Реактор высокоскоростного пиролиза
Полезная модель относится к области переработки твердого углеводородсодержащего сырья, в частности бурого угля, биомассы, древесины и торфа, и служит для извлечения конденсируемых углеводородов и может найти применение в теплоэнергетике, химической, сельскохозяйственной, лесоперерабатывающей отраслях промышленности. Технический результат заключается в повышении эффективности работы реактора высокоскоростного пиролиза за счет расширения функциональных возможностей, повышения надежности и повышения выхода и качества жидких продуктов пиролиза. Для достижения технического результата реактор высокоскоростного пиролиза содержит цилиндрический корпус (1), в верхней части которого установлен патрубок (5) подачи исходного сырья с теплоносителем, а в нижней части - патрубок (11) для отвода твердых продуктов пиролиза. Согласно полезной модели, патрубок (5) подачи исходного сырья с теплоносителем выполнен тангенциальным, а теплоноситель является газовым. К средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка (10) ввода восстанавливающею газа. В верхней части корпуса с возможностью вертикального перемещения коаксиально установлен патрубок (6) для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом (7) на нижнем конце. Раструб расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решеткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза. 2 илл.
Полезная модель относится к области переработки твердого углеводородсодержащего сырья, в частности бурого угля, биомассы, древесины и торфа, и служит для извлечения конденсируемых углеводородов и может найти применение в теплоэнергетике, химической, сельскохозяйственной, лесоперерабатывающей отраслях промышленности.
Из технического уровня известен реактор быстрого пиролиза торфа, содержащий трехсекционную рабочую камеру с выводами для подачи сухого торфа, выхода кокса и отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа, внутри рабочей камеры в верхней и средней секциях горизонтально установлены две цилиндрические газовые горелки, с каждой из которых механически сопряжено по одной наклонной металлической пластине, при этом наклонные металлические пластины расположены одна под другой и наклонены в противоположные стороны, в каждой из трех секций рабочей камеры на внутренней стенке размещены заполненные охлаждающей жидкостью кольцевые камеры с подводящими и отводящими трубками, вывод для подачи сухого торфа и вывод для отвода выделившегося в результате пиролиза торфа газа выполнены в верхней части верхней секции рабочей камеры, а вывод для выхода кокса выполнен в нижней части нижней секции рабочей камеры (патент РФ 
2293104 C1, дата приоритета 13.09.2005, дата публикации 10.02.2007, авторы Котельников В.А. и др., RU).
Недостатком известного реактора является низкая эффективность переработки исходного сырья из-за неравномерности размеров частиц сырья и низкий выход жидких продуктов пиролиза.
Известен реактор высокоскоростного пиролиза в составе установки для переработки твердого топлива в жидкое и газообразное топливо, содержащей бункер приема сырья с дозатором, герметичную камеру переработки, представляющую собой реактор, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, в реакторе установлен конвейер для перемещения сырья из бункера в емкость для твердого остатка с производительностью 0.1-10 тонн сырья в час, над конвейером установлен плазмотрон, совмещающий функции устройства получения плазмы высокочастотного разряда и устройства высокоскоростного нагрева сырья до температуры 500-1500°C электрической мощностью 180-600 кВт на одну тонну перерабатываемого сырья в час (патент РФ 2349624 C1, дата приоритета 06.09.2007, дата публикации 20.03.2009, автор Стребков Д.С., RU).
Главным недостатком известного реактора является высокое потребление электроэнергии.
Известен струйный реактор высокоскоростного пиролиза пылевидного твердого топлива, принятый в качестве прототипа, содержащий цилиндрический корпус, состоящий из трех частей со щелевыми периферийными соплами, расположенными на разных уровнях в параллельных плоскостях, установленные в верхней части корпуса средства для ввода мелкозернистых угля и теплоносителя, подсоединенный к нижней части корпуса патрубок для отвода продуктов пиролиза, кольцевой коллектор для подвода газового теплоносителя, расположенный снаружи корпуса и подсоединенный к нему через щелевые периферийные сопла, установленный в корпусе по его оси цилиндрический коллектор-стояк с верхней конической частью и с регулируемыми центральными щелевыми соплами, при этом оси периферийных и центральных сопел расположены под углом друг к другу (Авторское свидетельство СССР 1666513, дата приоритета 06.04.1989, дата публикации 30.07.1991, авторы Хмелевская Е.Д. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность работы реактора, обусловленная наличием щелевых устройств, усложняющих конструкцию и ограничивающих функциональные возможности реактора из-за трудности регулирования времени пребывания сырья в зоне пиролиза, ограничений по влажности исходного сырья, так как щелевые сопла могут закоксовываться влажными частицами исходного угля и образующимся в процессе реакции углеродом, что может негативно отразиться на выходе и качестве жидких продуктов пиролиза, кроме того, применение наряду с газом-носителем мелкозернистого твердофазного теплоносителя снижает надежность реактора из-за возникновения абразивного износа внутренних стенок.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы реактора высокоскоростного пиролиза путем упрощения конструкции, расширения функциональных возможностей, повышения надежности и повышения выхода и качества жидких продуктов пиролиза.
Для решения поставленной задачи в реакторе высокоскоростного пиролиза, содержащем цилиндрический корпус, установленный в верхней части корпуса патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем, патрубок для отвода продуктов пиролиза, согласно полезной модели, патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем выполнен тангенциальным, а теплоноситель является газовым, к средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка ввода восстанавливающего газа, в верхней части корпуса с возможностью вертикального перемещения коаксиально установлен патрубок для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом на нижнем конце, раструб расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решеткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза
На фиг. 1 схематически показан реактор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху.
Реактор высокоскоростного пиролиза содержит корпус 1, состоящий из верхней, средней и нижней частей, образующих соответствующие зоны 2, 3 и 4. В верхней части корпуса расположен тангенциальный патрубок 5 подачи тонкоизмельченного исходного сырья с газовым теплоносителем, а также установлен с возможностью вертикального перемещения патрубок 6 для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом 7 на нижнем конце. При этом раструб 7 расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решеткой 8 для образования над ней зоны каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза 9. Регулирование указанного зазора может осуществляться перемещением выхлопной трубы с раструбом 7 с фиксацией, например с помощью сальникового соединения (условно не показано). К средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка 10 ввода восстанавливающего газа, а к нижней части корпуса присоединен патрубок 11 отвода твердых продуктов пиролиза.
Реактор высокоскоростного пиролиза работает следующим образом. Подаваемое через тангенциальный патрубок 6 исходное сырье вместе с потоком газового теплоносителя поступает в зону 2, приобретает вращательное движение и вовлекается в быстровращающийся вихревой поток реакционной смеси, перемещающийся в зону 3, благодаря чему обеспечивается малое время пребывания сырья в зоне реакций и протекание процесса высокоскоростного пиролиза. При этом в зоне 2 происходит взрывная деструкция угольных частиц из-за мгновенного вскипания входящей в их состав воды, что способствует еще более тонкому измельчению частиц и, соответственно, повышению их реакционной способности, что в результате приводит к повышению степени превращения и выхода продуктов пиролиза. В зоне 3 происходит контролируемый процесс высокоскоростного пиролиз частиц сырья. В результате этого процесса образуется парогазовая смесь, содержащая неконденсируемые углеводороды, оксид углерода и водород, а также пары конденсируемых углеводородов, составляющих жидкие продукты пиролиза. Для интенсификации процесса в зону 3 через тангенциальные патрубки 10, присоединенные с противоположных сторон к средней части корпуса, дополнительно вводится восстанавливающий газ, содержащий оксид углерода и водород, который обеспечивает восстановление конденсируемых углеводородов из парогазовой смеси в зоне каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза 9 и, тем самым, повышает содержание бензиновых и дизельных фракций, а следовательно обеспечивает повышение эффективности работы реактора за счет увеличения выхода и качества жидких продуктов пиролиза. Парогазовая смесь продуктов пиролиза отводится из реактора через коаксиально расположенную выхлопную трубу 6 с раструбом 7 и далее направляется в систему окончательной очистки и конденсации (не показана). Благодаря возможности перемещения выхлопной трубы с раструбом 7 в вертикальной плоскости и регулирования зазора между раструбом и стенкой корпуса реализуется возможность изменения реакционного объема и, соответственно, времени пребывания сырья в зоне пиролиза 3, что расширяет функциональные возможности реактора и повышает эффективность его работы. Частицы твердых продуктов пиролиза при их вращении отбрасываются центробежными силами к стенке корпуса, спускаются по ней в зону 4 и выводятся из нижней части реактора через патрубок 11 отвода твердых продуктов пиролиза в систему сбора и утилизации (не показана).
Преимущество заявляемого реактора заключается в том, что благодаря использованию газового теплоносителя и введению его в потоке вместе с исходным сырьем через тангенциальный патрубок в корпусе, взамен щелевых устройств, обеспечивается упрощение конструкции, исключается вероятность закоксовывания, обеспечивается возможность использования сырья с различной степенью влажности, повышается надежность реактора и тем самым повышается эффективность его работы. В результате в заявляемом реакторе благодаря новой совокупности признаков происходит интенсификация тепло-массообменных процессов и достигается высокая степень конверсии сырья.
Таким образом, описанные конструктивные особенности позволяют получить более высокий технический результат, а именно, существенно повысить эффективность работы реактора высокоскоростного пиролиза за счет расширения функциональных возможностей, повышения надежности и повышения выхода и качества жидких продуктов пиролиза.
Благодаря этому предлагаемый реактор высокоскоростного пиролиза может быть использован для переработки различных видов твердого углеводородсодержащего сырья в непрерывном режиме с последующей утилизацией продуктов пиролиза и получением высококачественного жидкого топлива с высоким выходом.
Реактор высокоскоростного пиролиза, содержащий цилиндрический корпус, установленный в верхней части корпуса патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем, патрубок для отвода продуктов пиролиза, отличающийся тем, что патрубок подачи исходного сырья с теплоносителем выполнен тангенциальным, а теплоноситель является газовым, к средней части корпуса тангенциально присоединены с противоположных сторон два патрубка ввода восстанавливающего газа, в верхней части корпуса с возможностью вертикального перемещения коаксиально установлен патрубок для отвода парогазовых продуктов пиролиза, выполненный в виде выхлопной трубы с раструбом на нижнем конце, раструб расположен в средней части с зазором по отношению к стенкам корпуса и снабжен каталитической решёткой, образующей в раструбе зону каталитического гидрирования парогазовых продуктов пиролиза.
