработке на жидкое топливо.The introduction of combustion air of a part of the pyrolysis gases directly into the colliding vortex flow during controlled rarefaction ensures the suction of air into the reaction zone in an amount necessary to maintain any desired temperature level, as well as the rapid evacuation of pyrolysis gases from the reaction zone, which minimizes the effect of secondary high-temperature pyrolysis of volatile reducing the yield of liquid products from pyrolysis gases during their subsequent chemical processing to liquid fuel.

На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.Figure 1 shows a diagram of the device, figure 2 shows a section along aa in figure 1.

Способ реализуется в устройстве, которое содержит загрузочный люк 1, люк для эвакуации газов пиролиза 10. Две камеры пиролиза 2 размещены по обе стороны камеры сгорания 3. Боковые стенки камер пиролиза 2 выполнены перфорированными и сходятся вверху полукругом, образуя между собой пространство камеры сгорания 3 в форме горизонтально расположенного полуцилиндра. На боковых стенках камер пиролиза друг над другом на расстоянии между осями по высоте не более 1,2 диаметров навивки размещены два шнековых транспортера 4. Транспортеры открыты сверху и выполнены: верхний - со встречной навивкой в центре и на обоих концах, нижний - со встречной навивкой в центре.The method is implemented in a device that contains a loading hatch 1, a hatch for evacuating pyrolysis gases 10. Two pyrolysis chambers 2 are placed on both sides of the combustion chamber 3. The side walls of the pyrolysis chambers 2 are perforated and converge at the top in a semicircle, forming a space of the combustion chamber 3 in the shape of a horizontally located half cylinder. Two screw conveyors 4 are placed on the side walls of the pyrolysis chambers one above the other at a distance between the axes in height of no more than 1.2 diameters of the winding 4. The conveyors are open at the top and are made: the upper one with counter winding in the center and at both ends, the lower one with counter winding in the center.

Камера сгорания 3 снабжена пусковой горелкой 8, снизу она ограничена подом 6, выполненным по листу между воздуховодами 7, под которым размещен коксоохладитель 5 с люком 11 для вывода твердых продуктов пиролиза.The combustion chamber 3 is equipped with a start-up burner 8, from below it is limited by a hearth 6, made on a sheet between the air ducts 7, under which a coke cooler 5 with a hatch 11 is placed to remove solid pyrolysis products.

Воздуховоды 7 снабжены регулирующими устройствами 9 и служат опорными конструкциями устройства.Ducts 7 are equipped with control devices 9 and serve as supporting structures of the device.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипов:The invention has the following differences from prototypes:

- процесс пиролиза ведут в вихревых соударяющихся потоках материала, для чего в качестве побудителя соударяющихся вихревых потоков используют механический шнековый разгон и раскрутку материала за счет центробежных сил;- the pyrolysis process is carried out in colliding vortex flows of material, for which mechanical auger acceleration and spin-up of the material due to centrifugal forces are used as a trigger for colliding vortex flows;

- воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющиеся вихревые потоки, а процесс пиролиза ведут под регулируемым разрежением;- the combustion air of a part of the pyrolysis gases is supplied by jets directly to the colliding vortex flows, and the pyrolysis process is carried out under controlled rarefaction;

- каждая камера пиролиза устройства снабжена шнековыми транспортерами в количестве не менее двух, располагающимися на обеих перфорированных стенках, отделяющих камеру сгорания от камер пиролиза, при этом транспортеры размещены друг над другом на расстоянии между осями не более 1,2 диаметров навивки, открыты сверху, причем верхний транспортер выполнен со встречной навивкой в центре и на обоих концах, а нижний - со встречной навивкой в центре;- each pyrolysis chamber of the device is equipped with screw conveyors in an amount of at least two, located on both perforated walls separating the combustion chamber from the pyrolysis chambers, while the conveyors are placed on top of each other at a distance between the axes of not more than 1.2 diameters of the winding, open from above, and the upper conveyor is made with the counter winding in the center and at both ends, and the lower one with the counter winding in the center;

- подводящие воздуховоды выполнены в пределах камеры сгорания перфорированными и снабжены регулирующими устройствами;- the inlet ducts are made within the combustion chamber perforated and equipped with control devices;

- коксоохладитель расположен под основанием камеры сгорания перпендикулярно оси транспортеров и выполнен в виде охлаждаемого шнека.- coke cooler is located under the base of the combustion chamber perpendicular to the axis of the conveyors and is made in the form of a cooled screw.

Способ пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом.The method of pyrolysis of small-fraction waste of organic origin is implemented in the proposed device as follows.

Режим пуска.Start mode.

Включается пусковая горелка 8, горячие дымовые газы, разбавленные воздухом, поступающим в камеру сгорания 3 через перфорированные воздуховоды 7, проходят через перфорированные стенки в камеры пиролиза 2 и разогревают все устройство. Температура газов регулируется расходом подсасываемого воздуха при помощи устройства 9, разрежение в камерах пиролиза поддерживается, например, на уровне 20 Па вытяжкой через люк отвода газов пиролиза.The starting burner 8 is turned on, hot flue gases diluted with air entering the combustion chamber 3 through the perforated air ducts 7 pass through the perforated walls into the pyrolysis chambers 2 and heat up the entire device. The temperature of the gases is regulated by the flow rate of the sucked-in air using the device 9, the vacuum in the pyrolysis chambers is maintained, for example, at a level of 20 Pa by exhausting through the hatch for removing the pyrolysis gases.

Исходное сырье, например измельченный торф, с заданным расходом непрерывно вводят в устройство через люк 1.Feedstock, such as ground peat, with a given flow rate is continuously introduced into the device through the hatch 1.

Торф попадает на вращающиеся верхние шнеки, например с числом оборотов 750 об/мин, транспортируется от периферии к центру, раскручивается центробежной силой у навивки шнека, соударяется в центре шнека с таким же встречным потоком, взлетает вверх, опускается на периферии верхнего шнека и снова повторяет движение к центру. Нижние шнеки также раскручены от периферии к центру и пока пусты.Peat enters rotating upper screws, for example, with a speed of 750 rpm, is transported from the periphery to the center, spins up by centrifugal force at the screw winding, hits the center of the screw with the same oncoming flow, takes off, lowers on the periphery of the upper screw movement towards the center. The lower augers are also untwisted from the periphery to the center and are still empty.

На фиг.2 стрелками показано движение материала. На фиг.1 стрелками показано движение материала через коксоохладитель и дымовых газов пусковой горелки и воздуха в камере сгорания.In figure 2, the arrows show the movement of the material. In Fig. 1, the arrows show the movement of material through a coke cooler and flue gas starting burner and air in the combustion chamber.

После прогрева и появления газов пиролиза пусковая горелка отключается, а расход воздуха в устройство корректируется по заданной температуре процесса за счет горения появившихся газов пиролиза.After heating and the appearance of pyrolysis gases, the start-up burner is turned off, and the air flow into the device is adjusted according to the set process temperature due to the combustion of the pyrolysis gases that have appeared.

Режим нормальной работы.Normal mode

Верхние и нижние шнеки одновременно реверсируют, в результате чего пиролизуемый материал направляется от центра к периферии верхних шнеков, где также имеется встречная навивка и узлы пересыпки с верхних шнеков на нижние.The upper and lower screws are simultaneously reversed, as a result of which the pyrolyzable material is directed from the center to the periphery of the upper screws, where there is also a counter winding and transfer nodes from the upper screws to the lower ones.

Поскольку вращение нижних шнеков от центра к периферии не позволяет отводить продукт с верхнего шнека (запирает его), над узлом пересыпки также возникают соударяющиеся потоки, вызываемые встречным движением пиролизуемого продукта с разнонаправленных навивок на периферии верхних шнеков.Since the rotation of the lower screws from the center to the periphery does not allow the product to be removed from the upper screw (closes it), colliding flows also arise above the transfer unit, caused by the oncoming movement of the pyrolyzed product from multidirectional windings on the periphery of the upper screws.

Расстояние между осями шнеков по высоте 1,2 диаметра навивки является оптимальным для совместной работы шнеков при организации узла пересыпки и вихревого движения на периферии верхних шнеков.The distance between the axes of the screws along the height of 1.2 of the diameter of the winding is optimal for the joint work of the screws when organizing the node filling and swirl movement on the periphery of the upper screws.

При следующем реверсе всех шнеков верхние шнеки снова транспортируют пиролизуемый продукт к центру, как и в пусковой режим, а нижние шнеки при этом реверсе через патрубок, расположенный по оси, часть просыпавшегося на узле пересыпки продукта выгружают в коксоохладитель 5.At the next reverse of all screws, the upper screws again transport the pyrolyzable product to the center, as well as to the start mode, and the lower screws with this reverse through the nozzle located along the axis, part of the product that has spilled on the transfer unit is discharged into the coke cooler 5.

Реверсы повторяются через определенное время, например, через каждые 2 минуты.Reverses are repeated after a certain time, for example, every 2 minutes.

Таким образом, заявляемые способ позволяет организовать эффективное многотоннажное производство, а устройство не сложно в эксплуатации, технологично в изготовлении, надежно в работе, легко поддается автоматизации.Thus, the inventive method allows you to organize efficient multi-tonnage production, and the device is not difficult to operate, technologically advanced to manufacture, reliable in operation, easy to automate.

Выводимый через люк 11 полукокс имеет стабильные свойства, а газы пиролиза могут быть использованы для получения жидкого топлива.The semicoke removed through the hatch 11 has stable properties, and the pyrolysis gases can be used to produce liquid fuel.

Claims

1. Способ пиролиза сыпучих материалов органического происхождения, включающий загрузку этих материалов в устройство, их нагрев с частичным сгоранием газов пиролиза, отвод и охлаждение газообразных и твердых продуктов пиролиза, отличающийся тем, что пиролиз ведут в вихревых соударяющихся потоках материала, при этом в качестве побудителя соударяющихся вихревых потоков используют механический шнековый разгон и раскрутку материала за счет центробежных сил.1. The method of pyrolysis of bulk materials of organic origin, including loading these materials into a device, heating them with partial combustion of pyrolysis gases, removal and cooling of gaseous and solid pyrolysis products, characterized in that the pyrolysis is carried out in vortex colliding material flows, while as a stimulator Colliding vortex flows use mechanical auger acceleration and material promotion due to centrifugal forces.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющиеся вихревые потоки, а процесс пиролиза ведут под регулируемым разрежением.2. The method according to claim 1, characterized in that the combustion air part of the pyrolysis gases is supplied by jets directly to the colliding vortex flows, and the pyrolysis process is carried out under controlled vacuum.

3. Устройство для пиролиза сыпучих материалов органического происхождения, содержащее загрузочный люк, люк для эвакуации газов пиролиза, две камеры пиролиза, подводящие воздуховоды и коксоохладитель, отличающееся тем, что боковые стенки камер пиролиза сходятся вверху полукругом, образуя между собой пространство камеры сгорания в форме горизонтально расположенного полуцилиндра, каждая камера пиролиза снабжена шнековыми транспортерами в количестве не менее двух, располагающимися на обеих перфорированных стенках, отделяющих камеру сгорания от камер пиролиза, при этом транспортеры размещены друг над другом на расстоянии между осями не более 1,2 диаметров навивки, открыты сверху, причем верхний транспортер выполнен со встречной навивкой в центре и на обоих концах, а нижний - со встречной навивкой в центре.3. A device for the pyrolysis of bulk materials of organic origin, containing a loading hatch, a hatch for evacuating pyrolysis gases, two pyrolysis chambers, air ducts and a coke cooler, characterized in that the side walls of the pyrolysis chambers converge at the top in a semicircle, forming a horizontal combustion chamber space in the form of a half cylinder, each pyrolysis chamber is equipped with screw conveyors in an amount of at least two, located on both perforated walls separating the chamber wound from the pyrolysis chambers, while the conveyors are placed on top of each other at a distance between the axes of not more than 1.2 diameters of the winding, open at the top, with the upper conveyor made with counter winding in the center and at both ends, and the lower one with counter winding in the center.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подводящие воздуховоды выполнены в пределах камеры сгорания перфорированными и снабжены регулирующими устройствами.4. The device according to claim 3, characterized in that the inlet ducts are made perforated within the combustion chamber and equipped with control devices.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что коксоохладитель размещен под основанием камеры сгорания перпендикулярно осям транспортеров и выполнен в виде охлаждаемого шнека. 5. The device according to claim 3, characterized in that the coke cooler is placed under the base of the combustion chamber perpendicular to the axes of the conveyors and is made in the form of a cooled screw.