CZ11558U1 - Zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály - Google Patents

Description

Zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, které obsahuje cyklonový reaktor. Rychlá fluidní pyrolýza obecně je technologický postup tepelné degradace bez přístupu kyslíku v hermeticky uzavřeném cyklu, která je určena k efektivnímu energetickému využití odpadových materiálů - ojetých pneumatik, odpadních gum, pryží a plastů. Dále lze v této technologii zpracovávat ostatní biologické odpady v suché podobě - dřevo, dřevní odpady, slámu, seno a podobně, popřípadě lze zpracovávat rychle rostoucí energetické plodiny.

Dosavadní stav techniky

Ve světě jsou uváděny dva způsoby pyrolyzního rozkladu.

První způsob je založen na tepelném rozkladu v retortní peci, kdy vsázka je bez přítomnosti kyslíku naplněna do retortní pece, kde po dobu třiceti minut dochází k rozkladu vsázky za stálého míchání mechanickým otáčením retortní pecí a vytváření podtlaku pro odsávání uvolňujících se plynných složek. Proces probíhá při teplotě kolem 600 °C. Vnější zahřívací teplo je závislé na předávací ploše retortní pece. Není využívána tepelná energie, jelikož zařízení bylo vyprojektováno pouze na likvidaci odpadu.

Druhý způsob je zaměřen k likvidaci pouze celých pneumatik v tunelové peci s mechanickým dopravníkem, kde probíhá ohřev pomocí mikrovlnných zářičů. Mikrovlnným zářením dojde k ohřevu vsázky na přibližně 350 °C, při které dochází k rozkladu pneumatik. Uvolněné plyny jsou z tunelové pece odsávány.

U pyrolyzních způsobů je přímo úměrná závislost mezi výší teploty, rychlostí tepelného zatížení a rychlostí následného ochlazení na poměrném zastoupení získaných surovin.

V řadě technických, zemědělských, komunálních a jiných provozů vzniká nezanedbatelné množství energetických surovin a energeticky využitelných odpadů. Až dosud se tyto suroviny a odpady většinou spalují na místě nebo se transportují do lépe vybavených spaloven, popřípadě se ukládají na skládky nebo kompostují. Problémem jsou přitom zejména emise spalování, a to jak nevyhnutelný oxid uhličitý, tak i další, převážně škodlivé či nežádoucí složky, které při spalování vznikají, do ovzduší.

Příkladem takových energetických surovin a energeticky využitelných odpadů jsou například ojeté pneumatiky, jiné odpadní pryže a plasty. Jinou skupinou jsou pak biologické odpady v suché nebo téměř suché podobě, například dřevo, dřevní odpady, sláma, seno a podobně, popřípadě rozmáhající se rychle rostoucí energetické plodiny.

Úkolem technického řešení je proto nalezení takového zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, kterou bude možno provádět v hermeticky uzavřeném cyklu, na jehož vnějších výstupech bude pouze čistá mechanická, tepelná či elektrická energie, popřípadě dále jako surovina či palivo využitelné uhlovodíky v kapalné či plynné formě.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, které obsahuje cyklonový reaktor, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z atmosférické násypky, která je přes uzavírací turniket

-1 CZ 11558 U1 propojena s provozní násypkou, propojenou se zásobníkem dusíku pro vypuzení vzduchu z upravené vstupní suroviny dusíkem, na kterou přes dávkovači turniket navazuje cyklonový reaktor, ke kterému je připojen odlučovací karbonový cyklon, k jehož prvnímu výstupu je připojen provozní zásobník karbonu a k jehož druhému výstupu je připojen kondenzační cyklon, k jehož prvnímu výstupu je připojen provozní zásobník oleje a k jehož druhému výstupu je připojen plynojem, přičemž celé zařízení je hermeticky uzavřeno.

Cyklonový reaktor je ve spalovací komoře s výhodou opatřen tepelným výměníkem spaliny/procesní plyn a v komínovém výstupu spalovací komory je uspořádán tepelný výměník spaliny/voda.

Provozní zásobník karbonu je s výhodou opatřen tepelným výměníkem karbon/voda.

Provozní zásobník oleje je s výhodou opatřen tepelným výměníkem olej/voda a tepelným výměníkem olej/ledová voda.

Vstupní surovina se pro zařízení podle tohoto technického řešení tedy upravuje do formy granulátu, popřípadě malých vznosných kousků, a je v malém množství vnášena pomocí procesního plynu do cyklonového reaktoru, kde dochází k okamžitému rozkladu granulátu, popřípadě vznosných kousků.

Dalším významným znakem zařízení podle tohoto technického řešení je transport granulátu, popřípadě vznosných kousků nebo zreagovaného karbonu, který je zajištěn pomocí vznosné vrstvy procesního plynu.

Podstatnou výhodou zařízení podle tohoto technického řešení je skutečnost, že není třeba vytvářet podtlak k odtahu uvolněných plynných složek, protože tyto jsou unášeny prouděním procesního plynu.

Další podstatná výhoda a rozdíl oproti známým zařízením tohoto druhu spočívá v tom, že procesní plyn odebere veškeré zbytkové teplo unikající ze spalinové komory a toto zbytkové teplo je částečně využito při rozkladové reakci v cyklonovém reaktoru. Teplo potřebné pro spuštění plynové reakce granulátu a teplo předané nosnému plynu je následně využito v plynové kondenzační turbině, kde je přeměněno na elektrickou energii.

Další výhodou zařízení podle tohoto technického řešení je skutečnost, že k vytápění spalovací komory jsou využity spaliny vycházející z kogeneračních motorů, které jsou dohřívány dopalovacím hořákem na potřebné teploty. Tato úprava procesu umožňuje jeho rychlou řiditelnost v krátkých časových intervalech, protože je založen pouze na třech vstupních veličinách, to jest na vstupu spalin do spalovací komory, množství vstupního granulátu nebo jiné vsázky a množství procesního plynu.

Dalším zásadním rozdílem oproti známým zařízením tohoto druhu je skutečnost, že v nejvíce zatěžovaném zařízení, což je spalovací komora s cyklonovým reaktorem, nejsou žádná rotující či jinak mechanicky pracující zařízení.

Zásluhou zařízení podle tohoto technického řešení se efektivně dosáhne vysokého stupně využití tepelné energie obsažené ve vstupní surovině a prakticky vyloučení emisí škodlivých či nežádoucích látek do okolního prostředí. Parametry procesu lze nastavit například tak, aby na jeho vnějších výstupech pouze čistá mechanická, tepelná či elektrická energie.

Přehled obrázků na výkrese

Podstata technického řešení je dále objasněna na neomezujícím příkladu jeho provedení, který je popsán na základě obr. 1 na připojeném výkrese, který znázorňuje blokové schéma zařízení podle tohoto technického řešení.

-2CZ 11558 Ul

Příklady provedení technického řešení

Rychlá fluidní pyrolýza je technologický postup tepelné degradace bez přístupu kyslíku v hermeticky uzavřeném cyklu, která je určena k efektivnímu energetickému využití odpadových materiálů - ojetých pneumatik, odpadních gum, pryží a plastů. Dále lze v této technologii zpracovávat ostatní biologické odpady v suché podobě - dřevo, dřevní odpady, slámu, seno a podobně, popřípadě lze zpracovávat rychle rostoucí energetické plodiny.

Vstupní surovina se mechanicky upraví do podoby potřebné pro fluidní způsob zpracování. Takto upravená surovina je umístěna v atmosférické násypce l, odkud se přes uzavírací turniket 2 transportuje do provozní násypky 4, kde dochází k vypuzení vzduchu pomocí dusíku ze zásobníku 3 dusíku. Z provozní násypky 4 postupuje vstupní surovina přes dávkovači turniket 5 do prostoru cyklonového reaktoru 6. Pohon dávkovacího turniketu 5 je osazen neznázorněným měničem otáček pro přiměřené dávkování a řiditelnost celého procesu. Dávkovači turniket 5 je průchozí v podélném směru a vstupní surovina je vyfukována procesním plynem do prostoru cyklonového reaktoru 6.

Procesním plynem se zde rozumí plyn z plynojemu 18, který zabezpečuje vsázku vstupní suroviny a její vznos v prostoru cyklonového reaktoru 6 a odnáší sebou plynnou fázi, která vzniká teplotním rozkladem uvnitř cyklonového reaktoru 6.

Cyklonový reaktor 6 je uspořádán v prostoru spalovací komory 8, ve které je rovněž umístěn tepelný výměník 7 spaliny/procesní plyn a v komínovém výstupu spalovací komory 8 je umístěn tepelný výměník 9 spaliny/voda.

Spalovací komorou 8 se zde rozumí tepelně izolovaný prostor, ve kterém je předávána tepelná energie tepelných zdrojů, jako je hořák nebo kogenerační modul, na stěny cyklonového reaktoru 6, odlučovacího karbonového cyklonu 10 a tepelného výměníku 7 spaliny/procesní plyn.

Vstupní surovina vstupuje do cyklonového reaktoru 6, je unášena ohřátým procesním plynem a dochází k jejímu tepelnému rozkladu na pevné částice - karbon a plynné složky. Takto rozložená původní surovina vychází z prostoru cyklonového reaktoru 6 a vstupuje do odlučovacího karbonového cyklonu 10, kde dochází k oddělení pevných částic karbonu od plynné složky. Karbon se soustřeďuje v provozním zásobníku 11 karbonu. Na povrchu provozního zásobníku 11 karbonu je uspořádán tepelný výměník 22 karbon/voda, odebírající teplo vyprodukovanému karbonu. Z provozního zásobníku 11 karbonu se karbon přes dopravní turniket 13, který je opatřen dusíkovou clonou ze zásobníku 12 dusíku, transportuje do expedičního zásobníku 14 karbonu.

Plynná složka postupuje dále do kondenzačního cyklonu 15, kde je do proudu plynné složky vstřikován chladný olej a dochází ke kondenzaci plynné složky, která se rozkládá na kapalnou fázi olej a nekondenzovatelný podíl - plyn. Zkondenzovaný olej stéká do provozního zásobníku 16 oleje. V provozním zásobníku 16 oleje je uspořádán tepelný výměník 23 olej/voda a tepelný výměník 21 olej/ledová voda.

Ledová voda pro chlazení je získávána v absorpčním zařízení 20, využívajícím teplo odebrané z tepelného výměníku 22 karbon/voda. Ochlazený olej pro kondenzaci je do procesu dodáván olejovým čerpadlem 24.

Vyprodukovaný olej je přepouštěn z provozního zásobníku J_6 oleje do expediční nádrže 17. Plyn prochází přes plynový kompresor 33 a ukládá se do plynojemu 18. Z plynojemu 18 je přes plynový kompresor 19 využíván jako procesní plyn pro dopravu vstupní suroviny do cyklonového reaktoru 6, stejně tak také jako ohřátý procesní plyn, zajišťující přepravu a rozklad vstupní suroviny. Plyn z plynojemu 18 je přes plynový kompresor 33 a sprchovou pračku 29 plynu určen ke spotřebě. Sprchová pračka 29 plynu je osazena zásobníkem 30 roztoku sprchovací kapaliny, čerpadlem 31 sprchovací kapaliny a tepelným výměníkem 32 voda/sprchovací kapalina.

-3 CZ 11558 Ul

Vyčištěný plyn je využíván pro pohon motorových kogeneračních jednotek 27 a pro plynový dopalovací hořák 26. Rezervní zdroj je osazen olejovým hořákem 25.

Spaliny odcházející z kogenerační jednotky 27, která je opatřena výměníkem 28 tepla, jsou dohřívány olejovým hořákem 25 a dopalovacím hořákem 26 na požadovanou provozní teplotu.

Spaliny dále vstupují do spalovací komory 8, kde se teplota pohybuje mezi 650 - 1000 °C, podle druhu zpracovávané vstupní suroviny. Spaliny ohřívají cyklonový reaktor 6, odlučovací karbonový cyklon 10 a přes tepelný výměník 7 procesní plyn. Vychlazené kouřové plyny ze spalovací komory 8 lze využít při zavedení do atmosférické násypky I surovin pro vytěsňování vzduchu, popřípadě další dočištění spalin procházejících vrstvou granulátu, to jest vstupní suroviny, a předání zbytkového tepla obsaženého ve spalinách. Teplota rozložené vstupní suroviny se pohybuje v rozmezí 450 - 650 °C. Kondenzační olej, to jest olej vzniklý kondenzací, je ochlazen na 5 °C a při této teplotě je použit pro kondenzaci vstřikováním do surového plynu v kondenzačním cyklonu 15.

Kapacita zařízení není omezená a dá se odvodit od množství vstupní suroviny vhodné ke zpracování.

Zprovoznění technologického celku se provádí tak, že do plynojemu 18 je napuštěn zemní plyn v objemu nezbytném pro pokiytí potřeb procesního plynu a provozní zásobník 16 oleje se napustí nezbytným množstvím topného oleje potřebného pro proces kondenzace. Spuštění tepelného zdroje lze zvolit podle možnosti plyn/olej.

Claims (3)

1. 20 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, které obsahuje cyklonový reaktor (6), vyznačující se tím, že sestává z atmosférické násypky (1), která je přes uzavírací turniket (
2. 2) propojena s provozní násypkou (4), propojenou se zásobníkem (3) dusíku pro vypuzení vzduchu z upravené

   25 vstupní suroviny dusíkem, na kterou přes dávkovači turniket (5) navazuje cyklonový reaktor (6), ke kterému je připojen odlučovací karbonový cyklon (10), k jehož prvnímu výstupu je připojen provozní zásobník (11) karbonu a k jehož druhému výstupu je připojen kondenzační cyklon (15), k jehož prvnímu výstupu je připojen provozní zásobník (16) oleje a k jehož druhému výstupu je připojen plynojem (18), přičemž celé zařízení je hermeticky uzavřeno.

   30 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že cyklonový reaktor (6) je ve spalovací komoře (8) opatřen tepelným výměníkem (7) spaliny/procesního plynu a v komínovém výstupu spalovací komory (8) je uspořádán tepelný výměník (9) spaliny/vody.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že provozní zásobník (11) karbonu je opatřen tepelným výměníkem (22) karbonu/vody.

   35 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že provozní zásobník (16) oleje je opatřen tepelným výměníkem (23) oleje/vody a tepelným výměníkem (21) oleje/ledové vody.