FI61752C - Pyrolysreaktor foer konvertering av avfallsmaterial - Google Patents

Description

Γβΐ kuulutusjulkaisu . 1 n j- 0 Ma 1 j (11) utlAgcniNGSSKRIFT O I / o z C Patentti my on : tty 10 09 19Ö2 ' (51) Kv.ik?/im.ci.3 p 23 G 5/06 SUOMI—FINLAND pi) 780598 (22) H«k«mltpilva — Anattknlnpdaf 22.02.78 ^ ^ (23) Alkupltvl — Gllttghatsdag 22.02.78 (41) Tullut lulklMkO — Bllvlt off«itll« 2*4.08.78

Patentti- ja rekisterihallitus .... ....... .

_ ' . (44) NlhtivltolpMon jt kuuLJulkatain pvm. — 31.05.82

Patent- och registerstyrelsen ' AmMcm utltfd och ud.ikrtftwi public·™* (32)(33)(31) Pyydetty «tuolkaut—Begird prkwltet 23.02.77

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2707698.8 (71) Arcalon B.V. General Petroleum & Electric, De Lairessestraat 131-135» Amsterdam, Alankomaat-Nederländerna(NL) (72) Frederick Michael Lewis, Mountain View, California, USA(US) (7*0 0y Kolster Ab (5*+) Pyrolyysireaktori jäteaineen muuttamista varten - Pyrolysreaktor för konvertering av avfallsmaterial

Keksintö liittyy pyrolyysireaktoriin jäteaineen muuttamista varten, joka reaktori oleellisesti käsittää tulipesän epäsuorasti kuumentaman, pyörivän ja lieriönmuotoisen retortin, jonka toisessa päässä on jäteaineen syöttöaukko ja toisessa päässä purkausaukko pyrolysoitua ainetta ja pyrolyysikaasuja varten, jolloin retortti on varustettu sisäisellä kierteellä.

GB-patenttijulkaisusta 931,798 tunnetaan pyrolyysireak-tori, jossa retorttin eteen on kytketty esikuumennuskammio, johon voidaan säiliön kautta viedä sisään jäteaineella täytettävä syöttöputki. Syöttöputkeen on sovitettu liukuvasti liikkuva mäntä jätteen kuljettamiseksi syöttöputkesta esikuumennus-kammioon. Tällä männällä on aksiaalisesti erillinen, retorttiin ulottuva akseli, joka on vapaasta päästään tukien välityksellä laakeroitu retorttiin. Akselissa on useita pyöriviä varsia, jotka ensinnäkin siirrettäessä akselia retorttiin sijaitsevat kohtisuorassa akselin suhteen ja toiseksi siirrettäessä akselia 2 61752 retortista painautuvat tätä akselia vasten. Akselin ja siihen kuuluvien varsien avulla syötetään jäteainetta siis sysäyksittään retorttiin. Tämän kaltainen retortin sysäyksittäin tapahtuva täyttö on sikäli epäedullinen, että se ei mahdollista retortin jatkuvaa toimintaa eikä siten saavuteta optimaalista läpäisytehoa. Lisäksi on tämänkaltainen jäteaineen työntölaite jo rakenteellisestikin häiriöaltis, koska jäteosia tunkeutuu sekä varsien laakerointiin akselilla että myös esikuumennuskam-mion syöttöputken liukulaakerointiin esikammiossa.

Lisäksi tunnetaan GB-patenttijulkaisusta 919,920 pyro-lyysireaktori, johon on jäteaineen kuljettamiseksi sovitettu syöttöruuvi. Syöttöruuvin akseli on laakeroitu retortin pääty-puoleisiin kansiin, ja se on toisesta päästään yhdistetty ketjukäyttöön. Jäteaine syötetään säiliöstä retortin kanssa samansuuntaisen, syöttöruuvin sisältävän putken ja tämän putken ja retortin väliin sovitetun pystysuoran putken kautta retorttiin. Koska syöttöruuvin nousu tällöin on retortin koko pituudella samansuuruinen ja jokaisen ruuvin kierroksen kuljettama jätevolyymi pienenee retortin loppupäätä kohden, ei retortin yksittäisten putkien purkaus ole tasainen, jolloin ei saavuteta niiden optimaalista läpikulkutehoa. Lisähaittana on, että jäteosasia kiinnittyy syöttöruuvin ja retortin syöttösup-pilon syöttöreunan väliin, mikä väkisinkin aiheuttaa molempien rakenneosien vahingoittumista. Lisäksi on varauduttava retortin alaosassa tapahtuvaan suureen kulumiseen, joka johtuu kä-silläolevien aineiden aiheuttamsta syöttöruuvin ja retortin seinän välisestä hankauksesta.

Lisäksi tunnetaan US-patenttijulkaisusta 3,780,676 py-rolyysireaktori, jonka pyörivä retortti on sovitettu kaltevaksi jäteaineen syötöstä kuonanpoistoon. Jäteainetta kuljetetaan re-tortissa keskeisesti sijaitsevassa, syöttöruuvilla varustetussa syöttöputkessa jätesyöttöön, josta se retortin pyörimisen ja kaltevuuden ansiosta päätyy, vastaavan muuttumisen ja volyymin-vähentymisen tapahtuessa, kuonanpoistoon. Tässäkään tapauksessa ei tapahtu retortin maksimaalista hyväksikäyttöä, koska juuri jätteen volyymin vähenemisestä johtuen retortin koko pituudella ei esiinny tasaista täyttöastetta.

61752 3

Edelleen ilmenee US-patenttijulkaisusta 1,828,781 laite helposti haihtuvien aineiden uuttamiseksi hiilipitoisista materiaaleista, joka laite erikoisesti sopii hiilen tai vastaavien aineiden matalalämpötilaiseen tislaamiseen koksin ja kaasun valmistamiseksi ja jonka yhteydessä valmistettujen tuotteiden tuotannon määrää on nostettava samasta lähtöainemääräs-tä. Tähän käytetään retortin sisä- ja ulkolämmityksen lisäksi mm. retortin sisäpinnalle kiinnitettyä ja retortin koko pituuden yli ulottuvaa sisäkierrettä, jonka keskeinen poraus kuitenkin toisaalta täyttyy retorttiin sisään ulottuvasta täyttö-sylinteristä ja toisaalta purkauskohdasta retorttiin tuodusta sisälämmityksestä, minkä vouksi vastaavien kaasujen esteetöntä virtausta lähtöaukkoon päin ei esiinny retortin sisällä. Si-säkierteen yksittäisten kierrekerrosten profiilin korkeus on vakio, ja kierrekerrosten nousu kasvaa vähitellen materiaalin-syötöstä ulostuloon päin, so. sisäkierteen nousu on ulostulon alueella suurempi kuin jätteensyötön alueella. Siten ei täyttö-aste tässäkään tunnetussa laitteessa ole tasainen.

Lopuksi tunnetaan US-patenttijulkaisusta 3,787,292 laite kiinteän ja nestemäisen orgaanisen jätteen pyrolyysia varten, jossa laitteessa retortti koostuu kahdesta samankeskisestä lieriöstä. Sisemmän lieriön kammion kautta johdetaan lämmitys-kaasu ja vastavirtaan siihen nähden johdetaan ulomman lieriön ja sisemmän lieriön välisessä rengastilassa jäte syöttöpäästä poistopäähän. Sisemmän lieriön ja ulomman lieriön välillä sijaitsee pitolaite sisemmän lieriön tukemiseksi ulomman sylinterin sisällä, joka laite on muodostettu ruuvilevyksi, jossa on erillisiä kierreosia. Koska ruuvilevy on kiinnitetty kam-- mion sisään molempien lieriöiden väliin ulomman lieriön 18 sei nämään, ei tämän kammion sisällä tapahdu kierreosien pyörimistä. Pikemminkin pyörivät kierreosat käynnissä olevan retortin mukana. Ruuvilevyn kierreosien nousu ulostulon alueella on suurempi kuin kierreosien nousu jätesyötön alueella. Siksi tälläkin laitteella käyttöaste pienenee ja retorttivolyymin hyväksikäyttö on siten huono.

Esillä olevan keksinnön päätavoitteena on kehittää laite, jolla muutetaan jäteainetta pyrolyysin avulla ja joka varmistaa uunin tasaisen ja yhdenmukaisen kuormituksen sen koko 4 61752 pituudella ja jossa vältetään juuttuneiden jätekappaleiden aiheuttama vahingoittumisvaara.

Keksintö koskee näin ollen pyrolyysireaktoria, jolle on tunnusomaista, että sisäisen kierteen nousu purkauspuolella on pienempi kuin jäteaineen syöttöpuolella.

Pitkänomainen uuni on mieluiten lieriö, mutta muutkin geometriset muodot ovat mahdollisia, kuten katkokartio, joka suipentuu uunin purkauspäätä kohti. Lisäksi on mahdollista käyttää uunia, joka koostuu lieriömäisestä osasta ja suipen-tuvasta osasta.

Ruuvinauha voi olla yhden, yhtenäisen ruuvin muodossa, jonka nousu pienenee asteittain suunnassa, jossa kiinteä aine kulkee uunin läpi. Uunin rakenteen yksinkertaistamiseksi voi kuitenkin olla suotavaa jakaa ruuvi kahteen tai useampaan erilliseen osaan, joista jokaisella on eri nousu, jolloin toisen ja seuraavien osien nousu on pienempi kuin edeltävän osan nousu katsottuna siinä suunnassa, jossa kiinteä aine kulkee uunin läpi.

Ruuvinauha voi olla yksinkertainen ruuvi tai yhdysruuvi, jossa on monta erillistä kierrettä saman akselin ympärillä. Nauhan profiili voi olla neliömäinen, epäsuunnikkaan muotoinen, uurrettu tai pyöristetty.

Uunia ei tarvitse varustaa sisäisellä ruuvinauhalla sen koko pituudella. On myös mahdollista varustaa uuni joko etu-tai takapään tai molempien päiden kohdalla osalla tai osilla, joissa ei ole ruuvia. Nämä osat, joissa ei ole ruuvinauhaa, voivat olla lieriömäisiä, jolloin niillä on oleellisesti sama halkaisija kuin uunin keskiosalla, tai ne voivat olla katkokar-tion muotoisia, jolloin ne esim. suipentuvat uunin purkauspään suuntaan.

Uuni voidaan sijoittaa vaakasuorasti tai hieman kaltevaan asentoon. Siinä toteutusmuodossa, jossa ruuvinauha ei ulotu uunin koko pituudella, on uuni sijoitettava kaltevaan asentoon, niin että käsitellyn jäännöksen purkaus on mahdollinen uunin alapäässä.

Keksinnön mukaisen laitteen tärkein etu on se, että koska ruuvinauha on asennettu uunin sisälle, saadaan aikaan kiinteän aineen tasainen ja yhdenmukainen kulku uunin läpi ja ruu- 5 61 752 vin nousun pieneneminen kulkusuunnassa varmistaa uunin tasaisen kuormituksen sen koko pituudella. Pyrolyysireaktiosta aiheutuvaa jäteaineen volyymin pienentymistä kompensoi ruuvinau-han nousun pienentyminen, niin että oleellisesti sama kiinteän aineen volyymi on uunin jokaisessa tilavuusyksikössä, mikä varmistaa uunin parhaan hyväksikäytön. Jätteet tulevat jatkuvasti irrotetuiksi tai kuohkeitetuiksi uunin pyörimisen vaikutuksesta ja ruuvinauhan vaikutuksesta, niin että korkean lämpötilan vaikutus kohdistuu asianmukaisesti koko aineeseen.

Jäteaineen syöttömäärä säädetään mieluiten siten, että uunin volyymi tulee kuormitetuksi enintään 15 %:n verran jäteaineella. Tämä käsiteltävän aineen määrän rajoitus estää ainetta aiheuttamasta tukkeutumaa tai puristumasta kokoon sen kulkiessa uunin läpi. Säätämällä tarkasti aineen oloaika uunissa saadaan pyrolyysikäsitelty jäännös, jossa ei ole lainkaan orgaanista saastetta.

Keksintöä kuvataan nyt lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää perspektiivikuvantoa laitteen eräästä toteutusmuodosta; kuviot 2, 3, 4 ja 5 esittävät pyrolyysiuunin eräitä malleja, joita voidaan käyttää kuvion 1 näyttämässä laitteessa; ja kuvio 6 esittää ruuvin suurennettua yksityiskohtaa.

Kuvion 1 mukainen laite sisältää uunin 2, joka on oleellisesti lieriömäinen ja tehty lämpöä johtavasta aineesta ja joka sijaitsee hieman kaltevassa asennossa tulipesän 7 sisällä varustettuna jäteaineen tuloaukolla 3, pyrolyysikäsittelyssä olleen aineen purkausaukolla 4 ja erotusvyöhykkeellä 5, jossa pyrolyysireaktiossa muodostunut kaasu erotetaan pyrolyysikäsit-telyn antamasta jäännöksestä. Uuni 2 on tuettu pyörivänä laa-kereiden 6 varaan tulipesän 7 ulkopuolella. Uuni 2 rajoittaa pyrolyysivyöhykettä 8. Kuumennusvyöhykettä 9 rajoittavat tuli-pesän 7 sisäpuoli ja uunin 2 vaipan ulkopuoli.

Uuni 2 on varustettu lautaspyörällä 10, jota käyttää vedetty hammaspyörä 11, joka on kytketty voimanlähteeseen 12. Välineet, joilla jäteaine syötetään uuniin, sisältävät jäteaineen 14 syöttökartion 13, joka on varustettu voimanlähteen käyttämällä 6 61752 ruuvikuljettiroella. Ruuvikuljetin syöttää halutut määrät jäteainetta syöttökartion 13 kautta uuniin 2. Tulipesässä 7 oleva poltin 15 on varustettu polttoaineen ensimmäisellä tuloaukolla 16, jossa on venttiili 17 polttokaasun syöttämiseksi ulkopuolisesta lähteestä, ja polttoaineen toisella tuloaukolla 18 pyro-lyysikaasua varten. Lisäksi poltin 15 on kytketty voimanlähteen 19 käyttämään puhaltimeen 20. Kuumat polttokaasut poistetaan kuumennusvyöhykkeestä 9 johdon 21 kautta.

Erötusvyöhyke 5 muuttuu kahdeksi johdoksi. Vyöhykkeestä 5 alaspäin ulottuvan johdon 22 kautta poistetaan pyrolyysin antama jäännös laitteesta. Vyöhykkeestä 5 ylöspäin ulottuvan johdon 23 kautta poistetaan laitteesta pyrolyysissa muodostuneet kaasut. Tästä johdosta 23 johtaa sivujohto 24 polttimen 15 polttoaineen tuloaukkoon 18.

Jotta saataisiin aikaan jäteaineen ohjattu kulku uunin 2 läpi, on uunin sisällä sisäinen ruuvi tai ruuvinauha, jonka nousu pienenee jatkuvasti tai asteittain katsottuna jätteiden tuloaukosta 3 pyrolyysin jäännöksen purkausaukkoon 4.

Kuvio 2 näyttää keksinnön mukaisessa laitteessa käytettävän pyrolyysiuunin, jossa sisäisellä ruuvinauhalla on vähitellen pienenevä nousu. Piirustuksen mukaisesti on nousu lähellä jäteaineen tuloaukkoa 3 paljon pienempi kuin nousu Pn lähellä pyrolyysin jäännöksen purkausaukkoa 4. Samalla ruuvi-nauhan leveys pienenee suunnassa, jossa aine kulkee uunin läpi, arvosta d^ tuloaukon kohdalla arvoon dn purkausaukon luona. Keskiporaus, jonka kautta pyrolyysireaktiossa kehittyvät kaasut kulkevat purkausaukkoon 4, laajenee vastaavasti arvosta lähellä tuloaukkoa 3 arvoon bR lähellä purkausaukkoa 4. Uuni on varustettu lautaspyörällä 10, jota käyttää (ei näytetty) hammaspyörä.

Kuvio 3 näyttää pyrolyysiuunin, jonka vaippa on katko-kartion muotoinen suipentuen suunnassa, jossa aine kulkee uunin läpi. Tässä toteutusmuodossa uunin geometria on oleellisesti sama kuin kuvion 2 näyttämän ruuvin.

Kuvio 4 näyttää pyrolyysiuunin, joka sisältää lieriömäisen osan 26, joka on varustettu ruuvinauhalla, jonka nousu pienenee asteittain, ja katkokartion muotoisen osan 27, joka suipentuu purkausaukon 4 suuntaan. Jotta varmistettaisiin ai- 7 61752 neen kulku suipentuvan osan 27 läpi, on uunin ilmeisestikin sijaittava kaltevassa asennossa tulipesässä.

Kuvio 5 näyttää lieriömäisen pyrolyysiuunin, joka koostuu kolmesta osasta 28, 29 ja 30. Jokaisessa osassa ruuvin nousu on muuttumaton, mutta ensimmäisessä osassa 28 nousu P1 on suurempi kuin nousu toisessa osassa 29. Samoin on nousu P^ toisessa osassa 29 suurempi kuin nousu P^ kolmannessa osassa 30. Lisäksi ruuvinauha on leveämpi ensimmäisessä osassa 28 kuin toisessa osassa 29. Tässä toteutusmuodossa leveys on kuitenkin sama uunin kolmannessa osassa 30 kuin sen toisessa osassa.

Kuvio 6 näyttää hieman suuremmassa mittakaavassa kuin kuviot 2, 3, 4 ja 5 sisäisen ruuvin geometrian ja metallinau-han suorakulmaisen profiilin.

Keksintö ei tietenkään rajoitu vain kuvioiden näyttämään toteutusmuotoon. Lisäksi ruuvin geometria ja sen kierteiden lukumäärä ja sekä uunin että ruuvin mitat voivat vaihdella tapauksesta toiseen riippuen laitteen halutusta tuotannosta ja käsiteltävien jätteiden koostumuksesta.

Claims (7)

8 61752

1. Pyrolyysireaktori jäteaineen muuttamista varten, joka reaktori oleellisesti käsittää tulipesän epäsuorasti kuumentaman, pyörivän ja lieriönmuotoisen retortin, jonka toisessa päässä on jäteaineen syöttöaukko ja toisessa päässä purkausaukko pyrolysoitua ainetta ja pyrolyysikaasuja varten, jolloin retortti on varustettu sisäisellä kierteellä, tunnettu siitä, että sisäisen kierteen (25) nousu purkauspuolella (4) on pienempi kuin jäteaineen syöttö-puolella (3).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäisen kierteen (25) nousu pienenee vähitellen jäteaineen (14) virtaussuunnassa retortin läpi (2) sen koko pituudella.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäisen kierteen (25) profiilin korkeus pienenee vähitellen jäteaineen (14) virtaussuunnassa retortin (2) läpi sen koko pituudella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäinen kierre (25) on jaettu useampiin osiin (28, 29, 30), joista jokaisella on eri nousu, ja että nousu jäteaineen (14) virtaussuunnassa (30) retortin (2) läpi toisessa osassa ja sitä seuraavissa osissa on pienempi kuin nousu niitä edeltävässä osassa.

5. Patenttivaatimusten 1 ja 4 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäisen kierteen (25) yksittäisten osien (27, 28, 29) profiilin korkeus jäteaineen (14) virtaussuunnassa (30) retortin (2) läpi pienenee retortin koko pituudella.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäinen kierre (25) on muodostettu monikierteiseksi.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen pyrolyysireaktori, tunnettu siitä, että sisäinen kierre (25) on trapetsikierre, sahanteräkierre tai pyöristetty kierre.