Реактор, способ повышения эффективности в реакторе и применение реактора
REACTOR, METHOD OF INCREASING EFFICIENCY IN REACTOR AND USE OF REACTOR

Настоящее изобретение относится к реактору для газификации органических материалов, включенных в композитное сырье, и разделения газифицированного органического материала и неорганического материала, включенного в композитное сырье, реактор включает, по меньшей мере, одну реакционную камеру и, по меньшей мере, один ротор, причем указанная реакционная камера содержит, по меньшей мере, один корпус, который герметичен по отношению к окружающей среде и имеет, по меньшей мере, одно впускное отверстие и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, и указанный ротор включает, по меньшей мере, один вал. Настоящее изобретение также относится к способу повышения эффективности в реакторе. Настоящее изобретение также относится к применению реактора.
Уровень техники
В SE С2 534399 показан тип реактора, описанного во введении. По меньшей мере, первая часть ротора расположена в корпусе, и вал проходит только в одном направлении от указанной первой части через корпус и выходя из него. Тем не менее, конструкция не является оптимальной относительно обеспечения условий для проведения процесса с высокой эффективностью.
Сущность изобретения
Первой задачей настоящего изобретения является создание реактора для разделения материала, включенного в композитное сырье, и который по своей структуре обеспечивает условия для проведения процесса с более высокой эффективностью, чем ранее. Второй задачей настоящего изобретения является создание реактора для разделения материала, включенного в композитное сырье, и который по своей структуре обеспечивает условия для всестороннего применения. Третьей задачей настоящего изобретения является создание способа повышения эффективности в реакторе для разделения материала, включенного в композитное сырье. Четвертой задачей настоящего изобретения является обеспечение применения реактора.
Таким образом, настоящее изобретение относится к реактору для газификации органического материала, включенного в композитное сырье, и разделения газифицированного органического материала и неорганического материала, включенного в композитное сырье, реактор включает, по меньшей мере, одну реакционную камеру и, по меньшей мере, один ротор, причем указанная реакционная камера содержит, по меньшей мере, один корпус, который герметичен по отношению к окружающей среде и имеет, по меньшей мере, одно впускное отверстие и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, и указанный ротор включает, по меньшей мере, один вал. Указанный корпус находится в контакте для теплообмена, по меньшей мере, с одним каналом, предназначенным для подачи газа для теплообмена между газом и указанным корпусом. Указанный корпус предпочтительно имеет цилиндрическую форму и в основном круглое поперечное сечение в плоскости, которая в основном перпендикулярна к главному направлению указанного, по меньшей мере, одного вала, причем указанный канал находится в контакте, по меньшей мере, с одной третью радиальной внешней поверхности оболочки указанного корпуса и, кроме того, полностью или частично окружает указанное, по меньшей мере, одно входное отверстие. По меньшей мере, первая часть указанного ротора расположена в корпусе и указанный вал проходит только в одном направлении от указанной первой части через указанный корпус и выходя из него.
Указанный корпус может быть в контакте для теплообмена снаружи, по меньшей мере, с одним указанным каналом. Указанный, по меньшей мере, один канал может быть открыт по направлению к наружной стороне указанного корпуса для обеспечения возможности прямого теплообмена между газом и указанным корпусом. Указанный, по меньшей мере, один канал может быть закрыт с наружной стороны указанного корпуса, чтобы происходил только косвенный теплообмен между газом и указанным корпусом. Указанный канал может быть в контакте, по меньшей мере, с одной четвертью внешней поверхности указанного корпуса. Указанный канал может быть в контакте, по меньшей мере, с половиной внешней поверхности указанного корпуса. Указанный канал может быть в контакте, по меньшей мере, с тремя четвертями внешней поверхности указанного корпуса. Указанный канал может быть в контакте предпочтительно со всей внешней поверхностью указанного корпуса.
На часть указанного вала, расположенную снаружи указанного корпуса, либо альтернативно, на дополнительный вал, соединенный с указанной частью, может оказывать действие по меньшей мере одно опорное устройство, причем вместе с тем указанное опорное устройство полностью поддерживает реактор. На часть указанного вала, расположенную снаружи указанного корпуса, либо альтернативно, на дополнительный вал, соединенный с указанной частью, может оказывать действие по меньшей мере одно опорное устройство, причем вместе с тем указанное опорное устройство частично поддерживает реактор. Указанный вал может быть осуществлен в подшипниках, по меньшей мере, в двух плоскостях, которые проходят в основном перпендикулярно основному направлению указанного вала, и где указанные плоскости расположены за пределами указанного корпуса. Указанное опорное устройство может содержать, по меньшей мере, одну стойку. Указанное опорное устройство может включать, по меньшей мере, две подшипниковые опоры указанного вала в указанных плоскостях. Указанное опорное устройство может включать, по меньшей мере, один корпус подшипника.
Указанный корпус может иметь в основном цилиндрическую форму. Указанный корпус может иметь, по меньшей мере, одну съемную часть. Указанная съемная часть может быть присоединена к остальной части указанного корпуса посредством винтовых и/или болтовых соединений. Указанная съемная часть может быть снабжена внутри износостойким материалом. Указанный корпус может быть загерметизирован таким образом, что обмен газа между указанной реакционной камерой и окружением в основном предотвращен.
Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одному из указанных, по меньшей мере, одному корпусу подшипника и поддерживается полностью им/ими. Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одному из указанных, по меньшей мере, одному корпусу подшипника и поддерживается частично им/ими. Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одному из указанных, по меньшей мере, двум подшипникам и поддерживается полностью им/ими. Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одному из указанных, по меньшей мере, двум подшипникам и поддерживается частично им/ими. Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одной из указанной, по меньшей мере, одной стойке и поддерживается полностью ей/ими. Остальная часть указанного корпуса может быть прикреплена, по меньшей мере, к одной из указанной, по меньшей мере, одной стойке и поддерживается частично ей/ими.
Указанная первая часть указанного ротора может включать, по меньшей мере, один молоток. По меньшей мере, один из указанных молотков может включать, по меньшей мере, одну неподвижную часть и, по меньшей мере, одну шарнирную часть. Указанная неподвижная часть может быть жестко прикреплена к указанной первой части указанного ротора и указанная шарнирная часть может быть шарнирно прикреплена к указанной неподвижной части. Указанная шарнирная часть может иметь центр тяжести, который может лежать на первом радиусе r1 указанного ротора, в то же время, как ось вращения для вращения между указанной шарнирной частью и указанной неподвижной частью, лежит на втором радиусе r2 указанного ротора, при этом указанный первый радиус r1 отстает от указанного второго радиуса r2 при вращении указанного ротора в связи с работой реактора.
При вращении указанного ротора в связи с работой реактора для каждого молотка может возникнуть сила F2 в направлении вращения, которая пропорциональна
- массе m указанной шарнирной части молотка,
- длине l1 перпендикуляра между указанным первым радиусом r1 и указанной оси вращения, и
- квадрату скорости вращения v1 указанного центра тяжести, а также обратно пропорциональна
- эффективной длине l2 молотка, и
- радиусу r1 от центра указанного ротора к указанному центру тяжести.
Таким образом, изобретение также относится к способу увеличения эффективности в реакторе в соответствии с вышеуказанным для газификации органических материалов, включенных в композитное сырье, и разделения газифицированного органического материала и неорганического материала, включенного в композитное сырье, указанный способ включает следующие стадии:
- сбор горючего газа, образованного после разделения в реакционной камере корпуса, который герметичен по отношению к окружающей среде и снабжен, по меньшей мере, одним входным отверстием, и подвод газа к устройству сгорания,
- сжигание газа,
- подача сгоревшего газа, по меньшей мере, в один канал, который находится в контакте для теплообмена с указанным корпусом и, кроме того, полностью или частично окружает, по меньшей мере, одно впускное отверстие, для теплообмена между сгоревшем газом и указанным корпусом, сгоревший газ имеет температуру приблизительно 1500°C, когда он входит в указанный канал.
Сгоревший газ может быть подан, по меньшей мере, в один канал, который находится в контакте с внешней стороной указанного корпуса. Избыток энергии в виде горячего газа от другого доступного источника может быть подан, по меньшей мере, в один канал. Указанный второй доступный источник может быть двигателем внутреннего сгорания и/или турбиной, выхлопные газы из которых подают в указанный, по меньшей мере, один канал.
Газ, образующийся при разделении в реакционной камере, может быть направлен, по меньшей мере, в один скруббер или тому подобное. По меньшей мере, один скруббер из указанных может быть скруббером типа Вентури, в котором имеется вакуум, по меньшей мере, в части реакционной камеры. Разделение в реакционной камере может происходить при давлении, которое в среднем ниже, чем 0,1 МПа.
Таким образом, изобретение также относится к применению реактора в соответствии с вышеуказанным для газификации органического материала, включенного в композитное сырье, и разделения газифицированного органического материала и неорганического материала, включенного в композитное сырье.
Сырье может быть шинами для автомобилей и/или других транспортных средств. Сырье может быть пластиком. Сырье может быть нефтью или маслом. Сырье может быть нейлоном. Сырье может быть полиэфиром. Сырье может быть сброженным осадком. Сырьем может быть древесина. Сырье может быть отходами со скотобойни. Сырье может быть масличными культурами.
Описание чертежей
На Фиг. 1 показан в частичном разрезе перспективный вид реактора в соответствии с изобретением, имеющего периферийное оборудование.
На Фиг. 2 показан в частичном разрезе перспективный вид части реактора, изображенного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 показан в частичном разрезе вид сбоку эжектора, который может быть соединен с реактором, изображенным на Фиг. 1.
На Фиг. 4 показан в частичном разрезе вид спереди корпуса и части ротора, которые могут быть включены в реактор, изображенный на Фиг. 1.
Описание воплощений
На Фиг. 1 и 2 изображено, как выглядит реактор в соответствии с изобретением. Реактор 1 содержит реакционную камеру 2 и ротор 3, который расположен в ней по меньшей мере частично и имеет молотки 4, установленные на валу 5 ротора. Реакционная камера 2 окружена корпусом, состоящим из двух частей, а именно первой части 6а и второй части 6b. Первая часть 6а имеет одно или несколько впускных отверстий 8а, 8b, 8с для ввода сырья в реактор, а вторая часть 6b имеет одно или несколько выпускных отверстий 9а, 9b для вывода продуктов из реактора. Корпус 6а, 6b имеет в основном цилиндрическую форму, а первая часть 6а, а также вторая часть 6b снабжены стыковочным кольцевым фланцем, имеющим первый диаметр для общего болтового соединения.
Аналогичным образом, на втором конце вторая часть 6b присоединена к корпусу 10 подшипника, вторая часть 6b, а также корпус 10 подшипника снабжены стыковочным кольцевым фланцем, имеющим второй диаметр для общего болтового соединения. Первый диаметр больше второго диаметра. Корпус 10 подшипника, в свою очередь, поддерживается стойкой 11 и вмещает два подшипника 12 для монтажа вала 5 ротора, где он выходит наружу реакционной камеры 2, то есть, только с одной стороны реакционной камеры 2, стойка 11, соответственно, поддерживает весь реактор 1. Покрытие 13 из износостойкого материала, такого как сталь или керамический материал, присутствует на внутренней стороне первой части 6а. Во второй части 6b присутствует внутренняя стенка 16, в основном она параллельна в основном круговой торцевой поверхности второй части 6b и находится на некотором расстоянии от нее, что позволяет газу проходить через центр указанной стенки 16, т.е. между стенкой 16 и валом 5 ротора, к внутреннему/заднему пространству (не показано) в реакционной камере 2, откуда газ может продолжать выходить из реактора через выпускное отверстие 9а из указанных выпускных отверстий 9а, 9b и далее к впускному каналу 18 эжектора 19, см. Фиг. 3, или перегонной установке (не показана) или конденсатору (не показан) или непосредственно для сжигания в двигателе (не показан) или отопительной системе (не показана). Твердые частицы могут покидать реактор через другое выпускное отверстие 9b из указанных выпускных отверстий 9а, 9b.
Реакционная камера 2, кроме имеющихся впускных отверстий 8а, 8b, 8с и выпускных отверстий 9а, 9b, отделена от окружающей среды, то есть корпус 6а, 6b и имеющееся соединение к указанному корпусу 10 подшипника, включая имеющееся уплотнение при вкладыше на валу 5 ротора, в других отношениях должны рассматриваться, в основном как газонепроницаемые в отношении окружающей среды. Таким образом, реакционная камера 2 и реактор 1 отличаются от обычных молотковых мельниц, которые более или менее открыты по отношению к окружающей среде.
Корпус 6а, 6b находится в контакте для теплообмена с каналом 20, предназначенном для подачи газа для теплообмена между газом и корпусом 6а, 6b. Канал 20 окружает большую часть цилиндрической наружной поверхности, но не в основном цилиндрическую торцевую поверхность, первой части 6а корпуса 6а, 6b, впускное отверстие (не показано) для теплообмена с газом, присутствующее в нижней части канала 20 и выпускное отверстие 21 для теплообмена с газом, присутствующее в верхней части канала 20. Целесообразно, чтобы соответственно канал 20 полностью или частично окружал также торцевую поверхность первой части 6а корпуса 6а, 6b. Целесообразно, чтобы соответственно канал 20 полностью или частично окружал также одно или более из впускных отверстий 8а, 8b, 8с для сырья - однако, в основном впускное отверстие 8а для сырья в виде шин и/или пластика и/или нефти и/или нейлона и/или полиэфира и/или сброженного осадка и/или древесины и/или отходов со скотобойни и/или масличных культур и/или т.п., и впускное отверстие 8b для песка и/или катализатора и/или т.п. Целесообразно, чтобы соответственно канал 20 полностью или частично окружал также один или более имеющихся входных каналов во впускные отверстия 8а, 8b, 8с.
Дополнительный кожух 22а, 22b присутствует вокруг корпуса 6а, 6b, и он по практическим соображениям разделен на первую часть 22а и вторую часть 22b. Кожух 22а, 22b в основном имеет цилиндрическую форму, а первая часть 22а, а также вторая часть 22b снабжены стыковочным кольцевым фланцем, имеющим третий диаметр для общего механического соединения. Третий диаметр больше, чем первый диаметр. Поддерживающие стойки 23 присутствуют между кожухом 22а, 22b и корпусом 6а, 6b. В пространстве между кожухом 22а, 22b и корпусом 6а, 6b имеется изоляционный материал. Кожух 22а, 22b изготовлен из нержавеющей стали, но также подойдут другие подходящие металлы и/или материалы.
Ротор 3, изображенный на Фиг. 1 и 2, имеет молотки 4 более простого типа. На Фиг. 4 видно, как может выглядеть часть альтернативного ротора 3. Здесь вал 5 ротора находится в той же плоскости и снабжен шестью молотками 4, но количество молотков в этой плоскости может изменяться, каждый молоток 4 состоит из неподвижной части 4а и шарнирной части 4b. Шарнирная часть 4b поворачивается вокруг оси 14, которая проходит в основном параллельно основному направлению вала 5 ротора. Когда ротор 3 поворачивается против часовой стрелки, как показано на чертеже, шарнирная часть 4b имеет центр тяжести 15, который лежит на первом радиусе r1 указанного ротора, в то же время, когда ось 14 при вращении между шарнирной частью 4b и неподвижной частью 4а лежит на втором радиусе r2 указанного ротора, то при этом первый радиус r1 отстает от указанного второго радиуса r2 при вращении, то есть, при этом первый радиус r1 образует угол с указанным вторым радиусом r2. Для каждого молотка затем возникает сила F2 в направлении вращения, которая пропорциональна
- массе m указанной шарнирной части 4b молотка,
- длине l1 перпендикуляра между указанным первым радиусом r1 и указанной осью вращения 14, и
- квадрату скорости вращения v1 указанного центра тяжести 15, а также обратно пропорциональна
- эффективной длине l2 молотка, и
- радиусу r1 от центра указанного ротора к указанному центру тяжести 15.
С помощью эффективной длины l2 молотка обозначена длина перпендикуляра между силой F2 и указанной осью вращения 14. Сила F2 действует в центральной точке (центр массы) материала, накопленного на молотке, и сила F2 которого должна работать против него.
Таким образом, желаемая мощность на молоток может быть рассчитана и установлена с помощью предопределяющих параметров, перечисленных выше. Возникающий крутящий момент будет удерживать каждый молоток в заданном месте, в отношении остановки для каждого молотка (не показан), за счет определенной силы F2, а если она будет превышена из-за слишком большого количества материала, подаваемого в реактор, или из-за какой-то тяжелой примеси, попавшей в реактор, то шарнирная часть 4b сгибается в обратном направлении и позволяет материалу пройти, пока снова не возникает равновесие сил. Эта функция обеспечивает эффект выравнивания при нормальной эксплуатации и защиту от поломки, если, например, посторонние предметы будут присутствовать в материале, подлежащем обработке.
При применении реактора сырье вводят через одно или более имеющихся впускных отверстий 8а, 8b, 8с в реакционную камеру 2, где оно разлагается, за счет кинетической энергии молотков 4 ротора, а также за счет кинетической энергии частиц, которые разбрасываются вращательным движением ротора, а также за счет тепловой энергии, которая создается в результате трения между молотками 4 и частицами сырья. Неорганический материал в виде песка, катализаторы, сталь, стекло и т.д. могут быть использованы для увеличения трения и, таким образом, температуры. Неорганические частицы благоприятно влияют на процесс разложения, так как они имеют большую общую поверхность контакта, которая действует в качестве эффективного теплообменника в отношении сырья, а также выступают в качестве катализатора для разрыва углеводородных полимеров и больших молекул углеводородов. Углеводородные соединения, воду и другие органические материалы газифицируют в устройстве. Центробежные силы, создаваемые ротором, отделяют газ от более тяжелых неорганических материалов, причем часть газа выходит из реактора в его центре, и более тяжелые частицы могут быть выведены на периферию реактора и в обоих случаях через имеющиеся выпускные отверстия 9а, 9b.
При применении реактора применяют способ повышения эффективности в реакторе, при этом способ включает следующие стадии:
- сбор горючего газа, образованного после разделения в реакционной камере 2 в корпусе 6а, 6b, и подвод газа к устройству сгорания,
- сжигание газа,
- подача сгоревшего газа, по меньшей мере, в один канал, который находится в контакте для теплообмена с корпусом 6а, 6b для теплообмена между сгоревшем газом и корпусом 6а 6b. Таким образом, эффективность процесса возрастает. Газ сжигают не только в дизельном двигателе, но и других двигателях и/или турбинах, и/или возможны другие способы сжигания. Отработанный газ, то есть выхлопные газы от дизельного двигателя, подают в канал 20, который находится в контакте с внешней стороной корпуса 6а, 6b. Отработанный газ имеет температуру приблизительно 1500°C, когда он входит в канал 20. Избыточная энергия в виде горячего газа из другого доступного источника также может быть подана в канал 20. Прочий газ, образующийся при отделении в реакционной камере 2, подают в эжектор типа скруббера Вентури. Это приводит к созданию вакуума, по меньшей мере, в части реакционной камеры 2 и отделение в реакционной камере 2 происходит при давлении в среднем ниже, чем 0,1 МПа, которое является весьма благоприятным для эффективности процесса.
Изобретение не ограничено воплощениями, приведенными здесь, но может быть изменено в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.