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

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 Υ1

Oblasť techniky

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.

Doterajší stav techniky

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.

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.

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.

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.

Podstata technického riešenia

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.

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.

Podstatou predloženého riešenia je využitie myšlienky odberu v procese v čase premenlivého objemu prebytku nekondenzovateľných plynov z uzatvoreného objemu procesnej komory do vyrovnávacieho zásob2

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.

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.

Zaradenie vlastného elektrického zdroja spolu s umiestnením zariadenia na pojazdný rám vytvára výhodu energeticky nezávislého mobilného zariadenia.

Prehľad obrázkov na výkrese

Na priloženom obrázku je znázornené opísané zariadenie.

Príklad uskutočnenia

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.

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.

Priemyselná využiteľnosť

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 prísada

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.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Spôsob odstraňovania plynov vznikajúcich v procese rozkladu polymémych materiálov, vyznačujúci sa tým, že z uzatvoreného objemu procesnej komory sa odoberá prebytok nekondenzovateľných plynov, následne sa upraví obsah oleja, dymových častíc a odoru, a nekondenzovateľné plyny sa ďalej miešajú so vzduchom a vedú do spaľovacieho motora.

2. Zariadenie na vykonávanie spôsobu odstraňovania plynov vznikajúcich v procese rozkladu polymérnych materiálov vyznačujúce sa tým, že pozostáva z hermeticky uzatvorenej procesnej komory (1), ďalej z chladiaceho úseku (8) s vyústením (10a) na odber prebytku vznikajúcich nekondenzovateľných plynov cez pretlakový uzáver (10), za ktorým je zapojený odlučovač oleja (11), ďalej dúchadlo (12), za ktorým nasleduje zásobník (13).

3. Zariadenie podľa nároku 2 vyznačujúce sa tým, že zásobník nekondenzovateľných plynov (13) je vybavený spätným ventilom (14) a regulačným ventilom (15), za ktorými je ďalej zapojené výbojové zariadenie (16) na čistenie plynov.

4. Zariadenie podľa nároku 2a 3, vyznačujúce sa tým, že za výbojovým zariadením (16) je pomocou potrubia (18) pripojený spaľovací motor (17).