EA039017B1

EA039017B1 - Heat carrier for heating raw material in a reactor, plant for the pyrolysis of raw material using said heat carrier and method for the pyrolysis of raw material

Info

Publication number: EA039017B1
Application number: EA201991787A
Authority: EA
Inventors: Паоло Пери; Микеле Пирола; Давиде Руссо; Кристиан Спреафико
Original assignee: Синеком С.Р.Л.
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2021-11-23
Also published as: EA201991787A1; WO2018163015A1; IT201700024715A1; EP3592827A1

Abstract

A heat carrier in the form of particle for the heat transfer to a raw material mass by mixing with said raw material mass, which heat carrier has an ellipsoidal or ovoid shape or a regular elliptical shape. In addition to said heat carrier for heating raw material in a reactor, the objects of the invention are also a plant for the pyrolysis of raw material using said heat carrier and a method for the pyrolysis of raw material.

Description

Настоящее изобретение относится к области термической обработки исходного материала в условиях пиролитического расщепления.The present invention relates to the field of thermal treatment of starting material under pyrolytic cleavage conditions.

Конкретно, но не ограничиваясь этим, настоящее изобретение относится к области термической обработки исходного материала в виде биомассы или массы отходов в условиях пиролитического расщепления с целью получения пиролизных газов в качестве прямых или косвенных источников энергии.Specifically, but not limited to, the present invention relates to the field of heat treatment of biomass feedstock or waste mass under pyrolytic cleavage conditions to produce pyrolysis gases as direct or indirect energy sources.

Также из уровня техники известны установки и процессы обработки исходного материала в виде биомассы или отходов.Plants and processes for the treatment of biomass feedstock or waste are also known in the art.

В результате применения температур в диапазоне от 400 до 950°С и в отсутствие кислорода материал из твердого состояния превращается в жидкие продукты (так называемые гудрон или пиролизное масло) и/или газообразные продукты (синтез-газ). Эти материалы могут использоваться в качестве топлива или в качестве исходного материала для последующих химических процессов. Полученный углеродсодержащий твердый остаток может быть в дальнейшем очищен до такой степени, что образуются продукты, такие как, например, активированный уголь. Продукты пиролиза являются или газообразными, или жидкими, или твердыми в соотношениях, которые зависят от способов пиролиза (быстрый, медленный или обычный пиролиз) и параметров реакции. Нагревание упомянутой массы материала в бескислородных условиях (полное отсутствие кислорода) вызывает разрывание исходных химических связей с образованием более простых молекул. Таким образом тепло, подаваемое в процессе пиролиза, используется для разрывания химических связей, осуществляя то, что определяется как термически индуцированный гомолиз.As a result of using temperatures in the range from 400 to 950 ° C and in the absence of oxygen, the material is converted from a solid state into liquid products (so-called tar or pyrolysis oil) and / or gaseous products (synthesis gas). These materials can be used as fuel or as starting material for downstream chemical processes. The resulting carbonaceous solid residue can be further purified to such an extent that products such as, for example, activated carbon are formed. Pyrolysis products are either gaseous or liquid or solid in proportions that depend on the pyrolysis methods (fast, slow or conventional pyrolysis) and the reaction parameters. Heating the above-mentioned mass of material in anoxic conditions (complete absence of oxygen) causes the breaking of the initial chemical bonds with the formation of simpler molecules. Thus, the heat supplied during the pyrolysis process is used to break chemical bonds, performing what is defined as thermally induced homolysis.

Продукты пиролиза, будь то газообразные, жидкие или твердые, находят различные применения, среди которых использование в качестве топлива для турбин, котлов, двигателей или даже топливных элементов, использование в химических процессах в качестве реагентов, источников водорода и другие применения.Pyrolysis products, whether gaseous, liquid or solid, find a variety of uses, including as fuel for turbines, boilers, engines or even fuel cells, in chemical processes as reagents, hydrogen sources, and other uses.

Эффективность процесса пиролиза с точки зрения энергетического баланса, связанного с энергией, извлекаемой упомянутой массой исходного материала, в значительной степени зависит от способов обработки исходного материала, особенно имеющих отношение к передаче тепла исходному материалу.The efficiency of the pyrolysis process in terms of the energy balance associated with the energy recovered by said mass of starting material is largely dependent on the methods of processing the starting material, especially those related to the transfer of heat to the starting material.

Для анаэробного нагревания исходного материала известны различные методы с соответствующими носителями тепла и соответствующими установками.For the anaerobic heating of the starting material, various methods are known with appropriate heat carriers and appropriate installations.

Среди различных методов нагревания исходного материала для того, чтобы вызвать пиролитическое расщепление, известно смешивание массы исходного материала в гранулированной форме с носителями тепла, состоящими из элементов в виде частиц, в частности сферических элементов, которые предварительно нагреваются до заранее заданных температур.Among the various methods of heating the starting material in order to cause pyrolytic degradation, it is known to mix a mass of starting material in granular form with heat carriers composed of particulate elements, in particular spherical elements, which are preheated to predetermined temperatures.

Эти методы главным образом содержат следующие этапы:These methods mainly contain the following steps:

a) нагревание порции носителей в виде частиц до заданной температуры;a) heating a portion of particulate carriers to a predetermined temperature;

b) передача тепла, накопленного в носителях в виде частиц, массе исходного материала в гранулированной форме в анаэробных или, по меньшей мере, бескислородных, условиях;b) transferring the heat accumulated in the particulate carriers to the bulk of the starting material in granular form under anaerobic or at least anoxic conditions;

c) сбор продуктов пиролиза;c) collection of pyrolysis products;

d) отделение остаточной твердой массы, образовавшейся после пиролитического расщепления, и извлечение носителей в виде частиц.d) separating the residual solid mass formed after pyrolytic cleavage and recovering the particulate carriers.

Как станет понятно из приведенного ниже описания, в настоящем описании и в формуле изобретения под термином носитель в виде частицы подразумевается единое тело в виде твердой частицы, имеющей заранее заданные размеры, заранее заданную форму и заранее заданный состав материала или материалов, из которых она состоит. Термин в виде частицы также может означать гранулированный.As will become clear from the description below, in the present description and in the claims, the term particulate carrier means a single solid particle body having predetermined dimensions, predetermined shape and predetermined composition of the material or materials of which it is composed. The term particulate can also mean granular.

Метод может осуществляться в непрерывном цикле путем непрерывного повторения этапов от а) до d), например, до тех пор, пока не будет исчерпан предоставленный исходный материал.The method can be carried out in a continuous cycle by continuously repeating steps a) to d), for example, until the starting material provided is exhausted.

В соответствии с одной из особенностей упомянутого метода упомянутая порция носителей в виде частиц содержит заранее заданное количество упомянутых носителей в виде частиц. В зависимости от типа материала, из которого изготовлены эти носители, упомянутое количество варьируется для обеспечения заранее заданной массы материала, то есть для обеспечения заранее заданного количества теплоты, сохраняемой в упомянутой порции носителей в виде частиц.In accordance with one aspect of said method, said portion of particulate carriers comprises a predetermined amount of said particulate carriers. Depending on the type of material from which these carriers are made, said amount is varied to provide a predetermined mass of material, that is, to provide a predetermined amount of heat stored in said portion of particulate carriers.

В соответствии с одной из особенностей упомянутого метода упомянутая масса исходного материала также определяется в соответствии с массой упомянутой порции носителей в виде частиц, так чтобы обеспечить внутри реактора тепловое воздействие, необходимое для проведения пиролитического расщепления.In accordance with one aspect of said method, said weight of starting material is also determined in accordance with the weight of said portion of particulate carriers, so as to provide within the reactor the thermal effect necessary to effect pyrolytic cleavage.

Гранулированная форма исходного материала может регулироваться различными способами, например измельчением, а также просеиванием, так чтобы получить заранее заданное гранулометрическое распределение.The granular shape of the starting material can be controlled in various ways, for example by grinding as well as sieving, so as to obtain a predetermined particle size distribution.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения передача тепла от порции носителей в виде частиц осуществляется в результате теплового контакта, например в результате смешивания упомянутой порции носителей в виде частиц с упомянутой массой исходного материала на протяжении заранее заданного промежутка времени.In accordance with one embodiment of the present invention, the transfer of heat from a portion of particulate carriers occurs by thermal contact, for example by mixing said portion of particulate carriers with said weight of starting material over a predetermined amount of time.

- 1 039017- 1 039017

В соответствии с еще одним из вариантов осуществления настоящего изобретения в конце процесса передачи тепла между порцией носителей в виде частиц и порцией исходного материала, упомянутые носители в виде частиц отделяют от остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, и подвергают очистительной обработке перед тем, как подвергнуть сами упомянутые носители новому циклу нагревания, перемешиванию с порцией исходного материала в реакторе, передаче тепла исходному материалу и новому отделению от твердых остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления.In accordance with yet another embodiment of the present invention, at the end of the heat transfer process between the batch of particulate carriers and the batch of starting material, said particulate carriers are separated from the residues formed after pyrolytic cleavage and subjected to a cleaning treatment before being subjected to themselves. said carriers to a new cycle of heating, mixing with a portion of the starting material in the reactor, transferring heat to the starting material and re-separating from the solid residues formed after pyrolytic cleavage.

В настоящее время известны различные методы нагревания носителей в виде частиц, различные методы передачи тепла от этих носителей исходному материалу, подвергаемому пиролитическому расщеплению, и различные методы рециркуляции, то есть отделения носителей в виде частиц от остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, возможной очистки и нового нагревания для дальнейшего цикла пиролиза.Currently, various methods of heating particulate carriers are known, various methods of transferring heat from these carriers to the starting material subjected to pyrolytic cleavage, and various methods of recycling, that is, separating the carriers in the form of particles from residues formed after pyrolytic cleavage, possible purification and new heating for a further pyrolysis cycle.

Следует отметить, что как подача исходного материала, подлежащего пиролитическому расщеплению, так и рециркуляция носителей в виде частиц, предназначенных для нагревания исходного материала, могут происходить в цикле с добавочными порциями, причем эти порции содержат заранее установленные по массе или объему количества исходного материала и/или носителей в виде частиц или же с непрерывной загрузкой.It should be noted that both the feeding of the starting material to be pyrolytically degraded and the recirculation of the particulate carriers for heating the starting material can take place in a cycle with additional portions, these portions containing predetermined amounts of starting material by weight or volume and / or carriers in the form of particles or continuous loading.

Тем не менее, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения последовательность порций также может быть разделена так, чтобы иметь почти непрерывный цикл.However, in accordance with one embodiment of the present invention, the batch sequence can also be divided so as to have an almost continuous cycle.

В настоящее время известны различные носители в виде частиц, которые отличаются один от другого по форме, размерам и материалу.At present, various particulate carriers are known which differ from one another in shape, size and material.

Различные известные носители обычно имеют неправильную, сферическую или тороидальную форму.Various known carriers are usually irregular, spherical or toroidal in shape.

В настоящее время в большей степени широко распространенными материалами являются железо, сталь, нержавеющая сталь, чугун, керамика, алюминий, оксид алюминия, керамика, титан, другие оксиды металлов, земли и пески с высокой теплопроводностью (thermal sands).Iron, steel, stainless steel, cast iron, ceramics, aluminum, alumina, ceramics, titanium, other metal oxides, earths and thermal sands are now more common materials.

В зависимости от желаемых процессов пиролиза размеры варьируются от нескольких микрон до приблизительно 100 мм.Sizes range from a few microns to about 100 mm, depending on the pyrolysis processes desired.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать процессы пиролиза для повышения их производительности, главным образом в отношении энергетического баланса реакции, количества продуктов, получаемых в результате пиролитического расщепления заранее заданной массы материала, без усложнения процесса и механизмов реакции, а также усовершенствовать установки, необходимые для осуществления этого процесса пиролиза.The purpose of the present invention is to improve the pyrolysis processes to increase their productivity, mainly in relation to the energy balance of the reaction, the amount of products obtained as a result of pyrolytic decomposition of a predetermined mass of material, without complicating the process and reaction mechanisms, as well as to improve the installations required to carry out this pyrolysis process.

Из вышесказанного ясно, что одним из наиболее важных аспектов является процесс нагревания исходного материала и, соответственно, этап нагревания носителей в виде частиц и этап передачи аккумулированного тепла от упомянутых носителей массе исходного материала.From the above, it is clear that one of the most important aspects is the process of heating the starting material and, accordingly, the step of heating the particulate carriers and the step of transferring the stored heat from said carriers to the bulk of the starting material.

Согласно первому аспекту объектом настоящего изобретения является носитель тепла в виде частицы, то есть имеющий вид частички, предназначенный для передачи тепла массе исходного материала путем смешивания с упомянутой массой исходного материала, причем упомянутый носитель тепла имеет эллипсоидальную или яйцевидную форму.According to a first aspect, the subject of the present invention is a particulate heat carrier, i.e. particle-like, for transferring heat to a bulk of starting material by mixing with said bulk of starting material, said heat carrier having an ellipsoidal or ovoid shape.

Термином эллипсоидальный определяется тело, имеющее внешнюю поверхность, определяемую следующим уравнением:The term ellipsoidal is defined as a body with an outer surface defined by the following equation:

где х, у, z - прямоугольные декартовы координаты;where x, y, z - rectangular Cartesian coordinates;

а, b, с - реальные числа, представляющие три полуоси эллипсоида.a, b, c - real numbers representing the three semiaxes of the ellipsoid.

Предпочтительно для параметров a, b и с верно то, что они больше нуля и по меньшей мере два из параметров a, b и с отличаются друг от друга.Preferably, the parameters a, b and c are true that they are greater than zero and at least two of the parameters a, b and c are different from each other.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения три параметра a, b и с удовлетворяют следующему уравнению: ^а> In accordance with one embodiment of the present invention, the three parameters a, b and c satisfy the following equation: ^a>

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения параметры a, b и с удовлетворяют уравнению а>b=с или же а=b>с.In accordance with another embodiment of the present invention, the parameters a, b and c satisfy the equation a> b = c or a = b> c.

Что касается использования носителя тепла эллиптической формы, то, в противоположность тому, что теоретически можно было бы предположить, носитель несимметричной трехмерной формы, то есть несферической формы, имеет лучший тепловой баланс между тепловой энергией, поглощаемой на этапе нагрева, и тепловой энергией, выделяемой на этапе передачи тепла упомянутой массе, подвергаемой обработке в реакторе. Такой эффект является неожиданным, поскольку контактные участки абсолютно сферического элемента идентичны для любой ориентации, тогда как при наличии эллипсоидальной формы контактная поверхность для передачи тепла значительно зависит от ориентации эллипсоида в массе исходного материала, подвергаемого обработке, то есть которому должна быть выделена тепловая энергия. Таким образом, чисто теоретически, авторы ожидали, что тепловой баланс будет более неблагопри- 2 039017 ятным для несферических носителей, чем для сферических, тогда как эксперименты четко продемонстрировали, что это предположение неверно (см. фиг. 4).With regard to the use of an elliptical heat carrier, in contrast to what could theoretically be assumed, a carrier with an asymmetric three-dimensional shape, that is, a non-spherical shape, has a better thermal balance between the thermal energy absorbed during the heating step and the thermal energy released in the the step of transferring heat to said mass to be treated in the reactor. This effect is unexpected, since the contact areas of an absolutely spherical element are identical for any orientation, whereas in the presence of an ellipsoidal shape, the contact surface for heat transfer depends significantly on the orientation of the ellipsoid in the mass of the starting material being processed, that is, to which heat energy is to be released. Thus, purely theoretically, the authors expected the heat balance to be more unfavorable for nonspherical carriers than for spherical ones, while experiments clearly demonstrated that this assumption is incorrect (see Fig. 4).

Предпочтительно, чтобы упомянутый носитель тепла имел правильную эллиптическую форму.Preferably, said heat carrier has a regular elliptical shape.

Согласно предпочтительному, но не ограничивающему, варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутый носитель выполнен из стали.According to a preferred, but not limiting, embodiment of the present invention, said carrier is made of steel.

Согласно одной из особенностей настоящего изобретения, размеры упомянутого носителя тепла могут быть вписаны в сферическую форму, имеющую диаметр в диапазоне от нескольких микрон до 100 мм, предпочтительно от 5 до 100 мм.According to one aspect of the present invention, the dimensions of said heat carrier can be inscribed in a spherical shape having a diameter in the range from a few microns to 100 mm, preferably from 5 to 100 mm.

Что касается эллиптичности, то отношение малой оси к большой оси преимущественно составляет от 0,20 до 0,80, предпочтительно от 0,30 до 0,70.With regard to ellipticity, the ratio of the minor axis to the major axis is preferably 0.20 to 0.80, preferably 0.30 to 0.70.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения предоставляет множество носителей тепла, соответствующих одной или нескольким комбинациям особенностей упомянутого метода, описанных выше, причем упомянутое множество носителей тепла содержит для по меньшей мере некоторой части от общего количества упомянутых носителей тепла носители тепла, имеющие первый размер, и для по меньшей мере еще одной части от общего количества упомянутых носителей тепла носители тепла, имеющие по меньшей мере один второй размер, отличающийся от упомянутого первого размера.One embodiment of the present invention provides a plurality of heat carriers corresponding to one or more combinations of features of said method described above, wherein said plurality of heat carriers comprises, for at least some of the total number of said heat carriers, heat carriers having a first dimension, and for at least one more part of the total number of said heat carriers are heat carriers having at least one second dimension that differs from said first dimension.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения может обеспечивать, альтернативно или в комбинации, то, что по меньшей мере некоторая часть общего количества упомянутых носителей тепла изготовлена из первого материала, в то время как по меньшей мере еще одна часть общего количества упомянутых носителей тепла изготовлена из по меньшей мере одного второго материала, отличного от упомянутого первого материала.One of the embodiments of the present invention may provide, alternatively or in combination, that at least some part of the total amount of said heat carriers is made from the first material, while at least one more part of the total amount of said heat carriers is made from at least one second material other than said first material.

Как уже говорилось выше при обсуждении уровня техники, упомянутое множество носителей тепла зависит от тепловой мощности упомянутого множества носителей и в первом приближении тепловая мощность зависит от массы и материала, следовательно, количество носителей тепла упомянутого множества носителей тепла варьируется в зависимости от материала, из которого они изготовлены, и от тепловой мощности как заранее заданного количества тепла, которое должно быть выделено, чтобы нагреть определенное количество исходного материала до температуры, необходимой для протекания пиролитического расщепления.As already mentioned above when discussing the prior art, the mentioned set of heat carriers depends on the thermal power of the mentioned set of carriers and, in the first approximation, the thermal power depends on the mass and material, therefore, the number of heat carriers of the said set of heat carriers varies depending on the material from which they are produced, and from thermal power as a predetermined amount of heat that must be released in order to heat a specified amount of starting material to the temperature required for pyrolytic cleavage to occur.

Тем не менее, в соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения, которая может быть обеспечена в любой комбинации или субкомбинации с ранее описанными особенностями упомянутого метода, упомянутые носители тепла могут иметь трехмерную поверхностную структуру, то есть она является не гладкой, а шероховатой, рифленой или имеет ребра, или ребристые выступы, или выступы, распределенные в соответствии с различными рисунками на наружной поверхности упомянутых носителей.However, in accordance with another aspect of the present invention, which can be provided in any combination or subcombination with the previously described features of said method, said heat carriers may have a three-dimensional surface structure, that is, it is not smooth, but rather rough, corrugated or has ribs, or ribbed protrusions, or protrusions, distributed in accordance with various patterns on the outer surface of the said carriers.

В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение предлагает установку для пиролиза исходного материала, такого как, в частности, биомасса, содержащую:In accordance with another aspect, the present invention provides a plant for pyrolysis of a feedstock, such as, in particular, biomass, comprising:

реактор для пиролиза, имеющий вход для исходного материала и по меньшей мере один выход для продуктов пиролитического расщепления;a pyrolysis reactor having an inlet for starting material and at least one outlet for pyrolytic cleavage products;

вход для множества носителей тепла до передачи тепла массе исходного материала и выход для упомянутых носителей тепла после передачи тепла массе исходного материала;an inlet for a plurality of heat carriers before transferring heat to the bulk of the starting material and an outlet for said heat carriers after transferring heat to the bulk of the starting material;

средство смешивания упомянутого множества носителей тепла с упомянутой массой исходного материала на протяжении заранее заданного промежутка времени, необходимого для передачи тепла от упомянутых носителей тепла массе исходного материала;means for mixing said plurality of heat carriers with said mass of raw material for a predetermined amount of time necessary for transferring heat from said heat carriers to the mass of raw material;

средство нагревания носителей тепла упомянутого множества носителей тепла, причем эти носители тепла имеют одну или несколько комбинаций особенностей, упомянутых выше и описанных в соответствии с различными предложенными комбинациями.means for heating the heat carriers of said plurality of heat carriers, these heat carriers having one or more combinations of the features mentioned above and described in accordance with the various proposed combinations.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения установка кроме того имеет средство извлечения упомянутого множества носителей тепла на выходе из реактора для пиролиза, средство перемещения упомянутых носителей тепла в средство нагревания упомянутых носителей и их нового использования в последующем цикле нагревания новой массы исходного материала, подвергаемой пиролитическому расщеплению.In accordance with one embodiment of the present invention, the apparatus further has means for removing said plurality of heat carriers at the outlet of the pyrolysis reactor, means for transferring said heat carriers into means for heating said carriers and reusing them in a subsequent heating cycle of a new mass of starting material subjected to pyrolytic cleavage.

Упомянутое средство извлечения преимущественно содержит блок, отделяющий носители тепла от твердых остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, и средство очистки упомянутых носителей тепла от остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, которые остаются прикрепленными к ним.Said means for recovering advantageously comprises a block separating the heat carriers from solid residues formed after pyrolytic cleavage, and means for cleaning said heat carriers from residues formed after pyrolytic cleavage that remain attached thereto.

Далее, в соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения, входы для подачи исходного материала и множества носителей тепла в реактор и/или выходы для остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления и для извлечения носителей тепла, могут быть одинаковыми.Further, in accordance with another aspect of the present invention, inlets for feeding the starting material and a plurality of heat carriers into the reactor and / or outlets for residues formed after pyrolytic cleavage and for recovering heat carriers may be the same.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения, средство смешивания множества носителей тепла с массой исходного материала выполнено в виде шнекового смесителя, имеющего заранее заданную осевую длину и размещенного в реакционной камере, соосной или имеющей ось, параллельную шнеку шнекового смесителя, и эта камера и/или такой шнековый смеситель простираются междуAccording to another aspect of the present invention, the means for mixing a plurality of heat carriers with a mass of starting material is made in the form of a screw mixer having a predetermined axial length and located in a reaction chamber coaxial or having an axis parallel to the screw of the screw mixer, and this chamber and / or such auger mixer extend between

- 3 039017 упомянутыми входами для массы исходного материала и множества носителей тепла и упомянутыми выходами для продуктов пиролитического расщепления и носителей тепла.3 039017 with said inlets for a mass of starting material and a plurality of heat carriers and said outlets for pyrolytic cleavage products and heat carriers.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения может содержать по меньшей мере один дополнительный вход и/или выход или, возможно, различные другие дополнительные входы и/или выходы для одной или нескольких добавочных загрузок исходного материала и/или заранее заданного количества носителей тепла, причем упомянутые носители выполнены в соответствии с одним или больше альтернативных вариантов, описанных выше, упомянутые дополнительные входы и/или выходы распределены по длине упомянутого шнекового смесителя.One of the embodiments of the present invention may comprise at least one additional inlet and / or outlet, or possibly various other additional inlets and / or outlets for one or more additional feeds of starting material and / or a predetermined amount of heat carriers, said carriers made in accordance with one or more of the alternatives described above, said additional inputs and / or outputs are distributed along the length of said screw mixer.

Далее, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, шнековый смеситель выполнен в виде неподвижного шнека или винта, вокруг которого соосно вращается цилиндрическая реакционная камера или цилиндрическая камера, размещенная вместе со шнеком в реакционной камере.Further, in accordance with another embodiment of the present invention, the screw mixer is made in the form of a fixed screw or screw, around which a cylindrical reaction chamber or a cylindrical chamber rotates coaxially, which is placed together with the screw in the reaction chamber.

Шнековый смеситель может иметь любую ориентацию, в том числе и вертикальную. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, он, в частности, имеет такую ориентацию, что ось шнека и/или реакционной камеры является горизонтальной или наклонной относительно горизонтальной линии.The screw mixer can have any orientation, including vertical. According to one embodiment of the present invention, it is particularly oriented such that the axis of the screw and / or the reaction chamber is horizontal or inclined with respect to a horizontal line.

Смесительный шнек может иметь различные геометрические формы, соответствующие процессу передачи тепла, чтобы обеспечить максимальную передачу тепла от носителей тепла массе обрабатываемого материала.The mixing auger can have various geometries to suit the heat transfer process to maximize heat transfer from the heat carriers to the bulk of the material being processed.

Подача носителей тепла также может осуществляться в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.The supply of heat carriers can also be carried out in accordance with various embodiments of the present invention.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения может иметь подачу носителей тепла под действием силы тяжести или свободного падения по вертикальной траектории или наклонной плоскости.One of the embodiments of the present invention may have the supply of heat carriers under the action of gravity or free fall along a vertical path or inclined plane.

Носители тепла могут быть направлены центрально или несимметрично относительно оси шнека шнекового смесителя.Heat carriers can be directed centrally or asymmetrically relative to the axis of the screw of the screw mixer.

Еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения может обеспечить подачу, которая является тангенциальной и/или радиальной относительно оси шнекового смесителя.Another embodiment of the present invention can provide a feed that is tangential and / or radial with respect to the axis of the screw mixer.

Предметом настоящего изобретения также является способ пиролиза массы исходного материала, который включает этапы нагревания массы исходного материала до температуры активации пиролитического расщепления путем передачи тепловой энергии от множества носителей тепла. В соответствии с настоящим изобретением упомянутые носители тепла выполнены в соответствии с одной или несколькими из предыдущих особенностей настоящего изобретения и вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше, и в любой ранее описанной комбинации и субкомбинации.The subject of the present invention is also a method for pyrolysis of a stock of starting material, which includes the steps of heating the stock of starting material to an activation temperature for pyrolytic cleavage by transferring thermal energy from a plurality of heat carriers. In accordance with the present invention, said heat carriers are made in accordance with one or more of the previous aspects of the present invention and the embodiments of the present invention described above, and in any combination and sub-combination previously described.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения способ пиролиза в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие этапы:According to one embodiment of the present invention, the pyrolysis method according to the present invention comprises the following steps:

а) нагревание порции носителей в виде частиц до заданной температуры;a) heating a portion of particulate carriers to a predetermined temperature;

b) передача тепла, аккумулированного в носителях в виде частиц, массе исходного материала в гранулированной форме в анаэробных или по меньшей мере бескислородных, условиях;b) transferring the heat accumulated in the particulate carriers to the bulk of the starting material in granular form under anaerobic or at least anoxic conditions;

Процесс может быть осуществлен в непрерывном цикле путем непрерывного повторения этапов от а) до d), например, до тех пор, пока обрабатываемый исходный материал не будет исчерпан.The process can be carried out in a continuous cycle by continuously repeating steps a) to d), for example, until the starting material to be processed is exhausted.

В соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения, порция носителей, представляющих собой твердые частицы, содержит заранее заданное количество упомянутых носителей в виде частиц. В зависимости от вида материала, из которого изготовлены эти носители, их количество варьируется для обеспечения заранее заданной массы материала, то есть для обеспечения заранее заданного количества тепла, сохраняемого в порции носителей в виде частиц.In accordance with one aspect of the present invention, a portion of particulate carriers contains a predetermined amount of said particulate carriers. Depending on the type of material from which these carriers are made, their amount is varied to provide a predetermined mass of material, that is, to provide a predetermined amount of heat stored in the batch of particulate carriers.

В соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения, также определяют массу исходного материала в соответствии с массой порции носителей в виде частиц, чтобы обеспечить внутри реактора тепловое воздействие, необходимое для проведения пиролитического расщепления.In accordance with one aspect of the present invention, the weight of the starting material is also determined in accordance with the weight of the batch of particulate carriers in order to provide the heat inside the reactor necessary for pyrolytic cleavage.

Гранулированная форма исходного материала может регулироваться различными процессами, например измельчением, а также просеиванием, чтобы получить заранее заданное гранулометрическое распределение.The granular shape of the starting material can be controlled by various processes such as milling as well as sieving to obtain a predetermined particle size distribution.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, передача тепла от порции носителей в виде частиц происходит в результате теплового контакта, например в результате перемешивания упомянутой порции носителей в виде частиц с упомянутой массой исходного материала на протяжении заранее заданного промежутка времени.In accordance with one embodiment of the present invention, the transfer of heat from a portion of particulate carriers occurs as a result of thermal contact, for example, by mixing said portion of particulate carriers with said mass of starting material for a predetermined amount of time.

Далее, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в конце процесса передачи тепла между порцией носителей в виде частиц и порцией исходного материала носители в виде частиц отделяют от остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, и подвергаютFurther, in accordance with one embodiment of the present invention, at the end of the heat transfer process between the batch of particulate carriers and the batch of starting material, the particulate carriers are separated from the residues formed after pyrolytic cleavage and subjected to

- 4 039017 очистительной обработке перед тем, как подвергнуть сами упомянутые носители новому циклу нагрева, перемешиванию с порцией исходного материала в реакторе, передаче тепла исходному материалу и новому отделению от твердых остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления.4 039017 a cleaning treatment before subjecting said carriers themselves to a new heating cycle, mixing with a portion of the starting material in the reactor, transferring heat to the starting material and separating again from the solid residues formed after pyrolytic cleavage.

Следует отметить, что как подача исходного материала, подлежащего пиролитическому расщеплению, так и рециркуляция носителей в виде частиц, предназначенных для нагревания исходного материала, могут происходить в цикле с добавочными порциями, причем эти порции содержат заранее установленные количества по массе или объему исходного материала и/или носителей в виде частиц или же с непрерывной загрузкой. Последовательность порций также может быть разделена на части таким образом, чтобы иметь почти непрерывный цикл.It should be noted that both the feeding of the starting material to be pyrolytically degraded and the recirculation of the particulate carriers for heating the starting material can take place in a cycle with additional portions, these portions containing predetermined amounts by weight or volume of the starting material and / or carriers in the form of particles or continuous loading. The batch sequence can also be subdivided so as to have an almost continuous cycle.

Один из вариантов осуществления упомянутого способа предусматривает использование порции носителей тепла в виде частиц которые альтернативно или в комбинации имеют:One of the embodiments of the mentioned method involves the use of a portion of the heat carriers in the form of particles, which, alternatively or in combination, have:

для по меньшей мере некоторой части общего количества упомянутых носителей тепла носители тепла, имеющие первую величину, и для по меньшей мере еще одной части от общего количества упомянутых носителей тепла носители тепла, имеющие по меньшей мере одну вторую величину, отличную от первой величины;for at least some part of the total number of said heat carriers, heat carriers having a first value, and for at least one more part of the total number of said heat carriers, heat carriers having at least one second value different from the first value;

первый материал по меньшей мере определенной части общего количества упомянутых носителей тепла, тогда как по меньшей мере один второй материал по меньшей мере еще одной части общего количества указанных носителей тепла, отличается от указанного первого материала.a first material of at least a certain part of the total amount of said heat carriers, while at least one second material of at least one more part of the total amount of said heat carriers differs from said first material.

Далее, в соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения способ по настоящему изобретению может обеспечивать перемещение смеси массы исходного материала и носителей тепла по заранее заданному пути от раздельного или общего входа для подачи массы исходного материала и/или для порции множества носителей тепла до раздельного или общего выхода для остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, и/или носителей тепла.Further, in accordance with yet another aspect of the present invention, the method of the present invention can move a mixture of a mass of starting material and heat carriers along a predetermined path from a separate or common inlet for feeding a mass of starting material and / or for a portion of a plurality of heat carriers to a separate or common yield for residues formed after pyrolytic cleavage and / or heat carriers.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения предоставляет одну или несколько добавочных порций носителей тепла, идентичных или отличающихся от первой порции, которая должна быть подана и/или извлечена из смеси массы исходного материала и носителей тепла, и такую добавочную порцию или порции, которые должны быть поданы и/или извлечены в заранее заданных точках на пути смеси массы исходного материала и носителей тепла от начальной точки до конечной точки упомянутого пути, причем начальная точка упомянутого пути по существу соответствует общему входу или раздельным входам реакционной камеры для массы исходного материала и первой порции носителей тепла, а конечная точка упомянутого пути, по существу соответствующая общему выходу или раздельным выходам для остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, и носителей тепла.One of the embodiments of the present invention provides one or more additional portions of heat carriers, identical or different from the first portion to be fed and / or removed from the mixture of the mass of starting material and heat carriers, and such additional portion or portions to be fed and / or extracted at predetermined points along the path of the mixture of the mass of starting material and heat carriers from the starting point to the end point of said path, and the starting point of said path essentially corresponds to the common entrance or separate inputs of the reaction chamber for the mass of starting material and the first portion of heat carriers , and the end point of the mentioned path, essentially corresponding to the total output or separate outputs for the residues formed after pyrolytic cleavage and heat carriers.

Дополнительные особенности настоящего изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.Additional features of the present invention are the subject of the dependent claims.

Дополнительные особенности настоящего изобретения и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего описания некоторых иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, изображенных на прилагаемых фигурах.Additional features of the present invention and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of some illustrative embodiments of the present invention depicted in the accompanying figures.

На фиг. 1 показан упрощенный вид установки по настоящему изобретению.FIG. 1 shows a simplified view of an installation according to the present invention.

На фиг. 2 показан упрощенный вид примера узла, относящегося к шнековому смесителю, установленному в реакционной камере.FIG. 2 is a simplified view of an example of an assembly related to a screw mixer installed in a reaction chamber.

На фиг. 3 показан носитель тепла в виде частицы, имеющий вид эллиптического носителя и размеры радиусов большой оси и малой оси.FIG. 3 shows a heat carrier in the form of a particle in the form of an elliptical carrier and the dimensions of the radii of the major axis and the minor axis.

На фиг. 4 сравниваются различные варианты исполнения носителей тепла в виде частиц по тепловой мощности, выделяемой и поглощаемой ими.FIG. 4 compares different variants of the implementation of heat carriers in the form of particles in terms of the thermal power released and absorbed by them.

На фиг. 5 и 6 показаны два варианта режима подачи носителя тепла и/или исходного материала.FIG. 5 and 6 show two variants of the mode of supply of the heat carrier and / or raw material.

На фиг. 7 упрощенно показана возможность обеспечения нескольких различных входов для подачи носителей тепла, которые распределены вдоль пути массы исходного материала в реакторе и вдоль смесительного шнека.FIG. 7 is a simplified illustration of the possibility of providing several different inlets for supplying heat carriers that are distributed along the path of the bulk of the starting material in the reactor and along the mixing screw.

На фиг. 8 упрощенно показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором предусмотрены по меньшей мере два выхода для носителей тепла, которые распределены вдоль пути массы исходного материала в реакционной камере и вдоль смесительного шнека.FIG. 8 is a simplified illustration of an embodiment of the present invention, in which at least two outlets for heat carriers are provided, which are distributed along the path of the mass of starting material in the reaction chamber and along the mixing screw.

На фиг. 9 показаны два альтернативных режима подачи носителей тепла в виде частиц, имеющих отличающиеся один от другого размеры, причем один из них больше другого.FIG. 9 shows two alternative modes of supplying heat carriers in the form of particles having different sizes, one of them being larger than the other.

Что касается ссылок на фигуры, то фигуры являются исключительно иллюстративными и представляют собой не только иллюстрацию, но и неограничивающий вариант исполнения различных рабочих узлов и/или средств на установке. Эти рабочие узлы и/или средства могут быть выполнены в соответствии с любым из возможных вариантов, доступных специалисту в данной области техники, с его базовыми знаниями и техническими навыками.With regard to references to the figures, the figures are purely illustrative and represent not only an illustration, but also a non-limiting embodiment of various work units and / or means on a plant. These working units and / or means can be made in accordance with any of the options available to a person skilled in the art, with his basic knowledge and technical skills.

Установка для обработки исходного материала, такого как биомасса, отходы или тому подобное, путем пиролиза в анаэробном или бескислородном реакторе, содержит блок 1 подачи исходного материала в измельченном виде в кусочках, имеющих заранее заданную гранулометрию или заранее заданное гранулометрическое распределение.An installation for processing a raw material such as biomass, waste or the like by pyrolysis in an anaerobic or anoxic reactor contains a unit 1 for feeding the raw material in crushed form in pieces having a predetermined particle size distribution or a predetermined particle size distribution.

- 5 039017- 5 039017

В блоке 1 бункер 101, в случае объединения с узлом измельчения/гранулирования, сообщается со входом 102 реакционной камеры 2. В этом случае она образована шнековым смесителем.In block 1, the hopper 101, in the case of being combined with a grinding / granulating unit, communicates with the inlet 102 of the reaction chamber 2. In this case, it is formed by a screw mixer.

В конкретном случае и в соответствии с конкретной особенностью настоящего изобретения, шнековый смеситель содержит цилиндрическую трубчатую камеру 202, установленную с возможностью вращения соосно на смесительном шнеке 302 или винте, который закреплен неподвижно.In a particular case and in accordance with a particular aspect of the present invention, the auger mixer comprises a cylindrical tubular chamber 202 rotatably mounted coaxially on a mixing auger 302 or a screw that is fixedly fixed.

В этом примере цилиндрическая вращающаяся камера 202 и шнек 302 или винт соосны одна другому. Однако такое решение не является ограничивающим, но представляет собой конкретный пример исполнения.In this example, the cylindrical rotating chamber 202 and the auger 302 or propeller are aligned with one another. However, this solution is not limiting, but represents a specific example of implementation.

Дополнительный вход 402 сообщается с каналом 3 подачи носителей тепла в виде частиц, обозначенных V.Additional inlet 402 communicates with channel 3 for supplying particulate heat carriers, indicated by V.

Реакционная камера 2 кроме того имеет по меньшей мере один выход 502 для извлечения продукта пиролитического расщепления, например, и без ограничения им изображен так называемый синтез-газ, по меньшей мере один разгрузочный выход для твердых остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления, обозначенный 602, и по меньшей мере один выход 702 для частиц носителя тепла, обозначенных V.The reaction chamber 2 furthermore has at least one outlet 502 for the recovery of the pyrolytic cleavage product, for example and without limitation depicts the so-called synthesis gas, at least one discharge outlet for solid residues formed after pyrolytic cleavage, designated 602, and at least one outlet 702 for heat carrier particles, designated V.

Внутри реакционной камеры определенное количество носителей в виде частиц, нагретых до заранее заданной температуры, смешивается с массой исходного материала, соответствующей заранее заданному количеству упомянутого исходного материала, для передачи тепловой энергии от упомянутых разогретых носителей V исходному материалу в пути между входами 102, 402 и выходами 502, 602, 702.Inside the reaction chamber, a predetermined number of particulate carriers heated to a predetermined temperature are mixed with a mass of starting material corresponding to a predetermined amount of said starting material to transfer thermal energy from said heated carriers V to the starting material in the path between inlets 102, 402 and outlets 502, 602, 702.

Выходящие носители V, выделяющие тепло массе исходного материала и инициирующие пиролитическое расщепление, отделяются от остатков, образовавшихся после реакции, и с помощью одного или нескольких транспортеров, символически обозначенных транспортерами 4 и 5, подаются в нагревательный блок в виде печи 6 или подобный, из которого затем они подаются в реакционную камеру через вход 402.The outgoing carriers V, which release heat to the bulk of the starting material and initiate pyrolytic cleavage, are separated from the residues formed after the reaction, and by means of one or more conveyors, symbolically designated by conveyors 4 and 5, are fed into a heating block in the form of an oven 6 or the like, from which they are then fed into the reaction chamber through inlet 402.

Следует отметить, что на изображенной установке циркуляция носителей тепла происходит в результате падения из печи 6 в направлении входа 402 реакционной камеры, и путь носителей V обеспечивает их выход из соответствующего выхода 702 реакционной камеры 2 и подъем конвейером до уровня, который выше печи 6, откуда они перемещаются под действием силы тяжести благодаря направленному вниз питающему механизму и/или благодаря форме носителей, которая позволяет им катиться. Вход печи 6, очевидно, расположен на более низком уровне, чем разгрузочный конец подъемного транспортера 4 для упомянутых носителей V.It should be noted that in the depicted installation, the circulation of heat carriers occurs as a result of falling from the furnace 6 in the direction of the inlet 402 of the reaction chamber, and the path of the carriers V ensures their exit from the corresponding outlet 702 of the reaction chamber 2 and lifting by the conveyor to a level that is higher than the furnace 6, from where they move by gravity due to the downward feeding mechanism and / or due to the shape of the carriers that allows them to roll. The inlet of the furnace 6 is obviously located at a lower level than the discharge end of the lifting conveyor 4 for the mentioned carriers V.

Продукты пиролиза, такие как, например, синтез-газ, передаются в блок использования и/или хранения, такой как, например, преобразователь энергии 7, называемый ORC (органический цикл Ренкина), или же в устройство 8 с ДВС, или в парогенераторы 9, или другие блоки использования и/или хранения.Pyrolysis products, such as, for example, synthesis gas, are transferred to a use and / or storage unit, such as, for example, an energy converter 7, called ORC (organic Rankine cycle), or to a device 8 with an internal combustion engine, or to steam generators 9 , or other blocks of use and / or storage.

Показанная на фигурах установка выполняет приведенные ниже операции, соответствующие циклу упомянутых носителей тепла, обозначенных V.The plant shown in the figures performs the following operations corresponding to the cycle of the said heat carriers, designated V.

ЭТАП 1: Нагревание носителей тепла, обозначенных V, в печи 6.STEP 1: Heating the heat carriers marked V in the oven 6.

Функцией печи 6 является нагревание носителей тепла. Печь может выполнять нагревание, соответствующее одному или нескольким механизмам теплопередачи: конвективному, кондуктивному или радиационному, то есть возможно с использованием комбинации этих механизмов.The function of the furnace 6 is to heat the heat carriers. The furnace can perform heating corresponding to one or more heat transfer mechanisms: convective, conductive, or radiative, that is, possibly using a combination of these mechanisms.

Конвективный теплообмен осуществляется горячими газами печи, охватывая поверхность носителей тепла.Convective heat exchange is carried out by the hot gases of the furnace, covering the surface of the heat carriers.

Кондуктивный теплообмен осуществляется горячими стенками печи, контактирующими с носителями тепла, и горячими носителями тепла, контактирующими с более холодными.Conductive heat exchange is carried out by hot furnace walls in contact with heat carriers, and hot heat carriers in contact with colder ones.

Лучистый теплообмен осуществляется горячими стенками печи и пламенем горелок, носители тепла не контактируют с ними.Radiant heat exchange is carried out by the hot walls of the furnace and the flame of the burners; the heat carriers do not come into contact with them.

ЭТАП 2: Передача тепла носителя тепла в реакторе.STEP 2: Heat transfer of the heat carrier in the reactor.

Горячие носители тепла, выходящие из печи, вводят в реактор вблизи первых ступеней шнекового смесителя.Hot heat carriers leaving the furnace are introduced into the reactor near the first stages of the screw mixer.

Функцией носителей тепла в реакторе является выделение аккумулированного тепла в исходный материал так, чтобы последний мог достичь температуры активации пиролитического расщепления за достаточно короткое время.The function of the heat carriers in the reactor is to release the accumulated heat into the starting material so that the latter can reach the activation temperature of pyrolytic cleavage in a sufficiently short time.

Для этого носители тепла непосредственно вступают в контакт с исходным материалом, которому они передают тепло с использованием теплопроводности.For this, the heat carriers come into direct contact with the starting material, to which they transfer heat using thermal conductivity.

На первых этапах работы реактора носители тепла встречаются с большим количеством исходного материала. Носители тепла не могут вступать в непосредственный контакт со всем количеством исходного материала. Эти носители тепла имеют максимальную температуру.At the first stages of reactor operation, heat carriers encounter a large amount of starting material. Heat carriers cannot come into direct contact with the entire amount of the starting material. These heat carriers have a maximum temperature.

На следующих этапах для реагирования остается все меньше и меньше исходного материала, который еще не вступил в контакт с носителями тепла.At the next stages, less and less starting material remains for the reaction, which has not yet come into contact with heat carriers.

Холодные и загрязненные золой носители тепла выходят из реактора на последних этапах только через один выход.Cold and ash-contaminated heat carriers leave the reactor at the last stages only through one outlet.

ЭТАП 3: Очистка носителей тепла.STEP 3: Cleaning the heat carriers.

Носители тепла очищают от золы, находящейся на их поверхности, механическим воздействием.Heat carriers are cleaned from ash on their surface by mechanical action.

- 6 039017- 6 039017

ЭТАП 4: Транспортировка носителей тепла.STEP 4: Transporting heat carriers.

Очищенные и еще теплые носители тепла (их температура выше температуры окружающей среды) возвращаются в печь для повторного нагрева и соответственно для запуска нового цикла нагревания массы исходного материала в реакторе.The purified and still warm heat carriers (their temperature is higher than the ambient temperature) are returned to the furnace for reheating and, accordingly, to start a new cycle of heating the mass of the starting material in the reactor.

На фиг. 3 изображен носитель тепла, обозначенный V, соответствующий настоящему изобретению.FIG. 3 shows a heat carrier, designated V, in accordance with the present invention.

Изображенная форма представляет собой конкретную неограничительную форму, поскольку можно обеспечить эллиптические формы, имеющие отношение малой оси 2а или 2с к большой оси 2b, преимущественно в диапазоне от 0,20 до 0,80, предпочтительно от 0,30 до 0,70.The shape depicted is a particular non-limiting shape since elliptical shapes can be provided having a ratio of a minor axis 2a or 2c to a major axis 2b, advantageously in the range from 0.20 to 0.80, preferably from 0.30 to 0.70.

Что касается формы, то носитель V также может иметь форму неправильного эллипсоида или яйцевидную форму.In terms of shape, the carrier V can also be in the form of an irregular ellipsoid or ovoid.

Различные возможности, связанные с геометрической формой носителей тепла и материалами, из которых они изготовлены, были исследованы с использованием термоанализа.Various possibilities associated with the geometric shape of the heat carriers and the materials from which they are made have been investigated using thermal analysis.

Обычно носители тепла из одного материала, имеющие большую массу и малую поверхность, удерживают тепло дольше; носители тепла с большой поверхностью и меньшей массой быстрее аккумулируют и отдают тепло.Usually heat carriers made of one material, having a large mass and a small surface, retain heat longer; heat carriers with a large surface and less mass accumulate and release heat faster.

На фиг. 4 показан график сравнения поглощенной энергии с энергией, которая может быть выделена из отдельных носителей тепла, имеющих различные формы, то есть сферических, сферических с диаметральным каналом с отверстием, имеющим первую величину, сферических с диаметральным каналом с отверстием, имеющим вторую величину, большую, чем первая величина, и эллиптических.FIG. 4 shows a graph comparing the absorbed energy with the energy that can be released from individual heat carriers having different shapes, that is, spherical, spherical with a diametrical channel with an opening having a first value, spherical with a diametrical channel with a second larger value, than the first value, and elliptical.

На графике показаны следующие результаты.The graph shows the following results.

Эллиптические носители тепла имеют более высокое поглощение тепловой энергии, и величина тепловой энергии, которая может быть выделена ими в упомянутой массе исходного материала, также выше, чем у сферических носителей тепла с диаметральным каналом с отверстием, имеющим первую величину, и без него.Elliptical heat carriers have a higher absorption of thermal energy, and the amount of thermal energy that can be released by them in the mentioned mass of the starting material is also higher than that of spherical heat carriers with a diametrical channel with a hole having the first value and without it.

Кроме того, в двух других упомянутых случаях разница между выделенной тепловой энергией и тепловой энергией, которая может быть выделена, меньше.In addition, in the other two cases mentioned, the difference between the released thermal energy and the thermal energy that can be released is smaller.

Эллиптические носители тепла уступают только сферическим носителям, имеющим диаметральный канал с отверстием второй величины, которая больше, чем первая.Elliptical heat carriers are second only to spherical carriers having a diametral channel with a hole of the second magnitude, which is larger than the first.

Однако носители тепла этого вида имеют существенный недостаток, связанный с их очисткой, так как в упомянутых каналах накапливаются наслоения золы или других материалов, и нуждаются в более сложных и длительных процессах очистки, чем эллиптические.However, heat carriers of this type have a significant drawback associated with their cleaning, since layers of ash or other materials accumulate in the channels mentioned, and require more complex and time-consuming cleaning processes than elliptical ones.

Сравнения эффективности носителей тепла различных видов показывают следующее.Comparisons of the efficiency of heat carriers of various types show the following.

Сферические носители тепла в реакторе лучше выделяют тепло на последних этапах с еще не прореагировавшим исходным материалом; они могут быть легче перемещены в контур подачи и рециркуляции, так как они могут катиться; их легче очищать от золы.Spherical heat carriers in the reactor release heat better in the last stages with the starting material that has not yet reacted; they can be more easily moved into the supply and recirculation loop as they can roll; they are easier to clean from ash.

Эллиптические (большая поверхность): они лучше выделяют тепло на первых этапах.Elliptical (large surface): They generate heat better in the early stages.

Носители тепла с каналами (большая поверхность): они лучше выделяют тепло на первых этапах; их трудно очищать в пустотах традиционными способами соскабливания, которые трудно осуществимы в этих полостях пустотах.Heat carriers with channels (large surface): they generate heat better in the first stages; they are difficult to clean in voids by traditional scraping methods, which are difficult to carry out in these voids.

Что касается обсуждения материала упомянутых носителей тепла, то были изучены материалы различных типов.As for the discussion of the material of the mentioned heat carriers, materials of various types were studied.

Алюминий: самый легкий, но имеет низкую твердость поверхности, стабильность и устойчивость к высоким температурам.Aluminum: the lightest, but has a low surface hardness, stability and resistance to high temperatures.

Сталь: обладает хорошими свойствами как в отношении твердости поверхности, так и в отношении устойчивости к высоким температурам и передачи тепла.Steel: has good properties in terms of both surface hardness and high temperature resistance and heat transfer.

Керамика: имеет широкий спектр свойств. Некоторые из них лучше, чем у стали, в том, что касается твердости, но не проводимости, другие - хуже. По существу, трудно найти керамический материал для носителя тепла, который лучше стали по всем интересующим параметрам. Кроме того, керамические носители тепла в среднем дороже, чем носители тепла из стали.Ceramics: Has a wide range of properties. Some are better than steel in terms of hardness, but not conductivity, others are worse. As such, it is difficult to find a ceramic material for a heat carrier that is better than steel in all parameters of interest. In addition, ceramic heat carriers are on average more expensive than steel heat carriers.

Другими материалами могут быть нержавеющая сталь, чугун, оксид алюминия, титан, оксиды других металлов, земли и пески с высокой теплопроводностью.Other materials include stainless steel, cast iron, aluminum oxide, titanium, oxides of other metals, earths and sands with high thermal conductivity.

Из вышесказанного ясно, что эллиптические носители тепла обладают превосходными свойствами как в отношении аккумулируемого тепла, так и в отношении выделяемого тепла, и, кроме того, у них нет проблем с очисткой от золы.From the above, it is clear that elliptical heat carriers have excellent properties in terms of both stored heat and generated heat, and furthermore, they do not have problems with ash removal.

Исследование материалов различных видов показало, что сталь является предпочтительным материалом, однако другие материалы также обеспечивали хорошие показатели и возможность применения комбинации материалов, размещенных в более чем одном слое.Investigation of various types of materials showed that steel is the preferred material, but other materials also provided good performance and the ability to use a combination of materials placed in more than one layer.

Что касается размеров носителей тепла, в зависимости от типа обрабатываемого исходного материала и настройки параметров реакции, а также в зависимости от продуктов реакции, которые мы хотим получить, можно использовать носители тепла разных размеров, от нескольких микрон до 100 мм. В случае использования эллиптических носителей тепла такие размеры относятся к сфере, вписывающейся в эллиптическую форму.With regard to the dimensions of the heat carriers, depending on the type of starting material being processed and the setting of the reaction parameters, as well as depending on the reaction products that we want to obtain, heat carriers of different sizes, from a few microns to 100 mm, can be used. In the case of using elliptical heat carriers, such dimensions refer to a sphere inscribed in an elliptical shape.

- 7 039017- 7 039017

Что касается температуры нагрева носителей тепла, обычно предусмотрено два диапазона рабочих температур 400-950°С или 1400-1800°С.As for the heating temperature of heat carriers, there are usually two operating temperature ranges of 400-950 ° C or 1400-1800 ° C.

Однако температура нагрева носителей тепла зависит от типа проводимого пиролитического расщепления, которое может быть медленным (при более низких температурах) или быстрым (или мгновенным) при гораздо более высоких температурах.However, the heating temperature of the heat carriers depends on the type of pyrolytic cleavage carried out, which can be slow (at lower temperatures) or fast (or instantaneous) at much higher temperatures.

Очистка носителей тепла может проводиться различными способами, такими как:Cleaning of heat carriers can be carried out in various ways, such as:

механическая очистка: соскабливанием;mechanical cleaning: scraping;

магнитная очистка: удалением золы с помощью магнитных полей;magnetic cleaning: ash removal using magnetic fields;

термическая очистка: сжиганием золы.thermal treatment: ash incineration.

На фиг. 5 и фиг. 6 показаны два альтернативных варианта подачи носителей тепла в реакционную камеру.FIG. 5 and FIG. 6 shows two alternative options for supplying heat carriers to the reaction chamber.

На фиг. 5 изображена подача носителей тепла в результате качения по наклонной плоскости и наличия входа в направлении, соответствующем касательной к шнеку или винту в реакционной камере 2.FIG. 5 shows the supply of heat carriers as a result of rolling on an inclined plane and the presence of an entrance in the direction corresponding to the tangent to the screw or screw in the reaction chamber 2.

На фиг. 6 изображена подача носителей тепла падением в реакционную камеру по траектории, центрированной относительно оси шнека или винта.FIG. 6 shows the supply of heat carriers by falling into the reaction chamber along a trajectory centered relative to the axis of the screw or screw.

На фиг. 7 упрощенно изображен вариант осуществления настоящего изобретения, согласно которому, в дополнение к входу 402 для носителей тепла, выполненному вблизи входа для исходного материала или непосредственно после него, по пути прохождения исходного материала в реакционной камере 2 вдоль упомянутого пути, то есть по протяженности реакционной камеры 2 (в направлении упомянутого пути исходного материала), могут быть выполнены один или несколько дополнительных входов, распределенных по упомянутому пути массы исходного материала в реакционной камере, что в этом примере по существу совпадает с протяженностью упомянутой реакционной камеры 2.FIG. 7 is a simplified depiction of an embodiment of the present invention, according to which, in addition to the inlet 402 for heat carriers provided near or immediately after the inlet for the starting material, along the path of the starting material in the reaction chamber 2 along said path, i.e. along the length of the reaction chamber 2 (in the direction of said feed path), one or more additional inlets may be provided distributed along said path of the feed mass in the reaction chamber, which in this example essentially coincides with the length of said reaction chamber 2.

На фиг. 7 показаны два дополнительных входа 402' и 402 для нагретых носителей тепла.FIG. 7 shows two additional inlets 402 'and 402 for heated heat carriers.

Следует отметить, что в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, поскольку различные входы 402, 402', 402 расположены в точках, соответствующих различным этапам процесса пиролиза, можно обеспечить подачу носителей тепла V через разные входы для отличающихся по одному или нескольким из следующих параметров: форма, размер, температура нагрева, материал и тому подобное, чтобы адаптировать теплообмен, определяемый этими носителями, к условиям пиролитического расщепления с помощью соответствующего расположения входа.It should be noted that in accordance with another embodiment of the present invention, since the different inputs 402, 402 ', 402 are located at points corresponding to different stages of the pyrolysis process, it is possible to provide the supply of heat carriers V through different inlets for one or more of the following parameters: shape, size, heating temperature, material and the like, in order to adapt the heat exchange determined by these carriers to the conditions of pyrolytic cleavage by means of an appropriate location of the inlet.

Как показано на фиг. 8, та же концепция применяется к выходам для носителей тепла, обозначенных V, которые подверглись охлаждению во время процесса передачи тепловой энергии массе исходного материала. В этом случае, в дополнение к выходу 702 на конце реакционной камеры 2, можно выполнить один или несколько дополнительных выходов, распределенных вдоль пути массы исходного материала в реакционной камере 2, то есть в настоящем примере вдоль упомянутой камеры в направлении упомянутого пути.As shown in FIG. 8, the same concept applies to the outlets for the heat carriers, designated V, which have undergone cooling during the process of transferring heat energy to the bulk of the starting material. In this case, in addition to the outlet 702 at the end of the reaction chamber 2, it is possible to provide one or more additional outlets distributed along the path of the mass of starting material in the reaction chamber 2, that is, in the present example, along the said chamber in the direction of the said path.

В примере, показанном на фиг. 8, выход холодных носителей может происходить с использованием магнитных сборщиков, как схематически показано на фиг. 9.In the example shown in FIG. 8, the cold media can be ejected using magnetic collectors, as schematically shown in FIG. 9.

Очевидно, что особенности настоящего изобретения по фиг. 8 также могут быть применены в комбинации с особенностями настоящего изобретения по фиг. 7.Obviously, the features of the present invention in FIG. 8 may also be used in combination with the aspects of the present invention of FIG. 7.

Кроме того, согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, можно использовать носители тепла, обозначенные V, по меньшей мере двух разных типов, отличающихся один от другого по меньшей мере одним параметром или комбинацией параметров, включая следующие: форма, размер, материал, температура нагрева.In addition, according to another embodiment of the present invention, it is possible to use heat carriers, designated V, of at least two different types differing from one another in at least one parameter or combination of parameters, including the following: shape, size, material, heating temperature ...

Эти носители тепла по меньшей мере двух типов могут подаваться совместно через одно или несколько отверстий 402, 402', 402, или же могут подаваться отдельно через одно или несколько из упомянутых отверстий, и/или в разное время для носителя каждого вида.These heat carriers of at least two types can be supplied together through one or more openings 402, 402 ', 402, or they can be supplied separately through one or more of said openings, and / or at different times for each type of medium.

На фиг. 9 схематически показаны две альтернативные возможности, когда есть носители V двух видов, имеющие два разных размера, то есть носитель тепла одного вида, имеющий больший или меньший диаметры, большие чем у носителя тепла другого вида.FIG. 9 schematically shows two alternative possibilities when there are two types of carriers V having two different sizes, that is, one type of heat carrier having larger or smaller diameters than the other type of heat carrier.

В качестве альтернативы или в комбинации, носители тепла двух разных видов могут иметь различную форму для каждого из видов, например сферическую и эллиптическую.Alternatively or in combination, the two different types of heat carriers can have a different shape for each type, for example, spherical and elliptical.

Также возможно, что под набором носителей тепла, обозначенных V, подразумевается определенное распределение носителей более чем одного различного типа относительно одного или комбинации из двух или более вышеупомянутых параметров, причем это распределение обеспечивает один или несколько параметров, таких как, например, диапазон размеров, диапазон температур нагрева и другие параметры, значения, которых охвачены заранее заданным диапазоном изменения упомянутых параметров.It is also possible that by a set of heat carriers, denoted by V, is meant a certain distribution of carriers of more than one different type with respect to one or a combination of two or more of the above parameters, this distribution provides one or more parameters, such as, for example, a size range, a range heating temperatures and other parameters, the values of which are covered by a predetermined range of changes in these parameters.

Например, также возможно, что в наборе носителей тепла, циркулирующих в установке, согласно определенным соответствующим количественным соотношениям эллиптические носители тепла содержатся в сочетании с носителями тепла, имеющими форму в соответствии с одним или несколькими вариантами исполнения по фиг. 4.For example, it is also possible that in the set of heat carriers circulating in the installation, according to certain appropriate proportions, elliptical heat carriers are contained in combination with heat carriers having a shape in accordance with one or more of the embodiments of FIGS. 4.

Вместе с тем в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, не показанном подробно, носители тепла, обозначенные V, могут иметь негладкую поверхность, но трех- 8 039017 мерную форму, такую как, например, пористая и/или складчатая поверхность, или рифленая поверхность, или поверхность с выступами или ребрами в соответствии с одним или несколькими различными схемами или их комбинацией.However, in accordance with another embodiment of the present invention, not shown in detail, the heat carriers designated V may have a non-smooth surface, but a three- dimensional shape, such as, for example, a porous and / or folded surface, or corrugated surface, or surface with protrusions or ribs in accordance with one or more different patterns, or a combination thereof.

Из вышесказанного ясно, что носитель тепла, имеющий вид эллиптического или яйцевидного элемента, представляет собой наилучшее сочетание по эффективности накопления и передачи тепловой энергии, удобства перемещения по пути рециркуляции носителей тепла, простоты разделения, транспортировки и, главным образом, также удобства очистки от шлака и остатков, образовавшихся после пиролитического расщепления.From the above it is clear that a heat carrier in the form of an elliptical or ovoid element represents the best combination in terms of the efficiency of accumulation and transfer of thermal energy, ease of movement along the path of recirculation of heat carriers, ease of separation, transportation and, mainly, also the convenience of cleaning from slag and residues formed after pyrolytic cleavage.

Носитель тепла, будучи основой передачи энергии массе исходного материала для обеспечения свободного течения пиролитического расщепления, является одним из ключевых факторов оптимизации эффективности процесса с точки зрения энергии и производительности реакции.The heat carrier, being the basis for the transfer of energy to the bulk of the starting material to ensure the free flow of pyrolytic cleavage, is one of the key factors in optimizing the efficiency of the process in terms of energy and reaction performance.

Другие изменения представляют собой усовершенствования, улучшающие процессы передачи тепла для запуска и управления пиролитическим расщеплением, делающие незначительными потери энергии и приспосабливающие установку к условиям процесса с более высокой точностью.The other changes are improvements that improve heat transfer processes for starting and control of pyrolytic digestion, making energy losses low and adapting the plant to process conditions with greater accuracy.

Кроме того, в соответствии с одним из положительных эффектов настоящего изобретения носители тепла в процессе смешивания/перемешивания с массой исходного материала, подвергаемой пиролитическому расщеплению, оказывают на твердый остаток механическое воздействие, аналогичное воздействию шаровой мельницы. Такое действие, полученное благодаря непрерывному перемешиванию носителей тепла с исходным материалом, приводит к измельчению твердого остатка, образовавшегося после реакции, что облегчает очистку самих носителей тепла и использование твердого остатка, полученного в результате цикла пиролиза.In addition, in accordance with one of the positive effects of the present invention, the heat carriers during mixing / stirring with the mass of the starting material subjected to pyrolytic cleavage have a mechanical effect on the solid residue, similar to that of a ball mill. This action, obtained through continuous mixing of the heat carriers with the starting material, leads to the crushing of the solid residue formed after the reaction, which facilitates the purification of the heat carriers themselves and the use of the solid residue resulting from the pyrolysis cycle.

Claims

1. A heat carrier in the form of a particle, that is, having the form of a particle, intended for transferring heat to a mass of starting material by mixing with said mass of starting material, and this heat carrier has an ellipsoidal shape and is characterized in that the ratio of the minor axis of the ellipse to its major axis is from 0.20 to 0.80.

2. The carrier according to claim 1, characterized in that it is made of steel.

3. A carrier according to claim 1 or 2, characterized in that it has dimensions that fit into a spherical shape having a diameter in the range from a few microns to 100 mm, preferably from 5 to 100 mm.

4. A carrier according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ratio of the minor axis to the major axis is between 0.30 and 0.70.

5. A carrier according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is contained in a group of a plurality of heat carriers and said plurality of heat carriers comprises, for at least some part of the total number of said heat carriers, heat carriers having a first dimension, and, for at least a further portion of the total of said heat carriers, heat carriers having at least one second dimension different from said first dimension.

6. A carrier according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least some part of the total amount of said heat carriers is made from the first material, while at least one more part of the total amount of said heat carriers is made from at least one second material other than said first material.

7. The use of a heat carrier according to any one of claims 1 to 6 in an installation for pyrolysis of a starting material, such as, in particular, biomass, comprising a pyrolysis reactor having an inlet for the starting material and at least one outlet for pyrolytic cleavage products;

an inlet for a plurality of heat carriers before transferring heat to the bulk of the starting material and an outlet for said heat carriers after transferring heat to the bulk of the starting material;

means for mixing said plurality of heat carriers with said mass of raw material for a predetermined amount of time necessary for transferring heat from said heat carriers to the mass of raw material;

heating means for heating heat carriers from among said plurality of heat carriers.

8. Use according to claim 7, wherein the apparatus has means for removing said plurality of heat carriers at the exit from the pyrolysis reactor, means for transferring said heat carriers into heating means for heating said carriers and their reuse in a subsequent heating cycle of a new mass of starting material subjected to pyrolytic cleavage.

9. Use according to claim 8, wherein said recovery means comprises a block separating heat carriers from solid residues formed after pyrolytic cleavage, and a cleaning means

- 9 039017 ki of the mentioned heat carriers from residues formed after pyrolytic cleavage.

10. Use according to one or more of claims 7 to 9, characterized in that said means for mixing a plurality of heat carriers with a mass of starting material is made in the form of a screw mixer having a predetermined axial length and placed in a reaction chamber, coaxial or having an axis, parallel to the screw of the screw mixer, and this chamber and / or this screw mixer extend between said inlets for a mass of starting material and a plurality of heat carriers and said outlets for pyrolytic decomposition products and heat carriers.

11. Application according to one or more of claims 7 to 10, wherein the installation comprises at least one additional inlet and / or outlet or, possibly, various additional inlets and / or outlets for one or more additional portions of a predetermined amount of heat carriers according to item 5 and / or item 6, and these additional input / inputs and / or output / outputs are distributed along the length of said screw mixer.

12. The use according to claim 10 or 11, wherein the screw mixer is made in the form of a stationary screw or screw, around which a cylindrical reaction chamber or a cylindrical chamber rotates coaxially, which is placed together with the screw in the reaction chamber.

13. Use according to one or more of claims 10 to 12, wherein said screw mixer has any orientation, and in particular such an orientation that the axis of the screw and / or the reaction chamber is horizontal or inclined with respect to a horizontal line.

14. A method for pyrolysis of a mass of starting material, which includes the steps of heating the mass of starting material at a temperature that activates pyrolytic cleavage by transferring thermal energy from a plurality of heat carriers, and is characterized in that said heat carriers are heat carriers according to one or more of claims 1 -6.

15. The method according to claim 14, comprising the following steps:

a) heating a portion of particulate carriers to a predetermined temperature;

b) transferring the heat accumulated in the particulate carriers to the bulk of the starting material in granular form under anaerobic or at least anoxic conditions;

c) collection of pyrolysis products;

d) separating the residual solid mass formed after pyrolytic cleavage and recovering the particulate carriers.

16. A method according to claim 15, characterized in that the cyclic repetition of steps a) to d) is provided for a predetermined number of cycles.

17. A method according to one or more of claims 14-16, characterized in that it comprises preparing a portion of particulate carriers containing a predetermined amount of said particulate carriers corresponding to a predetermined amount of heat retained by said portion of particulate carriers.

18. A method according to one or more of claims 14 to 17, characterized in that heat transfer from a portion of particulate carriers is carried out by mixing said portion of particulate carriers with said starting material weight for a predetermined period of time.

19. A method according to one or more of claims 14 to 18, characterized in that at the end of the heat transfer process between the batch of particulate carriers and the batch of starting material, said carriers, which are solid particles, are separated from the residues formed after pyrolytic cleavage, and subjected to a purification treatment before subjecting them to a new cycle of heating, mixing with a portion of the starting material in the reactor, transferring heat to the starting material and re-separating solid residues formed after pyrolytic cleavage.

20. A method according to one or more of claims 14-19, characterized in that it comprises moving a mixture of a mass of starting material and heat carriers along a predetermined path, preferably rectilinearly, from a separate or common inlet for supplying a mass of starting material and / or portion a plurality of heat carriers to separate or general release of residues formed after pyrolytic cleavage and / or heat carriers.

21. The method according to claim 20, characterized in that one or more additional portions of heat carriers, identical or different from the first portion, are supplied and / or removed from the mixture of the mass of starting material and heat carriers, and such additional portion or portions are supplied and / or extracted at predetermined points along the path of the mixture of the mass of starting material and heat carriers from the starting point to the end point of said path, and the starting point of said path essentially corresponds to the common inlet or separate inputs of the reaction chamber for the mass of starting material and the first portion of heat carriers, and the end point of said path essentially corresponds to a common outlet or separate outlets for pyrolytic cleavage residues and heat carriers.

22. A method according to one or more of claims 14 to 21, characterized in that the solid residue formed after pyrolytic cleavage is ground during the reaction using said heat carriers and thereby facilitates their purification and the use of said solid residue obtained in the cycle ...