EA010464B1

EA010464B1 - Устройство для переработки углеродсодержащих отходов

Info

Publication number: EA010464B1
Application number: EA200400458A
Authority: EA
Inventors: Игорь Антонович Рожновский
Original assignee: Игорь Антонович Рожновский
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2008-08-29
Also published as: EA200400458A1

Abstract

Предложено устройство для переработки углеродсодержащих отходов путем пиролиза в среде теплоносителя. В качестве углеродсодержащих отходов в устройстве переработке подвергают древесные отходы, пластмассовые отходы, углеродсодержащие отходы химического производства. Устройство содержит тепловой реактор, включающий выполненные с возможностью изоляции друг от друга камеру загрузки на входе, рабочую камеру и камеру охлаждения на выходе, средство извлечения твердого остатка пиролиза, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза, устройство нагрева, снабженное средством задания температуры теплоносителя в рабочей камере реактора, и средство непрерывной подачи теплоносителя в рабочую камеру реактора, а также средство идентификации вида углеродсодержащих отходов, связанное с задатчиком температуры теплоносителя в рабочей камере реактора.

Description

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов, прежде всего к способу переработки и/или утилизации нерезиновых углеродсодержащих отходов, прежде всего деревянных отходов, пластмассовых отходов, углеродсодержащих отходов химической промышленности, в частности к способу переработки таких отходов посредством пиролиза в среде теплоносителя с получением целевых углеводородсодержащих продуктов различных фаз.

Изобретение также относится к устройству для переработки промышленных и бытовых нерезиновых углеродсодержащих отходов, прежде всего деревянных отходов, пластмассовых отходов, углеродсодержащих отходов химической промышленности посредством пиролиза в среде теплоносителя.

Заявляемые способ и устройство могут быть использованы в самых различных областях жизнедеятельности человека, например в топливно-энергетическом комплексе, нефтехимии, промышленности нефтеоргсинтеза, а также в жилищно-коммунальном хозяйстве для получения топливных и сырьевых ресурсов. При этом заявляемые способ и устройство обеспечивают эффективную и экологически безопасную утилизацию нерезиновых углеродсодержащих отходов, а также получение из углеродсодержащих отходов углеводородсодержащего сырья для последующего полезного использования.

Проблема утилизации углеродсодержащих отходов с каждым днем становится все более актуальной. При этом достаточно большое внимание в последнее время уделяется поиску решений проблемы утилизации, прежде всего, резиновых отходов, в том числе изношенных шин. В то же время углеродсодержащими являются также и отходы древесины, пластмассы, а также некоторых химических производств. При этом некоторые из таких углеродсодержащих отходов все еще утилизируются примитивными способами, например сжигание для древесных отходов, или, практически, не утилизируются вообще. Таким образом, очевидной является актуальность проблемы эффективной и экологически чистой переработки таких углеродсодержащих отходов.

В настоящее время предложено достаточное количество различных способов переработки резиновых отходов, в частности, с использованием свойства резины разлагаться в определенной среде, в частности под действием высокой температуры, с образованием различных фаз углеродсодержащих продуктов. Однако другим видам углеродсодержащих отходов в настоящее время, к сожалению, не уделяется должного внимания.

Известен способ переработки углеродсодержащих, в частности резиновых, отходов в виде изношенных автомобильных покрышек путем пиролиза в среде теплоносителя с разделением продуктов пиролиза на твердые и газообразные [1]. Способ, в частности, включает нагрев реактора до достижения температуры теплоносителя в рабочей камере реактора в диапазоне от 400 до 700°С, загрузку резиновых отходов в реактор, тепловую изоляцию рабочей камеры реактора, пиролиз резиновых отходов в среде перегретого водяного пара, разделение продуктов пиролиза на продукты газообразной и твердой фазы с последующим выделением из продукта газообразной фазы путем конденсации продукта жидкой фазы, отвод газообразной фазы для повторного использования в процессе пиролиза, слив продукта жидкой фазы и выгрузку продукта твердой фазы.

Известно также устройство [1] для переработки углеродсодержащих, в частности резиновых, отходов описанным выше способом, представляющее собой тепловой реактор, корпус которого имеет цилиндрическую форму, содержащий рабочую камеру; средство загрузки резиновых отходов, расположенное на входе рабочей камеры; средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза и средство извлечения твердой фазы продукта пиролиза, расположенное на выходе рабочей камеры; и устройство нагрева, взаимодействующее с реактором на определенном участке поверхности корпуса, причем реактор снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза выполнено в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы.

В описанных способе и устройстве предприняты попытки повысить эффективность процесса пиролиза и выход конечных продуктов, а также снизить энергозатраты за счет повторного использования в процессе продуктов пиролиза. Но в то же время значительным остается время «разгона» (нагрева до рабочей температуры) рабочей камеры реактора. Кроме того, способ в объеме заявленных существенных признаков не может быть реализован в непрерывном режиме, а при загрузке шин в реактор и выгрузке твердого остатка из реактора происходит выброс в окружающую среду некоторого количества рабочей среды реактора, которая может содержать вредные примеси, например в виде продуктов пиролиза шин предыдущего (при загрузке) или текущего (при выгрузке) цикла. Недостатком является также высокая температура твердого остатка, получаемого на выходе реактора.

Большинство других известных способов переработки резиновых отходов путем пиролиза и устройств, предназначенных для реализации этих способов, в той или иной мере также не лишены упомянутых выше недостатков.

Автором настоящего изобретения ранее были предложены способ и устройство для переработки, в частности пиролиза, углеродсодержащих, в частности резиновых, отходов, в частности изношенных автомобильных покрышек, которые являются наиболее близкими к заявляемым способу и устройству и лишены упомянутых выше недостатков [2].

- 1 010464

Способ включает нагрев реактора; размещение углеродсодержащих отходов перед загрузкой в реактор на транспортном средстве; последовательное помещение транспортного средства с отходами в камеру загрузки, рабочую камеру и камеру охлаждения реактора с последующим извлечением транспортного средства из камеры охлаждения; герметизацию перед пиролизом рабочей камеры реактора; подачу теплоносителя непосредственно в рабочую камеру реактора; сбор газообразного продукта пиролиза из рабочей камеры реактора, а также из камеры загрузки и камеры охлаждения; конденсацию продукта пиролиза с получением продуктов газообразной и жидкой фазы и отвод газообразной фазы для повторного использования в процессе пиролиза.

Устройство для переработки углеродсодержащих отходов описанным выше способом включает тепловой реактор с корпусом цилиндрической формы, содержащий камеру загрузки на входе, рабочую камеру и камеру охлаждения на выходе, снабженную средством подачи охлаждающей среды, выполненные с возможностью изоляции друг от друга посредством средства герметизации; средство загрузки углеродсодержащих отходов, расположенное на входе камеры загрузки, и средство извлечения твердого остатка пиролиза, расположенное на выходе камеры охлаждения, выполненные в виде транспортного средства, выполненного с возможностью совершения поступательного движения по направляющим от входа реактора к его выходу; средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза, выполненное в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы; устройство нагрева, смежное с реактором и взаимодействующее с поверхностью корпуса реактора в зоне рабочей камеры; и средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора, выполненное в виде трубопровода, по меньшей мере один участок которого расположен с возможностью прямого контакта с устройством нагрева и имеет выход в рабочую камеру реактора, причем в соответствующей зоне корпуса реактора выполнено впускное отверстие, форма и размер которого соответствуют форме и размеру поперечного сечения трубопровода, при этом трубопровод и отверстие в корпусе реактора соединены герметично, а участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, снабжен средством равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры, причем реактор установлен так, что его ось расположена горизонтально, и снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора.

Описанные выше способ и устройство были разработаны, рассчитаны и апробированы специально только для резиносодержащих отходов.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа переработки углеродсодержащих, предпочтительно нерезиновых, отходов путем пиролиза в среде теплоносителя, который может быть реализован в непрерывном циклическом режиме, а также устройства, обеспечивающего реализацию данного способа. Заявляемые способ и устройство должны обеспечивать возможность повторного использования различных рабочих и технологических сред, а также продуктов пиролиза с предыдущих циклов, а также снижение энергоемкости и значительное сокращение (вплоть до полного исключения) выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Поставленная задача решается способом переработки углеродсодержащих отходов путем пиролиза в среде теплоносителя, включающим нагрев реактора; размещение углеродсодержащих отходов перед загрузкой в реактор на транспортном средстве; последовательное помещение транспортного средства с отходами в камеру загрузки, рабочую камеру и камеру охлаждения реактора с последующим извлечением транспортного средства из камеры охлаждения; герметизацию перед пиролизом рабочей камеры реактора; подачу теплоносителя непосредственно в рабочую камеру реактора; сбор газообразного продукта пиролиза из рабочей камеры реактора, а также из камеры загрузки и камеры охлаждения; конденсацию продукта пиролиза с получением продуктов газообразной и жидкой фазы и отвод газообразной фазы для повторного использования в процессе пиролиза за счет того, что для первого варианта заявляемого способа в качестве углеродсодержащих отходов на транспортном средстве размещают древесные отходы, при этом реактор нагревают до достижения температуры теплоносителя в рабочей камере реактора в диапазоне от 220 до 360°С;

для второго варианта заявляемого способа в качестве углеродсодержащих отходов на транспортном средстве размещают пластмассовые отходы, при этом реактор нагревают до достижения температуры теплоносителя в рабочей камере реактора в диапазоне от 240 до 400°С;

для третьего варианта заявляемого способа в качестве углеродсодержащих отходов на транспортном средстве размещают углеродсодержащие отходы химического производства, при этом реактор нагревают до достижения температуры теплоносителя в рабочей камере реактора в диапазоне от 360 до 450°С.

Для всех трех вариантов заявляемого способа, в их предпочтительных формах реализации теплоноситель подают по меньшей мере в одну зону придонной области рабочей камеры реактора. Это обеспечивает возможность последующего распространения теплоносителя в восходящем потоке по вышерасположенным областям рабочей камеры.

Также предпочтительным в рамках настоящего изобретения для всех трех вариантов является подача в качестве теплоносителя перегретого пара, в частности пара температурой от 250 до 450°С. Теплоно

- 2 010464 ситель в виде перегретого пара при поступлении в рабочую камеру выполняет также функцию рабочей среды и способствует поддержанию процесса пиролиза.

С учетом непрерывной подачи перегретого пара в рабочую камеру и при условии непрерывного отвода на конденсацию газообразной фазы процесс пиролиза также непрерывно активируется.

Для охлаждения твердой фазы продукта пиролиза во всех трех вариантах в камеру охлаждения, предпочтительно, подают воду. Это обеспечивает сокращение времени охлаждения температуры твердой фазы продукта пиролиза, в случае ее наличия, до безопасных пределов. При установлении определенных норм расхода воды по отношению к массе твердой фазы продукта пиролиза можно, кроме того, изменять некоторые физические характеристики данного целевого продукта, например влажность.

Идея возможности переработки описанным выше способом нерезиновых углеродсодержащих отходов различных типов возникла у автора данного изобретения в ходе отработки параметров и режимов данного способа для резиносодержащих отходов. Ряд последующих экспериментов, некоторые из которых будут описаны ниже, по переработке нерезиновых отходов различных типов позволили сделать вывод о высокой эффективности данного способа, а также устройства для его осуществления для переработки различных древесных отходов, пластмассовых отходов, а также углеродсодержащих отходов различных химических производств. Заявленные границы температурных режимов в рабочей камере были получены также экспериментальным путем и обобщены для отдельных видов нерезиновых углеродсодержащих отходов: древесные, пластмассовые, химического производства. При этом следует отметить, что для каждого отдельного типа отходов в рамках трех выделенных видов также возможно установление более конкретного диапазона температур.

Таким образом, предложенные способ переработки нерезиновых углеродсодержащих отходов и соответствующее устройство неочевидным для специалистов в данной области техники образом позволяют осуществлять простую и эффективную, в том числе с точки зрения экологии, утилизацию тех видов углеродсодержащих отходов, которые ранее считались трудно утилизируемыми.

Поставленная задача решается также предлагаемым устройством для переработки углеродсодержащих отходов согласно описанному выше способу, включающим тепловой реактор с корпусом цилиндрической формы, содержащий камеру загрузки на входе; рабочую камеру и камеру охлаждения на выходе, снабженную средством подачи охлаждающей среды, выполненные с возможностью изоляции друг от друга посредством средства герметизации; средство загрузки углеродсодержащих отходов, расположенное на входе камеры загрузки; и средство извлечения твердого остатка пиролиза, расположенное на выходе камеры охлаждения, выполненные в виде транспортного средства, выполненного с возможностью совершения поступательного движения по направляющим от входа реактора к его выходу; средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза, выполненное в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы; устройство нагрева, смежное с реактором и взаимодействующее с поверхностью корпуса реактора в зоне рабочей камеры; и средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора, выполненное в виде трубопровода, по меньшей мере один участок которого расположен с возможностью прямого контакта с устройством нагрева и имеет выход в рабочую камеру реактора, причем в соответствующей зоне корпуса реактора выполнено впускное отверстие, форма и размер которого соответствуют форме и размеру поперечного сечения трубопровода, при этом трубопровод и отверстие в корпусе реактора соединены герметично, а участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, снабжен средством равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры, причем реактор установлен так, что его ось расположена горизонтально, и снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора, за счет того, что устройство дополнительно содержит средство идентификации вида углеродсодержащих отходов и связанный с ним задатчик температуры теплоносителя в рабочей камере реактора.

Включение упомянутых выше дополнительных элементов в состав устройства-прототипа для переработки резиносодержащего сырья обеспечивает возможность дифференцированного выбора, установки и поддержания конкретного температурного режима в зависимости от конкретного вида углеродсодержащих отходов и позволяет избежать излишнего расхода энергии на установлении более высоких температур в рабочей камере, чем необходимы для разложения данного вида отходов.

В предпочтительной форме реализации устройства участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, содержит по меньшей мере одно ответвление, при этом каждая из ветвей трубопровода расположена горизонтально у донной части рабочей камеры и в качестве средства равномерного распределения пара по объему рабочей камеры снабжена по меньшей мере одной парой выпускных отверстий, выполненных с возможностью выпуска струй пара под углом приблизительно 45° по отношению к горизонтальной плоскости и приблизительно 90° по отношению друг к другу. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение теплоносителя, непрерывно поступающего в рабочую камеру, равномерно поступательно по всему объему рабочей камеры. При этом размещение ветвей трубопровода с выпускными отверстиями в придонной области рабочей камеры обеспечивает непрерывное прохождение теплоносителя в восходящем потоке через слой резиновых отходов, размещенный на транспортном средстве.

- 3 010464

Средство подачи охлаждающей среды предпочтительно может быть выполнено в виде по меньшей мере одного распылителя охлаждающей жидкости. Для получения мелкодисперсных фаз распыляемой жидкости распылитель может быть выполнен, например, в виде форсунки с соответствующим размером выходных отверстий.

В заявляемом устройстве транспортное средство может быть выполнено предпочтительно в виде транспортных тележек и наиболее предпочтительно содержит 4 группы транспортных тележек, наиболее предпочтительно по 4 тележки в каждой группе, которые поступательно перемещаются от входа реактора к его выходу по направляющим, выполненным, например, в виде рельсов. Наличие четырех групп тележек обеспечивает реализацию заявляемого способа в непрерывном режиме. В то же время для специалистов в данной области техники должно быть очевидным, что могут быть предложены и другие формы реализации транспортного средства и соответствующих направляющих.

Ниже изобретение поясняется со ссылкой на позиции фигур чертежей:

фиг. 1 - схематичное изображение процесса переработки нерезиновых углеродсодержащих отходов в соответствии с одной из возможных предпочтительных форм реализации заявляемого способа с использованием одной из возможных предпочтительных форм реализации заявляемого устройства;

фиг. 2 - схематичное изображение одного из возможных предпочтительных вариантов реализации средства непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора

На фиг. 1 схематично изображены бункер 1 загрузки, реактор 2, тележки 3, 4, 5, 6, находящиеся на различных стадиях технологического процесса (3 - тележка на стадии загрузки; 4 - тележка на стадии пиролиза; 5 - тележка на стадии охлаждения; 6 - тележка на стадии выгрузки), шлюзовые затворы 7, 8, 9, 10 (7 - шлюзовой затвор входа в реактор; 8 - шлюзовой затвор камера загрузки - рабочая камера; 9 - шлюзовой затвор рабочая камера - камера охлаждения; 10 - шлюзовой затвор выхода реактора), направляющие 11, по которым поступательно перемещаются тележки 3, 4, 5 и 6 под действием толкателей 12 в камеру 13 загрузки, рабочую камеру 14, камеру охлаждения 15 и к бункеру 16 разгрузки, устройство нагрева, выполненное в виде топки 17. Топка 17 предпочтительно установлена в зоне рабочей камеры 14 реактора 2 таким образом, что является смежной с корпусом реактора 2 приблизительно на 70% площади поверхности реактора 2 в зоне рабочей камеры 14, что обеспечивает значительное снижение потерь тепла при передаче от топки 17 в рабочую камеру 14. Устройство также содержит вытяжку 18 дыма и дымовую трубу 19. Трубопровод 20, по которому осуществляется подача перегретого пара непосредственно в рабочую камеру 14, содержит участок 21, проходящий через топку 17, и участок 22, входящий в рабочую камеру 14. Камера 15 охлаждения содержит форсунки 23 для распыления охлаждающей жидкости, в данном случае - воды. Рабочая камера 14 снабжена газоанализатором 24, барометром 25 и датчиком температуры 26. В состав устройства входят также теплообменники 27 и 28 с датчиками температуры 29, 30 соответственно и емкостями для жидких продуктов 31, 32 соответственно, сепаратор 33 для разделения твердого остатка пиролиза, емкость 34 для не содержащих углерод примесей и емкость 35 для углеродистого остатка и подъемный кран 36. Размещение датчика 37 температуры предусмотрено также в камере 15 охлаждения. Из рабочей камеры 14 отвод газообразной фазы продукта пиролиза в теплообменник 27 осуществляется по трубопроводу 38, снабженному расходомером. Кроме того, ветви 39 и 40 трубопровода 38 соединены с камерой 13 загрузки и камерой 15 охлаждения соответственно. Трубопровод 20 для подачи перегретого пара в рабочую камеру 14 снабжен на участке, расположенном вне топки 17, краном 41, а на участке, входящем в рабочую камеру 14, - средством 42 равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры.

Реактор 2 установлен таким образом, что его ось 43 расположена горизонтально.

На входе реактора 2 установлено средство 44 идентификации вида углеродсодержащих отходов, которое может быть реализовано, в том числе аппаратно, например в виде любого подходящего химического анализатора в случае углеродсодержащих отходов химического производства. В принципе, в предлагаемом устройстве допускается визуальная идентификация вида отходов.

В устройстве предусмотрен также связанный со средством 44 идентификации вида отходов задатчик 45 температуры теплоносителя в рабочей камере реактора, который позволяет на основании информации о виде отходов осуществлять регулировку температуры теплоносителя в автоматическом, автоматизированном или ручном режиме.

Более подробно один из возможных предпочтительных вариантов реализации средства непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру 14 реактора 2 в виде участка 22 трубопровода 20, входящего в рабочую камеру 14, представлен на фиг. 2. Участок 22 трубопровода 20 содержит две ветви 46 и 47, которые горизонтально, а в данном примере реализации и параллельно друг относительно друга, расположены в придонной области рабочей камеры 14. На торцах ветвей 46 и 47 установлены заглушки 48, а на участках поверхности ветвей 46 и 47, противолежащих донной части реактора 2, выполнено множество пар выпускных отверстий 49. Расположение отверстий 49 выбрано таким образом, что выпуск струй теплоносителя из пары выпускных отверстий 49 осуществляется под углом α, составляющим предпочтительно приблизительно 45° по отношению к горизонтальной плоскости, в которой расположена ось 43 реактора, т.е. предпочтительно приблизительно 90° по отношению друг к другу.

- 4 010464

В устройстве также предусмотрен кран 50, контролирующий подачу очищенной парогазовой смеси повторно в топку 17.

Заявляемое устройство при осуществлении заявляемого способа работает следующим образом (на примере одного не начального цикла непрерывного технологического процесса).

Из бункера 1 после осуществления идентификации вида отходов с помощью средства 44 идентификации вида углеродсодержащих отходов в тележку 3 загружают нерезиновые углеродсодержащие отходы, например некондиционную древесину. Информацию о виде отходов передают на задатчик 45 температуры теплоносителя в рабочей камере реактора. Открывают шлюзовой затвор 7 (входа реактора) и с помощью толкателя 12 заталкивают тележку 3 в камеру 13 загрузки, после чего затвор 7 (входа реактора) закрывают и открывают затвор 8 (камера загрузки - рабочая камера). Затем тележку 3 толкателем 12 заталкивают в рабочую камеру 14 и закрывают затвор 8 (камера загрузки - рабочая камера). Затвор 9 (рабочая камера - камера охлаждения) также закрыт. В топку 17 подают топливо, например дрова. Продукты сгорания топлива после фильтрации из топки 17 выводятся в дымовую трубу 19, при этом тепло сгорания передается через корпус реактора 2 в рабочую камеру 14.

С помощью крана 41 регулируют подачу в трубопровод 20 насыщенного водяного пара. Проходя по трубопроводу 20, пар на участке 21 трубопровода 20, расположенном в топке 17, нагревается до температуры, установленной для определенного вида сырья и контролируемой задатчиком 43 теплоносителя в рабочей камере реактора. В связи с высокотемпературным режимом как внешней, так и внутренней среды трубопровод 20 изготовлен из жаропрочных труб и может быть выполнен, например, в виде плоского змеевика. Перегретый насыщенный водяной пар далее поступает непосредственно в рабочую камеру 14. Для этого трубопровод 20 содержит участок 22, входящий в полость рабочей камеры 14 в придонной области рабочей камеры 14. В описываемом примере реализации участок 22 содержит две ветви 46 и 47, расположенные горизонтально под направляющими 11, а следовательно, под тележкой 4, находящейся в рабочей камере 14. Перегретый пар распространяется вначале по придонной области рабочей камеры, а затем в восходящем потоке проходит через расположенные на тележке 4 отходы. Для улучшения проницаемости дно тележки 4 может быть выполнено решетчатым (в случае твердых отходов) и снабжено поддоном. Поступление в непрерывном режиме в рабочую камеру 14 реактора 2 перегретого пара с установленной для данного вида отходов температурой обеспечивает активное протекание процесса пиролиза.

Размещение трубопровода 20 непосредственно в топке 17 позволяет нагревать пар до высокой температуры и наиболее эффективно передавать тепло с потоком пара из топки 17 в рабочую камеру 14.

Изменяя при помощи крана 41 поток перегретого пара, поступающего в рабочую камеру 14, а также с помощью задатчика 45 температуры теплоносителя в рабочей камере реактора можно регулировать температуру в рабочей камере 14 для обеспечения оптимальной температуры протекания процесса пиролиза конкретного вида и типа отходов.

Отходы, находящиеся на тележке 4 в рабочей камере 14, нагреваются до температуры, при которой начинается процесс пиролиза (термического разложения) для данного вида отходов с образованием газообразной и, необязательно, твердой фаз продуктов пиролиза. Количество образующихся в рабочей камере 14 в процессе пиролиза продуктов газообразной фазы контролируют по показаниям газоанализатора 24, а температуру нагрева отходов контролируют с помощью датчика температуры 26. При снижении температуры в рабочей камере 14 ниже установленного для данного вида отходов минимума увеличивают подачу топлива в топку 17, а при росте температуры выше установленного для данного вида отходов максимума уменьшают подачу топлива в топку 17, с помощью вытяжки 18 снижают количество выводимых в дымовую трубу продуктов сгорания и увеличивают подачу пара через трубопровод 20.

Газообразную фазу продукта пиролиза углеродсодержащих отходов в смеси с водяным паром через трубопровод 38 с расходомером подают в теплообменник 27, где в результате теплообмена с проточной водой охлаждают их и частично конденсируют. При этом в зависимости от заданных условий (например, при необходимости выделить фракцию с температурой кипения не ниже 200°С) обеспечивают такой расход охлаждающей воды через теплообменник 27, при котором выходящая парогазовая смесь будет иметь температуру 200°С. Контроль температуры смеси, выходящей из теплообменника 27, осуществляют по показаниям датчика 29 температуры.

Конденсированные продукты (жидкая фаза) из теплообменника 27 сливают в емкость 31 для жидких продуктов.

Далее несконденсированную парогазовую смесь подают во второй теплообменник 28, где в результате теплообмена с проточной водой устанавливают температуру смеси 100°С и выше. Контроль температуры осуществляют по показания датчика 30 температуры. Температуру 100°С и выше устанавливают путем регулирования расхода охлаждающей воды для того, чтобы предотвратить конденсацию водяного пара. В случае протекания конденсации водяного пара образуется загрязненный продуктами разложения углеродсодержащих отходов конденсат и выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить, для чего требуется обеспечить большой расход охлаждающей воды.

Из второго теплообменника 28 парогазовую смесь с температурой 100°С и выше выводят в топку 17 и сжигают. Подачу парогазовой смеси регулируют краном 50. Таким образом предотвращается сброс

- 5 010464 загрязненного конденсата в окружающую среду и теплота сгорания низкокипящих продуктов разложения отходов используется для энергообеспечения процесса. При этом также снижается расход топлива.

Конденсированные продукты (жидкость) из теплообменника 28 сливают в емкость 32 для жидких продуктов.

По окончании процесса разложения отходов (после прекращения выхода газообразных продуктов из отходов, которое устанавливают по показаниям газоанализатора 24) открывают шлюзовой затвор 9 и с помощью толкателя 12 тележку 4, необязательно, с твердой фазой продукта пиролиза перемещают в камеру 15 охлаждения, после чего закрывают затвор 9. Следует отметить, что в случае переработки некоторых типов углеродсодержащих отходов химического производства твердый остаток не образуется и описанная ниже стадия охлаждения и выгрузки твердого остатка пиролиза на них не распространяется.

После перемещения тележки 4 в камеру 15 охлаждения с помощью насоса (на чертежах не изображен) через форсунки 23 подают воду и распыляют ее на находящуюся на тележке 5 твердую фазу продукта пиролиза. Контроль температуры твердой фазы продукта пиролиза осуществляют по показаниям датчика температуры 37, и при установлении температуры Т=150-170°С (такой уровень температуры позволяет без возгорания вывести тележку 5 с твердой фазой продукта пиролиза из камеры 15 охлаждения) прекращают орошение, открывают шлюзовой затвор 10 и с помощью толкателя 12 тележку 5 выталкивают из камеры 15 охлаждения и подают на разгрузку. Для разгрузки тележки 5 открывают люки, выполненные в ее днище, и твердая фаза продукта пиролиза под действием собственного веса просыпается в бункер выгрузки 16 и далее, в случае необходимости, в сепаратор 33, где от углеродистой составляющей отделяют и выгружают в емкость 34 другие примеси, а углеродистую составляющую выгружают в емкость 35. После разгрузки тележку 5 с помощью подъемного крана 36 перемещают к бункеру 1 и цикл повторяют.

Следует отметить также, что даже при кратковременном открытии шлюзовых затворов 8 и 9 происходит утечка парогазовой среды в камеру 13 загрузки и в камеру 15 охлаждения. Для утилизации парогазовой среды камера 13 загрузки и камера 15 охлаждения снабжены выходом в ветви 39 и 40, соответственно, трубопровода 38 для отвода газообразной фазы продукта пиролиза.

При этом следует учитывать, что описание полного цикла технологического процесса было дано только для одной тележки, в то время, как в один и тот же момент в технологическом процессе участвуют все четыре тележки, причем переход тележек на последующие стадии технологического процесса осуществляется одновременно.

Ниже приводятся примеры реализации заявляемого способа переработки различных видов и типов нерезиновых углеродсодержащих отходов с помощью заявляемого устройства. Данные примеры следует рассматривать в качестве иллюстративного материала, подтверждающего достоинства и преимущества заявляемых способа и устройства, а не в качестве ограничивающих притязания заявителя и единственно возможных вариантов реализации. При этом следует отметить, что параметры и режимы указаны не конкретными числовыми значениями, а диапазонами значений, полученных в ряде аналогичных экспериментов. Результаты, полученные в рамках указанных диапазонов, сопоставимы.

Пример 1. Переработка древесных отходов.

Пример 1 а.

Осуществляют переработку отходов сосны (обрезки) по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 600 кг обрезков сосны и осуществляют один цикл переработки.

Устанавливают температуру перегретого пара в диапазоне 250-450°С. Пиролиз осуществляют при температуре в рабочей камере реактора в диапазоне 250-350°С и давлении 1-1,2 атм. На переработку 600 кг обрезков сосны расходуется 480-600 кг перегретого пара.

По истечении 2,5-3 ч получают следующие продукты разложения:

а) газовая фаза - горючий газ;

б) твердый остаток - углеродный материал, напоминающий шашлычный уголь в количестве около 100-115 кг;

в) жидкая фракция - жидкость желтоватого цвета с бурыми пленочными включениями не растворимого в воде вещества. Представляет собой смесь углеводородов, синтезированных из природного сырья.

Пример 1 б.

Осуществляют переработку отходов дуба (некондиционная древесина) по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 100 кг некондиционной древесины (дуб) и осуществляют один цикл переработки.

Устанавливают температуру перегретого пара в диапазоне 250-450°С. Пиролиз осуществляют при температуре в рабочей камере реактора в диапазоне 250-350°С и давлении 1-1,2 атм. На переработку 100 кг некондиционной древесины дуба расходуется 100-150 кг перегретого пара.

По истечении 3,5-4 ч получают следующие продукты разложения:

а) газовая фаза - горючий газ;

- 6 010464

б) твердый остаток - углеродный материал, напоминающий шашлычный уголь в количестве около 30-40 кг;

Пример 2. Переработка пластмассовых отходов.

Пример 2а.

Осуществляют переработку отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ) по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 10 кг ПЭТ-отходов и осуществляют один цикл переработки.

Устанавливают температуру перегретого пара в диапазоне 250-450°С. Пиролиз осуществляют при температуре в рабочей камере реактора в диапазоне 260-360°С и давлении 1-1,2 атм. На переработку 10 кг ПЭТ-отходов расходуется 10-15 кг перегретого пара.

а) газовая фаза - горючий газ в количестве около 0,4 кг;

б) твердый остаток - стеклообразная масса в количестве около 0,9-1,1 кг;

в) жидкая фракция - жидкость с белыми включениями не растворимого в воде вещества. Представляет собой смесь углеводородов.

Пример 2б.

Осуществляют переработку смеси отходов ударного полистирола и армированного стеклопластика по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 10 кг смеси отходов и осуществляют один цикл переработки.

Устанавливают температуру перегретого пара в диапазоне 250-450°С. Пиролиз осуществляют при температуре в рабочей камере реактора в диапазоне 260-400°С и давлении 1-1,2 атм. На переработку 10 кг смеси отходов ударного полистирола и армированного стеклопластика расходуется 10-15 кг перегретого пара.

По истечении 4-4,5 ч получают следующие продукты разложения:

а) газовая фаза - горючий газ в количестве около 0,3 кг;

б) твердый остаток - стеклообразная масса в количестве около 0,7 кг;

Пример 3. Переработка углеродсодержащих отходов химического производства.

Пример 3а.

Осуществляют переработку остатка после упаривания производственных лактальных вод по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 10 кг остатка и осуществляют один цикл переработки.

Устанавливают температуру перегретого пара в диапазоне 250-450°С. Пиролиз осуществляют при температуре в рабочей камере реактора в диапазоне 360-450°С и давлении 1-1,2 атм. На переработку 10 кг ПЭТ-отходов расходуется 10-15 кг перегретого пара.

По истечении 3-4 ч получают следующие продукты разложения:

а) газовая фаза - горючий газ;

б) твердый остаток - стеклообразная масса в количестве около 1,0-1,2 кг;

в) жидкая фракция - жидкость желтоватого цвета. Представляет собой смесь углеводородов. Пример 3б.

Осуществляют переработку отходов регенерированного капролактама (дистиллят производственный) по описанной выше схеме технологического процесса.

В каждую тележку загружают 10 кг отходов и осуществляют один цикл переработки.

а) газовая фаза - горючий газ в незначительном количестве;

б) твердый остаток - отсутствует;

в) жидкая фракция - жидкость желтоватого цвета. Представляет собой смесь углеводородов

Заявленный способ для переработки углеродсодержащих, предпочтительно, нерезиновых отходов и устройство для осуществления способа прошли испытания в условиях экспериментального производства и выгодно отличаются от известных улучшенными показателями по удельным энергетическим затратам на процесс переработки отходов, а также более низкими выбросами вредных веществ в окружающую среду.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для переработки углеродсодержащих отходов, выбранных из группы, включающей древесные отходы, пластмассовые отходы и углеродсодержащие отходы химического производства, содержащее тепловой реактор, включающий камеру загрузки на входе, рабочую камеру и камеру охлаждения на выходе, снабженную средством подачи охлаждающей среды, выполненные с возможностью изоляции друг от друга посредством средства герметизации, расположенное на входе камеры загрузки средство загрузки углеродсодержащих отходов и расположенное на выходе камеры охлаждения средство извлечения твердого остатка пиролиза в виде транспортного средства, выполненного с возможностью совершения поступательного движения по направляющим от входа реактора к его выходу, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза, выполненное в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы, устройство нагрева, снабженное средством задания температуры теплоносителя в рабочей камере реактора, и смежное с реактором, и взаимодействующее с поверхностью корпуса реактора в зоне рабочей камеры, и средство непрерывной подачи теплоносителя в рабочую камеру реактора, выполненное в виде трубопровода, по меньшей мере один участок которого расположен с возможностью прямого контакта с устройством нагрева и имеет выход в рабочую камеру реактора, причем в соответствующей зоне корпуса реактора выполнено впускное отверстие, форма и размер которого соответствуют форме и размеру поперечного сечения трубопровода, при этом трубопровод и отверстие в корпусе реактора соединены герметично, а участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, снабжен средством равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры, причем реактор установлен так, что его ось расположена горизонтально, и снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, содержит по меньшей мере одно ответвление, при этом каждая из ветвей трубопровода расположена горизонтально в придонной области рабочей камеры и в качестве средства равномерного распределения пара по объему рабочей камеры снабжена по меньшей мере одной парой выпускных отверстий, выполненных с возможностью выпуска струй пара под углом приблизительно 45° по отношению к горизонтальной плоскости и приблизительно 90° по отношению друг к другу.
3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что средство подачи охлаждающей среды выполнено в виде по меньшей мере одного распылителя охлаждающей жидкости.
4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что транспортное средство выполнено в виде транспортных тележек.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что транспортное средство содержит четыре группы транспортных тележек.