Абляционный пиролиз

Компании Fortum Oil&Gas Oy и Vapo Oy (Финляндия) разработали технологию быстрого пиролиза биомассы в кипящем слое Forestera. В 2002 г. была разработана пилотная установка мощностью до 500 кг биомассы в час.

Компания Biomass Technology Group B. V. (BTG, Голландия) осуществляет разработку и коммерциализацию процесса быстрого пиролиза биомассы с применением абляционного конусного реактора.

Рис. 1. Принципиальная схема работы циклонного абляционного реактора быстрого пиролиза биомассы PyRos.

Компания BTG основана в 1979 г. и специализируется исключительно на процессах конверсии биомассы в биотоплива и биоэнергию. В 1997 г. специалисты компании разработали опытный реактор, на основе которого совместно с учеными Шеньянгского Аграрного Университета (Китай) сконструирована пилотная установка мощностью 50 кг/ч по сырью, еще одна пилотная установка компании мощностью 250 кг/ч энергетическом эквиваленте) размещается в лаборатории BTG в Голландии. В 2005 г. специалистами фирмы пущен первый коммерческий комбинат в Малайзии, мощность которого в энергетическом эквиваленте составляет 10 МВт•т. Другой разработкой ученых Университета Twente совместно с институтом TNO является абляционный реактор быстрого пиролиза биомассы PyRos циклонного типа (рис. 1). Отличительной особенностью нового реактора является расположенный внутри него вращающийся фильтр (рис. 2), используемый для высокотемпературной очистки пиролизного газа от твердых включений. Биомассы с влажностью до 20% и является высокоэкономичной. В настоящее время технология отрабатывается на пилотной установке производительностью 30 кг/ч по сырью, включающей два аппарата – реактор PyRos и камеру сгорания для нагрева инертного материала.

Рис. 2. Вращающийся сепарационный фильтр, интегрированный в циклон реактора PyRos

В настоящее время ведутся активные исследовательсике работы в области севершенствования конструкций реакторов и оптимизации условий проведения пиролиза. Наилучшие с коммерческой точки зрения результаты достигнуты на установках с двумя реакторами кипящего слоя, которые имеют хороший потенциал для увеличения масштаба.

В реакторах с кипящим слоем нагрев пиролизируемого сырья осуществляется при контакте мелких частиц с горячим песком, который выступает одновременно в качестве теплоносителя и катализатора дегидратации. Однако. существенным недостатком этого процесса является измельчение песка в ходе процесса, что требует дополнительного отделения образующихся частиц нестандартного размера и замещения их новыми порциями песка после предварительного нагрева. Для исключения вышеописанного недостатка в настоящее время широко внедряются технологии быстрого пиролиза биомассы методом абляции (лат. ablatio _ отнятие) на границе существования вещества в конденсированной фазе.

Абляционный пиролиз проводится под давлением с одновременным воздействием горячего потока песка. Нагрев пиролизируемых частиц осуществляется теплопередачей через стенку с ограниченной поверхностью при высокой скорости подачи проходящей (скользящей) по ней биомассы. Принципиальная схема процесса абляции в реакторе приведена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема абляции частицы:
1 — пары пиролиза и газообразные продукты; 2 — частицы биомассы; 3 — направление давления на частицу биомассы; 4 — вращающаяся лопатка; 5 — направление перемещения частицы биомассы; 6 — горячая поверхность реактора (600-700 С); 7 — пленка жидкого продукта; 8 — древесный уголь.

Абляционный эффект достигается с помощью четырех асимметрично расположенных лопаток, вращающихся со скоростью до 200об/мин. Использование вращающихся лопаток является эффективным способом быстрой абляции относительно крупных частиц .

Абляционный пиролиз открывает перспективы для создания реакторов с высокой удельной производительностью, уменьшенными размерами, пониженными затратами и улучшенной возможностью управления процессом. Теплопередача происходит с помощью прямого контакта твердых частиц биомассы с нагретой теплопередающей поверхностью реактора. Тепло передается поперек тонкой пленки пиролизной жидкости.

Первый абляционный конусный реактор быстрого пиролиза был разработан в 1989-1993 гг. в университете Twente (Нидерланды). Реактор представлял собой вращающийся конус, через стенки которого подводится тепло, необходимое для осуществления реакции пиролиза. На следующем этапе исследований внутри вращающегося конуса реактора был установлен неподвижный конус. Блокировка внутреннего пространства вращающегося конуса была выполнена для уменьшения времени пребывания паров пиролиза в реакторе в целях предотвращения вторичного крекинга. В дальнейшем конструкция совершенствовалась. На рис. 5 приведена схема одной из последних конструкций конусного реактора абляционного пиролиза.

Рис. 4. Схема абляционного конусного пиролизного реактора:
1 – трубка для загрузки биомассы,2 – неподвижный конус: 3 – циклон; 4 – трубка длявозврата песка в кипящий слой конуса; 5 – вращающийся конус; б – отверстия; 7 – подвод газа для возврата песка в кипящий слой конуса; 8 – кипящийслой конуса; 9 – канал для подвода воздуха в камерусгорания; 10 – канал для подвода азота в кипящийслой конуса; 11 – отверстия; 12 – кипящий слой камеры сгорания; 13 – канал для выхода продуктовсгорания; 14 – канал для выхода паров пиролиза.

Реактор состоит из вращающегося конуса (далее – конус), внутри которого расположен неподвижный конус. Процесс быстрого пиролиза протекает в свободном пространстве между конусами. Нижняя часть конуса погружена в кипящий слой, сформированный частицами песка и потоком азота. В нижней части конуса имеется ряд больших отверстий. Под действием разрежения, возникающего при вращении конуса, частицы песка всасываются в конус через эти отверстия. Биомасса в реактор подается через водоохлаждаемую трубку. В реакторе происходит тесный контакт частиц биомассы и горячего песка. Поток, состоящий из смеси песка, биомассы и углистого вещества, переходит через край конуса и попадает в кипящий слой. Далее одна часть потока через отверстия 11 направляется в кипящий слой камеры сгорания, а другая снова попадает в конус. Таким образом осуществляется внутренняя рециркуляция, позволяющая частицам биомассы несколько раз пройти через зону реакции. Перемещение потока из первого кипящего слоя 8 во второй 12 происходит за счет разности давлений. В кипящем слое камеры сгорания происходит сжигание углистого вещества, за счет чего компенсируются потери тепла и образуется тепловая энергия, необходимая для нагрева БМ и протекания эндотермической реакции пиролиза. Для возможности работы установки в автотермическом режиме в пиролизном реакторе поддерживается восстановительная атмосфера, а в кипящем слое камеры сгорания окислительная. Возврат горячего песка из камеры сгорания в кипящий слой конуса происходит по вертикальной трубке, частично погруженной во второй кипящий слой. Пары пиролиза удаляются из реактора по каналу, который начинается у основания внутреннего неподвижного конуса. Широкие перспективы имеет и описанная выше RTP_технология. RTP_процесс осуществляется в пиролизной установке с двумя реакторами циркулирующего кипящего слоя при атмосферном давлении. Принципиальная схема процесса представлена на рис. 5.

Предварительно подготовленная биомасса из бункера поступает в пиролизный реактор с циркулирующим кипящим слоем твердого инертного материала (песка) в потоке рециркулирующего газа. Нагрев биомассы происходит за счет тепла, вносимого в слой с твердым инертным материалом. Песок нагревается при сгорании части пиролизного газа и углистого вещества в камере сгорания с кипящим слоем. Пиролизный газ после реактора поступает в циклоны. Твердое инертное вещество и углистое вещество, уловленные циклонами, поступают в камеру сгорания для нагрева и сжигания соответственно.

Рис. 5. Принципиальная схема RTP_процесса быстрого пиролиза и использования пиротоплива в газотурбинном двигателе GT2500.
1 – бункер БМ;2 – пиролизный реактор; 3 – камера сгорания:4 – продукты сгорания; 5 – твердое инертное вещество; 6 – углистое вещество; 7 – циклон; 8 – циклон;9 – первая ступень конденсации; 10 – водяной теплообменник; 11 – вторая ступень конденсации;12 – пиротопливо; 13 – пиротопливный насос;14-рециркулирующий газ; 15 – подача воздуха;16 – отвод золы; 17 – газодувка рециркулирующегогаза; 18 –предварительный подогреватель пиротоплива; 19 – отвод загрязняющих веществ; 20 – система подготовки пиротоплива; 21 – электрогенератор;22 – планетарная коробка передач; 23 – газотурбинный двигатель GT 2500.

Патент на абляционный реактор (RU 2281313).

Изобретение относится к области химического машиностроения, к реакторам для скоростного пиролиза древесины, торфа и др. Абляционный реактор содержит пиролизатор, снабженный ротором, выполненным в виде полого цилиндра с жестко закрепленными на его боковой поверхности на равном друг от друга расстоянии лопатками, и установленный в корпусе с возможностью равномерного нагрева его боковой поверхности, и загрузочный бункер. Пиролизатор снабжен установленной под ротором турбиной с рядом лопаток, жестко закрепленных на ее валу, проходящем через ось пиролизатора. Вал турбины и полый цилиндр ротора жестко связаны между собой. Загрузочный бункер сопряжен с полым цилиндром. Пиролизатор выполнен в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного вверх, и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси. Ротор размещен в верхней части пиролизатора соосно ему с возможностью вращения вокруг своей оси в направлении, противоположном направлению вращения пиролизатора, со скоростью, равной скорости пиролизатора. Лопатки ротора и турбины выполнены в виде прямоугольных трапеций, большими основаниями обращенными вверх. Изобретение обеспечивает высокий выход парогазового продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области химического машиностроения, в частности к реакторам для скоростного пиролиза древесины, торфа, гидролизного лигнина и др., жидкие продукты которого вызывают большой интерес вследствие их высокой энергетической плотности и потенциальной возможности использования в качестве жидкого топлива.

Известно устройство для скоростного термолиза .с. СССР №1663010, Кл. 5 С 10 В 53/02, 1989), содержащее цилиндрический корпус с тангециальным патрубком в верхней части и конусом в нижней части, центральную трубу, выполненную в форме усеченного конуса, обращенного вершиной вверх, и расположенную между ними винтовую пластину, образующую винтовой канал внутри корпуса, который снаружи снабжен внешним нагревателем.

Перерабатываемую биомассу (гидролизный лигнин, торф, опилки) подают через тангенциально расположенный по отношению к корпусу патрубок вместе с теплоносителем в винтовой канал, выполненный сужающимся и образованный при размещении винтовой пластины с уклоном в направлении движения потока теплоносителя и перерабатываемого сырья между корпусом и центральной трубой.

В известном устройстве для скоростного термолиза эффективность превращения биомассы в парогазовое состояние зависит от скорости потока смеси в монотонно сужающемся винтовом канале и центробежной силы частиц биомассы, обеспечивающей косые удары частиц о нагретую поверхность корпуса, при которых площадь соприкосновения частиц о горячую поверхность мала, поэтому выход парогазового продукта пиролиза невелик.

Теплопередача частиц нагретого песка частицам измельченной биомассы имеет статистический характер. Вероятность прямого удара частиц оценивается в соответствии с законом действия масс и принимает чрезвычайно малую величину. При косых ударах значением динамического воздействия песчинки на частицу биомассы допустимо пренебречь.

Известен абляционный конусный реактор быстрого пиролиза, разработанный в 1989-1993 годах в университете Twente (Нидерланды). Реактор представляет собой вращающийся конус, через стенки которого подводится тепло, необходимое для осуществления реакции пиролиза. Частицы биомассы загружают через нижнюю часть конуса вместе с горячим песком. Под действием центробежных сил смесь частиц биомассы и песка продвигается по спиральной траектории вдоль стенок конуса (Sci Tec Library — Аналитические обзоры. Seite 6 von 8, 22.08.03).

Недостатком данного абляционного конусного реактора является низкая эффективность превращения перерабатываемой биомассы в парогазовое состояние, обусловленная недостаточной скоростью пиролиза, зависящей от скорости вращения нагретого конуса и теплопередачи теплоносителя частицам биомассы. Но даже при хорошей скорости вращения конуса теплопередача от нагретой преграды частицам биомассы для обеспечения эффективного пиролиза будет недостаточна из-за наличия косых ударов частиц биомассы о вращающуюся стенку конуса. Теплопередача частиц песка частицам измельченной биомассы имеет статистический характер и настолько мала, что ей допустимо пренебречь.

Элементов, корректирующих направление движения частиц биомассы к источнику тепловой энергии, в данном реакторе нет.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в создании простого по конструкции реактора быстрого низкотемпературного пиролиза биомассы, обеспечивающего высокий выход парогазового продукта.

Поставленная в изобретении задача решена следующим путем. В абляционном реакторе, содержащем пиролизатор, выполненный в виде усеченного конуса, большим основанием обращенным вверх, и установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и равномерного нагрева его боковой поверхности, и загрузочный бункер, в верхней части пиролизатора соосно ему с возможностью вращения вокруг своей оси в направлении, противоположном направлению вращения пиролизатора, со скоростью, равной скорости вращения пиролизатора, установлен ротор, выполненный в виде полого цилиндра с жестко закрепленными на его боковой поверхности на равном друг от друга расстоянии лопатками. Под ротором установлена турбина, содержащая ряд лопаток, жестко закрепленных на ее валу, проходящем через ось пиролизатора, при этом вал турбины и полый цилиндр жестко связаны между собой, а загрузочный бункер сопряжен с полым цилиндром. Кроме того, лопатки ротора и лопатки турбины выполнены в виде прямоугольной трапеции, большим основанием обращенной вверх, а вал турбины в верхней его части снабжен спиральной нарезкой.

Скорость пиролиза биомассы, характеризующую эффективность превращения ее в парогазовое состояние, определяет конструкция конкретного устройства для осуществления данной технологии.

Наличие турбины в конструкции реактора позволяет создать псевдокипящий слой мелкодисперсного растительного сырья без песка и азота и этим значительно упростить его конструкцию.

Ротор предназначен для придания частицам растительного сырья, находящимся в псевдокипящем слое, вращательного движения с круговой скоростью, гарантирующей встречу частиц растительного сырья с нагретой поверхностью пиролизатора и обеспечивающей прямой удар частиц о нагретую поверхность, при котором проявляется максимальный эффект термодинамического нагружения биомассы. Вследствие этого увеличивается эффективность работы абляционного пиролизатора.

Скорость движения частицы во вращающемся воздухе складывается из центробежной скорости движения частицы биомассы и скорости движения частицы по кругу. Благодаря вращению нагретой конической поверхности пиролизатора в противоположном направлении по отношению к направлению вращения ротора с такой же угловой скоростью, вращающийся поток воздуха вместе с частицами растительного сырья как бы останавливается, и скорость движения частицы во вращающемся воздухе в данном случае будет складываться лишь из центробежной скорости движения частиц биомассы, зависящей от скорости вращения ротора, и обеспечивать удар частицы растительного сырья о нагретую поверхность вращающегося конуса с углом встречи, близким к нулю, т.е. будет иметь место прямой удар частицы о нагретую преграду, при котором проявляется максимальный эффект термодинамического нагружения биомассы.

Выполнение лопаток ротора и лопаток турбины в виде прямоугольной трапеции, большим основанием обращенной вверх, позволяет повторить форму сечения пирализатора, выполненного в виде усеченного конуса, большим основанием обращенным вверх, и тем самым создать равномерный зазор между боковой поверхностью пирализатора и лопатками ротора и турбины, обеспечивая невозмущенную среду для частиц растительного сырья при движении их к стенке конуса. Это обстоятельство важно для обеспечения прямого удара частицы растительного сырья о нагретую преграду.

Абляционный реактор содержит установленный в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг своей оси пиролизатор 2. Он представляет собой усеченный полый конус, большим основанием обращенный вверх. Его боковая поверхность равномерно нагревается четырьмя инфракрасными электрическими нагревателями 3 с возможностью изменения температуры нагрева в пределах 700-900К.

В верхней части пиролизатора 2 соосно ему с возможностью вращения вокруг своей оси в направлении, противоположном направлению вращения пиролизатора 2, установлен ротор, выполненный в виде полого цилиндра 4 с жестко закрепленными на его боковой поверхности на равном друг от друга расстоянии восьмью лопатками 5, имеющими форму прямоугольной трапеции, большим основанием обращенной вверх.

Через ось пиролизатора 2 проходит вал 6 турбины, представляющей собой чашку 7 с восьмью лопатками 8, которые жестко закреплены на валу 6 турбины и также, как лопатки ротора, имеют форму прямоугольной трапеции, большим основанием обращенной вверх. Чашка 7 турбины жестко установлена в корпусе 1 реактора и имеет форму полого конуса, большим основанием обращенного вверх.

Полый цилиндр 4 ротора жестко связан с валом 6 турбины и сопряжен с загрузочным бункером 9. Через полый цилиндр 4 из загрузочного бункера 9 измельченное растительное сырье подают в чашку 7 турбины. Для более эффективной подачи сырья в чашку 7 вал 6 в верхней его части снабжен спиральной нарезкой 10. Вращение вала 6 осуществляется от электродвигателя 11.

Удаление образовавшегося в результате пиролиза парогазового и твердого пиролизата из пиролизатора 2 осуществляют посредством соответственно вакуумных трубопроводов 12, расположенных в верхней его части, и через бункер-сборник 13 твердого пиролизата в нижней части пиролизатора 2.

Для обеспечения теплозащиты пиролизатора 2 и повышения теплового сопротивления абляционного реактора служит теплоизолирующая рубашка 14.

Абляционный реактор работает следующим образом. Сухое измельченное до частиц диаметром 5-10 мм растительное сырье (древесина, торф) загружают в загрузочный бункер 9. От электродвигателя 11 сообщают вращательное движение валу 6 со скоростью не меньше 250 мин-1и в противоположном направлении благодаря зубчатой передаче — пиролизатору 2, боковая поверхность которого равномерно нагрета посредством нагревателей 3 до температуры 700-900 К. Одновременно с валом 6 вращаются жестко связанные с ним полый цилиндр 4 с лопатками 5, а также лопатки 8 турбины. Сырье из бункера 9 через полый цилиндр 4 поступает в чашку 7 турбины на вращающиеся лопатки 8, обеспечивающие псевдокипящее состояние измельченному растительному сырью, частицы которого образуют вихревое облако. Под воздействием центробежной силы оно непрерывно расширяется и приобретает форму, близкую к перевернутому конусу. Далее вихревое облако частиц растительного сырья подхватывается лопатками 5 ротора. Под действием центробежной силы, создаваемой ротором, частицы растительного сырья отбрасываются к нагретой стенке пиролизатора 2. Ударяясь об нее, претерпевают в момент удара взрывоподобную абляцию. Унос массы твердого растительного сырья (абляция) при температуре не меньше 720К происходит вследствие разрушения его биологической структуры до молекулярного состояния, разрыва химических связей полярных соединений и превращения их в низкомолекулярные вещества.

Основными продуктами пиролиза растительных остатков являются газы: водород, кислород, азот, монооксид и диоксид углерода, ацетальдегид, циклогексан, этан; пары более 40 веществ, конденсирующихся при температуре более 310К, и полукокс, образующийся при обогащении биомассы восстановленным углеродом. Пары и газы образуют парогазовый пиролизат, являющийся целевым продуктом абляционного пиролиза растительного сырья, который при остывании конденсируется в нефтеподобное вещество, поддающееся разделению на фракции жидкого горючего и ценного сырья химической промышленности.

Парогазовый пиролизат из зоны развития пиролитических реакций удаляется вакуумированием через трубопроводы 12, а унифицированный остаток — твердый пиролизат — через бункер-сборник 13.

Скорость движения измельченной биомассы к нагретой преграде — стенке вращающегося пиролизатора зависит в данном реакторе от скорости вращения ротора. Поэтому процесс превращения биомассы измельченного растительного сырья в парогазовое состояние носит управляемый характер, и достоверность удара частицы о нагретую преграду гарантирована. Кроме того, благодаря прямому удару частиц растительного сырья о нагретую стенку пиролизатора площадь соприкосновения каждой частицы растительного сырья с нагретой поверхностью максимальна. Все это обеспечивает высокий выход парогазового продукта. Изготовлен опытный образец заявленного абляционного реактора.

Эффективность процесса быстрого низкотемпературного превращения биомассы в нефтеподобное состояние характеризуется отношением массы парогазового пиролизата и углефицированного твердого остатка к массе пиролизуемого сырья и составляет не меньше 60% и не больше 40% соответственно.

Скорость пиролиза биомассы, определяющую эффективность превращения ее в парогазовое состояние, зависит от величины диаметра (толщины) частицы. Чем тоньше частица, тем быстрее она прогревается и претерпевает взрывоподобный пиролиз биомассы, приводящий к ее абляции. Достоверность разрушения биомассы при ударе частицы о нагретую поверхность повышается. Вследствие этого увеличивается эффективность работы устройств для скоростного низкотемпературного пиролиза растительного сырья.

Чтобы удовлетворить требованиям технологии быстрого нагрева биомассы и обеспечить высокий выход парогазового продукта, необходимо иметь достаточно малый размер частиц биомассы, но это дорогостоящее требование, поэтому реакторы, использующие частицы большего размера, имеют преимущество.

Благодаря возможности управления процессом превращения биомассы растительного сырья в парогазовое состояние, в заявленном реакторе появляется возможность использования частиц крупного размера, чем будет дополнительно обусловлено преимущество конструкции данного реактора.

Формула изобретения

  1. Абляционный реактор, содержащий пиролизатор, снабженный ротором, выполненным в виде полого цилиндра с жестко закрепленными на его боковой поверхности на равном друг от друга расстоянии лопатками, и установленный в корпусе с возможностью равномерного нагрева его боковой поверхности, и загрузочный бункер, отличающийся тем, что он снабжен установленной под ротором турбиной с рядом лопаток, жестко закрепленных на ее валу, проходящем через ось пиролизатора, при этом вал турбины и полый цилиндр ротора жестко связаны между собой, а загрузочный бункер сопряжен с полым цилиндром, кроме того, пиролизатор выполнен в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного вверх, и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси, а ротор размещен в верхней части пиролизатора соосно ему с возможностью вращения вокруг своей оси в направлении, противоположном направлению вращения пиролизатора, со скоростью, равной скорости пиролизатора, при этом лопатки ротора и турбины выполнены в виде прямоугольных трапеций, большими основаниями обращенными вверх.
  2. Абляционный реактор по п.1, отличающийся тем, что вал турбины в верхней его части снабжен спиральной нарезкой.

Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов (№ 137086)

Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов состоит в основном из двигателя внутреннего сгорания и установки быстрого пиролиза, в которой тепловая энергия от твердой плиты реактора быстрого пиролиза к твердым отходам происходит по абляционному способу, имеющему преимущества по компактности установки и небольшой стоимости, отличающийся тем, что к твердой плите реактора быстрого пиролиза дополнительно подводится тепло выхлопных газов двигателя, причем предусматриваются варианты подогрева выхлопных газов до температур 700-950 0С и перепуска части выхлопных газов в надплиточную камеру реактора. В результате подачу сырья в реактор ускоряют и количество синтетического газа на выходе из реактора в единицу времени увеличивается. Как следствие увеличивается мощность вырабатываемой двигателем электроэнергии.

Она может быть применена для утилизации органических твердых бытовых и промышленных отходов с получением при этом газового топлива, которое в этом же комплексе генерируется в электрическую и тепловую энергию, готовую для прямого использования в электрических и тепловых сетях.

превышающих 1000 0С., образуются очень вредные химические соединения, которые загрязняют атмосферу. Очистка этих газов очень сложная и дорогая операция. Кроме того, для сжигания отходов требуется много тепловой энергии.

Известны установки, в которых путем термохимического процесса получаются продукты близкие по хим. составу к минеральным удобрениям и к пищевым добавкам для скота. Однако, степень их загрязненности, как вторичных продуктов, настолько высока, что они не пользуются спросом у потребителей.

Рис. 1. Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов.

В качестве прототипа принимаем способ переработки углеродосодержащих веществ. таких как древесные отходы, подверга-ющихся быстрому пиролизу в реакторе без доступа кислорода, в котором тепловая энергия от твердой предварительно нагретой плиты реактора к твердым подсушенным отходам передается по абляционному способу, то есть посредством твердое тело-твердое тело.

Достоинством этого способа является компактность получаемой установки и ее небольшая стоимость.

Недостатком прототипа, как и в целом абляционного способа, является ограниченная производительность установки.

Целью предлагаемой модели является повышение производительности энергетической установки при сохранении компактности и малой стоимости..

Эта цель достигается тем, что к плите реактора подводится дополнительное тепло выхлопных газов и на плиту, где происходит основное выделение тепла за счет энтропийных взрывов и экзотермического процесса в безкислородной среде, подается большее количество сырья, а следовательно больше вырабатывается синтетического газа.

В результате производительность энергетического комплекса увеличивается.

Дальнейшее повышение производительности достигается тем, что выхлопные газы, имеющие среднюю температуру в пределах 5000.С, подогреваются перед входом в пиролизный реактор до температуры 700-950 0С.

Кроме того, повышение производительности энергетического комплекса достигается тем, что часть выхлопных газов подается в надплиточную камеру пиролизного реактора, где за счет высокой температуры выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов с выделением дополнительного тепла.

На Рис.1 представлена структурная схема предлагаемого энергетического комплекса.

Он состоит из двигателя внутреннего сгорания 1 с системой выхлопных газов 2, электрогенератора 3, реактора быстрого пиролиза 4 с плитой 5, газовой пусковой горелки 6, блока подогрева выхлопных газов 7, водяного конденсатора 8, блока ректификации 9, загрузочного бункера 10, расходного резервуара 11, сушильной камеры 12, заслонок 13 и 14 и винтовых питателей 15.

Работает энергетический комплекс следующим образом. После предварительной подготовки сырья, включающей в себя сортировку и измельчение, оно проходит из бункера 10 в сушильную камеру 12 и подходит к винтовым питателям 15. При помощи газовой горелки 6 разогревается пиролизный реактор и его плита 5 до выбранного уровня температуры. Затем включаются винтовые питатели 15 и сырье подается в реактор и на его плиту 5. За счет быстрого разогрева сырья в отсутствии кислорода на плите происходят энтропийные взрывы и экзотермический процесс.

То есть осуществляется абляционный способ передачи тепловой энергии от твердого тела — нагретой плиты реактора, к твердому телу-сырью.

На выходе из пиролизного реактора начинает образовывться низкокалорийный пиролизный газ, а после прохождения его через конденсатор 8 и блок ректификации 9 образуется синтетический газ с повышенной теплотворной способностью, который собирается в расходный резервуар 11.

На этом синтетическом газе запускается в работу двигатель внутреннего сгорания 1.

После прогрева двигателя внутреннего сгорания 1 до температуры выхлопных газов более 450 0С. Включается подача выхлопных газов в реактор быстрого пиролиза, а пусковая горелка отключается. Поверхность плиты реактора со слоем на ней сырья прогревается более интенсивно и сырья можно подавать больше, увеличивая тем самым производительность энергетического комплекса.

В случае недостаточности нагрузки на двигатель внутреннего сгорания, когда температура выхлопных газов не достигает уровня 4500.С, или при необходимости еще более поднять производительность энергетического комплекса, выхлопной газ перед входом в реактор подогревается в блоке 11 до температур 700-9500.С.

Предусмотрен вариант дальнейшего повышения производительности за счет того, что часть выхлопного газа подается в надплиточную камеру реактора быстрого пиролиз 4, где за счет теплоты выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов, еще не дошедших до плиты. При этом абляционный способ сохраняется, но подача тепловой энергии осуществляется комбинированно, то есть посредством твердое тело плиты — твердое тело сырья и выхлопной газ — твердое тело сырья.

Таким образом, предлагаемая полезная модель, используя преимущество применения установки быстрого пиролиза с передачей тепловой энергии по абляционному способу, выражаемое в малых габаритах и низкой стоимости, путем дополнения ее подачей в реактор быстрого пиролиза выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, повышает производительность энергетического комплекса, устраняя в этой части недостаток присущий абляционному способу.

Формула полезной модели

  1. Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов с выработкой электричества и тепла, содержащий двигатель внутреннего сгорания, установку быстрого пиролиза, в которой тепловая энергия от твердой плиты реактора быстрого пиролиза к твердым отходам происходит по абляционному способу, отличающийся тем, что к твердой плите реактора быстрого пиролиза дополнительно подводится тепло выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которых отсутствует кислород.
  2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что выхлопные газы перед входом в реактор быстрого пиролиза подогреваются до температур 700-950ºС.
  3. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что часть выхлопных газов подается в надплиточную камеру реактора быстрого пиролиза, где за счет высоких температур выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов, до момента попадания их на плиту реактора быстрого пиролиза.

плита07.05.2016, 1024 просмотра.

Заполните заявку и мы вам перезвоним!
Ваш город: Москва
Выберите Ваш город: