CZ2006108A3 - Zpusob zplynování biochemických a chemických látek s vyuzitím elektrického oblouku a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Homogenizovanými biochemickými a chemickými kapalnými látkami se naplní pod tlakem pracovní komora (20) reaktoru (13), nacez se do uhlíkových reakcních tycí (10, 11), zasahujících do pracovní komory (20) proti sobe ve stejné podélné ose, zavede strídavý elektrický proud, pak se jejich mzikovým spojením zapálí elektrický oblouk, nacez se reakcní tyce (11, 12) okamzite oddálí na vzdálenost, která se hlídá laserovým paprskem L a automaticky upravuje mechanickými prostredky. Homogenizované biochemické a chemické kapalné látky v pracovní komore (20) se vystaví pusobení tohoto elektrického oblouku a teplote 14000 .degree.C, udrzované chlazením reakcních tycí (11, 12), címz vzniká plyn.

Description

Oblast techniky / Vynález se týká způsobu a zařízení pro zplyňování biochemických a chemických kapalných látek a výroby plynu za účelem jeho energetického využití. Vynález řeší zejména zpracování uhlíkatého odpadu, jako je obsah odkalovacích nádrží, fekálních vozů, dobytčí hnůj, močňvka a podobné biochemické odpady.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje mnoho způsobů a zařízení pro odstranění výše uvedených typů odpadu. Například jsou známa zařízení určená k odstranění odpadu pyrolýzou tak, že je odpad vystaven velmi vysokým teplotám, které p' způsobí jejích přeměnu v neškodné sloučeniny nebo plyny, které však ještě v mnoha případech představují v dnešním měřítku ohrožení životního prostředí, což závisí na účinnosti použitého způsobu. Další zařízení nebo způsoby jsou založeny na principu vystavení odpadu buď působení plazmového oblouku, též nazýváno odporová plazma, nebo radiové frekvenci, též nazýváno > induktivní plazma. V prvním případě byly pozorovány závažné nevýhody jako je nesouměrné opalování elektrod, což způsobuje problémy při údržbě, stejně jako problémy při řízení plazmového jádra ve smyslu jeho tvaru, teploty a homogenity

Způsob a zařízení na zplynění kapalného roztoku biomasy GB 2290303 je posledním stavem techniky, který je nejbližší vynálezu. Způsob podle GB 2290303 sestává z následujících kroků: naplnění reakční komory kapalným roztokem biomasy, vytvoření elektrického oblouku uvnitř roztoku, detekce délky první a druhé elektrody a změna polarity elektrického oblouku, závislá na výsledku této detekce. Zařízení pro provádění uvedeného způsobu podle ý) GB 2290303 sestává z reakční komory, naplněné alespoň částečně roztokem

I ’ ι ι ( < r ι » ¹ · * II» lil r i « « i » «( . ? «»<» » < ’ < ' í*¹' *- _{t t} . * «< ř + 41 I biomasy, dvojice prostorově oddělených uhlíkových elektrod, které jsou ponořeny do roztoku biomasy, zdroj stejnosměrného proudu pro napájení elektrod a přepínač umístěný mezi zdrojem a elektrodami, který umožňuje přepínání polarity napájecího proudu elektrod.

Φ Nevýhodou tohoto řešení je především použití zdroje stejnosměrného proudu z akumulátoru, který vždy představuje složité a tím i drahé a poruchové elektrické zařízení. Například dochází k nerovnoměrnému opotřebení elektrod napájených stejnosměrným proudem, takže je třeba řešit posuv opotřebovaných elektrod. V tomto případě je proveden servopohonem. já Dochází rovněž k magnetizaci součástí elektrického obvodu. Stejnosměrný proud má dále za následek významně pomalejší vypnutí oblouku oproti střídavému proudu, takže je třeba elektrický obvod opatřit speciálními pojistkami. Další nevýhodou řešení podle GB 2290303 je to, že teplota pří ' 1 zpracování odpadu u tohoto vynálezu dosahuje pouze asi 3500°C, což je y* teplota nedostačující pro zneškodnění všech odpadních látek natolik, aby nezatěžovaly životní prostředí. Zařízení je zabezpečeno elektronicky, což je v tomto případě nevýhoda, protože jemná elektronika může být rušena hořením elektrického oblouku a vést k poruchám a následně k havárii celého zařízení.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody odstraňuje způsob zplyňování biochemických a chemických kapalných látek využívající vysokých teplot a elektrického oblouku bez přísunu plynné látky, jehož podstatou podle vynálezu je to, že homogenizovanými biochemickými a chemickými kapalnými látkami se naplní pod tlakem pracovní komora reaktoru, načež se do uhlíkových reakčních tyčí, zasahujících do pracovní komory proti sobě ve stejné podélné ose, zavede střídavý elektrický proud, pak se jejich mžikovým spojením zapálí elektrický oblouk, načež se reakční tyče okamžitě oddálí na vzdálenost, která se hlídá laserovým paprskem L a automaticky upravuje mechanickými yi prostředky. I loinogenizované biochemické a chemické kapalné látky v /

₄ i i i * r ti*

4 I I » tli t I —- » « ¹ * * ^{r 1} ’ ř^|,j- * «I I i , I i < « « « pracovní komoře se vystaví působení teploty 14000 °C a tohoto elektrického oblouku, přičemž vzniká z těchto látek plyn. Teplota se udržuje na hodnotě Ι400(|τ chlazením reakčních tyčí.

Je výhodné, když se vznikající plyn se upravuje tak, že se vede do plynového odlučovače, kde se chladí, načež se páry v něm obsažené po zkondenzování odčerpávají zpět do směšovací komory a získaná směs hořlavých plynů se vede ke spotřebičům.

Podstatou zařízení k provádění způsobu zplyňování biochemických a chemických kapalných látek je podle vynálezu to, že do pracovní komory ze dvou protilehlých stran zasahují posuvně uhlíkové reakční tyče a kolmo k jejich podélné ose je u reaktoru umístěn laser tak, aby středem pracovní komory, kolmo k podélné ose reakčních tyčí, procházel laserový paprsek L, pro kontrolu jejich vzdálenosti. Reakční tyče jsou na opačném konci v kontaktu s mechanickými prostředky pro posun reakčních tyčí. Reakční tyče jsou připojeny na střídavý elektrický proud.

Je výhodné, když chlazení reakčních tyčí je provedeno tlakovým chladicím mediem, kterým jsou homogenizované tekuté biochemické a chemické látky pod tlakem, a když povrch reakčních tyčí je rýhovaný nebo jinak upravený pro průchod chladicího media mezi povrchem tyče a vnitřní stěnou pouzdra, ve kterém je tyč posuvně uložena.

Mechanické prostředky posunu reakčních tyčí jsou s výhodou vyřešeny tak, že posunovací tyče, které jsou jednou stranou zavedeny do pouzder, kde jsou rozebíratelně spojeny s reakeními tyčemi a druhou stranou jsou uloženy v izolovaných pouzdrech a připojeny jednak na automatické ovládáni a jednak na ruční ovládání posunovacích tyčí,

Hlavní výhodou řešení podle vynálezu je použití střídavého proudu, který opotřebovává použité reakční tyče stejnoměrně. V reakční komoře se podle vynálezu dociluje teplot 14000°C, kdy vzniká plazmatický vodík a díky elektrickému oblouku, vysokým teplotám a ozařováním procesu laserem dochází ke zplynění kapalných látek téměř beze zbytku. Uhlíkové reakční tyč

3«

I I < I II Μ « ι ♦ I » i 1111 < ί I II I »ι ι < < <41 * » 1 1 « <

I < 4 4 1*4 1 I Λ¹' «

II I I «I « ' · <

jsou poměděné a drážkované, což usnadňuje proudění chladicí kapaliny okolo elektrod a to vytváří clonu pro klidnější hoření elektrického oblouku. Naplnění pracovní komory homogenizovanými kapalnými látkami pod tlakem rovněž přispívá ke stabilitě prostředí v pracovní komoře a k větší bezpečnosti, neboť

X zamezí vzniku volného kyslíku a vodíku, které by při styku s obloukem představovaly nebezpečí výbuchu. Výhodou je také to, že reakční tyče mají vlastní nezávislé chlazení. Posuv obou elektrod je proveden současně a mechanickými prostředky, takže je eliminováno rušení elektronických obvodů případnými proudovými nárazy nebo vykyw napětí v souvislosti s hořením elektrického oblouku.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je nakresleno schematicky celé zařízení na zplyňování biochemických a chemických látek. Na obr. 2 je příklad provedení reaktoru jZ podle vynálezu v podélném řezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je nakresleno uspořádání celého zařízení, ze kterého vyplývá postup odpadního materiálu a jednotlivé kroky jeho úpravy. Biochemické a yt chemické látky se ředí a pomocí kalového čerpadla 1 se jimi naplní zásobník 2, který' je opatřen míchadlem 3, drtičem 4 pevného odpadu a čerpadlem oběhu j. Ze zásobníku 2 postupuje homogenizovaná kapalina pomocí tlakového čerpadla 6 do směšovací komory 7 Její součástí je odlučovač 8 hrubých částic. Ze směšovací komory 7 se Část homogenizované kapaliny ^5 odčerpává čerpadlem 10 přes chladič 9 a využívá se ke chlazení obou reakčních tyčí, pravé reakční tyče U a levé reakční tyče 12 reaktoru B a to tak, že protéká kolem reakčních tyčí 11, 12 do pracovní komory 20 reaktoru 13. Reakční tyče JJ., 12 jsou uhlíkové a jsou podélně drážkované, což umožňuje průtok chladicí kapaliny kolem nich. Směšovací komora 7 je pod

X> tlakem a přímo propojena s pracovní komorou 20 reaktoru L3, takže je ( I I I I < ι ’ lili II (lil

III i k i i l

I t t I I I I _ ’ ¹ ι i ’ ¹ lil i t

N f « i l i 1 l « i N ’’ 1 * I II »1 4 « » « ' pracovní komorou 20 rovněž pod tlakem a je kontinuálně doplňována kapalnými homogenizovanými látkami. Ty jsou v pracovní komoře 20 reaktoru 13 vystaveny působení elektrického oblouku a vysokých teplot 14000° C. Tím vzniká plyn, který se vede výstupním potrubím 14 do / odlučovače plynu 11, kde se ochlazuje. Páry zde kondenzují a kondenzát, jehož množství je regulováno hlídačem výšky hladiny, se odčerpává čerpadlem 16 oběhu reaktoru 13 zpět to směšovací komory 7. Získaná směs hořlavých plynů se z odlučovače, plynu 15, již může vést rovnou ke spotřebiči, případně přes chladič J_8 a pomocí kompresoru Γ7.

/ Na obr. 2 je nakreslen reaktor 1_3, uvnitř kterého se nachází pracovní komora 20. Pravá reakční tyč JJ_ je uložena posuvně v pravém pouzdře 22, které je připevněno k tělesu reaktoru 12 přes izolátor 24 a levá reakční tyč 12 je uložena posuvně v levém pouzdře 23, které je připevněno k tělesu reaktoru 13 přes izolátor 25. Na opačném konci je pravé pouzdro 22 i levé pouzdro 23 ja opatřeno příslušným izolátorem 26, 27, s plynovými ucpávkami, sloužícími k zabránění úniku plynu ven ze zařízení. Do těchto pouzder 22, 23 jsou jedním koncem zavedeny příslušné posunovací tyče 28, 29, které jsou rozebíratelné spojeny s reakčními tyčemi 11 a 12 Druhé konce posunovacích tyčí jsou uloženy v příslušných izolovaných pouzdrech 34, 35 a jsou upraveny jednak zd pro rychlé ruční ovládání, jednak pro připojení k automatickému ovládání (nezobrazeno). Přívod 30, 31 tlakového chladicího media. kterým jsou kapalné homogenizované biochemické a chemické látky pod tlakem, ze směšovací komory 7 pro chlazení reakčních tyčí 14,12 je zaveden přes izolátory 26, 27 ke koncům pouzder 22, 23 vzdáleným od reaktoru 13. K pouzdrům 22, 23 reakčních tyčí H, 12 jsou připojeny příslušné kabely 32, 33 přívodu střídavého elektrického proudu. Do pracovní komory 20 reaktoru 12 zasahují svým jedním koncem reakční tyče H a 12 ze dvou protilehlých stran. Kolmo k podélné ose reakčních tyčí 11,12 je u reaktoru B umístěn laser 21 tak, aby středem pracovní komory 20 procházel laserový paprsek L, který neustále

3« monitoruje postavení obou reakčních tyčí J_[, 12.

* f »

-/- .»1 _λΑ)? .

() < f l l lili I T <

t I <1 . I i ' II (

Po naplnění směšovací komory 7, pracovní komor}⁷ 20 reaktoru 13 a chladicích obvodů reakčních tyčí Π., 12 homogenizovanými tekutými biochemickými a chemickými látkami pod tlakem, zapálí se elektrický oblouk mžikovým dotykem obou reakčních tyčí JJ_, 12, které se okamžitě oddálí na / vzdálenost, hlídanou laserem a udržovanou mechanickými prostředky 28, 29. Reakce zplyňováni probíhá kontinuálně při teplotách kolem 14000 °C. Vlivem střídavého proudu dochází k naprosto symetrickému opalování reakčních tyčí 11,12, které jsou kontinuálně mechanickými prostředky pomocí posunovacích tyčí 28, 29 posouvány do pracovali komory 20 tak, aby požadovaná intenzita jo hoření oblouku zůstala zachována. Toto zasunování je řízeno automatizovanými prostředky např. dle proudu v oblouku nebo napětí na oblouku. Při jakémkoliv nestandardním postavení reakčních tyčí il, 12 uvnitř pracovití komory 20, například při odlomení jedné z tyčí, dojde k vypnutí elektrického oblouku a k zastavení celého procesu.

Posunovací tyče 28, 29 jsou upraveny tak, aby byla umožněna jednoduchá výměna reakčních tyčí H, |2. K tomu slouží jejich rozebíratelné spojení s reakčními tyčemi H, 12. Posunovací tyče 28, 29 se vysunou z pouzder 22, 23, provede se výměna reakčních tyčí J_L 12 a posunovací tyče 28,29 se opět zasunou do pouzder 22, 23.

X Těleso reaktoru 13 je opatřeno okénkem, přes které je možno kontrolovat místo oblouku, zejména zasouvání reakčních tyčí U., 12, jejich bod doteku při zapalování oblouku. Toto okénko může být opatřeno snímací televizní kamerou pro snadnější kontrolu na televizním monitoru. Okénko je umístěno kolmo jak k reakčním tyčím J_L, 12, tak laserovému paprsku L.

,25 Uvádění zařízení do provozu, start reaktoru, vlastní provoz zařízení i jeho odstavení při zjištění nepovolených stavuje zabezpečováno elektrickými obvody následovně:

Uvádění zařízení do provozu:

Nejprve musí být zapnuto tlakové čerpadlo 6, pak musí být dosaženo potřebné

3« hladiny v odlučovači J_5 plynu, načež musí být zapojeno čerpadlo ]6 oběhu k I » ·

I ' ' I I I , « r ' t i i<

¹ ii * ϊ ·ι i i « ř 4 * II t I - I * reaktoru, potom musí být zapojeno čerpadlo jO chlazení reakčních tyčí s automatikou hlídání tlaku chladicí kapaliny , načež je odpojena samoregulace mikroposuvu reakčních tyčí H_, 12·

Po splnění uvedených podmínek a pokud není zjištěn žádný nepovolený / stav je povoleno spuštění reaktoru.

2. Start reaktoru.

Před startem se provádí ruční nastavení vzdálenosti a polohy reakčních tyčí ii, 12 podle televizního monitoru a dále nastavení hlavního transformátoru podle požadovaného výkonu. Pak je zapnut hlavní transformátor, je ir zapálen oblouk a dále je ručně doladěna vzdálenost reakčních tyčí ii, 12 a výkon transformátoru. Nakonec je ručně zapojena samoregulace mikroposuvu reakčních tyčí Π, 12,

3. Při vlastním provozu

Automatika otvírá hlavní plynový’ ventil pro výstup generovaného plynu při dosazení potřebného tlaku. Je-li dodávka plynu vyšší než jeho spotřeba, sepne se automaticky jeho odčerpáváni.

4. Odstavení zařízení při zjištění nepovolených stavů.

Celé zařízení je automaticky odstaveno, pokud je zjištěn některý nepovolený stav.

X - únik plynu

- porucha pohonu reakčních tyčí( včetně koncového vypínače pohonu)

- nesprávná teplota reaktoru

- nesprávná teplota chlazení tyčí

- nesprávná teplota chlazení reakční kapaliny

- nesprávná teplota výstup plynu

- je otevřen hlavní vypouštěcí ventil

- je nesprávná hladina v odlučovači plynů

- závada v oběhu kapaliny z odlučovače plynů do směšovací komory

- nepovolený přetlak výstupního plynu (též zabezpečeno otevření .w přetlakového vypouštěcího ventilu)

-8 • λ:«:

je proveden nesprávný ruční zásah do nastavení vypínačů jednotlivých zařízení.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zplyňování biochemických a chemických kapalných látek / využívající vysokých teplot a elektrického oblouku bez přísunu plynné látky, vyznačující se tím, že homogenizovanými biochemickými a chemickými kapalnými látkami se naplní pod tlakem pracovní komora (20) reaktoru (13), načež se do uhlíkových reakčních tyčí (10, 11), zasahujících do pracovní komory (20) proti sobě ve stejné podélné ose, zavede střídavý

   X elektrický proud, pak se jejich mžikovým spojením zapálí elektrický oblouk, načež se reakční tyče (II, 12) okamžitě oddálí na vzdálenost, která se hlídá laserovým paprskem L a automaticky upravuje mechanickými prostředky, přičemž homogenizované biochemické a chemické kapalné látky v pracovní komoře (20) se vystaví působeni elektrického oblouku a teploty 14000 °C, která se udržuje na této hodnotě chlazením reakčních tyči, načež začíná vznikat plyn.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í in , že vzniklý plyn se upravuje tak, že se vede do plynového odlučovače (15), kde se chladí, načež

   X se páry v něm obsažené po zkondenzování odčerpávají zpět do směšovací komory' (7) a získaná směs hořlavých plynů se vede ke spotřebičům.
3. 3. Zařízení k provádění zplyňování biochemických a chemických kapalných látek podle předchozích nároků, zahrnující reaktor (13), uvnitř kterého se

   X nachází pracovní komora (20) se dvěma grafitovými reakčními tyčemi (10,11), opatřenými ochranným povlakem, vyznačující se t í m , že do pracovní komory (20\ ze dvou protilehlých stran zasahují jedním koncem grafitové reakční tyče (11, 12) a kolmo kjejich podélné oseje u reaktoru (13) umístěn laser (21) tak, aby středem pracovní komory (20) kolmo k podélné ose reakčních tyčí (II, 12) procházel laserový paprsek T₄ pro kontrolu jejich

   -10 ΛΙ Γ vzdálenosti, přičemž tyto reakční tyče (11, 12) jsou uloženy posuvně $ v' pouzdrech (22, 23)^na jedné straně připevněných k reaktoni (13) přes izolátor (24, 25), zatímco na jejich opačné straně jsou uspořádány izolátory (26, 27) s plynovými ucpávkami, přes které je proveden přívod (30, 31) chlazení

   M · · ; · / reakčních tyčí (11, 12) a mechanický prostředky (28, 29),. posuvu reakčních ( / tyčí (11, 12), přičemž reakční tyče (11, 12) jsou připojeny na příslušné přívody (32, 33) střídavého elektrického proudu.

   / X Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že chladicím / μί mediem reakčních tyčí (11, 12) jsou homogenizované biochemické a chemické kapalné látky pod tlakem, vedené potrubím ze směšovací komory (7) přes chladič (9) a čerpadlo (10) zvlášť do pravého pouzdra (22) a zvlášť do levého pouzdra (23), přičemž povrch reakčních tyčí (I I, 12) je rýhovaný nebo jinak upravený pro průchod chladicího media mezi povrchem tyče a vnitřní stěnou pouzdra.

   77 Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že mechanickými prostředky (28, 29) posuku reakčních tyčí (11, 12) jsou posunovací tyče (28, 29), které jsou jednou stranou zavedeny do pouzder (22,

   2g 23), kde jsou rozebíratelně spojeny s reakčními tyčemi (11, 12) a druhou stranou jsou uloženy v izolovaných pouzdrech (34, 35) a připojeny jednak na automatické ovládám) a jednak na ruční ovládání posunovacích tyčí (28, 29).