CZ23670U1 - Zařízení pro tepelný rozklad polymemích materiálů - Google Patents

Description

Zařízení pro tepelný rozklad polymerních materiálů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro tepelný rozklad polymerních materiálů, zejména odpadní gumy, mající alespoň jednu uzavřenou, tepelně izolovanou vyhřívanou procesní komoru s alespoň jedním vyhřívacím prvkem, kde procesní komora je opatřená alespoň jedním výstupním potrubím pro odvod plynných produktů tepelného procesu, napojeným přes chladič, který je opatřený odvodem kondenzátu, na přívodní potrubí zaústěné zpět do procesní komory.

Dosavadní stav techniky

Likvidace polymemího materiálu odpadní gumy, zejména ojetých pneumatik, je technickým problémem. Pneumatiky jsou biologicky nerozložitelné, netavitelné, nerozpustné. Největší množství pneumatik uloženo na skládky představuje v případě zapálení velké nebezpečí pro životní prostředí, pouze 20 % z celkového množství je recyklováno různými technologiemi, např. spalováním v cementářských pecích, jako aditiva do asfaltů používaných na vozovky, ve spalovnách nebo spalováním spolu s uhlím, v gumárenském průmyslu. Jedním ze známých řešení je jejich tepelný rozklad v bezkyslíkatém prostředí, tzv. pyrolýza. Pri tomto tepelném procesu klesá stabilita vysokomolekulámích látek, což vede k jejich Štěpení a uvolňování látek nízkomolekulámích. V pyrolýzním procesu vznikají s nárůstem teploty zpravidla tři hlavní produkty - karbonizační pevný zbytek, kapalný kondenzát a plyn. Výstupní produkty technologie lze využít jako opětovnou vstupní surovinu k dalšímu zpracování, především pro výrobu tepelné a elektrické energie. Současná pyrolyzační zařízení jsou obvykle opatřená procesní komorou, která má podobu vzduchotěsně uzavíratelné pece, jejíž stěny, případně též dno, jsou vybavené zdroji tepla s přímým vyhříváním plamenem z hořáků. Dovnitř komory je vložen zpracovávaný odpadový materiál. Procesem tepelného rozkladu uvolňované produkty obsahují nejen složky, které mohou být druhotně dále využitelné, ale též uhlovodíky a další látky, které z ekologických důvodů nelze vypustit do ovzduší. S ohledem na teplotu, pri které nastává tepelný rozklad polymerních řetězců v materiálu gumy, pracují známá zařízení s teplotou více než 700 °C, s cílem získat maximální podíl plynné hořlavé složky. Spalováním tohoto produktu s dobrou výhřevností se dá zlepšit energetická bilance procesu. Řízení procesu spalování produktů tepelného rozkladu gumy plynů je vzhledem na nerovnoměrný vývoj plynů složité a vzniklé spaliny pro výše zmíněný obsah ekologicky nebezpečných látek musí být před vypuštěním do atmosféry složitým a nákladným způsobem čištěny. Stávající technologické komplexy s komínem jen problematicky plní emisní limity. Uvedené uspořádání celého zařízení se vyznačuje nejen značnými investičními náklady a požadavky na zastavěný prostor, ale i významnými provozními náklady na nezbytnou tepelnou energii. Je známá ekologicky dokonalejší koncepce, kde odvodní kanál je z chladicího úseku zaústěn zpět do procesní komory s elektrickým vyhříváním. Tím vznikl uzavřený systém bez kouřovodu a komínu. Ani toto uspořádání však neřeší nakládání s nekondenzovatelnými plyny vznikajícími pri procesu termického rozkladu, což může vést za provozu k jejich hromadění se v prostoru dutiny procesní komory, nárůstu tlaku v systému, a následnému riziku nežádoucího úniku plynu a nestabilní činnosti zařízení po smíšení plynů se vzduchem.

Účelem tohoto technického řešení je návrh zařízení na tepelný rozklad odpadní gumy bez přístupu vzduchu pri teplotě nižší než při běžném pyrolýzním procesu, pri současném, ekologicky přijatelném způsobu využití nekondenzovatelných plynů vznikajících v takovém procesu.

Podstata technického řešení

Výše uvedeného účelu je dosaženo zařízením pro tepelný rozklad polymerních materiálů, majícím alespoň jednu procesní komoru s alespoň jedním vyhřívacím prvkem, kde procesní komora je opatřená alespoň jedním výstupním potrubím pro odvod plynných produktů tepelného procesu, napojeným přes chladič, s odvodem kondenzátu, na přívodní potrubí zaústěné zpět do proces-lCZ 23670 Ul ní komory, v provedení podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že přívodní potrubí je opatřeno odbočkou, pro odběr přebytku nekondenzovatelných par, napojenou přes odlučovač oleje a dmychadlo na zásobník, jehož výstup je, přes zařízení pro oddělení prachových částic, vedený na spalovací zařízení,

Ve výhodném provedení je výstupní potrubí na chladič napojené přes ventilátor. Dále podle tohoto technického řešení je odlučovač oleje na odbočku připojený pres přetlakový uzávěr. Zařízením pro oddělení prachových částic může, s výhodou jednoduchosti, být výbojové zařízení. Rovněž podle tohoto technického řešení je dmychadlo na zásobník připojené přes zpětný ventil a zařízení pro oddělení prachových částic na zásobník přes regulační ventil. Rovněž podle tohoto io technického řešení je spalovacím zařízením spalovací motor, který lze spráhnout s generátorem elektrického proudu.

Výhodou technického řešení je, že během tepelného procesu, probíhajícího za nízké teploty, je v čase objemově proměnlivý přebytek nekondenzovatelných plynů odebírán do vyrovnávacího zásobníku, odkud jsou upravené nekondenzovatelné plyny přimíchávány do vzduchu na vstupu do spalovacího motoru. Spoluspalování nekondenzovatelných plynů v motoru s katalyzátorovým systémem představuje řízené spalování ve stabilním režimu chodu motoru při dodržení emisních limitů zařízení.

Uvedené řešení umožňuje i pri relativně nízkých teplotách rozklad polymemího materiálu se sníženým podílem plynové frakce na vzniklých produktech daného procesu a vzniklé nekondenzo20 vatelné plyny a uhlovodíky ekologicky i ekonomicky výhodně likvidovat spoluspalováním v motoru, s výhodou současné výroby elektrické energie na pokrytí části spotřeby energie na vyhřívání procesní komory. Umístění celého zařízení na pojízdný rám představuje výhodné provedení předmětného zařízení ve formě energeticky nezávislého mobilního zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále podrobněji objasněno na příkladu jeho praktického provedení, uvedeném na přiloženém výkrese, na němž je nakresleno principiální uspořádání předmětného zařízení v přemístitelném provedení.

Příklad provedení

Jak je uvedeno na výkrese, předmětné zařízení pro tepelný rozklad polymemích materiálů, má tepelně izolovanou, hermeticky uzavíratelnou, řízené vyhřívanou procesní komoru i, která má alespoň jeden ohřívací prvek 2, z nichž každý je připojen na prostředky pro řízení vyhřívání procesní komory 1. Procesní komora I je opatřená alespoň jedním výstupním potrubím 3 pro odvod plynných produktů tepelného procesu. Výstupní potrubí 3 je přes ventilátor 4 napojené na chladič 5. Ventilátor 4 napomáhá odtahu plynných produktů z procesní komory 1. Chladič 5, pracuj í35 cí v podstatě jako tepelný výměník plyn-voda, je opatřený odvodem 6 kondenzátu zaústěným do sběrné nádrže 7. Výstup z chladiče 5 je přívodním potrubím 8 vedený zpět do procesní komory i.

Zpracovávaný materiál je do procesní komory 1 ukládán na rošt nebo vsázkový vozík 9, jak je tomu u znázorněného příkladu provedení. V tomto případě výstupní potrubí 3 a přívodní potrubí 8 mohou být s výhodou napojena přímo na vsázkový vozík 9.

Podle potřeby může být zařízení vybaveno i více procesními komorami I ajejich výstupní potrubí 3 mohou být vedena do společného chladiče 5, případně do několika samostatných chladičů 5.

Podle předmětného technického řešení je přívodní potrubí 8, jímž se vracející nezkondenzované páry zpět do procesní komory I, opatřené odbočkou 10 pro odběr přebytku nekondenzovatelných par. Toto potrubí pokračuje přes přetlakový uzávěr 11 na odlučovač 12 oleje a odtud přes dmy45 chadlo 13 a zpětný ventil 14 na vyrovnávací zásobník 15. Výstup zásobníku 15 je přes regulační ventil 16 a zařízení pro oddělení prachových částic, např. výbojové zařízení 17, připojený na sací

-2CZ 23670 Ul potrubí 18 spalovacího zařízení. Ve znázorněném příkladu je spalovacím zařízením spalovací motor 19. Spalovací motor 19 je spřažený s generátorem 20 elektrického proudu.

Zařízením pro oddělení prachových částic může být též např, cyklon.

Předmětné zařízení může pracovat jako stacionární, nebo může být, jak je tomu ve znázorněném příkladu provedení, umístěné na rámu 21, který umožňuje jeho přepravu na místo použití.

Výše popsané zařízení pracuje následujícím způsobem:

Polymerní materiál ve formě odpadní gumy je vložen do vsázkového vozíku 9 a zavezen do hermeticky uzavřeného prostoru procesní komory 1. Následně je procesní komora 1, a tím i vsázkový vozík 9 vyhřívacími prvky 2 vyhřívána na procesní teplotu přibližně do 350 °C. Proces nízkoteplotního termického rozkladu odpadní gumy probíhá přímo ve vsázkovém vozíku 9. Vznikající plyny a páry j sou nucené odváděny z prostoru procesní komory 1 výstupním potrubím 3 do chladiče 5, kde páry uhlovodíků kondenzují na studených plochách, a kondenzát je odváděn do sběrné nádrže 7. Ochlazené plyny mohou být před návratem do procesní komory i přívodním potrubím 8 předehřívány ztrátovým teplem z vnějšího povrchu komory I. V uzavřeném prostoru procesní komory 1 je při zvyšování teploty udržován mírný přetlak vznikající tepelnou rozpínavostí a tvorbou nekondenzovatelných plynů. Přebytečný objem nekondenzovatelných plynů je propuštěn přetlakovým uzávěrem H do odlučovače oleje 12, kde je oddělen případný zbytek olejových par a kouřových částic. Plyn je pak dmychadlem 13 přes zpětný ventil 14 dodáván do tlakového zásobníku 15. Zde zadržený plyn je následně propouštěn regulačním ventilem 16 do výbojového zařízení 17, kde jsou z něj odstraněny prachové látky a následně přiveden do sacího potrubí 18 spalovacího motoru 19, který pohání generátor 20 elektrického proudu. V procesní komoře 1 pak zůstávají pevné zbytky termického rozkladu odpadní gumy ve formě směsi uhlíkatého koksu s pevnými částmi, například zbytky kovové výztuže pneumatik. Po ukončení procesu tepelného rozkladu v procesní komoře 1 je vsázkový vozík 9 vyvezen a jeho ochlazování probíhá mimo procesní komoru 1. Do vyhřáté procesní komory ije zavezen ihned nový vsázkový vozík 9 s dalším materiálem na zpracování. Po zchlazení vsázkového vozíku 9 je možné zbytky odpadní gumy vybrat a cyklus opakovat.

Průmyslová využitelnost

Předmětné technické řešení je určeno pro likvidaci odpadního polymemího materiálu, zejména gumových pneumatik.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro tepelný rozklad polymemích materiálů, zejména odpadní gumy, mající alespoň jednu, tepelně izolovanou procesní komoru (l) s alespoň jedním vyhřívacím prvkem (2), kde procesní komora (1) je opatřená alespoň jedním výstupním potrubím (3), pro odvod plynných produktů tepelného procesu, napojeným přes chladič (5), který je opatřený odvodem kondenzátu, na přívodní potrubí (8) zaústěné zpět do procesní komory (1), vyznačující se tím, že přívodní potrubí (8) je opatřené odbočkou (10), pro odběr přebytku nekondenzovatelných par, napojenou přes odlučovač (12) oleje a dmychadlo (13) na zásobník (15), jehož výstup je, přes zařízení pro oddělení prachových částic, přiveden na spalovací zařízení, přičemž každý vyhřívací prvek (2) je připojen na prostředky pro řízení vyhřívání procesní komory (1).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že procesní komora (1) je opatřená vsázkovým vozíkem (9).

   -3CZ 23670 Ul
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že výstupní potrubí (3) a přívodní potrubí (8) jsou napojena přímo na vsázkový vozík (9).
4. 4. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výstupní potrubí (3) je na chladič (5) napojené přes ventilátor (4).
5. 5 5. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, že odlučovač (12) oleje je na odbočku (10) připojený přes přetlakový uzávěr (11).
6. 6. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zařízením pro oddělení prachových částic je výbojové zařízení.
7. 7. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, io že dmychadlo (13) je na zásobník (15) připojené přes zpětný ventil (14),
8. 8. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zařízení pro oddělení prachových částic je na zásobník (15) připojené přes regulační ventil (16).
9. 9. Zařízení podle jednoho nebo více předcházejících nároků, vyznačující se tím, 15 že spalovacím zařízením je spalovací motor.