Установка для переработки углеродсодержащего сырья

Invenţia se referă la instalaţii pentru gazificarea materiei prime ce conţine carbon, şi poate fi utilizată în domeniile combustibililor şi energeticii.

Este cunoscut un procedeu de prelucrare a materiei prime ce conţine carbon şi o instalaţie pentru realizarea acestuia, care este executată în formă de reactor de tip mină. Instalaţia conţine, amplasate de sus în jos, un dispozitiv de încărcare, o cameră de piroliză/gazificare, un dispozitiv de descărcare cu grilă cu bare, amplasat sub camera de piroliză/gazificare. În interiorul camerei de piroliză/gazificare cu joc faţă de suprafaţa ei interioară laterală este instalată imobil o retortă perforată. În partea inferioară a dispozitivului de încărcare este instalat un şuber de etanşare cu mecanism de deplasare a acestuia. În dispozitivul de descărcare a reziduurilor de cenuşă şi zgură obţinute în urma prelucrării sub grila cu bare este amplasat un ştuţ pentru debitarea agentului de gazificare ce conţine oxigen, unit printr-o conductă de gaze cu un dispozitiv de pregătire a agentului de gazificare pentru insuflare. În interiorul camerei de piroliză/gazificare la niveluri diferite sunt instalaţi senzori de temperatură, iar în apropierea dispozitivului de încărcare este amplasat un ştuţ de evacuare a produsului-gaz, unit printr-o conductă de gaze cu o pompă cu vid. Menţinerea regimurilor tehnologice se asigură prin reglarea debitării agentului de gazificare şi/sau evacuării reziduurilor de cenuşă şi zgură, şi/sau debitării unei noi porţii de materie primă de prelucrat.

Dezavantajele instalaţiei cunoscute constau în următoarele. Procesele de piroliză/gazificare a materiei prime se desfăşoară la presiune scăzută (de descărcare), prin urmare se măreşte considerabil temperatura (până la 2300 °C) desfăşurării reacţiilor termochimice. La asemenea temperaturi ale reacţiilor se produce arderea componentelor combustibile ale produsului-gaz, reducându-se compoziţia calitativă a acestuia, se micşorează puterea calorică a lui, se măresc cheltuielile pentru prelucrarea ulterioară a acestuia. În afară de aceasta, deoarece compoziţia materiei prime de prelucrat este neomogenă şi instabilă, este dificilă reglarea operativă prin unul din parametrii tehnologici de bază - prin temperatură, ceea ce de asemenea influenţează asupra calităţii produsului-gaz.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea calităţii produsului-gaz obţinut pe baza sporirii conţinutului de componente combustibile în el şi asigurarea posibilităţii de acţionare operativă asupra parametrilor tehnologici ai pirolizei/gazificării materiei prime.

Problema se soluţionează prin aceea că instalaţia pentru prelucrarea materiei prime ce conţine carbon este executată în formă de reactor de tip mină şi conţine, amplasate de sus în jos, un dispozitiv de încărcare, în partea inferioară a căruia este instalat un şuber de etanşare cu mecanism de deplasare a acestuia; o cameră verticală de piroliză/gazificare cu secţiune transversală inelară, în interiorul căreia pe toată înălţimea ei şi cu joc faţă de suprafaţa ei laterală şi una faţă de cealaltă sunt plasate două retorte cilindrice coaxiale, cea exterioară fiind înzestrată cu acţionare de rotire a ei, iar cea interioară - fixată imobil; un dispozitiv de descărcare a reziduurilor de cenuşă şi zgură, cu grătar cu bare, amplasat sub camera de piroliză/gazificare, totodată suprafaţa laterală a fiecărei retorte este împărţită într-un număr par de benzi orientate vertical, cu lungimi de aceeaşi mărime ale arcurilor de circumferinţă, care se determină pentru ambele retorte prin acelaşi unghi central; pe toată înălţimea benzilor fiecărei retorte, amplasate peste una, sunt executate găuri străpunse; pe suprafaţa interioară laterală a retortei interioare la diferite niveluri sunt instalaţi senzori de temperatură şi/sau de presiune, iar în partea superioară a camerei de piroliză/gazificare este amplasat un ştuţ de evacuare a produsului-gaz, unit printr-o conductă de gaze cu o pompă cu vid; în dispozitivul de descărcare a reziduurilor de cenuşă şi zgură, sub grătarul cu bare este amplasat un ştuţ pentru debitarea agentului de gazificare ce conţine oxigen, unit printr-o conductă de gaze cu un dispozitiv de pregătire a agentului de gazificare pentru insuflare.

Executarea constructivă a instalaţiei dă posibilitate de a efectua prelucrarea termochimică a materiei prime solide ce conţine carbon în produs-gaz cu ajutorul reacţiilor chimice de oxidare, de disociaţie termică şi altor reacţii chimice, care se desfăşoară în interiorul reactorului în procesul de piroliză/gazificare cu controlul şi reglarea parametrilor şi proceselor tehnologice. Instalarea în interiorul camerei de piroliză/gazificare a două retorte coaxiale de construcţia descrisă, cea exterioară fiind înzestrată cu acţionare de rotire a ei, dă posibilitate în cazul poziţiei lor reciproce, când benzile „oarbe” continue ale retortei exterioare închid benzile cu găuri din retorta interioară, de a mări presiunea în retorta interioară, în care este încărcată materia primă de prelucrat. Mărirea presiunii în retorta interioară va conduce la scăderea temperaturii proceselor termochimice care se desfăşoară în ea, ceea ce, la rândul său, va reduce considerabil, în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie, arderea componentelor combustibile ale produsului-gaz. În poziţia în care benzile cu găuri pe suprafeţele laterale ale ambelor retorte sunt amplasate una în faţa celeilalte, se produce degajarea rapidă a produsului-gaz aflat sub presiune, format în întregul volum al retortei interioare în jocul inelar dintre retorta exterioară şi suprafaţa interioară a camerei de piroliză/gazificare, care se ia din zona superioară a camerei cu pompa cu vid, iar prin grătarul cu bare şi reziduul de cenuşă şi zgură, care se află pe el, se efectuează debitarea ciclică a agentului de gazificare ce conţine oxigen. Apare posibilitatea, odată cu cantitatea şi compoziţia agentului de gazificare debitat, de reglare operativă a regimurilor de temperatură ale reacţiilor termochimice, care au loc în reactor. Executarea găurilor pe suprafaţa laterală a benzilor fiecăreia dintre retorte cu deplasare una faţă de cealaltă nu permite materiei prime de prelucrat să ajungă în jocul inelar dintre retorta exterioară şi suprafaţa interioară laterală a camerei de piroliză/gazificare.

Astfel, aplicarea invenţiei dă posibilitate de a spori calitatea produsului-gaz obţinut pe baza sporirii conţinutului de componente combustibile în el şi asigură posibilitatea acţionării operative asupra parametrilor tehnologici ai pirolizei/gazificării materiei prime.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă:

- fig.1, secţiunea verticală a instalaţiei, vedere generală;

- fig.2, secţiunea A-A din fig. 1;

- fig.3, desfăşuratele suprafeţei laterale a retortelor (este micşorată). În fig. 1, 2, 3 la stânga de axa verticală este prezentată poziţia, în care benzile cu găuri ale ambelor retorte sunt amplasate una în faţa celeilalte, iar la dreapta de axa verticală este prezentată poziţia, în care este efectuată închiderea reciprocă a benzilor cu găuri de către benzile „oarbe”.

Instalaţia pentru prelucrarea materiei prime ce conţine carbon este executată în formă de reactor de tip mină şi conţine, amplasate de sus în jos, un dispozitiv de încărcare 1, în partea inferioară a căruia este instalat un şuber de etanşare 2 cu mecanism de deplasare a acestuia; o cameră de piroliză/gazificare 3 verticală cu secţiune transversală inelară, în interiorul căreia pe toată înălţimea ei şi cu joc faţă de suprafaţa ei laterală şi una faţă de cealaltă sunt plasate două retorte cilindrice coaxiale, cea exterioară 4 fiind înzestrată cu acţionare de rotire a ei, iar cea interioară 5 - fixată imobil; un dispozitiv de descărcare 6 a reziduurilor de cenuşă şi zgură obţinute în urma prelucrării cu grătarul cu bare 7, amplasat sub camera de piroliză/gazificare 3. Suprafaţa laterală a fiecărei retorte 4, 5 este împărţită într-un număr par de benzi 8 orientate vertical, cu lungimi de aceeaşi mărime ale arcurilor de circumferinţă, care se determină pentru ambele retorte prin acelaşi unghi central. Pe toată înălţimea benzilor 8 fiecărei retorte 4, 5, amplasate peste una, sunt executate găuri străpunse 9. Pe suprafaţa interioară laterală a retortei interioare 5 la diferite niveluri sunt instalaţi senzori 10 de temperatură şi/sau de presiune. În partea superioară a camerei de piroliză/gazificare 3 este amplasat un ştuţ 11 de evacuare a produsului-gaz, unit printr-o conductă de gaze cu o pompă cu vid. În dispozitivul de descărcare 6 a reziduurilor de cenuşă şi zgură obţinute în urma prelucrării, sub grătarul cu bare 7 este amplasat un ştuţ 12 pentru debitarea agentului de gazificare ce conţine oxigen, unit printr-o conductă de gaze cu un dispozitiv de pregătire a agentului de gazificare pentru insuflare.

În jocul dintre retortele 4 şi 5 pot fi instalate nişte garnituri de etanşare de tip clamă (în figuri nu este indicat), care împiedică înfundarea cu materie primă a jocului dintre retorte, ceea ce ar conduce la îngreuierea rotirii şi înclinarea retortei exterioare 4.

Instalaţia lucrează în modul următor. În retorta interioară 5 prin dispozitivul de încărcare 1, când şuberul de etanşare 2 este în poziţie deschisă, se încarcă materia primă ce conţine carbon, de exemplu, deşeuri solide provenite din menaj. Prin ştuţul 12 în retorta interioară 5 se debitează agentul de gazificare ce conţine oxigen, de exemplu aburi, aer, amestec de aburi şi aer, oxigen sau o combinaţie a acestora. Agentul de gazificare se introduce ciclic, când benzile cu găuri din retortele 4, 5 sunt plasate una în faţa celeilalte. Se efectuează reacţia de ardere şi totodată gazul se trece prin stratul de deşeu solid fierbinte, în care oxigenul interacţionează cu carbonul din deşeul solid sub formă de cocs sau de semicocs. În zona de ardere oxigenul liber al agentului de gazificare se consumă complet şi produsele de ardere fierbinţi sub formă de gaze ce includ dioxid de carbon şi aburi de apă ajung în următorul strat de combustibil solid, numit zonă de piroliză/gazificare (reducere), în care dioxidul de carbon şi aburii de apă intră în reacţii chimice cu carbonul din materia primă, formând gaze de ardere. Produse ale reacţiei în zona de piroliză/gazificare sunt în general CO şi H₂, precum şi derivaţii metanului CnHm, care se ridică în sus şi se unesc cu produsele pirolizei deşeurilor, sporindu-le puterea calorică. Se efectuează rotirea retortei exterioare 4 cu mărimea unghiului central, care asigură închiderea ei cu benzile 8 „oarbe” cu găuri 9 în suprafaţa laterală a retortei interioare 5. Presiunea în retorta interioară 5 creşte, iar temperatura proceselor termochimice scade, reducându-se considerabil arderea componentelor combustibile ale produsului-gaz. La următorul ciclu de rotire a retortei exterioare 4 benzile cu găuri 9 în retortele 4, 5 se plasează una în faţa celeilalte şi se produce degajarea rapidă a produsului-gaz aflat sub presiune, format în întregul volum al retortei interioare 5, în jocul inelar dintre retorta exterioară 4 şi suprafaţa interioară a camerei de piroliză/gazificare 3, care se ia din zona superioară a camerei 3 prun ştuţul 11 cu pompa cu vid. În funcţie de compoziţia materiei prime de prelucrat, de indicaţiile senzorilor 10, se efectuează reglarea proceselor termochimice prin procedeele cunoscute şi des aplicate. Spre deosebire de cea mai apropiată soluţie, pe baza posibilităţii de modificare operativă a presiunii în retorta interioară 5 prin rotirea retortei exterioare 4 şi prin deschiderea-închiderea găurilor 9 în retorta interioară 5 se asigură posibilitatea reglării operative prin unul din parametrii tehnologici de bază - prin temperatură, ceea ce de asemenea influenţează asupra calităţii produsului-gaz.

Folosirea invenţiei dă posibilitate de a spori calitatea produsului-gaz obţinut şi puterea calorică a acestuia pe baza sporirii conţinutului de componente combustibile prin optimizarea şi reglarea operativă a procesului de piroliză/gazificare.

1. MD 3193 B2 2006.11.30