Новый способ переработки торфа предложили изобретатели из Москвы. Авторское решение позволяет оптимизировать процесс переработки торфа и снизить энерго - и материальные затраты при увеличении производительности и КПД использования торфа.
В настоящее время известен способ термической переработки органических веществ, осуществляемый за счет их нагрева до температуры разложения при одновременном и непрерывном уплотнении, где защитную среду создают за счет газов, образующихся при разложении материалов с недостатком окислителя (патент РФ № 2119124 от 1998 года).
Однако у этого способа есть свои недостатки: необходимость высокоинтенсивного подвода энергии (что ограничивает количество перерабатываемого продукта), сложность разделения полученных продуктов, высокая энергоемкость и низкая производительность.
Еще один метод, близкий предыдущему, – переработка органических веществ путем их многостадийного нагрева с возможностью получения газообразной и твердой составляющих (патент РФ № 2201951 от 2002 года). Нагрев осуществляют в две последовательные стадии с получением водяного пара при температуре 200 375 °С на первой стадии и получением горючих газов при температуре 550 750 °С (в зависимости от вида органического вещества).
Недостатком здесь является высокий уровень потерь в виде отходов, значительная энергоемкость и низкое качество получаемых вторичных продуктов.
Таким образом, задачей, которую поставили себе авторы, являлось создание способа безотходной переработки торфа, исключающей указанные недостатки.
Решив эту задачу, можно было бы достичь технического результата, заключающегося в минимизации отходов переработки торфа, повышении качества пиротоплива, удобрений и водяного пара, получаемых в процессе. При этом – снизить энергоемкость процесса и теплопотери в окружающую среду, а также – повысить скорость процесса и КПД использования торфа.
Процесс переработки торфа можно было бы оптимизировать за счет подачи такого количества торфа, которое увеличивает производительность, и за счет интенсивного подвода энергии в два этапа: до температуры сушки торфа, исключающей образования смолистых веществ, и – резко – до температуры образования пиролизного газа при протекании экзотермических реакций (что не требует дополнительного подвода внешней энергии).
Такой технический результат достигается следующим образом.
На первой стадии торф высушивают до влажности не более 15 процентов путем его порционной подачи по 350 1050 г/сек и нагрева до температуры 120±5 °С. Образовавшийся пар и топочные газы очищают и отводят для использования в муниципальных энергетических системах.
На второй стадии твердый остаток резко нагревают до температуры 520 530 °С без доступа кислорода в течение 1 6 секунд. Пиролизный газ поступает в систему конденсации для получения жидкого пиролизного топлива. Твердое углистое вещество из реактора после охлаждения (до температуры 40 °С) направляется для дальнейшего использования в качестве замены калийных удобрений или полукокса для применения в металлургии.
Заявленный температурный режим переработки торфа по предложенному способу является оптимальным и основывается на теоретических расчетах теплоемкостей исходного (то есть торфа) и получаемых веществ.
Температура сушки на первой стадии установлена 120±5 °С, чтобы исключить процесс бертинирования (образования смолистых веществ), который для торфа может происходить в интервале 130 170 °С. Температура в реакторе (пиролизной камере) составляет 520 530 °С. В этом интервале преобладающими для торфа являются экзотермические реакции, т. е. реакции, которые идут с выделением теплоты и не требуют подвода внешней энергии.
Время первой стадии – сушки торфа – не имеет ограничений. Основной, определяющий фактор прохождения этой стадии – влажность торфа на выходе. После сушки она должна быть не более 15 процентов. Время пиролиза на второй стадии в реакторе не должно быть более 6 секунд. Высокоскоростной пиролиз происходит во временном интервале 0,7-6,1 секунды. Поэтому оптимальное время нахождения частиц торфа в реакторе находится в интервале 1-6 секунд.
Производительность процесса выбирается исходя из экономической целесообразности, минимизации конструктивных размеров установки и конструкторских рядов. Минимальная производительность конструкторского ряда выбрана 100 300 г / сек сухого торфа в реакторе.
Производительность процесса сушки должна превышать производительность реактора не менее чем в три с половиной раза.
Высокая скорость процесса обеспечивается высокоинтенсивным подводом энергии, что также снижает теплопотери в окружающую среду. Значительный выигрыш энергии достигается при проведении процессов, протекающих при приближении параметров торфа к границе существования производных торфа в конденсированной фазе (к «спинодали»). Чем ближе параметры торфа приближаются к параметрам «спинодали», тем выше скорость процесса и ниже теплопотери, – а следовательно, тем более экономически выгоден процесс. Повышение качества получаемого пиротоплива осуществляется благодаря меньшему содержанию в процессе переработки торфа смолистых веществ, за счет исключения бертинирования из процесса переработки торфа.
