CZ20057U1 - Zařízení pro získání kapalné frakce z pyrolýzního plynu - Google Patents

Description

Technické řešení se týká získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu, zejména z pyrolýzního plynu vzniklého rozkladem pryže a/nebo plastu, a řeší ekologické zpracování odpadu obsahuj ící5 ho pryž a/nebo plast a jejich přeměnu na znovu využitelné suroviny.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že z pyrolýzních plynů vzniklých působením tepla na odpady, obsahující pryž a/nebo plast, v prostředí odděleném od okolní atmosféry, lze po jejich ochlazení získat látky, které mohou být využity.

Z CZ PV 2001-3791, z CZ 18 799 U a z CA 2 584 557 jsou známy technologie, u kterých se pyrolýzní plyny vzniklé tepelným rozkladem pryže a/nebo plastů částečně zkapalňují, přičemž nezkapalněná frakce se využívá spalováním. U CZ PV 2001-3791 se jedná o zařízení na katalytickou transformaci polyolefinových odpadů na uhlovodíkové produkty. ReakČní prostor vybavený míchadlem je částečně obklopen spalovací komorou a spaliny odcházejí ze spalovací komo15 ry ohřívacími trubkami, které procházejí reakčním prostorem. Produkty reakce jsou odváděny mimo reakční prostor, kde jsou ochlazovány. Zkondenzovaná kapalina je poté odváděna do vyrovnávací nádrže vyhřáté na 40 °C, a nezkapalněné plyny jsou spalovány. U CZ 18 799 U se jedná o zařízení na kontinuální ekologickou likvidaci odpadu z gumy obsahující výkyvnou vyhřívanou komoru, opatřenou otvorem pro vkládání vsázky a otvorem pro odstraňování nerozlo20 žitelného zbytku. Kývavým pohybem komory se vsázka postupně přemísťuje ze vstupní strany komory k výstupní straně komoiy, přičemž se podrobuje tepelnému rozkladu. Uvolněné pyrolýzní plyny se odvádějí mimo komoru, kde se po ochlazení rozdělují na plynný podíl, kapalný podíl a pevné nečistoty. Plynný podíl je spalován při ohřevu komory. U patentu CA 2 584 557 se jedná o zařízení na tepelný rozklad odpadu z gumy, obsahující vyměnitelnou reakční komoru, opatře25 nou topnými tělesy a odvodní trubkou, kterou jsou vzniklé pyrolýzní plyny odváděny do kondenzátoru, kde dochází k jejich ochlazení a ke zkapalnění zkapalnitelného podílu. Plynný podíl je odváděn do spalovacího zařízení, zatímco kapalný podíl je odváděn do zásobníku. Část kapalného podílu ze zásobníku se při vysoké rychlosti vstřikuje do toku pyrolýzních plynů ještě před jejich vstupem do kondenzátoru. Společnou nevýhodou všech výše uvedených technologií je, že při nich vznikají plynné produkty, které nelze zpracovat na místě, takže zařízení nemohou být mobilní. Z EP 1 785 248 a z CZ 17 601 U jsou známy technologie, u kterých se nezkapalnitelný zbytek pyrolýzních plynů zavádí zpět do reakčního prostoru. U EP 1 785 248 se jedná o zpracování opotřebovaných pneumatik působením tepla. Vsázka tvořená rozmělněnými pneumatikami se vystavuje teplotě 550 až 800 °C v prostředí redukčního plynu, načež je z uvolněných plynů oddělována zkapalnitelná frakce. Část plynné frakce je po předehrevu zpět zaváděna do reaktoru, kde slouží jako zdroj tepla pro další tepelný rozklad. U CZ 17 601 U se jedná o zařízení na separaci pyrolýzního oleje při zpracování odpadní pryže, které je tvořeno reakční komorou, do které se vkládá vsázka. Uvnitř reakční komory se nacházejí prvky pro ohřev. Reakční komora je dále opatřena vývodem pro odvod pyrolýzních plynů mimo reakční komoru, kde se pyrolýzní plyny ochlazují, přičemž dochází ke kondenzaci kapalného podílu. Nezkondenzovaný plynný podíl se vhání zpět do reakční komory, zatímco kapalný podíl se shromažďuje v jímací nádrži. Nevýhodou všech zařízení, u kterých se nezkapalněné plyny vhánějí zpět do pyrolýzní komory je, že pyrolýzní komoru i vsázku zbytečně ochlazují. Teplo dodané pro zabezpečení pyrolýzy je pak zbytečně odnímáno při kondenzaci zkapalnitelných látek.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody řeší zařízení pro získání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle tohoto technického řešení, jehož podstatou je, že výstup pyrolýzního plynu ze zařízení pro tepelný rozklad pryže /nebo plastu je připojen ke vstupu chladiče, přičemž výstup plynné frakce z chladiče

-1 CZ 20057 U1 je zapojen mezi výstup pyrolýzního plynu a vstup chladiče. Alternativně je mezi výstup pyrolýzního plynu ze zařízení pro tepelný rozklad a vstup chladiče zapojen ejektor, jehož přetlakový vstup je připojen k výstupu pyrolýzního plynu ze zařízení pro tepelný rozklad, jehož podtlakový vstup je připojen k výstupu plynné frakce z chladiče a jehož výstup je spojen se vstupem chladi5 če. Dle další alternativy je mezi výstupem ejektoru a vstupem chladiče zapojen ventilátor, jehož vstup je připojen k výstupu ejektoru a jehož výstup je připojen ke vstupu chladiče. Alternativní je rovněž, pokud je výstup kapalné frakce z chladiče zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v sedimentační nádrží, která je s výhodou spojena přepadem se zásobníkem. S výhodou může být mezi výstupem ejektoru nebo mezí výstupem ventilátoru a vstupem chladiče zapojen nejméně jeden přídavný chladič, obsahující výstup kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v usazováku, který je s výhodou spojen přepadem usazováku se sedimentační nádrží a/nebo se zásobníkem. Dle jiné alternativy je mezi výstupem ejektoru nebo mezi výstupem ventilátoru a vstupem chladiče zapojen nejméně jeden přídavný chladič obsahující výstup kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v sedilí mentační nádrži. Dle další alternativy obsahuje zařízení chladicí prostor, jehož výstup je spojen se vstupem tepelného výměníku, který obklopuje alespoň část potrubí přídavného chladiče. Dle další alternativy je výstup plynné frakce z chladiče zapojen mezi výstup pyrolýzního plynu a vstup chladiče přes trojcestnou armaturu. Vstup trojcestné armatury je připojen k výstupu chladiče. První výstup trojcestné armatury je připojen mezi výstup pyrolýzního plynu a vstup chladi20 Če a druhý výstup trojcestné armatury je spojen se vstupem reakčního prostoru zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu. Dle dalších alternativ je podstatou, že je mezi výstup chladicího prostoru a vstup tepelného výměníku zapojena armatura pro odvádění plynu vycházejícího z chladicího prostoru mimo zařízení a/nebo pro připojení vstupu tepelného výměníku ke zdroji chladicího nebo teplonosného média. S výhodou je ke vstupu tepelného výměníku připojen třetí ventilátor, svým vstupem připojený k výstupu chladicí jednotky. Alternativně může být rovněž vstup chladicího prostoru připojen k výstupu chladicí jednotky, a to s výhodou přes druhý ventilátor.

Výhodou zavádění dosud nezkapalněné frakce pyrolýzních plynů do plynů odváděných z reakčního prostoru ještě před jejich ochlazováním v chladiči je, že dosud nezkapalněné složky pyrolý30 žních plynů v zařízení cirkulují, tedy mohou procházet chladičem několikrát. Požadovaný výkon a tedy i cena chladiče nemusí být tak vysoký, jak by to bylo nutné, pokud by se měly veškeré zkapalnitelné složky pyrolýzního plynu zkapalnit při jednom průchodu chladičem. Další výhodou je, že cirkulující plyny se opakovaně neohřívají a neochlazují, čímž se provoz stává ve srovnání s jinými technologiemi energeticky méně náročný. Je rovněž výhodné, pokud se dosud nezkapal35 něná frakce pyrolýzních plynů při ochlazování reakčního prostoru do něj zavádí, neboť se tím umožní cirkulace těchto plynů přes chladič a tím nepřímo ochlazování reakčního prostoru chladičem. Výhodou přisávání nezkapalněné frakce pyrolýzních plynů je využití tlakové energie pyrolýzních plynů, vycházejících ze zařízení pro tepelný rozklad. Výhodou zapojení ventilátoru mezi výstup ejektoru a vstup chladiče je možnost zrovnoměmění tlaku na vstupu do chladiče.

Zaústěním výstupu kapalné frakce z chladiče pod hladinu kapalné frakce, nacházející se v sedimentační nádrži, je zabránění úniku plynné frakce ze zařízení. Výhodou přepouštění kapalné frakce do zásobníku přes přepad je oddělení kapalné frakce, nyní již zbavené mechanických nečistot, od surové kapalné frakce vystupující z chladiče. Výhodou předřazení přídavných chladičů před chladič, který je zapojen jako poslední, je možnost získání různých frakcí, odpovídajících různým teplotám, a také možnost samostatného zachycení hrubých nečistot. Výhodou postupného napojování jednotlivých usazováků k zásobníku přes sedimentační nádrž je dokonalejší oddělení pevných nečistot. Výhodou použití tepelného výměníku, který je v kontaktu s alespoň částí potrubí, je zabránění vytváření povlaků na vnitrních stěnách potrubí ve fázi ochlazování zařízení pro tepelný rozklad. Výhodou zavedení plynné frakce z posledního chladiče do zařízení pro tepelný rozklad je nejen urychlení ochlazování, ale dokonalejší odstranění zkapalnitelných zbytků z plynů, cirkulujících uvnitř zařízení. Výhodou použití armatury, zapojené mezi výstup chladicího prostoru a vstup tepelného výměníku, je možnost odvádění plynu, vycházejícího z chladicího prostoru mimo zařízení i možnost přivádění chladicího nebo teplonosného média do

-2CZ 20057 Ul tepelného výměníku z vnějšího prostředí. Smyslem tohoto je možnost samostatného řízení teplotních režimů jak v zařízení pro tepelný rozklad, tak v přídavném chladiči, k čemuž dále přispívá možnost připojení chladicího prostoru ke chladicí jednotce. Toto se projeví nejen při provozování zařízení v teplém klimatu, ale též zvýšením úrovně automatizace. Společnou výhodou všech alternativ je, že zařízení může být mobilní.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je znázorněno zařízení podle příkladného provedení ve fázi, kdy se provádí pyrolýza, zatímco obr. 2 znázorňuje fázi ochlazování před dalším plněním. Obrázky 3 a 4 znázorňují příkladné provedení podle příkladu 2 ve fázi ochlazování reakčního prostoru, přičemž obrázek 3 ιυ znázorňuje stav, při kterém tepelný výměník chladí přídavný chladič, zatímco obrázek 4 znázorňuje stav, při kterém tepelný výměník přídavný chladič ohřívá.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu vznikajícího při tepelném rozkladu 15 pryže a/nebo plastu podle příkladu 1 obsahuje zařízení J_ pro tepelný rozklad, jehož výstupy 11,

111 pyrolýzního plynu jsou připojeny k přetlakovému vstupu 3£ ejektoru 3, na který je svým vstupem 41 zapojen ventilátor 4, poháněný prvním motorem 43. Výstup 42 ventilátoru 4 je připojen přes přídavný chladič 7 ke vstupu 21 chladiče 2. Chladič 2 obsahuje výstup 23 kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v sedimentační nádrži 5. Se20 dimentační nádrž 5 je spojena přepadem 51 se zásobníkem 6, otevřeným do atmosféry. Chladič 2 dále obsahuje výstup 22 plynné frakce, který je připojen na vstup 181 trojcestné armatury J_8. První výstup 182 trojcestné armatury 18 je připojen k podtlakovému vstupu 32 ejektoru 3 a druhý vystup 183 je spojen se vstupem 191 reakčního prostoru 19 zařízení 1 pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu. Přídavný chladič 7 dále obsahuje vystup 72 kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v usazováku 8. Usazovák 8 je přepadem 81 usazováku 8 spojen se sedimentační nádrží 5. Součástí přídavného chladiče 7 je tepelný výměník 76, který obklopuje alespoň část potrubí přídavného chladiče 7. Vstup 74 tepelného výměníku 76 je spojen s výstupem JJ chladicího prostoru 12, který je součástí zařízení 1 pro tepelný rozklad. Na vstup 14 chladicího prostoru 12 je připojen druhý ventilátor 141, poháněný druhým motorem 142.

Chladič 2 je rovněž opatřen vstupem 28 chladicí kapaliny, který je přes druhý chladič 25 spojen s výstupem 83 vyhřívacího tělesa 81 pro ohřev usazováku 8, sedimentační nádrže 5 a zásobníku 6. Druhý výměník 25 je dále opatřen vstupem 27 ochlazovacího média a výstupem 26 ochlazovacího média.

Zařízení podle příkladného provedení se provozuje následovně. Při vlastní pyrolýze jsou výstup

75 výměníku 7 a vstup 143 druhého ventilátoru uzavřeny. Druhý ventilátor 141 se neotáčí a klapka 184 armatury J_8 uzavírá přívod 191 plynné frakce do zařízení 1 pro tepelný rozklad. V zařízení 1 pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu se při teplotě 100 až 600 °C tepelným rozkladem uvolňují pyrolýzní plyny, které se následně ochlazují, čímž se rozdělují na kapalnou a plynnou frakci. Ještě před ochlazováním na teplotu, při které by mohly vznikat první podíly kapalné fáze se pyrolýzní plyny mísí s plynnou frakcí vzniklou z již dříve rozděleného pyrolýzního plynu. Pyrolýzní plny se tím ochladí. Směšování se provádí ejektorem 3, který využívá tlakovou energii pyrolýzních plynů vycházejících ze zařízení 1 pro tepelný rozklad k odsávání plynné frakce z chladiče 2. Míšením chladné plynné frakce s horkými pyrolýzními plyny vycházejícími ze zařízení 1 pro tepelný rozklad vzniká jejich směs, která má nižší teplotu než pyrolýzní plyny na vý45 stupu ze zařízení 1 pro tepelný rozklad. Tlak a průtoková rychlost této směsi se zvyšují ventilátorem 4, načež se tato směs zavadí do přídavného chladiče 7, kde se oddělí první podíly kapalné frakce, ve které jsou zachyceny nejhrubší nečistoty. Pyrolýzní plyn je dále zaváděn do chladiče 2 kde dochází ke zkapalnění převážné části zkapalnitelných látek, přičemž kapalná frakce vycházející výstupem 23 kapalné frakce z chladiče 2 je zaváděna pod hladinu kapalné frakce, která se

-3CZ 20057 Ul již v sedimentační nádrži nachází. Po usazení jemnějších nečistot přetéká kapalná frakce přepadem 51 sedimentační nádrže 5 do zásobníku 6. Usazovák 8, sedimentační nádrž 5 a zásobník 6 jsou udržovány kontaktem s vyhrívacím tělesem 81 na teplotě 15 až 60 °C,

Po ukončení pyrolýzy se přeruší dodávka energie do zařízení pro tepelný rozklad. Výstup 75 výměníku 7 a vstup 143 druhého ventilátoru 141 se otevřou. Druhý ventilátor 141 se zapne a klapka 184 armatury US se přepne tak, aby uzavírala podtlakový přívod 32 ejektoru 3. Vzduch čerpaný z okolní atmosféry druhým ventilátorem 141 prochází ochlazovacím prostorem 12 zařízení I pro tepelný rozklad, přičemž z jeho výstupu 13 je veden do vstupu 74 tepelného výměníku 76, který přihřívá stěny přídavného chladiče 7, aby v režimu ochlazování nedocházelo k usazoio vání polotekutých látek na vnitřních stěnách přídavného chladiče 7. Po průchodu tepelným výměníkem 76 odchází vzduch výstupem 75 tepelného výměníku 76 do okolní atmosféry. Současně se plynná frakce z výstupu 22 chladiče 2 zavádí do reakčního prostoru 19, kde přispívá k jeho ochlazování. Plynná frakce v režimu ochlazování cirkuluje opakovaně zařízením přes chladič tak dlouho, až dojde k dostatečnému ochlazení reakčního prostou a ke zkondenzování všech zkapali5 nitelných složek, původně obsažených v pyrolýzním plynu. Po dostatečném ochlazení se může reakční prostor otevřít, načež se z něj odstraní nerozložitelný zbytek a reakční prostor se může naplnit pro provedení dalšího cyklu.

Příklad 2

Příkladné provedení podle příkladu 2 se liší od příkladného provedení popsaného v příkladu 1 tím, že mezi výstup 13 chladicího prostoru 12 a vstup 74 tepelného výměníku 76 je zapojena armatura 131 pro odvádění plynu vycházejícího z chladicího prostoru 12 do okolní atmosféry, tedy mimo zařízení, a/nebo pro připojení vstupu 74 tepelného výměníku 76 ke zdroji chladicího média, kterým je příkladně třetí ventilátor 132, svým vstupem připojený k výstupu první chladicí jednotky 101, a dále tím, že na vstup M chladicího prostoru 12 je připojen výstup druhé chladicí jednotky 100, která je připojena přes druhý ventilátor 141. V potrubí mezi výstupy JJL, 111 pyrolýzního plynu a přetlakovým vstupem 31 ejektoru 3 se nachází první čidlo 191 pro sledování teploty a složení pyrolýzních plynů. V reakčním prostoru 19 se nachází druhé čidlo 192 pro sledování teploty a v potrubí mezi výstupem 22 plynné frakce z chladiče 2 a vstupem 181 troj čestné armatury 18 se nachází třetí čidlo 193, pro sledování teploty a chemického složení plynů.

Všechna Čidla 191, 192, 193, stejně jako druhý a třetí ventilátor 141,132 a obě armatury 18,131 jsou připojeny k neznázoměné řídicí jednotce.

Při provádění pyrolýzy pracuje zařízení podle tohoto příkladu stejně, jako bylo popsáno v příkladu 1. V režimu ochlazování je s ohledem na požadovanou rychlost procesu a s ohledem na efektivitu využití zbytkového tepla k dispozici několik možností. Kromě režimu popsaného v příkla35 du 1, kdy teplý vzduch vycházející z ochlazovacího prostoru 12 předává část svého tepla v tepelném výměníku 76, je zde také možnost odvádět toto teplo jinam, tepelný výměník 76 přiváděním vzduchu z okolí mírně ochlazovat nebo ohřívat, případně využitím chladicích jednotek intenzitu ochlazování dále zvýšit.

Průmyslová využitelnost

Technického řešení je možno využít k získání kapalných produktů uvolňovaných v plynném stavu při tepelném rozkladu, zejména při tepelném rozkladu odpadů, které obsahují pryž nebo plasty.

Claims (11)

1. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu, kde výstup (11, 111) pyrolýzního plynu ze zařízení (1) pro tepelný rozklad pryže /nebo plastu je připojen ke vstupu (21) chladiče (2), vyznačující se tím, že výstup (22) plynné frakce z chladiče (2) je zapojen

2. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 1, vyznačující se t í m, že mezi výstup (11,111) pyrolýzního plynu ze zařízení (1) pro tepelný rozklad a vstup (21) chladiče (2) je zapojen ejektor (3), jehož přetlakový vstup (31) je připojen k výstupu (II, 111) pyrolýzního plynu ze zařízení (1) pro tepelný rozklad, jehož podtlakový vstup (32) je io připojen k výstupu (22) plynné frakce z chladiče (2), a jehož výstup (33) je spojen se vstupem (21) chladiče (2)..

3. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi výstupem (33) ejektoru (3) a vstupem (21) chladiče (2) je zapojen ventilátor (4), jehož vstup (41) je připojen k výstupu (33) ejektoru (3) a jehož výstup (42) je při15 pojen ke vstupu (21) chladiče (2).

4. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že chladič (2) je opatřen výstupem (23) kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v sedimentační nádrži (5), která je s výhodou spojena přepadem (51) se zásobníkem (6).

20 5. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že mezi výstupem (33) ejektoru (3) nebo mezi výstupem (42) ventilátoru (4) a vstupem (21) chladiče (2) je zapojen nejméně jeden přídavný chladič (7) obsahující výstup (72) kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v usazováku (8), který je s výhodou přepadem (81) usazováku (8) spojen se sedimentační nádrží (5)

25 a/nebo se zásobníkem (6).

5 nebo teplonosného média.

5 mezi výstup (11,111) pyrolýzního plynu a vstup (21) chladiče (2).

6. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že mezi výstupem (33) ejektoru(3) nebo mezi výstupem (42) ventilátoru (4) a vstupem (21) chladiče (2) je zapojen nejméně jeden přídavný chladič (7) obsahující výstup (72) kapalné frakce, který je zaveden pod hladinu kapalné frakce nacházející se v sedi30 mentační nádrži (5).

7. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízení (1) obsahuje chladicí prostor (12), jehož výstup (13) je spojen se vstupem (74) tepelného výměníku (76), který obklopuje alespoň část potrubí přídavného chladiče (7).

35

8. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstup (22) plynné frakce z chladiče (2) je zapojen mezi výstup (11, 111) pyrolýzního plynu a vstup (21) chladiče (2) pres trojcestnou armaturu (18), jejíž vstup (181) je připojen k výstupu (22) chladiče (2), jejíž první výstup (182) je připojen mezi výstup (11, 111) pyrolýzního plynu a vstup (21) chladiče (2), a jejíž druhý výstup (183) je spojen se vstupem

40 (191) reakčního prostoru (19) zařízení (1) pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu.

-5CZ 20057 U1

9. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 7, vyznačující se tím, že mezi výstup (13) chladicího prostoru (12) a vstup (74) tepelného výměníku (76) je zapojena armatura (131) pro odvádění plynu vycházejícího z chladicího prostoru (12) mimo zařízení a/nebo pro připojení vstupu (74) tepelného výměníku (76) ke zdroji chladicího

10. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 9, vyznačující se tím, že na vstup (74) tepelného výměníku (76) je připojen třetí ventilátor (132), který je s výhodou svým vstupem připojen k výstupu chladicí jednotky (100,101).

11. Zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu podle nároku 7, vyznačuio jící se tím, že chladicí prostor (12) je opatřen vstupem (14) chladícího prostoru, který je připojen k výstupu chladicí jednotky (100, 101), a to s výhodou přes druhý ventilátor (141).