ВАКУУМНАЯ КАМЕРА ПИРОЛИЗА

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для высокотемпературной переработки нефтяного сырья (нефть, тяжелая нефть, мазут, природный битум, гудрон). Устройство позволяет также перерабатывать измельченные до тонкодисперсного состояния сланцы, торф, бумагу, картон, отходы сельского хозяйства (органика), бытовые отходы (полиэтилена, биомассы).
Известно устройство для переработки топлива, в частности, мазута, [АС СССР 878998, опубл 07.11.81], имеющее в своем состава вертикально ориентированную подогреваемую вакуумную камеру, разделенную парожидкостным сепаратором на две части. Обводненное топливо подается в камеру через диспергирующее устройство, расположенное в днище камеры, а продукты переработки откачиваются вакуумным насосом через трубопровод, расположенный в верхней части камеры.
В качестве прототипа выбрана горизонтально ориентированная вакуумная камера [патент РФ 2166528, опубл. 10.05.2001], разделенная вертикальной пластиной-испарителем на две равные сообщающиеся части. На обоих торцах камеры расположены диспергаторы, которые при работе создают направленные факелы распыляемой жидкости. Температура в камере превышает 100°С. Мелкие капли воды испаряются на пути движения от диспергаторов, крупные капли топлива дробятся о поверхность пластины-испарителя высвобождая микрокапли воды для дальнейшего испарения. Эвакуация паров происходит через сепараторы, расположенные в верхней части камеры, а дистиллят выводится через патрубки, расположенные в днище. Устройство служит для удаления воды и легких топливных фракций. Основным недостатком прототипа является наличие тяжелого остатка от 30% и выше в виде гудрона, полугудрона, а также использование электрической энергии для нагрева пластины. Устройство позволяет перерабатывать только жидкотекучие углеводороды и его технологические возможности ограничены.
В основу полезной модели поставлена задача - увеличение глубины переработки сырья и повышение выхода светлых жидких фракций целевых
продуктов, расширение технологических возможностей (переработка бытовых и производственных отходов), а также обеспечение работоспособности устройства без применения электроэнергии.
Поставленная задача решается тем, что вакуумная камера пиролиза имеет корпус с форсунками подачи сырья и с патрубком отбора испарившихся углеводородов. Внутри корпуса размещен нагревательный элемент. От прототипа устройство отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде трубы из материала, обладающего высоким коэффициентом теплопередачи, например, меди труба расположена по продольной оси корпуса и предназначена для подачи нагретого газа. Форсунки подачи сырья расположены на боковых стенках корпуса и выполнены с обеспечением возможности подачи сырья в сторону нагревательного элемента. В нижней части корпуса имеется бункер для сбора твердых частиц. Боковые стенки камеры имеют форму цилиндрических сегментов.
Более подробно сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере и иллюстрируется Фигурой, на которой представлен общий вид устройства.
Вакуумная камера имеет горизонтально ориентированный закрытый с торцов корпус. Корпус содержит две боковые оппозитные друг другу стенки 1, каждая из которых имеет форму цилиндрического сегмента. Нижняя часть корпуса выполнена в виде сужающегося к низу бункера 2 для сбора твердых частиц. К бункеру 2 присоединен патрубок 3 со шлюзовой камерой 4 для накопления твердых частиц. Верхняя часть 5 вакуумной камеры имеет форму сужающегося к верху многогранника, с боковыми сторонами в виде трапеций и основаниями в виде прямоугольников. К верхнему основанию присоединен патрубок 6 для отвода вакуумным насосом паров углеводородов в конденсационную камеру (На Фигуре не показаны). Нагревательный элемент выполнен в виде медной трубы 7, расположенной по продольной оси корпуса и соединенной трубопроводом с газогенератором (на Фигуре не показан). Боковые стенки 1 коаксиальны трубе 7, на них установлены форсунки 8 подачи сырья (на Фигуре представлены условно). Форсунки ориентированы таким образом, что создаваемые ими потоки распыляемого сырья (факелы) направлены радиально трубе.
Устройство функционирует следующим образом. Из камеры вакуумными насосами откачивается воздух, по трубе 7 подается теплоноситель - газ, поступающий от газогенератора и нагретый до температуры 740-1100°С. Нагретый газ, соответственно, через медные стенки трубы нагревает внутренний объем камеры. Выбор температурного режима определяется перерабатываемым сырьем.
Сырье, предварительно подготовленное и нагретое до максимально возможной температуры, исключающей коксообразование, но достаточной для его распыления (≈300-350°С) подается в камеру через форсунки 8. Размер частиц распыляемого сырья составляет от 2 до 150 мкм, предпочтительно от 2 до 5 мкм. За счет высокой температуры в камере и вакуума происходит испарение выкипающей фракции перерабатываемого сырья, той его части, температура кипения которой ниже 450°С. Остальная (неиспарившаяся) часть сырья попадает на поверхность трубы, происходит высокоскоростной нагрев и испарение, сопровождающийся деструкцией высокомолекулярных компонентов. Газовая фаза откачивается вакуумным насосом в конденсатор. Конденсация и закалка может осуществляться в несколько ступеней. При этом на каждой ступени будет конденсироваться своя фракция, но этот предмет выходит за рамки заявляемого объекта.
Образовавшиеся в процессе пиролиза частицы сажи и другие твердые частицы под действием гравитации выпадают в бункер 2 и по мере накопления удаляются через шлюзовую камеру 4.
Таким образом, заявленная вакуумная камера пиролиза позволяет увеличить глубина переработки углеводородного сырья, получать светлые фракции углеводородов не только из нефтяного сырья, но и осуществлять переработку сланцевого топочного масла (получено дизельное топливо), торф и древесные опилки, и получать при этом, в том числе сажу, древесный уголь, кокс и т.д. При этом пиролиз осуществляется без использования электроэнергии для нагревательного элемента, что позволяет его применять в полевых условиях в отдалении от линий электропередач.