HU211406B

HU211406B - Method and apparatus for the treatment of organic materials and cooling unit for the cooling of coal produced in a carbonizing reactor

Info

Publication number: HU211406B
Application number: HU892942A
Authority: HU
Inventors: Edward Someus
Original assignee: Someus; Product Control Ltd
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1995-11-28
Also published as: DE68907052T2; US5194069A; EP0409888A1; HU892942D0; EP0409888B1; WO1989009809A1; FI905032A0; SE8801377D0; DE68907052T4; BR8907372A; HUT55437A

Description

A találmány szerves anyagok közvetett termikus kezeléssel történő elszenesítésére, finomítására, illetve aktiválása és/vagy az elszenesítő reaktorban előállított szén lehűtésére és esetleges adalékolására szolgáló eljárásra és berendezésre vonatkozik.

A jelen találmány konkrétabban szerves anyagok termikus bontására és finomítására, valamint szerves és/vagy szervetlen adalékok segítségével történő kezelésére vonatkozik.

A kezelendő alapanyagok megelőző gyártási és feldolgozási műveletek során, így például az erdészeti, mezőgazdasági vagy ipari anyagfeldolgozás során keletkezett hulladékanyagok vagy egyéb túlnyomórészben szerves anyagok, úgymint fahulladék, gabonaszalma, lignin, növényi magok, csont, műanyag, gumi, kőszén stb. Elméletileg minden, túlnyomórészben szerves anyag széntartalma aktív szénné dolgozható fel, de az alapanyag kémiai és fizikai sajátosságai, úgymint például illóanyag és hamu, illetve szervetlen anyag tartalom, valamint ezek összetétele, a szénváz rendezettsége, az anyag sűrűsége, befolyásolják a végtermék minőségét. A találmány révén az említett hulladékanyagokból finomító kezelés eredményeként közvetlenül felhasználható vagy kereskedelmi kiszerelésű hasznos végtermékeket nyerhetünk. A találmány szerinti eljárás kiterjed a hulladék anyagok szénporrá történő elszenesítésére, illetve aktiválására, valamint a szénpor ezt követő különböző széntermékekké való átalakítására. A találmány szerint különösen előnyösen állíthatóik) elő aktív szén, fűtőanyag rendeltetésű szénpor, illetve granulátum, grillezéshez és/vagy füstöléséhez használható széntermék, acélgyártási szén adalékanyagok és egyéb minőségi széntermékek.

A szerves anyagok fogalma alatt a jelen találmányi leírásban az olyan anyagokat értjük, melyek szénvegyület és illóanyag és/vagy nedvességtartalma együttesen legalább 50 tömegszázalék. A szén fogalma alatt a jelen találmányi leírásban alacsony szennyezőanyagtartalmú, (legfeljebb 201% maradék illóanyagtartalommal rendelkező), legalább 100 m²/gramm fajlagos aktív felületű és 20 milliméternél kisebb legnagyobb szemcseméretű porózus karbont (szénpor, aktív szén, szén granulátum, korom, illetve 70 tömeg% feletti széntartalmú anyag) értjük. A kigázosítás fogalma alatt a jelen találmányban a szén rácsszerkezetéből, illetve annak külső és belső felületeiről termikus kezeléssel, szerves vagy szervetlen adalékanyagokkal vagy azok hozzáadása nélkül történő szerves és szervetlen illóanyagok eltávolítási, illetve deszorpciós folyamatát értjük. A dehidrogénezés fogalma alatt a jelen találmányban a hidrogén bármilyen módon való elvonását, illetve más kémiai kötésbe való átvitelét és/vagy elsődlegesen redukáló atmoszféra kialakulásának folyamatát/folyamatait értjük. Az adalékanyagok fogalma alatt a jelen találmányban azokat az anyagokat értjük, amelyek az eljárás folyamán elősegítik a dehidrogénezést, ilyen például a cinkklorid. Továbbá szükségesnek tartjuk rögzíteni, hogy a találmány és annak ismertetése kapcsán a jelen leírásban többször is használt finomító kezelés kifejezés kombinált dehidratálási, szenesítési, kigázosítási, pórusfelnyitási, dehidrogénező, impregnálási, illetve aktiválási eljárás. A vákuum fogalma alatt az atmoszferikus nyomás értéke alatt lévő O-tól 100 N/m²-ig terjedő nyomástartományt értjük.

Már régebb óta ismert számos szenesítési, svélezési és széntermékek aktiválására vonatkozó eljárás, jóllehet a közvetett fűtésű forgódobos vákuum pirolízis eljárás és ennek megvalósítására szolgáló berendezés eddig a gyakorlatban nem vált ismertté.

Az 4,477,257 lajstromszámú amerikai szabadalom közvetlen fűtésű eljárást és berendezést ismertet, mely belső szállítócsigával van ellátva, nem horizontális elrendezésű, 200 °C és 650 °C üzemi hőmérséklet és 20,5 x 10⁵N/m² - 205 x 10⁵ N/m² nyomásértékek között dolgozik.

Az US 4 129 420 lajstromszámú szabadalom közvetlen fűtésű eljárást ismertet, amelynek során 400 °C és 680 °C közötti üzemi hőmérsékleten, minimum 69 x 10⁵ N/m² nyomáson dolgoznak.

A találmány célja olyan eljárás és berendezés kialakítása, amelyek segítségével közvetett fűtéssel, zárt rendszerben, vákuum alatt, termikusán bontjuk, karbonizáljuk, kigázosítjuk, hőkezeljük, illetve finomítjuk a szerves hulladékanyagokat és, amely eljárás folyamán aktív szenet és más minőségi szenet állítunk elő, valamint a berendezés hatékony közvetett hőátadása lehetővé teszi a szerves anyagok deszorpcióját - mely folyamatfok) irányítható(k) és ellenőrizhető(k) -, a feldolgozandó anyag folyamatosan be és kiadagolható, a forgódob kis átmérőjű végeinél az álló és mozgó részek között tömít és zárja a rendszert és a berendezés alacsony költségráfordítással, viszonylag kis méretekben is létrehozható és üzemeltethető.

Ismeretes továbbá, hogy a szénbányákban kitermelt szén szulfidokkal szennyezett (illetve más, a találmány tárgyát képező eljárásnál alapanyagként használt szerves anyagok halogénekkel, szerves és szervetlen toxikus komponensekkel is szennyezettek) és ipari hasznosítási folyamatuk során a külső térbe kerülő toxikus anyagaik szennyeződést okozhatnak, mivel kivonásuk bonyolult technológiát igényel és költséges. A találmány szerinti eljárással előállított szénpor alacsony szennyezettségű, így a tisztított szén ipari hasznosítása során a hasznosító berendezés a környezetet kevésbé szennyezi.

A találmány alkalmazása révén a hulladékanyagok keletkezésének színhelyére szállítható mobil rendszer is kialakítható, amelynek segítségével a szerves anyagok egy munkafázissal történő finomító kezelése alacsony költségráfordítással végezhető.

A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a finomra aprított, túlnyomórészben szerves eredetű alapanyagot egy zárt tértben, redukáló környezetben atmoszférikus nyomás alatt legfeljebb 100 N/m² vákuum értéken, 500 °C és 900 °C közötti hőmérséklet tartományban, jellemzően 800-900 °C-ra közvetetten hevítve és forgatva, hőbontás útján szénporrá és gáz állapotú reakciótermékekké bontjuk szét, illetve kigázosítjuk és a gázfázist elvezetjük külön kezelés céljából, majd a keletkező szénport lehűtjük. Az eljárás folyamán a szén

HU 211 406 B rácsszerkezetéből, illetve annak külső és belső felületeiről a szerves és szervetlen illóanyagok a szén pórusaiból a szén felületét elhagyva a kezelő reaktor párlatterébe távoznak el, így a szén kigázosodik és fizikai kémiai szempontból más anyagok adszorpciójára is alkalmassá válik.

Az eljárás egyik fontos alkalmazási módjánál a szénporhoz további, aktivitást növelő adalékanyagokat adagolunk. Az adalékanyagok, melyeket szilárd adalékként az induló alapanyagba keverve és/vagy gáz, gőz, illetve folyadék formában a folyamat közben és/vagy a szén hűtése közben adagolnak, elősegítik a szén abszorpciós tulajdonságainak további kialakulását, valamint a szén felületét impregnálva annak hasznosítása során katalizátorként is működhetnek. Továbbá az adalékanyagok elősegítik a kigázosított szénpor pórusainak kiöblítését, illetve szellőztetését abból a célból, hogy az esetleges maradék Műanyagokat onnan eltávolítsák és/vagy dehidrogénezzék a maradék illóanyagokat és az aktív szén felhasználása során a kémiai és fizikai adszorpciót lehetővé tegyék, illetve a finomító kezelés útján nyert tiszta szenet más ipari alkalmazásra is használhatóvá tegyék. Az adalékanyagok olyan membrán és rácsszerkezeteket is képezhetnek az aktív szénben, illetve annak belső és külső felületein, melyek annak felhasználása során előnyös kémiai tulajdonságokat biztosítanak. Adalékanyagokként például cinkkloridot és/vagy foszforsavat és/vagy kénsavat és/vagy ezüstnitrátot és/vagy rézoxidot és/vagy kálciumkloridot és/vagy káliumhidroxidot és/vagy káliumkarbonátot és/vagy kálciumkarbonátot és/vagy széndioxidot és/vagy vizet, illetve vízgőzt és/vagy halogéneket, úgymint klórgázt és/vagy nitrogént használhatunk. A kiinduló alapanyag minőségétől függően a dehidratálási, szenesítési, kigázosítási, dehidrogénező, illetve aktiválási eljárás kombináltan is alkalmazható egy lépcsőben egy reaktoban, vagy több lépcsőben több reaktoban történő kezeléssel és/vagy a szénpor hűtéséhez kapcsolódóan.

Előnyösnek bizonyultak a találmány szerinti eljárás olyan alkalmazási módjai, amelyeknél az alapanyag nedvességtartalmát előszárítással (dehidratálással) 510 t%-ra állítjuk be.

A reaktorban történő kezelés maga is aktiváló hatású folyamat. Mivel az alapanyagok összetétele és kémiai-fizikai tulajdonságai változóak, ezért esetenként előnyös az aktiválási hatásfokot tovább növelni. Előnyös a szén kezelése dehidrogénező jellegű adalékanyagokkal, úgymint például cink-kloriddal a kigázosítási folyamattal együttesen végezve egy reaktorban és ezen adalékanyagokat az alapanyaghoz már a beadagolásnál bekeverve 0,1 és 30 tömegszázalék közötti arányban. A kémiai adalékanyagok használatánál a végtermék utókezelése vállhat szükségessé a használt kemikáliák eltávolítása céljából. Folyadék, gáz/gőz adalékanyagok, úgymint például széndioxid, vízgőz, nitrogén és klórtartalmú gáz beinjektálással kerülnek a szénnel kapcsolatba a kezelő reaktorban és/vagy a hűtőben. A folyadék és/vagy gáz/gőz adalékanyagok beadagolása a reaktor mindkét tengelyirányú végéről, míg a hűtőbe történő adagolás a hűtő fedelein keresztül történik. Ezek az adalékanyagok elősegítik a szén további dehidrogénezését a maradék ki nem gázosított illóanyagoknak a pórusokból és/vagy a felületekről történő öblítési folyamatain keresztül. Előnyösnek bizonyult továbbá a szén impregnálása olyan egyéb adalékanyagokkal, úgymint például ezüstnitrát, amelyek a szén későbbi felhasználása során katalitikus hatást váltanak ki és/vagy membránként is működhetnek.

A hőkezelési műveletek során tehát a szénport adalékanyagok adagolása útján további járulékos kezelési műveleteknek vethetjük alá annak érdekében, hogy különböző végtermékeket nyerjünk. Amennyiben granulált aktív szenet kívánunk előállítani, úgy előnyös a szénport szerves kötőanyaggal (úgymint például rozsliszt) keverni, a szénkeveréket különböző méretre granulálni és a granulátumot ismét finomítási, illetve kigázosítási hőkezelésnek alávetni. Előnyös továbbá egyszer már használt aktív szénpor és/vagy granulátum regenerációs hőkezelése is. Az eljárás végtermékeként főként aktív szenet, acélipari adalék szenet, gyógyszerészeti és vegyipari hasznosíthatóságú szenet, grillezéshez és/vagy füstöléshez különösen alkalmas szénterméket és energetikai rendeltetésű szénport és/vagy szénporgranulátumot állíthatunk elő.

Az eljárás egyik alkalmazási módjánál a szénporhoz a lehűtést művelet után fűrészport és/vagy fűrészféléket, úgymint például rozslisztet és/vagy vizet és/vagy zsírt is adalékolunk, és a szénport ételek készítése során grillezéséhez és/vagy füstöléséhez szokásosan alkalmazott szemcseméretre formáljuk.

A találmány szerinti berendezés lényege, hogy betápláló-egysége, közvetett fűtésű vízszintes tengely körül forgó henger alakú reaktora, hűtőegysége, valamint kitápláló-egysége van.

A találmányt célszerű megvalósítani oly módon, hogy a reaktor folyadék és/vagy gáz betáplálására szolgáló, a reaktor tengelyébe épített, injektorral van ellátva.

A találmány szerinti berendezésnek hűtőegysége van az elszenesítő reaktorban előállított szénpor lehűtésére, amely fenekén álló bordás vályúszerű résszel és egy felső fedéllel rendelkező szakasszal, feladóvéggel és egy kitáplálóvéggel ellátott csőként van kialakítva, és a csőhöz egy, a szénpata vályúszerű részben az álló bordák és a vályúszerű rész álló határolófalai között a feladóvégtől a kitáplálóvéghez továbbító rázómotoros vibrátoregység is csatlakoztatva van.

A hűtőegység előnyös megvalósítása, hogy a cső egyenként egy-egy vályúszerű részből és hozzátartozó fedélből álló több hosszanti szakaszt tartalmaz, és a hosszanti szakaszok mindegyike egy-egy különálló hűtőkörrel van ellátva.

Továbbá a hűtőegység kialakítási módja előnyös lehet oly módon, hogy feladóvéggel és egy kitáplálóvéggel ellátott kettősfalú csövet, egy sor, egyenként rendre számylapátokkal ellátott peremű torlótáskákkal rendelkező üreges tengelyt, továbbá a szénpornak a számylapátok útján a kettősfalú csőben a feladóvégtől a kitáplálóvéghez való forgatva továbbítást biztosító hajtó motort tartalmaz, és egy, az üreges tengelyen és a torlótáskákon

HU 211 406 B előremenő irányban, míg a kettősfalú cső hengergyűrű alakú zárt terében visszafolyási irányban hűtőközeggel átáramoltatott hűtőköre is van. A hűtőegység kialakítási módja előnyös lehet továbbá oly módon, hogy a torlótáskákkal rendelkező üreges tengely hűtőköre és a kettősfalú cső alsó, illetve oldalsó hűtésének mindegyike egy-egy különálló hűtőkört képez.

A találmányt célszerű megvalósítani oly módon, hogy helyváltoztatható járművön elhelyezett mobil szerkezeti egységként legyen kialakítva.

A találmány szemiti eljárást és berendezést az 1-8 ábrák alapján ismertetjük:

1. ábra	egy a találmány szerinti eljárást megvalósító példaképpeni berendezés vonalas tömbvázlata,
2. ábra	a példaképpeni berendezés részletesebb kapcsolási rajza,
3. ábra	a berendezés kezelő reaktorának vázlata oldalnézetben,
4. ábra	a kezelő reaktor belső beömlő részletének keresztmetszete,
5. ábra	a kezelő reaktor belső kiömlő részletének keresztmetszete,
6. ábra	a reaktor tüzelőkamrájának keresztmetszete,

7A és 7B ábrák a berendezés egy első példaképpeni hűtőegység-kivitelét oldalnézeti és felülnézeti vázlatokon bemutató ábrák,

7C ábra a 7A. és 7B. ábrák szerinti első hűtőegység egy részletének metszete,

A és 8B ábrák a berendezés egy másik példaképpeni hűtőegység kivitelét két jellemző nézetében feltüntető vázlatrajzok,

8C ábra a 8A. ábra szerinti hűtőegység középső részletének metszete,

8D ábra a 8A. ábra szerinti hűtőegység tengelyvégének és torlótáskáinak részletmetszete a beáramló és kiáramló hűtőközeg áramlásirányával.

A találmány alapanyagként 20 mm alatti szemcseméretre aprított, hulladékként vagy fölös mennyiségben keletkező, túlnyomórészben széntartalmú anyagokból indul ki. Kiindulási alapanyagként, a legtöbb szerves anyag alkalmazható, de a legalkalmasabbnak bizonyultak alapanyagként az olyanok, mint a fahulladékok, tőzeg, olajpala, gabonaszalma, autógumi, műanyag, kőszén stb. Az anyag felbontását, elszenesítését és kigázosítását elősegítő hőenergia alacsony vákuum értéken történő közlésével, adalékok hozzáadásával vagy anélkül átalakítjuk az alapanyag szerkezetét, amelynek eredményeként a kiinduló anyag tulajdonságaitól, így például energiatartalmától, mikrostruktúrájától, kémiai összetételétől függően az egyes műveleü lépcsőkben eltérő mikroszerkezeteket, különböző főés melléktermékeket hozunk létre. Az eljárás legfontosabb főtermékeit a kigázosított, illetve aktivált finomított széntermékek, szénvegyületek és párlatok képezik. A redukáló közegben történő ki gázosítás eredményeképpen a szénváz pórusai kinyílnak, a szerves és szervetlen illóanyag eltávozik, a szén kémiai kötései aktiválódnak, adalékanyagokkal történő kezelés folyamán pórusai kiöblítődnek és/vagy dehidrogenizálódnak, illetve az adalékanyagok membrán és/vagy impregnált rácsszerkezetet hoznak létre a szénváz pórusaiban és/vagy annak felületein és ezzel a kapott széntermék további kémiai és fizikai adszorpciós tulajdonságokat nyer. Amennyiben a párlatok kicsapatásra kerülnek, kátrány, terpentin, olaj, metanol, ecetsav és más hasonló anyagok, valamint melléktermékként nem kondenzálható gázok keletkeznek, amelyek elégetve segíthetnek az eljárás energiaszükségletének fedezésében. A párlatok közvetlen, kicsapatás nélküli elégetése is előnyös lehet. A főtermékek tovább feldolgozhatók, illetve kezelhetők különböző végtermékek nyerése céljából. Szerves anyagok ugyanabban a berendezésben adalékok hozzáadásával vagy anélkül, hőenergia megfelelő kombinált alkalmazásával kémiai szerkezetváltozáshoz nem vezethető kezeléseknek, így például fertőtlenítésnek is alávethetők.

Az 1. ábrán a találmány szerinti berendezés egy példaképpeni vonalas tömbvázlata látható. A berendezés egy A előszárítót, egy B kezelőegységet, ill. reaktort, egy C hűtőegységet, egy D granuláló egységet, egy E utókezelőt és egy F desztillálót tartalmaz. Az A előszárítóhoz és a B kezelőegységhez egy-egy G fűtőegység van hozzárendelve.

Az A előszárítóban, amennyiben szükséges, a kezelendő alapanyag nedvességtartalmát 5-10 t%-ra állítjuk be, és az alapanyagot 130-170 °C-ra előmelegítjük. Ha az alapanyag jellege megengedi, úgy a rendszer az A előszárító nélkül is kialakítható, illetve üzemeltethető. Az alapanyagot előszárítást követően (vagy közvetlenül) a B kezelőegységbe tápláljuk be, amelyben végbemegy annak magas hőmérsékleten történő kigázosítása, elszenesítése (karbonizálása), illetve aktiválása. Az adalékanyagok az induló alapanyagba és/vagy a B kezelőegységbe és/vagy C hűtőegységbe történő bekeverésen, illetve injektáláson keresztül kerülnek a szerves anyaggal, illetve a szénnel fizikai és kémiai kapcsolatba. A redukáló hőkezelés eredményeként szénport és különböző pirolízis gázokat kapunk. Az utóbbiakat az F desztillálóba továbbítjuk, amelyben elvégezzük azok desztillálását. A lepárlás melléktermékeit egy H kimeneten, míg a nem kondenzálható gázokat egy I kimeneten vezetjük el. A nem kondenzálható gázokat a G fűtőegységek kisegítő táplálására hasznosítva viszszavezetjük a rendszerbe. Előnyös elrendezés, hogy a pirolízis gázokat F desztillálóban történő kicsapatás helyett közvetlenül elégetjük és az égetésből származó forró füstgázokat G fűtőegységek kisegítő táplálására hasznosítva visszavezetjük a rendszerbe.

A nyert szénport szükség esetén átmenetileg tároljuk és a C hűtőegységben átvezetve egyrészt lehűtjük, másrészt szükség esetén szerves és/vagy szervetlen adalékanyagok további hozzáadásával kezelhetjük. A C hűtőegység kimenetén megjelenő végterméket a D darabosító egységben kívánt szemcseméretű darabos végtermékké granuláljuk. Amennyiben granulált aktív szenet állítunk elő, a granulátumot ismételten kigázosítjuk.

Az E utókezelőben a granulátumot tovább hűtjük, osztályozzuk és adott esetben kiszállításra kész állapotú végtermékké csomagoljuk, illetve szereljük ki.

HU 211 406 B

A B kezelőegység egy, a füstgázokat elvezető J kimenettel is rendelkezik. A 2. ábrán a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjának részletesebb kapcsolási vázlatát tüntettük fel. A berendezésbe betáplálásra kerülő alapanyagot bevezetése előtt őrléssel, darabolással, fűrészeléssel vagy más ismert módon megfelelő méretűre aprítjuk. Fontosnak bizonyult, hogy a darabméret ne legyen túl nagy, mert ez kedvezőtlenül hatna az anyag hőfelvevő képességére. A finomra aprított alapanyagot 1 betápláló egység segítségével, amely például egy szállítószalag vagy csigás szállító lehet, egy 2 előszárítóba vezetjük be, amelyben az alapanyagban lévő víztartalmat a fölös mennyiség elpárologtatásával a lehető legkisebb értékre, általában mintegy 5-10 t%-ra állítjuk be. Amennyiben az alapanyag szerkezete lehetővé teszi, úgy az előszárítót előnyös kihagyni vagy a karbonizációs reaktorral megegyező felépítésű szárító reaktort alkalmazni. Az alapanyagot, vagy az alapanyag és adalékanyag(ok) keverékét, célszerűen csigás vagy dugattyús szállítóként kialakított 6 betápláló egység útján egy 7 kezelő reaktorba adagoljuk be. A 6 betápláló egységgel az anyagot az oxidáció bekövetkezésének elkerülése céljából mechanikus összenyomással gázmentesítjük. A 7 kezelő reaktor felépítését az alábbiakban részletesen ismertetjük. A 7 kezelő reaktorban a hőmérsékletet 800900 °C-on tartjuk. Ezen magas hőmérsékletet a szerves anyagok bomlása okozta exoterm reakciókból felszabaduló hőenergia mellett egy 21 hevítő égővel biztosítjuk, amelyet olajtüzelés mellett a kezelő eljárás során kinyerésre kerülő éghető gázok visszavezetésével is táplálhatunk. A hőátadás a külső tüzelés és a hőkezelendő anyag között a reaktor köpenyfalán keresztül történik. A beadagolandó alapanyag kémiai összetételének megfelelően a reaktortest acélanyaga saválló anyagból készül, mely a reaktor üzemi hőmérsékletét figyelembe véve egyben hőálló is. Az anyag közvetlenül érintkezik a reaktor belső alsó részével, valamint sugárzó hőt kap a reaktor belső felső részéről. A 7 kezelő reaktoron keresztül történő áthaladás folyamán az alapanyag lassan keveredik és az aprításnál képzett nagy felületei a közölt hőt folyamatosan átveszik, miközben a kigázosítási folyamat végbemegy. A szerves anyagok exoterm reakciójánál felszabaduló hő tovább javítja a hőegyensúlyt. A 7 kezelő reaktorban uralkodó vákuum értéket a 0-100 N/m² közötti értéken választjuk meg. Az alacsony nyomás elősegíti az alapanyag bomlását és a kigázosításból származó gáz és/vagy gőz fázis eltávozását. Az alapanyag az elsődleges terméket képviselő szénporrá és különböző gáznemű anyagokká bomlik szét. Előnyös a szénport folyadék és/vagy gáz adalékanyagokkal kezelni a reaktor végeibe beépített 25 és/vagy 26 injektáló fúvókákkal történő adagolással. A szénpor szemcsemérete 20 mm-nél kisebb. Jóllehet az eljárás szempontjából a keletkező szénpor az elsődlegesen fontosnak számító termék, de a melléktermékként keletkező gáznemű anyagokat is hasznosítjuk. Ezeket egy, vagy két 23 szelep működtetésével egy 24 csővezetéken át egy (a rajzon nem feltüntetett) lepárló kicsapatóba vagy égetőbe vezetjük el. A 24 csővezeték a 7 kezelő reaktor egyik végén vagy mindkét végein elrendezett egy-egy ponton csatlakozik a 7 kezelő reaktorra. A 23 szelepek megfelelő kivezérlésével a 24 csővezeték megfelelő szakaszai hűthetők a túlhevülés megelőzése céljából. A lepárló kicsapatóból az éghető gázokat egy 22 átmeneti tárolóba vezetjük el, amelyből a gázokat a 7 kezelő reaktort fűtő 21 hevítő égőbe továbbíthatjuk. A 7 kezelő reaktor a továbbiakban ismertetésre kerülő módon egy hőszigetelt 9 fűtőköpenyben van elhelyezve. A fenntebb említett megoldással a kezelő eljárás során keletkező nem kondenzálható éghető gázokat vagy elégetett füstgázokat energia hasznosító módon visszavezetjük a rendszerbe.

A szénport egy 10 hűtőegységbe vezetjük be, amelyben 16 hűtőrendszer segítségével, amelyben víz kering és 17 tágulási tartály közbeiktatásával lehűtjük, és adott esetben az előállítani kívánt mindenkori másodlagos végterméktől függően szerves vagy szervetlen anyagok adalékolásával, vagy anélkül, további kezelésnek is alávetjük. A hőmérsékletet 900 °C-ról mintegy 60 °C-ra csökkentjük. A 10 hűtőegységből a másodlagos végterméket 11,12 fúvók útján egy 13 közbenső tárolóba vezetjük, amelyben azt szükség esetén tovább hűtjük. A 10 hűtőegység két különböző előnyös példaképpeni kialakítását a későbbiekben részletesebben is ismertetjük. A nyert végterméket egy 15 darabosító egységben célszerűen granulálással kívánt szemcseméretűre formáljuk. Amennyiben granulált aktív szenet kívánunk előállítani, úgy a szénport szerves kötőanyaggal keverjük, megfelelő méretre granuláljuk és ismételt hőkezeléssel kigázosítjuk, illetve aktiváljuk. Ezzel a termék alkalmas azonnali felhasználásra, vagy ömlesztett állapotban történő elszállításra, vagy csomagolás, ill. végső kiszerelés céljából egy a rajzon nem feltüntetett csomagoló egységbe is továbbítható.

A csatolt rajz 3-5. ábráin a 7 kezelő reaktor szerkezeti részletmegoldásait mutatjuk be. Az alapanyag folyamatos betáplálása egy 31 bemeneten át történik, míg az elszenesített anyag egy 32 kimeneten át távozik a reaktortérből. A 7 kezelő reaktort egy (a 2. ábrán feltüntetett) 8 motor forgatva hajtja, amelynek fordulatszáma a mindenkori alapanyag jellegétől és a kezelés egyéb paramétereitől függően legalább három fokozatban változtatható. Az anyagnak a forgás során lehető legegyenletesebb eloszlását a 31 bemenet körül elrendezett 33 bordák, és a 7 kezelő reaktor belső felületén kialakított sugárirányú 35 bordák biztosítják. A keletkező szénport egy csavarfelületű 34 terelőlap gyűjti össze és tereli a 32 kimenethez, amelyen keresztül a szénpor a reaktorteret elhagyja.

A 6. ábrán a 7 kezelő reaktort körülvevő hőszigetelt 9 futőköpenyt mutatjuk be keresztmetszeti vázlatban. A 9 fűtőköpeny valójában egy kisebb 61 tüzelőkamrából és egy a 7 kezelő reaktor körül kialakított nagyobb 62 köpenytérből áll. A 61 tüzelőkamra falai hőszigetelő kerámiaanyagú 63 burkolólapokkal vannak ellátva, amelyek meglehetősen súlyosak, így mobilis berendezés esetén azokat a berendezés szállítása során előálló rázkódások következtében bekövetkezhető leválásuk megelőzése céljából kampós 64 kapcsok rögzítik. A 62

HU 211 406 B köpenytér hőszigeteléssel van ellátva, és felső része csuklós fedélként van kialakítva, amely a 7 kezelő reaktorhoz annak eltávolítása vagy javítása céljából szabad hozzáférést biztosító módon fel-, illetve félrehajtható.

A 7A., 7B. és 7C. ábrák a berendezés egy első példaképpeni 10’ hűtőegységének részletvázlatait tüntetik fel. A 7C. ábra jól érzékelteti, hogy a 10’ hűtőegység egy felső 72 fedéllel fedett 71 vályúszerű részt tartalmaz. A lehűtendő anyag a 73 feladóvégnél lép be, és az egységen végighaladva egy 74 kitáplálóvégen át távozik. Az anyagot egy, az egység egyik 76 hosszanti szakaszához csatlakoztatott, 75 rázómotorral rezgésben tartott 75’ vibrátoregység szállítja végig a 10’ hűtőegységen. A 76 hosszanti szakaszok mindegyikéhez egyegy önálló, előnyösen például vizet vagy olajat keringető 77 hűtőkör van hozzárendelve. A 76 hosszanti szakaszok száma az au/ag mindenkori szükséges száradási idejétől függően van megválasztva. Ugyancsak változtatható a 75 rázómotorral hajtott 75’ vibrátoregység frekvenciája is. A hűtőközeg a 71 vályúszerű részben, annak 78 álló bordáiban áramlik, így nagy érintkező felület biztosított a hőcseréhez.

A 8A, 8B, 8C és 8D ábrákon a berendezés egy másik 10” előnyös példaképpeni hűtőegység-kivitelét mutatjuk be. Ezen kivitel egy 83 torlótáskákkal ellátott üreges 82 tengelyt és ezeket körülvevő 81 kettősfalú csövet tartalmaz. A lehűtendő szénport egy 84 feladóvégen át vezetjük be és az az egységen végighaladva egy 85 kitáplálóvégen át távozik. Minden 83 torlótáska pereme a légcsavarokéhoz hasonló kialakítású 86 szárnylapátokkal van ellátva. A 82 tengely 87 motorral történő forgatva hajtása során ezen 86 számylapátok szállítják végig a szénport, és így az számylapáttól szárnylapátig, illetve torlótáskától torlótáskáig végighalad a 10” hűtőegységen.

A 81 kettősfalú cső falaival közrezárt hengergyűrű alakú térben és a 82 tengelyben, valamint annak 83 torlótáskáiban 90’ beáramló hűtőközeget és 90” kiáramló hűtőközeget, előnyösen például vizet vagy olajat cirkuláltatunk. A hűtőközeg kényszerpályán halad végig a 83 torlótáskákban és így a legmelegebb szerkezeti részeket is, például a 86 szárnylapátok körüli részt, hatásosan lehűti. Ez a megoldás kedvezően nagy hőátadó érintkezési felületet biztosít a lehűtendő szénpor és a hűtőközeg közötti hőcseréhez.

A hűtőközeget egy, az egység egyik végén elrendezett, kettősfalú csövet tartalmazó 88 tömszelencén át vezetjük be a hűtőegységbe. A 90’ beáramló hűtőközeg a belső csövön keresztül lép be a 82 tengelybe, az egység másik végénél megfordulva a 90” kiáramló hűtőközeg a 83 torlótáskákon keresztül visszafolyási irányban haladva hűtőkört képez és az egység végén elrendezett 88 tömszelencén keresztül lép ki a rendszerből. A 10” hűtőegység kialakítási módja előnyös lehet továbbá oly módon, hogy a 83 torlótáskákkal rendelkező üreges 82 tengely hűtőköre és a 81 kettősfalú cső alsó, illetve oldalsó hűtésének mindegyike egy-egy különálló hűtőkört képez. A 81 kettősfalú vályúból 90” kiáramló hűtőközeg szintén az egység végén elrendezett 88 tömszelencén keresztül lép ki a rendszerből. A hűtőközeg az egységet a 88 tömszelence külső és belső csöve közötti járaton át hagyja el (a rajzon nincs feltüntetve).

A 10’ és 10” hűtőegységeket a szénporhoz szerves és/vagy szervetlen anyagok további adalékolására és/vagy a szénpor egyéb kezelésére is hasznosíthatjuk. A 10’ és 10” hűtőegységek előnyösen hasznosíthatók továbbá egyéb szerves és/vagy szervetlen anyagok hűtésére, illetve hőkezelésére is. Ezen célból a felső fedelük 79, illetve 89 injektáló fúvókákkal van ellátva, melyeken keresztül gázokat és/vagy folyadékokat, így például széndioxid vagy vízgőz adalékanyagokat injektálunk a szénporba. Az injektálás egyben felkeveri a szénport és annak részecskéit fokozott mértékben érintkezteti a hőcserélő felületekkel. Emellett magának az injektálásnak is van hűtőhatása és a bevitt széndioxid megakadályozhatja a szénpor esetleges öngyulladását.

A találmány szerinti eljárást az alábbi példákon mutatjuk be részletesen:

1. 1000 kg 35% nedvességtartalmú akácfa (acacia lignum) hulladékot homogén 0-10 mm szemcsenagyságúra aprítottunk, majd légszáraz, 18 t% nedvességtartalomra szárítottunk. Az ily módon előkészített alapanyagot levegő kizárásával folyamatosan a forgó reaktorba adagoltuk és adalékanyagok nélkül redukáló atmoszférában 35 percig 900 °C-on hevítettük 35 N/m²vákuum értéken. A keletkezett szénport kiadagolás után lehűtöttük, míg a gázfázist külön kezeltük. A szénpor minőségi jellemzői a következők voltak:

a keletkezett szénpor mennyisége, kg: 185 szemcseméret, mm: 0-10 illóanyagtartalom, t%: 0,3 nedvességtartalom: nem kimutatható hamutartalom, t%: 3,5 fajlagos felület B.E.T. m²/g: 1150 jód adszorpció, mg/g: 950 metilén kék adszorpció, g/100 g: 16 fenol adszorpció, tf.%: 5 (A dimenziók használatának magyarázata: t%: tömegszázalék tf.%: térfogatszázalék

Illóanyagtartalom: maradék illóanyag t%-a a szén rácsszerkezetében, Hamutartalom: szervetlen anyag tartalom t%-ban, B.E.T.: Brunauer-Emmet-Teller módszer a szilárd testek felületének meghatározására m²/g-ban,

Jód adszorpció: jód megkötési képessége mg/g-ban,

Metilén kén adszorpció: hidrogénakceptor redoxiindikátor g/100 g-ban,

Fenol adszorpció: fenol megkötési képessége tf.%-ban.)

A példából látható, hogy a famintából adalékanyag hozzáadása nélkül nagy fajlagos felületű, alacsony illóanyagtartalmú, kigázosított, porózus, aktív szénport kaptunk.

2. 100 kg egyenlő arányban kevert 41% nedvesség6

HU 211 406 B tartalmú kevert polietilén, polipropilén és polivinilklorid hulladékot és 100 kg gabonaszalmát homogén 05 mm szemcsenagyságúra aprítottunk. Az ily módon előkészített alapanyagot egyenletesen keverve 4 t% cink-klorid adalékanyag hozzáadásával folyamatosan a forgó reaktorba adagoltuk és redukáló atmoszférában 60 percig 700 °C-on hevítettük 65 N/m² vákuum értéken. A keletkezett szénport kiadagolás után lehűtöttük, míg a gázfázist külön kezeltük. A szénpor minőségi jellemzői a következők voltak:

a keletkezett szénpor mennyisége, kg: 92 szemcseméret, mm: 0-5 illóanyagtartalom, t%: 0,2 nedvességtartalom: nem kimutatható hamutartalom, t%: 14 fajlagos felület, B.E.T. m²/g: 860 jód adszorpció, mg/g: 780 metilén kék adszorpció, g/100 g: 9 fenol adszorpció, tf.%: 4

A példából látható, hogy a kevert mintából adalékanyag hozzáadásával viszonylag nagy fajlagos felületű, de valamivel alacsonyabb illóanyagtartalmú, kigázosított, porózus, aktív szénport kaptunk alacsonyabb hőmérsékleten. Az adalékanyag dehidrogénező hatása az illóanyag tartalom további csökkenéséhez vezetett.

3. 50 kg 2 t% felületi nedvességtartalmú autógumi hulladékot homogén 0-3 mm szemcsenagyságúra aprítottunk. Az ily módon előkészített alapanyagot levegő kizárásával a forgó reaktorba adagoltuk és adalékanyagok nélkül redukáló atmoszférában 40 percig 700 °Con hőkezeltük 15 N/m² vákuum értéken. A keletkezett szénport a reaktorból való kiadagolás után lehűtöttük és 20 t% szerves kötőanyag hozzáadásával 3,2 mm átmérőjűre granuláltuk. A granulátumot egy másik, az előző reaktor felépítésével megyegyező reaktorba adagoltuk végleges kigázosítás és aktiválás céljából és redukáló atmoszférában 35 percig 850 °C-on 850 °Cos vízgőz adalék folyamatos adagolása mellett 15 N/m²vákuum értéken kezeltük. A keletkezett széngranulátumot redukáló atmoszférában hűtöttük és hűtés közben széndioxid adalékgázzal a pórusait szellőztettük. A széngranulátum minőségi jellemzői a következők voltak:

a keletkezett szénpor mennyisége, kg: 32 szemcseméret, mm: 3,2 illóanyagtartalom, t%: 1,2 nedvességtartalom: nem kimutatható hamutartalom, t%: 4 fajlagos felület, B.E.T. m²/g: 115 jód adszorpció, mg/g: 95 metilén kék adszorpció, g/100 g: 1 fenol adszorpció, tf.%: 0,1

Mivel az autógumiban a széntartalom nagyrésze korom, illetve grafitjellegű formában van jelen, így a végterméke is mikroporózus lesz, viszont fajlagos felülete kicsi, az autógumiban lévő szén eredeti tulajdonságainak megfelelően.

A kísérletek eredményeképpen bizonyítást nyert, hogy az eljárás és berendezés akár adalékanyagok hozzáadása nélkül is nagytisztaságú és nagy fajlagos felületű aktivált szénpor keletkezését eredményezi az anyagösszetétel eredeti tulajdonságainak függvényében. A hatékony kigázosodás során az illóanyagok a hőkezelt anyag belsejében lebomlanak és onnan a pórusokon keresztül eltávoznak, ily módon reakciókész, nagy fajlagos felületű, amorf aktív felület képződik. Az adalékanyagok továbbá elősegítik az anyag pórusainak öblítését, valamint belső és külső adszorpciós felületeinek növelését. Mivel az aktív szén alapanyagát képező szerves anyagok minősége változó, ezért előnyös a karbonizációs és aktiválási eljárások kombinált alkalmazása adalékanyaggal vagy adalékanyagok használata nélkül.

A találmány szerinti berendezés az eljárási paraméterek, így különösen a 7 kezelő reaktorban uralkodó hőmérséklet és nyomás széles skálájú beállíthatósága, illetve változtathatósága, továbbá az esetlegesen alkalmazott szerves és/vagy szervetlen adalékanyagok megválaszthatósága következtében a legkülönbözőbb végtermékek előállítására alkalmas. Egy lehetséges végtermékként előállíthatunk aktív szenet. A reaktorban hőkezelt és finomított szénport közvetetten vagy közvetlenül lehűtjük, illetve annak a hűtőegységben történő lehűtése során széndioxidot, vízgőzt és/vagy inért gázokat injektálunk a reaktorban előállított aktivált szén szellőztetése, a szénszemcsék pórusainak további felnyitása és porozitásúk további növelése céljából. Egy másik jellemző végtermékként előállíthatunk például grillezéshez és/vagy élelmiszerek tartósítási célú füstöléséhez használt szénterméket. Ennek előállításához a berendezés hűtőegységében az áthaladó szénporhoz különböző fafajtákból származó fűrészport és/vagy fűszerféléket, például rozslisztet és/vagy vizet és/vagy zsírt keverünk. Az így előállított széntermék égetése során különböző, jellemző illatú füstöket fejleszt, amelyeket a grillezés vagy füstölés során az ételeknek kellemes, sajátos zamatoit, ízt adnak. Harmadik termékként például az acéliparban és a gyógyszeriparban felhasználható tiszta szénport állíthatunk elő a találmány szerinti eljárással és berendezésben. Egyébként a találmány szerinti berendezés igen előnyösen elhelyezhető valamely (a rajzon nem feltüntetett) járművön annak érdekében, hogy könnyen és egyszerűen legyen áttelepíthető a feldolgozandó hulladékanyagok mindenkori keletkezési színhelyére.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás szerves anyagok kezelésére, azzal jellemezve, hogy a 20 mm alatti szemcseméretre aprított, legalább 50 tömegszázalékban szénvegyületet és illóanyagot és/vagy nedvességet tartalmazó, alapanyagot egy zárt térben vákuumban, legfeljebb 100 N/m² nyomásértéken, 800-900 °C-ra közvetetten hevítve és forgatva redukáló atmoszférában, adott esetben adalékanyagok hozzáadása mellett, hőbontás útján szén és gáz, illetve gőz állapotú reakciótermékekké bontjuk szét és a gáz, illetve gőz reakciótermékeket elvezetjük, majd a keletkező szenet környezeti hőmérsékletre lehűtjük.

HU 211 406 B
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az alapanyaghoz az adagolás és/vagy a hőbontás és/vagy a keletkező szén hűtése folyamán cink-klorid és/vagy foszforsav és/vagy kénsav és/vagy ezüstnitrát és/vagy rézoxid és/vagy kálciumklorid és/vagy káliumhidroxid és/vagy káliumkarbonát és/vagy kálciumkarbonát és/vagy széndioxid és/vagy víz, illetve vízgőz és/vagy klórgáz és/vagy nitrogén adalékanyagot, illetve adalékanyagokat adagolunk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a szénhez a lehűtés után fűrészport és/vagy fűszerféléket, előnyösen rozslisztet és/vagy vizet és/vagy zsírt is adalékolunk legfeljebb 25 tömegszázalékban, majd granuláljuk.
4. Berendezés szerves anyagok finomító kezelésére, amelynek betápláló egységgel és kiadagoló egységgel ellátott forgatott reaktora van, azzal jellemezve, hogy

- az aprított alapanyag beadagolására szolgáló betápláló egysége (6) van;

- saválló anyagból készült hengeralakú forgó, legalább a karbonizációs zónát magába foglaló, reaktora (7) van;

- mely reaktor (7) belső felületén az anyag keveredését és továbbítását elősegítő bordák (35) vannak;

- amely reaktor (7) belső kiömlő végén, az anyagnak a reaktorból (7) való kiadagolását elősegítő, csavarfelületű terelőlapja (34) van;

- amely reaktor (7) mindkét végéhez a keletkező gőz, illetve gázfázis eltávozását szabályzó szelepek (23) vannak csatlakoztatva;

- a reaktor (7) forgatását szolgáló változtatható fordulatszámú motorja (8) van;

- a reaktort közvetetten hevítő külső fűtése (61) van;

- és hűtőegysége (10) van.
5. A 4. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a reaktor (7) folyadék és/vagy gáz betáplálására szolgáló, a reaktor (7) bemeneti és/vagy kimeneti tengelyében (31, 32) elhelyezett adalékanyag injektorral (25, 26) van ellátva.
6. Hűtőegység (10’) elszenesítő reaktorban előállított szén lehűtésére, amelynek a hűtendő anyag közvetett hűtésre szolgáló hűtőfolyadékáramoltató bordái vannak, azzal jellemezve, hogy fenekén álló bordás (78) vályúszerű résszel (71) és egy felső fedéllel (72) rendelkező szakasszal, feladóvéggel (73) és egy kitáplálóvéggel (74) ellátott csőként van kialakítva, és a csőhöz egy a szenet a vályúszerű részben (71) az álló bordák (78) és a vályúszerű rész (71) álló határolófalai között a feladóvégtől (73) a kitáplálóvéghez (74) továbbító rázómotoros (75) vibrátoregység (75’) is csatlakoztatva van.
7. A 6. igénypont szerinti hűtőegység (10’) azzal jellemezve, hogy egyenként egy-egy vályúszerű részből (71) és hozzátartozó fedélből (72) álló több hoszszanti szakaszt (76) tartalmaz, és a hosszanti szakaszok (76) mindegyike egy-egy különálló hűtőközeget keringető hűtőkörrel (77) van ellátva.
8. A 6. igénypont szerinti hűtőegység (10’) azzal jellemezve, hogy a szénbe gázt és/vagy folyadékot és/vagy velük összekevert adalékanyagokat injektáló fúvókái (79) is vannak.
9. Hűtőegység (10”) elszenesítő reaktorban előállított szén lehűtésére, amelynek a hűtendő anyag közvetett hűtésre szolgáló hűtőfolyadékáramoltató csatornái vannak azzal jellemezve, hogy egy feladóvéggel (84) és egy kitáplálóvéggel (85) ellátott kettősfalú csövet (81), egy sor, egyenként rendre szárny lapátokkal (86) ellátott peremű torlótáskákkal (83) rendelkező üreges tengelyt (82), továbbá a szenet a számylapátok (86) útján a kettősfalú csőben (81) a feladóvégtől (84) a kitáplálóvéghez (85) szállító értelemben forgatva hajtó motort (87) tartalmaz, és egy az üreges tengelyen (82) és a torlótáskákon (83) előremenő irányban, míg a kettősfalú cső (81) hengergyűrű alakú zárt terében visszafolyási irányban hűtőközeggel átáramoltatott hűtőköre is van.
10. A 9. igénypont szerinti hűtőegység (10”) azzal jellemezve, hogy a szénbe gázt és/vagy folyadékot és/vagy velük összekevert adalékanyagokat injektáló fúvókái (89) is vannak.