EA024274B1 - Тепловой реактор - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к тепловому реактору для непрерывного термолитического рециклинга гранулированных продуктов из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов и подобных продуктов. Чтобы разработать непрерывно работающий тепловой реактор для такого способа пиролиза, который без дополнительных приводимых двигателем во вращение транспортных и смесительных устройств или пневматических устройств для разрыхления позволяет подвергать непрерывному термолитическому рециклингу гранулированные продукты из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов, в рамках изобретения предлагается, что тепловой реактор имеет загрузочную часть, среднюю часть, представляющую зону нагрева и часть для выгрузки, которые расположены вертикально одна под другой, что в средней части, представляющей зону нагрева, центрально в тепловом реакторе расположена отсасывающая труба, боковая поверхность которой имеет многочисленные отверстия и/или прорези для отвода имеющих короткие цепи паров соединений углеводородов, причем на отсасывающую трубу надвинуты расположенные один над другим имеющие форму конуса колокола, причем предусмотрены средства для отсасывания паров соединений углеводородов из отсасывающей трубы, и что в средней части, представляющей зону нагрева, на наружном кожухе предусмотрено большое количество радиально расположенных нагревательных пластин, которые расположены со смещением друг к другу в лежащих один над другим ярусах нагрева. В рамках изобретения обнаружилось, что несмотря на плохой коэффициент теплопроводности этих материалов, с подобного рода

Description

Изобретение относится к тепловому реактору для непрерывного термолитического рециклинга гранулированных продуктов из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов и подобных продуктов, причем тепловой реактор имеет загрузочную часть, среднюю часть, представляющую зону нагрева и часть для выгрузки, которые вертикально расположены одна над другой.

Уровень техники

Согласно уровню техники рециклинг вторсырья, состоящего из гранулированных продуктов из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов осуществляется преобладающим образом во вращающихся трубчатых реакторах, реже в реакторах с кипящим слоем, с псевдоожиженным слоем или с взвешенным потоком, так как они еще находятся на этапе разработки. Так называемые шахтные соответственно вертикальные реакторы использовались до сих пор преимущественно в качестве теплообменников для нагревания, спекания и охлаждения сыпучих насыпных материалов соответственно для пиролиза органических отходов для получения заменителей топлива.

Из \νϋ 2010/127664 известны многоступенчатый, автономный в части энергии и непрерывно функционирующий способ пиролиза для фракционной регенерации вторсырья и энергии из сыпучих высокомолекулярно структурированных органических соединений, в частности из гранулированных продуктов из старых шин, уплотнительных профилей и прочих синтетических материалов, а также устройство для осуществления способа. Чтобы разработать автономный в части энергии, функционирующий непрерывно способ пиролиза для сыпучих органических гранулированных продуктов согласно ограничительной части, там предлагается, что гранулированные продукты проходят сверху вниз под действием силы тяжести вертикальный, многоступенчатый реактор для пиролиза, причем они нагреваются до ступенчато различно регулируемых технологических температур в диапазоне от 300 до 1200°С и подвергаются пиролизу. Примыкающая последующая фракционная конденсация паров пиролиза способствует регенерации масляных и газовых соединений и после включенного следом использования газа, полученного пиролизом, в качестве топлива для привода вырабатывается необходимая для процесса пиролиза энергия.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка непрерывно работающего теплового реактора для такого процесса пиролиза, который позволяет без дополнительно вращающихся транспортных и смесительных устройств или устройств для рыхления подвергать гранулированные продукты из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов непрерывному термолитическому рециклингу.

Эта задача согласно изобретению решается тем, что тепловой реактор имеет загрузочную часть, среднюю часть, представляющую зону нагрева и часть для выгрузки, которые расположены вертикально одна над другой; что в средней части, представляющей зону нагрева, центрально в тепловом реакторе расположена отсасывающая труба, боковая поверхность которой имеет многочисленные отверстия и/или прорези для отвода возникающих имеющих короткие цепи паров соединений углеводородов и причем на отсасывающую трубу надвинуты расположенные один над другим имеющие форму конуса колокола и предусмотрены средства для отсасывания паров соединений углеводородов из отсасывающей трубы; и, что в средней части, представляющей зону нагрева, на наружном кожухе расположено большое количество радиально расположенных нагревательных пластин, которые расположены со смещением одна к другой в лежащих один над другим ярусах.

Несмотря на плохой коэффициент теплопроводности этих материалов с подобным вертикальным тепловым реактором возможно подвергать рециклингу при непрерывном режиме работы гранулированные продукты из старых шин, отходов вулканизации и старых синтетических материалов, так как они подвергаются однородному перемешиванию и нагреванию. Материалы проходят вертикальный тепловой реактор сверху вниз в атмосфере бедной кислородом и находящейся при под атмосферном давлении и при этом разлагаются на имеющие короткие цепи парообразные соединения углеводородов и на твердые вещества (кокс), которые представляют собой ценное сырье.

В загрузочной части осуществляется дозированная загрузка материала в тепловой реактор. В средней части, представляющей зону нагрева, происходит фракционированная сепарация возникающих продуктов термолиза на твердое вещество и пар при температурах, которые лежат преимущественно между 500 и 600°С, причем пары соединений углеводородов отсасываются в средней части, представляющей зону нагрева, и затем выделяются в виде масляных соединений с различным составом и в виде перманентного газа. В части для выгрузки имеющий вид кокса твердый материал, получающийся на выходе при процессе термолиза, собирается и отводится из теплового реактора через выход для твердого вещества.

В рамках изобретения лежит, что как в одном ярусе нагрева, так и от одного яруса нагрева к соседнему ярусу нагрева попеременно расположены короткие и длинные нагревательные пластины.

Это мероприятие способствует вместе со смещенным расположением нагревательных пластин хорошему перемешиванию и однородному нагреванию материала.

Предпочтительное усовершенствование изобретения заключается в том, что нагревательные пластины могут вдвигаться в прорези соответствующего размера в наружном кожухе теплового реактора и

- 1 024274 извлекаться из этих прорезей.

Это позволяет быстрое обслуживание, соответственно быструю замену дефектных нагревательных пластин.

Предпочтительно, что нагревательные пластины могут нагреваться электрически.

В этой связи является предпочтительным, что предусмотрены средства для управления температурным профилем в тепловом реакторе и для индивидуальной регулировки температуры каждой нагревательной пластины.

Дальше исполнение изобретения заключается в том, что предусмотрены средства для отсасывания паров соединений углеводородов из отсасывающей трубы в виде выходных патрубков для пара, которая соединена с блоком поликонденсации.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно описывается с помощью чертежей, где показывают фиг. 1 - продольный разрез предложенного в соответствие с изобретением теплового реактора без катализаторного устройства, фиг. 2 - поперечный разрез (по линии А-А) в верхней части теплового реактора согласно фиг. 1; фиг. 3 - развертка наружного кожуха предложенного в соответствие с изобретением теплового реактора с расположением смещенных ярусов нагревательных пластин, фиг. 4 и вид А - электрически нагретые пластины теплообменника, а также детальный их вид и фиг. 5 - продольный разрез предложенного в соответствии с изобретением теплового реактора с дополнительным катализаторным устройством.

Осуществление изобретения

Тепловой реактор (1) согласно изобретению выполнен в виде вертикального, состоящего из нескольких частей, имеющего фланцы резервуара под давлением. Он состоит по причине высокой температурной нагрузки полностью из теплостойкой стали соответственно сплавов как, к примеру, 1.4828, 1.4841, ΑΥΕδΤΑ 253 МА, №стоГет 45 ТМ или подобных материалов.

Фиг. 1 показывает продольный разрез предложенного в соответствии с изобретением теплового реактора (1) и позволяет принципиальное знакомство с конструкцией. Тепловой реактор (1) имеет (если смотреть сверху вниз) имеющую форму усеченного конуса загрузочную часть (2), к которой присоединяется имеющая форму цилиндра средняя часть, представляющая зону нагрева (3), которая затем переходит в имеющую форму усеченного конуса часть для выгрузки (4).

Чтобы минимизировать нежелательное для технологии термолиза проникновение кислорода в тепловой реактор (1), загрузка и выгрузка гранулированного продукта в и из реактора (1) осуществляются согласно изобретению через систему загрузки материала (23). Она состоит преимущественно из стойкого к ударным волнам ротационного питателя с легко демонтируемым ротором, с возможной регулировкой с помощью преобразователя частоты числа оборотов и подключением устройства для инертизации в комбинации с запорным шибером для сыпучего продукта.

Из находящейся над реактором (1) емкости для запаса гранулированного продукта гранулированный продукт через входные патрубки для твердого продукта (6) дозированно загружается в тепловой реактор (1). Распределитель материала (10) способствует равномерному распределению гранулированного продукта по всему круглому поперечному сечению реактора (1). В зависимости от крупности и вида материала внутри теплового реактора (1) образуется колонна из насыпного слоя, которая вследствие гравитации непрерывно движется сверху вниз через тепловой реактор (1). Колонна из гранулированного продукта ограничивается цилиндрическим наружным кожухом (14), внутренними устройствами (5), расположенными попеременно радиально на наружном кожухе (14) длинными и короткими нагревательными пластинами (9), которые выступают во внутреннее пространство реактора (1), а также высотой засыпки в реактор (1).

Благодаря радиальному расположению нагревательных пластин (9) и смещенному расположению их в лежащих один над другим ярусах, колонна из гранулированного продукта разделяется на небольшие наподобие кусков торта секции. Хорошее перемешивание гранулированного продукта и при этом равномерный нагрев его осуществляется с одной стороны благодаря смещенному расположению длинных и коротких нагревательных пластин (9) и с другой стороны благодаря внутренним устройствам (5) в части, представляющей зону нагрева (3), теплового реактора (1), которые выполнены в виде вытесняющих и переворачивающих тел, и которые способствуют выравниванию скоростного профиля гранулированного продукта в тепловом реакторе (1).

Благодаря принудительному и внутреннему контакту гранулированного продукта с преимущественно электрически нагретыми нагревательными пластинами (9) он может плавно нагреваться до регулируемых температур реакции вплоть до 950°С и термически разлагаться. Реакционные температуры регулируются системой управления производственным процессом (21) в зависимости от вида материала, крупности гранул и их свойств в части тепловодности. Температурный профиль в тепловом реакторе (1) при этом может варьироваться по поперечному сечению реактора и по высоте всей средней части, представляющей зону нагрева (3), и температура каждой нагревательной пластины (9) может индивидуально регулироваться.

- 2 024274

Высота заполнения гранулированным продуктом в тепловом реакторе (1) регистрируется и регулируется с помощью γ-измерительного устройства заполнения и регулирующего устройства (15). Время обработки гранулированного продукта в тепловом реакторе (1) при заданной температуре реакции и при этом степень расщепления кратных связей соединений углеводородов точно также автоматически регистрируется и управляется с помощью системы управления производственным процессом (21).

На встроенной в середине в тепловом реакторе (1) центральной отсасывающей трубе (11) на боковой поверхности находятся многочисленные отверстия и/или прорези, которые отводят возникающие имеющие короткие цепи пары соединений углеводородов. Возникает поперечный поток этих паров к потоку твердого вещества, то есть перекрестный поток. Отверстия для отсасывания перекрываются и загораживаются с помощью надвинутых на отсасывающую трубу (11), расположенных один над другим имеющих форму конуса колоколов, от так называемых внутренних устройств (5) с тем, чтобы никакого гранулированного продукта или пыли не могло отсасываться вместе. Возникающие при термолизе пары могут поступать к отверстиям для отсасывания через открытую нижнюю сторону колоколов и через них в отсасывающую трубу (11). Пары в этом случае попадают с помощью разрежения в среднем от -50 до -75 мбар через выход для пара (8) в блок поликонденсации (26), где они конденсируются с образованием масляных соединений с различным составом, вязкостью, теплотворной способностью и перманентного газа.

Возникающая при процессе термолиза гранулированного продукта старых шин составляющая твердого вещества от около 45 до 52 вес.% в форме коксового гранулированного продукта состоит из от около 70 до 90% из чистого углерода и от около 10 до 25% из неорганических наполнителей, которые добавляются к новым шинам при изготовлении. Средняя теплотворная способность Ни составляет от около 23 до 30 МДж/кг и средняя БЭТ-поверхность от около 80 до 120 м²/г. Коксовый гранулированный продукт собирается в имеющей форму усеченного конуса части для выгрузки (4) и через выход для твердого вещества (7) и систему для выгрузки материала (24) конструктивно идентичную с системой для загрузки материала (23), но в исполнении стойком к высокой температуре, подается к охлажденному водой охладительному шнеку (25), охлаждается до комнатной температуры и промежуточно складируется в накопительных устройствах.

На фиг. 2 представляется предложенный в соответствии с изобретением принцип распределения длинных и коротких нагревательных пластин (9.1, 9.2) внутри теплового реактора (1). Шаг разделения ΐ нагревательных пластин (9.1, 9.2) по периметру теплового реактора (1) определяется коэффициентом теплопроводности λ подлежащего обработке материала гранулированного продукта и крупностью гранулированного продукта.

Пример.

Максимальная глубина проникновения тепла в слой гранулированного продукта составляет гипотетически 100 мм, периметр теплового реактора (1) составляет 4800 мм, таким образом получается число нагревательных пластин:

η = 4800 мм : 100 мм = 48 нагревательных пластин.

Угловой шаг αΐ составляет αΐ = 360°: 48 нагревательных пластин = 7,5°

Таким образом, что обусловлено конструкцией, для одного яруса нагрева потребовалось 24 длинных и 24 коротких нагревательных пластины. Число и мощность, идущая на нагрев, в целом рассчитываются по единым правилам расчета параметров для теплообменника.

На фиг. 3 в развертке наружного кожуха (14) изображается смещенный принцип расположения нагревательных пластин (9.1, 9.2) в ярусах нагрева. Смещенное расположение нагревательных пластин (9.1, 9.2) хорошо можно видеть. Расположение и исполнение электрически нагретых и радиально к наружной боковой поверхности закрепленных пластин теплообменника (9., 9η) способствуют оптимальной тепловой загрузке гранулированного продукта, ибо как шаг ΐ пластин теплообменника (9., 9η) по горизонтали, так и расстояние ярусов нагрева по вертикали и их смещенное расположение рассчитывается в зависимости от подлежащей обработке крупности гранулированного продукта и вида гранулированного продукта, и благодаря этому ведет к очень высоким коэффициентам полезного действия.

На фиг. 4 представлено крепление нагревательных пластин (9.1, 9.2) на наружном кожухе (14). Нагревательные пластины (9.1, 9.2) вдвигаются в прорези соответствующего размера в наружном кожухе (14) теплового реактора (1) и для технического обслуживания или для замены по отдельности могут также снова извлекаться из наружного кожуха (14) теплового реактора (1).

На фиг. 5 представляется согласно изобретению тепловой реактор (1) с возможностью дополнительной каталитической обработки паров углеводорода. Принципиально конструкция и осуществление теплового реактора (1) сопоставимы с тепловым реактором на фиг. 1. Только часть для выгрузки модифицирована в значительной степени так, что в ней находится дополнительный ряд нагревательных пластин (9), которые гарантируют температуру 600°С для появившихся паров. В части для выгрузки (4.1) изображен фильтр из слоя засыпки (22) для катализаторов, в котором пары в своем месте возникновения вступают в прямой контакт с гранулированным продуктом катализатора. Необходимые для процессов крекинга паров температуры регулируются системой управления производственным процессом (21). При

- 3 024274 этом является важным поддержание минимальной температуры около 550°С и разрежения не менее 50 мбар.

Так как некоторые составные части паров уже при температурах от около 450 до 500°С начинают выделяться в виде конденсата и с образовавшейся в установке тонкой пылью образуют склонную к коксованию массу, существует опасность зарастания паропровода, ведущего к установке поликонденсации (26). В качестве дополнительных защитных мероприятий против этих явлений имеют смысл нагретые электрически нагревательные маты или нагревательные проволоки со сплошным исполнением высокотемпературной изоляции.

В качестве катализаторов для фильтра из слоя засыпки (22) оправдали себя принятые в нефтехимии смешанные катализаторы, как, к примеру, 5>Ю₂/Л1₂О₃. Сг₂О₃/Ре₂Оз, а также цеолиты.

Из соображений прочности и по причине значительного продольного удлинения в состоянии работы осуществляется подвеска реактора (1) с помощью кронштейнов (17) в месте наибольшей прочности на растяжение, в верхней части области нагревания (3).

Согласно изобретению исполнение теплового реактора (1) осуществляется в форме с фланцами и подразделением на технологические участки. Эта форма осуществления предлагает следующие технические и технологические преимущества, как, к примеру, более легкие возможности изготовления, ремонта и замены, более удобное обслуживание при транспорте и монтаже, а также высокую гибкость теплового реактора (1) в части использования подлежащих обработке продуктов, более легкой коррекции при расширении мощности и изменениях в части вида и распределения желаемых конечных продуктов.

Конструктивное исполнение теплового реактора согласно изобретению осознанно выполнено очень простым и образовано очень удобным для ремонта при практическом применении для обслуживания и приведения в готовность, как, к примеру, наличие люков (12) в верхней части реактора (2) и люков (13) в нижней части реактора (4), а также легко демонтируемое исполнение внутренних устройств (5), распределителя материала (10) и центральной отсасывающей трубы (11).

С этим тепловым реактором возможен не наносящий ущерба окружающей среде, не имеющий отходов автономный способ рециклинга, который отличается высокой технологической гибкостью в части применения подлежащей обработке крупности гранулированного продукта, видов материалов, а также более легкой коррекцией при расширении производительности и изменениях в виде и соотношения разделения конечных продуктов.

Собственное использование перманентного газа с нижней теплотворной способностью Ни от 30 до 45 МДж/м³ и средним метановым числом от 60 возможно для автономного снабжения энергией путем электрификации с помощью блока газовый двигатель-генератор, обычно в блочной ТЭЦ (ΒΗΚΑ), и твердое вещество, которое состоит из от около 45 до 52 вес.% из чистого углерода в форме гранулированного продукта и сажи, со средней ВЕТ-поверхностью от 80 до 120 м²/г, средней теплотворной способностью Ни от около 23 до 30 МДж/кг и из около от 10 до 25 вес.% неорганических наполнителей, может, например, использоваться повторно в шинной или резиновой промышленности.

Термолизные масла различных фракций, высвобожденные при способе термолиза в тепловом реакторе (1) и установке поликонденсации (26), могут направляться на очищение нефти, в промышленность по выпуску синтетических материалов, красителей или резины, выработку жидкого топлива или горючего, а также изготовителям сажи для дальнейшей переработки.

Перечень позиций

1. Тепловой реактор

2. Загрузочная часть

3. Средняя часть, представляющая зону нагрева

4. Часть для выгрузки

5. Внутренние устройства

6. Входные патрубки для твердого вещества

7. Выход для твердого вещества

8. Выход для пара

9. Нагревательные пластины

10. Распределитель материала

11. Центральная выпускная труба для пара

12. Верхние люки

13. Нижние люки

14. Цилиндрический наружный кожух

15. Устройство для измерения заполнения и регулирования

16. Подключения для инертизации

17. Кронштейны

18. Устройства для измерения, управления и регулирования температуры, давления и содержания кислорода

19. Загрузка катализатора

20. Выгрузка катализатора

- 4 024274

21. Система управления производственным процессом с программным управлением (§Р§)

22. Фильтр из насыпного слоя

23. Система загрузки твердого вещества

24. Система выгрузки твердого вещества

25. Охлаждающий шнек

26. Блок поликонденсации

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Тепловой реактор, в частности, для непрерывного термолитического рециклинга гранулированного продукта из старых шин, отходов вулканизации и синтетических материалов, при этом тепловой реактор имеет кожух (14), содержащий средства загрузки (2), среднюю часть (3), представляющую собой зону нагрева и средства для выгрузки (4) обработанного продукта, расположенные вертикально друг над другом, в центре средней части расположена отсасывающая труба (11), боковая поверхность которой имеет многочисленные отверстия и/или прорези для отвода образующихся в процессе газов и при этом на отсасывающей трубе закреплены расположенные один под другим конусные насадки (5), и при этом предусмотрены средства (8) для отсасывания образующихся газов из отсасывающей трубы, и в средней части предусмотрены расположенные в ярусы и радиально разнесенные по длине окружности реактора вертикально ориентированные нагревательные пластины (9), установленные с угловым смещением в смежных ярусах.
2. 2. Тепловой реактор по п.1, отличающийся тем, что как в одном ярусе нагрева, так и от одного яруса нагрева к соседнему ярусу нагрева попеременно расположены короткие и длинные нагревательные пластины (9).
3. 3. Тепловой реактор по п.2, отличающийся тем, что в корпусе реактора выполнены прорези и при этом нагревательные пластины (9) выполнены с возможностью вдвигания в прорези и извлекания этих прорезей.
4. 4. Тепловой реактор по п.1, отличающийся тем, что нагревательные пластины (9) нагревают электрически.
5. 5. Тепловой реактор по п.1, отличающийся тем, что предусмотрены средства (21) для управления температурным профилем в тепловом реакторе и для индивидуальной регулировки температуры каждой нагревательной пластины (9).
6. 6. Тепловой реактор по п.1, отличающийся тем, что средства (8) для отсасывания образующихся газов из отсасывающей трубы (11) выполнены в виде выходных патрубков для пара (8), которые соединены с блоком поликонденсации (26).