Способ пиролиза углеродистого исходного материала

Номер патента: 1850

Опубликовано: 27.08.2001

Авторы: Ниеминен Юкка-Пекка, Гаст Стивен, Хилтунен Йюрки

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ термического преобразования углеродистых исходных материалов, выбранных из биомассы и органических отходов, при котором

подают исходный материал в реактор (1-3; 41, 42, 52) с псевдоожиженным слоем, в котором проводят преобразование материала при повышенной температуре под воздействием вещества из твердых частиц, поддерживаемого в псевдоожиженном состоянии с помощью псевдоожижающего газа,

переносят вещество в виде твердых частиц из реактора в регенератор (24, 28, 29; 43-45) для регенерации, а затем рециркулируют в реактор после регенерации, и

извлекают подвергнутые преобразованию углеводородные продукты из реактора,

отличающийся тем, что используют

реактор (1-3), который включает стояк (13; 41), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабженный циклоном (14, 17; 50) с множеством входов для отделения вещества в виде твердых частиц, и

регенератор (24, 28, 29; 43-45), который включает стояк (24), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и установленный концентрично относительно реактора, причем регенератор снабжают циклоном (25, 26; 51) с множеством входов для отделения вещества в виде твердых частиц.

2. Способ по п.1, в котором реактор включает межоболочечное пространство (13; 41) стояка, образованное между двумя концентрично размещенными цилиндрическими и/или коническими огибающими поверхностями.

3. Способ по п.1 или 2, в котором время пребывания паров для указанного способа составляет 0,1-5 с.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором используют циклон (17) с множеством входных отверстий, снабженный лопатками (14) типа жалюзи.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором реактор (41, 42, 52) представляет собой реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем, необязательно имеющий канал (52) для внутренней циркуляции.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором регенератор (43-45) снабжают каналом (44) для внутренней рециркуляции.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором регенератор снабжают погружной трубой (29; 45), которую сообщают со стояком реактора.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором исходный материал сушат в сушилке (46-48), включающей стояк (46), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабженный циклоном (49) с множеством входных отверстий для отделения высушенного вещества от испаренных газов.

9. Способ по п.8, в котором сушилку снабжают погружной трубой (48), которую сообщают со стояком (41) регенератора.

10. Способ по п.8 или 9, в котором сушилку (46-48) снабжают каналом (47) для внутренней рециркуляции.

11. Способ по любому из пп.8-10, в котором погружную трубу (45) регенератора сообщают со стояком сушилки (46).

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, при котором исходный материал подвергают термической конверсии при температуре 400-1000шС.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором исходный материал выбирают из остатков рубки древесины и материалов, заготовленных при прореживании, сельскохозяйственных остатков энергоемких культур, торфа, отбракованного полученного топлива, отходов пилорам, фанеры, фурнитуры и других механических отходов лесного хозяйства, пластиковых отходов и сточных суспензий.

14. Способ по п.13, в котором исходный материал выбирают из соломы, материалов, заготовленных при рубке оливковых деревьев, ивы, энергоемкой кормовой зеленой массы и Miscanthous.

15. Устройство для термического преобразования углеродных исходных материалов, содержащее

сушильный блок (46-48) для сушки исходного материала,

реакторный блок (41, 42, 52), в котором исходный материал вводят в контакт с горячим веществом в виде твердых частиц в псевдоожиженном состоянии, и

регенераторный блок (43-45) для регенерации вещества в виде твердых частиц, загрязненного в ходе процесса, проводимого в первом блоке,

отличающееся тем, что

реакторный блок содержит стояк (41), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и циклон (50) с множеством входов для отделения твердых частиц от газа, и

регенераторный блок содержит реактор (43, 44) с циркулирующим псевдоожиженным слоем и погружной трубой (45) , установленные симметрично и концентрично вокруг реакторного блока (41, 42, 52), причем стояк (43) имеет кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабжен циклоном (51) с множеством входов для отделения твердых частиц от газа, а погружная труба (45) регенератора сообщается со стояками (41, 46) реакторного блока и с сушильным блоком.

16. Устройство по п.15, в котором регенераторный блок (43-45) содержит канал (44) для внутренней циркуляции вещества в виде твердых частиц внутри регенераторного блока.

17. Устройство по п.15 или 16, в котором реакторный блок (41, 42, 52) содержит канал (52) для внутренней циркуляции вещества в виде твердых частиц внутри реактора.

18. Устройство по любому из пп.15-17, в котором сушильный блок (46-48) содержит стояк (46), симметрично и концентрично установленный вокруг реакторного блока, причем стояк имеет кольцевое вдоль оси поперечное сечение.

19. Устройство по п.18, в котором сушильный блок (46-48) содержит погружную трубу, имеющую кольцевое вдоль оси поперечное сечение и сообщающееся со стояком (41) реакторного блока.

20. Устройство по п.18 или 19, в котором стояк (46) сушильного блока снабжен средством отделения газа и твердых частиц друг от друга, которое образовано циклоном (49) с множеством входов.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Предпосылки создания изобретения Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу термического преобразования, в частности,для пиролиза углеродистого исходного материала, такого как биомасса и органические отходы. В соответствии с этим способом, углеродистый материал подают в реактор, где осуществляют конверсию исходного материала при умеренной температуре в присутствии теплопередающей среды, содержащей вещество в виде твердых частиц. Это вещество в виде твердых частиц поддерживают в псевдоожиженном состоянии с помощью псевдоожижающего газа. После пиролиза вещество в виде твердых частиц отделяют от углеводородных продуктов и регенерируют его путем сжигания и рециркуляции в реактор. Продукты пиролиза представляют собой твердые частицы, жидкости и/или газы, которые извлекают из реактора. Эти продукты,необязательно, подвергают дополнительным этапам обработки, например, посредством конденсации паров углеводородов. Описание предшествующего уровня техники Продолжающаяся и нарастающая заинтересованность общества проблемами окружающей среды, связанными с использованием ископаемого топлива и удалением материалов отходов привела к интенсивному поиску, разработке и коммерциализации широкого круга технологий, целью которых является усовершенствование сбора, обработки и использования материалов с учетом требований защиты окружающей среды. В настоящее время широкое применение имеющих органическую основу материалов твердых отходов всех видов и остатков после рубки древесины или специально выращиваемых культур тормозится относительно высокими издержками по сравнению с существующей инфраструктурой для применения систем на основе ископаемого топлива. Эти высокие издержки вызваны как более высокими издержками на исходные материалы, так и более высокими издержками конверсии. Более высокие издержки конверсии связаны с хорошо известной проблемой экономии с учетом масштабов производства, которая вызвана широким распространением сырьевых материалов, что приводит к высоким издержкам сбора и транспортировки. Применительно к биомассе, основная цель заключается в том, чтобы увеличить концентрацию энергии в конечном продукте для уменьшения затрат во время использования. Ввиду легкости обработки, перевозки и хранения, а также вследствие своих благоприятных характеристик применения, предпочтительно использовать также жидкости. В общем, пиролиз - это процесс термического разложения, при котором большие молекулы разрываются или расщепляются на мень 001850 2 шие молекулы. Его можно использовать для преобразования различных твердых или жидких материалов в более легко используемую форму,в действительности, его столетиями использовали для получения каменноугольного дегтя и дегтя высокой вязкости из биомассы. Этот способ можно описать как термический крекинг или способ деполимеризации при полном или почти полном отсутствии кислорода. За прошедшие 10-20 лет эта технология изменялась ввиду увеличения скорости нагрева до величины свыше 1000 С/с, уменьшая время пребывания в парообразном состоянии до величины менее 15 с и улучшая извлечение продуктов посредством быстрого охлаждения. В зависимости от исходного материала,обычное оборудование для пиролиза содержит сушилку для сырьевого материала, необязательно, механическую дробилку для уменьшения размера, систему подачи, реактор, циклоны для твердых частиц, удаляемых из потока паров,угольную топку, обеспечивающую нагрев для реакции, баки для удаления твердых частиц и систему извлечения. Кроме того, в состав оборудования часто включается угольная топка для технологического нагрева. Реакторы работают при небольшом избыточном давлении. Вышеописанное технологическое оборудование применяют для термической конверсии,известной как мгновенный или быстрый пиролиз. Применительно к малым частицам биомассы (размером менее 5 мм) и температурам 400-700 С, выходы жидкостей составляют 65-75 мас.%. Другими продуктами такого способа являются уголь (10-15 мас.%) и неконденсируемые газы, такие, как метан СН 4, монооксид углерода СО и диоксид углерода СО 2 (10-15 мас.%). Соотношение между твердыми частицами,жидкостями и газами определяется как скоростью нагрева, так и максимальной температурой, и в общем случае зависит от конкретного исходного материала. Если необходимо увеличить количество жидкостей, в данной области техники известно, что наиболее приемлемы промежуточные температуры в диапазоне 400600 С и относительно небольшое время пребывания - от 0,5 до 5 с. Эти технологические условия обеспечивают высокие выходы, составляющие порядка 65-75 мас.% исходного материала. В данной области техники тепло для реакции пиролиза вырабатывают в отдельном котле или регенераторе посредством сжигания неконденсируемых газов, дегтя и горючих твердых частиц, получаемых при осуществлении способа. Теплопередача из котла в реактор происходит посредством твердых частиц например, песка. После химической реакции твердые частицы могут быть покрыты дегтем, который сгорает в котле. Твердые частицы (горючие и песок) обычно удаляют из потока газа с помощью од 3 ного или более циклонов, которые размещены в технологической цепочке после реактора. Способы пиролиза углеродистых материалов и используемое в этих способах оборудование рассмотрены в следующих патентах: У.М. Хирон и др., Получение ненасыщенных углеводородов из кислородсодержащих органических материалов (W.M. Hearon et al.,"Preparation of Unsaturated Hydrocarbons fromOxygen Containing Organic Materials"), патент США 3148227, выдан 8 сентября 1964 г.; К.К. Чой, Способ и устройство для быстрого пиролиза углеродистых материалов (С.К.of Carbonaceous Materials"), патент США 4101412, выдан 18 июля 1978 г.; Э.Л. Капенер, М.Лоу, Способ и устройство для преобразования твердого органического материала в жидкое топливо и газ (E.L. Capener, M. Low, "Process and Apparatus for Converting Solid Organic Material to Fuel Oil andGas"), патент США 4344770, выдан 17 августа 1982 г.; Э.Чорнет, К.Рой, Органические продукты и жидкие топлива из лигноцеллюлозных материалов, полученные путем вакуумного пиролиза (E.Chornet, С. Roy, "Organic Products and(D.S. Scott, "Pyrolysis Process for Biomass"), патент Канады 1241541, выдан 6 июня 1988 г.; Д.Э. Берг, Способ и устройство для быстрой термообработки (D.A. Berg, "Method andApparatus for Rapid Thermal Processing"), патент Канады 1283880, выдан 5 мая 1991 г. Существующая технология осложняется несколькими серьезными проблемами. Так, чтобы добиться высокого качества продукта, необходимо удалить из газов как можно большее в процентном отношении количество твердых частиц перед конденсацией. Твердые частицы,остающиеся в жидком продукте, значительно снижают качество этого продукта, засоряя небольшие каналы в насосах, топливопроводах и соплах, а также могут приводить к повышению полимеризации и значительному увеличению вязкости жидкого топлива. Обычные циклоны и отделяющие реакторы, используемые в вышеупомянутых технических решениях, имеют серьезные ограничения,сужающие их использование в способах пиролиза биомассы. Так, в обычных циклонах твердые частицы разгоняются до больших скоростей, что приводит к сильному истиранию как твердых частиц, так и конструкционных материалов. Необходимое оборудование является крупногабаритным и массивным. Очень большими являются внешние поверхности, что вызывает большие потери на излучение. Очень длинными являются расстояния переноса твер 001850 4 дых частиц, что требует дорогостоящего оборудования управления технологическим процессом. Краткое изложение сущности изобретения Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы исключить проблемы, присущие известному уровню техники, и разработать новый способ пиролиза биомассы, органических отходов и аналогичных углеродистых исходных материалов. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать новое устройство для пиролиза таких материалов. Эти и другие задачи, наряду с преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известными, решаются с помощью изобретения,описанного и заявленного ниже. Настоящее изобретение основано на использовании реакторной системы, которая включает, по меньшей мере, два цилиндрических реактора с внутренней концентричной компоновкой и циркулирующим псевдоожиженным слоем для химического или физического преобразования, или термогенераторов, содержащих циклоны с множеством входов, которые обеспечивают термическое преобразование или пиролиз карбонизируемого материала в жидкие, твердые и газообразные продукты. В частности, способ согласно настоящему изобретению включает пиролиз биомассы или органических отходов при температурах свыше 400 С в устройстве, включающем реактор со стояком, имеющим кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабженным циклоном с множеством входов для отделения вещества в виде твердых частиц, и регенератор со стояком,имеющим кольцевое вдоль оси поперечное сечение и установленным концентрично относительно используемого реактора, причем регенератор также снабжен циклоном с множеством входов для отделения регенерированного вещества в виде твердых частиц. Согласно изобретению, погруженная труба регенератора сообщается со стояком реакторного блока и с сушильным блоком. Более конкретно, способ, согласно настоящему изобретению, отличается, в основном,признаками, которые изложены в отличительной части п.1 формулы изобретения. Устройство, согласно настоящему изобретению отличается, в основном, признаками, которые изложены в отличительной части п.15 формулы изобретения. Настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества. Так, обычная проблема высокой концентрации твердых частиц в жидких продуктах сведена к минимуму и можно получить пиролизное масло, качество которого выше, чем качество масла, полученного с помощью известных способов. Включение циклонов с множественными входами в реактор уменьшает скорости газа, уменьшает физиче 5 ский размер циклона и сокращает время пребывания газов в циклоне. Это непосредственно влияет на уменьшение площади внешних стенок нагреваемых реакторов, что в свою очередь приводит к расходу меньшего количества материала, а значит приводит к уменьшению стоимости реактора. Кроме того, меньшие скорости газов резко уменьшают истирание конструкционных материалов. Ниже приведено более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображен вид сбоку в разрезе предпочтительного конкретного варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 изображен частичный разрез упрощенной конструкции другого предпочтительного конкретного варианта осуществления настоящего изобретения. Подробное описание изобретения В рамках настоящего изобретения термины термическое преобразование и пиролиз будут употребляться взаимозаменяемо для обозначения термического способа, при котором органический материал, выбранный из биомассы и органических отходов, обрабатывают при умеренных температурах для получения используемых твердых, жидких и/или газообразных продуктов. В контексте термической конверсии, умеренные температуры - это температуры в диапазоне от примерно 400 С до примерно 800 С,как правило - до 600 С, тогда как высокие температуры - это температуры свыше 800 С. Выражение повышенная температура охватывает оба диапазона температур. Термины регенератор, блок повторного нагрева твердых частиц и угольная топка используются как синонимы для обозначения зоны реакции, в которой теплопередающие частицы повторно нагреваются для выгорания любого продукта пиролиза, накапливающегося на поверхности частиц, и для увеличения теплосодержания вещества в виде твердых частиц. Пиролизная система согласно настоящему изобретению обеспечивает термическое преобразование карбонизируемого вводимого материала для получения угля, конденсируемых газов и неконденсируемых газов. Способ включает этапы, на которых сушат и измельчают исходный материал, осуществляют термическое преобразование или пиролиз исходного материала в присутствии теплопередающей среды, и извлекают продукты термической конверсии. Устройство содержит питатель исходного материала, реактор мгновенного пиролиза, вход псевдоожижающего газа, циклон(ы) с множеством входов и блок повторного нагрева или регенератор, конденсаторы и резервуар накапливаемых жидкостей, предназначенный для жидкостей, полученных посредством пиролиза. 6 В зависимости от типа и формы материала,вводимый материал сначала сушат до влагосодержания 5-25%, а предпочтительно - 7-12%, и,необязательно осуществляют его преобразование в мелкодисперсный сырьевой материал требуемого размера. Теплопередающая среда, которая содержит твердые частицы, например, песок, но также может включать катализаторы, псевдоожижается газом, по существу, не содержащим кислород, таким как топочный газ, в реакторном пространстве, куда подают вводимый материал. Теплопередающая среда образует псевдоожиженный слой внутри реакторного пространства. Псевдоожиженный слой может быть сформирован в реакторе обычного типа, таком как реактор с псевдоожиженным слоем, или реактор может быть реактором с циркулирующим псевдоожиженным слоем (РЦПС). В последнем типе, скорости псевдоожижения настолько высокие, что поверхность слоя больше не является точно определенной, и вместо нее получается зона, в которой содержание твердых частиц медленно уменьшается с высотой. Если частицы являются очень небольшими, это приводит к быстрому псевдоожижению, при котором введение твердых частиц происходит на таких больших скоростях, так что быстро псевдоожижаемые слои можно поддерживать лишь посредством рециркуляции вводимых твердых частиц через циклоны. Согласно изобретению термическое преобразование исходного материала осуществляют в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в котором реакторное пространство, т.е. пространство псевдоожижения в реакторе, представляет собой внутриоболочечное пространство, имеющее кольцевое вдоль оси поперечное сечение, остающееся между двумя концентрически размещенными цилиндрами или конусами, и в этом пространстве загрузку сначала суспензируют или испаряют в псевдоожиженный слой, а затем осуществляют ее преобразование в продукты реакции при повышенной температуре. Температуру, скорость и массу нагретого материала слоя регулируют таким образом, что получающийся в результате способ пиролиза обеспечивает максимальный выход требуемого продукта. Вводимый материал быстро нагревают горячими теплопередающими средами,обеспечивая время пребывания в диапазоне 0,01-10 с, предпочтительно - 0,1-2 с, до конечной температуры 450-600 С, осуществляя таким образом термическую конверсию или пиролиз с получением используемых газов и твердых частиц. Затем последовательно удаляют твердые частицы и материал слоя до достижения процентного содержания свыше 99,5% от реагирующего газа посредством циклона с множеством входов (именуемого в дальнейшем также 7 циклоном с множеством входных отверстий),который размещен непосредственно над кольцевым вдоль оси пространством стояка реактора. Такая конструкция обеспечивает сокращение времени пребывания, необходимого для реакции, так как циклон с множеством входных отверстий обеспечивает более быстрое и эффективное отделение вещества в виде твердых частиц от потока реагирующего газа, чем циклон с одним входным отверстием. Вещество в виде твердых частиц из циклона можно рециркулировать в регенератор по каналу возврата твердых частиц или направленной погружной трубе,которая образована внутриоболочечным пространством с кольцевым вдоль оси поперечным сечением, остающимся между двумя концентрически размещенными цилиндрами или конусами. Согласно предпочтительному конкретному варианту осуществления регенератор содержит стояк и погружную трубу, конструкция которых аналогична конструкции вышеописанного реактора и которые установлены концентрично вокруг реактора для обеспечения компактной конструкции. В регенераторе твердые частицы затем псевдоожижаются воздухом или иным кислородсодержащим газом; уголь сгорает, когда проходит вертикально вместе с воздухом в окружающем внешнем реакторе регенератора или угольной топке. Сгорание повышает температуру материала слоя до рабочих условий, необходимых в реакторе. Как упоминалось выше, стояки и погружные трубы как реактора, так и регенератора,имеют кольцевые вдоль оси поперечные сечения и размещены коаксиально. Согласно дополнительному предпочтительному конкретному варианту осуществления изобретения сушилка,используемая для предварительной обработки исходного материала, содержит третий стояк с соответствующей погружной трубой, установленный концентрично вокруг объединенных реактора и регенератора. Возможно предусмотреть каналы для внутренней рециркуляции материала внутри, по меньшей мере, одного из таких конструктивных элементов, как сушилка,реактор и стояк блока повторного нагрева твердых частиц, и между погружной трубой регенератора и стояком реактора. Погружную трубу реактора можно объединить со стояками как сушилки, так и регенератора. Полученные пиролизные газы можно направлять по каналам в ряд конденсаторов, где они конденсируются с неконденсируемыми газами на пути возврата либо в сушилку, либо в угольную топку, для регенерации энергии. Можно использовать различные исходные материалы в качестве вводимых материалов для реакторной системы. Общим для исходных материалов является то, что они углеродсодержа 001850 8 щие или углеродистые. Их можно подразделить на две основные категории: биомассу и отходы. Исходный материал в виде биомассы предпочтительно выбирают из остатков от рубки древесины и материалов, заготовленных при прореживании; сельскохозяйственных остатков,таких как солома, материалы, заготовленные при рубке оливковых деревьев; энергоемких растительных культур, таких как ива, энергоемкая зеленая масса, Miscanthous; а также торфа. Отходы предпочтительно являются органическими, твердыми или жидкими, и их выбирают из бракованного полученного топлива(БПТ); отходов пилорам, фанеры, фурнитуры и других механических отходов лесного хозяйства; пластиковых отходов; и сточных суспензий(включающих промышленные и муниципальные отходы). Устройство согласно новой конструкции содержит внутренний реактор с кольцевым вдоль оси поперечным сечением стояка и внешнего блока повторного нагрева твердых частиц,в котором загрязненные и охлажденные твердые частицы можно повторно нагревать и возвращать обратно в процесс. В нижеследующем описании циркулирующие твердые частицы обозначены сокращением ЦТЧ. Как показано на фиг. 1, устройство согласно первому варианту настоящего изобретения содержит два концентрически размещенных цилиндрических реактора для ЦТЧ, отделенных друг от друга промежуточной оболочкой 22,внутренняя стенка которой ниже именуется реактором или реакторным блоком, а внешняя -регенератором или регенераторным блоком. Реакторный блок выполнен из двух или,как показано на чертеже, предпочтительно, трех концентрически установленных, по существу,цилиндрических труб 1, 2 и 3, межтрубные пространства которых образуют пространства 20,19 и 13 кольцевого вдоль оси поперечного сечения. Трубы могут быть выполнены из стали или эквивалентных сплавов. Требуемая реакция проводится в пространстве 13. Трубы установлены так, что их продольные оси ориентированы концентрично в вертикальном направлении. Над осевым кольцевым пространством 13 стояка, как продолжение труб 2 и 3, установлен циклон 14, 17 с множеством входных отверстий,имеющий лопатки 14 типа жалюзи, прикрепленные к внешней стенке. Циклон снабжен центральной трубой 21 для удаления газообразного продукта, тогда как в нижнем пространстве нижней стальной трубы 3 предусмотрены каналы 19 и 20 переноса, предназначенные для удаления твердых частиц, отделенных от газообразной фазы в циклоне. Находящийся снаружи внешней оболочки 3 реактора регенераторный узел содержит три концентрично установленные, по существу, цилиндрические трубы 4, 5 и 6, межтрубные про 9 странства которых образуют пространства 29,28 и 24 кольцевого вдоль оси поперечного сечения. Повторный нагрев твердых частиц проводится в пространстве 24. Оболочка 6, находящаяся под давлением, облицована изнутри слоем изоляционного материала 7, чтобы поддерживать температуру оболочки на уровне, необходимом для прочности оболочки. Как и в реакторе, над вышеописанным кольцевым вдоль оси пространством 24 установлен циклон 25, 26 с множеством каналов, лопатки которого прикреплены либо к цилиндрической трубе 5, либо к оболочке 6, находящейся под давлением. Циклон снабжен центральной трубой 30 для удаления дымового газа, образованного в регенераторе, тогда как каналы 28 и 29 переноса образованы стальными трубами 5 и 6 для удаления каталитических твердых частиц, отделенных от газовой фазы в циклоне. Поток псевдоожижающего газа реактора обозначен на чертеже позицией 8. Поток 8 газа вводят в реакционное пространство через дно 12 для псевдоожижающего слоя, над которым поток сначала смешивается с катализатором, вводимым по каналу 20 возврата через клапан 31, а затем поднимается выше в стояке реактора, так что происходит впрыскивание подаваемого потока 10 через сопла 17 или подача с использованием шнекового питателя через каналы 16 в реакторное пространство. Потоки 8 и 10 смешанного газа перемещаются в газообразной фазе вдоль стояка 13 осевого кольцевого сечения,одновременно перенося увлекаемые твердые частицы на лопатки 14 циклона реактора. Катализатор испускает тепло, отдавая его при испарении загрузочного материала и прохождении реакции в стояке 13, вследствие чего его температура падает. С лопаток 14 газ и увлекаемые твердые частицы проходят тангенциально внутрь внутренней камеры 17 циклона реактора,где твердые частицы отделяются посредством столкновения с внутренней стенкой 18 циклона и падают в каналы 19 и 20 переноса твердых частиц. При необходимости, часть твердых частиц можно возвращать в качестве избыточного потока обратно в нижнюю секцию реактора через кольцевой вдоль оси канал 19 для внутренней рециркуляции. Хотя канал 19 не является существенным для функционирования устройства, в некоторых случаях он может быть необходим для реакции. В канале 20 твердые частицы падают вниз в плотной фазе, за счет чего исключается смешение потоков газа между реактором и регенератором посредством канала 20 переноса твердых частиц. Поток 11 газа, попадающий в циклон реактора, выходит из реактора через центральную трубу 21 внутреннего циклона. Потоком твердых частиц из реактора в регенератор управляют посредством клапана 31,снабженного цилиндрическим управляющим элементом, который выполнен с возможностью 10 механического перемещения посредством стержней 32. Регенератор расположен вокруг реактора таким образом, что эти блоки отделены друг от друга каналом 29 переноса, заполненным твердыми частицами в плотной фазе. Как и реактор,регенератор размещен во внутриоболочечном пространстве стояка, остающемся между двумя цилиндрическими огибающими поверхностями,образованными оболочкой устройства, и трубой реактора, установленной внутри оболочки. Между трубой реактора и конструкцией внешней цилиндрической оболочки реактора дополнительно установлена цилиндрическая стенка для образования канала 29 переноса твердых частиц. Поток 9 кислородсодержащего газа (например, воздуха) подается для повторного нагрева частиц через нижний псевдоожиженный распределитель 23 и поднимается в аксиально кольцевой канал 24 стояка, одновременно перенося частицы на лопатки 25 циклона регенератора. В блоке повторного нагрева пек, возможно накопившийся на поверхности твердых частиц,и органические соединения, проникшие в их поры, окисляются, то есть, сгорают в канале 24 стояка, вследствие чего температура твердых частиц повышается. Камера 26 циклона регенератора находится над самым реактором. В камере 26 циклона твердые частицы отделяются посредством сталкивания со стенкой 27 циклона, а затем падают в каналы 28 и 29. Канал 29 возврата пропускает каталитические частицы обратно в реактор. Та избыточная часть твердых частиц,которая падает, попадая в канал возврата, упадет обратно в нижнюю секцию регенератора в виде избыточного потока через канал 28. Вещество в виде твердых частиц преимущественно поддерживается в псевдоожиженном состоянии во время его прохождения во внутреннем канале возврата, и поэтому управляющий клапан становится лишним. Дымовой газ 12 регенератора отводят через центральную трубу 30 циклона регенератора. Твердые частицы, медленно падающие вниз в канале 29 возврата в плотной фазе, предотвращают сообщение между пространствами для газа, имеющимся в реакторе и регенераторе. Скоростью потока твердых частиц из регенератора в реактор управляют, механически перемещая цилиндрический управляющий элемент клапана 33 с помощью соединенных с ним стержней 34. Для влажных материалов, таких как суспензии, опилки и т.д., содержащих вещество в виде мелкодисперсных твердых частиц, можно использовать конкретный вариант осуществления, показанный на фиг. 2. Он представляет собой пиролизное устройство, состоящее из реактора 41 и погружной трубы 42. Реактор включает канал 52 для внутренней рециркуляции непрореагировавшей биомассы и твердых частиц. Этот канал предпочтительно установлен между реактором и погружной трубой. Поперечные 11 сечения стояка, погружной трубы и канала для рециркуляции являются кольцевыми вдоль оси. Регенератор или блок 43 повторного нагрева твердых частиц, имеющие кольцевое вдоль оси поперечное сечение, установлен концентрично внутри реакторного блока 41, 42, 52. Регенератор включает канал 44 для внутренней рециркуляции обработанного вещества и центральную цилиндрическую погружную трубу 45, сообщающуюся со стояком реактора 41. Сушилка или сушильный блок 46-48 установлен концентрично вокруг реакторного блока 41, 42, 52. Аналогично конструкции реактора и регенератора, конструкция сушилки содержит канал для внутренней рециркуляции 47, имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение, и погружную трубу 48 аналогичного поперечного сечения. Каждый из стояков, имеющих кольцевые вдоль оси поперечные сечения, снабжен циклонами 49-51 с множеством входов, причем циклоны размещены сверху (в качестве продолжения труб, ограничивающих стояки) для отделения твердых частиц от газа. Соединения и каналы сообщения между сушильным блоком, реактором и блоком повторного нагрева показаны на фиг. 2. Как можно заметить, канал 53, образованный в нижней части устройства, обеспечивает контакт между погружной трубой 45 блока повторного нагрева, и стояками 41, 46 реактора и сушилки. Стояк 41 реактора также соединен с погружной трубой сушилки 48. Потоки материала между трубами различных секций внутри каналов сообщения регулируются посредством управляющих клапанов 54-57. Для псевдоожижения твердых частиц в реакторе 41 можно использовать топочные газы,полученные, например, из блока повторного нагрева. Топочные газы также предпочтительно использовать для сушки исходного материала. Воздух и, возможно, неконденсированные пирогазы (из реактора) можно подавать в блок 43 повторного нагрева для выгорания продуктов пиролиза на поверхности твердых частиц. Газообразные продукты, полученные из реактора, можно конденсировать в конденсаторном каскаде (не показан) для получения жидких продуктов пиролиза, используемых,например, в качестве топлива. Пример Были собраны остатки от рубки древесины и транспортированы на технологическую установку пиролиза. В устройстве, показанном на фиг. 1, исходный материал сушился в отдельной сушилке (не показана) до подходящего влагосодержания, как правило - менее 15 мас.%, и измельчался, рубился или разбивался до подходящей толщины и длины перед подачей в реакторную систему с помощью шнекового питателя. В конкретном варианте осуществления,показанном на фиг. 2, влажный исходный мате 001850 12 риал подавался в сушильную секцию, где он сушился до требуемого влагосодержания, и при этом, по меньшей мере, часть материала рециркулировалась по каналу 47. Влажный дымовой газ выпускался из сушилки и транспортировали часть высушенного материала через ответвление в реактор, в котором эту часть смешивали с теплопередающим веществом из твердых частиц (например, песком). Либо топочные газы из блока повторного нагрева песка или регенератора 43, либо неконденсируемые газы из секции сбора жидких продуктов, подвергались сжатию и подавались в реактор 41 для псевдоожижения слоя. Вводимый материал подавался в реакторный узел внизу реактора в точке, где нагретый материал слоя возвращается в реактор. В любом случае, вводимые частицы затем быстро нагревали за 0,5-5 с до рабочей температуры 450-600 С, при которой они подвергались термическому преобразованию или реакции пиролиза с образованием смеси конденсируемых паров, твердых частиц и неконденсируемых газов. Твердый материал слоя удалялся из потока газа с помощью циклона с множеством каналов, и направлялись пиролизные пары в ряд конденсаторов, где температура понижалась от температуры в диапазоне 450-600 С до конечной температуры 40-60 С. Пары конденсировались и смешивались для получения окончательного выхода жидкости от 50 до 70 мас.%. Неконденсируемые газы, которые состояли главным образом из диоксида углерода, монооксида углерода и метана, использовались либо в сушилке в качестве источника тепла, либо в регенераторе в качестве источника тепла или в качестве псевдоожижающего газа. В регенераторной секции 43 материал слоя нагревался посредством окисления горючего твердого угля, удаленного из потока газа с помощью циклона с множеством входных отверстий, а при необходимости - и неконденсируемых газов из конденсаторов. В качестве псевдоожижающего газа использовался воздух (окружающий воздух или горячий влажный воздух из сушилки). Топочные газы из регенератора использовались для пиролиза псевдоожижающего газа реактора и/или для сушки исходного материала с твердым углем. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ термического преобразования углеродистых исходных материалов, выбранных из биомассы и органических отходов, при котором подают исходный материал в реактор (1-3; 41, 42, 52) с псевдоожиженным слоем, в котором проводят преобразование материала при повышенной температуре под воздействием вещества из твердых частиц, поддерживаемого в 13 псевдоожиженном состоянии с помощью псевдоожижающего газа,переносят вещество в виде твердых частиц из реактора в регенератор (24, 28, 29; 43-45) для регенерации, а затем рециркулируют в реактор после регенерации, и извлекают подвергнутые преобразованию углеводородные продукты из реактора,отличающийся тем, что используют реактор (1-3), который включает стояк (13; 41), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабженный циклоном (14, 17; 50) с множеством входов для отделения вещества в виде твердых частиц, и регенератор (24, 28, 29; 43-45), который включает стояк (24), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и установленный концентрично относительно реактора, причем регенератор снабжают циклоном (25, 26; 51) с множеством входов для отделения вещества в виде твердых частиц. 2. Способ по п.1, в котором реактор включает межоболочечное пространство (13; 41) стояка, образованное между двумя концентрично размещенными цилиндрическими и/или коническими огибающими поверхностями. 3. Способ по п.1 или 2, в котором время пребывания паров для указанного способа составляет 0,1-5 с. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором используют циклон (17) с множеством входных отверстий, снабженный лопатками (14) типа жалюзи. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором реактор (41, 42, 52) представляет собой реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем,необязательно имеющий канал (52) для внутренней циркуляции. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором регенератор (43-45) снабжают каналом (44) для внутренней рециркуляции. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором регенератор снабжают погружной трубой (29; 45), которую сообщают со стояком реактора. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором исходный материал сушат в сушилке (46-48),включающей стояк (46), имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабженный циклоном (49) с множеством входных отверстий для отделения высушенного вещества от испаренных газов. 9. Способ по п.8, в котором сушилку снабжают погружной трубой (48), которую сообщают со стояком (41) регенератора. 10. Способ по п.8 или 9, в котором сушилку (46-48) снабжают каналом (47) для внутренней рециркуляции. 11. Способ по любому из пп.8-10, в котором погружную трубу (45) регенератора сообщают со стояком сушилки (46). 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, при котором исходный материал под 001850 14 вергают термической конверсии при температуре 400-1000 С. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором исходный материал выбирают из остатков рубки древесины и материалов, заготовленных при прореживании, сельскохозяйственных остатков энергоемких культур,торфа, отбракованного полученного топлива,отходов пилорам, фанеры, фурнитуры и других механических отходов лесного хозяйства, пластиковых отходов и сточных суспензий. 14. Способ по п.13, в котором исходный материал выбирают из соломы, материалов, заготовленных при рубке оливковых деревьев,ивы, энергоемкой кормовой зеленой массы иMiscanthous. 15. Устройство для термического преобразования углеродных исходных материалов, содержащее сушильный блок (46-48) для сушки исходного материала,реакторный блок (41, 42, 52), в котором исходный материал вводят в контакт с горячим веществом в виде твердых частиц в псевдоожиженном состоянии, и регенераторный блок (43-45) для регенерации вещества в виде твердых частиц, загрязненного в ходе процесса, проводимого в первом блоке,отличающееся тем, что реакторный блок содержит стояк (41),имеющий кольцевое вдоль оси поперечное сечение и циклон (50) с множеством входов для отделения твердых частиц от газа, и регенераторный блок содержит реактор(43, 44) с циркулирующим псевдоожиженным слоем и погружной трубой (45) , установленные симметрично и концентрично вокруг реакторного блока (41, 42, 52), причем стояк (43) имеет кольцевое вдоль оси поперечное сечение и снабжен циклоном (51) с множеством входов для отделения твердых частиц от газа, а погружная труба (45) регенератора сообщается со стояками (41, 46) реакторного блока и с сушильным блоком. 16. Устройство по п.15, в котором регенераторный блок (43-45) содержит канал (44) для внутренней циркуляции вещества в виде твердых частиц внутри регенераторного блока. 17. Устройство по п.15 или 16, в котором реакторный блок (41, 42, 52) содержит канал(52) для внутренней циркуляции вещества в виде твердых частиц внутри реактора. 18. Устройство по любому из пп.15-17, в котором сушильный блок (46-48) содержит стояк (46), симметрично и концентрично установленный вокруг реакторного блока, причем стояк имеет кольцевое вдоль оси поперечное сечение. 19. Устройство по п.18, в котором сушильный блок (46-48) содержит погружную трубу,имеющую кольцевое вдоль оси поперечное се 15 чение и сообщающееся со стояком (41) реакторного блока. 20. Устройство по п.18 или 19, в котором стояк (46) сушильного блока снабжен средством отделения газа и твердых частиц друг от друга, 16 которое образовано циклоном (49) с множеством входов.

МПК / Метки

МПК: C10B 49/22, B01J 8/26, C10J 3/54

Метки: материала, пиролиза, способ, исходного, углеродистого

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-1850-sposob-piroliza-uglerodistogo-ishodnogo-materiala.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ пиролиза углеродистого исходного материала</a>

Похожие патенты