Способ вихревого быстрого пиролиза
К технологиям быстрого пиролиза относят процессы термохимического разложения углеродсодержащих веществ без доступа кислорода в условиях высокоскоростного нагрева до температуры 600-900°C. Быстрый (высокоскоростной) пиролиз применяется для получения углеводородных продуктов, энергии и топлива из отходов и сырья органического происхождения, в том числе из отходов сельскохозяйственного производства, лесопромышленного комплекса, пищевой промышленности, органической составляющей твердых коммунальных и промышленных отходов, а также органического сырья, например бурых углей, торфа, сланцев, сырой нефти, попутных нефтяных газов и др.
Высокоскоростной пиролиз целесообразно проводить во взвешенном состоянии измельченных частиц пиролизуемого сырья, так как в этом случае достигается высокая эффективность процесса за счет низкой крупности сырья и более интенсивной теплопередачи. Благодаря высокой скорости подъема температуры сырья процесс быстрого пиролиза характеризуется интенсивным газовыделением при отсутствии стадии пластичности полимеров, а также образованием по радикально-цепному механизму промежуточных неустойчивых органических соединений.
![](/uploads/s/t/w/b/twbwngsfttdr/img/autocrop/a8afb0816901694c34a339e9a9fd78df.jpg)
При высоких температурах межмолекулярное взаимодействие стремится практически к нулю. Полимерные молекулы вследствие термодинамической неустойчивости лавинообразно разлагаются и переходят в газовую фазу с образованием молекул типа (СnHm). Остальные молекулы подвергаются мгновенной химической модификации с образованием частиц типа (С) – твердого углеподобного остатка. Принципиально то, что термическая деструкция вещества при быстром пиролизе (со скоростью подъема температуры более 1000 °C/с) обеспечивает разложение устойчивого соединения и «проскакивание» температурных диапазонов, в которых может протекать вторичный синтез, что позволяет считать быстрый пиролиз экологически чистым способом переработки отходов.
![](/uploads/s/t/w/b/twbwngsfttdr/img/autocrop/40ec75d928e04c37ab85b9e6eb2e9e07.jpg)
Глубокая термохимическая деструкция частиц сырья характерна для вихревого закрученного потока, где частицы интенсивно встряхиваются, сталкиваются друг с другом и со стенкой камеры пиролиза, что наряду с высокоскоростным нагревом вызывает кратковременное возбуждение молекул в поверхностном слое вещества с образованием свободных радикалов. Переход молекул в электронно-возбужденное состояние значительно усиливает их реакционную способность. Происходит расщепление углеводородов по углерод-углеродным связям и образование неустойчивых фрагментов с меньшей молекулярной массой. Возбужденные осколки молекул соединяются между собой и с радикалами, образуя более простые вещества, чем составные части пиролизуемого материала. Происходит лавинообразное формирование газообразной фазы.
В высокотемпературном закрученном вихревом потоке наблюдается значительная интенсификация тепломассообменных процессов за счет эффективной теплопередачи лучеиспусканием (фотолизом) и теплопроводности от раскаленных стенок реактора, а также конвективного теплопереноса в активной динамической среде.
К числу основных параметров, в наибольшей степени влияющих на процесс пиролиза и, соответственно, на количественный выход целевых углеводородных соединений, относятся температура, время пребывания частиц сырья в реакторе и парциальное давление взаимодействующих углеводородов. Для повышения процентного содержания в газообразной фазе продуктов пиролиза низших углеводородов, увеличения теплоты сгорания пиролизного газа, снижения содержания смолистых компонентов в жидком пиролизном топливе применяется способ вихревого быстрого пиролиза.
Способ вихревого быстрого пиролиза состоит в том, что подготовленный тонкодисперсный материал вовлекается в сильнозакрученный вихревой поток, создаваемый тангенциальным вдувом газовзвеси в горизонтально расположенную камеру пиролиза и отсасыванием газообразных и твердых продуктов пиролиза по всей длине камеры через тангенциально ориентированные отводные патрубки. Частицы вещества вовлекают в сильнозакрученный вихревой поток, имеющий температуру 600-900 °C по всей длине камеры пиролиза, причем момент вхождения частиц в вихревой поток сопровождается эффектом «термоудара» (скоростью подъема температуры более 1000 °C/с). Время пребывания частиц в камере пиролиза (время контакта) составляет 0,1-3 с.
Предлагаемый способ апробирован на опытно-промышленной установке быстрого пиролиза. При проведении опытно-экспериментальных исследований подтверждено, что термохимическая деструкция углеродсодержащего сырья проходит эффективно при выполнении следующих технологических этапов: предварительно сырье измельчается до фракции не более 0,5 мм, высушивается до влажности 10-12% и нагревается до температуры 100-200 оС; применяется эффект «термоудара» (высокоскоростного нагрева) без доступа кислорода при входе частиц сырья в камеру пиролиза при температуре 600–900°C; в процессе пиролиза частицы органического вещества находятся во взвешенном динамическом состоянии в соударении друг с другом и с нагретой поверхностью при времени контакта не более 3 с; в реакционной зоне камеры пиролиза создается незначительное разряжение.