Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к области переработки органических веществ, в частности к технологии переработки древесных отходов, продуктов растениеводства, отходов пищевой промышленности, отходов животноводства и птицеводства.

Известен способ и установка для переработки органических веществ в газообразное и жидкое топливо, состоящий в измельчении органических веществ и нагреве без доступа воздуха сначала в камере сушки, а затем в камере пиролиза с переводом продуктов пиролиза в парогазовую фазу и последующей конденсацией части парогазовой фазы в жидкое топливо, см RU Патент №2265625, МПК7 C08J 11/00, F23G 5/027, F23G 7/00, 2005.

Недостатками данного способа являются значительные энергетические затраты на проведение процесса пиролиза в связи с тем, что процесс проводят в условиях взвешенного состояния органических частиц, что приводит к снижению эффективности теплообмена при нагреве сырья и необходимости увеличения теплового потока.

Известен способ переработки органосодержащего сырья путем пиролиза, включающий нагрев сырья до температуры его деструкции с последующим отводом образующихся парогазовой фракции и твердых компонентов для дальнейшей конденсации парогазовой фракции с образованием жидких продуктов и несконденсированного пиролизного газа, см. RU Патент №2352606, МПК C10G 1/02 (2006.01), 2009.

Недостатком известного способа являются использование атмосферного воздуха в качестве теплоносителя, что приводит к уменьшению выхода продуктов пиролиза, а следовательно, к снижению эффективности процесса.

Наиболее близким по технической сущности является способ термической переработки органосодержащего сырья, включающий конвективную сушку сырья при температуре 160-200°С разбавленным топочным газом, дозирование органосодержащего сырья в реактор пиролиза барабанного типа, термическое разложение при температуре 450-520°С и давлении 500-1000 Па с образованием парогазовой смеси и последующей конденсацией парогазовой смеси в жидкий продукт, в котором часть несконденсированной парогазовой смеси после предварительного подогрева до температуры 450-520°С подают в реактор пиролиза в количестве, обеспечивающем время пребывания продуктов пиролиза не более 2 с, при этом оставшуюся часть несконденсированного пиролизного газа направляют в генератор электрической энергии, а полученный жидкий продукт используют как жидкое органическое топливо,

см. RU Патент №2395559, МПК С10В 57/10 (2006.01), С10В 51/00 (2006.01), С10В 47/00 (2006.01), С10В 49/02 (2006.01), 2010.

Недостатком способа является его неэффективность вследствие того, что он не позволяет перерабатывать жидкий продукт пиролиза органосодержащего сырья в электрическую энергию.

Задачей изобретения является создание термического способа переработки органосодержащего сырья для выработки электрической энергии при использовании жидких и газообразных продуктов термического разложения сырья с высокой эффективностью при обеспечении автономности способа.

Техническая задача решается способом термической переработки органосодержащего сырья, включающим конвективную сушку сырья при температуре 160-200°С разбавленным топочным газом, дозирование органосодержащего сырья в реактор пиролиза барабанного типа с последующим термическим разложением при температуре 450-520°С и давлении в камере 500-1000 Па с образованием парогазовой смеси, которую подвергают конденсации и после которой получают жидкий продукт и несконденсированный пиролизный газ, в котором конденсацию парогазовой смеси осуществляют в распылительной, а затем насадочной колоннах охлажденной пиролизной жидкостью, после конденсации жидкий продукт газифицируют при температуре 1000-1200°С и давлении 100-300 кПа в присутствии кислорода в количестве 25-40 мас. %, полученный генераторный газ охлаждают и направляют с несконденсированным пиролизным газом в генератор электрической энергии.

Решение технической задачи позволяет создать более эффективный способ переработки органосодержащего сырья для выработки электрической энергии при использовании жидких и газообразных продуктов термического разложения, так как он позволяет не только осуществить способ, на реализацию которого затрачивается лишь 15% от количества получаемой электрической энергии, и дает возможность 85% энергии использовать для нужд народного хозяйства.

Представлена схема термической переработки органосодержащего сырья по заявляемому способу, см. Фиг. 1

Термическую переработку органосодержащего сырья осуществляют следующим образом.

Органическое сырье I, прошедшее соответствующую подготовку (очищенная от посторонних предметов, измельченная), загружают в сушильный бункер 1, где осуществляют конвективную сушку сырья разбавленным топочным газом при температуре 160-200°С, до влажности сырья 10%, затем с помощью дозатора 2 и шнековым питателем 3 подают в реактор пиролиза барабанного типа 4, где ведут термическое разложение органосодержащего сырья при температуре 450-520°С и давлении 500-1000 Па с образованием парогазовой смеси и угля. Уголь собирают в приемнике 5, затем его направляют в топку 6. Полученные топочные газы используют для нагревания реактора пиролиза 4 и газификатора 18, после чего их смешивают с воздухом до температуры 160-200°С при помощи вентилятора 7 и, пройдя через сушильный бункер 1 и обеспечив сушку сырья, выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу 23.

Парогазовую смесь II направляют в конденсатор, состоящий из распылительной колонны 8 и насадочной колонны 9, где в результате конденсации охлажденной пиролизной жидкостью, подаваемой насосом 11, при температуре 30-40°С, отделяют жидкий продукт IV, который собирают в приемной ванне 10, а затем подают в резервуар 12 для дальнейшего использования, несконденсированный пиролизный газ направляют на очистку в рукавных фильтрах 21.

Жидкий продукт из резервуара 12 через фильтры 13, при помощи насоса 24 нагнетают в форсунку газификатора 16. Жидкий продукт пиролиза газифицируют при температуре 1000-1200°С, и давлении 100-300 кПа в присутствии кислорода в количестве 25-40 мас. %. Для осуществления процесса газификации подают кислород в газификатор 18 из баллонов 14. Количество кислорода 25-40 мас. %, подаваемого на процесс газификации, дозируют автоматическими регуляторами соотношения 15, 17. Полученный генераторный газ V, имеющий температуру 1000-1200°С, направляют в теплообменник 19 для охлаждения. Нагретую воду в теплообменнике 19 используют для предварительного нагрева пиролизной жидкости в резервуаре 12 до температуры 60-70°С. Последующее охлаждение генераторного газа осуществляют в полом скруббере 20. Очистку генераторного газа ведут в рукавных фильтрах 21. После очистки генераторный газ и несконденсированный пиролизный газ подают в генератор электрической энергии 22.

Приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Способ осуществляют аналогично описанному выше.

В качестве органосодержащего сырья используют древесную щепу влажностью 55% и наибольшим размером 10 мм, которую подают в сушильный бункер, где осуществляют конвективную сушку сырья разбавленным топочным газом при температуре 160°С и далее подают в реактор пиролиза, с последующим термическим разложением при температуре 450°С и давлении в реакторе 500 Па с образованием парогазовой смеси, которую подвергают конденсации охлажденной пиролизной жидкостью при температуре охлаждения 30°С и после которой получают жидкий продукт и несконденсированный пиролизный газ. Затем жидкий продукт газифицируют при температуре 1000°С, давлении 100 кПа в присутствии кислорода в количестве 25 мас. %, полученный генераторный газ охлаждают и с несконденсированным пиролизным газом направляют в генератор электрической энергии. Из 1 тонны исходного древесного сырья выход жидких продуктов составляет 650 кг, угля 150 кг, несконденсированного пиролизного газа 200 кг. Газификация жидкого продукта пиролиза позволит получить 568 кг генераторного газа. Выработка электрической энергии из генераторного газа и несконденсированного пиролизного газа составит 820 кВт.

Пример 2

В качестве органосодержащего сырья используют древесную щепу влажностью 80% и наибольшим размером 12 мм, которую подают в сушильный бункер, где осуществляют конвективную сушку сырья разбавленным топочным газом при температуре 200°С и далее подают в реактор пиролиза, с последующим термическим разложением при температуре 520°С и давлении в реакторе 1000 Па с образованием парогазовой смеси, которую подвергают конденсации охлажденной пиролизной жидкостью при температуре охлаждения 40°С и после которой получают жидкий продукт и несконденсированный пиролизный газ. Затем жидкий продукт газифицируют при температуре 1200°С, давлении 300 кПа в присутствии кислорода в количестве 40 мас. %, полученный генераторный газ охлаждают и с несконденсированным пиролизным газом направляют в генератор электрической энергии. Из 1 тонны соломы выход жидких продуктов составляет 630 кг, угля 150 кг, несконденсированного пиролизного газа 220 кг. Газификация жидкого продукта пиролиза позволит получить 617 кг генераторного газа. Выработка электрической энергии из генераторного газа и несконденсированного пиролизного газа составит 900 кВт.

Пример 3

В качестве органосодержащего сырья используют солому влажностью 60% и наибольшим размером 15 мм, которую подают в сушильный бункер, где осуществляют конвективную сушку сырья разбавленным топочным газом при температуре 200°С и далее подают в реактор пиролиза, с последующим термическим разложением при температуре 500°С и давлении в реакторе 1000 Па с образованием парогазовой смеси, которую подвергают конденсации охлажденной пиролизной жидкостью при температуре охлаждения 30°С и после которой получают жидкий продукт и несконденсированный пиролизный газ. Затем жидкий продукт газифицируют при температуре 1200°С, давлении 300 кПа в присутствии кислорода в количестве 30 мас. %, полученный генераторный газ охлаждают и с несконденсированным пиролизным газом направляют в генератор электрической энергии. Из 1 тонны соломы выход жидких продуктов составляет 600 кг, угля 200 кг, неконденсированного пиролизного газа 200 кг. Газификация жидкого продукта пиролиза позволит получить 546 кг генераторного газа. Выработка электрической энергии из генераторного газа и несконденсированного пиролизного газа составит 790 кВт.

Для осуществления заявляемого способа термической переработки органосодержащего сырья достаточно 15% количества получаемой электрической энергии. Остальная часть электрической энергии может быть использована для других технологических и бытовых нужд. Тепловой баланс заявляемого способа термической переработки органосодержащего сырья показывает, что количество тепловой энергии, полученной сжиганием твердого продукта пиролиза угля достаточно для осуществления способа термической переработки органосодержащего сырья. Достаточное количество тепловой энергии для осуществления способа переработки и избыточное количество электрической энергии позволяет обеспечить автономность заявленного способа термической переработки органосодержащего сырья.

Таким образом, решение технической задачи позволяет создать по сравнению с прототипом более эффективный способ переработки органосодержащего сырья для выработки электрической энергии, так как он позволяет не только осуществить способ, на реализацию которого затрачивается лишь 15% от количества получаемой электрической энергии, и дает возможность 85% энергии использовать для нужд народного хозяйства.