RU159025U1 - Устройство для термической переработки твердого органического сырья - Google Patents

Abstract

1. Устройство для термической переработки твердого органического сырья, содержащее горизонтальный реактор с двойной стенкой для прохода горячих газов, имеющий входное отверстие для подачи сырья, средство для подачи сырья, расположенное в реакторе средство для перемешивания и сообщенную с выходным отверстием реактора камеру для приема продукта из реактора, отличающееся тем, что средство для перемешивания выполнено в виде расположенного вдоль реактора ряда роторов с перфорированными лопастями, оси вращения которых расположены в горизонтальной плоскости параллельно друг другу.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двойная стенка реактора представляет собой двойное днище, имеющее перфорацию в наружной стенке, через которую полость двойного днища сообщена с топочной камерой, расположенной со стороны входного отверстия реактора, и с дымовой камерой, расположенной со стороны выходного отверстия реактора.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для подачи сырья выполнено в виде соединенного с входным отверстием реактора скребкового транспортера, на входе которого установлен бункер с возможностью образования гидрозатвора при заполнении его жидкими продуктами крекинга.

Description

Полезная модель относится к области переработки органического сырья и может быть использовано для переработки твердых органических ископаемых, таких как горючие сланцы, торф, уголь, а также для утилизации промышленных и бытовых отходов, например, резинотехнических отходов (РТО), таких как автомобильные покрыши, с получением жидкой углеводородной фракции, технического углерода и горючего газа на 90% состоящего из метана.

Известны способы и средства механической переработки резинотехнических изделий дроблением, резанием и измельчением, последующей утилизацией: захоронением в почве, добавлением в бетонной смеси (см. патент RU 2397830), в асфальте и т.п. В некоторых способах шины режут специальными ножами (см. US 2014373697 и CN 203831619), струей воды высокого давления (см. CN 103963189). Механическая обработка может быть совмещена с глубоким охлаждением, при криогенных температурах (см. патент RU 2111057).

Недостатком упомянутых средств является ограниченное применение полученных продуктов.

Известны способы термической деструкции, прямым, или косвенным нагревом сырья, с применением разных теплоносителей, катализаторов и реагентов (например, озона).

В решении по патенту CN 103992808 переработку изношенных шин осуществляют в реакторе пиролиза прямым нагревом, дозированной подачей свежего воздуха в массе частично горящего сырья. Из полученной жидкой фракции выделяют «ароматику» и густую смолу. Последнюю добавляют в асфальт, «ароматику» применяют как химическое сырье, твердый остаток - кокс применяют как технический углерод.

Недостатками упомянутых решений является периодичность процесса, ограниченное применение полученных продуктов и большая вероятность загрязнения окружающей среды.

Известно решение по патенту RU 2220986, в котором пиролиз осуществляют в растворителе (алкил бензоле, или в бензине) при температуре до 440°C и давлении 29-60 атм. Куски нарезанных РТО подаются в реактор с помощью шнекового питателя. Шнековыми питателями выгружают также твердый остаток и металлокорд. Часть жидкой фракции с температурой кипения ниже 220°C после риформинга возвращают для растворения сырья.

Недостатками данного решения являются применение высоких давлении, обусловленное использованием органического растворителя, малый выход целевого продукта (компонентов моторного топлива), энергозатраты, связанные с возвращением значительной части продукта в реактор.

Известен реактор быстрого пиролиза абляционного типа для переработки углеродсодержащих твердых веществ, промышленных отходов (RU 2451880 C2, опуб. 27.05.2012).

Известен реактор термической переработки твердого органического сырья, содержащий две секции, образованный концентрическими трубами, между которыми продвигается сырье и одновременно подвергается нагреву (RU 2482160 C1,опуб 20.05.2013).

Известно также использование реактора пиролиза барабанного типа для термической переработки твердых топлив - сланца, угля, торфа.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является реактор установки для термической переработки органических отходов и бытового мусора с целью извлечения различных фракций углеводородов (см. RU 2202589 C2, опубликованный 20.04.2003). Установка включает два последовательно соединенные горизонтальные реактора для проведения двухстадийного каталитического крекинга. Второй из реакторов имеет двойные стенки для прохода горячих газов для разогрева находящихся в реакторе отходов. В качестве катализатора используют катализатор SR-1, расположенный в виде неподвижного слоя на выходе для газов и паров в камере, соединенной с выходным торцом реактора. В реакторе расположен шнековый питатель для перемешивания отходов и их перемещения вдоль реактора.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточность его для осуществления каталитического крекинга органического сырья, в том числе твердых ископаемых и резинотехнических, отходов и необходимость использования двух реакторов для осуществления каталитического крекинга в две стадии.

Предлагаемая полезная модель решает задачу, заключающуюся в обеспечении каталитического крекинга в одну стадию при высоком качестве получаемого продукта.

Технический результат заключается в обеспечении возможности ускорения процесса каталитического крекинга органического сырья и повышения качества получаемого продукта.

Поставленная задача решается тем, что установка для термической переработки твердого органического сырья содержит горизонтальный реактор с двойной стенкой для прохода горячих газов, имеющий входное отверстие для подачи сырья, средство для подачи сырья, катализатор для каталитического крекинга, расположенное в реакторе средство для перемешивания и сообщенную с выходным отверстием реактора камеру для приема продукта из реактора. Особенность полезной модели заключается в том, что средство для перемешивания выполнено в виде расположенного вдоль реактора ряда роторов с перфорированными лопастями, оси вращения которых расположены в горизонтальной плоскости параллельно друг другу.

Конструкция реактора позволяет использовать жидкометаллический катализатор (например, оловянно-свинцовый расплав), который размещен непосредственно в полости реактора в котором с помощью вращающихся перфорированных лопаток ротора удерживается подвергаемое крекингу сырье, что позволяет достичь повысить качество получаемых продуктов при высокой энергоэффективности и простоте конструкции установки. Жидкометаллический катализатор эффективно ускоряет разложение сырья и способствует образованию нано структур углерода, которые в свою очередь катализируют превращение первичных продуктов крекинга в высококачественные конечные продукты крекинга.

В частном случае выполнения полезной модели двойная стенка реактора представляет собой двойное днище, имеющее перфорацию в наружной стенке, через которую полость двойного дна сообщена с топочной камерой, расположенной со стороны входного отверстия реактора, и с дымовой камерой, расположенной со стороны выходного отверстия.

Кроме того, средство для подачи сырья выполнено в виде соединенного с входным отверстием реактора скребкового транспортера, на входе которого установлен бункер с возможностью образования гидрозатвора при заполнении его жидкими продуктами крекинга.

Продуктами переработки с помощью предлагаемой установки являются: газовая, жидкая и твердая фракции. Полученная газовая фракция, состоящая на 90% из метана, после очистки от пыли и серы, применяется для энергообеспечения установки.

Применяемый катализатор обеспечивает максимальный выход высококачественной жидкой фракции, не менее 60% по массе от исходного сырья, после очистки и соответствующей доработки которого получается высококачественное моторное топливо.

Твердая фракция является высококачественным техническим углеродом, состоящим из углеродных нано трубок (УНТ) и высокопористого углерода. В установке предусмотрена возможность газификации твердого продукта и получение технологического газа, который после очистки от сернистых соединений, можно использовать сырьем для получения химических продуктов, например, синтезом Фишера-Тропша.

Сущность предлагаемого решения поясняется схемой устройства.

Устройство для термической переработки твердого органического сырья содержит горизонтальный теплоизолированный реактор 1 прямоугольной формы для каталитического крекинга. Внутри реактора 1 вдоль него расположен ряд роторов 2. Оси вращения роторов 2 расположены в горизонтальной плоскости и параллельно друг другу. Роторы 2 имеют мелко перфорированные (сетчатые) лопасти, через которые свободно проходит сжиженный катализатор и задерживаются крупные частицы углерода (выше 1 мм). Подача сырья в реактор 1 осуществляется вертикальным скребковым транспортером 3 через герметичный желоб 4, соединенный с входным отверстием реактора 1. Транспортер 3 имеет приемный бункер 5, в который залита жидкая фракция получаемого продукта с температурой кипения выше 350°C с целью создания гидрозатвора, перекрывающего выход продуктовых газов из реактора 1. Высотой гидрозатвора определяется рабочее давление процесса. Преимуществом гидрозатвора является вытеснение воздуха из массы сырья.

В нижней половине реактора 1 находится металлический катализатор 6 - свинец (70-100 мас. %) и олово (0-30 мас. %), который при нагреве расплавляется, образуя жидкометаллический катализатор. Основным рабочим компонентом катализатора является свинец. Присутствие олова необходимо в том случае, когда нужно снизить температуру процесса, например, когда нужно получить большой выход тяжелых продуктов крекинга.

Реактор 1 имеет двойное днище 7, в котором проходят дымовые газы для нагревания катализатора 6. Корпус реактора 1 опирается на топочную камеру 8 и выхлопную камеру 9, расположенные соответственно со стороны входного и выходного отверстий на концах реактора 1. Днище 7 имеет перфорацию 10 в наружной стенке, сообщающую полость днища 7 с топочной и выхлопной камерами 8 и 9 для прохождения дымовых газов.

С торца реактора 1 расположена камера в виде герметичного бункера 11 с питателем 12 и шнеком 13. В случае, когда не предусматривается получение технического углерода, в месте шнека 13 прикрепляют форсунки для продувания кислорода и водяного пара для газификации углерода, и получения технологического газа.

Продукционные газы и пары выходят из реактора 1 через патрубок 14. Теплообменник 15 служит для передачи тепла от дымовых газов, поступающих из дымовой камеры 9, к воздуху, подаваемому в топочную камеру 8 для сжигания части продукционного газа, поступающего из системы очистки от сернистых соединении.

Устройство работает следующим образом. Запуск реактора 1 осуществляется внешним топливом (газом, или соляркой), дымовые газы от сжигания которого в топочной камере 8 поступают в полость двойного днища 7 и разогревают находящийся в реакторе 1 катализатор 6. После ожижения катализатора 6 приводятся во вращение роторы 2. С помощью скребкового транспортера 3 начинается подача сырья. В первой четверти периода вращения роторов 2 сырье, захватываемое лопатками роторов 2, погружается в жидкометаллический катализатор 6 и находится в нем определенное время (время контакта), которое регулируется скоростью вращения роторов 2. Во второй четверти периода вращения роторов 2 частицы сырья всплывают из слоя катализатора 6 и попадают в области вращения следующего ротора 2. Последний из роторов 2 накапливает твердый остаток в конце реактора 1, откуда он пересыпается в бункер 11 и выгружается шнеком 13 или газифицируется. Над расплавленным металлическим катализатором 6 образуется слой УНТ, с которым контактируют первичные продукты крекинга. Как известно, УНТ из-за своей огромной поверхности контакта и особых распределений электронов на внутренних поверхностях УНТ катализируют различные процессы синтеза и превращения углеводородов. Процессы внутри реактора 1 крекинга подобны процессам в реакторах так называемого ХОГФ (холодное осаждение из газовой фазы) (или CVD). Роль несущего газа с металлическими нано включениями играет расплавленный металл.

Процесс осуществляется при температуре 400-500°°C и давления не выше 1,5 атмосфер погружением сырья в расплавленный жидкометаллический катализатор 6, который ускоряет его разложение и способствует образованию нано структур углерода, которые в свою очередь катализируют превращения первичных продуктов крекинга в высококачественные конечные продукты крекинга. Катализатор представляет собой свинцово-оловянный сплав, возможно с добавлением некоторых других металлов для регулирования температуры плавления примерно от 100°C до 600°C и получения УНТ. Крекинг происходит по аналогичным законам крекинга нефтяного сырья (сырье расщепляется на более низкомолекулярные компоненты). Глубину крекинга и, следовательно, выход низкомолекулярных компонентов можно регулировать путем регулирования температуры процесса и временем контакта с катализатором. В результате выделения углерода, катализируемого металлическими компонентами катализатора, происходит образование «полуфуллеренов» - шароподобных нано структур углерода, которые достраиваются до многослойных УНТ. Одновременно с расщеплением (крекинга) сырья, из-за наличия в реакционной зоне УНТ, осуществляются химические процессы синтеза и перестраивания молекул, которые способствуют максимальному выходу высококачественной жидкой фракции в количестве не менее 60% по массе от переработанного сырья. В твердом остатке большое содержание УНТ и пористого углерода.

Claims (3)

1. Устройство для термической переработки твердого органического сырья, содержащее горизонтальный реактор с двойной стенкой для прохода горячих газов, имеющий входное отверстие для подачи сырья, средство для подачи сырья, расположенное в реакторе средство для перемешивания и сообщенную с выходным отверстием реактора камеру для приема продукта из реактора, отличающееся тем, что средство для перемешивания выполнено в виде расположенного вдоль реактора ряда роторов с перфорированными лопастями, оси вращения которых расположены в горизонтальной плоскости параллельно друг другу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двойная стенка реактора представляет собой двойное днище, имеющее перфорацию в наружной стенке, через которую полость двойного днища сообщена с топочной камерой, расположенной со стороны входного отверстия реактора, и с дымовой камерой, расположенной со стороны выходного отверстия реактора.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для подачи сырья выполнено в виде соединенного с входным отверстием реактора скребкового транспортера, на входе которого установлен бункер с возможностью образования гидрозатвора при заполнении его жидкими продуктами крекинга.

Images