CH720107A2

CH720107A2 - Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste.

Info

Publication number: CH720107A2
Application number: CH001178/2022A
Authority: CH
Inventors: Hu Jin
Original assignee: Greenlina Sa
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2024-04-15

Abstract

L'invention divulgue un dispositif de réaction pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le processus de pyrolyse de déchets solides organiques, comprenant : un réservoir de stockage d'huile, une pompe à engrenages et un réacteur de pyrolyse ; le réservoir de stockage d'huile est utilisé pour stocker des liquides organiques ; la pompe à engrenages est reliée au réservoir de stockage d'huile par le tuyau d'entrée d'huile, et est reliée au fond du réacteur de pyrolyse par le tuyau de sortie d'huile. La pompe à engrenages pulvérise le liquide organique du réservoir de stockage d'huile dans le réacteur de pyrolyse. Le liquide organique est chauffé et volatilisé en gaz, de manière à réduire l'adhérence des déchets solides organiques à la paroi interne du réacteur pendant le processus de pyrolyse. La présente invention convient à divers types de réacteurs qui utilisent la pyrolyse pour traiter divers déchets solides organiques, et convient également à la pyrolyse de matériaux mixtes ou de matériaux individuels de divers déchets solides organiques. Pour un réacteur de pyrolyse à grande échelle, plusieurs dispositifs de la présente invention peuvent être utilisés au fond du corps du réacteur et disposés raisonnablement pour obtenir l'effet le plus optimisé.Disclosed is a reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste, comprising: an oil storage tank, a gear pump and a pyrolysis reactor; the oil storage tank is used to store body fluids; the gear pump is connected to the oil storage tank through the oil inlet pipe, and is connected to the bottom of the pyrolysis reactor through the oil outlet pipe. The gear pump sprays the organic liquid from the oil storage tank into the pyrolysis reactor. The organic liquid is heated and volatilized into gas, so as to reduce the adhesion of organic solid waste to the inner wall of the reactor during the pyrolysis process. The present invention is suitable for various types of reactors that use pyrolysis to treat various organic solid wastes, and is also suitable for the pyrolysis of mixed materials or individual materials of various organic solid wastes. For a large-scale pyrolysis reactor, several devices of the present invention can be used at the bottom of the reactor body and arranged reasonably to achieve the most optimized effect.

Description

Domaine techniqueTechnical area

[0001] L'invention appartient au domaine technique de l'énergie et de l'industrie chimique, en particulier à un dispositif de réaction permettant d'améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le processus de pyrolyse de déchets solides organiques. [0001] The invention belongs to the technical field of energy and the chemical industry, in particular to a reaction device making it possible to improve the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste.

État de la techniqueState of the art

[0002] Avec l'essor de l'industrie chimique, l'application des produits chimiques dans la vie quotidienne est de plus en plus étendue, ce qui nécessite l'élimination des déchets chimiques générés, tels que : les déchets plastiques, les déchets de caoutchouc, les pneus usagés, etc. Les déchets solides organiques tels que les déchets plastiques, les déchets de caoutchouc et les pneus usagés ne se dégradent que très lentement dans la nature et doivent donc être traités et/ou revalorisés. Par conséquent, ces dernières années, de nombreux projets utilisant les déchets plastiques et les pneus usagés comme matières premières pour produire de l'huile raffinée et générer du gaz combustible ont vu le jour. La technologie de la pyrolyse est l'une des méthodes les plus utilisées pour revaloriser les déchets plastiques, les déchets de caoutchouc et les déchets de pneus. L'utilisation de déchets plastiques et de pneus usagés pour produire de l'huile et du gaz combustible nécessite l'utilisation de réacteurs de craquage ou de fours de craquage. Traditionnellement, les réacteurs de craquage sont classés en réacteurs verticaux ou horizontaux. Dans le processus de production actuel, étant donné que les matières premières des déchets plastiques/des pneus contiennent des éléments inestimables (tels que des fils de fer, des fils d'acier, etc.), lorsque le réacteur vertical est utilisé pour la production par pyrolyse, les éléments susmentionnés s'enchevêtrent facilement. En conséquence de l'agitateur utilisé dans les réacteurs verticaux, les réacteurs doivent être arrêtés durant la production pour dégager les obstructions. Lorsqu'un réacteur horizontal est utilisé pour la production de pyrolyse, s'il contient un agitateur, le problème d'enchevêtrement ne peut être évité également. Si le réacteur horizontal n'a pas d'agitateur, le problème d'enchevêtrement peut être évité, et la matière première qui doit être craquée thermiquement économise l'étape du processus de tri. Cependant, si le corps du réacteur horizontal ne contient pas de dispositif d'agitation, il n'y a également pas de moyen pour le raclage de sa paroi. Pour que le corps du réacteur soit chauffé de manière homogène, le réacteur horizontal s'appuie sur la rotation du corps du réacteur et utilise la paroi du réacteur pour entraîner le flux de liquide, ce qui entraînera un transfert de chaleur inégal, une petite surface de flux de liquide et peut également produire des zones statiques de flux de liquide. Le liquide présent dans le réacteur durant la pyrolyse des déchets plastiques et des pneus usagés est un corps super-visqueux. La vitesse d'agitation du réacteur vertical ou la vitesse du réacteur horizontal est généralement très faible, et donc le mouvement du fluide ne peut s'étendre que sur une très courte distance et n'est pas suffisant pour contrevenir à la force visqueuse du fluide, ce qui entraîne un phénomène de cokéfaction à haute température ou de cokéfaction à basse température du corps du réacteur, car la surface chaude se cokéfie rapidement. Après un temps de travail d'environ 60 heures, l'épaisseur de la couche de coke peut atteindre 10-20 mm, ce qui créé une résistance thermique, provoque la déformation du corps du réacteur, raccourcit la période de service du réacteur, et gaspille beaucoup d'énergie et d'heures de production. Aussi, au cours du processus d'élimination du coke, l'opérateur est exposé à un environnement de poussière de noir de carbone pendant une longue période, ce qui peut affecter sérieusement sa santé. [0002] With the growth of the chemical industry, the application of chemicals in daily life is increasingly extensive, which requires the elimination of chemical waste generated, such as: plastic waste, waste rubber, used tires, etc. Organic solid waste such as plastic waste, rubber waste and used tires degrade only very slowly in nature and must therefore be treated and/or reused. Therefore, in recent years, many projects using waste plastics and used tires as raw materials to produce refined oil and generate fuel gas have emerged. Pyrolysis technology is one of the most used methods for recycling plastic waste, rubber waste and tire waste. Using waste plastics and used tires to produce fuel oil and gas requires the use of cracking reactors or cracking furnaces. Traditionally, cracking reactors are classified as vertical or horizontal reactors. In the current production process, since the waste plastic/tire raw materials contain invaluable elements (such as iron wires, steel wires, etc.), when the vertical reactor is used for production by pyrolysis, the aforementioned elements become easily entangled. As a result of the agitator used in vertical reactors, the reactors must be shut down during production to clear obstructions. When a horizontal reactor is used for pyrolysis production, if it contains an agitator, the problem of entanglement cannot be avoided as well. If the horizontal reactor has no agitator, the entanglement problem can be avoided, and the raw material that needs to be thermally cracked saves the sorting process step. However, if the horizontal reactor body does not contain a stirring device, there is also no means for scraping its wall. To make the reactor body heated evenly, the horizontal reactor relies on the rotation of the reactor body and uses the reactor wall to drive the liquid flow, which will result in uneven heat transfer, small surface area of liquid flow and can also produce static areas of liquid flow. The liquid present in the reactor during the pyrolysis of plastic waste and used tires is a super-viscous body. The stirring speed of the vertical reactor or the speed of the horizontal reactor is generally very low, and therefore the movement of the fluid can only extend a very short distance and is not sufficient to counteract the viscous force of the fluid , resulting in high temperature coking or low temperature coking phenomenon of the reactor body, because the hot surface cokes quickly. After a working time of about 60 hours, the thickness of the coke layer can reach 10-20 mm, which creates thermal resistance, causes the deformation of the reactor body, shortens the service period of the reactor, and wastes a lot of energy and production hours. Also, during the coke removal process, the operator is exposed to carbon black dust environment for a long time, which can seriously affect his health.

[0003] La cause fondamentale du processus de cokéfaction dans le réacteur vient de l'acier Q345 utilisé, qui est un acier de construction au carbone faiblement allié, normalisé en Chine. Le Q345 possède de bonnes propriétés mécaniques, de bonnes propriétés à basse température, une bonne plasticité et une bonne soudabilité. Il est principalement utilisé dans les conteneurs à basse pression, les réservoirs de pétrole, les véhicules, les grues, les machines minières, les centrales électriques, les pièces mécaniques, les structures de bâtiments et les pièces métalliques en général. La conductivité thermique du Q345 est d'environ 51 W/m.K. Lorsque la température augmente, par exemple à 400°C, la conductivité thermique du Q345 chute à 31 W/m.K [Guoqiang Li, Peijun Wang, Properties of Steel at Elevated Températures, Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures pp 37-65 ; Gongfa Li, Jia Liu, Guozhang Jiang and Honghai Liu, Numerical simulation of température field and thermal stress field in the new type of ladle with the nanometer adiabatic materia, Advances in Mechanical Engineering 1-13, 2015]. [0003] The fundamental cause of the coking process in the reactor comes from the Q345 steel used, which is a low alloy carbon structural steel, standardized in China. Q345 has good mechanical properties, good low temperature properties, good plasticity and good weldability. It is mainly used in low pressure containers, oil tanks, vehicles, cranes, mining machinery, power plants, mechanical parts, building structures and general metal parts. The thermal conductivity of Q345 is approximately 51 W/m.K. When the temperature increases, for example to 400°C, the thermal conductivity of Q345 drops to 31 W/m.K [Guoqiang Li, Peijun Wang, Properties of Steel at Elevated Temperatures, Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures pp 37- 65; Gongfa Li, Jia Liu, Guozhang Jiang and Honghai Liu, Numerical simulation of temperature field and thermal stress field in the new type of ladle with the nanometer adiabatic material, Advances in Mechanical Engineering 1-13, 2015].

[0004] Qu'il s'agisse d'un réacteur vertical, horizontal ou incliné, le chauffage des déchets solides organiques, tels que les déchets plastiques dans le réacteur, est généralement produit par un chauffage direct du réacteur avec un brûleur ou un chauffage indirect du réacteur par une chambre de combustion. Dans l'industrie de la pyrolyse, les réacteurs de pyrolyse sont généralement construits en acier Q 345, avec une épaisseur d'au moins 12 mm généralement. Une fois que l'acier Q 345 est chauffé, il transmet la chaleur aux matériaux à l'intérieur par conduction thermique. En plus du fait que les déchets de plastique/caoutchouc/pneu et autres matériaux contiennent de l'humidité, de l'air résiduel est contenu dans le réacteur (en supposant que la teneur en humidité du matériau est de 10%). La conductivité thermique de l'air humide est d'environ 0,035 W/m.K. Durant le processus de pyroylse, l'air humide stagnant dans le réacteur est donc un excellent isolant thermique. [M. Boukhriss, K. Zhani, R. Ghribi, Study of thermophysical properties of a solar desalination system using solar energy, Desalination and Water Treatment, 51 (2013) 1290-1295, doi: 10.1080/19443994.2012.714925]. A 23°C, la conductivité thermique du polyéthylène haute densité (HDPE) est de 0,45-0,52 W/m.K, la conductivité thermique du polyéthylène basse densité (LDPE) est de 0,33 W/m.K, et la conductivité thermique du polyéthylène téréphtalate (PET) est de 0,15-0,4 W/m.K, la conductivité thermique du polypropylène PP est de 0,1-0,22 W/m.K et la conductivité thermique du polystyrène (PS) est de 0,1-0,13 W/m.K [http://www.professionalplastics.com]. La conductivité thermique du vulcanisat de caoutchouc naturel est de 0,15~0,21 W/m.K, la conductivité thermique du caoutchouc styrène-butadiène est de 0,19 W/m.K, et la conductivité thermique du vulcanisat de néoprène est de 0,21 W/m.K [https://wenku.baidu.com/view/91d0fd2e3169a4517723a390.html]. Les données ci-dessus montrent que la conductivité thermique du plastique ou du caoutchouc ordinaire est très faible, seulement environ 1% de celle de l'acier Q345, voire moins. La conductivité thermique de l'air contenant de la vapeur d'eau n'est d'environ qu'un huitième de celle des plastiques en moyenne. Il est donc possible de constater qu'en raison de l'énorme différence entre le Q345, les déchets de plastique/caoutchouc et l'air contenant de la vapeur d'eau, que la conductivité thermique globale est faible, ce qui entraîne un petit coefficient de transfert de chaleur apparent et un mauvais effet de transfert de chaleur pendant le processus de pyrolyse. Par conséquent, il est très coûteux en énergie et en temps de faire changer de phase les déchets plastiques/le caoutchouc dans le réacteur en chauffant le réacteur de l'extérieur. Et c'est précisément parce que le coefficient de transfert de chaleur apparent des déchets solides organiques dans le processus de pyrolyse est faible et que l'effet de transfert de chaleur est médiocre, que la cokéfaction se produit facilement sur la paroi interne du réacteur lorsque les déchets de plastique/caoutchouc sont fondus. En outre, la cokéfaction peut réduire le transfert de chaleur vers la matière première dans le réacteur, ce qui réduit encore le rendement thermique. Ces problématiques n'ont pas encore été résolus. [0004] Whether it is a vertical, horizontal or inclined reactor, the heating of organic solid waste, such as plastic waste in the reactor, is generally produced by direct heating of the reactor with a burner or heater. indirect from the reactor through a combustion chamber. In the pyrolysis industry, pyrolysis reactors are generally constructed of Q 345 steel, with a thickness of at least 12 mm generally. Once Q 345 steel is heated, it transmits heat to the materials inside through thermal conduction. In addition to the fact that waste plastic/rubber/tire and other materials contain moisture, residual air is contained in the reactor (assuming that the moisture content of the material is 10%). The thermal conductivity of humid air is approximately 0.035 W/m.K. During the pyrolysis process, the stagnant humid air in the reactor is therefore an excellent thermal insulator. [Mr. Boukhriss, K. Zhani, R. Ghribi, Study of thermophysical properties of a solar desalination system using solar energy, Desalination and Water Treatment, 51 (2013) 1290-1295, doi: 10.1080/19443994.2012.714925]. At 23°C, the thermal conductivity of high density polyethylene (HDPE) is 0.45-0.52 W/m.K, the thermal conductivity of low density polyethylene (LDPE) is 0.33 W/m.K, and the thermal conductivity thermal conductivity of polyethylene terephthalate (PET) is 0.15-0.4 W/m.K, the thermal conductivity of polypropylene PP is 0.1-0.22 W/m.K, and the thermal conductivity of polystyrene (PS) is 0 ,1-0.13 W/m.K [http://www.professionalplastics.com]. The thermal conductivity of natural rubber vulcanizate is 0.15~0.21 W/m.K, the thermal conductivity of styrene-butadiene rubber is 0.19 W/m.K, and the thermal conductivity of neoprene vulcanizate is 0. 21 W/m.K [https://wenku.baidu.com/view/91d0fd2e3169a4517723a390.html]. The above data shows that the thermal conductivity of ordinary plastic or rubber is very low, only about 1% of that of Q345 steel, or even less. The thermal conductivity of air containing water vapor is only about one-eighth that of plastics on average. It can therefore be seen that due to the huge difference between Q345, waste plastic/rubber and air containing water vapor, that the overall thermal conductivity is low, resulting in a small apparent heat transfer coefficient and poor heat transfer effect during the pyrolysis process. Therefore, it is very expensive in energy and time to phase change the plastic waste/rubber in the reactor by heating the reactor from the outside. And it is precisely because the apparent heat transfer coefficient of organic solid waste in the pyrolysis process is low and the heat transfer effect is poor, that coking easily occurs on the inner wall of the reactor when waste plastic/rubber is melted. Additionally, coking can reduce heat transfer to the feedstock in the reactor, further reducing thermal efficiency. These issues have not yet been resolved.

[0005] Pour augmenter le transfert de chaleur, de nombreuses inventions [[Heat exchanger for pyrolysis reaction reactor and pyrolysis reactor oil-making device, patent CN2841661Y; Isothermal fixed bed reactor, patent CN1 05233761A] consistent à augmenter le nombre de tuyaux de transfert de chaleur dans le réacteur pour augmenter la surface de transfert de chaleur. Cependant, en raison de l'espace limité dans le réacteur, le nombre de tuyaux pouvant être disposés est limité et l'augmentation de la surface de transfert de chaleur est donc restreinte. En raison de la forme irrégulière des tuyaux, si la paroi extérieure des tuyaux n'est pas traitée, elle est sujette à la scorification. [0005] To increase heat transfer, numerous inventions [[Heat exchanger for pyrolysis reaction reactor and pyrolysis reactor oil-making device, patent CN2841661Y; Isothermal fixed bed reactor, patent CN1 05233761A] consist of increasing the number of heat transfer pipes in the reactor to increase the heat transfer surface. However, due to the limited space in the reactor, the number of pipes that can be arranged is limited and therefore the increase in heat transfer surface area is restricted. Due to the irregular shape of the pipes, if the outer wall of the pipes is not treated, it is prone to slagging.

[0006] Dans certaines inventions [Waste plastic pyrolysis and oil reaction device, patent CN203683477U; Horizontal type waste plastic oiling main reactor, patent CN2748457Y] des agitateurs mécaniques à faible vitesse ont été ajoutés aux réacteurs verticaux ou inclinés pour améliorer le transfert de chaleur. Cependant, lorsque le réacteur est chauffé à un certain niveau de température, la viscosité des déchets de plastique/caoutchouc à l'intérieur change considérablement [Kobayashi, Hideo ; Kitamaru, Ryozo ; Tsuji, Waichiro, The Viscous Flow of Molten Polypropylene (Special Issue on Polymer Chemistry, II), Bulletin of the Institute for Chemical Research, Kyoto University (1965), 43(2) : 179-192] et devient un liquide à très haute viscosité et à très faible conductivité thermique. En raison de mauvaise conception et de la puissance limitée, les agitateurs de réacteur de pyrolyse des déchets plastiques/caoutchoucs sur le marché ne peuvent remuer efficacement le liquide à très haute viscosité et présentent un risque sévère de se bloquer totalement. La nature super-visqueuse du fluide ne pouvant être gérée correctement, le mouvement du fluide ne peut s'étendre que sur une courte distance, ce qui entraîne une cokéfaction à haute température, ou une cokéfaction à basse température, de la surface chaude. [0006] In certain inventions [Waste plastic pyrolysis and oil reaction device, patent CN203683477U; Horizontal type waste plastic oiling main reactor, patent CN2748457Y] Low-speed mechanical stirrers have been added to vertical or inclined reactors to improve heat transfer. However, when the reactor is heated to a certain temperature level, the viscosity of the waste plastic/rubber inside changes significantly [Kobayashi, Hideo; Kitamaru, Ryozo; Tsuji, Waichiro, The Viscous Flow of Molten Polypropylene (Special Issue on Polymer Chemistry, II), Bulletin of the Institute for Chemical Research, Kyoto University (1965), 43(2): 179-192] and becomes a liquid at very high viscosity and very low thermal conductivity. Due to poor design and limited power, waste plastic/rubber pyrolysis reactor stirrers on the market cannot stir very high viscosity liquid effectively and have a severe risk of getting totally blocked. Because the super-viscous nature of the fluid cannot be managed properly, the movement of the fluid can only extend a short distance, resulting in high temperature coking, or low temperature coking, of the hot surface.

[0007] Concernant les réacteurs horizontaux sans dispositif d'agitation, ce type de réacteur repose sur des dispositifs mécaniques externes pour faire tourner le corps du réacteur, et utilise la paroi du réacteur pour entraîner le mouvement des matériaux ou du liquide dans le réacteur. En raison de la vitesse lente du corps du réacteur, généralement 0,4-0,6 tr/min, il entraînera un transfert de chaleur inégal, une petite zone d'écoulement du liquide, et peut également produire des zones statiques d'écoulement du liquide, à cause de la nature super-visqueuse du liquide de pyrolyse des déchets plastiques et des pneus usagés. Qu'il s'agisse de la vitesse d'agitation du réacteur vertical ou de la vitesse du réacteur horizontal, la vitesse est généralement très faible, et le mouvement du fluide ne peut s'étendre que sur une très courte distance. Le fait de surmonter la force visqueuse du fluide entraîne un mauvais transfert de chaleur dans le réacteur, et une distribution inégale de la température est donc susceptible de provoquer une cokéfaction à haute température ou une cokéfaction à basse température, ce qui entraîne une cokéfaction rapide de la surface chaude. La cokéfaction empêchera le transfert de chaleur vers les matériaux dans le réacteur, ce qui réduira encore l'efficacité thermique. En conséquence, afin d'assurer la température de pyrolyse des matériaux dans le réacteur, la consommation d'énergie doit être accrue. De plus, l'augmentation de la température nuit considérablement à la durée de vie du réacteur. Le coke formé dans le réacteur se développe sur la paroi interne, entrave l'écoulement des matériaux, affecte le mouvement des matériaux dans le réacteur et induit une consommation d'énergie supplémentaire. La cokéfaction affecte ainsi la réaction de pyrolyse et produit des réactions secondaires indésirables. [0007] Concerning horizontal reactors without a stirring device, this type of reactor relies on external mechanical devices to rotate the reactor body, and uses the reactor wall to drive the movement of materials or liquid in the reactor. Due to the slow speed of the reactor body, generally 0.4-0.6 rpm, it will cause uneven heat transfer, small liquid flow area, and may also produce static flow areas liquid, due to the super-viscous nature of the pyrolysis liquid from plastic waste and used tires. Whether it is the stirring speed of the vertical reactor or the speed of the horizontal reactor, the speed is generally very low, and the movement of the fluid can only extend a very short distance. Overcoming the viscous force of the fluid results in poor heat transfer in the reactor, and therefore uneven temperature distribution is likely to cause high temperature coking or low temperature coking, resulting in rapid coking of the hot surface. Coking will prevent heat transfer to the materials in the reactor, further reducing thermal efficiency. Accordingly, in order to ensure the pyrolysis temperature of the materials in the reactor, the energy consumption must be increased. In addition, the increase in temperature significantly harms the life of the reactor. The coke formed in the reactor grows on the inner wall, hinders the flow of materials, affects the movement of materials in the reactor and induces additional energy consumption. Coking thus affects the pyrolysis reaction and produces undesirable side reactions.

[0008] Afin d'éviter la cokéfaction sur la paroi interne du réacteur, il existe des inventions [Coke cleaning mechanism for oiled equipment and pyrolyzer applying coke cleaning mechanism, patent CN101613610B; Reactor wall scraper, patent CN102220152A; Improved waste rubber pyrolysis apparatus, patent CN2591042Y] où un dispositif de raclage de paroi est installé dans le réacteur de pyrolyse. Le dispositif de raclage présente certains avantages, mais aussi certains inconvénients. Tout d'abord, il diminue l'espace de remplissage dans le réacteur, ce qui rend le remplissage plus difficile. En outre, la plupart des dispositifs de raclage des parois se présentent sous la forme d'alésoirs hélicoïdaux, dont la structure est compliquée et dont la production, l'installation et la maintenance sont peu pratiques. Les scories sont également susceptibles de se former à des endroits irréguliers. En outre, en raison de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du réacteur, le coefficient de dilatation thermique du dispositif de raclage est incompatible avec celui de la paroi du réacteur. [0008] In order to avoid coking on the internal wall of the reactor, there are inventions [Coke cleaning mechanism for oiled equipment and pyrolyzer applying coke cleaning mechanism, patent CN101613610B; Reactor wall scraper, patent CN102220152A; Improved waste rubber pyrolysis apparatus, patent CN2591042Y] where a wall scraping device is installed in the pyrolysis reactor. The scraping device has certain advantages, but also certain disadvantages. First, it decreases the filling space in the reactor, making filling more difficult. In addition, most wall scraping devices are in the form of helical reamers, which are complicated in structure and inconvenient in production, installation and maintenance. Slag is also likely to form in irregular locations. Furthermore, due to the temperature difference between the inside and outside of the reactor, the thermal expansion coefficient of the scraping device is incompatible with that of the reactor wall.

[0009] Les déchets organiques solides passent par des étapes de séchage, de chauffage, de réaction de pyrolyse et de complétion de la réaction durant la rotation du corps du réacteur de pyrolyse. Dans les étapes ci-dessus, il est généralement nécessaire de fournir une grande quantité de chaleur depuis l'extérieur, et la chaleur sera transférée au matériau sous forme de transfert de chaleur par conduction, convection et rayonnement après avoir traversé la paroi du corps du réacteur. En supposant que la chaleur extérieure fournie au réacteur de pyrolyse est Q, et que la chaleur est supposée être distribuée uniformément sur la paroi de l'ensemble du réacteur ; le transfert de chaleur peut être considéré comme équilibré dans une échelle de temps très courte, de manière à ce que Q se compose de deux parties : une partie Q1 qui est conduite vers l'intérieur à travers la paroi extérieure du réacteur, chauffant les matériaux dans le réacteur, comme indiqué dans la formule 1 ; une autre partie Q2 qui est la somme des diverses pertes de chaleur. [0009] The solid organic waste passes through stages of drying, heating, pyrolysis reaction and completion of the reaction during the rotation of the body of the pyrolysis reactor. In the above steps, it is generally necessary to supply a large amount of heat from the outside, and the heat will be transferred to the material in the form of conduction, convection and radiation heat transfer after passing through the body wall of the reactor. Assuming that the external heat supplied to the pyrolysis reactor is Q, and the heat is assumed to be distributed uniformly on the wall of the entire reactor; the heat transfer can be considered balanced in a very short time scale, such that Q consists of two parts: a part Q1 which is conducted inwards through the outer wall of the reactor, heating the materials in the reactor, as indicated in formula 1; another part Q2 which is the sum of the various heat losses.

[0010] La relation entre la chaleur Q1 effectivement transférée aux matériaux, la température de la paroi extérieure du réacteur et la température des matériaux dans le réacteur, est décrite la formule 2, à savoir The relationship between the heat Q1 actually transferred to the materials, the temperature of the outer wall of the reactor and the temperature of the materials in the reactor, is described by formula 2, namely

[0011] Dans laquelle, L est la longueur du réacteur ; tw est la température de la paroi extérieure du réacteur ; tm est la température des matériaux dans le réacteur; / est la taille caractéristique (m) ; hb est le coefficient de transfert de chaleur apparent correspondant dans des conditions spécifiques ; λg est la conductivité thermique du gaz, l'unité est en W/(m.K); est le gradient de température d'une couche mince de micro-éléments sur la paroi du réacteur. Par conséquent, en partant du principe que l'on connaît Q et Q2, le coefficient de transfert de chaleur apparent hb correspondant aux déchets solides organiques dans des conditions spécifiques peut être calculé par la formule (2). Étant donné que le coefficient de transfert de chaleur entre les matériaux et la paroi est également affecté par les réactions chimiques, l'analyse de la volatilisation, l'encrassement de la paroi, etc., les facteurs ci-dessus sont globalement représentés par hb, qui est appelé coefficient de transfert de chaleur apparent. Le coefficient de transfert de chaleur apparent combine la chaleur échangée entre la paroi et le matériau sous forme de conduction, de convection et de rayonnement, en tenant compte des effets des réactions chimiques. Connaître et maîtriser le coefficient de transfert de chaleur apparent hb des matériaux dans des conditions spécifiques est très important pour la conception et le fonctionnement précis du réacteur de craquage. In which, L is the length of the reactor; tw is the temperature of the outer wall of the reactor; tm is the temperature of the materials in the reactor; / is the characteristic size (m); hb is the corresponding apparent heat transfer coefficient under specific conditions; λg is the thermal conductivity of the gas, the unit is W/(m.K); is the temperature gradient of a thin layer of microelements on the reactor wall. Therefore, assuming that Q and Q2 are known, the apparent heat transfer coefficient hb corresponding to organic solid waste under specific conditions can be calculated by formula (2). Since the heat transfer coefficient between materials and the wall is also affected by chemical reactions, volatilization analysis, wall fouling, etc., the above factors are broadly represented by hb , which is called the apparent heat transfer coefficient. The apparent heat transfer coefficient combines the heat exchanged between the wall and the material in the form of conduction, convection and radiation, taking into account the effects of chemical reactions. Knowing and controlling the apparent heat transfer coefficient hb of materials under specific conditions is very important for the precise design and operation of the cracking reactor.

SolutionSolution

[0012] Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de réaction qui améliore le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le processus de pyrolyse des déchets solides organiques, compte tenu du phénomène de cokéfaction à haute température ou à basse température des déchets solides organiques dans le corps du réacteur de pyrolyse. The aim of the present invention is to provide a reaction device which improves the apparent heat transfer coefficient in the process of pyrolysis of organic solid waste, taking into account the phenomenon of coking at high temperature or at low temperature of the waste. organic solids in the body of the pyrolysis reactor.

[0013] Afin de résoudre les problèmes ci-dessus, la présente invention adopte les solutions techniques suivantes : un dispositif de réaction pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le processus de pyrolyse des déchets solides organiques, caractérisé en ce qu'il comprend : un réservoir de stockage d'huile, une pompe à engrenages, un réacteur de pyrolyse ; le réservoir de stockage d'huile est utilisé pour stocker le liquide organique ; la pompe à engrenages est reliée au réservoir de stockage d'huile par le tuyau d'entrée d'huile, et est reliée au fond du réacteur de pyrolyse par le tuyau de sortie d'huile. La pompe à engrenages pulvérise le liquide organique du réservoir de stockage d'huile dans le réacteur de pyrolyse. Le liquide organique est chauffé et volatilisé en gaz, de manière à réduire l'adhésion des déchets solides organiques à la paroi interne du réacteur pendant le processus de pyrolyse. [0013] In order to solve the above problems, the present invention adopts the following technical solutions: a reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste, characterized in that it includes: an oil storage tank, a gear pump, a pyrolysis reactor; the oil storage tank is used to store organic liquid; the gear pump is connected to the oil storage tank through the oil inlet pipe, and is connected to the bottom of the pyrolysis reactor through the oil outlet pipe. The gear pump sprays the organic liquid from the oil storage tank into the pyrolysis reactor. The organic liquid is heated and volatilized into gas, so as to reduce the adhesion of organic solid waste to the inner wall of the reactor during the pyrolysis process.

[0014] De plus, le liquide organique stocké dans le réservoir de stockage d'huile est du diesel léger ou un liquide mélangé de biodiesel léger et d'isopropanol, parmi lesquels le rapport de masse de l'isopropanol est de 20% à 30%. [0014] In addition, the organic liquid stored in the oil storage tank is light diesel or a mixed liquid of light biodiesel and isopropanol, among which the mass ratio of isopropanol is 20% to 30 %.

[0015] En outre, le tuyau de sortie d'huile est équipé d'un clapet anti-retour de liquide haute pression à la sortie de la pompe à engrenages, et le tuyau de sortie d'huile est équipé d'un clapet anti-retour de liquide haute pression à la sortie de la pompe à engrenages. Le tuyau de sortie d'huile est muni d'une buse à sa sortie à l'intérieur du réacteur de pyrolyse, et la buse peut commuter le mode de pulvérisation pour former des gouttelettes de différentes tailles. [0015] In addition, the oil outlet pipe is equipped with a high pressure liquid check valve at the outlet of the gear pump, and the oil outlet pipe is equipped with a check valve -high pressure liquid return to the gear pump outlet. The oil outlet pipe is provided with a nozzle at its outlet inside the pyrolysis reactor, and the nozzle can switch the spray mode to form droplets of different sizes.

[0016] En outre, la pompe à engrenages est une pompe à engrenages basse pression, et un moteur à fréquence variable CA ou un moteur sans balais CC est utilisé pour contrôler la vitesse de rotation de la pompe à engrenages. [0016] Furthermore, the gear pump is a low-pressure gear pump, and an AC variable frequency motor or a DC brushless motor is used to control the rotation speed of the gear pump.

[0017] De plus, le tuyau de sortie d'huile est équipé d'un tuyau en céramique résistant aux hautes températures et à la corrosion chimique à sa sortie à l'intérieur du réacteur de pyrolyse. [0017] In addition, the oil outlet pipe is equipped with a ceramic pipe resistant to high temperatures and chemical corrosion at its outlet inside the pyrolysis reactor.

[0018] De plus, le tuyau de sortie d'huile est installé au fond du corps du réacteur de pyrolyse par l'intermédiaire d'un raccord étanche. [0018] In addition, the oil outlet pipe is installed at the bottom of the body of the pyrolysis reactor via a sealed connection.

[0019] En outre, la sortie de gaz du réacteur de pyrolyse est équipée d'un débitmètre de gaz qui permet de contrôler, selon le débit de vapeur d'eau et le débit de vapeur d'huile détectés par le débitmètre de gaz, la durée pendant laquelle le liquide organique est injecté dans le réacteur de pyrolyse. [0019] Furthermore, the gas outlet of the pyrolysis reactor is equipped with a gas flow meter which makes it possible to control, depending on the water vapor flow and the oil vapor flow detected by the gas flow meter, the duration during which the organic liquid is injected into the pyrolysis reactor.

[0020] En outre, lorsque le débitmètre de gaz détecte que le débit de la vapeur d'eau diminue progressivement et s'approche de zéro, le réacteur de pyrolyse est aspergé de liquide organique ; lorsque le débitmètre de gaz détecte que le débit de la vapeur d'huile diminue progressivement et s'approche de zéro, la pulvérisation de liquide organique dans le réacteur de pyrolyse est arrêtée. Furthermore, when the gas flow meter detects that the water vapor flow rate gradually decreases and approaches zero, the pyrolysis reactor is sprayed with organic liquid; When the gas flow meter detects that the flow rate of the oil vapor gradually decreases and approaches zero, the spraying of organic liquid into the pyrolysis reactor is stopped.

[0021] En outre, le corps du réacteur de pyrolyse peut tourner ou être équipé d'un dispositif d'agitation à l'intérieur du corps du réacteur. [0021] Furthermore, the body of the pyrolysis reactor can rotate or be equipped with a stirring device inside the body of the reactor.

[0022] En outre, le fond du réacteur de pyrolyse peut être équipé d'un ou de plusieurs groupes de pompes à engrenages pour pulvériser le liquide organique dans le réacteur. [0022] Furthermore, the bottom of the pyrolysis reactor can be equipped with one or more groups of gear pumps for spraying the organic liquid into the reactor.

[0023] La présente invention convient à divers types de réacteurs qui utilisent la pyrolyse pour traiter divers déchets solides organiques, et convient également à la pyrolyse de matériaux mixtes ou de matériaux individuels de divers déchets solides organiques. Pour un corps de réacteur à grande échelle, plusieurs dispositifs de la présente invention peuvent être utilisés au fond du corps de réacteur et disposés raisonnablement pour obtenir l'effet le plus optimisé. [0023] The present invention is suitable for various types of reactors which use pyrolysis to treat various organic solid wastes, and is also suitable for pyrolysis of mixed materials or individual materials of various organic solid wastes. For a large-scale reactor body, several devices of the present invention can be used at the bottom of the reactor body and arranged reasonably to achieve the most optimized effect.

Enumération des figuresEnumeration of figures

[0024] La figure 1 représente la courbe du coefficient de transfert de chaleur apparent des déchets plastiques mixtes non déshydratés dans un réacteur rotatif horizontal traditionnel sans agitateur pendant le processus de pyrolyse. La figure 2 est la représentation structurelle du dispositif permettant d'améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le procédé de pyrolyse de déchets solides organiques et d'empêcher la cokéfaction sur la paroi interne du réacteur dans un exemple de réalisation ; Parmi eux : 1-réservoir de stockage d'huile ; 2- tuyau d'entrée d'huile en acier inoxydable pour pompe à engrenages à basse pression; 3-pompe à engrenages à basse pression ; 4- moteur à fréquence variable CA ; 5-clapet anti-retour de liquide à haute pression en acier inoxydable ; 6- tuyau de sortie d'huile en acier inoxydable pour pompe à engrenages à basse pression; 7-raccord étanche ; 8-tube en céramique résistant à la haute température et à la corrosion chimique ; 9-buse multifonctionnelle en acier inoxydable ; 10-corps de réacteur de pyrolyse ; 11-débitmètre massique de gaz résistant à la haute température. La figure 3 est un graphique comparant les courbes de coefficient de transfert thermique apparent des déchets plastiques mixtes déshydratés dans le procédé de pyrolyse de l'exemple de réalisation et de l'exemple comparatif.[0024] Figure 1 represents the curve of the apparent heat transfer coefficient of non-dehydrated mixed plastic waste in a traditional horizontal rotary reactor without stirrer during the pyrolysis process. Figure 2 is the structural representation of the device making it possible to improve the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste and to prevent coking on the internal wall of the reactor in an exemplary embodiment; Among them: 1-oil storage tank; 2- stainless steel oil inlet pipe for low pressure gear pump; 3-low pressure gear pump; 4- AC variable frequency motor; 5-stainless steel high pressure liquid check valve; 6- stainless steel oil outlet pipe for low pressure gear pump; 7-watertight connection; 8-ceramic tube resistant to high temperature and chemical corrosion; 9-multifunctional stainless steel nozzle; 10-pyrolysis reactor body; 11-high temperature resistant gas mass flow meter. Figure 3 is a graph comparing the apparent heat transfer coefficient curves of dehydrated mixed plastic waste in the pyrolysis process of the exemplary embodiment and the comparative example.

Réalisation de l'inventionRealization of the invention

[0025] Afin de permettre à la personne compétente de mieux comprendre les solutions de la présente application, les solutions techniques dans les exemples de réalisation de la présente application seront clairement et complètement décrites ci-dessous en référence aux figures accompagnant les exemples de réalisation de la présente application. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne représentent qu'une partie de la présente application. Sur la base des exemples de réalisation de la présente application, tous les autres exemples de réalisation obtenus par les personnes compétentes ordinaires sans travail créatif entreront dans le champ de protection de la présente application. [0025] In order to allow the competent person to better understand the solutions of the present application, the technical solutions in the exemplary embodiments of the present application will be clearly and completely described below with reference to the figures accompanying the exemplary embodiments of the present application. this application. Of course, the exemplary embodiments described represent only part of the present application. Based on the embodiment examples of the present application, all other embodiment examples obtained by ordinary competent persons without creative work will fall within the scope of protection of the present application.

[0026] Il convient de noter que les termes „comprenant“ et „ayant“ dans la description ainsi que les revendications de la présente application et des figures susmentionnées, ainsi que toute modification de celles-ci, sont destinés à couvrir une inclusion non exclusive, par exemple, incluant une série d'étapes ou d'unités. Les procédés, méthodes, systèmes, produits ou dispositifs ne sont pas nécessairement limités aux étapes ou unités expressément énumérées, mais peuvent inclure d'autres étapes ou unités non expressément énumérées ou inhérentes à ces procédés, méthodes, produits ou dispositifs. [0026] It should be noted that the terms "comprising" and "having" in the description as well as the claims of the present application and the aforementioned figures, as well as any modification thereof, are intended to cover a non-exclusive inclusion , for example, including a series of steps or units. Processes, methods, systems, products or devices are not necessarily limited to the steps or units expressly enumerated, but may include other steps or units not expressly enumerated or inherent in such processes, methods, products or devices.

[0027] Dans la recherche préliminaire de la présente invention, par des moyens expérimentaux, des déchets plastiques mélangés (polyéthylène PE 50%, polypropylène PP 50%) sans séchage sont utilisés, une vitesse de chauffage de 20 °C/min est adoptée pour effectuer le processus de pyrolyse et la courbe de changement de son coefficient de transfert de chaleur apparent est obtenu. Le réacteur s'appuie sur un dispositif mécanique externe pour faire tourner le corps du réacteur à une vitesse de 0,6 tr/min, et utilise une enveloppe de chauffage électrique pour fournir de la chaleur au corps du réacteur. Le réacteur est fabriqué en acier Q345, la section de chauffage mesure 0,6 m de long, le diamètre intérieur du tube est de 50 mm, le diamètre extérieur du tube est de 60 mm, et l'épaisseur de la couche d'isolation est de 50 mm. Le dispositif de chauffage est une enveloppe de chauffage électrique spéciale à température uniforme à convertisseur de fréquence, la puissance nominale est de 5kW, et la température maximale de pyrolyse est fixée à 558°C. De l'azote est utilisé pour extraire l'air résiduel dans le réacteur avant le chauffage par pyrolyse. Le remplissage des déchets plastiques mélangés dans le réacteur représente environ 3/4 du volume du réacteur. Dans le même temps, une expérience thermogravimétrique est réalisée sur les déchets plastiques mixtes dans un équilibre thermique à la même vitesse de chauffage que celle d'un réacteur horizontal, et les plages de température pour les différentes étapes de la pyrolyse sont obtenues ; en conséquence, les caractéristiques de transfert de chaleur des déchets plastiques mixtes et de leurs principaux composants dans les différentes étapes de la pyrolyse sont analysées en détail. Le „coefficient de transfert de chaleur apparent“ considère l'effet de la réaction chimique, de l'analyse de la volatilisation, du transfert de masse, etc. sur le transfert de chaleur entre les matériaux et la paroi comme un coefficient de transfert de chaleur global. [0027] In the preliminary research of the present invention, by experimental means, mixed waste plastics (polyethylene PE 50%, polypropylene PP 50%) without drying are used, a heating rate of 20 °C/min is adopted to carry out the pyrolysis process and the change curve of its apparent heat transfer coefficient is obtained. The reactor relies on an external mechanical device to rotate the reactor body at a speed of 0.6 rpm, and uses an electrical heating jacket to provide heat to the reactor body. The reactor is made of Q345 steel, the heating section is 0.6m long, the inner diameter of the tube is 50mm, the outer diameter of the tube is 60mm, and the thickness of the insulation layer is 50mm. The heating device is a special frequency converter uniform temperature electric heating jacket, the rated power is 5kW, and the maximum pyrolysis temperature is set at 558°C. Nitrogen is used to extract residual air in the reactor before heating by pyrolysis. The filling of mixed plastic waste into the reactor represents approximately 3/4 of the reactor volume. At the same time, a thermogravimetric experiment is carried out on the mixed plastic waste in thermal equilibrium at the same heating rate as that of a horizontal reactor, and the temperature ranges for different stages of pyrolysis are obtained; Accordingly, the heat transfer characteristics of mixed plastic waste and their main components in different stages of pyrolysis are analyzed in detail. The „apparent heat transfer coefficient“ considers the effect of chemical reaction, volatilization analysis, mass transfer, etc. on the heat transfer between the materials and the wall as an overall heat transfer coefficient.

[0028] Comme le montre la figure 1, le coefficient de transfert de chaleur apparent des déchets plastiques mélangés présente également des caractéristiques évidentes en quatre étapes : dans l'étape de séchage 1, le coefficient de transfert de chaleur apparent est le plus élevé, jusqu'à 1670 W/m2.K, et le mode de transfert de chaleur dans le réacteur est le suivant : le transfert de chaleur par convection est dominant. Avec le chauffage dans le réacteur, l'eau s'échappe rapidement, et le coefficient de transfert de chaleur apparent diminue rapidement. Lorsque l'eau est évaporée, le coefficient de transfert de chaleur apparent tombe à un minimum de 388 W/m2.K. Bien que l'étape de séchage 1 ait un coefficient de transfert de chaleur apparent relativement élevé, étant donné que l'étape de séchage 1 prend beaucoup de temps et consomme une grande quantité d'énergie, elle a peu d'effet auxiliaire sur la pyrolyse ultérieure. Par conséquent, dans la production réelle, les matériaux peuvent être préséchés ou déshydratés. Pendant le processus de chauffage de l'étape préparatoire de la pyrolyse 2, étant donné que le processus de pyrolyse est un processus de fusion et est endothermique, les matériaux ne subissent pas encore de changement de phase significatif dans l'étape 2, qui représente une partie de réaction endothermique, et l'étape préparatoire de la pyrolyse 2 requiert le temps le plus court. Le mode de transfert de chaleur dans le réacteur est principalement basé sur la conduction thermique. Le coefficient de transfert de chaleur apparent du matériau est fondamentalement inchangé avec l'augmentation de la température, et le coefficient de transfert de chaleur apparent stagne à environ 410 W/m2.K, ce qui présente les caractéristiques d'un coefficient de transfert de chaleur faible et stable. Pendant l'étape 3 de la pyrolyse, alors que la température dans le réacteur continue d'augmenter, les déchets plastiques mixtes solides commencent à fondre et commencent à se transformer en un état liquide. Les composés organiques de faible masse moléculaire qui sont relativement faciles à décomposer subissent en premier la pyrolyse, et une partie de gaz volatils à petites molécules est produite ; le coefficient de transfert de chaleur apparent augmente alors de manière significative. Lorsque la température continue d'augmenter, les parties faibles de la chaîne principale macromoléculaire du polymère, présentes en majorité, commencent à subir des fractures endothermiques, les composants plus difficiles à décomposer se décomposent progressivement, et une grande quantité de gaz volatils est produite. Dès lors, le mode de transfert de chaleur dans le réacteur passe au mode de transfert de chaleur par convection et par rayonnement, et les performances de transfert de chaleur sont grandement améliorées. L'étape 3 de la pyrolyse prend le temps le plus long, et le coefficient de transfert de chaleur apparent maximum dans l'étape 3 de la pyrolyse est d'environ 860 W/m2.K. [0028] As shown in Figure 1, the apparent heat transfer coefficient of mixed plastic waste also has obvious characteristics in four stages: in drying stage 1, the apparent heat transfer coefficient is the highest, up to 1670 W/m2.K, and the mode of heat transfer in the reactor is as follows: heat transfer by convection is dominant. With heating in the reactor, water escapes quickly, and the apparent heat transfer coefficient decreases quickly. When the water is evaporated, the apparent heat transfer coefficient drops to a minimum of 388 W/m2.K. Although drying step 1 has a relatively high apparent heat transfer coefficient, because drying step 1 takes a long time and consumes a large amount of energy, it has little auxiliary effect on the subsequent pyrolysis. Therefore, in actual production, materials may be pre-dried or dehydrated. During the heating process of the preparatory stage of pyrolysis 2, since the pyrolysis process is a melting process and is endothermic, the materials do not yet undergo a significant phase change in stage 2, which represents an endothermic reaction part, and the preparatory stage of pyrolysis 2 requires the shortest time. The mode of heat transfer in the reactor is mainly based on thermal conduction. The apparent heat transfer coefficient of the material is basically unchanged with increasing temperature, and the apparent heat transfer coefficient stagnates at about 410 W/m2.K, which has the characteristics of a transfer coefficient of low and stable heat. During stage 3 of pyrolysis, as the temperature in the reactor continues to increase, the solid mixed plastic waste begins to melt and begins to transform into a liquid state. Low-molecular organic compounds that are relatively easy to decompose first undergo pyrolysis, and some small-molecule volatile gases are produced; the apparent heat transfer coefficient then increases significantly. As the temperature continues to increase, the weak parts of the macromolecular main chain of the polymer, present in the majority, begin to undergo endothermic fractures, the more difficult to decompose components gradually decompose, and a large amount of volatile gases are produced. From then on, the heat transfer mode in the reactor changes to the convection and radiation heat transfer mode, and the heat transfer performance is greatly improved. Stage 3 of pyrolysis takes the longest time, and the maximum apparent heat transfer coefficient in stage 3 of pyrolysis is about 860 W/m2.K.

[0029] Durant l'étape 4, vers la fin du processus de pyrolyse, le coefficient de transfert de chaleur apparent diminue considérablement, avec la réduction des gaz volatils dans le réacteur. À ce moment, il n'y a plus de réaction chimique dans le réacteur, et l'échange de chaleur entre les résidus de la réaction (cendres et noir de carbone) dans le réacteur et la paroi du réacteur est faible, et le coefficient de transfert de chaleur apparent tombe à une valeur minimale d'environ 337 W/m2.K . Les gaz volatils produits lors des étapes 3 et 4 de la pyrolyse sont condensés en huile ou en gaz inflammables non condensables à l'extérieur du réacteur. [0029] During step 4, towards the end of the pyrolysis process, the apparent heat transfer coefficient decreases considerably, with the reduction of volatile gases in the reactor. At this time, there is no longer any chemical reaction in the reactor, and the heat exchange between the reaction residues (ash and carbon black) in the reactor and the reactor wall is low, and the coefficient apparent heat transfer falls to a minimum value of approximately 337 W/m2.K. The volatile gases produced during stages 3 and 4 of pyrolysis are condensed into oil or non-condensable flammable gases outside the reactor.

[0030] Il n'est pas difficile de voir, d'après l'analyse de la figure 1, que la quantité de gaz volatils dans le réacteur détermine l'intensité du transfert de chaleur convectif dominant dans le réacteur pendant tout le processus de pyrolyse, ce qui a un impact important sur le coefficient de transfert de chaleur apparent. La valeur du coefficient de transfert de chaleur apparent est le facteur le plus important qui détermine si les matériaux sont chauffés de manière uniforme, et en conséquence la probabilité de provoquer une cokéfaction finale. Afin de résoudre le problème de la cokéfaction sur la paroi interne du réacteur de pyrolyse susmentionné, la présente invention propose un procédé pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent et empêcher la cokéfaction sur la paroi interne du réacteur pendant le processus de pyrolyse de déchets solides organiques et un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé. Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, la présente invention adopte les solutions techniques suivantes : Dans la présente invention, pendant le processus de chauffage des étapes de pyrolyse 2, 3 et 4, une pompe à engrenages basse pression est utilisée pour entraîner uniformément une huile diesel légère quantitative ou un liquide mixte de biodiesel léger et d'isopropanol dans le fond du corps du réacteur de pyrolyse, le liquide mixte pompé est chauffé et volatilisé en gaz, et cette partie du gaz volatil supplémentaire sera utilisée pour augmenter le coefficient de transfert de chaleur apparent pendant le processus de craquage thermique. [0030] It is not difficult to see, from the analysis of Figure 1, that the quantity of volatile gases in the reactor determines the intensity of the convective heat transfer dominant in the reactor during the entire process of pyrolysis, which has a significant impact on the apparent heat transfer coefficient. The value of the apparent heat transfer coefficient is the most important factor that determines whether materials are heated uniformly, and consequently the likelihood of causing final coking. In order to solve the problem of coking on the inner wall of the above-mentioned pyrolysis reactor, the present invention provides a method for improving the apparent heat transfer coefficient and preventing coking on the inner wall of the reactor during the waste pyrolysis process. organic solids and a device for carrying out the process. In order to achieve the above objective, the present invention adopts the following technical solutions: In the present invention, during the heating process of pyrolysis steps 2, 3 and 4, a low-pressure gear pump is used to drive uniformly quantitative light diesel oil or mixed liquid of light biodiesel and isopropanol into the bottom of the pyrolysis reactor body, the pumped mixed liquid is heated and volatilized into gas, and this part of the extra volatile gas will be used to increase the apparent heat transfer coefficient during the thermal cracking process.

[0031] La figure 2 montre un dispositif de réaction pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent dans le processus de pyrolyse de déchets solides organiques, comprenant : un réservoir de stockage d'huile 1, un tuyau d'entrée d'huile 2, une pompe à engrenages 3, un moteur à fréquence variable CA 4, un clapet anti-retour de liquide haute pression 5, un tuyau de sortie d'huile en acier inoxydable de la pompe à engrenages pour liquide basse pression 6, un raccord étanche 7, un tuyau en céramique résistant à la haute température et à la corrosion chimique 8 ; une buse multifonctionnelle en acier inoxydable 9, un corps de réacteur de pyrolyse 10 et un débitmètre massique de gaz résistant à la haute température 11. [0031] Figure 2 shows a reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste, comprising: an oil storage tank 1, an oil inlet pipe 2 , a gear pump 3, an AC variable frequency motor 4, a high pressure liquid check valve 5, a stainless steel oil outlet pipe of the low pressure liquid gear pump 6, a waterproof fitting 7, a ceramic pipe resistant to high temperature and chemical corrosion 8; a multifunctional stainless steel nozzle 9, a pyrolysis reactor body 10 and a high temperature resistant gas mass flow meter 11.

[0032] Le réservoir de stockage d'huile 1 contient de l'huile diesel légère ou un liquide mixte de biodiesel léger et d'isopropanol, dans lequel l'isopropanol représente 20 à 30 % en masse. Le liquide mélangé représente environ 10 % en masse de la charge dans le réacteur. Le liquide mélangé entre dans la pompe à engrenages basse pression 3 par le tuyau d'entrée d'huile de la pompe à engrenages basse pression 2. En ajustant la vitesse de rotation de la pompe 3, le débit requis peut être facilement ajusté. Ce mode de réalisation utilise un moteur à fréquence variable CA 4, ou un moteur sans balais CC, pour contrôler la vitesse de rotation de la pompe à engrenages afin de régler le débit. Comme la pompe à engrenages basse pression 3 n'est pas équipée d'un clapet anti-retour intégré, le liquide dans la canalisation peut s'écouler pendant l'arrêt, ce qui peut provoquer un phénomène de fuite par gouttelettes, ou de l'air peut pénétrer dans la canalisation après une période d'arrêt. Afin d'éviter l'apparition de tels phénomènes, dans cet exemple de réalisation, un clapet anti-retour de liquide haute pression en acier inoxydable 5 est installé à la sortie de la pompe 3 avec une pression d'ouverture aussi faible que possible. Le tuyau de sortie d'huile en acier inoxydable 6 de la pompe à engrenages basse pression est installé à l'intérieur du fond du corps du réacteur de pyrolyse 10 à travers le raccord étanche 7, et le tuyau de sortie d'huile 6 est recouvert d'un tuyau en céramique 8 résistant aux hautes températures et à la corrosion chimique pour protéger 6. The oil storage tank 1 contains light diesel oil or a mixed liquid of light biodiesel and isopropanol, in which the isopropanol represents 20 to 30% by mass. The mixed liquid represents approximately 10% by mass of the feed in the reactor. The mixed liquid enters the low pressure gear pump 3 through the oil inlet pipe of the low pressure gear pump 2. By adjusting the rotation speed of the pump 3, the required flow rate can be easily adjusted. This embodiment uses an AC variable frequency motor 4, or a DC brushless motor, to control the rotational speed of the gear pump to adjust the flow rate. Because the low pressure gear pump 3 is not equipped with a built-in check valve, the liquid in the pipeline may flow out during shutdown, which may cause droplet leakage phenomenon, or leakage. Air can enter the pipe after a period of shutdown. In order to prevent the occurrence of such phenomena, in this exemplary embodiment, a stainless steel high pressure liquid check valve 5 is installed at the outlet of the pump 3 with as low an opening pressure as possible. The stainless steel oil outlet pipe 6 of the low pressure gear pump is installed inside the bottom of the pyrolysis reactor body 10 through the waterproof fitting 7, and the oil outlet pipe 6 is covered with ceramic pipe 8 resistant to high temperature and chemical corrosion to protect 6.

[0033] Pendant le processus de chauffage des étapes de pyrolyse 2, 3 et 4, le liquide mélangé dans le réservoir de stockage d'huile 1 est pulvérisé uniformément dans le fond du corps du réacteur sous l'action de la pompe à engrenages basse pression 3, et la distance de pulvérisation du liquide mélangé est déterminée par la pression en sortie de la pompe à engrenages 3. La forme du pulvérisation et la taille des particules du liquide mélangé pulvérisé sont déterminées par la buse multifonctionnelle 9 en acier inoxydable. La buse peut commuter de manière pratique la méthode de pulvérisation en fonction des besoins, et peut former des gouttelettes de différentes tailles. Le liquide mélangé se volatilise ensuite rapidement pour former du gaz afin d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur apparent tout au long du processus de pyrolyse. La durée de fonctionnement de la pompe à engrenages basse pression 3 peut être déterminée par le débitmètre massique de gaz résistant aux hautes températures 11 installé à la sortie de gaz du corps de réacteur 10. Lorsque le débitmètre de gaz détecte que le flux de vapeur d'eau diminue progressivement et s'approche de zéro, le liquide organique est injecté dans le réacteur de pyrolyse ; lorsque le débitmètre de gaz détecte que le flux de vapeur d'huile et de gaz diminue progressivement et s'approche de zéro, signifiant le terme de la pyrolyse, la pulvérisation de liquide organique dans le réacteur de pyrolyse est arrêtée. [0033] During the heating process of pyrolysis steps 2, 3 and 4, the mixed liquid in the oil storage tank 1 is sprayed evenly into the bottom of the reactor body under the action of the low gear pump pressure 3, and the spray distance of the mixed liquid is determined by the outlet pressure of the gear pump 3. The spray shape and particle size of the sprayed mixed liquid are determined by the multifunctional stainless steel nozzle 9. The nozzle can conveniently switch the spray method according to needs, and can form droplets of different sizes. The mixed liquid then rapidly volatilizes to form gas to increase the apparent heat transfer coefficient throughout the pyrolysis process. The running time of the low-pressure gear pump 3 can be determined by the high temperature resistant gas mass flow meter 11 installed at the gas outlet of the reactor body 10. When the gas flow meter detects that the steam flow d The water gradually decreases and approaches zero, the organic liquid is injected into the pyrolysis reactor; When the gas flow meter detects that the flow of oil and gas vapor gradually decreases and approaches zero, signifying the termination of pyrolysis, the spraying of organic liquid into the pyrolysis reactor is stopped.

[0034] L'isopropanol contenu dans la solution mixte peut également réduire efficacement la viscosité de l'huile lourde ou de la cire d'huile et du gaz produits par la pyrolyse complète du plastique mixte, évitant ainsi l'adhésion des produits susmentionnés à la paroi interne du réacteur. En l'absence d'agitation mécanique, une augmentation appropriée de la vitesse de rotation du corps du réacteur peut favoriser la volatilisation du liquide mixte et renforcer la convection du gaz dans le corps du réacteur, et cela favorise également l'augmentation du coefficient de transfert de chaleur apparent. Dans le cas où le corps du réacteur est maintenu immobile et où un dispositif d'agitation spécial est utilisé dans le corps du réacteur, l'augmentation appropriée de la vitesse de rotation du dispositif d'agitation spécial peut également accélérer la volatilisation du liquide mixte et renforcer la convection du gaz dans le corps du réacteur, augmentant ainsi le coefficient de transfert de chaleur apparent. Le gaz formé par la volatilisation du liquide mixte et le gaz craqué produit par la pyrolyse du plastique mixte sont collectés par le système de condensation à l'extérieur du réacteur, puis condensés. L'alcool isopropylique qu'il contient se retrouve dans l'huile condensée et réduit la viscosité de l'huile. Par conséquent, la probabilité d'obstruction par l'huile brute dans un pipeline de transport ultérieur, en raison de sa viscosité élevée, est également réduite. [0034] The isopropanol contained in the mixed solution can also effectively reduce the viscosity of the heavy oil or oil wax and gas produced by the complete pyrolysis of the mixed plastic, thereby avoiding the adhesion of the above-mentioned products to the internal wall of the reactor. In the absence of mechanical stirring, an appropriate increase in the rotation speed of the reactor body can promote the volatilization of the mixed liquid and strengthen the gas convection in the reactor body, and this also promotes the increase of the coefficient of apparent heat transfer. In the case where the reactor body is kept stationary and a special stirring device is used in the reactor body, appropriately increasing the rotation speed of the special stirring device can also accelerate the volatilization of the mixed liquid and strengthen the gas convection in the reactor body, thereby increasing the apparent heat transfer coefficient. The gas formed by the volatilization of the mixed liquid and the cracked gas produced by the pyrolysis of the mixed plastic are collected by the condensation system outside the reactor and then condensed. The isopropyl alcohol it contains is found in the condensed oil and reduces the viscosity of the oil. Therefore, the probability of blockage by crude oil in a subsequent transportation pipeline, due to its high viscosity, is also reduced.

[0035] La présente invention convient à divers types de réacteurs qui utilisent la pyrolyse pour traiter divers déchets solides organiques, et convient également à la pyrolyse de matériaux mixtes ou de matériaux individuels de divers déchets solides organiques. Pour un réacteur de pyrolyse à grande échelle, plusieurs dispositifs de cet exemple de réalisation peuvent être utilisés au fond du corps du réacteur et disposés raisonnablement pour obtenir l'effet le plus optimisé. [0035] The present invention is suitable for various types of reactors which use pyrolysis to treat various organic solid wastes, and is also suitable for pyrolysis of mixed materials or individual materials of various organic solid wastes. For a large-scale pyrolysis reactor, several devices of this exemplary embodiment can be used at the bottom of the reactor body and reasonably arranged to obtain the most optimized effect.

[0036] La méthode fournie dans cet exemple et le dispositif de mise en oeuvre de la méthode sont utilisés pour pyrolyser des déchets de matières plastiques mixtes afin de produire de l'huile de pyrolyse. Les déchets plastiques mixtes après séchage et déshydratation utilisés sont : du polypropylène PP 50 % en masse et du polyéthylène PE 50 % en masse. Ceux-ci ont été utilisés dans des dispositifs à une échelle de laboratoire (chaque batch de matières premières mixtes remplissant les 3/4 du volume du corps du réacteur) en augmentant respectivement le taux de transmission apparent. L'augmentation du coefficient de transmission thermique apparent permet d'améliorer la pyrolyse (selon l'exemple) par rapport à la pyrolyse conventionnelle (selon l'exemple comparatif) pour produire des produits combustibles utiles. L'exemple fourni par la présente invention est utilisé pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur apparent du procédé de pyrolyse des déchets solides organiques et pour empêcher la cokéfaction de la paroi interne du réacteur et du dispositif de mise en oeuvre du procédé, et l'exemple comparatif n'est pas fourni avec le procédé et le dispositif de la présente invention. The method provided in this example and the device for implementing the method are used to pyrolyze mixed plastic waste in order to produce pyrolysis oil. The mixed plastic waste after drying and dehydration used are: polypropylene PP 50% by mass and polyethylene PE 50% by mass. These have been used in devices on a laboratory scale (each batch of mixed raw materials filling 3/4 of the volume of the reactor body) respectively increasing the apparent transmission rate. Increasing the apparent thermal transmittance makes it possible to improve pyrolysis (according to the example) compared to conventional pyrolysis (according to the comparative example) to produce useful combustible products. The example provided by the present invention is used to improve the apparent heat transfer coefficient of the process for pyrolysis of organic solid waste and to prevent coking of the internal wall of the reactor and of the device for implementing the process, and the The comparative example is not provided with the method and the device of the present invention.

[0037] Comme on peut le voir sur la figure 3, dans les deux expériences comparatives, l'étape 1 de séchage est raccourcie étant donné que les matières premières ont été à la fois séchées et déshydratées. L'humidité résiduelle de la matière première se volatilise lorsque la température du réacteur augmente et contribue au coefficient de transfert de chaleur apparent à ce moment-là. Le coefficient de transfert de chaleur apparent est d'environ 560 W/m2.K. Les coefficients de transfert de chaleur apparent entre l'exemple et l'exemple comparatif ne sont pas significativement différents à ce stade. Parallèlement à l'augmentation de la température dans le corps du réacteur, la pompe à engrenage commence à pulvériser le liquide mélangé de diesel léger et d'isopropanol uniformément dans le réacteur jusqu'à la fin de la pyrolyse, et le coefficient de transfert de chaleur apparent le plus élevé de l'exemple dans la pyrolyse est de 955 W/m2.K, tandis que le coefficient de transfert de chaleur apparent le plus élevé de l'exemple comparatif dans la pyrolyse est de 860 W/m2.K. Par comparaison, on peut constater que le procédé et le dispositif fournis par la présente invention peuvent améliorer considérablement le coefficient de transfert de chaleur apparent. As can be seen in Figure 3, in the two comparative experiments, drying step 1 is shortened since the raw materials were both dried and dehydrated. Residual moisture from the feedstock volatilizes as the reactor temperature increases and contributes to the apparent heat transfer coefficient at that time. The apparent heat transfer coefficient is approximately 560 W/m2.K. The apparent heat transfer coefficients between the example and the comparative example are not significantly different at this stage. Along with the temperature increase in the reactor body, the gear pump begins to spray the mixed liquid of light diesel and isopropanol evenly into the reactor until the pyrolysis ends, and the transfer coefficient of The highest apparent heat transfer coefficient of the example in pyrolysis is 955 W/m2.K, while the highest apparent heat transfer coefficient of the comparative example in pyrolysis is 860 W/m2.K. By comparison, it can be seen that the method and device provided by the present invention can significantly improve the apparent heat transfer coefficient.

[0038] Les exemples de réalisation ci-dessus ne servent qu'à illustrer l'idée technique de la présente invention, et ne limitent pas la portée de la protection de la présente invention. Toutes les modifications apportées sur la base de la solution technique selon l'idée technique proposée par la présente invention entrent toutes dans le champ de protection de la présente invention. La technologie non impliquée dans la présente invention peut être réalisée par la technologie existante. The above embodiment examples only serve to illustrate the technical idea of the present invention, and do not limit the scope of the protection of the present invention. All modifications made on the basis of the technical solution according to the technical idea proposed by the present invention all fall within the scope of protection of the present invention. Technology not involved in the present invention can be realized by existing technology.

Claims

1. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the pyrolysis process of organic solid waste, characterized in that it comprises: an oil storage tank, a gear pump, a pyrolysis reactor; the oil storage tank is used for storing organic liquid; the gear pump is connected to the oil storage tank through the oil inlet pipe, and is connected to the bottom of the pyrolysis reactor through the oil outlet pipe. The gear pump sprays the organic liquid from the oil storage tank into the pyrolysis reactor. The organic liquid is heated and volatilized into gas, so as to reduce the adhesion of organic solid waste to the inner wall of the reactor during the pyrolysis process.

2. A reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the organic liquid stored in the oil storage tank is a light diesel oil or a mixed liquid of light biodiesel and isopropanol, among which the mass ratio of isopropanol is 20% to 30%.

3. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the oil outlet pipe is equipped with a high liquid check valve pressure at the outlet of the gear pump and the oil outlet pipe is provided with a nozzle at its outlet inside the pyrolysis reactor, and the nozzle can switch the spray mode to form droplets of different sizes.

4. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the gear pump is a low pressure gear pump, and an AC variable frequency motor or a DC brushless motor is used to control the rotation speed of the gear pump.

5. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the oil outlet pipe is equipped with a high temperature resistant ceramic pipe and chemical corrosion at its exit inside the pyrolysis reactor.

6. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the oil outlet pipe is installed at the bottom inside the reactor body pyrolysis via a waterproof connection.

7. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the gas outlet of the pyrolysis reactor is provided with a gas flow meter; The water vapor flow rate and the oil vapor flow rate are measured by the gas flow meter, in order to control the time during which the organic liquid is injected into the pyrolysis reactor.

8. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: when the gas flow meter detects that the flow of water vapor gradually decreases and increases approaching zero, an organic liquid is sprayed into the pyrolysis reactor; When the gas flow meter detects that the oil vapor flow gradually decreases and approaches zero, the spray of organic liquid into the pyrolysis reactor is stopped.

9. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the process of pyrolysis of organic solid waste according to claim 1, in which: the body of the pyrolysis reactor can rotate or be provided with a stirring device to inside the reactor body.

10. Reaction device for improving the apparent heat transfer coefficient in the organic solid waste pyrolysis process according to claim 1, wherein: the bottom of the pyrolysis reactor can be equipped with one or more groups of gear pumps for spray the organic liquid into the reactor.