RU2553871C2

RU2553871C2 - Device for pyrolysis of carbon-bearing stock

Info

Publication number: RU2553871C2
Application number: RU2013141911/05A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Гапонов; Владимир Иванович Коршиков; Антон Дмитриевич Овсянко; Юрий Давидович Юдкевич
Original assignee: Антон Дмитриевич Овсянко
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-06-20
Also published as: RU2013141911A

Abstract

FIELD: process engineering.SUBSTANCE: invention relates to wood and wood wastes processing by pyrolysis. Proposed device comprises vertical pyrolysis chamber (1) with stock loading means (2) and product discharge means (3), source of heat carrier gas composed of kiln (4) and stock decomposition gaseous products discharge line (5). Said pyrolysis chamber (1) houses the rows of tubes (6) shifted in adjacent vertical rows relative to each other. Said chamber 1 is equipped with heat carrier gas distributor composed of a metal structure arranged over the height of chamber (1), in the area of its sidewall on kiln (4) side, and provided with the partition at the level of the tube, third from the top side. Said chamber (1) is provided with heat carrier gas manifold composed of a box-like metal structure located on opposite side of chamber (1) provided with the partition above the level of the tube, third from the top side and communicated with opposite ends of tubes (6) and discharge tube (12). Stock decomposition gaseous products manifold (10) is arranged on sides of chamber (1) and communicated therewith and decomposition products discharge line (5).EFFECT: uniform feed of heat to material in pyrolysis chamber for soft pyrolysis at 250-290°C over the entire volume of said chamber.3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для сушки и пиролиза древесины и ее отходов, а также других видов растительного сырья и продуктов, образованных из него.The invention relates to equipment for drying and pyrolysis of wood and its waste, as well as other types of plant materials and products formed from it.

Известно устройство барабанного типа для переработки материалов, включающее барабан, заполненный телами инертного наполнителя и разделенный по длине на секции поперечными перегородками с проходными отверстиями, оборудованный загрузочным и разгрузочным устройствами и приводом для приведения барабана в движение, отличающееся тем, что каждая секция барабана загружена телами инертного наполнителя до уровня не ниже верхних краев проходных отверстий в перегородках, а в торцах барабана или на его боковой поверхности выполнены отверстия для подачи и выпуска газового агента, RU 2364451 C1.A device of the drum type for processing materials is known, including a drum filled with inert filler bodies and divided into sections by transverse partitions with through holes, equipped with loading and unloading devices and a drive for driving the drum in motion, characterized in that each section of the drum is loaded with inert bodies filler to a level not lower than the upper edges of the passage holes in the partitions, and holes are made at the ends of the drum or on its side surface for I supply and exhaust gas agent, RU 2364451 C1.

В этом устройстве качество обработки материала теплоносителем зависит от стабильности движения барабана, а инертный наполнитель периодически изнашивается и требует замены. По мере износа наполнителя качество обработки ухудшается.In this device, the quality of processing the material with a coolant depends on the stability of the drum, and the inert filler periodically wears out and needs to be replaced. As the filler wears out, the processing quality deteriorates.

Более эффективно устройство для термической обработки (пиролиза) углеродосодержащих отходов, включающее вертикально установленную оребренную металлическую пиролизную камеру со средствами для загрузки сырья и выгрузки продукта, источник газообразного теплоносителя в виде топки с газовой горелкой, магистраль для отвода газообразных продуктов разложения сырья (пиролизных газов). Пиролизная камера помещена в газоплотную теплоизоляционную камеру, выполненную из бетонных колец. Внутри пиролизной камеры расположена перфорированная отверстиями труба для сбора пиролизного газа, а к верхней части пиролизной камеры присоединен трубчатый коллектор пиролизного газа, соединенный с блоком очистки и охлаждения пиролизного газа, соединенным, в свою очередь, с газовой горелкой и газотурбинным агрегатом, причем газотурбинный агрегат соединен газоходом с газоплотной теплоизоляционной камерой, RU 23968810.A more efficient device for the thermal treatment (pyrolysis) of carbon-containing waste, including a vertically mounted finned metal pyrolysis chamber with means for loading raw materials and unloading the product, a source of gaseous coolant in the form of a furnace with a gas burner, a line for removing gaseous decomposition products of raw materials (pyrolysis gases). The pyrolysis chamber is placed in a gas-tight heat-insulating chamber made of concrete rings. Inside the pyrolysis chamber there is a perforated tube for collecting pyrolysis gas, and to the upper part of the pyrolysis chamber is attached a tubular pyrolysis gas collector connected to a pyrolysis gas purification and cooling unit, connected in turn to a gas burner and a gas turbine unit, the gas turbine unit being connected gas duct with a gas tight heat-insulating chamber, RU 23968810.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.This technical solution is made as a prototype of the present invention.

Недостатком прототипа, так же, как и описанного выше аналога, является то обстоятельство, что не обеспечивается равномерный подвод тепла к материалу, подлежащему пиролизу. Тепло подводится со стороны стенки пиролизной камеры, а к центру камеры температура существенно снижается; при этом на периферии камеры у стенки температура составляет 600-700°C, что не позволяет осуществлять «мягкий» пиролиз (торрефикацию), требующий значительно более низкой (250-290°C) температуры процесса при равномерном подводе тепла к материалу по всему объему пиролизной камеры. Как известно, мягкий пиролиз позволяет значительно увеличить выход продукта (торрефиката) до 70-80% от массы исходного сырья, однако при использовании известной установки процесс, начиная с температуры 290-300°C переходит в стадию глубокого пиролиза, что ведет к резкому падению выхода продукта.The disadvantage of the prototype, as well as the above analogue, is the fact that it does not provide a uniform supply of heat to the material to be pyrolyzed. Heat is supplied from the side of the wall of the pyrolysis chamber, and the temperature decreases significantly towards the center of the chamber; the temperature at the periphery of the chamber near the wall is 600-700 ° C, which does not allow for “soft” pyrolysis (torrefaction), which requires a significantly lower (250-290 ° C) process temperature with uniform heat supply to the material throughout the entire pyrolysis volume cameras. As you know, soft pyrolysis can significantly increase the yield of product (torreficate) up to 70-80% by weight of the feedstock, however, when using the known installation, the process, starting from a temperature of 290-300 ° C, goes into the stage of deep pyrolysis, which leads to a sharp drop in yield product.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение равномерного подвода тепла к материалу в пиролизной камере, что позволяет осуществлять мягкий пиролиз при температуре 250-290°C по всему объему камеры.The objective of the present invention is to provide a uniform supply of heat to the material in the pyrolysis chamber, which allows for soft pyrolysis at a temperature of 250-290 ° C throughout the volume of the chamber.

Согласно изобретению в устройстве для пиролиза углеродосодержащего сырья, включающем вертикально установленную пиролизную камеру со средствами для загрузки сырья и выгрузки продукта, источник газообразного теплоносителя в виде топки, а также магистраль для отвода газообразных продуктов разложения сырья, внутри пиролизной камеры размещены ряды труб, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси пиролизной камеры, трубы в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали, пиролизная камера снабжена распределителем газообразного теплоносителя, сообщающимся с топкой и концами труб, выполненным в виде металлической конструкции, размещенной по высоте пиролизной камеры в зоне ее боковой стенки со стороны топки, снабженным перегородкой на уровне ниже третьей сверху трубы, а также снабжена коллектором газообразного теплоносителя, выполненным в виде коробчатой металлической конструкции, размещенной с противоположной стороны пиролизной камеры, снабженным на уровне выше третьей снизу трубы перегородкой, и сообщающимся с противоположными концами труб и отводной трубой, при этом по боковым сторонам пиролизной камеры выполнен по меньшей мере один коллектор газообразных продуктов разложения сырья, сообщающийся с пиролизной камерой и магистралью для отвода этих продуктов.According to the invention, in a device for the pyrolysis of carbon-containing raw materials, comprising a vertically mounted pyrolysis chamber with means for loading raw materials and unloading the product, a source of gaseous heat carrier in the form of a furnace, and also a line for removing gaseous decomposition products of raw materials, inside the pyrolysis chamber there are rows of pipes, the longitudinal axes of which perpendicular to the longitudinal axis of the pyrolysis chamber, the pipes in the vertically adjacent rows are shifted horizontally relative to each other, the pyrolysis chamber is provided a gaseous coolant distributor communicating with the furnace and pipe ends, made in the form of a metal structure placed along the height of the pyrolysis chamber in the region of its side wall on the side of the furnace, provided with a partition at a level lower than the third from the top of the pipe, and also equipped with a gaseous coolant collector made in the form a box-shaped metal structure placed on the opposite side of the pyrolysis chamber, provided with a partition at a level higher than the third from the bottom of the pipe, and communicating with the opposite and the pipe ends and branch pipe, while at the sides the pyrolysis chamber is formed by at least one manifold of the gaseous products of decomposition of raw materials, in communication with the pyrolysis chamber and the manifold for discharging these products.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Novelty."

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанное обстоятельство обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».The applicant has not identified sources of information that would contain information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. This circumstance determines, according to the applicant, the invention meets the patentability condition “Inventive step”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1 - вид спереди, полость пиролизной камеры и полость топки открыты; на фиг. 2 - вид справа на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А - А на фиг. 2.The invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 is a front view, the cavity of the pyrolysis chamber and the cavity of the furnace are open; in FIG. 2 is a right view in FIG. one; in FIG. 3 - section A - A in FIG. 2.

Устройство для пиролиза углеродосодержащего сырья включает вертикально установленную металлическую пиролизную камеру 1 с устройством 2 для загрузки сырья и устройством 3 для выгрузки продукта - термически обработанного остатка сырья (продукта мягкого пиролиза -торрефиката). Источник газообразного теплоносителя представляет собой топку 4, в которую в процессе пиролиза по магистрали 5 поступают газообразные продукты разложения сырья, так называемый «пиролизный газ».A device for the pyrolysis of carbon-containing raw materials includes a vertically mounted metal pyrolysis chamber 1 with a device 2 for loading raw materials and a device 3 for unloading the product — a heat-treated residue of the raw material (soft pyrolysis product-torficate). The source of gaseous coolant is a furnace 4, into which during the pyrolysis process through the line 5 the gaseous decomposition products of raw materials, the so-called "pyrolysis gas," enter.

Внутри пиролизной камеры 1 размещены ряды труб 6, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси 7 камеры 1 (фиг. 2). Трубы 6 в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали.Inside the pyrolysis chamber 1 there are rows of pipes 6, the longitudinal axis of which is perpendicular to the longitudinal axis 7 of the chamber 1 (Fig. 2). Pipes 6 in vertically adjacent rows are shifted horizontally relative to each other.

Пиролизная камера 1 снабжена распределителем 8 газообразного теплоносителя, представляющим собой металлическую конструкцию, размещенную по высоте камеры 1 в зоне ее боковой стенки со стороны топки 4. Пиролизная камера 1 снабжена также коллектором 9 газообразного теплоносителя, представляющим собой аналогичную коробчатую конструкцию, размещенную с противоположной стороны пиролизной камеры 1. По другим боковым сторонам пиролизной камеры 1 выполнены коллекторы 10 газообразных продуктов разложения сырья, отделенные от камеры 1 посредством диафрагм 11 с отверстиями, через которые коллекторы 10 сообщаются с камерой 1. Кроме того, коллекторы 10 сообщаются с магистралью 5 для отвода газообразных продуктов разложения сырья. Коллектор 9 газообразного теплоносителя сообщается с отводной трубой 12. Распределитель 8 газообразного The pyrolysis chamber 1 is equipped with a gaseous coolant distributor 8, which is a metal structure located along the height of the chamber 1 in the region of its side wall on the side of the furnace 4. The pyrolysis chamber 1 is also equipped with a gaseous coolant collector 9, which is a similar box structure placed on the opposite side of the pyrolysis chambers 1. On the other lateral sides of the pyrolysis chamber 1, collectors 10 of gaseous decomposition products of raw materials are made, separated from the chamber 1 by apertures 11 with openings through which the collectors 10 communicate with the chamber 1. In addition, the collectors 10 communicate with the highway 5 for the removal of gaseous decomposition products of raw materials. The collector 9 of the gaseous coolant communicates with the exhaust pipe 12. The distributor 8 of the gaseous

теплоносителя на уровне ниже третьей сверху трубы 6 снабжен перегородкой 13; коллектор 9 снабжен аналогичной перегородкой 14 на уровне выше третьей снизу трубы 6. Топка 4 сообщается с распределителем 8 газообразного теплоносителя посредством трубы 15. На трубе 15 имеется патрубок с вентилем 16.the coolant at a level lower than the third from above the pipe 6 is provided with a partition 13; the collector 9 is equipped with a similar partition 14 at a level above the third from the bottom of the pipe 6. The furnace 4 communicates with the distributor 8 of the gaseous coolant through the pipe 15. On the pipe 15 there is a pipe with a valve 16.

Устройство работает следующим образом. Через устройство 2 для загрузки сырья в пиролизную камеру 1 загружают измельченное углеродосодержащее сырье, в частности древесную щепу. В топку 4 в начале процесса помещают топливо, в частности торф. При сгорании топлива образуется газообразный теплоноситель (топочный газ) с температурой 900-1000°С. При открытом вентиле 16 в трубу 15 подсасывается воздух, который разбавляет топочный газ до рабочей температуры 280-290°С. Топочный газ по трубе 15 поступает в верхнюю часть распределителя 8 и через три верхние трубы 6 проходит в верхнюю часть коллектора 9, откуда через три средние трубы 6 поступает в нижнюю часть распределителя 8 и затем через нижние трубы 6 проходит в нижнюю часть коллектора 9 и далее отводится через отводную трубу 15.The device operates as follows. Through the device 2 for loading raw materials into the pyrolysis chamber 1 is loaded crushed carbon-containing raw materials, in particular wood chips. Fuel is placed in the furnace 4 at the beginning of the process, in particular peat. During fuel combustion, a gaseous coolant (flue gas) with a temperature of 900-1000 ° C is formed. When the valve 16 is open, air is sucked into the pipe 15, which dilutes the flue gas to an operating temperature of 280-290 ° C. The flue gas through the pipe 15 enters the upper part of the distributor 8 and passes through the upper three pipes 6 to the upper part of the manifold 9, from where it passes through the three middle pipes 6 to the lower part of the distributor 8 and then through the lower pipes 6 passes to the lower part of the manifold 9 and then is discharged through the outlet pipe 15.

Благодаря тому, что трубы 6 в соседних по вертикали рядах сдвинуты относительно друг друга по горизонтали, измельченное сырье при поступлении его из устройства 2 в пиролизную камеру 1 обтекает трубы 6 и равномерно распределяется по объему камеры 1. Благодаря этому становится возможным равномерный нагрев всего сырья в камере 1 от поверхности труб 6 до температур в пределах 250-290°С, что необходимо для осуществления мягкого пиролиза сырья. При этом процесс проходит в две стадии. На первой стадии осуществляется сушка материала. Вторая стадия - эндотермическая, осуществляется до достижения температуры 290°С.Due to the fact that the pipes 6 in horizontal rows adjacent vertically are shifted relative to each other, crushed raw material when it enters from the device 2 into the pyrolysis chamber 1 flows around the pipes 6 and is evenly distributed throughout the chamber 1. This makes it possible to uniformly heat all the raw materials in chamber 1 from the surface of the pipes 6 to temperatures in the range of 250-290 ° C, which is necessary for the implementation of soft pyrolysis of raw materials. The process takes place in two stages. At the first stage, the material is dried. The second stage is endothermic, carried out until a temperature of 290 ° C is reached.

Образующиеся в процессе пиролиза продукты разложения сырья (пиролизный газ) поступают в топку 4 по магистрали 5, где сгорают с образованием топочного газа, поступающего по трубе 15 в пиролизнуюThe decomposition products of raw materials formed during the pyrolysis process (pyrolysis gas) enter the furnace 4 through line 5, where they are burned with the formation of flue gas entering through the pipe 15 into the pyrolysis

камеру 1. Термически обработанный остаток сырья (торрефикат) удаляется через устройство 3 для выгрузки продукта, а через устройство 2 для загрузки сырья в пиролизную камеру поступает новая порция материала, цикл повторяется.chamber 1. The heat-treated residue of raw materials (torreficate) is removed through the device 3 for unloading the product, and through the device 2 for loading the raw materials into the pyrolysis chamber a new portion of material enters, the cycle repeats.

Режим работы устройства непрерывный, процесс может быть автоматизирован.The operating mode of the device is continuous, the process can be automated.

В качестве сырья используется древесина, торф и другие органические материалы.The raw materials used are wood, peat and other organic materials.

Для изготовления устройства могут быть использованы известные конструкционные материалы и средства автоматизации.For the manufacture of the device, known structural materials and automation means can be used.

Указанные обстоятельства, по мнению заявителя, позволяют сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».These circumstances, according to the applicant, allow us to conclude that this invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Claims

A device for the pyrolysis of carbon-containing raw materials, including a vertically mounted pyrolysis chamber with means for loading raw materials and unloading the product, a source of gaseous coolant in the form of a furnace, as well as a line for removing gaseous decomposition products of raw materials, characterized in that rows of pipes, longitudinal axes are placed inside the pyrolysis chamber which are perpendicular to the longitudinal axis of the pyrolysis chamber, the pipes in the vertically adjacent rows are shifted horizontally relative to each other, the pyrolysis chamber is provided with a gaseous coolant distributor communicating with the furnace and pipe ends, made in the form of a metal structure placed along the height of the pyrolysis chamber in the region of its side wall on the side of the furnace, provided with a partition at a level lower than the third from above the pipe, and also equipped with a gaseous coolant collector made in the form a box-shaped metal structure placed on the opposite side of the pyrolysis chamber, provided with a partition at a level higher than the third from the bottom of the pipe, and communicating with the opposite the ends of the pipes and the outlet pipe, while on the sides of the pyrolysis chamber is made at least one collector of gaseous decomposition products of raw materials in communication with the pyrolysis chamber and the line for removal of these products.