Установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно древесных опилок

Полезная модель относится к области термохимической переработки углеродсодержащего сырья, предпочтительно, сырья растительного происхождения (биомассы) и может быть использовано в устройствах для термохимической переработки биомассы в лесотехнической промышленности для утилизации отходов древесины, в частности, опилок, а также в сельском хозяйстве для утилизации лузги проса, риса, хлопка и проч. Установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок содержит блок образования восстанавливающего газа, блок загрузки и сушки биомассы, камеру пиролиза, имеющей входы для трубопроводов подачи биомассы и газа-теплоносителя и выходы для продуктов пиролиза, блок охлаждения и обработки для твердых продуктов пиролиза и блок разделения газовых продуктов пиролиза. Установка снабжена циклоном разделения твердых частиц сырьевого продукта от воздуха, который расположен между блоком загрузки и камерой пиролиза, и циклоном разделения продуктов пиролиза на твердый остаток и пирогазы. Нижняя часть первого циклона через питатель-эжектор тангентально сообщена с камерой пиролиза, которая выполнена в виде вихревой камеры. Осевой вход в вихревую камеру соединен с трубопроводом подачи газа-теплоносителя, а выход ее тангентально сообщается с циклоном разделения продуктов пиролиза. Осевой выход последнего циклона для выхода газов пиролиза соединен с трубопроводом расположенным в теплообменнике, через который проходит трубопродовод подачи газа-теплоносителя в камеру пиролиза. Полезная модель обеспечивает термохимический процесс переработки биомассы, в частности, древесных опилок в непрерывном режиме без доступа воздуха, что повышает эффективность процесса, как по его производительности, так и по качеству получаемых при пиролизе биомассы продуктов. 1 незав. п. фор-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к области термохимической переработки углеродсодержащего сырья, предпочтительно, сырья растительного происхождения (биомассы) и может быть использовано в устройствах для термохимической переработки биомассы в лесотехнической промышленности для утилизации отходов древесины, в частности, опилок, а также в сельском хозяйстве для утилизации лузги проса, риса, хлопка и проч.

Известны различные установки для термохимической переработки растительного происхождения, содержащие топку, вытяжную трубу, герметичную камеру, расположенную внутри теплоизоляционного слоя, камера снабжена равномерно расположенными нагревателями, а снаружи перегородками, плотно прилегающими к наружной поверхности камеры и внутренней поверхности теплоизоляционного слоя, в перегородках выполнены сквозные отверстия (RU патент 2039078, МПК С10В 53/02, 09.07.95).

К недостаткам устройства относится большая энергоемкость (передача тепла через стенку), длительное время пиролиза.

Известна также установка для пиролиза углеводородного сырья, в частности, измельченных шин, содержащая механизм загрузки сырья в виде бункера и загрузочного устройства, цилиндрическую печь с соосно установленными в ней полой камерой, в которой установлена пиролизная камера в виде змеевика, верхняя часть которой тангентально сообщается с циклонной камерой, имеющей вентилятор и предназначенной для разделения продуктов пиролиза, распределительное устройство и баллон с инертным газом (см. патент РФ 2240339, С10В 1/04).

Недостатком данной установки является недостаточная эффективность ее работы. Указанный недостаток связан со значительной продолжительностью процесса взаимодействия частиц пиролизуемого сырья с продуктами пиролиза, так как процесс пиролиза протекает в режиме пневмотранспорта в камере, выполненной в виде змеевика. Продолжающееся термическое разложение частиц органосодержащего сырья в среде первичных продуктов пиролиза в процессе транспорта по змеевику приводит к образованию сложных органических соединений, что снижает качество образующихся продуктов пиролиза как топлива, и значительно усложняет процессы их разделения. Попеременная подача теплоносителя к механизму загрузки и инертного газа для удаления

воздуха из змеевека исключает непрерывность процесса пиролиза, снижает его производительность и вместе с тем не исключает наличие воздуха в змеевеке вследствие прямого подсоединения бункера сырьевого продукта к механизму его загрузки, что ухудшает качество продуктов пиролиза при использовании данной установки для пиролиза измельченного растительного сырья в виде древесных опилок. Выполнение камеры пиролиза в виде змеевика усложняет конструкцию установки, увеличивает ее габариты.

Для осуществления пиролиза биомассы, в том числе древесных опилок наиболее предпочтительным для получения качественной продукции пиролиза, в том числе, твердого остатка, используемого в дальнейшем для производства угля являются технологические процессы пиролиза, осуществляемые в среде восстанавливающего газа-теплоносителя.

С учетом этих обстоятельств наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок, содержащая блок образования газа-теплоносителя, блок загрузки и сушки биомассы, камеру пиролиза, имеющей входы для подачи биомассы и газа-теплоносителя и выходы для продуктов пиролиза, блок охлаждения и обработки твердых продуктов пиролиза и блок разделения газовых продуктов пиролиза (RU патент 2124547, С10В 53/02)..

Согласно данному техническому решению, предварительно просушенная биомасса загружается через блок загрузки в камеру пиролиза, при этом блок загрузки выполнен виде питателя, камера пиролиза в виде конвертера, представляющего собой металлический корпус, футерованный изнутри огнеупорным материалом, стойким к углеводородным соединениям и восстановительной среде. В нижнюю часть конвертера через патрубок и систему отверстий подают навстречу биоматериалу восстановительный газ-теплоноситель. В процессе пиролиза биомассы газообразные продукты, содержащие пары жидкости и углеводородные газы, в смеси с восстановительным газом выводят из верхней части конвертера и подают на сжигание в тепловые аппараты (например, котлы) и на разделение парообразных и жидких фракций, твердый остаток пиролиза выводят из нижней части конвертера для его обработки.

Недостатком установки является большая энергоемкость процесса, обусловленная значительными временными затратами по воздействию и расходу восстановительного газа на нагрев биомассы в конвертере. Используемый в установке блок загрузки в виде соединенного с загрузочным бункером питателя не исключает доступ воздуха в конвертер (камера пиролиза), что ухудшает качество продуктов пиролиза.

Задача заявляемой полезной модели состояла в создании установки для термохимического разложения биомассы, предпочтительно, древесных опилок, обеспечивающей высокую производительность процесса пиролиза и качество получаемых при пиролизе продуктов за счет непрерывности процесса без доступа воздуха.

Для решения поставленной технической задачи предложена установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок, содержащая блок образования газа-теплоносителя, блок загрузки и сушки биомассы, камеру пиролиза, имеющей входы для трубопроводов подачи биомассы и газа-теплоносителя и выходы для продуктов пиролиза, блок охлаждения и обработки для твердых продуктов пиролиза и блоки разделения газовых продуктов пиролиза, согласно заявляемой полезной модели, она снабжена циклоном разделения твердых частиц сырьевого продукта от воздуха, который расположен между блоком загрузки и камерой пиролиза, и циклоном разделения продуктов пиролиза на твердый остаток и пирогазы, при этом нижняя часть первого циклона через питатель-эжектор тангентально сообщена с камерой пиролиза, которая выполнена в виде вихревой камеры, осевой вход в которую соединен с трубопроводом подачи газа-теплоносителя, а выход ее тангентально сообщается с циклоном разделения продуктов пиролиза, при этом осевой выход последнего для газов пиролиза соединен с трубопроводом расположенным в теплообменнике, через который проходит трубопродовод подачи газа-теплоносителя в камеру пиролиза.

Полезная модель реализует непрерывность процесса пиролиза без доступа воздуха измельченной предварительно просушенной биомассы, предпочтительно, древесных опилок, что обеспечивает высокую эффективность установки по производительности и качества получаемых при пиролизе продуктов. Высокая эффективность работы установки для термохимической переработки биомассы, предпочтительно древесных опилок объясняется тем, что:

подаваемое в камеру пиролиза сырьевой компонент биомассы - древесные опилки предварительно подсушены в блоке загрузки и очищены от пылевых остатков и воздуха в циклоне, расположенном между блоком загрузки и камерой пиролиза, что снижает расходную часть восстанавливающего газа-теплоносителя на прогрев биомассы в камере пиролиза до температуры пиролиза древесных опилок;

выполнение камеры пиролиза в виде вихревой камеры повышает эффективность теплового воздействия подаваемого в камеру восстанавливающего газа-теплоносителя на движущиеся в вихревом потоке частицы древесных опилок, которые равномерно

смешиваются с газом-теплоносителем и равномерно прогреваются до технологически заданной температуры пиролиза;

создаваемые в камере пиролиза вихревые потоки газов и движущихся в них твердых частиц непрерывно поступают в циклон разделения продуктов пиролиза, откуда смесь газов пиролиза и теплоносителя из его верхнего осевого выхода поступает в трубопровод расположенный в теплообменнике, через который проходит трубопровод подачи восстанавливающего газа-теплоносителя в вихревую камеру пиролиза. В результате этого в трубопроводе подачи происходит нагрев восстанавливающего газа до температуры газов пиролиза, что снижает затратную часть по нагреву восстанавливающего газа-теплоносителя до технологически заданной температуры пиролиза древесных опилок.

При анализе известного уровня техники не выявлено установок для термохимической обработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок имеющих аналогичную заявляемой полезной модели совокупность конструктивных признаков, что свидетельствует о соответствии ее критерию «новизна». Для реализации установки используются известные конструктивные узлы и блоки, используемые в технологических процессах пиролиза органосодержащих материалов, в том числе, отходов растительного происхождения, что свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».

Полезная модель поясняется графическими материалами и ее описанием.

На рисунке показана принципиальная конструктивная схема установки для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок.

Установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок содержит:

блок образования восстанавливающего газа (на рис не показан), который, выполняют, например, в виде топки;

блок загрузки и сушки биомассы (не показан), предпочтительно, в виде бункера и пневмотранспортера с подачей в последний сушильного агента (потока восстанавливающего газа-теплоносителя) с температурой его подачи ниже технологически заданной температуры пиролиза древесных опилок;

камеру пиролиза 1, имеющей входы для трубопроводов подачи биомассы и восстанавливающего газа-теплоносителя и выходы для продуктов пиролиза. Камера пиролиза выполнена в виде вихревой камеры, имеющей тангентально ориентированный вход, осевой вход и тангентально ориентированный выход. Тангентально ориентированный вход в вихревую камеру соединен с трубопроводом подачи сырьевого

подсушенного компонента биомассы, древесных опилок, который подается в камеру пиролиза через питатель - эжектор 2, соединенный с нижним осевым выходом циклона 3, предназначенного для разделения твердых частиц сырьевого продукта от воздуха. Циклон 3 имеет в верхней части тангентально ориентированный вход (поз.I) для подачи в него подсушенной биомассы из блока загрузки. Осевой вход вихревой камеры пиролиза 1 соединен с трубопроводом 4 подачи в нее восстанавливающего газа-теплоносителя, температуру которого задают в соответствии с технологическим режимом пиролиза продуктов биомассы, в частности, древесных опилок. Восстанавливающий газ - теплоноситель подаваемый из блока его образования дополнительно нагревается в теплообменнике 5, через который проходит трубопровод 6 отвода образующихся при пиролизе газов. Тангентально ориентированный выход вихревой камеры пиролиза сообщается с циклоном 7, который предназначен для разделения продуктов пиролиза на твердый полупродукт и газы пиролиза. Нижний осевой выход циклона 7 для выхода твердых продуктов пиролиза соединен с системой переработки полученного твердых полупродуктов в активированный уголь. Система переработки твердых полупродуктов пиролиза выполнена в виде блока парогашения, охлаждаемого гранулятора 8, расфасовочного автомата 9. Верхний осевой выход (через вентилятор) циклона 7 соединен с трубопроводом 6, который через теплообменник 5, водяной холодильник 10 соединен с системой фракционного разделения пирогазов, например, со скруббером 11. Выходящей из нижней части скруббера фракции (жидкие) используются для получения жидких углеводородов 12 и «подсмольной» воды. Выходящие из верхней части скруббера газы («бедные газы») могут быть использованы в системе энерогоблока 13, а также в качестве циркулирующего теплоносителя в трубопроводе подачи восстанавливающего газа пиролиза.

Установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно, древесных опилок работает в технологическом режиме, обеспечивающим пиролиз биомассы восстанавливающим газом-теплоносителем. Предварительно подготовленное сырье - биомасса древесных опилок подается в бункер откуда пнемотранспортером (при предварительном прогреве сырья в нем газом-теплоносителем до температуры ниже температуры пиролиза данного сырья) поступает циклон 3, в котором происходит отделение подсушенной биомассы (древесные опилки) от воздуха. Далее через нижний осевой канал циклона 3 подсушенная биомасса через эжектор-питатель 2 тангентально направляется в полость вихревой камеры 1, в которую одновременно подается через ее осевой вход поток восстанавливающего газа-теплоносителя. В камере 1 происходит многократное вихревое смешивание потоков газа с подсушенной биомассой, нагрев ее до

температуры подаваемого газа-теплоносителя. Вихревой поток из камеры 1 тангентально выходит в циклон 7, где происходит дополнительный пиролиз биомассы и разделение продуктов пиролиза на твердый полупродукт и газы пиролиза. Дальнейший технологический процесс по использованию твердых полупродуктов пиролиза и пирогазов является традиционным.

Осуществляемый установкой термохимический процесс переработки биомассы, в частности, древесных опилок производится в непрерывном режиме без доступа воздуха, что повышает эффективность процесса, как по его производительности, так и по качеству получаемых при пиролизе биомассы продуктов.

Установка для термохимической переработки биомассы, предпочтительно древесных опилок, содержащая блок образования газа-теплоносителя, блок загрузки и сушки биомассы, камеру пиролиза, имеющую входы для трубопроводов подачи биомассы и газа-теплоносителя и выходы для продуктов пиролиза, блок охлаждения и обработки для твердых продуктов пиролиза и блок разделения газовых продуктов пиролиза, отличающаяся тем, что установка снабжена циклоном разделения твердых частиц сырьевого продукта от воздуха, который расположен между блоком загрузки и камерой пиролиза, и циклоном разделения продуктов пиролиза на твердый остаток и пирогазы, при этом нижняя часть первого циклона через питатель-эжектор тангентально сообщена с камерой пиролиза, которая выполнена в виде вихревой камеры, осевой вход в которую соединен с трубопроводом подачи газа-теплоносителя, а выход ее тангентально сообщается с циклоном разделения продуктов пиролиза, при этом осевой выход последнего для газов пиролиза соединен с трубопроводом, расположенным в теплообменнике, через который проходит трубопровод подачи теплоносителя в камеру пиролиза.