Реактор надшвидкого піролізу твердих вуглевмісних речовин

Реферат: Реактор для отримання електроенергії з дрібнодисперсного твердого органічного палива 0 -4 реалізує спосіб надшвидкого піролізу при температурі 700-1200 ºС за час 10 -10 с без доступу повітря, оснащеного камерою завантаження-дозування вуглевмісних речовин, нагрівачем і високочастотним генератором, приймачем твердого залишку, циклоном-конденсатором з накопичувачем рідкого палива. Кінематично пов'язаний зі штоком гідроциліндра циліндричний порожнистий поршень, порожнина якого сполучена з атмосферою через відкритий торець в зоні вузла з'єднання, вставлений в горизонтальну піролізну трубку, що містить транспортну, сполучену через приймально-дозуючий радіально-прямокутний отвір з порожниною бункера для сировини, і піролізну порожнину, сполучену з бункером для сухого залишку, причому транспортна і піролізна порожнини роз'єднуються електромагнітним клапаном, зовнішні, охоплюючі її (піролізну трубку), корпус порожнини водяного охолодження і корпус електронагрівального елемента; поршень має на поверхні, що не входить в порожнину піролізної трубки, кулачок і контактуючий постійно з поверхнею поршня рухомий контакт керування електромагнітним клапаном, а в бункері для сухого залишку є клапан, з газовідвідним отвором, виконаним вище горизонтальної осі піролізної трубки, постійно притиснутий пружиною до торця піролізної трубки. UA 103462 U про видачу патенту: UA 103462 U UA 103462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області переробки твердого палива в рідке і газоподібне паливо, зокрема до техніки піролітичної конверсії органічних речовин в рідке і газоподібне паливо, конкретно до реакторів надшвидкого піролізу твердих органічних палив. Відома установка отримання синтез-газу піролізом твердого вуглевмісного палива, яке подають шнеком з бункера для палива в піролізну камеру і нагрівають до температури 1100 ºС. гарячими газами продуктів згоряння частини палива, сухого залишку і горючих газів, що виділяються з палива в процесі його переміщення з бункера в зону камери піролізу і далі в камеру згоряння. Ділянка шнека для подачі палива, що міститься в піролізній камері, розміщена в жолобі і оснащена елементами для ворушіння переміщуваного палива. Тверді продукти піролізу шнеком передають на колосникову решітку в камері згоряння, де спалюють тверді і рідкі продукти піролізу з отриманням гарячих димових газів, що надходять в піролізну камеру. Димові гази змішуються з утвореним в піролізній камері синтез-газом і отриману суміш направляють по колектору в осадову камеру, де відділяють домішки твердих частин і конденсують парову фазу з формуванням остаточного складу синтез-газу. (Патент РФ № 2414503, 2009 p.) Недоліками установки є: 1) неможливість проведення надшвидкого піролізу; 2) низька якість синтез-газу внаслідок вмісту в ньому продуктів згоряння. Відомий реактор швидкого піролізу подрібленого до 3 мм торфу, що реалізує спосіб надшвидкого піролізу при 3 5 температурі 500-800 ºС. зі швидкістю нагріву в межах від 10 до 10 ºС. в сек. в проміжку часу не більше 6 сек., в якій торф подається на дві протилежно нахилені металеві пластини, кожна з яких нагрівається за допомогою газових пальників до температури 800 ºС. (Патент РФ № 2293104, 2007 p.) Недоліками даної установки є те, що: 1) через низькі температури в периферійних зонах контактної поверхні пластин на них утворюється термоізоляційна плівка з суміші залишків згорівших бітумів і смол і твердого вуглецевого залишку палива, внаслідок чого паливо піддається піролізу при температурах нижче ніж в діапазоні 500-800 ºС., а частина палива скочується в бункер для твердого вуглецевого залишку де в подальшому піддається повільному піролізу при температурах нижче 400 ºС; 2) велика тривалість по часу підготовки пристрою до проведення робочого процесу; 3) знижує якість, тобто теплотворну здатність, неконденсованої частини піролізних газів. Відомий реактор надшвидкого піролізу, що реалізує спосіб переробки органічних речовин, включаючи торф шляхом багатостадійного нагріву з можливістю отримання газоподібної і твердої складових, зі здійсненням на першій стадії нагріву палива до температури 200-375 ºС. сушіння палива і на другій стадії нагрівання палива до температури 550-750 ºС в залежності від 3 виду органічних речовин, зі швидкістю нагрівання на всіх стадіях 10 ºС в сек. з тривалістю процесу надшвидкого піролізу не більше 6 сек. Реактор складається з двох послідовно з'єднаних секцій, що містять: перша секція сушіння бункер палива, дозатор, корпус сушильної камери з двома співвісними циліндричними валками, порожниною накопичення сухого палива і газовідвідної трубки; дозатора, розміщеного між першою і другою секціями, і другу піролізну секцію з циліндричними валками, що обертаються. Валки підігріваються газовими пальниками. (Патент РФ № 2201951,2002 p.) Недоліками реактора є: 1) неможливість реалізації процесу швидкого піролізу протягом 6 сек. всього об'єму палива внаслідок того, що частина палива відскакує від гладкої поверхні валків і не приймає участі в процесі швидкого піролізу, а гази, що виділились, містять велику кількість смолистих і бітумінозних компонентів, що засмічують газовідвідні трубопроводи і поверхні валків, дозатора і внутрішньої поверхні корпуса піролізу; 2) нерівномірність нагрівання валків, оскільки підвід тепла від полум'я газових пальників здійснюється локально, внаслідок чого різниця температури поверхні безпосередньо контактуючої з полум'ям газу і найбільш віддаленою від нею поверхнею валків знаходиться в межах до 30 %; 3) піролізні гази містять в складі відпрацьовані гази природного газу, що згорів в пальниках, що знижує якість, тобто теплотворну здатність, неконденсованої частини піролізних газів. Внаслідок вищевказаних недоліків реактор не забезпечує необхідних робочих параметрів проведення процесу надшвидкого піролізу. Найбільш близьким аналогом є реактор для отримання електроенергії з дрібнодисперсного твердого органічного палива, реалізуючий спосіб надшвидкого піролізу в вакуумі при 1 UA 103462 U 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4 температурі 700-1200 ºС за час 10 -10 сек. без доступу повітря оснащеного камерою завантаження-дозування вуглевмісних речовин, нагрівачем і високочастотним генератором, приймачем твердого залишку, циклон-конденсатора з накопичувачем рідкого палива для збудження реактивної плазми в реакторі надшвидкого піролізу. Недоліками реактора є: 1) підвищені затрати на підготовку дрібнодисперсної сировини в порівнянні з підготовкою сировини з поперечними розмірами до 3 мм; 2) неможливість забезпечення зменшення меж температурного режиму проведення надшвидкого піролізу, який в даному реакторі забезпечується в межах від 700 до 1200 ºС, що призводить до неконтрольованого складу продуктів надшвидкого піролізу. Задачею корисної моделі є підвищення якості синтез-газу, продуктивності та економічності. Поставлена задача вирішується тим, що кінематично пов'язаний зі штоком гідроциліндра циліндричний пустотілий поршень з порожниною, сполученою з атмосферою через відкритий торець в зоні вузла з'єднання вставлений в горизонтальну піролізну трубку, що містить транспортну з приймально-дозуючим радіально-прямокутним отвором в зоні порожнини паливного бункера і піролізну порожнину, що роз'єднуються електромагнітним клапаном, зовнішні, охоплюючі його, корпус порожнини водяного охолодження і корпус електронагрівального елемента; поршень має на поверхні, що не входить в порожнину піролізної трубки, кулачок і контактуючий постійно з поверхнею поршня рухомий контакт керування електромагнітним клапаном, а в бункері для сухого залишку є клапан, з газовідвідним отвором, виконаним вище горизонтальної осі піролізної трубки, постійно притиснутий пружиною до торця піролізної трубки. Реактор складається з: бункера палива 1, циліндричної піролізної трубки 2, з піролізною порожниною 3, сполученою з порожниною бункера 4 для сухого залишку з газовідвідною трубкою 5 і транспортною порожниною 6, сполученою з порожниною бункера для сировини 1 через радіальний прямокутний отвір 7 і роз'єднуючої порожнини 3 і 6 електромагнітного клапана 8; циліндричного порожнистого поршня 9, механічно пов'язаного зі штоком 10 гідроциліндра 11, пов'язаного через маслопроводи 12 з гідравлічною системою 13 керування зворотнопоступального переміщення поршня 9. Маються охоплюючі піролізну трубку 2: в зоні піролізної порожнини 3 корпус 14 електронагрівального елемента 15, намотаного на зовнішню поверхню піролізної трубки 2 і корпус 16 водяної сорочки з підвідною 17 і відвідною 18 парогазову суміш трубками, а також зовнішній кулачок 19, розміщений на поверхні поршня 9, котра не входить в процесі зворотно-поступального руху в порожнину піролізної трубки 2. З поверхнею поршня 9 і його кулачком 19 постійно контактує рухомий контакт 20 реле 21 керування подачі електричного струму до електромагнітного клапана 8. Мається регулятор 22 потужності електричного струму, що подається на контакти нагрівального елемента 15. Маються циклон-конденсатор 23 рідкої фракції з'єднаний з газовідвідною трубкою 5 бункера сухого залишку 4 і розміщений в бункері 4 клапан 24 з отвором 25, притиснутий до торця піролізної трубки 2 пружиною 26. На фіг. 1 Схема реактора в положенні поршня в момент доставки палива в піролізну камеру. На фіг. 2 Схема реактора в положенні поршня-завантаження палива. Пристрій працює наступним чином. Паливо розміром не більше 3 мм і вологістю до 10 % з бункера 1 потрапляє через радіальний прямокутний отвір 7 піролізної трубки 2 в транспортну порожнину 6 піролізної трубки 2 і поршнем 9 під дією кінематично пов'язаного з ним штока 10 гідроциліндра 11 переміщується в транспортній порожнині 6. При підході до зони розміщення електромагнітного клапана 8 кулачок 19 входить в контакт з рухомим контактом 20 реле 21, внаслідок чого клапан 8 відкривається і далі паливо поршнем 9 переміщується в піролізну порожнину 3, стінки якої нагріті електронагрівальним елементом 15 до необхідної температури проведення надшвидкого піролізу в діапазоні від 500 до 1200 град. Ц. з регулюванням температури піролізу потужністю електричного струму керованого регулятором потужності 22. -1 При частоті оборотно-поступального руху поршня 9 рівній 60 хв забезпечується нагрів палива зі швидкістю 10 град. Ц. в сек. і тривалість диструкції надшвидкого піролізу не більше 6 сек. При температурі надшвидкого піролізу 1100 ºС переважно утворюються неконденсовані горючі гази, що виводяться через газовідвідну трубку 5 бункера-осадника 4 сухого залишку і направляються для подальшого охолодження і конденсації парогазових фракцій в циклонохолоджувач 23. При зворотному переміщенні поршня 9 електромагнітний клапан 8 при виході з контакту його рухомого контакту 20 з кулачком 19 поршня 9 клапан роз'єднує порожнини піролізу 3 і транспортування 6, що перешкоджає потраплянню горючих газів в порожнину бункера 1. 2 UA 103462 U 5 10 15 20 25 30 35 Перегрів піролізної трубки 2 і стінок бункера 1 до температури понад 1200 ºС, при якому починається інтенсивне виділення бітумінозних і смолистих газів, запобігається примусовим водяним охолодженням піролізної трубки 2 і стінки бункера 1 охоплюючим поршень 9 корпусом 16 водяної порожнини з підводом води по трубці 17 і відводом гарячої пароповітряної суміші по трубці 18. Додаткове охолодження поршня 9 виконується тим, що поршень сполучається з атмосферою зі сторони торця в вузлі з'єднання зі штоком гідроциліндра, внаслідок чого природна циркуляція повітря забезпечує відвід тепла з внутрішньої порожнини поршня в атмосферу, охолоджуючи поршень. Паливо, переміщене поршнем 9 в піролізну порожнину 3, піддається піролітичній конверсії і додатково підтискається між клапаном 24, притиснутим до торця трубки 2 пружиною 26. При подальшому переміщенні поршня 9 клапан 24 обертається навколо осі кріплення до корпусу бункера 4 і відкривається і сухий залишок палива переміщується в бункер 4. Гази, утворені в піролізній порожнині 3, виходять в порожнину бункера 4 через отвір 25 клапана 24 і через газовідвідну трубку 5 проходять в циклон-конденсатор 23, де рідка фракція відділяється, а газова направляється до споживачів. Регулювання температури нагріву піролізної порожнини 3 виконується регулюванням потужності підведеного електричного струму електронагрівальному елементу 15 регулятором потужності 22. Таким чином, реалізація поставлених задач забезпечується: 1) виконанням головних технологічних параметрів реалізації процесу надшвидкого піролізу: 3 швидкість нагріву не менше 10 ºС в сек. і тривалість не більше 6 сек.; 2) підвищенням якості продуктів, тобто однорідності складу, за рахунок зниження інтервалу між максимальною і мінімальною температурою надшвидкого піролізу не більше 20 ºС, що в 25 разів менше аналогічного інтервалу між найбільшою і найменшою температурою 500 ºС у реактора аналога; 3) регулюванням температури нагрівання піролізної камери з 0 до 1100 ºС, що гарантує проведення надшвидкого піролізу з будь-яким вуглевмісним паливом з підбором оптимального температурного режиму; 4) реалізацією всіх відомих способів швидкого сушіння при температурі 120 ºС і над швидкого сушіння при температурі 250-350 ºС без конструкторських змін; 5) природним повітряним охолодженням дозуючо-транспортного поршня, примусовим охолодженням піролізної трубки і бункера палива, що запобігає утворенню бітумінозних і смолистих газів в бункері, що призводять до аварійних зупинок внаслідок затруднення подачі палива; 6) відсутністю доступу гарячих піролізних газів в бункер палива за рахунок роз'єднуючого транспортну і піролізну порожнини піролізної трубки електромагнітного клапана; 7) 100 % деструкцією палива за рахунок додаткового підтискання палива. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Реактор для отримання електроенергії з дрібнодисперсного твердого органічного палива, що 0 -4 реалізує спосіб надшвидкого піролізу при температурі 700-1200 ºC за час 10 -10 с без доступу повітря, оснащеного камерою завантаження-дозування вуглевмісних речовин, нагрівачем і високочастотним генератором, приймачем твердого залишку, циклоном-конденсатором з накопичувачем рідкого палива, який відрізняється тим, що кінематично пов'язаний зі штоком гідроциліндра циліндричний порожнистий поршень, порожнина якого сполучена з атмосферою через відкритий торець в зоні вузла з'єднання, вставлений в горизонтальну піролізну трубку, що містить транспортну, сполучену через приймально-дозуючий радіально-прямокутний отвір з порожниною бункера для сировини, і піролізну порожнину, сполучену з бункером для сухого залишку, причому транспортна і піролізна порожнини роз'єднуються електромагнітним клапаном, зовнішні, охоплюючі її (піролізну трубку), корпус порожнини водяного охолодження і корпус електронагрівального елемента; поршень має на поверхні, що не входить в порожнину піролізної трубки, кулачок і контактуючий постійно з поверхнею поршня рухомий контакт керування електромагнітним клапаном, а в бункері для сухого залишку є клапан, з газовідвідним отвором, виконаним вище горизонтальної осі піролізної трубки, постійно притиснутий пружиною до торця піролізної трубки. 3 UA 103462 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4