RU2632690C1 - Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation - Google Patents

Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2632690C1
RU2632690C1 RU2016116576A RU2016116576A RU2632690C1 RU 2632690 C1 RU2632690 C1 RU 2632690C1 RU 2016116576 A RU2016116576 A RU 2016116576A RU 2016116576 A RU2016116576 A RU 2016116576A RU 2632690 C1 RU2632690 C1 RU 2632690C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pyrolysis
gas
vortex
tangentially
temperature
Prior art date
Application number
RU2016116576A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Микляев
Григорий Леонидович Рассохин
Original Assignee
Юрий Михайлович Микляев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Михайлович Микляев filed Critical Юрий Михайлович Микляев
Priority to RU2016116576A priority Critical patent/RU2632690C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2632690C1 publication Critical patent/RU2632690C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C10B49/04—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated
    • C10B49/08—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated in dispersed form
    • C10B49/12—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated in dispersed form by mixing tangentially, e.g. in vortex chambers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: in the cource of vortex fast pyrolysis, fine-grained material is subjected to thermal and mechanochemical exposure without oxygen access consecutively in two stages. First, substance particles are included into highly swirled vortex flow of gas suspension created in the pyrolysis reactor 3 at a temperature of 600-900°C. The contact time is 0.1-3 s. Then the gas stream purified from solid particles is sent to vortex gas intensifier, where it is accelerated in a Laval nozzle at a temperature of at least 500°C and then spin at high speed around the catalyst. The process control is performed by changing the temperature, the contact time and the nature of the catalyst. The pyrolysis reactor of a cylindrical shape comprises a pyrolysis chamber (17) with a jacket (16) in the form of thermal circuit. A gas supply pipe (18) and a nozzle (24) of a startup burner are tangentially located at the beginning of the chamber. At least two tangentially oriented branch pipes (20) are uniformly located along the chamber. The length of the pyrolysis chamber is equal to the sum of its three diameters multiplied by the number of branch pipes. The end walls (21) of the pyrolysis chamber and the axial lines of the nozzles (18, 19, 20) are parallel and are deflected by an angle of 5-10 degrees. The reactor axis is oriented horizontally with the possibility of changing inclination angle. The vortex gas intensifier is made in the form of a cylinder, in which upper part there is an inlet branch pipe configured in the form of the Laval nozzle and located tangentially. An outlet branch pipe is tangentially placed in the lower part. The catalyst unit is coaxially installed in the central part.
EFFECT: increase of lower hydrocarbons yield in pyrolysis gas, increase of gas combustion heat, reduction of resinous components content in liquid fuel, its use for electricity generation.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области термохимической переработки углеродсодержащих материалов, в частности к способам и устройствам высокоскоростного пиролиза, и может быть использовано для получения углеводородных продуктов, энергии и топлива из сырья органического происхождения.The invention relates to the field of thermochemical processing of carbon-containing materials, in particular to methods and devices for high-speed pyrolysis, and can be used to produce hydrocarbon products, energy and fuel from raw materials of organic origin.

Высокоскоростной пиролиз целесообразно проводить во взвешенном состоянии измельченных частиц сырья, так как в этом случае достигается высокая эффективность процесса за счет низкой крупности сырья и более интенсивного теплообмена (Левин Э.Д. Теоретические основы производства древесного угля. - Лесная промышленность. 1980. С. 37-40). Благодаря высокой скорости подъема температуры сырья процесс быстрого пиролиза характеризуется интенсивным газовыделением при отсутствии стадии пластичности полимеров, а также образованием по радикально-цепному механизму промежуточных неустойчивых органических соединений (Костиков P.P. Промежуточные частицы и их роль в органических реакциях. - Соросовский образовательный журнал. 1988. №8. С. 50-57).It is advisable to carry out high-speed pyrolysis in suspension of ground particles of raw materials, since in this case a high efficiency of the process is achieved due to the low particle size of the raw materials and more intense heat transfer (Levin ED Theoretical foundations of charcoal production. - Timber industry. 1980. P. 37 -40). Due to the high rate of rise in the temperature of raw materials, the rapid pyrolysis process is characterized by intense gas evolution in the absence of a plasticity stage of polymers, as well as the formation of intermediate unstable organic compounds by the radical chain mechanism (Kostikov PP, Intermediate particles and their role in organic reactions. - Soros Educational Journal. 1988. No. 8.P. 50-57).

При высоких температурах межмолекулярное взаимодействие стремится практически к нулю. Полимерные молекулы вследствие термодинамической неустойчивости лавинообразно разлагаются и переходят в газовую фазу с образованием молекул типа (CnHm). Остальные молекулы подвергаются мгновенной химической модификации с образованием частиц типа (C) - твердого углеподобного остатка (Шаповалов А.Б. Рециклинг отходов нанодеструкцией в товарные продукты. - Справочник эколога. 2015. №3. С. 82-90).At high temperatures, the intermolecular interaction tends to almost zero. Due to thermodynamic instability, polymer molecules decompose avalanche-like and transfer to the gas phase to form molecules of the type (C n H m ). The remaining molecules undergo instant chemical modification with the formation of particles of type (C) - a solid carbon-like residue (Shapovalov AB Recycling of waste by nanodestruction into commercial products. - Ecologist Handbook. 2015. No. 3. P. 82-90).

Принципиально то, что термическая деструкция вещества при быстром пиролизе (со скоростью подъема температуры более 1000°C/с) обеспечивает разложение устойчивого соединения и «проскакивание» температурных диапазонов, в которых может протекать вторичный синтез, что позволяет считать быстрый пиролиз экологически чистым способом переработки отходов (Вайншейн Э.Ф., Шаповалов А.Б. Высокоскоростной пиролиз как метод получения наноразмерных частиц. - Экология промышленного производства. 2010. №3. С. 47-50).It is important that thermal degradation of a substance during rapid pyrolysis (with a temperature rise rate of more than 1000 ° C / s) ensures the decomposition of a stable compound and the “slipping” of temperature ranges in which secondary synthesis can take place, which makes it possible to consider fast pyrolysis as an environmentally friendly waste recycling method (Vainshayn EF, Shapovalov AB High-speed pyrolysis as a method for producing nanosized particles. - Ecology of industrial production. 2010. No. 3. P. 47-50).

К числу основных параметров, в наибольшей степени влияющих на процесс пиролиза, относятся температура, время пребывания частиц сырья в реакторе и парциальное давление взаимодействующих углеводородов (Мухина Т.Н и др. Пиролиз углеводородного сырья. - Химия. 1987. С. 72).The main parameters that have the greatest influence on the pyrolysis process include temperature, residence time of the raw material particles in the reactor, and the partial pressure of interacting hydrocarbons (Mukhina T.N. et al. Pyrolysis of hydrocarbon feedstocks. Chemistry. 1987. P. 72).

Известны технология и установка для получения синтез-газа из биомассы путем пиролиза (RU Патент №2519441 C1, 23.03.11). Способ включает следующие стадии: измельчение сырья до частиц размером 1-6 мм и высушивание до влажности 10-20% с использованием тепла дымовых газов; быстрый пиролиз биомассы в псевдоожиженном слое (0,5-5 с) при температуре 400-600°C; отделение пиролизного газа от угольного порошка и твердого теплоносителя с помощью циклонного сепаратора; нагревание теплоносителя и подача его к слою пиролиза; конденсация конденсируемой части пиролизного газа для образования бионефти; газификация бионефти. Недостатками этого способа являются: снижение эффективности газификации биомассы из-за сжигания неконденсируемой части пиролизного газа с воздухом в целях подогрева твердого теплоносителя; высокое энергопотребление установки из-за подвода внешнего чистого кислорода для сжигания бионефти и создания давления в газификационной печи.Known technology and installation for producing synthesis gas from biomass by pyrolysis (RU Patent No. 2519441 C1, 03.23.11). The method includes the following stages: grinding the raw material to particles with a size of 1-6 mm and drying to a moisture content of 10-20% using the heat of flue gases; rapid pyrolysis of biomass in a fluidized bed (0.5-5 s) at a temperature of 400-600 ° C; separation of pyrolysis gas from coal powder and solid heat carrier using a cyclone separator; heating the coolant and supplying it to the pyrolysis layer; condensation of the condensed part of the pyrolysis gas to form biooil; gasification of bio-oil. The disadvantages of this method are: a decrease in the efficiency of biomass gasification due to the burning of the non-condensable part of the pyrolysis gas with air in order to heat the solid heat carrier; high energy consumption of the installation due to the supply of external pure oxygen for burning bio-oil and creating pressure in the gasification furnace.

Известен способ термической переработки органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо (RU Патент №2395559 C1, 10.03.09). Способ включает сушку и предварительный нагрев сырья топочными газами до температуры 160-200°C, быстрый пиролиз без доступа воздуха при температуре 450-650°C в условиях механоактивации за счет организованного трения органических частиц о стенки камеры пиролиза, при этом часть несконденсированных продуктов пиролиза после предварительного подогрева в теплообменнике до температуры 450-520°C подается внутрь камеры пиролиза. К недостаткам этого способа следует отнести недостаточную эффективность прохождения термической деструкции сырья, повышенное содержание смолистых компонентов в пиролизной жидкости и низкую теплоту сгорания пиролизного газа.A known method of thermal processing of organo-containing raw materials into gaseous and liquid fuels (RU Patent No. 2395559 C1, 03/10/09). The method includes drying and preheating the feedstock with flue gases to a temperature of 160-200 ° C, rapid pyrolysis without air at a temperature of 450-650 ° C under mechanical activation due to organized friction of organic particles on the walls of the pyrolysis chamber, with some of the non-condensed pyrolysis products after preheating in the heat exchanger to a temperature of 450-520 ° C is fed into the pyrolysis chamber. The disadvantages of this method include the insufficient efficiency of thermal decomposition of the raw materials, the high content of resinous components in the pyrolysis liquid and the low heat of combustion of the pyrolysis gas.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ пиролиза сыпучих материалов органического происхождения и устройство для его осуществления (RU Патент №2425087 C1, 21.12.09). Процесс пиролиза ведут в вихревых соударяющихся потоках материала, для чего в качестве побудителя вихревых потоков используют механический шнековый разгон. Воздух на горение части газов пиролиза подают струями непосредственно в соударяющийся вихревой поток и обеспечивают контролируемое разрежение в реакционной зоне. Способ реализуется в устройстве, которое содержит загрузочный люк, люк для эвакуации газов пиролиза, две камеры пиролиза, между которыми размещена камера сгорания с пусковой горелкой. Каждая камера пиролиза снабжена шнековыми транспортерами, располагающимися на перфорированных стенках, отделяющих камеру сгорания от камер пиролиза. Разрежение в камерах пиролиза поддерживают вытяжкой через люк отвода газов. Недостатками этого способа являются: получение некачественного пиролизного газа из-за подачи воздуха в реакционную зону; использование шнековых транспортеров в камере пиролиза для вихревой раскрутки мелкофракционных материалов, что повышает энергозатраты и снижает надежность установки.The closest in technical essence to the proposed invention is a method of pyrolysis of bulk materials of organic origin and a device for its implementation (RU Patent No. 2425087 C1, 12/21/09). The pyrolysis process is carried out in colliding vortex flows of material, for which mechanical auger acceleration is used as a vortex flow inducer. The combustion air of a part of the pyrolysis gases is supplied by jets directly to the colliding vortex flow and provide a controlled vacuum in the reaction zone. The method is implemented in a device that contains a loading hatch, a hatch for evacuating pyrolysis gases, two pyrolysis chambers, between which a combustion chamber with a starting burner is placed. Each pyrolysis chamber is equipped with screw conveyors located on the perforated walls separating the combustion chamber from the pyrolysis chambers. The vacuum in the pyrolysis chambers is supported by exhaust through the gas vent. The disadvantages of this method are: obtaining low-quality pyrolysis gas due to the supply of air to the reaction zone; the use of screw conveyors in the pyrolysis chamber for the vortex unwinding of fine materials, which increases energy consumption and reduces the reliability of the installation.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эффективного способа термохимической деструкции углеродсодержащих дисперсных материалов с управляемым синтезом образующихся неустойчивых углеводородных соединений и установки для его осуществления, позволяющих получать качественные углеводородные продукты, энергию и топливо.The problem to which the invention is directed, is to create an effective method for the thermochemical destruction of carbon-containing dispersed materials with controlled synthesis of the resulting unstable hydrocarbon compounds and plants for its implementation, allowing to obtain high-quality hydrocarbon products, energy and fuel.

В результате используемого изобретения повышается процентное содержание в газообразном топливе низших углеводородов до 50-80% (масс.), увеличивается его теплота сгорания, по меньшей мере, в два раза, снижается содержание смолистых компонентов в жидком топливе до 1-5%.As a result of the invention, the percentage of lower hydrocarbons in gaseous fuel increases to 50-80% (mass.), Its heat of combustion increases by at least two times, the content of resinous components in liquid fuel decreases to 1-5%.

Поставленная задача достигается тем, что подготовленный дисперсный материал вовлекается в сильнозакрученный вихревой поток, создаваемый тангенциальным вдувом газовзвеси в горизонтально расположенную камеру пиролиза и отсасыванием газообразных и твердых первичных продуктов пиролиза вдоль камеры через тангенциально ориентированные отводные патрубки. Термическое и механохимическое воздействия на частицы вещества и получаемую газообразную фазу последовательно осуществляют при регулируемом разряжении без доступа кислорода в два этапа. Сначала частицы вещества вовлекают в сильнозакрученный вихревой поток, имеющий температуру 600-900°C по всей длине камеры пиролиза, причем момент вхождения частиц в вихревой поток сопровождается эффектом «термоудара» (скоростью подъема температуры более 1000°C/с). Время пребывания частиц в камере пиролиза (время контакта) составляет 0,1-3 с. После очистки от твердых частиц газовый поток направляют в вихревой интенсификатор газов, где разгоняют в сопле Лаваля при температуре не ниже 500°C и далее закручивают с высокой скоростью вокруг катализатора. На селективность и качество продуктов синтеза углеводородов после первичного разложения сырья оказывают влияние такие условия проведения процесса, как температура, время контакта, природа катализатора.The task is achieved in that the prepared dispersed material is drawn into a highly swirling vortex flow created by tangential injection of a gas suspension into a horizontally located pyrolysis chamber and by suction of gaseous and solid primary pyrolysis products along the chamber through tangentially oriented outlet pipes. Thermal and mechanochemical effects on the particles of the substance and the resulting gaseous phase are sequentially carried out under controlled discharge without oxygen in two stages. First, the particles of the substance are drawn into a strongly swirling vortex stream having a temperature of 600-900 ° C along the entire length of the pyrolysis chamber, and the moment of particles entering the vortex stream is accompanied by the effect of “thermal shock” (temperature rise rate of more than 1000 ° C / s). The residence time of particles in the pyrolysis chamber (contact time) is 0.1-3 s. After purification from solid particles, the gas stream is directed into a vortex gas intensifier, where it is dispersed in a Laval nozzle at a temperature of at least 500 ° C and then spun at high speed around the catalyst. The selectivity and quality of hydrocarbon synthesis products after the initial decomposition of the raw materials are influenced by such process conditions as temperature, contact time, nature of the catalyst.

В отличие от известного способа пиролиза сыпучих материалов высокая эффективность термохимической деструкции углеродсодержащих материалов и получение качественных углеводородных продуктов предлагаемым способом достигается высокоскоростным нагревом дисперсного высушенного сырья без доступа кислорода, интенсификацией тепломассобменных процессов в динамической среде сильнозакрученного вихревого потока в камере пиролиза, резким снижением парциального давления между углеводородами на срезе сопла Лаваля, высоким статическим давлением в пристеночных микрозонах сильнозакрученного потока в вихревом интенсификаторе газов и участием катализатора в химических реакциях синтеза углеводородов.In contrast to the known method of pyrolysis of bulk materials, the high efficiency of thermochemical destruction of carbon-containing materials and the production of high-quality hydrocarbon products by the proposed method is achieved by high-speed heating of dispersed dried raw materials without oxygen, the intensification of heat and mass transfer processes in a dynamic medium of a strongly swirling vortex flow in the pyrolysis chamber, a sharp decrease in the partial pressure between hydrocarbons at the end of the Laval nozzle, high static pressure Niemi in parietal microzones silnozakruchennogo flow in the vortex intensifier gases and catalyst participation in chemical reactions of hydrocarbon synthesis.

Предлагаемый способ осуществляется в установке, в состав которой входят: блок подготовки сырья; узел подачи сырья в реактор; горизонтально расположенный пиролизный реактор, содержащий камеру пиролиза с рубашкой; блок сепарации газообразной и твердой фаз; вихревой интенсификатор газов; блок конденсации газов; энергоблок. Угол наклона реактора относительно горизонта может регулироваться механизированным способом для достижения оптимального времени пребывания частиц вещества в реакционной зоне камеры пиролиза. В начале камеры пиролиза тангенциально расположены патрубок подвода газовзвеси и патрубок пусковой газовой горелки, а по длине камеры пиролиза тангенциально размещены патрубки отвода периферийной части закрученного потока продуктов пиролиза в блок сепарации газообразной и твердой фаз. Вихревой интенсификатор газов выполнен в виде цилиндра, в верхней части которого тангенциально расположен впускной патрубок, имеющий форму сопла Лаваля, в нижней части тангенциально размещен выпускной патрубок, а в центральной части соосно установлен блок катализатора.The proposed method is carried out in the installation, which includes: block preparation of raw materials; a site for supplying raw materials to the reactor; a horizontally positioned pyrolysis reactor containing a pyrolysis chamber with a jacket; gaseous and solid phase separation unit; vortex gas intensifier; gas condensation unit; power unit. The angle of inclination of the reactor relative to the horizon can be controlled mechanically to achieve the optimal residence time of the particles of the substance in the reaction zone of the pyrolysis chamber. At the beginning of the pyrolysis chamber, a suspension pipe for supplying a gas suspension and a pipe for starting a gas burner are located tangentially, and pipes along the length of the pyrolysis chamber are tangentially placed for removing the peripheral part of the swirling stream of pyrolysis products into a gaseous and solid phase separation unit. The vortex gas intensifier is made in the form of a cylinder, in the upper part of which an inlet pipe having the shape of a Laval nozzle is tangentially located, an outlet pipe is tangentially placed in the lower part, and a catalyst block is coaxially mounted in the central part.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлена общая схема установки, на фиг. 2 схематично представлен пиролизный реактор, на фиг. 3 - вихревой интенсификатор газов.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a general installation diagram, FIG. 2 schematically shows a pyrolysis reactor, FIG. 3 - vortex gas intensifier.

Установка содержит блок подготовки сырья (1), узел подачи сырья (2) в реактор; пиролизный реактор (3) с пусковой газовой горелкой (5) и, по меньшей мере, двумя рабочими газовыми горелками (6), газовый ресивер (4), блок сепарации (7) газообразной и твердой фаз, вихревой интенсификатор газов (8), блок конденсации газов (9), газовоздушный теплообменник (10), энергоблок (11), включающий газоэлектрогенератор (12), газовый котел (13), блок компримирования (14), газгольдер (15).The installation comprises a raw material preparation unit (1), a feed supply unit (2) to the reactor; pyrolysis reactor (3) with a starting gas burner (5) and at least two working gas burners (6), a gas receiver (4), a separation unit (7) of gaseous and solid phases, a vortex gas intensifier (8), a block gas condensation (9), gas-air heat exchanger (10), power unit (11), including gas-electric generator (12), gas boiler (13), compression unit (14), gas holder (15).

Пиролизный реактор цилиндрической формы (фиг. 2) содержит соосно размещенную камеру пиролиза (17) в виде цилиндра, имеющую патрубок (18) подвода газовзвеси, патрубок (19) пусковой газовой горелки и, по меньшей мере, два патрубка (20) отвода продуктов пиролиза, равномерно расположенных вдоль камеры пиролиза, длина которой, равна сумме трех своих диаметров, умноженной на количество отводных патрубков (20). При этом торцевые стенки (21) камеры пиролиза и осевые линии патрубков (18, 19, 20) параллельны и отклонены от вертикальной плоскости на угол 5-10 градусов для создания поступательного движения закрученного потока. Корпус реактора в виде рубашки (16) содержит патрубки (22) рабочих горелок и патрубок (23) отвода дымовых газов. Продольная ось реактора ориентирована горизонтально с возможностью изменения угла наклона в вертикальной плоскости в обе стороны.The cylindrical pyrolysis reactor (Fig. 2) contains a coaxially placed pyrolysis chamber (17) in the form of a cylinder, having a gas suspension supply pipe (18), a gas burner connection pipe (19) and at least two pyrolysis products discharge pipes (20) evenly spaced along the pyrolysis chamber, the length of which is equal to the sum of its three diameters multiplied by the number of branch pipes (20). In this case, the end walls (21) of the pyrolysis chamber and the axial lines of the nozzles (18, 19, 20) are parallel and deviated from the vertical plane by an angle of 5-10 degrees to create a translational motion of the swirling flow. The reactor vessel in the form of a jacket (16) contains nozzles (22) of the working burners and a nozzle (23) for exhausting flue gases. The longitudinal axis of the reactor is oriented horizontally with the possibility of changing the angle of inclination in a vertical plane in both directions.

Вихревой интенсификатор газов (фиг. 3) включает корпус (28) цилиндрической формы, в верхней части которого тангенциально расположен входной патрубок (29) газового потока, имеющий форму сопла Лаваля, в нижней части тангенциально размещен выпускной патрубок (30), а в центральной части соосно установлен блок катализатора (31).The vortex gas intensifier (Fig. 3) includes a cylindrical body (28), in the upper part of which there is a tangentially inlet pipe (29) of a gas stream having the shape of a Laval nozzle, an outlet pipe (30) is tangentially placed in the lower part, and in the central part coaxially mounted catalyst block (31).

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В блоке подготовки сырья (1) углеродсодержащий материал измельчается до мелкодисперсной фракции с одновременной сушкой горячими дымовыми газами при температуре 100-200°C, поступающими от газовых горелок (6) пиролизного реактора (3) через газовоздушный теплообменник (10). Измельченный сухой материал после отделения от парогазовой смеси направляется в узел подачи сырья (2), подогреваемый горячим воздухом от теплообменника (10), где струйным способом формируется поток газовзвеси из частиц сырья и пиролизного газа, подводимого из газгольдера (15). Далее газовзвесь (25) с температурой 200-250°C через патрубок (18) тангенциально направляется в камеру пиролиза (17), в которой организован высокотемпературный закрученный поток продуктов пиролиза и частиц пиролизуемого материала.In the raw material preparation unit (1), the carbon-containing material is crushed to a fine fraction with simultaneous drying with hot flue gases at a temperature of 100-200 ° C coming from gas burners (6) of the pyrolysis reactor (3) through a gas-air heat exchanger (10). The crushed dry material after separation from the vapor-gas mixture is sent to the feed supply unit (2), heated by hot air from the heat exchanger (10), where a stream of gas suspension from particles of raw material and pyrolysis gas supplied from the gas holder (15) is formed by the jet method. Next, a gas suspension (25) with a temperature of 200-250 ° C through the pipe (18) is tangentially directed to the pyrolysis chamber (17), in which a high-temperature swirling flow of pyrolysis products and particles of the pyrolyzable material is organized.

При запуске пиролизного реактора закрученный вихрь создается с помощью потока дымовых газов (24) от пусковой газовой горелки (5), ось которой направлена по тангенциальной касательной к стенкам камеры пиролиза, а также благодаря силам тяги, тангенциально направленным к стенкам камеры пиролиза через отводные патрубки (20) газовой и твердой фаз продуктов пиролиза (27). В создании закрученного вихря также участвует вдуваемый через патрубок (18) поток газовзвеси (25) по касательной к стенкам камеры пиролиза.When the pyrolysis reactor is started, a swirling vortex is created using the flue gas stream (24) from the starting gas burner (5), the axis of which is directed along the tangential tangent to the walls of the pyrolysis chamber, as well as due to the traction forces tangentially directed to the walls of the pyrolysis chamber through the branch pipes ( 20) gas and solid phases of pyrolysis products (27). The creation of a swirling vortex also involves the flow of a gas suspension (25) blown through the pipe (18) along the tangent to the walls of the pyrolysis chamber.

Непрерывно поступающие в реакционную зону частицы сырья подвергаются мгновенной термической деструкции с образованием газообразной фазы. После выхода реактора на рабочий режим и формирования стабильного вихревого потока пусковая газовая горелка (5) отключается. Температурный режим в камере пиролиза поддерживается путем регулирования подачи тепла от дымовых газов (26) через изменение расхода газа в рабочих газовых горелках (6), в которые газ подается через газовый ресивер (4) из газгольдера (15). Заданное разряжение в реакционной зоне камеры пиролиза обеспечивается регулированием производительности газодутьевых устройств, отводящих газообразную фазу и твердые частицы из камеры пиролиза через патрубки (20).The particles of raw materials continuously entering the reaction zone undergo instant thermal destruction with the formation of a gaseous phase. After the reactor reaches the operating mode and the formation of a stable vortex flow, the starting gas burner (5) is turned off. The temperature regime in the pyrolysis chamber is maintained by controlling the heat supply from the flue gases (26) by changing the gas flow rate in the working gas burners (6), into which gas is supplied through the gas receiver (4) from the gas holder (15). A predetermined vacuum in the reaction zone of the pyrolysis chamber is provided by controlling the productivity of gas blowing devices that discharge the gaseous phase and solid particles from the pyrolysis chamber through nozzles (20).

В вихревом закрученном потоке в камере пиролиза при температуре 600-900°C частицы интенсивно встряхиваются, сталкиваются друг с другом и со стенкой камеры пиролиза, что наряду с высокоскоростным нагревом вызывает кратковременное возбуждение молекул в поверхностном слое вещества с образованием свободных радикалов. Переход молекул в электронно-возбужденное состояние значительно усиливает их реакционную способность. Происходит расщепление углеводородов по углерод-углеродным связям и образование неустойчивых фрагментов с меньшей молекулярной массой. Возбужденные осколки молекул соединяются между собой и с радикалами, образуя более простые вещества, чем составные части пиролизуемого материала. Происходит лавинообразное формирование газообразной фазы.In a swirling vortex flow in a pyrolysis chamber at a temperature of 600-900 ° C, the particles are shaken intensively, collide with each other and with the wall of the pyrolysis chamber, which, along with high-speed heating, causes short-term excitation of molecules in the surface layer of the substance with the formation of free radicals. The transition of molecules to an electronically excited state significantly enhances their reactivity. There is a splitting of hydrocarbons in carbon-carbon bonds and the formation of unstable fragments with a lower molecular weight. Excited fragments of molecules combine with each other and with radicals, forming simpler substances than components of a pyrolyzable material. An avalanche-like formation of a gaseous phase occurs.

Время пребывания частиц пиролизуемого материала и выделяющихся летучих продуктов в камере пиролиза составляет 0,1-3 с и регулируется изменением угла наклона оси пиролизного реактора в вертикальной плоскости. Газообразная и твердая фаза продуктов пиролиза из реактора направляются в блок сепарации (7), где твердые частицы и угольная пыль отделяются от газа при температурах выше температуры конденсации углеводородов. Твердый остаток в виде мелкофракционного полукокса отводится на охлаждение и фасовку, а очищенная газовая фаза при температуре не менее 500°C направляется в вихревой интенсификатор газов (8) через тангенциально ориентированный входной патрубок (29), имеющий форму сопла Лаваля. Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его давление падает, а скорость возрастает. При сохранении высокой температуры и резком уменьшении парциального давления на срезе сопла Лаваля происходит дальнейшее расщепление высокомолекулярных соединений, что повышает выход низших углеводородов в продуктах пиролиза. Газовый поток продолжает движение с большой скоростью по нисходящей спирали внутри корпуса (28) вихревого интенсификатора газов под действием силы тяги, направленной через выпускной патрубок (30). В пристеночных микрозонах сильнозакрученного потока возникает высокий радиальный градиент статического давления. Под действием механических сил при высоких температурах из неустойчивых углеводородных соединений происходит формирование углеводородных цепочек CnHm в присутствии катализатора (31).The residence time of the particles of the pyrolyzable material and the evolving volatile products in the pyrolysis chamber is 0.1-3 s and is controlled by changing the angle of inclination of the axis of the pyrolysis reactor in the vertical plane. The gaseous and solid phases of the pyrolysis products from the reactor are sent to the separation unit (7), where solid particles and coal dust are separated from the gas at temperatures above the condensation temperature of hydrocarbons. The solid residue in the form of a semi-coke semi-coke is discharged for cooling and packing, and the purified gas phase at a temperature of at least 500 ° C is sent to the vortex gas intensifier (8) through a tangentially oriented inlet pipe (29), which has the shape of a Laval nozzle. Moving along the nozzle, the gas expands, its pressure drops, and the speed increases. While maintaining high temperature and a sharp decrease in the partial pressure at the exit of the Laval nozzle, further splitting of high molecular weight compounds occurs, which increases the yield of lower hydrocarbons in the pyrolysis products. The gas flow continues to move at a high speed in a downward spiral inside the case (28) of the vortex intensifier of gases under the action of a traction force directed through the outlet pipe (30). A high radial gradient of static pressure arises in the near-wall microzones of a strongly swirling flow. Under the action of mechanical forces at high temperatures, unstable hydrocarbon compounds form hydrocarbon chains C n H m in the presence of a catalyst (31).

Управление процессом пиролиза и синтезом неустойчивых углеводородных соединений, образовавшихся в результате термического расщепления частиц сырья, осуществляется регулированием параметров и изменением условий технологического процесса: температурой, временем контакта в камере пиролиза, природой катализатора.The process of pyrolysis and the synthesis of unstable hydrocarbon compounds formed as a result of thermal decomposition of particles of raw materials are controlled by controlling the parameters and changing the process conditions: temperature, contact time in the pyrolysis chamber, and the nature of the catalyst.

Далее газовая смесь направляется в блок конденсации газов (9), где конденсируемая часть газов переходит в жидкое топливо, а неконденсируемая часть в виде осушенного охлажденного пиролизного газа направляется в газоэлектрогенератор (12), газовый котел (13) и через блок компримирования (14) закачивается в газгольдер (15).Next, the gas mixture is sent to the gas condensation unit (9), where the condensed part of the gases is transferred to liquid fuel, and the non-condensable part in the form of dried cooled pyrolysis gas is sent to the gas generator (12), the gas boiler (13) and pumped through the compression unit (14) to the gas holder (15).

Предлагаемый способ апробирован на опытно-промышленной установке быстрого пиролиза. В ходе проведения опытно-экспериментальных исследований подтверждено, что термохимическая деструкция углеродсодержащего сырья проходит эффективно при выполнении следующих технологических этапов: предварительно сырье измельчается до фракции не более 0,5 мм, высушивается до влажности 10-12% и нагревается до температуры 100-200°C; применяется эффект «термоудара» (высокоскоростного нагрева) без доступа кислорода при входе частиц сырья в камеру пиролиза при температуре 600-900°C; в процессе пиролиза частицы вещества находятся во взвешенном динамическом состоянии в соударении друг с другом и с нагретой поверхностью при времени контакта не более 3 с; в реакционной зоне камеры пиролиза создается незначительное разряжение.The proposed method is tested on a pilot plant for rapid pyrolysis. During pilot experiments, it was confirmed that the thermochemical destruction of carbon-containing raw materials is effective when the following process steps are performed: the raw materials are preliminarily crushed to a fraction of no more than 0.5 mm, dried to a moisture content of 10-12% and heated to a temperature of 100-200 ° C ; the effect of "thermal shock" (high-speed heating) is applied without oxygen at the entrance of raw particles into the pyrolysis chamber at a temperature of 600-900 ° C; during pyrolysis, particles of a substance are in a suspended dynamic state in collision with each other and with a heated surface at a contact time of not more than 3 s; a slight vacuum is created in the reaction zone of the pyrolysis chamber.

Испытания предлагаемого способа проведены с использованием таких видов сырья, как древесные опилки, торф, льняная костра, солома, куриный помет, бурый уголь, иловые осадки сточных вод, резиновая крошка. Все испытания подтвердили увеличение выхода низших углеводородов в пиролизном газе до 50-80% (масс.) в зависимости от вида сырья, температурного режима, времени контакта, природы катализатора. Теплота сгорания пиролизного газа составляет 33-56 МДж/м3. Газ используется в качестве топлива для работы газопоршневой электрогенераторной установки АП-315.Tests of the proposed method were carried out using such types of raw materials as sawdust, peat, flax bonfire, straw, chicken droppings, lignite, silt sludge from sewage, crumb rubber. All tests confirmed an increase in the yield of lower hydrocarbons in the pyrolysis gas to 50-80% (mass.) Depending on the type of raw material, temperature, contact time, nature of the catalyst. The calorific value of pyrolysis gas is 33-56 MJ / m 3 . Gas is used as fuel for the operation of the AP-315 gas piston generator set.

Claims (2)

1. Способ вихревого быстрого пиролиза углеродсодержащих материалов, включающий термохимическую высокоскоростную деструкцию подготовленного мелкодисперсного материала во взвешенном динамическом состоянии при регулируемом разряжении без доступа кислорода, отличающийся тем, что термическое и механохимическое воздействия на частицы материала и газообразную фазу осуществляют последовательно в два этапа, сначала в сильнозакрученном вихревом потоке в камере пиролиза по всей ее длине при температуре 600-900°C и времени контакта 0,1-3 с, а затем в вихревом интенсификаторе газов, где газовый поток разгоняют в сопле Лаваля при температуре не ниже 500°C и закручивают с высокой скоростью вокруг катализатора, а управление процессом пиролиза и синтезом неустойчивых углеводородных соединений осуществляют изменением температуры, времени контакта и природы катализатора.1. A method of vortex rapid pyrolysis of carbon-containing materials, including thermochemical high-speed destruction of the prepared fine-dispersed material in a suspended dynamic state under controlled discharge without oxygen, characterized in that the thermal and mechanochemical effects on the particles of the material and the gaseous phase are carried out sequentially in two stages, first in highly twisted the vortex flow in the pyrolysis chamber along its entire length at a temperature of 600-900 ° C and a contact time of 0.1-3 s, and then in a vortex intensifier gases, wherein the gas stream is distilled in a Laval nozzle at a temperature of not lower than 500 ° C and spin at high speed about the catalyst, and control the pyrolysis process and volatile hydrocarbon synthesis compounds is carried out a change in temperature, contact time and the nature of the catalyst. 2. Установка для осуществления способа по п. 1, содержащая блок подготовки сырья, узел подачи сырья в реактор, блок сепарации газообразной и твердой фаз, блок конденсации газов, энергоблок, отличающаяся тем, что установка содержит пиролизный реактор цилиндрической формы, в котором соосно размещена камера пиролиза в виде цилиндра с рубашкой, причем ось реактора горизонтально ориентирована с возможностью изменения угла наклона в вертикальной плоскости в обе стороны, в начале камеры пиролиза тангенциально расположены патрубок подвода газовзвеси и патрубок пусковой газовой горелки, а вдоль камеры пиролиза, длина которой равна сумме трех своих диаметров, умноженной на количество патрубков отвода продуктов пиролиза, равномерно расположены, по меньшей мере, два тангенциально ориентированных отводных патрубка, торцевые стенки камеры пиролиза и осевые линии всех ее патрубков параллельны и отклонены от вертикальной плоскости на угол 5-10 градусов, вихревой интенсификатор газов выполнен в форме цилиндра, в верхней части которого тангенциально расположен входной патрубок, имеющий форму сопла Лаваля, в нижней части тангенциально размещен выпускной патрубок, а в центральной части соосно установлен блок катализатора.2. Installation for implementing the method according to claim 1, comprising a unit for preparing raw materials, a unit for supplying raw materials to the reactor, a unit for separating gaseous and solid phases, a unit for condensing gases, a power unit, characterized in that the unit contains a pyrolysis reactor of cylindrical shape, in which it is coaxially placed a pyrolysis chamber in the form of a cylinder with a jacket, and the axis of the reactor is horizontally oriented with the possibility of changing the angle of inclination in a vertical plane in both directions, at the beginning of the pyrolysis chamber the gas supply pipe is tangentially located the weight and the nozzle of the starting gas burner, and along the pyrolysis chamber, the length of which is equal to the sum of its three diameters, multiplied by the number of branch pipes of the pyrolysis products, at least two tangentially oriented outlet pipes, end walls of the pyrolysis chamber and axial lines of all the nozzles are parallel and deviated from the vertical plane by an angle of 5-10 degrees, the vortex gas intensifier is made in the form of a cylinder, in the upper part of which the inlet nozzle is located tangentially the shape of the Laval nozzle, in the lower part the outlet pipe is tangentially placed, and in the central part the catalyst block is coaxially mounted.
RU2016116576A 2016-04-28 2016-04-28 Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation RU2632690C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116576A RU2632690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116576A RU2632690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2632690C1 true RU2632690C1 (en) 2017-10-09

Family

ID=60040788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116576A RU2632690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2632690C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688740C1 (en) * 2018-02-27 2019-05-22 Общество с ограниченной ответственностью "Экотехника" Pyrolysis liquid and coal production method and device
RU2791574C1 (en) * 2021-11-24 2023-03-10 Валерий Никодимович Драгомиров Method for in-line staged thermochemical destruction of carbon-containing substances and device for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU765338A1 (en) * 1973-08-01 1980-09-23 Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского Method and unit for thermal treatment of solid fuel
RU2425087C1 (en) * 2009-12-21 2011-07-27 Самуил Вульфович Гольверк Method for pyrolysis of organic granular materials and apparatus for realising said method
RU128517U1 (en) * 2012-06-20 2013-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение РГ Инновации" (ООО "НПО РГ Инновации") FAST PYROLYSIS REACTOR FOR SOLID MATERIALS
RU133588U1 (en) * 2013-01-24 2013-10-20 Пётр Васильевич Стопа DEVICE FOR BURNING BULK WASTE IN A CLAMPED LAYER
RU139640U1 (en) * 2013-12-09 2014-04-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" HIGH SPEED PYROLYSIS REACTOR
RU2537551C1 (en) * 2013-09-19 2015-01-10 Владимир Андреевич Золотухин Advanced hydrocarbon processing unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU765338A1 (en) * 1973-08-01 1980-09-23 Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского Method and unit for thermal treatment of solid fuel
RU2425087C1 (en) * 2009-12-21 2011-07-27 Самуил Вульфович Гольверк Method for pyrolysis of organic granular materials and apparatus for realising said method
RU128517U1 (en) * 2012-06-20 2013-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение РГ Инновации" (ООО "НПО РГ Инновации") FAST PYROLYSIS REACTOR FOR SOLID MATERIALS
RU133588U1 (en) * 2013-01-24 2013-10-20 Пётр Васильевич Стопа DEVICE FOR BURNING BULK WASTE IN A CLAMPED LAYER
RU2537551C1 (en) * 2013-09-19 2015-01-10 Владимир Андреевич Золотухин Advanced hydrocarbon processing unit
RU139640U1 (en) * 2013-12-09 2014-04-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" HIGH SPEED PYROLYSIS REACTOR

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688740C1 (en) * 2018-02-27 2019-05-22 Общество с ограниченной ответственностью "Экотехника" Pyrolysis liquid and coal production method and device
RU2791574C1 (en) * 2021-11-24 2023-03-10 Валерий Никодимович Драгомиров Method for in-line staged thermochemical destruction of carbon-containing substances and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2495066C2 (en) Method of producing soot from rubber wastes
EP0764196B1 (en) Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
RU2392543C2 (en) Method and device for processing of domestic and industrial organic wastes
US4002438A (en) Organic conversion system
US20110219680A1 (en) Equipment and a method for generating biofuel based on rapid pyrolysis of biomass
EP1230324B1 (en) Process for the production of a gaseous fuel
FI125164B (en) Method and apparatus for making a pyrolysis product
US20180237699A1 (en) Duplex process for rapid thermochemical conversion of carbonaceous raw materials
RU2627865C1 (en) Production method of synthetic gas from low-calorial brown coals with high-ash and device for its implementation
RU140672U1 (en) INSTALLATION FOR PROCESSING ORGANIC RAW MATERIALS IN FUEL
RU2649446C1 (en) Method and device for processing carbon-containing waste
US20200024531A1 (en) Gasification system and method
RU2632690C1 (en) Method for vortex fast pyrolysis of carbon-containing materials and device for its implementation
RU2725434C1 (en) Method for thermal decomposition of loose organic matter in a vertical gasification reactor
RU2632812C2 (en) Plant for thermochemical processing of carbonaceous raw material
RU2321612C1 (en) Mode and installation for receiving activated carbon
US7569121B2 (en) Process for producing synthetic oil from solid hydrocarbon resources
CN111491889A (en) Process for the production of synthesis gas
RU2721695C1 (en) Method of processing organic material to produce synthetic fuel gas in a high-temperature ablation pyrolisis of gravitational type
RU2408820C1 (en) Installation for multi-phase pyrolysis of organic raw material
RU76424U1 (en) INSTALLATION FOR DISPOSAL OF BIOMASS
RU2696231C1 (en) Method of recycling carbon-containing materials
RU2698831C1 (en) Method and apparatus for processing carbon-containing material
RU2785096C1 (en) Gas generator set and method for gas generation for producing hydrogen-containing synthesis gas
RU171149U1 (en) Pyrolysis Vortex Reactor