Устройство для утилизации отходов на органической основе Российский патент 2021 года по МПК C08J11/10 

Изобретение относится к устройствам для утилизации твердых органических отходов из пластика, резины и полимеров.

Известен способ переработки резинотехнических и органических отходов и устройство для его реализации [Патент РФ на изобретение № 2321492, МПК B29B 17/00, C10G 1/10, B02C 23/24, C08J 11/14, Способ переработки резинотехнических и органических отходов и устройство для его реализации, Опубл. 10.04.2008, Бюл. № 10]. Устройство содержит теплоизолированный реактор и источник излучения, смонтированный вертикально в центре реактора или по его центральной оси, а на расстоянии 30-1000 мм от источника излучения смонтирован перфорированный трубопровод, с изменяемой геометрией сечения, в котором соотношение диаметров входного D1 и выходного D2 отверстий изменяются в пределах D1/D2=1/1,1-1/10. Диаметр трубы плавно увеличивается по всей длине трубопровода от входа в реактор к его концевой части, это позволяет при практически атмосферном давлении получить водяной пар с температурой до 600°С. Экспериментально установлена зависимость температуры, скорости потока водяного пара и/или газа и скорости деструкции в парогазовой среде от состава и вида органических материалов. На основании диаграмм, полученных экспериментальным путем, выбирается расстояние трубопровода пара от источника инфракрасного излучения и размер увеличения диаметра трубы, которые соответствуют оптимальному режиму деструкции для конкретных видов резинотехнических и органических отходов. С целью равномерного распределения перегретого водяного пара по объему реактора и улучшения масса-теплообмена концевая часть трубопровода перфорируется. Перфорация трубопровода выполнена на поверхности трубы на расстоянии 25-75 мм от конца трубопровода.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и загрязнение получаемых продуктов конденсатом водяного пара.

Известен способ переработки органических отходов и устройство для переработки органических отходов [Патент РФ на изобретение № 2422478, МПК C08J 11/04, B29B 17/00, Способ переработки органических отходов и устройство для переработки органических отходов, Опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18]. Устройство содержит реактор с теплообменником и вентилятором, камеру с затворами, контейнер, сообщенный с накопителем отходов, бункер для твердых отходов, сообщенный с контейнером и подсоединенный к ленточному транспортеру, связанному последовательно с мельницей и магнитным сепаратором, при этом реактор сообщен с парогенератором, топкой и конденсатором, а контейнер имеет возможность перемещения в реактор и из реактора через затворы камеры, дополнительно содержит газоход для вывода из контейнера воздуха в реактор, теплообменник выполнен в виде двойных боковых стенок реактора и сообщен с топкой, в качестве теплоносителя используют газообразную смесь из продуктов сгорания, поступающих в теплообменник, и воздуха в реакторе, при этом газоход выходом расположен в реакторе и имеет возможность герметичного соединения по входу с верхней частью контейнера при размещении контейнера в реакторе, вентилятор размещен в верхней части реактора, контейнер выполнен с перфорированным дном и с возможностью перемещения сначала в камеру, а затем в реактор помощи устройства для перемещения.

Недостатком известного устройства является, повышенный расход энергии на переработку, т.к. необходим нагрев газовоздушной смеси до 750-1150 °С.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент US [Патент US № 9,446,376, Apparatus for pyrolysis using molten metal, CPC B01J 19/26; B01J 19/0006; C01B 49/14; С10B 53/00, Опубл. 20.09.2016]. Устройство включает в себя реактор с расплавленным металлом, циркуляционный насос, соединенный с реактором, буферный резервуар, расположенный на верхней части реактора, сопло, обеспечивающее разбрызгивание жидкого металла во внутренней полости реактора, подключенное к циркуляционному насосу, узел для разделения продуктов пиролиза (полукокса и шлака), а также огневую печь, соединенную с реактором для сжигания полукокса, поступающего из реактора, внутри печи расположен теплообменник соединенный с внутренним объемом реактора для нагрева жидкого металла за счет тепла образующегося в результате сжигания полукокса. В известном устройстве в качестве жидкого металла используют олово, висмут или их сплавы. Известное устройство позволяет перерабатывать отходы биомассы, угля, пластмасс и резин.

Недостатками известного устройства являются невозможность утилизировать органические отходы с армирующим каркасом неподвергающимся пиролизу (например, автомобильные шины), образование токсичных соединений в результате попадания олова, висмута или их сплава в огневую печь вместе с полукоксом в процессе работы.

Задача, решаемая предложенным техническим решением, состоит в исключении указанного недостатка известного устройства, а именно расширение спектра перерабатываемых отходов, повышение качества получаемых продуктов за счет исключения контакта теплоносителя с открытым пламенем.

Технический результат – повышение качества получаемых продуктов при утилизации отходов на органической основе.

Для исключения указанных недостатков в устройстве по утилизации отходов на органической основе предлагается:

- устройство снабдить реакционной емкостью со съемной крышкой с вытеснителем и извлекаемой корзиной, сливным баком, соединительным, газовым и отводящим трубопроводами, трубопроводом сжатого газа, механическим фильтром со сменным фильтр-элементом, конденсатором, сепаратором, горелочными устройствами и теплоизоляцией;

- реакционную емкость и сливной бак выполнить с возможностью заполнения теплоносителем;

- сливной бак снабдить змеевиком с горелочными устройствами;

- извлекаемую корзину выполнить с возможностью свободно пропускать теплоноситель и газообразные продукты утилизации отходов;

- реакционную емкость в области днища соединить с внутренним объемом сливного бака соединительным трубопроводом;

- реакционную емкость в верхней части соединить газовым трубопроводом с сепаратором через механический фильтр со сменным фильтр-элементом и конденсатор;

- сепаратор соединить отводящим трубопроводом с горелочными устройствами;

- сливной бак в верхней части соединить с баллоном со сжатым газом через редуктор;

- сливной бак, реакционная емкость, соединительный трубопровод, газовый трубопровод на участке от механического фильтра со сменным фильтр-элементом до конденсатора снабдить теплоизоляцией.

В частных случаях реализации устройства для утилизации отходов на органической основе предлагается:

- во-первых, в качестве теплоносителя используется сплав тяжелых легкоплавких металлов, например, свинец-висмут-олово.

- во-вторых, для обогрева устройства используется газ, получаемый в процессе утилизации.

- в-третьих, в качестве фильтр-элемента используется стеклоткань марки МКТ.

- в-четвертых, сливной бак снабдить металлическим змеевиком обогреваемым горелочным устройством.

- в-пятых, вытеснитель крышки реакционной емкости снабдить быстросъемной теплоизоляцию.

- в-шестых, на соединительном трубопроводе установить вентиль.

- в-седьмых, сливной бак установить ниже уровня реакционной емкости.

Сущность устройства для утилизации отходов на органической основе состоит в следующем.

На фигуре представлена схема одного из возможных вариантов исполнения устройства. На фигуре приняты следующие позиционные обозначения: 1- реакционная емкость; 2 – сливной бак; 3 – извлекаемая корзина; 4 – съемная крышка с вытеснителем; 5 – быстросъемная теплоизоляция; 6 – теплоизоляция; 7 – баллон со сжатым газом; 8 – теплоноситель; 9 – соединительный трубопровод;10 – трубопровод сжатого газа; 11 – вентиль; 12 – змеевик; 13 –горелочные устройства; 14 – отводящий трубопровод; 15 – механический фильтр со сменным фильтр-элементом; 16 – конденсатор; 17 – сепаратор; 18 – газовый трубопровод.

Устройство содержит, по меньшей мере, одну реакционную емкость 1 и извлекаемую корзину 3, сливной бак 2, соединительный 9, газовый 18 и отводящий 14 трубопроводы, трубопровод сжатого газа 10, механический фильтр со сменным фильтр-элементом 15, конденсатор 16, сепаратор 17, горелочные устройства 13 и теплоизоляцию 6.

Для повышения скорости процесса утилизации отходов на органической основе за счет снижения времени нагрева реакционная емкость 1 предусматривает возможность её заполнения теплоносителем 8. Уплотнение реакционной ёмкости 1 обеспечивается съемной крышкой с вытеснителем 4, в который установлена быстросъемная теплоизоляция 5. Быстросъемная теплоизоляция 5 извлекается из вытеснителя в период охлаждения реакционной ёмкости 1 для снижения времени охлаждения.

Извлекаемая корзина 3 служит для размещения в ней утилизируемых отходов на органической основе. Конструкция извлекаемой корзины 3 позволяет свободно пропускать теплоноситель 8 и газообразные продукты утилизации, при этом твердые отходы утилизации остаются внутри ней.

Сливной бак 2 служит для хранения в нем теплоносителя 8 в процессе загрузки/выгрузки извлекаемой корзины 3. Для нагрева теплоносителя 8 в сливном баке 2 предусмотрен змеевик 12, обогреваемый горелочными устройствами 13.

Для обеспечения возможности перемещения теплоносителя из реакционной емкости 1 в сливной бак 2 предусмотрен соединительный трубопровод 9 с вентилем 11. Соединительный трубопровод 9 соединяет дно реакционной емкости 1 с внутренней полостью сливного бака 2 таким образом, что соединительный трубопровод опускается внутри сливного бака до уровня 10 мм от дна.

Газовый трубопровод 18 соединяет реакционную ёмкость 1, в верхней её части, с сепаратором 17 через механический фильтр со сменным фильтр-элементом 15 и конденсатор 16. На участке от реакционной ёмкости 1 до конденсатора 16 газовый трубопровод 18 снабжён теплоизоляцией 6 для предотвращения конденсации продуктов утилизации до конденсатора 16.

Механический фильтр со сменным фильтр-элементом 15 препятствует попаданию капель теплоносителя 8, частиц твердых продуктов и прочих нежелательных включений в конденсатор 16.

Конденсатор 16 предназначен для конденсации жидких продуктов утилизации находящихся в газообразной форме.

Сепаратор 17 разделяет неконденсированные газообразные продукты утилизации от жидкости и накапливает её.

Для подачи неконденсированных газов на горелочные устройства 13 предусмотрен отводящий трубопровод 14. Горелочные устройства 13 предназначены для сжигания неконденсированных газообразных продуктов утилизации с целью обогрева сливного бака 2 и реакционной ёмкости 1.

Для создания избыточного давления в сливном баке 2 в процессе перемещения теплоносителя 8 в реакционную емкость 1 сливной бак 2 в верхней части соединен трубопроводом сжатого газа 10 с баллоном со сжатым газом 7.

С целью снижения тепловых потерь в процессе утилизации реакционная емкость 1 и сливной бак 2 снабжены теплоизоляцией 6.

Устройство работает следующим образом.

В реакционную емкость 1 устанавливается извлекаемая корзина с предварительно загруженными в неё отходами на органической основе. На реакционную емкость 1 устанавливают съемную крышку с вытеснителем 4, в вытеснитель устанавливают теплоизоляцию 5. Открывают вентиль 11, и предварительно разогретый до температуры 400-500˚С теплоноситель 8 перемещают за счет создания избыточного давления в сливном баке 2 из баллона со сжатым газом 7 в реакционную емкость 1. Вентиль 11 закрывают. Давление в сливном баке сбрасывают. Начинается процесс утилизации. Вводят в работу горелочные устройства 13 для поддержания температуры в реакционной емкости 1 и сливном баке 2.

Продукты утилизации, находящиеся в паровой фазе, поступают по газовому трубопроводу 18 через механический фильтр со сменным фильтр-элементом 15 в конденсатор 16. В конденсаторе 16 часть полученных продуктов конденсируются и далее смесь жидких и газообразных продуктов поступает в сепаратор 17. В сепараторе 17 происходит накопление жидких продуктов утилизации, а газообразные неконденсированные продукты поступают по отводящему трубопроводу 14 в горелочные устройства 13 для сжигания и обогрева реакционной емкости 1 и сливного бака 2.

По завершении процесса утилизации открывают вентиль 11. Теплоноситель самотеком перемещают в сливной бак 2. Горелочные устройства останавливают. Из съемной крышки с вытеснителем 4 извлекают быстросъемную теплоизоляцию. Проводят выдержку до достижения температуры внутри реакционной емкости ниже 150 °С. Снимают съемную крышку, и извлекают извлекаемую корзину 3 с твердыми продуктами утилизации. Производят отбор твердых продуктов утилизации и загружают в извлекаемая корзину 3 новую партию отходов для утилизации.

Далее цикл повторяется.

Пример конкретного исполнения устройства.

Устройство состоит из реакционной емкости 1. Высота реакционной емкости составляет 700 мм, внутренний диаметр 300 мм, толщина стенки – 4 мм. На реакционной емкости использовано фланцевое уплотнение крышки Ду 300 с углеграфитовой или асбестовой прокладкой.

Съемная крышка 5 выполнена в виде плоского приварного фланца Ду300 с вытеснителем наружный диаметр которого составляет 280 мм, высота – 250 мм, толщина стенки – 2 мм.

Извлекаемая корзина 3 выполнены в виде перфорированных цилиндров из нержавеющей стали со съемной верхней частью. Диаметр извлекаемых корзин составляет 280 мм, высота 450 мм, толщина стенки – 2 мм.

Сливной бак выполнен в виде цилиндрического сосуда с двумя эллиптическими днищами. Высота сливного бака составляет 500 мм, наружный диаметр – 325 мм, толщина стенки – 6 мм. Сливной бак устанавливается вертикально, в верхнее эллиптическое днище вварен соединительный трубопровод наружным диаметром 32 мм, который опускается внутри сливного бака до уровня 10 мм от нижнего днища, трубка 10×1 мм соединяющая сливной бак с редуктором баллона со сжатым газом и сбросной газовый вентиль, предназначенный для сброса газа в атмосферу. К обечайке сливного бака в верхней и нижней её части приварен змеевик 12, выполненный из трубы 32×3 мм и навитый с шагом витка 75 мм, диаметр витка – 200 мм, количество витков – 10 шт.

Механический фильтр со сменным фильтр-элементом 15 представляет собой цилиндр с фланцевым уплотнением в верхней части. Диаметром обечайки 100 мм, толщиной – 2 мм и высотой 200 мм. Толщина днища составляет 2 мм. К обечайке и днищу приварен газовый трубопровод выполненный из трубы 28×2. Вход в фильтр располагается со стороны обечайки, выход – со стороны днища. Сменный фильтр-элемент представляет собой стеклоткань марки МКТ-5,0, слоями уложенную внутрь фильтра.

Конденсатор 16 представляет собой теплообменный аппарат с длинной трубного пучка 650 мм, количеством трубок 7 шт, размер трубок – 10×0,8 мм, относительный шаг – 1,25. Охлаждение конденсатора 16 производится проточной водой с температурой 9÷18°С.

Сепаратор 17 представляет собой цилиндр диаметром 168 мм и высотой 300 мм. В днище сепаратора вварен вентиль для слива жидких продуктов утилизации. В верхнюю часть сепаратора вварены газовый 18 и отводящий 14 трубопроводы.

Отводящий трубопровод 14 выполнен из трубы 16×2 мм.

Теплоизоляция 6 выполнена из кремнеземной ваты и стеклоткани.

В качестве сжатого газа использован азот в сорока литровом баллоне 7.

Температура теплоносителя 8 в процессе утилизации находится в диапазоне 350-500°С, избыточное давление, создаваемое с помощью баллона со сжатым газом 7, при передавливании теплоносителя 8 из сливного бака в реакционную емкость составляет 1 атм.

Горелочные устройства 13 выполнены в виде газовых горелок с принудительной подачей воздуха.

Реакционная емкость 1, сливной бак 2, извлекаемая корзина 3, съемная крышка с вытеснителем 4, соединительный трубопровод 9, газовый трубопровод 18, отводящий трубопровод 14, механический фильтр 15, конденсатор 16, сепаратор 17 изготовлены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.

Изобретение относится к устройствам для утилизации твердых органических отходов из пластика, резины и полимеров. Устройство содержит реакционную емкость, извлекаемую корзину, сливной бак, соединительный, газовый и отводящий трубопроводы, трубопровод сжатого газа, механический фильтр со сменным фильтр-элементом, конденсатор, сепаратор, горелочные устройства и теплоизоляцию. Реакционная емкость и сливной бак предусматривают возможность их заполнения теплоносителем, реакционная емкость снабжена съемной крышкой с вытеснителем. Сливной бак имеет змеевик с горелочными устройствами для обогрева теплоносителя. Извлекаемая корзина может свободно пропускать теплоноситель и газообразные продукты утилизации органических отходов. Реакционная емкость в области днища сообщена с внутренним объемом сливного бака соединительным трубопроводом с установленным на нем вентилем. Реакционная емкость в верхней части соединена газовым трубопроводом с сепаратором через механический фильтр со сменным фильтр-элементом и конденсатор. Сепаратор соединен отводящим трубопроводом с горелочными устройствами. Сливной бак в верхней части подсоединен трубопроводом сжатого газа к баллону со сжатым газом через редуктор. Сливной бак, реакционная емкость, соединительный трубопровод, газовый трубопровод на участке от механического фильтра со сменным фильтр-элементом до конденсатора снабжены теплоизоляцией. Даны семь частных случаев реализации устройства. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества получаемых продуктов при утилизации отходов на органической основе. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для утилизации отходов на органической основе, содержащее реакционную емкость и извлекаемую корзину, устанавливаемую внутри реакционной емкости и предназначенную для размещения в ней отходов на органической основе, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено сливным баком, газовым и отводящим трубопроводами, конденсатором, сепаратором, механическим фильтром со сменным фильтр-элементом и горелочными устройствами, реакционная емкость и сливной бак предусматривают возможность их заполнения теплоносителем, реакционная емкость снабжена съемной крышкой с вытеснителем, извлекаемая корзина может свободно пропускать теплоноситель и газообразные продукты утилизации органических отходов, реакционная емкость в области днища сообщена с внутренним объемом сливного бака соединительным трубопроводом с установленным на нем вентилем, реакционная емкость в верхней части соединена газовым трубопроводом с сепаратором через механический фильтр со сменным фильтр-элементом и конденсатор, сепаратор соединен отводящим трубопроводом с горелочными устройствами, сливной бак в верхней части подсоединен трубопроводом сжатого газа к баллону со сжатым газом через редуктор; сливной бак, реакционная емкость, соединительный трубопровод, газовый трубопровод на участке от механического фильтра со сменным фильтр-элементом до конденсатора снабжены теплоизоляцией.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя используется сплав тяжелых легкоплавких металлов, например свинец-висмут-олово.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обогрева устройства используется газ, получаемый в процессе утилизации.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фильтр-элемента используется стеклоткань марки МКТ.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сливной бак имеет металлический змеевик, обогреваемый горелочным устройством.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вытеснить крышки реакционной емкости имеет быстросъемную теплоизоляцию.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сливной бак устанавливается ниже уровня реакционной емкости.