CN217368414U - 用于有机材料热分解的反应器 - Google Patents

Abstract

一种用于有机材料热分解的反应器，包括由导热材料制成的压力容器(1)，所述压力容器具有不透水的底部(2)和气密盖(3)，以及至少一个用于通过分解释放的物质来移除的出口(4)。所述容器(1)的所述底部(2)向内凹陷，以便在所述反应器内形成至少一个用于向待处理材料层供热的突出物(6)，所述突出物(6)的下部由所述容器(1)的中空凹槽(8)和隔板(9)包围，其位于所述反应器高度的1/10至1/3处，并包含多个自由流动的开口(10)。所述反应器包括一根气管(11)，所述气管通过所述反应器盖(3)供给，并向下穿过所述反应器内部的空间，在那里穿过所述隔板(9)并打开进入所述隔板(9)下方的所述凹槽(8)。

Description

用于有机材料热分解的反应器

技术领域

提出的解决方案涉及一种用于插入热室的反应器，以及在不接触氧气的情况下对有机材料进行热分解。

背景技术

进行材料的热分解，即热分解，以获得可用的产品。作为热分解的一种特殊变体，对于有机材料，通常选择热解，在热解过程中，没有氧气，因此没有燃烧。材料的分解是由高温和高压引起的，高温和高压是根据材料的成分以及所需产品的类型和质量选择和不断调整的。将待处理的材料放置在封闭的加热空间中，例如熔炉室，在所述空间中，材料经受高温，同时从加热空间排出气体进行进一步处理。优选地，所述材料处于允许良好热访问的处理中，例如以粉碎或研磨颗粒的形式。材料加热时产生的气体随着材料温度的升高而改变其成分。挥发性物质、水和惰性气体逐渐释放。众所周知，在高温下，根据起始材料的成分和压力条件的不同，可用于能源的高碳氢化合物含量的气体会从这些材料中释放出来。已知这些材料热分解过程的原理以及根据特定的热分解温度和压力通过热分解获得的馏分的组成。然而，问题是要实现这些热分解过程的良好经济性。为了获得经济效益，有必要选择一种良好的材料加热方式，特别是批量、材料受热时间和压力。然而，这不仅取决于这些因素，还取决于材料加工层的厚度及其分布、加热器的位置或供应热量的热交换表面、热源的良好选择等。这还与缺乏最佳装置有关。目前，待处理的材料被引入反应器中靠近周围空间的热室，从而确保氧气进入的最大限制。通常使用的反应器不是连续操作而是分批操作的，因为它们比连续反应器更容易操作，并且因为它们允许更完美地处理材料。从热处理后的原批次材料中，反应器中只剩下一种固体残渣，其形式为烧焦颗粒，或烧焦骨架，其主要成分为碳的含碳颗粒分解成碎屑。

加工原料的充分分解仍然是生态思维和废物处理工作的一个问题。在加热过程中，材料沉淀成硬块，硬块可能有外壳，也可能没有外壳，这严重阻碍了热量进入材料层，并限制了材料的渗透性，以排出热分解产生的物质。

例如，根据申请PCT/CZ2013/000133(CZ专利304 835)，已知用于生产电力工程燃料的装置，这批材料以移动罐的形式放置在反应器的空腔中，移动罐由一个底部平坦或圆形的压力容器和一个盖组成，盖上有一个与气管线相连的气体出口。所述反应堆具有传统压力容器的典型形状，具有圆柱形壁和弧形凸底，或具有平底。反应器的内部是空的、光滑的，没有隔板、突出物或任何其它附件。所述材料沉积在所述反应器的底部。所述反应器的缺点是，在分解过程中，材料在反应器下部的高层中沉淀并增厚。高密度层可防止完美的传热和释放物质的逸出。材料也可能烧结。随着热分解过程的继续，材料的渗透性会恶化，这会导致分解过程的减慢和材料中物质的不完全排放。

文件CZ专利305,015描述了适用于连续热解过程的反应器的使用。根据本专利的反应器呈垂直体的形式，具有圆柱形壁，所述圆柱形壁具有带液体传热介质的中空壳体、材料的上部料斗和材料的下部出口。内部内置中空加热器，绕过加工材料。这些空心加热器充满液体传热介质，在反应器外部有入口和出口。在顶部和底部，这些加热器形成具有锥形上表面的加热室。在反应器高度的中间有一个加热的管道，它在反应器的壁周围以及反应器中间有材料通道。反应器中的内置加热器形成一个倾斜表面系统。待处理材料的路径一方面由加热器的倾斜表面形成，另一方面由加热器和反应器加热壁之间的通道形成。从上面，将材料倒入反应器，反应器中的反应器在加热的斜面上分层成薄层。材料落在受热面上后，随后在重力作用下移动，并沿各种受热面向下扩散。在材料通过反应器自上而下扩散的过程中，材料被加热，逸出的气体热分解产物通过反应器的侧壁排出。下面是从中取出干残渣的出口。所述解决方案的缺点是无法处理除液体或松散颗粒以外的材料。另一个缺点是，由于反应器中的材料不会停止，并且越来越多的材料不断流入和流出，因此只有成分恒定的材料混合物被排出，并且随着时间的推移，热解产物不会持续显著不同。在连续过程中，加工材料也没有完全分解，因此最终产品中存在许多混合和压舱物，这限制了使用产品的可能性。在反应器中，材料粘附在加热器的热表面并堵塞通道的风险很高。通过粘附材料表面的热传递显著恶化。通道堵塞与材料不必要的局部过热和可能的爆炸风险有关。为了避免这些风险，必须对反应器进行密切监控，过程经常中断，并对装置进行拆卸、清洁和其它维护。

发明内容

提出的解决方案消除了上述缺点。用于有机材料热分解反应器是由导热材料制成的压力容器，具有不透水的底部和气密盖。反应器盖设有至少一个出口，用于分解释放的物质。新解决方案的原理是反应器底部向内凹陷，以便在反应器内部形成至少一个突出物，用于在待处理材料层内供应热量。

包含或至少几个突出物中的至少一个突出物优选位于反应器底部的中部，在这种情况下，它延伸到反应器高度的1/10至1/2。下面只提到一个突出部分，因为反应器中只有一个突出部分的可能性最大。

突出物可具有圆锥形或其它合适形状。优选地，突出物具有圆柱形壁。

至少突出物的下部优选地被中空凹槽包围，所述中空凹槽在底部由反应器底部限定，在顶部由分隔反应器内部空间的隔板限定。

隔板位于反应堆高度的1/10和1/3处。

优选地，隔板位于比突出物到达的高度低的位置，以便突出物在隔板上方突出。

反应器的进一步设计使得隔板可包括至少一个自由流动开口，而反应器配备有至少一根气管，所述气管穿过反应器盖并向下穿过反应器内的空间，在所述空间中穿过隔板并导入隔板下的凹槽中。

作为自由流动开口，隔板可包含例如螺旋切口或径向切口等。优选地，隔板包括多个自由流动开口。自由流动开口是指隔板中的所有自由开口，即不作为突出物密封通道的开口。

优选地，反应器具有至少一个用于在盖上操作的手柄，所述手柄位于气管从其出来的位置以外的位置。

拟建反应器设计用于热分解、热解含有碳化合物的有机物质，如橡胶、塑料、生物质、污水污泥等。因此，它可用于多种废物的二次处理，如PET瓶、一般塑料废物、废旧轮胎、农业废物、食品废物、各种添加剂、肥料、气体燃料、工业用油和润滑剂、氢气、活性炭和其它吸收剂、颜料、复合材料等产品可通过使用拟建反应器进行热分解获得。可以生产各种工业半成品，例如碳氢化合物、用于生产其它物质(如聚丙烯)的馏分、用于石化的液体产品、用于农业的固体产品。

所述反应器的主要优点是提高热分解过程的经济效率。当反应器从外部加热时，热量从下方流入突出部分，并进一步通过突出部分进入材料层。因此，通过突出物，不仅可以从反应器的壁和底部周围的层供应热量，而且可以直接在被处理材料的中间供应热量。通过将活化介质引入反应器并以受控方式驱动其通过分解材料的可能性，可实现对材料的更好传热，并改善材料中产物的释放和排放。它还可以防止材料过度沉降、烧结和形成不需要的结壳。也可以通过控制惰性气体的供应来加速最终冷却并置换其余释放的物质。与现有状态相比，建议的反应器可实现显著更好的材料分解。热分解后留在反应器中的固体残渣是纯碳，没有不需要的压载杂质。与拟建反应器中材料加工的现有状态相比，气体和气溶胶以较少的混合、更多的物质特定部分获得，因此可加工成更广泛的产品。

附图说明

建议的解决方案如图所示：

图1为在没有隔板和气管的情况下，穿过反应堆中心的垂直截面图；

图2为通过配备隔板和气管的反应器中心拍摄的垂直截面图；

图3为根据上图，反应堆隔板本身的俯视图；

图4为显示了图2所示反应器的操作，以及穿过反应器中心的垂直截面图。

1、容器；2、底部；3、盖；4、出口；5、手柄；6、突出物；7、底座； 8、凹槽；9、隔板；10、开口；11、气管；12、批次。

具体实施方式

图1至图4中示出了所提议解决方案的示例性设计。

图1中显示了一个用于热解的示例性拟建反应器，即用于有机材料的热分解，而不需要氧气。反应器为不锈钢压力容器1，具有封闭底部2和气密盖 3。盖3配备有出口4，用于通过分解释放的物质进行排放。在顶部，盖3上有三个手柄5，其中两个在图中可见，这些手柄5允许悬浮和机器操作反应堆。这种操作尤其表现为将反应器插入炉中，并在热解过程冷却且反应器冷却后将其移除。

容器1的底部2为特殊形状。它向内凹陷，以便在反应器内形成突出物 6，用于向待处理材料层供应热量。容器1具有圆柱形壁，突出物6位于其轴线的中间。突出物6的有效高度为反应器内部空间高度的1/10至1/2。对于图中的示例性反应器，突出物6从下方延伸至反应器内部高度约1/3的最佳高度。突出物6还具有圆柱形壁。在底部，容器1具有焊接缘石，形成底座7，当反应器放置在熔炉中时，所述底座可稳定反应器的位置，并防止反应器在外部空间填充时翻倒。

图2中是一个类似的反应器，与前一个不同之处在于，突出物6的下部被一个中空的凹槽8包围，所述凹槽8在底部由容器1的底部2限定，在顶部由一个隔板9限定，隔板9将反应器内的空间隔开。通过这种方式，可以根据需要修改和交替使用先前的反应器。需求主要取决于加工材料的材料组成及其稠度。隔板9应位于反应堆内部高度的1/10至1/3处。图2中的隔板9的高度约为反应堆内部高度的1/9。隔板9的高度远低于突出物6的高度，因此突出物6向上突出，在这种情况下，突出物6的高度超过其高度的一半。隔板9穿孔，包括多个自由流动的开口10，如图3所示。最佳情况下，它可以做成筛子、网或网格。隔板9的设备与其它反应堆设备相关，即气管11。气管11通过盖3 进入反应器，并向下穿过反应器内的空间，在此穿过隔板9，并进入隔板9下的凹槽8。

图4显示了运行期间的反应器。

容器1装满第12批材料，盖3紧闭，反应器置于无焰炉中加热。材料分布在突出物6周围。如果使用带隔板9的反应器，则材料会散布在隔板9上，且隔板下仍有一个空凹槽8。材料通常也堆放在突出物6上方。在使用非液体材料的情况下，容器1中的材料可以形成在中间最高的堆。由于反应器没有氧气供应，因此在不燃烧的情况下进行热解，即批次12的热分解。生成的蒸汽、气体和热解气溶胶通过出口4从反应器上部连续排放。然后，这些设备被引入其它处理设备，特别是用于最终产品分馏的冷却系统。物质的运动如图4所示，用箭头表示。反应器内材料的分解过程根据起始材料的类型以及反应器内温度和压力水平对产品材料组成的要求进行连续调节。蒸汽、气体和气溶胶的不同组成部分逐渐从分解物质中释放出来。反应器同时从侧面、容器1壁上方和下方加热。从下方，热量沿向上方向流入凹槽8，然后流入凸起6的空腔并穿过它，然后从那里沿从配料层12的中心到材料层边缘的方向扩散。如果突出物6 具有如所示示例中所示的圆柱形壁，则会发生烟囱效应，并且来自下方的大部分热量会扩散到突出物6顶部的材料中。由于材料边缘在容器1及其底部2的圆柱壁上同时加热，因此批次12从各个方向加热，其体积随着物质损失而减小。通过突出物6向材料层中心供热将显著提高加热效率。如有必要，将激活分解的材料。温度和压力升高，基于水蒸气的活化介质通过气管11进入凹槽8。活化介质填充凹槽8，并从凹槽中流过隔板9中的多个开口10，以均匀分散的状态向上流入和流过分解材料的批次12。活化介质流入材料有助于引入和传播热量，并在其通过分解材料时分解沉降颗粒，从而促进物质从分解材料中释放。激活介质以其自身的流撕裂释放的物质，并富含这些物质，它从容器1中的加工材料上升到盖3。从那里，含有热解物质的活化介质通过出口4排出反应器。在热分解过程中，由于水、空气和释放的物质的损失，材料体积减小，其层的高度降低了几倍。

加热后，进行冷却。可选地，通过气管11再次调节冷却速率，以便将惰性气体引入凹槽8中。一方面，它加速冷却，另一方面，排出热解气体的残留物。在整个处理过程中，分解的材料留在隔板9上的反应器中。隔板9 有助于分配材料、均匀分配供应的介质和来自下方的热量，防止气管11的口堵塞，并有助于清除加工材料中的任何固体残留物以及清洁和维护反应器。冷却后，将反应器从熔炉中取出，打开盖3并倒出剩余的材料。剩余物通常以粉末状碳的形式存在，但在存在无机物质的情况下，可能会存在其它颗粒，例如在处理旧轮胎的情况下，除了碳之外，轮胎中用作增强材料的钢丝绳仍然存在。

Claims (9)

1.一种用于有机材料热分解的反应器，其形式为具有不透水底部(2)和气密盖(3)的导热材料压力容器(1)，其中所述反应器盖(3)具有用于分解释放物质的至少一个出口(4)，其特征在于，所述容器(1)的所述底部(2)向内凹陷，以便在所述反应器内形成至少一个突出物(6)，用于向待处理材料层供应热量。

2.根据权利要求1所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述突出物(6)位于所述容器(1)的所述底部(2)的中间，并延伸至所述反应器高度的1/10至1/2。

3.根据权利要求1或2所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述突出物(6)具有圆柱形壁。

4.根据权利要求1所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述突出物(6)的至少下部由中空凹槽(8)包围，所述中空凹槽(8)由所述容器(1)的所述底部(2)限定，并且在顶部由分隔所述反应器内部空间的隔板(9)限定。

5.根据权利要求4所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述隔板(9)位于所述反应器高度的1/10至1/3处。

6.根据权利要求4或5所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述隔板(9)位于比所述突出物(6)更低的高度。

7.根据权利要求4或5所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述隔板(9)包含至少一个自由流动开口(10)，而所述反应器配备有至少一个气管(11)，所述气管(11)穿过所述反应器的所述盖(3)并向下穿过所述反应器内的所述空间，穿过所述隔板(9)并引入所述隔板(9)下方的凹槽(8)。

8.根据权利要求7所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述隔板(9)包括多个自由流动的开口(10)。

9.根据权利要求7所述的用于有机材料热分解的反应器，其特征在于，所述盖(3)具有至少一个用于操纵的手柄(5)，所述手柄(5)固定在所述气管(11)进入的位置以外的位置。

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