RU2275416C1 - Способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты и установка для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области термохимической переработки твердого органического сырья и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в топливной промышленности, в лесном хозяйстве и лесоперерабатывающей промышленности для утилизации и переработки органической части твердых бытовых и производственных отходов. Перед загрузкой в реактор в органическое сырье вводят катализатор, осуществляют предварительный прогрев и дополнительную продувку органического сырья от кислорода. Для равномерной и полной обработки сырья в реактор, по меньшей мере в двух местах, вводят газообразный теплоноситель, который готовят вне реактора. Разделение парогазовой смеси производят путем ее ступенчатого пропускания через разделительные аппараты, где выделяют из смеси не менее двух фракций жидких углеводородов. После этого смесь пропускают через теплообменник для сбора остатков фракций жидких углеводородов. Далее смесь направляют в циклон-сепаратор, где окончательно отделяют фракции жидких углеводородов, а очищенный при этом топливный газ направляют для дальнейшего использования. Изобретение позволяет получить топливные компоненты высокого качества, является безотходным и экологичным. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области термохимической переработки твердого органического сырья и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в топливной промышленности, в лесном хозяйстве и лесоперерабатывающей промышленности для утилизации и переработки органической части твердых бытовых и производственных отходов; отходов, полученных в результате переработки биомассы: древесины, торфа, лигнина, соломы; горючих низкокалорийных твердых ископаемых: сланцев, бурых углей, отсева угля и др.; изношенных шин и других резинотехнических отходов в качественные топливные компоненты: топливный уголь, жидкие углеводороды нескольких фракций, близких к бензину, дизтопливу, мазуту и углеводородсодержащий топливный газ, которые могут быть использованы в качестве топлива для транспортных средств, теплоэлектростанций, котельных и пр.

Известен способ термической переработки изношенных шин по патенту Российской Федерации №2139187, кл. F 23 G 7/12, 1999 г., включающий загрузку шин в реактор, пиролиз материала при температуре 550-800 град.С в среде восстановительного газа с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка. Причем пиролиз проводят при соотношении восстановительного газа к материалу (0,2-0,45):1, а при окончании пиролиза подают перегретый пар при температуре 250-300 град.С в количестве (0,03-0,12):1 к загружаемому материалу. Восстановительный газ получают методом неполного сгорания углеводородов с α=0,4-0,85.

Данный способ решает узкую задачу, направленную, в основном, на получение сажи для повторного использования в производстве резиновых смесей и в меньшей степени на получение топливных компонентов.

Известен реактор для термического разложения твердых углеводородсодержащих материалов по авторскому свидетельству СССР №869309, кл. С 10 В 1/4, 1980 г., содержащий корпус со штуцерами для ввода теплоносителя и охлаждающего агента, вывода газообразных продуктов термического разложения и охлаждающего агента, загрузочное устройство для подачи твердых углеводородсодержащих материалов, разгрузочное устройство для вывода твердых продуктов термического разложения, устройство для перемешивания материала в процессе термического разложения. Устройство для перемешивания выполнено в виде секторных пластин, неподвижно установленных на горизонтальных валах, смонтированных на стенках реактора с возможностью качательного движения вокруг своей оси, а горизонтальные валы раздвинуты под углом относительно друг друга. Разгрузочное устройство выполнено в виде последовательно смонтированных измельчителя и питателя, а питатель выполнен в виде двух кинематически связанных между собой лопастных роторов с уплотняющими пластинами на концах лопастей, смонтированных в корпусе.

Такая конструкция позволяет перерабатывать изношенные автомобильные шины, производственные и бытовые отходы, но при этом получать только твердый углистый остаток, причем непригодный для дальнейшего использования.

Известна установка и способ переработки органического сырья в топливные компоненты по патенту Российской Федерации №2182684, кл. F 23 G 5/027, 2002 г., принятые заявителем за прототип.

Способ переработки органического сырья в топливные компоненты включает загрузку сырья в реактор для пиролиза с реакционной камерой, противоточный низкотемпературный пиролиз, осуществляемый под небольшим разряжением в потоке топочного газа, выгрузку углистого твердого остатка и разделение парогазовой смеси. Разделение парогазовой смеси ведут пропусканием парогазовой смеси через циклон, каталитическую насадку в конденсатор, где конденсируют и удаляют из нее воду, которую охлаждают и выводят из процесса, освобожденную от воды парогазовую смесь подают на массообменную колонну для отделения топливной жидкости. Отделенную топливную жидкость охлаждают и выводят из процесса, а пиролизный газ направляют в центробежный активный циклон, где освобождают от остаточных капель топливной жидкости, затем очищенный пиролизный газ с помощью шиберного регулятора разделяют на два потока: первый из них обратный газ, направляют в кольцевую топочную камеру реактора для пиролиза, а другой - в теплогенератор на дожигание, полученные в теплогенераторе продукты горения направляют на сушку сырья, а загрузку сырья осуществляют через шлюзовой дозатор загрузки. Обратный газ и воздух подают в кольцевую топочную камеру тангенциально, при этом обратный газ имеет по отношению к воздуху повышенную концентрацию. Углистый твердый остаток выгружают через шлюзовой дозатор выгрузки с одновременным охлаждением.

Установка для переработки органического сырья содержит средство для подачи сырья, реактор для пиролиза с реакционной камерой систему разделения парогазовой смеси и средство для выгрузки. Система разделения парогазовой смеси выполнена в виде последовательно установленных циклона, каталитической насадки, конденсатора, массообменной колонны, центробежного активного циклона, центробежного вентилятора и шиберного регулятора. В качестве средства для выгрузки установлен шлюзовой дозатор выгрузки, выполнен в виде коробчатого корпуса, а внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с двумя цилиндрическими отверстиями и прямоугольный блок, имеющий цилиндрическую камеру в средней части и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения между верхней и нижней плитами. При этом верхняя плита соединена через первое цилиндрическое отверстие с нижней частью реактора для пиролиза, а через второе цилиндрическое отверстие с паровой камерой, снабженной разбрызгивателем и крышкой, к которой прикреплен патрубок для отвода пара, а нижняя плита через второе цилиндрическое отверстие соединена с камерой гашения. Камера гашения снабжена откидной крышкой, реактор для пиролиза снабжен кольцевой топочной камерой, расположенной в нижней части вокруг его реакционной камеры. Конденсатор соединен со сборником конденсата через холодильник и массообменная колонна соединена со сборником топливной жидкости также через холодильник, а центробежный активный циклон соединен со сборником топливной жидкости. Шиберный регулятор соединен с кольцевой топочной камерой и с теплогенератором, который одним выходом соединен с сушилкой, а другим - через вентилятор с трубой выброса. Кольцевая топочная камера оборудована тангенциальными подводами топливных компонентов, входом, в котором размещена горелка с приспособлением для ионизации дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, и радиальными выходами, расположенными по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза. Реактор для пиролиза снабжен шлюзовым дозатором, выполненным в виде коробчатого корпуса, внутри которого закреплены верхняя и нижняя плиты с цилиндрическими отверстиями, между которыми установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения прямоугольный блок с цилиндрической камерой в средней части.

Однако полученные на данной установке топливные компоненты: топливная жидкость, полукокс и пиролизный газ - имеют невысокое качество. Полученная топливная жидкость одной фракции представляет собой вязкую массу с высоким содержанием соединений кислорода (фенолов, кислот, спиртов) и по своим характеристикам значительно отличающуюся от традиционно используемых углеводородных топлив. Полукокс представляет собой твердый углистый остаток с включениями не переработанного органического сырья, а пиролизный газ представляет собой низкокалорийный газ с невысоким содержанием горючих компонентов и требует основательной дополнительной очистки для его дальнейшего использования.

Технической задачей изобретения является создание способа и устройства, которые позволили бы использовать в качестве исходного органического сырья органическую часть любых твердых бытовых и производственных отходов, отходы, полученные в результате переработки биомассы, низкокалорийные твердые ископаемые, всевозможные отходы резинотехнических изделий, в том числе изношенные автомобильные шины, а также различные полимерные отходы для получения качественных топливных компонентов: жидких углеводородов нескольких фракций, топливного угля и углеводородсодержащего топливного газа. Основное направление использования полученных топливных компонентов предполагается в качестве топлива для транспортных средств и для тепло-электростанций, котельных, которые обеспечат тепловой и электрической энергией предприятия и населенные пункты.

Поставленная техническая задача решается тем, что в прелагаемом решении перед загрузкой в реактор в органическое сырье вводят катализатор, осуществляют предварительный прогрев и дополнительную продувку органического сырья от кислорода, для равномерной и полной обработки сырья, в реактор, по меньшей мере, в двух местах вводят газообразный теплоноситель, который готовят вне реактора, а разделение парогазовой смеси производят путем ее ступенчатого пропускания через разделительные аппараты, где выделяют из смеси не менее двух фракций жидких углеводородов и топливный газ, после чего смесь пропускают через теплообменник для сбора остатков фракций жидких углеводородов, далее смесь направляют в циклон-сепаратор, где окончательно отделяют фракции жидких углеводородов, а очищенный топливный газ направляют для дальнейшего использования.

Кроме того, газообразный теплоноситель готовят из смеси, в состав которой вводят жидкие углеводороды.

Кроме того, в газообразный теплоноситель вводят очищенный топливный газ.

Кроме того, предварительный прогрев и дополнительную продувку органического сырья от кислорода осуществляют топливным газом.

Установка для термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты снабжена системой предварительного подогрева и продувки от кислорода органического сырья перед загрузкой его в реактор, в реакторе размещены, по меньшей мере, два устройства ввода газообразного теплоносителя, а устройство для подготовки газообразного теплоносителя установлено вне реактора и соединено с каждым устройством ввода газообразного теплоносителя, причем каждое устройство ввода газообразного теплоносителя выполнено в виде полого кольца, внутренняя поверхность которого выполнена перфорированной, а верхняя поверхность выполнена наклонной к оси реактора, система разделения парогазовой смеси выполнена в виде ряда разделительных аппаратов, причем разделительных аппаратов установлено не менее двух и они размещены с возможностью получения не менее двух фракций жидких углеводородов.

Кроме того, внешний диаметр полого кольца устройства ввода газообразного теплоносителя в реактор равен внутреннему диаметру реактора, а внутренний диаметр полого кольца составляет 0,7-0,75 от внутреннего диаметра реактора.

Кроме того, разделительные аппараты установлены последовательно и соединены системой трубопроводов для отвода, смешения и подвода полученных фракций жидких углеводородов.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки для термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты.

На фиг.2 - узел I на фиг.1, конструкция устройства ввода газообразного теплоносителя.

Установка для термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты содержит реактор 1, который установлен вертикально и предназначен для проведения термохимической переработки. Для дозированной подачи исходного органического сырья в реактор 1 на нем жестко установлен и герметично с ним соединен дозатор 2. Он выполнен в виде цилиндрической вертикальной камеры, в верхней и нижней части которого установлены шлюзовые затворы 3 и 4. А для подачи органического сырья в дозатор 2 установка снабжена средством для загрузки сырья (на схеме не показано), где производят подготовку органического сырья: отделение неорганических включений и металлов, измельчение и сушку, а также вводят в него катализатор. Установка снабжена системой предварительного подогрева и продувки от кислорода органического сырья перед загрузкой его в реактор 1, включающая подводящий патрубок 5 и отводящий патрубок 6. Подводящий патрубок 5 размещен в нижней части дозатора 2 непосредственно над нижним шлюзовым затвором 4, отводящий патрубок 6 размещен непосредственно под верхним шлюзовым затвором 3.

Для равномерной и полной переработки сырья в реакторе 1 размещены, по меньшей мере, два устройства ввода газообразного теплоносителя 7 и 8, причем устройство 7 размещено в нижней части реактора 1, а устройство 8 - в средней части реактора 1. Подготовку газообразного теплоносителя осуществляют в устройстве для подготовки газообразного теплоносителя 9, которое установлено вне реактора 1 и герметично соединено трубопроводами 10 и 11 с каждым устройством ввода газообразного теплоносителя 7 и 8. Причем на трубопроводе 11 установлена шиберная заслонка 12 для регулировки процесса ввода газообразного теплоносителя в реактор 1.

Каждое устройство ввода газообразного теплоносителя выполнено в виде полого кольца, внутренняя поверхность 13 которого выполнена перфорированной, а верхняя поверхность 14 выполнена наклонной к оси реактора 1. Внешний диаметр полого кольца устройства ввода газообразного теплоносителя равен внутреннему диаметру реактора 1, а внутренний диаметр полого кольца составляет 0,7-0,75 от внутреннего диаметра реактора 1. Такая конструкция устройства позволяет разрыхлять перерабатываемое органическое сырье непосредственно в реакторе 1 и в то же время более равномерно обрабатывать сырье газообразным теплоносителем.

К нижней части реактора 1 присоединено средство для выгрузки твердого углистого остатка - топливного угля. Оно включает, например, шлюзовой затвор 15, совмещенный с ним закрытый оболочкой горизонтальный шнековый транспортер 16 и шлюзовой затвор 17, установленный на выходе шнекового транспортера 16. Для охлаждения твердого углистого остатка, находящегося в шнековом транспортере 16, используют охлажденный топливный газ, для чего в оболочке шнекового транспортера 16 установлены патрубки ввода 18 и вывода 19 топливного газа.

Для получения жидкой и газовой составляющих топливных компонентов установка снабжена системой разделения парогазовой смеси, образующейся в реакторе 1. Система выполнена в виде ряда разделительных аппаратов 20, 21, 22 и 23, теплообменника 24 и циклона-сепаратора 25.

Для получения не менее двух фракций жидких углеводородов разделительных аппаратов должно быть установлено не менее двух. В заявленной установке установлено четыре разделительных аппарата 20, 21, 22 и 23, что позволяет получить три фракции жидких углеводородов. Между собой разделительные аппараты 20, 21, 22 и 23 соединены последовательно. Первый разделительный аппарат 20 соединен с реактором 1 трубопроводом 26, а четвертый 23 соединен с теплообменником 24 трубопроводом 27. Теплообменник 24 соединен с циклоном-сепаратором 25 трубопроводом 28.

Для сбора полученных фракций жидких углеводородов установлены три емкости 29, 30 и 31, которые соединены трубопроводами с разделительными аппаратами. Емкость 29 трубопроводом 32 соединена с разделительным аппаратом 20, емкость 30 трубопроводом 33 с разделительным аппаратом 21. А емкость 31 трубопроводом 34 соединена с разделительным аппаратом 22, а трубопроводом 35 - с разделительным аппаратом 23.

Нижняя часть циклона-сепаратора 25 соединена трубопроводом 36 с емкостью 31, а на выходе из циклона-сепаратора 25 в верхней части установлена тягодутьевая машина 37 и, последовательно с ней, установлен уравнительный ресивер 38, который трубопроводом 39 соединен с устройством для подготовки газообразного теплоносителя 9. Кроме того, уравнительный ресивер 38 может быть соединен с теплоэлектростанцией 40.

Способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты осуществляют следующим образом.

Перед загрузкой в реактор 1 в органическое сырье вводят катализатор для полной переработки сырья и получения качественных топливных компонентов. Поступившую в дозатор 2 порцию органического сырья предварительно прогревают и дополнительно продувают от кислорода полученным топливным газом, поданным в дозатор 2 через подводящий патрубок 5. Уже охлажденный топливный газ через отводящий патрубок 6 направляют в устройство для подготовки газообразного теплоносителя 9. Далее подготовленное и прогретое сырье загружают в реактор 1.

Процесс термохимической переработки органического сырья осуществляют непосредственно в реакторе 1. Для чего в реактор 1, по меньшей мере, в двух местах вводят газообразный теплоноситель посредством устройств ввода газообразного теплоносителя 7 и 8, которые распределены по высоте реактора 1 с целью равномерной и полной обработки сырья. Газообразный теплоноситель готовят вне реактора 1 в устройстве для подготовки газообразного теплоносителя 9 из смеси, в состав которой в том числе вводят очищенный топливный газ, воздух и фракции жидких углеводородов. Поданный через перфорированные внутренние поверхности 13 каждого устройства 7 и 8 газообразный теплоноситель равномерно обрабатывает сырье, а наклонные верхние поверхности 14 не позволяют слеживаться и спекаться обрабатываемой массе. Обрабатываемая масса, по мере прохождения от верха до низа реактора 1, превращается в твердый углистый остаток - топливный уголь, а образующаяся при этом парогазовая смесь поднимается вверх и через отвод по трубопроводу 26 поступает в систему разделения, где производят разделение этой парогазовой смеси на жидкую и газовую составляющие топливных компонентов. Разделение парогазовой смеси производят путем ее ступенчатого пропускания через разделительные аппараты 20, 21, 22 и 23, где выделяют из смеси не менее двух фракций жидких углеводородов. Установленное количество разделительных аппаратов позволяет получать три фракции жидких углеводородов. После этого смесь пропускают через теплообменник 24 для сбора остатков фракций жидких углеводородов. Далее смесь направляют в циклон-сепаратор 25, где окончательно отделяют фракции жидких углеводородов, а очищенный при этом топливный газ через уравнительный ресивер 38 направляют для дальнейшего использования - для подготовки газообразного теплоносителя, для охлаждения получаемого угля либо как топливо для теплоэлектростанции.

Полученные фракции жидких углеводородов сливают в емкости: в 29 - более тяжелую фракцию, мазутообразную; в 30 - менее тяжелую, близкую к дизельному топливу; в 31 - более легкую, близкую к бензину.

Полученный твердый углистый остаток - топливный уголь выгружают из реактора 1 посредством шлюзового затвора 15 и шнекового транспортера 16, где уголь охлаждают, для чего из уравнительного ресивера 38 в оболочку шнекового транспортера 16 через патрубок ввода 18 вводят охлажденный топливный газ и, уже нагретым, выводят его через патрубок вывода 19, далее газ направляют через подводящий патрубок 5 в дозатор 2 для предварительного прогрева и дополнительной продувки органического сырья. Для лучшего протекания процесса разделения парогазовой смеси и получения более качественных фракций жидких углеводородов в разделительные аппараты из емкостей подают уже полученные жидкие углеводороды.

Использование предлагаемого технического решения позволило создать такой технологический процесс термохимической переработки органической составляющей всевозможных отходов, в результате которого получают топливные компоненты высокого качества, а именно топливный уголь, углеводородсодержащий топливный газ и несколько фракций жидких углеводородов, которые могут быть использованы в качестве топлива для транспортных средств, теплоэлектростанций, котельных и пр. Кроме этого, предлагаемый способ термохимической переработки отходов, мусора и низкокалорийных топлив имеет еще целый ряд преимуществ: крайне низкую потребность в электроэнергии, безотходен, экологичен сам и способствует улучшению экологической обстановки той территории, на которой этот способ применяется.

Claims (7)

1. Способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты, включающий загрузку сырья в реактор для термохимической переработки, термохимическую переработку, осуществляемую в потоке газообразного теплоносителя, вводимого в нижнюю часть реактора, выгрузку углистого твердого остатка и разделение парогазовой смеси на жидкую и газовую составляющие, отличающийся тем, что перед загрузкой в реактор в органическое сырье вводят катализатор, осуществляют предварительный прогрев и дополнительную продувку органического сырья от кислорода, для равномерной и полной обработки сырья в реактор, по меньшей мере, в двух местах, вводят газообразный теплоноситель, который готовят вне реактора, а разделение парогазовой смеси производят путем ее ступенчатого пропускания через разделительные аппараты, где выделяют из смеси не менее двух фракций жидких углеводородов и топливный газ, после чего смесь пропускают через теплообменник для сбора остатков фракций жидких углеводородов, далее смесь направляют в циклон-сепаратор, где окончательно отделяют фракции жидких углеводородов, а очищенный топливный газ направляют для дальнейшего использования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный теплоноситель готовят из смеси, в состав которой вводят жидкие углеводороды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газообразный теплоноситель вводят очищенный топливный газ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительный прогрев и дополнительную продувку органического сырья от кислорода осуществляют топливным газом.

5. Установка для термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты, содержащая средство для загрузки сырья, реактор для термохимической переработки, устройство для подготовки газообразного теплоносителя и устройство ввода газообразного теплоносителя в реактор, систему разделения парогазовой смеси, средство для выгрузки углистого твердого остатка, отличающаяся тем, что установка снабжена системой предварительного подогрева и продувки от кислорода органического сырья перед загрузкой его в реактор, в реакторе размещены, по меньшей мере, два устройства ввода газообразного теплоносителя, а устройство для подготовки газообразного теплоносителя установлено вне реактора и соединено с каждым устройством ввода газообразного теплоносителя, причем каждое устройство ввода газообразного теплоносителя выполнено в виде полого кольца, внутренняя поверхность которого выполнена перфорированной, а верхняя поверхность выполнена наклонной к оси реактора, система разделения парогазовой смеси выполнена в виде ряда разделительных аппаратов, причем разделительных аппаратов установлено не менее двух и они размещены с возможностью получения не менее двух фракций жидких углеводородов.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что внешний диаметр полого кольца устройства ввода газообразного теплоносителя в реактор равен внутреннему диаметру реактора, а внутренний диаметр полого кольца составляет 0,7-0,75 внутреннего диаметра реактора.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что разделительные аппараты установлены последовательно и соединены системой трубопроводов для отвода, смешения и подвода полученных фракций жидких углеводородов.

Images