СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕРМОЛИЗОМ ТВЕРДЫХ ПРОДУКТОВ, ВЫБРОС КОТОРЫХ ВРЕДЕН ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК C10B53/00 

Изобретение касается системы для обработки термолизом твердых продуктов, выброс которых вреден для окружающей среды.

Обычно такие продукты либо складируются, либо сжигаются. В первом случае существует потенциальная опасность, которая может возрастать из-за возможного загрязнения фреатических слоев. Во втором случае температуры обработки сжиганием очень высокие и приводят к быстрому износу оборудования и высокой эксплуатационной стоимости; кроме того, газообразные продукты сжигания выделяются в атмосферу без всякого контроля, что не позволяет гарантировать отсутствие загрязнения окружающей среды.

Известно устройство для обработки отходов, включающее ряд зон возрастающей температуры (до 800 1300^oC), через которые пропускают отходы после кондиционирования в пористом защитном материале; эти отходы постепенно освобождают от водяных паров, после чего подвергают пиролизу. Однако такое решение требует еще более высоких температур, что приводит к еще более быстрому износу и более высокой эксплуатационной стоимости.

В основу изобретения положена задача устранить упомянутые недостатки, проводя термолизную обработку при средней температуре в пределах примерно 600^oC, при непрерывном контроле продуктов разложения.

В основу изобретения положена также задача создания устройства для обработки твердых продуктов, выброс которых вреден для окружающей среды, представляющего собой реактор, включающий последовательно зону обезвоживания и зону термолиза и содержащий на выходе из термолизной зоны зону охлаждения, причем зона обезвоживания снабжена герметизированным входом, зона охлаждения
герметизированным выходом, шлюзовые камеры изолируют термолизную зону, с одной стороны по отношению к обезвоживающей зоне, с другой стороны по отношению к зоне охлаждения для того, чтобы ограничить доступ воздуха в термолизную зону при введении продуктов и при удалении остатков, причем эта термолизная зона снабжена линией отвода газов, благодаря чему в ней создается вакуум.

Следовательно, названные зоны разделены на отдельные камеры.

Согласно предпочтительным вариантам изобретения с возможностью комбинаций
термолизная зона поддерживается без свободного кислорода,
термолизная зона имеет температуру в пределах между 400^oC и 750^oC и давление ниже или равное 800 мбар.

Согласно другим предпочтительным свойствам изобретения
обрабатываемые продукты вводятся в реактор в вагонетках, которые проходят последовательно из обезвоживающей камеры в термолизную камеру и из термолизной камеры в камеру охлаждения с помощью механической системы типа шестерен и кремальеры, например, или типа электромагнитного привода. Вагонетки предусмотрены для того, чтобы твердые остатки стекло, металлы, строительный мусор оставались в вагонетках и легко удалялись после охлаждения на выходе из камеры охлаждения,
камера обезвоживания и термолизная камера нагреваются термореакторами, называемыми каталитическими радиационными панелями, питаемыми, с одной стороны, чистым кислородом или воздухом и, с другой стороны, пиролизным газом, выделяющимся при термолитическом разложении, а также электросопротивлениями, размещенными внутри камер или приклеенными к стенкам снаружи камер,
углекислый газ и водяной пар, возникающие при окислении пиролизных газов в каталитических радиационных панелях, принимают участие в установлении температуры в результате конвекции и радиации продуктов,
пиролизные газы, образованные при термолитическом разложении, так же как газы каталитического окисления, образованные на каталитических радиационных панелях, охлаждаются и очищаются на выходе из реактора в скруббере, где осуществляется конденсация воды, отделение неконденсирующихся газов и конденсированных тяжелых углеводородов,
галоидные и серные соединения удаляются в скруббере растворением в промывной воде,
газовый поток на выходе из реактора увлекает углерод, образованный при термолитическом разложении в скруббере, где он охлаждается,
тяжелые углеводороды и углерод рекуперируются декантацией промывной воды на выходе из скруббера в отстойнике,
газовый поток на выходе из скруббера всасывается вакуумным насосом,
газы на выходе из вакуумного насоса направляются в скруббер, содержащий, например, водный раствор карбоната калия, где выделяется углекислый газ,
пиролизные газы, очищенные от галоидных, серных соединений и углекислого газа, используются при нагревании реактора, а излишек сохраняется для дальнейшего использования,
контроль за кинетикой термолитического преобразования в термолизной камере обеспечивается регулированием электрического нагрева и каталитического нагрева с помощью классических систем измерения температур и регулирования расхода газов и электрического тока.

На фиг. 1 показана система согласно изобретению, вид сверху; на фиг. 2 - входная часть печи этой системы, вертикальный разрез; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 увеличенный вид соединения панели 4 с ее опорой. На фиг. 1 показана принципиальная схема системы, а на фиг. 2-4 представлены ее некоторые конструктивные детали.

Система согласно изобретению представляет собой реактор, включающий в одну установку камеру 1, куда вводятся обрабатываемые продукты и в которой эти продукты подвергаются обезвоживанию, термолизную камеру 2, в которой частично или полностью обезвоженные продукты нагреваются до температуры термического разложения, например около 600^oC (обычно между 400^oC и 750^oC), и камеру охлаждения 3, где твердые остатки термообработки доводятся до обычной температуры.

Термолитическое преобразование в реакторе предпочтительно осуществляется при полном отсутствии свободного кислорода при средней температуре 600^oC.

Продукты разложения неконденсирующиеся газы, тяжелые углеводороды, углерод непрерывно контролируются на выходе из системы и при необходимости возвращаются на дополнительную обработку.

Функционирование при такой температуре не приводит к заметному износу системы, срок службы которой в результате увеличивается, а производственные затраты сокращаются.

Камеры изолированы друг от друга герметичным образом посредством гильотинных затворов, приводимых в действие домкратами; затвор между камерами 1 и 2 и затвор между камерами 2 и 3 выполнены подвижными вертикально в герметичных пазах, переход подъемных домкратов осуществляется при этом с помощью сальника. Помимо этого герметичные затворы предусмотрены на входе камеры 1 и на выходе камеры 3, благодаря которым зоны обезвоживания 1 и охлаждения изолируются от окружающей атмосферы и(или) термолизной зоны 2; они могут быть подвижными вертикально или горизонтально или также вокруг шарнирного сочленения в зависимости от размеров реактора, имеющегося в распоряжении пространства и свободного выбора конструктора.

Герметизация, обеспечиваемая входными и выходными затворами, осуществляется между наружной атмосферой и зонами 1 и 3 умеренных температур, гораздо ниже, чем температуры в камере 2.

Введение продуктов и извлечение остатков выполняются таким образом, чтобы избежать поступления воздуха в камеру 2, через шлюзовые камеры, которые поочередно изолируют, в зависимости от необходимости, камеру обезвоживания от термолизной камеры, когда продукты вводят в обезвоживающую камеру и термолизную камеру от камеры охлаждения, когда извлекают остатки из этой третьей камеры.

Камеры 1 и 2 реактора теплоизолированы (позиция 27) для ограничения тепловых потерь.

Камеры 1 и 2 снабжены средствами нагревания любого известного типа, два примера из которых даны под позициями 4 и 5. Температура камеры 2, например, поддерживается в пределах 600^oC, тогда как температура камеры 1, ниже, поддерживается выше 100^oC, например в пределах 120^oC.

Каталитические радиационные панели 4, снабженные сопротивлениями 25, встроенными в них, предназначены для их нагревания, чтобы обеспечить феномен каталитического окисления питающего газа, представлены на потолке камеры 1 и 2, но могут быть также размещены на боковых стенках. Эти панели установлены в герметичных пазах по отношению к окружающей атмосфере. На фиг. 4 показан принцип крепления панели 4 на внутренней стенке реактора и положение герметичного соединения, обозначенного позицией 26, установленного на место для того, чтобы заставить питающую газовую смесь (предположительно кислород, пиролизный газ) проходить через каталитическую панель 4, где он окисляется. Камера 3 может быть снабжена системой (не показано) охлаждения твердых остатков и рекуперации тепла повторным нагревом газов, которые питают каталитические радиационные панели.

Питание электрических сопротивлений 5 подается от трансформатора 6; эти сопротивления здесь представлены внутри реактора, приклеенными к стенке (но могут быть размещены снаружи), причем электрическое питание осуществляется за счет применения герметичных вводов.

В камере 2 поддерживается вакуум, обычно при давлении ниже или равном 800 мбар, а именно 500 мбар. Предпочтительно, то же самое давление в камерах 1,2 и 3.

Газовая смесь, извлеченная из камеры 2, поступает в скруббер 9, выходящий в отстойный блок 13, в который подается холодная вода из бассейна 14, где вода на выходе из отстойного бака 13 обрабатывается классическими методами химии в воде. Конденсированные углеводороды и углерод, выделенные из водной фазы в баке 13, направляются в резервуар хранения 17, откуда их снова берут на использование.

Неконденсированные газы на выходе из бака 9 всасываются насосной группой 10, рефулирование из которых производится в промывной бак 11, где углекислый газ удаляется добавкой карбоната калия, например, в воду, поступающую из бака 14. На выходе из бака 11 очищенный газ сжимается компрессором 13 и хранится в резервуаре 16.

Этот сжатый газ здесь направляется на каталитические радиационные панели 4 после прохождения в смеситель 15, куда поступает также сжатый в аппарате 18 воздух любого происхождения или также, в зависимости от случаев применения, чистый кислород, поступающий извне. Газовая смесь проходит через рекуператор 7, где она нагревается с целью улучшения термодинамического баланса каталитического окисления. На фиг.1 показан выход газов катализа из камеры 1; эти газы, состоящие главным образом из углекислого газа и водяного пара, поступающего с обезвоживания и каталитического окисления, проходят через рекуператор 7, где они охлаждаются. Они всасываются насосной группой 8, рефулирование которых происходит по дымовой трубе 19.

На фиг. 2 показана вагонетка 20, в которую помещают обрабатываемые продукты; вагонетка переходит из одной камеры в другую с помощью зубчатой кремальеры 21.

Синхронизированное движение вагонеток обеспечивается приводным валом 22.

Газы отводят из камер 1 и 2 через дымоходы 24, находящиеся в конце камер и в полу для вовлечения углерода в газовый поток.

Скрубберы составляются по усмотрению специалистов.

Описанная выше система обеспечивает следующие преимущества:
она применима для любого количества продуктов простым изменением сечения реактора или длины реактора, либо параллельной установкой стольких реакторов, сколько их требуется,
система согласно изобретению позволяет обрабатывать удаляемые продукты в хороших условиях для защиты окружающей среды,
продукты термолитического разложения очищаются от всех примесей и могут контролироваться перед любым последующим использованием. Вода водной фазы обрабатывается классическими способами после декантации углеводородов и углеродов. Разные инертные материалы стекло, металлы и т.д. могут быть возвращены в цикл в наилучших санитарных условиях. Тяжелые металлы, не испарившиеся в термолизере, рекуперируются в вагонетку после охлаждения, превратившиеся в пар тяжелые металлы рекуперируются в основании скруббера или в бассейне для обработки отстойных вод.

Наконец, система согласно изобретению обеспечивает прекрасную энергетическую рекуперацию с возможностью хранения в виде углерода и углеводородов рекуперированной энергии, при необходимости отправки ее для потребителя в соответствующее место и время.

Разумеется, что предыдущее описание было предложено только в качестве неограничительного примера и что множество вариантов может быть предложено специалистом, не выходя за рамки изобретения.

Использование: изобретение относится к системам для обработки термолизом твердых продуктов, выброс которых вреден для окружающей среды. Сущность изобретения: система представляет собой реактор, включающий последовательно камеру обезвоживания и термолизную камеру, между которыми размещен герметичный входной затвор. Камера охлаждения снабжена герметичным выходным затвором. Термолизная камера снабжена линией отвода газов для создания в ней вакуума. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система для обработки твердых продуктов, выброс которых вреден для окружающей среды, представляющая собой реактор, включающий последовательно расположенные камеру обезвоживания и термолизную камеру, отличающаяся тем, что система снабжена на выходе из термолизной камеры камерой охлаждения, камера обезвоживания снабжена герметичным входным затвором, камера охлаждения снабжена герметичным выходным затвором, образующими шлюзовые камеры, изолирующие термолизную камеру с одной стороны относительно камеры обезвоживания, с другой стороны относительно камеры охлаждения для ограничения поступления воздуха в термолизную камеру во время введения продуктов и во время извлечения остатков, причем термолизная камера снабжена линией отвода газов для создания в ней вакуума. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что термолизная камера выполнена с возможностью поддержания ее объема без свободного кислорода. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что термолизная камера снабжена средствами поддержания ее при температуре в пределах между 400 и 750^oС и под давлением ниже или равным 800 миллибарам. 4. Система по одному из пп.1 3, отличающаяся тем, что она снабжена вагонетками и механическим приспособлением в виде шестеренной кремальеры для их перемещения через реактор. 5. Система по одному из пп.1 4, отличающаяся тем, что камера обезвоживания и термолизная камера снабжена средствами нагрева, представляющими собой каталитические радиационные панели. 6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что каталитические радиационные панели соединены по меньшей мере с линией газов, отбираемых в термолизной камере. 7. Система по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью участия в нагреве обрабатываемых продуктов углекислого газа и водяного пара, возникающих при каталитическом окислении. 8. Система по одному из пп.1 7, отличающаяся тем, что она снабжена газовыми скрубберами для охлаждения газов, образованных при термолитическом разложении и каталитическом окислении, и очистки их от галоидных соединений, серных соединений и углекислого газа. 9. Система по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена вакуумными насосами для всасывания газов на выходе из скрубберов. 10. Система по одному из пп.1 9, отличающаяся тем, что она снабжена средствами измерения температур и регулирования расходов газа и электрического тока для контроля за кинетикой термолитического преобразования.