PL224027B1 - Układ obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy z zabezpieczeniem w układzie grzewczym pracującym w strefie zagrożenia wybuchem. Układ według wynalazku wyposażony jest w zabezpieczenia pełniące funkcję czynno-bierną, to znaczy mające nie dopuścić do powstania atmosfery wybuchowej, a w razie jej zaistnienia mają za cel nie dopuścić do jej zapłonu.

Z publikacji patentowej PL 194973 B1 znane jest urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych, pracujące pod ciśnieniem normalnym, podwyższonym lub obniżonym, ogrzewane przeponowo, które charakteryzuje się tym, że reaktor posiada zamontowany wewnątrz komory reakcyjnej co najmniej jeden element grzejny w postaci rury grzejnej.

Układ obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy z zabezpieczeniem w układzie grzewczym pracującym w strefie zagrożenia wybuchem, charakteryzuje się tym, że złożony jest ze zbiornika na ciecz palną, wewnątrz którego umieszczony jest element grzewczy, w którym źródłem ciepła jest umieszczony w szczelnej obudowie palnik, do którego dołączony jest przewód dla paliwa gazowego, którego część biegnie powyżej założonego maksymalnego poziomu cieczy palnej i który wyposażony jest w pierwszy automatyczny zawór odcinający, oraz przewód powietrza, którego część biegnie powyżej założonego maksymalnego poziomu cieczy palnej i który wyposażony jest w drugi automatyczny zawór odcinający oraz umieszczonego przed drugim automatycznym zaworem odcinającym urządzenia wytwarzającego wymagany strumień powietrza, zaś na drugim końcu elementu grzewczego umieszczony jest przewód kominowy, odprowadzający gazy wylotowe powstałe w procesie spalania, ponadto ze zbiornika na ciecz palną wyprowadzony jest przewód połączony z układem skraplającym, którym to przewodem powstały z termicznego rozkładu mieszaniny ciekłej gaz wraz z oparami doprowadza się do układu skraplającego, w którym następuje odseparowanie gazu poprzez wykroplenie frakcji ciekłej, która zostaje odprowadzona osobnym odbiorem, z układu skraplającego wyprowadzony jest przewód, którym odseparowany gaz doprowadzany jest do aparatu pełniącego rolę zaworu zwrotnego, a następnie do zbiornika dzwonowego stanowiącego bufor paliwa wykorzystywanego do termicznego rozkładu długołańcuchowych związków węglowodorowych, przy czym zbiornik dzwonowy posiada obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia w instalacji gazowej, czujki położenia minimalnego i maksymalnego sterujące pracą zaworu podczas uzupełniania niedoboru paliwa gazem z zewnętrznego źródła oraz zamknięcie hydrauliczne, które otwiera się po przekroczeniu maksymalnego poziomu położenia dzwona, odprowadzając nadmiar gazu ze zbiornika, ponadto zbiornik wyposażony jest w dodatkowe przyłącza, z których pierwsze służy do doprowadzenia paliwa z zewnętrznego źródła dla okresu rozruchu procesu oraz gdy zapotrzebowanie przewyższa ilość dostarczoną z produkcji, natomiast drugie, służy do odprowadzenia nadmiaru gazu, w przypadku gdy produkcja przewyższa zużycie, przy czym w przypadku pierwszego przyłącza napełnianie zbiornika dzwonowego paliwem pochodzącym z zewnętrznego źródła regulowane jest zaworem, zaś w przypadku drugiego przyłącza, nadwyżka gazu spalana jest w palniku, pełniącego funkcję pochodni, który łączy się bezpośrednio ze zbiornikiem dzwonowym elastycznym przewodem.

Korzystnie, pomiędzy głównym zbiornikiem dzwonowym, a palnikiem umieszczony jest dodatkowy buforowy zbiornik dzwonowy, do którego trafia elastycznym przewodem nadwyżka gazu ze zbiornika głównego, przy czym buforowy zbiornik dzwonowy zawiera obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia gazu w zbiorniku, czujki położenia minimalnego i maksymalnego, z których sygnał kontroluje pracę zaworu, otwarcie zaworu następuje po osiągnięciu pozycji maksymalnej, a jego zamknięcie następuje po osiągnięciu poziomu minimalnego oraz elastyczne połączenie z pochodnią.

Korzystnie, w układzie skraplającym, na jego końcowym odcinku, zastosowano układ do wymrażania gazu, zapobiegający wykraplaniu się najlżejszych frakcji w przewodach oraz aparatach w dalszej ścieżce przepływu gazu.

Korzystnie, dla wybranych elementów układu znajdujących się za układem skraplającym stosuje się elementy grzewcze w celu utrzymania najlotniejszych związków w formie oparów.

Przykłady realizacji wynalazku zostały przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny rysunek elementów układu obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy, fig. 2 - schematyczny rysunek wariantów zabezpieczeń układu według wynalazku.

W układzie według wynalazku ciecz palna (2), ogrzewana jest przeponowo przez element grzewczy (3) znajdujący się we wnętrzu aparatu (1). Przerywana linia elementu grzewczego (3) oznacza, iż element ten może posiadać dowolny kształt. Płomień, będący źródłem ciepła, powstaje w palPL 224 027 B1 niku (3a) na skutek zmieszania paliwa gazowego dostarczanego przewodem (6) wyposażonym w automatyczny zawór odcinający (6a) oraz powietrza dostarczanego przewodem (5) wyposażonym w automatyczny zawór odcinający (5a). Aby osiągnąć dostateczną moc palnika (3a) powietrze tłoczone jest poprzez urządzenie wytwarzające wymagany strumień powietrza (7) (np. dmuchawę), zamontowane przed zaworem (5a). Gazy wylotowe, powstałe w wyniku spalania, wyprowadzane są z układu przewodem kominowym (4). Powstały z termicznego rozkładu mieszaniny ciekłej, gaz wraz z oparami przewodem (9) trafia do układu skraplającego (10), w którym następuje odseparowanie gazu poprzez wykroplenie frakcji ciekłej, która zostaje odprowadzona osobnym odbiorem (10a). Korzystne jest zastosowanie w układzie skraplającym na jego końcowym odcinku funkcji wymrażania gazu, tak by nie następowało wykraplanie się najlżejszych frakcji w przewodach oraz aparatach w dalszej ścieżce przepływu gazu. Wymrażanie gazu następuje poprzez jego przepływy przez wymiennik przeponowy, którego temperatura jest znacznie niższa od temperatury jaka panuje na ścieżce za wymiennikiem. Alternatywą dla układu wymrażania, może być ogrzewanie aparatów oraz rurociągów za układem skraplającym (10), aby utrzymywać najlotniejsze związki w formie oparów przy użyciu elementów grzewczych np. w postaci wężownicy, przez którą płynie czynnik grzewczy, lub grzałek elektrycznych. Elementy grzewcze utrzymujące odpowiednią temperaturę cieczy zawartej w aparatach (18), (12), (15) oraz w rurociągach łączących te aparaty.

Tak odseparowany gaz przepływając przez aparat (18) trafia do zbiornika dzwonowego (12), który stanowi bufor paliwa wykorzystywanego do termicznego rozkładu długołańcuchowych związków węglowodorowych. Aparat (18) to zbiornik częściowo wypełniony cieczą nie mieszalną ze związkami węglowodorowymi, który stanowi zamknięcie hydrauliczne w celu uniknięcia sytuacji zassania gazu ze zbiornika (12) do zbiornika (1) w sytuacji, gdy ciśnienie w aparacie (1) jest niższe od ciśnienia w aparacie (12). Pełni rolę zaworu zwrotnego. Jest to zbiornik wypełniony cieczą z rurką doprowadzającą gaz zanurzoną na odpowiedniej głębokości pod poziomem cieczy. Rurka wyprowadzająca gaz z aparatu (18) znajduje się na jego szczycie (nad poziomem cieczy). Zbiornik (12) wyposażony jest w dodatkowe przyłącza: pierwsze z nich (12a) służy do doprowadzenia paliwa z zewnętrznego źródła dla okresu rozruchu procesu oraz gdy zapotrzebowanie przewyższa ilość dostarczoną z produkcji, natomiast drugie (12b) służy do odprowadzenia nadmiaru gazu, w przypadku gdy produkcja przewyższa zużycie. W pierwszym przypadku, napełnianie zbiornika (paliwem pochodzącym z zewnętrznego źródła) regulowane jest zaworem (13). W drugim przypadku, gdy odprowadzana jest nadwyżka, gaz spalany jest w palniku (17), pełniącego funkcję pochodni, który łączy się bezpośrednio ze zbiornikiem (12) elastycznym przewodem (14). Połączenie to obrazuje obszar A zaznaczony na Fig. 2. Korzystne jest zastosowanie pośredniego zbiornika dzwonowego (15) pomiędzy zbiornikiem (12), a palnikiem (17). W takim przypadku nadwyżka gazu ze zbiornika (12) elastycznym przewodem (14) trafia do buforowego zbiornika dzwonowego (15). Po osiągnięciu maksymalnego poziomu zbiornika (15) gaz spalany jest w palniku (17), który połączony jest elastycznym przewodem (16) ze zbiornikiem (15). Zastosowanie takiego rozwiązania ma pozytywny wpływ na pracę palnika (17), gdyż zapewnia stabilne warunki spalania nadwyżki gazu. Połączenie to obrazuje obszar B zaznaczony na fig. 2.

W opisanym powyżej układzie, kluczowymi elementami są zabezpieczenia zapobiegające (w przypadku awarii układu) powstaniu pożaru lub atmosfery wybuchowej oraz w razie jej zaistnienia, zminimalizowanie prawdopodobieństwa jej zapłonu.

W wyniku awarii elementu grzewczego istnieje możliwość wylania się cieczy palnej (2) na zewnątrz aparatu, powodując pożar instalacji (gdy temperatura cieczy ma temperaturę równą lub większą od temperatury jej samozapłonu) lub stwarzając tym atmosferę wybuchową (gdy temperatura cieczy ma temperaturę niższą od temperatury jej samozapłonu). Specjalna konstrukcja w postaci obudowy (8) palnika (3a) oraz specjalne poprowadzenia rurociągów dostarczających powietrze (5) oraz gaz (6) do palnika, zapobiega przed wydostaniem się cieczy na zewnątrz aparatu, poprzez zalany element grzewczy (3). Ze względu na brak szczelności palnika (wynikającej z jego konstrukcji) szczelna obudowa (8) oddziela potencjalnie wylaną, palną ciecz od środowiska zewnętrznego - następuje zatrzymanie cieczy wewnątrz przegrody.

Kolejnym zabezpieczeniem jest takie poprowadzenie rurociągów dostarczających powietrze oraz paliwo, aby ich część przebiegała ponad poziomem, który jest sumą maksymalnego poziomu cieczy w aparacie (1) oraz poziomu wynikającego z nadciśnienia panującego w tym aparacie. Taka konstrukcja tworzy tzw. zamknięcie hydrauliczne. Dodatkowo po wykryciu awarii (zalania układu grzewczego) automatycznie zostają zamknięte zawory (5a) i (6a) na rurociągach wlotowych palnika,

PL 224 027 B1 aby powstrzymać wsteczną ekspansję oparów w przewodach zasilających palnik, która mogłaby doprowadzić do powstania atmosfery wybuchowej.

Drugą funkcją zastosowanych rozwiązań jest zabezpieczenie instalacji przed wystąpieniem potencjalnych źródeł zapłonu. Jednym z możliwych źródeł zapłonu jest gorąca powierzchnia palnika (3a). Zastosowanie szczelnej przegrody (8) separuje palnik od atmosfery zewnętrznej. Także wyprowadzenie czerpni powietrza (7) palnika poza strefę zagrożenia wybuchem zapobiega możliwości jej kontaktu z wewnętrzną, gorącą powierzchnią palnika.

Z kolei aparat (18) pełni funkcję zaworu zwrotnego, zabezpieczającego przed cofaniem się gazów ze zbiornika dzwonowego (12) do aparatu (1) w przypadku spadku ciśnienia w aparacie (1), spowodowanego jego nieszczelnością, bądź spadkiem temperatury cieczy (2). Działanie tego elementu opiera się na zasadzie zamknięcia hydraulicznego. Gazy opuszczające układ chłodzenia (10) wprowadzane są pod poziom lustra cieczy wypełniającej zbiornik (18). Głębokość zanurzenia rurki ma wpływ na ciśnienie jakie panuje w instalacji.

Zbiornik dzwonowy (12), którego konstrukcja charakteryzuje się tym, iż posiada on:

- obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia w instalacji gazowej,

- czujki położenia minimalnego i maksymalnego sterujące pracą zaworu (13) - podczas uzupełniania niedoboru paliwa gazem z zewnętrznego źródła,

- zbiornik (12) posiada zamknięcie hydrauliczne, które otwiera się po przekroczeniu maksymalnego poziomu położenia dzwona, odprowadzając nadmiar gazu bezpośrednio do palnika (17) (wariant A), lub pośrednio przez zbiornik dzwonowy (15) (wariant B).

Ponadto w wariancie B zbiornik dzwonowy (15) charakteryzuje się tym, iż posiada on:

- obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia gazu w zbiorniku,

- zbiornik posiada czujki położenia minimalnego i maksymalnego, z których sygnał kontroluje pracę zaworu (16a), otwarcie zaworu następuje po osiągnięciu pozycji maksymalnej, a jego zamknięcie następuje po osiągnięciu poziomu minimalnej (czyli po spaleniu zawartego w zbiorniku gazu),

- zbiornik posiada elastyczne połączenie (16) z pochodnią (17).

W wyniku zastosowania opisanych rozwiązań otrzymano nową konstrukcję układu obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy z zabezpieczeniem w układzie grzewczym pracującym w strefie zagrożenia wybuchem, charakteryzującą się tym, że:

1. W razie zalania elementu grzewczego oraz palnika, medium (2) nie wydostanie się na zewnątrz aparatu w wyniku zastosowania szczelnej obudowy (8) palnika oraz zamknięcia hydraulicznego na przewodzie doprowadzającym paliwo (6) oraz przewodzie powietrznym (5). Zamknięcia te charakteryzują się tym, iż posiadają wyprowadzenie przewodów na wysokość ponad potencjalną wysokość słupa cieczy, wynikającą z poziomu cieczy (2) oraz nadciśnienia w zbiorniku (1).

2. Dodatkowo obudowa (8) palnika lub zespołu palników, separuje potencjalne źródło zapłonu jakim jest gorąca powierzchnia palnika (3a), od atmosfery wybuchowej wokół aparatu (1).

3. Mieszanka paliwowo-powietrzna dobrana jest w ten sposób, aby gazy spalinowe miały w swoim składzie ograniczoną zawartość tlenu. Spaliny wysycone z tlenu w kontakcie z cieczą (2) wypełniającą aparat (1) nie powodują jej zapłonu. Stanowi to zabezpieczenie przed wewnętrznym pożarem w elemencie grzewczym (3).

4. Zastosowanie zaworów odcinających (5a) i (6a) na przewodach doprowadzających media do palnika (lub zespołu palników) umieszczone są przed zamknięciem hydraulicznym, aby zapobiec wstecznej ekspansji oparów przez przewód paliwowy oraz powietrzny.

5. Urządzenie wytwarzające wymagany strumień powietrza (7) wyprowadzone jest poza strefę zagrożenia wybuchem oraz znajduje się przed zaworem odcinającym dopływ powietrza (5a).

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ obiegu gazu powstałego w procesie pirolizy z zabezpieczeniem w układzie grzewczym pracującym w strefie zagrożenia wybuchem, znamienny tym, że złożony jest ze zbiornika (1) na ciecz palną (2), wewnątrz którego umieszczony jest element grzewczy (3), w którym źródłem ciepła jest umieszczony w szczelnej obudowie (8) palnik (3a), do którego dołączony jest przewód (6) dla paliwa gazowego, którego część biegnie powyżej założonego maksymalnego poziomu cieczy palnej (2) i który wyposażony jest w pierwszy automatyczny zawór odcinający (6a), oraz przewód (5) powietrza, którego część biegnie powyżej założonego maksymalnego poziomu cieczy palnej (2) i który wyposaPL 224 027 B1 żony jest w drugi automatyczny zawór odcinający (5a) oraz umieszczonego przed drugim automatycznym zaworem odcinającym (5a) urządzenia wytwarzającego wymagany strumień powietrza (7), zaś na drugim końcu elementu grzewczego (3) umieszczony jest przewód kominowy (4), odprowadzający gazy wylotowe powstałe w procesie spalania, ponadto ze zbiornika (1) na ciecz palną (2) wyprowadzony jest przewód (9) połączony z układem skraplającym (10), którym to przewodem powstały z termicznego rozkładu mieszaniny ciekłej gaz wraz z oparami doprowadza się do układu skraplającego (10), w którym następuje odseparowanie gazu poprzez wykroplenie frakcji ciekłej, która zostaje odprowadzona osobnym odbiorem (10a), z układu skraplającego wyprowadzony jest przewód (11), którym odseparowany gaz doprowadzany jest do aparatu (18), a następnie do zbiornika dzwonowego (12) stanowiącego bufor paliwa wykorzystywanego do termicznego rozkładu długołańcuchowych związków węglowodorowych, przy czym zbiornik dzwonowy (12) posiada obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia w instalacji gazowej, czujki położenia minimalnego i maksymalnego sterujące pracą zaworu (13) podczas uzupełniania niedoboru paliwa gazem z zewnętrznego źródła oraz zamknięcie hydrauliczne, które otwiera się po przekroczeniu maksymalnego poziomu położenia dzwona, odprowadzając nadmiar gazu ze zbiornika (12), ponadto zbiornik (12) wyposażony jest w dodatkowe przyłącza, z których pierwsze (12a) służy do doprowadzenia paliwa z zewnętrznego źródła dla okresu rozruchu procesu oraz gdy zapotrzebowanie przewyższa ilość dostarczoną z produkcji, natomiast drugie (12b), służy do odprowadzenia nadmiaru gazu, w przypadku gdy produkcja przewyższa zużycie, przy czym w przypadku pierwszego przyłącza (12a) napełnianie zbiornika dzwonowego (12) paliwem pochodzącym z zewnętrznego źródła regulowane jest zaworem (13), zaś w przypadku drugiego przyłącza (12b), nadwyżka gazu spalana jest w palniku (17), pełniącego funkcję pochodni, który łączy się bezpośrednio ze zbiornikiem dzwonowym (12) elastycznym przewodem (14).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy zbiornikiem (12), a palnikiem (17) umieszczony jest buforowy zbiornik dzwonowy (15), do którego trafia elastycznym przewodem (14) nadwyżka gazu ze zbiornika (12), przy czym buforowy zbiornik dzwonowy (15) zawiera obciążnik dzwona, który umożliwia regulację ciśnienia gazu w zbiorniku (15), czujki położenia minimalnego i maksymalnego, z których sygnał kontroluje pracę zaworu (16a), otwarcie zaworu następuje po osiągnięciu pozycji maksymalnej, a jego zamknięcie następuje po osiągnięciu poziomu minimalnego oraz elastyczne połączenie (16) z pochodnią (17).
3. 3. Układ według zastrz. 1-2, znamienny tym, że w układzie skraplającym (11), na jego końcowym odcinku, zastosowano układ do wymrażania gazu, zapobiegający wykraplaniu się najlżejszych frakcji w przewodach oraz aparatach w dalszej ścieżce przepływu gazu.
4. 4. Układ według zastrz. 1-3, znamienny tym, że dla wybranych elementów układu znajdujących się za układem skraplającym (10) stosuje się elementy grzewcze w celu utrzymania najlotniejszych związków w formie oparów.