close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16876

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16876
(13) C1
(19)
C 10B 47/16
C 10B 47/30
C 10G 1/00
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ
(21) Номер заявки: a 20101871
(22) 2010.12.22
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Куликов Иван Семенович;
Каменев Анатолий Яковлевич; Климова Людмила Александровна; Соколовская Юлия Георгиевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) WO 2008/023246 A2.
RU 2240339 C1, 2004.
RU 2338770 C1, 2008.
RU 2380395 C1, 2010.
BY 2241 C1, 1998.
BY 4132 C1, 2001.
US 006005149 A, 1999.
BY 16876 C1 2013.02.28
(57)
Устройство для пиролиза биомассы, содержащее вертикальную неподвижную реакционную камеру с входной зоной загрузки биомассы, зоной пиролиза и патрубком для отвода получаемого газа, а также вращающуюся печь, установленную внутри камеры соосно с
BY 16876 C1 2013.02.28
ней, двигатель для вращения печи, емкость для сбора кокса, отличающееся тем, что реакционная камера выполнена в виде конуса с сужением в нижней части для плотного контакта биомассы с вращающейся печью, которая выполнена в виде полого цилиндра для
загрузки и сжигания внутри нее органических горючих материалов, а внешняя поверхность вращающейся печи снабжена винтовой навивкой для перемешивания и движения
биомассы вверх и в сторону.
Изобретение относится к области получения газообразного и жидкого топлива,
например, для двигателей внутреннего сгорания и производства электроэнергии путем
быстрого пиролиза биомассы.
Известны многочисленные устройства для получения из биомассы газа, в основном
окиси углерода (угарного газа) в смеси с азотом, путем сжигания в условиях недостатка
кислорода. Однако они дают малокалорийный газ и недостаточно эффективны. Известны
также различные устройства, используемые для пиролиза и быстрого пиролиза биомассы
для получения высококалорийного жидкого и газообразного топлива. Но оптимальная,
эффективная и достаточно простая конструкция таких устройств в настоящее время не
предложена. Наиболее сложной проблемой при осуществлении быстрого пиролиза является быстрый нагрев массы, подлежащей пиролизу, так как время нагрева должно исчисляться секундами, для того чтобы пиролиз проходил с максимальным выходом полезных
продуктов.
Известна установка для пиролиза углеводородного сырья, содержащая вертикальную
неподвижную цилиндрическую печь, зону пиролиза в виде стационарной пиролизной камеры, выполненной в виде змеевика и установленной внутри печи соосно с ней, зону для
отвода продуктов пиролиза и зону загрузки в виде бункера и загрузочного устройства [1].
В состав установки входит ряд сложных аппаратов, выполняющих вспомогательные
функции: циклон, вентилятор, распределительное устройство, баллоны с инертным газом,
что аппаратурно усложняет установку. Недостатками устройства являются также сложность формирования газового потока, многоступенчатость и ограниченная скорость тепло- и массообмена между нагретым горелками воздухом и углеводородным сырьем. В
установке на собственные нужды расходуется много генераторного газа, который получается в результате пиролиза. А поскольку пиролиз сопровождается образованием сажи,
нагара, смолы, которые откладываются на внутренней поверхности змеевика, его чистка
также представляет определенные трудности.
Известно устройство для переработки органических материалов и получения синтезгазов для использования в качестве сырья для различных химических процессов или топлива, содержащее горизонтальный вращающийся центробежный реактор в виде цилиндра
с зоной загрузки органических материалов, зоной для отвода газов и двумя реакционными
зонами: зоной испарения и крекинга, диссоциации и риформинга, нагрев в которых осуществляется с помощью двух горелок, расположенных с двух концов реактора [2]. Недостатками устройства являются его функционирование в конечном продукте (синтез-газе),
при этом горелки установлены внутри реактора в горючей среде, а также использование в
самих газовых горелках синтез-газа, который загрязняется продуктами неполного сгорания и сажистыми отложениями. Состав синтез-газа по указанным причинам близок к газогенераторному, который имеет низкую теплотворную способность.
Известен газогенератор для твердого топлива, содержащий неподвижный корпус с
футеровкой, обогреваемый снаружи и снабженный подвижными лопастями, расположенными внутри корпуса, зону загрузки через бункер, зону нагрева и пиролиза, образованную
стенками корпуса реактора и наружной поверхностью лопастей, зону для отвода газов с
отверстием, в которое вставлена жаровая труба, зону вывода золы в зольник [3]. При этом
нагрев биомассы осуществляется при ее трении о стенки реактора только в зоне контакта
2
BY 16876 C1 2013.02.28
биомассы с внутренней стороной горячей трубы, что замедляет процесс пиролиза, приводит к увеличению толщины стенки реактора, снижает производительность. Нагрев удлиненного корпуса осуществляется электронагревателем, что снижает энергоэффективность
устройства из-за многоступенчатой трансформации одного вида энергии в другой. Замедленный процесс пиролиза проводит к образованию жидких и газообразных углеводородных фракций сложного состава, в том числе и высокомолекулярных, вязких,
смолоподобных веществ и нагара, которые являются вредными, ядовитыми и канцерогенными.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для крекинга молекулярной структуры органических веществ, содержащее вертикальную неподвижную реакционную камеру, имеющую входную зону, зону выведения твердых продуктов, зону
выпуска жидких и/или газообразных продуктов, зону смешения и крекинга, внутри которой вращается вал с лопастями, выполненными из магнитного материала, которые в процессе вращения нагреваются и вызывают процесс крекинга [4]. При этом реализуется
механическое, термическое и магнитное воздействие на массу. Главным недостатком этого устройства является неэффективность и сложность процесса нагрева лопастей. Нагрев
лопастей может быть осуществлен только за счет расхода электроэнергии, превращением
ее в механическую, а затем с помощью внешних катушек трансформируемой в тепловую,
что весьма нерационально. Для реализации процесса внутри реакционной камеры должно
осуществляться очень быстрое вращение, что требует точного изготовления и центровки
ротора, которое постоянно нарушается биомассой, падающей сверху, и вызывает вибрацию.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для быстрого пиролиза
биомассы, использующего триботермический нагрев и позволяющего получать газ с высоким выходом летучих, высококалорийных компонентов, пригодных для применения в
качестве топлива двигателей внутреннего сгорания и для производства электроэнергии.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пиролиза биомассы, содержащем вертикальную неподвижную реакционную камеру с входной зоной загрузки биомассы, зоной пиролиза и патрубком для отвода получаемого газа, а также вращающуюся
печь, установленную внутри камеры соосно с ней, двигатель для вращения печи, емкость
для сбора кокса, реакционная камера выполнена в виде конуса с сужением в нижней части
для плотного контакта биомассы с вращающейся печью, которая выполнена в виде полого
цилиндра для загрузки и сжигания внутри нее органических горючих материалов, а внешняя поверхность вращающейся печи снабжена винтовой навивкой для перемешивания и
движения биомассы вверх и в сторону.
На фигуре представлена схема заявляемого устройства.
Устройство для быстрого пиролиза биомассы состоит из вертикальной неподвижной
реакционной камеры 1, вращающейся печи 2, установленной внутри камеры 1 соосно с
ней на шаровых опорах 3, зоны пиролиза 4, которая является пространством, образованным внутренней поверхностью реакционной камеры 1 и внешней поверхностью печи 2,
винтовой навивки 5, выполненной на внешней поверхности печи 2, уплотнения 6 реакционной камеры 1, отверстия 7 в печи 2 для загрузки органических горючих материалов 8,
входной зоны загрузки через бункер 9 биомассы 10 в реакционную камеру 1, расположенного в верхней части реакционной камеры 1 патрубка 11 для отвода получаемого газа, горелки 12 для поджигания органических горючих материалов 8 в печи 2, колосниковой
решетки 13 для очистки нижней части печи 2 от золы, емкости для сбора золы 14, расположенной в нижней части реакционной камеры 1 заслонки 15 для выведения кокса, остающегося после пиролиза биомассы 10, емкости для сбора кокса 16, двигателя 17 для
вращения печи 2, шкива 18.
Реакционная камера 1 выполнена в виде конуса с сужением в нижней части для плотного контакта биомассы 10 с печью 2. Печь 2 выполнена в виде полого цилиндра для за3
BY 16876 C1 2013.02.28
грузки и сжигания внутри нее органических горючих материалов 8. Внешняя поверхность
печи 2 снабжена винтовой навивкой 5 для перемешивания и движения биомассы 10 вверх
и в сторону.
Устройство работает следующим образом. Через отверстие 7 в печи 2 засыпаются органические горючие материалы 8 (древесные чурки, брикеты, сухая биомасса, сланцы и
т.д.), которые падают на колосниковую решетку 13 и поджигаются горелкой 12. После
разогрева печи 2 до необходимой температуры (400-700 °С) включается двигатель 17, который через шкив 18 начинает вращать горячую печь 2 внутри реакционной камеры 1 со
скоростью 1 оборот в секунду. Биомасса 10 (стружка, опилки, сеченая солома и т.п.) подается через входную зону загрузки бункера 9 и попадает в зону пиролиза 4, двигаясь вниз
под собственным весом, контактирует с образующимся горячим газом, двигающимся
вверх, предварительно прогревается и прижимается к горячей поверхности печи. Для повышения эффективного воздействия горячей поверхности печи 2 на биомассу 10 винтовая
навивка 5 перемешивает, разрыхляет биомассу 10 и заставляет ее двигаться вверх и в сторону, что предотвращает ее заклинивание и способствует ускорению процесса пиролиза и
высвобождению образующегося газа, а новая порция биомассы 10 прижимается к горячей
поверхности печи 2. Процесс пиролиза осуществляется трением биомассы по всей длине
печи 2, таким образом, эффективность термического воздействия на биомассу 10 резко
возрастает, а время ее контакта с горячей поверхностью печи 2 сокращается, что повышает выход ценных продуктов. Получаемый газ выводится через патрубок 11, а остаточный
после пиролиза материал, содержащий кокс, высыпается через заслонку 15 и ссыпается в
емкость для сбора кокса 16. Зола, остающаяся после сжигания органических горючих материалов 8, через колосниковую решетку 13 попадает в емкость для сбора золы 14. Вертикальная реакционная камера 1 выполнена в виде конуса, сужающегося в нижней части,
для того чтобы контакт биомассы 10 с горячей цилиндрической печью 2 по мере убыли
биомассы 10 вследствие пиролиза не ослабевал.
Предлагаемое устройство для быстрого пиролиза биомассы использует триботермическое воздействие и позволяет получать высокий выход летучих, высококалорийных компонентов, пригодных для использования в качестве топлива двигателей внутреннего
сгорания и производства электроэнергии именно вследствие того, что процесс пиролиза
осуществляется очень быстро.
Источники информации:
1. Патент РФ 2240339 C1, МПК C 10G 9/14, 9/20, C 10B 1/04, 2004.
2. Патент США 6005149 A, МПК C 10G 1/00, C 10B 1/04, C 10J 3/06, 1999.
3. Патент РБ 4132 C1, МПК C 10J 3/20, F 23B 1/38, 2001.
4. Международная публикация WO 2008023246 A2, МПК C 10G 1/00, C 10G 3/00, 2008
(прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
203 Кб
Теги
by16876, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа