Изобретение относится к машиностроению применительно к предварительной обработке топлива перед сжиганием в теплосиловых установках, также к процессам термического разложения углеводородного сырья для получения ацетилена, олефинов, водородосодержащих газовых смесей. The invention relates to mechanical engineering in relation to pre-treatment of fuel before burning in heat power plants, as well as to the processes of thermal decomposition of hydrocarbons to produce acetylene, olefins, hydrogen-containing gas mixtures.
Известен способ для снижения выбросов токсичных компонентов в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания путем подачи в топливо-воздушную смесь водородсодержащего синтез-газа, полученного в результате термокаталического разложения, содержащейся в отработавших газах воды, в реакторе, снабженном пластиновой проволокой, нагреваемой электричеством [1]
Недостатком этого способа является низкое содержание водорода в синтез-газе из-за большой забалластированности его азотом, окислами азота, двуокисью углерода. Поэтому добавка такого синтез-газа не может существенно повысить реакционную способность топливо-воздушной смеси, активизировать процесс ее сгорания, существенно снизить токсичность отработавших газов.A known method for reducing emissions of toxic components in the exhaust gases of an internal combustion engine by supplying to the fuel-air mixture a hydrogen-containing synthesis gas obtained by thermocatalytic decomposition contained in the exhaust gases of water in a reactor equipped with a plate wire heated by electricity [1]
The disadvantage of this method is the low hydrogen content in the synthesis gas due to its large ballasting with nitrogen, nitrogen oxides, carbon dioxide. Therefore, the addition of such synthesis gas cannot significantly increase the reactivity of the fuel-air mixture, activate the process of its combustion, and significantly reduce the toxicity of exhaust gases.
Известен способ предварительной обработки топлива перед сжиганием, включающий нагрев исходного топлива с использованием электроэнергии для получения продуктов термического разложения с последующим сжиганием их в теплосиловой установке [2]
Недостатками этого способа являются значительные тепловые потери из-за больших массы и габаритных размеров реакционного устройства, невозможность быстрого регулирования температуры в реакционной зоне препятствуют согласованию работы реактора и теплосиловой установки на переменных режимах, а отсутствие возможности регулирования времени пребывания в реакционной зоне обрабатываемого сырья препятствует получению из различных видов исходного топлива синтез-газа заданного состава, что в свою очередь не позволяет решить проблему многотопливности.A known method of pre-treatment of fuel before burning, comprising heating the original fuel using electricity to produce thermal decomposition products, followed by burning them in a heat power plant [2]
The disadvantages of this method are significant heat losses due to the large mass and dimensions of the reaction device, the inability to quickly control the temperature in the reaction zone impedes coordination of the operation of the reactor and heat power plant in variable modes, and the inability to control the residence time in the reaction zone of the processed raw materials prevents different types of initial synthesis gas fuel of a given composition, which in turn does not allow to solve the problem a lot fuelness.
Задачей заявляемого способа является снижение токсичности отработавших газов и обеспечение многотопливности. The objective of the proposed method is to reduce the toxicity of exhaust gases and ensure multi-fuel.
Поставленная задача достигается тем, что исходное нетвердое топливо подвергают термическому разложению в проточном реакторе вытеснения путем подвода теплоты одним или несколькими электронагревателями, расположенными вдоль оси потока разлагаемого топлива, при этом степень разложения и состав продуктов разложения регулируют изменением количества включаемых электронагревателей и параметров подаваемой на них электроэнергии, а кокс, образовавшийся в реакторе, удаляют после прекращения подачи в него исходного топлива путем окисления воздухом или другим кислородсодержащим веществом. При этом процесс обработки топлива перед сжиганием в теплосиловой установке осуществляют в двух реакторах, работающих параллельно и поочередно в режимах термического разложения исходного топлива и удаления кокса образовавшегося в реакторе, а исходное топливо, воздух или другое кислородсодержащее вещество перед подачей в реактор нагревают теплотой отработавших газов и/или за счет охлаждения теплонапряженных поверхностей теплосиловой установки. Причем в систему электропитания электронагревателей подают электроэнергию от термоэлектрических элементов, охлаждающих отработавшие газы теплосиловой установки, ее теплонапряженные поверхности и продукты термического разложения исходного топлива, и при неполном термическом разложении жидкого исходного топлива жидкую фазу продуктов разложения подают на рециркуляцию, смешивая с исходным топливом перед подачей в реактор. Когда термическому разложению подвергают часть исходного нетвердого топлива, сжигаемого в теплосиловой установке, при неполном термическом разложении части жидкого исходного топлива жидкую фазу продуктов разложения подают в теплосиловую установку вместе с неподвергнутым термическому разложению исходным топливом, а газообразную фазу вместе с воздухом. При этом кокс, образовавшийся в реакционной зоне, удаляют после прекращения подачи в реактор исходного топлива путем окисления кислородом и кислородсодержащими веществами, содержащимися в отработавших газах теплосиловой установки, а продукты окисления удаляемого из реактора кокса подают для сжигания в теплосиловую установку. The task is achieved in that the initial non-solid fuel is subjected to thermal decomposition in a flow displacement reactor by supplying heat with one or more electric heaters located along the flow axis of the decomposed fuel, while the degree of decomposition and the composition of the decomposition products are controlled by changing the number of switched on electric heaters and the parameters of the electric energy supplied to them and the coke formed in the reactor is removed after the feed to it is stopped by oxidation in air or other oxygen-containing substance. In this case, the fuel processing before burning in a heat power plant is carried out in two reactors operating in parallel and alternately in the conditions of thermal decomposition of the initial fuel and removal of coke formed in the reactor, and the initial fuel, air or other oxygen-containing substance is heated by the heat of the exhaust gases before being fed into the reactor and / or by cooling the heat-stressed surfaces of the heat power plant. Moreover, electric heaters are supplied with electric power from the thermoelectric elements cooling the exhaust gases of the heat power plant, its heat-stressed surfaces and products of thermal decomposition of the initial fuel, and in case of incomplete thermal decomposition of the liquid initial fuel, the liquid phase of the decomposition products is recycled, mixed with the initial fuel before being fed to reactor. When a portion of the source non-solid fuel burned in a heat power plant is subjected to thermal decomposition, in the case of incomplete thermal decomposition of a portion of the liquid fuel source, the liquid phase of the decomposition products is supplied to the heat power plant together with the non-subjected to thermal decomposition source fuel, and the gaseous phase together with air. In this case, the coke formed in the reaction zone is removed after the feed to the reactor is stopped by oxidation with oxygen and oxygen-containing substances contained in the exhaust gases of the heat power plant, and the oxidation products of the coke removed from the reactor are fed to the heat power plant for combustion.
На фиг. 1 и 2 изображены блок-схемы для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 and 2 depict flowcharts for implementing the proposed method.
Исходное топливо по трубопроводу 1 через клапан 2 подают на вход проточного реактора вытеснения 3, где его подвергают термическому разложению за счет подвода теплоты электронагревателя 4. Продукты разложения исходного топлива из реактора по трубопроводу 5 подают в теплосиловую установку 6. При этом отработавшие газы по трубопроводу 7 сбрасывают в атмосферу, затем прекращают подачу исходного топлива, а в реактор по трубопроводу 8 подают воздух или другое кислородсодержащее вещество. Продукты окисления кокса через трубопровод 9 сбрасывают в атмосферу. После полного очищения реакционной зоны от кокса прекращают подачу окислителя, а в реактор вновь подают исходное топливо и цикл повторяют. Для обеспечения непрерывности процесс обработки топлива перед сжиганием в теплосиловой установке осуществляют следующим образом. Исходное топливо по трубопроводу 10 и 11 подают в реактор, продукты термического разложения подают в теплосиловую установку для сжигания, а отработавшие газы сбрасывают в атмосферу. Параллельно с этим по трубопроводам 12, 13 и 14 в реактор 15 подают окислитель для удаления кокса из реакционной зоны, а продукты окисления через трубопровод 16 сбрасывают в атмосферу. После полной очистки реакционной зоны по трубопроводу 12 прекращают подачу окислителя, а по трубопроводам 1, 13, 14 в реактор 15 подают топливо для термического разложения. Одновременно с этим прекращают подачу топлива в реактор 3 и начинают подавать в него окислитель. При этом реакторы 3 и 15 работают параллельно и поочередно в режимах термического разложения исходного топлива и удаления кокса из реакционной зоны. Для утилизации теплоты исходное топливо воздух или другое кислородсодержащее вещество перед подачей в реакторы 3 и 15 нагревают в теплообменниках 17 и 18. Для этого отработавшие газы из теплосиловой установки 6 по трубопроводам 19, 20 и 21 подают в рубашки теплообменников 17 и 18, далее по трубопроводам 22 и 23 сбрасывают в атмосферу. Для глубокой утилизации теплоты в систему электропитания электронагревателей 4 дополнительно подают электроэнергию от термоэлектрических элементов 24, охлаждая продукты пиролиза перед подачей их в теплосиловую установку, теплонапряженные поверхности теплосиловой установки и отработавшие газы теплосиловой установки перед сбросом в атмосферу. При неполном термическом разложении исходного топлива жидкую фазу продуктов пиролиза подают на рециркуляцию по трубопроводам 25, 1, 10 или 13, теплообменники 17 или 18, трубопроводам 11 и 14 в реакторы 3 или 15 соответственно. В том случае, когда термическому разложению подвергают только часть исходного топлива, остальную часть подают по трубопроводу 26 в теплосиловую установку. При этом в случае неполного термического разложения исходного топлива жидкую фазу продуктов разложения по трубопроводам 25, 27 вместе с исходным топливом, подвергнутым разложению, подают в теплосиловую установку, а газообразную фазу подают в теплосиловую установку по трубопроводу 28 вместе с воздухом, подаваемому по трубопроводу 29. Для удаления кокса часть горячих отработавших газов из теплосиловой установки по трубопроводам 19, 30, 10, 11 или 31, 13, 14 подают соответственно в реакторы 3 или 15 и далее по трубопроводам 9 или 16 сбрасывают в атмосферу. Продукты окисления кокса содержат горючие компоненты, основным из которых является окись углерода (до 20%), при этом по одному из вариантов их подают по трубопроводам 5 или 32, далее по трубопроводу 28 вместе с продуктами разложения в теплосиловую установку для сжигания. The initial fuel through a pipe 1 through a valve 2 is fed to the inlet of a flowing displacement reactor 3, where it is subjected to thermal decomposition by supplying heat to the electric heater 4. The decomposition products of the initial fuel from the reactor through a pipe 5 are supplied to a heat power unit 6. At the same time, the exhaust gases through a pipe 7 discharged into the atmosphere, then the feed of fuel is stopped, and air or another oxygen-containing substance is supplied to the reactor through pipeline 8. Coke oxidation products are discharged through line 9 into the atmosphere. After the coke has been completely cleaned of coke, the oxidizer is discontinued, and the initial fuel is again fed into the reactor and the cycle is repeated. To ensure continuity, the process of processing fuel before burning in a thermal power plant is as follows. The initial fuel is supplied to the reactor through pipelines 10 and 11, the thermal decomposition products are fed to the heat power plant for combustion, and the exhaust gases are discharged into the atmosphere. In parallel with this, an oxidizing agent is supplied through the pipelines 12, 13 and 14 to the reactor 15 to remove coke from the reaction zone, and the oxidation products are discharged through the pipeline 16 into the atmosphere. After the reaction zone has been completely cleaned, the oxidizing agent is shut off via line 12, and fuel for thermal decomposition is fed through lines 1, 13, 14 to the reactor 15. At the same time, the fuel supply to the reactor 3 is stopped and an oxidizing agent is introduced into it. In this case, reactors 3 and 15 operate in parallel and alternately in the modes of thermal decomposition of the initial fuel and removal of coke from the reaction zone. To recover the heat, the initial fuel, air or other oxygen-containing substance, is heated in heat exchangers 17 and 18 before being fed to reactors 3 and 15. For this, the exhaust gases from the heat power plant 6 are fed into pipes of heat exchangers 17 and 18 through pipelines 19, 20, and then through pipelines 22 and 23 are discharged into the atmosphere. For the deep utilization of heat, electric power from the electric heaters 4 is additionally supplied with electric power from thermoelectric elements 24, cooling the pyrolysis products before feeding them to the heat power plant, heat-stressed surfaces of the heat power plant and the exhaust gases of the heat power plant before discharge into the atmosphere. In case of incomplete thermal decomposition of the initial fuel, the liquid phase of the pyrolysis products is fed to recirculation through pipelines 25, 1, 10 or 13, heat exchangers 17 or 18, pipelines 11 and 14 into reactors 3 or 15, respectively. In the case when only part of the initial fuel is subjected to thermal decomposition, the rest is fed through line 26 to the heat power plant. In this case, in the case of incomplete thermal decomposition of the initial fuel, the liquid phase of the decomposition products through pipelines 25, 27 together with the decomposed initial fuel is supplied to the heat power plant, and the gaseous phase is fed to the heat power plant via pipeline 28 together with the air supplied through pipeline 29. To remove coke, part of the hot exhaust gases from the heat power plant through pipelines 19, 30, 10, 11 or 31, 13, 14 is fed to reactors 3 or 15, respectively, and then discharged through pipelines 9 or 16 to the atmosphere. Coke oxidation products contain combustible components, the main of which is carbon monoxide (up to 20%), while in one of the options they are fed through pipelines 5 or 32, then through pipeline 28 together with decomposition products to a heat-burning installation for burning.
