Пристрій для перероблення органічних матеріалів

1 Пристрій для переробки органічних матеріалів, який містить реакційну камеру з термоізоляційним кожухом, вхідним вузлом і вихідними вузлами для твердої, рідкої і газоподібної фракцій, а також канал подавання кисневмісного газу, з'єднаний з реакційною камерою, який відрізняється тим, що вхідний вузол і кожний з вихідних вузлів для твердої і рідкої фракцій містять екрануючу теплоізоляційну пробку, контур охолодження і кришку з герметичним ущільненням 2 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що вихідний вузол пристрою для газоподібної фракції виконаний у вигляді випускного каналу з гілкою Корисна модель стосується пристроїв для одержання горючих газів з твердого вуглецьмістячого палива, в тому разі ВІДХОДІВ, І може бути використана як для одержання газоподібного палива та іншої промислової сировини, так і для екологічно чистої переробки органічних матеріалів, наприклад, деструкції різноманітних побутових, промислових і сільскогосподарчих ВІДХОДІВ Зокрема можуть перероблюватися побічні продукти ХІМІЧНОГО та біологічного виробництв, хвороботворний бруд та відходи, що важко видаляються, наприклад, можуть бути здійснені регенерація адсорбентів, які застосовують при очищенні мінеральних і сінтетичних масел, терморозкладання олій, термін ГІДНОСТІ яких закінчився, тіл тварин, що загинули у епізоотіях і т п За його допомогою можуть бути газифіковані низькосортні вуглі, деревина та ш Відомий пристрій для переробки органічних матеріалів, що описаний Beattie W Н та ш у статті «High temperature solar pyrolysis of coal» [див «Solar Energy»,1983, vol 31, № 2, P 137 - 143], у якому примірник кам'яного вугілля підлягав газифікації під впливом сонячного тепла Воно містить вакуумовану реакційну камеру з посереднім піді відбору, яка містить трубопровід, газовий пальник і регулюючий клапан, при цьому газовий пальник встановлений поза реакційною камерою в межах термоізоляційного кожуха 3 Пристрій по п 2, який відрізняється тим, що вихідний вузол для газоподібної фракції містить контур охолодження 4 Пристрій по п 3, який відрізняється тим, що до пальника підключено також трубопровід резервного газу 5 Пристрій по п 4, який відрізняється тим, що вхідний і вихідний вузли додатково включають шлюзові камери 6 Пристрій по п 5, який відрізняється тим, що реакційна камера виконана з можливістю довільного просування до вихідного вузла залишків, які не розклалися, наприклад, в формі циліндра з похилою подовжньою віссю гріванням у вигляді сонячної печі з підігріванням сонячними промінями Технічне рішення містить також ДОПОМІЖНІ вузли Пристрій дозволяє забезпечити процес чистого піролізу (температурного розкладення на складові сировини, що оброблюється), без внесення в реакційну камеру зовні сторонніх ДОМІШКІВ, тобто досягнути високої якості продукта, що виробляється Але досягається це тільки за умови вакуумування реакційної камери Слід зазначити, що у описаному пристрої процес здійснювався тільки у лабораторних умовах Здійснення його у промислових обсягах зв'язано зі всіма складностями забезпечення вакууму у цих же обсягах, а при робочих температурах зовсім неможливо З відомих технічних рішень найбільш близьким до корисної моделі є пристрій, що описано у пат [RU № 2014346 С1, 5 М кл C10J3/00, РСТ/СН 89/00143 03 08 89] Воно містить реакційну камеру з термоізолюючим кожухом (конвертер), вхідний вузол, а також ВИХІДНІ вузли для твердої, рідкої та газоподібної фракцій Є також канал подавання киснемістячого газу, з'єднаний з реакційною камерою, і парогенератор зі своїм трубопроводом 1421 Пристрій містить також систему трубопроводів і ДОПОМІЖНІ вузли, втому разі регульовочні, а також сховища для материалов, які перероблюються, газоочисник, охолоджувач, циклон Недоліком прототипу є наявність повітря всередині реакційної камери, внаслідок якого суттєво змінюється характер процесів, що відбуваються Крім піролизу ВІДХОДІВ, що перероблюються, коїться також їх окислення, що відбувається на якості продукта, який виробляють Слід також зазначити можливість несанкціонованих викидань недопалених складових і диму у навколишнє середовище крізь нещільності реакційної камери У основу корисної моделі поставлене завдання створення удосконаленого пристрою, у якому екологічно чисте виробництво енергоносія і переробка сировини забезпечується герметичністю реакційного об'єму і за рахунок цього можливістю проведення піролітичного процесу без доступу повітря, що дозволяє виключити несанкціоновані викидання у атмосферу і підвищити якість продуктів, що виробляються Поставлене завдання вирішується тим, що у пристрої для переробки органічних матеріалів, який містить реакційну камеру з термоізоляційним кожухом, вхідним вузлом і вихідними вузлами для твердої, рідкої і газоподібної фракцій, а також канал подавання кисневмісного газу, з'єднаний з реакційною камерою, згідно з корисною моделлю вхідний вузол і кожний з вихідних вузлів для твердої і рідкої фракцій містять екрануючу теплоізоляційну пробку, контур охолодження і кришку з герметичним ущільненням Вихідний вузол пристрою для газоподібної фракції може бути виконаний у вигляді випускного каналу з гілкою відбору, яка містить трубопровод, газовий пальник і регулюючий клапан, при цьому газовий пальник може бути встановлений поза реакційною камерою в межах термоізолюючого кожуху Доцільно також, щоб вихідний вузол для газоподібної фракції містив контур охолодження Пристрій може включати також трубопровід резервного газу, якого підключено до газового пальника Пристрій може включати також шлюзові камери у складі вхідного і вихідних вузлів Реакційна камера може бути виконана з можливістю довільного просування до вихідного вузла залишків, які не розклалися, наприклад, в формі циліндра з похилою подовжньою віссю Введення екрануючих теплоізоляційних пробок і охолоджуючих контурів до складу вхідного і вихідного вузлів і їх розташування забезпечує захист ущільнення кришок від тепла нагрітого корпусу і ВІДХОДІВ, що оброблюються, і це знімає обмеження на матеріали для ущільнення і забезпечує можливість герметизації реакційної камери Це останнє виключає несанкціоновані викидання в атмосферу з реакційної камери, з одного боку, і проникнення повітря в камеру, з іншого Крім того, верхні межі температури і тиску усередині реакційної камери в значній мірі обумовлюються можливістю підводу необхідного тепла Наявність гілки відбору випускного газу і її з'єднання з газовим пальником забезпечує повернення тепла у реакційну зону, даючи можливість регулювання температури і тиску усередині реакційної камери за рахунок регулювання полум'я пальника Герметичність реакційної камери і наявність зовнішнього нагрівання крізь її стінку у сукупності дозволяють забезпечити якісно нові характеристики самого процесу пірол ізу, а останнє покращує розкладання ВІДХОДІВ І дає можливість регулювати параметри газу, що утворюється Заявнику невідоме введення екрануючих теплоізоляційних пробок і охолоджуючих контурів до складу вхідного і вихідного вузлів пристроїв для переробки органічних матеріалів і забезпечення за рахунок цього герметичності реакційної камери Заявнику ВІДОМІ рішення, у яких забезпечується повернення тепла до реакційної зони для самопідтримки процесу піролізу, наприклад, автотермічний пірол із для переробки вуглекиснів [див «Краткая химическая энциклопедия» - М 1964, т З, с 1080, рис 5], при якому сировина до заданої температури розігрівається за рахунок спалення частини самої цієї сировини Але у згаданому рішенні тепло повертається за рахунок повернення сировини усередину реактора, де здійснюється його змішування з киснемістячим газом Це приводить до іншого, ніж у корисній моделі, процесу, а саме екзотермічної реакції спалення сировини, в той час як у корисній моделі тепло у реакційну зону повертається зовні реакційної камери без його носія, а всередині цієї зони відбувається ендотермічна реакція з його поглинанням До того ж, на відміну від автотермічного піролізу, само це тепло одержується від спалювання вихідного продукта, а не частини сировини, що суттєво підвищує температуру процесу, оскільки тепловіддача у газу, який виробляється, значно вище, ніж у сировини у вигляді ВІДХОДІВ Таким чином новий ефект, який одержується від відомої ознаки у складі нової сукупності полягає у підвищенні продуктивності пристрою по газу і підвищенні якості цього газу Приклад виконання корисної моделі ілюструється кресленням (див Фіг), на якому зображено загальний вигляд пристрою Пристрій містить реакційну камеру 1 з вхідним вузлом 2 для завантаження матеріалу 3, що оброблюється, наприклад, органічних ВІДХОДІВ Форма камери 1 може бути обрана таким чином, щоб матеріали, які не розклалися у процесі обробки, довільно просувалися до розташованого у донній частині камери 1 вихідного вузла 4 для видалення золи У окремому випадку камера 1 може бути виконана у формі циліндра, подовжня вісь якого нахилена до горизонтальної площини під кутом, який дозволяє залишкам (золі) просуватися до вихідного вузла 4 під дією власної ваги Передбачена можливість перекидання камери 1 і звільнення від нерозкладених залишків крізь вхідний вузол 2 Вхідний вузол 2 і вихідний вузол 4 містять екрануючі теплоізоляційні пробки 5, контури 6 охолодження вхідного і вихідного вузлів 2,4 ВІДПОВІДНО, а також кришки 7 з герметичним ущільненням і власними контурами 6 охолодження Кожний з контурів 6 охолодження може бути виконаний у вигляді повітряного, або водяного охолоджувача, напри 1421 клад, кришка 7 і екрануюча теплоізоляційна пробка 5 можуть бути рознесені у просторі так, що на цієї відстані відбувається скидання температури, або іншим чином У пристрої є також канал подавання киснемістячого газу, наприклад, повітря з трубопроводом 8, клапаном-натікачем 9 і охолоджувачем 10 Останній призначений для захисту клапана 9 від обратної течи гарячого повітря Вихідний вузол пристрою для газоподібної фракції може бути виконаний у вигляді випускного каналу для газу, що одержують, і включати трубопровод 11, охолоджувач 12, прохідний і випускний клапани 13, 14 ВІДПОВІДНО Клапан 13 призначений для захисту від зворотного потоку повітря у неустановленому режимі і для захисту від аварійної сітуацм у вигляді вибуху, а клапан 14 - для захисту від надлишкового тиску Далі по ходу газа випускний канал підключено до споживчої гілки трубопровода Випускний канал має також гілку відбору з трубопроводом 15, регулюючим технологічним клапаном 16 і газовим пальником 17 Останнього встановлено зовні камери 1, але у межах термоізолюючого кожуха 18 До пальника 17 (перед регулюючим вентилем) підключено також трубопровід 19 резервного газу з клапаном 20, необхідність у якому може у ряді випадків виникати на пусковому етапі для запуску і розігріву камери 1 Вихідний вузол 4 для твердої фракції влаштований аналогічно вхідному вузлу 2 Вхідний вузол 2 і вихідний вузол 4 можуть бути обладнані шлюзами для забезпечення можливості завантаження і вивантаження у процесі роботи без зупинки пристрою (на кресленні не показані) Кришки 7 обладнані ущільненням з матеріалів, які дозволяють забезпечити герметичність реакційної камерні і які не розкладаються при зіткненні з її охолодженими за допомогою контурів 6 стінками, наприклад, з гуми, силіконової гуми, пластмас або інших На виході можуть бути встановлені ВІДОМІ пристрої для додаткового очищення продуктів, що одержуються Вихідний вузол 11 з'єднаний зі споживчим трубопроводом 21 Пристрій працює наступним чином Через відкритий вхідний вузол 2 зі знятими кришкою 7 і теплоізоляційною пробкою 5 до робочого об'єму реакційної камери 1 завантажують бювідходи 3, гуму, пластмасу або інший органічний бруд (можливо з неорганічними включеннями) У первісному неустановленому періоді по каналу подавання киснемістячого газу через трубопровід 8 и клапаннатікач 9 під тиском подають повітря Всередині робочого об'єму камери 1 створюють осередок запалювання, перекривають доступ повітря через вхідний вузол 2 кришкою 7 і теплоізоляційною пробкою 5 Повітря, яке поступає по каналу подавання киснемістячого газу, підтримує процес горіння у створеному осередку запалювання Вихід продуктів горіння провадиться через трубопровід 11 Параметри паління регулюють за допомогою зміни об'єму газу, що подається (або кисню), таким чином, щоб на виході з камери 1 створювався горючий газ Одразу ж по досягненні створення горючого газу частину газу, що його одержують, через гілку відбору з трубопроводом 15 і клапаном 16 спрямовують до пальника 17 Починається розі грів ВІДХОДІВ з постачанням тепла зовні крізь стінку камери 1 і перехід процесу паління ВІДХОДІВ В автопіролізний процес виробляння газу Поступово при подальшому розігріві процес газоутворення з автопіролізного переходить в піролізний Клапаном 9 перекривають доступ повітря Змішаний етап горіння - піролізу продовжується до тих пір, доки з органічних ВІДХОДІВ вигорять киснемістячі молекули При цьому газ надходить до пальника 17, і температура продовжує зростати До миті, коли температура розігріву камери 1 досягає розрахункової, процес змішаного горіння переходить в іншу фазу - термічного розкладення матеріалу З без доступу кисню, тобто починається фаза саме піролізу На цьому етап запуску пристрою закінчується, і воно починає робити у режимі стійкого розкладання ВІДХОДІВ і створення газу Для нього характерні реакції розщеплення вуглець-вуглецевих зв'язків, відщеплення функціональних груп, дегідрогенізації, полімеризації і конденсації первісних молекул, ізомеризації, утворення нових речовин з фрагментів і продуктів перетворення Кінцевим ітогом при достатньо високій температурі і тривалості процесу є розпад первісної речовини на гази і смолисті речовини Через ВИХІДНІ вузли 4 і ВІДОМІ ДОПОМІЖНІ пристрої до них видаляють рідкі складові Гази на виході сортирують по фракціям для відокремлювання, якщо це необхідно Створений газ включає велику КІЛЬКІСТЬ СМОЛ Можливе їх безпосереднє використання, або процес може регулюватися таким чином, щоб смоли розкладалися на більш легкі речовини у залежності від поставленого завдання Переваги описаного технічного рішення полягають у тому, що завдяки спеціальній конструкції вхідного і вихідного вузлів, реакційна камера повністю герметизована, а отже запобігнуте як витікання газів і диму з неї до атмосфери, так і проникнення атмосферного повітря всередину Цей ефект достигнуто без вакуумування внутрішнього об'єму реакційної камери, що викликає великі труднощі при здійсненні у промислових обсягах Влаштування вихідного вузлу дозволяє здійснити її нагрів за рахунок спалення частини власного продукту, що створюється, і забезпечує регулювання зовні параметрів процесу, що відбувається в камері Можливість роботи при підвищених і регульованих температурах і тисках у герметичному об'ємі регламентує ХІМІЗМ процесів і відбивається на якості піролізного газу Завдяки тому, що всередині немає вогню і немає доступу повітря, сировина захищена від згорання Реакції окислення зведені до мінімуму і підтримуються лише за рахунок молекул кисню, що містяться всередині матеріалу, який оброблюється Подібний процес раніше у промислових обсягах не досягався Таким чином забезпечується екологічно чисте, енергозберігаюче створення енергоносія (газові і рідкі компоненти) при регульованих параметрах Можливість зробити процес автономним дозволяє суттєво знизити його вартість, а також реалізувати пересувні установки невеликої потужності для обслуговування лише епізодично виникаючих потреб Це вельми важливо, наприклад, при здійс 1421 ненні таких енергозатратних процесів, як знищення тіл тварин, які пали у епізоотіях і таке інше Початковий матеріал не потребує спеціальної підготовки подріблення, розподілення на фракції і т п Перевагою також є проста конструкція і висока термічна ефективність пристрою При цьому 8 воно добре адаптується до широкого кола завдань і дозволяє при використанні різноманітної сировини одержувати поліпшений за якостями вихідний продукт, регулюючи параметри процесу, що відбувається ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71