Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

Изобретение относится к лесоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для производства древесного угля.

Известен способ пиролизной переработки биомассы с получением высококалорийных газообразного и жидкого топлив и углеродных материалов, в котором исходную биомассу гранулируют, гранулированную биомассу подают в газоплотные шлюзовые затворы с регулируемой подачей из них биомассы в одну или несколько непрерывно действующих вертикальных металлических реторт, заключенных в общую теплоизоляционную оболочку, в которых биомасса гравитационно движется сверху вниз, с возможностью выхода пиролизных газов в нижней части реторт, теплоту, необходимую для процесса пиролиза, передают биомассе через стенки реторт от продуктов сгорания пиролизного топлива, движущихся снизу вверх по каналам обогрева реторт, в котором каналы обогрева реторт образованы соседними стенками реторт и стенками реторт и теплоизоляционной оболочкой, причем пиролизные газы, движущиеся внутри реторт сверху вниз, фильтруют через слой горячего угольного остатка в нижних частях реторт и затем выводят из реторт через каналы, по которым пиролизные газы направляют на конденсацию не разложившихся в процессе фильтрации конденсирующихся веществ пиролиза и охлаждение неконденсирующихся пиролизных газов, а охлажденные неконденсирующиеся пиролизные газы направляют на охлаждение угольного остатка, при этом поперечное сечение реторт выполняют прямоугольным с соотношением ширины к длине 1:5÷15, причем ширину выполняют размером не менее 8÷42 эквивалентных диаметров гранул биомассы, а управление соотношением газообразного и жидкого топлив осуществляют изменением температуры продуктов сгорания на входе в каналы обогрева, см. RU Патент №2380395, МПК8 С10В 47/30 (2006.01), С10В 53/00 (2006.01), 2010.

Недостатком известной установки для осуществления указанного способа является низкая эффективность процесса пиролиза, обусловленная охлаждением пиролизных газов только атмосферным воздухом, в результате чего большая часть тепловой энергии выбрасывается в дымовую трубу.

Известна установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту непрерывного действия, топку, разделительный аппарат, средство для выгрузки, при этом между вертикальной ретортой и разделительным аппаратом установлен водогазовый эжектор с промежуточными соплами, соединенный всасывающим трубопроводом с вертикальной ретортой, подающим трубопроводом с разделительным аппаратом, а внутри вертикальной реторты под верхней и нижней коническими воронками установлены сегменты подвижных колосников, выполненные с возможностью перемещения от центра конических воронок к их краям, причем разделительный аппарат соединен нижней частью с отстойником для сбора водного раствора жидких продуктов пиролиза, а верхней частью - с емкостью для накопления неконденсируемого газа, а средство для выгрузки выполнено в виде дозирующего выгружателя готового продукта, см. RU Патент №88669 U1, МПК8 С10В 1/04, 2009.

Недостатком установки является низкая эффективность процесса пиролиза из-за больших энергетических потерь, связанных с неполным использованием теплосодержания топочных газов, образующихся в топке.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту, оснащенную дозирующими загружателем технологического сырья и выгружателем угля, реторта имеет зону сушки, пиролиза, охлаждения, и зону накопления, последняя снабжена патрубками подвода и отвода воздуха, зоны сушки и охлаждения связаны между собой через конденсатор, зоны пиролиза и охлаждения сообщены между собой тепловой трубой, зона сушки снабжена патрубками подачи топочных газов, зона пиролиза оснащена патрубком вывода пиролизных газов через трубопровод в эжектор, который соединен с разделительным аппаратом, имеющим зону накопления жижки, оборудованную насосом для циркуляции жижки, а разделительный аппарат снабжен патрубком для вывода несконденсировавшейся парогазовой смеси и регулятором температуры жижки, установка также имеет рекуперативный теплообменник, воздуходувку, дымосос, дымовую трубу, регулятор температуры топочных газов, подаваемых в зону сушки, а также топку с патрубком вывода топочных газов и эжекционный смеситель неконденсирующихся газов и воздуха, а зоны сушки, пиролиза, активирования, охлаждения и накопления изолированы между собой барабанными питателями, см. RU Патент №2468061, МПК8 С10В 1/04 (2006.01), С10В 47/30 (2006.01), С10В 53/00 (2006.01), С10В 53/02 (2006.01), 2012.

Недостатком установки является недостаточное качество древесного угля, который имеет низкую поглотительную способность с 100÷150 м²/г и не пригоден для применения в качестве адсорбента (поглотительная способность обычно составляет 600 м²/г), кроме того, в вертикальной реторте происходит образование сводов транспортируемого сырья и на охлаждающих поверхностях происходит адгезия смол жижки.

Задачей изобретения является повышение качества древесного угля за счет повышения сорбционной активности, а также надежности работы установки.

Техническая задача решается тем, что установка для производства древесного угля, содержащая вертикальную реторту, оснащенную дозирующим загружателем технологического сырья и выгружателем угля, которая имеет зоны сушки, пиролиза, охлаждения и зону накопления, последняя снабжена патрубками подвода и отвода воздуха, зоны сушки и охлаждения связаны между собой через конденсатор, зоны пиролиза и охлаждения сообщены между собой тепловой трубой, зона сушки снабжена патрубком подачи топочных газов, зона пиролиза оснащена патрубком вывода пиролизных газов через трубопровод в эжектор, который соединен с разделительным аппаратом, имеющим зону накопления жижки, оборудованную насосом для ее циркуляции, разделительный аппарат снабжен патрубком для вывода несконденсировавшейся парогазовой смеси и регулятором температуры жижки, установка также имеет рекуперативный теплообменник, воздуходувку, дымосос, дымовую трубу, регулятор температуры топочных газов, подаваемых в зону сушки, а также топку с патрубком вывода топочных газов и эжекционный смеситель неконденсирующихся газов и воздуха, в которой реторта дополнительно снабжена зоной накопления перерабатываемого сырья, которая расположена над зоной сушки, между зонами пиролиза и охлаждения реторта дополнительно имеет зону активирования древесного угля с патрубком ввода перегретого пара и патрубком вывода образующейся парогазовой смеси и регулятором состава парогазовой смеси, при этом зоны накопления перерабатываемого сырья, сушки, пиролиза, активирования, охлаждения и накопления древесного угля изолированы между собой шиберными заслонками, между патрубком подачи топочных газов в зону сушки и патрубком вывода топочных газов установлен парогенератор с дополнительными патрубками для воды и перегретого пара, установка дополнительно имеет эжекционный насос с барометрическим конденсатором, который соединен с разделительным аппаратом через патрубок вывода неконденсирующихся газов из зоны накопления жижки, барометрический конденсатор соединен с насадочным абсорбером через насос рециркуляции, при этом насадочный абсорбер снабжен патрубком ввода циркулирующего абсорбента и патрубком вывода отработанного топочного газа.

Решение технической задачи позволяет повысить качество древесного угля за счет повышения сорбционной активности, а также надежность установки для его производства.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на Фиг. 1 показана схема установки для производства древесного угля.

Установка для производства древесного угля включает вертикальную реторту непрерывного действия 1, которая имеет зону накопления перерабатываемого сырья 2, зону сушки 3, с патрубками вывода 4 и ввода 5 теплоносителя, зону пиролиза 6, зону активирования древесного угля 7, зону охлаждения 8, зону накопления древесного угля 9 с патрубками подвода 10 и отвода воздуха 11. Установка также имеет дозирующий загружатель сырья 12, выгружатель угля 13, при этом зона сушки 3 через зону накопления перерабатываемого сырья 2 связана с зоной охлаждения 8 через конденсатор 14, зона сушки 3 снабжена патрубком подачи топочных газов 15. Зоны пиролиза 6 и охлаждения 8 сообщены между собой тепловой трубой 16. Зона пиролиза 6 оснащена патрубком вывода пиролизных газов 17 и соединена через трубопровод с эжектором 18. Эжектор соединен с разделительным аппаратом 19 и имеет зону накопления жижки 20, которая оборудована насосом для циркуляции жижки 21, а разделительный аппарат 19 снабжен патрубком для вывода несконденсирующейся парогазовой смеси 22 и регулятором температуры жижки 23. Установка имеет также рекуперативный теплообменник 24, воздуходувку 25, дымосос 26, дымовую трубу 27, регулятор температуры топочных газов 28, топку 29, которая имеет патрубок вывода топочных газов 30, и эжекционный смеситель неконденсирующихся газов и воздуха 31. Реторта 1 имеет зону активирования древесного угля 7, которая снабжена патрубком ввода перегретого пара 32, патрубком вывода образующейся парогазовой смеси 33 и регулятором состава парогазовой смеси 34, при этом зоны накопления перерабатываемого сырья 2, сушки 3, пиролиза 6, активирования 7, охлаждения 8 и накопления древесного угля 9 изолированы между собой шиберными заслонками 35, 36, 37, 38, 39. Установка дополнительно имеет парогенератор 44 с патрубками ввода 40 и вывода топочных газов 41, патрубком воды 42 и патрубком перегретого пара 43. Эжекционный насос 45 сообщается с барометрическим конденсатором 46, последний соединен через насос рециркуляции абсорбента 47 с насадочным абсорбером 48. Насадочный абсорбер снабжен патрубком ввода отработанного топочного газа 49, патрубком вывода циркулирующего абсорбента 50 и патрубком ввода воды для орошения 51. Барометрический конденсатор снабжен патрубком ввода хладагента 52 и патрубком вывода неконденсирующихся газов 53. Топка 29 имеет вентиль 54 для подачи природного газа.

Установка для производства древесного угля работает следующим образом. В вертикальную реторту 1 через дозирующий загружатель 12 в зону накопления перерабатываемого сырья 2 подают технологическое сырье (измельченные древесные отходы). После загрузки открывается шиберная заслонка 35 и содержимое подается в зону сушки 3, где оно сушится и прогревается до 250°С, за счет подачи топочных газов через патрубок 15. Затем через патрубок 42 в парогенератор 44 подают воду, а содержимое зоны сушки 3 при открытии заслонки 36 переходит в зону пиролиза 6, где за счет тепловой трубы 16 технологическая щепа в нижней части пиролизной зоны прогревается до 350°С (до начала экзотермической реакции) и начинается пиролиз с выделением пиролизных газов, которые через патрубок 17 поступают через трубопровод в эжектор 18. Температура сырья в зоне пиролиза возрастает до 500°С за счет тепла, выделяющегося в процессе экзотермических реакций. В зоне пиролиза 6 происходит выделение пиролизных газов и образование угля.

Для отвода образовавшихся пиролизных газов из зоны пиролиза 6 в разделительный аппарат 19 используют жижку, которую, предварительно охлаждают до 100°С, и нагнетают насосом для циркуляции жижки 21 в эжектор 18 из зоны накопления жижки 20. Разделительный аппарат снабжен патрубком для вывода несконденсировавшейся парогазовой смеси 22 и регулятором температуры жижки 23 путем подачи воды через патрубок 55. Избыток жижки из разделительного аппарата 19 переливается через патрубок 56 в резервуар 57, в котором собирается жижка, представляющаяся собой смесь только высококипящих компонентов с температурой кипения более 100°С. Несконденсировавшиеся парогазовые смеси отводят эжекционным насосом 45 и вторично сепарируют в барометрическом конденсаторе 46 на газы и конденсат, состоящий, в основном, из низкокипящих компонентов и воды.

Из барометрического конденсатора 46 неконденсирующиеся газы отводятся через патрубок вывода 53 эжекционным смесителем 31 в топку 29, а конденсат поступает в холодильник-сепаратор 58, где сепарируется на низкокипящие компоненты и воду. Вода, пропущенная через фильтрующий элемент 59 из патрубка 60, насосом 61 подается в насадочный абсорбер 48. Смесь низкокипящих компонентов собирается в сборнике 62.

Образовавшийся в зоне пиролиза 6 уголь через шиберную заслонку 37 поступает в зону активирования 7, снабженную регулятором состава парогазовой смеси 34. При активировании древесного угля перегретым паром начинается его газификация, поэтому при превышении концентрации окиси углерода или метана выше заданных предельных значений регулятором 34 прекращается подача окислителя - пара, и процесс активирования завершается. Древесный уголь поступает в зону охлаждения 8, где охлаждается до 150°С за счет отдачи тепла отработанным топочным газам, поступающим из конденсатора 14 и тепловой трубе 16, которая, в свою очередь, дополнительно нагревает технологическое сырье в зоне пиролиза 6.

Топочные газы, проходя через зону охлаждения 8, нагреваются до 400°С и направляются в рекуперативный теплообменник 24, где охлаждаются до 150°С. Часть охлажденных газов направляется дымососом 26 в дымовую трубу 27, через насадочный абсорбер 48, другая часть поступает на рециркуляцию в зону сушки 3.

Из зоны охлаждения 8 через шиберную заслонку 39 уголь попадает в зону накопления 9, где дополнительно охлаждается за счет отдачи тепла воздуху, подаваемому через патрубки подвода 10 и отвода воздуха 11 в рекуперативный теплообменник 24 воздуходувкой 63. Воздух в рекуперативном теплообменнике прогревается до 350°С и воздуходувкой 25 нагнетается в топку 29. Уголь непрерывно выгружается через дозирующий выгружатель 13.

Передача продукта из одной зоны в другую с помощью шиберных заслонок 35, 36, 37, 38, 39 исключает возможность образования сводов в вертикальной реторте и повышает, тем самым, надежность работы установки.

Для первоначального запуска установки через вентиль 54 в топку 29 подают природный газ. С началом подачи пирогазов из разделительного аппарата 19 в установку подачу природного газа через вентиль 54 прекращают.

После зоны активирования 7 возрастает свободная поверхность древесного угля с 100÷150 м²/г (в прототипе), до 600÷900 м²/г, соответственно, в такой же пропорции возрастает сорбционная активность готового продукта.

Объемное охлаждение жижки за счет вакуумирования и орошения водой позволяет легко поддерживать требуемую температуру эжектирующей жижки, подаваемой насосом 21, и сепарировать паровую фазу пирогазов на смесь высококипящих и низкокипящих компонентов.

Заявляемая установка для производства древесного угля по сравнению с прототипом позволяет повысить: качество древесного угля за счет повышения сорбционной активности, а также надежность организации процесса переработки измельченных древесных отходов и эффективность работы установки за счет использования энергии топочных газов для активирования древесного угля и сепарации жижки на обезвоженные смеси высококипящих и низкокипящих компонентов. Предварительная сепарация жижки на обезвоженные смеси высококипящих и низкокипящих компонентов позволяет сократить затраты на последующую переработку жижки с целью извлечения из нее уксусной кислоты, березового дегтя, растворимых и нерастворимых кислот, жидких горючих веществ более высокой калорийности.