RU2544635C1 - Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating - Google Patents

Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating Download PDF

Info

Publication number
RU2544635C1
RU2544635C1 RU2013146241/13A RU2013146241A RU2544635C1 RU 2544635 C1 RU2544635 C1 RU 2544635C1 RU 2013146241/13 A RU2013146241/13 A RU 2013146241/13A RU 2013146241 A RU2013146241 A RU 2013146241A RU 2544635 C1 RU2544635 C1 RU 2544635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pyrolysis
reactor
screw
inductor
raw materials
Prior art date
Application number
RU2013146241/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Дмитриевич Варфоломеев
Елена Витальевна Коверзанова
Сергей Модестович Ломакин
Юлия Константиновна Луканина
Сергей Валерьевич Усачев
Анатолий Владимирович Хватов
Наталья Георгиевна Шилкина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть"
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 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" filed Critical Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть"
Priority to RU2013146241/13A priority Critical patent/RU2544635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2544635C1 publication Critical patent/RU2544635C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power industry.SUBSTANCE: method of flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating involves introduction of hydrocarbon materials into cylindrical reactor, located in electromagnetic field of inductor connected to balanced output generator, flash-pyrolysis of hydrocarbon materials during its movement along reactor housing using screw conveyor under impact of heat emitted by reactor housing, separation and collection of liquid, gaseous and solid products of pyrolysis. The device includes a loading unit, cylindrical pyrolised reactor with screw conveyor located inside coil inductor coils, units of separation, cooling and collection of pyrolysis products. Loading unit is designed with possibility of its connection to pyrolised reactor in alignment with or perpendicular to the longitudinal axis of reactor, housing of pyrolised reactor is made conductive with Curie-point above 450°C. As an inductor there used is a zoned inductor, and dimensions of reactor housing and screw conveyor is selected to perform the following ratios: K=(D-d)/2=(0.5÷2) mm; K=h/L=0.1÷0.2; K=L/d=2.4÷0.8, where D is the internal diameter of reactor, d is the diameter of screw, h is the height of cam screw, L is the pitch of screw.EFFECT: minimising energy consumption during treatment of low-value natural and human-made refuse.9 cl, 6 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности к способам и устройствам для осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием технологии индукционного нагрева, и может быть использовано для переработки органосодержащих отходов природного и искусственного происхождения с получением продуктов, имеющих прикладное значение.The invention relates to the field of waste processing, in particular to methods and devices for performing flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating technology, and can be used for processing organ-containing waste of natural and artificial origin to produce products of practical importance.

Технологии флэш-пиролиза (быстрого пиролиза) углеродсодержащего сырья характеризуются высокими скоростями нагрева сырья (от 500°C/с) без доступа воздуха с последующим быстрым охлаждением образовавшихся продуктов пиролиза с получением жидкой фракции, неконденсируемой газовой фракции и твердого углистого остатка. Низкотемпературный флэш-пиролиз, протекающий при температуре до 650-750°C, позволяет получать из биомасс и отходов промышленного производства максимальный выход наиболее ценной жидкой фракции, так называемой «пиролизной нефти», которая может быть использована для получения вторичных жидких топливных и химических продуктов.Flash pyrolysis (fast pyrolysis) technologies for carbon-containing raw materials are characterized by high heating rates of raw materials (from 500 ° C / s) without air access, followed by rapid cooling of the resulting pyrolysis products to obtain a liquid fraction, non-condensable gas fraction and solid carbon residue. Low-temperature flash pyrolysis, proceeding at temperatures up to 650-750 ° C, allows obtaining the maximum yield of the most valuable liquid fraction, the so-called "pyrolysis oil", which can be used to obtain secondary liquid fuel and chemical products from biomass and industrial waste.

Известные технологии осуществления флэш-пиролиза можно классифицировать, в том числе, по способам нагрева пиролизного реактора. Один из таких способов - индукционный нагрев токами высокой частоты (ТВЧ), под действием которых происходит разогрев металлических деталей - корпуса реактора и/или других металлических частей, обеспечивающий необходимый режим термообработки сырья. Индукционный нагрев с помощью ТВЧ характеризуется быстродействием, высокой концентрацией энергии, возможностью точной локализации индуктора, обеспечивающей максимальную эффективность и низкие энергопотери, удобством использования в условиях автоматизированного производства.Known flash pyrolysis techniques can be classified, including by methods of heating the pyrolysis reactor. One of such methods is induction heating with high-frequency currents (HDTV), under the influence of which metal parts — the reactor vessel and / or other metal parts — are heated, which ensures the necessary regime of heat treatment of raw materials. Induction heating using HDTV is characterized by speed, high energy concentration, the ability to accurately localize the inductor, providing maximum efficiency and low energy loss, ease of use in automated production conditions.

В последние годы индукционный нагрев все чаще предлагается для обогрева пиролизных реакторов при переработке различных видов органосодержащего сырья. Так, в европейской патентной заявке [EP 1726634 A1, опубл. 29.11.2006] индукционному нагреву подвергают изготовленную из железа или алюминия пиролизную ванну, являющуюся частью аппарата для превращения отходов пластмассы в пиролизное масло. Однако в описанной конструкции не может быть осуществлен эффективный процесс флэш-пиролиза, поскольку в ней не созданы условия для быстрого прогрева массы отходов в контролируемом температурном диапазоне.In recent years, induction heating has been increasingly proposed for heating pyrolysis reactors in the processing of various types of organo-containing raw materials. So, in the European patent application [EP 1726634 A1, publ. 11.29.2006] a pyrolysis bath made of iron or aluminum is subjected to induction heating, which is part of the apparatus for converting plastic waste into pyrolysis oil. However, in the described construction, an efficient flash pyrolysis process cannot be carried out, since it does not create conditions for the rapid heating of the waste mass in a controlled temperature range.

В статье [«Применение косвенного индукционного нагрева в пиролизных установках для деструкции углеродсодержащих материалов» Е.Л. Савельева, Л.И. Якименков. Энергосберегающие технологии, 2011, №3, стр.47] описано устройство, в котором индуктор помещается внутри пиролизного реактора цилиндрической формы вертикального расположения. Углеродсодержащий материал подвергается косвенному нагреву через нагрев шнека, находящегося внутри индукционной катушки, а также через нагрев металлического корпуса и через дополнительное выделение теплоты за счет гистерезисного эффекта деталей и корпуса реактора, изготовленных из ферромагнитных материалов. Устройство имеет ограниченное применение и, по утверждению авторов, предназначено для использования в качестве экспериментальной пиролизной установки для демонстрации на лабораторных занятиях, но не предназначено для промышленного масштабирования.In the article [“The use of indirect induction heating in pyrolysis plants for the destruction of carbon-containing materials” E.L. Savelyeva, L.I. Yakimenkov. Energy-saving technologies, 2011, No. 3, p. 47] describes a device in which the inductor is placed inside a pyrolysis reactor with a cylindrical vertical shape. The carbon-containing material is indirectly heated by heating the screw located inside the induction coil, as well as by heating the metal case and through additional heat generation due to the hysteresis effect of the parts and the reactor vessel made of ferromagnetic materials. The device has limited use and, according to the authors, is intended for use as an experimental pyrolysis unit for demonstration in laboratory studies, but is not intended for industrial scaling.

Известна высокотемпературная индукционная тигельная печь [RU 2382308 C1, опубл. 20.02.2010], предназначенная для использования в металлургии для прокаливания твердых веществ, а также, как указано в описании, для высокотемпературной переработки твердых органических отходов, включая отходы тары и упаковки. Отличительным признаком изобретения является наличие загрузочного устройства, содержащего цилиндр с воронкой и поршнем с приводом возвратно-поступательного движения и отсекатель, перекрывающий отверстие из воронки в цилиндр, при этом сырье подвергают предварительному нагреву горячими пиролизными газами. Описанная конструкция предназначена, главным образом, для разогрева и плавки материалов, но, по-видимому, малопригодна для осуществления флэш-пиролиза твердых органических отходов, поскольку не имеет средств транспортировки обрабатываемого сырья вдоль пиролизной камеры и не может обеспечить равномерный быстрый прогрев материала, необходимый для эффективного пиролитического процесса.Known high-temperature induction crucible furnace [RU 2382308 C1, publ. 02/20/2010], intended for use in metallurgy for calcining solids, as well as, as described in the description, for high-temperature processing of solid organic waste, including packaging and packaging waste. A distinctive feature of the invention is the presence of a loading device containing a cylinder with a funnel and a piston with a reciprocating drive and a cut-off blocking the opening from the funnel to the cylinder, while the raw material is subjected to preliminary heating with hot pyrolysis gases. The described design is intended mainly for heating and melting materials, but, apparently, is unsuitable for flash pyrolysis of solid organic waste, since it does not have the means of transporting processed raw materials along the pyrolysis chamber and cannot provide uniform fast heating of the material necessary for effective pyrolytic process.

Описана установка для высокотемпературной переработки твердых отходов без доступа воздуха [RU 2374558 C1, опубл. 27.11.2009], предназначенная, в частности, для переработки использованных тары и упаковки. Установка содержит средства загрузки и лопастного ворошения сырья, выгрузки коксозольного остатка, обогревательную камеру в виде гладкой охватывающей корпус в его средней части рубашки с форсункой и патрубком для выхода продуктов горения, средством нагнетания газов переработки в обогревательную камеру на сжигание. Реактор выполнен в виде вертикального теплоизолированного корпуса, нижняя цилиндрическая часть которого, выполненная из тугоплавкого токопроводящего материала, например карбида кремния, заключена в индукционный нагреватель с теплоизоляционной прослойкой. Недостатком устройства является сложность его конструкции и эксплуатации, обусловленная необходимостью использования различных способов нагрева в камере предварительного разогрева сырья и в камере пиролиза. Устройство не оборудовано средствами контроля температуры в реакторе, в результате в тигле реактора температура может достигать 2000°С, что не позволяет получить высокий выход наиболее ценной жидкой фракции продуктов пиролиза.Describes an installation for high-temperature processing of solid waste without access of air [RU 2374558 C1, publ. November 27, 2009], intended, in particular, for the processing of used containers and packaging. The installation contains means for loading and paddle tedding of raw materials, for unloading coke ash residue, a heating chamber in the form of a smooth enveloping body in its middle part of the shirt with an nozzle and nozzle for the exit of combustion products, a means of pumping the processing gases into the heating chamber for burning. The reactor is made in the form of a vertical thermally insulated body, the lower cylindrical part of which is made of a refractory conductive material, for example silicon carbide, is enclosed in an induction heater with a heat-insulating layer. The disadvantage of this device is the complexity of its design and operation, due to the need to use various heating methods in the chamber for preheating of raw materials and in the pyrolysis chamber. The device is not equipped with means for controlling the temperature in the reactor; as a result, the temperature in the crucible of the reactor can reach 2000 ° C, which does not allow one to obtain a high yield of the most valuable liquid fraction of pyrolysis products.

Согласно [JP 2004239687 A, опубл. 26.08.2004] трубчатая пиролизная печь, предназначенная для осуществления контролируемого процесса получения пиролизного газа с низким содержанием пыли, расположена внутри индукционной катушки и содержит трубчатую пористую перегородку, отграничивающую пиролизную реакционную зону, в которой происходит пиролиз при температуре 300-600°С. Однако существует большая вероятность, что в описанной конструкции образующиеся твердые продукты пиролиза будут забивать отверстия пористой перегородки, что приведет к торможению или остановке процесса пиролиза.According to [JP 2004239687 A, publ. 08/26/2004] a tubular pyrolysis furnace designed to carry out a controlled process for producing pyrolysis gas with a low dust content is located inside the induction coil and contains a tubular porous partition delimiting the pyrolysis reaction zone in which pyrolysis occurs at a temperature of 300-600 ° C. However, there is a high probability that in the described construction the solid pyrolysis products formed will clog the openings of the porous septum, which will lead to inhibition or halt of the pyrolysis process.

В заявках [JP 2005127682 A, опубл. 19.05.2005, JP 2009084543 A, опубл. 23.04.2009] раскрыта система, предназначенная для термохимической переработки отходов пластических масс в жидкие продукты. Для повышения полноты переработки используют многоуровневую последовательность соединенных между собой пиролизных реакторов, каждый из которых подвергается индукционному ТВЧ-нагреву от индуктора, намотанного вокруг корпуса реактора. Мощность индукционного нагрева реакторов регулируют индивидуально так, что температура в реакторе на каждом последующем нижнем уровне выше, чем в реакторе на предыдущем верхнем уровне. Пиролизуемая масса на каждом уровне перемешивается за счет вращения корпуса реактора вокруг своей оси с помощью электродвигателя. На каждом из уровней пластиковые отходы в смеси с пиролизным маслом, находящимся в пиролизере, плавятся, подвергаются термическому воздействию и после отведения жидких продуктов последовательно передвигаются под действием перемешивания в последующие реакторы с более высокой температурой до завершения процесса. Такая последовательность, включающая до шести реакторов, обеспечивает длительную глубокую переработку полимерных материалов под действием ступенчато увеличивающейся температуры. Однако описанное устройство не может обеспечить условия для флэш-пиролиза, позволяющего получить максимальный выход высококачественной жидкой фракции. Использование устройства требует высоких энергозатрат, связанных с обеспечением автономного вращения и обогрева каждого реактора. Кроме того, следует отметить, что устройство имеет узкоспециальное назначение - переработка пластиковых отходов, и не может быть использовано для переработки других видов отходов, не плавящихся в условиях процесса.In the applications [JP 2005127682 A, publ. 05/19/2005, JP 2009084543 A, publ. 04/23/2009] a system is disclosed for thermochemical processing of plastic waste into liquid products. To increase the completeness of processing, a multi-level sequence of interconnected pyrolysis reactors is used, each of which is subjected to induction high-frequency heating from an inductor wound around the reactor vessel. The power of induction heating of the reactors is individually controlled so that the temperature in the reactor at each subsequent lower level is higher than in the reactor at the previous upper level. The pyrolyzable mass at each level is mixed due to the rotation of the reactor vessel around its axis using an electric motor. At each level, the plastic waste mixed with pyrolysis oil in the pyrolyzer melts, is subjected to thermal action, and after removal of the liquid products, they are successively moved under the action of mixing to subsequent reactors with a higher temperature until the process is completed. This sequence, including up to six reactors, provides long-term deep processing of polymeric materials under the influence of stepwise increasing temperature. However, the described device cannot provide conditions for flash pyrolysis, which allows to obtain the maximum yield of high-quality liquid fraction. The use of the device requires high energy costs associated with providing autonomous rotation and heating of each reactor. In addition, it should be noted that the device has a highly specialized purpose - the processing of plastic waste, and cannot be used to process other types of waste that do not melt in the process.

В заявке на полезную модель [CN 201020358 Y, опубл. 13.02.2008] описано устройство для пиролиза биомасс и других видов отходов с помощью индукционного нагрева. Устройство включает загрузочный бункер, соединенный с горизонтально ориентированным реактором, который, в свою очередь, соединен с трубопроводом для выведения коксозольного остатка, его сбора и охлаждения. В устройство встроен шнековый конвейер, винтовой вал которого соединен с валом редуктора двигателя, а выпускной паз трубопровода расположен на осевом направлении винтового вала. Вокруг корпуса, выполненного из радиопрозрачного керамического материала, намотаны индукционная катушка и охлаждающая трубка. Перерабатываемое сырье нагревается от размещенного внутри реактора шнека, выполненного с глубоким спиральным каналом и изготовленного из жаропрочной стали или другого жаропрочного сплава. Недостатком устройства является неоптимальное распределение температур внутри пиролизного реактора. Поскольку шнековый конвейер имеет высокий винтовой гребень, под воздействием электромагнитного поля разогревается, в основном, верхняя часть гребня шнека, где и протекает пиролиз. В объеме реактора в углублениях между витками шнека ближе к его оси могут образовываться застойные зоны, в которых условия для пиролиза далеки от оптимальных. При этом существует возможность накапливания в этих застойных зонах твердых продуктов пиролиза. В устройстве не могут быть обеспечены условия для флэш-пиролиза, поскольку существует возможность конденсации первичных газообразных продуктов пиролиза на холодных стенках реактора, попадания конденсата на разогретый гребень шнека и протекания повторных пиролитических реакций, снижающих выход и ухудшающих качество жидкой фракции. Особенностью устройства является выполнение корпуса из радиопрозрачного керамического материала. Прозрачность корпуса реактора для электромагнитного излучения должна сочетаться с высокой механической прочностью. Керамические материалы, обладающие таким комплексом свойств, достаточно дороги, что неизбежно удорожает конструкцию.In the application for a utility model [CN 201020358 Y, publ. 02/13/2008] a device for the pyrolysis of biomass and other types of waste using induction heating is described. The device includes a loading hopper connected to a horizontally oriented reactor, which, in turn, is connected to a pipeline for removing the coke residue, its collection and cooling. A screw conveyor is built into the device, the screw shaft of which is connected to the shaft of the engine gearbox, and the outlet groove of the pipeline is located on the axial direction of the screw shaft. Around the body, made of radiolucent ceramic material, an induction coil and a cooling tube are wound. The processed raw material is heated by a screw located inside the reactor, made with a deep spiral channel and made of heat-resistant steel or other heat-resistant alloy. The disadvantage of this device is the non-optimal temperature distribution inside the pyrolysis reactor. Since the screw conveyor has a high screw ridge, under the influence of an electromagnetic field, the upper part of the screw ridge is mainly heated, where pyrolysis proceeds. Stagnant zones may form in the reactor volume in the recesses between the screw turns closer to its axis, in which the conditions for pyrolysis are far from optimal. In this case, there is the possibility of accumulation in these stagnant zones of solid pyrolysis products. The device cannot be provided with conditions for flash pyrolysis, since it is possible to condense the primary gaseous pyrolysis products on the cold walls of the reactor, to get condensate on the heated screw ridge, and repeated pyrolytic reactions that reduce the yield and worsen the quality of the liquid fraction. A feature of the device is the implementation of the body of a translucent ceramic material. The transparency of the reactor vessel for electromagnetic radiation must be combined with high mechanical strength. Ceramic materials with such a set of properties are quite expensive, which inevitably increases the cost of construction.

В качестве прототипа заявляемых способа и устройства для осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием индукционного нагрева взяты демонстрационная установка и реализуемый в ней способ переработки отходов галогенсодержащих пластмасс [Fugi Electric Journal 2000, V.73, No.7, p.69] с минимальным образованием диоксинов. Пластиковые отходы подают в загрузочное устройство, уплотняют до объема 1/15 в шнековом устройстве, после чего подают в цилиндрический пиролизный реактор, объем которого изолирован от внешней среды слоем спрессованной полимерной массы. Для исключения присутствия кислорода дополнительно в пиролизный реактор подают азот. Нагрев пиролизуемой массы осуществляется от корпуса реактора, нагревающегося в электромагнитном поле индуктора. Пиролиз проводят при температуре 500±50°C. Обрабатываемое сырье подвергается быстрому нагреву и флэш-пиролизу с образованием парогазовых и карбонизированных продуктов с последующим сбором твердого остатка в конусообразном бункере и разделением парогазовой смеси на конденсированную и газовую фазы. Приведенные авторами данные показывают низкое содержание диоксинов в продуктах пиролиза галогенсодержащих полимеров и достаточно высокую степень переработки полимерных масс, однако из приведенных в источнике сведений можно сделать вывод о том, что устройство и способ не предназначены для переработки отходов другого вида.As a prototype of the inventive method and device for flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating, a demonstration unit and the method for processing halogen-containing plastic wastes implemented therein were taken [Fugi Electric Journal 2000, V.73, No.7, p.69] with a minimum the formation of dioxins. Plastic waste is fed into a loading device, compacted to a volume of 1/15 in a screw device, and then fed into a cylindrical pyrolysis reactor, the volume of which is isolated from the external environment by a layer of compressed polymer mass. To exclude the presence of oxygen, nitrogen is additionally supplied to the pyrolysis reactor. The pyrolyzable mass is heated from the reactor vessel, which is heated in the electromagnetic field of the inductor. Pyrolysis is carried out at a temperature of 500 ± 50 ° C. The processed raw materials undergo rapid heating and flash pyrolysis with the formation of vapor-gas and carbonized products, followed by collection of the solid residue in a cone-shaped hopper and separation of the vapor-gas mixture into condensed and gas phases. The data presented by the authors show a low content of dioxins in the pyrolysis products of halogen-containing polymers and a rather high degree of processing of polymer masses, however, from the information given in the source, it can be concluded that the device and method are not intended for processing waste of a different kind.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащих продуктов и устройства для его реализации, которые позволят с минимальными энергозатратами получать из малоценных отходов природного и промышленного происхождения продукты, которые после дополнительной обработки могут быть использованы в качестве энергоносителей или для получения различных химикатов.The objective of the present invention is to develop a method for performing flash pyrolysis of carbon-containing products and devices for its implementation, which will allow with minimal energy consumption to obtain products from low-value waste of natural and industrial origin, which after additional processing can be used as energy carriers or to obtain various chemicals.

Поставленная задача решается способом, включающим введение предварительно подготовленного сырья в цилиндрический реактор, расположенный в электромагнитном поле индуктора, подключенного к генератору токов высокой частоты, флэш-пиролиз сырья в процессе его перемещения вдоль корпуса реактора при помощи шнекового механизма под действием тепла, излучаемого корпусом реактора, разделение и сбор жидких, газообразных и твердых продуктов пиролиза, отличающийся тем, что в качестве индуктора используют зонированный индуктор, а геометрические размеры корпуса реактора и шнекового механизма выбирают такими, что выполняются следующие соотношения:The problem is solved by a method involving the introduction of pre-prepared raw materials into a cylindrical reactor located in the electromagnetic field of an inductor connected to a high-frequency current generator, flash pyrolysis of the raw material during its movement along the reactor vessel using a screw mechanism under the action of heat radiated by the reactor vessel, separation and collection of liquid, gaseous and solid pyrolysis products, characterized in that a zoned inductor is used as an inductor, and geometric Dimensions of the reactor vessel and the screw mechanism is selected such that the following relations are satisfied:

K1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;

K2=h/L=0,1÷0,2;K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;

K3=L/d=2,4÷0,8,K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0.8,

где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта шнека, L - шаг винта шнека.where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the ridge of the screw of the screw, L is the pitch of the screw of the screw.

Поставленная задача также решается заявляемым устройством, включающим загрузочный узел, размещенный внутри витков индуктора цилиндрический пиролизный реактор со шнековым механизмом, а также узлы разделения, охлаждения и сбора продуктов пиролиза, отличающимся тем, что загрузочный узел выполнен с возможностью его подсоединения к пиролизному реактору соосно или перпендикулярно продольной оси реактора, корпус пиролизного реактора выполнен из токопроводящего материала, характеризующегося точкой Кюри не ниже 450°C, индуктор выполнен зонированным, а геометрические размеры корпуса реактора и шнекового механизма выбирают такими, что выполняются следующие соотношения:The problem is also solved by the claimed device, including a loading unit, a cylindrical pyrolysis reactor with a screw mechanism located inside the coils of the inductor, as well as units for separating, cooling and collecting pyrolysis products, characterized in that the loading unit is configured to connect it to the pyrolysis reactor coaxially or perpendicularly the longitudinal axis of the reactor, the pyrolysis reactor vessel is made of conductive material, characterized by a Curie point of at least 450 ° C, the inductor is made of ovannym and geometrical dimensions of the reactor vessel and the screw mechanism is selected such that the following relations are satisfied:

K1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;

K2=h/L=0,1÷0,2;K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;

K3=L/d=2,4÷0,8,K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0.8,

где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта шнека, L - шаг винта шнека.where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the ridge of the screw of the screw, L is the pitch of the screw of the screw.

Анализ предшествующего уровня техники и экспериментальная проработка аппаратурного оформления процесса позволяют сформулировать общие требования, которые были учтены при разработке заявляемых способа и устройства для осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием индукционного нагрева:The analysis of the prior art and the experimental study of the hardware design of the process allow us to formulate the general requirements that were taken into account when developing the inventive method and device for performing flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating:

- устройство должно обеспечить возможность осуществления как можно большего числа контактов малых объемов обрабатываемого сырья с горячими стенками пиролизного реактора с тем, чтобы создать оптимальные условия для быстрого пиролиза;- the device should provide the possibility of making as many contacts of small volumes of processed raw materials with the hot walls of the pyrolysis reactor as possible in order to create optimal conditions for fast pyrolysis;

- для эффективного проведения процесса, желательно, осуществлять порционную подачу сырья, чтобы была возможность обеспечить оптимальные температурные условия процесса;- for the effective conduct of the process, it is desirable to carry out a batch feed of raw materials so that it is possible to ensure optimal temperature conditions of the process;

- для повышения выхода жидкой фракции и содержания в ней короткоцепочечных углеводородных молекул, определяющих ее энергетическую ценность, целесообразно использовать катализатор;- to increase the yield of the liquid fraction and the content in it of short-chain hydrocarbon molecules that determine its energy value, it is advisable to use a catalyst;

- необходимо обеспечить эффективное выведение твердых продуктов из зоны пиролиза, которые могут препятствовать перемещению сырья вдоль пиролизного реактора и адсорбировать парогазовые продукты пиролиза, снижая их выход.- it is necessary to ensure the effective removal of solid products from the pyrolysis zone, which can impede the movement of raw materials along the pyrolysis reactor and adsorb combined-cycle pyrolysis products, reducing their output.

На Фиг.1 показана общая схема заявляемого устройства для флэш-пиролиза.Figure 1 shows a General diagram of the inventive device for flash pyrolysis.

На Фиг.2 показана схема загрузочного узла.Figure 2 shows a diagram of the boot node.

На Фиг.3 показана схема пиролизного узла.Figure 3 shows a diagram of a pyrolysis unit.

На Фиг.4 показана схема пиролизного реактора в разрезе, поясняющая смысл геометрических параметров пиролизного реактора и шнекового механизма.Figure 4 shows a diagram of a pyrolysis reactor in the context, explaining the meaning of the geometric parameters of the pyrolysis reactor and the screw mechanism.

На Фиг.5 показан внешний вид фрагмента секционного индуктора, используемого в заявляемом устройстве.Figure 5 shows the appearance of a fragment of a sectional inductor used in the inventive device.

На Фиг.6 показана схема узла разделения продуктов пиролиза.Figure 6 shows a diagram of a unit for the separation of pyrolysis products.

Как показано на Фиг.1, устройство для флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием индукционного нагрева включает загрузочный узел I, пиролизный узел II, включающий пиролизный реактор с расположенным внутри него соосно шнековым механизмом, индуктор III, присоединенный к генератору токов высокой частоты IV, узел разделения продуктов пиролиза V, узел охлаждения и конденсации парогазовой фазы VI, блок контроля параметров процесса VII.As shown in FIG. 1, a device for flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating includes a loading unit I, a pyrolysis unit II, including a pyrolysis reactor with a coaxial screw mechanism located inside it, an inductor III connected to a high-frequency current generator IV, a unit separation of the pyrolysis products V, the unit for cooling and condensation of the gas-vapor phase VI, the control unit for process parameters VII.

Загрузочный узел I, устройство которого показано на Фиг.2, представляет собой автономную часть устройства и включает: приемник 1, в который подают подготовленное сырье, съемное устройство 2, предназначенное для подачи сырья в пиролизный узел II и включающее винтовой шток 3 с поршнем 4, а также уплотнители 5, обеспечивающие его герметичность и препятствующие выходу пиролизных газов наружу. Загрузочный узел оснащен краном 6 для подключения при необходимости потока инертного газа. Во время загрузки сырья приемник 1 может быть отсоединен от пиролизного узла II или присоединен к нему, причем, в зависимости от используемого сырья, загрузочный узел I может быть присоединен к пиролизному реактору II сверху перпендикулярно оси пиролизного реактора или сбоку соосно с ним. Подсоединение сверху предпочтительно, когда перерабатываемое сырье представляет собой легкоплавкую или пастообразную текучую массу. Возможность различного подсоединения загрузочного узла позволяет использовать его для загрузки в пиролизный реактор сырья с различными физическими свойствами - текучего, вязкого, сыпучего и т.д.The loading unit I, the device of which is shown in FIG. 2, is an autonomous part of the device and includes: a receiver 1, into which prepared raw materials are supplied, a removable device 2, intended for supplying raw materials to the pyrolysis unit II and including a screw rod 3 with a piston 4, as well as seals 5, ensuring its tightness and preventing the outflow of pyrolysis gases. The loading unit is equipped with a valve 6 for connecting, if necessary, the flow of inert gas. During the loading of raw materials, the receiver 1 can be disconnected from the pyrolysis unit II or attached to it, and, depending on the raw materials used, the loading unit I can be connected to the pyrolysis reactor II from above, perpendicular to the axis of the pyrolysis reactor, or sideways with it. Top connection is preferred when the processed feed is a low melting or pasty fluid mass. The possibility of various connection of the loading unit allows you to use it to load raw materials with various physical properties - fluid, viscous, bulk, etc. into the pyrolysis reactor.

Пиролизный узел II, схематически изображенный на Фиг.3, включает размещенный внутри витков 7 индуктора III теплоизолированный, ориентированный горизонтально или с небольшим наклоном снизу вверх цилиндрический пиролизный реактор 8, подсоединяемый к другим функциональным частям устройства через резьбовые соединения 9. Наклонное положение реактора целесообразно, если пиролизуемый материал представляет собой текучую массу, для предотвращения ее самопроизвольного вытекания из реактора до завершения процесса.The pyrolysis unit II, shown schematically in FIG. 3, includes a thermally insulated cylindrical pyrolysis reactor 8 located inside the turns 7 of the inductor III and oriented horizontally or with a slight inclination from the bottom up, connected to other functional parts of the device via threaded connections 9. The inclined position of the reactor is advisable if the pyrolyzable material is a flowable mass, to prevent its spontaneous leakage from the reactor until the process is completed.

Пиролизный реактор выполнен в форме тонкостенной трубы из токопроводящего материала, характеризующегося точкой Кюри, не ниже 450°C, соответствующей нижнему температурному пределу для реализации низкотемпературного пиролиза. Для обеспечения эффективного быстрого прогрева толщина стенки реактора, как правило, не должна превышать 2 мм, а для маломасштабных установок предпочтительно использовать трубу с толщиной стенки не более 1 мм. Материал корпуса пиролизного реактора должен обладать химической стойкостью, поскольку в процессе эксплуатации он подвергается агрессивному высокотемпературному воздействию продуктов пиролиза. Предпочтительно использовать жаростойкую коррозийностойкую (нержавеющую) сталь, удовлетворяющую всем указанным требованиям. Теплоизоляция реактора необходима, с одной стороны, чтобы защитить индуктор от воздействия высокой температуры, а с другой стороны, чтобы стабилизировать тепловой режим внутри реактора и создать оптимальные условия для протекания флэш-пиролиза. Нагрев перерабатываемого сырья происходит от корпуса реактора в тонком пристенном слое между корпусом реактора и шнеком.The pyrolysis reactor is made in the form of a thin-walled tube of conductive material, characterized by a Curie point of at least 450 ° C, corresponding to the lower temperature limit for the implementation of low-temperature pyrolysis. To ensure effective quick heating, the wall thickness of the reactor, as a rule, should not exceed 2 mm, and for small-scale installations it is preferable to use a pipe with a wall thickness of not more than 1 mm. The material of the pyrolysis reactor vessel must have chemical resistance, since it is subjected to aggressive high-temperature effects of pyrolysis products during operation. It is preferable to use heat-resistant corrosion-resistant (stainless) steel that meets all of these requirements. Thermal insulation of the reactor is necessary, on the one hand, to protect the inductor from exposure to high temperature, and on the other hand, to stabilize the thermal regime inside the reactor and create optimal conditions for flash pyrolysis. Heating of the processed raw materials occurs from the reactor vessel in a thin wall layer between the reactor vessel and the screw.

Как показано на Фиг.3, загрузочный узел I соединен с пиролизным узлом II через тройник 10, снабженный заглушкой 11, изолирующей пространство пиролизного реактора от атмосферы. На чертеже положение заглушки соответствует присоединению загрузочного узла к пиролизному узлу сверху. Внутри пиролизного реактора 8 и горизонтальной части тройника 10 соосно с ними размещен шнековый механизм 12, вал которого 13 через уплотнительную систему 14 присоединен к приводу вращения шнека.As shown in FIG. 3, the feed assembly I is connected to the pyrolysis assembly II through a tee 10 provided with a plug 11 that isolates the space of the pyrolysis reactor from the atmosphere. In the drawing, the position of the plug corresponds to the attachment of the loading unit to the pyrolysis unit from above. Inside the pyrolysis reactor 8 and the horizontal part of the tee 10, a screw mechanism 12 is placed coaxially with them, the shaft of which 13 is connected through the sealing system 14 to the screw rotation drive.

Отличительной особенностью внутреннего устройства пиролизного реактора является то, что геометрические размеры корпуса пиролизного реактора и шнекового механизма, показанные на Фиг.4, одновременно удовлетворяют приведенным ниже эмпирически установленным соотношениям, выполнение которых, с одной стороны, обеспечивает формирование в реакторе тонкого пристеночного слоя сырья, в котором происходят быстрый прогрев и флэш-пиролиз перерабатываемой массы, а с другой стороны, позволяет избежать формирования в реакторе застойных зон, в которых могут накапливаться непиролизованные или закоксовавшиеся продукты, и тормозить процесс:A distinctive feature of the internal structure of the pyrolysis reactor is that the geometric dimensions of the pyrolysis reactor vessel and the screw mechanism shown in Fig. 4 simultaneously satisfy the empirically established ratios below, the fulfillment of which, on the one hand, ensures the formation of a thin near-wall layer of raw materials in the reactor, which undergoes rapid heating and flash pyrolysis of the processed mass, and, on the other hand, avoids the formation of stagnant zones in the reactor, in which Non-pyrolyzed or coked foods can accumulate and slow down the process:

K1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;

K2=h/L=0,1÷0,2;K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;

K3=L/d=2,4÷0,8,K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0.8,

где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта шнека, L - шаг винта шнека.where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the ridge of the screw of the screw, L is the pitch of the screw of the screw.

Интервал значений для параметра K1 определяет оптимальную толщину пристеночного слоя перерабатываемого сырья в пиролизном реакторе для протекания флэш-пиролиза. Для предотвращения заклинивания винта шнекового механизма вследствие температурного расширения металлических деталей зазор между корпусом пиролизного реактора и гребнем шнека должен быть не менее 0,5 мм. Увеличение зазора до величины более 2 мм нежелательно, поскольку с увеличением толщины нагреваемого слоя уменьшаются эффективность и скорость прогрева сырья, ухудшаются условия для флеш-пиролиза.The range of values for parameter K 1 determines the optimal thickness of the wall layer of the processed raw materials in the pyrolysis reactor for flash pyrolysis. To prevent jamming of the screw of the auger mechanism due to thermal expansion of metal parts, the gap between the pyrolysis reactor casing and the screw ridge should be at least 0.5 mm. An increase in the gap to a value of more than 2 mm is undesirable, since with an increase in the thickness of the heated layer, the efficiency and heating rate of the raw materials decrease, and the conditions for flash pyrolysis worsen.

Интервал значений К2=h/L=0,1÷0,2 соответствует беспрепятственному продвижению тонкого слоя пиролизуемого материала вдоль корпуса реактора с минимальной возможностью образования трудно удаляемых коксующихся отложений на стенках пиролизной камеры. Предполагается, что высота гребня h одинакова по всей рабочей длине шнека, хотя возможно и использование шнека с изменяющейся по его длине глубиной проточки. За пределами этих значений могут возникнуть затруднения в перемещении перерабатываемого сырья вдоль пиролизного реактора и снижается эффективность флеш-пиролиза из-за увеличения толщины слоя перерабатываемой массы в пространстве между гребнями шнека.The range of values of K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2 corresponds to the unimpeded movement of a thin layer of pyrolyzable material along the reactor vessel with the minimum possibility of formation of difficult to remove coking deposits on the walls of the pyrolysis chamber. It is assumed that the height of the ridge h is the same over the entire working length of the screw, although it is possible to use a screw with a depth of groove that varies along its length. Outside of these values, difficulties may arise in moving the processed raw materials along the pyrolysis reactor and the efficiency of flash pyrolysis decreases due to an increase in the thickness of the processed mass layer in the space between the screw ridges.

Параметр K3 определяет угол φ наклона витков шнека по отношению к его горизонтальной оси (см. Фиг.4), от которого зависит способность шнека равномерно продвигать перерабатываемую массу вдоль реактора и возможность образования застойных зон между витками шнека. Эмпирически найдено, что оптимальным для φ является диапазон от примерно 40° до примерно 70°, которому соответствует указанный выше диапазон величин K3. При L/d<0,8 затрудняется продвижение сырья в зоне пиролиза, вплоть до полного прекращения его подачи, а при L/d>2,4 увеличивается вероятность образования застойных зон между витками шнека. При K1, K2 и K3 в указанных диапазонах флэш-пиролиз происходит в условиях эффективного контакта каждой единицы массы сырья с нагреваемыми стенками пиролизной камеры, при этом реализуется быстрый разогрев малых, контактирующих со стенками объемов пиролизуемой массы до требуемой температуры. Оптимум внутри указанных интервалов выбирают эмпирически в зависимости от размеров установки, используемой мощности индуктора и физических характеристик обрабатываемого материала. Критерием выбора является максимальный выход парогазовой фракции продуктов пиролиза.The parameter K 3 determines the angle φ of the inclination of the turns of the screw with respect to its horizontal axis (see Figure 4), which determines the ability of the screw to uniformly move the processed mass along the reactor and the possibility of formation of stagnant zones between the turns of the screw. It is empirically found that the optimal range for φ is a range from about 40 ° to about 70 °, which corresponds to the above range of K 3 values. At L / d <0.8, the movement of raw materials in the pyrolysis zone is difficult, up to its complete cessation, and at L / d> 2.4, the likelihood of stagnant zones between the screw turns increases. At K 1 , K 2, and K 3 in the indicated ranges, flash pyrolysis occurs under conditions of effective contact of each unit mass of the raw material with the heated walls of the pyrolysis chamber, while rapid heating of small volumes of the pyrolyzable mass in contact with the walls is realized to the required temperature. The optimum inside these intervals is chosen empirically depending on the size of the installation, the used power of the inductor and the physical characteristics of the processed material. The selection criterion is the maximum yield of the vapor-gas fraction of pyrolysis products.

Пиролизный реактор 8 размещен внутри витков 7 индуктора III, отделенного от наружных стенок реактора слоем теплоизолятора 15 на основе базальта или другого аналогичного материала. Источником индукционного нагрева является электромагнитное поле, создаваемое индуктором под действием токов высокой частоты, генерируемых генератором ТВЧ IV.The pyrolysis reactor 8 is placed inside the turns 7 of the inductor III, separated from the outer walls of the reactor by a layer of heat insulator 15 based on basalt or other similar material. The source of induction heating is the electromagnetic field generated by the inductor under the action of high-frequency currents generated by the HDTV IV generator.

Выбор формы и размера индуктора определяется особенностями реализуемого процесса. Известно, что в кольцевых индукторах концентрация электромагнитного поля по длине индуктора неравномерна с максимумом в центральной части. Из этого следует, что увеличение длины реактора, обогреваемого с помощью обычных многовитковых индукторов, для повышения производительности и обеспечения полноты протекания процесса пиролиза оказывается неэффективным. В отличие от известных аналогов [JP 2009084543 A, опубл. 23.04.2009, JP 2005127682 A, опубл. 19.05.2005], в которых повышение полноты пиролиза достигают за счет использования нескольких, последовательно соединенных между собой коротких пиролизных реакторов, каждый из которых обогревается отдельным индуктором, в настоящем устройстве повышение эффективности при одновременном снижении энергозатрат обеспечивается использованием зонированного индуктора. Известно применение многозонных (многосекционных) индукторов в металлообработке для методического сквозного нагрева стальных заготовок [SU 1152096, A1, опубл. 23.04.1985], в которых ступенчатый разогрев заготовки до температуры ковки достигается за счет ее перемещения вдоль зон индуктора, характеризующихся разной мощностью нагрева. В настоящем изобретении впервые предложено применение многозонного индуктора для оптимизации температурного режима в пиролизном реакторе, при этом многозонный индуктор использован не для ступенчатого повышения температуры по длине пиролизного реактора, а для создания стабильных, одинаковых по длине реактора температурных условий для осуществления флеш-пиролиза сырья, распределенного по всей длине реактора. Выравнивание мощности нагрева по зонам достигается за счет эмпирически подобранного шага витков индуктора в разных его зонах, расположенных последовательно и подключенных к одному источнику питания.The choice of the shape and size of the inductor is determined by the features of the process being implemented. It is known that in ring inductors the concentration of the electromagnetic field along the length of the inductor is uneven with a maximum in the central part. From this it follows that increasing the length of the reactor, heated with conventional multi-turn inductors, to increase productivity and ensure the completeness of the pyrolysis process is ineffective. In contrast to the known analogues [JP 2009084543 A, publ. 04/23/2009, JP 2005127682 A, publ. 05/19/2005], in which the increase in the completeness of pyrolysis is achieved through the use of several series-connected short pyrolysis reactors, each of which is heated by a separate inductor, in this device, an increase in efficiency while reducing energy consumption is provided by using a zoned inductor. It is known the use of multi-zone (multi-section) inductors in metalworking for methodical through heating of steel billets [SU 1152096, A1, publ. 04/23/1985], in which the stepwise heating of the workpiece to the forging temperature is achieved due to its movement along the inductor zones, characterized by different heating power. The present invention first proposed the use of a multi-zone inductor to optimize the temperature regime in a pyrolysis reactor, while the multi-zone inductor was not used to stepwise increase the temperature along the length of the pyrolysis reactor, but to create stable, identical temperature conditions along the length of the reactor for performing flash pyrolysis of the raw materials distributed along the entire length of the reactor. The equalization of the heating power in the zones is achieved due to the empirically selected step of the turns of the inductor in its different zones located in series and connected to the same power source.

Фрагмент зонированного (многосекционного) индуктора, использованного в изобретении, показан на Фиг.5. Индуктор изготовлен из медной трубки с внутренним диаметром 6 мм, по которой протекает охлаждающий агент, например вода, и может состоять из нескольких секций, количество которых зависит от длины пиролизного реактора. Диаметр витков выбирают таким, чтобы в зазоре между индуктором и корпусом реактора мог поместиться слой теплоизолятора, достаточный для обеспечения температуры на поверхности, соответствующей условиям безопасной эксплуатации устройства.A fragment of a zoned (multi-sectional) inductor used in the invention is shown in FIG. The inductor is made of a copper tube with an inner diameter of 6 mm, through which a cooling agent, for example water, flows, and can consist of several sections, the number of which depends on the length of the pyrolysis reactor. The diameter of the turns is chosen so that in the gap between the inductor and the reactor vessel a layer of heat insulator can be placed, sufficient to ensure a temperature on the surface that meets the conditions for safe operation of the device.

Использование зонированного индуктора позволяет равномерно распределить напряженность магнитного поля по длине индуктора и, таким образом, значительно увеличить зону нагрева, что позволяет добиться полноты переработки сырья не за счет увеличения количества соединенных последовательно пиролизных реакторов, а за счет увеличения длины одного пиролизного реактора. Это дает значительную экономию энергозатрат на обслуживании и эксплуатации устройства, поскольку отпадает необходимость использования нескольких электрогенераторов и электродвигателей для перемешивания и перемещения сырья в каждом из реакторов. Кроме того, применение зонированного индуктора позволяет улучшить согласованность между нагрузкой и генератором ТВЧ.Using a zoned inductor allows you to evenly distribute the magnetic field along the length of the inductor and, thus, significantly increase the heating zone, which allows to achieve completeness of processing of raw materials not by increasing the number of pyrolysis reactors connected in series, but by increasing the length of one pyrolysis reactor. This gives significant savings in energy costs for the maintenance and operation of the device, since there is no need to use several electric generators and electric motors for mixing and moving the raw materials in each of the reactors. In addition, the use of a zoned inductor improves coordination between the load and the HDTV generator.

Показанный на Фиг.6 узел разделения продуктов пиролиза V состоит из теплоизолированного корпуса 16, в который через переходник 17 выведена концевая часть пиролизного реактора 8, под которой расположен патрубок 18 для отведения твердого остатка в приемник. При этом важно, что торец винтовой нарезки (нарезная зона) шнека, размещенного в реакторе, совпадает с выходом из пиролизного реактора, так что твердые продукты, выведенные из зоны пиролиза, сразу же попадают в приемник, не забивая узел разделения продуктов пиролиза V. Кроме того, такая конструкция позволяет минимизировать время контакта парогазовой смеси с твердым, обладающим высокой адсорбционной активностью коксозольным остатком, что также способствует повышению выхода и качества парогазовой фракции продуктов пиролиза. Переходник 19 предназначен для вывода образующейся при пиролизе парогазовой смеси в узел охлаждения и конденсации VI.6, the pyrolysis product separation unit V consists of a thermally insulated body 16, into which the end part of the pyrolysis reactor 8 is discharged through the adapter 17, under which there is a pipe 18 for discharging the solid residue into the receiver. It is important that the end face of the screw thread (threaded zone) of the screw placed in the reactor coincides with the exit from the pyrolysis reactor, so that the solid products removed from the pyrolysis zone immediately enter the receiver without clogging the separation unit for the pyrolysis products V. Moreover, this design allows to minimize the contact time of the vapor-gas mixture with the solid, with high adsorption activity, coke-ash residue, which also helps to increase the yield and quality of the vapor-gas fraction of the pyrolysis products. The adapter 19 is designed to output the vapor-gas mixture formed during pyrolysis into the cooling and condensation unit VI.

Вал 13 шнекового механизма через уплотнительный узел 14 присоединен к приводу вращения шнека, включающего мотор М с червячным редуктором R (см. Фиг.1). Передача крутящего момента от вала редуктора к шнеку может осуществляться через карданную передачу со шлицевыми соединениями (не показаны), которые нивелируют возможное возникновение в процессе работы несоосности вала редуктора и шнека. Изменяя способ подачи электропитания на двигатель, вращение шнека можно осуществлять в постоянном или переменном режиме, что позволяет регулировать в случае необходимости время контакта перерабатываемой массы с горячим корпусом пиролизного реактора до полного завершения реакции. Переменный режим необходим, в частности, для подбора оптимальных условий процесса пиролиза.The shaft 13 of the screw mechanism through the sealing assembly 14 is connected to the drive of rotation of the screw, including the motor M with a worm gear R (see Figure 1). The transmission of torque from the gearbox shaft to the screw can be carried out through a cardan transmission with splined connections (not shown), which level out the possible occurrence of misalignment of the gearbox shaft and the screw during operation. By changing the method of supplying power to the engine, the screw can be rotated in a constant or variable mode, which allows you to adjust, if necessary, the contact time of the processed mass with the hot pyrolysis reactor vessel until the reaction is complete. A variable mode is necessary, in particular, for the selection of optimal conditions for the pyrolysis process.

Отходящие парогазовые продукты пиролиза попадают в узел конденсации V, где подвергаются ступенчатому охлаждению и конденсации с помощью общепринятых технических средств. На первой ступени при температуре таяния льда конденсируют жидкую, богатую углеводородами фракцию, которая может быть после дополнительной обработки использована в качестве топливного продукта или источника получения широкого спектра химикатов. Несжижаемые в этих условиях газы могут быть использованы в газогенераторе для обеспечения электроэнергией пиролитического процесса или поступают на вторую ступень, на которой подвергаются глубокому охлаждению, вплоть до температуры жидкого азота, с образованием жидких или кристаллизующихся в этих условиях продуктов.The exhaust gas-vapor pyrolysis products enter the condensation unit V, where they are subjected to stepwise cooling and condensation using conventional technical means. At the first stage, a liquid, hydrocarbon-rich fraction is condensed at the melting temperature of the ice, which, after further processing, can be used as a fuel product or a source of a wide range of chemicals. The gases that are not liquefied under these conditions can be used in the gas generator to provide electric power to the pyrolytic process or enter the second stage, where they are subjected to deep cooling, up to the temperature of liquid nitrogen, with the formation of liquid or crystallizing products under these conditions.

Контроль и регулирование температурного режима в пиролизном реакторе осуществляют в ручном или в автоматизированном режиме с помощью блока контроля параметров процесса VII, включающего терморегулятор с подключенной к нему термопарой (тип К), контролирующей температуру корпуса пиролизного реактора.Monitoring and regulation of the temperature in the pyrolysis reactor is carried out in manual or automated mode using the control unit for process parameters VII, which includes a thermostat with a thermocouple connected to it (type K) that controls the temperature of the pyrolysis reactor vessel.

Проведение флэш-пиролиза в каталитическом режиме не требует внесения в устройство каких-либо изменений.Carrying out flash pyrolysis in catalytic mode does not require any changes to the device.

Сущность заявляемого способа раскрыта в приводимом ниже описании работы описанного выше устройства, предназначенного для реализации способа.The essence of the proposed method is disclosed in the following description of the operation of the above device designed to implement the method.

Предназначенное для переработки сырье после необходимой подготовки загружают в приемник 1, подсоединяют устройство 2 крепления винтового штока 3 с поршнем 4 и вращением винтового штока подают перерабатываемую массу в пиролизный узел. Загрузочный узел обеспечивает периодичность работы устройства в целом, с его помощью подачу сырья в пиролизный узел дозируют по объему и по времени. Подачу сырья в пиролизный узел осуществляют сверху или сбоку, в зависимости от его физико-механических свойств.The raw materials intended for processing after the necessary preparation are loaded into the receiver 1, the device 2 for attaching the screw rod 3 with the piston 4 is connected and the processed mass is fed into the pyrolysis unit by rotation of the screw rod. The loading unit ensures the frequency of operation of the device as a whole, with its help the feed of raw materials into the pyrolysis unit is metered in volume and time. The feed to the pyrolysis unit is carried out from above or from the side, depending on its physical and mechanical properties.

В качестве сырья может быть использован любой углеродсодержащий продукт природного или искусственного происхождения твердой или вязкотекучей консистенции, в частности различные биомассы, отходы сельскохозяйственного и промышленного производства, включая отходы полимерных материалов, иловые отложения очистных сооружений, нефтешламы, использованные резинотехнические изделия. Предварительно сырье измельчают и при необходимости сортируют с целью удаления непиролизуемых примесей.Any carbon-containing product of natural or artificial origin of a solid or viscous flowing consistency, in particular various biomass, agricultural and industrial waste, including waste polymer materials, sludge from sewage treatment plants, oil sludge, and used rubber products can be used as raw materials. Preliminary raw materials are crushed and, if necessary, sorted in order to remove non-pyrolyzable impurities.

На стадии подготовки сырья или при загрузке к нему может быть добавлен катализатор в количестве до 50 масс.%, способствующий повышению выхода парогазовой фракции и позволяющий получать продукты пиролиза, обогащенные короткоцепочечными углеводородами. В качестве катализатора могут быть использованы природные или синтетические алюмосиликаты, в частности каолиновая глина. Катализаторы подобного рода широко применяются в технологиях получения углеводородных топлив с целью повышения их качества.At the stage of raw material preparation or when loading, a catalyst in an amount of up to 50 wt.% Can be added to it, which helps to increase the yield of the gas-vapor fraction and allows to obtain pyrolysis products enriched with short-chain hydrocarbons. As a catalyst, natural or synthetic aluminosilicates, in particular kaolin clay, can be used. Catalysts of this kind are widely used in technologies for producing hydrocarbon fuels in order to improve their quality.

Подготовленное сырье через тройник 10 поступает порциями на шнековый механизм, с помощью которого оно перемещается в пиролизный реактор 8, в котором, по мере передвижения, подвергается нагреву от корпуса, нагреваемого, в свою очередь, в электромагнитном поле индуктора, подключенного к генератору ТВЧ. Предварительно пиролизный реактор через кран 6 может быть заполнен инертным газом, например азотом. В дальнейшем подачу инертного газа можно прекратить, поскольку по мере протекания процесса пиролизный реактор заполняется пиролизными газами, обеспечивающими анаэробные условия.The prepared raw material through the tee 10 is fed in portions to the screw mechanism, with the help of which it is transferred to the pyrolysis reactor 8, in which, as it moves, it is heated from the housing, which is heated, in turn, in the electromagnetic field of the inductor connected to the high-frequency generator. Preliminary pyrolysis reactor through the valve 6 can be filled with an inert gas, such as nitrogen. In the future, the inert gas supply can be stopped, since as the process proceeds, the pyrolysis reactor is filled with pyrolysis gases providing anaerobic conditions.

Как отмечалось выше при описании устройства, для реализации способа важное значение имеет выполнение определенных эмпирических соотношений между геометрическими размерами реактора и шнекового устройства:As noted above in the description of the device, for the implementation of the method, it is important to perform certain empirical relationships between the geometric dimensions of the reactor and the screw device:

K1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;

K2=h/L=0,1÷0,2;K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;

K3=L/d=2,4÷0,S,K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0, S,

где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта шнека, L - шаг винта шнека.where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the ridge of the screw of the screw, L is the pitch of the screw of the screw.

Интервал значений для параметра K1 определяет оптимальную толщину пристеночного слоя перерабатываемого сырья в пиролизном реакторе для протекания флэш-пиролиза. Для предотвращения заклинивания винта шнекового механизма вследствие температурного расширения металлических деталей зазор между корпусом пиролизного реактора и гребнем шнека должен быть не менее 0,5 мм. Увеличение зазора до величины более 2 мм нежелательно, поскольку с увеличением толщины нагреваемого слоя уменьшаются эффективность и скорость прогрева сырья, ухудшаются условия для флеш-пиролиза.The range of values for parameter K 1 determines the optimal thickness of the wall layer of the processed raw materials in the pyrolysis reactor for flash pyrolysis. To prevent jamming of the screw of the auger mechanism due to thermal expansion of metal parts, the gap between the pyrolysis reactor casing and the screw ridge should be at least 0.5 mm. An increase in the gap to a value of more than 2 mm is undesirable, since with an increase in the thickness of the heated layer, the efficiency and heating rate of the raw materials decrease, and the conditions for flash pyrolysis worsen.

Интервал значений К2=h/L=0,1÷0,2 соответствует беспрепятственному продвижению тонкого слоя пиролизуемого материала вдоль корпуса реактора с минимальной возможностью образования коксующихся отложений на стенках пиролизной камеры. Выход за пределы этих значений приводит к затруднениям в перемещении перерабатываемого сырья вдоль пиролизного реактора, а также к снижению эффективности флеш-пиролиза из-за увеличения толщины слоя перерабатываемой массы в пространстве между гребнями шнека.The range of values of K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2 corresponds to the unhindered advancement of a thin layer of pyrolyzable material along the reactor vessel with a minimum possibility of coking deposits on the walls of the pyrolysis chamber. Going beyond these values leads to difficulties in moving the processed material along the pyrolysis reactor, as well as to a decrease in the efficiency of flash pyrolysis due to an increase in the thickness of the processed mass layer in the space between the screw ridges.

Параметр K3 определяет угол φ наклона витков шнека по отношению к его горизонтальной оси (см. Фиг.4), от которого зависит способность шнека равномерно продвигать перерабатываемую массу вдоль реактора и возможность образования застойных зон между витками шнека. Эмпирически найдено, что оптимальным для φ является диапазон от примерно 40° до примерно 70°, которому соответствует указанный выше диапазон величин K3. При L/d<0,8 затрудняется продвижение сырья в зоне пиролиза, вплоть до полного прекращения его подачи, а при L/d>2,4 увеличивается вероятность образования застойных зон между витками шнека. При одновременном выполнении указанных условий для K1, K2 и K3 флэш-пиролиз происходит в условиях эффективного контакта единицы массы сырья с нагреваемыми стенками пиролизной камеры, при этом реализуется быстрый разогрев малых, контактирующих со стенками, объемов пиролизуемой массы до требуемой температуры. Оптимум внутри указанных интервалов выбирают эмпирически в зависимости от размеров установки, используемой мощности индуктора и физических характеристик обрабатываемого материала. Критерием выбора является максимальный выход парогазовой фракции продуктов пиролиза.The parameter K 3 determines the angle φ of the inclination of the turns of the screw with respect to its horizontal axis (see Figure 4), which determines the ability of the screw to uniformly move the processed mass along the reactor and the possibility of formation of stagnant zones between the turns of the screw. It is empirically found that the optimal range for φ is a range from about 40 ° to about 70 °, which corresponds to the above range of K 3 values. At L / d <0.8, the movement of raw materials in the pyrolysis zone is difficult, up to its complete cessation, and at L / d> 2.4, the likelihood of stagnant zones between the screw turns increases. When these conditions are simultaneously met for K 1 , K 2, and K 3, flash pyrolysis occurs under conditions of effective contact of a unit mass of raw materials with the heated walls of the pyrolysis chamber, while rapid heating of small volumes of pyrolyzable mass in contact with the walls is realized to the required temperature. The optimum inside these intervals is chosen empirically depending on the size of the installation, the used power of the inductor and the physical characteristics of the processed material. The selection criterion is the maximum yield of the vapor-gas fraction of pyrolysis products.

Общепринятый температурный интервал для осуществления флэш-пиролиза составляет 400-800°C, при этом оптимальным для большинства видов сырья является интервал 500-650°C. Как сказано выше, контроль и регулирование температурного режима в пиролизном реакторе осуществляют в ручном или в автоматизированном режиме с помощью блока контроля параметров процесса VII.The generally accepted temperature range for performing flash pyrolysis is 400-800 ° C, while the range 500-650 ° C is optimal for most types of raw materials. As mentioned above, the control and regulation of the temperature in the pyrolysis reactor is carried out manually or in an automated mode using the control unit for process parameters VII.

Возможность дозирования подачи сырья в пиролизный реактор в совокупности с возможностью регулирования скорости и режима вращения шнека позволяют регулировать время его контакта с горячими стенками пиролизного реактора до полного завершения реакции.The possibility of dosing the feed to the pyrolysis reactor in combination with the ability to control the speed and mode of rotation of the screw allows you to adjust the time of its contact with the hot walls of the pyrolysis reactor until the reaction is complete.

Важным отличительным признаком способа является то, что индукционный нагрев реактора и создание в нем необходимых температурных условий происходит в электромагнитном поле, создаваемом зонированным (многосекционным) индуктором, описание которого приведено выше. Это позволяет повысить полноту переработки сырья и производительность процесса не за счет увеличения количества пиролизных ячеек, как описано в известных аналогах, а за счет увеличения длины пиролизного реактора, что позволяет снизить энергозатраты на осуществление процесса и повысить его эффективность. Так, например, замена обычного индуктора из медной трубки, содержащего шесть витков, на изготовленный из того же материала зонированный индуктор, в котором то же количество витков распределено на три зоны, позволило увеличить протяженность пиролизного реактора и объем сырья, перерабатываемого за один цикл, почти на 100% без увеличения потребляемой мощности.An important distinguishing feature of the method is that the induction heating of the reactor and the creation of the necessary temperature conditions in it takes place in an electromagnetic field created by a zoned (multi-section) inductor, the description of which is given above. This allows you to increase the completeness of processing of raw materials and the productivity of the process not by increasing the number of pyrolysis cells, as described in the known analogues, but by increasing the length of the pyrolysis reactor, which allows to reduce energy consumption for the process and increase its efficiency. For example, the replacement of a conventional inductor from a copper tube containing six turns with a zoned inductor made of the same material, in which the same number of turns is distributed into three zones, made it possible to increase the length of the pyrolysis reactor and the amount of raw material processed in one cycle by almost 100% without increasing power consumption.

После прохождения пиролизного реактора твердые продукты пиролиза вместе с возможно присутствующими непиролизовавшимися остатками сырья и отработавшим катализатором, если он был применен, с помощью шнекового устройства поступают в узел разделения продуктов пиролиза, приемник, расположенный непосредственно над выходом из пиролизного реактора, совпадающего с торцом винта шнека, не забивая разделительный узел и предотвращая адсорбцию компонентов парогазовой фракции на твердом остатке.After passing through the pyrolysis reactor, the solid pyrolysis products, together with the possible non-pyrolyzed residues of the feedstock and spent catalyst, if used, are fed via a screw device to the pyrolysis product separation unit, a receiver located directly above the outlet of the pyrolysis reactor, which coincides with the end of the screw of the screw, without clogging the separation unit and preventing the adsorption of the components of the gas-vapor fraction on the solid residue.

Парогазовая смесь поступает в узел охлаждения и конденсации, где она подвергается ступенчатому фракционированию с использованием известных технологий. На первой ступени при температуре таяния льда конденсируют жидкую, богатую углеводородами фракцию, которая может быть после дополнительной обработки использована в качестве топливного продукта или источника получения широкого спектра химикатов. Несжижаемые в этих условиях газы могут быть использованы в газогенераторе для обеспечения электроэнергией пиролитического процесса или поступают на вторую ступень, на которой подвергаются глубокому охлаждению, вплоть до температуры жидкого азота, с образованием жидких или кристаллизующихся в этих условиях продуктов.The gas-vapor mixture enters the cooling and condensation unit, where it is subjected to stepwise fractionation using known technologies. At the first stage, a liquid, hydrocarbon-rich fraction is condensed at the melting temperature of the ice, which, after further processing, can be used as a fuel product or a source of a wide range of chemicals. The gases that are not liquefied under these conditions can be used in the gas generator to provide electric power to the pyrolytic process or enter the second stage, where they are subjected to deep cooling, up to the temperature of liquid nitrogen, with the formation of liquid or crystallizing products under these conditions.

Ниже приведены примеры реализации заявляемого способа.The following are examples of the implementation of the proposed method.

Пример 1. Флэш-пиролиз полиэтилена с использованием технологии индукционного нагреваExample 1. Flash pyrolysis of polyethylene using induction heating technology

Для пиролиза взят низкомолекулярный полиэтилен НМПЭ, представляющий собой серую воскообразную массу с температурой плавления 90-105°C.For pyrolysis, low molecular weight NMPE polyethylene was taken, which is a gray waxy mass with a melting point of 90-105 ° C.

В приемник загрузочного узла помещают 30 г НМПЭ, присоединяют съемное устройство и всю конструкцию подсоединяют вертикально к пиролизному узлу. Используют порционную подачу сырья в пиролизный реактор, дозируя его порциями по 3-5 грамм. Порцию сырья вращением штока подают в тройник, из которого с помощью шнека сырье подают в пиролизный реактор длиной 160 мм, изготовленный из нержавеющей стали. Пиролизный реактор и шнек имеют следующие геометрические размеры: D=14 мм, d=12 мм, h=2,5 мм, L=20 мм, которые определяют значения K1=1 мм, K2=0,125, K3=1,67. С помощью терморегулятора температуру в пиролизном реакторе поддерживают в диапазоне 545÷585°C. Для индукционного нагрева используют трехзонный индуктор из медной трубки диаметром 6 мм, показанный на Фиг.5, охлаждаемый проточной водой с температурой 20-25°C. Скорость вращения привода шнека около 40 об/мин обеспечивает равномерное поступление парогазовых продуктов из пиролизного реактора в разделительный узел. Коксозольный остаток поступает в приемник. Время пребывания порции сырья в пиролизном реакторе - несколько минут. Выходящая из пиролизного реактора парогазовая смесь через разделительный узел попадает в узел охлаждения и конденсации, в котором при температуре таяния льда происходит конденсация жидких продуктов с температурами кипения выше 20°C, а газообразные продукты собирают в приемнике, охлаждаемом жидким азотом. Затем процесс повторяют со следующими порциями сырья.30 g of NMPE are placed in the receiver of the loading unit, a removable device is attached, and the entire structure is connected vertically to the pyrolysis unit. Use a batch feed of raw materials into the pyrolysis reactor, dosing it in portions of 3-5 grams. A portion of the raw material is fed into the tee by rotation of the rod, from which the raw material is fed into a pyrolysis reactor 160 mm long, made of stainless steel, using a screw. The pyrolysis reactor and screw have the following geometric dimensions: D = 14 mm, d = 12 mm, h = 2.5 mm, L = 20 mm, which determine the values of K 1 = 1 mm, K 2 = 0.125, K 3 = 1, 67. Using a thermostat, the temperature in the pyrolysis reactor is maintained in the range of 545 ÷ 585 ° C. For induction heating using a three-zone inductor from a copper tube with a diameter of 6 mm, shown in Figure 5, cooled by running water with a temperature of 20-25 ° C. The screw drive rotational speed of about 40 rpm provides a uniform supply of gas-vapor products from the pyrolysis reactor to the separation unit. The coke-ash residue goes to the receiver. The residence time of a portion of the raw material in the pyrolysis reactor is several minutes. The vapor-gas mixture exiting the pyrolysis reactor through the separation unit enters the cooling and condensation unit, in which, when the ice melts, condensation of liquid products with boiling points above 20 ° C takes place, and gaseous products are collected in a receiver cooled with liquid nitrogen. Then the process is repeated with the following portions of raw materials.

Общий выход парогазовой фазы составляет около 50%, из которых на долю жидкой фракции приходится около 20%.The total yield of the vapor-gas phase is about 50%, of which about 20% is the share of the liquid fraction.

В аналогичных условиях был проведен флэш-пиролиз образца НМПЭ в присутствии алюмосиликатного катализатора. Перед загрузкой в загрузочное устройство к 70 мг образца добавляют при перемешивании при температуре 50÷60°C 30 г каолиновой глины. Далее процесс проводят аналогично тому, как описано выше. Общий выход парогазовой фазы составляет 83%, из которых половина приходится на долю конденсируемой жидкой фракции. Таким образом, использование катализатора позволяет повысить общий выход и выход наиболее ценной сжижаемой фракции продуктов пиролиза.Under similar conditions, flash pyrolysis of an NMPE sample was carried out in the presence of an aluminosilicate catalyst. Before loading into the loading device, 70 g of kaolin clay is added to 70 mg of the sample with stirring at a temperature of 50 ÷ 60 ° C. Next, the process is carried out similarly as described above. The total yield of the vapor-gas phase is 83%, of which half is the condensed liquid fraction. Thus, the use of a catalyst improves the overall yield and yield of the most valuable liquefied fraction of pyrolysis products.

В Таблице 1 приведены результаты ГХ-МС-анализа жидкой фракции, полученной флэш-пиролизом НМПЭ в присутствии каолиновой глины.Table 1 shows the results of a GC-MS analysis of the liquid fraction obtained by flash pyrolysis of NMPE in the presence of kaolin clay.

Таблица 1Table 1 Состав жидкой фракции продуктов флэш-пиролиза НМПЭThe composition of the liquid fraction of the products of flash pyrolysis of NMPE СоединениеCompound Содержание в смеси, %The content in the mixture,% СоединениеCompound Содержание в смеси, %The content in the mixture,% 2-бутен2-butene 2,132.13 нонен-4nonen-4 1,521,52 пропанальдегидpropanaldehyde 0,860.86 нонанnonan 1,261.26 1-пентен1-pentene 2,512,51 нонен-2nonen-2 0,480.48 1,4-пентадиен1,4-pentadiene 3,593,59 3-ноненол-13-nonenol-1 0,590.59 2-пентен2-pentene 3,683.68 1 этил, 2 метил бензол1 ethyl, 2 methyl benzene 1one 1,3-пентадиен1,3-pentadiene 1,681.68 1 этил, 4 метил бензол1 ethyl, 4 methyl benzene 0,910.91 3-метил-2-пентен3-methyl-2-pentene 1one децен-1decen-1 3,443.44 4-метил-2-пентен4-methyl-2-pentene 1,041,04 деканdean 0,890.89 1-гексен1-hexene 2,922.92 1,2,3-триметил бензол1,2,3-trimethyl benzene 0,310.31 3-гексен3-hexene 5,735.73 нафталинnaphthalene 0,780.78 4-метил-2-пентен4-methyl-2-pentene 1,481.48 ундецен-2(C11)undecene-2 (C11) 1,561,56 2-метил-2-пентен2-methyl-2-pentene 33 2-метил-деканол-12-methyl-decanol-1 0,760.76 2,4-гексадиен2,4-hexadiene 2,752.75 2-циклогексен-1-ол2-cyclohexen-1-ol 0,160.16

2-этил-1,3-бутадиен2-ethyl-1,3-butadiene 1,381.38 додеканол-7 (С12)dodecanol-7 (C12) 0,880.88 3-метил-1,3-пентадиен3-methyl-1,3-pentadiene 0,040.04 додецен-3 (С12)dodecene-3 (C12) 1,111,11 5-гексен-1-ол (гексанол)5-hexen-1-ol (hexanol) 0,630.63 2 бутил-октанол-12 butyl octanol-1 0,440.44 1-гептен1-heptene 2,992.99 5-бутил-нонен-45-butyl nonen-4 0,620.62 3-метил-3-гексен3-methyl-3-hexene 4,464.46 тридецен-1 (С13)tridecene-1 (C13) 1,271.27 2-гептен2-heptene 1,171.17 тридекан (С13)tridecan (C13) 0,420.42 1,4-гептадиен1,4-heptadiene 0,570.57 тетрадкадиенtetradcadiene 0,180.18 2,4-гептадиенол-12,4-heptadienol-1 1,331.33 тетрадецен-4 (С14)tetradecene-4 (C14) 0,830.83 ТолуолToluene 4,644.64 тетрадекан (С14)tetradecane (C14) 0,460.46 3-гептенол-13-heptenol-1 1,251.25 пентадекадиенpentadecadiene 0,040.04 2-октен2 octen 2,182.18 пентадоцен-1 (С15)pentadocene-1 (C15) 0,630.63 3-октен3 octen 3,473.47 пентадекан (С15)Pentadecane (C15) 0,310.31 4-октен4 octen 1,241.24 гексадецен-1 (С16)hexadecene-1 (C16) 0,460.46 4-метил-гептадиен-44-methyl-heptadiene-4 0,250.25 гексадекан (С16)hexadecane (C16) 0,220.22 5-метил-6-гептенол-15-methyl-6-heptenol-1 1,521,52 октадецен-1 (С18)octadecene-1 (C18) 0,450.45 этилбензолethylbenzene 2,412.41 октадекан (С18)octadecane (C18) 0,220.22 3-этилгептан3-ethylheptane 0,470.47 нонадецен-1 (С19)nonadecene-1 (C19) 0,220.22 нонен-1nonen-1 2,342,34 нонадекан (С19)nonadecane (C19) 0,160.16

Пример 2. Флэш-пиролиз избыточного активного ила (ИАИ) с использованием технологии индукционного нагреваExample 2. Flash pyrolysis of excess activated sludge (IAI) using induction heating technology

Использованный образец избыточного активного ила - отхода очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода - представляет собой темную сыпучую крошащуюся комковатую массу с характерным запахом. По данным термогравиметрического анализа образец содержит 33 масс.% углеводородсодержащих продуктов, 40 масс.% воды, 2,5 масс.% газообразных продуктов разложения неорганических солей (карбонатов, сульфатов и т.д.), 24,5 масс.% неорганического твердого остатка, преимущественно алюмосиликатной природы.The used sample of excess activated sludge - the waste from the treatment facilities of the oil refinery - is a dark, loose crumbling lumpy mass with a characteristic odor. According to thermogravimetric analysis, the sample contains 33 wt.% Hydrocarbon-containing products, 40 wt.% Water, 2.5 wt.% Gaseous decomposition products of inorganic salts (carbonates, sulfates, etc.), 24.5 wt.% Inorganic solid residue , mainly aluminosilicate nature.

Образец ИАИ массой 100 г механически измельчают и вводят порциями по 25 г в загрузочный узел без какой-либо дополнительной обработки. Порцию ИАИ подают в пиролизный реактор постепенно в течение 12 минут при скорости вращения шнека 40 об/мин. Каждую порцию подвергают флеш-пиролизу аналогично примеру 1. Флэш-пиролиз проводят при температуре 550÷620°C.A 100 g sample of IAI is mechanically crushed and introduced in 25 g portions into the loading unit without any further processing. A portion of the IAI is fed into the pyrolysis reactor gradually over a period of 12 minutes at a screw speed of 40 rpm. Each portion is subjected to flash pyrolysis as in Example 1. Flash pyrolysis is carried out at a temperature of 550 ÷ 620 ° C.

Материальный баланс процесса: жидкая конденсированная фракция, состоящая из воды и органических продуктов - 52,8 масс.%, (39,0 и 13,8 масс.% соответственно); твердый остаток, включающий наряду с коксозольным компонентом непиролизуемые неорганические продукты, содержавшиеся в исходном образце - 44,8 масс.%, летучие продукты, конденсирующиеся при температуре жидкого азота - 2,4 масс.%. Методом ГХ-МС в жидкой фракции продуктов пиролиза идентифицирован широкий спектр соединений, относящихся к алифатическим и ароматическим углеводородам, кислород-азот- и серосодержащим соединениям.Material balance of the process: liquid condensed fraction consisting of water and organic products - 52.8 wt.%, (39.0 and 13.8 wt.%, Respectively); a solid residue including, along with the coke-ash component, non-pyrolyzable inorganic products contained in the initial sample — 44.8 wt.%, volatile products that condense at a temperature of liquid nitrogen — 2.4 wt.%. A wide range of compounds related to aliphatic and aromatic hydrocarbons, oxygen-nitrogen, and sulfur-containing compounds were identified by GC-MS in the liquid fraction of pyrolysis products.

Claims (9)

1. Способ осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием индукционного нагрева, включающий введение сырья в цилиндрический реактор, расположенный в электромагнитном поле индуктора, подключенного к генератору токов высокой частоты, флэш-пиролиз сырья в процессе его перемещения вдоль корпуса реактора при помощи шнекового механизма под действием тепла, излучаемого корпусом реактора, разделение и сбор жидких, газообразных и твердых продуктов пиролиза, отличающийся тем, что в качестве индуктора используют зонированный индуктор, а геометрические размеры корпуса реактора и шнекового механизма выбирают такими, что выполняются следующие соотношения:
К1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;
K2=h/L=0,1÷0,2;
K3=L/d=2,4÷0,8,
где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта
шнека, L - шаг винта шнека.
1. A method for performing flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating, including introducing raw materials into a cylindrical reactor located in the electromagnetic field of an inductor connected to a high-frequency current generator, flash pyrolyzing the raw material during its movement along the reactor vessel using a screw mechanism under the action of heat radiated by the reactor vessel, the separation and collection of liquid, gaseous and solid pyrolysis products, characterized in that zoning is used as an inductor ny inductor, and the geometric dimensions of the reactor vessel and the screw mechanism is selected such that the following relations are satisfied:
K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;
K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;
K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0.8,
where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the screw ridge
auger, L - screw screw pitch.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение сырья в реактор осуществляют в периодическом режиме.2. The method according to claim 1, characterized in that the introduction of raw materials into the reactor is carried out in batch mode. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что флеш-пиролиз осуществляют в присутствии алюмосиликатного катализатора.3. The method according to claim 1, characterized in that flash pyrolysis is carried out in the presence of an aluminosilicate catalyst. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного катализатора используют каолиновую глину.4. The method according to claim 3, characterized in that kaolin clay is used as an aluminosilicate catalyst. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего сырья используют органосодержащие продукты природного и искусственного происхождения.5. The method according to claim 1, characterized in that as the carbon-containing raw materials use organo-containing products of natural and artificial origin. 6. Устройство для осуществления флэш-пиролиза углеродсодержащего сырья с использованием индукционного нагрева, включающее загрузочный узел, цилиндрический пиролизный реактор со шнековым механизмом, размещенный внутри витков индуктора, узлы разделения, охлаждения и сбора продуктов пиролиза, отличающееся тем, что загрузочный узел выполнен с возможностью его подсоединения к пиролизному реактору соосно или перпендикулярно продольной оси реактора, корпус пиролизного реактора выполнен из токопроводящего материала, характеризующегося точкой Кюри не ниже 450°C, индуктор выполнен зонированным, а геометрические размеры корпуса реактора и шнекового механизма удовлетворяют следующим соотношениям:
K1=(D-d)/2=(0,5÷2) мм;
K2=h/L=0,1÷0,2;
K3=L/d=2,4÷0,8,
где D - внутренний диаметр реактора, d - диаметр шнека, h - высота гребня винта шнека, L - шаг винта шнека.
6. A device for performing flash pyrolysis of carbon-containing raw materials using induction heating, including a loading unit, a cylindrical pyrolysis reactor with a screw mechanism, located inside the coils of the inductor, units for separating, cooling and collecting pyrolysis products, characterized in that the loading unit is configured to connected to the pyrolysis reactor coaxially or perpendicular to the longitudinal axis of the reactor, the pyrolysis reactor casing is made of conductive material characterized by Curie temperature not lower than 450 ° C, the inductor is zoned, and the geometric dimensions of the reactor vessel and screw mechanism satisfy the following relationships:
K 1 = (Dd) / 2 = (0.5 ÷ 2) mm;
K 2 = h / L = 0.1 ÷ 0.2;
K 3 = L / d = 2.4 ÷ 0.8,
where D is the inner diameter of the reactor, d is the diameter of the screw, h is the height of the ridge of the screw of the screw, L is the pitch of the screw of the screw.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пиролизный реактор ориентирован горизонтально или наклонно снизу вверх.7. The device according to claim 6, characterized in that the pyrolysis reactor is oriented horizontally or obliquely from the bottom up. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве токопроводящего материала, характеризующегося точкой Кюри не ниже 450°C, используют нержавеющую сталь.8. The device according to claim 6, characterized in that stainless steel is used as a conductive material characterized by a Curie point of at least 450 ° C. 9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что индуктор отделен от наружных стенок реактора слоем теплоизолятора. 9. The device according to claim 6, characterized in that the inductor is separated from the outer walls of the reactor by a layer of heat insulator.
RU2013146241/13A 2013-10-17 2013-10-17 Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating RU2544635C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146241/13A RU2544635C1 (en) 2013-10-17 2013-10-17 Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146241/13A RU2544635C1 (en) 2013-10-17 2013-10-17 Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2544635C1 true RU2544635C1 (en) 2015-03-20

Family

ID=53290719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146241/13A RU2544635C1 (en) 2013-10-17 2013-10-17 Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2544635C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169695U1 (en) * 2016-07-27 2017-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" (ТвГУ) LABORATORY DEVICE FOR QUICK PYROLYSIS OF CARBON-CONTAINING WASTE OF PLANT ORIGIN
WO2018142211A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-09 Ariunbat Tserendash Device for treating coal and domestic wastes
RU2791118C1 (en) * 2022-06-19 2023-03-02 Александр Филиппович Клеймёнов Pyrolysis reactor for raw material processing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2432400C2 (en) * 2006-10-26 2011-10-27 Ксилеко, Инк. Biomass processing
WO2011149774A1 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Xyleco, Inc. Processing biomass
US8443741B2 (en) * 2005-06-29 2013-05-21 Advanced Plasma Power Limited Waste treatment process and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8443741B2 (en) * 2005-06-29 2013-05-21 Advanced Plasma Power Limited Waste treatment process and apparatus
RU2432400C2 (en) * 2006-10-26 2011-10-27 Ксилеко, Инк. Biomass processing
WO2011149774A1 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Xyleco, Inc. Processing biomass

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169695U1 (en) * 2016-07-27 2017-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" (ТвГУ) LABORATORY DEVICE FOR QUICK PYROLYSIS OF CARBON-CONTAINING WASTE OF PLANT ORIGIN
WO2018142211A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-09 Ariunbat Tserendash Device for treating coal and domestic wastes
RU2793126C1 (en) * 2021-11-15 2023-03-29 Эдуард Григорьевич Аверичев Method for manufacturing fuel briquettes and fuel briquette
RU2791118C1 (en) * 2022-06-19 2023-03-02 Александр Филиппович Клеймёнов Pyrolysis reactor for raw material processing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qureshi et al. A technical review on semi-continuous and continuous pyrolysis process of biomass to bio-oil
RU2392543C2 (en) Method and device for processing of domestic and industrial organic wastes
US20130075061A1 (en) Vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion for processing organic waste and process for processing organic waste using a vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion
CN104099111B (en) The continuous overall pyrolysis oven of biomass
RU2393200C2 (en) Method of thermal treatment of solid organic wastes and plant to this end
CN102311743A (en) Microwave pyrolysis based biomass recycling and integrated treatment method and equipment
US20050240068A1 (en) Dephlegmatic phased method of organic waste utilization and dephlegmatic pyrolysis apparatus
CN102010730A (en) Biomass spiral pyrolytic process and antipyretic device
CN206385084U (en) A kind of continous way charging and solid and gas are automatically separated the carbonizing plant of reduction and gaseous charcoal processed
CN100445348C (en) Low temperature distillation method and device for high volatile component weak viscosity coal
CN202193756U (en) Biomass microwave pyrolysis circulating treatment equipment
CN104987871A (en) Household garbage miniature continuous type self-heating movable horizontal dry distillation machine
RU2544635C1 (en) Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating
WO2014167141A1 (en) Screw conveyor reactor and use for pyrolysis or torrefaction of biomass
CN206266493U (en) The system that a kind of coal is classified dual treatment
CN104694138A (en) Hybrid heating equipment and application thereof
RU2608599C2 (en) Device and method for production of charcoal
AU2012392294B2 (en) Apparatus and method for material treatment of raw materials
RU2251483C2 (en) Worn tires processing method and a device of its realization
CN109340802A (en) A kind of cyclone separator
CN210012815U (en) Two-section serial biomass continuous pyrolysis carbonization device
CN203999500U (en) The continuous overall pyrolysis oven of biomass
CN106753469B (en) Continuous type feeding and solid-gas autosegregation reduction gasification system carbonization device of biological charcoal
CN104194806A (en) Rotating bed pyrolyzing furnace and method for improving destructive distillation ability of materials
RU2217468C1 (en) Method of production of charcoal and device for realization of this method