Спосіб переробки низькосортної сировини, яка містить вуглець, та установка для реалізації цього способу

1 Спосіб переробки низькосортної сировини, що містить вуглець, переважно торфу, що включає підготовку сировини і подачу и в плазмохімічний реактор, піроліз сировини в струмені газу, що створює плазму, з одержанням синтез-газу і спрямування синтез-газу на подальшу переробку, який відрізняється тим, що сировину, яка містить вуглець, подають у плазмохімічний реактор із вологістю 60-85 %, а піроліз ведуть у завислому стані шляхом рециркуляції частини синтез-газу через реактор но з єднані реактор піролізу сировини, що містить вуглець, і колону каталітичного синтезу рідких вуглеводнів, систему трубопроводів і систему теплообмінників, яка відрізняється тим, що реактор піролізу виконано у вигляді вертикального корпуса, що містить плазмотрон і реакційну камеру, оснащено засобом підготовки сировини до піролізу, засобом подачі сировини в реактор піролізу, засобом виведення синтез-газу з реактора і засобом для повернення частини газу в реактор і безпосередньо підключено до колони каталітичного синтезу рідких вуглеводнів 3 Установка за п 1 , яка відрізняється тим, що засіб для підготовки сировини до піролізу додатково містить сушильний пристрій 4 Установка за п 2, який відрізняється тим, що сушильний пристрій виконаний у вигляді вертикальної труби, обладнаної плазмотроном і конденсатором вологи 2 Установка для переробки сировини, яка містить вуглець, переважно торфу, що включає послідов Цей винахід стосується переробки низькосортної сировини, яка містить вуглець, переважно торф, на рідкі вуглеводні, а саме, на дизельне паливо Проте, це не означає, що запропонований винахід не може бути використаний для одержання інших ХІМІЧНИХ продуктів крім дизельного палива Крім торфу можна використовувати й ІНШІ ВИДИ низькосортної сировини, що містить вуглець, у тому числі, сапропелі, низькосортне вугілля, біомасу І Т Д Переробка будь-якої сировини, що містить вуглець, у ХІМІЧНІ продукти складається, як правило, із таких технологічних процесів попередньої обробки сировини (розмел, гранулювання, диспергування і, у разі потреби, сушіння), деструкції сировини з одержанням синтезугазу шляхом піролізу, гідрогенізації, хімічної деструкції з використанням низькотемпературної плазми і т д , каталітичного синтезу рідких вуглеводнів у газовій або рідкій фазі з використанням каталізаторів, що визначають вид цільового продукту, доведення цільового продукту до необхідної кондиції Широко відомий спосіб переробки сировини, яка містить вуглець, на рідкі вуглеводні й установка, що реалізує цей спосіб (кн Печуро Н С і др "Химия и технология синтетического жидкого топлива", 1986, М , Химия) Спосіб включає підготовку сировини, що містить вуглець, до піролізу (здрібнювання, сушіння), піроліз з одержанням синтезу-газу, охолодження й очищення синтезугазу і каталітичний синтез рідких вуглеводнів Установка, що реалізує цей спосіб, складається з обладнання, на якому готують сировину, що містить вуглець, для піролізу, реактора піролізу, апаратів для охолодження й очищення синтезугазу і реактора каталітичного синтезу, виконаного у виді вертикальної колони, що забезпечена елементами, які виводять тепло, оскільки каталітичний синтез рідких вуглеводнів супроводжується о о о о> ю 59000 виділенням великої КІЛЬКОСТІ тепла, яке треба постійно виводити з реактора синтезу Недолік описаного способу полягає в тривалості процесу піролізу і відносно низькій якості синтезу-газу, оскільки він містить, крім CO і ЬЬ, досить велику КІЛЬКІСТЬ СО2, а очищення синтезу-газу від СОг потребує серйозних капіталовкладень на виготовлення й установку очисної апаратури ВІДОМІ спосіб і пристрій для одержання газу з низькосортної сировини, що містить вуглець, у тому числі із торфу (патент України № 27256, кл С10В 49/18, оп 15 08 2000г) Спосіб дозволяє скоротити час перебування сировини в реакторі піролізу за рахунок використання прийому барботування шляхом рециркуляції частини синтезугазу, який створюється, через реактор, проте якість газу залишається низькою, і він не може бути використаний без очищення в каталітичному синтезі рідких вуглеводнів без очищення від СОг Загальний недолік всіх описаних способів переробки сировини, що містить вуглець, на синтезгаз полягає в тому, що піролізний газ є сильно забаластованим, і тому, без відповідної обробки є малопридатним для використання Використання піролізного газу в каталітичному синтезі рідких вуглеводнів передбачає в обов'язковому порядку очищення (відмивання) його від двоокису вуглецю, апаратурне оформлення цієї частини процесу серйозно здорожує всю установку по виробництву рідких вуглеводнів Відомо, ЩО на відміну від традиційних способів піролізу, піроліз сировини, що містить вуглець, у плазмохімічному реакторі дозволяє одержувати синтез-газ із низьким утриманням двоокису вуглецю (кн Суриса А Л «Плазмохимические процессы и аппараты», М, Химия, 1989 г) Відомим Є спосіб термічної переробки твердого палива, що містить вуглець, захищений патентом Роси № 2125082, кл C10J 3/18, 3/20, 3/46, 3/48, on 20 01 99 і обраний нами як прототип Спосіб за прототипом включає підготовку сировини, що містить вуглець, (сортування, здрібнювання і т д ) , дозовану подачу за його допомогою спеціального механізму в плазмохімічний реактор і піроліз сировини, що містить вуглець, у струмені газу, що створює плазму Повітря використовують як газ, що створює плазму Вуглець палива, під час взаємодії з окисним плазмовим струменем, що має температуру 2500 - 4000 К, переходить у газоподібний стан і у виді CO надходить у ресівер Одночасно з повітрям, що створює плазму, у плазмотрон подають воду, яка конвертується в кисень, що бере додаткову участь в окислюванні речовин, що містяться в паливі, і водень, який у вільному виді або у виді високомолекулярних з'єднань типу СпНп у суміші з СО надходить у ресівер З ресівера газ направляють споживачу Недоліком описаного способу є періодичність завантаження реактора за допомогою спеціального механізму, що дозує, і використання двох агентів, що створюють плазму повітря і води Використання повітря як газу, що створює плазму, негативно впливає на якість синтезу-газу, який крім СО і Нг містить і ІНШІ елементи Прототипом установки, що заявляється, є установка для переробки твердої сировини, що містить вуглець, яка включає послідовно з єднані системою трубопроводів реактор піролізу сировини, що містить вуглець, і колону (реактор) каталітичного синтезу рідких вуглеводнів, а також систему теплообмінників для рекуперації і раціонального використання тепла Між реактором піролізу і колоною каталітичного синтезу розміщені апарати для очищення синтезу-газу від двоокису вуглецю Перед реактором піролізу встановлена сушарка для доведення вологості низькосортної сировини, що містить вуглець, до рівня 15 - 20% (кн Гойхрах И М Химия и технология искусственного жидкого топлива", М - Л , Химия, 1950) Недолік існуючої установки полягає у використанні малоефективного реактору піролізу традиційної конструкції, який виконано з ЗОВНІШНІМ або внутрішнім обігрівом, та в традиційній технологи, що диктує необхідність оснащення установки апаратами для очищення синтезу-газу від двоокису вуглецю й іншого баласту У основу цього винаходу покладено задачу вдосконалення способу переробки низькосортної сировини, що містить вуглець, переважно торфу, на рідкі вуглеводні і, зокрема, на дизельне паливо шляхом спрощення процесу піролізу в плазмохімічному реакторі за рахунок виключення стадії змішування сировини, яка містить вуглець, із газом, який створює плазму, що природно призведе до спрощення конструкції плазмохімічного реактора й установки в цілому Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі переробки низькосортної сировини, що містить вуглець, який включає підготовку сировини і подачу її в плазмохімічний реактор, піроліз сировини в струмені газу, що створює плазму, з одержанням синтезу-газу і спрямування синтезу-газу на подальшу переробку, ВІДПОВІДНО до запропонованого винаходу сировину, що містить вуглець, подають у плазмохімічний реактор із вологістю 65 - 85%, і піроліз ведуть у завислому стані шляхом рециркуляції частини синтез-газу через реактор Установка для реалізації запропонованого способу складається з реактору сировини, що містить вуглець, безпосередньо підключеного до колони каталітичного синтезу рідких вуглеводнів, причому плазмохімічний реактор виконаний у виді вертикального корпуса, що містить плазмотрон і реакційну камеру, і оснащений засобом підготовки сировини до піролізу, засобом подачі сировини в реактор піролізу, засобом виведення синтез-газу з реактора і засобом для повернення частини газу в реактор Установка обладнана системою трубопроводів і системою теплообмінників Для регулювання вологості торфу, який подається на піроліз, установка може включати сушильний пристрій, виконаний, наприклад, у виді вертикальної труби, обладнаної плазмотроном і конденсатором вологи Подача в плазмохімічний реактор низькосортної сировини, що містить вуглець, із вологістю 6585% (а, це, як правило, вологість торфу, що заготовляється) дозволяє виключити необхідність введення в реактор газу, що створює плазму, і змішування його із сировиною, тому що при введенні «мокрого торфу» в реактор, вода перетворюється 59000 в пар, який приймає участь у процесі як газ, що створює плазму Практична відсутність у синтезгазі СОг дозволяє відмовитися від відповідної очисної апаратури На фігурі показано принципову схему установки на прикладі переробки вологого торфу на рідкі вуглеводні Установка складається з приймального бункера для мокрого торфу 1, молоткової дробаркиздрібнювача 2, сушильного пристрою 3, теплового плазмогенератора 4, конденсатора вологи 5, бункера-накопичувача 6, механізму, що подає, 7, реактору піролізу 8, що складається з плазмотрона 9 і реакційної камери 10, вихідного патрубка (равлика) 11, синтезу-газу 12, трубопроводу для відведення синтезу-газу 13, який рециркулює, конденсатора вологи 14, збірника конденсату 15, трубопроводу 16, турбокомпресора 17, газодувки 19 для подачі синтезу-газу в колону каталітичного синтезу рідких вуглеводнів 20 через патрубок 21, розташований у центрі дна колони каталітичного синтезу 20 Колона каталітичного синтезу 20 обладнана елементами, що відводять тепло, 22 і теплообмінником охолодження 23, і насосом 24 Верхня частина колони 20 з'єднується трубопроводом 25 із теплообмінником 26 і трубопроводом 27 із теплообмінником 28, що пов'язаний із відокремлювачем газу 29 До відокремлювача газу 29 є підключеним збірник рідкої частини вуглеводнів ЗО, підключений до насосу 31 для перекачування рідкої частини вуглеводнів у ємності сховища і потім на сублімацію 3 нижньої частини колони по трубопроводі 32 відбираються важкі фракції рідких вуглеводнів, що збираються в збірнику 33 3 збірником 33 трубопроводом 34 пов'язаний ВІДВІД паро-газової суміші рідких вуглеводнів 35 через теплообмінник 36 Верхня частина збірника 33 пов'язана трубопроводом 37 із збірником ЗО, а нижня частина збірника 33 трубопроводом 38 з'єднується зі збірником 39 Насос 40 перекачує важкі фракції на сублімацію Установка працює наступним чином Торф з автотранспорту (або інших транспортних засобів) надходить у приймальний бункер 1, потім по похилому живильнику надходить у дробарку-здрібнювач 2, що являє собою циліндричний корпус з ножами і "молотками", що обертаються Ножі здрібнюють значні фрагменти рослин, що знаходяться в торф'яній масі, а "молотки" здрібнюють загальну масу торфу і через сита вкидають у зону лопастей, що подають усю масу торфу в сушильний канал З У сушильному каналі 3 торф підсушується до вологості 65-85% і збирається в бункері-накопичувачі 6 реактору піролізу 8 Підсушування провадиться теплом, що генерується тепловими плазмо-генераторами 9, змонтованими у вузлі подачі торфу шнековим живильником 7 Далі торф потрапляє в реактор 8 в зону високої температури, що створюється плазм о генераторами 9 (2000-35000 С) При цьому торф миттєво руйнується до окису вуглецю Волога, що знаходиться в торфі, частково розкладається на водень і кисень і, частково конденсуючись, виводиться з технологічного процесу Частина синтезу-газу після відокремлення вологи підігрівається в теплообміннику-рекуператорі і повертається турбокомпресором у потік, що створює завислий прошарок торфу, що газифікується Газифікація (піроліз) торфу відбувається в інертному середовищі (синтез газу) і не містить у великих кількостях азот повітря, що значно полегшує процес синтезу продукту на наступній стадії Процес синтезу проходить у рідкій фазі на залізному каталізаторі, що знаходиться в завислому стані відносно завдяки синтез-газу, який проходить через рідку фазу ВІДПОВІДНО ДО технологічної схеми (див рис) синтез-газ подається з плазмохімічного реактора 8 по трубопроводу 18 ("гарячий" синтез-газ із плазмохімічного реактора 8 по трубопроводу 18 за допомогою газодувки 19 надходить у колону каталітичного синтезу 20 через патрубок 21, розташований у дні колони 20 Утворене в процесі синтезу рідких вуглеводнів тепло виводиться з колони 20 за допомогою елементів для відведення тепла 22, які утворюють із теплообмінником 23 і насосом 24 замкнутий контур Продукти синтезу у виді парів виводяться з реактора і по трубопроводу 25 надходять у теплообмінник 26 і далі по трубопроводу 27 у теплообмінник 28, у якому відбувається охолодження продуктів синтезу до температури конденсації Сконденсовані рідкі вуглеводні, пройшовши відокремлювач газу 29, збираються в збірнику ЗО і з ємності ЗО за допомогою насосу 31 перекачуються на ректифікаційну колону Високотемпературна рідка фракція вуглеводнів із температурою кипіння більш 3000 С по трубопроводу 34 надходить для охолодження в теплообмінник 36 і після охолодження в ємності 33 Газ, що не прореагував в процесі синтезу, може бути повернутий у ЛІНІЮ 18 подачі синтез-газу в колону каталітичного синтезу Охолоджена рідка фракція з ємності 33 перекачується насосом через ємність 39 і направляється в накопичувач Можливим є варіант, коли піроліз торфу здійснюють у двох реакторах, один з яких встановлюється безпосередньо на торфорозробках У цьому випадку перед газодувкою, яка подає синтез-газ в колону каталітичного синтезу рідкого палива, має місце змішування двох потоків синтез-газу і, при цьому, корегується склад і температура газу, який направляється на каталітичний синтез рідкого палива 59000 Комп'ютерна верстка С Волобуева Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна