CZ20012776A3 - Způsob provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály a zařízení pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku spočívá v tom, že se fluidní pyrolýza provádí v hermeticky uzavřeném cyklu, sestávajícím z následujících kroků: úpravy vstupní suroviny do formy potřebné pro fluidní zpracování, zavádění upravené vstupní suroviny do atmosférické násypky (1), transportu upravené vstupní suroviny přes uzavírací turniket (2) do provozní násypky (4) a vypuzení vzduchu z upravené vstupní suroviny dusíkem ze zásobníku (3) dusíku, transportu upravené vstupní suroviny zbavené vzduchu přes dávkovači turniket (5) do cyklonového reaktoru (6), rozkladu upravené vstupní suroviny v cyklonovém reaktoru (6) na karbonové částice a plynné složky, transportu karbonových částic a plynných složek do odlučovacího karbonového cyklonu (10) a oddělení karbonových částic v tomto odlučovacím karbonovém cyklonu (10) od plynných složek, transportu karbonových částic do provozního zásobníku (11) karbonu, transportu plynných složek do kondenzačního cyklonu (15) a kondenzace plynných složek na olej a nekondenzovatelný plyn, transportu zkondenzovaného oleje do provozního zásobníku (16) oleje, a transportu plynu do plynojemu (18). Příslušné zařízení obsahuje mezi sebou, pro provádění výše uvedeného způsobu, propojené prvky konstrukčního vytvoření.

Description

Způsob provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku. Vynález se dále týká zařízení pro provádění tohoto způsobu, které obsahuje cyklonový reaktor pro rychlou fluidní pyrolýzu vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku. 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

• ·		9 9	99		9 9
• ·	• 9	9 9	9 9	9	•
• 9	• 9 ·χ.	• ·	9 9	9	9
• 9	9	9 9	9 9	9	•
• ·	9 9 9	9 9	9 9		9 9

odpadu.

Druhý způsob je zaměřen k likvidaci pouze celých pneumatik v tunelové peci s mechanickým dopravníkem, kde probíhá ohřev pomocí mikrovlných 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 spaluji na místě nebo se transportují do lépe vybavených spaloven, popřípadě se ukládají na skládky nebo kompostují. Problémem jsou přitom zejména emise spalování do ovzduší, a to jak nevyhnutelný oxid uhličitý, tak i další, převážně škodlivé či nežádoucí složky, které při spalování vznikají.

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 rozmáhájícící se rychle rostoují energetické plodiny.

Úkolem vynálezu je proto nalezení takového způsobu 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. Dalším úkolem vynálezu je nalezení vhodné konstrukce zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých způsobů do značné míry odstraňuje způsob provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že fluidní pyrolýza se provádí v hermeticky uzavřeném cyklu, sestávajícím z následujících kroků úpravy vstupní suroviny do formy potřebné pro fluidní zpracování, zavádění upravené vstupní suroviny do atmosférické násypky, transportu upravené vstupní suroviny přes uzavírací turniket do provozní násypky a vypuzení vzduchu z upravené vstupní suroviny dusíkem ze zásobníku dusíku, transportu upravené vstupní suroviny zbavené vzduchu přes dávkovači turniket do cyklonového reaktoru, rozkladu upravené vstupní suroviny v cyklonovém reaktoru na karbonové částice a plynné složky, transportu karbonových částic a plynných složek do odlučovacího karbonového cyklonu a oddělení karbonových částic v tomto odlučovacím karbonovém cyklonu od plynných složek, transportu karbonových částic do provozního zásobníku karbonu,

Β · » Β

Β · Β Β

Β Β • · • '·

- 4 transportu plynných složek do kondenzačního cyklonu a kondenzace plynných složek na olej a nekondenzovatelný plyn, transportu zkondenzovaného oleje do provozního zásobníku oleje, a transportu plynu do plynojemu.

Je výhodné, jestliže ve spalovací komoře se tepelným výměníkem spaliny/procesni plyn odebírá teplo, které neprošlo do cyklonového reaktoru, a v komínovém výstupu spalovací komory se odebírá teplo tepelným výměníkem spaliny/voda.

Rovněž z provozního zásobníku karbonu se odebírá teplo tepelným výměníkem karbon/voda.

Z provozního zásobníku oleje se odebírá teplo tepelným výměníkem olej/voda a tepelným výměníkem olej/ledová voda.

Předmětem vynálezu je rovněž zařízení pro provádění uvedeného způsobu, které obsahuje cyklonový reaktor pro rychlou fluidní pyrolýzu vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z atmosférické násypky, která je přes uzavírací turniket 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 při způsobu podle vynálezu 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 způsobu podle vynálezu je transport granulátu, popřípadě vznosných kousků nebo zréagovaného karbonu, který je zajištěn pomocí vznosné vrstvy procesního plynu.

Podstatnou výhodou způsobu podle vynálezu 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 způsobům 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.

• ·'. 4Ί . ·»> *»·· *· φ 9 » ·¹ » 9 '·. · · ·· ·' 9 9··· · ·

Další výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je skutečnost, že k vytápění spalinové komory jsou využity spaliny vycházející ž kogeneračních motorů, které jsou dohřívány dopalovacím hořákem na potřebné teploty. Tato úprava prosesu 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 spalinová komora s cyklonovým reaktorem, nejsou žádná rotující či jinak mechanicky pracující zařízení.

Zásluhou způsobu a zařízení podle vynálezu 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 výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na neomezujícím příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojeného výkresu, který znázorňuje blokové schéma zařízení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Rychlá fluidní pyrolýza je technologický postup tepelné degradace bez přístupu kyslíku v hermeticky uzavřeném cyklu, • '· <;·' ·· '· Φ¹' · » ’* · φ φ * · · · Φ * · φ Φ ·' Φ Φ;·¹ » Φ Φ • Φ. »Φ*ι ♦···. Φ'*' »* ^β 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.

Vs,tupni surovina se mechanicky upraví do podoby potřebné pro fluidní způsob zpracování. Takto upravená surovina je umístěna v atmosferické násypce 1, 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 neznázoměným 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 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 Ί_ 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.

ΐ*

Φ·'

Vyprodukovaný olej je přepouštěn z provozního zásobníku 16. 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 jako procesní plyn, zajišťující přepravu a rozklad vstupní suroviny. Vznikající plyn v 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.

Vyčištěný plyn je využíván pro pohon motorových kogeneračních jednotek 27 a 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 atmosferické násypky 1 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 pokrytí 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.

Zastupuj e:

Ing.J.Chlustina

01.08.2001

Z4172/01-CZ

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob provádění rychlé fluidní pyrolýzy vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, vyznačující se tím, že fluidní pyrolýza se provádí v hermeticky uzavřeném cyklu, sestávajícím z nási ledujících kroků úpravy vstupní suroviny do formy potřebné pro fluidní zpracování, zavádění upravené vstupní suroviny do atmosférické násypky (1), transportu upravené vstupní suroviny přes.uzavírací turniket (2) do provozní násypky (4) a vypuzení vzduchu z upravené vstupní suroviny dusíkem ze zásobníku (3) dusíku, transportu upravené vstupní suroviny zbavené vzduchu přes dávkovači turniket (5) do cyklonového reaktoru (6), rozkladu upravené vstupní suroviny v cyklonovém reaktoru (6) na karbonové částice a plynné složky, transportu karbonových částic a plynných složek do odlučovacího karbonového cyklonu (10) a oddělení karbonových částic v tomto odlučovacím karbonovém cyklonu (10) od plynných složek, transportu karbonových částic do provozního zásobníku (11) karbonu, transportu plynných složek do kondenzačního cyklonu (15) a kondenzace plynných složek na olej a nekondenzovatelný plyn, transportu zkondenzovaného oleje do provozního zásobníku (16). oleje, a transportu plynu do plynojemu (18).

i-tó ♦ 4 ♦ · >

• * · '·- · *Λ «« »·« _y « • j 9~9 ·' « . *^V*Á . ‘

9,··'

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve spalovací komoře (8) se tepelným výměníkem (7) spaliny/procesní plyn odebírá teplo, které neprošlo do cyklonového reaktoru (6) , a v komínovém výstupu spalovací

- komory (8) se odebírá teplo tepelným výměníkem (9) i spaliny/voda.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že z provozního zásobníku (11) karbonu se odebírá teplo tepelným výměníkem (22) karbon/voda.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že z provozního zásobníku (16) oleje se odebírá teplo tepelným výměníkem (23) olej/voda a tepelným výměníkem (21) olej/ledová voda.

5. Zařízení pro provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 4, které obsahuje cyklonový reaktor (6) pro rychlou fluidní pyrolýzu vstupní suroviny obsahující uhlovodíkové materiály bez přístupu kyslíku, vyznačuj ící setím, že sestává z atmosférické násypky (1), která je přes uzavírací turniket (2) propojena s provozní násypkou (4) , propojenou se zásobníkem (3) dusíku pro vypuzení vzduchu z upravené 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.