Спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів

Реферат: Спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів включає подрібнювання сировини, прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор, термохімічну переробку, яку здійснюють у потоці газоподібного теплоносія, додаткове нагрівання сировини з боку стінок реактора за допомогою трубчастих електронагрівників, встановлених за його периметром, розділення парогазової суміші, що утворюється, на рідку і газову складові та вивантаження твердого залишку. UA 69478 U (12) UA 69478 U UA 69478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів і може бути використана у гірничо-металургійному комплексі, комунальному та сільському господарстві для утилізації зношених автомобільних шин, транспортерної стрічки та подібних відходів. Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є спосіб переробки органічної сировини, що включає попереднє прогрівання органічної сировини за допомогою трубчастих електронагрівників у процесі її транспортування у вертикальний термохімічний реактор, завантаження сировини в термохімічний реактор, термохімічну переробку, яка здійснюється в потоці газоподібного теплоносія, який подають до сировини за допомогою осьового трубопроводу, що розподіляє теплоносій за конусною поверхнею зверху донизу на різних рівнях, додаткове нагрівання органічної сировини з боку стінок реактора за допомогою трубчастих електронагрівників, встановлених за його периметром, розділення парогазової суміші, що утворюється, на рідку і газову складові та вивантаження твердого залишку (патент України № 36824, МПК C10L5/00, F23G5/027). В способі, що заявляється, і найближчому аналозі співпадають такі суттєві ознаки. Обидва способи включають подрібнення сировини, прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор, термохімічну переробку, яку здійснюють у потоці газоподібного теплоносія, додаткове нагрівання сировини з боку стінок реактора за допомогою трубчастих електронагрівників, встановлених за його периметром, розділення парогазової суміші, що утворюється, на рідку і газову складові та вивантаження твердого залишку. Енергетична ефективність переробки твердих вуглецевмісних відходів суттєво залежить від розміру фракцій сировини, яка надходить у вертикальний термохімічний реактор, режиму прогрівання сировини при її завантаженні в термохімічний реактор та режиму термохімічної переробки сировини в термохімічному реакторі. Аналіз технічних властивостей найближчого аналога, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату, що полягає у підвищенні енергетичної ефективності термохімічної переробки вуглецевмісних відходів, при використанні найближчого аналога перешкоджають такі причини: - при подачі в термохімічний реактор твердих вуглецевмісних відходів різного фракційного складу відбувається з одного боку недостатнє прогрівання крупних фракцій відходів, а з іншого боку - дуже швидке нагрівання дрібних фракцій вуглецевмісних відходів; - використання тільки крупних фракцій вуглецевмісних відходів при їхній термохімічній переробці призводить до збільшення тривалості процесу переробки та, відповідно, до збільшення питомих витрат енергії на термохімічну переробку; - використання тільки дрібних фракцій вуглецевмісних відходів призводить до зменшення тривалості термохімічної переробки відходів, але при цьому збільшуються питомі витрати енергії на подрібнювання сировини; - при недостатній тривалості та недостатній температурі попереднього прогрівання сировини суттєво збільшується тривалість її термохімічної переробки в термохімічному реакторі, що призводить до зниження продуктивності; - при завищеній тривалості та завищеній температурі попереднього прогрівання сировини підвищуються питомі витрати енергії на попереднє підігрівання сировини та загальні витрати енергії на її термохімічну переробку; - при недостатній тривалості та недостатній температурі нагрівання сировини в термохімічному реакторі суттєво збільшується тривалість її термохімічної переробки в реакторі, що призводить до зниження продуктивності; - при завищеній тривалості та завищеній температурі нагрівання сировини в термохімічному реакторі підвищуються загальні витрати енергії на її термохімічну переробку. Відсутність взаємозв'язку максимального лінійного розміру фракцій подрібненої сировини з режимом попереднього прогрівання сировини та з режимом її термохімічної переробки в термохімічному реакторі призводить до зниження продуктивності та до безпідставного збільшення сумарних витрат енергії на переробку твердих вуглецевмісних відходів. Тому енергетична ефективність переробки твердих вуглецевмісних відходів за прототипом в термохімічному реакторі недостатньо висока. В основу способу, що заявляється, поставлена задача створити такий спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів, в якому удосконалення шляхом введення нової сукупності дій дозволить при використанні способу, що заявляється, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні енергетичної ефективності переробки твердих вуглецевмісних відходів у термохімічному реакторі. 1 UA 69478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів, що заявляється, включає подрібнювання сировини, прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор, термохімічну переробку, яку здійснюють у потоці газоподібного теплоносія, додаткове нагрівання сировини з боку стінок реактора за допомогою трубчастих електронагрівників, встановлених за його периметром, розділення парогазової суміші, що утворюється, на рідку і газову складові та вивантаження твердого залишку, згідно з корисною моделлю, сировину подрібнюють до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм. Прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор здійснюють при 140÷200 °C впродовж 3÷5 хвилин. Термохімічну переробку сировини здійснюють при 550÷600 °C впродовж 60÷80 хвилин. В окремих випадках використання спосіб, що заявляється, характеризується тим, що сировину подрібнюють до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні, переважно, 35÷40 мм. При використанні способу, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні енергетичної ефективності переробки твердих вуглецевмісних відходів у термохімічному реакторі. Між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Подрібнювання сировини (твердих вуглецевмісних відходів) до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм, забезпечує отримання практично однакового фракційного складу відходів, які в подальшому спрямовуються на термохімічну переробку. Використання вуглецевмісної сировини практично однакового фракційного складу (з однаковим еквівалентним діаметром частинок) для термохімічної переробки забезпечує практично одночасне нагрівання всіх фракцій відходів до температур початку розкладання сировини та стале протікання термохімічних реакцій в об'ємі вуглецевмісних відходів. Прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор при 140÷200 °C впродовж 3÷5 хвилин та здійснення термохімічної переробки сировини при 550÷600 °C впродовж 60÷80 хвилин забезпечує при переробці сировини, яка попередньо була подрібнена до максимального лінійного розміру фракцій в діапазоні 30÷50 мм, мінімальні сумарні енергетичні витрати на подрібнювання і термохімічну переробку твердих вуглецевмісних відходів. Вибір граничних значень суттєвих параметрів при реалізації способу обумовлений наступним. Збільшення фракцій сировини до розміру понад 50 мм призводить до підвищення тривалості термохімічної переробки та до збільшення сумарних питомих витрат енергії, яка витрачається на подрібнювання та безпосередню термохімічну переробку вуглецевмісних відходів, що обумовлюється значним збільшенням в сумарних питомих витратах частки енергії на переробку сировини в термохімічному реакторі при підвищенні тривалості термохімічної переробки, що, в свою чергу, призводить до зниження енергетичної ефективності термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів в цілому. Зменшення фракцій сировини до розміру менше 30 мм також призводить до збільшення сумарних питомих витрат енергії, яка витрачається на подрібнювання та безпосередню термохімічну переробку вуглецевмісних відходів, що обумовлюється значним збільшенням в сумарних питомих витратах частки енергії, яка витрачається безпосередньо на подрібнювання вуглецевмісних відходів, що, в свою чергу, призводить до зниження енергетичної ефективності термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів в цілому. Використання для термохімічної переробки подрібнених твердих вуглецевмісних відходів із розміром фракцій у діапазоні 35÷40 мм забезпечує мінімальні сумарні питомі витрати енергії на подрібнювання та термохімічну переробку вуглецевмісних відходів, завдяки чому підвищується енергетична ефективність термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів. Прогрівання сировини, подрібненої до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм, при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор при температурі, меншій за 140 °C впродовж менше трьох хвилин та здійснення термохімічної переробки сировини при температурі, меншій за 550 °C впродовж менше 60 хвилин призводить до недостатньо повного протікання термохімічних реакцій, до зниження продуктивності по найбільш цінному кінцевому продукту - рідкій фракції вуглеводнів, що, в свою чергу, призводить до зниження енергетичної ефективності термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів. Прогрівання сировини, подрібненої до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм, при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор при температурі, більшій за 200 °C впродовж більше п'яти хвилин та здійснення термохімічної переробки сировини при температурі, більшій за 600 °C впродовж більше 80 хвилин призводить до додаткових витрат 2 UA 69478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергії на карбонізацію вуглецевого залишку та до втрат теплоти в навколишній простір без підвищення глибини деструкції вуглецевмісних відходів і збільшення продуктивності по найбільш цінному продукту - рідкій фракції вуглеводнів, що, в свою чергу, призводить до зниження енергетичної ефективності термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів. Завдяки використанню способу, що заявляється, забезпечується рівномірне нагрівання фракцій твердих вуглецевмісних відходів та одночасне протікання термохімічних реакцій в об'ємі вуглецевмісних відходів при мінімальних сумарних енергетичних витратах на подрібнювання і термохімічну переробку відходів, що, в свою чергу, сприяє підвищенню енергетичної ефективності термохімічної переробки твердих вуглецевмісних відходів в цілому. У конкретному прикладі спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів, що заявляється, реалізується так. Як сировина (тверді вуглецевмісні відходи) використовуються зношені автомобільні шини, транспортерна стрічка або інші відходи гумотехнічних виробів. Спочатку за допомогою електричної талі сировину завантажують у двовалкову дробарку, де здійснюється подрібнювання сировини до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм, переважно, 35÷40 мм. Під час завантаження сировини у вертикальний термохімічний реактор при її транспортуванні на висхідній стрічці конвеєра здійснюється попереднє рівномірне підігрівання сировини. Попереднє підігрівання сировини здійснюють за рахунок теплоти, що генерується трубчастими електронагрівниками. Ці електронагрівники в кількості 24 штук з сумарною потужністю 27 кВт встановлені між висхідною і низхідною стрічками конвеєра, швидкість якого регулюється та становить близько 1,0 м/хв. Прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор здійснюють при 140÷200 °C впродовж 3÷5 хвилин. Термохімічну переробку вуглецевмісних відходів в термохімічному реакторі здійснюють в потоці газоподібного теплоносія, який подається до сировини через осьовий трубопровід, розподіляючи газоподібний теплоносій на кожному, наприклад, з трьох рівнів за конусною поверхнею зверху донизу. Для створення та підведення теплоносія використовують, наприклад, 3 двопровідний пальник продуктивністю 4 м /год. при коефіцієнті надлишку повітря рівному 0,45÷0,9. Швидкість нагрівання сировини в реакторі встановлюють, наприклад, рівною 3 °C/хв. Крім того, сировину додатково нагрівають з боку стінок термохімічного реактора за рахунок теплоти, що генерується трубчастими електронагрівниками в кількості 9 штук сумарною потужністю 27 кВт. Термохімічну переробку сировини здійснюють при температурі 550÷600 °C впродовж 60÷80 хвилин при рівномірному протіканні термохімічних реакцій за об'ємом вуглецевмісних відходів. Парогазову суміш вуглеводнів, що утворюються при термохімічній переробці, відводять з реактора за допомогою димососа та за допомогою конденсатора розділяють на рідку і газоподібну складові. Рідку складову суміші вуглеводнів використовують як альтернативне паливо для парових і водогрійних котлів, доменних і мартенівських печей. Після завершення термохімічної переробки вуглецевмісних відходів здійснюють вивантаження нагрітого до 400÷450 °C твердого залишку. Вивантажений твердий залишок прискорено охолоджують у камері охолоджування рекуперативного типу, в якій, як проміжний теплоносій використовується суміш газів СО2 і N2, а як охолоджувач використовується повітря з температурою 20÷30 °C. Потужність нагнітачів для циркуляції проміжного теплоносія та охолоджувача становить, відповідно, 0,2 кВт і 0,7 кВт. Під час використання способу, що заявляється, переробка твердих вуглецевмісних відходів, заздалегідь подрібнених до максимального лінійного розміру фракцій в діапазоні 30÷50 мм, переважно, 35÷40 мм, здійснюється при мінімальних сумарних витратах енергії на весь процес переробки твердих вуглецевмісних відходів, які в даному конкретному випадку складають 600650 МДж/т. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб переробки твердих вуглецевмісних відходів, що включає подрібнювання сировини, прогрівання сировини при її завантаженні у вертикальний термохімічний реактор, термохімічну переробку, яку здійснюють у потоці газоподібного теплоносія, додаткове нагрівання сировини з боку стінок реактора за допомогою трубчастих електронагрівників, встановлених за його периметром, розділення парогазової суміші, що утворюється, на рідку і газову складові та вивантаження твердого залишку, який відрізняється тим, що сировину подрібнюють до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні 30÷50 мм, прогрівання сировини при її 3 UA 69478 U 5 завантаженні у вертикальний термохімічний реактор здійснюють при 140÷200 °C впродовж 3÷5 хвилин, а термохімічну переробку сировини здійснюють при 550÷600 °C впродовж 60÷80 хвилин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сировину подрібнюють до максимального лінійного розміру фракцій у діапазоні, переважно, 35÷40 мм. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4