CZ38600U1 - Fázový separátor pyrolýzního plynu - Google Patents

Description

Fázový separátor pyrolýzního plynu

Oblast techniky

Technické řešení se týká fázového separátoru pyrolýzního plynu, který umožňuje termickou konverzi vazeb molekul pyrolýzního plynu na plynnou, kapalnou a pevnou fázi. Kapalnou fází jsou pyrolýzní oleje, popřípadě jiné kapalné deriváty. Pevnou fází jsou pyrolýzní pevný uhlík, saze, inertní látky, plniva a další pevné látky.

Technické řešení je vhodné zejména pro zpracování pyrolýzního plynu vznikajícího při likvidaci pneumatik.

Dosavadní stav techniky

Jsou známá různá zařízení, která se používají pro separaci pyrolýzního plynu vznikajícího při termochemické recyklaci pneumatik, popřípadě dalšího odpadu podobného chemického složení.

Například z užitného vzoru č. CZ 20057 U1 je známo technické řešení zařízení pro získávání kapalné frakce z pyrolýzního plynu, které však 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.

Jsou rovněž známá technická řešení, která se zabývají využitím odpadních produktů z likvidovaných umělohmotných a zejména gumových výrobků, včetně opotřebovaných automobilových pneumatik, u kterých využitím procesu termického krakování vzniká pyrolýzní plyn. Tato zařízení jsou málo účinná a nedokáží zajistit úplnou likvidaci bez dalších odpadních produktů.

Stávající stav je z enviromentálního pohledu nedostatečný. Dosud známá zařízení nesplňují dostatečně nároky na cenově dostupná, jednoduchá a zejména ekologická řešení.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje fázový separátor pyrolýzního plynu podle tohoto technického řešení. 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 doléhána dvouplášťové kovové korýtko.

Mezi jednotlivými plášti kovového válce, resp. mezi jednotlivými plášti kovového korýtka, je meziprostor, který je určen pro chladicí tekutinu k ochlazování vnitřního pláště kovového válce, resp. vnitřního pláště kovového korýtka. Chladicí tekutinou je obvykle kapalina. Lze však použít místo chladicí kapaliny chladicí 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

- 1 CZ 38600 UI směsi.

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

Součástí fázového 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. 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 ve spodní části propojen do zásobníku oleje.

S výhodou je stírací šnek kovový. Pro lepší ochlazování pyrolýzního plynu je 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 chladicí tekutiny.

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

Objasnění výkresů

Technické řešení je blíže objasněno pomocí připojených výkresů, na kterých je znázorněn fázový separátor pyrolýzního plynu podle tohoto technického řešení, a kde je na:

obr. 1 schematicky znázorněn šikmo situovaný fázový separátor pyrolýzního plynu opatřený dvouplášťovým kovovým válcem;

obr. 2 schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým válcem fázového separátoru pyrolýzního plynu;

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

obr. 4 schematicky znázorněn šikmo situovaný fázový separátor pyrolýzního plynu opatřený dvouplášťovým kovovým korýtkem, elektromotorem poháněný stírací šnek je dutý a jeho dutý prostor je propojen s okruhem chladicí tekutiny pomocí rotačního šroubení;

obr. 5 schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým korýtkem fázového separátoru pyrolýzního plynu, příklepné víko dvouplášťového kovového korýtka je opatřeno průchozími otvory s tryskami;

obr. 6 schematicky znázorněn příčný řez dvouplášťovým kovovým korýtkem fázového 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;

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

obr. 8 schematicky znázorněn sprchový kondenzátor opatřený skrápěcím mechanismem

-2CZ 38600 UI tvořeným hlavovou sprchou, hlavová sprchaje umístěna uvnitř sprchového kondenzátoru;

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

Příklady uskutečnění technického řešení

V prvním příkladném provedení, zobrazeném na obr. 1 až 3, je znázorněn fázový 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 k 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 chladicí tekutinu, která proudí okruhem 8 chladicí tekutiny, kterou je nemrznoucí kapalina tvořena směsí 80 % etylenglykolu s vodou. Chladicí tekutina je do válce 1 přiváděna a odváděna okruhem 8 chladicí kapaliny.

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. Na dolním části dolního konce válce 1 je situován výpustný otvor 5 disperzní směsi směřovaný do zásobníku 14 disperzní směsi.

Vstupní potrubí 3, výstupní potrubí 4 i dvouplášťový válec 1 jsou provedeny z nerezové oceli, stejně jako válec 1.

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 technického řešení.

Bohatý pyrolýzní plyn je vháněn vstupním potrubím 3 pyrolýzního plynu do dvouplášťového kovového válce k V meziprostoru 11, který je mezi jednotlivými plášti 13 kovového válce 1, je chladicí tekutina. Touto chladicí tekutinou je nemrznoucí kapalina, tvořena směsí 80 % etylenglykolu s vodou. Teplota této směsi je 20 až 35 °C. Uvedeným dochází k ochlazování celého kovového válce 1 a tím i k ochlazování bohatého pyrolýzního plynu nacházejícího se v tomto kovovém válci k 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, výševroucí dehty a pevné částice.

- 3 CZ 38600 UI

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

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 J. a napomáhají unášení disperzní směsi do otvoru 5 disperzní směsi a odtud do zásobníku 14 disperzní směsi.

V tomto příkladném provedení je použitým kapalným uhlovodíkem olej. Pro oplach lze rovněž použít olejové frakce vznikající v rektifikační koloně. Rektifikační kolona není součástí tohoto technického řešení. 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 příkladném provedení, zobrazeném na obr. 4 až 9, je znázorněn fázový separátor pyrolýzního plynu, realizovaný pro fázovou separaci bohatého pyrolýzního plynu vznikajícího při termochemické recyklaci pneumatik, který je ve výhodném provedení opatřen sprchovým kondenzátorem 6 se zásobníkem oleje 9.

Fázový 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.

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 chladicí tekutinu, kterou je nemrznoucí kapalina, tvořena směsí 60 % etylenglykolu s vodou. Meziprostor 11 je napojený na okruh 8 chladicí tekutiny.

Horní otevřená plocha korýtka 15 je po celé své délce přikryta příklepným víkem 16. Příklepné víko 16 je opatřeno dvěma řadami průchozích otvorů, které jsou opatřeny tryskami 7 napojenými na přívodní potrubí 20 uhlovodíkové kapaliny. Průchozí otvory s tryskami 7 j sou 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 stíracím šnekem 2 s kovovými stíracími 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 chladicí tekutiny. Propojení je provedeno dvěma kusy rotačního šroubení 19. z nichž jedno je umístěno na horním konci hřídele šneku 2 a druhé na spodním konci hřídele šneku 2. Pohon stíracího šneku 2 je realizován elektromotorem 21. který zajišťuje 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

-4CZ 38600 UI 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 kondenzátem 6. Sprchový kondenzátor 6 je v horní části opatřen hlavovou sprchou 10. jak patrno z obr. 8. Alternativou je opatření sprchového kondenzátem 6 skrápěcími věnci 18. jak patrno z obr. 9. Hlavová sprcha 10, popřípadě jednotlivé skrápěcími věnce 18. jsou propojeny potmbím 17 kapalných uhlovodíků s příslušným okmhem kapalných uhlovodíků.

Funkce zařízení je následující:

Zařízení podle dmhého příkladného provedení pracuje obdobně, jako je popsáno v prvním příkladném provedení.

Dvě řady trysek 7, které jsou osazeny na příklepném víku 16. umožňují ostřik vnitřku korýtka 15 kapalnými uhlovodíky. V tomto příkladném provedení 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 okmhem 8 chladicí tekutiny, proudí rovněž mezi vnitřním a vněj ším 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 výševroucí (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 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 technického řešení. Ochuzený pyrolýzní plyn v důsledku ochlazení proudem kapalných uhlovodíků ztrácí své složky, jež kondenzují při teplotách do 20 °C, a k dalším 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 varů do 20 až 25 °C. Procesní plyn pokračuje na plynočistímu (tzv. vypírání plynu), která není součástí tohoto technického řešení. Kapalná složka, jež se oddělila z ochuzeného pyrolýzního plynu, stéká do zásobníku oleje 9. Ze zásobníku oleje 9 jsou kapalné uhlovodíky 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

Fázový 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 (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Fázový 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, a toto 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 chladicí tekutinu, a přitom jsou válec (1) nebo korýtko (15) opatřeny vstupním potrubím (3) bohatého pyrolýzního plynu a výstupním potrubím (4) ochuzeného pyrolýzního plynu a v nejnižším místě jsou opatřeny výpustným otvorem (5) disperzní směsi, a dále jsou dvouplášťový kovový válec (1) nebo korýtko (15) a/nebo jeho příklepné víko (16) opatřeny průchozími otvory s tryskami (7) propojenými s přívodním potrubím (20) uhlovodíkové kapaliny.
2. 2. Fázový separátor pyrolýzního plynu podle nároku 1, 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), přičemž je sprchový kondenzátor (6) svou spodní částí propojen se zásobníkem (9) oleje.
3. 3. Fázový separátor pyrolýzního plynu 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) chladicí tekutiny.
4. 4. Fázový separátor pyrolýzního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že jeho kovové části jsou provedeny z nerezové oceli.