Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА ПИРОЛИЗОМ ТВЕРДОГО УГЛЕСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к переработке углеродсодержащего сырья и может быть использовано для утилизации биомассы растительного, животного или технологического происхождения, а также для переработки торфа, сланцев и других углеродсодержащих продуктов с получением полезных продуктов и синтез-газа.

Известно, что при газификации углеродсодержащего сырья при определенных температурных условиях имеет место процесс частичного некаталитического окисления углеродсодержащего сырья с получением газообразного топлива, состоящего главным образом из смеси СО и Н₂ (синтез-газ) (см. Химическая энциклопедия, Москва, Большая российская энциклопедия, 1992, с.533-538).

Известно устройство для получения синтез-газа, в котором обработка углеродсодержащего сырья ведется при температуре, по меньшей мере, 1600°С в отсутствие воздуха с получением горючего газа, состоящего в основном из Н₂ и СО, негорючих и инертных газов, которые затем резко охлаждают до температуры 1200°С и пропускают через угольную насадку (см. пат. ЕР 0292987, кл. C10J 3/48, 30.11.1988).

Однако в данной установке не обеспечивается полная газификация, т.к. имеет место значительная доля угольного остатка и высокое количество несгоревших веществ. Кроме того, вследствие отсутствия защиты угольной насадки от засорения несгоревшими остатками угольной фракции могут иметь место аварийные остановки процесса газификации.

Известна также установка для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья, содержащая цилиндрический корпус с герметизированным реакционным пространством, загрузочный узел, расположенный в верхней части корпуса, камеры сжигания для подачи высокотемпературных газифицирующих агентов в реакционное пространство, коническую выпускную часть корпуса в виде плавильной камеры, оборудованную средством вывода продуктов газификации (см. патент RU № 2282788, кл. F23G 5/027, 27.08.2006).

Недостатком этого газификатора является низкая эффективность, обусловленная спеканием обрабатываемых отходов и малой поверхностью их взаимодействия с горячими газами (газифицирующих агентов), ограниченные возможности регулирования состава продуктов газификации при изменении теплотворности обрабатываемых отходов, невозможность управления свойствами расплава, в т.ч. его вязкостью, а также потребительскими характеристиками продуктов. Спекание обрабатываемых отходов резко снижает эффективность газификации.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья, содержащая бункер для сырья, шнек для подачи сырья, пиролизную камеру, камеру сгорания и коллектор отвода синтез-газа и шнек для транспортировки полукокса (см. патент RU № 2346026, кл. C10J 3/00, 10.02.2009).

Однако в ходе пиролиза образуются смолистые вещества и деготь. Кроме того, проведение пиролиза при температуре 500-700°С приводит к снижению производительности установки для получения синтез-газа.

Задачей, решаемой изобретением, является снижение образования кокса и подавление образование дегтя и других смолистых веществ.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение эффективности газификации углеродсодержащего сырья с увеличением выхода синтез-газа.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что установка для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья содержит бункер для сырья, шнек для подачи сырья, пиролизную камеру, камеру сгорания, коллектор отвода синтез-газа и шнек для транспортировки полукокса, при этом участок шнека для подачи сырья, размещенный в пиролизной камере, расположен в желобе и снабжен элементами для ворошения перемещаемого сырья, например лопатками, камера сгорания расположена за пиролизной камерой по ходу подачи сырья в пиролизной камере, и в ней размещен шнек для транспортировки полукокса, при этом к камере сгорания подключен вентилятор для подачи в зону горения камеры под колосниковую решетку воздуха, а над шнеком для подачи сырья в пиролизной камере выполнен канал для пропуска горячих дымовых газов из камеры сгорания над сырьем в направлении, противоположном направлению транспортировки сырья в пиролизной камере, и отвода из пиролизной камеры вместе с дымовыми газами синтез-газа, причем над пиролизной камерой выполнена сообщенная с пиролизной камерой осадительная камера для отделения от синтез- газа примесей твердых частиц и конденсации паровой фазы.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что путем интенсификации теплоподвода достигается возможность увеличить температуру в пиролизной камере до 1100°С. Этого удалось достигнуть за счет того, что участок шнека для подачи сырья, размещенный в пиролизной камере, расположен в желобе и снабжен элементами для ворошения перемещаемого сырья, например лопатками, камера сгорания расположена за пиролизной камерой по ходу подачи сырья в пиролизной камере и в ней размещен шнек для транспортировки полукокса, при этом к камере сгорания подключен вентилятор для подачи в зону горения камеры под колосниковую решетку воздуха. По существу пиролизную камеру объединили с камерой сгорания, что позволило горячие дымовые газы сразу подавать к перемещаемому шнеком углеродсодержащему сырью, которое находится в открытом сверху желобе, причем сырье постоянно перемешивается элементами ворошения, за счет чего резко интенсифицируется теплообмен между сырьем и горячими дымовыми газами. Кроме того, выполнение над шнеком для подачи сырья в пиролизной камере канала для пропуска горячих дымовых газов из камеры сгорания над сырьем в направлении, противоположном направлению транспортировки сырья в пиролизной камере, и отвода из пиролизной камеры вместе с дымовыми газами синтез-газа, в сочетании с тем, что над пиролизной камерой выполнена сообщенная с пиролизной камерой осадительная камера для отделения от синтез газа примесей твердых частиц и конденсации паровой фазы, позволяет провести разбавление синтез-газа инертным дымовым газом, что в свою очередь дает возможность, несмотря на снижение калорийности получаемого синтез-газа, подавить образование дегтя и смолистых веществ при сохранении калорийности получаемого синтез-газа на уровне 1800-2000 ккал/нм³. Как результат получаемый синтез-газ может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных установках и при производстве электроэнергии и в химической промышленности для последующих переделов.

На чертеже схематически представлен разрез установки для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья.

Установка для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья содержит бункер 1 для сырья, шнек 2 для подачи сырья, пиролизную камеру 3, камеру сгорания 4 и шнек 5 для транспортировки полукокса. Участок шнека 2 для подачи сырья, размещенный в пиролизной камере 3, расположен в желобе 6 и снабжен элементами (не показаны) для ворошения перемещаемого сырья, например лопатками. Камера сгорания 4 расположена за пиролизной камерой 3 по ходу подачи сырья в пиролизной камере 3, и в ней размещен шнек 5 для транспортировки полукокса. К камере сгорания 4 подключен вентилятор 7 для подачи в зону горения камеры сгорания 4 под колосниковую решетку 8 воздуха, а над шнеком 2 для подачи сырья в пиролизной камере 3 выполнен канал для пропуска горячих дымовых газов из камеры сгорания 4 над сырьем в направлении, противоположном направлению транспортировки сырья в пиролизной камере 3 и отвода из пиролизной камеры 3 вместе с дымовыми газами синтез-газа, причем над пиролизной камерой 3 выполнена сообщенная с пиролизной камерой 3 осадительная камера 9 для отделения от синтез - газа примесей твердых частиц и конденсации паровой фазы. Пиролизная камера 3 сообщена с осадительной камерой 9 коллектором 10 отвода синтез-газа.

Углеродсодержащее сырье подают шнеком 2 из бункера для сырья в пиролизную камеру 3, в которой производят пиролиз сырья с получением синтез-газа, причем в процессе транспортировки сырья шнеком 2 оно постоянно перемешивается элементами для ворошения, закрепленными на шнеке 2. Твердые продукты пиролиза шнеком 2 подаются на колосниковую решетку 8 в камере сгорания 4, в которую вентилятором 7 подают воздух, что позволяет утилизировать вредные твердые и жидкие примеси, в частности смолы и деготь, и обеспечивает равномерное выгорание последних. В камере сгорания 4 сжигают твердые и жидкие продукты пиролиза с получением горячих дымовых газов, которые поступают в пиролизную камеру 3, где они, протекая по каналу для пропуска горячих дымовых газов, омывают углеродсодержащее сырье, нагревая его до 1100°С и вызывая реакцию пиролиза. Одновременно дымовые газы смешиваются с образующимся в пиролизной камере 3 синтез-газом и полученная смесь поступает из пиролизной камеры 3 по коллектору 10 в осадительную камеру 9, где от поступившей смеси отделяют примеси твердых частиц и конденсируют паровую фазу с формированием окончательного состава синтез-газа, который и подают потребителю, а полученный после в камере сгорания 4 полукокс шнеком 5 транспортируют из камеры сгорания 4 на утилизацию.

Установка для получения синтез-газа пиролизом твердого углеродсодержащего сырья может найти применение в промышленной теплоэнергетике, производстве электроэнергии и химической промышленности при переработке углеродсодержащего сырья.