электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа

Формула изобретения

1. Электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа, содержащая металлический трубчатый реактор с присоединенной к его дну металлической уплотнительной теплоизолированной крышкой и с отходящими от его боковой поверхности металлическими трубчатым люком, водоподводящими и газоотводящей трубами, вставленную в реактор металлическую мешалку с электродвигателем, присоединенный к люку реактора металлический топливный бункер с металлическими уплотнительной крышкой и креплением, расположенный на дне топливного бункера и внутри люка реактора металлический шнек с электродвигателем, присоединенный к водоподводящей трубе реактора водяной насос, присоединенные последовательно к газоотводящей трубе реактора с клапаном, манометром и краном водяной холодильник из металлических труб, металлические трубчатый аллонж, сборник продуктов на опорных ножках с трубами и кранами для отвода газообразных и жидких продуктов, окружающую боковую поверхность реактора на расстоянии в толщину промежуточного теплообменного пространства керамическую теплоизоляцию с металлическим чехлом, расположенную внутри керамической теплоизоляции металлическую электронагревательную обмотку с токоподводами, вставленную в промежуточное теплообменное пространство термопару, отличающаяся тем, что она снабжена расположенной в реакторе внутри мешалки и окруженной металлическим трубчатым чехлом с металлическими токоподводящими трубами и крепежным стержнем дополнительной металлической электронагревательной обмоткой с токоподводами в керамической изоляционной оболочке, вставленным внутри водоподводящей трубы реактора металлическим архимедовым винтом с электродвигателем, присоединенными к водяному насосу гибкой резиновой водопроводной трубой в металлической плетенке, металлическим сливным бачком с металлическими уплотнительной крышкой, расположенным внутри него регулирующим уровень подаваемой воды поплавком и отходящей от него металлической водопроводной трубой с краном, окружающими сверху и снизу реактор, промежуточное теплообменное пространство и керамическую теплоизоляцию водяными оболочками из листового металла с металлическими водоподводящей трубой с краном и водоотводящей трубой, окружающей люк реактора водяной рубашкой из металлической трубы, присоединенными к водяным оболочкам и рубашке металлическими соединительными водоподводящими трубами.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что водоподводящая труба реактора расположена внутри нижней водяной оболочки и часть воды подается в нее по трубам из водоотводящей трубы верхней водяной оболочки, от дна нижней водяной оболочки отходят опорные ножки из металлических труб.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что мешалка реактора выполнена в виде широкой трубы с наружными скребками.

Описание изобретения к патенту

Использование: для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа в лабораторных условиях.

Сущность предлагаемого изобретения:

Электронагревательная установка снабжена расположенной в реакторе внутри мешалки и окруженной металлическим трубчатым чехлом с металлическими токоподводящими трубами и крепежным стержнем дополнительной металлической электронагревательной обмоткой с токоподводами в керамической изоляционной оболочке, вставленным внутри водоподводящей трубы реактора металлическим архимедовым винтом с электродвигателем, присоединенными к водяному насосу гибкой резиновой водопроводной трубой в металлической плетенке, металлическим сливным бачком с металлическими уплотнительной крышкой, расположенным внутри него регулирующим уровень подаваемой воды поплавком и отходящей от него металлической водопроводной трубой с краном, окружающими сверху и снизу реактор, промежуточное теплообменное пространство и керамическую теплоизоляцию водяными оболочками из листового металла с металлическими водоподводящей трубой с краном и водоотводящей трубой, окружающей люк реактора водяной рубашкой из металлической трубы, присоединенными к водяным оболочкам и рубашке металлическими соединительными водоподводящими трубами.

Водоподводящая труба реактора расположена внутри нижней водяной оболочки и часть воды подается в нее по трубам из водоотводящей трубы верхней водяной оболочки, от дна нижней водяной оболочки отходят опорные ножки из металлических труб.

Мешалка реактора выполнена в виде широкой трубы с наружными скребками.

Предлагаемое изобретение относится к области экологически чистой термохимической переработки вторичных древесных и растительных ресурсов, в частности древесного опила или торфа в энергетических установках для получения карбидной нефти и высококалорийного газа, использование которых перспективно в качестве моторного топлива в энерготехнологических установках, автомобильной технике, речном транспорте и др.

Известна электронагревательная установка [1, 2, 3] для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа, содержащая металлический трубчатый реактор с присоединенной к его дну металлической уплотнительной теплоизолированной крышкой и с отходящими от его боковой поверхности металлическими трубчатым люком, водоподводящими и газоотводящей трубами, вставленную в реактор металлическую мешалку с электродвигателем, присоединенный к люку реактора металлический топливный бункер с металлическими уплотнительной крышкой и креплением, расположенный на дне топливного бункера и внутри люка реактора металлический шнек с электродвигателем, присоединенный к водоподводящей трубе реактора водяной насос, присоединенные последовательно к газоотводящей трубе реактора с клапаном, манометром и краном водяной холодильник из металлических труб, металлические трубчатый алонж, сборник продуктов на опорных ножках с трубами и кранами для отвода газообразных и жидких продуктов, окружающую боковую поверхность реактора на расстоянии в толщину промежуточного теплообменного пространства керамическую теплоизоляцию с металлическим чехлом, расположенную внутри керамической теплоизоляции металлическую электронагревательную обмотку с токоподводами, вставленную в промежуточное теплообменное пространство термопару.

Основными недостатками известной электронагревательной установки являются недостаточно эффективная конструкция и работа электронагревательного устройства, отсутствие надежной термозащитной оболочки от сильного нагрева в местах расположения электродвигателя мешалки, шнека бункера и люка, нижней уплотнительной крышки реактора; возможное образование пробки из сырья и его термохимических продуктов на конце водоподводящей трубы реактора; неиспользование отходящего от установки тепла для подогрева подаваемой воды в реактор.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в применении внутри реактора установки специального электронагревательного устройства с целью более эффективного использования выделяемого тепла в термохимической реакции получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа, в применении защитной водяной оболочки в местах расположения электродвигателей и механических частей установки, в использовании отходящего от установки тепла для подогрева и в более эффективной регулировке количества подаваемой воды в реактор установки.

Для достижения указанного технического результата электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа, содержащая металлический трубчатый реактор с присоединенной к его дну металлической уплотнительной теплоизолированной крышкой и с отходящими от его боковой поверхности металлическими трубчатым люком, водоподводящими и газоотводящей трубами, вставленную в реактор металлическую мешалку с электродвигателем, присоединенный к люку реактора металлический топливный бункер с металлическими уплотнительной крышкой и креплением, расположенный на дне топливного бункера и внутри люка реактора металлический шнек с электродвигателем, присоединенный к водоподводящей трубе реактора водяной насос, присоединенные последовательно к газоотводящей трубе реактора с клапаном, манометром и краном водяной холодильник из металлических труб, металлические трубчатый алонж, сборник продуктов на опорных ножках с трубами и кранами для отвода газообразных и жидких продуктов, окружающую боковую поверхность реактора на расстоянии в толщину промежуточного теплообменного пространства керамическую теплоизоляцию с металлическим чехлом, расположенную внутри керамической теплоизоляции металлическую электронагревательную обмотку с токоподводами, вставленную в промежуточное теплообменное пространство термопару, снабжена расположенной в реакторе внутри мешалки и окруженной металлическим трубчатым чехлом с металлическими токоподводящими трубами и крепежным стержнем дополнительной металлической электронагревательной обмоткой с токоподводами в керамической изоляционной оболочке, вставленным внутри водоподводящей трубы реактора металлическим архимедовым винтом с электродвигателем, присоединенными к водяному насосу гибкой резиновой водопроводной трубой в металлической плетенке, металлическим сливным бачком с металлическими уплотнительной крышкой, расположенным внутри него регулирующим уровень подаваемой воды поплавком и отходящей от него металлической водопроводной трубой с краном, окружающими сверху и снизу реактор, промежуточное теплообменное пространство и керамическую теплоизоляцию водяными оболочками из листового металла с металлическими водоподводящей трубой с краном и водоотводящей трубой, окружающей люк реактора водяной рубашкой из металлической трубы, присоединенными к водяным оболочкам и рубашке металлическими соединительными водоподводящими трубами.

Водоподводящая труба реактора расположена внутри нижней водяной оболочки и часть воды подается в нее по трубам из водоотводящей трубы верхней водяной оболочки, от дна нижней водяной оболочки отходят опорные ножки из металлических труб.

Мешалка реактора выполнена в виде широкой трубы с наружными скребками.

На чертеже схематично изображена предлагаемая электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа.

Электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа содержит металлический трубчатый реактор 12 с присоединенной к его дну металлической уплотнительной теплоизолированной крышкой 37 и с отходящими от его боковой поверхности металлическим трубчатым люком 48, водоподводящими и газоотводящей трубами 4, 36, 11, присоединенный к люку 48 реактора 12 металлический топливный бункер 52 с металлическими уплотнительной крышкой 53 и креплением 54, присоединенные к водоподводящей трубе 36 реактора 12 водяной насос 35, гибкую резиновую водопроводную трубу 34 в металлической плетенке, металлические сливной бачок 33 водопроводную трубу 30 с краном 29, присоединенные последовательно к газоотводящей трубе 11 реактора 12 с клапаном 18, манометром 10 и краном 19 водяной холодильник 20 из металлических труб, металлические трубчатый алонж 21, сборник 22 продуктов на опорных ножках 28 с трубами 24, 27 и кранами 23, 26 для отвода газообразных и жидких продуктов.

Реактор 12 включает вставленную в него металлическую мешалку 13 с электродвигателем 57, расположенную внутри мешалки 13 реактора 12 и окруженную металлическим трубчатым чехлом 46 с металлическими токоподводящими трубами 39 и крепежным стержнем 14 металлическую электронагревательную обмотку 44 с токоподводами 40 в керамической изоляционной оболочке 43, окружающую его боковую поверхность на расстоянии в толщину промежуточного теплообменного пространства 42 керамическую теплоизоляцию 8 с металлическим чехлом 9, расположенную внутри керамической теплоизоляции 8 электронагревательную обмотку 7 с токоподводами 17, вставленную в промежуточное теплообменное пространство 42 термопару 56, вставленный внутри его водоподводящей трубы 4 металлический архимедов винт 1 с электродвигателем 2, окружающие сверху и снизу его, промежуточное теплообменное пространство 42 и керамическую теплоизоляцию 8 водяные оболочки 15, 41 из листового металла с металлическими водоподводящей трубой 6 с краном 5 и водоотводящей трубой 16, окружающую люк 48 реактора 12 водяную рубашку 47 из металлической трубы, присоединенные к водяным оболочкам 15, 41 и рубашке 47 металлические соединительные водоподводящие трубы 45, 55.

На дне топливного бункера 52 и внутри люка 48 реактора 12 расположен металлический шнек 50 с электродвигателем 51.

Водоподводящая труба 4 реактора 12 расположена внутри нижней водяной оболочки 41 и часть воды подается в нее по трубам 30, 34, 36 из водоотводящей трубы 16 верхней водяной оболочки 15.

От дна нижней водяной оболочки 41 отходят опорные ножки из металлических труб. Мешалка 13 реактора 12 выполнена в виде широкой трубы с наружными скребками.

Внутри металлического сливного бачка 33 с металлической уплотнительной крышкой 32 расположен регулирующий уровень подаваемой воды металлический поплавок 31 со специальным устройством. Для создания и поддержания герметичности при повышенном газовом давлении с запасом до 10 атм в местах соединений электродвигателя 57 с мешалкой 13, электродвигателя 51 со шнеком 50, электродвигателя 2 с архимедовым винтом 1 расположены специальные сальники 58, 49, 3. Металлические части установки изготовлены из нержавеющей стали.

Установка работает следующим образом. В металлический топливный бункер 52 при открытой металлической уплотнительной крышке 53 на весь объем, равный 3/4 объема реактора 12, загружается сырье в виде смеси древесного опила или торфа с измельченным твердым катализатором - карбонатом кальция (СаСО₃). Топливный бункер 52 закрывается герметично уплотнительной крышкой 53.

В водяной холодильник 20, затем из него по водоподводящей трубе 6 с открытым краном 5 в водяные оболочки 41, 15 подается техническая вода из водопроводной сети.

На определенное количество оборотов открывается кран 19 газовыводящей трубы 11 до создания в дальнейшем газового давления в реакторе 12 в пределах 1,5-3 атм за счет термохимических превращений древесного опила или торфа. За показаниями газового давления следят по манометру 10. Клапан 18 газовыводящей трубы 11 настраивается для сброса избыточного давления более 3 атм.

Открывается кран 23 верхней газовыводящей трубы 24 металлического сборника 22.

В электросеть включаются электродвигатели 51, 57. Электродвигатель 51 приводит во вращение металлический шнек 50 в топливном бункере 52 и люке 48, а электродвигатель 57 - металлическую мешалку 13 в реакторе 12. Из топливного бункера 52 сырье подается шнеком 50 по люку 48 в реактор 12. Токоподводы 17, 40 электронагревательных обмоток 7, 44 подсоединяются к электроблоку, который включается в электросеть. Электронагревательные обмотки 7, 44 нагреваются так, чтобы в реакторе 12 поддерживалась температура в пределах +600-750^oС, за которой ведется наблюдение по контактной термопаре 56.

На начальном этапе работы реактора 12 происходит пиролиз древесного опила или торфа с образованием свободного углерода (С) и газообразных продуктов в виде генераторного газа, паров смолы, воды и др. За счет создавшегося давления нагретые газообразные продукты удаляются из реактора 12 по газовыводящей трубе 11, водяному холодильнику 20 и по металлическому трубчатому алонжу 21 поступают в металлический сборник 22 продуктов, из которого генераторный газ поступает по верхней трубе 24 потребителю, а образовавшиеся жидкие продукты стекают в сборник 22 продуктов и удаляются по нижней трубе 27 при открытом кране 26 в специальную емкость для дальнейшей утилизации.

Далее в реакторе 12 происходит разложение карбоната кальция с образованием оксида кальция (СаО) и углекислого газа (CO₂) по реакции:

СаСО₃(т.)-->(СаО(т.)+СО₂(г.)

Оксид кальция взаимодействует в реакторе 12 с образовавшимся углеродом до образования карбида кальция (СаС₃) и газа оксида углерода (СО) по реакции:

СаО(т.)+3С(т.)-->(СаС₂(т.)+СО(г.)

Через некоторое оптимальное время в электросеть включается электродвигатель 2, который приводит во вращение расположенный внутри водоподводящей трубы 4 архимедов винт 1.

Из водоотводящей трубы 16 верхней водяной оболочки 15 часть подогретой воды подается в водоподводящую трубу 30 при открытом кране 29, которая затем поступает в металлический сливной бачок 33.

В ходе эксперимента за счет перемещения гибкой резиновой водопроводной трубы 34 подбирается соответствующее расположение сливного бачка 33 по высоте относительно реактора 12, что позволяет регулировать подачу определенного количества подогретой воды в реактор 12.

В сливном бачке 33 металлический поплавок 31 со специальным устройством выполняет роль регулятора уровня подаваемой в него воды. Из сливного бачка 33 подогретая вода подается насосом 35 по трубам 34, 36, архимедовым винтом 1 по трубе 4 в реактор 12, где превращается в пар. Архимедов винт 1 препятствует образованию "пробки" из промежуточных смолянистых продуктов пиролиза на месте стыка реактора 12 с водоподводящей трубой 4 и оказывает сопротивление газовому давлению реактора 12 при подаче воды по трубе 4 в реактор 12.

Вода взаимодействует с карбидом кальция с образованием газообразных и парообразных углеводородов (C_nH_m) и оксида кальция (СаО) по обобщенной реакции:

СаС₂(т.)+Н₂O(пар)-->(С_nН_m(г., пар)+СаО(т.)

При данном "критическом" давлении газ ацетилен (С₂Н₂) практически не образуется. Образующиеся газообразные и парообразные углеводороды удаляются из реактора 12 по газовыводящей трубе 11 аналогично продуктам пиролиза древесного опила или торфа. Смесь парообразных углеводородов, проходя по водяному холодильнику 20, превращается в так называемую жидкую карбидную нефть, которая стекает по алонжу 21 в сборник 22. Смесь газообразных углеводородов, являющаяся высококалорийным газом, поступает из сборника 22 по верхней трубе 24 при открытом кране 23 потребителю. Карбидная нефть сборника 22 подается потребителю по нижней трубе 27 при открытом кране 26.

После израсходывания всего древесного опила или торфа топливного бункера 52 отключается электродвигатель 51 и, следовательно, прекращается вращение шнека 50. В дальнейшем древесный опил или торф вновь загружается в топливный бункер 52 при открытой уплотнительной крышке 53 без смеси с твердым катализатором, т.к. был загружен при первой загрузке и содержится в реакторе 12. Со временем эксплуатации установки в реакторе 12 накапливаются шлаки в виде золы, возможных примесей песка, глины и др., которые в смеси с твердым катализатором удаляются при снятии уплотнительной крышки 37 реактора 12 и медленном вращении мешалки 13 электродвигателем 57 через дно реактора 12 наружу в специальный металлический ящик на тележке. Предварительно выполняются следующие требования и меры безопасности:

1) токоподводы 17, 40 отключаются от электросети и электронагревательные обмотки 7, 44 достаточно охлаждаются;

2) в реакторе 12 не должны содержаться древесный опил или торф, вода и продукты пиролиза;

3) чтобы вода не поступала в реактор 12, от электросети отключается электродвигатель 2 архимедова винта 1 и закрывается кран 29 водоподводящей трубы 30;

4) закрываются кран 19 газовыводящей трубы 11 и уплотнительная крышка 53.

С целью экономии энергозатрат часть образующегося высококалорийного газа или жидкого топлива из карбидной нефти может быть использована в автономной электростанции для выработки электроэнергии применительно к предлагаемой установке.

Предлагаемая установка является малогабаритной и предназначена в основном для проведения научно-исследовательских экспериментов в лабораторных условиях. Применение нескольких или более десятка штук данных установок большего габаритного размера с автономной электростанцией позволяет создать экономически выгодное, перспективное предприятие по получению карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа.

Литература

1. Краткая химическая энциклопедия. М., изд-во "Советская энциклопедия", 1961, т. 1, с. 23-25.

2. Шантарин В.Д., Антипьев В.Н., Шинкеев Г.М., Ивлев П.П. Патент на изобретение 2117218 "Способ переработки органических отходов". Приоритет от 10.08.1998 г. Роспатент.

3. Термические методы обезвреживания отходов. Л.: "Химия", 1975, с. 33-34.

Чертеж. Электронагревательная установка для получения карбидной нефти и высококалорийного газа из древесного опила или торфа.

Обозначения: 1 - металлический архимедов винт; 2, 51, 57 - электродвигатель; 3, 49, 58 - сальник; 4, 6, 30, 36 - металлическая водоподводящая труба; 5, 19, 23, 26, 29 - металлический кран; 7, 44 - металлическая электронагревательная обмотка; 8 - керамическая теплоизоляция; 9 - металлический кожух; 10 - манометр; 11 - металлическая газовыводящая труба; 12 - металлический реактор; 13 - металлическая мешалка; 14 - металлический крепежный стержень; 15, 41 - водяная оболочка из листового металла; 16 - металлическая водоотводящая труба; 17, 40 - металлические токоподводы; 18 - клапан; 20 - водяной холодильник из металлических труб; 21 - металлический трубчатый алонж; 22 - металлический сборник продуктов; 24 - металлическая газовыводящая труба; 25 - смесь карбидной нефти с водой и другими продуктами пиролиза; 27 - металлическая труба для отвода жидких продуктов; 28 - металлические опорные ножки; 31 - металлический поплавок; 32 - металлическая уплотнительная крышка; 33 - металлический сливной бачок; 34 - гибкая резиновая водопроводная труба в металлической плетенке; 35 - водяной насос; 37 - металлическая уплотнительная теплоизолированная крышка; 38 - опорные ножки из металлических труб; 39 - металлические токоподводящие трубы; 42 - промежуточное теплообменное пространство; 43 - керамическая изоляционная оболочка; 45, 55 - металлическая соединительная водоподводящая труба; 46 - металлический чехол; 47 - водяная рубашка из металлической трубы; 48 - металлический люк; 50 - металлический шнек; 52 - металлический топливный бункер; 53 - металлическая уплотнительная крышка; 54 - металлическое крепление; 56 -термопара.