Пиролизный реактор для переработки сырья
PYROLYSIS REACTOR FOR RAW MATERIAL PROCESSING

Изобретение относится к устройствам для осуществления быстрого пиролиза углеродосодержащих отходов и может быть использовано для утилизации твердых бытовых и промышленных отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного и пищевого производства, а также для получения из органического материала, содержащегося в отходах, биомассе или других органических материалах энергоносители. В частности, пиролизный реактор для переработки сырья методом быстрого пиролиза может быть использован для переработки (утилизации) использованных шин, иловых осадков, биомассы, загрязненных почв, древесных отходов, нефтешлама, медицинских отходов, отходов сельскохозяйственного и пищевого производства, твердых бытовых отходов, пластмассы и пластика и т. п. в местах образования отходов и загрязнений особенно в труднодоступных местах.
Пиролизный реактор для переработки сырья имеет модульный принцип. Модульность пиролизного реактора для переработки сырья характеризуется тем, что в его составе присутствуют узлы (модули), внутренне связанные между собой, которые можно менять на аналогичные с другими конструктивными характеристиками, что позволяет добиваться разных целей. Также для достижения большей производительности имеется возможность использовать параллельно несколько установок.
Наиболее близкой по конструкции к предложенному изобретению является «Установка быстрого пиролиза для утилизации отходов» (Патент РФ №2749755), включающая приемную зону для исходного сырья, сушилку, промежуточное перемещающее устройство, приемный бункер с ворошителем для пиролизного реактора, топочную камеру с зоной нагрева пиролизного реактора, с рабочей зоной перемещения сырья и зоной повторного пиролиза парогазовой смеси, в которой расположен реактор повторного пиролиза парогазовой смеси, соединенный с полостью пиролизного реактора с помощью газохода парогазовой смеси, выполненный в виде коллектора, сообщающегося с трубопроводом и модулем катализации или управления пиролизной реакцией в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси, расположенными параллельно рабочей зоне перемещения сырья, что обеспечивает оптимизацию движения конвективных потоков парогазовой смеси и увеличивает скорость перемещения парогазовой смеси в зону повторного пиролиза парогазовой смеси, экраны, установленные в зоне нагрева пиролизного реактора, имеющие плоскую форму и расположенные на определенном расстоянии друг от друга и под определенным углом к направлению движения теплоносителя для обеспечения равномерной подачи теплоносителя в разные участки наружной поверхности рабочей зоны перемещения сырья пиролизного реактора, горелку, при этом в рабочей зоне перемещения сырья установлено перемещающее устройство непрерывного действия, выполненное в виде трубы-ложа и расположенного в нем шнека, устройство выгрузки и охлаждения твердых продуктов пиролиза, устройство очистки, охлаждения и конденсации парогазовой смеси.
Важным недостатком устройства при его использовании для утилизации отходов является то, что не обеспечивается стабильный температурный режим по всей длине рабочей зоны перемещения сырья.
Техническим результатом, на решение которого направлена изобретение, является:
- обеспечение стабильного температурного режима по всей длине рабочей зоны перемещения сырья;
- обеспечение стабильного температурного режима в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси;
- обеспечение в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси одной стабильной температуры, и в тоже время в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси обеспечение совершенно другой стабильной температуры, отличной от температуры рабочей зоны перемещения сырья.
Технический результат достигается за счет того, что пиролизный реактор для переработки сырья, включает приемную зону для исходного сырья, рабочую зону перемещения сырья, зону нагрева пиролизного реактора, зону выгрузки твердых продуктов пиролиза, зону повторного пиролиза парогазовой смеси, в которой расположен реактор повторного пиролиза парогазовой смеси, соединенный с полостью пиролизного реактора с помощью газохода парогазовой смеси, выполненного в виде коллектора сообщающегося с трубопроводом, расположенного параллельно рабочей зоне перемещения сырья, при этом в зоне нагрева пиролизного реактора на расстоянии h1 от нижней поверхности пиролизного реактора установлена по меньшей мере одна катушка индуктивности, выполненная в форме эллипса, с длинной осью (AB), расположенной параллельно продольной оси пиролизного реактора и с короткой осью (CD), в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси на расстоянии h2 от верхней и/или нижней поверхности коллектора и сообщающегося с ним трубопровода установлена по меньшей мере одна катушка индуктивности, выполненная в форме эллипса.
В одном из частных примеров реализации, расстояние h1 и h2 не превышает 20 мм.
В другом частном примере реализации, количество катушек индуктивности зависит от длины пиролизного реактора и длины реактора повторного пиролиза парогазовой смеси.
В другом частном примере реализации, катушка индуктивности имеет форму спирали и выполнена вогнутой со стороны малых полуосей (OC и OD) таким образом, что повторяет форму нижней поверхности пиролизного реактора.
В другом частном примере реализации, в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси установлен пластинчатыйтеплообменник для передачи температуры от трубы газохода парогазовой смеси верхнего уровня к трубе газохода парогазовой смеси нижнего уровня, газоходы, расположенные по всей длине в верхней части зоны перемещения сырья на расстоянии L друг от друга.
В другом частном примере реализации, пиролизный реактор дополнительно содержит средство дозированной подачи газообразного азота в рабочую зону перемещения сырья.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена принципиальная схема пиролизного реактора,
на фиг. 2 представлен продольный разрез пиролизного реактора,
на фиг. 3 представлен вид катушки индуктивности;
на фиг. 4 представлен поперечный разрез пиролизного реактора.
Пиролизный реактор содержит приемную зону для исходного сырья 1, зону нагрева пиролизного реактора 2, рабочую зону перемещения сырья 3, зону повторного пиролиза парогазовой смеси 4, в зоне нагрева пиролизного реактора 2 на расстоянии h1 - не превышающем 20 мм от нижней поверхности 8 пиролизного реактора установлена по меньшей мере одна катушка индуктивности 5, выполненная в форме эллипса, с длинной осью (AB), расположенной параллельно продольной оси пиролизного реактора и с короткой осью (CD), в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси 4 на расстоянии h2 - не превышающем 20 мм от верхней и/или нижней поверхности коллектора и сообщающегося с ним трубопровода установлена по меньшей мере одна катушка индуктивности 6, выполненная в форме эллипса, зону выгрузки твердых продуктов пиролиза 7, шнек реактора 9, в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси 4 установлен пластинчатыйтеплообменник 10 для передачи температуры от трубы газохода парогазовой смеси верхнего уровня к трубе газохода парогазовой смеси нижнего уровня, газоходы 11, расположенные по всей длине в верхней части зоны перемещения сырья на расстоянии L друг от друга. При этом количество катушек индуктивности 5, 6 зависит от длины пиролизного реактора и длины реактора повторного пиролиза парогазовой смеси, в частности, для реактора длиной 2 м и наружным диаметром 108 мм достаточно иметь не более пяти катушек индуктивности для прогрева всей нижней поверхности 8 пиролизного реактора, длина длинной оси (AB) каждой из этих катушек 5 не будут превышать 400 мм. При этом катушки индуктивности 5 расположены под нижней поверхностью 8 пиролизного реактора последовательно на минимальном расстоянии друг от друга. В частном случае выполнения, катушка индуктивности 5 имеет форму спирали и выполнена вогнутой со стороны малых полуосей (OC и OD) таким образом, что повторяет форму нижней поверхности 8 пиролизного реактора. Дополнительно, пиролизный реактор содержит средство дозированной подачи газообразного азота в рабочую зону перемещения сырья (на чертежах не показано).
Установка работает следующим образом:
Сырье после прохождения приемного бункера для исходного сырья подается в приемную зону для исходного сырья 1, и посредством шнека реактора 9, продвигается в рабочей зоне перемещения сырья 3 к зоне выгрузки твердых продуктов пиролиза 7. По мере движения исходного сырья в рабочей зоне перемещения сырья 3 под воздействие температуры и без присутствия кислорода происходит реакция пиролиза, в результате которой образуется парогазовая смесь и твердые продукты пиролиза. Температурный режим пиролизного реактора обеспечивается посредством, установленной на расстоянии h1 - не превышающем 20 мм от нижней поверхности 8 пиролизного реактора, в зоне нагрева пиролизного реактора 2, по меньшей мере одной катушки индуктивности 5 для индукционного нагрева пиролизного реактора, предпочтительно, катушки индуктивности 5 с водяным охлаждением. Твердые продукты пиролиза, дойдя до зоны выгрузки твердых продуктов пиролиза 7, выводятся из зоны перемещения сырья 3. Парогазовая смесь выводится из пиролизного реактора сразу в местах его образования с минимальным временем нахождения в рабочей зоне перемещения сырья 3, чему способствует, расположенные по всей длине в верхней части зоны перемещения сырья 3, сообщающиеся с коллектором зоны повторного пиролиза парогазовой смеси газоходы 11. Парогазовая смесь попадает в зону повторного пиролиза парогазовой смеси 4, где в процессе движения внутри коллектора и далее в сообщающимся с ним трубопроводе подвергается дополнительному (повторному) температурному воздействию без участия кислорода (перепиролиз). Пиролизный реактор дополнительно может содержать средство дозированной подачи газообразного азота в рабочую зону перемещения сырья 3 с целью улучшить в этой зоне бескислородную реакцию (на чертежах не показано).
Таким образом, совокупность указанных существенных признаков обеспечивает стабильный температурный режим по всей длине рабочей зоны перемещения сырья; стабильный температурный режим в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси. Также, совокупность указанных существенных признаков, обеспечивает в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси одну стабильную температуру, и в тоже время в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси обеспечивает совершенно другую стабильную температуру, отличную от температуры рабочей зоны перемещения сырья.