Піролізна установка утилізації органічних відходів

Піролізна установка утилізації органічних відходів, що включає герметичний реактор з зовнішнім обігрівом, вісь з ротором, перегрібачи, пристрої для завантаження та розвантаження, патрубок для виходу парогазової суміші, яка відрізняється тим, що ротор виконаний із окремих секцій у вигляді білячого колеса, повздовжні ребра якого 36635 Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками даної установки: герметичний реактор з зовнішнім обігрівом; вісь з ротором; перегрібачі; патрубок для виходу парогазової суміші; пристрої для завантаження та розвантаження. Причини, які перешкоджають отриманню потрібного технічного результату: в процесі експлуатації на внутрішній поверхні реактора утворюється міцний шар пригару (коксу), який знижує ефективність теплозйому зі стінок реактора, а конструкція реактора не передбачає механічного руйнування та видалення зазначеного шару, в результаті ККД відомого пристрою дуже низький. Крім цього, відома установка не забезпечує рівномірного розподілу температури нагріву відходів, які потрібно обробити по усьому об'єму, при цьому термічна деструкція відходів відбувається нерівномірно в об'ємі реактора: процес носить нестабільний характер і не гарантує повної утилізації усіх відходів до виходу їх із реактора. Відома конструкція установки ефективна для знищення довговолокнистих відходів, тому що забезпечує механічне руйнування їх у середині реактора, але для подрібнених відходів вона малоефективна через утворення місцевих перегрівів та пригарів на стінках реактора, які додатково знижують ККД самої установки. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити піролізну установку утилізації органічних відходів, в якій використання нових технічних рішень в конструкції реактора забезпечить рівномірний розподіл градієнта температури по усьому об'єму відходів, які необхідно обробити, що дозволить підвищити ККД установки до 0,85. Суть винаходу полягає у тому, що в піролізній установці утилізації органічних відходів, яка включає герметичний реактор з зовнішнім обігрівом, вісь з ротором та перегрібачами, пристрої для завантаження та розвантаження, патрубок для виходу парогазової суміші, відповідно до винаходу, ротор виконаний із окремих секцій у вигляді білячого колеса, повздовжні ребра якого обладнані пружними елементами, розташованими у шаховому порядку по периметру секції та установлені з можливістю пружного контакту з внутрішньою поверхнею реактора, а перегрібачі виконані у вигляді гвинтової стрічки, що звужується, і знаходиться на внутрішній поверхні кожної секції, при цьому секції розміщені на одній вісі та зміщені одна від другої на кут 90° відносно початку гвинтової стрічки перегрібача, причому у верхній та нижній секціях перегрібач, розміщений так, що початок гвинтової стрічки виконаний вузькою частиною і з правим заходом, а в останніх - широкою частиною стрічки та з лівим заходом, а на торці нижньої секції, з зовнішнього боку, навколо осі установлений пластинчатий шкребок, закручений з правим заходом у вигляді спіралі Архімеда. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками даної установки та досягнутим технічним результатом, слід відзначити наступне. Процес утилізації органічних відходів, наприклад, подрібнених зношених автопокришок, та гуми в цілому, методом піролізу без доступу кисню, при температурі 400-600°С, супроводжується термічним розкладом (деструкцією) гуми з утво ренням парогазової суміші та твердого вуглецевого залишку. Подальше охолодження парогазової суміші сприяє її конденсації та отриманню окремо рідкої та газоподібної фракцій. Гума за своїми теплофізичними характеристиками є теплоізоляційним матеріалом з малим коефіцієнтом теплопередачі. При нагріві в реакторі відбувається перегрів її біля стінок реактора, що приводить до утворення пригарів, в той час як на відстані 300-400 мм від стінки реактора температура гумової маси знижується до 250-300°С, що цілковито недостатньо для деструкції. Виконання ротора із секцій у вигляді білячого колеса з пружними боковими елементами забезпечує руйнування та видалення пригарів з внутрішньої поверхні реактора, в результаті забезпечується стабільний та ефективний теплозйом з нагрітої внутрішньої поверхні реактора, при цьому він не зменшується під час довгої експлуатації. А сполучення білячого колеса, пружних елементів та гвинтової стрічки зі зміщенням на кут 90° забезпечує ефективне переміщення гарячих відходів від нагрітого корпусу до холодного центру реактора, забезпечуючи збільшення швидкості нагріву та рівномірне розподілення градієнту температури по усьому об'єму реактора. Розміщення стрічки у верхній та нижній секціях з правим заходом забезпечує відповідно рівномірне розподілення відходів, що подаються, по перерізу реактора у верхній його частині та ефективну подачу твердого залишку в нижню частину реактора. Пластинчатий шкребок, закручений з правим заходом у вигляді спіралі Архімеда забезпечує рівномірну подачу твердого залишку з усього нижнього перерізу реактора до пристрою розвантаження. Таким чином, сукупність істотних ознак дозволить забезпечити стабільний та ефективний теплозйом з нагрітої внутрішньої поверхні реактора, збільшення швидкості нагріву та рівномірне розподілення градієнта температури по усьому об'єму відходів, що обробляються. Це дозволить при мінімальних габаритах установки збільшити її ККД до 0,85 та продуктивність довести до 10 г/добу. Суть винаходу пояснюється кресленням, де: на фіг. 1 - зображений повздовжній перетин реактора установки, по В-В; на фіг. 2 - зображений поперечний перетин реактора, по А-А; на фіг. 3 вигляд Б на шкребок з нижнього боку торця секції; на фіг. 4 - зображена технологічна схема установки, на якій стрілками позначені потоки: О - відходи; ПГС - парогазова суміш; ПГ - піролізний газ, П – природний газ; Д - димові гази; ХВ - холодна вода; ГВ - гаряча вода; Б - рідка бензинова фракція; К рідка гасова фракція; Г - рідка гудронова фракція; В - повітря; ПК - твердий залишок (пірокарбон). Піролізна установка утилізації органічних відходів має герметичний реактор 1 (фіг. 1) з зовнішнім обігрівом, вісь 2 з ротором, виконаним із окремих секцій 3, та перегрібачі 4. Кожна секція ротора 3 виконана у вигляді білячого колеса, а його повздовжні ребра 5 обладнані пружними елементами 6, які розташовані у шахматному порядку по периметру секції та установлені з можливістю пружного контакту з внутрішньою поверхнею реактора 1. Перегрібачі 4 виконані у вигляді гвинтової стрічки, яка звужується і знаходиться на внутрішній поверхні кожної секції (фіг. 2). Секції розміщені 2 36635 на одній осі та зміщені одна від другої на кут 90° відносно початку гвинтової стрічки перегрібача 4. В верхній 7 та нижній 8 секціях перегрібач 4 розміщений так, що початок гвинтової стрічки виконано вузькою частиною та з правим заходом, а останніх - широкою частиною стрічки та з лівим заходом. На торці нижньої секції 8, з зовнішнього боку, навколо вісі 2 установлений пластинчатий шкребок 9 (фіг. 3), закручений з правим заходом у вигляді спіралі Архімеда. Реактор обігрівається газопальниковим блоком 10 та димоходом 11. Ротор 3 з секціями приводиться в оберти через привід 12. Завантаження відходів у реактор здійснюється шнековим завантажувальним пристроєм 13 та електроприводом 14, а розвантаження твердого вуглецевого залишку забезпечується при допомозі шнекового пристрою 15 з електроприводом 16 в герметичну ємність 17. Патрубок 18 забезпечує видалення парогазової суміші в технологічну лінію установки, схема якої зображена на фіг. 4. Технологічна схема установки містить в собі реактор 1 з усіма пристроями, показаними на фіг. 1, 2, 3, ректифікаційну колону 19, збирач газу 20 та ємності для рідких фракцій 21. Тепло димових газів після реактора знімається в утилізаційному котлі 22, а потім димові гази поступають на каталізатор 23 і виходять в навколишнє середовище. Піролізний газ із газозбірника 20 поступає на власні потреби (згоряє в газопальниковому блоці 10 та обігріває реактор). Піролізна установка працює наступним чином. Попередньо подається природний газ в газопальниковий блок 10 і за рахунок його горіння нагрівають реактор 1 до робочої температури, наприклад 600°С. Потім включається електропривод 14 та при допомозі шнекового пристрою 13 подається подрібнена маса відходів, наприклад, гуми (попередньо подрібнені автопокришки до розмірів (5х5х10 мм) до реактору 1. Включається привід 12 та забезпечується обертання ротора 3 за годинниковою стрілкою. Верхня секція 7 своїм перегрібачем з правим заходом рівномірно розподіляє відходи то перерізу реактора з подачею відходів на сусідню нижню секцію. Завдяки зміщенню секцій одна відносно другої на кут 90°, відходи не падають зразу на дно реактора, а поступово опускаються з однієї секції на другу, причому за рахунок центробіжних сил та сил тертя, більш важкі частки, які не повністю піддались деструкції, посуваються знизу догори по гвинтовій поверхні перегрібача з лівим заходом, а більш легкі поступово пересипаються з однієї секції на другу, поспіваючи при цьому пройти повний процес деструкції. Швидкість обертання ротора визначають експериментально. При попаданні оброблених відходів на нижню секцію 8, вони за допомогою перегрібача з правим заходом опускаються на дно реактора та за рахунок пластинчатого шкребка 9, закрученого з правим заходом у вигляді спіралі Архімеда розподіляються по периметру реактора 1 та рівномірно подаються до шнекового пристрою 15, забезпечуючи розвантаження оброблених відходів рівномірно з усього перетину реактора 1. Коли реактор повністю наповниться відходами до потрібного рівня, надалі вони будуть подаватися циклічно в автоматичному режимі, підтримуючи оптимальний рівень відходів у реакторі 1. В процесі роботи пружні елементи 6, по-перше, механічно очищують нагріту внутрішню бокову стінку реактора 1, виключаючи пригари та утворення теплоізоляційного закоксованого шару відходів, а, по-друге, забезпечують додаткову теплопередачу від нагрітої бокової поверхні реактора 1 у середину реактора за рахунок теплового контактування металевої конструкції ротора 3, теплопровідність якого на декілька порядків вище теплопровідності відходів гуми, які обробляються. Тим самим забезпечується ефективний теплозйом з поверхні реактора, збільшується швидкість нагріву внутрішніх шарів відходів та відповідно досягається рівномірне розподілення градієнта температури по усьому об'єму відходів, що обробляються. Утворена в результаті деструкції відходів парогазова суміш (ПГС) видаляється з реактора 1 через патрубок 18 та направляється в ректифікаційну колону 19, де проходить конденсація ПГС і розподіл на фракції. Рідка фракція ділиться на легку (бензин), середню (гас) та важку (мазутгудрон) і кожна з них збирається в окрему ємність 21. Газова фракція - піролізний газ - поступає в газозбірник 20, а коли його збереться достатня кількість, природний газ, який поступає до газопальникового блоку 10, перекривається та відкривається трубопровід з піролізним газом. З цього моменту обігрів реактора буде здійснюватися за рахунок згоряння власного піролізного газу. Тепло димових газів після реактора знімається в утилізаційному котлі 22, а потім димові гази поступають на каталізатор 23 і виходять в навколишнє середовище. Піролізний газ із газозбірника 20 поступає на власні потреби (згоряє в газопальниковому блоці 10 та обігріває реактор). Дана конструкція піролізної установки утилізації органічних відходів дозволяє збільшити ККД установки до 0,85 і при мінімальних її габаритах довести продуктивність до 10 т/добу. Це дозволить утилізувати зношені автопокришки, які в природних умовах практично не розпадаються, і в цілому покращити екологічні умови, крім того одночасно можливо отримати енергоресурси у вигляді рідкого, газоподібного та твердого палива. 3 36635 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 4 36635 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5