Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ПИРОЛИЗНОЙ ЖИДКОСТИ И УГЛЯ

Изобретение относится к способу получения пиролизной жидкости, угля и установке для их получения из материалов, содержащих целлюлозу, таких как: солома, древесина, конопля, джут, бамбук, сахарный тростник, осот, водоросли, гречиха, трава.

Известен способ переработки органических веществ (патент RU, МПК С10В 49/00, С10В 53/02) древесины, продуктов растениеводства, органосодержащих полезных ископаемых путем высокоскоростного нагрева в газовой среде или в вакууме постадийно при разных температурах: удаление влаги при температуре 200-375°С, последняя стадия - при температуре 550-750°С.Образующиеся при этом газообразные фракции в каждой стадии процесса выводят из системы для дальнейшей конденсации, переработки или сжигают, оставшиеся твердые продукты после последней стадии также направляют на переработку или сжигают.

К недостаткам известного способа относится то, что при удалении влаги в первой стадии происходит последующее парообразование, энергетические затраты существенны, а получаемые на последних стадиях газовые фракции не относятся к высокоэнтальпийным при их сжигании.

Известен способ производства угля из соломы и устройство для обугливания соломы (патент RU №2573014, МПК С10В 53/02, С10В 57/00), в котором процесс пиролиза и обугливания осуществляются в различных устройствах. Температура соломы в резервуаре для пиролиза быстро повышается за счет способа управляемой подачи кислорода во время процесса пиролиза, в результате чего солома высыхает, предварительно нагревается и быстро пиролизуется.

Реализация данного способа требует отдельного получения кислорода, оборудования для его хранения и компрессии, что имеет дополнительные и существенные энергозатраты и высокую степень опасности.

Целью изобретения является процесс одновременного получения пиролизной жидкости и угля и устройство для его осуществления с низкими энергозатратами и высоким качеством получения продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что целлюлозосодержащее сырье измельчают и обезвоживают, например, в растворе аммиачной селитры (NH₄NO₃), являющейся окислителем в процессе получения пиролизной жидкости и угля.

При измельчении аммиачная селитра растворяется в воде, содержащейся в перерабатываемом сырье, которая при этом превращается в лед, с увеличением объема до 14%, что приводит к разбуханию и диспергированию сырья на волокна.

Система NH₄NO₃-Н₂О представлена на Фиг. 1 и относится к системам с простой эвтектикой. Эвтектической точке 2 соответствует концентрация 42,4% NH₄NO₃ и температура минус 16,9°С. Левая ветвь диаграммы - линия ликвидуса 1 воды отвечает условиям выделения льда в системе NH₄NO₃-Н₂О. Правая ветвь кривой ликвидуса 3 - кривая растворимости NH₄NO₃ в воде.

В качестве веществ окислителей для получения пиролизной жидкости и угля могут быть использованы следующие вещества, представленные вместе с их свойствами в Таблице 1.

Эти вещества не относятся к системам с простой эвтектикой, как NH₄NO₃-Н₂О и, следовательно, не имеют эвтектическую точку 2:

- концентрация 42,4% NH₄NO₃, температура минус 16,9°С, при которой растворение сопровождается образованием льда, что способствует процессу разволокнения сырья.

Данные вещества, приведенные в Таблице 1, как и аммиачная селитра NH₄NO₃, применяют в качестве окислителей в процессах горения, в том числе, при получении пиролизной жидкости и угля при высокоскоростном пиролизе.

Другими предпочтительными свойствами NH₄NO₃, кроме дешевизны и многотоннажного производства является; кислородный баланс, равный 20% активного О₂ и растворимость в воде: 180 г на 100 грамм Н₂О.

Пример 1 реализации способа получения пиролизной нефти и угля (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4):

Целлюлозосодержащее сырье - пшеничную солому 4 (Фиг. 2) предварительно разрезают на обрези 5 длиной 20-40 мм в соломорезательном устройстве, которые замачивают в водном растворе аммиачной селитры и одновременно доизмельчают до размеров волокна 1,5-2,4 мм 6.

Полученную пульпу транспортируют в реактор (стеклянную колбу) 7 (Фиг. 3), где производят выпаривание воды и сушку волокна до влажности, обеспечивающую инициирование и протекание высокоскоростного пиролиза. Для выпаривания воды и сушки волокна применяют, на начальном этапе, автономные источники тепла в циркулирующем контуре, которые совмещают с теплопередачей от газообразных продуктов пиролиза 8. Высокоскоростной пиролиз происходит при температуре 300-350°С, с образованием пиролизной жидкости 9.

На Фиг. 3 высокоскоростной пиролиз соломенного волокна производится в реакторе (стеклянной колбе) 7, представляющей процесс высокоскоростного пиролиза, инициирование которого осуществляется от открытого источника огня, что соответствует инициированию огнепроводным шнуром.

Уголь из соломы 10, получаемый в результате высокоскоростного пиролиза соломы показан на Фиг. 4.

Пример 2 реализации способа получения пиролизной нефти и угля из древесного волокна 14 (Фиг. 5, Фиг. 6):

В качестве целлюлозосодержащего сырья (Фиг. 5) используют древесину, предварительно измельченную до щепы 11 размером до 35 мм в щепорубильной машине, которую замачивают в водном растворе аммиачной селитры и одновременно доизмельчают до размеров волокна 2-3 мм 12.

Полученную пульпу транспортируют в реактор (кювету) 15 (Фиг. 6), где производят выпаривание и сушку до влажности, обеспечивающую инициирование и протекание высокоскоростного пиролиза. Для выпаривания воды и сушки древесного волокна 14 применяют, на начальном этапе, автономные источники тепла в циркулирующем контуре, которые совмещают с теплопередачей от газообразных продуктов пиролиза. Высокоскоростной пиролиз происходит при температуре 300-350°С, с образованием пиролизной жидкости 9 и угля пиролиза древесины 13.

На Фиг. 6 показан высокоскоростной пиролиз в реакторе (кювете) 15, имеющий поддерживающий элемент 16 для древесного волокна 14, пропитанного одним из окислителей, осуществляется от открытого источника огня 17, что соответствует инициированию огнепроводным шнуром.

Установка получения пиролизной жидкости и угля в реакторе для пиролиза, имеющего коническое дно с патрубком слива жидкости 25 показана на Фиг. 7.

Целлюлозосодержащее сырье 21 непрерывно подается в реактор 18 через горловину 20, в ней же размещены элементы циркулирующего контура для кондиционирования газообразных продуктов пиролиза и патрубки их вывода 22 для последующего применения.

В реакторе 18 высокоскоростного пиролиза по всей его высоте размещены термодатчики 19, с помощью которых регулируется скорость подачи перерабатываемого сырья 21 и отвод пиролизной жидкости и угля из реактора 18. Скорость подачи и отвод пиролизной жидкости и угля совпадает с перемещением зоны высокоскоростного горения.

Патрубки вывода газообразных продуктов пиролиза 22 после кондиционирования соединены с циркулирующим контуром 23 с жидкостью, тепло которой используется для выпаривания и сушки пропитанного окислителем волокна.

Инициирование высокоскоростного пиролиза производят через горловину реактора 18 путем размещения в верхней части реактора огнепроводного шнура или электрически нагреваемого элемента 24, что позволяет проводить пиролиз в направлении сверху вниз, обеспечивая тем самым гравитационное отделение пиролизной жидкости и угля, одновременно с конденсированием газообразных продуктов пиролиза.