Спосіб одержання очищеного синтез-газу та пірокарбону у вигляді паливного брикету шляхом низькотемпературного піролізу викопних палив та/або біомаси

Спосіб одержання очищеного синтез-газу та пірокарбону у вигляді паливного брикету шляхом низькотемпературного піролізу викопних палив та/або біомаси, що включає завантаження сировини у вигляді викопних палив та/або біомаси та транспортування її за допомогою шнека до сушильної камери, сушіння сировини у сушильній камері та транспортування її за допомогою шнека до реакційної камери, транспортування за допомогою шнека сировини крізь реакційну камеру, розділення отриманих синтез-газу та пірокарбону, який відрізняється тим, що - вихідну сировину завантажують до завантажувального бункера; - транспортують до проміжного бункера з одночасним нагріванням до температури не більше за 250 °С у сушильній камері, виконаній у вигляді двошнекової трубчатої конструкції; - за допомогою частотного регулятора встановлюють час піролізу вихідної речовини у реакційній камері у діапазоні від 60 до 110 секунд у залежності від складу сировини; - подають із визначеною швидкістю вихідну сировину із проміжного бункера до реакційної камери; U 2 (19) 1 3 41908 4 утворенням парогазових продуктів і твердого заспособу оскільки не враховується час, необхідний лишку, подальший подів парогазових продуктів для повного піролізу окремих видів вихідної сиропіролізу на рідкі та газоподібні з можливістю подачі вини. твердих продуктів безпосередньо в камеру горінЗазначених вище недоліків позбавлений споня, причому піроліз здійснюється при температусіб за корисною моделлю, що пропонуються. рах 200-400°С при транспортуванні відходів у піМетою даної корисної моделі є завдання удоролізній трубі з визначеною швидкістю на сконалення способу отримання синтез-газу та пістрічковому конвеєрі, а газоподібні продукти піророкарбону, відомий з рівня техніки. лізу мають можливість через байпас повертатися Технологія переробки торфу, бурого вугілля, в піролізну трубу. лушпиння соняшника, костри льону, сапропелю У відомому засобі здійснюється низькотемпе(викопних палив та біомаси) оригінальна та має ратурний піроліз відходів тільки у гранульованому і суттєві переваги перед традиційними способами порошкоподібному вигляді, що обмежує його оботримання вугільного брикету піролізом або коксуласть застосування. Значні енерговитрати для ванням та напівкоксуванням викопних палив та підготовки відходів та переробки їх у даному засобіомаси. бі погіршують його економічну ефективність і робПіролізний вуглець або пірокарбон, який отрилять його неконкурентоспроможним, як в економімують у результаті низькотемпературного піролізу, чному плані, так і екологічному. Застосування має таку саму якість для споживачів, що й пірокастрічкового конвеєру в умовах повільного піролізу рбон отриманий за допомогою способів, які провопри температурі до 400°С вимагає герметизації дяться при температурах 900°С та вище. Спосіб вала трансмісії в корпусі піролізної труби і корпусі отримання синтез-газу та пірокарбону, що пропопечі, що разом із складністю герметизації вузлів нується, проводиться при температурі не вище за завантаження відходів і вивантаження твердого 200-350°С (робоча температура 250°С) та не сузалишку піролізу ускладнює процес та знижує напроводжується виділенням смол та дьогтю. Піродійність засобу і пристроїв для його здійснення. генетична волога, що утворюється під час викоВідомою також є установка для піролізу пронання способу, не містить фенолів та оцтової мислових та побутових відходів за патентом Великислоти. кобританії № 1446876, дата публікації 1978 p., яка В основі способу отримання очищеного синмістить завантажувальний бункер, подавальний тез-газу та пірокарбону у вигляді паливного брикемеханізм, піч та пристрій для вивантажування. Під ту, що пропонується, лежить процес деструкції час роботи промислові відходи через бункер повисокомолекулярних з'єднань, які складають оргадаються до обертальної печі, де вони піролізуютьнічну масу сировини під впливом теплового потося, безперервно відводяться крізь нижній торець ку, якій проходить крізь композиційний матеріал печі та охолоджуються у водяному резервуарі. від джерела тепла до сировини, що переробляНедоліком даної установки є відсутність ізоляється. Вищезазначена деструкція супроводжуєтьції печі від атмосфери повітря на вході та охолося перерозподілом водню сировини. дження продуктів переробки в воді. Такий спосіб Рішення поставленої задачі досягається тим, охолодження потребує додаткового сушіння тверщо пропонується спосіб, який проводиться у реакдого залишку піролізу. Крім того, значним недоліційній камері, що являє собою спарені циліндричні ком даної установки є те, що продукти переробки металічні порожнини, обладнані двома напівобопіролізуються не повністю, а більша частина їх лонками та шнеком, за допомогою якої проходить просто згоряє. переміщення вихідної речовини в осьовому наНайближчим аналогом способу, що заявляпрямку. Нижня напівоболонка містить композиційється, є спосіб отримання синтез-газу та напівкокний матеріал, який є теплоносієм, що передає тесу піролізом біомаси за заявкою на Корисна мопло від джерела тепла до сировини, що дель Російської федерації № 2007112818, дата переробляється. Верхня напівоболонка призначепублікації 20.10.2008 p., включає одночасну робона для проходження теплоносія (водяної пари). ту трьох взаємозв'язаних камер: сушильної, піроліНаявність теплоносіїв з різною температурою зазної та розділової. При цьому вихідну сировину у безпечує примусову різницю теплових потенціалів сушильної камері підсушують до температури не в системі. Примусова різниця теплових потенціабільш за 400°С та транспортують до піролізної лів забезпечує постійність градієнту теплового камери, де протягом проміжку часу від 2 до 7 хвипотоку, у якому проходить низькотемпературний лин за допомогою шнекового механізму, що однопіроліз органічних з'єднань, у тому числі, біомаси. часно забезпечує рівномірне перемішування сироПроцес переробки здійснюється у реакційному вини, піддають низькотемпературному піролізу. У просторі під впливом потоку тепла з інтенсивністю результаті отримують синтез-газ та напівкокс. 35-40 кВт/м2, який пройшов крізь композиційний Недоліком зазначеного способу є відсутність матеріал. засобів, що забезпечують рівномірно обігрівання Композиційний матеріал відокремлено від вихідної сировини у піролізній камері, наявність джерела тепла та сировини, яку піддають реакції, залишків піролізу у вигляді смол та дьогтю, тобто стальними стінками. У якості зовнішнього джерела окрім твердої та газоподібної фази зазначений тепла переважним вважається полум'я від згорянпіроліз сприяє отриманню ще й рідкої фази. Серед ня матеріалів, в молекулярну структуру яких вхонедоліків даного способу можна також відмітити дить вуглець, а згоряння виконується у середовивідсутність засобів регулювання швидкості трансщі, яке містить кисень. портування вихідної сировини крізь піролізну каКомпозиційний матеріал являє собою сплав, меру, що суттєво знижує продуктивність даного який може містити вісмут, свинець, талій, олово, 5 41908 6 сурму, кадмій, індій, галій, вольфрам, хром, нікель, тю вихідну сировину із проміжного бункеру до реазалізо та діспергент. кційної камери. Починають піроліз сировини у реаСировину подають до реакційної камері підікційній камері, розташованої у топковому просторі грітою до температури у діапазоні 100-300°С. Для вихрової печі, при цьому реакційну камеру виконаінтенсифікації процесу передачі тепла та маси в но у вигляді двошнекової трубчатої конструкції конструкції установки використовують механічні обладнаної двома напівоболонками призначеними пристрої, які здійснюють перемішування та трансдля регулювання потоку тепла усередині реакційпортування сировини (шнек) виготовлені з металу, ної камери у діапазоні 35-40 кВт/м2, верхня напівкераміки або інших інертним матеріалів, які заповоболонка призначена для введення теплоносія у нюють реакційний простір та збільшують поверхню вигляді водяної пари, нижня напівоболонка містить теплообміну та масообміну. композиційний матеріал. Під час піролізу до верхУстановка для одержання очищеного синтезньої напівоболонки реакційної камери подають газу та пірокарбону у вигляді паливного брикету водяну пару виготовлену за допомогою пристрою шляхом низькотемпературного піролізу викопних для виготовлення водяної пари. Виконують піроліз палив та/або біомаси містить завантажувальний вихідної сировини при атмосферному тиску та бункер, механізм подання сировини, піч, пристрій температурі у зоні композиційного матеріалу у для вивантаження готової продукції, при цьому діапазоні 200-350°С. Під час піролізу вихідну сироустановка додатково включає проміжний бункер вину у реакційній камері транспортують за доподля розміщення нагрітої вихідної сировини, реакмогою шнекового механізму з одночасним вплиційну камеру, частотний регулятор, пристрій для вом на неї постійного теплового потоку, виготовлення водяної пари, охолоджувач, циклон рівномірність якого забезпечує різниця теплових для очищення синтез-газу від механічних домішок, потенціалів теплоносія у вигляді водяної пари та змішувач пірокарбону із в'яжучими компонентами, композиційного матеріалу. Охолоджують та роздіформувальний агрегат для виробництва паливнолюють синтез-газ та пірокарбон. Синтез-газ піддаго брикету, сушильний агрегат для висушування ють очищенню від твердих включень у циклоні та вологого паливного брикету. Сушильну камеру спрямовують до збірника газу з можливістю подавиконано у вигляді двошнекової трубчатої консльшої переробки. Отримані при очищенні синтезтрукції з можливістю попереднього нагрівання сигазу тверді включення додають до отриманого ровини до температури 250°С, обладнаної транспірокарбону на стадії брикетування. Пірокарбон портувальним пристроєм у вигляді шнеку. У якості змішують із в'яжучими, у якості яких використовупечі використано вихрову піч. Реакційну камеру ють, яка правило, модифікований крохмаль. Провиконано у вигляді двошнекової трубчатої консте, можливо й використання інших більш доступтрукції та обладнано двома напівоболонками приних за ціною та якістю матеріалів. Вологий значеними для регулювання потоку тепла усерепірокарбон за допомогою формувального придині реакційної камери у діапазоні 35-40 кВт/м2, строю формують у брикети та висушують брикети верхня напівоболонка призначена для введення пірокарбону за допомогою сушильного пристрою. теплоносія у вигляді водяної пари, нижня напівНаведена нижче Фігура пояснює конструктивні оболонка містить композиційний матеріал. При особливості установки, за допомогою якої реалізуцьому примусова різниця теплових потенціалів у ється спосіб одержання очищеного синтез-газу та напівоболонка реакційної камери забезпечує попірокарбону у вигляді паливного брикету шляхом стійність градієнту теплового потоку, у якому пронизькотемпературного піролізу викопних палив ходить низькотемпературний піроліз органічних та/або біомаси, що заявляється. Фігура креслення, з'єднань. Сушильну та реакційну камери розміщеяк і опис прикладів конкретного виконання устаноно горизонтально одну над іншою у топковому вки, наведені лише для ілюстрації заявленого копросторі вихрової печі, з розміщенням між ними рисної моделі і не обмежують обсяг прав, визнапристрою для виготовлення водяної пари. чений формулою корисної моделі. Спосіб одержання очищеного синтез-газу та Фіг.1 - загальна схема установки для одерпірокарбону у вигляді паливного брикету шляхом жання очищеного синтез-газу та пірокарбону у низькотемпературного піролізу викопних палив вигляді паливного брикету шляхом низькотемпета/або біомаси, що включає завантаження сировиратурного піролізу викопних палив та/або біомаси. ни у вигляді викопних палив та/або біомаси та Установка для одержання очищеного синтезтранспортування її за допомогою шнеку до сугазу та пірокарбону у вигляді паливного брикету шильної камери, сушіння сировини у сушильній шляхом низькотемпературного піролізу викопних камері та транспортування її за допомогою шнеку палив та/або біомаси містить завантажувальний до реакційної камери, транспортування за допомобункер 2, механізм подання сировини 11, піч 1, гою шнеку сировини крізь реакційну камеру, роздіпристрій для вивантаження готової продукції. Крім лення отриманих синтез-газу та пірокарбону. Вихітого, установка додатково включає проміжний бундну сировину завантажують до завантажувального кер 4 для розміщення нагрітої вихідної сировини, бункеру та транспортують до проміжного бункеру з реакційну камеру 5, частотний регулятор (не покаодночасним нагріванням до температури не більзано), пристрій для виготовлення водяної пари 8, ше за 250°С у сушильній камері виконаної у виохолоджувач 9, циклон для очищення синтез-газу гляді двошнекової трубчатої конструкції. За доповід механічних домішок 10, змішувач (не показано) могою частотного регулятора встановлюють час пірокарбону із в'яжучими компонентами (не покапіролізу вихідної речовини у реакційній камері у зано), формувальний агрегат для виробництва діапазоні від 60 до 110 секунд у залежності від паливного брикету (не показано), сушильний агрескладу сировини. Подають із визначеною швидкісгат для висушування вологого паливного брикету 7 41908 8 (не показано). Сушильну камеру 3 виконано у викомпонентами, наприклад, модифікованим крохгляді двошнекової трубчатої конструкції з можливімалем, потім формують брикети, які направляють стю попереднього нагрівання сировини до темпедля остаточної сушки. ратури 250°С, обладнаної транспортувальнимЦілком зрозуміло, що отримані у результаті пристроєм 11 у вигляді шнеку. У якості печі виконизькотемпературного піролізу продукти можуть ристано вихрову піч 1. Реакційну камеру 5 виконабути використані у якості палива при реалізації но у вигляді двошнекової трубчатої конструкції та даного способу. обладнано двома напівоболонками призначеними Наведені нижче приклади надають конкретні для регулювання потоку тепла усередині реакційдані щодо вихідної сировини та отриманих завдяки ної камери у діапазоні 35-40 кВт/м2, верхня напівспособу, що пропонується, кінцевих продуктів. оболонка 6 призначена для введення теплоносія у Приклад 1. вигляді водяної пари, нижня напівоболонка 7 місУ якості вихідної сировини використовують бутить композиційний матеріал. При цьому примусоре вугілля. До завантажувального бункеру заванва різниця теплових потенціалів у напівоболонка тажують 100 кг бурого вугілля. Вихідну сировину реакційної камери забезпечує постійність градієнту підігрівають до температури приблизно 100-200°С, теплового потоку, у якому проходить низькотемпевидаляючи з неї залишкову вологу. За допомогою ратурний піроліз органічних з'єднань. Сушильну 3 частотного регулятора встановлюють час піролізу та реакційну 5 камери розміщено горизонтально вихідної речовини у реакційній камері приблизно одну над іншою у топковому просторі вихрової 110 секунд з урахуванням того, що ступінь перепечі, з розміщенням між ними пристрою для виготворення бурого вугілля у пірокарбон становить товлення водяної пари 8. приблизно 56-60 %. При досягненні температури у Спосіб реалізується наступним чином. зоні композиційного матеріалу приблизно 250Вихідну сировину завантажують до заванта300°С, подають підігріту сировину до реакційної жувального бункеру 2. Із завантажувального бункамери. На вихідну сировину діє постійний теплокеру 2 за допомогою шнекових механізмів 11 сивий потік з інтенсивністю 35-40 кВт/м2. Вихідну ровину подають до спареної сушильної камери 3, сировину переміщують уздовж реакційної камери де її нагрівають до температури не вище за 200°С протягом встановленого проміжку часу за допомопід час транспортування крізь сушильну камеру 3. гою шнекового механізму, який окрім переміщення З сушильної камери 3 нагріта сировина потрапляє сировини забезпечує також її одночасне додаткодо проміжного бункеру 4, звідки за допомогою ве перемішування. Після очищення отриманого у шнекових механізмів 11 її подають до спареної результаті піролізу синтез-газу у циклоні, на виході реакційної камери 5. За допомогою частотного отримують приблизно 50 кг пірокарбону. Продукрегулятора (не показаний) встановлюють час знативність установки по синтез-газу складає приблиходження сировини у реакційної камері 5. Цей час зно 250-300 м3 синтез-газу за годину. Після охолозалежить від виду вихідної сировини та змінюється дження отриманих продуктів за допомогою у діапазоні від 60 до 110 секунд. За допомогою охолоджувача, синтез-газ спрямовують до збірнипристрою для отримання пари 8 отримують пару ка газу, а пірокарбон спрямовують до блоку брикета спрямовують її до верхніх напівоболонок 6 спатування, де його змішують із в'яжучими компоненреної реакційної камери 5. Пристрій для отримантами, у якості яких використовують, як правило, ня пари 8 обладнано запобіжним клапаном 12 для модифікований крохмаль, та з отриманої вологої скидання надлишкового тиску пари. Сировина суміші за допомогою формувального пристрою транспортується крізь реакційну камеру 5 за допоформують брикети. Після обробки брикетів за домогою шнекових механізмів 11. Під час прохопомогою сушильного агрегату, отримують готові дження сировини відбувається низькотемпературдля використання брикети. ний піроліз при температурі у діапазоні 100-300°С Приклад 2. (робоча температура 250°С). На сировину діє поУ якості вихідної сировини використовують стійний тепловий потік, рівномірність якого забезторф. До завантажувального бункеру завантажупечує різниця теплових потенціалів теплоносія у ють 100 кг торфу. Вихідну сировину підігрівають до вигляді водяної пари (верхня напівоболонка 6 реатемператури приблизно 100-200°С, видаляючи з кційної камери 5) та композиційного матеріалу неї залишкову вологу. За допомогою частотного (нижня напівоболонка 7 реакційної камери 5), що регулятора встановлюють час піролізу вихідної приводить до перетворення вихідної сировини у речовини у реакційній камері приблизно 100 сесинтез-газ та пірокарбон. Надлишки перегрітої кунд з урахуванням того, що ступінь перетворення пари, що утворюється у реакційній камері скидаторфу у пірокарбон становить приблизно 45-50 %. ються крізь спеціальні клапани. При досягненні температури у зоні композиційного Надалі отримані синтез-газ та пірокарбон поматеріалу приблизно 250-350°С, подають підігріту трапляють до охолоджувача 9, який водночас висировину до реакційної камери. На вихідну сироконує роль роздільника один від одного отриманих вину діє постійний тепловий потік з інтенсивністю продуктів. Синтез-газ надалі спрямовується до 35-40 кВт/м2. Вихідну сировину переміщують узциклону 10, де його очищують від механічних додовж реакційної камери протягом встановленого мішок. Ці домішки являють собою порошкоподібпроміжку часу за допомогою шнекового механізму, ний пірокарбон, отже їх долучають до отриманого який окрім переміщення сировини забезпечує тараніше пірокарбону на стадії брикетування. Пірокож її одночасне додаткове перемішування. Після карбон після охолодження та відокремлення від очищення отриманого у результаті піролізу синтезсинтез-газу надалі потрапляє до блоку брикетугазу у циклоні, на виході отримують приблизно 50 вання, де його спочатку змішують із в'яжучими кг пірокарбону. Продуктивність установки по син 9 41908 10 тез-газу складає приблизно 250-300 м3 синтез-газу отримують приблизно 30-40 кг пірокарбону. Проза годину. Після охолодження отриманих продукдуктивність установки по синтез-газу складає притів за допомогою охолоджувача, синтез-газ спряблизно 250-300 м3 синтез-газу за годину. Після мовують до збірника газу, а пірокарбон спрямовуохолодження отриманих продуктів за допомогою ють до блоку брикетування, де його змішують із охолоджувача, синтез-газ спрямовують до збірнив'яжучими компонентів, у якості яких використовука газу, а пірокарбон спрямовують до блоку брикеють, яка правило, модифікований крохмаль, та з тування, де його змішують із в'яжучими компоненотриманої вологої суміші за допомогою формуватів, у якості яких використовують, як правило, льного пристрою формують брикети. Після обробмодифікований крохмаль, та з отриманої вологої ки брикетів за допомогою сушильного агрегату, суміші за допомогою формувального пристрою отримують готові для використання брикети. формують брикети. Після обробки брикетів за доПриклад 3. помогою сушильного агрегату, отримують готові У якості вихідної сировини використовують для використання брикети. лушпиння соняшника. До завантажувального бунПри зменшенні часу знаходження вихідної сикеру завантажують 100 кг лушпиння соняшника. ровини у реакційній камеру до 20-40 секунд або Вихідну сировину підігрівають до температури при зменшенні температури попереднього нагріприблизно 100-200°С, видаляючи з неї залишкову вання вихідної сировини до температури нижче за вологу. За допомогою частотного регулятора 90°С виникає ситуація, при якій не вся вихідна встановлюють час піролізу вихідної речовини у сировина піролізується. реакційній камері приблизно 80 секунд з урахуванСпосіб одержання очищеного синтез-газу та ням того, що ступінь перетворення бурого лушпірокарбону у вигляді паливного брикету шляхом пиння соняшника у пірокарбон становить приблизнизькотемпературного піролізу викопних палив но 40 %. При досягненні температури у зоні та/або біомаси та установка для його здійснення композиційного матеріалу приблизно 250-300°С, дозволяють отримати екологічне чисте паливо у подають підігріту сировину до реакційної камери. вигляді брикетів пірокарбону та синтез-газ, що На вихідну сировину діє постійний тепловий потік з містить водень та моноксид вуглецю, який може інтенсивністю 35-40 кВт/м2. Вихідну сировину пебути використаний для синтезу вуглеводнів на реміщують уздовж реакційної камери протягом каталізаторі, наприклад, СНМ-1, або використаний встановленого проміжку часу за допомогою шнеяк альтернатива природному газу. кового механізму, який окрім переміщення сировиЗазначений вище спосіб дозволяє збільшити ни забезпечує також її одночасне додаткове перевихід кінцевих продуктів та підвищити продуктивмішування. Після очищення отриманого у ність по сировині. результаті піролізу синтез-газу у циклоні, на виході Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601