SK6303Y1

SK6303Y1 - Device and method of removing gases produced in the process by decomposition of polymeric materials

Info

Publication number: SK6303Y1
Application number: SK72-2011U
Authority: SK
Inventors: Lubomir Kurpel
Original assignee: Konstrukta Industry A S
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-11-05
Also published as: SK722011U1

Abstract

It is described a mobile device for discontinuous thermal degradation of polymeric materials, especially waste rubber with closed regulated heated process chamber and method for elimination non-condensable gases produced during this process.

Description

SK 6303 Υ1SK 6303 Υ1

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka zariadenia na termické spracovanie polymémych materiálov ako odpadová guma alebo aj biomasa, ktoré je konštrukčne vyriešené tak, že optimalizuje využitie nekondenzovateľných plynov z procesu s ohľadom na energetické využitie a ekologicky výhodnejšie parametre procesu.The technical solution relates to a device for thermal treatment of polymeric materials such as waste rubber or biomass, which is designed to optimize the use of non-condensable process gases with respect to energy use and more environmentally friendly process parameters.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Súčasné zariadenia na termický rozklad odpadovej gumy, plastov alebo biomasy bez prístupu vzduchu sú zvyčajne v koncepcii s priamym vyhrievaním procesnej komory plameňom z horákov. Procesná komora má obvykle podobu pece, ktorej steny, prípadne aj dno, sú vybavené zdrojmi tepla. Dovnútra komory sa umiestňuje spracovávaný polymémy materiál vo vhodných prípravkoch na zaistenie dobrých podmienok na prestup tepla. Procesom termického rozkladu uvoľňované produkty obsahujú využiteľné zložky, ktoré môžu byť druhotne ďalej využiteľné, ako i bežné dymové, ale tiež ropné a iné látky, ktoré sa z ekologických dôvodov nesmú vypustiť do ovzdušia.Current devices for the thermal decomposition of waste rubber, plastics or biomass without air access are usually in a concept with direct heating of the process chamber by flame from burners. The process chamber is usually in the form of an oven, the walls or bottom of which are equipped with heat sources. Inside the chamber, the treated polymer material is placed in suitable formulations to ensure good heat transfer conditions. Through the thermal decomposition process, the released products contain useful components which can be further re-usable, as well as conventional smoke, but also petroleum and other substances which must not be released into the atmosphere for environmental reasons.

Súčasné zariadenia na termický rozklad odpadovej gumy sa z hľadiska výšky teploty, pri ktorej nastáva termický rozklad polymémych reťazcov vyznačujú zámerným ohrevom na vysokú teplotu (viac ako 700 °C) s cieľom získať maximálny podiel horľavej zložky zvanej „pyrolýzny plyn“, ktorej spaľovaním sa pre jej dobrú výhrevnosť dá zlepšiť energetická bilancia procesu, pretože procesom termického rozkladu gumy sa uvoľňujú okrem bežných dymových splodín tiež uhľovodíkové a iné látky. Riadenie procesu spaľovania plynov je vzhľadom na nerovnomerný vývoj plynov zložité a vzniknuté spaliny pre obsah ekologicky nebezpečných látok musia byť pred vypustením do atmosféry zložitým a nákladným spôsobom čistené, takže existujúce stacionárne technologické komplexy s komínom len problematicky plnia emisné limity.Current thermal rubber decomposition plants are characterized by deliberate heating to a high temperature (more than 700 ° C) in terms of the temperature at which thermal decomposition of the polymer chains occurs in order to obtain the maximum proportion of the combustible component called "pyrolysis gas" its good calorific value can be improved by the energy balance of the process, since the process of thermal decomposition of the rubber also releases hydrocarbons and other substances in addition to conventional flue gases. Given the uneven gas evolution, the control of the gas combustion process is complex and the resulting flue gas for the content of environmentally hazardous substances must be cleaned in a complicated and costly manner before being released into the atmosphere, so that existing stationary technological chimney complexes only meet emission limits.

Pri tomto spôsobe usporiadania vznikajú zložitosťou zariadenia nielen značné investičné náklady a požiadavky na zastavaný priestor, ale aj významné výrobné náklady vo forme nákladov na energiu na prevádzku zariadenia, ktorého prevádzka sa problematicky dosahuje a udržuje v žiadanej kvalite.In this way of arrangement, the complexity of the plant not only generates significant investment costs and space requirements, but also significant production costs in the form of energy costs for the operation of the plant, the operation of which is difficult to achieve and maintain at the desired quality.

Ekologicky dokonalejšia koncepcia riešenia podľa UV SK 5050 má zaústený odvodný kanál chladiaceho úseku späť do procesnej komory a tak dosiahnutý uzatvorený systém pri využití elektrického vyhrievania bez dymovodu a komína, ale nerieši nakladanie s nekondenzovateľnými plynmi vznikajúcimi pri procese termického rozkladu polymémych materiálov odpadovej gumy, čo môže viesť za prevádzky k ich hromadeniu v priestore dutiny procesnej komory, stúpanie tlaku v systéme, riziku úniku plynov, ako aj k riziku nestabilnej práce zariadenia po zmiešaní plynov so vzduchom.The environmentally superior UV SK 5050 solution concept has a cooling channel outlet channel back into the process chamber, thus achieving a closed system using flue gas-free and chimney-free electrical heating, but does not handle the non-condensable gases generated during the thermal decomposition process of polymer waste rubber materials. lead to accumulation in the process chamber cavity during operation, pressure build-up in the system, risk of gas leakage, as well as the risk of unstable equipment operation after mixing gases with air.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nevýhody odstraňuje spôsob technického riešenia zariadenia na diskontinuálny termický rozklad polymémeho materiálu obsahujúce konštrukčne aspoň jednu uzatvorenú regulované vyhrievanú procesnú komoru so vsádzkovým vozíkom vyhrievanú aspoň jedným ohrievacím prvkom, vybavenú izoláciou a umiestnenou na pojazdnom ráme, pričom procesná komora je konštrukčne vybavená aspoň jednou vstupnou časťou chladiaceho zariadenia na odvádzanie v procese vznikajúcich plynov a pár, ako aj aspoň jednou výstupnou časťou chladiaceho zariadenia do procesnej komory, medzi ktorými je aspoň jedno chladiace zariadenie s pripojením aspoň jednej zbernej nádrže na zhromažďovanie kondenzátu z pár a aspoň jedným vyústením na odber prebytku vznikajúcich nekondenzovateľných plynov cez pretlakový uzáver, odlučovač oleja a dúchadlo do zásobníka, odkiaľ sú cez regulačný ventil a výbojové zariadenie plyny privádzané do sacieho potrubia spaľovacieho motora dieselelektrického agregátu.These disadvantages are overcome by the method of the inventive apparatus for the discontinuous thermal decomposition of a polymeric material comprising structurally at least one closed regulated heated process chamber with a charging trolley heated by at least one heating element, provided with insulation and positioned on the traveling frame, the process chamber being structurally equipped with at least one inlet equipment for evacuating gases and vapors, as well as at least one outlet of the cooling device into the process chamber, including at least one cooling device with at least one collecting tank connected to collect condensate from the vapors and at least one outlet for collecting excess non-condensable gases through the overpressure shut-off, oil separator and blower into the storage tank, from where the gases are fed to the combustion intake manifold via the control valve and discharge device engine of diesel-electric aggregate.

Pôsobením tepelnej energie na vsádzku v procesnej komore dochádza za zvýšených teplôt do 350 °C k nízkoteplotnému termickému rozkladu polymémych reťazcov za vzniku pár uhľovodíkov a uvoľňovaniu nekondenzovateľných plynov v uzatvorenom objeme procesnej komory. Zmes pár uhľovodíkov a nekondenzovateľných plynov je odvádzaná potrubím do chladiaceho úseku a pary uhľovodíkov kondenzujú na kvapalný kondenzát odvedený do zbernej nádrže a následne prebytok nekondenzovateľných plynov ochladený na teplotu okolo 60 °C sa odoberá cez pretlakový uzáver a cez odlučovač prípadných kvapiek oleja a dymových častíc sa potrubím s dúchadlom vedie do zásobníka na vyrovnanie v čase premenlivého objemu uvoľňujúcich sa plynov. Následne sa plyny cez redukčný ventil privádzajú cez výbojové zariadenie na odstránenie odoru vysokonapäťovým výbojom na vstup do spaľovacieho motora, zmiešajú sa so vzduchom a spália sa v pracovnom cykle spaľovacieho motora pri vysokom tlaku a teplote na klasické produkty spaľovacieho motora s riadeným spaľovaním za dodržania emisných limitov zariadenia.By applying thermal energy to the feed in the process chamber, at elevated temperatures up to 350 ° C, the low temperature thermal decomposition of the polymer chains generates vapor hydrocarbons and releases non-condensable gases in the closed volume of the process chamber. A mixture of hydrocarbon vapors and non-condensable gases is discharged through a conduit into the refrigeration section, and the hydrocarbon vapor condenses to liquid condensate discharged to a collection tank and subsequently excess non-condensable gases cooled to about 60 ° C are removed through a positive pressure cap and oil or smoke trap. through a duct with a blower leads to a buffer for equalization at a time of varying volume of released gases. Subsequently, the gases are fed through a pressure relief device through a high-voltage discharge discharge device to the internal combustion engine, mixed with air and burned in a high pressure and temperature internal combustion engine operating cycle to the conventional products of a controlled combustion internal combustion engine respecting emission limits. devices.

Podstatou predloženého riešenia je využitie myšlienky odberu v procese v čase premenlivého objemu prebytku nekondenzovateľných plynov z uzatvoreného objemu procesnej komory do vyrovnávacieho zásob2The essence of the present solution is to use the idea of sampling in the process at a time of variable volume of excess non-condensable gases from the closed volume of the process chamber to the buffer stock2

SK 6303 Υ1 nika, pričom sú následne upravené plyny zmiešavané so vzduchom na vstupe do spaľovacieho motora. Spoluspaľovanie nekondenzovateľných plynov v motore s katalyzátorovým systémom vytvára výhodu kontrolovaného spaľovania v stabilnom režime chodu motora za dodržania emisných limitov zariadenia so súčasným využitím výhrevnosti nekondenzovateľných plynov.The gas is mixed with air at the inlet of the internal combustion engine. Co-incineration of non-condensable gases in an engine with a catalyst system creates the advantage of controlled combustion in a steady-state engine operation, while respecting the emission limits of the plant while exploiting the calorific value of the non-condensable gases.

Uvedené riešenie umožňuje vytvorením podmienok na nízkoteplotný termický rozklad polymémeho materiálu účinne znížiť podiel plynnej frakcie na produktoch z procesu termického rozkladu a vzniknuté nekondenzovateľné plyny a uhľovodíky ekologicky aj ekonomicky výhodne likvidovať spoluspaľovaním v piestovom motore výhodne od siete nezávislej výroby elektrickej energie na pokrytie spotreby energie na vyhrievanie procesnej komory.The above-mentioned solution makes it possible, by creating conditions for low temperature thermal decomposition of polymeric material, to effectively reduce the fraction of gaseous fraction in thermal decomposition products and to dispose of non-condensable gases and hydrocarbons by ecological and economical advantage by co-firing in a piston engine. process chamber.

Zaradenie vlastného elektrického zdroja spolu s umiestnením zariadenia na pojazdný rám vytvára výhodu energeticky nezávislého mobilného zariadenia.The inclusion of a self-contained power source together with the placement of the device on the mobile frame creates the advantage of a non-volatile mobile device.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Na priloženom obrázku je znázornené opísané zariadenie.The attached figure shows the described device.

Príklad uskutočneniaExample

Hlavnou časťou mobilného zariadenia na diskontinuálny nízkoteplotný termický rozklad polymémeho materiálu odpadovej gumy alebo biomasy s uzatvorenou regulované vyhrievanou procesnou komorou s využitím nekondenzovateľných plynov je aspoň jedna procesná komora 1 so vsádzkovým vozíkom 2 vyhrievaná aspoň jedným ohrievacím prvkom 3, vybavená izoláciou 4 a umiestnená na pojazdnom ráme 5, pričom procesná komora je vybavená aspoň jednou vstupnou časťou chladiaceho zariadenia 6 na odvádzanie v procese vznikajúcich plynov a pár, a aspoň jednou výstupnou časťou chladiaceho zariadenia 7, medzi ktorými je vytvorené aspoň jedno chladiace zariadenie 8 s pripojením aspoň jednej zbernej nádrže 9 na zhromažďovanie kondenzátu z pár a aspoň jedným vyústením 10a na odber prebytku vznikajúcich nekondenzovateľných plynov cez pretlakový uzáver 10, odlučovač oleja 11 a dúchadlo 12 do zásobníka 13 so spätným ventilom 14, na ktorý je pripojený regulačný ventil 15 a výbojové zariadenie 16 potrubím zaústeným do sacieho potrubia 18 spaľovacieho motora dieselelektrického agregátu 17.The main part of the mobile device for the discontinuous low-temperature thermal decomposition of the polymer material of waste rubber or biomass with closed regulated heated process chamber using non-condensable gases is at least one process chamber 1 with charging carriage 2 heated by at least one heating element 3, provided with insulation 4 and 5, wherein the process chamber is provided with at least one inlet part of the cooling device 6 for evacuating gases and vapors, and at least one outlet part of the cooling device 7, between which at least one cooling device 8 is provided with at least one collecting tank 9 for collecting. condensate from the vapors and at least one orifice 10a for taking off the excess non-condensable gases generated through the overpressure cap 10, the oil separator 11 and the blower 12 into a reservoir 13 with a non-return valve 14 to which it is connected the control valve 15 and the discharge device 16 by a line opening into the intake line 18 of the diesel engine 17.

Činnosť opísaného zariadenia je nasledujúca: Neznázomený polymémy materiál - vsádzka - uložený do vsádzkového vozíka 2 je vložený a hermeticky uzatvorený do priestoru procesnej komory L Následne je procesná komora so vsádzkou vo vsádzkovom vozíku ohrievaná prostredníctvom ohrievacieho prvku 3 na procesnú teplotu do 350 °C, pričom prebieha proces nízkoteplotného termického rozkladu polymémeho materiálu. Vznikajúce plyny a pary sú odvádzané z priestoru procesnej komory vstupnou časťou chladiaceho zariadenia 6 do chladiaceho zariadenia 8, kde pary uhľovodíkov kondenzujú na studených plochách a kondenzát je odvádzaný do zbernej nádrže 9. Chladiace zariadenie 8 opúšťajú plyny ochladené na približne 60 °C, ktoré môžu byť pred návratom do procesnej komory výhodne predhrievané stratovým teplom z vonkajšieho povrchu procesnej komory. V uzatvorenom priestore procesnej komory je pri zvyšovaní teploty udržovaný mierny pretlak vznikajúci tepelnou rozťažnosťou a tvorbou nekondenzovateľných plynov. Prebytočný objem nekondenzovateľných plynov je prepustený pretlakovým uzáverom 10 do odlučovača oleja, kde je oddelený prípadný zvyšok olejových pár a dymových častíc. Plyn je pomocou dúchadla 12 dodávaný do tlakového zásobníka 13 cez spätný ventil 14. Zhromaždený plyn je prepúšťaný regulačným ventilom 15 do výbojového zariadenia 16 na odstránenie pachových látok (odor) a privedený potrubím do ústia nasávacieho potrubia 18 vzduchu spaľovacieho motora dieselelektrického agregátu Γ7. V procesnej komore ostávajú pevné zvyšky termického rozkladu odpadovej gumy alebo biomasy vo forme zmesi uhlíkatého koksu s pevnými časťami - napríklad kovové časti. Po ochladení procesnej komory je možné procesnú komoru otvoriť, vybrať vsádzkový vozík a cyklus opakovať.The operation of the apparatus described is as follows: The polymer material (batch) (not shown) deposited in the batch trolley 2 is inserted and hermetically sealed into the chamber of the process chamber. Subsequently, the batch chamber in the batch trolley is heated by the heating element 3 to a process temperature up to 350 ° C. a low temperature thermal decomposition of the polymeric material takes place. The resulting gases and vapors are discharged from the process chamber through the inlet of the cooling device 6 to the cooling device 8, where the hydrocarbon vapor condenses on cold surfaces and the condensate is discharged to the collection tank 9. The cooling device 8 leaves gases cooled to approximately 60 ° C. preferably be preheated by heat loss from the outer surface of the process chamber before returning to the process chamber. A slight excess pressure due to thermal expansion and the formation of non-condensable gases is maintained in the confined space of the process chamber as the temperature rises. The excess volume of non-condensable gases is passed through the overpressure cap 10 to the oil separator, where any residual oil vapor and smoke particles are separated. The gas is supplied to the pressure reservoir 13 via a check valve 14 by means of a blower 12. The collected gas is passed through a control valve 15 to a discharge device 16 for odor removal and fed via a duct to the air intake duct 18 of the diesel engine ektr7 combustion engine. In the process chamber, solid residues of the thermal decomposition of the waste rubber or biomass remain in the form of a mixture of carbon coke with solid parts - for example metal parts. After the process chamber has cooled, the process chamber can be opened, the charging trolley removed and the cycle repeated.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Technológia nízkoteplotného termického rozkladu polymémeho materiálu odpadovej gumy má využiteľnosť najmä pri likvidácii opotrebovaných pneumatík, ktoré dnes predstavujú svojím množstvom vznikajúcim pri ľudskej činnosti a tiež veľmi dlhou dobou samočinnej degradácie v prírodných podmienkach veľký ekologický problém. Okrem opotrebovaných pneumatík možno zariadením likvidovať aj pneumatiky pochádzajúce z autovrakov, ďalej gumokovové okenné a dverové automobilové tesnenia a tiež napríklad aj odpad z gumárenskej výroby. Vzniknuté produkty majú dobrú využiteľnosť - kondenzát v petrochemickom priemysle, uhlíkatá drvina v energetike a chemickom priemysle a zvyšky oceľovej výstuže sa dajú využiť ako prísadaThe low temperature thermal decomposition technology of the polymeric waste rubber material is particularly useful in the disposal of worn-out tires, which today represent a major environmental problem due to their high levels of human activity and a very long period of automatic degradation under natural conditions. In addition to worn tires, the device can also dispose of car wreck tires, rubber-metal window and door automotive gaskets, and also waste from rubber production. The resulting products have good utility - condensate in the petrochemical industry, carbonaceous pulp in the energy and chemical industries and steel reinforcement residues can be used as an additive

SK 6303 Υ1 do vsádzky pri výrobe železa. Vznikajúce nekondenzovateľné plyny spoluspaľovaním v dieselelektrickom agregáte zlepšujú ekonomiku procesu úsporou časti paliva a predlžujú životnosť motora priaznivým vplyvom na tvrdosť chodu mechanizmu motora za cenu minimálneho vplyvu na znečistenie pracovného a životného prostredia.SK 6303 Υ1 for the production of iron. The resulting non-condensable gases by co-firing in a diesel-electric aggregate improve the economy of the process by saving part of the fuel and extend engine life by favoring the hardness of the engine mechanism at the cost of minimal impact on work and environmental pollution.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

Process for removing gases resulting from the decomposition process of polymer materials, characterized in that an excess of non-condensable gases is removed from the closed volume of the process chamber, the oil, smoke particles and odor content is adjusted, and the non-condensable gases are further mixed with air and combustion engine.

Apparatus for carrying out a process for removing gases arising from the decomposition process of polymeric materials, characterized in that it consists of a hermetically sealed process chamber (1), further a cooling section (8) with an outlet (10a) for collecting excess non-condensable gases through a pressurized cap (10), followed by an oil separator (11), a blower (12) followed by a reservoir (13).

Apparatus according to claim 2, characterized in that the non-condensable gas reservoir (13) is provided with a non-return valve (14) and a control valve (15), further downstream of the discharge gas purification device (16).

Device according to Claim 2 and 3, characterized in that an internal combustion engine (17) is connected downstream of the discharge device (16) by means of a conduit (18).