CZ26056U1 - Zarízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro prumysl - Google Patents

Description

Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmyslové využití.

Dosavadní stav techniky

Uhlíkatý materiál pro průmyslové využití se klasicky získával a dosud vyrábí spalováním uhlíkatých materiálů za omezeného přístupu vzduchu. Například takovýmto spalováním dřeva v milířích se získávalo dřevěné uhlí, spalováním uhlí nebo jiných organických hořlavých materiálů za omezeného přístupu vzduchu se vyrábí koks, aj.

Jiný způsob získávání uhlíkaté hmoty je tepelné zpracování uhlíkatých hmot v uzavřeném prostoru bez hoření. Zpracovávaný materiál se umístí do nahřívaného prostoru v pracovní dutině termické komory, kde se podrobí působení vysokých teplot, přičemž se vyvíjené plyny odvádí z nahřívaného prostoru. Materiál se umisťuje do nahřívaného prostoru mobilní zásobníku, jako v nádobě, vozíku, na plechu či jiném nosiči, nebo se případně dávkuje na rošt umístěný trvale v nahřívaném prostoru. S výhodou je materiál v úpravě umožňující dobrý přístup tepla, tedy v podobě drti nebo mletím získaných částic. Plyny vyvíjené při zahřátí materiálu mění se zvyšováním teploty materiálu své složení. Postupně se uvolní nejprve čpavek a jiné prchavé látky, voda, inertní plyny, atd. Je známo, že při teplotách od 200 °C výše se z těchto materiálů uvolňují plyny s vysokým obsahem uhlovodíků, využitelné pro energetiku. Tyto plyny se po opuštění nahřívaného prostoru pracovní dutiny vyvádějí z termické komory a následně obvykle zchlazují, přičemž se z nich odlučuje a jímá kondenzát využitelný jako spalitelný olej a/nebo mazadla. Více nebo méně ochlazený plyn zbavený kondenzujících frakcí se odvádí k dalšímu využití, obvykle se ještě přečišťuje fdtrací, stabilizuje a upraví příměsemi apod, a použije jako palivo. Do vyčerpání zdroje, tedy než dojde k ekonomickému odloučení využitelného plynného média ze zahřívané hmoty, se ukončí ohřev nahřívaného prostoru pracovní dutiny v termické komoře a teplo se nechá ještě po určitou dobu působit, načež se prostor nechá přirozeně vychladnout, nebo se uměle ochlazuje. Po ekonomickém vyčerpání využitelného plynného média ze zpracovávaného materiálu a během ochlazování mohou ještě z materiálu odcházet plyny, a proto se i po tuto dobu obvykle plyny odvádějí, načež poté, kdy je prostor dostatečně vychlazen na bezpečnou teplotu pro otevření, se případně ještě obsažené plyny a/nebo vířící prachové částice odsávají. Odváděné plyny se mohou odvádět nebo jímat do tlakových nádob po předem stanovených frakcích podle teplot, nebo podle látkového složení. Z původní vsázky materiálu po tepelném procesu zbude v pracovním prostoru zpravidla pouze tuhý zbytek ve formě zuhelnatělých částic, nebo zuhelnatělého skeletu rozpadavého na drť z uhelnatých částic. Po stránce látkového složení je v těchto částicích převažující komponentou uhlík. Kondenzát má podobu olejnatých látek s případnou příměsí vody a nachází využití jako mazivo nebo palivo. Teploty, při nichž dochází k tepelnému rozkladu, jsou pro většinu materiálů známy, a také je známo i složení vznikajících plynných zplodin příslušných frakcí podle teplot působení. Zůstává však otázkou, jaká je optimální rychlost zahřívání a/nebo chlazení materiálu a jaká je v závislosti na teplotě optimální doba působení té které teploty na materiál. Velkým problémem je spékání hmoty při pražení a tvoření nepropustné skořápky, která způsobuje hromadění plynů uvnitř částic zpracovávaného materiálu a brání jejich uvolňování. V případě příliš prudkého zahřátí vzniká na povrchu částic tepelně zpracovávaného materiálu tak pevná a nepropustná krusta, která může zcela zabránit průniku teplot do hmoty a termickému rozkladu. To dokazuje i patentová dokumentace, která se zaměřuje na řešení uvedených problémů.

Výše uvedený způsob tepelného zpracování materiálů je popsán například v přihlášce vynálezu CZ PV 2010-586. Pryžový odpad se umístí do uzavíratelné komory v množství 0,1 až 0,9 objemu komory, načež se komora uzavře a zvyšuje teplota v komoře na 350 až 400 °C. vznikající plynné zplodiny se odvádí do chladiče, kde částečně kondenzují a kondenzát sejímá do zvláštní jímky. Tvoří jej olejnatá hmota využitelná jako palivo nebo mazivo. Ochlazené zbytkové plynné mé

- 1 CZ 26056 UI dium se odvádí zpět od komory. Po minimálně 40 minutách, ne však dříve, než klesne hmotnost vsázky pryžového odpadu o více než 15 %, se prostor komory ochladí na teplotu pod 200 °C. Následně se komora otevře a vyjme se vzniklý tuhý zbytek. Ten má podobu koksu, jenž může být dále využit, například pro topení. Zmíněná přihláška uvažuje o zpracování ojetých pneumatik jakožto výchozí suroviny, a proto tuhý zbytek obsahuje kromě koksu také zbytky ocelového kordu z pneumatik, který je nutno mechanicky odstranit.

Podobný postup je uveden v užitném vzoru CZ U 23468. Vsázka uhlíkatého zdroje, v tomto případě pryže z pneumatik, je zahřívána po neuvedenou dobu na teplotu 340 °C, která se nechá působit na zpracovávanou hmotu po dobu do 60 minut. Následně je materiál podroben intenzivnímu chlazení. Chlazení je ukončeno, když teplota vsázky klesne pod 150 °C. Uhlíkatý zbytek se vyjme a použije jako palivo pro průmyslové tepelné zdroje.

Podobný postup na jiném zařízení popisuje CZ U 21515. Rozdíl oproti předchozímu zařízení je v tom, že plynové potrubí pro odvod vyvíjených plynů není zaústěno zpět do vyhřívané komory. Za vyhřívanou komorou je připojen chladič s jímkou pro kondenzát a odvodem zbytkových plynných zplodin ven ze zařízení. Návazně je použit mobilní kontejner pouze v odvodem plynů, nikoliv s přívodem. V tomto případě je vyhřívaná komora zařízení tvořena bezplamenovou pecí, pracující za normálního atmosférického tlaku, a taktéž pracuje i mobilní kontejner. Zařízení pracuje podobně a má podobné nedostatky jako předchozí, s tím rozdílem, že zbytkové plynné médium se odvádí ven. Zařízení pracuje pouze ve vsázkovém režimu, a tudíž není zajištěno dostatečné množství plynných a kapalných produktů pro výrobu elektrické energie a tepla. Další nevýhodou je problém s čistotou a stabilitou přímo vyráběného plynu, kdy během termického procesu rozkladu vsázky se plynné frakce uvolňují postupně o odlišném látkovém složení podle stoupající teploty, takže vyráběný plyn má v čase proměnlivé složení. Pro použití v energetické jednotce je však nutné používat plyn o definovaném látkovém složení stálém v rámci určitých mezí, takže toto zařízení neumožňuje využít plynové produkty v energetické jednotce jako palivo. Vzhledem ke kolísání teplot v odvodním plynovém kanálu se jeho stěny často pokrývají povlakem olejnatých látek, z něhož se tyto látky později částečně uvolňují zpět do plynu, čímž ho znečišťují. Také kapalný produkt se v průběhu tepelného procesu rozkladu vsázky mění, jak co do množství, tak i kvalitativně, takže ani produkci olejnatého kondenzátu nelze přímo při výrobě použít jako palivo.

Společnou nevýhodou výše uvedených postupů je relativně vysoký obsah olejnatých látek a balastních sublimujících příměsí v uhlíkatém produktu.

Moderní věda se zaměřuje také na zkoumání tzv. rychlé pyrolýzy, která je popsána v CZ 280 465 (s právem přednosti z CA 90/2009021). Výchozí surovina se bleskovou rychlostí 1 000 až 1 000 000 °C/s zahřeje na teplotu 350 až 800 °C, následuje krátká řízená doba výdrže, zpravidla 30 ms až 2 s, načež následuje prudké ochlazení produktu. Typicky je produkt ochlazen prudce pod 350 °C za 0,5 s. Nevýhodou těchto postupů je potřeba, nákladných reaktorů, které jsou finančně a prostorově náročné.

U dosavadních zařízení a postupů je známo použití vzduchové komory s proudícím vzduchem k přímému chlazení topných těles a topných prostor. V případě, že jsou topná tělesa umístěna přímo v pracovní dutině, nebo ve stěně pracovní dutiny, je pracovní dutina současně i vzduchovou komorou, neboť po ukončení ohřevu se následně s cílem rychlého přímého chlazení vzduch prohání přímo přes pracovní dutinu. V jiném případě jsou topná tělesa umístěna mimo pracovní dutinu, v níž probíhá ohřev materiálu. To se týká zejména takového typu zpracování materiálů, kdy se z materiálu uvolňované plyny nebo pára odvádějí jako produkt, nebo druhotná surovina ke zpracování a nejsou využívány pouze jako zdroj tepla. V tomto případě je vzduchová komora vytvořena vně pracovní dutiny a topná tělesa jsou umístěna přímo v této vzduchové komoře. V obou výše uvedených případech jsou topná tělesa oddělena od pracovního prostoru nejvýše jednou stěnou, tepelně prostupnou, s cílem aby bylo co nejrychleji dosaženo ohřevu hmoty a aby přestup tepla z topného tělesa do materiálu byl pokud možno přímý, bez tepelných ztrát. Není používáno umístění topných těles vně pracovní dutiny i vně vzduchové komory, tedy odděleně

-2CZ 26056 UI záměrně dvěma stěnami a ještě i vzduchovou mezerou, za účelem zpomalení přenosu tepla a k zabránění teplotního skoku při ohřevu a/nebo ochlazování.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje ve značné míře níže uvedené navržené technické řešení.

Výrobní zařízení pro výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl zahrnuje alespoň jednu otvíratelnou a uzavíratelnou termickou komoru v podobě bezplamenové pece s tepelně izolovaným pláštěm a uvnitř umístěnými topnými tělesy pro ohřev. Uvnitř termické komory se rovněž nachází pracovní prostor pro tepelné zpracování materiálu v podobě alespoň jedné pracovní dutiny, opatřený alespoň jedním plynovým vývodem, připojeným na plynový odvod vyvedený z termické komory ven a dále již mimo termickou komoru procházející přes chladič s odlučovačem kondenzátu. Za odlučovačem kondenzátu je připojeno odvodní potrubí pro odvod zbytkových plynů. Podstatou nového konstrukčního řešení termické komory je, že každá v termické komoře obsažená pracovní dutina se nachází uvnitř vzduchové komory a současně, topná tělesa termické komory se nachází vně této vzduchové komory. Uvedená vzduchová komora je uspořádána jako prostor mezi dvěma stěnami tak, že pracovní prostor každé obsažené pracovní dutiny je vymezen a vůči prostoru vzduchové komory plynotěsně oddělen první tepelně prostupnou stěnou, prostor vzduchové komory je vymezen a vůči topným tělesům oddělen druhou tepelně prostupnou stěnou.

Stěny s výhodou sestávají z tepelněvodivého materiálu, například z plechu.

S výhodou první stěna obklopuje každou obsaženou pracovní dutinu kolem dokola a odspodu a vzduchová komora obklopuje tuto první stěnu spojitě kolem dokola a odspodu, přičemž nahoře má pracovní dutina prvky umožňující přístup, například víko.

Jako topné těleso je s výhodou obsažen alespoň jeden topný panel s vnitřními prvky pro bezplamenový ohřev a v termické komoře se nachází celkem jedna vzduchová komora. S největší výhodou je topný panel situován kolem izolovaného pláště uvnitř termické komory, v blízkosti druhé stěny, a současně i kolem obvodu vzduchové komory, v takovém tvaru a počtu, že je vytvořena topná plocha kolem dokola vnějšího obvodu vzduchové komory.

Zařízení má s výhodou vytvořenu alespoň jednu trojici termických komor, kde každá termická komora z této trojice má vlastní tepelně izolovaný plášť, alespoň jednou pracovní dutinu s plynovým vývodem a vzduchovou komoru mezi pracovní dutinou a topným tělesem resp. topnými tělesy.

S výhodou má alespoň jedna termická komora ve vzduchové komoře vytvořeny alespoň dvě navzájem oddělené pracovní dutiny.

S výhodou jsou plynové vývody z pracovních dutin nacházejících se v téže termické komoře spojeny ve společný plynový odvod.

Zařízení má s výhodou vytvořeny alespoň tři plynové odvody, každý vyvedený z jiné termické komory a odtud vedený přes chladič odděleně od ostatních a každý opatřený vlastním odlučovačem kondenzátu.

Pro všechny plynové odvody je v zařízení s výhodou obsažen dohromady jeden chladič.

Každá v zařízení obsažená vzduchová komora je s výhodou opatřena vlastním vzduchovým přívodem a vzduchovým odvodem a celkem alespoň jedním pohonem, uspořádanými pro proudění vzduchu přes tuto vzduchovou komoru.

Zařízení je opatřeno soustavou otevřených mobilních zásobníků tvarem a rozměry uzpůsobených pro umístění v pracovní dutině. S výhodou jsou uzpůsobeny pro umístění po jednom v každé pracovní dutině. Potřebný počet těchto mobilních zásobníků je nejméně tolik, kolik zařízení obsahuje pracovních dutin.

-3CZ 26056 UI

S výhodou je zařízení opatřeno mobilními zásobníky v počtu nejméně dvojnásobku počtu obsažených pracovních dutin.

Navržené zařízení je využitelné pro zpracování hmot různého druhu, zejména odpadních hmot s vysokým podílem uhlíku, jako jsou odpadní organické materiály, například obilná zrna nebo kaly z lihovarů, biomasa, pryž z pneumatik, kafilemí odpady, aj. Zařízení může být postaveno jako mobilní jednotka, nebo může být postaveno\v halách. V případě menší kapacity může být přemístitelné například na podvozku a pracovat i krátkodobě, sezónně nebo jako pojízdný servis u skládek, sběren odpadů, čistíren vod, hospodářských nebo průmyslových provozů, apod. Pomocí navrženého zařízení je možno získávat uhlíkaté materiály využitelné pro průmyslové účely. Z odpadů a druhotných surovin se jeho pomocí získá materiál tuhého skupenství v podobě hořlavých uhlíkatých částic, dále materiál pastovitého až kapalného skupenství v podobě olejnatého kondenzátu, a dále plyny jež mohou být využívány k ohřevu jiných médií a ke spalování. Zařízení je konstrukčně relativně jednoduché a je schopno pracovat kontinuálně po potřebnou dobu až do úplného zpracování shromážděných zásob materiálu určeného pro tepelný rozklad.

Přehled obrázků na výkresech

Navržené řešení zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl je objasněno pomocí výkresů, kde znázorňují obr. 1 pohled na svislý řez přes příkladné zařízení, obr. 2 pohled shora na vodorovný řez vedený přes zařízení se třemi termickými komorami, každou s jednou pracovní dutinou, obr. 3 pohled shora na vodorovný řez vedený přes zařízení se třemi termickými komorami, každou se čtyřmi pracovními dutinami.

Příklady provedení technického řešení

Příkladem provedení navrženého řešení jsou zařízení podle obrázků Obr. 1 až Obr. 3.

Zařízení podle obrázků Obr. 1 a Obr. 2 je příkladem jednoduššího výrobního zařízení pro výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl. Zahrnuje tři otvíratelné a uzavíratelné termické komory 1 provedené jako bezplamenové pece, každou s tepelně izolovaným pláštěm 2 a topnými tělesy 3 pro ohřev. Uvnitř každé termické komory 1 se nachází pracovní dutina 4 pro tepelné zpracování materiálu. Taje uzpůsobena tvarem a rozměry pro uložení otevřeného mobilního zásobníku 5 obsahujícího zpracovávaný materiál. Na obrázku Obr. 1 je tento mobilní zásobník 5 znázorněn schematicky jako nádoba nahoře vybavená úchytem pro strojní přenášení. Pracovní dutina 4 má plynový vývod 6, který je připojen na plynový odvod 7 vedoucí od termické komory 1 pryč, přes chladič 8 vybavený odlučovačem 9 kondenzátu. Na odlučovač 9 kondenzátu je připojeno odvodní potrubí 10 pro odvod zbytkových plynů vybavené filtrem 11, tlakoměrem 12 a bezpečnostním ventilem 13. Pracovní dutina 4 je vymezena a vůči okolnímu prostoru plynotěsně oddělená první stěnou 141 z plechu. Tato první stěna 141 tvoří boční strany a dno pracovní dutiny 4. S odstupem od první stěny 141 je umístěna druhá stěna 142 rovněž z plechu, a takto je vytvořena vzduchová komora 15. Stěny 141, 142 j sou vzhledem ke zhotovení z plechu tepelně vodivé a díky tomu umožňují v potřebné míře prostup tepla. Topná tělesa 3 pro ohřev pracovní dutiny 4 jsou umístěna mimo pracovní dutinu 4 i mimo vzduchovou komoru 15, až mezi izolovaným pláštěm 2 a druhou stěnou 142. První stěna 141 tvoří téměř celou boční část a celé dno pracovní dutiny 4. Na obrázku Obr. 2 má čtvercový obvodový tvar a mobilní zásobník 5 má kruhový obvodový tvar, ale může mít i jiný tvar. Tato první stěna 141 obklopuje a uzavírá pracovní prostor a vymezuje tak pracovní dutinu 4. Vzduchová komora 15 obklopuje vně této první stěny 141 pracovní dutinu 4 a v termické komoře 1 je takto vytvořena kolem pracovní dutiny 4 kapsa tvořící vzduchovou komoru 15. Jako topné těleso 3 je obsažena čtveřice topných panelů uspořádaných do čtverce, každý panel zhotovený z keramiky a opatřený uvnitř vsazenými elektrickými topnými prvky 16, například spirálami. Horní část pracovní dutiny 4 je izolovaná a je zpřístupněna zvnějšku pomocí víka 17.

-4CZ 26056 UI

Výrobní zařízení pro výrobu uhlíkatého materiálu podle obrázku Obr. 3, představující nej lepší provedení navrženého technického řešení, obsahuje rovněž trojici termických komor 1. I tyto termické komory 1 mají podobu bezplamenových pecí, které mají každá vlastní tepelně izolovaný plášť 2, jednu vzduchovou komoru 15 a plynový odvod 7. Kolem každé vzduchové komory 15 jsou mezi plynotěsnou druhou tepelně prostupnou stěnou 142 a izolovaným pláštěm 2 rozmístěna topná tělesa 3 v podobě topných panelů. Na rozdíl od předchozího příkladu jsou v každé vzduchové komoře 15 vytvořeny čtyři navzájem oddělené pracovní dutiny 4. Každá z těchto pracovních dutin 4 je vymezena vlastní první tepelně prostupnou stěnou 141, kde mezi touto první tepelně prostupnou stěnou 141 a topnými tělesy 3 situovanými v blízkosti pro její ohřev je vytvořena vzduchová mezera pomocí vzduchová komory 15. Každá obsažená pracovní dutina 4 má plynový vývod 6. Plynové vývody 6 ze všech čtyř pracovních dutin 4 nacházejících se v téže termické komoře 1 jsou spojeny ve společný plynový odvod 7. Pracovní dutiny 4 mají každá vlastní prvky pro přístup z vnějšího prostoru, například víko 17 jako na obrázku Obr. 1, což přináší výhodu v možnosti individuální výměny mobilních zásobníků 5 bez podstatných tepelných ztrát.

Zařízení s termickými komorami 1 o jedné pracovní dutině 4 podle obrázku Obr. 2 i zařízení s termickými komorami 1 o čtyřech pracovních dutinách 4 podle obrázku Obr. 3 obsahují každé celkem tři plynové odvody 7, z nichž každý je vyveden od jedné termické komory 1 a odtud vede přes společný chladič 8 odděleně od ostatních plynových odvodů 7. Každý z těchto tří plynových odvodů 7 je opatřen vlastním odlučovačem 9 kondenzátu.

Každá obsažená vzduchová komora 15 je opatřena vzduchovým přívodem 18 a vzduchovým odvodem 19 a celkem alespoň jedním pohonem 20, například ventilátorem, jak ukazuje obrázek Obr. 1. Tyto prvky jsou v zařízení osazeny v uspořádání pro proudění vzduchu přes tuto vzduchovou komoru 15 kolem pracovní dutiny 4, vně ní, a přitom plynotěsně odděleně od prostoru, kde jsou rozmístěna topná tělesa 3.

Izolovaný plášť 2 tvoří zejména izolační vrstva, například lisovaná ohnivzdorná minerální vlna. V případě obrázku Obr. 1 a Obr. 2 je kolem izolační vrstvy obsažen ještě kryt 21, například z keramiky nebo plechu, pro každou termickou komoru 1 zvlášť. Obrázek Obr. 3 demonstruje možnost, že kryt 21 může být pro všechny obsažené termické komory 1 společný.

Zařízení je opatřeno soustavou mobilních zásobníků 5 otevřeného typu, tvarem a rozměry uzpůsobených pro umístění po jednom v pracovní dutině 4, přičemž potřebný počet těchto mobilních zásobníků 5 je tolik, kolik zařízení obsahuje pracovních dutin 4. Výhodné je, aby kromě toho bylo zařízení vybaveno ještě alespoň jednou, rezervní sadou mobilních zásobníků 5. V tom případě je zařízení vybaveno soustavou mobilních zásobníků 5 v počtu dvojnásobku obsažených pracovních dutin 4. To umožní kontinuální provoz zařízení, při němž se při plném provozu zařízení během obsazení všech pracovních dutin 4 mobilními zásobníky 5 naplní a připraví do zásoby celý počet mobilních zásobníků 5 s čerstvou nezpracovanou vsázkou k výměně v zařízení za jiné s již zpracovanou vsázkou. Pro úplnost je naznačen i kondenzátevý odvod 22.

Zařízení pracuje následovně.

Pomocí zařízení se z různých odpadních a druhotných surovin na bázi uhlíkatých hmot vyrobí uhlíkaté materiály pro průmyslové použití, zejména jako paliva a mazivo. Nejprve se zpracovávaný materiál případně upraví na zpracovatelné díly, například mletím na částice přiměřených rozměrů, a rozdělí se na vsázky. Každá jednotlivá vsázka materiálu na bázi uhlíkatých látek se dávkuje do jednoho mobilního zásobníku 5. Rozdělení na částice a menší dávky vsázek je výhodné, neboť umožňuje dobrý přístup tepla k povrchu materiálu a prostup do něj a napomáhá volnému uvolňování vyvíjených plynů. V případě, že termická komora 1 obsahuje několik pracovních dutin 4, rozdělí se vsázka s výhodou nejméně do tolika dávek, kolik je pracovních dutin 4.

Při náběhu provozu zařízení se začne zahřívat nejprve první termická komora 1. Až je dosaženo toho, že v této termické komoře 1 obsažené pracovní dutiny 4 jsou předehřáté na 190 až 210 °C,

-5CZ 26056 UI uloží se do nich do každé jeden mobilní zásobník 5 v otevřeném stavu. Termická komora 1 se uzavře. Provede se první fáze termického rozkladu materiálu. Při ní se pracovní dutiny 4 dalším vyhříváním této termické komory 1 zahřejí postupně, během doby 140 až 160 minut, na teplotu 490 až 510 °C. Z materiálu unikají nejprve těkavé látky a vodní pára a následně se začnou uvolňovat i plyny, využitelné například jako palivo. Těkavé látky a vodní pára se mohou odvádět jinam a po využití obsaženého zbytkového tepla likvidovat, aniž by snižovaly jakost vyráběného plynu a olejnatého kondenzátu v pozdější době této fáze, nebo v dalších fázích.

Následuje druhá fáze termického rozkladu materiálu. Ta spočívá vtom, že se po dobu dalších 140 až 160 minut termická komora 1 a v ní uložený materiál postupně dohřeje na teplotu 590 až 610 °C. V této fázi se ze vsázky uvolňují kvalitní využitelné frakce plynů.

Následuje třetí a poslední fáze termického rozkladu materiálu. Spočívá vtom, že se po dobu dalších 140 až 160 minut termická komora 1 a v ní uložený materiál ochladí na výchozí teplotu 190 až 210 °C. Po tomto ochlazení se pracovní dutina 4 termické komory 1 otevře a vyjme mobilní zásobník 5. V případě většího počtu pracovních dutin 4 v jedné termické komoře 1 se vyjmou všechny mobilní zásobníky 5 obsažené v této termické komoře 1. Vysype se uhlíkatý tuhý zbytek a mobilní zásobníky 5 je možno znovu naplnit a použít. I během této třetí fáze se ještě vyvíjejí plyny, a tyto se odvádějí, v době končící fáze ochlazování je již obsah využitelných plynů nízký. Je možné odvádění jinam a případná likvidace, aniž by se méně kvalitní produkt mísil s vysoce kvalitním plynným produktem z předchozích fází a ještě z počátku této fáze.

Během pobytu mobilních zásobníků 5 v pracovní dutině 4 termické komory 1 se pomocí plynového odvodu 7 z termické komory 1 odvádějí uvolňované plyny do chladiče 8. V první fázi ohřevu materiálu dochází k uvolnění vody, těkavých látek a některých olejnatých složek ve formě páry. Z nich kondenzuje zpět voda, nebo těkavé a olejnaté látky s příměsí vody, tyto frakce se jímají odděleně a případně se likvidují. Ve druhé a třetí fázi se uvolňují již bezvodé plyny a z nich kondenzují čisté olejnaté frakce, využitelné jako mazivo nebo kapalné palivo.

V případě, že zařízení obsahuje alespoň jednu trojici termických komor 1, je zajištěno kontinuální zpracování surovin a rovněž kontinuální produkce uhlíkatých produktů. Těmito produkty jsou spalitelný plyn, mazivo a kapalné palivo, a z tuhého zbytku po zpracování materiálu pevné palivo. Materiál se zpracovává současně v alespoň třech termických komorách 1, každé s vlastním teplotním režimem a vlastní vsádkou zpracovávaného materiálu, a přitom se termické komory 1 mohou udržovat všechny tři současně a kontinuálně v provozu po dlouhou dobu, kupříkladu podle počtu pracovních dnů v týdnu nebo do zpracování materiálu jsoucího k dispozici. Při tomto provozu, zatímco v jedné termické komoře 1 probíhá nahřívání materiálu na teplotu 490 až 510 °C, v jiné v tutéž dobu probíhá již dohřívání materiálu na teplotu 590 až 610 °C, a v další v tutéž dobu probíhá ochlazování na teplotu 190 až 210 °C. Během provozu se z těchto termických komor 1 odvádí plyny uvolňující se z materiálu nacházejícího se v jejich pracovních dutinách 4. Z každé termické komory 1 se odvádí vyvíjené plyny odděleně od plynů odváděných z jiné termické komory 1 jsoucí právě v jiné teplotní fázi zpracování materiálu, a také se takto navzájem odděleně ochlazují a nechávají navzájem odděleně kondenzovat. To má na kvalitu produktu zásadní vliv. Počáteční kondenzát, získávaný na začátku první fáze, je vhodné oddělit a případně likvidovat, obsahuje vodu a těkavé sloučeniny zhoršující kvalitativní vlastnosti produktu. Vzhledem k tomu, nevadí pokud se směšují výtěžky získané při stejné teplotě, a proto se plyny odváděné z různých pracovních dutin 4 jedné termické komory 1 s výhodou směšují a odvádějí společně ke zpracování. Tedy se vedou do chladiče 8 s odlučovačem 9 kde se z nich při ochlazení nechává odlučovat kondenzát rovněž společný pro danou termickou komoru 1. Nezkondenzované plyny se odvádějí k filtraci a využití, například jako plyn pro spalovací motory. Proces se provádí tak dlouho, s tím, že každá termická komora 1 postupně opakuje tři výše uvedené fáze za sebou, až je zpracován veškerý materiál, nebo až je vyčerpána stanovená pracovní doba zařízení.

Ohřev i ochlazování pracovních dutin 4 je nutno provádět postupně a bez náhlých teplotních skoků, aby nedošlo k nežádoucímu vzniku skořápky a zablokování látek uvnitř částic materiálu. Přenos tepla z topného tělesa 3 do materiálu se zpomaluje prostřednictvím vzduchové komory

-6CZ 26056 UI

15. Sálání tepla z topných těles 3 je zmírněno a zpomaleno průchodem přes druhou stěnu 142. vzduchovou mezeru vytvořenou ve vzduchové komoře 15 a přes první stěnu 144, kdy až po překonání těchto uvedených překážek se teplo dostane dovnitř pracovní dutiny 4. Ochlazování termické komory 1 se s výhodou provádí cirkulací vzduchu přes vzduchovou komoru 15 a cíleně se řídí pomocí doby trvání, množství, teploty a rychlosti průtoku proháněného vzduchu nebo jiného vhodného plynného média. Také v tomto případě vzduchová komora 15 brání rychlému teplotnímu skoku. K ochlazení prostoru pracovní dutiny 4 dojde dříve, než se zcela vychladí topná tělesa 3. Proto je možné po výměně mobilních zásobníků 5 zahájit první fázi tepelného rozkladu vsázky rychle, bez ěasové a tepelné ztráty, kterou by jinak způsobila potřeba více dochladit a pak znovu nahřát topná tělesa 3.

Claims (12)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl, zahrnující alespoň jednu otvíratelnou a uzavíratelnou termickou komoru (1) s tepelně izolovaným pláštěm (2) a uvnitř se nacházejícími topnými tělesy (3), kde uvnitř termické komory (1) je vytvořen pracovní prostor pro tepelné zpracování materiálu ve formě alespoň jedné pracovní dutiny (4), opatřené alespoň jedním plynovým vývodem (6), připojeným na plynový odvod (7) vyvedený z termické komory (1) ven a dále vedoucí přes chladič (8) opatřený odlučovačem (9) kondenzátu, přičemž za odlučovačem (9) kondenzátu je připojeno odvodní potrubí (10) pro odvod zbytkových plynů, a přičemž topná tělesa (3) pro ohřev termické komory (1) se nachází mimo pracovní dutinu (4), vyznačující se tím, že každá v termické komoře (1) obsažená pracovní dutina (4) se nachází uvnitř vzduchové komory (15) a topná tělesa (3) se nachází vně této vzduchové komory (15), přičemž tato vzduchová komora (15) je uspořádána jako prostor mezi dvěma stěnami (141, 142) tak, že pracovní prostor každé obsažené pracovní dutiny (4) je vymezen a vůči prostoru vzduchové komory (15) plynotěsně oddělen první stěnou (141), a že prostor vzduchové komory (15) je vymezen a vůči topným tělesům (3) oddělen druhou stěnou (142).
2. 2. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároku 1, vyznačující se t í m , že stěny (141, 142) sestávají z tepelně vodivého materiálu, například z plechu.
3. 3. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že první stěna (141) obklopuje každou obsaženou pracovní dutinu (4) kolem dokola na obvodu a odspodu, a že vzduchová komora (15) obklopuje pracovní dutinu (4) spojitě kolem dokola na obvodu a odspodu, přičemž nahoře má pracovní dutina (4) prvky pro přístup, například víko (17).
4. 4. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků laž3, vyznačující se tím, že jako topné těleso (3) je obsažen alespoň jeden topný panel s vnitřními prvky pro bezplamenový ohřev a v termické komoře (1) se nachází celkem jedna vzduchová komora (15), přičemž tento topný panel je situován kolem izolovaného pláště (2) v blízkosti druhé stěny (142), a kolem obvodu této vzduchové komory (15), v takovém tvaru a počtu, že je vytvořena topná plocha kolem dokola vnějšího obvodu vzduchové komory (15).
5. 5. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků laž4, vyznačující se tím, že má vytvořenu alespoň jednu trojici termických komor (1), přičemž každá termická komora (1) z této trojice má vlastní tepelně izolovaný plášť (2), vzduchovou komoru (15) a v ní alespoň jednu pracovní dutinu (4) s alespoň jedním plynovým vývodem (6), a kolem této vzduchové komory (15) má rozmístěná topná tělesa (3).

   -7 CZ 26056 UI
6. 6. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároku 5, vyznačující se tím, že alespoň jedna termická komora (1) má ve vzduchové komoře (15) vytvořeny alespoň dvě navzájem oddělené pracovní dutiny (4).
7. 7. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároku 6, vyznačující 5 se tím, že plynové vývody (6) z pracovních dutin (4) téže termické komory (1) mají společný plynový odvod (7).
8. 8. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že jsou opatřeny alespoň tři plynové odvody (7), z nichž každý vyvedený z jiné termické komory (1) a odtud vedený přes chladič (8) odděleně od ostatních, a každý je opat10 řený vlastním odlučovačem (9) kondenzátu.
9. 9. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároku 8, vyznačující se tím, že pro všechny plynové odvody (7) je v zařízení obsažen dohromady jeden chladič (8).
10. 10. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků laž9, vy z n a č u15 jící se tím, že každá v zařízení obsažená vzduchová komora (15) je opatřena vlastním vzduchovým přívodem (18) a vzduchovým odvodem (19) s celkem alespoň jedním pohonem (20), uspořádanými pro proudění vzduchu přes prostor vzduchové komory (15).
11. 11. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároků lažlO, vyznačující se tím, že je opatřeno soustavou otevřených mobilních zásobníků (5) tvarem a roz20 měry uzpůsobených pro umístění po jednom v pracovní dutmě (4) termické komory (1), přičemž počet těchto mobilních zásobníků (5) je nejméně tolik, kolik zařízení obsahuje pracovních dutin (4)·
12. 12. Zařízení na výrobu uhlíkatého materiálu pro průmysl podle nároku 11, vyznačující se tím, že je opatřeno mobilními zásobníky (5) v počtu nejméně dvojnásobku počtu 25 obsažených pracovních dutin (4).