Реактор для термохімічної переробки твердих органічних відходів

1. Реактор для термохімічної переробки твердих органічних відходів, що містить футерований корпус, розміщену в корпусі камеру газифікації з C2 2 (19) 1 3 ного теплоносія в камеру газифікації градієнтів температур, тобто і теплових потоків, спрямованих від осьової частини камери газифікації до периферійної, оскільки температура поверхні камери газифікації нижче температури сировини і газів всередині камери. Втрати теплоти в навколишнє середовище призводять до зменшення кількості тепла, необхідного для деструкції твердої органічної сировини. Ці недоліки призводять до збільшення часу реакції, зниження продуктивності реактора та погіршення якості кінцевих продуктів. Найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, за технічною суттю та результатом, який може бути одержаний при його використанні, є реактор для знешкодження та знищення твердих відходів (Патент Російської Федерації № 2201552, МПК7 F 23 G 5/027, F 23 G 5/14, опубл. 27.03.2003), який містить вертикально розташований футерований циліндричний корпус, розміщену в корпусі циліндричну камеру газифікації з отвором для завантаження відходів та отвором для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів, патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів, камери підготовки газоподібного теплоносія, обладнані пальниками, і розподільну камеру, виконану у вигляді кільцевого каналу, утвореного стінкою футерованого корпусу та стінкою камери газифікації, і з'єднану з камерами підготовки газоподібного теплоносія патрубком для підведення газоподібного теплоносія. Патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів розташований у нижній частині камери газифікації, патрубок для підведення газоподібного теплоносія розташований у нижній частині розподільної камери, а розподільна камера у верхній частині обладнана патрубком для відведення газоподібного теплоносія. Крім того, реактор обладнаний камерами підготовки газоподібного теплоносія для прямого нагрівання, які з'єднані патрубком з нижньою частиною камери газифікації. До недоліків найближчого аналога можна віднести низьку ефективність теплопередачі через стінку камери газифікації, що обумовлюється високим термічним опором стінки, що передає тепло, а також значні втрати теплоти з газоподібним теплоносієм, яке відходить з розподільної камери при непрямому нагріванні. Втрати теплоти призводять до зменшення кількості тепла, необхідного для деструкції твердих органічних відходів, що призводить до збільшення часу теплової обробки, зниження продуктивності реактора та погіршення якості кінцевих продуктів. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача створити такий реактор для термохімічної переробки твердих органічних відходів, який за рахунок удосконалень шляхом введення нових конструктивних елементів та їхнього взаємного розташування дозволить забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у зниженні втрат теплоти, зменшенні часу теплової обробки, підвищенні продуктивності реактора та зниженні витрат енергоносіїв при забезпеченні необхідної якості кінцевих продуктів і рівномірній тепловій переробці твердих органічних відходів. 87623 4 Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в реакторі для термохімічної переробки твердих органічних відходів, який містить футерований корпус, розміщену в корпусі камеру газифікації з отвором для завантаження відходів і отвором для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів, патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів, камери підготовки газоподібного теплоносія, обладнані пальником, та розподільну камеру, виконану у вигляді кільцевого каналу, утвореного стінкою футерованого корпусу та стінкою камери газифікації, і з'єднану з камерою підготовки газоподібного теплоносія патрубком для підведення газоподібного теплоносія, згідно з винаходом, у стінці, що розділяє розподільну камеру та камеру газифікації, виконані отвори, обладнані соплами для введення теплоносія, при цьому еквівалентний діаметр вихідних, за напрямом руху газоподібного теплоносія, отворів сопел зменшується по висоті камери газифікації знизу нагору, патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів розташований у верхній частині камери газифікації, патрубок для підведення газоподібного теплоносія розташований у верхній частині розподільної камери, а камера підготовки теплоносія обладнана перегородкою. В окремих варіантах виконання в реакторі, що заявляється, сопла для введення теплоносія установлені так, що кут між поздовжньою віссю сопел та стінкою камери газифікації складає 40° - 50°. Конструкція реактора, що заявляється, забезпечує комбіноване нагрівання твердих органічних відходів у камері газифікації. З однієї сторони, забезпечується непряме нагрівання шляхом передачі частини теплоти від газоподібного теплоносія до органічних відходів через стінку, яка розділяє розподільну камеру та камеру газифікації, а з іншої сторони, забезпечується пряме нагрівання шляхом передачі частини теплоти, що залишилася, до органічних відходів від газоподібного теплоносія, який проникає в камеру газифікації через отвори за допомогою сопел для його введення. При цьому забезпечується рівномірна теплова обробка відходів за всією площею поверхні стінки, яка відокремлює камеру газифікації від розподільної камери, а також за всім об'ємом камери газифікації. Оскільки температура газоподібного теплоносія в розподільній камері вища за температуру середовища в камері газифікації, то теплові потоки спрямовуються від стінки до осьової частини камери газифікації, за рахунок чого знижуються зовнішні втрати теплоти. За рахунок забезпечення безпосереднього контакту теплоносія та органічних відходів теплота більш ефективно та без втрат передається органічним відходам. Менші втрати теплоти сприяють більш інтенсивній тепловій обробці, що, в свою чергу, скорочує час реакції та забезпечує збільшення продуктивності реактора. При цьому досягається необхідний технічний результат - зниження втрат теплоти, зменшення часу теплової обробки, збільшення продуктивності реактора та скорочення витрат енергії при забезпеченні необхідної якості кінцевих продуктів. Виконання в стінці, яка розділяє розподільну камеру та камеру газифікації, отворів, обладнаних 5 соплами для введення теплоносія, дозволяє забезпечити проникнення газоподібного теплоносія в камеру газифікації для прямого нагрівання органічних відходів, а обладнання зазначених отворів соплами дозволяє з одного боку, за рахунок виступів у розподільній камері, забезпечити забір теплоносія для його введення в камеру газифікації, а з іншого боку дозволяє, за рахунок виступів у камері газифікації, запобігти їхньому засміченню. За рахунок того, що еквівалентний діаметр вихідних, за напрямом руху газоподібного теплоносія, отворів сопел зменшується по висоті камери газифікації знизу нагору, забезпечується поділ потоку теплоносія по висоті кільцевого каналу розподільної камери на рівні частини з забезпеченням рівномірного нагрівання органічних відходів. Установлення сопел для введення теплоносія так, що кут між поздовжньою віссю сопел та стінкою камери газифікації складає 40°-50°, дозволяє забезпечити рівномірний розподіл потоку газоподібного теплоносія по висоті всього об'єму розподільної камери і камери газифікації, сприяючи ефективній та повній тепловій обробці органічних відходів, які знаходяться в камері газифікації, а також дозволяє одержувати якісні кінцеві вуглецевмісні продукти термохімічної реакції. При куті менше 40° розповсюдження газоподібного теплоносія, який надходить з розподільної камери через сопла в камеру газифікації, відбувається за параболоподібною траєкторією в її пристінній частині, при цьому не забезпечується достатня теплова обробка органічних відходів, які знаходяться в її центральній частині, що, в свою чергу, обумовлює недостатньо рівномірну теплову переробку твердих органічних відходів та збільшення часу теплової обробки, а також підвищення витрат енергоносіїв та зниження якості кінцевих вуглецевмісних продуктів. При куті більше 50° відбувається спрямування потоку газоподібного теплоносія, який надходить з розподільної камери в камеру газифікації через сопла, за параболоподібною траєкторією до протилежної стінки камери газифікації, при цьому також не забезпечується достатня теплова обробка органічних відходів, які знаходяться в її центральній частині, що, в свою чергу, обумовлює недостатньо рівномірну теплову переробку твердих органічних відходів та збільшення часу теплової обробки, а також підвищення витрат енергоносіїв та зниження якості кінцевих вуглецевмісних продуктів. Розташування патрубка для відведення парогазової суміші вуглеводнів у верхній частині камери газифікації дозволяє найбільш ефективно організувати відведення парогазової суміші вуглеводнів, яка утворюється в камері газифікації та піднімається знизу нагору. Розташування патрубка для підведення газоподібного теплоносія у верхній частині розподільної камери дозволяє підвести теплоносій до верхньої частини розподільної камери та спрямувати в ній рух теплоносія до сопел камери газифікації згори донизу, що, в свою чергу, забезпечує найбільш ефективний процес розподілу теплоносія по висоті розподільної камери та найбільш оптималь 87623 6 ний спосіб введення теплоносія в камеру газифікації через сопла. Обладнання камери підготовки теплоносія перегородкою дозволяє забезпечити процес спалювання палива (природний газ, мазут, тощо) або паливного газу поза реактором та за рахунок організації криволінійного руху потоку теплоносія запобігти потраплянню в патрубок для підведення теплоносія і розподільну камеру відкритого полум'я. Крім того, забезпечується рівномірний розподіл теплоносія за висотою всього перерізу кільцевого каналу розподільної камери. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, де зображено: - фіг. 1 - загальний вигляд реактора в поєднанні з системою поділу парогазової суміші вуглеводнів; - фіг. 2 - вузол А на фіг. 1. У конкретному прикладі виготовлення реактор містить вертикально розташований футерований циліндричний корпус 1, розміщену в корпусі 1 циліндричну камеру газифікації 2 з отвором 3 для завантаження відходів, що закривається кришкою 4, отвором 5 для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів, що закривається кришкою 6, і отвором 7 з патрубком 8 для відведення парогазової суміші вуглеводнів. Також реактор містить систему підведення газоподібного теплоносія, що включає дві симетрично розташовані камери 9 підготовки теплоносія з пальниками 10. При цьому кожна з камер 9 за допомогою патрубка 11 для підведення теплоносія з'єднана з розподільною камерою 12 теплоносія. Кожна камера 9 підготовки теплоносія обладнана перегородкою 13, а розподільна камера 12 виконана у вигляді кільцевого каналу, який утворений стінкою футерованого корпусу 1 та стінкою 14 камери газифікації 2. В стінці 14 виконані отвори 15, обладнані соплами 16 для введення теплоносія. Сопла 16 установлені так, що кут α між поздовжньою віссю сопел 16 та стінкою 14 камери газифікації 2 складає 45°. При цьому, еквівалентний діаметр вихідних, за рухом газоподібного теплоносія, отворів сопел 16 зменшується по висоті камери газифікації 2 знизу нагору, тобто сопла 16 встановлюються в отвори 15 так, щоб еквівалентний діаметр вихідного, за напрямом руху газоподібного теплоносія, отвору верхнього сопла 16, був меншим за еквівалентний діаметр вихідного, за напрямом руху газоподібного теплоносія, отвору того сопла 16, яке розташоване під ним по висоті камери газифікації 2. Крім того, у конкретному прикладі використання реактор, що заявляється, може використовуватись у поєднанні з системою поділу парогазової суміші вуглеводнів, які відводяться патрубком 8 з камери газифікації 2. Таким чином, система поділу парогазової суміші вуглеводнів містить розділові апарати 17, теплообмінник 18, циклон-сепаратор 19, нагнітач 20 і трубопровід 21, а також трубопровід 22 для підведення очищеного паливного газу до пальників 10 камер 9 підготовки теплоносія та засувки 23,24 і 25. Реактор у поєднанні з системою поділу парогазової суміші вуглеводнів працює в такий спосіб. Перед початком переробки органічних відходів 7 отвір 5 для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів закривається кришкою 6, після чого здійснюється заповнення камери газифікації 2 попередньо підготовленими твердими органічними відходами. Після заповнення отвір 3 для завантаження відходів закривається кришкою 4 та відкривається засувка 23 для підведення природного газу до пальників 10 кожної з двох камер 9 підготовки теплоносія з одночасним підведенням повітря для утворення газоподібного теплоносія під час спалювання природного газу. У цей час засувка 24 перебуває у закритому положенні, що виключає можливість надходження газової суміші, яка утворюється в ході початкової стадії термохімічної переробки, до пальників 10, а засувка 25 відкрита. Газоподібний теплоносій, обгинаючи перегородку 13 у камері 9, надходить патрубком 11 для підведення газоподібного теплоносія у верхню частину кільцевої розподільної камери 12. Рівномірно розподіляючись за всім перерізом кільцевого каналу, газоподібний теплоносій у розподільній камері 12 опускається та нагріває стінку 14 камери газифікації 2, яка нагріваючись передає тепло відходам. При цьому, досягнувши отворів 15 з соплами 16, теплоносій проникає в камеру газифікації 2, передаючи частину теплової енергії, що залишилася, відходам. Парогазова суміш вуглеводнів, що утворилася в ході термохімічної реакції, піднімається східним потоком вгору та відводиться з камери газифікації 2 через отвір 7 патрубком 8 у 87623 8 розділові апарати 17, в яких з парогазової суміші вуглеводнів виділяються не менше двох фракцій рідких вуглеводнів. З розділових апаратів 17 суміш надходить у теплообмінник 18, де відбувається збирання залишкових фракцій рідких вуглеводнів, а потім у циклон-сепаратор 19, де здійснюється кінцеве очищення паливного газу від крапель фракцій рідких вуглеводнів. До виходу реактора на робочий режим газова суміш відводитеся через відкриту засувку 25 трубопроводом 21, наприклад, на спалювання або технологічні потреби. Після виходу реактора на робочий режим і появи паливного газу в достатній для підтримки термохімічного процесу кількості закривається засувка 23, припиняючи подачу природного газу до пальників 10, також закривається засувка 25, а засувка 24 відкривається, забезпечуючи подачу паливного газу до пальників 10. З циклона-сепаратора 19 очищений паливний газ за допомогою нагнітача 20 трубопроводом 22 направляється до пальників 10 камер 9 підготовки теплоносія для його спалювання та утворення газоподібного теплоносія. Нагнітач 20 з одного боку за рахунок розрідження, що створюється, забезпечує рух парогазової суміші вуглеводнів, а з іншого боку забезпечує подачу очищеного паливного газу до пальників 10. Після закінчення заданого періоду термохімічної переробки подача теплоносія припиняється, та кінцеві тверді вуглецевмісні продукти видаляються з реактора через отвір 5 при відкритій кришці 6. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 87623 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601