PL193225B1 - Reaktor i sposób zgazowania i/lub stopienia materiałów - Google Patents

Abstract

1. Reaktor do zgazowania i/lub stopienia materialów zbudowany w formie pieca szybowego zawierajacy odcinek doprowadzajacy wsad, z co najmniej jednym otworem zsypowym, dalej ponizej odcinek rozkladu termicznego z doprowadzeniem gazu, potem odcinek topienia i przegrzewania, elementy wtryskowe oraz palenisko, pod którym umieszczony jest spust, zna- mienny tym, ze odcinek rozkladu termicznego (8) po- siada rozszerzenie przekroju poprzecznego z doprowa- dzeniem gazu (10), którego ujscie korzystnie usytuowa- ne jest w najszerszym miejscu, nastepnie u dolu posia- da zwezenie, pod którym usytuowany jest bezposrednio odcinek topienia i przegrzania (14) wraz z górnymi wtry- skiwaczami (15), pod która to strefa topnienia i prze- grzania znajduje sie z kolei odcinek redukcji (20) wraz z elementami odsysajacymi gaz (21) a ponizej tejze strefy redukcji (20) znajduje sie palenisko (25) z bezposrednio pod nim umieszczonymi wtryskiwaczami dolnymi (26). 12. Sposób zgazowania i/lub stopienia materialów w reaktorze polegajacy na dostarczeniu wsadu, pod- grzaniu go celem spowodowania rozkladu termicznego, spaleniu i/albo stopieniu jego produktów nastepnie wyprowadzeniu gazów oraz dokonanie spustu, zna- mienny tym, ze dokonuje sie raptownego podgrzewa- nia wsadu utworzonego w kolumnie zsypowej (4) gora- cymi gazami w jej górnym obszarze w celu dokonania rozkladu termicznego, nastepnie wytworzeniu strefy….. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reaktor i sposób zgazowania i/lub stopienia materiałów. Wynalazek dotyczy w szczególności wykorzystania dowolnych odpadów materiałowych i/lub energetycznych, na przykład zawierających przeważnie składniki organiczne względnie odpady specjalne. Reaktor oraz sposób według wynalazku nadają się do zgazowania i stopienia wsadów piecowych dowolnych składów oraz również do odzysku energii wskutek wykorzystania materiałów organicznych.

Od długiego czasu są czynione rozwiązania w celu cieplnego usuwania odpadów różnego rodzaju odpadów i stosownych materiałów. Oprócz sposobu spalania znane są różne sposoby zgazowania, których celem jest uzyskanie korzystnych wyników przy jak najmniejszym obciążeniu materiałami szkodliwymi naturalnego środowiska, oraz zredukowaniu nakładów na obróbkę wsadów piecowych względnie zredukowania powstałych w czasie przeprowadzenia procesu gazów. Znane sposoby wymagają jednak dużych nakładów oraz trudne do opanowania technologie, jak i związane z tym wysokie koszty usunięcia odpadów dla obrabianych wsadów piecowych względnie odpadów.

W opisie patentowym DE 17 145 C1 opisany jest sposób odgazowania bazujący na usunięciu zróżnicowanych i zespolonych ze sobą materiałów odpadowych. Zgodnie z tym sposobem powinni powstałe gazy zawierające pył być jako gaz obiegowy całkowicie usunięte a następnie w strefie topienia i przegrzania spalone w tlenie. Takie krążeniowe prowadzenie gazu i dalej opisane odsysanie gazu nadmiarowego pomiędzy otworem odsysającym gazu krążeniowego oraz strefa topienia i przegrzania nie prowadzi jednak, jak udowadniają to próby do osiągnięcia maksymalnego celu, a mianowicie uzyskania gazu nadmiarowego zjak najmniejszą zawartością substancji szkodliwych. Jeśli zastosuje się podane w opisie żeliwiaki z gazem krążeniowym do przeprowadzenia tego sposobu, to obciążenie substancjami szkodliwymi jest tak duże, że konieczne oczyszczenie tegoż gazu nadmiarowego wymaga takich nakładów, iż nie znajduje to uzasadnienia gospodarczego, aby usuwać stosowne materiały odpadowe.

W innym opisie rozwiązania znanym z patentu DE 196 40 497 C2 opisany jest żeliwiak z gazem o ruchu krążeniowym opalany koksem w celu wykorzystania materiałów odpadowych. Piec ten charakteryzuje się tym, że w dolnej części stożka wsadowego zawiera dodatkowy odciąg gazu. Usuwane w rym miejscu gazy powstałe z rozkładu termicznego zostają w obiegu z gazem krążeniowym ponownie zawrócone w dolnej części pieca, aby tam dokonać spalenia tegoż gazu. Ponieważ strefa odciągowa dla gazu nadmiarowego usytuowana jest powyżej gorącej strefy, zostaje odsysany nie tylko gaz nadmiarowy, ale również duża część gazów z rozkładu termicznego, przez co w mieszance gazowej między innymi zawarte są trudne do usunięcia substancje wodorotlenkowe. Wskutek tego wzrastają nakłady gospodarowaniem gazem a środowisko naturalne ulega zanieczyszczeniu.

Znany jest też żeliwiak z kolejnego opisu patentowego za numerem DE 198 16 864 A1z gazem krążeniowym opalany koksem, którego odsysanie gazu nadmiarowego usytuowane jest poniżej strefy topnienia i przegrzania. Wprawdzie zostaje tym samym podniesiona jakość gazu nadmiarowego, ponieważ odsysane gazy podczas przepływu ciągłego przez strefę przegrzewania w dużym stopniu zostają zredukowane, jednak przestrzenna bliskość strefy przegrzewania prowadzi do wytworzenia gorących gazów nadmiarowych, które w konsekwencji muszą być ochłodzone z odpowiednim nakładem środków. Problematyczne jest również to, że wskutek tak dobranego układu prowadzi to do spiekania ze sobą szlaki i pyłów w następnych przedziałach drogi przebiegu gazu. Z drugiej strony temperatury w obrębie paleniska poniżej odsysania gazu nie są wystarczająco wysokie, aby znajdujące się tam odpady metali i odpady szlaki ze względu na różne warunki procesu można było utrzymać w stanie płynnym. Konieczny spust zostaje zakłócony albo wręcz niemożliwy do przeprowadzenia.

Rozwiązania znane ze stanu techniki jako zasadniczą istotę przyjęły krążeniowy obieg gazu dla częściowego strumienia utworzonych gazów, przy czym gazy w obrębie górnego obszaru zostają odsysane a w dolnym obszarze zostają znowu doprowadzone. Specjaliści wychodzą z tego założenia, że tego rodzaju prowadzenie gazu konieczne jest również do podgrzania szybu zsypowego z wykorzystaniem zasady przeciw strumieniowej. Zasada obiegu krążeniowego gazu zawiera jednak między innymi takie wady, a mianowicie: wzrastające w szybie pieca gazy ulegają ochłodzeniu w kolumnie zsypowej, co prowadzi do zjawisk kondensacji produktów rozkładu termicznego w obszarach odsysania gazu, w przewodach gazu krążeniowego i w ponownym doprowadzeniu gazu krążeniowego niezbędnych zagęszczeń strumieni gazu, przez co zakłócony zostaje obieg gazu krążeniowego w piecu. Podczas odsysania gazu krążeniowego zgodnie ze stanem techniki z wymuszonym obiegiem zostają również odsysane pyły i małe drobiny odpadowe, które wraz ze skondensowanymi produktami

PL 193 225 B1 rozkładu termicznego wewnątrz łącznego obiegu gazu krążeniowego prowadzi do trudno usuwalnych osadów. Ponadto kolumna zsypowa może wskutek wzrastającego gazu krążeniowego być podgrzana tylko względnie powoli, co zwłaszcza podczas zgazowania odpadów z wysokim udziałem tworzyw sztucznych może doprowadzać do sklejeń i szczepiań części odpadowych do ścian szybu, co w ostateczności może doprowadzić do całkowitego zatkania pieca.

Zadanie, jakie postawiono do rozwiązania polega na tym, by usprawnić reaktor oraz udoskonalić sposób zgazowania i stopienia wsadów piecowych, w taki sposób by zmniejszyć wady znane ze stanu techniki. Dodatkowe zadanie polega na tym by umożliwić w sposób prosty, ekonomiczny i sprzyjający środowisku naturalnemu i/względnie energetyczne wykorzystanie materiałów odpadowych. Szczególny nacisk położono na podniesienie niezawodności funkcji reaktora, by zmniejszyć niebezpieczeństwo pracy związane z obiegiem gazu krążeniowego. Dalszym zadaniem, jakie postawiono przed wynalazkiem do rozwiązania to zmniejszenie składników szkodliwych w odsysanym gazie nadmiarowym, aby w następstwie tego zmniejszyć nakłady związane z oczyszczeniem gazu.

Zgodnie z wynalazkiem zaniechano stosowanie znanego ze stanu techniki sposobu obiegu krążeniowego gazu a jako reaktora użyto piec szybowy, który pracuje z wykorzystaniem zasady równomiernego strumienia. Wskutek całkowitej rezygnacji z obiegu gazu krążeniowego usunięto problemy związane z kondensacją produktów rozkładu termicznego i powstawaniem zbytecznych osadów. Ponadto uzyskano już w górnej części reaktora częściowy konglomerat wsadu w wyniku gwałtownego podgrzewania kolumny zsypowej tak, że sczepienia do wewnętrznej ściany reaktora w dużym stopniu zostały wyeliminowane. Podwójny wtrysk przez dysze tlenu albo gazu palnego (mieszanki gazowej) uzyskano z jednej strony spalenie gazów z rozkładu termicznego a z drugiej strony w dolnym odcinku reaktora utrzymano wystarczająco wysoką temperaturę, dzięki czemu nagromadzone tam masy topione utrzymano w stanie płynnym. Pomiędzy dwoma elementami wtryskowymi wytwarza się odcinek redukcji, poprzez który wszystkie gazy przed odsysaniem muszą strumieniem przemieścić się i w konsekwencji zostają mocno zredukowane.

W wykonaniu pieca przydatnym zwłaszcza do zgazowania odpadów dodaje się do odcinka doprowadzającego gaz odcinek wstępnego wyrównywania temperatury, w którym odpady przykładowo w temperaturze około 100°C wstępnie osusza. W odmianie budowy pieca może ewentualnie być również zastosowane chłodzenie materiałów wsadowych, jeśli jest to pożyteczne w aspekcie całego procesu.

W korzystnej formie wykonania reaktora odznacza się on tym, że cała długość odcinka doprowadzającego i odcinka wstępnego wyrównywania temperatury jest wielokrotnie większa niż średnica odcinka doprowadzającego. Przez takie ukształtowanie kolumna zsypowa na odcinku doprowadzenia i wstępnego wyrównywania temperatury działa jak do góry zamykający korek, który zapobiega w dużym stopniu zassaniu powietrza z otoczenia do reaktora. W innej formie wykonania reaktor może być zamknięty w swoim górnym końcu przez śluzę, przez podwójny układ pokrywowy albo inne podobne urządzenie. Tym samym jeszcze lepiej zostaje zmniejszony niekontrolowany dopływ powietrza z otoczenia i wypływ gazów z zsypu.

Reaktor korzystnie jest zbudowany w kształcie cylindra a przestrzeń dopływu gazu i przestrzeń odsysania gazu są ukształtowane w formie pierścienia, przez co doprowadzenie gazu i odsysanie gazu w danym przypadku następuje w całym obrębie kolumny zsypowej. Ta forma wykonania nadaje się specjalnie do wykorzystania w przeważającym stopniu do wsadów organicznych. Inne rodzaje budowy pieców szybowych, które przeznaczone są do innych materiałów wsadowych mogą nie posiadać budowy cylindrycznej i inaczej mogą mieć usytuowane i ukształtowane elementy do odsysania i doprowadzenia gazu.

Szczególnie korzystnie jest, jeśli również odcinek rozkładu termicznego reaktora zawiera podwójne ścianki a w przestrzeni między ściankami prowadzone jest medium przemieszczające ciepło. Z jednej strony może być ściana schładzana, przez co zmniejsza się naprężenia materiału a z drugiej strony w zależności od wprowadzonych materiałów wsadowych i wynikającego stąd zapotrzebowania cieplnego kolumny zsypowej w razie potrzeby może być doprowadzone albo odprowadzone ciepło.

Zadania, jakie postawiono przed wynalazkiem znalazły również rozwiązane w sposobie, zwłaszcza do wykorzystania materiałowego i/lub energetycznego odpadów i podobnych materiałów wsadowych.

Sposób według wynalazku może korzystnie być lepiej wykorzystany podczas wstępnego osuszania wsadu przez podgrzanie kolumny zsypowej w górnej płaszczyźnie, w której następuje gwałtowne podgrzewanie do temperatury 100°C. Przy tej sposobności zawarta woda w wsadzie zostaje w dużym stopniu odparowana, przez co również poprawia się pożądany samoczynny ruch masy

PL 193 225 B1 wsadowej w dół. W odmianie sposobu wykonania nie przeprowadza się wstępnego osuszania albo schładzania materiału wsadowego, chociaż to drugie może być celowe, aby przy gorących materiałach wyjściowych nie następowało ich przyczepianie się do ścian odcinka doprowadzającego gaz.

Jest szczególnie korzystne, jeśli regulowane jest podciśnienie do odsysania gazu nadmiarowego, przy czym odsysanie tak powinno być przeprowadzone, by z jednej strony nie wydostawał się z reaktora z jego górnej strony a z drugiej strony by tylko niewielkie ilości dodatkowego powietrza z otoczenia zostało zassane przez kolumnę zsypową. Zminimalizowanie ilości istniejącego w reaktorze niepożądanego powietrza ma na celu zredukowanie udziału utleniania azotu w gazie nadmiarowym oraz łączną ilość gazu utrzymać w małej ilości, aby można łatwo prowadzić wynikającą stąd gospodarkę gazem.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania, z którego wynikają jego dalsze korzyści, szczegóły i możliwości wykorzystania z uwzględnieniem rysunku, który przedstawia reaktor w przekroju wzdłużnym w uproszczeniu w jego korzystnym wykonaniu oraz sposób postępowania przeprowadzony w tymże reaktorze na przykładzie obróbki odpadów zawierających składniki organiczne.

Przeprowadzenie sposobu według wynalazku nie koniecznie musi odbywać się w reaktorze według wynalazku, lecz może zostać dokonany z użyciem urządzeń o odmiennej konstrukcji. Przy obróbce innych wsadów można celowo dokonać zmiany konstrukcji reaktora oraz sposobu postępowania (na przykład przez wprowadzenie elastycznego układu i budowy doprowadzenia i odprowadzenia gazu, podgrzewania albo chłodzenia płaszcza reaktora względnie dokonać innych zmian).

Zasadniczo mogą być dokonywane różne kombinacje przy użyciu materiałów wsadowych, przykładowo poprzez dodanie materiałów o wysokiej wartości energetycznej (na przykład odpady organiczne, zawierające odpady drewniane i tym podobne) podczas zgazowania/stopienia nie organicznych wsadów materiałowych.

Reaktor według wynalazku posiada na swoim górnym końcu odcinek doprowadzający 1, wsad z co najmniej jednym otworem doprowadzającym 2, poprzez który doprowadza się wsad do wykorzystania materialnego i/lub energetycznego. Korzystnie przeważa przy takim wsadzie udział składników organicznych, przez co reaktor a także sposób nadaje się do obróbki zwykłych odpadów domowych oraz odpadów przemysłowych podobnych do odpadów domowych. O ile przy określonych zestawach materiałów wsadowych nie ma wystarczającej ilości składników palnych, aby przeprowadzić proces spalenia i zgazowania, to mogą być dodane do wsadu dodatkowe składniki palne względnie energetyczne. Przy tym jest również możliwe, w sposób przyswajalny dodać określoną ilość koksu albo łączną wartość palną podnieść przez dodanie drewna. W zależności od okoliczności może być również pożyteczne dodanie innych materiałów, aby przykładowo mieć wpływ na ustalenie wartości pH. Tego rodzaju przedsięwzięcia są przeciętnemu fachowcowi znane, dlatego zrezygnowano z ich szczegółowego przedstawienia. Poprzez urządzenie transportowe 3 zostaje dostarczony wsadi ewentualnie materiały dodatkowe poprzez otwór wsypowy 2 do reaktora. Tym samym tworzy się kolumna zsypowa 4, której stopień napełnienia mierzona jest za pomocą przyrządów pomiarowych, kontrolujących wysokość kolumny zsypowej. Wysokość tego zsypu powinna się zawierać pomiędzy ustalonym poziomem minimum i maksimum wskaźnika. Minimalny wskaźnik jest tak dobrany, aby kolumna zsypowa 4 w górnym odcinku reaktora działała jako warstwa zaporowa i zapobiegała wdarciu się do reaktora większej ilości powietrza z otoczenia. Do odcinka doprowadzającego 1z dołu przyłączony jest odcinek wstępnej regulacji temperatury 5, który służy do wstępnego osuszania wsadu. Odcinek doprowadzający 1i odcinek wstępnej regulacji temperatury 5, korzystnie są wykonane w postaci cylindra albo stożka z lekkim wzrostem przekroju poprzecznego w kierunku ku dołowi. Odcinek wstępnej regulacji temperatury 5 posiada podwójną ścianę, przy czym w przestrzeni między ściennej 6 przemieszcza się środek przenoszący ciepło. Za pomocą środka przemieszczającego ciepło może kolumna zsypowa 4 w obszarze podwójnej ściany odcinka wstępnego osuszania 5 doprowadzić ciepło, dzięki czemu wsad zostaje wstępnie podgrzany względnie wstępnie osuszony. W przeciwnym przypadku może nie istnieć przestrzeń między ścienna 6, a doprowadzenie ciepła przykładowo doprowadzone przewodem cieplnym bezpośrednio z gorącej strefy reaktora. Dopływ powietrza jest tak zwymiarowany, aby przyczepność określonych składników do ścian w jak największym stopniu wykluczyć. Oprócz tego wskutek wstępnego osuszania zostaje wyparowana zawartość wody, przez co nie obciąża następnie proces zgazowania. Temperatura na odcinku wstępnego wyrównywania temperatury wynosi około 100°C. Odcinek wstępnego wyrównywania temperatury 5 może w przeciwnym przypadku

PL 193 225 B1 całkowicie być usunięty, jeśli wstępne osuszanie dla danego wsadu nie jest wymagane, albo odcinek wstępnego wyrównywania temperatury będzie służył w specjalnych przypadkach do schładzania wsadu.

Poniżej odcinka wstępnego wyrównywania temperatury 5 usadowiony jest odcinek rozkładu termicznego 8, przy czym na przejściu pomiędzy odcinkiem wstępnego wyrównywania temperatury 5 (względnie odcinkiem doprowadzającym, jeśli odcinek wstępnego wyrównywania temperatury odpada) a odcinkiem rozkładu termicznego 8 następuje skokowy przyrost przekroju poprzecznego. Korzystnie powiększa się swobodny odcinek szybu, w tym obszarze przejściowym, co najmniej podwójnie, przez co z jednej strony zmniejsza się prędkość opadania wsadu a z drugiej strony wytwarza się stożek zsypowy 9. Stożek zsypowy 9 zostaje centralnie zasilany z kolumny zsypowej 4 na odcinku wstępnego osuszania. Na obszarach brzegowych jest spłaszczony, dzięki czemu tworzy się tam swobodna przestrzeń. W tym górnym obszarze brzegowym odcinka rozkładu termicznego 8 usytuowane są elementy doprowadzające 10 gaz, które w niniejszym przykładzie ukształtowane są w formie pierścienia przestrzennego 10, który otwarty jest w płaszczyźnie rozszerzonego przekroju poprzecznego. Cel pierścieniowej przestrzeni doprowadzającej 10 gaz polega na tym, że gorące gazy gromadzą się przy stożku zsypowym 9. Element doprowadzający 10 gaz może być wykonany w postaci dysz, otworów w ścianie względnie innych urządzeń, które umożliwiają doprowadzenie gorących gazów do kolumny zsypowej 4. W przestrzeni doprowadzającej gaz 10 jest, co najmniej jedna komora palna 11, która ma ujście przy kolumnie zsypowej 4 jak w niniejszym przykładzie i która zaopatrzona jest, co najmniej w jeden palnik 12. Palnik 12 podgrzewa gaz, który korzystnie stycznie poprzez komory palne 11i przestrzeń doprowadzającą 10 gaz, doprowadza go do stożka zsypowego 9. W odmiennej formie wykonania może być zastosowanych wiele komór palnych albo wiele palników, jeśli to umożliwia pożądane, równomierne podgrzewanie stożka zsypowego 9. Spalanie w palniku 12 następuje celowo z małym użyciem tlenu, przez co następuje prawie stechiometryczne spalanie gazem obojętnym w temperaturze około 1000°C. Co najmniej podczas rozpoczęcia pracy palnik 12 potrzebuje inne substancje palne, które nie są odzyskiwane bezpośrednio z reaktora. Przykładowo może to być gaz ziemny olej, który został wytworzony z wcześniejszego procesu zgazowania i stanowi zmagazynowany gaz nadmiarowy, mieszanka gazowa, mieszanka gazowo-płynna, mieszanka gazowo-pyłowa albo inne nadające się paliwa do użycia z uwzględnieniem aspektów energetycznych. Gdy tylko reaktor osiągnie swój stan pracy, może palnik 12 już z w danym przypadku z wcześniej oczyszczonym gazem być zasilany gazem nadmiarowym. Poprzez doprowadzenie gazu palnego, który przy odpowiedniej regulacji powstaje w dużym stopniu z dwutlenku węgla i pary wodnej, podgrzewa się w sposób raptowny istniejący wsad w obszarze stożka zsypowego 9. Bardzo szybkie podgrzewanie materiału do temperatury pomiędzy 800°C a 1000°C powoduje bardzo szybkie osuszenie materiału, przez co zmniejsza się jego sklejanie i przyczepianie do ścian reaktora. Znacznie częściej dochodzi do przynajmniej częściowej konglomeracji i materiałów wsadowych. Oprócz tego już w górnym odcinku reaktora następuje wydzielanie produktów rozkładu termicznego. Ponieważ doprowadzony gaz jest w dużym stopniu obojętny doprowadza się te produkty rozkładu termicznego tylko w niewielkiej mierze do spalenia, o ile powietrze może być zasysane poprzez górną część stożka zsypowego spiętrzonej kolumny zasypowej, względnie zabrana wraz z materiałem wsadowym. Poprzez szybkie i silne podgrzanie materiału wsadowego zgazowaniu albo spaleniu ulegają drobne pyłki i małe drobiny, dzięki czemu znane problemy ze stanu techniki związane z obróbką pyłu zostają zminimalizowane. Dzięki temu znacznie więcej można celowo dodać do materiału wsadowego drobnych elementów i pyłów w określonych relacjach.

Potem materiał wsadowy opada do odcinka rozkładu termicznego 8 następnie dalej w dół, przy czym rozkład termiczny jest dalej prowadzony, między innymi wśród materiałów prowadzonych centralnie, które poprzez przemieszczanie się ciepła również podgrzewa się. Ściana odcinka rozkładu termicznego 8 korzystnie jest przed ciepłem izolowana i/albo podwójna tak, że w razie potrzeby w utworzonej przestrzeni między ściennej może być przemieszczany środek dostarczający ciepło. Izolacja cieplna względnie dodatkowy dopływ ciepła z pomocą środka przenoszącego ciepło tak się dobiera, aby materiały wsadowe w dolnym obszarze odcinka rozkładu termicznego 8 zawierały temperaturę korzystnie ponad 500°C. Pożądana w tym miejscu temperatura może być celowo regulowana w zależności od specjalnych wsadów materiałowych.

Poniżej odcinka rozkładu termicznego 8 umieszczony jest odcinek topnienia i przegrzewania 14. Odcinek ten zawiera zwężenie przekroju poprzecznego, przez co ulega zmianie prędkość opadania materiału wsadowego. W przykładzie obróbki z przeważającymi odpadami organicznymi zwężenie przekroju poprzecznego wynosi, co najmniej 10%, które przykładowo poprzez stożkowe

PL 193 225 B1 zwężenia odpowiedniej części szybu dochodzi do kąta nachylenia około 60 z kierunkiem poziomym. Oprócz tego znajdują się na odcinku topnienia i przegrzania 14 górne wtryskiwacze 15, które w niniejszym przykładzie ukształtowane są poprzez liczne na obwodzie rozdzielone lance tlenowe 16. Aby lance tlenowe 16 chronić przed przegrzaniem, chłodzi się je przykładowo wodą. W innych rozwiązaniach stosuje się dysze, palniki albo tym podobne, jako górne elementy wtryskowe, poprzez które można sterować doprowadzeniem różnych gazów palnych albo mieszanek gazowych, mając na uwadze cel, mianowicie: ustawić temperaturę w strefie topnienia i przegrzania na żądaną wartość. Jeśli doprowadzenie tlenu do tego jest nie wystarczające, (gdy nie mamy przykładowo chwilowo do dyspozycji wsadu o wystarczającej wartości energetycznej) mogą być użyte inne gazy palne albo odzyskane z reaktora gazy nadmiarowe, doprowadzone poprzez elementy wtryskowe. W specjalnym rozwiązaniu dokonuje się celowo z pomocą górnych wtryskiwaczy 15 dozowanie dodatkowego tlenu bezpośrednio poniżej płaszczyzny zwężonego przekroju. Przez to wytwarza się w obszarze odcinka topnienia i przegrzania 14 gorąca strefa 17, w której korzystnie panują temperatury od 1500°C do 2000°C, które jednak należy dostosować w zależności od wsadu materiałowego. Doprowadzone poprzez przestrzeń doprowadzającą 10 gazy palne (obojętne) i wytworzone na odcinku rozkładu termicznego 8 gazy z tegoż rozkładu termicznego przepuszcza się je przez strefę gorącą 17. Doprowadzonym tlenem do strefy gorącej 17 tak się steruje, aby spalanie nastąpiło przy małym dostępie do tlenu, które ostatecznie prowadzi do dalszego podniesienia temperatury i postępującego skoksowania pozostałych materiałów wsadowych. Temperaturę w strefie gorącej 17 tak się ustala, aby składniki mineralne tworzące szlakę i składniki metalowe stopiły się w tej strefie, przy czym określony udział materiałów wsadowych zawierających składniki szkodliwe (na przykład metale ciężkie) rozpuszcza się w tej kąpieli. Stopiony metal oraz szlaka w stanie płynnym kroplami opada w dół. Możliwie daleko posunięte skoksowanie resztek materiałów powoduje, że opadają również dalej w dół. Poniżej odcinka topienia i przegrzania 14 utworzony jest odcinek redukcji 20, na którym skoksowane resztki materiału dalej opadają w dół z wystarczającym czasem przebywania. Odcinek redukcji 20 obejmuje przestrzeń odsysania gazu 21, poprzez który gazy nadmiarowe są odsysane. Wszystkie odsysane gazy muszą tym samym przepłynąć zarówno przez strefę gorącą 17 jak również przez strefę redukcji 22 wytworzoną przez skoksowane resztki materiałowe. W strefie redukcji 22 redukuje się gazy z pomocą znajdującego się tam węgla pierwiastkowego. W szczególności dochodzi tam do przemiany dwutlenku węgla w tlenek węgla, przy czym przede wszystkim węgiel znajdujący się w zsypie zużywa się i następnie zgazowuje. Ponadto podczas przejścia przez strefę redukcji 22 ochładza się gazy, przez co są odsysane z ustaloną w sposób techniczny temperaturą, korzystnie zawierającą się pomiędzy 800°C a 1000°C. Odsysane gazy nadmiarowe zostają następnie ochłodzone i/lub oczyszczone i za pomocą stosownego urządzenia przemieszczającego (zagęszczacz albo dmuchawę) ponownie doprowadzone. Podczas zgazowania odpadu z przeważającą większością składników organicznych w efekcie uzyskujemy przykładowo około 80 do 90% gazu nadmiarowego jako gaz palny do wykorzystania materialnego lub energetycznego. Przy tej sposobności można częściowy strumień około 10 do 20% jako gaz własny doprowadzić do wyżej wymienionego palnika 12 i/albo elementom wtryskowym, przy czym chłodzenie/oczyszczanie tego strumienia częściowego można ograniczyć do najmniejszych rozmiarów. Przestrzeń odsysania gazu 21 jest korzystnie, (ale nie koniecznie) zbudowana w kształcie pierścienia, przy czym zamocowane urządzenie odciągowe służy do odsysania gazów. Poniżej przestrzeni odsysania gazu 21 usadowione jest ognioodporne palenisko 25. W palenisku zbiera się odpady metalowe i szlakę. Ażeby one pozostawały w stanie płynnym przewidziane są bezpośrednio powyżej topliwa a poniżej przestrzeni odsysania gazu 21 dolne wtryskiwacze 26, które zawierają wiele lancy tlenowych 16 (w danym przypadku chłodzonych wodą). Dolne wtryskiwacze 26 mogą być ukształtowane i pracować podobnie jak górne wtryskiwacze 15. W zależności od ilości wtryskiwanego tlenu, gazu, gazu palnego ustawia się odpowiednio temperaturę dla topionych substancji, która jest wystarczająco wysoka by stapiane substancje utrzymać w stanie płynnym i po stosownym ich zebraniu poprzez spust 27 wyprowadzić z reaktora. Korzystnie taką temperaturą jest temperatura około 1500°C. Rozdzielenie łącznej ilości doprowadzonego tlenu/gaz palny na palniki 11, górne wtryskiwacze 15 i dolne wtryskiwacze 26 można zoptymalizować w zależności od użytego wsadu i pozostałych parametrów procesu, oraz osiągnięcia daleko idącego wykorzystania wsadu i zminimalizowania udziału składników szkodliwych w pozostałej reszcie masy. Dla fachowca jest zrozumiałe, że ze względów redukcji kosztów, zamiast tlenu może być doprowadzona mieszanka tlenu z powietrzem względnie mieszanka tlenu z gazem palnym. Znane są również przykładowo podane temperatury w zależności od przerabianego wsadu materiałowego i pożądanej prędkości procesu. Jest również zrozumiałe, że używane materiały podPL 193 225 B1 dawane są mechanicznemu rozdrobnieniu, zanim zostaną wprowadzone do reaktora, aby zapobiec jego zatkaniu. W zależności od użytych materiałów i żądanych produktów końcowych mogą być wymagane określone materiały dodatkowe do stabilizacji wartości ogrzewania i do podniesienia wydajności gazu nadmiarowego jak i poprawy konsystencji szlaki, zasadowości i płynności szlaki.

Jeśli w reaktorze powinny ulec przemianie płyny, to korzystnie mogą one być doprowadzone poprzez wtryskiwacz płynu 30, który ma swoje ujście w przestrzeni doprowadzającej gaz 10 względnie w kombinacji z innymi środkami doprowadzającymi gaz. Do wtryskiwaczy może być użyte woda, para wodna albo inne w celu usunięcia określonych płynów, przy czym obok pożądanego usunięcia jest również możliwa regulacja temperatury gazu palnego obojętnego, procesu rozkładu termicznego i/albo ich złożeń i temperatur gazu nadmiarowego.

Następnie jest również możliwe, w razie potrzeby celowo usuwane pyły poprzez dozownik pyłu 31 wprowadzić do procesu. Dozownik pyłu 31 jest korzystnie usytuowany w środku rury dozującej odcinka doprowadzającego 1i odcinka wstępnego wyrównywania temperatury 5, która kończy się w pobliżu stożka zsypowego 9. Pyły transportuje się bezpośrednio w pobliże podgrzewania raptownego materiału wsadowego, dzięki czemu są natychmiast poddane wysokiej temperaturze przy wyjściu z rury dozującej, która prowadzi do spalenia albo zgazowania, bez obawy, że dojdzie do wymknięcia albo innej reakcji.

Chociaż powyżej opisany sposób i konstrukcja nadaje się do zgazowania i topienia odpadów ze składnikami organicznymi, jest dla fachowca oczywiste, że przy użyciu innych materiałów wsadowych wymagana może być inna budowa reaktora, aby uzyskać inne efekty. Ogólnie jednak mogą być obrabiane również specjalne odpady o dużej zawartości metalu, przy czym częściowo przeważać będzie zgazowanie a częściowo przeważać topienie. Mogą też być dokonywane różne kombinacje z materiałami wsadowymi. Przykładowo jest możliwe do topienia nie stosować organicznych materiałów wsadowych a celowo dołożyć materiały wsadowe o dużej zawartości energii (na przykład odpady organiczne, makulaturę i tym podobne).

Do specjalnych dziedzin mogą być dokonywane dalsze przekształcenia zarówno w reaktorze jak i sposobu postępowania.

Claims (21)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reaktor do zgazowania i/lub stopienia materiałów zbudowany w formie pieca szybowego zawierający odcinek doprowadzający wsad, z co najmniej jednym otworem zsypowym, dalej poniżej odcinek rozkładu termicznego z doprowadzeniem gazu, potem odcinek topienia i przegrzewania, elementy wtryskowe oraz palenisko, pod którym umieszczony jest spust, znamienny tym, że odcinek rozkładu termicznego (8) posiada rozszerzenie przekroju poprzecznego z doprowadzeniem gazu (10), którego ujście korzystnie usytuowane jest w najszerszym miejscu, następnie u dołu posiada zwężenie, pod którym usytuowany jest bezpośrednio odcinek topienia i przegrzania (14) wraz z górnymi wtryskiwaczami (15), pod którą to strefą topnienia i przegrzania znajduje się z kolei odcinek redukcji (20) wraz z elementami odsysającymi gaz (21) a poniżej tejże strefy redukcji (20) znajduje się palenisko (25) z bezpośrednio pod nim umieszczonymi wtryskiwaczami dolnymi (26).
2. 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy odcinkiem doprowadzającym (1) a odcinkiem rozkładu termicznego (8) znajduje się odcinek wstępnego wyrównywania temperatury (5).
3. 3. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że odcinek wstępnego wyrównywania temperatury (5) zawiera co, najmniej częściowo podwójną ścianę, tworzącą przestrzeń między ścienną (6).
4. 4. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że element doprowadzający gaz zawiera przestrzeń (10), w której znajduje się co najmniej jedna komora palna (11) z co najmniej jednym palnikiem (12).
5. 5. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinek wstępnego wyrównywania temperatury (5) odcinek rozkładu termicznego (8) oraz odcinek redukcji (20) wykonane są korzystnie w postaci cylindra albo z lekko rozszerzającym się stożkiem skierowanym ku dołowi, przez co łączna długość odcinka doprowadzającego (1) i odcinka wstępnego wyrównywania temperatur (5) jest co najmniej trzy razy większa od średnicy odcinka doprowadzającego (1) w jego górnym końcu a przekrój poprzeczny odcinka rozkładu termicznego (8) jest co najmniej podwójnie większa od przekroju poprzecznego dolnego końca odcinka wstępnego osuszania (5).
6. 6. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń dopływu gazu (10) oraz przestrzeń odsysania gazu (21) ukształtowane są w postaci pierścienia.

   PL 193 225 B1
7. 7. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinek rozkładu termicznego (8) posiada dwie ściany w celu utworzenia dalszej przestrzeni między ściennej.
8. 8. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że górne i/albo dolne wtryskiwacze (15, 26) zaopatrzone są w liczne lance tlenowe (16) o kształcie pierścienia na obwodzie reaktora albo zaopatrzone są w dysze.
9. 9. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń dopływu gazu (10) połączona jest z dozownikiem cieczy (30).
10. 10. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dozownik pyłu (31) usytuowany w płaszczyźnie najszerszego przekroju poprzecznego pomiędzy odcinkiem wyrównywania temperatury (5) a odcinkiem rozkładu termicznego (8).
11. 11. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinek doprowadzający (1) jest od góry uszczelniony przed wypływem gazu.
12. 12. Sposób zgazowania i/lub stopienia materiałów w reaktorze polegający na dostarczeniu wsadu, podgrzaniu go celem spowodowania rozkładu termicznego, spaleniu i/albo stopieniu jego produktów następnie wyprowadzeniu gazów oraz dokonanie spustu, znamienny tym, że dokonuje się raptownego podgrzewania wsadu utworzonego w kolumnie zsypowej (4) gorącymi gazami w jej górnym obszarze w celu dokonania rozkładu termicznego następnie wytworzeniu strefy gorącej (17) z temperaturami powyżej 1000°C, spaleniu w tejże strefie produktów rozkładu termicznego i/albo stopieniu składników metalowych i organicznych oraz skoksowaniu pozostałych składników a dalej kolejno odsysaniu wszystkich gazów poprzez kolumnę zsypową (4) strefę gorącą (17) i strefę redukcji (22) wyprowadzeniu z reaktora zredukowanych gazów nadmiarowych w strefie redukcji (22) potem wprowadzeniu czynnika energetycznego podtrzymującego stopione materiały w stanie płynnym i dokonanie ewentualnego spustu.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że jako czynnika energetycznego doprowadza się tlen, gaz palny, składniki odsysanego gazu nadmiarowego, materiały palne płynne albo substancje palne w postaci pyłów.
14. 14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że dokonuje się obserwacji stanu napełnienia kolumny zsypowej reaktora, której wysokość powinna się zawierać pomiędzy ustaloną minimalną a maksymalną wartością, przy czym ustalona minimalna wartość powinna się znajdować powyżej punktu raptownego podgrzewania względnie zagęszczonego wsadu i osłoniętego przed otoczeniem zewnętrznym.
15. 15. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że dokonuje się wstępnego osuszenia wsadu poprzez ogrzewanie kolumny zsypowej powyżej punktu raptownego podgrzewania w temperaturze około 100°C.
16. 16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że reguluje się podciśnienie podczas odsysania gazów, aby zapobiec wypływowi gazów do góry z reaktora oraz zminimalizować dopływ powietrza z otoczenia.
17. 17. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wytwarza się gorące gazy do raptownego podgrzewania kolumny zsypowej poprzez spalenie innych materiałów palnych na początku przeprowadzenia procesu oraz wytworzeniu gorących gazów do raptownego podgrzewania kolumny zsypowej poprzez spalenie przynajmniej częściowo oczyszczonych gazów nadmiarowych, które wyprowadza się z reaktora ewentualnie w kombinacji z innymi materiałami palnymi.
18. 18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że spalenia dokonuje się przy użyciu małej ilości tlenu w celu wytworzenia gazu obojętnego, który składa się w dużym stopniu z dwutlenku węgla i pary wodnej.
19. 19. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wyprowadzony gaz nadmiarowy poddaje się schłodzeniu i oczyszczeniu dla celów gospodarczych.
20. 20. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że w pobliże raptownego podgrzewania kolumny zsypowej doprowadza się pyły.
21. 21. Sposób według zaostrz. 12, znamienny tym, że do przeprowadzenia sposobu używa się reaktora według zastrz. 1 do 11.