CZ2025132A3 - Separátor pyrolýzního plynu - Google Patents

Abstract

Předmětem řešení je zařízení sestávající ze stíracího šneku (2), uloženého v kovovém dvouplášťovém válci (1) nebo dvouplášťovém korýtku (15), jehož spodní část je tvořena polovinou válcové plochy. Korýtko (15) je opatřeno příklopným víkem (16). Mezi dvěma plášti válce (1) nebo korýtka (15) je meziprostor pro chladicí tekutinu, dopravovanou okruhem (8) chladicí tekutiny. Válec (1) nebo korýtko (15) je opatřeno tryskami (7),propojenými s přívodním potrubím uhlovodíkové kapaliny. Válec (1) nebo korýtko (15) je opatřeno vstupním potrubím (3) pro pyrolýzní plyn z termického krakování, zejména pneumatik, a výstupním potrubím (4), které je napojeno na sprchový kondenzátor (6), kde je skrápěcí mechanismus. V nejnižším místě válce (1) nebo korýtka (15) je výpustný otvor (5) disperzní směsi propojený se zásobníkem (14).

Description

Separátor pyrolýzního plynu

Oblast techniky

Vynález se týká separátoru pyrolýzního plynu, který umožňuje termickou konverzi organických molekul pyrolýzního plynu na plynnou, kapalnou a pevnou fázi. Kapalnou fází jsou pyrolýzní oleje, popřípadě kapalné deriváty a pevnou fází jsou pyrolýzní uhlík, saze, inertní látky, plniva a další pevné látky.

Zařízení je vhodné zejména pro ekologickou likvidaci pneumatik s následným využitím vzniklého odpadního produktu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známá různá zařízení, která se používají pro separaci pyrolýzního plynu. Zejména se zaměřují na separaci pyrolýzního plynu vznikajícího při zpracování plastového odpadu a ojetých pneumatik.

Z užitného vzoru č. CZ 20057 U1 je známo zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu, které je vhodné pouze pro pryže a plasty bez minerálních plniv.

U tohoto zařízení je výstup plynné frakce z chladiče napojen na přetlakový vstup ejektoru. Podtlak je vytvořen již ochlazeným pyrolýzním plynem. Výstup z ejektoru je veden do přídavného chladiče, kde dochází ke kondenzaci uhlovodíků C5 a výše. Nezkondenzované plyny jsou využity opět k vytvoření podtlaku v ejektoru a k ochlazení pyrolýzního plynu. Nečistoty jsou zachycovány v sedimentačních nádržích.

Z českého patentu č. CZ 309834 Bóje známo zařízení pro dehalogenaci primárního pyrolýzního plynu, které obsahuje první nádobu upravenou pro oddělení kapalných a pevných aerosolů. Nádoba je opatřena výstupem plynu a spodní plynotěsnou výpustí pro odvádění zachycené kapaliny a pevných částic. Uvedený výstup plynu vede do potrubí, do kterého ústí zařízení pro dávkování práškového sorbentu a/nebo práškového katalyzátoru do proudu plynu. Potrubí vede do filtrační nádoby opatřené filtrem pro záchyt částic práškového sorbentu a/nebo práškového katalyzátoru. Filtr je upraven pro periodické nebo kontinuální odstraňování nebo posouvání vrstvy částic práškového sorbentu a/nebo práškového katalyzátoru. Filtrační nádoba je opatřena plynotěsnou výsypkou pro odstraňování zachycených a sfouknutých částic, přičemž zařízení je dále opatřeno ohřevem a/nebo tepelnou izolací.

Jeho nevýhodou je nutnost výměny a čištění filtrů, které se nacházejí v prostředí výbušných a jedovatých plynů. Celé zařízení je nutno inertizovat a následně po výměně filtru znovu aktivovat.

Z českého patentu č. CZ 309971 Bóje známo zařízení k realizaci energetického a materiálového zhodnocení odpadního kalu pyrolýzou.

Podstatou tohoto zařízení je, že obsahuje zásobník pyrolýzní kapaliny a zásobník pyrolýzního plynu. Spojovací potrubí spojuje zásobník pyrolýzní kapaliny s ohřevným prvkem pyrolýzní jednotky a zásobník pyrolýzního plynu s ohřevným prvkem pyrolýzní jednotky. Zařízení dále obsahuje chladič uzpůsobený pro chlazení pyrolýzních produktů, přičemž chladič je spojen se zásobníkem pyrolýzní kapaliny a se zásobníkem pyrolýzního plynu. Uvedené uspořádání s chladičem umožňuje kondenzační separaci jímáných pyrolýzních produktů na pyrolýzní kapalinu a pyrolýzní plyn, přičemž pyrolýzní kapalina, pyrolýzní plyn nebo oba tyto pyrolýzní produkty mohou být využity jednotlivě nebo společně.

- 1 CZ 2025- 132 A3

Jeho nevýhodou je zanášení chladiče a spojovacího potrubí sublimujícími vroucími uhlovodíky a inertními látkami obsaženými ve vstupní surovině.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje separátor pyrolýzního plynu podle tohoto vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že obsahuje buď dvouplášťový kovový válec, který je uložený šikmo pod mírným sklonem nebo obsahuje dvouplášťové kovové korýtko. Přitom spodní část dvouplášťového kovového korýtka je tvořena polovinou válcové plochy. Dvouplášťové kovové korýtko je opatřeno příklepným víkem. Příklepné víko vodotěsně doléhá na dvouplášťové kovové korýtko.

Mezi jednotlivými plášti kovového válce, resp. mezi jednotlivými plášti kovového korýtka je meziprostor, který je určen pro chladící tekutinu k ochlazování vnitřního pláště kovového válce, resp. vnitřního pláště kovového korýtka. Chladící tekutinou je obvykle kapalina. Uze však použít místo chladící kapaliny chladící plyn.

Dvouplášťový kovový válec nebo dvouplášťové kovové korýtko je opatřeno vstupním potrubím bohatého pyrolýzního plynu a výstupním potrubím ochuzeného pyrolýzního plynu. V nej nižším místě je dvouplášťový válec nebo dvouplášťové korýtko opatřeno výpustním otvorem disperzní směsi.

Ve výhodném uskutečnění je dvouplášťový kovový válec nebo dvouplášťové kovové korýtko opatřeno průchozími otvory s tryskami. Průchozí otvory, ve kterých jsou umístěny trysky, mohou být provedeny v příklepném víku kovového korýtka. Tyto trysky jsou propojené s přívodním potrubím uhlovodíkové kapaliny.

Součástí separátoru pyrolýzního plynu může být vertikální sprchový kondenzátor, který je napojený na výstupní potrubí ochuzeného pyrolýzního plynu.

Vertikální sprchový kondenzátor je uvnitř opatřen skrápěcím mechanismem, napojeným na potrubí kapalných uhlovodíků. Skrápěcí mechanismus je tvořen hlavovou sprchou, neboje tvořen alespoň jedním skrápěcím věncem, který je umístěn po vnitřním obvodě v horní části sprchového kondenzátoru.

Sprchový kondenzátor je spodní částí situován do zásobníku oleje.

Chladící tekutinou je nemrznoucí kapalina obsahující minimálně 50 % etylenglykolu.

S výhodou je stírací šnek kovový.

Pro lepší ochlazování pyrolýzního plynuje celý stírací šnek, popřípadě alespoň jeho hřídel dutý. Dutý prostor stíracího šneku, tj. jeho dutý hřídel a mnohdy i duté stírací elementy jsou propojeny s okruhem chladící tekutiny.

Pro vyšší životnost mohou být kovové části separátoru pyrolýzního plynu provedeny z nerezové oceli.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže objasněn pomocí výkresů, na kterých je znázorněn separátor pyrolýzního plynu podle tohoto vynálezu.

-2CZ 2025- 132 A3

Na obr. 1 je schematicky znázorněn šikmo situovaný separátor pyrolýzního plynu opatřený dvouplášťovým kovovým válcem.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým válcem separátoru pyrolýzního plynu.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým válcem separátoru pyrolýzního plynu se stí račím šnekem.

Na obr. 4 je schematicky znázorněn šikmo situovaný separátor pyrolýzního plynu opatřený dvouplášťovým kovovým korýtkem. Elektromotorem poháněný stí raci šnek je dutý a jeho dutý prostor je propojen s okruhem chladící tekutiny pomocí rotačního šroubení.

Na obr. 5 je schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým korýtkem separátoru pyrolýzního plynu. Příklepné víko dvouplášťového kovového korýtka je opatřeno průchozími otvory s tryskami.

Na obr. 6 je schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým korýtkem separátoru pyrolýzního plynu, které je opatřeno stíracím šnekem.

Na obrázku je patrný stírací šnek, korespondující svým válcovým tvarem a průměrem se spodní částí dvouplášťového kovového korýtka, které je tvořeno polovinou válcové plochy. Příklepné víko dvouplášťového kovového korýtka je opatřeno průchozími otvory s tryskami.

Na obr. 7 je schematicky znázorněn separátor pyrolýzního plynu, který je opatřený dvouplášťovým kovovým korýtkem, sprchovým kondenzátorem, zásobníkem disperzní směsi a zásobníkem oleje.

Na obr. 8 je schematicky znázorněn sprchový kondenzátor opatřený skrápěcím mechanismem, tvořeným hlavovou sprchou. Hlavová sprchaje umístěna uvnitř sprchového kondenzátoru.

Na obr. 9 je schematicky znázorněn sprchový kondenzátor opatřený skrápěcím mechanismem, tvořeným třemi skrápěcími věnci, situovanými po vnitřním obvodě sprchového kondenzátoru.

Příklady uskutečnění vynálezu

V prvním příkladu uskutečnění, zobrazeném na obr. 1 až 3 je znázorněn separátor pyrolýzního plynu realizovaný pro separaci bohatého pyrolýzního plynu, vznikajícího při termochemické recyklaci pneumatik, popřípadě dalšího odpadu podobného chemického složení.

Zařízení sestává z kovového válce 1 o vnitřním průměru 350 mm a délce 4000 mm. Válec 1 je situován šikmo pod úhlem 40°. Kovový válec 1 je znázorněn na obr. 2.

Válcem ]_ prochází stírací šnek 2, jehož průměr je 340 mm, tj. pouze o 10 mm menší, než je vnitřní průměr válce L Proto je mezi vnitřním pláštěm 13 válce 1 a stíracím šnekem 2 mezera pouhých 5 mm. Kovový válec 1 se stíracím šnekem 2 je znázorněn na obr. 3.

Stírací šnek 2 je propojen s elektromotorem 21. který má proměnlivé otáčky v rozmezí 20 až 60 otáček za minutu.

Válec 1 je proveden jako dvouplášťový, tak, aby mezi vnitřním a vnějším pláštěm 13 válce 1 vznikl volný meziprostor 11 pro chladící tekutinu, kterou je nemrznoucí kapalina tvořena směsí 80 % etylenglykolu s vodou. Chladící tekutina je do válce 1 přiváděna a odváděna okruhem 8 chladící kapaliny.

- 3 CZ 2025- 132 A3

Válec 1 je na horním konci opatřen vstupním potrubím 3 bohatého pyrolýzního plynu. Vstupní potrubí 3 je o průměru 150 mm. Na horní části dolního konce válce 1 je situováno výstupní potrubí 4 pro výstup částečně ochlazeného, ochuzeného pyrolýzního plynu. Vstupní potrubí 3, výstupní potrubí 4 i dvouplášťový válec Ijsou provedeny z nerezové oceli, stejně jako válec L

Ve spodní části je kovový válec 1 opatřen výpustným otvorem 5 disperzní směsi.

Funkce zařízení je následující:

Opotřebované pneumatiky určené k likvidaci se dávkují do anaerobního reaktoru s nepřímým ohřevem, kde dochází k narušení chemických vazeb pryže, které se začnou štěpit (termické krakování) a uvolňovat uhlovodíkové páry. Tím se vytváří bohatý pyrolýzní plyn, který je o teplotě 340 °C až 700 °C. Anaerobní reaktor není součástí tohoto vynálezu.

Bohatý pyrolýzní plyn je vháněn vstupním potrubím 3 pyrolýzního plynu do dvouplášťového kovového válce 1. V meziprostoru 11. který je mezi jednotlivými plášti 13 kovového válce 1, je chladící tekutina. Touto chladící tekutinou je nemrznoucí kapalina, tvořena směsí 80 % etylenglykolu s vodou. Teplota této směsi je 20-35 °C. Uvedeným dochází k ochlazování celého kovového válce 1, a tím i k ochlazování bohatého pyrolýzního plynu, nacházejícího se v tomto kovovém válci 1. Při ochlazování bohatého pyrolýzního plynuje z něho vylučována disperzní směs a z bohatého pyrolýzního plynu zůstává pouze ochuzený pyrolýzní plyn, který již neobsahuje polyaromatické uhlovodíky, výše vroucí dehty a pevné částice.

Chladící tekutina proudí okruhem 8 chladící tekutiny, jehož součástí jsou tepelný výměník (chladič), čerpadlo a expanzní nádoba. Čerpadlo zajišťuje nucený oběh chladicí tekutiny okruhem 8 chladící tekutiny i kovovým válcem 1.

Do prostoru válce 1, kterým prochází a ochlazuje se bohatý pyrolýzní plyn za vzniku disperzní směsi, jsou pomocí trysek 7 vstřikovány kapalné uhlovodíky, které oplachují vnitřní plášť 13 válce 1 a napomáhají unášení disperzní směsi do otvoru 5 disperzní směsi a odtud do zásobníku 14 disperzní směsi.

V tomto příkladu uskutečnění je použitým kapalným uhlovodíkem olej. Pro oplach lze rovněž použít olejové frakce vznikající v rektifikační koloně. Rektifikační kolona není součástí tohoto vynálezu. V případě prvotního nájezdu technologie lze k oplachu využít lehký topný olej nebo motorovou naftu.

Vstřikování oleje není kontinuální, nýbrž je cyklické, přičemž se množství vstřikovaných kapalných uhlovodíků a délky cyklů průběžně upravují podle konzistence vznikající disperzní směsi.

Stírání disperzní směsi z vnitřního pláště 13 do výpustného otvoru 5 disperzní směsi je realizováno stíracím šnekem 2, přičemž oplachování vnitřního pláště 13 kovového válce 1 olejem pouze tomuto procesu napomáhá.

Ve druhém příkladu uskutečnění, zobrazeném na obr. 4 až 9, je znázorněn separátor pyrolýzního plynu realizovaný pro fázovou separaci bohatého pyrolýzního plynu, vznikajícího při termochemické recyklaci pneumatik, který je ve výhodném uskutečnění opatřen sprchovým kondenzátorem 6 se zásobníkem oleje 9.

Separátor pyrolýzního plynu sestává z kovového korýtka 15. které je zakryto příklepným víkem 16. Korýtko 15 je ve spodní části tvořeno polovinou válcové plochy o průměru 350 mm, na kterou oboustranně směrem nahoru navazují kovové rovnoběžné boky korýtka 15.

-4CZ 2025- 132 A3

Korýtko 15 se šnekem 2 je situováno šikmo pod úhlem 35°. Korýtko 15 je dvouplášťové. Mezi vnitřním a vnějším pláštěm 13 korýtka 15 je volný meziprostor 11 pro chladící tekutinu, kterou je nemrznoucí kapalina, tvořena směsí 60 % etylenglykolu s vodou. Meziprostor 11 je napojený na okruh 8 chladící tekutiny.

Horní otevřená plocha korýtka 15 je po celé své délce přikryta příklepným víkem 16. Příklepné víko 16 je opatřeno dvěmi řadami průchozích otvorů, které jsou opatřeny tryskami 7. Průchozí otvory s tryskami 7 jsou provedeny rovněž ve spodní části korýtka 15. tj. v jeho válcové ploše, jak znázorněno na obr. 6. Korýtko 15 je ve spodní části po celé délce opatřeno kovovým stí račím šnekem 2 s kovovými stí račími lopatkami 12, upevněnými na kovové hřídeli. Kovový stírací šnek 2 je válcový o průměru válce 340 mm. Stírací šnek 2 je situován šikmo pod úhlem 35°, stejně jako je šikmo situováno korýtko 15.

Stírací šnek 2 je osazen 5 mm nad dnem korýtka 15.

Hřídel stíracího šneku 2 je dutý. Rovněž stírací lopatky 12 jsou duté. Tím je ve stíracím šneku 2 vytvořen dutý prostor. Dutý prostor stíracího šneku 2 je propojen s okruhem 8 chladící tekutiny. Pohon stíracího šneku 2 je realizován elektromotorem 21. zajišťujícím otáčení stíracího šneku 2 rychlostí až 60 ot/min.

Korýtko 15 je na horním konci opatřeno vstupním potrubím 3 bohatého pyrolýzního plynu. Vstupní potrubí 3 je o průměru 150 mm. Na horní části dolního konce korýtka 15 je umístěno výstupní potrubí 4 o průměru 150 mm pro výstup ochlazeného ochuzeného pyrolýzního plynu. Výstupní potrubí 4 propojuje válec 1 se vstupem sprchového kondenzátoru 6. Sprchový kondenzátor 6 je tvořen kovovým válcem 1 provedeným z nerez oceli. Je o průměru 5 00 mm a j e situován vertikálně.

Kovové výstupní potrubí 4 je z válce 1 přivedeno do spodní části vertikálního sprchového kondenzátoru 6. Sprchový kondenzátor 6 je v horní části opatřen hlavovou sprchou 10. jak patrno z obr. 8. Alternativou je opatření sprchového kondenzátoru 6 skrápěcími věnci 18. jak patrno z obr. 9.

Funkce zařízení je následující:

Zařízení podle druhého příkladu uskutečnění pracuje obdobně jako je popsáno v prvním příkladu uskutečnění.

Dvě řady trysek 7, které jsou osazeny na příklepném víku 16. umožňují ostřik vnitřku korýtka 15 kapalnými uhlovodíky. V tomto příkladu uskutečnění je použitým kapalným uhlovodíkem nafta.

Toto řešení umožňuje provádění údržby vnitřku korýtka 15 při demontáži příklepného víka 16.

Bohatý pyrolýzní plyn je vháněn do korýtka 15. Protože chladicí tekutina proudící okruhem 8 chladící tekutiny, proudí rovněž mezi vnitřním a vnějším pláštěm 13 korýtka 15 a současně i v duté hřídeli šneku 2. je bohatý pyrolýzní plyn ochlazován kontaktem s vnitřním pláštěm 13 korýtka 15 a současně i kontaktem s hřídelem stíracího šneku 2 a jeho lopatkami 12.

Chladicí tekutina je do otáčejícího se hřídele šneku 2 přivedena pomoci rotačního šroubení 19. Bohatý pyrolýzní plyn vlivem svého ochlazování uvolňuje výše vroucí (polyaromatické) uhlovodíky, které společně s pevnými částicemi tvoří disperzní směs, jež stéká po vnitřním plášti korýtka 15. Pro snazší odstraňování disperzní směsi je prostor korýtka 15 ostřikován dvěma řadami trysek 7, umístěnými v příklepném víku 16. Disperzní směs je odváděna výpustným otvorem 5 disperzní směsi do zásobníku 14 disperzní směsi.

Ochuzený pyrolýzní plyn pokračuje výstupním potrubím 4 do sprchového kondenzátoru 6, kde je na potrubí 17 kapalných uhlovodíků napojena hlavová sprcha 10 nebo minimálně jeden skrápěcí

- 5 CZ 2025- 132 A3 věnec 18. Z hlavové sprchy 10 nebo ze skrápěcího věnce 18 proudí ochlazené kapalné uhlovodíky, kterými jsou obvykle olejová frakce, např. petrolej nebo plynový olej. Chlazení kapalných uhlovodíků není součástí tohoto vynálezu. Ochuzený pyrolýzní plyn v důsledku ochlazení proudem kapalných uhlovodíků ztrácí své složky, jež kondenzují při teplotách do 20 °C a k dalším 5 technologickým celkům pokračuje již jako procesní plyn. Základními složkami procesního plynu jsou vodík (H2), oxid uhelnatý (CO), metan (CH4) a další plynné uhlovodíky (alkeny, případně alkyny), které mají bod varu do 20-25°C. Procesní plyn pokračuje na plynočistímu (tzv. vypírání plynu), která není součástí tohoto vynálezu. Kapalná složka, jež se oddělila z ochuzeného pyrolýzního plynu, stéká do zásobníku oleje 9. Ze zásobníku oleje 9 jsou kapalné uhlovodíky 10 odčerpávány k dalším úpravárenským technologiím, jakými jsou sedimentace a vsádková rektifikace. Kapalné uhlovodíky po sedimentaci vodné složky jsou odčerpávány do chladicí nádrže a využity ve sprchovém kondenzátoru 6 za účelem chlazení ochuzeného pyrolýzního plynu.

Průmyslová využitelnost

Separátor pyrolýzního plynu je vhodný pro separátor pyrolýzního plynu vznikajícího zejména při likvidaci pneumatik. Zařízení řeší problematiku likvidací pneumatik, při které dochází nejen k jejich ekologické likvidaci, nýbrž vzniká plně využitelný procesní plyn a kapalný uhlovodík.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Separátor pyrolýzního plynu, vyznačující se tím, že obsahuje šikmo uložený válcový stírací šnek (2), situovaný ve dvouplášťovém kovovém válci (1), nebo dvouplášťovém kovovém korýtku (15), jehož spodní část je tvořena polovinou válcové plochy, přičemž kovové korýtko (15) je vodotěsně opatřeno příklepným víkem (16), přičemž mezi jednotlivými plášti (13) kovového válce (1), nebo jednotlivými plášti (13) kovového korýtka (15) je meziprostor (11) pro chladící tekutinu, přitom válec (1) nebo korýtko (15) je opatřeno vstupním potrubím (3) bohatého pyrolýzního plynu a výstupním potrubím (4) ochuzeného pyrolýzního plynu a v nej nižším místě je opatřeno výpustným otvorem (5) disperzní směsi.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvouplášťový kovový válec (1) nebo příklepné víko (16) korýtka (15) je opatřeno průchozími otvory s tryskami (7), propojenými s přívodním potrubím (20) uhlovodíkové kapaliny.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstupní potrubí (4) ochuzeného pyrolýzního plynu je propojeno s vertikálním sprchovým kondenzátorem (6), opatřeným uvnitř skrápěcím mechanismem tvořeným hlavovou sprchou (10) nebo alespoň jedním skrápěcím věncem (18); přitom sprchový kondenzátor (6) je ve spodní části situován do zásobníku (9) oleje.
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že chladící tekutinou je nemrznoucí kapalina.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že nemrznoucí kapalina obsahuje minimálně 50 % etylenglykolu.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stírací šnek (2) nebo alespoň jeho hřídel je kovový a dutý, přičemž jeho dutý prostor je propojen s okruhem (8) chladící tekutiny.
7. 7. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že jeho kovové části jsou provedeny z nerezové oceli.