SK6960Y1 - Spôsob a zariadenie na spracovanie kvapalných organických látok v prostredí superkritickej vody - Google Patents

Abstract

Riešenie sa týka zariadenia – aparatúry spracovávajúcej organický materiál v prostredí superkritickej vody, ktorá pozostáva zo systémov dávkovania a tlakovania vstupných materiálov združeným hydrostatickým čerpadlom (000), kombinovaného bloku (100) reaktora s výmenníkom tepla a chladením oddelenej vysokoteplotnej a nízkoteplotnej časti. Ďalšiu časť tvorí pneumaticky ovládaný regulačný ventil (200), ktorým sa zabezpečuje potrebný nadkritický tlak v reaktore. Združené hydrostatické čerpadlo (000) sa skladá z troch plunžrov na jednom hriadeli s rozdielnym zdvihom daným excentrami. Tým je zabezpečený proces a kontinuálne dávkovanie vody, kvapalného organického materiálu a oxidantu na autotermálnu prevádzku zariadenia. Reakcie prebiehajú v reaktore (102) s veľkým pomerom dĺžky k priemeru, ktorý má chladenú spodnú časť a ohrievanú hornú časť. Výhodou zariadenia je jeho kompaktnosť a možnosť kontinuálnej prevádzky.

Description

Technické riešenie sa týka zariadenia - aparatúry, generujúcej prostredie so superkritickou vodou, ktorá sa využíva na spracovanie kvapalných organických materiálov a odpadov. Zariadenie možno využívať na gazifikáciu organických materiálov pri súčasnej výrobe tepla alebo na spracovanie škodlivých materiálov. Technické riešenie spadá do oblasti chemického priemyslu.

Doterajší stav techniky

V stave techniky je uvedená problematika riešená zariadeniami vo veľmi rozmanitej forme a koncepcií. Známy stav techniky je charakterizovaný týmito zverejnenými spismi: WO 2013030028, WO 9630464, US 2009308726, WO 9630464, US 201113297217, US 2010329938, US 2010063271, US 20090633232 a US 20070522833.

V zverejnenom spise WO 2013030028 sa prezentuje aparatúra skladajúca sa zo systému čerpania vstupných látok, systému ohrevu, chemických reakcií a systému separácie výsledných produktov. Špecifikom riešenia je lôžko tuhých častíc rozptýlených v kvapaline. Teplota vstupujúcich látok sa zvyšuje v tomto lôžku až po dosiahnutie superkritickej vody, pričom dochádza k reakcii aspoň časti organického materiálu v mokrej biomase za vzniku plynných produktov. Druhým inovatívnym prínosom riešenia je čerpací systém pracujúci tak, že časť mokrej biomasy je nasávaná cez ventil do valca s piestom. Následne je mokrá biomasa stláčaná piestom a vypúšťaná cez ďalší ventil do systému ohrevu a chemických reakcií pomocou hydraulický pohonu obsahujúceho čerpadlo a ventily.

V zverejnenom spise WO 9630464 sa popisuje aparatúra na výrobu plynného produktu bohatého na vodík s nízkou produkciou dechtov alebo popolčeka, ktorý využíva aktívne uhlie ako katalyzátor. Schéma reaktora zahŕňa systém dodávky surovín a vyhrievaný kontinuálny reaktor schopný dosiahnuť superkritické podmienky reakčných látok. Vstupné látky sú rozkladané za vzniku plynu, ktorého tlak je znížený v regulátore spätného tlaku.

Zverejnený spis US 2009308726 pojednáva o zariadení na premenu biomasy s obsahom vody minimálne 50 % na plynné produkty, obsahujúci napájacie potrubie na plnenie roztavenými soľami. Hydrotermálny kúpeľ roztavenej soli je ohrievaný pomocou ohrevu a keďže má väčšiu hustotu ako voda, a preto prúdi smerom nadol. Zmes biomasy a vody sa do reaktora privádza cez prívodné potrubie zospodu. Plyny, ktoré sa tvoria počas procesu, sú rozpustené vo vode a sú vypúšťané z reaktora prostredníctvom potrubia ústiaceho v hornej časti reaktora, čím prúdenie oboch prúdov má protiprúdy charakter. Anorganické soli z biomasy sú odvádzané spolu s roztavenými soľami v spodnej časti reaktora.

Zverejnený spis WO 9630464 popisuje, ako je zmes organických látok a vody, pomocou vysokotlakého čerpadla dopravované (napr. kŕmenie čerpadla) a vstupuje do reaktora cez výmenník tepla. Produkty chemických reakcií sú následne separované vo viacstupňovom separátore - vo vysokotlakej sekcii, kde je oddelený plyn bohatý na H₂ a následne v nízkotlakej sekcii dochádza k separácii CO₂ od vody a organických látok. Na predohrev sa využíva koncentrované slnečné žiarenie. Reaktor je napojený na turbínu využívajúcu tlakový spád, ktorá je prifázovaná na generátor striedavého prúdu.

Zverejnený spis US 201113297217 sa zameriava na depolymerizačné zariadenie schopné spracovávať biomasu a plasty na rôzne výsledné produkty. Zariadenie sa skladá z troch častí - z dopravnej/plniacej, reakčnej časti a časti separácie produktov. Dopravná časť využíva vretenové čerpadlo schopné dopravovať organický materiál pod tlakom viac ako 22 MPa. Následne sa do tohto prúdu primiešava SCW. Tlak je možné dodatočne zvyšovať pomocou servovalca. Produkty chemických reakcií vystupujú z reaktora priamo do separátom, kde je oddelená voda od plynných produktov.

Zverejnený spis US 2010329938 nadväzuje na predchádzajúci a týka sa dopravy organického materiálu pomocou vretenového čerpadla s dvomi alebo viacerými hriadeľmi.

Zverejnený spis US 2010063271 nadväzuje na predchádzajúce dva a predstavuje inovatívny spôsob ohrevu reaktora pomocou elektromagnetickej indukcie. Reaktor kontinuálneho typu je ohrievaný vďaka cievke, ktorej závity reaktor obaľujú, ale nedotýkajú sa ho. Výhodou tohto konceptu je, že reaktor môže byť vyrobený z elektricky vodivého, ale aj nevodivého materiálu, keďže striedavé magnetické pole pôsobí na oba druhy materiálov.

Zverejnený spis US 20090633232 predstavuje systém spracovávajúci surovú ropu v superkritickej vode od jej vyťaženia až po separáciu nežiaducich produktov, ako sú CO₂ alebo H₂S. V reaktore sú ťažké ropné frakcie krakované a vznikajú voľné radikály, ktoré zase extrahujú vodík zo superkritickej vody pre vznik ľahkých uhľovodíkov. Optimálny rezidenčný čas je v rozmedzí 10 až 20 min. Ťažké uhľovodíky, ktoré nezreagovali, možno ďalej vystaviť konvenčnej gazifikácii alebo katalytickej oxidácii.

Zverejnený spis US 20070522833 predstavuje koncept, kde je roztavená anorganická soľ a voda privádzaná do reaktora s vertikálnou osou a externým ohrevom. Jej úlohou je udržiavať stálu vysokú teplotu v re

SK 6960 Υ1 aktore a odvádza anorganické látky z biomasy, ktorá je privádzaná pod hladinou soli. Plynné produkty sú odvádzané smerom nahor, zatiaľ čo prebytočná anorganická soľ je podľa potreby vypúšťaná v spodnej časti reaktora.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky citovaných zariadení zo stavu techniky, resp. aparatúr v podstatnej miere odstraňuje spôsob a zariadenie na spracovanie kvapalných organických látok v prostredí superkritickej vody podľa technického riešenia. Podstata tohto riešenia spočíva v tom, že do jednoduchého reaktora s veľkým pomerom dĺžky k priemeru je dávkovaná voda, kvapalný organický materiál a kvapalný oxidant pomocou dávkovacieho plunžrového systému. Dôležitou podstatou technického riešenia je spôsob dávkovania troch zúčastnených kvapalín, ktorý spočíva v definovaní zdvihu každého plunžra pomocou vymeniteľného excentra na jednom hriadeli. To znamená, že pomer jednotlivých komponentov je prísne viazaný bez ohľadu na otáčky čerpadla. Pritom pri vysokom tlaku pracuje iba jeden plunžer v pracovnom priestore, v ktorom je už zmes s definovaným zložením. Reaktor pozostávajúci z valcovej rúrky, odolávajúcej korózii, je vložený do výmenníka tepla. Tento výmenník tepla je obopnutý zariadením s elektrickým ohrevom na ohrev pri štartovaní do prevádzkových pomerov. Takto sú v reaktore udržiavané nadkritické tlakové a teplotné podmienky, čím dochádza k požadovanej konverzii organického materiálu na jednoduchšie látky. Tlakové pomery v reaktore sa udržujú pomocou regulačného ventilu, ktorý je ovládaný tlakovým vzduchom. Rozložený produkt sa otvorením taniera regulačného ventilu dostáva do nízkotlakovej oblasti, pričom ohrieva prichádzajúci produkt na spracovanie a ďalej sa odvádza do externého výmenníka tepla na ďalšie využitie a ochladenie kvapalných a plynných produktov. Po dostatočnom ochladení sa dostáva do separátora, kde sa oddeľujú plynné produkty od kvapalných.

Optimálnu funkciu zariadenia možno dosiahnuť pridaním parciálneho (podstechiometického) množstva kvapalného oxidantu, ktorý umožní autotermálnu prevádzku zariadenia. Pri tomto režime je potrebné uskutočniť nábeh zaradenia jeho externým ohrevom a po dosiahnutí pracovnej teploty ju udržiavať dávkovaním oxidantu, ktorý umožňuje exotermické reakcie v reaktore.

Zariadenie podľa technického riešenia možno využiť na výrobu syntézneho plynu, ktorý obsahuje predovšetkým vodík, oxid uhoľnatý, metán a oxid uhličitý a môže byť využitý v kogeneračných jednotkách alebo plynových turbínach.

Ďalej je výhodné, ak pomer molových množstiev vstupujúceho organického materiálu a vody je v intervale 0,1 až 0,15 pre vyšší obsah vodíka v produktoch a nad 0,15 pre vyšší obsah metánu v produktoch.

Vyšší účinok zariadenia spočíva v kontinuálnom priebehu celého procesu, pričom odpadá cyklovanie procesu, t. j. striedanie vysokých a nízkych tlakov a teplôt, čo má negatívny vplyv na materiály reaktora a energetickú efektivitu procesu. Bežne používané procesy a zariadenia spracovávajúce organické látky superkritickou vodou sú zväčša dávkovacie. V tom prípade sa v reaktore surovina zmieša s vodou, takáto zmes sa stlačí a zohreje nad tzv. kritický bod, čím dôjde k reakcii. Po následnom ochladení a znížení tlaku sa reaktor vyprázdni a znovu naplní surovinou a vodou, čím sa proces opakuje. Kontinuálny proces je plynulý a účinnejší vzhľadom na to, že dopĺňanie surovín aj odoberanie produktov si nevyžaduje technické prestávky. Jeho ďalšou výhodou je to, že produkt možno priebežne chemicky analyzovať, čím sa poskytuje možnosť pre spätnú väzbu pri riadení procesu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Spôsob a zariadenie na spracovanie kvapalných organických látok v prostredí superkritickej vody podľa technického riešenia je objasnený pomocou výkresov, na ktorých obrázok 1 predstavuje schému procesu spracovania organických látok v prostredí superkritickej vody. Na obrázku 2 je v bočnom pohľade znázornené samotné zariadenie. Na obrázku 3 je zariadenie znázornené v reze A-A. Na obrázku 4 je zariadenie znázornené v reze B-B. Na obrázku 5 je na pohľade zhora znázornené združené hydrostatické čerpadlo. Na obrázku 6 je znázornené združené hydrostatické čerpadlo v reze C-C. Na obrázku 7 je znázornené združené hydrostatické čerpadlo v reze D-D. Na obrázku 8 je znázornené združené hydrostatické čerpadlo v reze E-E. Na obrázku 9 je v reze znázornený samočinný ventil. Na obrázku 10 je v bočnom pohľade znázornený združený blok reaktora. Na obrázku 11 je znázornený združený blok reaktora v reze F-F. Na obrázku 12 je v hornom pohľade znázornený pneumaticky ovládaný regulačný ventil. Na obrázku 13 je znázornený pneumaticky ovládaný regulačný ventil v reze G-G. Na obrázku 14 je znázornený pneumaticky ovládaný regulačný ventil v reze H-H. Na obrázku 15 je v dolnom pohľade znázornený pneumaticky ovládaný regulačný ventil.

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia úžitkového vzoru sú predstavované na ilustráciu, a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavu techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie

SK 6960 Υ1 viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia podľa úžitkového vzoru, ktoré sú tu špeciálne opísané. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Pre odborníkov znalých stavu techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého zariadenia a vhodná voľba materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.

Príklady uskutočnenia

Spôsob spracovania kvapalných organických látok v prostredí superkritickej vody a k nemu prislúchajúce zariadenie sa skladá z troch hlavných častí - zo združeného hydrostatického čerpadla 000 na dávkovanie vstupných kvapalných látok, kombinovaného bloku 100 reaktora a pneumaticky ovládaného regulačného ventilu 200 na nastavovanie tlaku v reaktore a odvádzanie produktov chemických reakcií pomocou prívodu tlakového vzduchu.

Kombinovaný blok 100 reaktora sa skladá z reaktora 100A. bloku chladenia 100B, integrovaného výmenníka 100C tepla a externého ohrevu 100D. Princíp funkcie zariadenia je nasledovný: Do združeného hydrostatického čerpadla 000 sú privádzané kvapaliny, ako je voda, oxidant a organický materiál. Následne sú tieto látky zmiešané, stlačené na potrebný tlak a dopravené do reaktora 100A. V spodnej časti kombinovaného bloku 100 reaktora sa nachádza blok 100B chladenia obsahujúca vtok a výtok 1-1 chladiaceho média z dôvodu ochrany združeného hydrostatického čerpadla 000 pred vysokou teplotou. V reaktore 100A prebehnú požadované chemické reakcie a ich produkty sú z reaktora vypúšťané pomocou regulačného ventilu 200. ktorý je ovládaný pomocou prívodu stlačeného vzduchu. Z regulačného ventilu 200 sa produkty dostávajú do integrovaného výmenníka 100C tepla, ktorý stabilizuje potrebnú teplotu v reaktore 100A. Počiatočný nábeh zariadenia sa realizuje pomocou štartovacieho zariadenia 100D externého ohrevu. Z integrovaného výmenníka 100C tepla prúdia produkty na ďalšie spracovanie. Jednou z alternatív je zapojenie externého výmenníka 300 tepla na dochladenie, resp. odovzdanie tepelnej energie z procesov a následnú separáciu plynných komponentov 401 od kvapalných v separátore 400. Odseparovaná a ochladená voda 6-6 môže byť spätne využitá ako vstupná látka do procesu.

Praktická realizácia procesu je pomocou zariadenia - aparatúry. Na pohľade zboku na navrhovanú aparatúru je možné vidieť prívod organického materiálu 2-2 a oxidantu 3-3 ako aj otvor 4-4 na doplňovanie oleja, prívod a odvod chladiacej kvapaliny 1-1 a výstupné otvory 5-5 odkiaľ prúdia chemické produkty do externého výmenníka 300 tepla. Na reze A-A zariadením - aparatúrou je možné vidieť prívod 6-6 vody a ďalší otvor 4-4 na doplňovanie oleja. Rez B-B prezentuje napájanie štartovacieho zariadenia 100D externého ohrevu pre aparatúru.

Združené hydrostatické čerpadlo 000 využíva na dosiahnutie potrebného nadkritického tlaku sériu plnužrov, membrán a samočinných ventilov.

Rez C-C združeným hydrostatickým čerpadlom 000 ukazuje tri hlavné časti zariadenia - spodnú skriňu 001. v ktorej je uložený hriadeľ 004. excentre 007. 008a a 008b a ložiská 023, strednú skriňu 002. v ktorej sú uložené plunžre 012. ktoré sa pohybujú vo valcoch 013, a membrány 014 až 016. ktoré sú pritláčané prítlačnými prírubami 015 až 017, a hornú skriňu 003, v ktorej sú uložené samočinné ventily 018. Združené hydrostatické čerpadlo 000 je ovládané pomocou hriadeľa 004 uloženého v ložiskách 023, na ktorom je umiestnený jeden stredový excenter 007 a dva krajné excentre 008a a 008b. Maximálny zdvih krajných excentrov 008a a 008b je pootočený od maximálneho zdvihu stredového excentra 007 o uhol 180°, čo znamená, že keď je stredový excenter 007 v hornom úvrate, tak krajné excentre 008a a 008b sú v dolnom úvrate a naopak. Vnútorný priestor spodnej skrine 001 obsahuje olej a je ohraničený prírubami 005 a 006 a tesnený guferom 025. Každý z troch excentrov 007,008a a 008b je spojený pomocou zdvíhadla 009 s jedným z troch plunžrov 012, ktoré sa pohybujú vo valcoch 013. Priamočiary pohyb tejto sústavy je zabezpečený pomocou vodiacej rúrky 010, pričom spätný pohyb z horného do dolného úvratu zabezpečuje pružina 027. Valce 013 sú k strednej skrini 002 pritláčané pomocou prítlačnej príruby 009. Plunžre 012 zvyšujú a následne znižujú tlak oleja, a tým vytvárajú kladný a záporný priehyb membrán 014, 015 a 016. Kladný priehyb zvyšuje tlak v priestore nad membránou, záporný priehyb naopak vytvára podtlak. Membrány 014 až 016 sú pritláčané k strednej skrini 002 pomocou prírub 015 až 017. Horná skriňa 001 obsahuje spolu šesť samočinných ventilov 018. z ktorých tri sú nasávacie a tri výtlačné. Pričom jeden s vertikálnou osou je výtlačný s vyústením 7-7 do reaktora. Hydrostatické združené čerpadlo 000 je membránové s hydraulickým pohonom 500. Pracovné médium je hermeticky oddelené od pohonného média, ktorým je olej. Krajné hydrostatické čerpadlá dávkujú oxidant a spracovávanú látku svojim výtlačným zdvihom do pracovného priestoru hlavného - stredného membránového čerpadla pri jeho nasávacom zdvihu. Krajné čerpadlá majú výtlačný zdvih vtedy, keď hlavné nasáva. Pomer jednotlivých dávok možno zmeniť výmenou excentrov 008a a 008b. Rez D-D znázorňuje prívod 6-6 vody do priestoru nad membránou a prívod 4-4 oleja pod membránu 016. Na zjednodušenie konštrukcie je k hornej skrini 001 privarená navarovacia rúrka 021. do ktorej je prichytená spojka 032 a prítlačný krúžok 019. Ten pritláča ďalší sací samočinný ventil 18.

SK 6960 Υ1

Na reze E-E podľa obrázka 7 je znázornený otvor 8-8 na meranie tlaku a skrutky 29, ktoré sú prvkom spájajúcim všetky tri časti skrine do jedného funkčného celku.

Princíp funkcie hydrostatického združeného čerpadla 000 je nasledovný: Bočné membránové čerpadla nasávajú oxidant a organický materiál v definovanom pomere pri súčasnom nasávacom zdvihu. Práve vtedy prebieha v hlavnom - strednom membránovom čerpadle výtlačný zdvih, resp. vytláčanie zmesi do reaktora. Nasledujúcim nasávacím zdvihom hlavného membránového čerpadla je pracovný priestor plnený vodou, oxidantom z výtlačného zdvihu bočného čerpadla a pracovným materiálom z druhého bočného čerpadla. Tým je zabezpečená definovaná zmes a kontinuita procesu.

Prenos energie v rámci zariadenia je teda nasledovný: Krútiaci moment na hriadeli je pomocou sínusového mechanizmu transformovaný na priamočiary kmitavý pohyb, čím sa dosahuje cyklická zmena geometrického objemu vo všetkých valcoch. Ich pohyb mení tlak oleja a zabezpečuje priehyb jednotlivých membrán. Tým sa mení tlak v pracovných priestoroch medzi jednotlivými samočinnými ventilmi. To má za následok prietok jednotlivých kvapalín, ich zmiešanie a následne výtlak do reaktora pri potrebnom tlaku.

Konštrukčné riešenie samočinného ventilu 018 je nasledovné: Hlavnou pohybujúcou sa časťou je tanier 040 ventilu, ktorý dosadá do sedla 041 ventilu. Sedlo 041 ventilu sa dotýka vonkajšieho krúžku 042, ktorý je pomocou nastavovacích skrutiek 046 spojený s nastavovacím dielom 045. Vonkajší krúžok 042 udržuje teleso 041 ventilu v stabilnej polohe a vytvára priestor, ktorým prúdi kvapalina k sedlu 041 ventilu. Vo vonkajšom krúžku 042 sa nachádzajú otvory so závitmi, ktoré slúžia na vybratie samočinného ventilu 018 zo zariadenia. Tanier 040 dosadá na sedlo 041 aj pomocou predpätej pružiny 048, ktorá sa nachádza medzi nastavovacím dielom 045 a základňou 043 predpätej pružiny 048. Väzba medzi tanierom 040 a základňou 043 predpätej pružiny 048 je zabezpečená pomocou dvoch polkruhových poistných dielov 044. Predpätie predpätej pružiny 048 možno meniť pomocou zmeny polohy nastavovacieho dielu 045 proti vonkajšiemu krúžku 042. ktorú možno zafixovať pomocou nastavovacej skrutky 046. Medzi pracovným priestorom a ventilom je umiestnené tesnenie 047 O-krúžkom.

Funkciou samočinného ventilu 018 je taká, že čerpaná kvapalina prechádza otvormi cez vonkajší krúžok 042. pričom po dostatočnom zvýšení tlaku kvapaliny v priestore samočinného ventilu 018 dochádza k pohybu taniera 040 a otvoreniu samočinného ventilu 018. Časť kvapaliny tým preteká cez štrbinu medzi tanierom 040 a sedlom 041 samočinného ventilu 018.

Združené hydrostatické čerpadlo 000 má za úlohu dávkovať vstupné média (vodu, kvapalný organický materiál a oxidačné činidlo) a dopravovať ich do kombinovaného bloku 100 reaktora. Teleso kombinovaného bloku 100 reaktora je zariadenie s vertikálnou osou symetrie, ktoré sa skladá z chladenej spodnej časti a ohrievanej hornej časti.

Na reze F-F sa nachádza rúra 102 reaktora, ktorá má jednoduché telo s dostatočnou hrúbkou steny schopnej odolať vnútornému pretlaku. Táto rúra 102 reaktora môže mať protikoróznu povrchovú ochranu. Dĺžka rúry 102 reaktora je postačujúca na dostatočný rezidenčný čas reaktantov vo vysokoteplotnej časti. Navyše je možné predĺžiť rezidenčný čas krátkymi pauzami prevádzky združeného hydrostatického čerpadla 000. Spodná časť reaktora je chladená na zabránenie poškodenia združeného hydrostatického čerpadla 000 vysokou teplotou. Táto časť sa skladá zo spodnej chladenej príruby 101, chladiacej rúrky 103 a hornej chladenej rúrky 104. Chladiaca kvapalina je privádzaná cez navarovacie spojky 115.

Horná časť kombinovaného bloku 100 telesa reaktora je ohrievaná, aby bola zabezpečená nadkritická teplota vody, a tým zaistený priebeh chemických reakcií. Táto časť je tvorená spodnou horúcou prírubou 105, ohrievanou rúrkou 106 a hornou horúcou prírubou 107. Externý ohrev je zabezpečený štartovacím zariadením 100D externého ohrevu realizované elektrickým odporovým ohrevom 109. Zníženie intenzity prestupu tepla medzi ohrievanou a chladenou časťou je zabezpečené vložením izolačnej vložky 108 medzi tieto časti. V hornej časti sa nachádzajú aj výstupné rúrky 110, ktoré slúžia na odvod produktov von z telesa kombinovaného bloku 100 reaktora. Na zvýšenie bezpečnosti je horná ohrievaná časť zakrytá pomocou plášťa 111 ohrevu. Stabilita telesa kombinovaného bloku 100 reaktora je podporená pomocou závitových tyčí 112, podložiek 113 a matíc 114.

Pneumaticky ovládaný regulačný ventil 200 umožňuje nastaviť maximálny tlak v reaktore, po prekročení ktorého dôjde k otvoreniu stredového vstupného otvoru (9-9) regulačného ventilu 200 a cez naň nadväzujúce radiálne kanály vyúsťujúce do prvých axiálnych výstupných otvorov (13-13) dôjde k výtoku produktov z reaktora. Regulačný ventil 200 umožňuje tiež pripojiť externé zariadenia 10-10 a 11-11 na meranie tlaku a teploty. Na reze G-G sa nachádza pneumaticky ovládaný regulačný ventil 200, ktorý sa skladá z troch hlavých častí - spodnej príruby 201. strednej príruby 202 a hornej príruby 203. Zo spodnej príruby 201 prúdia produkty prvými axiálnymi výstupnými otvormi (13-13) do kombinovaného bloku 100 reaktora. Hlavnou pohybujúcou sa časťou je tanier 204 ventilu, ktorý je spojený s membránou 205 pomocou skrutky 212 a podložky 213. Vedenie taniera 204 ventiluje zabezpečené vedením 206, ktoré je prichytené k strednej prírube 202 pomocou skrutiek 214. V hornej prírube 203 sa nachádza rúrka 207 na prívod 12-12 stlačeného vzduchu spolu s maticou 208, podložkou 209 a O-krúžkom 210. Tesnosť medzi spodnou prírubou 201 a strednou prírubou 202 je zabezpečená pomocou tesnenia 211. Poloha prírub 202 a 203 je zabezpečená pomocou skrutiek 215.

SK 6960 Υ1

Spojenie regulačného ventilu 200 s ďalšími komponentmi cyklu je zabezpečené pomocou navarovacích spojok 216.

Rez H-H ukazuje spojenie prírub 201, 202 a 203 pomocou skrutiek 217.

Pohľad zospodu na regulačný ventil 200 objasňuje jeho spojenie s kombinovaným blokom 100 reaktora.

Priemyselná využiteľnosť

Riešenie podľa technického riešenia sa dá využiť ako zariadenie na spracovávanie kvapalného organického odpadu napríklad po procese pyrolýzy, výroby biopalív, piva, vína a podobne. Jeho významná aplikácia môže byť tiež pri spracovaní škodlivých organických materiálov ako bezodpadová technológia.

Claims (11)

1. Spôsob spracovania kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody, vyznačujúci sa tým, že je to kontinuálny proces dávkovania vstupných látok - kvapalné organické látky, voda, oxidant troma nezávislými jednoplunžrovými čerpadlami na jednom hriadeli s rozdielnym zdvihom a/alebo objemom, pričom až namiešaná zmes vstupných látok s definovaným zložením sa ďalším plunžrom pri vysokom tlaku tlačí do pracovného priestoru reaktora, kde nadkriticky tlak v reaktore riadi regulačný ventil ovládaný pneumaticky nezávislým zdrojom tlakového vzduchu a kde napokon rozložené vstupné látky sa regulované vedú do nízkotlakovej oblasti k ohrevu privádzanej do reaktora namiešanej zmesi vstupných látok s definovaným zložením.

2. Spôsob spracovania kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že na začiatku procesu sa nadkritický tlak a teplota v reaktore dosiahne dočasným prídavným ohrevom.

3. Spôsob spracovania kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že na začiatku procesu sa nadkritický tlak a teplota v reaktore dosiahne dočasným prídavným ohrevom.

4. Spôsob spracovania kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 1 až 3,vyznačujúci sa tým, že pomer molových množstiev vstupujúceho organického materiálu a vody je v intervale 0,1 až 0,15 pre vyšší obsah vodíka v produktoch a nad 0,15 pre vyšší obsah metánu v produktoch.

5. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody, vyznačujúce sa tým, že na združené hydrostatické čerpadlo (000) nadväzuje kombinovaný blok (100) reaktora pozostávajúci z reaktora (100A), integrovaného výmenníka (100C) tepla a z bloku (100B) chladenia umiestneného medzi združeným hydrostatickým čerpadlom (000) a integrovaným výmenníkom (100C) tepla, pričom reaktor (100A) s integrovaným výmenníkom (100C) tepla prepája pneumaticky ovládaný regulačný ventil (200).

6. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 5,vyznačujúce sa tým, že medzi integrovaný výmenník (100C) tepla a blok (100B) chladenia je umiestnená izolačná vložka (108).

7. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 5,vyznačujúce sa tým, že k integrovanému výmenníku (100C) tepla je pridružené štartovacie zariadenie (100D) externého ohrevu.

8. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 5,vyznačujúce sa tým, že súčasťou kombinovaného bloku (100) reaktora je rúra (102) reaktora, ktorej pomer dĺžky k vnútornému priemeru je v intervale 1 : 10 až 1 : 100.

9. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že združené hydrostatické čerpadlo (000) obsahuje tri nezávislé jednoplunžrové čerpacie jednotky osadené na spoločnom hriadeli s excentrami (007, 008a, 008b) s rozdielnymi zdvihmi, pričom do prvej jednoplunžrovej čerpacej jednotky ústi prívod organického materiálu, do druhej jednoplunžrovej čerpacej jednotky ústi prívod oxidantu a do tretej jednoplunžrovej čerpacej jednotky ústi prívod vody; výstupy všetkých troch jednoplunžrových jednotiek vyúsťujú do výstupu so samočinným ventilom (018).

10. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa nároku 5,vyznačujúce sa tým, že pneumaticky ovládaný regulačný ventil (200) pozostáva zo spodnej príruby (201), strednej príruby (202) a hornej príruby (203); tanier (204) je spojený s membránou (205) osadenou medzi strednou prírubou (202) a hornou prírubou (203); v hornej prírube (203) sa nachádza rúrka (207) na prívod stlačeného vzduchu; spodná príruba (201) je vybavená stredovým vstupným otvorom

SK 6960 Υ1 (9-9) k výtoku produktov z reaktora a naň nadväzujúcimi radiálnymi kanálmi vyúsťujúcimi do prvých axiálnych výstupných otvorov (13-13); spodná príruba (201) je ešte vybavená druhými axiálnymi vstupnými otvormi a na ne nadväzujúcimi radiálnymi kanálmi vyúsťujúcimi na obvode spodnej príruby (201).

11. Zariadenie na spracovanie kvapalných organických materiálov v prostredí superkritickej vody podľa 5 nároku 5, vyznačujúce sa tým, že samočinný ventil (018) pozostávajúci z taniera (040), ktorý dosadá do sedla (041) dotýkajúceho sa vonkajšieho krúžku (042), ktorý je pomocou nastavovacích skrutiek (046) spojený s nastavovacím dielom (045), pričom predpätá pružina (048) sa nachádza medzi nastavovacím dielom (045) a základňou (043) predpätej pružiny (48) cez väzbu dvoch polkruhových poistných dielov (044).