УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Область техники
Техническое решение относится к установке для переработки углеродных материалов для получения топлива, предназначенного для использования в энергетике.
Уровень техники
В качестве топлива для энергетики используются углеродные вещества в газообразном, жидком и твердом состоянии. Помимо хорошо известных классических промышленных видов топлива, таких как кокс, нефть, бытовой газ и т. д., получаемых классическими методами, топливо, используемое для энергетики, также производится из различных натуральных продуктов, промышленных отходов, сортированных бытовых отходов, шламов из водоочистных сооружений и т. д. Современная наука и техника все больше внимания уделяет проблемам экологической ликвидации нежелательных материалов или отходов и полезному использованию содержащихся в них источников углерода.
Установки, использующиеся для переработки углеродных материалов, приспособлены для термолиза, т. е. термического разложения без горения. Перерабатываемый материал помещается в закрытое нагреваемое пространство, например в камеру печи, где он подвергается воздействию высоких температур, вызывающих его разложение, причем выделяющиеся газы отводятся наружу из нагреваемого пространства. Речь идет о классическом пиролизе и других методах. Газы, выводимые из нагреваемого пространства, проходят через теплообменник или кулер, где они подвергаются охлаждению, в результате чего из них отделяется вода и маслянистый конденсат. Маслянистый конденсат собирается и далее перерабатывается. В зависимости от используемых методов и собираемых фракций он используется прямо или после дальнейшей переработки прежде всего в качестве смазки и/или топлива. Газообразная среда, оставшаяся после отделения конденсата, отводится в устройство, служащее для очистки и концентрирования полезных газов, и/или используется в качестве топлива. Остаточная газообразная среда, в которой содержатся уже не использующиеся продукты и возможные частицы пыли, отводится через фильтры в выхлопную трубу или дымоход либо у некоторых методов и установок отводится обратно в нагреваемое пространство. Исходный материал на основе органических остатков, натуральных продуктов, шламов, резины и т. п. помещается в нагреваемое пространство в контейнере, тележке, на поддоне или другом носителе, либо дозируется на решетку, находящуюся в камере печи или в другой термокамере. Предпочтительным является материал в форме, способствующей хорошему доступу тепла, т. е. в виде крошки или частиц, полученных в результате измельчения. Газы, выделяющиеся при нагреве материала, с ростом температуры материала меняют свой состав. Поочередно выделяются сначала аммиак и другие летучие вещества, а затем вода, инертные газы и т. д. Известно, что при температурах, различных в зависимости от состава исходного материала и давления, из этих материалов выделяются газы с высоким содержанием углеводородов, используемых для энергетики. Принцип процесса термического разложения этих материалов и состав фракций, полученных в результате термического разложения в зависимости от конкретных температур и давления термолиза, известны. Однако проблема заключается в обеспечении экономичности этих процессов термического разложения, т. е. режима нагрева материала, количества загрузки, времени воздействия тепла на материал и т. п. С этим связано и отсутствие оптимального оборудования. Нагреваемые камеры, как правило, не работают непрерывно, для каждой партии сырья их требуется перед открытием охладить. Обычно сначала прекращается нагрев нагреваемого пространства, и тепло еще в течение некоторого времени действует, после чего пространство охлаждается естественным или искусственным путем. После экономического израсходования используемой газовой среды из перерабатываемого материала и во время охлаждения из материала еще могут выделяться газы, поэтому обычно газы отводят и в течение этого периода, после чего, как только пространство достаточно охладится до безопасной для открытия температуры, оставшиеся газы и/или завихренные частицы пыли отсасываются. От исходной партии материала после термического процесса в рабочем пространстве, как правило, остается только твердый остаток в виде обугленных частиц или обугленного скелета, распадающегося в угольную мелочь, основным компонентом которой является углерод.
Вышеуказанный способ, включая соответствующую установку, описывается, например, в заявке на изобретение CZ PV 2010-586. Резиновые отходы помещаются в закрытую камеру, оснащенную нагревательным и охлаждающим элементами и конденсационным контуром, содержащим конденсатор. Партия резиновых отходов загружается в количестве от 0,1 до 0,9 объема нагреваемой камеры. Затем камера закрывается, и без специальной регулировки давления температура в камере постепенно повышается до 350-400°C. Образующиеся газообразные продукты отводятся в кулер, где они частично конденсируются, а конденсат собирается в отдельный приемник. Охлажденная остаточная газообразная среда снова подается в камеру. По меньшей мере через 40 минут, но не раньше, чем масса партии резиновых отходов уменьшится более чем на 15%, пространство камеры охлаждается до температуры ниже 200°C. Затем камеру открывают и удаляют образовавшийся твердый остаток, состоящий из кокса с остатками стального корда от шин. После удаления остатков металла этот кокс может далее использоваться, например, для отопления. Установка для проведения данного метода состоит из камеры, оснащенной по меньшей мере одним нагревательным элементом и одним охлаждающим элементом, причем эта камера соединяется с конденсационным контуром, вход и выход которого соединяются с камерой. Нагревательный элемент состоит из электрической нагревательной спирали, которая ввиду необходимости предотвращения воспламенения перерабатываемого материала помещается в защитном кожухе, и весь этот блок находится внутри нагреваемой камеры. Таких нагревательных элементов в соответствии с CZ PV 2010-586 внутри нагреваемой камеры может быть, например, четыре. С внешней стороны камера имеет слой изоляции. В качестве охлаждающего элемента в указанной публикации в первом случае описана трубная система из оребренных труб, находящихся в нагреваемой камере, а во втором случае - перегородка, расположенная по меньшей мере с двух сторон камеры. Между перегородкой и стенкой камеры имеется воздушный зазор, охлаждаемый потоком воздуха. Конденсационный контур оснащен вентилятором для обеспечения циркуляции газообразной среды из камеры в контур и из контура обратно в камеру, а также сборной емкостью для конденсата. В CZ PV 2010-586 описывается метод переработки изношенных шин. В камеру помещаются изношенные шины в количестве 60% от объема камеры, после чего камера закрывается. С помощью нагревательных элементов без специальной регулировки давления температура в камере постепенно повышается до 380°C. Образующиеся газы отводятся в конденсационный контур, через который они циркулируют с помощью вентилятора, и там образуется и собирается конденсат. Через 40 минут такого термического разложения благодаря подаче охлаждающей среды в охлаждающий элемент пространство камеры начинает охлаждаться. После охлаждения до 120°C камера открывается и извлекаются твердые обугленные остатки материала.
Недостатком данного способа и установки является то, что газы, выделяющиеся в ходе термолиза, не обрабатываются иначе, чем конденсацией. Не получается никакого используемого горючего газа. Остаточные продукты, содержащиеся в камере, после открытия камеры могут выходить в окружающую среду. Описываемый метод и его тепловой режим не обеспечивают достаточного разложения многих видов сырья. Повторное нагревание и охлаждение камеры для каждой партии материала в отдельности очень неэффективно и приводит к большим потерям энергии.
Вышеупомянутые недостатки указанного существующего метода и установки старается решить документ CZ U 21978. Нагреваемая камера оснащена сменным мобильным контейнером, с помощью которого материал, предназначенный для термического разложения, термическим путем вводится в нагреваемую камеру и после термообработки из камеры удаляется. Мобильный контейнер выполнен в виде мобильного закрывающегося тела с крышкой, которое оснащено отсоединяемым вводом и выводом для выделяющихся в процессе термолиза газов. Ввод и вывод соединяются с конденсационным контуром. Партия материала крышкой газонепроницаемо отделена от пространства нагреваемой камеры. Данный метод переработки материала отличается от предыдущего тем, что партию материала можно загрузить в горячую камеру, а контейнер с твердыми остатками от термического разложения партии материала можно извлечь из камеры в горячем состоянии и оставить остывать вне камеры на подходящем месте, что существенно сокращает время переработки при загрузке нескольких партий материала подряд, а также происходит большая экономия энергии, так как не требуется прекращать эксплуатацию и ждать полного охлаждения нагреваемой камеры. В описанной в данном документе установке учитывается также возможность разъединения конденсационного контура и отвода выделяющихся полезных фракций газов для дальнейшего использования или переработки. Недостаток заключается в несовершенстве теплового и компрессионного режима разложения, т. к. нет возможности настроить оптимальную температурную кривую нагрева. Помещение материала в чрезмерно нагретую камеру может привести к нежелательному стремительному выделению газов, что приводит к увеличению давления в системе и даже к взрыву, а также может привести к образованию спекшейся оболочки на поверхности материала, которая препятствует выходу выделяющихся газов. С другой стороны, мало нагретая камера при установке нового мобильного контейнера стремительно охлаждается, и термическое разложение будет недостаточным. С каждой установкой мобильного контейнера в нагреваемую камеру или удалением из нее происходят резкие колебания температуры и нарушение теплового процесса. Также и эта установка не позволяет осуществлять непрерывный процесс. Установка не способна выделять полезные газы в стабильном количестве и стабильного состава. Кроме того, по указанным выше причинам установку в соответствии с CZ PV 2010-586, а также установку в соответствии с CZ U 21978 нельзя подключить к когенерационной установке.
Следующая установка описывается в CZ U 21515. Разница по сравнению с предыдущей установкой только в том, что газовый трубопровод для отвода выделяющихся газов не выводится обратно в нагреваемую камеру. За нагреваемой камерой подключается кулер с приемником для конденсата и отводом остаточных газообразных продуктов наружу из установки. В связи с этим используется мобильный контейнер только с отводом газов, а не с вводом. И в этом случае нагреваемая камера установки состоит из беспламенной печи, работающей при нормальном атмосферном давлении, так же работает и мобильный контейнер. Установка работает аналогично и имеет подобные недостатки, как и предыдущая, с той разницей, что остаточная газообразная среда отводится наружу. Установка работает только в загрузочном режиме, и, следовательно, не обеспечивается достаточное количество газообразных и жидких продуктов для производства электроэнергии и тепла. Следующим недостатком является проблема чистоты и стабильности непосредственно вырабатываемого газа, когда в ходе термического процесса разложения партии материала постепенно выделяются газообразные фракции с разным составом в зависимости от увеличивающейся температуры, поэтому полученный газ имеет изменяющийся во времени состав. Однако для применения в энергоблоке необходимо использовать газ с определенным составом, который в определенных пределах является постоянным, следовательно, данная установка не позволяет использовать газообразные продукты в энергоблоке в качестве топлива. В связи с колебаниями температуры в отводном газовом канале его стенки часто покрываются пленкой маслянистых веществ, из которой эти вещества впоследствии частично выделяются обратно в газ, тем самым загрязняя его. Во время термического процесса разложения партии материала меняется также и жидкий продукт, как по количеству, так и по качеству, поэтому и продукцию маслянистого конденсата нельзя непосредственно при производстве использовать в качестве топлива для когенерационной установки или другого устройства сжигания.
Сущность технического решения
Приведенные выше недостатки устраняются предлагаемым техническим решением. Разработана установка для термического разложения веществ типа углеродных материалов и последующей переработки на топливо, пригодное для использования в энергетике. Установка включает в себя газовый трубопровод, в рабочем состоянии подключаемый к нагреваемому устройству, оснащенному нагревательными элементами, в указанной нагревательной части создано пространство для размещения по меньшей мере одного тела из термостойкого материала, содержащего внутреннюю полость с партией перерабатываемого материала. Сущность предлагаемого решения заключается в том, что тело для партии материала образовано газонепроницаемой закрываемой камерой высокого давления по меньшей мере с одним газовым выводом, который можно закрыть, отсоединить и присоединить к газовому трубопроводу для отвода газов, образующихся в результате термического разложения материала. Сущность предлагаемого решения заключается также в том, что предлагаемая установка содержит по меньшей мере два нагреваемых устройства, каждое из которых адаптировано для разной температуры, в том числе одно устройство преднагрева, предназначенное для предварительного нагрева по меньшей мере одной камеры высокого давления, и второе устройство - это устройство догревания, предназначенное для догревания по меньшей мере одной камеры высокого давления до более высокой температуры, чем при предварительном нагреве.
Технический результат достигается за счет того, что устройство оснащается множеством камер высокого давления для партии материала, и по меньшей мере устройство преднагрева и устройство догревания адаптированы для одновременной установки в каждое по меньшей мере двух камер высокого давления.
А также за счет того, что устройства преднагрева и догревания сделаны в виде контейнеров, которые хотя бы частично заполнены жидким теплоносителем.
А также за счет того, что контейнеры сделаны в виде камер, в которых жидкий теплоноситель отделен от наружного пространства, находящегося за пределами устройства. А также за счет того, что в каждой такой камере сделано основание с полостью для установки камеры (или камер) высокого давления так, чтобы теплоноситель не разбрызгивался. Основание по своей форме и размерам приспособлено для камер высокого давления, каждое основание имеет размеры и форму для установки одной камеры высокого давления. Основание имеет входное отверстие, через которое можно проводить установку камеры высокого давления, и стенку, которая хотя бы частично выполнена из теплопроводного материала, что позволяет излучать тепло в/из камеры высокого давления. Входное отверстие и стенка основания по меньшей мере частично прилегают к камере высокого давления в закрытом состоянии. Вне основания (по отношению к установленной на нем камере высокого давления) находится жидкий теплоноситель, а внутри основания имеется свободное пространство для размещения по меньшей мере части камеры высокого давления.
Технический результат достигается за счет того, что устройство догревания оснащается по меньшей мере одним дополнительным источником тепла, например, электрическими нагревательными элементами, находящимися в жидком теплоносителе, и/или кольцом, вставляющимся по периметру вокруг камеры высокого давления и состоящим из шамота с внутренними электрическими нагревательными элементами.
А также за счет того, что жидкие теплоносители устройств преднагрева и догревания взаимно соединяются. А также за счет того, что это соединение выполнено в виде циркуляционного контура с соответствующими элементами для протекания теплоносителя между телом, состоящим из устройства преднагрева, и телом, состоящим из устройства догревания. Данный циркуляционный контур оснащается по меньшей мере затворами и силовой установкой с соответствующими элементами управления, позволяющими включать и выключать циркуляцию теплоносителя из устройства преднагрева в устройство догревания и/или из устройства догревания в устройство преднагрева, а также регулировать процесс такой циркуляции.
А также за счет того, что жидкий теплоноситель имеет ввод и вывод по меньшей мере в один теплообменник, подключенный к устройству, где для этого жидкого теплоносителя также сделан проход через теплообменник, чтобы теплоноситель подавался и отводился как его одна рабочая среда. А также за счет того, что линия второй рабочей среды данного теплообменника присоединяется к рабочему контуру устройства и служит для регулирования теплового режима какого-либо другого или следующего элемента в рабочем контуре данного устройства. Например, в случае подсоединения теплообменника к устройству догревания этот теплообменник подключается как для циркуляции теплоносителя из устройства догревания в теплообменник и обратно, так и, например, к трубопроводу конденсата, который в устройстве служит для подачи и прохождения маслянистого конденсата из газов, отводимых из камер высокого давления.
Устройство может быть сконфигурировано как единое целое, способное функционировать в качестве такового. Технический результат достигается за счет того, что конец газового трубопровода подсоединяется к устройству для сжигания, например, к когенерационной установке.
А также за счет того, что в случае вышеуказанной комплексной установки за устройством преднагрева и устройством догревания к газовому трубопроводу присоединяется по меньшей мере один кулер, который имеет по меньшей мере один вывод для маслянистого конденсата, получаемого из отводящихся газов, и хотя бы один вывод для остаточных газов.
За кулером подключается трубопровод для отвода конденсата, конец которого подсоединяется к вышеуказанному или другому устройству для сжигания, например, к когенерационной установке.
А также за счет того, что к газовому трубопроводу за кулером присоединяется по меньшей мере один газовый коллектор, причем из всех присоединенных за кулером газовых коллекторов хотя бы один имеет объем по меньшей мере в четыре раза больше, чем внутренний объем камеры высокого давления.
Предлагаемая установка предназначена для производства топлива из различных видов углеродных материалов и их использования в энергетических целях, главным образом для производства электроэнергии и тепла в двигателях когенерационных установок с газовой и двойной топливной системой. Установка может быть выполнена как комплексный агрегат для переработки и утилизации отходов, биомассы, шламов, изношенных шин, различных промышленных отходов и т. п. Она позволяет эффективно использовать энергию и тепло без значительных потерь. Предлагаемая установка относительно проста по конструкции и с помощью медленного термического разложения позволяет из углеродного сырья одновременно производить твердое, жидкое и газообразное топливо, и в то же время это топливо сразу же использовать для производства электроэнергии и тепла. Установка является высокоэффективной. При ее эксплуатации не происходит загрязнения окружающей среды. Установка может быть установлена в любом месте, например, на открытых свалках и в закрытых помещениях. Ее эксплуатация по сравнению с другими существующими установками отличается низким уровнем шума. Существенным преимуществом установки является также то, что загрузка материала осуществляется периодически, в то время как выход в виде вырабатываемых газов и маслянистого конденсата и/или в виде эксплуатации когенерационной установки или другого устройства для сжигания может быть непрерывным в течение установленного потребителем времени.
Описание фигур на чертежах
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен схематический вид сверху полного комплекта установки с подключенной когенерационной установкой, на фиг. 2 - вид сбоку вертикального разреза устройства преднагрева и устройства догревания, на фиг. 3 - вид в разрезе устройства преднагрева и устройства догревания в линии А-А, схематически обозначенной на предыдущей фигуре, на фиг. 4 - вид сбоку вертикального разреза устройства преднагрева и устройства догревания с подключенным теплообменником, на фиг. 5 - детальное изображение A, B, вид сверху детального изображения входной части установки с устройством преднагрева и устройством догревания, где часть фигуры А изображает принцип перемещения камер высокого давления во времени в ходе термической переработки находящейся в них партии материала, а часть B изображает подключение отдельных элементов в выбранном моменте процесса переработки.
Пример варианта технического решения
Примером варианта предлагаемого решения является установка в соответствии с фиг. 1-5 и описанием, приведенным ниже.
Установка, изображенная на фигурах, показана в полной оптимальной конфигурации для реализации медленного термического разложения углеродных материалов различного происхождения и состава.
Ключевыми элементами с точки зрения предлагаемого решения являются камеры высокого давления 1, образующие топливные элементы для партии материала, и два нагреваемых устройства 2, 3, каждое из которых адаптировано для различной температуры. Одним из них является устройство преднагрева 2, а вторым - устройство догревания 3. Устройство преднагрева 2 служит для предварительного нагрева камер высокого давления 1, а устройство догревания 3 служит для догревания предварительно нагретых камер высокого давления 1 до требуемой более высокой температуры, как подробно описано ниже. Камеры высокого давления 1 имеют форму цилиндра, одно основание которого образует выпуклое дно, а второе - съемную крышку 4, с помощью которой камеры герметично закрываются. Крышка 4 снабжена теплоизоляцией и по меньшей мере одним отверстием, через которое из крышки 4 выводится газовый вывод 5 для отвода первичных горючих веществ. Газовый вывод снабжен затворами 6 и выполнен с возможностью отсоединяемого подключения к газовому трубопроводу 7 для отвода газов, образующихся в результате термического разложения партии материала. Устройство преднагрева и устройство догревания 2, 3 выполнены в виде камер из контейнеров, которые по меньшей мере частично заполнены жидким теплоносителем 8. Технический результат достигается за счет того, что в каждой такой камере сделано несколько оснований 9 для установки камер высокого давления 1. Каждое основание 9 по форме и размерам приспособлено для установки одной камеры высокого давления 1. Основания 9 выполнены в виде гнезд, соответствующих по форме и размерам поверхности установленной в них части камеры высокого давления 1 и имеющих наверху входное отверстие для вкладывания тела камеры высокого давления 1, а внутри - свободное пространство для установки тела камеры высокого давления 1. По меньшей мере их часть состоит из тонкой стенки, например, из листа жести или мембраны, из теплопроводного материала. Фигуры для наглядности всего лишь схематические, поэтому на фиг. 2-4 стенки основания 9 совмещаются со стенками камеры высокого давления 1. Входное отверстие и стенка основания 9 входят в камеру высокого давления 1 с крышкой 4. Теплоноситель 8 находится вне основания 9, если рассматривать по отношению к камере высокого давления 1, установленной на основании 9, поэтому на камеры высокого давления 1 не попадают брызги горячего теплоносителя 8. Альтернативно устройство преднагрева 2 и/или устройство догревания 3 могут быть выполнены в виде простой масляной ванны без таких оснований 9, что, однако, является менее выгодным вариантом исполнения. Вышеописанная конструкция позволяет разместить камеру высокого давления 1 в соответствующем нагреваемом устройстве 2, 3 так, чтобы к крышке 4 и уплотнительной поверхности на верхнем крае камеры высокого давления 1 был доступ из пространства снаружи нагреваемых устройств 2, 3. Данное решение позволяет сохранять максимальную безопасность в случае дефектов уплотнительных поверхностей, т. е. в случае утечки газов, образующихся в ходе термического процесса переработки партии материала, эти горючие газы своевременно обнаруживаются и не происходит их накопления внутри нагреваемого устройства 2, 3.
Устройство догревания 3 оснащается дополнительными источниками тепла - во-первых, электрическим нагревательным элементом 10, состоящим из нагревательной спирали, размещенной прямо в жидком теплоносителе 8, а, во-вторых, шамотным кольцом 11, по периметру входящим в камеру высокого давления 1 со встроенным внутри электрическим нагревательным элементом 11, также состоящим из нагревательной спирали.
В устройствах преднагрева и догревания 2, 3 их жидкий теплоноситель 8 соединяется так, что образует циркуляционный контур. В приведенном примере это соединение иллюстрирует соединительные ветви 12, 13 между телом, состоящим из устройства преднагрева 2, и телом, состоящим из устройства догревания 3. Циркуляционный контур имеет регулировочные клапаны, представляющие собой его затворы 6, и насос, являющийся его силовой установкой 14. Насос оснащается обычными элементами управления для запуска и остановки.
На фиг. 4 показан альтернативный вариант, в котором к жидкому теплоносителю 8 дополнительно подключается теплообменник 15. Для жидкого теплоносителя 8 сделан проход через теплообменник 15, и этот теплоноситель является его одной рабочей средой. Второй рабочей средой теплообменника 15 является выбранная среда из другой части установки, что позволяет использовать передачу тепла от/к жидкому теплоносителю 8 для регулирования теплового режима какого-либо другого или следующего элемента в рабочем контуре установки. На фиг. 4 показан вариант применения в случае подключения теплообменника 15 к устройству догревания 3. Технический результат достигается за счет того, что данный теплообменник 15 может быть подключен к трубопроводу конденсата 16.
Как показано, главным образом на фиг. 1, за устройством преднагрева 2 и устройством догревания 3 в установке находится газовый трубопровод 7, который присоединяется и ведется через кулер 17. Кулер 17 может быть оснащен сборной емкостью для образующегося конденсата. В наиболее предпочтительном варианте, изображенном на фиг. 1, кулер 17 имеет дополнительный или альтернативный по отношению к сборной емкости отвод конденсата 18, к которому присоединяется трубопровод конденсата 16 для слива маслянистого конденсата, образующегося из отводимых газов. Газовый трубопровод 7 после прохождения через кулер 17 используется далее для несконденсированных газов.
К газовому трубопроводу 7 за кулером 17 присоединяется система газовых коллекторов 19 различной емкости. Первый, присоединенный за кулером 17 газовый коллектор 19 имеет емкость по меньшей мере в четыре раза больше внутреннего объема камеры высокого давления 1.
Конец газового трубопровода 7 присоединяется к устройству для сжигания, например, к когенерационной установке 20. А также конец трубопровода для конденсата 16 подключается к когенерационной установке 20.
Установка оснащается необходимыми элементами для измерения и регулирования, а также элементами управления, выключателями и блоком управления для автоматического режима эксплуатации. А также содержит напорный вентилятор 21. На входе установки могут быть установлены элементы для обработки и дозирования входного материала. Основные разъединяемые места в установке на фиг. 2-4 показаны как фланцы 22. Установка также оснащается необходимыми известными элементами для обработки производимых материалов, которые в подходящем месте подключаются к контуру установки, такими как фильтры 23, устройство газоподготовки 24 с сушилкой 25, смесители 26, электропроводка 27, трансформатор 28. Для когенерационной установки 20 как обычно в ходе эксплуатации подсасывается окислительный воздух, который на фиг. 1, изображающей весь рабочий контур установки с когенерационной установкой 20, изображается символом a. Здесь имеется также подача воды 31. Для полноты изображаются также обычные элементы для обработки исходного сырья, такие как смесительные резервуары 29, измельчитель 30, конвейер сырья 32 и бункеры 33. Соединительные элементы теплообменника 15 для жидкого теплоносителя 8 изображаются как жидкостной трубопровод 34. Также установлен промежуточный кулер 35. Направление потока сред в установке в ходе эксплуатации обозначается стрелками.
Установка работает следующим образом. Углеродный материал, состоящий, например, из частиц измельченных изношенных шин или из целых шин вместе со стальными кордами, перерабатывается в установке путем медленного термического разложения без присутствия пламени. Продуктом является газообразное, жидкое и твердое топливо. При переработке целых шин остатки от партии материала в виде угольных частиц с остатками стального корда, которые перед сжиганием необходимо устранить из топлива, но не требуется ликвидировать, можно, например, сдать в утильсырье. В случае полного контура установки, как показано на фиг. 1, полученное топливо также сжигается в установке; при этом производится электроэнергия и тепло, которые подаются потребителю.
Входной материал получается путем дробления или измельчения резины шин. Партия материала, состоящая из частиц этого материала, дозируется в мобильные контейнеры, состоящие из камер высокого давления 1. Партия материала постепенно или в один прием загружается в несколько камер высокого давления 1. Каждая камера высокого давления 1 после наполнения партией материала герметично закрывается крышкой 4. Газовый вывод 5 крепится к крышке 4 заранее или после закрытия. Камера высокого давления 1 устанавливается на основании 9 в устройстве догревания 2 и соединяется с газовым трубопроводом 7. Перед и/или после такого присоединения через газовый вывод 5 из камеры высокого давления 1 отсасывается воздух с присутствующими газами, и при этом давление внутри камеры высокого давления 1 снижается до 2-5 кПа. В устройстве преднагрева 2 находится жидкий теплоноситель 8 при температуре нагрева максимально 120°C, например масло или горячая вода. В состоянии с присоединенным газовым трубопроводом 7 проводится преднагрев камеры высокого давления 1 до температуры 90-120°C, причем такой преднагрев проводят в течение 60-120 минут, оптимально около 90 минут. В течение этого времени с помощью напорного вентилятора 21 в присоединенном газовом трубопроводе 7 поддерживается давление 2-5 кПа, и через него отводится образующаяся в камере высокого давления 1 смесь газов, которые выделяются при термическом разложении партии материала. Затем газовый вывод 5 закрывается и отсоединяется, а закрытая камера высокого давления 1 перемещается в устройство догревания 3, нагретое до более высокой температуры, максимально до 550°C. Здесь камера также устанавливается на основание 9, а ее газовый вывод 5 присоединяется к газовому трубопроводу 7. Газовый вывод 5 открывается, и камеру высокого давления 1 оставляют разогреваться с помощью дополнительных нагревательных элементов 10, однако не более чем в течение 180 минут. В данном устройстве догревания 3 происходит прямой нагрев жидкого теплоносителя 8 нагревательным элементом 10 в виде электрической спирали, находящейся прямо в жидком теплоносителе 8, и косвенно - посредством теплопередачи от нагреваемого кольца 11 к камере высокого давления 1, а оттуда через днище камеры высокого давления 1 и прилегающую к днищу часть стенки основания 9. Также во время догревания камер высокого давления 1 в присоединенном газовом трубопроводе 7 поддерживается давление 2-5 кПа, и через него отводится образующаяся в камере высокого давления 1 смесь газов.
3
При предварительном нагреве, а также при догревании камер высокого давления 1 газы, образующиеся из партии материала, свободно выделяются, и по меньшей мере газы, выделяющиеся из камер высокого давления 1 на стадии догревания, отводятся в кулер 17, где они охлаждаются до температуры максимально 60°C, причем при этом отделяется маслянистый конденсат. Несконденсировавшаяся остаточная смесь газов отводится из кулера 17 отдельно от конденсата и собирается на трассе газового трубопровода 7 в коллекторном пространстве газовых коллекторов 19. Первым в контуре установки установлен газовый коллектор 19, объем которого в 4-6 раз превышает внутренний объем камеры высокого давления 1. В нем целенаправленно собираются газы, подающиеся из кулера 17, и свободно перемешиваются. Со временем состав этих газов меняется, т. к. при нагреве каждой отдельной камеры высокого давления 1 из нее в зависимости от текущей температуры в результате термической реакции выделяются различные фракции газов. При накапливании в одном или нескольких коллекторах 19 газов из нескольких камер высокого давления 1, которые могут находиться в различных стадиях нагрева и в течение длительного периода времени, происходит как увеличение концентрации содержащихся газов, так и в значительной степени унификация их состава. В выбранном коллекторе 19 накапливается и свободно перемешивается подающаяся смесь газов по меньшей мере в течение 10 минут без дополнительного нагрева. Затем при условии, что содержание сжигаемых компонентов в накопившейся газовой смеси уже достигло по меньшей мере 20% об. и минимальная теплотворная способность составляет не менее 10 МДж/м, газовая смесь из газового коллектора 19 отводится. Также во время такого накопления и отвода газовая смесь поддерживается при давлении 2-5 кПа. На этой стадии процесса уже полученная газовая смесь может использоваться для различных целей, прежде всего в качестве топлива. То есть полученная газовая смесь может перекачиваться в небольшие отсоединяемые напорные контейнеры 19, в которых она сжимается до давления 2-20000 кПа, и в этом состоянии она отводится из контура установки и хранится для продажи или в качестве запаса для когенерационной установки 20, например во время отключения части установки при проведении технического обслуживания и т. п., или для других целей. Альтернативно или дополнительно под давлением 2-5 кПа смесь отводится для сжигания в качестве топлива для когенерационной установки 20, как показано на фиг. 1.
Камеры высокого давления 1 нагреваются постепенно по одной или несколько камер одновременно, а после удаления одной камеры высокого давления 1 на ее место устанавливается следующая камера высокого давления 1. В течение этого времени устройство преднагрева 2 и устройство догревания 3 поддерживаются в нагретом состоянии. Система заполненных камер высокого давления 1 постепенно обрабатывается. По меньшей мере некоторые из них нагреваются постепенно друг за другом на одном и том же основании 9, а то так, что удаленные камеры высокого давления 1 заменяются другими камерами высокого давления 1, температура и содержание которых отвечают соответствующей стадии процесса. Нагретые и израсходованные камеры высокого давления 1 из устройства догревания 3 возвращаются обратно в устройство преднагрева 2, чтобы здесь они отдали свое тепло перед извлечением из установки и чтобы это тепло использовалось для теплового режима установки. Здесь они передают обратно свое тепло, нагревая жидкий теплоноситель 8. Затем, когда дальнейшее нахождение камер высокого давления 1 в устройстве преднагрева 2 является неэкономичным, израсходованные камеры высокого давления 1 демонтируются, и из них высыпается твердый обугленный остаток, который может использоваться в качестве твердого углеродного топлива. Опорожненные использованные камеры высокого давления 1 можно снова наполнить, и весь цикл переработки отдельных партий материала повторить.
Использование энергии в тепловом режиме установки очень эффективно. Температура жидкого теплоносителя 8 в устройстве преднагрева 2 и температура жидкого теплоносителя 8 в устройстве догревания 3 очень эффективно регулируется с помощью циркуляции. При циркуляции временно соединяются жидкие теплоносители 8 обоих нагреваемых устройств 2, 3, и жидкий теплоноситель 8 контролируемым образом циркулирует из одного нагреваемого устройства 2, 3 в другое и обратно, причем по мере необходимости измеряется температура и регулируется количество и скорость потока через этот циркуляционный контур.
Использование сочетания поэтапной загрузки материала, когда камеры высокого давления 1 устанавливаются на основания 9 дополнительно и/или альтернативно, и непрерывного отвода всех выделяющихся газов и конденсата является высокоэффективным. Процесс переработки партии материала проводится при таком количестве камер высокого давления 1 и в течение такого времени, пока не будет произведено установленное количество газовой смеси. Если жидкий теплоноситель 8 подключается к теплообменнику 15, то жидкий теплоноситель 8 должен по меньшей мере некоторое время протекать через этот теплообменник 15 в качестве его хотя бы одной рабочей среды, причем с помощью тепла, полученного или отданного, регулируется температура некоторой среды в устройстве так, что эта регулируемая среда проходит через теплообменник 15 в качестве его второй рабочей среды. Теплообменник 15 может быть снаружи подключен к некоторым из нагреваемых устройств 2, 3 или может быть установлен внутри. Технический результат достигается за счет того, что с его помощью может регулироваться, например, температура маслянистого конденсата. Полученная газовая смесь может быть сжата до 2-20000 кПа и в этом состоянии храниться в целях дальнейшего употребления и/или под давлением в 2-5 кПа может отводиться для сжигания в качестве топлива, например, для когенерационной установки 20.