УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к установкам пиролизным электро-каталитическим (УПЭК) для переработки пиролизом углеродсодержащего сырья, преимущественно отстоя сточных вод, пиролизом и получения пиролизного синтез-газа пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что в процессе микробиологической очистки канализационных стоков образуется продукт жизнедеятельности микроорганизмов, который называют биоилом.

В настоящий момент биоил транспортируется на иловые карты, а затем складируется на полигонах в виде буртов, где в процессе не менее трехлетней выдержки происходит его дегельминтизация.

В связи с этим, получаемый биоил накапливается на полигонах в больших количествах, что вызывает определенные проблемы с его хранением, в частности, проблему самовозгорания.

Выдержанный биоил может быть использован в качестве удобрения при производстве технических культур. Поэтому важной задачей является утилизация отходов системы очистки канализационных стоков путем газификации, то есть переработки в горючий синтез-газ, который можно было бы использовать в качестве топлива для получения тепловой и электрической энергии.

Вопрос газификации биоила в полной мере решается пиролизными установками.

Пиролизная установка позволяет значительно уменьшить или полностью оправдывать затраты на переработку биоила за счёт получения и реализации альтернативных энергоносителей (газ, твердое топливо, жидкое топливо, пар, горячая вода, электроэнергия).

Наиболее перспективными являются пиролизные установки, в которых осуществляется среднетемпературный каталитический пиролиз.

Пиролиз - это процесс термического разложения углеводородного сырья, например, биоила (CxHyOz), в безкислородой среде, в результате чего получают горючий газ (смесь СО, Н ₂ , СН ₄ , С ₂ Н ₆ и др.), жидкие продукты и твердый углеродистый остаток:

CxHyOz t^CO, Н ₂ , С0 ₂ , CnHm, С.

ЭТОТ процесс характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов, исходных молекул, в результате чего происходит расщепление органической массы, рекомбинация продуктов расщепления с получением термодинамически стабильных веществ твердого углеродистого остатка (технический углерод) и синтез-газа.

В ходе протекания процесса происходит не только термический распад материала, но и синтез новых продуктов.

Эти стадии взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени.

Органические вещества отходов, в том числе хлорсодержащие, в результате пиролиза преобразуются в смесь менее вредных соединений, так называемый синтез-газ.

При нагревании крупные молекулы, такие как целлюлоза, полуцеллюлоза и лигнин, расщепляются на средние молекулы и углерод (древесный уголь).

t Количество и качество продуктов пиролиза определяются составом отходов, их влажностью и температурой процесса.

Наиболее эффективен среднетемпературный пиролиз, или средне температурное коксование (500-1000°С), при котором выход газа увеличивается, а выход жидких продуктов и коксового остатка уменьшается.

Процесс является наиболее перспективным благодаря высокой температуре реакции и наличию двух видов ускорителей реакции - катализаторов (механического и нескольких химических).

Кроме того, при температуре протекания реакции выше 600°С происходит разложение любых опасных отходов, при этом возрастает скорость реакции, увеличивается процент выхода летучих компонентов, снижается объем шлаков.

При этом методе изменяется объемное соотношение между твердой и газообразной составляющей конечного продукта, что дает возможность избежать сложных технологий дальнейшей переработки угольного остатка и непосредственно использовать горючий газ (после очистки).

Использование пиролизных установок для переработки биоила позволяет не только утилизировать его, но и получать ценные углеводороды нефтяного ряда, вследствие чего значительно сокращаются расходы на получение горючего газа.

Переработка биоила происходит в пиролизной установке благодаря каталитическому пиролизу, в результате которого образуются синтез-газ и твердый углеродистый остаток (ТУ О) (древесный уголь).

Далее, синтез-газ без очистки используется, как топливо, для получения тепловой энергии.

Твердый углеродистый остаток используется как технологический продукт - путем его активации, с получением активированного угля на выходе из камеры пиролиза, либо как энергетический продукт - путем его прямого сжигания или дальнейшей газификации.

Из уровня техники известны пиролизные установки для термической обработки, преимущественно твердых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации их и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) (в дальнейшем пиролизные установки или установки), в которых реактор выполнен в виде вращающегося на опорах барабана, а термообработка углеродсодержащего сырья производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, в том числе:

«Шрол13на установка» UA 13082 (U) (Афанас'ев О.Б., UA, napcai Ф.А., UA) F23G 5/00, С10В 53/00, 15.03.2006 [1];

«Пиролизная установка» RU 2381254 (С2) (Общество с ограниченной ответственностью «Наука - XXI» (RU)) С10В53/02, 10.02.2010 [2].

Основными недостатками известных пиролизных установок [1, 2] являются следующие:

- вращение барабана требует больших энергетических затрат, а эффективность перемешивания сырья в реакторе барабанного типа очень низкая, что ухудшает процесс пиролиза в реакторе, в результате чего углерод, содержащийся в сырье, переходит из твердого агрегатного состояния в газообразное в небольшом количестве, что существенно снижает выход извлекаемого пиролизного синтез-газа для дальнейшего использования.

- термообработка углеродсодержащего сырья производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, что требует больших затрат тепловой энергии и расхода топлива.

Из уровня техники известны пиролизные установки для термической обработки, преимущественно твердых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации их и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О), в которых реактор установлен неподвижно и снабжен приводным шнеком, а термообработка углеродсодержащего сырья производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, в том числе:

"ГПрол13ний апарат для переробки вщход^в» UA 1484 (U) (Перетокш Ю.П., UA) F23G 5/027, F23G 7/00, F23G 7/12; 15.1 1.2002 [3];

«Пристрш для переробки оргашчних вщход1в» UA 42377 (U) (Безносюк Ю.О., UA, Глшський СВ., UA) С10В47/00, С10В53/00, C10G1/00, C1JG5/00), 25.06.2009 [4].

В известных пиролизных установках [3, 4] благодаря тому, что реактор установлен неподвижно и снабжен приводным шнеком, это позволяет несколько интенсифицировать процесс перемешивания углеродсодержащего сырья в процессе пиролиза, однако термообработка углеродсодержащего сырья, как и в [1, 2] производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, что требует больших затрат тепловой энергии и расхода топлива.

Более широкое применение нашли известные из уровня техники пиролизные установки для термической обработки, преимущественно твердых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации их и получения пиролизного синтез- газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), в которых реактор установлен неподвижно и снабжен приводной мешалкой с лопатками, а термообработка углеродсодержащего сырья производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, в том числе:

"Improvements in or relating to a pyrolysis reaction and apparatus" GB 2144836 (A) (KLEENAIR PRODUCTS CO INC) C10B47/44; C10B53/00; 13.03.1985 [5];

"Apparatus for the pyrolysis of waste products" US 4062304 (A) (LAMPL HELMA) B29B17/00; C10B47/48; C10B53/00; C10B7/10; F23G5/027;B29B7/00; C10B47/00; C10B7/00; 13/12/1977 [6];

"Process and apparatus for carbonizing a comminuted solid carbonizable material" US 4123332 (A) (ENERGY RECOVERY RESEARCH GROUP, INC) C10B47/44; C10B49/04; C10B53/00; C10B53/02; C10B53/07; C10B7/10; C10J3/00; C10B47/00; C10B49/00; C10B53/00; C10B53/07; C10B7/00; C10J3/00; 31.10.1978 [7]; "Apparatus for the pyrolysis of comminuted solid carbonizable materials" US 4308103 (A) (ENERGY RECOVERY RESEARCH GROUP, INC) C10B47/44; C10B53/00; C10B53/07; C10B7/10; C10B47/00; C10B53/00; C10B53/07; C10B7/00; 29.12.1981 [8];

"Process for pyrolyzing tire shreds and tire pyrolysis systems" US 6736940 (B2)

(TIRENERGY CORPORATION; RENAISSANCE RECYCLING, INC) C10B47/44;

C10B53/07; C10B7/10; ClOGl/10; C10B47/00; C10B7/00; ClOGl/00; 18.05.2004 [9];

"Apparatus and method for treating organic waste and organic material obtained by the treatment method" US 2010092652 (Al) (KUNITOMO KANKYO PLANT CO., LTD (.TP)) A23L1/212; A23L1/31 ; B09B3/00; C05F9/00; C10B49/04; C10B53/00; F26B1 1/16;

F26B5/04; F26B9/06; A23L1/212; A23L1/31 ; B09B3/00; C05F9/00; C10B49/00;

C10B53/00; F26B1 1/00; F26B5/04; F26B9/06; 15.04.2010 [10].

Однако и в этих пиролизных установках [5-10] термообработка углеродсодержащего сырья производится продуктами сгорания топлива, подаваемого от внешнего источника в камеру сгорания, что требует больших затрат тепловой энергии и расхода топлива.

В последнее время нашли применение наиболее прогрессивные и известные из уровня техники пиролизные установки для термической обработки, преимущественно твердых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации их и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), в которых реактор установлен неподвижно и снабжен приводной мешалкой с лопатками, а термообработка углеродсодержащего сырья производится с помощью электрических нагревателей, установленных по периметру корпуса, что снижает энергопотребление, улучшает процесс пиролиза в реакторе, в результате чего углерод, содержащийся в сырье, переходит из твердого агрегатного состояния в газообразное в большом количестве, что несколько повышает выход извлекаемого пиролизного синтез-газа для дальнейшего использования, в том числе:

"Metal and non-metal pyrogenation separation method on waste printed plate board"

CN 101386015 (A) (TIANJIN UNIVERSITY, CN) B09B3/00; 18.03.2009 [1 1];

"Thermal decomposition treatment device of disposed printed plate board" CN

201279520 (Y) (TIANJIN UNIVERSITY, CN) B09B3/00; 29.07.2009 [12].

Однако известные пиролизные установки [1 1, 12] не имеют средств непрерывной загрузки углеродсодержащего сырья и непрерывной выгрузки пирокарбона

твердого углеродистого остатка (ТУО) и потому не могут работать в непрерывном режиме.

Поэтому, как загрузка углеродсодержащего сырья, так и выгрузка пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О), осуществляются периодически при открытии или закрытии торцовой дверцы в начале или в конце процесса пиролиза в реакторе.

А это нарушает установившийся режим пиролиза в реакторе и существенно снижает производительность, что ограничивает использование таких установок.

Из уровня техники известна наиболее близкая по количеству общих признаков и достигаемому результату установка пиролизная электро-каталитическая (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО) непрерывного действия, содержащая реактор, выполненный в виде горизонтально установленного цилиндрического корпуса с теплоизолирующим слоем и кожухом, электронагреватели, расположенные по периметру корпуса реактора, бункер для сырья, камеру подачи сырья, расположенную в верхней входной части реактора, снабженную загрузчиком, камеру выдачи пирокарбона, расположенную в нижней выходной части реактора противоположно его входной части, патрубок отвода пиролизного синтез-газа, расположенный в верхней части полости реактора, и катализатор, нанесенный на детали, расположенные в полости реактора [«ГКрол^зна установка» UA 12177 (U) (Афанас'ев О. Б., riapcai Ф. A.) F23G 5/00, С10В 53/00, 16.01.2006, наиболее близкий аналог - прототип] [13].

Электронагреватели расположены по периметру и изнутри корпуса реактора.

Реактор установлен на опорах с возможностью вращения вокруг продольной оси.

Устройство загрузки сырья выполнено в виде шнека.

Выгрузка пирокарбона из камеры выдачи пирокарбона осуществляется гравитационным способом, так как камера выдачи пирокарбона не оборудована механическими средствами выгрузки.

Катализатор нанесен на корпусах электронагревателей.

Недостатками известной пиролизной установки являются следующие несовершенства ее конструкции.

Электронагреватели установлены внутри корпуса реактора и ограничивают его внутреннее пространство.

В связи с тем, что реактор установлен на опорах с возможностью вращения вокруг продольной оси, его вращение требует больших энергетических затрат, а эффективность перемешивания сырья в реакторе такого барабанного типа очень низкая, что ухудшает процесс пиролиза в реакторе.

Вследствие того, что катализатор нанесен на корпусах электронагревателей, его действие ограничивается небольшой площадью контакта катализатора с углеродсодержащим сырьем, что не позволяет эффективно его использовать для улучшения процесса пиролиза внутри корпуса реактора.

В связи с тем, что устройство загрузки сырья выполнено в виде шнека, в процессе его работы требуются значительные усилия по транспортировке сырья из бункера в внутрь корпуса реактора, что требует средств привода большой мощности и значительного электропотребления.

Из-за того, камера выдачи пирокарбона осуществляет гравитационную выгрузку и не оборудована механическими средствами выгрузки, это создает заторы в ней, затрудняет процесс выгрузки, нарушает нормальный ход процесса пиролиза в реакторе и дополнительно снижает производительность пиролизной установки.

Все эти упомянутые недостатки конструкции пиролизной установки в совокупности не позволяют вести интенсивный процесс перемешивания и термического разложения сырья в реакторе, замедляют процесс пиролиза, в результате чего углерод, содержащийся в сырье, переходит из твердого агрегатного состояния в газообразное в небольшом количестве.

Упомянутые факторы существенно влияют на увеличение энергозатрат на процесс пиролиза в реакторе, в результате чего не достигается высокий выход пиролизного синтез-газа.

РАСКРЫТИЕ (СУЩНОСТЬ) ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование установки пиролизной электро-каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез- газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) путем введения в ее состав эффективных перемешивающего, загрузочного и разгрузочного устройств, а также использования эффективной компоновки электронагревателей и активного катализатора, нанесенного на вращающиеся элементы установки внутри реактора, обеспечить интенсификацию перемешивания и термического разложения сырья в реакторе для ускорения процесса пиролиза, в результате чего углерод, содержащийся в сырье, переходит из твердого агрегатного состояния в газообразное в большем количестве.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи и использовании усовершенствованной установки пиролизной электро- каталитической (УПЭК), состоит в снижении энергозатрат и увеличении выхода пиролизного синтез-газа.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в установке пиролизной электро-каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), содержащей реактор, выполненный в виде горизонтально установленного цилиндрического корпуса с теплоизолирующим слоем и кожухом, электронагреватели, расположенные по периметру корпуса реактора, бункер для сырья, камеру подачи сырья, расположенную в верхней входной части реактора, снабженную загрузчиком, камеру вьщачи пирокарбона, расположенную в нижней выходной части реактора противоположно его входной части, патрубок отвода пиролизного синтез-газа, расположенный в верхней части полости реактора, и катализатор, нанесенный на детали, расположенные в полости реактора, согласно изобретению, реактор установлен неподвижно, в полости корпуса реактора с возможностью вращения горизонтально установлена мешалка, выполненная в виде вала с наклонными лопатками, расположенными на валу по винтовой спирали, и снабженная приводом, установленным снаружи реактора и кинематически связанным с валом мешалки, камера подачи сырья выполнена с горизонтальным входным каналом, расположенным поперек оси реактора, внутри которого установлен загрузчик, камера выдачи пирокарбона в нижней части выполнена с горизонтальным выходным каналом, расположенным поперек оси реактора, внутри которого установлен разгрузчик, электронагреватели выполнены в виде обмотки статора, которая включает три секции электронагревателей, расположенные снаружи корпуса реактора под углом а = 120° между ними с возможностью подключения к 3-х или 2-х фазной электрической сети переменного тока, а катализатор нанесен на наклонные лопатки мешалки и внутреннюю поверхность корпуса реактора, находящуюся в контакте с сырьем при его перемешивании наклонными лопатками вала мешалки, причем в качестве катализатора использован напыленный металлический состав, содержащий порошковую смесь металлов, включающую никель (Ni), кадмий (Cd) и молибден (Мо).

За счет введения в состав усовершенствованной установки пиролизной электро-каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез -газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО) эффективных в работе приводной мешалки лопаточного типа с наклонными лопатками, расположенными на валу по винтовой спирали, загрузчика и разгрузчика, а также использования эффективной компоновки электронагревателей в виде секций обмотки статора и расширения области нанесения и применения более эффективного катализатора, обеспечивается интенсификация процессов перемешивания и термического разложения сырья в реакторе, что ускоряет процесс пиролиза и увеличивает количество углерода переходящего из твердого агрегатного состояния в газообразное.

Опытным путем установлено, что при работе усовершенствованная пиролизная установка по сравнению с известной [13] обеспечивает снижение энергозатрат и увеличение выхода пиролизного синтез-газа.

Изобретение имеет и дополнительные существенные отличия, которые уточняют и развивают упомянутые главные отличия и создают дополнительный технический результат.

В качестве катализатора использован напыленный металлический состав, содержащий порошковую смесь металлов, включающую никель (Ni)-55-65%, предпочтительно 60%, кадмий (Cd) - 15-25%, предпочтительно 20%, и молибден (Мо) - остальное.

Приведенный состав определен опытным путем, является оптимальным для данного катализатора, так как при его контакте с сырьем процесс разложения сырья в реакторе интенсифицируется, что ускоряет процесс пиролиза.

Загрузчик может быть выполнен в виде поршневого механизма, снабженного кривошипно-шатунным приводом (модификация 1).

Загрузчик также может быть выполнен в виде шнекового механизма, снабженного электроприводом (модификация 2).

При выборе типа загрузчика модификацию 1 применяют для более крупной фракции сырья, а модификацию 2 применяют для более мелкой фракции сырья.

Разгрузчик может быть выполнен в виде поршневого механизма, снабженного кривошипно-шатунным приводом (модификация 3).

Разгрузчик также может быть выполнен в виде шнекового механизма, снабженного электроприводом (модификация 4).

При выборе типа разгрузчика модификацию 3 применяют для более крупной фракции пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), а модификацию 4 применяют для более мелкой фракции пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО). Привод мешалки выполнен в виде мотор-редуктора, который кинематически соединен с валом мешалки с помощью муфты.

Это обеспечивает компактность и оптимальный крутящий момент для обеспечения интенсивного перемешивания и перемещения сырья наклонными лопатками мешалки, расположенными на валу мешалки по винтовой спирали, от камеры подачи сырья к камере выдачи пирокарбона, что ускоряет процесс пиролиза.

Катализатор может быть нанесен на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса реактора на высоту сегмента h, равную 0,25 - 0,50 его диаметра D.

Опытным путем установлено, что нанесение катализатора на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса реактора на высоту сегмента h, равную 0,25 - 0,50 его диаметра D оптимизирует расход катализатора и обеспечивает его максимальное воздействие на сырье в зоне контакта. Выбор зоны нанесения катализатора на внутреннюю стенку за указанными пределами или замедляет процесс пиролиза (при h < 0,25 D) или неоправданно увеличивает расход катализатора без существенного ускорения процесса пиролиза (при h > 0,50 D).

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и подробным описанием примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображена установка пиролизная электро-каталитическая (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), общий вид, продольный разрез.

На фиг. 2 изображено сечение А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1 (модификация 1).

На фиг. 4 изображен разрез Б-Б на фиг. 1 (модификация 2).

На фиг. 5 изображен разрез В-В на фиг. 1 (модификация 3).

На фиг. 6 изображен разрез В-В на фиг. 1 (модификация 4).

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка пиролизная электро-каталитическая (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО) (фиг. 1-6) содержит (фиг. 1) реактор 1, выполненный в виде горизонтально установленного цилиндрического корпуса 2 с теплоизолирующим слоем 3 и кожухом 4, электронагреватели 5, расположенные по периметру корпуса 2 реактора 1, бункер 6 для сырья, камеру 7 подачи сырья, расположенную в верхней входной части реактора 1, снабженную загрузчиком 8, камеру 9 выдачи пирокарбона, расположенную в нижней выходной части реактора 1 противоположно его входной части, патрубок 10 отвода пиролизного синтез-газа, расположенный в верхней части полости реактора 1, и катализатор 11 (фиг. 2), нанесенный на детали, расположенные в полости реактора 1.

Особенностью установки являются следующие главные усовершенствования ее конструкции.

Реактор 1 установлен неподвижно (фиг. 1).

В полости корпуса 2 реактора 1 с возможностью вращения горизонтально установлена мешалка 12, выполненная в виде вала 13 с наклонными лопатками 14, расположенные на валу 13 по винтовой спирали, и снабженная приводом 15, установленным снаружи реактора 1 и кинематически связанным с валом 13 мешалки 12.

Камера 7 (фиг. 3, 4) подачи сырья выполнена с горизонтальным входным каналом 16, расположенным поперек оси реактора 1 , внутри которого (16) установлен загрузчик 8.

Камера 9 (фиг. 5, 6) выдачи пирокарбона в нижней части выполнена с горизонтальным выходным каналом 17, расположенным поперек оси реактора 1, внутри которого (17) установлен разгрузчик 18.

Электронагреватели 5 (фиг. 2) выполнены в виде обмотки статора, которая включает три секции 19 электронагревателей 5, расположенные снаружи корпуса 2 реактора 1 под углом а = 120° между ними с возможностью подключения к 3-х или

2-х фазной электрической сети переменного тока.

Катализатор 11 (фиг. 2) нанесен на наклонные лопатки 14 мешалки (12) и внутреннюю поверхность корпуса 2 реактора 1, находящуюся в контакте с сырьем при его перемешивании наклонными лопатками 14 вала 13 мешалки 12, причем в качестве катализатора 1 1 использован напыленный металлический состав, содержащий порошковую смесь металлов, включающую никель (Ni), кадмий (Cd) и молибден (Мо).

Особенностью установки являются также следующие дополнительные усовершенствования ее конструкции.

В качестве катализатора 1 1 (фиг. 2) в установке целесообразно использовать напыленный металлический состав, содержащий порошковую смесь металлов, включающую никель (Ni)-55-65%, предпочтительно 60%, кадмий (Cd) - 15-25%, предпочтительно 20%, и молибден (Мо) - остальное. Загрузчик 8 может быть выполнен в виде поршневого механизма 20 (фиг. 3), снабженного кривошипно-шатунным приводом 21 (модификация 1).

Загрузчик 8 также может быть выполнен в виде шнекового механизма 22 (фиг. 4), снабженного электроприводом 23 (модификация 2).

При выборе типа загрузчика 8 модификацию 1 (фиг. 3) применяют для более крупной фракции сырья, а модификацию 2 (фиг. 4) применяют для более мелкой фракции сырья.

Разгрузчик 18 может быть выполнен в виде поршневого механизма 24 (фиг. 5), снабженного кривошипно-шатунным приводом 25 (модификация 3).

Разгрузчик 18 также может быть выполнен в виде шнекового механизма 26

(фиг. 6), снабженного электроприводом 27 (модификация 4).

При выборе типа разгрузчика 18 модификацию 3 (фиг. 5) применяют для более крупной фракции пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО), а модификацию 4 (фиг. 6) применяют для более мелкой фракции пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО).

Привод 15 мешалки 12 выполнен в виде мотор-редуктора 28 (фиг. 1 ), который кинематически соединен с валом 13 мешалки 12 с помощью муфты 29.

Это обеспечивает компактность и оптимальный крутящий момент для обеспечения интенсивного перемешивания сырья лопатками мешалки, что ускоряет процесс пиролиза.

Катализатор 1 1 может быть нанесен на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса 2 реактора 1 на высоту сегмента h (фиг. 2), равную 0,25 - 0,50 его диаметра D.

Для улучшения выгрузки реактор 1 может быть установлен с наклоном его продольной оси вниз в сторону выгрузки под углом 3-10° к горизонту.

Установка пиролизная электро-каталитическая (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС) и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУО) работает следующим образом.

В примере конкретного выполнения в качестве сырья использовали биоил. В процессе очистки сточных вод образуются три вида отходов: отходы с решеток, шлам песка и биоил.

После обезвоживания в течение 3-х лет песка на пескоплощадках, а биоила и сырого осадка на иловых площадках (с 98-99 % до 60 %), отходы перевозят на площадки складирования.

Результаты (усредненные) физико-механических испытаний проб биоила с площадок складирования показали, что внешне биоил представляет собой мелкозернистое вещество, бурого цвета с включениями характерных пищевых остатков в виде косточек фруктовых деревьев, скорлупы, волокнистых растительных остатков, встречаются битое стекло, обломки металлов, керамики и т.д.

В целом, биоил очень похож на верховой торф, но имеет гранулометрический состав, характеризующийся большим содержанием мелких и пылевидных частиц (см. таблица 1).

Таблица 1

Анализ химического состава биоила, выполненный на предмет определения горючести, приведен в таблице 2 и свидетельствует о его идентичности с верховым торфом при некоторых различиях по зольности и содержанию влаги.

Учитывая это свойство, целесообразно газифицировать биоил с целью получения генераторного газа и минерального остатка в виде золы или расплавленного шлака.

Причем, в процессе термохимической реакции газификации, каждый кг углерода из состава биоила может обеспечить диссоциацию на молекулы водорода и кислорода около 0,4 кг воды. Это позволит, в свою очередь, осуществить утилизацию части загрязненных сточных вод.

Таблица 2

Q

Наимено Состав рабочего топлива, %(масс.) Теплотвор вание ная способ топлива Ср Hp Ор Sp Np Wp Ар ость

Уг е Водо Кисло Сера Азот Золь В лаж КДж/кг род род род ность ность Ккал/кг

Торф кус 36,3 3,6 20,3 0,2 1 ,6 30,0 8,0 1 7500 ковой воз 41 70 душносухой

Биоил, 35,91 4,56 7,71 0,83 1 ,83 20,0 30,0 1 7200 подготовлен 41 1 ный к гази

фикации

Отношение к 98,93 126,6 37,98 41 5, 1 14,38 66,67 375,00 98,56 содержанию 7 _. 00

в торфе Предварительно влажное сырьё (биоил) мелкой фракции (5-25 мм) поступает на вибросито для отсеивания крупных частей более 25 мм, отсеянная мелкая фракция поступает на решетку сушильной камеры.

Энергоносителем для сушильной камеры служит при запуске установки природный газ, с началом выработки собственного синтез-газа питание сушильной камеры переводится на генерируемый установкой синтез-газ.

Влажность сырья на выходе из сушильной камеры обязана составлять не более 15%.

После сушки сырье поступает в пиролизную установку, которую предварительно прогревают до 600-800°С путем подключения секций 19 электронагревателей 8 к 3-х или 2-х фазной электрической сети переменного тока и включают привод 15 мешалки 12.

Сырье загружают в бункер 6. Из бункера 6 сырье поступает в камеру 7 подачи сырья, откуда по горизонтальному входному каналу 16 с помощью загрузчика 8 (фиг. 1), выполненного в виде поршневого механизма 20 с кривошипно-шатунным приводом 21 (фиг. 3), или шнекового механизма 22 с электроприводом 23 (фиг. 4), сырье загружается внутрь корпуса 2 реактора 1 при температуре 600-800°С.

Загружаемое в реактор 1 сырье попадает на вращающиеся на валу 13 мешалки

12 наклонные лопатки 14, расположенными на валу 13 мешалки 12 по винтовой спирали, и внутреннюю поверхность корпуса 2 реактора 1, находящуюся в контакте с сырьем, на которые нанесен катализатор 1 1 - напыленный металлический состав, содержащий порошковую смесь металлов, включающую никель (Ni)-55-65%, предпочтительно 60%, кадмий (Cd) - 15-25%, предпочтительно 20%, и молибден

(Мо) - остальное (фиг. 2).

Внутри корпуса 2 реактора 1 происходит интенсивное механическое перемешивание сырья наклонными лопатками 14, расположенными на валу 13 мешалки 12 по винтовой спирали.

В результате интенсивного перемешивания наклонными лопатками 14 мешалки 12, термического воздействия секций 19 электронагревателей 8, обеспечивающих нагрев до температуры 600-800°С, и действия катализатора происходит мгновенный тепловой удар, обеспечивающий термическое разложение сырья - органического биоила на две составляющие: газовую и твердую углеродистую.

С помощью наклонных лопаток 14, расположенных на валу 13 мешалки 12 по винтовой спирали сырье, а впоследствии пирокарбон - твердый углеродистый остаток (ТУ О), транспортируется из зоны загрузки в зону выгрузки, то есть к камере 9 выдачи пирокарбона. Для улучшения выгрузки реактор 1 может быть установлен с наклоном его продольной оси вниз в сторону выгрузки под углом 3-10° к горизонту.

Из камеры 9 выдачи пирокарбон - твердый углеродистый остаток (ТУ О) по горизонтальному выходному каналу 17 с помощью разгрузчика 18 (фиг. 1), выполненного в виде поршневого механизма 24 с кривошипно-шатунным приводом 25 (фиг. 5), или шнекового механизма 26 с электроприводом 27 (фиг. 6), выгружается при температуре около 400°С в приемник по мере накопления.

Нагрев зоны газификации в корпусе 2 реактора 1 осуществляется с помощью внешнего нагрева корпуса 2 реактора 1 электронагревателями 5, выполненными в виде обмотки статора, которая включает три секции 19 электронагревателей 5, расположенных снаружи корпуса 2 реактора 1 под углом а = 120° между ними с возможностью подключения к 3-х или 2-х фазной электрической сети переменного тока.

После полного разогрева и начала реакции нагрев зоны газификации в корпусе

2 реактора 1 осуществляется частично за счет тепла, выделяемого в процессе реакции.

Подачу сырья на газификацию в реактор 1 осуществляют непрерывно с помощью загрузчика 8 (фиг. 1), выполненного в виде поршневого механизма 20 с кривошипно-шатунным приводом 21 (фиг. 3), или шнекового механизма 22 с электроприводом 23 (фиг. 4), что обеспечивает как загрузку сырья внутрь корпуса 2 реактора 1 при температуре 600-800°С, так и создание сырьевого затвора, препятствующего выходу синтез-газа через камеру 7 подачи сырья.

Вывод пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) осуществляют по мере накопления по горизонтальному выходному каналу 17 с помощью разгрузчика 18 (фиг. 1), выполненного в виде поршневого механизма 24 с кривошипно- шатунным приводом 25 (фиг. 5), или шнекового механизма 26 с электроприводом 27 (фиг. 6), при температуре около 400°С, что обеспечивает как выгрузку сырья з приемник, так и создание пирокарбонного затвора, препятствующего выходу синтез-газа через камеру 7 выдачи пирокарбона.

Обязательным условием для вывода горячего пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) является его вывод без соприкосновения с воздухом, так как в этом случае он мгновенно окисляется и теряет свои коммерческие свойства.

С целью снижения запыленности синтез-газ, образовавшийся в процессе пиролиза с температурой около 400°С и давлением 0,05-0,10 кГ/см ² , выводится в противоположную сторону от камеры 9 выдачи пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) и через патрубок 10 попадает в демферную осадительную ёмкость (на чертежах не показана), откуда затем поступает на очистку газовой смеси в блок очистки пиролизного синтез-газа (на чертежах не показан). Товарный синтез-газ после прохождения стадии очистки имеет физические характеристики, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

Компонентный состав пиролизного синтез-газа в зависимости от

морфологического состава, срока и условий хранения биоила приведен в таблице 4.

Таблица 4

Основными составляющими пирокарбона - твердого углеродистого остатка

(ТУ О) являются углерод - 78%, зола - 21 ,62%, остальные компоненты,

содержащиеся в пирокарбоне - твердом углеродистом остатке (ТУ О) приведены в таблице 5. Таблица 5

Основные технические характеристики установки пиролизной электро- каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС) и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) приведены в таблице 6.

Таблица 6

За счет введения в состав усовершенствованной установки пиролизной электро-каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез-газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О) эффективных в работе приводной мешалки 12 лопаточного типа с наклонными лопатками 14, расположенными на валу 13 по винтовой спирали, загрузчика 8 (модификации 1 , 2) и разгрузчика 18 (модификации 3, 4), а также использования эффективной компоновки электронагревателей 5 в виде секций 19 обмотки статора и расширения области нанесения и применения более эффективного катализатора 1 1, обеспечивается интенсификация процессов перемешивания и термического разложения сырья в реакторе 1 , что ускоряет процесс пиролиза и увеличивает количество углерода, переходящего из твердого агрегатного состояния в газообразное.

Это позволяет в усовершенствованной пиролизной установке снизить энергозатраты и увеличить выход пиролизного синтез-газа.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные сведения подтверждают возможность промышленного применения заявленной установки пиролизной электро-каталитической (УПЭК) для переработки углеродсодержащего сырья (УСС), и получения пиролизного синтез- газа и пирокарбона - твердого углеродистого остатка (ТУ О), которая может быть широко использована в процессе микробиологической очистки канализационных и промышленных стоков. Перечень обозначений:

1. реактор

2. цилиндрический корпус реактора

3. теплоизолирующий слой реактора

4. кожух реактора

5. электронагреватель

6. бункер для сырья

7. камера подачи сырья

8. загрузчик камеры подачи сырья

9. камера выдачи пирокарбона

10. патрубок отвода пиролизного синтез-газа

1 1. катализатор, содержащий порошковую смесь металлов, включающую (никель (Ni), кадмий (Cd) и молибден (Мо)

12. мешалка

13. вал мешалки

14. наклонные лопатки мешалки, расположенные на валу по винтовой спирали

15. привод мешалки

16. горизонтальный входной канал камеры подачи сырья

17. горизонтальный выходной канал камеры выдачи сырья

18. разгрузчик камеры выдачи пирокарбона

19. секция электронагревателей

20. поршневой механизм загрузчика

21. кривошипно-шатунный привод поршневого механизма загрузчика

22. шнековый механизм загрузчика

23. электропривод шнекового механизма загрузчика

24. поршневой механизм разгрузчика

25. кривошипно-шатунный привод поршневого механизма разгрузчика

26. шнековый механизм разгрузчика

27. электропривод шнекового механизма загрузчика

28. мотор-редуктор

29. муфта