УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ОТХОДОВ В ГАЗООБРАЗНОЕ И ЖИДКОЕ ТОПЛИВО

Устройство относится к области переработки бытовых и промышленных отходов, в частности, к области переработки твердых отходов в жидкое и газообразное топливо.
Известны традиционные способы утилизации отходов: захоронение, сжигание, компостирование. Эти способы не позволяют конвертировать отходы в полезные технические продукты, особенно, если органическая масса содержит много связанной воды и имеет многокомпонентный состав, например, волокнистые, древесные, бумажные отходы. Известные пирогенетические методы переработки таких отходов дают преимущественно водяной пар, окислы углерода и угольный остаток.
Известна установка для радиационной обработки изделий и материалов (патент РФ 2291713; А61L 2/08, 2005 г.).
Установка используется для радиационной полимеризации, в частности, полиэтилена, а также для стерилизации отходов.
Установка содержит ускоритель электронов, камеру облучения, устройство подачи облучаемого объекта в зону облучения, вакуумный насос, биологическую (радиационную) защиту, при этом окно для вывода электронов вакуумно-плотно перекрыто фольгой. Высоковольтное питание ускорителя поступает от высоковольтного импульсного трансформатора. Установка обеспечивает облучение как непрерывно движущихся объектов, так и неподвижных.
Даная установка конструктивно не позволяет производить переработку отходов с дальнейшим получением жидкого или газообразного топлива.
Известны способ и установка, принятая за прототип, для переработки отходов в жидкое и газообразное топливо (патент РФ 2349624; С10В 53/00, 2007 г.).
Отходы перерабатывают в дуге плазменного разряда с температурой около 1000°С без доступа кислорода с последующей конденсацией в жидкое топливо и твердый остаток.
Устройство переработки сырья содержит бункер приема сырья, дозатор, камеру переработки, емкость для твердого остатка и устройство конденсации топлива, причем камера представляет собой реактор, через который проходит конвейер с сырьем, а над конвейером установлен плазмотрон, обеспечивающий разряд и нагрев сырья до температуры около 1000°С.
Недостатком известного устройства является невозможность равномерного объемного нагрева перерабатываемого сырья и воздействие только тепловой энергии не позволяет осуществлять полные деструкции элементов сырья, что на порядок уменьшает производительность и эффективность переработки.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в повышении производительности и эффективности переработки отходов при возможности нагрева вещества за счет поглощения энергии электронного излучения и более глубокой деструкции сырья за счет воздействия высокой энергии электронов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройство переработки углеводородных отходов в газообразное и жидкое топливо, содержащее бункер приема сырья с дозатором, реакционную камеру переработки, сборник топлива и сборник отходов, дополнительно введены сортировочный транспортер, дробилка, камера предварительного нагрева с транспортером, ускоритель электронов с раструбом развертки отделенным от зоны воздействия пучком ускоренных электронов фольгой, сепараторы, соединенные трубопроводами с реакционной камерой и накопительной емкостью (приемником продуктов) и газодувка, а реакционная камера переработки, выполненная герметично, содержит скребковый транспортер и блок подогрева, при этом ускоритель электронов с раструбом развертки и зоной воздействия пучком ускоренных электронов окружены радиационной защитой.
Схема устройства показана на фиг.1
Устройство включает в себя сортировочный транспортер 1, дробилку 2, накопительный бункер 3, затворный дозатор 4, входной транспортер 5, камеру нагрева и сушки 6, блок нагрева 7, скребковый транспортер 8, реакционную камеру 9, блок подогрева 10, окно 11 реакционной камеры, раструб развертки 12, ускоритель электронов 13, инерционный газо-жидкостной сепаратор 14, емкость 15 для слива жидких углеводородов, газовый мембранный сепаратор 16, воздуходувку 17, хранилище 18, кожух 19 и радиационную защиту 20.
Работа устройства происходит следующим образом.
Отходы загружают на сортировочный конвейер 1, где сортируют с извлечением металлических включений и после сортировки подают в дробилку 2, а потом ссыпают в накопительный бункер 3. Посредством дозатора 4 отходы равномерно тонким слоем высыпают на входной транспортер 5 и с его помощью поставляют в камеру нагрева и сушки 6, где нагревают блоком нагрева 7 до 300-350 С. Затем отходы подают с помощью скребкового транспортера 8 в реакционную камеру 9 и пропускают под блоком подогрева 10, под окном 11 реакционной камеры 9, под раструбом развертки 12 ускорителя электронов 13 и подвергают воздействию потока электронов с заданной мощностью дозы и энергией Е около 8 МэВ. На выходе из реакционной камеры 9 смесь летучих продуктов поступает в инерционный газо-жидкостный сепаратор 14, где конденсированные продукты отделяются от газа. Смесь жидких углеводородов и оставшейся после сушки воды разделяют на разделительной воронке сепаратора и сливают в емкость 15. Оставшуюся газовую смесь направляют в газовый мембранный сепаратор 16 воздуходувкой 17, где извлекают водород и газообразные углеводороды. Оставшиеся твердые продукты, полученные в ходе обработки, ссыпают из реакционной камеры в хранилище 18. При необходимости из них удаляют водорастворимые нецелевые примеси. Кожух 19 обеспечивает герметизацию объема реакционной камеры 9 на пути прохождения отходов по транспортеру 8, а радиационная защита 20, окружающая ускоритель 13с раструбом 12 и реакционную камеру 9 - безопасность работы.
При использовании в качестве отходов лигнина, выделяемого из древесины, в результате работы установки получают от массы 11% газообразных, 48% жидких и 41% твердых продуктов. Из них топливные компоненты составляют соответственно 7,38% и 39%. Выход целевых топливных продуктов в расчете на 1 квт и поглощаемой энергии составил 1,2 кг. Таким образом, при полной конверсии сырья получено 84% целевых продуктов.
Воздействие в камере, нагрев и облучение, и отгонку летучих продуктов осуществляют в токе водорода или газообразных алканов. Эти газы могут представлять собой отделяемую часть продуктов разложения, возвращаемых в голову процесса для смешения с исходным сырьем (отходами).
Установлено, что наилучшие качество целевых продуктов переработки растительного сырья ароматической природы посредством сухой перегонки под действием ионизирующего излучения и тепла можно получить, если сырье (отходы) предварительно или в процессе воздействия смешивать с жидкими алканами и/или жидкими компонентами нефти (углеводородами, извлекаемыми из нефти по отдельности или в виде жидкой смеси).
В свою очередь, при переработке растительного сырья, в котором преобладают полисахариды и иные насыщенные углеводороды, наилучшее качество целевых продуктов достигается, если сырье предварительно или в процессе воздействия смешивать с непредельными соединениями.
Для получения высококалорийных и низкомолекулярных целевых продуктов рекомендуется перед подачей в зону воздействия производить озонирование исходного растительного сырья.
Целесообразным приемом, регулирующим молекулярно-массовое распределение в целевом продукте, является подщелачивание исходного растительного сырья.
Для повышения относительного выхода газообразных и жидких целевых продуктов рекомендуется в процессе переработки действие излучения и температуры чередовать с биохимической обработкой перерабатываемого материала.
В конкретном исполнении селективность воздействия и отгонку летучих продуктов регулируют за счет присутствия в зоне воздействия гомогенных или гетерогенных катализаторов.
Экспериментальная проверка устройства производилась с использованием электронного ускорителя У-003 с мощностью дозы 5 кГр/с и энергией Е=6 МэВ.