RU2468061C2

RU2468061C2 - Plant for production of charcoal

Info

Publication number: RU2468061C2
Application number: RU2011103417/05A
Authority: RU
Inventors: Наиль Фарилович Тимербаев; Диляра Фариловна Зиатдинова; Рушан Гареевич Сафин; Руслан Рушанович Сафин; Александр Евгеньевич Воронин; Алмаз Ринатович Садртдинов; Ильнур Илфатович Хуснуллин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Альтернативная энергетика" (ООО "НТЦ АЭ")
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-11-27
Also published as: RU2011103417A

Abstract

FIELD: woodworking industry.

SUBSTANCE: invention relates to the wood processing industry and can be used for production of charcoal out of lump wood and its wastes. Through the metering loader 15 the woody biomass is loaded into the drying zone 2 of the vertical retort 1, where it is dried and heated. Furnace gases in the form of steam gas mixture are removed from the drying zone 2 to the capacitor 16. The woody biomass passes from the drying zone 2 through the drum feeder 25 to the pyrolysis zone 3. In the pyrolysis zone 3 pyrogas is released, and coal is formed. Formed pyrogas is discharged from the pyrolysis zone 3 to the separation unit 12. The residual pyrogas are guided from the separation unit 12 to the furnace 9, where it is burnt. The coal formed in the pyrolysis zone 3 comes through the drum feeder 26 to the cooling zone 4.

EFFECT: invention enables to improve the efficiency of the pyrolysis process.

2 dwg

Description

Изобретение относится к лесоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для производства древесного угля из кусковой древесины и ее отходов.The invention relates to the forest industry and can be used for the production of charcoal from lump wood and its waste.

Известна установка для пиролиза древесины, включающая камеры пиролиза и сушки, конденсатор, газодувку, газогенераторную топку, камеру сгорания с горелочным устройством (см. патент РФ №2346023, МПК8 C10B 53/02, 2009).A known installation for wood pyrolysis, including pyrolysis and drying chambers, a condenser, a gas blower, a gas firebox, a combustion chamber with a burner device (see RF patent No. 2346023, IPC8 C10B 53/02, 2009).

Недостатком данной установки является низкая производительность установки и большие потери тепловой энергии, происходящие при перегрузке технологического сырья из камеры сушки в камеру пиролиза.The disadvantage of this installation is the low productivity of the installation and the large loss of thermal energy that occurs when the process material is overloaded from the drying chamber into the pyrolysis chamber.

Известна также установка пиролизной переработки древесной биомассы с получением высококалорийных газообразного и жидкого топлив и углеродных материалов. Установка включает зону сушки, зону карбонизации за счет нагрева биомассы через высокотеплопроводные металлические стенки вертикальной реторты от продуктов сгорания пиролизного топлива в топке, зону охлаждения угольного остатка в охлаждающем устройстве, а также устройство для разделения пирогазов на жижку и горючие газы (см. РФ №2380395, МПК8 C10B 47/30, 2010).Also known is a pyrolysis plant for processing wood biomass to produce high-calorie gaseous and liquid fuels and carbon materials. The installation includes a drying zone, a carbonization zone due to biomass heating through the highly heat-conducting metal walls of a vertical retort from the products of pyrolysis fuel combustion in the furnace, a coal residue cooling zone in a cooling device, and a device for separating pyrogases into liquid and combustible gases (see RF No. 2380395 , IPC8 C10B 47/30, 2010).

Недостатком известной установки является низкая эффективность процесса пиролиза, обусловленная охлаждением пиролизных газов лишь атмосферным воздухом. При таком способе охлаждения большая часть тепловой энергии выбрасывается в дымовую трубу.A disadvantage of the known installation is the low efficiency of the pyrolysis process, due to the cooling of the pyrolysis gases only by atmospheric air. With this cooling method, most of the thermal energy is emitted into the chimney.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту непрерывного действия, топку, разделительный аппарат, средство для выгрузки, при этом между вертикальной ретортой и разделительным аппаратом установлен водогазовый эжектор с промежуточными соплами, соединенный всасывающим трубопроводом с вертикальной ретортой, подающим трубопроводом с разделительным аппаратом, а внутри вертикальной реторты под верхней и нижней коническими воронками установлены сегменты подвижных верхнего и нижнего колосников, выполненные с возможностью перемещения от центра верхних и нижних конических воронок к их краям и вращения вокруг оси привода (см. патент РФ №88669, МПК8 C10B 1/04, 2009).The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a plant for the production of charcoal, containing a vertical retort of continuous operation, a furnace, a separation apparatus, a means for unloading, while a water-gas ejector with intermediate nozzles is connected between the vertical retort and the separation apparatus, connected by a suction pipe with a vertical retort, a supply pipe with a separation apparatus, and inside a vertical retort under the upper and lower cones The funnels installed segments of the movable upper and lower grate, made with the possibility of movement from the center of the upper and lower conical funnels to their edges and rotation around the axis of the drive (see RF patent No. 88669, IPC8 C10B 1/04, 2009).

Основным недостатком установки является низкая эффективность процесса пиролиза из-за больших энергетических потерь, связанных с неполным использованием теплосодержания топочных газов, образующихся в топке.The main disadvantage of the installation is the low efficiency of the pyrolysis process due to the large energy losses associated with the underutilization of the heat content of the flue gases generated in the furnace.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности процесса пиролиза.The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the pyrolysis process.

Технический результат достигается тем, что установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту непрерывного действия, включающую зону сушки, зону пиролиза, зону охлаждения, зону накопления; патрубок вывода пиролизных газов, патрубок подачи топочных газов в зону сушки, дозирующий выгружатель угля с непрерывной выгрузкой, топку, дымовую трубу, эжектор, соединенный всасывающим трубопроводом с вертикальной ретортой, подающим трубопроводом с разделительным аппаратом и нагнетающим трубопроводом с зоной накопления жижки; насос для циркуляции жижки; согласно изобретению дополнительно снабжена дозирующим загружателем технологического сырья с непрерывной загрузкой, конденсатором, рекуперативным теплообменником, эжектором неконденсирующихся газов, воздуходувкой, дымососом, регулятором температуры топочных газов, подаваемых в зону сушки; регулятором температуры жижки; при этом зона накопления снабжена патрубками подвода и отвода воздуха; зона сушки, зона пиролиза, зона охлаждения и зона накопления изолированы барабанными питателями; верхняя часть зоны пиролиза и верхняя часть зоны охлаждения вертикальной реторты сообщены между собой тепловой трубой, а зона сушки и зона охлаждения сообщены между собой через конденсатор.The technical result is achieved by the fact that the installation for the production of charcoal containing a vertical retort of continuous operation, including a drying zone, a pyrolysis zone, a cooling zone, an accumulation zone; a pyrolysis gas outlet pipe, a flue gas supply pipe to the drying zone, a coal dosing unloading unit with continuous discharge, a furnace, a chimney, an ejector connected to a suction pipe with a vertical retort, a supply pipe with a separation apparatus and a discharge pipe with a zone of accumulation of the slurry; pump for circulating the slurry; according to the invention is additionally equipped with a dosing loader of technological raw materials with continuous loading, a condenser, a recuperative heat exchanger, an ejector of non-condensable gases, a blower, a smoke exhauster, a temperature regulator of the flue gases supplied to the drying zone; liquid temperature regulator; while the accumulation zone is equipped with nozzles for supplying and discharging air; the drying zone, the pyrolysis zone, the cooling zone and the accumulation zone are isolated by drum feeders; the upper part of the pyrolysis zone and the upper part of the cooling zone of the vertical retort are interconnected by a heat pipe, and the drying zone and the cooling zone are interconnected via a condenser.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема установки для производства древесного угля, а на фиг.2 представлена схема тепловой трубы установки.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a schematic diagram of an installation for the production of charcoal, and Fig.2 shows a diagram of a heat pipe installation.

Установка для производства древесного угля включает вертикальную реторту непрерывного действия 1, имеющую зону сушки 2, зону пиролиза 3, зону охлаждения 4, зону накопления 5; патрубок 6 вывода пиролизных газов; патрубок 7 подачи топочных газов в зону сушки; дозирующий выгружатель угля 8 с непрерывной выгрузкой; топку 9; дымовую трубу 10; эжектор 11, соединенный всасывающим трубопроводом с вертикальной ретортой 1, подающим трубопроводом с разделительным аппаратом 12 и нагнетающим трубопроводом с зоной накопления жижки 13 через насос 14 для циркуляции жижки; дозирующий загружатель технологического сырья 15 с непрерывной загрузкой; конденсатор 16; рекуперативный теплообменник 17; эжектор неконденсирующихся газов 18; воздуходувку 19; дымосос 20; регулятор температуры топочных газов 21, подаваемых в зону сушки 2; регулятор температуры жижки 22. Зона накопления 5 снабжена патрубками подвода 23 и отвода 24 воздуха. Зоны сушки 2, пиролиза 3, охлаждения 4 и накопления 5 изолированы барабанными питателями 25, 26, 27, при этом верхняя часть зоны пиролиза 3 и верхняя часть зоны охлаждения 4 вертикальной реторты 1 сообщены между собой тепловой трубой 28, а зона сушки 2 и зона охлаждения 4 сообщены между собой через конденсатор 16.Installation for the production of charcoal includes a vertical continuous retort 1, having a drying zone 2, a pyrolysis zone 3, a cooling zone 4, an accumulation zone 5; pipe 6 output of pyrolysis gases; a pipe 7 for supplying flue gases to the drying zone; dosing coal unloader 8 with continuous discharge; firebox 9; chimney 10; an ejector 11 connected by a suction pipe with a vertical retort 1, a supply pipe with a separation apparatus 12 and a discharge pipe with a zone of accumulation of the fluid 13 through the pump 14 for circulating the fluid; dosing loader of technological raw materials 15 with continuous loading; capacitor 16; recuperative heat exchanger 17; non-condensable gas ejector 18; blower 19; smoke exhaust 20; the temperature controller of the flue gases 21 supplied to the drying zone 2; liquid temperature regulator 22. Accumulation zone 5 is equipped with nozzles for supply 23 and exhaust 24. Drying zones 2, pyrolysis 3, cooling 4, and accumulation 5 are isolated by drum feeders 25, 26, 27, while the upper part of the pyrolysis zone 3 and the upper part of the cooling zone 4 of the vertical retort 1 are interconnected by a heat pipe 28, and the drying zone 2 and the zone cooling 4 communicated with each other through a condenser 16.

Установка для производства древесного угля работает следующим образом.Installation for the production of charcoal works as follows.

Через дозирующий загружатель 15 технологическое сырье (древесную биомассу) загружают в зону сушки 2 вертикальной реторты 1, где его сушат и прогревают до 200°C, за счет подачи топочных газов через патрубок 7. Затем топочные газы в виде парогазовой смеси удаляют из зоны сушки 2 в конденсатор 16, при этом температура отводящихся топочных газов поддерживается в пределах 100°C.Through the metering loader 15, the technological raw materials (wood biomass) are loaded into the drying zone 2 of the vertical retort 1, where it is dried and heated to 200 ° C, by supplying the flue gases through the nozzle 7. Then the flue gases in the form of a vapor-gas mixture are removed from the drying zone 2 in the condenser 16, while the temperature of the exhaust flue gases is maintained within 100 ° C.

Из зоны сушки 2 через барабанный питатель 25 технологическое сырье поступает в зону пиролиза 3, где температура сырья возрастает до 350°C за счет тепловой трубы 28, а затем до 500°C за счет тепла, выделяющегося в процессе экзотермических реакций. В зоне пиролиза 3 происходит выделение пирогазов и образование угля.From the drying zone 2, through the drum feeder 25, the process feed enters the pyrolysis zone 3, where the feed temperature rises to 350 ° C due to the heat pipe 28, and then to 500 ° C due to the heat released during exothermic reactions. In the pyrolysis zone 3, pyrogases are released and coal is formed.

Для отвода образовавшихся пирогазов из зоны пиролиза 3 в разделительный аппарат 12 используют жижку, которую из зоны накопления жижки 13 нагнетают насосом 14 в эжектор 11. Температуру жижки в разделительном аппарате 12 изменяют регулятором 22 в зависимости от значений измерительного прибора 33, измеряющего температуру топочных газов на выходе из зоны сушки 2. При повышении температуры топочных газов выше 100°C температура жижки понижается, в результате увеличивается ее выход и сокращается подача несконденсировавшихся газов в топку 9. Для предотвращения заполнения разделительного аппарата 12 жижка при достижении уровня патрубка 29 переливается в отдельный резервуар 30.To divert the resulting pyrogases from the pyrolysis zone 3 to the separation apparatus 12, a liquid is used, which is pumped from the accumulation zone of the liquid 13 by the pump 14 into the ejector 11. The temperature of the liquid in the separation apparatus 12 is changed by the regulator 22 depending on the values of the measuring device 33, which measures the temperature of the flue gases by leaving the drying zone 2. When the temperature of the flue gases rises above 100 ° C, the temperature of the liquid decreases, as a result, its output increases and the supply of non-condensed gases to the furnace 9 decreases. ascheniya filling the separating apparatus 12 Zizka when the nozzle layer 29 is poured into a separate container 30.

Из разделительного аппарата 12 несконденсировавшиеся пирогазы отводят эжектором 18 и направляют в топку 9, где их сжигают. Температура получаемых в топке 9 топочных газов достигает 1000°C.From the separation apparatus 12, non-condensing pyrogases are removed by the ejector 18 and sent to the furnace 9, where they are burned. The temperature obtained in the furnace 9 flue gases reaches 1000 ° C.

Образовавшийся в зоне пиролиза 3 уголь через барабанный питатель 26 поступает в зону охлаждения 4 и охлаждается до 150°C сначала за счет отдачи тепловой энергии углем тепловой трубе 28 (которая в свою очередь дополнительно нагревает технологическое сырье в зоне пиролиза 3), а затем за счет отдачи тепла сухим топочным газам, поступающим из конденсатора 16.The coal formed in the pyrolysis zone 3 through the drum feeder 26 enters the cooling zone 4 and is cooled to 150 ° C, first due to the transfer of thermal energy by the coal to the heat pipe 28 (which in turn additionally heats the technological raw materials in the pyrolysis zone 3), and then due to heat transfer to dry flue gases coming from the condenser 16.

Тепловая труба 28 (см. фиг.2) представляет собой две системы, сообщающиеся между собой трубами 37, выполненные из соосно расположенных трубных тепловых рубашек 35, 36. Верхняя система (из трубных тепловых рубашек 35) находится в верхней части зоны пиролиза 3, а нижняя (из тепловых рубашек 36) - в верхней части зоны охлаждения 4. Полость нижней системы на четверть заполнена теплоносителем. В качестве теплоносителя используется полиэтиленгликоль, имеющий низкое парциальное давление паров.The heat pipe 28 (see Fig. 2) is two systems interconnected by pipes 37 made of coaxially arranged pipe heat jackets 35, 36. The upper system (from pipe heat jackets 35) is located in the upper part of the pyrolysis zone 3, and lower (from thermal jackets 36) - in the upper part of the cooling zone 4. The cavity of the lower system is filled with a coolant by a quarter. Polyethylene glycol having a low partial vapor pressure is used as a heat carrier.

Древесная масса 38, проходя между трубными тепловыми рубашками 35 в зоне пиролиза 3, нагревается за счет конденсации паров теплоносителя. Конденсат стекает в нижнюю систему, расположенную в зоне охлаждения 4, и вновь испаряется, охлаждая угольную массу, проходящую между трубными тепловыми рубашками 36 в зоне охлаждения 4.The wood pulp 38, passing between the pipe heat shirts 35 in the pyrolysis zone 3, is heated by condensation of the coolant vapor. The condensate flows into the lower system located in the cooling zone 4, and again evaporates, cooling the coal mass passing between the tube heat jackets 36 in the cooling zone 4.

Сухие топочные газы, проходя через зону охлаждения 4, нагреваются до температуры 400°C и направляются в рекуперативный теплообменник 17, где они охлаждаются до 150°C. Часть охлажденных газов направляются дымососом 20 в трубопровод 31, что позволяет за счет регулятора 21, соединенного с измерительным прибором 34, регулировать температуру топочных газов, поступающих через патрубок 7 в зону сушки 2.Dry flue gases passing through the cooling zone 4 are heated to a temperature of 400 ° C and sent to a recuperative heat exchanger 17, where they are cooled to 150 ° C. A part of the cooled gases is directed by the exhaust fan 20 to the pipe 31, which allows, due to the controller 21 connected to the measuring device 34, to control the temperature of the flue gases entering through the pipe 7 into the drying zone 2.

Из зоны охлаждения 4 через барабанный питатель 27 уголь попадает в зону накопления 5, где дополнительно охлаждается до температуры примерно 40°C за счет отдачи тепла воздуху, подаваемому через патрубок 23 воздуходувкой 19, и выгружается через дозирующий выгружатель 8. Воздух в зоне накопления 5 прогревается до 100°C и через патрубок 24 воздуходувкой 19 направляется в рекуперативный теплообменник 17, где температура воздуха возрастает до 350°C, а затем нагнетается в эжектор 18.From the cooling zone 4, through the drum feeder 27, the coal enters the accumulation zone 5, where it is additionally cooled to a temperature of about 40 ° C due to heat transfer to the air supplied through the nozzle 23 by the blower 19 and discharged through the metering unloading device 8. The air in the accumulation zone 5 is heated to 100 ° C and through the pipe 24 by the blower 19 is sent to a regenerative heat exchanger 17, where the air temperature rises to 350 ° C, and then is pumped into the ejector 18.

Для первоначального запуска установки через вентиль 32 в топку 9 подают природный газ. С началом подачи пирогазов из разделительного аппарата подачу природного газа через вентиль 32 прекращают.For the initial start-up of the installation, natural gas is supplied through the valve 32 to the furnace 9. With the beginning of the supply of pyrogases from the separation apparatus, the supply of natural gas through the valve 32 is stopped.

Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса за счет: использования в работе установки несконденсировавшегося пиролизного газа в качестве топлива для сжигания в топке, многократного использования топочных газов в рециркуляционном режиме, получения древесного угля более высокого качества (за счет равномерного охлаждения получаемого угля в нем не возникают трещины) и повышения пожаробезопасности работы установки за счет выгрузки охлажденного до 40°C угля, а также повышения производительности процесса за счет сокращения времени прогрева древесной биомассы и времени охлаждения угля.The advantage of the invention is to increase the efficiency of the process due to: use of non-condensing pyrolysis gas as fuel for combustion in the furnace, repeated use of flue gases in recirculation mode, and production of higher quality charcoal (due to uniform cooling of the obtained coal, it does not occur cracks) and increase the fire safety of the installation by unloading coal cooled to 40 ° C, as well as increase productivity percents Essa by reducing the heating time of wood biomass and the cooling time of coal.

Предложенная установка для производства древесного угля может найти применение в производстве древесных углей, а также жижки, из которой можно выделить уксусную кислоту, березовый деготь, растворимые и нерастворимые кислоты, жидкие горючие вещества для целей отопления и энергетики.The proposed installation for the production of charcoal can find application in the production of charcoal, as well as slurry, from which it is possible to isolate acetic acid, birch tar, soluble and insoluble acids, liquid combustible substances for heating and energy.

Claims

Установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту непрерывного действия, включающую зону сушки и пиролиза, зону охлаждения и накопления, патрубок вывода пиролизных газов, патрубок подачи топочных газов в зону сушки, дозирующий выгружатель угля с непрерывной выгрузкой, топку, дымовую трубу, эжектор, соединенный всасывающим трубопроводом с вертикальной ретортой, подающим трубопроводом - с разделительным аппаратом и нагнетающим трубопроводом - с зоной накопления жижки, насос для циркуляции жижки, отличающаяся тем, что установка снабжена дозирующим загружателем технологического сырья с непрерывной загрузкой, конденсатором, рекуперативным теплообменником, эжектором неконденсирующихся газов, воздуходувкой, дымососом, регулятором температуры топочных газов, подаваемых в зону сушки, регулятором температуры жижки, зона накопления снабжена патрубками подвода и отвода воздуха, зона сушки, зона пиролиза, зона охлаждения, зона накопления изолированы между собой барабанными питателями, верхняя часть зоны пиролиза и верхняя часть зоны охлаждения вертикальной реторты сообщены между собой тепловой трубой, а зона сушки и зона охлаждения сообщены между собой через конденсатор. Charcoal production plant containing a continuous continuous vertical retort, including a drying and pyrolysis zone, a cooling and storage zone, a pyrolysis gas outlet pipe, a flue gas supply pipe to the drying zone, a continuous coal discharge metering unloading unit, a furnace, a chimney, an ejector, connected by a suction pipe with a vertical retort, a supply pipe - with a separation apparatus and a discharge pipe - with a zone of accumulation of the slurry, a pump for circulating the slurry, characterized in m, that the installation is equipped with a dosing loader of technological raw materials with continuous loading, a condenser, a recuperative heat exchanger, an ejector of non-condensing gases, a blower, a smoke exhaust fan, a temperature regulator of the flue gases supplied to the drying zone, a temperature controller for the liquid, the accumulation zone is equipped with air supply and exhaust pipes, zone drying, pyrolysis zone, cooling zone, accumulation zone are isolated between each other by drum feeders, the upper part of the pyrolysis zone and the upper part of the cooling zone are vert Kalnoy retort communicated between a heat pipe and the drying zone and cooling zone are interconnected via the capacitor.