Установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів

Реферат: Винахід належить до термічної утилізації високомолекулярних полімерних відходів з утворенням низькомолекулярного рідкого та газоподібного палива. Установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів містить реактор піролізу з системою зовнішнього обігріву, бункери для завантаження та розвантаження реактора, патрубок для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції. Реактором є перевернута зрізана піраміда, нахилена під кутом 25-45° до горизонту. Бункер завантаження розташований зі сторони меншої її основи, на виході з нього розташований наконечник у вигляді зрізаної піраміди, менша основа якої герметично з'єднана з меншою основою піраміди реактора. Наконечник має сорочку водяного охолодження, а всередині його розташовані виступи у вигляді прямокутних трикутників, вершина яких спрямована до бункера. До верхньої бокової сторони реактора приєднана вертикальна камера з горизонтальними відбійниками. Багатоконтурна циркуляційна UA 102308 C2 (12) UA 102308 C2 система і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції вмонтовані в верхню частину вертикальної камери. В кінці більшої основи піраміди приєднана вертикальна шахта, в нижній частині якої розташована засувка видалення твердого залишку. Винахід сприяє безперервному термічному розкладанню високомолекулярних полімерів на рідке та газоподібне паливо з відділенням твердого залишку від рідких і летких компонентів. UA 102308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв термічної утилізації суміші високомолекулярних полімерних відходів, які в процесі нагрівання плавляться і стають рідкими, що потребує збирання даної рідини і її наступне глибоке термічне розкладання, і може бути використаний в комунальному господарстві, хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості для регенерації полімерних відходів у низькомолекулярне рідке та газоподібне паливо. Відомо про установку безперервної термічної утилізації полімерних відходів, яка включає реактор піролізу зі шнеком, системою зовнішнього обігріву, бункерами для завантаження та розвантаження реактору і патрубком для відведення парогазової суміші із реактора, реактор містить додатковий шнек, при цьому шнеки розміщені так, що утворюють V-подібну форму реактора з лівим та правим променями, при цьому бункер завантаження розташований у верхній частині лівого променя, а бункер розвантаження - у верхній частині правого променя, кожен бункер оснащений плунжерною системою відповідно для подачі сировини і для видалення твердого залишку, кожна плунжерна система зі сторони реактора оснащена конусною насадкою з технологічною пробкою, утвореною на плунжері завантаження сировиною, а на плунжері розвантаження утворена твердим залишком, який призначений для вивантаження, при цьому зовнішній обігрів виконаний так, щоб забезпечити зиґзаґоподібний рух гарячих димових газів поперек циліндричних променів реактора, послідовно з низу правого променю до його верхньої частини, зі зворотним рухом димових газів в нижню частину лівого променю до його верхньої частини з виходом у димохід. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками установки, яка заявляється, є: - система зовнішнього обігріву реактора піролізу; - бункери для завантаження та розвантаження реактора; - патрубок для відведення парогазової суміші із реактора. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: відома конструкція установки має циліндричний реактор, нагрітий до температури 800-1100 °C, в якому обертається шнек, що призводить до частого його заклинювання через різні коефіцієнти об'ємного розширення корпуса реактора та шнека, при наявності перепадів температур між ними, що ускладнює конструкцію установки і стрімко зменшує її надійність. Крім цього, при нагріванні полімерних відходів останні розплавляються, стають рідкими і накопичуються в нижній частині V-подібного реактора, що забезпечує ефективний нагрів холодної сировини, яка надходить в лівий промінь реактора, але шнек правого променю не може забезпечити чітке розділення твердого залишку від рідких компонентів, оскільки оператор не має інформації, яка дозволила б йому установити необхідну швидкість шнека. В даному випадку необхідна саморегулююча система видалення твердого залишку із реактора, чого не може забезпечити відома конструкція установки. Таким чином, відома конструкція не можезабезпечити надійну безперервну термічну утилізацію термопластичних відходів. Найбільш близькою за технічною суттю до заявленої установки є установка для реалізації способу утилізації органічних відходів (див. патент України № 52840 МПК 7 F23G 5/027, C10G 1/00, опубл. 15.01.03. Бюл. № 1), яка включає реактор піролізу зі шнеком, системою зовнішнього обігріву, бункерами для завантаження та розвантаження реактору і патрубком для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, кожен контур якої має охолоджувач парогазової суміші з повітряним охолодженням і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, блок управління температурою охолоджувачів, останній охолоджувач з'єднаний з вихідним конденсатором з водяним охолодженням. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками установки, яка заявляється: - система зовнішнього обігріву реактора піролізу; - бункери для завантаження та розвантаження реактора; - патрубок для відведення парогазової суміші із реактора; - багатоконтурна циркуляційна система; - трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: відома конструкція установки має циліндричний реактор, нагрітий до температури 800-1100 °C, в якому обертається шнек, що призводить до частого його заклинювання через різні коефіцієнти об'ємного розширення корпуса реактора та шнека, при наявності перепадів температур між ними, або потрапляння між шнеком і корпусом реактора різних твердих предметів, наприклад, каменів, що ускладнює конструкцію установки і стрімко зменшує її надійність. Крім цього, при нагріванні полімерних відходів, останні розплавляються і стають рідкими, при цьому шнек, який розташований в реакторі, не може забезпечити необхідної герметизації і для того, щоб вони не витекли із реактора, необхідно створити відповідні умови, реактор повинен мати відповідну ємність, в якій збиралась би рідка фракція. Відома установка не може забезпечити необхідні 1 UA 102308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 умови і рідкі полімери можуть витекти із реактора через бункер розвантаження в момент відкриття заслінок для розвантаження, та через бункер завантаження в момент відкриття заслінок для завантаження, при цьому парогазова суміш летких фракцій може прориватися в навколишнє середовище, що не забезпечує екологічної безпеки. Відома конструкція реактора зі шнеком також не може забезпечити чітке розділення рідких фракцій від твердого залишку, який видаляється із реактора через бункер розвантаження і не повинен містити компоненти як рідких фракцій так і летких органічних компонентів парогазової суміші. Таким чином, відома конструкція не може забезпечити надійну безперервну термічну утилізацію термопластичних відходів. В основу даного винаходу поставлено задачу удосконалити установку безперервної термічної утилізації термопластичних відходів шляхом введення нових конструктивних елементів, які дозволять виключити з середини реактора ненадійні шнеки, а просування твердого залишку по довжині реактора забезпечити системою примусової подачі нової сировини через наконечник із бункера в реактор, а також зібрати розплавлені рідкі полімери у вертикальній камері реактора і в ній забезпечити безперервне ефективне і надійне термічне розкладання високомолекулярних складових полімерів на низькомолекулярне рідке та газоподібне паливо, при цьому забезпечити саморегулюючий процес відділення твердого залишку від рідких і летких компонентів, та видалення його із реактора, і за рахунок цього спростити конструкцію установки, збільшити її продуктивність по сировині на 40-60 % і, відповідно, збільшити на 25-50 % надійність установки. Суть винаходу полягає в тім, що установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів, яка містить реактор піролізу з системою зовнішнього обігріву, бункери для завантаження та розвантаження реактору, патрубок для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, відповідно до винаходу, реактор виконаний у вигляді перевернутої зрізаної піраміди, розташованої під кутом 25-45° до горизонту, а бункер завантаження розташований по осі піраміди із сторони меншої її основи, на виході бункера завантаження розташований наконечник у вигляді зрізаної піраміди, менша основа якої герметично з'єднана з меншою основою піраміди реактора, зовнішня поверхня наконечника оснащена сорочкою водяного охолодження, а всередині його, на верхній і нижній бокових поверхнях піраміди розташований виступ, розріз якого являє собою прямокутний трикутник, вершина якого спрямована в сторону бункера, при цьому на верхній боковій стороні реактора герметично вмонтована вертикальна камера, внутрішній об'єм якої з'єднаний з внутрішнім об'ємом реактора, на боковій поверхні реактора під вертикальною камерою установлені горизонтальні відбійники, на протилежних стінках вертикальної камери установлені вікна з позначками "максимум" і "мінімум", а багатоконтурна циркуляційна система і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції вмонтовані в верхній частині вертикальної камери, при цьому в кінці більшої основи піраміди герметично вмонтована вертикальна шахта, в нижній частині якої розташована засувка видалення твердого залишку, а бункер розвантаження з засувкою на виході герметично установлений в нижній частині шахти. Вертикальна камера розташована на 1/3 довжини реактора від меншої основи піраміди, а верхній рівень вікна на вертикальній камері розташований на висоті 1/2 довжини другої частини реактора від вертикальної камери до більшої основи піраміди. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками установки, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, необхідно відзначити наступне. 1. Ознаки: "…реактор виконаний у вигляді перевернутої зрізаної піраміди, розташованої під кутом 25-45° до горизонту, а бункер завантаження розташований по осі піраміди зі сторони меншої її основи, на виході бункера завантаження розташований наконечник у вигляді зрізаної піраміди, менша основа якої герметично з'єднана з меншою основою піраміди реактора, зовнішня поверхня наконечника оснащена сорочкою водяного охолодження, а всередині його, на верхній і нижній боковій поверхні піраміди, розташований виступ, розріз якого являє собою прямокутний трикутник, вершина якого спрямована в сторону бункера…", які забезпечують вільне просування кожної нової порції термопластичних відходів по довжині реактора за рахунок поступового розширення реактора, а при розплавленні їх рідка фракція залишається в нижній частині реактора, а тверда поступово просувається до більшої основи конуса без будь-якого ущільнення, що сприяє саморегулюючому процесу відокремлювання твердого залишку від рідкої фракції та летких компонентів. Система примусової подачі відходів забезпечує проштовхування в реактор кожної нової порції відходів і разом з тим видавлювання як рідкої, так і твердої фракції догори по реактору, а конструктивна форма наконечника забезпечує утворення надійної технологічної пробки із відходів, які подаються в реактор, а також 2 UA 102308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечує охолодження відходів, які утворюють пробку, що виключає їх розплавлення від тепла, яке надходить від нагрітого реактора і відповідно виключає прорив рідкої фракції полімерів із реактора в навколишнє середовище. 2. Ознаки: "…на 1/3 довжини реактора, від меншої основи піраміди, на верхній боковій її стороні, герметично вмонтована вертикальна камера, внутрішній об'єм якої з'єднаний з внутрішнім об'ємом реактора, на боковій поверхні реактора під вертикальною камерою установлені горизонтальні відбійники, на протилежних стінках вертикальної камери установлені вікна з позначками "максимум" і "мінімум", верхній рівень вікна розташований на висоті 1/2 довжини другої частини реактора, від вертикальної камери до більшої основи піраміди …", забезпечують, по-перше, за час проходження відходів відстані 2/3 довжини реактора гарантоване розплавлення полімерів і вільне проходження рідкої фракції в вертикальну камеру, по-друге, горизонтальні відбійники виключають потрапляння твердого залишку у вертикальну камеру, забезпечуючи при цьому подальше просування їх по реактору, і по-третє, вікна в камері забезпечують візуальний контроль рівня розплавленого полімеру, а при автоматизації процесу в вікнах можна установити необхідні датчики. Крім того, задана висота 1/2 довжини другої частини реактора, на якій установлені вікна, забезпечує обмеження контрольного рівня рідкої фракції за рахунок заданого ухилу реактора і при подальшому просуванні твердої фракції по другій половині указаної частини реактора відбувається гарантоване стікання залишкової рідкої фракції полімерів до контрольного рівня розплавленого полімеру в вікнах. Таким чином, при підході твердого залишку до виходу із реактора він звільняється від рідкої фракції, летких компонентів і у сухому стані висипається у вертикальну шахту. 3. Ознаки: "…багатоконтурна циркуляційна система і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції вмонтовані в верхній частині вертикальної камери, при цьому в кінці більшої основи піраміди реактора герметично вмонтована вертикальна шахта видалення твердого залишку, а бункер розвантаження з засувкою на виході герметично установлений в нижній її частині" забезпечують, чітку межу розділення рідкої фракції і парогазової суміші, яка надходить у багатоконтурну циркуляційну систему і забезпечує глибоке термічне розкладання високомолекулярних компонентів полімерів, подальше змішування охолоджених потоків важких фракцій, що стікають з контурів з перегрітою рідкою фракцією полімерів, які знаходяться у вертикальній камері, що забезпечує інтенсифікацію процесу глибокого розкладання важких рідких фракцій. Розташування вертикальної шахти в більшій основі піраміди і бункер розвантаження із засувкою забезпечують надійне видалення із реактора вже сухого твердого залишку в герметичний контейнер, який при наповненні замінюється на новий, а використання двох засувок виключають при цьому прорив піролізних газів у навколишнє середовище. Таким чином, сукупність суттєвих ознак дозволить суттєво спростити конструкцію реактора, підвищити її надійність на 25-50 % при забезпеченні безперервного і ефективного термічного розкладання високомолекулярних складових полімерів на низькомолекулярне рідке та газоподібне паливо в режимі збільшеної продуктивності по сировині на 40-60 %. Крім того, конструкція забезпечує саморегулюючий процес відділення твердого залишку від рідких і летких компонентів та видалення його із реактора. Суть винаходу пояснюється кресленням, де: зображений поздовжній перетин реактора. Стрілками позначені потоки: А - подача сировини; В - вихід парогазової суміші до багатоконтурної циркуляційної системи; С - вихід твердого залишку (технічного вуглецю); Г - рух димових газів, що гріють реактор; Р - вихід легкої фракції рідкого палива. Установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів включає реактор піролізу 1, систему зовнішнього обігріву 2, бункери для завантаження 3 та розвантаження 4 реактору 1, патрубок 5 для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему 6, трубопровід 7 для повернення у реактор важкої рідкої фракції. Реактор 1 виконаний у вигляді перевернутої зрізаної піраміди, розташованої під кутом α=25-45° до горизонту, a бункер завантаження 3 розташований по осі піраміди реактора 1 зі сторони меншої її основи 8. На виході бункера завантаження розташований наконечник 9 у вигляді зрізаної піраміди, менша основа 10 якої герметично з'єднана з меншою основою 8 піраміди реактора 1. Зовнішня поверхня наконечника оснащена сорочкою водяного охолодження 11, а в середині його, на верхній і нижній бокових поверхнях піраміди, розташовані виступи 12, 13, розріз кожного являє собою прямокутний трикутник, вершина якого спрямована в сторону бункера, при цьому на 1/3 довжини реактора 1, від меншої основи піраміди, на верхній боковій її стороні герметично вмонтована вертикальна камера 14, внутрішній об'єм якої з'єднаний з внутрішнім 3 UA 102308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 об'ємом реактора, на боковій поверхні реактора під вертикальною камерою установлені горизонтальні відбійники 15, на протилежних стінках вертикальної камери установлені вікна 16 з позначками "максимум" і "мінімум", верхній рівень вікна розташований на висоті 1/2 довжини другої частини реактора, від вертикальної камери 14 до більшої основи 17 піраміди, а багатоконтурна циркуляційна система 6 і трубопроводи 5 і 7 вмонтовані у верхній частині вертикальної камери 14, при цьому в кінці більшої основи 17 піраміди герметично вмонтована вертикальна шахта 18, в нижній частині якої розташована засувка 19 видалення твердого залишку, а бункер розвантаження 4 з засувкою 20 на виході герметично установлений в нижній частині шахти 18. Твердий залишок збирається в контейнері 21. Система зовнішнього обігріву 2 забезпечена топковим пристроєм 22 з пальником 23, працюючим на рідкому паливі власного виробництва, а на виході системи вмонтований димосос 24 з димовою трубою 25. Бункер для завантаження 3 забезпечений поршнем 26 з гідроприводом 27. Багатоконтурна циркуляційна система 6 з'єднана з вихідним конденсатором 28. Установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів працює наступним чином. Попередньо в бункер 3 подаються термопластичні відходи (А), які за допомогою поршня 26 з гідроприводом 27 примусово ущільнюються і подаються в наконечник 9, де вони утворюють пробку між меншою основою 8 і меншою основою 10, а при подальшій подачі просуваються в реактор. Після того, включається пальник 23, розташований в топковому пристрої 22, гарячі димові гази (Г) рухаються по каналу 2 за допомогою димососу 24, димової труби 25 і розігрівають реактор 1 до необхідної температури 400-800 C. Термопластичні відходи під дією температури плавляться, заповнюючи вертикальну камеру 14. Система водяного охолодження 11 не дозволяє розплавлятися полімерам, які утворюють технологічну пробку, а виступи 12, 13 забезпечують стійке положення пробки при підвищенні тиску в реакторі. Рівень розплавлених полімерів контролюється через вікна 16, а утворена парогазова суміш (ПГС), потік (В) відводиться із камери 14 патрубком 5 в багатоконтурну циркуляційну систему 6, де важкі фракції ПГС охолоджуються з утворенням рідкої фракції, яка стікає через патрубок 7 в камеру 14 для подальшого розкладання. Твердий залишок (С) проштовхується по довжині реактора новою порцією відходів (А), при цьому горизонтальні відбійники 15 виключають потрапляння твердого залишку у вертикальну камеру 14. Просуваючись далі по реактору, розплавлені полімери стікають в нижню частину реактора, а залишок їх, під дією високої температури, перетворюється в ПГС, яка проходить в вертикальну камеру 14, а сухий твердий залишок підходить до межі 17 реактора 1, пересипається в вертикальну шахту 18 і затримується на засувці 19. При відкриванні засувки 19 твердий залишок надходить у бункер розвантаження 4, а при його заповнені засувка 19 закривається, що забезпечує герметизацію реактора, а засувка 20 відкривається і твердий залишок (С) збирається в контейнері 21, який при заповненні періодично міняється, при закритій засувці 20. Далі цикл повторюється. На виході багатоконтурної циркуляційної системи 6 одержуємо ПГС легких фракцій, яка надходить у вихідний конденсатор 28, а на виході його одержуємо легку фракцію рідкого палива. Таким чином, запропонована установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів забезпечує надійну роботу в екологічно безпечному режимі і може застосовуватися як одна із технологічних ліній при комплексній утилізації твердих побутових відходів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Установка безперервної термічної утилізації термопластичних відходів, яка містить реактор піролізу з системою зовнішнього обігріву, бункери для завантаження та розвантаження реактора, патрубок для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, яка відрізняється тим, що реактор виконаний у вигляді перевернутої зрізаної піраміди, розташованої під кутом 25-45° до горизонту, а бункер завантаження розташований по осі піраміди зі сторони меншої її основи, на виході бункера завантаження розташований наконечник у вигляді зрізаної піраміди, менша основа якої герметично з'єднана з меншою основою піраміди реактора, зовнішня поверхня наконечника оснащена сорочкою водяного охолодження, а всередині його, на верхній і нижній бокових поверхнях піраміди, розташований виступ, розріз якого являє собою прямокутний трикутник, вершина якого спрямована в сторону бункера, при цьому на верхній боковій стороні реактора герметично вмонтована вертикальна камера, внутрішній об'єм якої з'єднаний з внутрішнім об'ємом реактора, на боковій поверхні реактора під вертикальною камерою установлені горизонтальні відбійники, на протилежних стінках вертикальної камери установлені вікна з позначками "максимум" і "мінімум", а багатоконтурна циркуляційна система і 4 UA 102308 C2 5 трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції вмонтовані у верхню частину вертикальної камери, при цьому в кінці більшої основи піраміди герметично вмонтована вертикальна шахта, в нижній частині якої розташована засувка видалення твердого залишку, а бункер розвантаження із засувкою на виході герметично установлений в нижній частині шахти. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вертикальна камера розташована на 1/3 довжини реактора від меншої основи піраміди. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що верхній рівень вікна на вертикальній камері розташований на висоті 1/2 довжини другої частини реактора від вертикальної камери до більшої основи піраміди. 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 5