RU2293104C1

RU2293104C1 - Peat fast pyrolysis reactor

Info

Publication number: RU2293104C1
Application number: RU2005128331/15A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Котельников (RU); Владимир Александрович Котельников; Андрей Владимирович Котельников (RU); Андрей Владимирович Котельников; Дмитрий Владимирович Замураев (RU); Дмитрий Владимирович Замураев; Александр Иванович Подзоров (RU); Александр Иванович Подзоров
Original assignee: Владимир Александрович Котельников; Андрей Владимирович Котельников; Дмитрий Владимирович Замураев; Александр Иванович Подзоров
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-02-10

Abstract

FIELD: processing of peat; fast pyrolysis of peat used as raw material for production of pyrosysis fuel and coke and generation of electric energy.

SUBSTANCE: proposed reactor has three-section working chamber 1 with dry peat outlet 2, coke outlet 4 and liberated pyrolysis gas outlet 3. Mounted horizontally inside chamber 1 are two cylindrical gas burners 5. Each burner is mechanically engageable with one inclined metal plate 6. Circular chambers 7 are filled with cooling liquid and are provided with supply pipes 8 and discharge pipes 9 located in each section of chamber 1. Dry peat outlet 2 and liberated pyrolysis gas outlet 3 are made in upper part of upper section of chamber 1 and coke outlet 4 is located in lower part of lower section. One of burners 5 and plate engageable with it are located in upper section and second burner is located in center section. Reactor plates 6 are located one under other and are inclined to opposite sides.

EFFECT: avoidance of liberation of agents not suitable for further use.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике переработки торфа, а именно к процессу быстрого пиролиза торфа, который используется в качестве сырья для производства пиролизного топлива, тепловой энергии (электроэнергии) и кокса.The invention relates to techniques for processing peat, and in particular to a process for the rapid pyrolysis of peat, which is used as a raw material for the production of pyrolysis fuel, thermal energy (electricity) and coke.

Из уровня техники известна установка для термической переработки твердого топлива (в частности, торфа) и металлсодержащего сырья, раскрытая в описании к патенту RU 2056009 С1, опубликованном 10.03.1996, МПК F 23 J 1/08, C 10 J 3/54 и F 27 B 15/02. Указанная установка содержит кессонированную печь с фурмами для подачи кислородсодержащего газа в расплав, каналами в корпусе для выпуска шлака и газа и загрузочными устройствами, а также дополнительную печь кипящего слоя. Установка в целом представляет собой шахту с установленной вверху печью кипящего слоя так, чтобы обеспечить выход обработанного материала из печи кипящего слоя в кессонированную печь самотеком. Установка снабжена азотно-кислородной станцией, связанной трубами, подающими азот под давлением, с теплообменником, расположенным выше расплава, в газоходной части кессонированной печи с фурмами, и далее с газораспределительной коробкой печи кипящего слоя. Кислородподающими трубами станция связана с кессонированной печью, куда через фурмы подается кислородсодержащее дутье. Кессонированная печь снабжена сифоном для непрерывного выпуска расплава (шлака). Печь кипящего слоя снабжена загрузочным устройством, патрубком для выхода газа и связана транспортным каналом с кессонированной печью. По указанному каналу в кессонированную печь подается обработанный материал из печи кипящего слоя. Для корректировки состава расплава кессонированная печь имеет отдельное загрузочное устройство с питателем.The prior art installation for the thermal processing of solid fuels (in particular peat) and metal-containing raw materials, disclosed in the description of patent RU 2056009 C1, published March 10, 1996, IPC F 23 J 1/08, C 10 J 3/54 and F 27 B 15/02. The specified installation contains a coffered furnace with tuyeres for supplying oxygen-containing gas to the melt, channels in the casing for the release of slag and gas and loading devices, as well as an additional fluidized bed furnace. The installation as a whole is a shaft with a fluidized bed furnace installed at the top so as to ensure that the processed material exits from the fluidized bed furnace to the coffered furnace by gravity. The installation is equipped with a nitrogen-oxygen station, connected by pipes supplying nitrogen under pressure, with a heat exchanger located above the melt, in the gas duct part of the coffered furnace with tuyeres, and then with the gas distribution box of the fluidized bed furnace. The station is connected with oxygen supply pipes to a coffered furnace, where oxygen-containing blast is fed through tuyeres. The coffered furnace is equipped with a siphon for continuous discharge of the melt (slag). The fluidized bed furnace is equipped with a loading device, a pipe for gas outlet and is connected by a transport channel to the coffered furnace. Through the specified channel, the processed material from the fluidized bed furnace is fed into the coffered furnace. To adjust the composition of the melt, the coffered furnace has a separate charging device with a feeder.

В целях обработки материала в печи кипящего слоя паром кессонированная печь снабжена испарительным кессоном с патрубком ввода воды и выхода пара. Патрубок выхода пара соединен паропроводом с распределительной коробкой печи кипящего слоя. Установка позволяет использовать давление испаряющегося азота для создания кипящего слоя охлаждения свода печи.In order to process the material in a fluidized bed furnace with steam, the coffered furnace is equipped with an evaporative caisson with a water inlet and steam outlet pipe. The steam outlet pipe is connected by a steam line to the junction box of the fluidized bed furnace. The installation allows you to use the pressure of evaporating nitrogen to create a fluidized bed cooling of the arch of the furnace.

Однако указанная установка имеет достаточно сложную конструкцию. Помимо того, что она содержит две печи, в ее состав входит азотно-кислородная станция, что существенным образом сказывается на энергопотреблении установки и ее производительности.However, this installation has a rather complicated design. In addition to the fact that it contains two furnaces, it includes a nitrogen-oxygen station, which significantly affects the energy consumption of the installation and its productivity.

В качестве прототипа заявленного устройства может быть выбран реактор пиролиза торфа, реализованный в рамках комплексной установки - газификатора твердого топлива, раскрытого в описании к патенту RU 2232347 С2, опубликованном 10.07.2004, МПК F 23 G 5/027.As a prototype of the claimed device, a peat pyrolysis reactor can be selected that is implemented as part of a comprehensive installation - a solid fuel gasifier, disclosed in the description of patent RU 2232347 C2 published July 10, 2004, IPC F 23 G 5/027.

Указанная установка выполнена в виде вертикальной шахтной печи, внутри которой последовательно сверху вниз расположены зоны сушки, пиролиза и горения твердого топлива. В верхней части расположены загрузочное устройство и патрубок для отбора продукта - газа, в нижней части - патрубок для подачи газифицирующего агента и устройство для накопления и вывода твердых продуктов переработки (золы). Между верхней и нижней частями газификатора расположены одна или несколько секций, являющихся составными частями печи, имеющих в центре внутренние сквозные полости, расположенные в направлении вертикальной оси газификатора и сообщающиеся с внутренними полостями верхней и нижней части, а также с внутренними полостями других составных частей. Внутренние полости секций имеют футеровку, в которой закреплены концы термоаккумулирующих элементов. Термоаккумулирующие элементы расположены во внутренних полостях секций. Они равномерно распределены по объему внутренних полостей и обладают достаточно большой теплоемкостью.The specified installation is made in the form of a vertical shaft furnace, inside which drying, pyrolysis and burning of solid fuel are sequentially from top to bottom. In the upper part there is a loading device and a pipe for sampling the product - gas, in the lower part - a pipe for supplying a gasifying agent and a device for the accumulation and withdrawal of solid processed products (ash). Between the upper and lower parts of the gasifier there are one or several sections that are components of the furnace, having in the center internal through cavities located in the direction of the vertical axis of the gasifier and communicating with the internal cavities of the upper and lower parts, as well as with the internal cavities of other components. The internal cavities of the sections have a lining in which the ends of the thermal storage elements are fixed. Thermal storage elements are located in the internal cavities of the sections. They are evenly distributed over the volume of internal cavities and have a sufficiently large heat capacity.

Однако существенным недостатком описанной выше установки является то, что помимо пиролиза торфа в ней также происходит ряд вторичных химических реакций, а следовательно, в состав продукта - газа попадают нежелательные тяжелые газы, которые в последствии тяжело реализовать в условиях промышленного производства, а на выходе установки вместо такого полезного продукта переработки как кокс образуется фактически непригодный для какого-либо промышленного использования конечный продукт - зола.However, a significant drawback of the installation described above is that, in addition to peat pyrolysis, a number of secondary chemical reactions also occur in it, and, therefore, unwanted heavy gases enter the composition of the product gas, which are subsequently difficult to realize in an industrial production environment, and instead of leaving the installation of such a useful product of processing as coke, the final product, practically unsuitable for any industrial use, is formed - ash.

Таким образом задачей (техническим результатом) предложенного изобретения является возможность реализовать процесс пиролиза торфа, в результате которого из исходного продукта не будут выделены плохо пригодные для последующего использования продукты разложения торфа.Thus, the objective (technical result) of the proposed invention is the ability to implement the process of pyrolysis of peat, as a result of which decomposition products of peat that are not suitable for subsequent use will not be isolated from the initial product.

С этой целью реактор быстрого пиролиза торфа содержит трехсекционную рабочую камеру с выводами для подачи сухого торфа, выхода кокса и отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа, две установленные внутри рабочей камеры горизонтально ориентированные цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, и заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, расположенные по одной в каждой из трех секций рабочей камеры, причем вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры, вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции рабочей камеры, одна из цилиндрических газовых горелок и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина расположена в верхней секции рабочей камеры, а вторая цилиндрическая газовая горелка и сопряженная с ней наклонная металлическая пластина - в средней секции, при этом наклонные металлические пластины реактора расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны.For this purpose, the fast peat pyrolysis reactor contains a three-section working chamber with leads for supplying dry peat, coke outlet and discharging the gas released as a result of peat pyrolysis, two horizontally oriented cylindrical gas burners installed inside the working chamber, each of which is mechanically coupled to one inclined metal plate, and annular chambers filled with coolant with inlet and outlet tubes, located one in each of the three sections of the working chamber, and in The outlet for supplying dry peat and the outlet for discharging the gas released as a result of pyrolysis of peat are made in the upper part of the upper section of the working chamber, the outlet for coke exit is made in the lower part of the lower section of the working chamber, one of the cylindrical gas burners and the inclined metal plate associated with it are located in the upper section of the working chamber, and the second cylindrical gas burner and the associated inclined metal plate in the middle section, while the inclined metal plates of the reactor are located They are one below the other and tilted in opposite directions.

Конструкция описанного выше реактора для быстрого пиролиза торфа отражена на следующих чертежах.The design of the above reactor for the rapid pyrolysis of peat is reflected in the following drawings.

На фиг.1 показан общий вид предложенного реактора для быстрого пиролиза торфа.Figure 1 shows a General view of the proposed reactor for the rapid pyrolysis of peat.

На фиг.2 показан вид сбоку верхней и средней секций предложенного реактора для быстрого пиролиза торфа.Figure 2 shows a side view of the upper and middle sections of the proposed reactor for the rapid pyrolysis of peat.

В основу конструкции реактора положена трехсекционная рабочая камера 1. Данная рабочая камера 1 в области двух своих верхних секций выполнена цилиндрической, а в области своей нижней секции - в форме усеченного конуса сужающегося к низу. В указанной рабочей камере 1 в верхней части ее верхней секции выполнены выводы для подачи сухого торфа 2 и отвода выделившегося в результате пиролиза газа 3, а в нижней части ее нижней секции - вывод для выхода кокса (отработанного продукта) 4. Внутри рабочей камеры 1 установлены две горизонтально ориентированные цилиндрические газовые горелки 5. Указанные газовые горелки 5 установлены так, что их ось примерно пересекает ось рабочей камеры 1. С каждой из цилиндрических газовых горелок 5 механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине 6. Для этого в каждой из цилиндрических газовых горелок в их центральной по длине зоне выполнена продольная проточка, в которую заключен нижний конец соответствующей наклонной металлической пластины 6 (см. фиг.1 и 2).The reactor design is based on a three-section working chamber 1. This working chamber 1 is cylindrical in the region of its two upper sections, and in the form of a truncated cone tapering to the bottom in the region of its lower section. In the specified working chamber 1, in the upper part of its upper section, conclusions are made for supplying dry peat 2 and for discharging the gas 3 released as a result of pyrolysis, and in the lower part of its lower section there is an outlet for the exit of coke (waste product) 4. Inside the working chamber 1 are installed two horizontally oriented cylindrical gas burners 5. These gas burners 5 are mounted so that their axis roughly intersects the axis of the working chamber 1. One inclined metal plate is mechanically coupled to each of the cylindrical gas burners 5 plate 6. For this, in each of the cylindrical gas burners in their central lengthwise zone, a longitudinal groove is made in which the lower end of the corresponding inclined metal plate 6 is enclosed (see FIGS. 1 and 2).

По периметру внутренней стенки рабочей камеры 1 в каждой из трех ее секций размещены кольцевые камеры 7, заполненные охлаждающей жидкостью, с подводящими 8 и отводящими 9 трубками, предназначенными, как следует из их названия, соответственно для подвода холодной охлаждающей жидкости и отвода нагретой охлаждающей жидкости.Along the perimeter of the inner wall of the working chamber 1, in each of its three sections there are annular chambers 7 filled with coolant, with inlet 8 and outlet 9 tubes, designed, as their name implies, to supply cold coolant and drain heated coolant, respectively.

Первая из двух цилиндрических газовых горелок 5 и сопряженная с ней соответствующая наклонная металлическая пластина 6 расположена в верхней секции рабочей камеры 1, а вторая цилиндрическая газовая горелка 5 и сопряженная с ней соответствующая наклонная металлическая пластина 6 - в средней секции рабочей камеры 1. Наклонные металлические пластины 6 размещены в рабочей камере так, что одна из них расположена под другой и наклонены они в противоположные стороны, как это показано на фиг.2.The first of the two cylindrical gas burners 5 and the corresponding inclined metal plate 6 conjugated thereto is located in the upper section of the working chamber 1, and the second cylindrical gas burner 5 and the corresponding inclined metal plate 6 conjugated to it in the middle section of the working chamber 1. Inclined metal plates 6 are placed in the working chamber so that one of them is located under the other and they are tilted in opposite directions, as shown in FIG.

Предложенный реактор быстрого пиролиза торфа работает следующим образом.The proposed reactor rapid pyrolysis of peat works as follows.

Исходный продукт - сухой торф с влажностью порядка 15% непрерывно подают в рабочую камеру 1 через выполненный в верхней части верхней секции рабочей камеры 1 вывод для подачи сухого торфа 2. В рабочей камере 1 частицы торфа под действием силы тяжести начинают падать вниз в направлении верхней из наклонных металлических пластин 6.The initial product — dry peat with a moisture content of about 15% — is continuously fed into the working chamber 1 through the outlet for supplying dry peat 2 made in the upper part of the upper section of the working chamber 2. In the working chamber 1, peat particles begin to fall downward in the direction of the upper inclined metal plates 6.

В каждой из секций рабочей камеры 1 посредством введенных в нее цилиндрических газовых горелок 5, к которым подводится газифицирующий агент, содержащий кислород, поддерживается температура порядка 650°С. Поэтому как только частицы торфа попадут в верхнюю секцию рабочей камеры 1 реактора, они вследствие высокотемпературного воздействия начнут разлагаться на составляющие, т.е. начнется пиролиз исходного продукта. При этом в первую очередь из них будут выделяться легкие органические газы, например, такие как метан CH₄, наиболее слабо привязанные к исходной молекуле торфа. Как только частицы торфа достигнут верхней из наклонных металлических пластин 6, то подогретый металл выступит в роли катализатора химической реакции разложения и скорость указанной реакции возрастет. Теперь от достигших наклонной металлической пластины 6 частиц торфа будут отделяться более тяжелые газы.In each of the sections of the working chamber 1, through a cylindrical gas burner 5 introduced into it, to which a gasifying agent containing oxygen is supplied, a temperature of about 650 ° C is maintained. Therefore, as soon as peat particles get into the upper section of the working chamber 1 of the reactor, they will begin to decompose into components, i.e. pyrolysis of the starting product will begin. In this case, first of all, light organic gases, for example, such as methane CH ₄ , which are most weakly attached to the initial peat molecule, will be emitted from them. As soon as the peat particles reach the upper of the inclined metal plates 6, the heated metal will act as a catalyst for the chemical decomposition reaction and the rate of this reaction will increase. Now, heavier gases will be separated from 6 peat particles that have reached the inclined metal plate.

После этого частицы торфа скатятся по верхней наклонной металлической пластине 6 и попадут в зону средней секции рабочей камеры 1. Учитывая, что к тому времени давление выделившихся из торфа газов в средней секции будет гораздо выше, чем в верхней секции, это еще несколько ускорит реакцию разложения торфа. Процесс разложения торфа еще дополнительно ускорится по попадании торфа на нижнюю наклонную металлическую пластину 6, которая подействует на торф как катализатор реакции. Таким образом по мере падения частиц торфа в более нижние зоны рабочей камеры, от них будут отделяться все более и более тяжелые газообразные составляющие, а частицы торфа на каждом этапе разложения будут постепенно скоксовываться. Частицы торфа проходят через всю рабочую камеру 1, т.е. находятся внутри реактора, примерно в течение 6 с. В том случае, если бы в данном случае был реализован более длительный процесс термического разложения торфа, то начался бы так называемый вторичный пиролиз торфа, в результате которого из последнего выделились бы нежелательные тяжелые составляющие, например газообразная основа серной кислоты H₂SO₄, а исходные частицы торфа настолько бы скоксовались, что конечный продукт был фактически непригоден для последующего промышленного использования.After this, peat particles slide down the upper inclined metal plate 6 and fall into the zone of the middle section of the working chamber 1. Considering that by that time the pressure of gases released from peat in the middle section will be much higher than in the upper section, this will somewhat accelerate the decomposition reaction peat. The process of peat decomposition will be further accelerated when peat enters the lower inclined metal plate 6, which acts on peat as a reaction catalyst. Thus, as peat particles fall into the lower zones of the working chamber, more and more heavy gaseous components will separate from them, and peat particles will gradually coke at each stage of decomposition. Peat particles pass through the entire working chamber 1, i.e. are inside the reactor for about 6 seconds. In that case, if in this case a longer process of thermal decomposition of peat were realized, the so-called secondary pyrolysis of peat would begin, as a result of which unwanted heavy components, for example, the gaseous base of sulfuric acid H ₂ SO ₄ , would be separated peat particles would be so caked that the final product was virtually unsuitable for subsequent industrial use.

Отработанные частицы торфа - кокс выводят из рабочей камеры 1 через выполненный в нижней части ее нижней секции вывод для выхода кокса 4. Кроме того, в результате пиролиза в теле рабочей камеры 1 выделяются горючие пиролизные газы, которые выводятся из рабочей камеры через выполненный в верхней части ее верхней секции вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза газа 3 и аккумулируются в специальной емкости для хранения газов (не показана). Как кокс, так и выделившийся в результате пиролиза газ являются ценными продуктами для последующего промышленного использования в качестве исходного энергоносителя.The spent particles of peat - coke are removed from the working chamber 1 through the outlet for coke 4 made in the lower part of its lower section. In addition, as a result of pyrolysis in the body of the working chamber 1, combustible pyrolysis gases are released, which are removed from the working chamber through the one made in the upper part its upper section leads to the discharge of gas 3 released as a result of pyrolysis and is accumulated in a special container for storing gases (not shown). Both coke and gas released as a result of pyrolysis are valuable products for subsequent industrial use as a source of energy.

Кроме того, в процессе пиролиза торфа содержащаяся в кольцевых камерах 7 охлаждающая жидкость нагревается примерно до 85-105°С, а следовательно, по существу также может рассматриваться в качестве полезного продукта пиролиза торфа и может эффективно использоваться в различных системах отопления. Указанная охлаждающая жидкость непрерывно подается из бака (не показан) в каждую из кольцевых камер 7 по подводящим трубкам 8. В процессе пиролиза торфа жидкость прогревается и выводится из кольцевой камеры 7 через соответствующие отводящие трубки 9, с которых она подается к тому или иному потребителю системы отопления (не показан).In addition, during the pyrolysis of peat, the coolant contained in the annular chambers 7 is heated to about 85-105 ° C, and therefore, essentially can also be considered as a useful product of peat pyrolysis and can be effectively used in various heating systems. The specified coolant is continuously supplied from the tank (not shown) to each of the annular chambers 7 through the supply pipes 8. During the pyrolysis of peat, the liquid is heated and discharged from the annular chamber 7 through the corresponding exhaust pipes 9, from which it is supplied to a particular consumer of the system heating (not shown).

Предложенное устройство благодаря описанным выше конструктивным особенностям позволяет обеспечить высокую пропускную способность при малых энергозатратах на осуществление процесса пиролиза торфа. Кроме того, благодаря своей простоте и технологичности оно может быть изготовлено на большинстве малых не оснащенных специальным сложным оборудованием производственных предприятий и практически реализовано большинством малых торфоперерабатывающих предприятий.The proposed device, due to the design features described above, allows for high throughput at low energy consumption for the implementation of the process of peat pyrolysis. In addition, due to its simplicity and manufacturability, it can be manufactured at most small industrial enterprises not equipped with special sophisticated equipment and practically implemented by most small peat processing enterprises.

Claims

Peat rapid pyrolysis reactor containing a three-section working chamber with leads for supplying dry peat, coke outlet and discharging the gas released as a result of peat pyrolysis, two horizontally oriented cylindrical gas burners installed inside the working chamber, each of which is mechanically coupled to one inclined metal plate, and annular chambers filled with coolant with inlet and outlet tubes located one in each of the three sections of the working chamber, and the output for dry peat supply and the outlet for discharging the gas released as a result of peat pyrolysis are made in the upper part of the upper section of the working chamber, the coke outlet is made in the lower part of the lower section of the working chamber, one of the cylindrical gas burners and the inclined metal plate associated with it are located in the upper sections of the working chamber, and the second cylindrical gas burner and the inclined metal plate associated with it are in the middle section, while the inclined metal plates of the reactor are located one below other and tilted in opposite directions.