Результат интеллектуальной деятельности: ПИРОЛИЗНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к области конструкций пиролизных установок, перерабатывающих отходы возобновляемого углеводородного сырья, в частности в виде древесной щепы, способом термического разложения и последующего применения получающихся продуктов.

Установка может быть использована для выработки высокотехнологичных пиролизных продуктов для нужд нефтехимии в качестве исходного сырья.

Прототипом является пиролизная установка, содержащая блок измельчения древесины, камеру сушки, генератор термического разложения древесной щепы (см. описание к патенту РФ 2346023).

Недостатки известной установки:

1. Конструкция установки не позволяет получать качественный продукт в виде пиролизного газа как исходного сырья для нефтехимии.

2. Удаляемый из древесины при сушке водяной пар и генераторный газ не используются как технологические продукты для конечного получения пиролизного газа для нефтехимии.

Задачей изобретения является разработка конструкции пиролизной установки, в которой устранены недостатки прототипа.

Техническим результатом является получение пиролизного газа для нефтехимии путем термической переработки древесины с использованием промежуточных продуктов генераторного газа и водяного пара.

Технический достигается за счет технического исполнения заявляемой конструкции пиролизной установки, содержащей технологически соединенные между собой блок измельчения древесины, камеру сушки, генератор термического разложения древесной щепы, согласно настоящему изобретению, дополнительно имеются технологически соединенные: первичный нагреватель бензин-сырья, соединенный с камерой сушки, вторичный нагреватель бензин-сырья, соединенный с первичным нагревателем бензин-сырья и с генератором термического разложения древесной щепы, генератор водяного пара разбавления, соединенный с первичным и с вторичным нагревателями бензин-сырья, блок испарения бензин-сырья, соединенный с генератором термического разложения древесной щепы, с генератором водяного пара разбавления, с вторичным нагревателем бензин-сырья, блок перегрева смеси паров бензин-сырья, водяного пара разбавления и генераторного газа, соединенный с блоком испарения бензин-сырья, закалочно-испарительный аппарат, соединенный с камерой сушки, с блоком перегрева смеси паров бензин-сырья, водяного пара разбавления и генераторного газа, дымосос, дутьевой вентилятор, воздухонагреватель, соединенные между собой, и соединенные с камерой сушки, с генератором термического разложения древесной щепы, с первичным и с вторичным нагревателями бензин-сырья, с генератором водяного пара разбавления, с блоком испарения бензин-сырья, с блоком перегрева смеси паров бензин-сырья, водяного пара разбавления и генераторного газа и применения дополнительного углеводородного компонента в виде бензин-сырья, смешиваемого с водяным паром сушки древесины и с генераторным газом при использовании для подогрева бензин-сырья теплоты продуктов пиролиза древесины, последующего нагрева смеси и стабилизации получаемого состава пиролизного газа.

Схема установки показана на фиг. 1, на которой обозначены следующие элементы, узлы и потоки веществ:

1 - загружаемая древесина,

2 - блок измельчения древесины,

3 - древесная щепа,

4 - камера сушки,

5 - топливный газ,

6 - водяной пар сушки,

7 - бензин-сырье,

8 - первичный нагреватель бензин-сырья,

9 - конденсат водяного пара сушки,

10 - нагретое до 75°С бензин-сырье,

11 - водяной конденсатный насос с давлением 14 кгс/см²,

12 - обезвоженная древесная щепа,

13 - генератор термического разложения древесной щепы,

14 - генераторный газ,

15 - углеподобный остаток,

16 - вторичный нагреватель бензин-сырья,

17 - нагретое до 125°С бензин-сырье,

18 - конденсат генераторного газа,

19 - газовая фаза генераторного газа,

20 - нагнетатель газовой фазы генераторного газа,

21 - сжатая до давления 14 кгс/см² газовая фаза генераторного газа,

22 - блок испарения бензин-сырья,

23 - зола,

24 - генератор водяного пара разбавления,

25 - продукты сгорания конденсата генераторного газа и топливного газа,

26 - водяной пар разбавления с давлением 14 кгс/см² и с температурой 180°С,

27 - парогазовая смесь паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара разбавления при температуре 200°С,

28 - блок перегрева смеси паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара разбавления,

29 - перегретая до температуры 860°С смесь паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара разбавления,

30 - закалочно-испарительный аппарат,

31 - питательная котловая вода с температурой 230°С и давлением 140 кгс/см²,

32 - технологический водяной пар с температурой 325°С и с давлением 120 кгс/см²,

33 - редукционный клапан,

34 - питательный насос,

35 - пиролизный газ с температурой 400°С состава: метан СН₄, этилен С₂Н₄, этан С₂Н₆, пропилен С₃Н₆, пропан С₃Н₈, бутилен С₄Н₈,

36 - дымосос,

37 - дутьевой вентилятор,

38 - воздухонагреватель,

39 - нагретый воздух,

40 - дымовые газы в атмосферу,

41 - пылеугольная горелка,

42 - газовая горелка,

43 - комбинированная горелка,

44 - углеразмольная мельница,

45 - продукты сгорания топливного газа,

46 - генераторный конденсатный насос,

47 - смеситель,

48 - водяной конденсат дымовых газов.

Взаимодействие и назначение элементов заявляемой пиролизной установки и получаемых продуктов следующее.

Загружаемая древесина 1 служит для получения необходимых газообразных и твердых компонентов, используемых при выработке конечного продукта - пиролизного газа как сырья для нефтехимии.

Древесина 1 подается транспортером (на фиг. 1 условно не показан) в блок измельчения 2, работающего по принципу скалывания, фрезерования и строгания.

Блок измельчения 2 предназначен для дробления древесины до размера кусков, пригодных к использованию для термохимической переработки.

Из блока измельчения 2 однородная по размерам древесная щепа 3 подается в камеру 4 сушки, которая служит для обезвоживания щепы путем нагрева до 200°С без доступа воздуха за счет теплоты сжигаемого в горелке 42 топливного природного газа 5 при пуске установки в работу, или в рабочем режиме - за счет теплоты технологического водяного пара 32, отбираемого через редукционный клапан 33 и подаваемого в теплообменную поверхность (на фиг. 1 условно не показана) камеры сушки 4.

На выходе из камеры 4 сушки имеется вентилятор (на фиг. 1 вентилятор условно не показан) для отсасывания водяного пара, образующегося при сушке, и подачи его в нагреватель 8.

Бензин-сырье 7, представляющее собой прямогонный бензин, подается насосом под давлением 14 кгс/см² из внешней емкости (на фиг. 1 насос и емкость условно не показаны) в первичный нагреватель 8.

Бензин-сырье 7 служит для получения необходимых углеводородных компонентов, добавляемых совместно с водяным паром сушки 6 в газовую фазу 19 генераторного газа при выработке кондиционного конечного продукта - пиролизного газа 35, являющегося нефтехимическим сырьем.

Наличие и переработка добавочного продукта - бензин-сырья 7 совместно с газовой фазой 19 генераторного газа и с водяным паром сушки 6 обеспечивает, по сравнению с известной установкой, положительный технический эффект получения пиролизного газа 35.

Первичный нагреватель 8 служит для нагрева дополнительно подаваемого бензин-сырья 7 за счет теплоты отводимого с помощью вентилятора (на фиг. 1 вентилятор условно не показан) из камеры сушки 4 водяного пара 6 с температурой 200°С, использование теплоты которого дает положительный технический эффект по сравнению с известной установкой.

На этой стадии происходит начало процесса вовлечения низко потенциальной теплоты и химического состава продуктов термического разложения щепы 3 в высокопотенциальный уровень тепловой энергии работы заявляемой установки и в высококачественный пиролизный газ 35 для нефтехимии.

Насос 11 служит для подачи конденсата 9 водяного пара сушки и водяного конденсата 48 дымовых газов под давлением 14 кгс/см² в генератор 24 водяного пара разбавления.

Генератор 13 служит для термического разложения подаваемой транспортером (на фиг. 1 транспортер условно не показан) из камеры сушки 4 обезвоженной древесной щепы 12 путем нагрева за счет подвода теплоты от сжигаемого в газовой горелке 42 (на фиг. 1 все газовые горелки обозначены одинаковым номером позиции) топливного газа 5.

Необходимый для горения топливного газа 5 в горелке 42 воздух 39 подается дутьевым вентилятором 37 через воздухонагреватель 38, в котором он нагревается за счет отвода тепла от дымовых газов.

При этом в заявляемой установке, по сравнению с известной установкой, достигается положительный технический эффект использования промежуточных продуктов термического разложения древесины, в частности утилизации тепла дымовых газов.

В генераторе 13 щепа 12 нагревается мгновенно (со скоростью около 10⁴ град/сек) без доступа воздуха до температуры 680°С и образуются два продукта: генераторный газ 14 состава: водород, метан, окись углерода, углекислый газ и углеподобный остаток 15 с низшей теплотой сгорания около 7000 ккал/кг.

Вторичный нагреватель 16 служит для нагрева бензин-сырья до температуры 125°С за счет теплоты, получаемой при пусковых режимах от сжигания топливного газа 5 в газовой горелке 42 (на фиг. 1 позиции газовых горелок в нагревательных узлах имеют одинаковые номера).

В рабочем режиме нагрев бензин-сырья во вторичном нагревателе 16 осуществляется за счет теплоты отсасываемого из генератора 13 с помощью газодувки (на фиг. 1 газодувка условно не показана) генераторного газа 14 с температурой 450°С.

Во вторичном нагревателе 16 нагреваемое бензин-сырье 10, генераторный газ 14 и продукты сгорания 45 (на фиг. 1 номер позиции продуктов сгорания одинаковый для всех горелок) разделены между собой теплообменными поверхностями.

Генераторный газ 14 во вторичном нагревателе 16 за счет отдачи теплоты бензин-сырью разделяется на конденсат 18 и газовую фазу 19.

Конденсат 18 подается конденсатным насосом 46 в комбинированную горелку 43 для сжигания в генераторе 24.

Газовая фаза 19 нагнетателем 20 под давлением 14 кгс/см² подается в смеситель 47, в который также из вторичного нагревателя 16 поступает нагретое до 125°С бензин-сырье 17.

Образующийся в генераторе 13 углеподобный остаток 15 подается транспортером (на фиг. 1 транспортер условно не показан) в углеразмольную мельницу 44 и после размалывания транспортируется для сжигания с помощью пылеугольной горелки 41 в блок 22 испарения бензин-сырья.

Получаемое от сжигания углеподобного остатка 15 тепло для работы блока 22 испарения обеспечивает положительный технический эффект заявляемой установки по сравнению с известной.

Генератор 24 служит для перегрева водяного пара сушки 6 за счет теплоты сжигаемого в горелке 43 при пусковых режимах топливного газа 5, а при рабочих режимах - конденсата 18.

Продукты сгорания 25 из генератора 24, а также продукты сгорания 45 из других топливо сжигающих блоков, отсасываются дымососом 36 через воздухонагреватель 38 и после очистки (на фиг. 1 очистное устройство условно не показано) выбрасываются в атмосферу в виде очищенных дымовых газов 40.

Получаемый в генераторе 24 водяной пар 26 добавляется после смесителя 47 в двухфазную систему из бензин-сырья 17 и генераторной газовой фазы 21 перед подачей их в блок испарения 22.

Блок 22 служит для испарения бензин-сырья за счет теплоты, выделяющейся при сжигании в горелке 42 (на фиг. 1 газовые горелки обозначены одинаковым номером) топливного газа 5 при пусковых режимах, а при рабочих режимах - за счет теплоты от сжигания в пылеугольной горелке 41 углеподобного остатка 15.

Образующая при горении углеподобного остатка 15 зола 23 удаляется из блока 22 через затвор (на фиг. 1 затвор условно не показан).

Получаемая в блоке 22 нагретая до 200°С парогазовая смесь 27 паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара разбавления поступает в блок 28 перегрева, который служит для быстрого подвода теплоты от сжигаемого с помощью газовой горелки 42 (на фиг. 1 обозначения номеров позиций газовых горелок одинаковые) топливного газа 5.

На фиг. 1 для блока 28 условно показана одна горелка с подовым расположением. При практической реализации технического решения заявляемой конструкции пиролизной установки для блока 28 расположение горелок двухстороннее панельное стеновое с их большим числом.

При таком подводе теплоты путем теплового излучения внутри жаропрочных радиантных труб при 860°С происходит мгновенный разрыв всех межмолекулярных связей углеводородных компонентов паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара с образованием свободных радикалов и новых структурных молекулярных компонентов, характерных для пиролизного газа, используемого в качестве кондиционного исходного сырья для нефтехимии и достигается положительный технический эффект по сравнению с известной установкой.

Перегретая до температуры 860°С многокомпонентная смесь 29 из продуктов термохимического разложения паров бензин-сырья, генераторного газа и водяного пара разбавления поступает в закалочно-испарительный аппарат 30, который служит для быстрого охлаждения поступившей смеси с новыми структурными молекулярными компонентами.

В закалочно-испарительном аппарате 30 в результате быстрого охлаждения высокотемпературной смеси с 860°С до 400°С и образуется высококачественный пиролизный газ 35 состава: метан СН₄, этилен С₂Н₄, этан С₂Н₆, пропилен С₃Н₆, пропан С₃Н₈, бутилен С₄Н₈. Такой состав используется в нефтехимии.

Технически быстрое охлаждение смеси углеводородных компонентов с 860°С до 400°С происходит за счет подачи питательной котловой воды 31 с температурой 230°С и давлением 140 кгс/см² в межтрубное пространство закалочно-испарительного аппарата с помощью насоса 34.

Образующийся технологический водяной пар 32 с температурой 325°С и с давлением 120 кгс/см² идет на нужды нефтехимического производства. Часть этого пара через редукционный клапан 33 поступает в камеру сушки 4, после которой циркуляционным насосом (на фиг. 1 циркуляционный насос условно не показан) через регулирующий вентиль (на фиг. 1 позицией условно не показан) подается для смешивания на вход питательной котловой воды 31.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Производится загрузка древесины 1 в блок 2, ее измельчение и транспортировка в камеру сушки 4.

После заполнения камеры сушки 4 измельченной древесиной дымососом 36 создается разрежение в топочных объемах камеры сушки 4, генератора 13, вторичного нагревателя 16, генератора 24, блока 22, блока 28.

Дутьевым вентилятором 37 подается воздух и топливный газ 5 в горелки камеры сушки 4, генератора 13, вторичного нагревателя 16, генератора 24, блока 22, блока 28 и производится по джиг топливного газа электрозапальными устройствами (на фиг. 1 условно не показаны).

На выходе из камеры 4 сушки включается отсасывающий вентилятор (на фиг. 1 условно не показан) и производится отсос водяного пара 6 в первичный нагреватель 8, в трубное пространство которого насосом через редукционный клапан (на фиг. 1 насос и редукционный клапан условно не показаны) подается бензин-сырье 7.

После первичного нагревателя 8 нагретое бензин-сырье 10 поступает во вторичный нагреватель 16, в котором нагревается до 125°С за счет теплоты сжигаемого в газовой горелке топливного газа 5 при пусковых режимах.

Обезвоженная древесная щепа 12 подается через герметичный затвор (на фиг. 1 условно не показан) в генератор 13, в котором происходит ее термохимическое разложение за счет подвода теплоты сжигаемого топливного газа 5.

Продукты сгорания 45 (на фиг. 1 обозначены одинаковым номером позиции) топливного газа в камере 4 и в генераторе 13 контактируют с древесной щепой через теплопередающую стенку, а их отсос дымососом 36 производится через общий дымоход и через воздухонагреватель 38.

Образующийся в воздухонагревателе 38 в результате охлаждения дымовых газов воздухом, нагнетаемым вентилятором 37, водяной конденсат отсасывается насосом 11 и вместе с конденсатом 9 водяного пара сушки подается через фильтр (на фиг. 1 фильтр условно не показан) в генератор 24 для высокотемпературного нагрева с помощью теплоты от сжигаемого топливного газа 5 в комбинированной горелке 43.

Из генератора 13 нагретый генераторный газ 14 отсасывается газодувкой (на фиг. 1 газодувка условно не показана) во вторичный нагреватель 16, в котором после отдачи теплоты бензин-сырью 17, часть его конденсируется и с помощью насоса 46 подается в генератор 24 для сжигания при помощи комбинированной горелки 43.

Нагнетателем 20 газовая фаза 21 подается под давлением в смеситель 47, в который из вторичного нагревателя 16 подается нагретое до 125°С бензин-сырье.

Смесь паров бензин-сырья и генераторного газа, после подачи в нее водяного пара 26, поступает в блок 22, в котором происходит испарение бензин-сырья за счет подвода тепла от сжигаемого топлива: на пусковых режимах - топливного газа 5, на рабочих - углеподобного остатка 15 после углеразмольной мельницы 44.

Образующаяся на выходе из блока 22 парогазовая смесь 27, нагретая до 200°С, поступает блок 28, в котором происходит ее высокотемпературный перегрев при 860°С с разрывом межмолекулярных связей и деструктуризацией молекул.

Из блока 28 нагретая смесь 29 из получившихся газовых компонентов поступает в закалочно-испарительных аппарат 30, в котором за счет ее быстрого охлаждения происходит стабилизация, так называемая закалка, с соотношением образовавшихся компонентов в виде пиролизного газа 35 и с составом: метан СН₄, этилен С₂Н₄, этан С₂Н₆, пропилен С₃Н₆, пропан С₃Н₈, бутилен С₄Н₈.