CZ2025133A3 - Způsob fázové separace pyrolýzního plynu - Google Patents

Abstract

Předmětem řešení je způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu, při kterém je primární pyrolýzní plyn o teplotě 340 °C až 800 °C dopravován z reaktoru do tepelného výměníku fázového separátoru (1), kde je olejem o teplotě nižší než 180 °C ochlazován na teplotu pod 210 °C. Srážené polyaromatické uhlovodíky ulpívající na vnitřní ploše pláště tepelného výměníku jsou stírány stíracím šnekem a dále zpracovány. Ochuzený pyrolýzní plyn je dopravován do sprchového kondenzátoru (2), kde je dochlazovacím olejem o teplotě nižší než 15 °C dochlazován na teplotu pod 20 °C. Vznikající kondenzát je odváděn k sedimentaci a zbývající plynná složka k dalšímu využití. Pro lepší ochlazování plynu jsou tepelný výměník i stírací šnek chlazeny chladicí kapalinou. Pro odstranění nánosů je stírací šnek ostřikován rozpouštědly na bázi toluenu a/nebo benzenu o teplotě 20 °C až 75 °C a tlaku 0,4 až 1 MPa, a to cyklicky ve třech až šesti cyklech, každý o délce 3 až 7 vteřin, s přestávkou mezi cykly 2 až 10 vteřin, proces ostřikování se opakuje po 20 až 40 minutách.

Description

Způsob fázové separace pyrolýzního plynu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu fázové separace pyrolýzního plynu, který vzniká například v anaerobním reaktoru termochemickou konverzí organických materiálů.

Organickými materiály, které jsou vhodné pro likvidaci způsobem podle tohoto vynálezu, jsou zejména opotřebované pneumatiky a odpadní plasty.

Způsobem podle vynálezu dochází k separaci pyrolýzního plynu, kdy termickou konverzí přecházejí organické molekuly pyrolýzního plynu na plynnou, kapalnou a pevnou fázi. Kapalnou fází jsou pyrolýzní oleje. Pevná fáze představuje sublimáty tvořící s kapalnými deriváty disperzní směs, obsahující pyrolýzní uhlík, saze, inertní látky, plniva a další pevné látky.

Způsob podle vynálezu je vhodný zejména pro chemickou recyklaci pneumatik s následným využitím vzniklé druhotné suroviny.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé různé způsoby, které se používají pro separaci pyrolýzního plynu. Zejména se zaměřují na separaci pyrolýzního plynu vznikajícího při zpracování plastového odpadu a ojetých pneumatik.

Z českého patentu č. CZ 309834 Bóje znám způsob dehalogenace primárního pyrolýzního plynu, který nejprve oddělí kapalné a pevné aerosoly, přičemž kapalná a pevná složka se odvede ven ze zařízení a plyn se vede potrubím do filtrační nádoby. V potrubí se do plynu vnese práškový sorbent nebo jiný práškový katalyzátor a ve filtrační nádobě plyn prochází filtrem, kde se zachycuje práškový sorbent, přičemž zachycené částice se z filtru odstraňují. 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.

Nevýhodou způsobu podle patentu č. CZ 309834 B6 je nutnost výměny a čištění filtrů, které se nacházejí v prostředí výbušných a jedovatých plynů. Při realizaci je nutno celé zařízení inertizovat a následně po výměně filtrů znovu aktivovat.

Z českého patentu č. CZ 309971 B6 je znám způsob energetického a materiálového zhodnocení odpadního kalu pyrolýzou.

Jeho podstatou je, že zahrnuje přípravu surovinové směsi s obsahem odpadního kalu, pyrolýzu surovinové směsi a následné jímání pyrolýzních produktů z pyrolýzní jednotky. Přitom příprava surovinové směsi s obsahem odpadního kalu zahrnuje krok úpravy odpadního kalu, krok úpravy první a druhé energetické suroviny a následný krok smíchání odpadního kalu a první a druhé energetické suroviny, přičemž první energetickou surovinou jsou zpracované ropné produkty a druhou energetickou surovinou je biomasa nebo uhlí, a že pyrolýzní produkty jímané z pyrolýzní jednotky zahrnující pyrolýzní kapalinu a pyrolýzní plyn jsou užívány jako palivo pro pyrolýzní jednotku.

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

- 1 CZ 2025 - 133 A3

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob fázové separace pyrolýzního plynu vznikajícího například v anaerobním reaktoru termochemickou konverzí organických materiálů podle tohoto vynálezu.

Jeho podstata spočívá v tom, že primární pyrolýzní plyn o teplotě 340 °C až 800 °C je rozdílem tlaků vyvolaným vývěvou umístěnou na konci výrobní linky dopravován z reaktoru do tepelného výměníku fázového separátoru pyrolýzního plynu, který je uvnitř opatřen mechanickým stí račím elementem.

V tepelném výměníku je na primární pyrolýzní plyn působeno tryskajícím ochlazovacím olejem, který je o teplotě nižší než 180 °C. Tím dochází k ochlazování primárního pyrolýzního plynu na teplotu pod 210 °C. Srážející se polyaromatické uhlovodíky z primárního pyrolýzního plynu ulpívají na vnitřní ploše pláště tepelného výměníku, ze které jsou mechanicky stírány a proudem ochlazovacího oleje unášeny k výstupnímu otvoru, kterým odcházejí k dalšímu zpracování.

Ochuzený pyrolýzní plyn je dopravován potrubím do sprchového kondenzátoru. Tam je stříkajícím dochlazovacím olejem o teplotě nižší než 15 °C dochlazován na kondenzační teplotu pod 20 °C. Ochlazením vzniká tekutý kondenzát, který je společně s ochlazovacím olejem odváděn k sedimentaci a zbývající plynná složka je odváděna k dalšímu využití.

Ochlazování primárního pyrolýzního plynu v tepelném výměníku může být posíleno kontaktem s vnitřní plochou tepelného výměníku, který je z vnější strany chlazen proudící chladící tekutinou.

Ještě více může být ochlazování primárního pyrolýzního plynu v tepelném výměníku posíleno jeho kontaktem s kovovým stíracím elementem, tvořeným kovovým šnekem, který je alespoň částečně dutý a jeho vnitřní prostor je chlazen proudící chladící tekutinou.

Pro odstranění srážejících se polyaromatických uhlovodíků z primárního pyrolýzního plynu, které ulpívají na stíracím elementu, je stírací element ostřikován rozpouštědly na bázi toluenu a/nebo benzenu o teplotě 20 °C až 75 °C a tlaku 4 až 10 barů.

Pro zvýšení účinnosti tohoto odstraňování je ostřikování prováděno cyklicky, a to ve třech až šesti cyklech, každý o délce 3 až 7 vteřin, s přestávkou mezi cykly 2 až 10 vteřin, a to při opakování cyklů co 20 až 40 minut.

Objasnění výkresů

K dokreslení způsobu fázové separace primárního pyrolýzního plynu jsou použity následující výkresy.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn fázový separátor pyrolýzního plynu a sprchový kondenzátor, které jsou vhodné pro realizaci způsobu podle vynálezu.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn příčný řez tepelným výměníkem fázového separátoru pyrolýzního plynu, který je realizovaný za použití kovového válce. Na vyobrazení je patrný stírací element tvořený stíracím šnekem.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn příčný řez tepelným výměníkem fázového separátoru pyrolýzního plynu, který je realizovaný za použití kovového korýtka. Na vyobrazení je patrný stírací element tvořený stíracím šnekem.

-2CZ 2025 - 133 A3

Příklady uskutečnění vynálezu

V prvním příkladu uskutečnění vynálezu je použit způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu, vznikajícího v anaerobním reaktoru termickou konverzí organických materiálů pro ekologickou likvidaci opotřebovaných automobilových pneumatik.

Opotřebované pneumatiky určené k likvidaci se dávkují do anaerobního reaktoru s nepřímým ohřevem, kde se ohřívají na teplotu 650 °C po dobu 55 min.

Tím dochází k narušení chemických vazeb pryže, která se začne štěpit (termické krakování) a uvolňovat uhlovodíkové páry. Tímto postupem se vytváří primární pyrolýzní plyn, který může dosahovat teploty v rozmezí 340 °C až 800 °C.

Primární pyrolýzní plyn následně prochází sestavou fázového separátoru 1 pyrolýzního plynu a sprchového kondenzátoru 2, naznačených na obr. 1.

Fázový separátor 1 pyrolýzního plynu obsahuje šikmo situovaný tepelný výměník, který je uvnitř opatřen mechanickým stíracím elementem 3.

Sprchový kondenzátor 2 je opatřen skrápěcím mechanismem.

Tepelný výměník fázového separátoru 1 pyrolýzního plynuje tvořený kovovým válcem průměru 500 mm, ve kterém je mechanický stírací element 3, kterým je v tomto příkladě uskutečnění otáčející se stírací šnek. Ve spodní části tepelného výměníku je proveden výstupní otvor, kterým mohou odcházet podchlazením srážené polyaromatické uhlovodíky z primárního pyrolýzního plynu k dalšímu zpracování.

Ve fázovém separátoru 1 pyrolýzního plynu je na primární pyrolýzní plyn působeno tryskajícím ochlazovacím olejem, který je o teplotě nižší než 180 °C. Tím dochází k ochlazování primárního pyrolýzního plynu na teplotu pod 210 °C. Při ochlazení primárního pyrolýzního plynu pod 210 °C se z primárního pyrolýzního plynu srážejí polyaromatické uhlovodíky a ulpívají na vnitřní ploše šikmo uloženého tepelného výměníku v konzistenci polotuhé, kašovité hmoty. Tato hmota je stíracím elementem mechanicky stírána a proudem ochlazovacího oleje unášena k výstupnímu otvoru, kterým odchází k dalšímu zpracování. Výstupní otvor je situován ve spodní části níže umístěného konce tepelného výměníku.

Pro účinnější ochlazování primárního pyrolýzního plynu je tepelný výměník z vnější strany chlazen chladící tekutinou. Touto chladící tekutinou je nemrznoucí směs na bázi glykolu. Primární pyrolýzní plyn je v tepelném výměníku ochlazován nikoliv pouze působením tryskajícího ochlazovacího oleje, nýbrž rovněž kontaktem s jeho vnitřní chladnou plochou. Nyní již ochuzený pyrolýzní plyn je dopravován potrubím do vertikálního sprchového kondenzátoru 2, kde je stříkajícím dochlazovacím olejem o teplotě nižší než 15 °C dochlazován na kondenzační teplotu pod 20 °C. Vznikající kondenzát je společně s dochlazovacím olejem odváděn k sedimentaci a zbývající plynná složka je odváděna k dalšímu využití.

Doprava pyrolýzního plynu v celém fázovém separátoru 1 pyrolýzního plynu je provedena rozdílem tlaků vyvolaným vývěvou umístěnou na konci sprchového kondenzátoru 2. Takto umístěná vývěva vysává primární pyrolýzní plyn z anaerobního reaktoru a podtlakem ho dopravuje přes šikmo situovaný tepelný výměník fázového separátoru 1 do vertikálního sprchového kondenzátoru 2. Tímto způsobem dochází k chemické recyklaci nepotřebných automobilových pneumatik, ze kterých vzniká ekologickou cestou využitelná druhotná surovina.

- 3 CZ 2025 - 133 A3

Tepelný výměník může být realizován kovovým válcem, jak patrno z obr. 2 nebo kovovým korýtkem, jehož spodní část je tvořena polovinou válcové plochy, jak patrno z obr. 3. V tomto příkladě uskutečnění je tepelný výměník realizován kovovým válcem.

Existence válcové plochy v případě kovového válce a rovněž existence alespoň části válcové plochy v případě kovového korýtka umožňuje použít stírací element 3 ve formě otáčejícího se stíracího šneku, což je nej obvyklejší provedení stíracího elementu 3. Přitom tělesová osa stíracího šneku je rovnoběžná, resp. téměř totožná s tělesovou osou tepelného výměníku.

Ve druhém příkladu uskutečnění vynálezu je situace obdobná s následujícími rozdíly vůči prvnímu příkladu uskutečnění:

Šikmo situovaný tepelný výměník je realizovaný kovovým korýtkem, jehož spodní část je tvořena válcovou plochou poloviny válce, jak patrno z obr. 3. Boční plochy korýtka jsou nahoru vyvedeny a shora uzavřené krycí deskou. Vytvořením takovéhoto tepelného výměníku je umožněno stírání podchlazením vysrážených polyaromatických uhlovodíků z primárního pyrolýzního plynu otáčejícím se stíracím elementem 3_tvaru šneku. Výhodou je možnost demontáže krycí desky kovového korýtka za účelem revize tepelného výměníku, což je v případě kovového válce problematické.

Pro ještě účinnější ochlazení primárního pyrolýzního plynu v tepelném výměníku je stírací element 3 tvořený dutým stíracím šnekem a jeho vnitřní prostor je chlazen proudící chladící tekutinou. Tím dochází k intenzivnějšímu ochlazování primárního pyrolýzního plynu, který je navíc ochlazován kontaktem s chladným stíracím šnekem.

Posledním rozdílem druhého příkladu uskutečnění vynálezu je provádění odstraňování polyaromatických uhlovodíků z primárního pyrolýzního plynu ulpívajících na stíracím šneku. Stírací element 3 je ostřikován rozpouštědly obsahujícími 50 % toluenu a 50 % benzenu o teplotě 55 °C, který je tlakem 7 barů cyklicky stříkán na otáčející se stírací šnek. Přitom stříkaní je prováděno každou půlhodinu, a to v pěti cyklech o délce 4 vteřiny s přestávkou mezi cykly 5 vteřin.

Průmyslová využitelnost

Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu je vhodný zejména pro chemickou recyklaci plastového odpadu a ojetých pneumatik. Vynález řeší problematiku ekologické likvidace pneumatik a jiných organických materiálů s následným využitím vzniklé druhotné suroviny.

Claims (5)

1. Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu, vyznačující se tím, že primární pyrolýzní plyn o teplotě 340 °C až 800 °C je dopravován z reaktoru do fázového separátoru (1) obsahujícího tepelný výměník, kde je tryskajícím ochlazovacím olejem o teplotě nižší než 180 °C ochlazován na teplotu pod 210 °C, přičemž srážející se polyaromatické uhlovodíky z primárního pyrolýzního plynu ulpívající na vnitřní ploše pláště tepelného výměníku jsou mechanicky stírány stíracím elementem (3) a proudem chladícího oleje unášeny k výstupnímu otvoru, kterým odcházejí k dalšímu zpracování, a takto ochuzený pyrolýzní plyn je dopravován potrubím do sprchového kondenzátoru (2), kde je stříkajícím dochlazovacím olejem o teplotě nižší než 15 °C dochlazován na kondenzační teplotu pod 20 °C, přičemž vznikající kondenzát je společně s dochlazovacím olejem odváděn k sedimentaci a zbývající plynná složka je odváděna k dalšímu využití.

2. Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že primární pyrolýzní plyn je v tepelném výměníku fázového separátoru (1) ochlazován rovněž kontaktem s jeho vnitřní plochou, která je z vnější strany chlazena proudící chladící tekutinou.

3. Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu podle nároku 2, vyznačující se tím, že primární pyrolýzní plyn je v tepelném výměníku fázového separátoru (1) ochlazován rovněž kontaktem s kovovým stíracím elementem (3), tvořeným kovovým šnekem, který je alespoň částečně dutý, přičemž jeho vnitřní prostor je chlazen proudící chladící tekutinou.

4. Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že pro odstranění srážejících se polyaromatických uhlovodíků z primárního pyrolýzního plynu ulpívajících na stíracím elementu (3) je stírací element (3) ostřikován rozpouštědly na bázi toluenu a/nebo benzenu o teplotě 20 °C až 75 °C a tlaku 4 až 10 barů.

5. Způsob fázové separace primárního pyrolýzního plynu podle nároku 4, vyznačující se tím, že ostřikování je prováděno cyklicky, a to ve třech až šesti cyklech, každý o délce 3 až 7 vteřin, s přestávkou mezi cykly 2 až 10 vteřin, přitom cykly se opakují co 20 až 40 minut.