СПОСОБ ПИРОЛИЗА ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B29B17/00 C10B53/00 

Изобретение относится к способу и устройству для проведения пиролиза отходов и может быть использовано для пиролиза отходов широкого круга материалов, не чувствительных к нагреву микроволновым излучением.

Наиболее близким из известных является способ пиролиза отходов материала, не чувствительного к нагреву микроволновым излучением, при котором осуществляют нагрев отходов путем передачи тепловой энергии при их контакте с расположенным в емкости из инертного к микроволновому излучению материала слоем порошкообразного материала, чувствительного к нагреву микроволновым излучением и содержащего углерод в элементарной форме или разлагающегося под действием микроволнового излучения до элементарного углерода в атмосфере, по существу предотвращающей образование пламени, при этом нагрев порошкообразного материала осуществляют до температуры не менее 400^oC и удаляют газ.

Наиболее близким из известных является также устройство для пиролиза отходов материала, не чувствительного к нагреву микроволновым излучением, содержащее расположенный в реакционной камере выполненный из инертного к микроволновому излучению материала резервуар для размещения в нем слоя порошкообразного материала, чувствительного к нагреву микроволновым излучением и содержащего углерод в элементарной форме или разлагающегося под действием микроволнового излучения до элементарного углерода, источник микроволнового излучения для нагрева порошкообразного материала, средства регулирования атмосферы в реакционной камере для предотвращения образования пламени и средства удаления из реакционной камеры газов, выделяющихся при пиролизе отходов.

Недостатком известных способа и устройства является недостаточный контакт отходов с углеродсодержащим материалом.

Технический результат изобретения повышение эффективности пиролиза и повышение эффективности работы устройства.

В способе это достигается тем, что отходы подают сверху на слой порошкообразного материала самотеком для осуществления их самопроизвольного перемещения через порошкообразный материал.

В устройстве это достигается тем, что оно снабжено наклонным средством для подачи по нему самотеком отходов сверху на слой порошкообразного материала, причем последний расположен в резервуаре с возможностью перетекания через его край по мере подачи отходов.

Резервуар открыт сверху и выполнен из материала, устойчивого к нагреву до температуры по меньшей мере 800^oC.

Средства подачи отходов выполнены в виде трубы, проходящей через первое отверстие в верхней части стенки реакционной камеры и далее через внутреннюю часть камеры так, что конец ее расположен над открытой верхней частью резервуара.

Часть трубы опирается на верхний край стенки резервуара.

Источник микроволнового излучения расположен на расстоянии от реакционной камеры, при этом устройство выполнено с каналом, проходящим от источника микроволнового излучения через второе отверстие, выполненное в стенке камеры, к месту, расположенному вблизи открытой верхней части резервуара.

Реакционная камера имеет первое выпускное отверстие, выполненное в нижней части ее стенки и расположенное ниже резервуара так, что материал, перетекающий через край резервуара, попадает в это отверстие, а средства удаления газов выполнены в виде второго выпускного отверстия в верхней части реакционной камеры для отвода горячих газов, выделяющихся из отходов в процессе пиролиза.

Изобретение касается способа пиролиза отходов, материал которых сам по себе не чувствителен к нагреву микроволновым излучением, причем этот способ включает следующие операции:
а) введение отходов в атмосфере, по существу предотвращающей образование пламени, в контакт со слоем порошкообразного материала, который содержит углерод в элементарной форме или материал, способный разлагаться в результате пиролиза микроволновым излучением до элементарного углерода, который чувствителен к нагреву микроволновым излучением;
b) нагревание порошкообразного материала микроволновым излучением так, что тепловая энергия передается от порошкообразного материала к отходам, при этом время и интенсивность указанного излучения регулируют так, чтобы вызвать существенный пиролиз отходов, а отходы подают на верхнюю часть слоя порошкообразного материала с возможностью их опускания через этот слой и осуществляют пиролиз отходов внутри этого слоя.

Предпочтительно, чтобы мощность микроволнового излучения и время его воздействия были таковы, чтобы порошкообразный материал нагревался до температуры по меньшей мере 400^oC.

Когда предлагаемый способ осуществляют в атмосфере, в значительной мере свободной от кислорода, осуществляют лишь опасность образования диоксида или других ядовитых продуктов при использовании некоторых видов исходного сырья. В таких случаях, а также в случаях наличия небольшого количества кислорода (однако недостаточного для того, чтобы вызвать воспламенения) предпочтительно, чтобы порошкообразный материал (и соответственно пластмассовые или другие отходы) достигал температуры по меньшей мере 800^oC, которая является достаточно высокой, чтобы исключить или свести к минимуму риск выделения диоксинов или других вредных веществ подвергаемым пиролизу материалом.

Если материал отходов, подлежащих пиролизу в соответствии с предлагаемым способом, разлагается сравнительно легко (например полиэтилен или нейлон), то температура в пределах 400 800^oC оказывается достаточной. При использовании более термостойких пластмасс и галогенизированных пластмасс (например политетрафторэтилена или поливинилхлорида) температура содержащего углерод материала может достигать как минимум 800^oC.

Изобретение касается также устройства для осуществления пиролиза отходов микроволновым излучением, материал которых сам по себе не чувствителен к нагреву этим излучением, причем это устройство содержит:
a) средства удержания слоя порошкообразного материала, по существу инертные к микроволновому излучению и выполненные с возможностью перетекания порошкообразного материала через край;
b) реакционную камеру, охватывающую средства удержания;
c) средства подачи отходов на верхнюю часть слоя порошкообразного материала, находящегося в средствах удержания так, что отходы опускаются через этот слой;
d) источник микроволнового излучения, расположенный относительно средств удержания так, что испускаемое им микроволновое излучение может вызывать нагрев порошкообразного материала и существенный пиролиз отходов во время их опускания через слой порошкообразного материала;
e) средства регулирования атмосферы в указанной камере так, что в ней по существу предотвращается образование пламени;
f) средства удаления газов, выделяющихся при пиролизе отходов, из камеры.

В типичном случае средства удержания содержат открытый сверху резервуар, выполненный, предпочтительно, из материала, выдерживающего температуру, по меньшей мере, около 800^oC или порядка 1000^oC, такого как нержавеющая сталь или керамика.

Отходы подаются на верхнюю часть порошкообразного материала, чтобы обеспечить максимальный контакт с ним по мере опускания отходов через слой порошкообразного материала. Чем больше степень контакта между отходами и порошкообразным материалом, тем более эффективно передается энергия от порошкообразного материала к отходам, соответственно достигается интенсивный пиролиз последних. В предпочтительном варианте осуществления изобретения средства подачи содержат трубу, проходящую через первое отверстие в верхней части стенки камеры и далее внутрь камеры так, что конец трубы размещен над открытой частью резервуара. В типичном случае часть трубы опирается на верхний край стенки резервуара.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения средства подачи отходов расположены наклонно, чтобы отходы могли легко скользить по ним и попадать в средства удержания. Обычно наклонные средства подачи ориентированы так, что отходы могут подаваться в средства удержания по существу непрерывно. В других вариантах осуществления изобретения отходы могут подаваться полунепрерывно или прерывисто (например в аппаратах периодического действия). Применение таких наклонных средств подачи отходов сводит к минимуму необходимость в механических средствах подачи отходов в средства удержания.

Предпочтительно подавать отходы так, чтобы порошкообразный материал мог перетекать через край резервуара, когда отходы, материал которых более плотный, опускаются на дно резервуара, смещая при этом менее плотный углеродистый материал наверх (насыпной удельный вес высокодисперсного элементарного углерода равен примерно 0,5, а материал отходов, например пластмасса, имеет, как правило, насыпной удельный вес примерно 0,8 1,0). Порошкообразный материал, перетекающий из неподвижного слоя, предпочтительно рециркулировать по меньшей мере частично в процесс. Скорость подачи отходов в большой мере зависит от мощности микроволнового разряда, используемого при пиролизе.

Обычно источник микроволнового излучения удален от камеры, при этом предусмотрен канал от источника микроволнового излучения через второе отверстие в стенке камеры к месту вблизи открытой части резервуара. Этот канал определяет траекторию микроволнового излучения от его источника к средствам удержания порошкообразного материала.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения камера снабжена первым и вторым выпускными отверстиями. Первое выпускное отверстие выполнено в нижней части стенки камеры и находится обычно непосредственно под средствами удержания порошкообразного материала, такое положение отверстия наиболее целесообразно с точки зрения поступления в него порошкообразного материала, перетекающего через край средств удержания. Первое отверстие обычно сообщено с первыми средствами охлаждения порошкообразного материала, обеспечивающими восстановление из него по существу твердого углеродистого продукта. Средства удаления газов, выделяющихся в процессе пиролиза, содержат, как правило, второе выпускное отверстие, сообщенное со средствами охлаждения газов, поступающих далее в сепаратор "жидкость-газ", который разделяет выделившиеся газы на нефтепродукты и отработанные газы. Второе выпускное отверстие в предпочтительном варианте расположено в верхней части камеры, что является наиболее удобным для поступления в него любых горючих газов, которые выделяются из отходов, находящихся во время пиролиза в средствах удержания порошкообразного материала. Средства регулирования атмосферы, предотвращающие по существу образование пламени, содержат, как правило, первый и второй воздушные затворы, причем первый воздушный затвор находится на траектории движения отходов в средствах подачи, а второй воздушный затвор расположен за средствами охлаждения порошкообразного материала по ходу его движения.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

В соответствии с чертежом отходы и порошкообразный углеродсодержащий материал подаются вместе через воздушный затвор 18 в находящуюся в реакторе 8 пиролизную камеру 9, выполненную из нержавеющей стали и имеющую огнеупорную футеровку. Материал в камере экспонируется микроволновому излучению от микроволнового генератора 10.

Порошкообразный материал, включая материал отходов, который разложился в результате пиролиза до элементарного углерода, перетекает через край пиролизной камеры 9 и проходит через охладитель 11 углерода и воздушный затвор 12, после чего он восстанавливается в виде твердого углеродного продукта 17. Углеводородные газы, образующиеся в процессе пиролиза, выводятся из реактора 8 и через охладитель 13 углеводородных газов поступают в сепаратор 14 "жидкость-газ", который разделяет их на нефтепродукты 15 и (кислотные) отработанные газы 16. Отработанные газы могут затем пропускаться через скруббер перед их выпуском в атмосферу.

Использование: пиролиз отходов широкого круга материалов, не чувствительных к нагреву микроволновым излучением. Сущность изобретения: в способе отходы подают сверху на слой порошкообразного материала самотеком для осуществления их самопроизвольного перемещения через порошкообразный материал. Сущность изобретения в устройстве: устройство снабжено наклонным средством для подачи по нему самотеком отходов сверху на слой порошкообразного материала. Последний расположен в резервуаре с возможностью перетекания через его край по мере подачи отходов. Резервуар открыт сверху и выполнен из материала, устойчивого к нагреву до температуры по меньшей мере 800^oC. Средства подачи отходов выполнены в виде трубы, проходящей через первое отверстие в верхней части стенки реакционной камеры и далее через внутреннюю часть камеры так, что конец ее расположен над открытой верхней частью резервуара. Часть трубы опирается на верхний край стенки резервуара. Источник микроволнового излучения расположен на расстоянии от реакционной камеры. Устройство выполнено с каналом, проходящим от источника микроволнового излучения через второе отверстие, выполненное в стенке камеры, к месту, расположенному вблизи открытой верхней части резервуара. Реакционная камера имеет первое выпускное отверстие, выполненное в нижней части ее стенки и расположенное ниже резервуара так, что материал, перетекающий через край резервуара, попадает в это отверстие, а средства удаления газов выполнены в виде второго выпускного отверстия в верхней части реакционной камеры для отвода горячих газов, выделяющихся из отходов в процессе пиролиза. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ пиролиза отходов материала, не чувствительного к нагреву микроволновым излучением, при котором осуществляют нагрев отходов путем передачи тепловой энергии при их контакте с расположенным в емкости из инертного к микроволновому излучению материала слоем порошкообразного материала, чувствительного к нагреву микроволновым излучением и содержащего углерод в элементарной форме или разлагающегося под действием микроволнового излучения до элементарного углерода в атмосфере, по существу, предотвращающей образование пламени, при этом нагрев порошкообразного материала осуществляют до температуры не менее 400^oС и удаляют газ, отличающийся тем, что отходы подают сверху на слой порошкообразного материала самотеком для осуществления их самопроизвольного перемещения через порошкообразный материал. 2. Устройство для пиролиза отходов материала, не чувствительного к нагреву микроволновым излучением, содержащее расположенный в реакционной камере выполненный из инертного к микроволновому излучению материала резервуар для размещения в нем слоя порошкообразного материала, чувствительного к нагреву микроволновым излучением и содержащего углерод в элементарной форме или разлагающегося под действием микроволнового излучения до элементарного углерода, источник микроволнового излучения для нагрева порошкообразного материала, средства регулирования атмосферы в реакционной камере для предотвращения образования пламени и средства удаления из реакционной камеры газов, выделяющихся при пиролизе отходов, отличающееся тем, что оно снабжено наклонным средством для подачи по нему самотеком отходов сверху на слой порошкообразного материала, причем последний расположен в резервуаре с возможностью перетекания через его край по мере подачи отходов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что резервуар открыт сверху и выполнен из материала, устойчивого к нагреву до по меньшей мере 800^oС. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средства подачи отходов выполнены в виде трубы, проходящей через первое отверстие в верхней части стенки реакционной камеры и далее через внутреннюю часть камеры так, что конец ее расположен над открытой верхней частью резервуара. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что часть трубы опирается на верхний край стенки резервуара. 6. Устройство по пп.2 5, отличающееся тем, что источник микроволнового излучения расположен на расстоянии от реакционной камеры, при этом устройство выполнено с каналом, проходящим от источника микроволнового излучения через второе отверстие, выполненное в стенке камеры, к месту, расположенному вблизи открытой верхней части резервуара. 7. Устройство по пп.2 6, отличающееся тем, что реакционная камера имеет первое выпускное отверстие, выполненное в нижней части ее стенки и расположенное ниже резервуара так, что материал, перетекающий через край резервуара, попадает в это отверстие, а средства удаления газов выполнены в виде второго выпускного отверстия в верхней части реакционной камеры для отвода горячих газов, выделяющихся из отходов в процессе пиролиза.