SK288535B6 - Spôsob pyrolýzy, termického rozkladu, pevného sypkého organického odpadu a reaktor na jeho uskutočňovanie - Google Patents

Abstract

Vynález sa týka spôsobu pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice (1), pri ktorom sa pevný sypký organický odpad privádza do reakčného priestoru (320) reaktora (1), okolo ktorého je umiestnený vyhrievaný dutý plášť (32) reakčného priestoru (320), ktorý tvorí vedenie (3) teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora (1), a pri prechode pevného sypkého organického odpadu týmto reakčným priestorom (320) dochádza k jeho pyrolýze, pričom pohyb následne privádzaného pevného sypkého organického odpadu je v tomto reakčnom priestore (320) spomaľovaný protiprúdom paroplynových produktov vytvorených pyrolýzou prechádzajúceho pevného sypkého organického odpadu. Vynález sa ďalej týka reaktora (1) na pyrolýzu pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice, v ktorého vnútornom priestore je vytvorený reakčný priestor (320), okolo ktorého je umiestnený vyhrievaný dutý plášť (32) reakčného priestoru (320), ktorý je prepojený so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1) a s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) a ktorý je oddelený od vnútorného priestoru reaktora (1).

Description

Vynález sa týka spôsobu pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu (POO), najmä čistiarenských kalov, kalov z bioplynových staníc a pod.

Vynález sa ďalej týka tiež reaktora na uskutočňovanie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

Cistiarenské kaly sú produktom technologických procesov čistenia odpadových vôd v komunálnych čističkách. Ide o heterogénne suspenzie organických a anorganických látok, ktoré okrem iného obsahujú rad mikroorganizmov (baktérií, húb, plesní, kvasiniek a pod.), niektoré vyššie organizmy (prvoky, vírniky, hlístice a pod.) a tiež rôzne stopové prvky, vrátane rezíduí niektorých chemických látok (liečiv, hormónov, pesticídov, povrchovo aktívnych látok a pod.).

Kaly z bioplynových staníc sú potom produktom riadeného aeróbneho alebo anaeróbneho bakteriálneho rozkladu organického odpadu a energetických plodín. Ide o pevný prevažne organický materiál, ktorý má vyššie pH (zvyčajne 7 až 8) a okrem rezíduí rôznych chemických látok obsahuje tiež pomerne vysoké množstvo dusíka, fytopatogénne semená rastlín, a prežívajú v ňom aj niektoré mikroorganizmy, ako napr. pôvodca rakoviny zemiakov (Synchytrium endobioticium) atď.

Vďaka svojmu zloženiu tak predstavujú tieto materiály nebezpečný organický odpad, ktorý je vážnym rizikom nielen pre životné prostredie, ale aj pre zdravie ľudí a zvierat. Len v ČR sa pritom ročne produkuje viac ako 200 000 ton čistiarenských kalov a náklady na ich skladovanie a manipuláciu s nimi tvoria viac ako polovicu celkových nákladov na čistenie odpadových vôd. V súčasnosti však nejestvuje žiadna univerzálna metóda na efektívne a súčasne ekologické využitie či likvidáciu týchto materiálov - ich väčšia časť sa aj napriek uvedenému využíva ako organické hnojivo, menšia časť sa spaľuje, prípadne splyňuje.

Na splyňovanie týchto materiálov a tiež ďalších typov biomasy bol v patente RU 2393200 navrhnutý reaktor na pyrolýzu, ktorý je založený na princípe protiprúdu, a pri ktorom sa ku splynovanému materiálu privádza prúd teplonosného plynného média ohriateho spaľovaním technologického paliva v spodnej časti reaktora. Nevýhodou tohto riešenia je, že vďaka konštrukcii reaktora dochádza k miešaniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným plynným médiom, takže sa paroplynové produkty pyrolýzy riedia a znečisťujú, a v dôsledku toho sa znižujú ich energetické vlastnosti, resp. možnosti ich ďalšieho využitia (napr. spaľovanie).

Cieľom vynálezu je tak navrhnúť spôsob pyrolýzy pevných sypkých organických odpadov (POO), najmä čistiarenských kalov z komunálnych čističiek odpadových vôd, kalov z bioplynových staníc a pod., a reaktor na uskutočňovanie tohto spôsobu, ktoré by odstránili nevýhody doteraz známych spôsobov a reaktorov určených na tento alebo podobný účel, a súčasne boli ekonomicky výhodné a energeticky sebestačné.

Podstata vynálezu

Cieľ vynálezu sa dosiahne spôsobom pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice v reaktore, pri ktorom sa pevný sypký organický odpad privádza do reakčného priestoru reaktora, okolo ktorého je usporiadaný vyhrievaný dutý plášť reakčného priestoru, ktorý tvorí vedenie teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora. Pri prechode pevného sypkého organického odpadu týmto reakčným priestorom potom dochádza k jeho pyrolýze, pričom pohyb následne privádzaného sypkého organického odpadu je v tomto reakčnom priestore spomaľovaný protiprúdom paroplynových produktov vytvorených pyrolýzou predchádzajúceho pevného sypkého organického odpadu. Tým sa dosiahne vysoká efektivita pyrolýzy bez toho, aby došlo k zmiešaniu či zriedeniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným médiom a tieto sú tak vhodné na ďalšie použitie bez ďalších technologických krokov.

Zvýšenie efektivity pyrolýzy sa ďalej dosiahne, pokiaľ sa pevný sypký organický odpad pred privedením do reakčného priestoru privedie na šikmú a/alebo zaoblenú vyhrievanú plochu, na ktorej vytvára pohybujúcu sa vrstvu a na ktorej sa predhrieva a súčasne dochádza k jeho čiastočnej pyrolýze.

Ďalšie zvýšenie efektivity sa potom dosiahne, pokiaľ sa pevný sypký organický odpad po výstupe z reakčného priestoru privedie na šikmú a/alebo zaoblenú vyhrievanú plochu, na ktorej vytvára pohybujúcu sa vrstvu, a na ktorej dochádza k jeho finálnej pyrolýze. Pritom je výhodné, pokiaľ paroplynové produkty tejto finálnej pyrolýzy vstupujú do reakčného priestoru reaktora, aby v ňom ďalej spomaľovali pohyb pevného sypkého organického odpadu.

Cieľ vynálezu sa tiež dosiahne reaktorom na pyrolýzu pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice, v ktorého vnútornom priestore je vytvorený reakčný priestor, okolo ktorého je usporiadaný vyhrievaný dutý plášť reakčného priestoru, ktorý je prepojený so vstupom teplonosného média do reaktora a s výstupom teplonosného média z reaktora a ktorý je uzatvorený proti vnútornému priestoru reaktora, aby nedochádzalo k zmiešaniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným médiom.

Na zvýšenie efektivity pyrolýzy je v smere pohybu pevného sypkého organického odpadu vo vnútornom priestore reaktora za reakčným priestorom usporiadaná spodná komora, ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k výstupu pevného sypkého organického odpadu z reakčného priestoru a ktorá je priamo prepojená so vstupom teplonosného média do reaktora a s výstupom teplonosného média z reaktora, prípadne je so vstupom teplonosného média do reaktora a/alebo s výstupom teplonosného média z reaktora prepojená prostredníctvom dutého plášťa reakčného priestoru. Táto komora je súčasne uzavretá proti vnútornému priestoru reaktora, aby nedochádzalo k zmiešaniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným médiom.

Vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha spodnej komory je výhodne tvorená povrchom v tvare plášťa kužeľa, zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

Na ďalšie zvýšenie efektivity pyrolýzy je v smere pohybu pevného sypkého organického odpadu vo vnútornom priestore reaktora pred reakčným priestorom usporiadaná horná komora, ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k prívodu pevného sypkého organického odpadu do vnútorného priestoru reaktora a ktorá je priamo prepojená s výstupom teplonosného média z reaktora a so vstupom teplonosného média do reaktora, prípadne je so vstupom teplonosného média do reaktora a/alebo s výstupom teplonosného média z reaktora prepojená prostredníctvom dutého plášťa reakčného priestoru a/alebo spodnej komory. Táto komora je súčasne uzavretá proti vnútornému priestoru reaktora, aby nedochádzalo k zmiešaniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným médiom.

Vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha hornej komory je výhodne tvorená povrchom v tvare plášťa kužeľa, zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

V inom variante uskutočnenia reaktora podľa vynálezu je horná komora, ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k prívodu pevného sypkého organického odpadu do vnútorného priestoru reaktora uložená aspoň čiastočne v reakčnom priestore reaktora. Jej vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha má výhodne tvar plášťa kužeľa, zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

Takto umiestnená horná komora pritom nemusí byť prepojená so vstupom a teda ani výstupom teplonosného média do reaktora a je vyhrievaná nepriamo prenosom tepla z dutého plášťa reakčného priestoru. Na zlepšenie účinnosti jej ohrevu však môže byť s výstupom teplonosného média z reaktora a so vstupom teplonosného média do reaktora prepojená a to buď priamo, alebo aspoň s jedným z nich prostredníctvom dutého plášťa reakčného priestoru a/alebo spodnej komory. V takomto prípade je nutné, aby bola horná komora uzavretá proti vnútornému priestoru reaktora, aby nedochádzalo k zmiešaniu paroplynových produktov pyrolýzy s teplonosným médiom.

V tomto usporiadaní je ďalej výhodné, pokiaľ je okolo aspoň časti výšky hornej komory usporiadaný usmerňovač pevného sypkého organického odpadu, pri ktorého výstupnom konci je uložený rozrážač prúdu paroplynových produktov pyrolýzy, ktorý bráni vstupu paroplynových produktov pyrolýzy do usmerňovača pevného sypkého organického odpadu a spomaľovania jeho pohybu v ňom.

V prípade, kedy je z konštrukčných alebo technologických dôvodov medzi vonkajšou stenou dutého plášťa reakčného priestoru a vnútornou stenou plášťa reaktora vytvorený voľný priestor, je výhodné, pokiaľ je tento priestor aspoň čiastočne zaslepený a/alebo vyplnený vhodným tepelnoizolačným materiálom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na priloženom výkrese je na obr. la schematicky znázornený rez prvým príkladným variantom reaktora na uskutočňovanie pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu podľa vynálezu, na obr. lb až ld rez jednotlivými prvkami uloženými vo vnútornom priestore reaktora vo variante podľa obr. la, na obr. 2a rez druhým príkladným variantom reaktora na uskutočňovanie pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu podľa vynálezu a na obr. 2b až 2d rez jednotlivými prvkami uloženými vo vnútornom priestore reaktora vo variante podľa obr. 2a.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Spôsob pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu (POO), najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynových staníc, bude vysvetlený na dvoch príkladných variantoch reaktora na uskutočňovanie tohto spôsobu znázornených na obr. la a 2a. Okrem toho je ho však možné pri splnení určitých podmienok, ktoré budú opísané, uskutočňovať aj v konštrukčne odlišných reaktoroch.

Reaktor 1 na pyrolýzu sypkého POO, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynových staníc podľa vynálezu, znázornený na obr. la a 2a, obsahuje valcový oceľový plášť 2, v ktorom je uložené vedenie 3 teplonosného média, ktoré je oddelené od vnútorného priestoru reaktora L Plášť 2 reaktora J_ je pritom v oboch znázornených variantoch vo svojej spodnej časti skosený smerom k výstupu 4 pevných produktov pyrolýzy ajeho steny tu tvoria kužeľovú násypku 40, a vo svojej hornej časti je zaoblený smerom k výstupu 5 paroplynových produktov pyrolýzy, ktorý je výhodne umiestnený v jeho najvyššom mieste. V hornej časti reaktora J_ je do jeho vnútorného priestoru cez jeho plášť 2 zavedený prívod 6 sypkého POO, ktorý je v znázornených variantoch tvorený podávacím potrubím 60 zakončeným vo variante znázornenom na obr. la na úrovni pozdĺžnej osi 20 plášťa 2 reaktora 1 zvislým úsekom 61 a vo variante znázornenom na obr. 2a v blízkosti tejto osi 20 prepadom 62. V oboch variantoch je pritom tento prívod 6 vo vnútornom priestore reaktora J_ vedený šikmo nahor pod uhlom 45°, čo bráni nežiaducemu prieniku paroplynových produktov pyrolýzy prostredníctvom tohto prívodu 6 mimo reaktora 1. V iných neznázornených variantoch uskutočnenia môže byť uhol vedenia prívodu 6 sypkého POO v podstate ľubovoľný iný, najmä väčší, pričom tento prívod 6 môže byť tiež vytvorený a/alebo ukončený, resp. vyústený vo vnútornom priestore reaktora 1 iným známym spôsobom a/alebo v inom mieste - napríklad môže prechádzať aj zaoblenou hornou časťou plášťa 2 reaktora 1. Prívod 6 sypkého POO je vybavený vhodným neznázorneným dopravníkom, výhodne napr. závitovkovým dopravníkom.

Vedenie 3 teplonosného média (plynu, spalín a pod.) oddelené od vnútorného priestoru reaktora J_ obsahuje vo variante reaktora J_ znázornenom na obr. la spodnú komoru 31 (pozri obr. lb), ktorá nadväzuje na vstup 30 teplonosného média, ktorý je usporiadaný v spodnej časti reaktora J_, dutý plášť 32 reakčného priestoru 320 (pozri obr. lc), ktorý je prepojený so spodnou komorou 31 a hornou komorou 33 (obr. 1 d), ktorá je prepojená s dutým plášťom 32 reakčného priestoru 320 a na ktorú nadväzuje výstup 34 teplonosného média, ktorý je usporiadaný v hornej časti reaktora L Vo variante znázornenom na obr. 2a potom vedenie 3 teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora obsahuje len spodnú komoru 31 (pozri obr. 2b), ktorá nadväzuje na vstup 30 teplonosného média, a dutý plášť 32 reakčného priestoru 320 (pozri obr. 2c), ktorý je prepojený so spodnou komorou 31 a s výstupom 34 teplonosného média. Horná komora 33 (pozri obr. 2d) je pritom aspoň čiastočne uložená v reakčnom priestore 320 bez prepojenia s jeho dutým plášťom

32. takže nemusí byť oddelená od vnútorného priestoru reaktora, pretože sa do nej neprivádza teplonosné médium. V neznázornenom variante uskutočnenia však môže byť aj pri tomto umiestnení horná komora 33 prepojená s dutým plášťom 32 reakčného priestoru 320 a/alebo so spodnou komorou 31. a/alebo samostatne so zdrojom teplonosného média a tvoriť tak časť alebo samostatné vedenie 3 teplonosného média.

Spodná komora 31 je v oboch znázornených variantoch uskutočnenia tvorená dutou valcovou komorou, ktorá je vo vnútornom priestore reaktora 1 usporiadaná súosovo s jeho plášťom 2, pričom jej horná časť 310 je vytvarovaná smerom nahor do tvaru plášťa kužeľa 311 s vrcholovým uhlom 90° - v ďalších neznázornených variantoch však môže mať tento vrcholový uhol inú veľkosť a/alebo kužeľ 311 môže byť vytvorený bez vrcholu, napr. ako zrezaný alebo ako zrezaný so šikmou hornou podstavou a pod. Vo vnútornom priestore spodnej komory 31 je potom oproti vyústeniu vstupu 30 teplonosného média výhodne usporiadaná priečka 312. ktorá vychyľuje privádzané teplonosné médium k jej šikmej ploche - v danom príklade uskutočnenia do jej kužeľovej časti. Spodná komora 31 je vedením 3132 prepojená s nad ňou usporiadaným dutým plášťom 32 reakčného priestoru 320. pričom toto vedenie 3132 môže byť vyústené najmä z jej kužeľovej časti (variant znázornený na obr. la) alebo z jej valcovej časti (variant znázornený na obr. 2a), prípadne odinakiaľ.

V ďalších neznázornených variantoch uskutočnenia môže byť spodná komora 31 vytvorená v podstate ľubovoľne inak, pričom jedinou požiadavkou je, aby obsahovala aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k výstupu sypkého POO z reakčného priestoru 320. Dutý plášť 32 reakčného priestoru 320 je tvorený dutým valcovým telesom usporiadaným vo vnútornom priestore reaktora J_ súosovo s jeho plášťom 2, okolo valcového reakčného priestoru 320. Vo vnútornom priestore dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 je sústavou priečok 321 vhodného tvaru a veľkosti vytvorené vedenie teplonosného média, ktoré má vo výhodnom vyhotovení znázornenom na obr. lc a 2c napr. tvar stúpajúcej skrutkovice, ale v ďalších neznázornených variantoch môže mať ľubovoľný iný tvar, ktorý zabezpečí čo najdokonalejšiu výmenu tepla medzi teplonosným médiom privedeným do vnútorného priestoru dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 a reakčným priestorom 320. Horná stena 322 dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 je vo variante znázornenom na obr. la, resp. lc skosená smerom ku svojmu stredu, resp. ku vstupu do reakčného priestoru 320 reaktora J_ s vrcholovým uhlom 105°. V ďalších neznázornených variantoch však môže mať tento vrcholový uhol v podstate ľubovoľnú inú vhodnú veľkosť, ktorá zabezpečí posun sypkého POO dopadajúceho na túto stenu 322 do reakčného priestoru 320. prípadne môže byť aspoň čiastočne zaoblená. Dutý plášť 32 reakčného priestoru 320 je potom vedením 3233 prepojený s nad ním usporiadanou hornou komorou

33. pričom toto vedenie 3233 môže byť vyústené napríklad z jeho hornej skosenej steny 322 (variant znázornený na obr. la), z jeho vnútornej steny, prípadne aj odinakiaľ.

V ďalších neznázornených variantoch uskutočnenia môže byť dutý plášť 32 reakčného priestoru 320 vytvarovaný v podstate ľubovoľne inak, pričom jedinou požiadavkou je, aby obsahoval dutinu (reakčný priestor 320), ktorej obvodová stena je po čo najväčšej časti svojho povrchu vyhrievaná teplonosným médiom vedeným v dutom plášti 32.

Priestor 3220 medzi vonkajšou stenou dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 a vnútornou stenou plášťa 2 reaktora X (pokiaľ je z konštrukčných alebo technologických dôvodov vytvorený) je výhodne aspoň na svojej spodnej strane zaslepený, t. j. vyplnený, uzatvorený a/alebo aspoň čiastočne vyplnený vhodným materiálom, aby boli všetky paroplynové produkty pyrolýzy vytvorené v priestore pod ním nasmerované len alebo prednostne do reakčného priestoru 320. Vhodnou výplňou je potom najmä materiál s dobrými izolačnými vlastnosťami a súčasne žiaruvzdornosťou, ako napr. keramická vata.

Horná komora 33 je vo variante znázornenom na obr. la tvorená dutou valcovou komorou (pozri obr. ld), ktorá je vnútornom priestore reaktora X usporiadaná súosovo s jeho plášťom 2, pričom jej horná časť 330 je vytvarovaná smerom nahor do tvaru plášťa kužeľa 331 s vrcholovým uhlom 60° a jej spodná časť 332 je vytvarovaná smerom dole do tvaru plášťa zrezaného kužeľa 333 s rovnakým vrcholovým uhlom. V ďalších neznázornených variantoch však môže mať vrcholový uhol aspoújednej z ich častí inú veľkosť a/alebo môže byť horný kužeľ 331 vytvorený bez vrcholu, napr. ako zrezaný alebo so šikmou hornou podstavou, prípadne môže byť spodný kužeľ 333 vytvorený s vrcholom, zrezaným kužeľom so šikmou podstavou atď. Vo vnútornom priestore hornej komory 33 je potom oproti vyústeniu vedenia 3233 výhodne usporiadaná priečka 334, ktorá vychyľuje privádzané teplonosné médium k jej šikmej ploche a/alebo zaoblenej ploche privrátenej k prívodu 6 sypkého POO - v znázornenom variante uskutočnenia do jej hornej kužeľovej časti. Horná komora 33 je vedením 3334 prepojená s výstupom 34 teplonosného média z vnútorného priestoru reaktora χ. Toto vedenie 3334 môže byť vyústené najmä z jej spodnej kužeľovej časti (variant znázornený na obr. la), hornej kužeľovej časti, prípadne odinakiaľ.

Vo variante znázornenom na obr. 2a je okolo spodnej časti 332 hornej komory 33, ktorá je vytvarovaná do tvaru plášťa kužeľa 333, po celej jej výške alebo aspoň jej časti usporiadaný usmerňovač 35 sypkého POO tvorený vedením v tvare plášťa zrezaného kužeľa. Jeho vrcholový uhol je výhodne rovnaký ako vrcholový uhol kužeľa 333 spodnej časti 332 hornej komory 33, ale v iných variantoch môže byť v podstate ľubovoľný iný, najmä väčší, aby zabezpečil bezproblémový prechod sypkého POO. K vrcholu spodnej časti 332 hornej komory 33 je potom pripojený rozrážač 36 prúdu paroplynových produktov pyrolýzy, ktorý je v znázornenom variante uskutočnenia tvorený pevným telesom diskového tvaru, ktorého horná stena 360 ie vytvarovaná smerom nahor do tvaru plášťa kužeľa 3601 s vrcholovým uhlom 90°, prípadne v podstate ľubovoľným iným, a ktorého spodná stena 361 je smerom dole zaoblená. V ďalších neznázornených variantoch uskutočnenia však môže byť rozrážač 36 prúdu paroplynových produktov pyrolýzy tvorený aspoň jedným inak tvarovaným a/alebo inde v blízkosti výstupného konca usmerňovača 35 uloženým pevným alebo pohyblivým telesom. V neznázornenom variante uskutočnenia môže byť tento rozrážač 36 tvorený lopatkami uloženými na povrchu hornej komory 33 a/alebo dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320, a/alebo v priestore medzi nimi. Ďalším rozdielom oproti variantu znázornenom na obr. la je potom tvar hornej steny 322 dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320, ktorá je v tomto variante rovná, a umiestnenie hornej komory 33, ktorá je aspoň čiastočne, prípadne celá, usporiadaná v hornej časti dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 reaktora X rozšírenej na tento účel, a tiež to, že s výstupom 34 teplonosného média z reaktora Xje prepojený dutý plášť 32 reakčného priestoru 320. V neznázornenom variante uskutočnenia potom môže byť horná stena 322 dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 vytvorená ako skosená a/alebo zaoblená smerom ku vstupu do reakčného priestoru 320. V inom neznázornenom variante môže byť v hornej časti reakčného priestoru 320 vnútorná stena jeho dutého plášťa 32 skosená a/alebo zaoblená smerom kjeho stredu a lepšie, resp. tesnejšie tak kopírovať tvar hornej komory 33.

Všeobecne môže byť horná komora 33 vytvarovaná v podstate ľubovoľne inak, pričom jedinou požiadavkou je, aby obsahovala aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k prívodu 6 sypkého POO.

Na základe uvedeného je odborníkovi v danom odbore úplne jasné, že jednotlivé prvky reaktora X, najmä vedenia 3 výhrevného média alebo jeho časti, je možné vytvoriť a vzájomne usporiadať v podstate ľubovoľne inak. Napríklad môže byť niektorý z týchto prvkov umiestnený vo vnútornom priestore reaktora X nesúosovo s jeho plášťom 2 a/alebo ostatnými prvkami vedenia 3 teplonosného média oddeleného od vnútorného priestoru reaktora X, alebo môže mať ľubovoľný prierez iný ako kruhový - napr. trojuholníkový, štvoruholníkový alebo viacuholníkový (pravidelný alebo nepravidelný). V každom inom variante uskutočnenia však musí mať horná komora 33 a dolná komora 31 aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú k prívodu 6 sypkého POO, aby sa na nej sypký POO mohol pohybovať samospádom a pritom sa formovať do tenkej vrstvy. Tieto šikmé a/alebo zaoblené plochy pritom môžu byť navyše vybavené vhodnými neznázornenými vodiacimi prvkami, ako napr. drážkami a/alebo vodiacimi lištami, a/alebo inými výstupkami, ktoré upravujú pohyb vrstvy sypkého POO a/alebo môžu byť tvorené aspoň s dvoma rôznymi šikmými a/alebo zaoblenými plochami s rôznou dĺžkou a/alebo šikmosťou, a/alebo zaoblením - v prípade, kedy sú tvorené kužeľovou plochou, môže ktorákoľvek z nich obsahovať aspoň dva úseky s rôznym vrcholovým uhlom, vrátane nulového uhla, a pod. Okrem toho môže byť šikmá plocha tvorená dvoma šikmými stenami, ktoré medzi sebou tvoria ostrie, alebo medzi ktorými je usporiadaná rovinná, alebo ľubovoľná priestorová plocha. V každej časti vedenia 3 teplonosného média oddeleného od vnútorného priestoru reaktora X môže byť vytvorený aspoňjeden prostriedok na vychýlenie privádzaného teplonosného média napr. k jednej z jeho stien, najmä k stene so šikmou a/alebo zaoblenou plochou. Takým prostriedkom môže byť napr. rovinná priehradka 312, 321, 334, priestorovo tvarovaná priehradka, clona, rebro, lopatka/lopatky alebo iný vhodný prostriedok, v prípade potreby vybavený otvorom/otvormi.

V ďalších neznázornených variantoch uskutočnenia sú jednotlivé časti vedenia 3 teplonosného média prepojené mimo reaktora X, prípadne je každá z nich, alebo ľubovoľná kombinácia aspoň dvoch z nich, prepojená so zdrojom teplonosného média samostatne, takže potom tvorí samostatné vedenie 3 teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora χ.

Vedenie 3 teplonosného média alebo aspoň jeho časti sú výhodne vytvorené z materiálu s vysokým koeficientom prenosu tepla, ako napr. liatiny, nehrdzavejúcej ocele a pod.

Pri prevádzke reaktora X podľa vynálezu, resp. pri uskutočňovaní pyrolýzy sypkého POO podľa vynálezu, sa do vedenia 3 teplonosného média oddeleného od vnútorného priestoru reaktora X privádza ohriate teplonosné médium (plyn, spaliny a pod.), ktoré ohrieva steny spodnej komory 31 dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 a hornej komory 33 (v prípade variantu na obr. 2a nepriamo). Prívodom 6 sypkého POO sa pritom do vnútorného priestoru reaktora X dodáva POO, najmä čistiarenské kaly a/alebo kaly z bioplynovej stanice a pod. pretvorené počas predchádzajúceho sušenia a drvenia/mletia na sypký materiál. Tento sypký POO následne pôsobením gravitácie padá na šikmú plochu hornej komory 33 - v znázornenom variante uskutočnenia na vrchol a/alebo do jeho blízkosti horného kužeľa 331 a posunuje sa po tejto ploche smerom dole, pričom sa formuje do relatívne tenkej vrstvy, ktorej hrúbka sa s ďalším posunom a rastúcou veľkosťou šikmej plochy postupne zmenšuje. Vďaka tomu dochádza k efektívnemu prenosu tepla z výhrevného média cez hornú stenu 33 hornej komory do sypkého POO a jeho dobrému prehriatiu v celom objeme, pričom pri prekročení medze termickej stability v ňom obsiahnutých organických zlúčenín dochádza ku štiepeniu týchto zlúčením na stály nízkomolekulárny paroplynový produkt a na pevný zvyšok - t. j. k pyrolýze. Po prepade sypkého POO cez hranu šikmej plochy hornej komory 33 tento POO dopadá podľa konštrukcie a/alebo vzájomného umiestnenia hornej komory 33 a dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 na hornú stenu 322 dutého plášťa 32 reakčného priestoru 320 a jej tvarom je smerovaný do reakčného priestoru 320, alebo dopadá priamo do reakčného priestoru 320. V ňom je vďaka konštrukcii dutého plášťa 32 vystavený najväčšiemu ohrevu a prebieha tu teda jeho najintenzívnejšia pyrolýza. Zostávajúci sypký POO potom prepadáva reakčným priestorom 320 na šikmú plochu spodnej komory 31 - v znázornenom variante uskutočnenia na vrchol alebo do jeho blízkosti horného kužeľa 311. Po tejto ploche sa opäť vďaka jej šikmosti posunuje smerom dole a pritom sa formuje do relatívne tenkej vrstvy, ktorej hrúbka sa s ďalším posunom a rastúcou veľkosťou šikmej plochy postupne zmenšuje. Pritom dochádza k jeho finálnej pyrolýze a uvoľneniu organických zlúčenín, ktorých pyrolýza zatiaľ neprebehla alebo nebola kompletne dokončená. Paroplynové produkty pyrolýzy pritom prechádzajú celým plášťom 2 reaktora X smerom k výstupu 5 paroplynových produktov pyrolýzy a v reakčnom priestore 320 reaktora X sa dostávajú do kontaktu s padajúcimi časticami sypkého POO, ktorých pád svojim protipohybom spomaľujú a predlžujú tak čas ich prítomnosti v reakčnom priestore 320, čím tu zvyšujú efektivitu ich pyrolýzy.

Pri prevádzke reaktora X vo variante znázornenom na obr. 2a je sypký POO po prepade z hornej steny 330 hornej komory 33 smerovaný do reakčného priestoru 320 vedením 35 sypkého POO. Jeho pevné zvyšky potom padajú z reakčného priestoru 320 na hornú stenu 310 spodnej komory 31. Rozrážač 36 prúdu paroplynových produktov pyrolýzy pritom bráni prieniku paroplynových produktov pyrolýzy do vedenia 35 sypkého POO, pretože tie by ho tu spomaľovali, a tieto produkty tak obchádzajú hornú komoru 33 rozšírenou časťou reakčného priestoru 320 a smerujú k výstupu 5 paroplynových produktov pyrolýzy, ktorým sú odvádzané z reaktora χ.

Po výstupe z reaktora X sa tieto paroplynové produkty pyrolýzy privádzajú do neznázorneného chladiaceho systému, kde dochádza k ich kondenzácii, resp. k oddeleniu ich zložiek, ktoré sú pri nastavených podmienkach kvapalné a plynné. Oba typy týchto zložiek sú pritom vďaka svojmu zloženiu horľavé, takže je možné ich využiť ako palivo napr. na výrobu elektrickej a/alebo tepelnej energie. Časť z nich a/alebo ich zvyškové teplo je pritom možné využiť aj na predohrev a/alebo predsušenie sypkého POO pred jeho vstupom do reaktora X a/alebo po ňom, alebo na výrobu elektrickej energie nutnej na prevádzku reaktora X ajeho obslužných prvkov. Vďaka tomu je prevádzka reaktora X podľa vynálezu energeticky sebestačná.

Pevné produkty pyrolýzy tvorené prevažne popolom, škvarou či nehorľavými prímesami POO, ako napr. pieskom, kameňmi a pod. potom padajú do spodnej časti reaktora X a vďaka jeho tvarovaniu sú smerované do výstupu 4 pevných častíc. Odtiaľ sú podľa potreby kontinuálne alebo priebežne vyvážané na skládku, alebo na ďalšie spracovanie či použitie.

Výhodou reaktora 1 na pyrolýzu sypkého POO podľa vynálezu je, že paroplynové produkty pyrolýzy sa nedostávajú do kontaktu s teplonosným médiom, takže nedochádza k ich miešaniu či riedeniu, takže môžu byť bez ďalšieho okamžite spaľované. Ďalšou nezanedbateľnou výhodou je potom to, že pri pyrolýze sa úplne zničia akékoľvek mikroorganizmy či vyššie organizmy obsiahnuté v POO, ako napr. v čistiarenských kaloch, kaloch z bioplynových staníc alebo iných podobných materiáloch, takže pevný zvyšok pyrolýzy nepredstavuje v tomto smere žiadne riziko pre životné prostredie.

Pri použití reaktora J_ podľa vynálezu prebieha pyrolýza pri teplote v rozmedzí cca 450 až 650 °C, ale konštrukcia reaktora 1 nebráni tomu, aby prebiehala pri vyššej teplote, pokiaľ je to z nejakého dôvodu potrebné.

Na uskutočňovanie pyrolýzy sypkého POO podľa vynálezu je možné použiť aj inú konštrukciu reaktora, ako sú varianty znázornené na obr. la a 2a, pričom požadovaným minimom je reaktor í, ktorý obsahuje vedenie 3 teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora í, tvorené minimálne vyhrievaným dutým plášťom 32 reakčného priestoru 320. Výhodné však je, pokiaľ sa po výstupe z reakčného priestoru 320 pevné zvyšky sypkého POO rozložia do tenkej vrstvy na vyhrievanej šikmej ploche, pretože paroplynové produkty pyrolýzy, ktoré sa uvoľňujú z tejto vrstvy, vytvárajú v reakčnom priestore 320 protiprúd a spomaľujú tu pohyb sypkého POO, čím prispievajú k jeho efektívnejšej pyrolýze. Podľa uskutočňovaných experimentov sa však ako celkovo najefektívnejšie javí usporiadanie s hornou komorou 33 predradenou v smere pohybu sypkého POO v reaktore 1 pred reakčným priestorom 320. Na šikmej ploche hornej komory 33 totiž dochádza k predohrevu sypkého POO a zahájeniu jeho pyrolýzy, takže pyrolýza prebiehajúca v reakčnom priestore je potom vďaka tomu rýchlejšia a dôkladnejšia.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (14)

1. Spôsob pyrolýzy, termického rozkladu, pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice v reaktore (1), vyznačujúci sa tým, že pevný sypký organický odpad sa privádza do reakčného priestoru (320) reaktora (1), okolo ktorého je usporiadaný vyhrievaný dutý plášť (32) reakčného priestoru (320), ktorý tvorí vedenie (3) teplonosného média oddelené od vnútorného priestoru reaktora (1), a pri prechode pevného sypkého organického odpadu týmto reakčným priestorom (320) dochádza k jeho pyrolýze, pričom pohyb následne privádzaného pevného sypkého organického odpadu je v tomto reakčnom priestore (320) spomaľovaný protiprúdom paroplynových produktov vytvorených pyrolýzou predchádzajúceho pevného sypkého organického odpadu.

2. Spôsob pyrolýzy podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že pevný sypký organický odpad sa pred privedením do reakčného priestoru (320) reaktora (1) privedie na šikmú a/alebo zaoblenú vyhrievanú plochu hornej komory (33) alebo dutého plášťa (32) reakčného priestoru (320), na ktorej vytvára pohybujúcu sa vrstvu a na ktorej sa predohrieva a dochádza k jeho čiastočnej pyrolýze.

3. Spôsob pyrolýzy podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že pevný sypký organický odpad sa po výstupe z reakčného priestoru (320) privedie na šikmú a/alebo zaoblenú vyhrievanú plochu spodnej komory (31), na ktorej vytvára pohybujúcu sa vrstvu a na ktorej dochádza k jeho finálnej pyrolýze.

4. Spôsob pyrolýzy podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že paroplynové produkty finálnej pyrolýzy pevného sypkého organického odpadu vstupujú do reakčného priestoru (320) reaktora (1).

5. Reaktor (1) na pyrolýzu pevného sypkého organického odpadu, najmä čistiarenských kalov a kalov z bioplynovej stanice, vyznačujúci sa tým, že v jeho vnútornom priestore je vytvorený reakčný priestor (320), okolo ktorého je usporiadaný vyhrievaný dutý plášť (32) reakčného priestoru (320), ktorý je prepojený so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1) a s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) a ktorý je oddelený od vnútorného priestoru reaktora (1).

6. Reaktor (1) podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že v smere pohybu pevného sypkého organického odpadu vo vnútornom priestore reaktora (1) je za reakčným priestorom (320) usporiadaná spodná komora (31), ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k výstupu pevného sypkého organického odpadu z reakčného priestoru (320) a ktorá je prepojená so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1) a s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) a/alebo je so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1) a/alebo s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) prepojená prostredníctvom dutého plášťa (32) reakčného priestoru (320), a ktorá je súčasne oddelená od vnútorného priestoru reaktora (1).

7. Reaktor (1) podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha spodnej komory (31) je tvorená povrchom v tvare plášťa kužeľa (311), zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

8. Reaktor (1) podľa ľubovoľného z nárokov 5 až 7, vyznačujúci sa tým, že v smere pohybu pevného sypkého organického odpadu vo vnútornom priestore reaktora (1) je pred reakčným priesto7 rom (32) usporiadaná horná komora (33), ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k prívodu (6) pevného sypkého organického odpadu do vnútorného priestoru reaktora (1) a ktorá je prepojená s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) a so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1), a/alebo je so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1), a/alebo s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) prepojená prostredníctvom dutého plášťa (32) reakčného priestoru (320) a/alebo spodnej komory (31), a ktorá je súčasne oddelená od vnútorného priestoru reaktora (D

9. Reaktor (1) podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha hornej komory (33) je tvorená povrchom v tvare plášťa kužeľa (331), zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

10. Reaktor (1) podľa ľubovoľného z nárokov 5 až 7, vyznačujúci sa tým, že v reakčnom priestore (320) reaktora (1) je aspoň čiastočne uložená horná komora (33), ktorá obsahuje aspoň jednu vyhrievanú šikmú a/alebo zaoblenú plochu privrátenú aspoň čiastočne k prívodu (6) pevného sypkého organického odpadu do vnútorného priestoru reaktora (1).

11. Reaktor (1) podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že vyhrievaná šikmá a/alebo zaoblená plocha hornej komory (33) je tvorená povrchom v tvare plášťa kužeľa (331), zrezaného kužeľa alebo zrezaného kužeľa so šikmou hornou podstavou.

12. Reaktor (1) podľa nárokov 10 alebo 11, vyznačujúci sa tým, že horná komora (33) je prepojená s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) a so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1), a/alebo je prepojená so vstupom (30) teplonosného média do reaktora (1), a/alebo s výstupom (34) teplonosného média z reaktora (1) prostredníctvom dutého plášťa (32) reakčného priestoru (320) a/alebo spodnej komory (31), a súčasne je oddelená od vnútorného priestoru reaktora (1).

13. Reaktor (1) podľa ľubovoľného z nárokov 10 až 12, vyznačujúci sa tým, že okolo aspoň časti výšky hornej komory (33) je usporiadaný usmerňovač (35) pevného sypkého organického odpadu, pri ktorého výstupnom konci je uložený rozrážač (36) prúdu paroplynových produktov pyrolýzy, ktorý bráni vstupu paroplynových produktov pyrolýzy do usmerňovača (35) pevného sypkého organického odpadu.

14. Reaktor (1) podľa ľubovoľného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že priestor (3220) medzi vonkajšou stenou dutého plášťa (32) reakčného priestoru (320) a vnútornou stenou plášťa (2) reaktora (1) je aspoň čiastočne uzatvorený a/alebo vyplnený tepelnoizolačným materiálom.

4 výkresy