Піролізна установка

Реферат: UA 79288 U UA 79288 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області термічної переробки вуглецевмісної сировини, зокрема до установок для піролізу зношених автомобільних шин та інших вторинних полімеровмісних матеріалів. Відомо безліч установок для піролізу вуглеводневої сировини. Так, наприклад, відома установка піролізної переробки вуглецевмісної сировини, що містить кільцеву піролізну камеру, патрубки підводу і відводу гріючого газу, газогенератор, що працює на технічному вуглеці, і камеру згорання (Патент РФ № 2258078). Також відома установка, що включає герметичну камеру, холодильник, сепаратор, нагрівач і завантажувальну касету для сировини (Патент РФ № 2405021). Проте в цій установці нагрів сировини проводиться місцево, великі втрати тепла на нагрів реторт, процес потребує тривалого охолодження залишків переробки. Відома установка з переробки зношених автопокришок, що містить піролізну камеру з каналом відбору газу з піролізної камери і каналом підведення газу в піролізну камеру, сепаратор, ємність для піролізної рідини, компресор і теплообмінник, в якій між піролізною камерою і теплообмінником встановлені послідовно циклон для збору пилу і каталітична насадка, а піролізна камера додатково забезпечена дозатором вивантаження твердого вуглецевого залишку та металокорду (див. патент на корисну модель, RU № 43546, МПК-7 C10J 3/02, C10G 1/10). Установка має серйозні недоліки, що не дозволяють використовувати її в промисловому режимі. Недоліками відомої установки є високі питомі енерговитрати, обумовлені втратами тепла, що відходять з топковими газами, низька якість продуктів піролізу: горючі піролізні гази в значній мірі розбавляються топковим газами, в результаті чого мають низьку питому теплоту згоряння (50 % в складі газів складають негорючі компоненти - двоокис вуглецю і азот, 20 % - волога), технічний вуглець (твердий залишок) просочений смолистими. Встановлена між піролізної камерою і теплообмінником каталітична насадка непрацездатна, тому що каталізатор через 15-20 хвилин втрачає активність в результаті відкладення на ньому коксу і його необхідно постійно регенерувати. Також відома прийнята за найближчий аналог установка (UA 63478 МПК (2011.01) С10В 53/07 (2006.01) F23G 5/00), що включає герметичну камеру, кришку-холодильник з мембраною та гідрозатвором, сепаратор, завантажувальну касету для сировини, нагрівачі і газову частину у вигляді замкнутого газового конвеєра, вхід якого в герметичну камеру з'єднаний з її днищем, а вихід - з мембраною кришки. Проте в цій установці нагрів проводиться або за рахунок випромінювання теплового електронагрівача, встановленого на дні піддона завантажувальної касети та неорганізованої конвекції, або за рахунок вдування охолодженого піролізного газу, який додатково відбирає теплову енергію з системи і приводить до зниження енергоефективності процесу. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності піролізу вуглеводневої сировини шляхом здійснення нової конструктивної сукупності ознак, що дозволить підвищити ефективність піролізу вуглеводневої сировини шляхом здійснення більш ефективного нагріву за рахунок примусового переміщення парогазової суміші, яка утворюється в герметичній камері піролізної установки. Поставлена задача вирішується наступним чином: в піролізній установці, що містить герметичну камеру, холодильник, сепаратор, нагрівачі, завантажувальну касету для сировини і газову частину у вигляді замкнутого газового конвеєра, згідно з корисною моделлю, всередині герметичної камери розташовано один, або декілька газопереміщуючих пристрої для примусового переміщення газів, що утворюються в герметичній камері. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, для переміщення газів використовують газопереміщуючий пристрій лопатного типу. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, газопереміщуючий пристрій розташований у нижній частині герметичної камери. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, газопереміщуючий пристрій розташований таким чином, що забезпечує переміщення газів вздовж донної частини герметичної камери. Піролізна установка, у якій, з згідно з корисною моделлю, газопереміщуючий пристрій розташований у верхній частині герметичної камери. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, газопереміщуючий пристрій розташований у середній частині герметичної камери. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, газопереміщуючий пристрій розташований у з'єднаному з герметичною камерою теплоізольованому газоході. 1 UA 79288 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, вісь газопереміщуючого пристрою розташована вздовж осі герметичної камери. Піролізна установка, у якій, згідно з корисною моделлю, вісь газопереміщуючого пристрою розташована тангенціально до стінок герметичної камери. Піролізна установка за п. 1, у якій, згідно з корисною моделлю, в осьовій зоні, та/або біля стінок герметичної камери розташовані нерухомі елементи, що завдають напрямок газовим потокам. Технічним результатом є зниження енерговитрат, прискорення процесу переробки сировини, підвищення якості отриманих продуктів піролізу і підвищення екологічної чистоти процесу переробки вуглеводневої сировини. На відміну від найближчого аналога, усередині герметичної камери відбувається не лише нагрів випромінюванням та конвекцією за рахунок різниці температур стінки електричного нагрівача або стінки герметичної камери, але й примусове інтенсивне переміщення газової фази за допомогою газопереміщуючих пристроїв, яке неможливо ефективно здійснити у разі вдування охолодженого піролізного газу за допомогою компресору. Це покращує відбирання тепла від нагрівачів і прискорює вирівнювання температури в об'ємі герметичної камери, а також дозволяє збільшити швидкість підводу тепла до міста реакції та рівномірно прогрівати достатньо товстий шар продукту. Отже, подана установка має наступні особливості: - можливість переміщення газової фази у потрібному напрямку за допомогою газопереміщуючих пристроїв (лопатей, лопаток, або інших елементів переміщення потоку) всередині герметичної камери; - створення одного або декількох потоків газів, які сприяють рівномірному переносу тепла від нагрівачів до сировини всередині герметичної камери; - використання будь-якого способу нагріву сировини, будь-то електричний нагрів всередині герметичної камери, нагрів за допомогою газового пальника та інших джерел теплової енергії, або нагрів зовнішнім джерелом тепла через корпус герметичної камери. У свою чергу цей результат є причиною, а вторинний результат (підвищення ефективності піролізу вуглеводневої сировини) - її наслідком. Газопереміщуючий пристрій складається з двигуна (з редуктором, або з можливістю регулювання обертів), який винесений за межі зони нагріву, осі, що проходить через отвір в корпусі герметичної камери, закріпленого на осі пристрою для переміщення газового потоку в герметичній камері. Для забезпечення газощільності вісь проходить скрізь сальник, та/або водяний, та/або масляний затвор. Щоб вузол герметизації не нагрівався отвір відділено від нього утеплювачем. Для економії місця може використовуватися черв'ячний редуктор, який передає крутний момент на вісь, а двигун розміщується горизонтально. Газопереміщуючий пристрій може бути розміщений в нижній та/або в верхній частині герметичної камери, або поза камерою, але в герметично з'єднаній з нею пустоті. Його основна функція переміщувати парогазову суміш по газовому конвеєру, який включає до свого складу зону теплообміну парогазової суміші з поверхнями нагріву (ТЕНи або стінка герметичної камери, що нагрівається димовими газами) та зону теплообміну парогазової суміші з сировиною. Газопереміщуючий пристрій у внутрішній частині герметичної камери може включати до свого складу як рухомі (крильчатка, вентилятор і таке інше.), так і нерухомі (направляючі) складові. Детальніше суть одного з варіантів корисної моделі пояснюється нижче з посиланнями на креслення, що додаються. Приклад 1 Установка для піролізу вуглецевмісної сировини (фіг. 1) містить корпус 1 і кришку 2 герметичної камери, що з'єднані між собою за допомогою гідрозатвора 3 або іншого герметизуючого пристрою, що охоплює по периметру корпус 4. В нижній частині герметична камера містить днище 5. Вертикальна вісь 6 містить отвори з патрубками 7 для підводу нагрітої парогазової фракції для нагріву сировини (наприклад автомобільних шин) 8 з середини, причому сировина 8 розміщена на секціях 9. До складу газового конвеєру входить газопереміщуючий пристрій 10 (призначений для примусової циркуляції газоподібної фракції в газовому конвеєрі вздовж дна герметичної камери) в нижній частині герметичної камери, встановлений між дном піддону 15 завантажувальної касети та дном герметичної камери 16. Як газопереміщуючий пристрій 10 може бути наприклад турбіна, або лопаті вентилятора, а також газопереміщуючий пристрій 11, наприклад вентилятор, в верхній частині герметичної камери, який переміщує газоподібну фракцію по осі герметичної камери. Обертання газопереміщуючих 2 UA 79288 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пристроїв за рахунок двигунів з редукторами 12, 13, які знаходяться відповідно під дном 5, та над кришкою піролізної установки 2, передають оберти на осі, до яких приєднані газопереміщуючі пристрої. Герметизація осей може бути виконана наприклад сальниковою набивкою, за допомогою густої змазки в лабіринтному пристрої, або за допомогою гідрозатвору, або ж комбінацією цих способів між собою, або з іншими способами. Продукти піролізу відводяться 17 на холодильник, в якому має пройти відділення рідкої фази від газу для їх роздільного зберігання або використання. При опалюванні димовими газами в нижній частині установки знаходиться піч, димові гази з якої входять під дно герметичної камери 18, а відводяться з верхньої частині установки 19. Димові гази також можуть бути задіяні тільки на бокових поверхнях герметичної камери. Газоподібна фракція в газовому конвеєрі завдяки нижньому газопереміщуючому пристрою переміщується проміж дном герметичної камери і піддоном завантажувальної касети далі вздовж бокових стінок герметичної камери вздовж кришки, далі завдяки вентилятору - вниз вздовж осі герметичної камери. При цьому завдяки пасивним направляючим 14, розміщеним на секціях 9, та патрубкам 7, розміщеним в отворах осьової труби завантажувальної касети, газовий потік омиває вуглецевмісну сировину відповідно з зовнішньої та з внутрішньої сторони. Приклад 2 Установка для піролізу вуглецевмісної сировини (фіг. 2) містить корпус 1 і кришку 2 герметичної камери, що з'єднані між собою за допомогою гідрозатвора 3, що охоплює по периметру корпус 1. Усередині у верхній частині кришка 2 оснащена холодильником, що являє собою охолоджуючу порожнину 4, утворювану мембраною 5 кришки 2 і охолоджувачем 6, що містить патрубок 7 для підводу і патрубок 8 для відводу охолоджуючої рідини (наприклад води). Холодильник містить патрубок 9 для відводу охолодженої суміші фракцій з охолоджуючої порожнини 4 в сепаратор 10. Сепаратор 10 містить вихід (патрубок) 11 для рідкої фракції (готового продукту (наприклад пічне паливо) і вихід (патрубок) 12 для газоподібної фракції. Мембрана 5 кришки 2 оснащена отворами з вертикальними патрубками 13 для проходу легких фракцій в порожнину 4. Патрубки 13 виступають в порожнину 4. В нижній частині герметична камера містить днище 14. Нагрівач цієї установки виконаний у вигляді електричної частини і газової частини. Електрична частина являє собою тепловий електронагрівач 15, встановлений між дном піддону 16 завантажувальної касети та дном герметичної камери 17. Вертикальна вісь 18 містить отвори з патрубками 19 для підводу нагрітої парогазової фракції для нагріву сировини (наприклад автомобільних шин) 20 зсередини, причому сировина 20 розміщена на секціях 21. Також для опалювання димовими газами в нижній частині установки знаходиться піч 22, димові гази з якої входять під дно герметичної камери, а відводяться з верхньої частині установки 23. До складу газового конвеєру входить газопереміщуючий пристрій 24 (призначений для примусової циркуляції газоподібної фракції в газовому конвеєрі вздовж дна герметичної камери з омиванням електронагрівачів 15) в нижній частині герметичної камери, як такий може бути наприклад турбіна, або лопаті вентилятора, а також газопереміщуючий пристрій 25, наприклад вентилятор в верхній частині герметичної камери, який переміщує газоподібну фракцію по осі герметичної камери. Обертання газопереміщуючих пристроїв за рахунок двигунів з редукторами 26, 27, які знаходяться відповідно під дном, та над кришкою піролізної установки, передають оберти на осі, до яких приєднані газопереміщуючі пристрої. Герметизація осей може бути наприклад за допомогою густої змазки в лабіринтному пристрої, або за допомогою гідрозатвору, або ж комбінацією цих способів між собою, або з іншими способами. Газоподібна фракція в газовому конвеєрі завдяки нижньому газопереміщуючому пристрою переміщується проміж дном герметичної камери і піддоном завантажувальної касети (вздовж електронагрівачів) далі вздовж бокових стінок герметичної камери вздовж мембрани, далі завдяки вентилятору - вниз вздовж осі герметичної камери. При цьому завдяки пасивним направляючим 28, розміщеним на секціях 21, та патрубкам 19, розміщеним в отворах осьової труби завантажувальної касети, газовий потік омиває вуглецевмісну сировину відповідно з зовнішньої та з внутрішньої сторони. Установка працює наступним чином. Перед початком роботи установки завантажують касету, а саме сировину 20 послідовно укладають на секції 21. Після чого касету поміщають в корпус 1 герметичної камери, а тепловий електронагрівач 15, встановлений між дном піддону 16 та дном герметичної камери, підключають до електричної мережі. Закривають корпус 1 кришкою 2. Герметизація камери відбувається автоматично при переміщенні нижньої частини кришки 2 в гідрозатвор 3. Для повного видалення повітря з герметичної камери, її продувають інертним газом або димовими газами. Після цього 3 UA 79288 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включають тепловий електронагрівач 15, компресор 23 і газовий теплогенератор 24, а охолоджувач 6 холодильника заповнюють рідиною. Температура усередині герметичної камери починає підвищуватися. Пароподібні (легкі) фракції, що утворюються, піднімаючись вгору за законами фізики, проникають по патрубках 13 в охолоджуючу порожнину 4, де охолодившись суміш фракцій надходить в сепаратор 10 через патрубок 9. У сепараторі 10 газоподібна фракція, відокремившись від рідкої фракції, надходить за допомогою компресора 29 в піч 22, де горить в повітрі, утворюючі димові гази, які подаються в нижню частину установки під дно герметичної камери, омивають бокові стінки, та відводяться на димову трубу через вихідний тракт 23 у верхній частині установки. По газовому конвеєру газоподібна фракція переміщується, не виходячи з герметичної камери. З осьової зони внизу герметичної камери газоподібна фракція переміщується проміж дном герметичної камери і піддоном завантажувальної касети (вздовж електронагрівачів) далі вздовж бокових стінок герметичної камери вздовж мембрани, далі завдяки вентилятору - вниз вздовж осі герметичної камери. При цьому завдяки пасивним направляючим 28, розміщеним на секціях 21, та патрубкам 19, розміщеним в отворах осьової труби завантажувальної касети, газовий потік омиває вуглецевмісну сировину відповідно з зовнішньої та з внутрішньої сторони, тим самим значно прискорюючи нагрів, та швидкість процесу піролізу. Процес повторюється до закінчення виділення піролізного газу та піролізної рідини. Після припинення процесу піролізу для прискорення процесу охолодження, відключають тепловий електронагрівач 15 і піч 22, та замість того через вхід димових газів подають повітря. В результаті повітря охолоджує стінки герметичної камери, а газоподібні фракції, проходячи по газовому конвеєру охолоджуються і охолоджують тверді залишки сировини 20, Використання цієї установки дозволить: 1. підвищити ефективність піролізу за рахунок: - вирівнювання температурі по всьому об'єму герметичної камери; - реалізувати примусове переміщення газів та упорядкувати у потрібному напрямку рух газів під час процесу піролізу; - інтенсифікувати охолодження твердих залишків після закінчення процесу піролізу; 2. використовувати як первинний нагрівальний елемент, як газ, так і електрику (знижує екологічне навантаження на навколишнє середовище); 3. підвищити якість отримуваних продуктів; вирівняти температуру по усьому об'єму реактора; упорядкувати напрям руху газів під час процесу піролізу; забезпечити інтенсивне охолодження залишків сировини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Піролізна установка, що містить герметичну камеру, холодильник, сепаратор, нагрівачі, завантажувальну касету для сировини і газову частину у вигляді замкнутого газового конвеєра, яка відрізняється тим, що всередині герметичної камери розташовано один або декілька газопереміщуючих пристроїв, для примусового переміщення газів, що утворюються в герметичній камері. 2. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що для переміщення газів використовують газопереміщуючий пристрій лопатного типу. 3. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що газопереміщуючий пристрій розташований у нижній частині герметичної камери. 4. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що газопереміщуючий пристрій розташований таким чином, що забезпечує переміщення газів вздовж донної частини герметичної камери. 5. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що газопереміщуючий пристрій розташований у верхній частині герметичної камери. 6. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що газопереміщуючий пристрій розташований у середній частині герметичної камери. 7. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що газопереміщуючий пристрій розташований у з'єднаному з герметичною камерою теплоізольованому газоході. 8. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вісь газопереміщуючого пристрою розташована вздовж осі герметичної камери. 9. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вісь газопереміщуючого пристрою розташована тангенціально до стінок герметичної камери. 10. Піролізна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що в осьовій зоні та/або біля стінок герметичної камери розташовані нерухомі елементи, що задають напрямок газовим потокам. 4 UA 79288 U 5 UA 79288 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 6