способ производства древесного угля
Классы МПК: | C10B53/02 материалов, содержащих целлюлозу |
Автор(ы): | Тимербаев Наиль Фарилович (RU), Зиатдинова Диляра Фариловна (RU), Сафин Руслан Рушанович (RU), Сафин Рушан Гареевич (RU), Хуснуллин Ильнур Илфатович (RU), Степанов Владислав Васильевич (RU), Воронин Александр Евгеньевич (RU), Ахметова Дина Ахатовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Альтернативная энергетика" (ООО "НТЦ АЭ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-05-24 публикация патента:
10.10.2012 |
Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано при переработке отходов лесозаготовок для производства древесного угля. Древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°С за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения (8), и высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°С с прогревом древесины до 180°С. Часть влажных топочных газов температурой 150°С из зоны сушки (3) выбрасывают через абсорбер (4) в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°С с зоны пиролиза (5) и направляют в зону сушки (3). Высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки (7) топочных газов температурой 600÷700°С в режиме противотока. Образующиеся в зоне пиролиза (5) пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе (6) пирогазами, несконденсированные пирогазы отводят в топку (7), куда подают воздух, а хладагент пирогазов в топке (7) переводят в пар. Угольный остаток с температурой 500°С кондуктивно охлаждают до 120°С конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева (1), затем дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°С рециркулирующим абсорбентом. Способ позволяет повысить эффективность процесса пиролиза. 1 ил., 1 пр.
Формула изобретения
Способ производства древесного угля, включающий сушку, пиролиз древесины, отвод образующихся пирогазов из зоны пиролиза, направление пирогазов в топку одновременно с поступающим воздухом, необходимым для сжигания пирогазов, использование топочных газов, образовавшихся при горении пирогазов, для пиролиза древесины и для смешения и формирования теплоносителя сушки, охлаждение угля, отличающийся тем, что древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°С за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения по тепловой трубе; высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°С с прогревом древесины до 180°С; часть влажных топочных газов температурой 150°С из зоны сушки выбрасывают через абсорбер в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°С с зоны пиролиза и направляют обратно в зону сушки; высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки топочных газов температурой 600÷700°С в режиме противотока и самопрогрева за счет теплоты химических реакций; образующиеся в зоне пиролиза пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе пирогазами; несконденсированные пирогазы отводят в топку; хладагент пирогазов в топке переводят в пар; угольный остаток кондуктивно охлаждают до 120°С конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева по тепловой трубе; далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°С рециркулирующим абсорбентом, поступающим из абсорбера.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано при переработке отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки для производства древесного угля.
Известен способ непрерывной термической переработки измельченной древесины, включающий загрузку измельченной древесины в горизонтальный реактор, пиролиз при противоточной подаче газа-теплоносителя, отвод пирогазов (см. патент РФ № 2370520, МПК8 C10B 53/02, 2009).
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость вследствие неэффективного использования теплотворной способности несконденсировавшихся газов.
Известен способ термической переработки древесины, включающий предварительную сушку древесины и последующую термическую обработку с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента (см. патент РФ № 2083633, МПК8 C10B 53/02, 1997).
Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость вследствие дополнительного использования в качестве теплоносителя и горючего газа жидкого топлива, большие потери тепловой энергии, происходящие при перегрузке технологического сырья из камеры сушки в камеру пиролиза.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ производства древесного угля, включающий сушку, пиролиз древесины, отвод образующихся пирогазов из зоны пиролиза, направление пирогазов в топочную камеру одновременно с поступающим воздухом, необходимым для сжигания пирогазов, использование топочных газов, образовавшихся при горении пирогазов, для пиролиза древесины и для смешения и формирования теплоносителя сушки, охлаждение угля (см. патент РФ № 2166527, МПК8 C10B 53/02, 2001).
Недостатками данного способа являются низкая производительность процесса из-за периодичности выгрузки древесного угля, низкая пожаробезопасность вследствие охлаждения и стабилизации угля на площадках, а также отсутствие очистки дымовых газов, выбрасывающихся в атмосферу, высокая энергоемкость из-за потерь тепловой энергии при охлаждении угля.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности процесса пиролиза.
Технический результат достигается тем, что в способе производства древесного угля, включающем сушку, пиролиз древесины, отвод образующихся пирогазов из зоны пиролиза, направление пирогазов в топку одновременно с поступающим воздухом, необходимым для сжигания пирогазов, использование топочных газов, образовавшихся при горении пирогазов, для пиролиза древесины и для смешения и формирования теплоносителя сушки, охлаждение угля, древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения по тепловой трубе; высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C; часть влажных топочных газов температурой 150°C из зоны сушки выбрасывают через абсорбер в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза и направляют обратно в зону сушки; высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева за счет теплоты химических реакций; образующиеся в зоне пиролиза пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе пирогазами; несконденсированные пирогазы отводят в топку; хладагент пирогазов в топке переводят в пар; угольный остаток кондуктивно охлаждают до 120°C конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева по тепловой трубе; далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом, поступающим из абсорбера.
Отличительной особенностью приведенного способа является то, что древесину перед сушкой кондуктивно прогревают при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения по тепловой трубе; высушивают конвекцией топочными газами температурой 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C; часть влажных топочных газов температурой 150°C из зоны сушки выбрасывают через абсорбер в атмосферу, другую часть смешивают с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза и направляют обратно в зону сушки; высушенную древесину пиролизуют за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева за счет теплоты химических реакций; образующиеся в зоне пиролиза пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе пирогазами; несконденсированные пирогазы отводят в топку; хладагент пирогазов в топке переводят в пар; угольный остаток кондуктивно охлаждают до 120°C конденсатом воды, поступающим с зоны прогрева по тепловой трубе; далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом, поступающим из абсорбера.
На фиг.1 показана схема осуществления способа производства древесного угля.
Способ осуществляют следующим образом.
Измельченные древесные отходы непрерывно загружают в зону прогрева 1, выполненную в виде шнекового транспортера с обогреваемой рубашкой. Прогрев осуществляют кондуктивно при температуре стенки 95÷105°C за счет конденсации водяных паров, поступающих с зоны охлаждения 8 по тепловой трубе 2. Из зоны прогрева 1 древесная масса с температурой порядка 60°C поступает в зону сушки 3, где древесину высушивают конвекцией топочными газами при температуре 240÷250°C с прогревом материала до 180°C. Часть влажных топочных газов температурой примерно 150°C из зоны сушки 3 отводят через абсорбер 4 в окружающую среду, другую часть смешивают до температуры 240÷250°C с топочными газами температурой 600°C с зоны пиролиза 5 и направляют обратно в зону сушки 3. В абсорбере 4 выбрасываемые в атмосферу топочные газы очищают от примесей рециркулирующим абсорбентом. Из зоны сушки 3 высушенная древесина поступает в зону пиролиза 5, где древесную массу пиролизуют в шнековом транспортере с рубашкой за счет кондуктивного подвода теплоты от поступающих из топки 7 топочных газов температурой 600÷700°C в режиме противотока и самопрогрева пиролизуемой массы за счет теплоты химических реакций. Угольный остаток на выходе из зоны пиролиза 5 имеет температуру порядка 500°C. Образующиеся в зоне пиролиза 5 пирогазы эжектируют сконденсированными в конденсаторе 6 пирогазами, при этом несконденсированные пирогазы отводят в топку 7, а сконденсированные в жижку пирогазы отводят в резервуар. Хладагент пирогазов направляют в топку 7 и переводят в пар. Угольный остаток, поступающий из зоны пиролиза 5, кондуктивно охлаждают в зоне охлаждения 8, выполненной в виде шнекового транспортера с рубашкой, до 120°C испарением конденсата воды, поступающего с зоны прогрева 1 по тепловой трубе 2. Далее уголь дополнительно кондуктивно охлаждают в режиме противотока до 50°C рециркулирующим абсорбентом с температурой 35°C, поступающим из абсорбера 4 и предварительно прошедшим через нейтрализатор 9 и фильтр 10. Абсорбент с температурой ориентировочно 65°C, отводящийся с зоны дополнительного охлаждения 11, охлаждают в теплообменнике 12 до температуры 25°C. Хладагент, использующийся для охлаждения абсорбента в теплообменнике 12, направляют в конденсатор 6 для конденсирования пирогазов, а затем в топку 7 для превращения в пар.
Охлажденный древесный уголь транспортируют на склад, образованный пар, отводящийся из топки 7, используют в технологических или бытовых целях.
Для первоначального запуска процесса и выхода на режимные параметры в топку 7 в качестве топлива подают природный газ. Также в топку 7 подают воздух для поддержания процесса горения несконденсировавшихся газов. Потери рециркулирующего абсорбента с выбрасываемыми топочными газами возмещают подачей свежего абсорбента.
Температуру воды в тепловой трубе 2 поддерживают в пределе 95÷105°C, т.к. при меньшей температуре уменьшается движущая сила для прогрева древесины, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара и усложняется аппаратурное оформление способа.
В зону сушки 3 топочные газы подают с температурой в пределе 240÷250°C с прогревом древесины до 180°C, т.к. при температуре топочных газов меньше 240°C увеличивается продолжительность сушки древесной массы, а при температуре топочных газов больше 250°C наблюдается местный прогрев древесины более 180°C и разложение древесины.
Температуру топочных газов, подаваемых к зоне пиролиза 5, поддерживают в пределе 600÷700°C, т.к. при температуре топочных газов меньше 600°C увеличивается длительность процесса пиролиза и увеличиваются габаритные размеры зоны пиролиза 5, а при температуре топочных газов больше 700°C усложняется аппаратурное оформление способа, требующее для изготовления специальные жаропрочные стали.
В зоне охлаждения 8 угольный остаток охлаждают до 120°C, т.к. при меньшей температуре увеличиваются габаритные размеры зоны охлаждения 8, а при более высокой температуре повышается парциальное давление пара в тепловой трубе 2 и усложняется аппаратурное оформление способа.
В зоне дополнительного охлаждения 11 древесный уголь охлаждают до температуры 50°C для предотвращения самовозгорания угля.
Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса за счет использования несконденсировавшихся пирогазов в качестве топлива для сжигания в топке, многократного использования топочных газов в рециркуляционном режиме для сушки, рекуперации тепла угольного остатка для предварительного прогрева древесины перед сушкой, непрерывности процесса, обеспечения экологической безопасности за счет отсутствия токсичных выбросов в окружающую среду.
Класс C10B53/02 материалов, содержащих целлюлозу