RU2333425C2 - Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation - Google Patents
Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333425C2 RU2333425C2 RU2006119773A RU2006119773A RU2333425C2 RU 2333425 C2 RU2333425 C2 RU 2333425C2 RU 2006119773 A RU2006119773 A RU 2006119773A RU 2006119773 A RU2006119773 A RU 2006119773A RU 2333425 C2 RU2333425 C2 RU 2333425C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- metal
- pyrolysis
- materials
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/20—Waste processing or separation
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области комплексного передела первичных и вторичных ресурсов, в частности отходов, с получением новых материалов и энергоресурсов при санитарно-энергетическом самообеспечении хозяйствующих субъектов.The invention relates to the field of complex redistribution of primary and secondary resources, in particular waste, with the receipt of new materials and energy resources in the sanitary and energy self-sufficiency of business entities.
Известно, что проблема разработки универсальной экологически чистой технологии по переделу первичных и вторичных ресурсов, в частности горючих и негорючих промышленных отходов, в полезные продукты и энергоносители становится все более актуальной.It is known that the problem of developing a universal environmentally friendly technology for the redistribution of primary and secondary resources, in particular combustible and non-combustible industrial waste, into useful products and energy carriers is becoming increasingly important.
Известно «Устройство для термической переработки отходов» Предварительный патент UZ, №5514, МКИ 6 В09В 3,00, опубл. 31.03.1999 года). Сущность работы известного устройства заключается в том, что отходы, подлежащие переработке подвергают сушке и термическому пиролизу в условиях герметично закрыл его реакцией с источником высокотемпературного излучения. Испаряемая влага и летучие газы, образованные в процессе термического разложения отходов, компримируются и переносятся теплотрансформаторной установкой для выработки электроэнергии и тепла.It is known "Device for thermal processing of waste" Preliminary patent UZ, No. 5514, MKI 6 V09B 3.00, publ. March 31, 1999). The essence of the known device lies in the fact that the waste to be processed is subjected to drying and thermal pyrolysis under conditions of hermetically sealed it by reaction with a source of high-temperature radiation. Evaporated moisture and volatile gases generated during the thermal decomposition of waste are compressed and transferred by a heat transformer to generate electricity and heat.
После завершения пиролиза расплавы металлов поступают на отливку в литьевых машинах, расплавы стекла в блок формирования и гранулирования стекломассы. Прокаленный углеродистый остаток направляют в блок формования угольных газовых аккумуляторов. Генерируемую энергию используют для проведения пиролиза. Таким образом, все конечные продукты пиролиза экологически безопасны. Технологическая схема переработки отходов с полной утилизацией не требует предварительной сортировки отходов.After pyrolysis is complete, the molten metals are cast in injection molding machines, and the molten glass is fed into the unit for forming and granulating glass melt. The calcined carbon residue is sent to a coal gas battery forming unit. The generated energy is used for pyrolysis. Thus, all final pyrolysis products are environmentally friendly. The technological scheme of waste processing with full utilization does not require preliminary sorting of waste.
Но технологическая схема переработки отходов известным способом требует значительных изменений с целью применения ее для безотходной переработки в широком диапазоне температурного режима горючих и негорючих промышленных отходов с получением из них ценных продуктов.But the technological scheme of waste processing in a known manner requires significant changes in order to use it for non-waste processing in a wide temperature range of combustible and non-combustible industrial wastes with the receipt of valuable products from them.
Так, например, в процессе пиролиза резинотехнических отходов реакции при температуре до 300°С идут с поглощением тепла, а при температуре выше 500°С с выделением тепла. Поэтому в случае переработки транспортных шин (вулканизированной резины) с целью максимально ускоренного преодоления низкотемпературного диапазона нагрева необходимо процесс разогрева сырья до высокой температуры сократить до минимума, то есть высокотемпературный источник нагрева разместить непосредственно в объеме перерабатываемого сырья.So, for example, in the process of pyrolysis of rubber wastes, reactions at temperatures up to 300 ° C occur with heat absorption, and at temperatures above 500 ° C with heat generation. Therefore, in the case of processing of transport tires (vulcanized rubber) in order to overcome the low temperature range of heating as quickly as possible, it is necessary to reduce the process of heating the raw material to a high temperature to a minimum, that is, to place the high temperature heating source directly in the volume of processed raw materials.
Известен способ комплексного извлечения ценных компонентов из золы и установка для его осуществления (Патент республики Узбекистан UZ IAP 02776 МПК 7 В09В 3/00, С10В 53/00, опубл. 31.08.20051), включающий пиролиз и очистку от органических компонентов исходного сырья, отделение расплавленных металлов, стекломассы и кислых газов, формование и кристаллизацию изделий, компримирование газов и трансформацию выделенного тепла, выработку энергии постоянного тока химическим путем, при котором золу, смешанную с углем, подвергают пиролизу в реакторе газификации топлива, при этом газификацию осуществляют по эндотермической реакции с образованием восстановительных газов при подаче трансформированной тепловой энергии, затем очищенная от органики зола поступает в электролизер расплавленной среды, в котором под действием электроэнергии постоянного тока на отрицательном электроде осаждают последовательно тяжелые и легкие металлы, а на положительном - кислые газы, в реакторе восстановления энергооборотного металла под действием восстановительных газов, поступающих с реактора газификации топлива, и трансформированной тепловой энергии в режиме эндотермической реакции восстанавливают энергооборотный металл, окислы которого поступают с топливного элемента, на котором из кислых электродных газов и энергооборотного металла вырабатывают электроэнергию постоянного тока и подают на электролизер и теплотрансформаторную установку.There is a method of complex extraction of valuable components from ash and installation for its implementation (Patent of the Republic of Uzbekistan UZ IAP 02776 IPC 7 V09B 3/00, C10B 53/00, publ. 08/31/20051), including pyrolysis and purification from organic components of the feedstock, separation molten metals, glass and acid gases, the formation and crystallization of products, the compression of gases and the transformation of heat generated, the generation of direct current energy by chemical means, in which ash mixed with coal is subjected to pyrolysis in a gasification reactor gasification is carried out according to an endothermic reaction with the formation of reducing gases when transformed thermal energy is supplied, then the ash purified from organic matter enters the electrolyzer of the molten medium, in which heavy and light metals are sequentially deposited on the negative electrode under the influence of direct current electricity, and on the positive - acid gases in a reactor for recovering energy-flowing metal under the influence of reducing gases coming from a fuel gasification reactor, and transformed thermal energy in the endothermic reaction mode, the energy-circulating metal is restored, the oxides of which are supplied from the fuel cell, on which direct current electricity is generated from acidic electrode gases and energy-circulating metal and fed to the electrolyzer and heat transformer unit.
Установка для комплексного извлечения ценных компонентов из золы, содержащая приемный бункер, реактор газификации топлива, теплоподводящие и газоотводящие патрубки, формующую установку и теплотрансформаторную установку, дополнительно оснащена реактором восстановления оборотного металла, электролизером расплавленных сред, топливным элементом, при этом реакторы восстановления оборотного металла, газификации топлива, электролизер расплавленных сред и формующая установка выполнены в виде теплообменников типа труба в трубе, верхние и нижние части наружных труб реакторов газификации топлива и восстановления оборотного металла соединены патрубками соответственно с выходом компрессора и со входом турбины теплотрансформаторной установки, а верхние и нижние части наружных труб формующей установки и электролизера расплавленных сред соответственно соединены патрубками со входом в компрессор и с выходом турбины теплотрансформаторной установки, внутренняя труба реактора газификации топлива на входе оборудована шлюзовым аппаратом, сопряженным с приемным бункером и боковым газоотводящим патрубком, соединенным с основанием внутренней трубы реактора восстановления оборотного металла, а нижняя часть внутренней трубы своим основанием через шлюзовой аппарат сопряжена с внутренней трубой электролизера расплавленных сред со сменными электродами, положительный электрод которого соединен газоходом с положительным электродом топливного элемента, выполненного в виде коаксиально установленных трубчатых электродов, положительным электродом которого выполнен внешний, а внутренний электрод выполнен отрицательным и соединен посредством шлюзового аппарата с реакторами восстановления оборотного металла и газификации топлива.A plant for the integrated extraction of valuable components from ash, containing a receiving hopper, a fuel gasification reactor, heat supply and gas outlet pipes, a forming unit and a heat transformer installation, is additionally equipped with a working metal recovery reactor, an electrolyzer of molten media, a fuel cell, while working metal recovery reactors and gasification fuels, the electrolyzer of molten media and the forming unit are made in the form of tube-in-tube heat exchangers, the upper and the lower parts of the outer pipes of the fuel gasification and recovery metal reactors are connected by pipes, respectively, to the compressor outlet and the turbine inlet of the heat transfer unit, and the upper and lower parts of the outer pipes of the molding unit and the molten medium electrolyzer are respectively connected by pipes to the compressor inlet and the turbine output of the heat transfer unit , the inlet pipe of the inlet gasification reactor is equipped with a lock device associated with the receiving hopper and a gas exhaust pipe connected to the base of the inner pipe of the working metal recovery reactor, and the lower part of the inner pipe through its lock apparatus is connected to the inner tube of the electrolyzer of molten media with replaceable electrodes, the positive electrode of which is connected by a duct to the positive electrode of the fuel cell, made in the form of a coaxial installed tubular electrodes, the positive electrode of which is made external, and the internal electrode is made negative and is connected by means of a lock apparatus to reactors for the recovery of circulating metal and gasification of fuel.
Наиболее близким по сущности к заявленному изобретению по мнению авторов является способ комплексной переработки отходов (Патент Республики Узбекистан UZ IAP 02859, МПК 7 С10G 31/00, В09В 9/02, опубл. 31.10.2005). Способ комплексной переработки отходов, преимущественно нефтешламов, включающий термодинамическое, химическое преобразование и испарение исходного материала в заданном термостатическом режиме, который поддерживают путем трансформации выделенной энергии тепла со всех стадий переработки и при понижении температуры конечных продуктов выработку электроэнергии химическим путем, при котором согласно изобретению жидкую составляющую нефтешламов подвергают интенсивному испарению в реакторе при подаче трансформированной тепловой энергии, затем подвергают дробной конденсации в каскаде дефлегматоров с заданным термостатическим режимом для каждой конденсируемой фракции в зависимости от ее физико-химических свойств, при этом выделяемую энергию конденсации подвергают трансформации, после испарения жидкой составляющей исходного материала в реакторе осуществляют паровую активацию образованного твердого кубового углеродного остатка с получением угольных адсорбентов, синтез-газа и неконденсирующихся горючих газов, причем синтез-газ и неконденсирующиеся горючие газы направляют в реактор восстановления металлов на переработку окислов металлов в энергоаккумулирующие вещества и углекислый газ, на топливном элементе получают электроэнергию окислением оборотного металла кислородом, полученном в фотореакторе, угольным адсорбентом осуществляют полную очистку дистиллята в последнем из дефлегматоров, полученный углекислый газ и образованные посредством полной газификации кубового остатка минеральные вещества направляют в фотореактор с получением кислорода и фитопродуктов под действием воды и солнечной энергии.The closest to the claimed invention in essence, according to the authors, is a method of complex waste processing (Patent of the Republic of Uzbekistan UZ IAP 02859, IPC 7 C10G 31/00, B09B 9/02, publ. 31.10.2005). A method for the integrated processing of waste, mainly oil sludge, including thermodynamic, chemical conversion and evaporation of the starting material in a predetermined thermostatic mode, which is supported by transforming the released heat energy from all stages of processing and lowering the temperature of the final products, generating electricity by chemical means, in which according to the invention a liquid component oil sludge is subjected to intense evaporation in the reactor when the transformed heat energy is supplied ii, then they are subjected to fractional condensation in a cascade of reflux condensers with a predetermined thermostatic mode for each condensable fraction depending on its physicochemical properties, and the generated condensation energy is subjected to transformation, after evaporation of the liquid component of the starting material in the reactor, steam activation of the formed solid bottom carbon residue is carried out with the production of coal adsorbents, synthesis gas and non-condensable combustible gases, the synthesis gas and non-condensable combustible gases n sent to the metal reduction reactor for processing metal oxides into energy storage substances and carbon dioxide, electric energy is obtained from the fuel cell by oxidation of the reverse metal with oxygen obtained in the photoreactor, the carbon adsorbent completely purifies the distillate in the last of the reflux condensers, the carbon dioxide obtained and formed by the complete gasification of bottoms mineral substances are sent to the photoreactor with the production of oxygen and phytoproducts under the influence of water and solar energy oh.
Однако известные способы не позволяют перерабатывать инертные материалы с высокой температурой плавления.However, the known methods do not allow the processing of inert materials with a high melting point.
Наиболее близкой по сущности к заявленной по мнению авторов является известная установка комплексной переработки отходов (Патент Республики Узбекистан UZ IAP 02859, МПК 7 С10G 31/00, В09В 9/02, опубл. 31.10.2005). Установка комплексной переработки нефтешламов содержащая приемно-загрузочное устройство, реактор термической переработки исходного материала, теплоподводящие и газоотводящие патрубки, емкости-накопители конечного продукта и теплонасосную установку, согласно изобретению дополнительно оснащена вакуумной установкой, связанной с приемно-загрузочным устройством, парогенератором паровой активации или газификации углеродного остатка, каскадом дефлегматоров дробной конденсации испаряемой составляющей, реактором восстановления оборотного металла, фотореактором выработки посредством солнечной энергии фитопродукции, кислорода и утилизации углекислого газа, а также образованных минеральных компонентов, топливным элементом с получением электроэнергии из металлов и кислорода, при этом реактор термической переработки оснащенный аэродинамическим ускорителем и центробежным уплотнителем, дефлегматоры, емкости-накопители, реактор восстановления оборотного металла и загрузочная часть подачи жидкой составляющей приемно-загрузочного устройства выполнены в виде теплообменников типа труба в трубе, верхние и нижние части наружных труб которых соединены снабженными регулирующими вентилями патрубками соответственно с компрессором и с турбиной теплонасосной установки, причем наружные стенки наружных труб покрыты теплоизоляцией из материалов со светоотражательной поверхностью, а внутренние стенки внутренних труб выполнены с развитой поверхностью, снижающей скорость движения флегмы, выходы приемно-загрузочного устройства и дефлегматоров посредством шлюзовых аппаратов соединены соответственно с реактором термической переработки и емкостями-накопителями, а шлюзовые аппараты выполнены в виде патрубка, с обеих сторон оборудованного шиберными заслонками с приводным исполнительным механизмом.The closest in essence to the declared in the authors' opinion is the well-known complex waste treatment plant (Patent of the Republic of Uzbekistan UZ IAP 02859, IPC 7 С10G 31/00, В09В 9/02, publ. 31.10.2005). The installation for the integrated processing of oil sludge containing a loading and loading device, a reactor for the thermal processing of raw materials, heat supply and exhaust pipes, storage tanks of the final product and a heat pump installation, according to the invention is additionally equipped with a vacuum installation associated with a receiving and loading device, a steam activation or carbon gasification steam generator residue, a cascade of reflux condenser fractional condensation of the vaporized component, the recovery reactor metal, photoreactor production through solar energy of phytoproducts, oxygen and utilization of carbon dioxide, as well as formed mineral components, a fuel cell to produce electricity from metals and oxygen, while the thermal processing reactor is equipped with an aerodynamic accelerator and centrifugal sealant, reflux condensers, storage tanks, the working metal recovery reactor and the loading part of the liquid component of the receiving-loading device are made in the form of heat exchangers of the pipe-in-pipe type, the upper and lower parts of the outer pipes of which are connected by pipes equipped with control valves, respectively, to the compressor and to the turbine of the heat pump installation, the outer walls of the outer pipes being covered with thermal insulation from materials with a reflective surface, and the inner walls of the inner pipes are made with a developed surface, slowing down the speed of phlegm movement, the outputs of the receiving-loading device and reflux condensers are connected via the lock devices to the react heat treatment and storage tanks, and lock devices are made in the form of a pipe, equipped on both sides with slide gate valves with a drive actuator.
Однако известная установка не позволяет перерабатывать инертные материалы с высокой температурой плавления, то есть в ней невозможно перерабатывать материалы в температурном диапазоне до 3000°С, кроме того, установка является достаточно металлоемкой и сложной по конструкции.However, the known installation does not allow the processing of inert materials with a high melting point, that is, it is impossible to process materials in the temperature range up to 3000 ° C; in addition, the installation is quite metal-intensive and complex in design.
Наиболее близкой к заявленному авторы считают конструкцию топливного элемента приведенную в описании к установке комплексного извлечения ценных компонентов из золы (Патент республики Узбекистан UZ IAP 02776 МПК 7 В09В 3/00, С10В 53/00, опубл. 31.08.20051), в соответствии с которым в топливном элементе из кислых электродных газов, поступающих от электролизера расплавленных сред, и оборотного металла, поступающего от реактора восстановления металлов, при нормальных условиях вырабатывается электроэнергия постоянного тока.The closest to the claimed authors consider the design of the fuel cell given in the description to the installation of complex extraction of valuable components from ash (Patent of the Republic of Uzbekistan UZ IAP 02776 IPC 7 V09B 3/00, C10V 53/00, published on 08.31.20051), according to which in a fuel cell from acidic electrode gases coming from the electrolyzer of molten media and recycled metal coming from the metal reduction reactor, under normal conditions, direct current electricity is generated.
Конструктивно известный топливный элемент выполнен в виде коаксиально установленных трубчатых электродов из углекерамического материала. При этом внутренний электрод (отрицательный) соединен через шлюз и коммуникацию с реактором восстановления оборотного металла, из которого подается оборотный металл, а внешний электрод (положительный) газопроводом соединен с положительным электродом электролизера расплавленных сред, из которого поступают кислые электродные газы.Structurally, the known fuel cell is made in the form of coaxially mounted tubular electrodes made of carbon ceramic material. In this case, the internal electrode (negative) is connected through the gateway and communication with the working metal recovery reactor from which the working metal is supplied, and the external electrode (positive) is connected by a gas line to the positive electrode of the electrolyzer of molten media from which acidic electrode gases are supplied.
Но известный топливный элемент сложен технологически и конструктивно и жестко связан со всей технологической цепью, что исключает возможность его автономного использования.But the known fuel cell is technologically and structurally and rigidly connected to the entire technological chain, which excludes the possibility of its autonomous use.
Таким образом, в основу изобретения поставлена задача создания нового безотходного, экологически безопасного, без использования атмосферного воздуха, с полным санитарно-энергетическим обеспечением производства способа передела горючих и негорючих материалов с температурой плавления в диапазоне до 3000°С с получением из них ценных продуктов.Thus, the basis of the invention is the task of creating a new waste-free, environmentally friendly, without the use of atmospheric air, with full sanitary and energy support for the production of a method for redistributing combustible and non-combustible materials with a melting point in the range up to 3000 ° C, to obtain valuable products from them.
Задача решается тем, что предложен способ комплексного передела материалов с получением из них новых продуктов, включающий пиролиз исходного сырья, конденсацию, полученной после пиролиза парогазовой смеси, выделение жидких составляющих путем поэтапного нагрева до соответствующих температур кипения, пофракционное осаждение в дефлегматоре и сбор в сменных накопителях, восстановление в металловостановительном и газогенерирующем реакторе под действием неконденсирующегося восстановительного газа, поступающего из пиролизного реактора, энергооборотного металла, переработку окислов металлов в энергоаккумулирующие вещества и углекислый газ, который в периоды времени года с преобладанием солнечной радиации используют в фотореакторе с получением кислорода и биомассы, получение на топливном элементе электроэнергии окислением оборотного металла кислородом, в котором в соответствии с изобретением в качестве исходных материалов используют первичные и вторичные горючие материалы, одновременно являющиеся энергоресурсом для передела материалов, и негорючие ресурсы, в частности промышленные отходы, которые при необходимости предварительно подвергают измельчению, после чего полученную массу через шлюзовой загрузочный аппарат укладывают в пиролизный реактор с размещенными в нем электродами на расстоянии от внутренней поверхности стенок реактора не менее чем на 1/4 диаметра основания реактора, при этом горючие составляющие размещают по всему объему реактора, а негорючие составляющие помещают в тигель из огнеупорного материала и устанавливают в межэлектродном пространстве, которое заполняют по круговому токопроводящему контуру тонким слоем электропроводящим углеродным материалом при соотношении не более 2% к количеству исходного сырья, затем термическую переработку проводят при заданной температуре, которую поддерживают путем подачи соответствующей величины напряжения к электродам и в течение заданного времени конденсирующуюся составляющую образованной парогазовой смеси адсорбируют в адсорбционном реакторе, из которого после окончания пиролиза жидкие компоненты выделяют путем поэтапного нагрева до соответствующих температур кипения, тепло, полученное на дефлегматоре, направляют к топливному элементу, внутренний электрод которого, выполняющий также функцию токосъемника, изготовлен из оборотного металла, полученного в металловосстановительном реакторе и/или электрохимически инертного материала, например графита, на котором также окисляется указанный оборотный металл, а полученный в металловостановительном и газогенерирующем реакторе углекислый газ в периоды с недостатком солнечной радиации подвергают обработке химическим поглотителем с получением дополнительного тепла, образованные новые твердые материалы охлаждают, после чего, при необходимости, переделывают.The problem is solved by the fact that the proposed method of complex redistribution of materials to produce new products from them, including pyrolysis of the feedstock, condensation obtained after pyrolysis of a gas-vapor mixture, separation of liquid components by stage heating to the appropriate boiling points, fractional deposition in a reflux condenser and collection in removable storage , reduction in a metal reduction and gas generating reactor under the action of non-condensing reducing gas coming from a pyrolysis reactor , energy circulating metal, processing metal oxides into energy storage substances and carbon dioxide, which is used in the photoreactor to produce oxygen and biomass during periods of the year with a predominance of solar radiation, producing electricity on a fuel cell by oxidizing the circulating metal with oxygen, in which, in accordance with the invention, as raw materials use primary and secondary combustible materials, which are simultaneously an energy resource for the redistribution of materials, and non-combustible resources, per hour industrial waste, which, if necessary, is preliminarily subjected to grinding, after which the resulting mass is put into the pyrolysis reactor with the electrodes placed therein at a distance from the inner surface of the walls of the reactor by at least 1/4 of the diameter of the base of the reactor through a lock loading device placed throughout the reactor volume, and non-combustible components are placed in a crucible made of refractory material and installed in the interelectrode space, which is filled in a circular conductive circuit with a thin layer of electrically conductive carbon material at a ratio of not more than 2% of the amount of feedstock, then heat treatment is carried out at a given temperature, which is maintained by applying the appropriate voltage to the electrodes and for a specified time the condensing component of the formed vapor-gas mixture is adsorbed in an adsorption reactor, from which, after the end of pyrolysis, the liquid components are isolated by stepwise heating to the appropriate temperatures heat, obtained at the reflux condenser, is directed to a fuel cell whose inner electrode, which also serves as a current collector, is made of recycled metal obtained in a metal reduction reactor and / or an electrochemically inert material, for example graphite, on which the said recycled metal is also oxidized, and the carbon dioxide obtained in the metal and gas generating reactor during periods with a lack of solar radiation is treated with a chemical absorber to obtain additional For added heat, the formed new solid materials are cooled, and then, if necessary, redone.
В качестве электропроводящего пористого углеродного материала используют активированный уголь, полученный в пиролизном реакторе, или активированный уголь, полученный любым иным способом (древесный уголь).As an electrically conductive porous carbon material, activated carbon obtained in a pyrolysis reactor or activated carbon obtained in any other way (charcoal) is used.
Для получения активированного угля в пиролизный реактор загружают древесный материал.To obtain activated carbon, wood material is loaded into the pyrolysis reactor.
Для получения активированного угля и вяжущего стройматериала в реактор загружают древесный материал, а в межэлектродное пространство помещают тигель из огнеупорного материала, заполненный мелом или смесью для получения цемента.To obtain activated carbon and an astringent building material, wood material is loaded into the reactor, and a crucible of refractory material filled with chalk or a mixture for cement is placed in the interelectrode space.
Для получения карбидов металлов в межэлектродное пространство устанавливают тигель из огнеупорного материала, загруженный смесью окислов металлов с углем.To obtain metal carbides, a crucible of refractory material loaded with a mixture of metal oxides and coal is installed in the interelectrode space.
Для получения этилена или метана в реактор после образования карбидов подают водяной пар.To produce ethylene or methane, steam is introduced into the reactor after the formation of carbides.
Схематически способ проиллюстрирован на фиг.1.Schematically, the method is illustrated in figure 1.
Сущность способа заключается в том, что для комплексного передела материалов используют первичные и вторичные горючие и негорючие ресурсы, в частности промышленные отходы (транспортные шины, древесная стружка, макулатура и т.д.), которые при необходимости предварительно подвергают измельчению, после чего полученную массу укладывают в пиролизный реактор 1 через шлюзовой загрузочный аппарат 2. Внешняя стенка корпуса пиролизного реактора покрыта теплоизоляционным светоотражающим материалом 3. В корпусе реактора размещены два стальных или графитовых вертикальных электрода 4 на расстоянии от внутренней поверхности стенок реактора не менее чем на 1/4 диаметра площади основания. Внутренние стенки корпуса реактора покрыты теплоэлектроизоляционным материалом 5, в качестве которого можно использовать смесь мела и силикатного клея (жидкое стекло). В корпусе равномерно по всему объему укладывают измельченный материал, подвергаемый переделу 6 (на фиг.1 квадрат с крупной штриховкой). Пространство между электродами заполняют пористым электропроводящим углеродным материалом 7 при соотношении не более 2% к количеству исходного сырья (на фиг.1 квадрат с мелкой штриховкой). Подвод электропитания к электродам 4 пиролизного реактора 1 осуществляется через изолированные вводы 8, укрепленные на верхней части стенки корпуса. Электропитание к реактору подводится от топливного элемента 9 через дроссельный преобразователь 10 постоянного тока в переменный с возможностью регулирования и стабилизации рабочей мощности. Термический передел проводят в течение заданного времени и при заданной температуре, регулируемой подачей соответствующего напряжения. Образованная в процессе переработки парогазовая смесь отводится по газоотводной трубке 11 в адсорбционный реактор 12, в котором парогазовая смесь адсорбируется. Адсорбированные жидкие компоненты по окончании пиролиза выделяют путем поэтапного нагрева адсорбционного реактора 12 до соответствующих температур кипения и осаждают в дефлегматоре 13. После чего соответствующая сконденсированная жидкая фракция стекает в сменную накопительную емкость 14. При этом тепло от холодильника дефлегматора 13, получаемое в результате процессов конденсации, отводится к топливному элементу 9. Внутренний электрод 20 (фиг.2) топливного элемента 9, выполняющий также функцию токосъемника, изготавливают из оборотного металла, полученного в металловосстановительном реакторе 16, и/или электрохимически инертного материала, например графита, на котором также окисляется указанный оборотный металл.The essence of the method lies in the fact that for the complex redistribution of materials, primary and secondary combustible and non-combustible resources are used, in particular industrial waste (transport tires, wood chips, waste paper, etc.), which, if necessary, are subjected to preliminary grinding, after which the resulting mass stacked in a pyrolysis reactor 1 through a lock loading device 2. The outer wall of the pyrolysis reactor vessel is covered with heat-insulating reflective material 3. Two steel or graphite vertical electrode 4 at a distance from the inner surface of the walls of the reactor not less than 1/4 of the diameter of the base area. The inner walls of the reactor vessel are covered with heat-insulating material 5, which can be used as a mixture of chalk and silicate glue (water glass). In the case, the crushed material is subjected to redistribution 6 evenly throughout the entire volume (a square with large shading in Fig. 1). The space between the electrodes is filled with porous electrically conductive carbon material 7 with a ratio of not more than 2% of the amount of the feedstock (in Fig. 1, a square with shallow hatching). The power supply to the electrodes 4 of the pyrolysis reactor 1 is carried out through insulated inlets 8, mounted on the upper part of the housing wall. Power to the reactor is supplied from the fuel cell 9 through a throttle converter 10 DC to AC with the possibility of regulation and stabilization of the operating power. Thermal redistribution is carried out for a given time and at a given temperature, regulated by the supply of the appropriate voltage. The vapor-gas mixture formed during processing is discharged through the gas exhaust pipe 11 to the adsorption reactor 12, in which the vapor-gas mixture is adsorbed. At the end of the pyrolysis, the adsorbed liquid components are isolated by stage-by-stage heating of the adsorption reactor 12 to the appropriate boiling points and precipitated in a reflux condenser 13. After that, the corresponding condensed liquid fraction flows into a removable storage tank 14. In this case, the heat from the refrigerator of the reflux condenser 13 obtained as a result of condensation processes assigned to the fuel element 9. The inner electrode 20 (figure 2) of the fuel element 9, which also performs the function of a current collector, is made from a reverse metal alla obtained in a metal reduction reactor 16, and / or an electrochemically inert material, for example graphite, on which said reverse metal is also oxidized.
Неконденсирующийся газ через коллектор 15 поступает в металловостановительный и газогенерирующий реактор 16, где используется для получения нитридов металлов, металлов из их окислов и углекислого газа, который в периоды времени года с преобладанием солнечного тепла используют в фотореакторе 17 с получением кислорода и биомассы, а в периоды с недостатком солнечной радиации (зимний период) избыток углекислого газа подвергают обработке оборотным химическим поглотителем 18, например СаО, для цели получения дополнительного тепла. Образованные в результате химического поглощения новые твердые материалы, например СаСО3, переделывают в пиролизном реакторе 1 снова в химический поглотитель 18. Кислород, полученный в фотореакторе 17, направляют к топливному элементу 9 и адсорбируют на активированном угле 22 электрода 19Non-condensable gas through the collector 15 enters the metal stop and gas generating reactor 16, where it is used to produce nitrides of metals, metals from their oxides and carbon dioxide, which is used in the photoreactor 17 to produce oxygen and biomass during periods of the year with a predominance of solar heat, and during periods with a lack of solar radiation (winter), an excess of carbon dioxide is subjected to treatment with a revolving chemical absorber 18, for example CaO, in order to obtain additional heat. New solid materials formed as a result of chemical absorption, for example, CaCO 3 , are converted into a chemical absorber 18 in the pyrolysis reactor 1 again. The oxygen obtained in the photoreactor 17 is directed to the fuel cell 9 and adsorbed onto the activated carbon 22 of the
В качестве пористого электропроводящего углеродного материала, адсорбента для адсорбционного реактора 12 и топливного элемента 9 используют активированный уголь, полученный в пиролизном реакторе 1 или активированный уголь, полученный любым иным способом.As a porous electrically conductive carbon material, an adsorbent for an adsorption reactor 12 and a fuel cell 9, activated carbon obtained in the pyrolysis reactor 1 or activated carbon obtained in any other way is used.
Для получения пористого электропроводящего углеродного материала используют древесный материал.To obtain a porous electrically conductive carbon material using wood material.
Для получения активированного угля и вяжущего стройматериала в реактор загружают древесный материал (древесную стружку), а в межэлектродное пространство помещают тигель огнеупорного материала 23, загруженный мелом или смесью для получения цемента.To obtain activated carbon and a cementitious building material, wood material (wood shavings) is loaded into the reactor, and a crucible of refractory material 23 is loaded into the interelectrode space, loaded with chalk or a mixture to obtain cement.
Для получения карбидов металлов в межэлектродное пространство устанавливают тигель 23, загруженный смесью окислов металлов с углем.To obtain metal carbides, a crucible 23 is loaded into the interelectrode space, loaded with a mixture of metal oxides with coal.
Для получения этилена или метана в реактор после образования карбидов подают водяной пар.To produce ethylene or methane, steam is introduced into the reactor after the formation of carbides.
Таким образом, способ позволяет подвергать переделу широкий ассортимент материалов с получением новых продуктов по безотходному экологически чистому технологическому циклу, без использования атмосферного воздуха, с полным санитарно-гигиеническим обеспечением.Thus, the method allows to redistribute a wide range of materials with the receipt of new products in a non-waste environmentally friendly technological cycle, without the use of atmospheric air, with full sanitary and hygienic support.
Для осуществления заявленного способа авторами разработана установка.To implement the inventive method, the authors developed a facility.
В основу изобретения также поставлена задача создания установки для осуществления безотходного, экологически безопасного комплексного способа передела горючих и негорючих материалов с получением новых продуктов, упрощенной конструкции, несложной в эксплуатации с санитарно-энергетическим обеспечением.The basis of the invention is also the task of creating an installation for implementing a non-waste, environmentally friendly integrated method of redistributing combustible and non-combustible materials to produce new products, a simplified design, simple to operate with sanitary and energy support.
Задача решается тем, что установка комплексного передела материалов, содержащая по крайней мере один, оборудованный шлюзовым загрузочным аппаратом, пиролизный реактор переработки исходного материала, металловосстановительный и газогенерирующий реактор, причем поверхность наружных стенок указанных реакторов покрыта светоотражающей теплоизоляцией, газоотводящие патрубки, емкости-накопители конечного продукта, дефлегматор конденсации испаряемой составляющей, фотореактор выработки посредством солнечной энергии фитопродукции, кислорода и утилизации углекислого газа, топливный элемент с получением электроэнергии из металла и кислорода, согласно изобретению дополнительно содержит адсорбционный реактор, поверхность внешних стенок корпуса которого также покрыта светоотражающей теплоизоляцией, при этом конструкции пиролизного реактора термической переработки, металловосстановительного и газогенерирующего реактора и адсорбционного реактора идентичны, корпуса которых выполнены цилиндрической формы с размещенными в них электродами на расстоянии от внутренних стенок корпуса не менее 1/4 диаметра основания, токопроводящий контур межэлектродного пространства образован тонким круговым слоем пористого электропроводящего углеродного материала, пиролизный реактор дополнительно содержит тигель из огнеупорного материала, размещенный в межэлектродном пространстве, топливный элемент содержит внутренний (отрицательный) электрод выполняющий также функцию токосъемника, изготовленый из оборотного металла, полученного в металловосстановительном реакторе, и внешний электрод (положительный), выполненный в виде контейнера цилиндрической формы из спрессованного углеродного электропроводящего материала, заполненного электропроводным активированным углем с адсорбированным в нем кислородом, полученным в фотореакторе.The problem is solved in that the installation of a comprehensive redistribution of materials containing at least one equipped with a lock loading device, a pyrolysis reactor for processing the starting material, a metal reduction and gas generation reactor, the surface of the outer walls of these reactors being coated with reflective thermal insulation, gas outlet pipes, storage tanks of the final product , condensation condensation reflux condenser, photoreactor of production by means of solar energy of phytoproducts, acid for the recovery and recovery of carbon dioxide, a fuel cell for producing electricity from metal and oxygen, according to the invention further comprises an adsorption reactor, the surface of the outer walls of the body of which is also coated with reflective thermal insulation, while the designs of the pyrolysis thermal processing reactor, metal reduction and gas generating reactor and adsorption reactor are identical, their bodies are made of cylindrical shape with electrodes placed in them at a distance from internal the body casing is not less than 1/4 of the base diameter, the conductive circuit of the interelectrode space is formed by a thin circular layer of porous electrically conductive carbon material, the pyrolysis reactor further comprises a crucible of refractory material located in the interelectrode space, the fuel cell also contains an internal (negative) electrode that also performs the function of a current collector, made of recycled metal obtained in a metal reduction reactor and an external electrode (positive) made shipped in the form of a cylindrical container made of compressed carbon electrically conductive material filled with electrically conductive activated carbon with oxygen adsorbed in it obtained in a photoreactor.
На фиг.1 схематично изображена установка и ее конструктивные элементы.Figure 1 schematically shows the installation and its structural elements.
Установка для комплексного передела материалов содержит пиролизный реактор 1, корпус которого, желательно цилиндрической формы, выполнен из нержавеющей стали, со шлюзовым загрузочным аппаратом 2. Внешняя стенка корпуса пиролизного реактора покрыта теплоизоляционным светоотражающим материалом 3. В корпусе реактора размещены два стальных или графитовых вертикальных электрода 4, размещенных на расстоянии от внутренних стенок корпуса не менее чем на 1/4 диаметра основания. Внутренние стенки реактора покрыты теплоэлектроизоляционным материалом 5, в качестве которого можно использовать смесь мела и силикатного клея (жидкое стекло). В корпусе равномерно по всему объему уложен измельченный материал, подвергаемый переделу 6 (на фиг.1 крупная штриховка), а в центральную часть межэлектродного пространства реактора устанавливается тигель из огнеупорного материала 23, предназначенный для передела негорючих материалов. Пространство между электродами заполнено круговым слоем пористого электропроводящего углеродного материала 7 (на фиг.1). Подвод электропитания к электродам 4 пиролизного реактора 1 осуществляется через изолированные вводы 8, укрепленные на верхней части стенки корпуса. Электропитание к реакторам 1, 12, 16 подводится от топливного элемента 9 через дроссельный преобразователь 10 постоянного тока в переменный и с возможностью регулирования и стабилизации рабочей мощности.The installation for a comprehensive redistribution of materials contains a pyrolysis reactor 1, the casing of which, preferably a cylindrical shape, is made of stainless steel with a lock loading device 2. The outer wall of the pyrolysis reactor casing is coated with heat-reflecting reflective material 3. Two steel or graphite vertical electrodes 4 are placed in the reactor casing 4 placed at a distance from the inner walls of the housing by at least 1/4 of the diameter of the base. The inner walls of the reactor are covered with heat-insulating material 5, which can be used as a mixture of chalk and silicate glue (water glass). The crushed material subjected to redistribution 6 is evenly packed throughout the volume, subjected to redistribution 6 (large shading in Fig. 1), and a crucible made of refractory material 23 is installed in the central part of the interelectrode space of the reactor, intended for the redistribution of non-combustible materials. The space between the electrodes is filled with a circular layer of porous electrically conductive carbon material 7 (in figure 1). The power supply to the electrodes 4 of the pyrolysis reactor 1 is carried out through insulated inlets 8, mounted on the upper part of the housing wall. The power supply to the reactors 1, 12, 16 is supplied from the fuel element 9 through a throttle converter 10 DC to AC and with the possibility of regulation and stabilization of the operating power.
При нагреве перерабатываемого материала 6 под сильно нагретым углеродным материалом 7 получается новый электропроводный материал, который постепенно распространяется на весь объем реактора, а образованная в процессе переработки парогазовая смесь отводится по газоотводной трубке 11 в адсорбционный реактор 12, конструктивно идентичный реактору 1, в котором после окончания пиролиза жидкие компоненты выделяют путем поэтапного нагрева до соответствующих температур кипения. Поэтапный нагрев осуществляют путем регулируемой подачи электроэнергии к токосъемникам. Жидкие компоненты пофракционно осаждают в дефлегматоре 13, из которого жидкие составляющие стекают в сменяемую для каждой отдельной фракции накопительную емкость 14. Неконденсирующийся газ через коллектор 15 поступает в металловосстановительный и газогенерирующий реактор 16 (также конструктивно идентичный пиролизному реактору 1), где используется для получения нитридов металлов, металлов из их окислов и углекислого газа, который в периоды времени года с преобладанием солнечного тепла используют в фотореакторе 17 с получением кислорода и биомассы, а в периоды с недостатком солнечной радиации (зимний период) избыток углекислого газа подвергают обработке оборотным химическим поглотителем 18, например СаО, для цели получения дополнительного тепла. Образованные в результате химического поглощения новые твердые материалы, например СаСО3, переделывают в пиролизном реакторе 1 снова в химический поглотитель 18.When the processed material 6 is heated under highly heated carbon material 7, a new electrically conductive material is obtained, which gradually spreads over the entire reactor volume, and the vapor-gas mixture formed during processing is discharged through the gas exhaust pipe 11 to the adsorption reactor 12, which is structurally identical to reactor 1, in which, after of pyrolysis, the liquid components are isolated by stepwise heating to the appropriate boiling points. Phased heating is carried out by means of a regulated supply of electricity to current collectors. Liquid components are fractionally deposited in a reflux condenser 13, from which liquid components flow into a storage tank 14. The non-condensable gas flows through a collector 15 into a metal reduction and gas generating reactor 16 (also structurally identical to pyrolysis reactor 1), where it is used to produce metal nitrides metals from their oxides and carbon dioxide, which during periods of the year with a predominance of solar heat is used in the photoreactor 17 to produce oxygen and iomassy, and in periods with solar radiation disadvantage (in winter), the excess carbon dioxide is subjected to chemical processing of circulating absorbent 18, for example CaO, for the purpose of generating additional heat. New solid materials formed as a result of chemical absorption, for example, CaCO 3 , are converted in the pyrolysis reactor 1 again into a chemical absorber 18.
В качестве электропроводящего углеродного материала и адсорбента для адсорбционного реактора 12 и топливного элемента 9 используют активированный уголь, полученный в пиролизном реакторе 1 или активированный уголь, полученный любым иным способом.As the electrically conductive carbon material and adsorbent for the adsorption reactor 12 and the fuel cell 9, activated carbon obtained in the pyrolysis reactor 1 or activated carbon obtained in any other way is used.
Для получения активированного угля и вяжущего стройматериала в реактор загружают древесный материал, а в межэлектродное пространство помещают тигель 23 из огнеупорного материала с мелом или смесью для получения цемента.To obtain activated carbon and a cementitious building material, wood material is loaded into the reactor, and a crucible 23 of refractory material with chalk or a mixture for cement is placed in the interelectrode space.
Для получения карбидов металлов в тигель из огнеупорного материала 23 загружают смесь окислов металлов с углем и также устанавливают в межэлектродное пространство.To obtain metal carbides, a mixture of metal oxides with coal is loaded into a crucible from refractory material 23 and is also installed in the interelectrode space.
Для получения этилена или метана в реактор после образования карбидов подают водяной пар.To produce ethylene or methane, steam is introduced into the reactor after the formation of carbides.
Одной из основных энергообразующих составляющих заявленных способа и устройства является изобретенный авторами топливный элемент.One of the main energy-generating components of the claimed method and device is the fuel cell invented by the authors.
Поэтому, кроме того, в основу изобретения также поставлена задача создания топливного элемента упрощенной конструкции с возможностью автономного использования в качестве аккумулятора электроэнергии.Therefore, in addition, the basis of the invention is also the task of creating a fuel cell of a simplified design with the possibility of autonomous use as an electric power accumulator.
Задача решается тем, что топливный элемент с получением электроэнергии из металла и кислорода, содержащий коаксиально размещенные внешний и внутренний электроды, согласно изобретению содержит внешний электрод, выполненный в виде контейнера цилиндрической формы из спрессованного углеродного электропроводящего материала, а внутренний электрод, выполняющий функцию токосъемника, выполненный из оборотного металла, и электролит размещены в контейнере цилиндрической формы из водопроницаемого диэлектрического материала, при этом пространство между внутренним и внешним контейнерами заполнено электропроводным активированным углем с адсорбированным в нем кислородом.The problem is solved in that the fuel cell with the production of electricity from metal and oxygen, containing coaxially placed external and internal electrodes, according to the invention contains an external electrode made in the form of a cylindrical container made of compressed carbon electrically conductive material, and an internal electrode that performs the function of a current collector, made of reverse metal, and the electrolyte is placed in a cylindrical container of a permeable dielectric material, while The gap between the inner and outer containers is filled with electrically conductive activated carbon with oxygen adsorbed in it.
Схематично заявленный топливный элемент изображен на фиг.2 и конструктивно содержит следующие составляющие.Schematically declared fuel cell is depicted in figure 2 and structurally contains the following components.
Топливный элемент 9 содержит коаксиально размещенные внешний 19 и внутренний 20 электроды. Внешний электрод 19 выполнен в виде контейнера цилиндрической формы из спрессованного углеродного электропроводящего материала. Внутренний электрод 20, при этом выполняющий функцию токосъемника, изготовлен из оборотного металла, полученного в металловосстановительном реакторе 16 и/или электрохимически инертного материала, например графита, на котором также окисляется оборотный металл. Внутренний электрод 20 и электролит, в качестве которого используется водный раствор соли, например NaCl, и/или кислоты, например HCl, размещены в контейнере 21 цилиндрической формы из водопроницаемого диэлектрического материала. А пространство между внешним электродом 19 и внутренним контейнером 21 заполнено электропроводным активированным углем 22 (штриховка), на котором адсорбируется кислород, поступающий из фотореактора 17.The fuel cell 9 comprises coaxially placed outer 19 and inner 20 electrodes. The
Сущность работы топливного элемента 9 заключается в том, что при подключении электродов топливного элемента 9 посредством дроссельного преобразователя 10 к электродам реакторов, потребляющих электроэнергию (реакторы 1, 12, 16), начинается электрохимическая реакция с выработкой электроэнергии. При этом на внешнем электроде 19 выделяется водород, вступающий в реакцию с кислородом, адсорбированным активированным углем 22, что приводит к деполяризации электрода 19. Одновременно на внутреннем электроде 20 происходит растворение металла и образование гидроокиси, которая затем поступает к металловосстановительному и газогенерирующему реактору 16. В реакторе 16 под воздействием синтез-газа, выработанного в пиролизном реакторе 1, гидроокись переделывается на углекислый газ, воду и оборотный металл. Воду и оборотный металл возвращают к электроду 20 топливного элемента 9, а углекислый газ направляют к фотореактору 17 для выработки кислорода и биомассы.The essence of the operation of the fuel cell 9 is that when connecting the electrodes of the fuel cell 9 via a throttle converter 10 to the electrodes of reactors consuming electricity (reactors 1, 12, 16), an electrochemical reaction begins with the generation of electricity. In this case, hydrogen is released on the
При использовании железа, в качестве оборотного металла в топливном элементе 9, тепловой эффект реакции, определенный термохимически, является отрицательнымWhen using iron as the circulating metal in the fuel cell 9, the thermal effect of the reaction, determined thermochemically, is negative
Fe+2Н2О=Fe(OH)2+H2+(-1,2 ккал),Fe + 2H 2 O = Fe (OH) 2 + H 2 + (- 1.2 kcal),
135,8-2·68,3=1,2 ккал,135.8-2.68.3 = 1.2 kcal,
поэтому получаемая в топливном элементе 9 электроэнергия образуется за счет внешнего тепла, что упрощает утилизацию выбросов технологического тепла при работе установки без применения теплонасосного оборудования, которое применяется в наиболее близком по технической сущности к заявленному топливному элементу аналоге.therefore, the electricity generated in the fuel cell 9 is generated due to external heat, which simplifies the utilization of process heat emissions during operation of the installation without the use of heat pump equipment, which is used in the closest in technical essence to the claimed fuel cell analog.
В топливном элементом 9 для выработки электроэнергии используют технологическое тепло, полученное в результате процесса конденсации на дефлегматоре 13.In the fuel cell 9, process heat obtained from the condensation process at the reflux condenser 13 is used to generate electricity.
Топливный элемент 9 может работать в обратимом режиме, то есть при подаче электроэнергии постоянного тока на внутреннем (отрицательном) электроде 20 осаждается металл, а на внешнем электроде 19 выделяются кислые газы, которые адсорбируются на активированном угле 22, в результате чего получают заряженный электроаккумулятор.The fuel cell 9 can operate in a reversible mode, that is, when direct current electricity is supplied to the internal (negative)
В качестве электроаккумулятора электроэнергии топливный элемент 9 может быть использован автономно, в том числе для использования на транспортных средствах.As an electric accumulator of electricity, the fuel element 9 can be used autonomously, including for use in vehicles.
Работа заявленных способа, устройства и топливного элемента иллюстрируется на следующих примерах конкретного применения.The operation of the claimed method, device and fuel cell is illustrated by the following examples of specific applications.
Пример 1. Передел транспортных шин.Example 1. Redistribution of transport tires.
Для экспериментальных целей использовалась установка полощадью 10 м2, содержащая 4-е унифицированных пиролизных реактора, емкостью по 10 л каждый. Каждый из реакторов выполнен из стали и внешние стенки покрыты алюминиевой фольгой. Топливные элементы занимают 1 м2.For experimental purposes, a unit of 10 m 2 was used , containing 4 unified pyrolysis reactors with a capacity of 10 l each. Each of the reactors is made of steel and the outer walls are covered with aluminum foil. Fuel cells occupy 1 m 2 .
Исходное сырье, то есть транспортные шины, предварительно измельчили на куски размером 10×10 см или 15×15 см. Куски уложили в реакторы по 7 кг в каждый. Куски укладывали в межэлектродное пространство с формированием временной геометрической конфигурации объема. В процессе укладки на любом удобном для укладки уровне (предпочтительно на среднем) пространство между электродами засыпали тонким круговым слоем электропроводящего пористого углеродного материала (активированным углем, полученным в пиролизном реакторе) с образованием электропроводящего контура и при соотношении не более 2% (в количестве 140 г) к количеству исходного сырья. После заполнения шлюзовые аппараты реакторов герметично закрывают. Подключают подачу электроэнергии.The feedstock, i.e. transport tires, was previously crushed into pieces of 10 × 10 cm or 15 × 15 cm in size. The pieces were placed in reactors of 7 kg each. The pieces were placed in the interelectrode space with the formation of a temporary geometric volume configuration. During installation, at any level convenient for installation (preferably on average), the space between the electrodes was covered with a thin circular layer of an electrically conductive porous carbon material (activated carbon obtained in a pyrolysis reactor) with the formation of an electrically conductive circuit and with a ratio of not more than 2% (in the amount of 140 g ) to the amount of feedstock. After filling, the locks of the reactors are hermetically closed. Connect the power supply.
Электрообеспечение установки осуществляют от постоянно регенерируемых электрохимических генераторов тока (топливных элементов) через преобразователь постоянного тока в переменный напряжением 36 В. Включается установка от топливных элементов, обладающих дополнительной емкостью для пиковой нагрузки, необходимой при пуске установки. Топливные элементы работают на кислороде, поступающем от фотореактора и адсорбируемом на положительных угольных электродах, а металлический электрод по мере своего окисления заменяется на восстановленный в реакторе восстановления металлов установки с использованием пиролизных горючих газов.The power supply of the installation is carried out from constantly regenerated electrochemical current generators (fuel cells) through a 36 V DC / DC converter. The installation is switched on from fuel cells that have an additional capacity for peak load required when starting up the installation. The fuel cells operate on oxygen coming from the photoreactor and adsorbed on positive carbon electrodes, and the metal electrode is replaced as it is oxidized by the unit restored in the metal reduction reactor using pyrolysis combustible gases.
Сырье в реакторе подвергается термическому переделу при температуре 500°С, в течение 40 минут, при затрате 6 кВт·ч электроэнергии. Образованная в процессе переработки парогазовая смесь отводится по газоотводной трубке в адсорбционный реактор. По истечении указанного времени пиролизный реактор отключают и охлаждают до температуры 50°С. Включают адсорбционный реактор, температуру нагрева которого постепенно повышают. Поэтапный нагрев осуществляют путем регулируемой подачи электроэнергии от топливного элемента через дроссельный преобразователь к токосъемникам. Из адсорбционного реактора жидкие компоненты выделяют путем поэтапного нагрева до соответствующих температур кипения.The raw materials in the reactor are subjected to thermal redistribution at a temperature of 500 ° C, for 40 minutes, at a cost of 6 kWh of electricity. The vapor-gas mixture formed during processing is discharged through a gas outlet pipe to an adsorption reactor. After the specified time, the pyrolysis reactor is turned off and cooled to a temperature of 50 ° C. The adsorption reactor is switched on, the heating temperature of which is gradually increased. Stage-by-stage heating is carried out by means of a regulated supply of electricity from a fuel cell through a throttle converter to current collectors. From the adsorption reactor, the liquid components are isolated by stepwise heating to the appropriate boiling points.
При нагреве до 150°С получают моторное топливо, при нагреве до 200°С получают легкие масла, при нагреве до 300°С получают тяжелые масла.When heated to 150 ° C, motor fuel is obtained, when heated to 200 ° C, light oils are obtained, when heated to 300 ° C, heavy oils are obtained.
Полученные жидкие фракции последовательно осаждают в дефлегматоре, из которого указанная жидкая составляющая стекает самотеком через дополнительный фильтр с водным адсорбентом силикагелем в сменяемую накопительную емкость.The resulting liquid fractions are sequentially precipitated in a reflux condenser, from which the specified liquid component flows by gravity through an additional filter with an aqueous adsorbent of silica gel into a replaceable storage tank.
При этом тепло из холодильника дефлегматора, получаемое в результате процессов конденсации, отводится к топливному элементу. Неконденсирующийся газ через коллектор поступает в металловосстановительный и газогенерирующий реактор, где используется для получения оборотного металла, направляемого к топливному элементу, и углекислого газа, направляемого в фотореактор. Избыток пиролизного газа накапливают и направляют потребителю, а избыток углекислого газа используют для получения тепла на химическом поглотителе.In this case, heat from the refrigerator of the reflux condenser obtained as a result of condensation processes is removed to the fuel cell. Non-condensable gas through the collector enters a metal reduction and gas generating reactor, where it is used to produce circulating metal directed to the fuel cell and carbon dioxide sent to the photoreactor. The excess pyrolysis gas is accumulated and sent to the consumer, and the excess carbon dioxide is used to generate heat on a chemical absorber.
По окончании процесса переработки получили полупродукты трех фракций: газообразную - пиролизный газ; жидкотопливную фракцию - конденсат, твердую фракцию - углеродный остаток и металлокорд. Твердые продукты пиролиза извлекают из реактора и посредством магнитной сепарации отделяют металлокорд.At the end of the processing process, intermediates of three fractions were obtained: gaseous - pyrolysis gas; the liquid fuel fraction — condensate; the solid fraction — carbon residue and metal cord. The solid pyrolysis products are recovered from the reactor and the metal cord is separated by magnetic separation.
В результате безотходной переработки транспортных шин получают следующие виды продукции, в %:As a result of non-waste processing of transport tires, the following types of products are obtained, in%:
- жидкое топливо - 45-48%, которое является заменителем котельного топлива, кроме того, возможна при необходимости разгонка на фракции с целью получения различных нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо, масло, смола, растворители и др.);- liquid fuel - 45-48%, which is a substitute for boiler fuel, in addition, it is possible, if necessary, distillation into fractions in order to obtain various petroleum products (gasoline, diesel fuel, oil, resin, solvents, etc.);
- углеродный остаток - 40-43%, который применяется в качестве твердого топлива, а также возможно использование для приготовления модифицированного жидкого топлива в качестве сорбента, в качестве наполнителя при изготовлении новых резинотехнических изделий, в металлургии;- carbon residue - 40-43%, which is used as solid fuel, and it is also possible to use it for the preparation of modified liquid fuel as a sorbent, as a filler in the manufacture of new rubber products, in metallurgy;
- металлокорд - до 7%, высококачественный конструкционный материал;- metal cord - up to 7%, high-quality structural material;
- горючий газ - 3%, полученный газ на 20% используется для работы установки (выработки электроэнергии для электропитания установки), возможно использование для наработки энергоаккумулирующих веществ и выработки тепла.- combustible gas - 3%, the gas obtained is used for 20% for the operation of the installation (generating electricity for the power supply of the installation), it is possible to use energy accumulating substances and generate heat.
Суточная производительность установки по исходному сырью при 16-ти часовой работе - 320 кг в сутки. При этом суточная производительность установки по выработке кондиционной продукции: по жидкому топливу - 160 кг; по углеродному твердому остатку - 120 кг; по металлокорду - 30 кг; по газу - 20 м3.The daily output of the installation for feedstock at 16 hours of operation is 320 kg per day. At the same time, the daily capacity of the installation for the production of air-conditioning products: for liquid fuel - 160 kg; carbon solid residue - 120 kg; on steel cord - 30 kg; for gas - 20 m 3 .
Пример 2. Совместный передел древесных и минеральных материалов и нефтешламов.Example 2. Joint redistribution of wood and mineral materials and oil sludge.
Для экспериментальных целей использовалась установка, содержащая 4-е унифицированных реактора емкостью по 10 л каждый. Каждый из реакторов выполнен из стали и внешние стенки покрыты алюминиевой фольгой. Исходное сырье, то есть древесные крупные опилки, засыпается в реакторы. Кроме того, в центр каждого реактора в межэлектродное пространство помещаются графитовые тигли, наполненные смесью минерального сырья и нефтешламов.For experimental purposes, we used a facility containing 4 unified reactors with a capacity of 10 l each. Each of the reactors is made of steel and the outer walls are covered with aluminum foil. The feedstock, i.e. large wood chips, is poured into the reactors. In addition, graphite crucibles filled with a mixture of mineral raw materials and oil sludge are placed in the center of each reactor in the interelectrode space.
Для цели получения карбида кальция в графитовый тигель засыпают мел (СаСО3). Для цели получения карбида алюминия засыпают глинозем (Al2О3). Для получения карбида кремния засыпают кварц (SiO2). В процессе загрузки древесных опилок на среднем уровне объема межэлектродное пространство засыпается тонким круговым слоем электропроводного пористого углеродного материала (активированным углем) с образованием проводящего контура и при соотношении не более 2% к количеству исходного сырья. После загрузки шлюзовые аппараты герметично закрываются. Подключается подача электроэнергии. Подача электроэнергии и ее регулирование осуществляется аналогично Примеру 1.For the purpose of producing calcium carbide, chalk (CaCO 3 ) is poured into a graphite crucible. For the purpose of producing aluminum carbide, alumina (Al 2 O 3 ) is poured. To obtain silicon carbide, quartz (SiO 2 ) is poured. During the loading of sawdust at an average volume level, the interelectrode space is filled with a thin circular layer of electrically conductive porous carbon material (activated carbon) with the formation of a conductive circuit and with a ratio of not more than 2% of the amount of feedstock. After loading, the locks are hermetically closed. The power supply is connected. The supply of electricity and its regulation is carried out similarly to Example 1.
Опилки в реакторах подвергаются пиролизу и прокалке до температуры 1000°С, при этом происходит их полная карбонизация. В тигле происходит отгон углеводородов из нефтешламов, их пиролиз. Из минеральных карбонатов выделяется углекислый газ, который активирует углеродный материал, получающийся из опилок.Sawdust in the reactor is subjected to pyrolysis and calcination to a temperature of 1000 ° C, while they are completely carbonized. In the crucible, hydrocarbons are distilled from oil sludge, their pyrolysis. Carbon dioxide is released from mineral carbonates, which activates the carbon material obtained from sawdust.
Затем температуру в центре реактора путем увеличения подачи электроэнергии к электродам доводят до 2000°С, при которой образуются карбиды металлов.Then the temperature in the center of the reactor by increasing the supply of electricity to the electrodes is adjusted to 2000 ° C, at which metal carbides are formed.
Далее при повышении температуры до 2800°С карбиды разлагаются на металл и углерод.Further, when the temperature rises to 2800 ° C, carbides decompose into metal and carbon.
Пары металла конденсируются в периферийной части реактора на подложке под шлюзовым аппаратом.Metal vapors condense in the peripheral part of the reactor on a substrate under the lock apparatus.
При использовании в качестве минерального сырья кварца за цикл в течение 2-х часов из 20 кг опилок, 5 кг нефтешламов и 5 кг кварца (SiO2) получают: активного угля 8 кг; карбида кремния - 3,5 кг; углеводородов - 5 кг; восстановительного газа (СО) - 10 кг; водорода - 3,5 кг, при затрате 15 кВт·ч.When using quartz as a mineral raw material per cycle for 2 hours from 20 kg of sawdust, 5 kg of oil sludge and 5 kg of quartz (SiO 2 ) receive: activated carbon 8 kg; silicon carbide - 3.5 kg; hydrocarbons - 5 kg; reducing gas (CO) - 10 kg; hydrogen - 3.5 kg, at a cost of 15 kWh.
Таким образом, использование изобретения позволяет безотходным, экологически безопасным способом подвергать пределу широкий диапазон материалов и получать при этом новые продукты в несложных условиях эксплуатации на достаточно простой металлоконструкции, без привлечения дополнительных энергозатрат, с возможностью адаптации к любым производственным условиям. Кроме того, изобретение может быть использовано в качестве комплекса санитарно-энергетического самообеспечения хозяйствующих субъектов.Thus, the use of the invention allows a non-waste, environmentally friendly way to limit the wide range of materials and to obtain new products in simple operating conditions on a fairly simple metal structure, without attracting additional energy consumption, with the possibility of adaptation to any production conditions. In addition, the invention can be used as a complex of sanitary and energy self-sufficiency of business entities.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119773A RU2333425C2 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119773A RU2333425C2 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006119773A RU2006119773A (en) | 2007-12-27 |
| RU2333425C2 true RU2333425C2 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39018369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006119773A RU2333425C2 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333425C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010134831A1 (en) * | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Крено Инвест Са | Technological plant for pollution-free plasma processing of solid domestic waste with full utilization of processing byproducts |
| RU2538552C2 (en) * | 2012-12-04 | 2015-01-10 | Александр Викторович Даукш | Method of operation of power generating system, power generating system and electrochemical current source element for its implementation |
| CN109251754A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-22 | 浙江工业大学 | A kind of electrolysis enhanced biological matter thermal cracking Pilot Unit and thermal-cracking method |
| US11815351B1 (en) * | 2023-06-15 | 2023-11-14 | King Faisal University | Device for monitoring internal pipe deposit accumulation |
-
2006
- 2006-06-06 RU RU2006119773A patent/RU2333425C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010134831A1 (en) * | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Крено Инвест Са | Technological plant for pollution-free plasma processing of solid domestic waste with full utilization of processing byproducts |
| RU2538552C2 (en) * | 2012-12-04 | 2015-01-10 | Александр Викторович Даукш | Method of operation of power generating system, power generating system and electrochemical current source element for its implementation |
| CN109251754A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-22 | 浙江工业大学 | A kind of electrolysis enhanced biological matter thermal cracking Pilot Unit and thermal-cracking method |
| US11815351B1 (en) * | 2023-06-15 | 2023-11-14 | King Faisal University | Device for monitoring internal pipe deposit accumulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006119773A (en) | 2007-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2192350C (en) | Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| CN101747943B (en) | Method by utilizing livestock manure to produce hydrogenous gas and other products in a step-by-step thermal decomposition way and device | |
| CN106867585A (en) | From detar formula organic solid apparatus for gasifying fuel and method in stove | |
| CN103013568B (en) | Plasma gasification treatment system of solid organic waste | |
| CN105670658A (en) | System and method for treating sludge | |
| EP3311969A1 (en) | Device for thermally decomposing polyethylene and polypropylene waste | |
| CN100503784C (en) | Waste plastic and rubber reduction and reducing system | |
| RU2333425C2 (en) | Method of complex repartition of materials, installation and fuel element for its realisation | |
| CN202576344U (en) | Equipment for extracting oil fuel from sandy oil sludge or/and organic waste | |
| CN105567327A (en) | Method for preparing hydrogen-rich fuel gas through high-humidity sludge gasification based on blast furnace slag waste heat recovery | |
| CN106590702A (en) | Low-temperature pyrolysis power generation system and method for household garbage | |
| CN211394370U (en) | System for pyrolysis of junked tire of boiler flue gas of thermal power plant | |
| CN110903855A (en) | Material pyrolysis gasification process, system and application | |
| CN104987871A (en) | Household garbage miniature continuous type self-heating movable horizontal dry distillation machine | |
| CN107674691A (en) | A kind of system and method for domestic garbage resource | |
| CN203781995U (en) | Sludge treatment system | |
| TW201502174A (en) | System and method for converting plastic/rubber to hydrocarbon fuel by thermo-catalytic process | |
| Chu et al. | Process analysis of H2 production from pyrolysis-CO2 gasification-water gas shift for oil sludge based on calcium looping | |
| CN101712458A (en) | Method for producing hydrogen by utilizing rubbish high-temperature cracking | |
| Liu et al. | Less defective graphene aerogel and its application in microwave-assisted biomass pyrolysis to prepare H 2-rich gas | |
| EP3312223B1 (en) | Method for thermally decomposing polyethylene and polypropylene waste | |
| CN103145305B (en) | Synthesis gas and synthetic natural gas or the technique and incinerator of synthetic gasoline are prepared using oily sludge | |
| RU2538552C2 (en) | Method of operation of power generating system, power generating system and electrochemical current source element for its implementation | |
| CN103570206A (en) | Thermal hydrolysis reactor dedicated for low dryness of wet steam, multiple discharge system and dehydration method (L.M.D method) | |
| CN205628874U (en) | System for handle domestic waste |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100607 |