SK288020B6

SK288020B6 - Reactor and method for gasifying and/or melting materials

Info

Publication number: SK288020B6
Application number: SK1291-2002A
Authority: SK
Inventors: Eckhardt Tischer; Frank Wuchert
Original assignee: Kbi International Ltd.
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2012-11-05
Also published as: DE50108084D1; WO2001061246A1; EA200200854A1; EP1261827B1; SK12912002A3; AU4061501A; DK1261827T3; ZA200206571B; EP1261827B8; ES2253356T3; PL357563A1; WO2001061246A8; KR20020093806A; CN1212487C; KR100770889B1; CZ20022908A3; BR0108578A; DE10007115A1; DE10007115C2; JP4426150B2

Abstract

The reactor for gasifying and/or melting feed materials, comprising the following: a delivery section (1) by which means the feed materials are introduced; a pyrolysis section (8), which adjoins the preceding section, hereby expanding the cross-section; gas supply means (10) which open into the pyrolysis section (8) approximately at the level of the expanded cross-section and by which means hot gases are supplied to a discharge cone (9); a melting and overheating section (14) which adjoins the pyrolysis section (8); upper feeding-in means (15) for introducing a medium that is rich in energy into the melting and overheating section (14); a reduction section (20) comprising gas extraction means (21), by which means excess gases are extracted; a hearth (25) which is situated beneath the reduction section (20), for collecting and diverting molten metals and slag; ; and lower feeding-in means (26), by which means a medium that is rich in energy is introduced directly above the melts and below the gas extraction means (21). The invention also relates to a method for gasifying and/or melting feed materials.

Description

Predložený vynález sa týka reaktora a spôsobu splynenia a/alebo tavenia látok. Zvlášť sa týka vynález materiálového a/alebo energetického znehodnotenia ľubovoľného odpadu, napríklad obsahujúceho prevažne organické zložky, alebo tiež zvláštneho odpadu. Reaktor podľa vynálezu a spôsob sa ale tiež hodí na splyňovanie a tavenie vsádzkových látok ľubovoľného zloženia, alebo tiež na získavanie energie použitím organických látok.

Doterajší stav techniky

Už dlhý čas sa hľadajú riešenia na termické odstránenie odpadu rôzneho druhu a ostatných látok. Okrem spaľovacej metódy sú známe rôzne spôsoby splyňovania, ktoré majú hlavne za účel dôjsť k výsledkom pri malom zaťažení prostredia škodlivými látkami a znížiť náklady na spracovanie použitých látok, ale tiež obmedziť plyny vznikajúce v procese. Známe spôsoby sa ale vyznačujú nákladnou a iba ťažko zvládnuteľnou technológiou, ako aj s tým súvisiacimi vysokými nákladmi na zneškodnenie spracovávanej látky alebo odpadu.

DE 4317145 Cl opisuje spôsob na princípe splynenia odpadových materiálov rôzneho zloženia. Podľa uvedeného spôsobu sa vznikajúce plyny obsahujúce prach ako obehový plyn celkom odťahujú a potom v taviacej a prehrievacej zóne spaľujú s kyslíkom. Ako ukázali pokusy, toto obehové vedenie plynu a ďalej opísané odsávanie prebytočného plynu medzi odsávacím otvorom obehového plynu a taviacou a prehrievanou zónou však nevedie k požadovanému cieľu, aby vznikol prebytočný plyn zaťažený iba malým množstvom škodlivých látok. Ak sa použije v spise uvedená kuplovňa s obehovým plynom na uskutočnenie spôsobu, je okrem iného zaťaženie prebytočného plynu škodlivými látkami také veľké, že na to potrebné plynové hospodárstvo na čistenie prebytočného plynu je také nákladné, že ekonomické zneškodnenie príslušných odpadových materiálov už nie je možné.

DE 19640497 C2 opisuje koksom vykurovanú kuplovňu s obehovým plynom na znehodnotenie odpadových materiálov. Táto kuplovňa s obehovým plynom sa vyznačuje tým, že pod zavážanou násypkou je usporiadaný dodatočný odťah plynu. V tomto sa mieste odťahované pyrolytické plyny vedú cez obeh plynu v dolnej časti pece zase späť, aby tam ovplyvnili spaľovanie plynov. Pretože odťahová zóna prebytočných plynov je usporiadaná nad horúcou zónou, odsávajú sa nielen prebytočné plyny, ale tiež veľká časť pyrolytických plynov, takže plynová zmes obsahuje okrem iného ťažko odstrániteľné uhľovodíky. Tým sa stáva následné plynové hospodárstvo vysoko nákladné a zaťaženie prostredia rastie.

Oproti tomu DE 19816864 Al uvádza koksom vykurovanú kuplovňu s obehom plynu, v ktorej je usporiadaný odťah prebytočného plynu pod taviacou a prehrievacou zónou. Tak sa dá síce zvýšiť akosť prebytočných plynov, pretože odsávané plyny sa pri prúdení prehrievacou zónou silne obmedzia, aj tak vedie priestorová blízkosť prehrievacej zóny k značne horúcim prebytočným plynom, ktoré sa potom dodatočne musia nákladné chladiť. Problematické je tiež, že pri zvolenom usporiadaní dochádza k sintrovaniu škvary a popolov v nasledujúcich častiach do série zaradenej plynovej cesty. Okrem toho teploty v oblasti ohniska pod odsávaním plynu nie sú už dostatočne vysoké, aby sa tam vyskytujúce tavené kovy a tavené trosky udržali pri rôznych vsádzkových podmienkach tekuté. Nutný odpich sa tým narušuje alebo sa stáva úplne nemožný.

Pre známe riešenia z uvedeného stavu techniky je základným princípom obeh čiastkového prúdu vytvorených plynov, pričom plyny v hornej časti pece sa odsávajú a v dolnej časti zase privádzajú späť. Odborný svet doteraz vychádzal z toho, že toto vedenie plynu pri použití princípu protiprúdu je nutné aj na ohrievanie násypnej šachty. Obehový princíp plynu priniesol však okrem iného nasledujúce nedostatky: plyny vystupujúce v šachtovej peci sa v násypnom valci ochladzujú, takže vznikajú kondenzačné javy produktov pyrolýzy v odsávaných úsekoch, v obehových potrubiach a v použitých kompresoroch prúdu plynu, čím sa naruší funkcia obehovej plynovej pece. Pri obehovom odsávaní podľa stavu techniky sa nutne odsáva aj prach a menšie častice odpadu, ktoré spolu s kondenzovanými produktmi pyrolýzy vedú v celom obehovom vedení k ťažkom odstrániteľným usadeninám. Okrem toho sa môže násypná šachta hore prúdiacim obehovým plynom iba relatívne pomaly ohriať, takže dochádza zvlášť pri splynení odpadu s vyšším podielom plastov k prilepeniu a priľnutiu častíc odpadu na stenách šachty, ktoré môžu nakoniec viesť aj k úplnému upchatiu pece.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu je teda pripraviť zlepšený reaktor a spôsob na splynenie a tavenie vsádzky, ktorý by vylúčil nedostatky súčasného stavu techniky. Osobitná úloha spočíva v tom, aby bolo možné jednoduché, lacné a prostredie šetriace a/alebo energetické zhodnotenie odpadu. Zvlášť je žiaduce zvýšenie funkčnej spoľahlivosti príslušného reaktora, ktoré by do značnej miery odstránilo prevádzkové neistoty spo2

SK 288020 Β6 jene s obehovým vedením plynu.

Ďalšia úloha vynálezu spočíva v podstatnom znížení škodlivých látok v odsávanom prebytočnom plyne, aby náklady spojené s následným čistením plynu boli minimálne.

Tieto a ďalšie úlohy rieši reaktor podľa nároku 1. Podľa vynálezu sa už dlhší čas používaný trend obehovej metódy opustil a miesto neho sa ako reaktor používa šachtová pec, ktorá pracuje na princípe rovnomerného prúdenia. Úplným zavrhnutím súčasného obehového prúdenia plynu sa vyriešili všetky s tým spojené problémy kondenzácie produktov pyrolýzy a vzniku nežiaducich usadenín. Ďalej dochádza práve v hornej časti reaktora vplyvom šokového ohrevu násypnej šachty čiastočne k zbiehaniu vsádzkových látok, takže sa tvorba prilepenia na vnútornej stene takmer vylúči. Dvojité vháňanie kyslíka alebo topného plynu (zmesi plynov) dýzou umožňuje jednak spaľovanie pyrolytických plynov a jednak v dolnej časti reaktora udržiavanie dostatočne vysokej teploty, takže sa tam zhromažďujúce taveniny udržiavajú v tekutom stave. Medzi obidvoma vstrekovacími prostriedkami sa vytvára redukčná zóna, ktorou musia všetky plyny pred odsatím prejsť, a v ktorej sa následne do značnej miery redukujú.

Pri jednej forme uskutočnenia, ktorá je zvlášť vhodná na splynovanie odpadu, je pripojený k prívodnému úseku predhrievači úsek, v ktorom sa odpad pri teplotách okolo 100 °C predsuší. Pri odvodených formách uskutočnenia sa môžu v tomto úseku pri určitých okolnostiach aj chladiť látky vsádzky, ak je to pre celkový proces prospešné.

Výhodná forma vyhotovenia reaktora sa vyznačuje tým, že celková dĺžka prívodného úseku a predhrievacieho úseku je mnohonásobne dlhšia než priemer prívodného úseku. Týmto utvorením pôsobí násypná šachta v prívodnom a predhrievačom úseku ako hore uzavierajúca zátka, ktorá bráni nasávaniu príliš veľkých podielov okolitého vzduchu do reaktora.

Pri jednej obmenenej forme uskutočnenia sa môže reaktor na svojom hornom konci uzatvoriť priepustom, systémom dvojitej klapky alebo podobným zariadením. Tým sa ešte lepšie zamedzí nekontrolovanému vstupu okolitého vzduchu a výstupu plynov z násypky.

Účelne je reaktor vytvorený v zásade ako valec a priestor prívodu plynu a odsávanie plynu sú usporiadané prstencovite, takže k prívodu a odsávaniu plynu dochádza po celom obvode násypnej šachty. Táto forma vyhotovenia je zvlášť vhodná na zužitkovanie prevažne organických látok vsádzky. Iné formy vyhotovenia, ktoré sú napríklad pre iné materiály vsádzky vhodnejšie, môžu mať ne valcové základné tvary a inak umiestnené a vytvorené prostriedky na odsávanie a privádzanie.

Je zvlášť výhodné, ak aj úsek pyrolýzy reaktora je vytvorený s dvojitými stenami a v medzistenovom dutom priestore sa vedie médium prenášajúce teplo. Jednak možno stenami chladiť, takže sa znížia nároky na materiál, ale tiež možno podľa použitého materiálu vsádzky a s tým spojenej požiadavky na teplo násypného valca v prípade potreby privádzať prídavné teplo alebo toto teplo odvádzať.

Uvedené úlohy vynálezu riešia aj spôsob splynenia a/alebo tavenia látok vsádzky uvedený v nároku 12, ktorý je okrem iného vhodný na materiálové a/alebo energetické zhodnotenie odpadu a iných látok vsádzky.

Podľa vynálezu podstatné kroky na realizáciu spôsobuje možno výhodne ďalej vytvoriť tak, že k prerušeniu vsádzky dochádza ohrevom násypného valca na asi 100 °C nad rovinou, v ktorej dochádza k šokovému ohriatiu. Pritom sa vodné podiely vsádzky do značnej miery odparia, čím sa zlepší aj požadovaný samočinný pohyb vsádzkovej hmoty smerom dolu. Pri pozmenenom variante spôsobu sa nevykonáva žiadne predsušenie vsádzkových materiálov alebo chladenie vsádzky, pričom chladenie môže byť účelné, aby sa pri horúcich výstupných materiáloch zabránilo prilepovaniu na stene prívodného úseku.

Je ďalej zvlášť výhodné, ak sa podtlak na odsávanie prebytočných plynov reguluje, pričom odsávanie má prebiehať tak, že jednak žiadny plyn neunikne z reaktora hore a jednak sa prisáva násypným valcom iba minimálne množstvo prídavného vzduchu z okolia. Minimalizácia množstva falošného vzduchu v reaktore má za účel obmedziť podiel oxidov dusíka v prebytočnom plyne a tiež udržať celkové množstvo plynu malé, aby následné plynové hospodárstvo mohlo byť jednoduché.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalšie výhody, podrobnosti a iné vytvorenia vyplývajú z nasledujúceho opisu výhodných foriem uskutočnenia vynálezu s prihliadnutím na pripojený obrázok.

Na jedinom obrázku je vidno zjednodušený rez reaktorom podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V ďalšom podľa obrázka sa opíše výhodná formu vyhotovenia reaktora. V súvislosti s vysvetlením podrobností reaktora sa uvedú aj jednotlivé kroky spôsobu, ktoré prebiehajú pri spracovaní odpadu s organickými zložkami ako vsádzkovými látkami v tomto reaktore. Ako je z pripojených patentových nárokov zrej3 mé, neviaže sa uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu nevyhnutne na vysvetľovaný reaktor, ale sa môže uskutočniť prípadne aj s použitím pozmenených zariadení. Pri použití iných vsádzkových látok môžu byť účelné obmeny reaktora (napríklad pružné usporiadanie a vytvorenie technického vyhotovenia prívodu a odvodu plynu, ohrevu alebo chladenia plášťa reaktora a podobne). Všeobecne sa môžu kombinovať aj rôzne vsádzkové látky, napríklad použitím vsádzky s vyššou energetickou hodnotou (napríklad organické odpady, znehodnotené staré drevo a podobne) pri splyňovaní/tavení anorganických vsádzkových látok.

Na obrázku znázornený reaktor má na svojom hornom konci prívodný úsek I s najmenej jedným prívodným otvorom 2, ktorým sa privádza látkovo alebo energeticky zhodnocovaný vsádzkový materiál. Prednostne prevažuje pri týchto vsádzkových látkach podiel organických látok, takže sa reaktor a opísaný spôsob hodí predovšetkým na spracovanie bežného domového odpadu a živnostenského odpadu, ktorý je podobný domovému. Pokiaľ pri určitom zložení vsádzkových látok nie sú horľavé zložky dostatočne zastúpené, aby sa mohli uskutočniť procesy spaľovania a splyňovania, je možné do vsádzky horľavé prísady alebo nosiče energie pridať. Pritom sa môže bežným spôsobom pridať určité množstvo koksu, alebo zvýšiť celková výhrevnosť pridaním dreva. Pri určitých okolnostiach môže byť účelné aj pridanie iných materiálov, napríklad na ovplyvnenie nastavenia hodnoty pH. Také opatrenia sú však odborníkom známe, takže na tomto mieste sa od podrobného opisu upustí.

Pomocou vhodného dopravného zariadenia 3 sa dopravuje vsádzka alebo prídavné látky prívodným otvorom 2 do reaktora. Tým sa vytvorí násypný valec 4. Pomocou zvlášť neznázomených meracích prístrojov plnenia sa strážená výška násypného valca 4. Túto násypnú výšku je treba udržiavať medzi minimálnou a maximálnou úrovňou. Minimálna úroveň sa volí tak, že násypný valec 4 v hornej časti reaktora pôsobí ako uzáverová vrstva, ktorá zabraňuje vniknutiu väčšieho množstva okolitého vzduchu do reaktora.

Na prívodný úsek I sa napája dolu predhrievači úsek 5, ktorý v znázornenom príklade slúži na predhrievanie vsádzkových materiálov. Prívodný úsek a predhrievači úsek sú vytvorené prednostne ako valcové alebo kužeľové s miernym zväčšením prierezu smerom dole.

Predhrievači úsek 5 má dvojité steny, pričom je vytvorený zo stien dutý priestor 6, v ktorom je vedené teplonosné médium. Pomocou teplonosného média sa môže do násypného valca v oblasti predhrievacieho úseku 5 vytvoreného s dvojitými stenami privádzať teplo, takže sa vsádzka môže predhriať alebo predsušiť. Dutý priestor tvorený stenami pri vedení tepla priamo z teplejších zón reaktora môže prípadne tiež odpadnúť. Prívod tepla sa dimenzuje tak, aby sa do značnej miery obmedzilo priľnievanie určitých zložiek vsádzky na stenách. Okrem toho sa môže pomocou predsušenia odstrániť vodná zložka, takže prídavné nezaťažuje ďalší proces splyňovania. V predhrievačom úseku 5 sa môže násypný valec 4 temperovať na asi 100 °C.

Predhrievači úsek môže prípadne celkom odpadnúť, pokiaľ sa predsušenie vzhľadom na zloženie vsádzkového materiálu nepožaduje, alebo sa predhrievači úsek v zvláštnych prípadoch použije na chladenie vsádzkových látok.

Pod predhrievacím úsekom 5 je napojený úsek 8 pyrolýzy, pričom pri prechode medzi predhrievacím úsekom 5 (prípadne prívodným úsekom, pokiaľ predhrievači úsek odpadá) a úsekom pyrolýzy sa prierez skokovo rozširuje. Výhodne sa zväčšuje voľný prierez šachty najmenej o dvojnásobok, takže sa jednak obmedzí rýchlosť klesania vsádzkových materiálov a jednak sa vytvorí násypný kužeľ 9. Násypný kužeľ 9 sa zásobuje centrálne z násypného valca 4 v presušiacom úseku. V okrajových oblastiach sa násypný kužeľ splošťuje, takže tu vzniká voľný priestor. V tejto hornej okrajovej oblasti úseku 8 pyrolýzy sa nachádzajú prostriedky prívodu 10 plynu, ktoré v znázornenom príklade sú vytvorené ako prstencový priestor prívodu JO plynu, ktorý je približne v rovine rozšírenia prierezu do úseku 8 pyrolýzy otvorený. Úlohou priestoru prívodu 10 plynu je privádzať horúce plyny do násypného kužeľa 9. Prostriedky prívodu 10 plynu sa môžu vytvoriť tiež ako dýzy, otvory v stenách, alebo ako iné zariadenia, ktoré umožňujú prívod horúcich plynov k násypnému kužeľu 9. Na tento účel ústi v znázornenom príklade najmenej jedna spaľovacia komora H osadená najmenej jedným horákom 12 do priestoru prívodu 10 plynu. Horák 12 vytvára potrebný horúci plyn, ktorý sa privádza výhodne tangenciálne cez spaľovacie komory a priestor prívodu plynu do násypného kužeľa 9. Pri odlišných formách vyhotovenia je možné použiť viac spaľovacích komôr alebo viac horákov, ak je to pre rovnomerný ohrev násypného kužeľa 9 žiaduce.

Spaľovanie v horáku 12 sa vykonáva účelne pri nedostatku kyslíka, takže dochádza takmer k stachiometrickému spaľovaniu a vzniká inertný spalný plyn s teplotami asi 1 000 °C. Prinajmenšom pri nábehu prevádzky používa horák cudzie horľavé látky, ktoré sa nemusia získavať priamo z reaktora. Napríklad pripadajú do úvahy zemný plyn, olej, ktorý obsahuje z predchádzajúceho procesu splyňovania vytvorený nadbytočný plyn uschovávaný v medzisklade, plynová zmes, zmes plynu a kvapaliny, zmes prachu a plynu alebo iné médiá vhodné z energetického hľadiska. Len čo reaktor dosiahne ďalej opísaný prevádzkový stav, môže sa horák 12 prevádzkovať aj napríklad s predtým vyčisteným prebytočným plynom. Privedením spalného plynu, ktorý sa pri vhodnej regulácii skladá hlavne z kysličníka uhličitého a vodnej pary, ohreje sa šokovo zostávajúca vsádzka v oblasti násypného kužeľa. Veľmi rýchly ohrev materiálu na teploty medzi 800 °C a 1 000 °C ovplyvnia veľmi rýchle sušenie tohto materiálu, čo zabráni jeho prilepovaniu a priľnutiu na stene. Ďaleko častejšie dochádza prinajmenšom čiastočnej k aglomerácii vsádzkových materiálov. Okrem toho sa práve v tomto hornom úseku reaktora začne proces vypudzovania produktov pyrolýzy. Pretože je privádzaný plyn do značnej miery inertný, spália sa tieto produkty pyrolýzy iba v malej miere, pokiaľ sa môže nasávať vzduch násypným valcom 4 nad násypným kužeľom alebo sa môže privádzať spolu so vsádzkovými látkami. Rýchlym a silným ohrevom vsádzkových látok sa okrem toho rýchlo splyní alebo spáli jemný prach a menšie častice, takže sa tým odstránia problémy pri manipulácii s prachom, ktoré vyplývajú zo súčasného stavu techniky. Je možné cielene dodať v určitých proporciách do vsádzkových látok mnoho viac prachov a jemných podielov.

Vsádzkový materiál potom klesá v úseku 8 pyrolýzy ďalej dole, pričom pyrolýza pokračuje, okrem iného aj pri materiáloch vedených v strede, ktoré sa vplyvom prenosu tepla rovnako ohrievajú. Steny úseku 8 pyrolýzy sú výhodne tepelne izolované a/alebo vytvorené ako dvojité, takže v prípade potreby v dutom priestore vytvorenom stenami sa môže privádzať rovnako teplonosné médium. Tepelná izolácia alebo dodatočný prívod tepla pomocou teplonosného média sa dimenzujú tak, aby vsádzkové materiály v dolnej oblasti úseku 8 pyrolýzy dosahovali výhodne teploty nad 500 °C. Teplota požadovaná v tomto mieste sa môže podľa použitia špeciálnych materiálov vsádzky cielene regulovať.

Pod 8 úsekom pyrolýzy je pripojený taviaci a prehrievači úsek 14. Ten má zúžený prierez, následkom ktorého sa rýchlosť klesania vsádzkových látok zmení. V príklade spracovania prevažne organického odpadu nasleduje zúženie prierezu o najmenej 10 %, ktorý sa dosiahne napríklad kužeľovými spádmi príslušného dielu šachty v uhle asi 60° k horizontálu. Okrem toho sa nachádzajú v taviacom a prehrievacom úseku 14 horné vstrekovacie prostriedky 15, ktoré v znázornenom príklade sú tvorené väčším počtom po obvode rozdelených kyslíkových rúrkových dýz 16. Kyslíkové rúrkové dýzy 16 chráni pred prehriatím napríklad vodné chladenie. Pri iných vyhotoveniach sa používajú ako vstrekovacie prostriedky dýzy, horáky alebo podobné, ktorými sa môžu riadene privádzať rôzne topné plyny alebo zmesi plynov na účely nastavenia teploty v taviacej a prehrievacej zóne na požadovanú hodnotu. Pokiaľ nie je prívod kyslíka na to dostačujúci (keď nie sú napríklad v tejto polohe krátkodobo k dispozícii žiadne vsádzkové látky s dostatočne vysokou energetickou hodnotou), je možné pomocou vstrekovacích prostriedkov privádzať aj cudzie topné plyny alebo z reaktora získané prebytočné plyny. V špeciálnom príklade sa vykonáva pomocou horných vstrekovacích prostriedkov 15 cielený a dávkovaný prívod kyslíka tesne pod rovinou zúženia prierezu. Tým sa v oblasti taviaceho a prehrievacieho úseku 14 vytvorí horúca zóna 17, v ktorej sú výhodne teploty od 1 500 °C do 2 000 °C, ktoré je treba nastaviť pre práve spracovávané vsádzkové látky.

Spalné (inertné) plyny privádzané nad priestorom prívodu 10 plynu a v úseku 8 pyrolýzy vytvorené pyrolytické plyny sa nasávajú cez horúcu zónu 17. Prívod kyslíka sa v horúcej zóne riadi tak, že k spaľovaniu dochádza pri nedostatku kyslíka, ktoré nakoniec vedie k ďalšiemu zvýšeniu teploty a značnej karbonizácii zvyšných látok vsádzkových materiálov. Teplota v horúcej zóne Γ7 sa nastavuje tak, že troskotvomé minerálne a kovové podiely sa v tejto zóne roztavia, pričom určitá časť škodlivých látok vo vsádzkových materiálov (napríklad ťažké kovy) sa v tejto tavenine rozpustí. Kovová tavenina a trosková tavenina potom odkvapkávajú smerom dole. Čo najviac karbonizované zvyšné látky tiež klesajú ďalej dole.

Pod taviacim a prehrievacím úsekom 14 je vytvorený redukčný úsek 20, v ktorom karbonizované zvyšné látky klesajú ďalej dole pri dostatočnom zotrvávaní. Redukčný úsek 20 obsahuje priestor 21 odsávania plynu, nad ktorým sa prebytočné plyny odsávajú. Všetky odsaté plyny musia teda prúdiť tak horúcou zónou 17, ako aj redukčnou zónou 22 pod ňou vytvorenou karbonizovanými zvyšnými látkami. V redukčnej zóne 22 sa plyny redukujú pomocou tam prítomného uhlíka. Zvlášť dochádza k premene kysličníka uhličitého na kysličník uhoľnatý, pričom sa predovšetkým spotrebuje v násype ešte obsiahnutý uhlík a tak sa ďalej splyní. Pri prechode redukčnou zónou 22 sa okrem toho plyny ochladia, takže sa môžu odsať pri technicky zvládnuteľnej teplote, prednostne asi 800 °C až 1 000 °C. Odsaté prebytočné plyny sa privádzajú do nasledujúcich (nenaznačených) chladiacich a/alebo čistiacich stupňov a do vhodného dopravného zariadenia (kompresor alebo dúchadlo). Pri splyňovaní odpadu obsahujúceho prevažne organické podiely je potom napríklad asi 80 % až 90 % prebytočných plynov k dispozícii ako spalný plyn pre materiálové a/alebo energetické využitie. Pritom je možno privádzať čiastkový prúd asi 10 % až 20 % ako vlastný plyn do uvedeného horáka 12 a/alebo do vstrekovacích prostriedkov, pričom tento čiastkový prúd sa môže obmedziť na minimum. Priestor 21 odsávania plynu je opäť výhodne vytvorený v tvare prstenca (ale nie nutne), pričom pripojené dopravné zariadenie slúži na odsávanie plynov.

Pod priestorom 21 odsávania plynov je pripojené žiaruvzdorné vymurované kúrenisko 25. V kúrenisku 25 sa zhromažďujú kovové a troskové taveniny. Aby tieto taveniny zostali v tekutom stave, sú tesne nad taveninou a pod priestorom 21 odsávania plynu usporiadané dolné vstrekovacie prostriedky 26, ktoré v znázornenom príklade obsahujú opäť väčší počet kyslíkových rúrkových dýz 16 (prípadne chladených vodou). Dolné vstrekovacie prostriedky sa môžu alternatívne utvárať a prevádzkovať rovnako, ako sa vysvetľuje pre horné vstrekovacie prostriedky 15. Na vstrekovanie vhodného množstva kyslíka, plynu, spalného plynu a podobne, sa nastavuje pre taveninu teplota, ktorá je dostatočne vysoká, aby tavenina zostala tekutá, a aby po príslušnej akumulácii sa mohla odpichom 27 z reaktora vyviesť. Napríklad sú účelné teploty asi 1 500 °C. Rozdelenie celkového množstva privádzaného kyslíka/spalného plynu do spaľovacej komory 11, horných vstrekovacích prostriedkov 15 a dolných vstrekovacích prostriedkov 26, sa optimalizuje podľa použitých vsádzkových materiálov a ostatných parametrov procesu s cieľom značného zhodnotenia vsádzkových materiálov a minimalizácie podielu škodlivín vo zvyškových látkach.

Pre odborníka bude pochopiteľné, že napríklad na zníženie nákladov sa môže privádzať aj zmes kyslík - vzduch alebo zmes kyslíka a spalného plynu. Rovnako je zrejmé, že v príklade uvedené hodnoty teplôt je treba prispôsobiť podľa spracovávaných vsádzkových látok a požadovanej rýchlosti procesu. Je tiež zrejmé, že sa vsádzkové látky musia pri určitých okolnostiach pred vložením do reaktora rozomlieť, aby sa zamedzilo upchatiu. Podľa vsádzkových látok a požadovaných konečných produktov sa môžu ukázať ako potrebné určité prísady na stabilizáciu výhrevnosti a na zvýšenie výťažnosti prebytočného plynu, ako aj na zlepšenie tvorby trosky, zásaditosti a vytekania trosky.

Pokiaľ sa majú v reaktore spracovávať aj kvapaliny, môžu sa výhodne privádzať dýzou 30 na kvapaliny, ktoré ústia do priestoru prívodu 10 plynu, alebo sa kombinujú s inými prostriedkami privádzania plynu. Pomocou dýzy 30 na kvapaliny sa môže privádzať voda, vodná para alebo iné na zneškodnenie určené kvapaliny, pričom okrem požadovaného zneškodnenia sa môže aj regulovať teplota inertných spalných plynov, proces pyrolýzy a/alebo zloženie a teplota prebytočných plynov.

Ďalej sa môže pri požiadavke cielene privádzať do procesu prach pomocou prívodu 3_1 prachu. Prívod 31 prachu tvorí výhodne stredovo vedená dávkovacia rúrka v prívodnom úseku 1 a v predhrievačom úseku 5, ktorá končí v blízkosti násypného kužeľa 9. Prach sa dopravuje odtiaľ priamo do blízkosti šokového ohrevu vsádzkových materiálov, takže je pri výstupe z dávkovacej rúrky priamo vystavený účinku vysokej teploty, ktorá ovplyvňuje spálenie alebo splynenie napriek tomu, aby pritom dochádzalo k deflagráciám alebo podobne.

Aj keď je vysvetlená forma uskutočnenia zvlášť vhodná na spracovanie (splynenie a tavenie) odpadu obsahujúceho organické zložky, bude odborníkovi zrejmé, že pri použití iných vsádzkových materiálov sú potrebné alebo účelné modifikácie reaktora. Všeobecne sa dá spracovávať aj zvláštny odpad alebo vsádzkové látky s vyšším obsahom kovov, pričom bude čiastočne prevažovať princíp splynenia a čiastočne tavenia. Je možné tiež rôzne vsádzkové látky kombinovať. Tak sa napríklad môžu pridať k taveniu anorganických vsádzkových látok cielene vsádzkové látky s vyššou energetickou hodnotou (napríklad organické odpadky, znehodnotené staré drevo a podobne).

Zo špeciálnych oblastí použitia môžu vzniknúť ďalšie modifikácie a ďalšie vytvorenie reaktora podľa vynálezu a spôsobu podľa vynálezu.

Claims

1. Reaktor na splynenie a/alebo tavenie vsádzkových látok, obsahujúci:

- prívodný úsek (1) s prívodným otvorom (2), na prívod vsádzkových materiálov do reaktora zhora, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje

- úsek (8) pyrolýzy, ktorý je pripojený pri rozšírení prierezu dolu k predchádzajúcemu úseku (1, 5), na vytvorenie násypného kužeľa (9) vsádzkového materiálu;

- prostriedky (10) prívodu plynu, na prívod horúceho plynu na násypný kužeľ (9), pričom tieto prostriedky ústia približne v rovine rozšíreného prierezu do úseku (8) pyrolýzy;

- taviaci a prehrievací úsek (14), ktorý je dolu pripojený pri zúžení prierezu k úseku (8) pyrolýzy;

- horné vstrekovacie prostriedky (15) na prívod energeticky bohatého média do taviaceho a prehrievacieho úseku (14) priamo pod rovinu zúženia prierezu;

- redukčný úsek (20), ktorý sa pripája dolu k taviacemu a prehrievaciemu úseku (14) a obsahuje prostriedky (21) na odsávanie prebytočných plynov;

- kúrenisko (25) s odpichom (27) pod redukčným úsekom na zhromažďovanie a odvádzanie kovových tavenín a roztavenej trosky;

- dolné vstrekovacie prostriedky (26) na prívod energeticky bohatého média priamo nad taveninou a pod prostriedkami (21) na odsávanie plynu.

2. Reaktor podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, že medzi prívodným úsekom (1) a úsekom (8) pyrolýzy je usporiadaný predhrievači úsek (5).

3. Reaktor podlá nároku 2, vyznačujúci sa tým, že predhrievači úsek (5) je prinajmenšom úsekovo vytvorený na dosiahnutie dutého priestoru (6) s dvojitými stenami na vedenie teplonosného média.

4. Reaktor podlá niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že prostriedky (10) na prívod plynu sú vytvorené ako priestor prívodu plynu, do ktorých ústi najmenej jedna spaľovacia komora (11), ktorá je osadená najmenej jedným horákom (12), na prípravu horúcich plynov s teplotou asi 1 000 °C pre násypný kužeľ (9).

5. Reaktor podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že prívodný úsek (1), prípadne predhrievači úsek (5), úsek (8) pyrolýzy a redukčný úsek (20) sú vytvorené ako valcové alebo smerom dolu ľahko sa rozširujúce, že celková dĺžka prívodného úseku (1) a predhrievacieho úseku (5) je najmenej trikrát taká veľká ako priemer prívodného úseku (1) na hornom konci, a že prierez úseku (8) pyrolýzy je najmenej dvakrát taký veľký ako prierez predhrievacieho úseku (5) na dolnom konci.

6. Reaktor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prostriedky (10) prívodu plynu a prostriedky (21) odsávania plynu sú usporiadané na obvode reaktora prstencovito.

7. Reaktor podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že úsek (8) pyrolýzy je vytvorený na dosiahnutie ďalšieho dutého stenového priestoru s dvojitými stenami na vedenie teplonosného média.

8. Reaktor podľa niektorého z nárokov laž 7, vyznačujúci sa tým, že horné a/alebo dolné vstrekovacie prostriedky (15, 26) obsahujú na obvode reaktora väčšie množstvo prstencovito usporiadaných kyslíkových rúrkových dýz (16), alebo dýz na prívod kyslíka alebo zmesi spalných plynov.

9. Reaktor podľa niektorého z nárokov laž 8, vyznačujúci sa tým, že prostriedky (10) prívodu plynu sú spojené s prívodmi kvapaliny, na prívod kvapalnej látky alebo látky vo forme pary.

10. Reaktor podľa niektorého z nárokov laž 9, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje prívody (31) prachu, na prívod prachu priamo v rovine rozšírenia prierezu medzi prívodným úsekom (5) a úsekom (8) pyrolýzy.

11. Reaktor podľa niektorého z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že prívodný úsek (1) je smerom hore do značnej miery plynotesné uzatvorený, pričom je daný priepust na prívod vsádzkových materiálov.

12. Spôsob splynovania a/alebo tavenia vsádzkových látok obsahujúci krok:

- vytvorenie násypného valca (4) reaktora v tvare šachty do značnej miery odtieňovaného od okolia, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje nasledujúce kroky

- šokové ohriatie násypného valca (4) prívodom horúcich plynov v hornej oblasti, aby došlo vo vsádzkových materiáloch ku vzniku pyrolýzy;

- vytvorenie hlbšie položenej horúcej zóny (17) s teplotami nad 1 000 °C prívodom energeticky bohatého média;

- spaľovanie produktov pyrolýzy, tavenie prípadných obsiahnutých kovových a minerálnych zložiek a značné skoksovanie zvyšných látok vo vsádzkových materiáloch v horúcej zóne (17);

- odsávanie všetkých plynov smerom dole cez násypný valec (4), horúcou zónou (17) a hlbšie ležiacou redukčnou zónou (22);

- vyvedenie redukovaných prebytočných plynov z reaktora v oblasti redukčnej zóny (22); zhromažďovanie prípadných prítomných kovových a/alebo troskových tavenín v dolnom úseku reaktora;

- privedenie energeticky bohatých médií priamo nad zhromaždené taveniny, aby sa udržali v tekutom stave;

- odpich tavenín v prípade potreby.

13. Spôsob podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že sa ako energeticky bohaté médiá privádzajú kyslík, spalné plyny, podiely odsatého prebytočného plynu, kvapalné palivá alebo práškové palivá.

14. Spôsob podľa nároku 12 alebo 13, vyznačujúci sa tým, že obsahuje ďalej nasledujúce kroky:

- stráženie úrovne plnenia reaktora, aby mal násypný valec (4) stále výšku medzi minimálnou a maximálnou hodnotou;

- nastavenie minimálnej hodnoty tak, aby násypný valec (4) nad bodom šokového ohrevu bol od okolia odtienený relatívne tesne uloženým vsádzkovým materiálom.

15. Spôsob podľa niektorého z nárokov 12 až 14, vyznačujúci sa tým, že obsahuje krok predsušenia vsádzkových materiálov ohrevom násypného valca (4) nad bodom šokového ohrevu na asi 100 °C.

16. Spôsob podľa niektorého z bodov 12 až 15, vyznačujúci sa tým, že obsahuje krok regulácie podtlaku na odsatie plynov, takže takmer žiadne plyny neuniknú hore z reaktora a zhora z okolia sa nasáva násypným valcom (4) iba minimálne množstvo prídavného vzduchu.

17. Spôsob podľa niektorého z nárokov 12 až 16, vyznačujúci sa tým, že obsahuje ďalej nasledujúce kroky:

- vytváranie horúcich plynov na šokový ohrev násypného valca (4) spaľovaním cudzích palív v Štartovacej fáze spôsobu;

- vytváranie horúcich plynov na šokový ohrev násypného valca (4) spaľovaním aspoň čiastočne vyčistených redukovaných prebytočných plynov, ktoré sa vyvádzajú z reaktora, prípadne v kombinácii s cudzími palivami.

18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že spaľovanie sa vykonáva pri nedostatku kyslíka, takže vzniká inertný spalný plyn, ktorý sa skladá do značnej miery z kysličníka uhličitého a vodnej pary.

SK 288020 Β6

19. Spôsob podľa niektorého z nárokov 12 až 18, vyznačujúci sa tým, že vyvedené prebytočné plyny sa privádzajú do ďalej pripojeného plynového hospodárstva na chladenie a/alebo čistenie.

20. Spôsob podľa niektorého z nárokov 12 až 19, vyznačujúci sa tým, že v bezprostrednej blízkosti šokového ohrevu násypného valca (4) sa privádza na zhodnotenie prach.

5 21. Spôsob splynovania a/alebo tavenia vsádzkových látok podľa niektorého z nárokov 12 až 20, vyznačujúci sa tým, že sa vykonáva reaktorom podľa niektorého z nárokov 1 až 11.

1 výkres