-
Bereich der Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Verarbeitung von organischen Substanzen, insbesondere auf die Technik der Verarbeitung von zerkleinertem Holzabfall, Pflanzenprodukten, Abfällen aus der Lebensmittelindustrie, Tier- und Geflügelzuchtabfällen. Die bei der thermischen Verarbeitung von organhaltigen Rohstoffen erhaltenen Produkte können als Brennstoff verwendet werden.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik ist das Verfahren zur ablativen Pyrolyse in einem vertikalen zylindrischen Tank mit einem rotierenden koaxial mit dem Tank angeordneten Rotor mit Schaufeln, die das Erhitzen des Rohstoffs aufgrund des Kontakts mit den erhitzten Wänden des Tanks unter Freisetzung von festen Anteilen und Dampf durch die Löcher nahe dem Boden des Tanks ermöglichen, bekannt. (Nr.
US 8,128,717 B2 , 6. März) 2012 - Mechanically driven zentrifugal pyrolyzer (Mechanisch angetriebener Zentrifugalpyrolyzer) .
-
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es nicht möglich ist, die gleiche Verweilzeit der Rohstoffpartikeln in der Reaktionszone zu gewährleisten, d.h. den gleichen Grad der Zerstörung des Rohstoffs und eine stabile Qualität der erhaltenen Produkte sicherzustellen. Darüber hinaus führen der Kontakt der in den Reaktor eintretenden Rohstoffpartikeln mit den aufsteigenden Strömen der gebildeten Dampf-Gas-Abbauprodukten und die teilweise Kondensation dieser Dämpfe auf den Rohstoffpartikeln zu einem Anhaften der Partikeln, Verstopfung des Raums zwischen den Blättern und dem Rotor mit der gebildeten Masse, schließen die Möglichkeit, den notwendigen Kontakt des Rohstoffs mit den erwärmten Wänden des Tanks sicherzustellen, aus, behindern den Wärmeaustausch und eliminieren somit den reibungslosen Betrieb und die stabile Qualität der entstehenden Produkte.
-
Auch aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur ablativen Thermolyse bekannt, das eine hermetische Zufuhr von Rohstoffpartikeln, ablative Thermolyse von Rohstoffpartikeln, die zwischen einer rotierenden Oberfläche und einer erwärmten Ablationsoberfläche gespannt sind, bei der Bewegung der Rohstoffpartikeln während der Thermolyse entlang der Ablationsoberfläche mittels der rotierenden Oberfläche, sowie das Entladen von Thermolyseprodukten einschließt (
US-2005/0173237 A1 , August 2005 - Ablative thermolysis reactor (Ablations-Thermolyse-Reaktor) .
-
Die Nachteile dieses Verfahrens sind die Schwierigkeit der Steuerung der Geschwindigkeit der axialen Bewegung von Rohstoffpartikeln und der erforderlichen Kontaktzeit von Rohstoffpartikeln mit der erwärmten Ablationsoberfläche und daher die Unmöglichkeit, eine stabile Qualität der erhaltenen Produkte zu gewährleisten, sowie die Möglichkeit des Anhaftens und der Anhäufung von Partikeln zwischen der rotierenden Oberfläche und der Ablationsoberfläche unter Bildung eines ringförmigen Pfropfens zwischen der rotierenden Oberfläche und der Welle. Das Anhaften und die Anhäufung von Rohstoffpartikeln erfolgt als Folge des Kontakts der kalten in die Thermolyse eintretenden Rohstoffpartikeln mit Dampf-Gas-Reaktionsprodukten und deren partieller Kondensation an der Oberfläche der Partikeln. Eine solche Anhäufung kann zur Beendigung des Prozesses und zum Festklemmen des Geräts führen. Darüber hinaus ist es äußerst schwierig, einen Stoff zu wählen, der den stabilen Betrieb eines elastischen Elements bei Temperaturen von 450 bis 700°C gewährleistet, da der Betriebstemperaturbereich von Strukturmaterialien, die Elastizität sicherstellen, viel weniger als 500°C beträgt.
-
Die Kombination der obigen Faktoren führt zu geringer Effizienz und Zuverlässigkeit der Konstruktion.
-
Am nächsten dem technischen Wesen und erzielten Ergebnis ist das Verfahren der thermischen Verarbeitung von organhaltigen Rohstoffen (
RU Nr. 2395559 , 27.07.2010), wobei die thermochemische Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen in gasförmige und flüssige Brennstoffe durch Erhitzen zunächst in der Trockenkammer mit einem Trocknungsmittel mit einer Temperatur von 160-200°C erfolgt, das durch Mischen der durch den Mantel der Pyrolysekammer gegangen Rauchgase mit Luft erhalten wurde, und dann durch thermische Zersetzung ohne Luftzugang in dem Pyrolysereaktor mit dem Erhalten von festen Pyrolyseprodukten und Dampf-Gas-Gemisch mit der anschließenden Kondensation eines Teils des Gas-Dampf-Gemisches zu flüssigem Brennstoff. Dabei wird der Teil des nicht kondensierten Dampf-Gas-Gemisches nach dem Vorwärmen auf eine Temperatur von 450-520°C in den Pyrolysereaktor in einer Menge eingespeist, die sicherstellt, dass die Verweilzeit der Pyrolyseprodukte in der Pyrolysekammer nicht mehr als 2 Sekunden und der Überdruck in der Pyrolysekammer 500-1000 Pa beträgt.
-
Die Nachteile dieses Verfahrens sind: zusätzlicher Wärmeverbrauch zur Erwärmung des Teils des nicht kondensierten Gas-Dampf-Gemisches, der nach Kondensation von flüssigem Brennstoff in die Pyrolysekammer eingespeist wird, erhebliche Schwankungen der Verweilzeit der Rohstoffpartikeln in der Pyrolysekammer, die durch die Menge des zugeführten Kreislaufgases geregelt wird, die Verteerung von Teilen der Elektrogeneratoreinrichtung durch den abgeleiteten Teil des nicht kondensierten Gas-Dampf-Gemisches und noch stärkere Anhaftung von Rohstoffpartikeln am Eingang der Pyrolysekammer infolge von Zirkulation von feinem Nebel der hochsiedenden Tropfflüssigkeit im Gasrücklaufkreis, was zu Instabilität der Qualität von Abbauprodukten der verarbeiteten Rohstoffe führt. Darüber hinaus führt die Zufuhr von zirkulierendem Gas in die Pyrolysekammer zu einem zusätzlichen Mitreißen von Feinkohle in den Gasrücklaufkreis, der Ablagerung dieser Kohle an den Wänden der Kanäle, der Verringerung des Arbeitsquerschnitts der Gaskanäle und noch größerer Instabilität des Pyrolyseprozesses. Die gemeinsame Entnahme eines festen Produkts (kohlenstoffhaltigen Rückstandes) und eines Dampf-Gas-Gemisches aus dem Reaktor führt zur Adsorption der Komponenten des Dampf-Gas-Gemisches auf der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Rückstandes und zu einer Abnahme seiner Qualität.
-
Kurzbeschreibung der angemeldeten Gruppe von Erfindungen
-
Die Aufgabe der angebotenen Erfindung besteht darin, die Stabilität und Effizienz des Prozesses der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, sowie die Zuverlässigkeit der Anlage und die Qualität der Produkte zu erhöhen.
-
Das technische Ergebnis der angemeldeten Gruppe von Erfindungen besteht darin, die Effizienz des Verfahrens zur thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen zu erhöhen, das darin besteht, einen ununterbrochenen Betrieb bei gleichbleibend hoher Qualität der erhaltenen Produkte sicherzustellen. Das technische Ergebnis wird aufgrund der Tatsache erreicht, dass bei dem Verfahren der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, die Trocknung, hermetische Zufuhr von Rohstoffen zu dem Pyrolysereaktor, thermische Zersetzung des Rohstoffs ohne Luftzugang in dem Pyrolysereaktor mit dem Erhalten von festen Produkten und Dampf-Gas-Gemisch, seine anschließende Aufteilung durch Kondensation in flüssige Produkte (kondensierten Teil des Gas-Dampf-Gemisches) und gasförmige Produkte (nicht kondensierten Teil des Gas-Dampf-Gemischs) einschließt, der organhaltige Rohstoff nach dem Trocknen und vor der Einspeisung in den Pyrolysereaktor auf eine Temperatur, die nahe der Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung der am wenigsten thermisch beständigen Komponente des organhaltigen Rohstoffs ist, aber sie nicht überschreitet, vorgeheizt wird. Dabei werden die Oberflächen der Kammer auf eine Temperatur, die die Kondensation der Dampf-Gas-Pyrolyseprodukte ausschließt, erhitzt, und die Erwärmungstemperatur des Rohstoffs wird durch die Verweilzeit in der Vorheizzone gesteuert. Die thermische Zersetzung erfolgt in Form der folgenden aufeinanderfolgenden Stufen, die in den entsprechenden Zonen des Pyrolysereaktors auftreten, mit der Möglichkeit der unabhängigen Temperaturregelung: primäre Pyrolyse, bei der Rohstoffe in Feststoffe und Gas-Dampf-Gemisch umgewandelt werden, Reinigung des Gas-Dampf-Gemisches, in der das Gemisch aus der primären Pyrolyse auf eine Temperatur gekühlt wird, die zur Kondensation eines Teils des Gas-Dampf-Gemisches führt, Wechselwirkung des gebildeten Kondensats mit dem Teil der damit abgeleiteten festen und nichtumgesetzten Produkte durchgeführt wird, die Produkte der Wechselwirkung mit festen Produkten der primären Pyrolyse zurückgebracht und gemischt werden, sekundäre Pyrolyse, bei der die gebildeten Dampf-Gas-Produkte zusammen mit dem Gas-Dampf-Gemisch der primären Pyrolyse in die Stufe der Dampf-Gasgemisch-Reinigung abgeleitet werden, und die feste Produkte aus der Zone der sekundären Pyrolyse abgeleitet werden, indem ihr Kontakt mit dem Gas-Dampf-Gemisch der primären Pyrolyse ausgeschlossen wird. In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung erfolgt die Kondensation in drei aufeinanderfolgenden Stufen: Primärkühlung des Dampf-Gas-Gemisches in der Reinigungszone des Dampf-Gas-Gemisches des Pyrolysereaktors, Kondensation der Dampfphase im Kondensator, Abtrennung des nicht kondensierten Teils des Dampf-Gas-Gemisches von der Tropfflüssigkeit unter Rückführung eines Teils des gasförmigen Produktes durch die Reinigungszone des Pyrolysereaktors.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung wird die primäre Pyrolyse hauptsächlich im Modus der mechanischen Ablation durchgeführt. In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung ist in den Zonen der primären und sekundären Pyrolyse die Möglichkeit des unabhängigen Spülens mit einem Inertgas oder einem Gas mit reduzierenden oder oxidierenden Eigenschaften, das auf die geeignete Temperatur erhitzt wird, vorgesehen.
-
Das technische Ergebnis wird auch dadurch erreicht, dass in der Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, die über eine Trockenkammer, eine Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr, einen Pyrolysereaktor mit einer rotierenden Oberfläche mit mindestens einer Schaufel mit einer Drehachse, die mit der Längsachse des Pyrolysereaktors zusammenfällt, und mindestens einer Ablationsoberfläche mit kreisförmigem oder ellipsenförmigem Querschnitt, senkrecht zur Rotationsachse der rotierenden Oberfläche, eine Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln, eine Kondensationseinheit, bestehend aus einem Stoffaustauschapparat und einem Abscheider, verfügt, ist die Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr mit Mitteln zur Separator der Rohstoffe ausgestattet, und der Arbeitsraum des Pyrolysereaktors ist in aufeinanderfolgend ausgestattete Zonen mit unabhängigen Heizvorrichtungen unterteilt - Zone der primären Pyrolyse, Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, die mit der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung ausgestattet ist, und Zone der sekundären Pyrolyse.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung sind die Schaufeln an der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors angelenkt und weisen mindestens einen Freiheitsgrad auf.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung hat die Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln mit diesen eine kinematische Verbindung, wird aus der Hochtemperaturzone entfernt, vom Aufprall des gebildeten Dampf-Gasgemisches isoliert und ist mit der Möglichkeit ausgeführt, elastischen Andruck mit der erforderlichen Periodizität und Kraft in Richtung sowohl auf die Ablationsoberfläche, als auch auf die rotierende Oberfläche, sicherzustellen.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung wird die Elastizität in der Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln durch pneumatische, mechanische, elektromagnetische und andere Verfahren erreicht.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung werden die Schaufeln auf der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors entlang der Länge und des Radius der rotierenden Oberfläche, insbesondere entlang der Schraubenlinie, zueinander versetzt angeordnet.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung ist das Relief der Ablationsoberfläche des Pyrolysereaktors in Form einer Wendelfläche mit variabler oder konstanter Steigung ausgeführt, wobei die Wendelfläche lückenlos oder mit einzelnen Abschnitten ausgeführt sein kann.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung können Heizvorrichtungen jeder der drei Zonen des Pyrolysereaktors die Temperatur unabhängig voneinander regeln.
-
In der besonderen Ausführungsform der angemeldeten technischen Lösung ist der Abscheider der Kondensationseinheit durch eine Rohrleitung mit der Reinigungszone des Reaktors verbunden
-
Figurenliste
-
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Gruppe von Erfindungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der angemeldeten technischen Lösungen unter Verwendung der Zeichnungen, die zeigen:
- 1 - Riss der Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen.
- 2 - schematische Darstellung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln, umgesetzt durch das pneumatische Verfahren
- 3 - Schema des schnellen Pyrolyseprozesses
-
In den Figuren bezeichnen die Nummern folgende Positionen:
- 1
- - Trockenkammer;
- 2
- - Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr;
- 3
- - Pyrolysereaktor;
- 4
- - Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln;
- 5
- - Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung;
- 6
- - Kondensationseinheit;
- 7
- - Abscheider;
- 8
- - Brennkammer;
- 9
- - Vorrichtung zur Entladung der Kohle;
- 10
- - Schaufeln; 1
- 1
- - Pneumatikzylinder.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird in dem Verfahren der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, die Trocknung, hermetische Zufuhr von Rohstoffen zu dem Pyrolysereaktor, thermische Zersetzung des Rohstoffs ohne Luftzugang in dem Pyrolysereaktor mit dem Erhalten von festen Produkten und Dampf-Gas-Gemisch, seine anschließende Aufteilung durch Kondensation in flüssige Produkte (kondensierten Teil des Gas-Dampf-Gemisches) und gasförmige Produkte (nicht kondensierten Teil des Gas-Dampf-Gemischs) einschließt, der organhaltige Rohstoff nach dem Trocknen und vor der Einspeisung in den Pyrolysereaktor auf eine Temperatur, die nahe der Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung der am wenigsten thermisch beständigen Komponente des organhaltigen Rohstoffs ist, aber sie nicht überschreitet, vorgeheizt wird. Dabei werden die Oberflächen der Kammer auf eine Temperatur, die die Kondensation der Dampf-Gas-Pyrolyseprodukte ausschließt, erhitzt, und die Erwärmungstemperatur des Rohstoffs wird durch die Verweilzeit in der Vorheizzone gesteuert. Die thermische Zersetzung erfolgt in Form der folgenden aufeinanderfolgenden Stufen, die in den entsprechenden Zonen des Pyrolysereaktors auftreten, mit der Möglichkeit der unabhängigen Temperaturregelung:
- primäre Pyrolyse, bei der Rohstoffe in Feststoffe und Gas-Dampf-Gemisch thermochemisch umgewandelt werden, hauptsächlich im Modus der mechanischen Ablation, ohne die Verwendung anderer Verfahren auszuschließen,
- Reinigung des Gas-Dampf-Gemisches, in der das Gemisch aus der primären Pyrolyse abgeleitet und auf eine Temperatur gekühlt wird, die die Reinigung des Gas-Dampf-Gemisches von dem Teil der damit abgeleiteten festen und nichtumgesetzten Produkte sicherstellt, diese Produkte mit festen Produkten der primären Pyrolyse zurückgebracht und gemischt werden,
- und sekundäre Pyrolyse, bei der die gebildeten Dampf-Gas-Produkte zusammen mit dem Gas-Dampf-Gemisch der primären Pyrolyse durch die Zone und Vorrichtung der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, und die feste Produkte aus der Pyrolysekammer abgeleitet werden, indem ihr Kontakt mit dem Gas-Dampf-Gemisch der primären Pyrolyse ausgeschlossen wird,
- Dabei ist in den Zonen der primären und sekundären Pyrolyse die Möglichkeit des unabhängigen Spülens mit einem Inertgas oder einem Gas mit reduzierenden oder oxidierenden Eigenschaften, das auf die geeignete Temperatur erhitzt wird, vorgesehen; die Kondensation erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Stufen: Primärkühlung des Dampf-Gas-Gemisches in der Reinigungszone des Dampf-Gas-Gemisches des Pyrolysereaktors, Kondensation der Dampfphase im Kondensator, Abtrennung des nicht kondensierten Teils des Dampf-Gas-Gemisches von der Tropfflüssigkeit unter Rückführung eines Teils des gasförmigen Produktes durch die Reinigungszone des Pyrolysereaktors.
-
Die Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen schließt eine Trockenkammer (1), Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr (2), Pyrolysereaktor (3), Kondensationseinheit (6) und Brennkammer (8) ein. Die Trocknungskammer ist mittels Transportvorrichtungen durch Dosiervorrichtungen mit der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr und Brennkammer verbunden. Im besonderen Fall stellen solche Transportvorrichtungen Förderschnecke dar (im Riss symbolisch nicht dargestellt).
-
Die Kondensationseinheit schließt aufeinanderfolgend angeordnete Stoffaustauscheinrichtung, Kondensator und Abscheider ein. Der Arbeitsraum des Pyrolysereaktors ist in drei Zonen unterteilt: die erste Zone entlang des Rohstofflaufs - Zone der primären Pyrolyse, die zweite Zone - Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, die mit der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung ausgestattet ist, und die dritte Zone - Zone der sekundären Pyrolyse. Der Pyrolysereaktor ist mit der Ablationsoberfläche ausgestattet, die eine unabhängige Temperaturregelung in jeder Zone ermöglicht.
-
Der Pyrolysereaktor ist ausgestattet: in der Zone der primären Pyrolyse - mit einem Stutzen, der den Reaktor mit der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr und Brennkammer verbindet; in der Zone der Reinigung - mit Stutzen zur Ableitung des Dampf-Gas-Gemisches nach dem Reinigen zum Kondensator und zum Zuführen eines Teils des gasförmigen Produkts nach dem Abscheider zum Abkühlen des Dampf-Gas-Gemisches der primären Pyrolyse, in der Zone der sekundären Pyrolyse - mit der Vorrichtung zur Entladung der Kohle.
-
Der Pyrolysereaktor ist außerdem mit einem Rotor ausgestattet, auf dessen rotierenden Oberfläche sich mit dem Absatz entlang der Länge und des Radius die Schaufeln befinden, die eine kinematische Verbindung mit der Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln haben. Die Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln ist aus der Hochtemperaturzone entfernt und vom Aufprall des gebildeten Dampf-Gasgemisches isoliert. Die unabhängige und elastische Einstellung des Neigungswinkels und der Kraft des Andrucks der Schaufeln kann durch mechanisches, elektromagnetisches, pneumatisches und andere Verfahren erfolgen. Im besonderen Fall erfolgt dies pneumatisch mit Hilfe von Pneumatikzylindern und Verteiler.
-
Zu diesem Zweck ist in der Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, die über eine Trockenkammer, eine Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr, einen Pyrolysereaktor mit einer rotierenden Oberfläche mit mindestens einer Schaufel mit einer Drehachse, die mit der Längsachse des Pyrolysereaktors zusammenfällt, und mindestens einer Ablationsoberfläche mit kreisförmigem oder ellipsenförmigem Querschnitt, senkrecht zur Rotationsachse der rotierenden Oberfläche, eine Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln, eine Kondensationseinheit, bestehend aus einem Stoffaustauschapparat und einem Abscheider, verfügt, ist die Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr mit Mitteln zur Separator der Rohstoffe ausgestattet, und der Arbeitsraum des Pyrolysereaktors ist in aufeinanderfolgend ausgestattete Zonen mit unabhängigen Heizvorrichtungen unterteilt - Zone der primären Pyrolyse, Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, die mit der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung ausgestattet ist, und Zone der sekundären Pyrolyse. Die Schaufeln sind an der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors angelenkt und weisen mindestens einen Freiheitsgrad auf. Die Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln hat mit diesen eine kinematische Verbindung, wird aus der Hochtemperaturzone entfernt, vom Aufprall des gebildeten Dampf-Gasgemisches isoliert und ist mit der Möglichkeit ausgeführt, elastischen Andruck mit der erforderlichen Periodizität und Kraft in Richtung sowohl auf die Ablationsoberfläche, als auch auf die rotierende Oberfläche, sicherzustellen. Die Elastizität in der Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln wird durch pneumatische, mechanische, elektromagnetische und andere Verfahren erreicht.
-
Die Schaufeln werden auf der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors entlang der Länge und des Radius der rotierenden Oberfläche, insbesondere entlang der Schraubenlinie, zueinander versetzt angeordnet. Das Relief der Ablationsoberfläche des Pyrolysereaktors ist in Form einer Wendelfläche mit variabler oder konstanter Steigung ausgeführt, wobei die Wendelfläche lückenlos oder mit einzelnen Abschnitten ausgeführt sein kann. Heizvorrichtungen jeder der drei Zonen des Pyrolysereaktors können die Temperatur unabhängig voneinander regeln. Der Abscheider der Kondensationseinheit ist durch eine Rohrleitung mit der Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung des Reaktors verbunden.
-
Das Erhitzen des organhaltigen Rohstoffs nach dem Trocknen und vor der Einspeisung in den Pyrolysereaktor in der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr, die mit Vorrichtungen zur Erhitzung auf eine Temperatur ausgestattet ist, die nahe der Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung der am wenigsten thermisch beständigen Komponente des organhaltigen Rohstoffs ist, aber sie nicht überschreitet, erlaubt es, die Heizzone des Rohstoffs aus dem Reaktor teilweise zu entfernen, die Möglichkeit der Kondensation von Dampf-Gas-Produkten auf in den Reaktor aus dem Trocknungsbehälter eintretenden Rohstoffpartikeln auszuschließen, und die Effizienz des Wärmeaustauschs in dem Reaktor zu erhöhen.
-
Dabei werden die Oberflächen der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr auf eine Temperatur erhitzt, die die Kondensation der Dampf-Gas-Pyrolyseprodukte ausschließt, die die Effizienz des Verfahrens und die Qualität der Endprodukte verringert. Die Regulierung der Vorwärmtemperatur des Rohstoffs durch die Verweilzeit ermöglicht es, das Verfahren und die Anlage für verschiedene Arten von Rohstoffen effektiv anzuwenden und thermische Zersetzung in der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr auszuschließen.
-
Die Durchführung der thermischen Zersetzung in drei aufeinanderfolgenden Stufen in den entsprechen Zonen des Pyrolysereaktors (Zone der primären Pyrolyse, Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, Zone der sekundären Pyrolyse) mit der Möglichkeit der unabhängigen Temperaturregelung ermöglicht es, die Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen mit maximaler Effizienz und gleichbleibend hoher Qualität der erhaltenen Produkte sicherzustellen, das Gas-Dampf-Gemisch von flüchtiger Feinkohle zu reinigen, die in Gegenwart des Gas-Dampf-Gemisches am Ausgang des Reaktors eine Schicht aus harzartigem, nicht umgesetztem Produkt bildet, sie in die Reaktionszone zurückzuführen, damit eine Verringerung des Querschnitts der Gaskanäle, Verkleben und Verstopfen der Anlagebauteile zu verhindern, Sorption durch kohlenstoffhaltigen Rückstand in der Zone der sekundären Pyrolyse des Dampf-Gas-Gemisches auszuschließen, und damit die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zur Entladung der Kohle und die Qualität der produzierten Kohle zu erhöhen, sowie die Qualität der flüssigen Produkte zu verbessern.
-
Die aufeinanderfolgende Anordnung der Pyrolysereaktorzonen verhindert den Kontakt der eintretenden Rohstoffe mit Produkten der thermischen Zersetzung sowie den Kontakt von Kohle in der Zone der sekundären Pyrolyse mit dem Gas-Dampf-Gemisch der primären Pyrolyse, was die Qualität der ausgetragenen Kohle durch Reduzierung des Gehalts an Produkten der sekundären Zersetzung verbessert.
-
Die Durchführung der Kondensation in drei aufeinanderfolgenden Stufen (primäre Abkühlung des Dampf-Gas-Gemisches in der Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung des Pyrolysereaktors, Kondensation der Dampfphase im Kondensator, Abtrennung des nicht kondensierten Teils des Dampf-Gas-Gemisches von der Tropfflüssigkeit mit der Rückführung eines Teils des gasförmigen Produkts durch die Pyrolysereaktor-Reinigungszone) verbessert die Effizienz der Abtrennung kondensierter Produkte und Tropfflüssigkeiten von gasförmigen Produkten, schließt die katalytische Beschleunigung der Verteerungsreaktion im Dampf-Gas-Gemisch aus, reduziert den Temperaturgradienten im Kondensator aufgrund der Zufuhr des in der Pyrolysereaktor-Reinigungszone abgekühlten Dampf-Gas-Gemisches, erhöht die Effizienz der weiteren Verwendung von gasförmigen Produkten, insbesondere zur Erzeugung von Elektrizität durch Verringerung des Gehalts an Tropfflüssigkeit.
-
Die Durchführung der primären Pyrolyse im Modus der mechanischen Ablation ermöglicht es, die Anforderungen an die Partikelgröße zu verringern, insbesondere, Partikeln mit einer Größe von bis zu 50 mm zu verarbeiten, wodurch die Kosten der Vorvermahlung der Rohstoffe verringert werden.
-
Das unabhängige Spülen mit einem Inertgas oder einem Gas mit reduzierenden oder oxidierenden Eigenschaften, das auf die geeignete Temperatur erhitzt wird, in den Zonen der primären und sekundären Pyrolyse ermöglicht es, die Bedingungen der primären Pyrolyse zu verbessern und die Qualität der Kohle zu erhöhen. Das Spülen mit einem Inertgas eliminiert die Auswirkungen des Eintritts der Luft in die Reaktionszone, wodurch die Sicherheit der Anlage erhöht wird. Das Spülen mit einem Gas mit reduzierenden Eigenschaften ermöglicht es, den Kohlenstoffgehalt in der erzeugten Kohle zu erhöhen, indem einige der von der Kohle adsorbierten Substanzen in Kohlenstoff umgewandelt werden. Das Spülen mit einem Gas mit oxidierenden Eigenschaften ermöglicht den Aktivierungsprozess von Kohle, verbessert die Kennzahlen von Porosität und Sorptionskapazität, was auch ihre Qualität verbessert.
-
Die Gelenkbefestigung der Schaufeln auf der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors und das Vorhandensein von mindestens einem Freiheitsgrad in ihnen ermöglicht einen selbstregulierenden und zuverlässigen Andruck der Partikeln in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (Partikelgröße des Rohstoffs usw.) bei der Arbeit zur Ablationsoberfläche sowie während der periodischen Reinigung zur rotierenden Oberfläche.
-
Die Entfernung der Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln aus der Hochtemperaturzone und ihre Isolierung vom aggressiven Aufprall des gebildeten Dampf-Gasgemisches gewährleistet einen ununterbrochenen stabilen Betrieb des Reaktors und der Anlage als Ganzes sowie die Zuverlässigkeit des Pyrolyseprozesses.
-
Die Sicherstellung der Möglichkeit des elastischen Andruck der Schaufel mit der erforderlichen Periodizität in Richtung sowohl auf die Ablationsoberfläche, als auch auf die rotierende Oberfläche, ermöglicht eine qualitativ hochwertige Reinigung der Reaktorbauteile von den Rohstoffpartikeln periodisch bei der kontinuierlichen Durchführung des Prozesses.
-
Die Anordnung der Schaufeln auf der rotierenden Oberfläche des Pyrolysereaktors entlang der Länge und des Radius der rotierenden Oberfläche, insbesondere entlang der Schraubenlinie, zueinander versetzt, sowie die Ausführung des Reliefs der Ablationsoberfläche des Pyrolysereaktors in Form einer Wendelfläche mit variabler Steigung ermöglichen es, eine kontrollierte axiale Bewegung von Rohstoffpartikeln entlang der Ablationsoberfläche des Pyrolysereaktors zu gewährleisten.
-
Somit ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren, die Stabilität und Effizienz des Prozesses der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen, sowie die Zuverlässigkeit der Anlage und die Qualität der Produkte zu erhöhen.
-
Die Anlage funktioniert wie folgt. Der organhaltige Rohstoff tritt in die Trockenkammer (1) ein, wo daraus Feuchtigkeit auf einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 10% abs. Gew. entfernt wird. Die Trocknung erfolgt mit einem Trockenmittel, das durch Mischen von durch den Mantel der Pyrolysekammer (3) gegangen Rauchgasen mit Luft erhalten wird. Der getrocknete organhaltige Rohstoff tritt in die Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr (2) ein, wo er auf die Temperatur erhitzt wird, bei der die thermische Zersetzung beginnt. Im besonderen Fall erfolgt das Erwärmen auf die Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung durch Rauchgase, die aus dem Reaktor durch die Wand abtreten. Dabei können die Oberflächen der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr beträchtlich über die Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung erhitzt werden, um eine Kondensation der Dampf-Gas-Produkte zu verhindern. Die Erwärmung des Rohstoffs wird durch die Verweilzeit in der Kammer reguliert.
-
Die in den Pyrolysereaktor (3) gelangenden Partikel des erhitzten Rohstoffs werden trotz der polydispersen Zusammensetzung von den Schaufeln der rotierenden Oberfläche zuverlässig an die heiße Ablationsoberfläche gedruckt, wodurch die thermochemische Umwandlung des organhaltigen Rohstoffs erfolgt. Der Andruck der Rohstoffpartikeln durch die Schaufeln erfolgt mittels der Vorrichtung (4). Als eine Variante der konkreten Ausführungsform wird in dieser kinematischen Verbindung der Pneumatikzylinder mit den Schaufeln durch koaxiale Wellen sichergestellt. Dabei ist die Vorrichtung (4), die einen pneumatischen Verteiler und Pneumatikzylinder einschließt, aus der Hochtemperaturzone entfernt und vom Aufprall des gebildeten Dampf-Gasgemisches isoliert (2). Das Relief der Ablationsoberfläche in Form einer Wendelfläche und die Anordnung der Schaufeln entlang der Schraubenlinie gewährleisten die durch die Steigung der Schraubenlinie und Rotordrehzahl gegebene axiale Verschiebung der Feststoffpartikeln des Rohstoffs. Da die Menge an festen Partikeln während der thermochemischen Umwandlung des Rohstoffs abnimmt, wird die Stabilität des Verfahrens entlang der Achse des Pyrolysereaktors (3) durch die variable Steigung der Schraubenlinie entlang der Länge des Reaktors und die kontrollierte Kraft des Andrucks der Schaufeln sichergestellt. Nachdem der Rohstoff durch die Zone der primären Pyrolyse gegangen ist, tritt das erzeugte Dampf-Gas-Gemisch mit einer bestimmten Menge an flüchtigem feinem kohlenstoffhaltigem Rückstand, gebildet als Folge einer ziemlich intensiven mechanisch aktivierten Bearbeitung (Ablation), in die Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung (5) ein.
-
Die feine flüchtige Kohle in Form eines harzartigen, nicht umgesetzten Produkts, gesättigt mit Dampf und teilweise kondensierten Zersetzungsprodukten (Wechselwirkungsprodukten), die an den Wänden der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung (5) absetzt, wird in die Pyrolysereaktionszone zurückgeführt und dann zusammen mit dem verbleibenden festen kohlenstoffhaltigen Rückstand in die Zone der sekundären Pyrolyse zur Endtrocknung und dann durch die Vorrichtung zur Entladung der Kohle 9 zum Kohlekollektor zugeführt. Das von den Produkten unvollständiger Zerstörung gereinigte Dampf-Gas-Gemisch wird in die Kondensationseinheit (6) zur Kondensation (Kondensator) und zur Abscheidung von Kondensat in der Tröpfchenphase in Form eines Nebels aus nichtkondensierbarem Gas (Separator) zugeführt. Dabei kann der Separator entweder vom Trägheitstyp oder in Form eines Elektroabscheiders sein. Weiter wird ein Teil der gekühlten gasförmigen Produkte mittels des Luftgebläses in die Dampf-Gas-Gemisch-Reinigungszone des Pyrolysereaktors (3) zugeführt.
-
Das Mischen eines heißen Gas-Dampf-Gemisches mit gekühlten gasförmigen Produkten fördert die volumetrische Kondensation von Dämpfen, Koagulation und Ausfällung von Kondensattröpfchen und Partikeln von feiner flüchtiger Kohle auf den Arbeitsflächen der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung in Form eines harzartigen nicht umgesetzten Produktes (Wechselwirkungsprodukte). Die Wechselwirkungsprodukte werden periodisch, aber während des kontinuierlichen Betriebs des Pyrolysereaktors (3), von den Wänden und anderen Strukturelementen der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung (5) zwangsweise getrennt und in den Pyrolysereaktor zurückgeführt.
-
Im besonderen Fall wird das unabhängige Erhitzen jeder Zone des Pyrolysereaktors durch Zuführen von Rauchgasen in den Mantel des Reaktors durchgeführt, die durch Verbrennen von Brennstoff in der Brennkammer (
8) erhalten wurden, nachdem sie mit Luft gemischt wurden, um die erforderlichen Temperaturbedingungen des Pyrolyseprozesses sicherzustellen. Nach dem Mantel des Pyrolysereaktors (
3) und Mischen mit Luft werden die Rauchgase zuerst in die Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr zugeführt, um den Rohstoff auf eine Temperatur, die nahe der Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung der am wenigsten thermisch beständigen Komponente des organhaltigen Rohstoffs ist, aber sie nicht überschreitet, zu erhitzen, und dann in die Trockenkammer als Trocknungsmittel. Als spezifische Anwendung des Verfahrens und der Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen werden die wichtigsten Betriebsparameter und Konstruktionsmerkmale für Holzrohstoffe angegeben.
| Nr. | Parameter | Wert |
| 1. | Temperatur in der Trockenkammer | 110...120°C |
| 2 . | Temperatur in der Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr | 220...350°C |
| 3. | Temperatur in der Zone der primären Pyrolyse des Pyrolysereaktors | 450...500°C |
| 4. | Temperatur in der Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung des Pyrolysereaktors | 100-490...520°C |
| 5. | Temperatur in der Endtrocknungszone des Pyrolysereaktors | 520...700°C |
| 6. | Temperatur in der Kondensationseinheit, max. | 30...50°C |
| 7. | Größe von Rohstoffpartikeln | bis zu 50 mm |
-
Zusammenfassung
-
Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Verarbeitung von organischen Substanzen, insbesondere auf die Technik der Verarbeitung von zerkleinertem Holzabfall, Pflanzenprodukten, Abfällen aus der Lebensmittelindustrie, Tier- und Geflügelzuchtabfällen. Die bei der thermischen Verarbeitung von organhaltigen Rohstoffen erhaltenen Produkte können als Brennstoff verwendet werden. Das Verfahren schließt Trocknung, hermetische Zufuhr von Rohstoffen zu dem Pyrolysereaktor, thermische Zersetzung des Rohstoffs ohne Luftzugang in dem Pyrolysereaktor mit dem Erhalten von festen Produkten und Dampf-Gas-Gemisch, seine anschließende Aufteilung durch Kondensation in flüssige Produkte und gasförmige Produkte ein. Nach dem Trocknen und vor der Einspeisung in den Pyrolysereaktor wird der organhaltige Rohstoff auf eine Temperatur, die nahe der Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung der am wenigsten thermisch beständigen Komponente des organhaltigen Rohstoffs ist, aber sie nicht überschreitet, vorgeheizt. Die Oberflächen der Kammer werden auf eine Temperatur, die die Kondensation der Dampf-Gas-Pyrolyseprodukte ausschließt, erhitzt, und die Erwärmungstemperatur des Rohstoffs wird durch die Verweilzeit in der Vorheizzone gesteuert. Die thermische Zersetzung erfolgt in Form der folgenden aufeinanderfolgenden Stufen, die in den entsprechenden Zonen des Pyrolysereaktors auftreten, mit der Möglichkeit der unabhängigen Temperaturregelung: primäre Pyrolyse, Dampf-Gasgemisch-Reinigung, sekundäre Pyrolyse. Die Anlage der thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen schließt eine Trockenkammer, Kammer für hermetische Rohstoffzufuhr, Pyrolysereaktor, Vorrichtung der unabhängigen und elastischen Einstellung des Neigungswinkels der Schaufeln, Kondensationseinheit ein. Der Pyrolysereaktor hat eine rotierende Oberfläche mit mindestens einer Schaufel mit einer Drehachse, die mit der Längsachse des Pyrolysereaktors zusammenfällt, und mindestens einer Ablationsoberfläche mit kreisförmigem oder ellipsenförmigem Querschnitt, senkrecht zur Rotationsachse der rotierenden Oberfläche. Die Kamera für hermetische Rohstoffzufuhr ist mit Mitteln zur Erhitzung der Rohstoffe ausgestattet. Der Arbeitsraum des Pyrolysereaktors ist entlang des Rohstofflaufs in drei aufeinanderfolgend ausgestattete Zonen mit unabhängigen Heizvorrichtungen unterteilt: Zone der primären Pyrolyse, Zone der Dampf-Gasgemisch-Reinigung, die mit der Vorrichtung zur Trennung und Rückführung von Produkten unvollständiger Zerstörung ausgestattet ist, Zone der sekundären Pyrolyse. Die Verwendung der angemeldeten Gruppe von Erfindungen ermöglicht es, die Effizienz des Verfahrens zur thermochemischen Umwandlung von organhaltigen Rohstoffen zu erhöhen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 8128717 B2 [0002]
- US 2005/0173237 A1 [0004]
- RU 2395559 [0007]
