Установка для переработки отходов
WASTE PROCESSING PLANT

Предлагаемое изобретение относится к области переработки отходов, в частности твердых коммунальных отходов, содержащих смесь из пластика, резины, бумаги, полимерных и медицинских отходов, и может быть использовано для утилизации мусора с получением твердого углеродосодержащего сырья и других продуктов для различных производств.
Постоянно растущее количество твердых коммунальных отходов создает проблему их утилизации и переработки.
Сжигание, или захоронение этих отходов требует значительных энергетических затрат, приводит к загрязнению окружающей среды, а также к потере органического, углеродосодержащего и металлического сырья.
Известна установка для переработки резиносодержащих отходов   (патент РФ на ИЗ №2291168, С08J11/04), содержащая реактор с  транспортером, на входе которого установлен питатель, а на выходе установлено средство выгрузки твердого продукта, при этом реактор имеет выход для дымового газа и выход для трубопровода парогазовой смеси.
Недостатками данной установки являются ее техническая сложность, высокая энергоемкость и низкая эффективность.
Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является «Установка по переработке резиносодержащих отходов» по патенту РФ на ИЗ № 2460743, С08J 11/20, выбранная в качестве прототипа.
Данная установка по переработке резиносодержащих отходов   содержит реактор низкотемпературной деструкции со спиральным транспортером, на входе которого установлен питатель, а на выходе установлено средство выгрузки твердого продукта, при этом реактор имеет секцию термолиза резиновой крошки и секцию доведения технического углерода до товарной кондиции.
Данная установка по переработке отходов значительно проще в изготовлении и функционировании, чем выше описанная, однако она имеет высокую энергоемкость и низкую эффективность.
Задачей предложенного изобретения является повышение эффективности установки по переработке отходов при одновременном упрощении ее конструкции за счет применения спирального транспортера с увеличивающимся шагом спирали, а также за счет наличия на спирали транспортера лопаток для интенсификации процесса внутри реактора.
Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности работы установки при одновременном упрощении ее конструкции.
Поставленная задача достигается за счет того, что в установке для переработки отходов, содержащей реактор низкотемпературной деструкции со спиральным транспортером, на входе которого установлен питатель, а на первом выходе установлено средство выгрузки твердого продукта, соединенное с приемным узлом спирального транспортера, и реактор имеет второй выход для дымового газа и третий выход для трубопровода парогазовой смеси, который соединен с ректификационной колонной, реактор имеет три зоны, первую зону подачи материала в реактор, вторую зону нагрева материала, и третью зону деструкции материала, при этом спиральный транспортер, в зоне нагрева материала, выполнен с увеличивающимся шагом витка спирали, а в зоне деструкции материала спиральный транспортер имеет витки спирали, на которых установлены лопатки, позволяющие помимо линейного перемещения материала обеспечить также его вертикальное перемещение.
В предпочтительном варианте выполнения в установке для переработки отходов шаг «n» витка спирали транспортера выбирают в зависимости от внешнего диаметра «D» спирали транспортера в соответствии с соотношением: n≤D.
Желательно, чтобы в установке для переработки отходов каждый шаг «n» витка спирали транспортера, в зоне нагрева материала в реакторе, увеличивался на 10% от предыдущего шага спирали транспортера.
Целесообразно, чтобы в установке для переработки отходов в качестве питателя использовали конический шнековый питатель со спиральным транспортером, выполненный с возможностью подачи в него измельченного материала разного морфологического состава и влажности, и обеспечения при этом герметичного уплотнения в питателе при подаче в него измельченного материала.
Предпочтительно, чтобы в установке для переработки отходов спиральный транспортер шнекового питателя имел витки, диаметр которых уменьшается от входа к выходу транспортера шнекового питателя.
Целесообразно, чтобы установка для переработки отходов содержала фильтр, размещенный между третьим выходом реактора и трубопроводом парогазовой смеси.
Желательно, чтобы в установке для переработки отходов ректификационная колонна содержала секцию отбора технической воды, секцию отбора жидких углеводородов, а также секцию отбора углеводородного газа.
Целесообразно, чтобы установка для переработки отходов содержала рубашку с горелками для обогрева реактора, размещенную вокруг реактора, при этом рубашка с горелками была подключена к секции отбора углеводородного газа с возможностью поступления в горелки углеводородного газа для его сжигания и обогрева тем самым реактора.
Для более подробного раскрытия изобретения далее приводится описание конкретных возможных вариантов его исполнения с соответствующими чертежами.
Фиг. 1 – структурная схема установки для переработки отходов.
Фиг. 2 – фрагмент спирального транспортера реактора с лопатками.
Фиг. 3 – эскиз спирального транспортера реактора с увеличивающимся шагом витков.
Фиг. 4 – эскиз конического шнекового питателя.
Установка для переработки отходов содержит реактор 1 низкотемпературной деструкции со спиральным транспортером 2, на входе которого установлен питатель 3, а на первом выходе 4 установлено средство выгрузки твердого продукта 5, соединенное с приемным узлом 6 спирального транспортера 2. Также реактор 1 имеет второй выход 7 для трубопровода дымового газа 8, который выходит через дымовую трубу 9, и третий выход 10 для трубопровода парогазовой смеси 11, который через фильтр 12 соединен с ректификационной колонной 13, содержащей  секцию отбора технической воды 14, секцию отбора жидких углеводородов 15, а также секцию отбора углеводородного газа 16. При этом, вокруг реактора 1 размещена рубашка обогрева 17 реактора 1 с горелками, которые подключены к секции отбора углеводородного газа 16 через трубопровод углеводородного газа 18, с возможностью поступления в горелки углеводородного газа для его сжигания и обогрева тем самым реактора 1 (Фиг. 1).
Реактор 1 имеет три зоны, первую зону 20 подачи материала в реактор, вторую зону 21 нагрева материала, и третью зону 22 деструкции материала, при этом спиральный транспортер 2, в зоне 21 нагрева материала, выполнен с увеличивающимся шагом «n» витка спирали. То есть, если спиральный транспортер 2 имеет шаг витка спирали «n», то во второй зоне 21 транспортер 2 будет иметь первый шаг витка спирали размером 1,1«n», второй шаг спирали будет иметь размер 1,2«n», третий шаг будет иметь размер1,3«n» и т.д. (Фиг. 3).
При этом шаг «n» витка спирали спирального транспортера 2 выбирают в зависимости от внешнего диаметра «D» спирали транспортера 2 в соответствии с соотношением: n≤D.
Такое решение для второй зоны 21 нагрева транспортера 2 позволяет избежать образования пробки, так как находящийся в этой зоне материал имеет температуру ниже температуры начала своей деструкции и при одинаковом шаге витка спирали склонен к уплотнению.
По всей протяженности третьей зоны 22 спирального транспортера 2 реактора 1 установлены лопатки 19, которые позволяют интенсифицировать тепло-массообменные процессы внутри реактора 1 за счет подъема материала вверх, тем самым увеличивая время пребывания материала в реакторе 1, что позволяет сократить его размеры (Фиг. 2).
Проведенные нами эксперименты показали, что при всех прочих равных условиях, одинаковой частоте вращения спирали, 5 кг технического материала в реакторе 1 проходят 1,5 м трубы Dу80 за 12 минут без лопаток 19 и за 34 минуты с лопатками 19.
В качестве питателя 3 в установке для переработки отходов используют конический шнековый питатель со спиральным транспортером 23, выполненным с возможностью подачи в него измельченного материала разного морфологического состава и влажности. Данный спиральный транспортер 23 шнекового питателя 3 имеет витки 24, диаметр которых уменьшается от входа к выходу транспортера 23 шнекового питателя 3 (Фиг. 4).
Такая конструкция питателя 3 позволяет обеспечить в нем   герметичное уплотнение при подаче в него измельченного материала, что способствует меньшему проникновению запаха из реактора 1.
2
Герметичность создаваемого уплотнения в питателе 3 проверена избыточным давлением порядка 6 кг/см при рабочих температурах и режимах.
Заявленная установка для переработки отходов работает следующим образом. Предварительно измельченный материал отходов подают в загрузочную камеру конического шнекового питателя 3 со спиральным транспортером 23, который выполнен с возможностью подачи в него измельченного материала разного морфологического состава и влажности. Спиральный транспортер 23 шнекового питателя 3 имеет витки 24, диаметр которых уменьшается от входа к выходу транспортера 23 шнекового питателя 3. Такая конструкция питателя 3 позволяет обеспечить в нем герметичное уплотнение при подаче в него измельченного материала, что способствует меньшему проникновению запаха из реактора 1.
Далее по спиральному транспортеру 23 питателя 3 измельченный материал подается в первую зону 20 реактора 1 низкотемпературной деструкции, внутри которого материал начинает перемещаться за счет спирального транспортера 2.
После попадания во вторую зону 21 нагрева, материал начинает нагреваться с помощью установленной рубашки обогрева 17, размещенной вокруг реактора 1, с горелками, которые подключены к секции отбора углеводородного газа 16 через трубопровод углеводородного газа 18, с возможностью поступления в горелки углеводородного газа для его сжигания и обогрева тем самым реактора 1. При этом спиральный транспортер 2, в зоне 21 нагрева материала, выполнен с увеличивающимся шагом «n» витка спирали. То есть, если спиральный транспортер 2 имеет в первой зоне 20 стандартный шаг витка спирали «n», то во второй зоне 21 транспортер 2 будет иметь первый шаг витка спирали размером 1,1«n», второй шаг спирали будет иметь размер 1,2«n», третий шаг будет иметь размер1,3«n» и так далее, каждый новый шаг витка будет увеличиваться на 10%. Стандартный шаг витка «n» спирали транспортера 2 выбирают в зависимости от внешнего диаметра «D» спирали транспортера 2 в соответствии с соотношением: n≤D (Фиг.3). Такое решение для второй зоны 21 нагрева транспортера 2 позволяет избежать образование пробки, так как находящийся в этой зоне материал имеет температуру ниже температуры начала своей деструкции и при одинаковом шаге витка спирали склонен к уплотнению.
В процессе прохождения зоны 21 и нагрева материала образуются дымовые газы, которые через выход 7 по трубопроводу 8 выходят через дымовую трубу 9.
После нагрева до необходимой температуры начала своей деструкции материал попадает в третью зону 22 реактора 1, в которой начинается процесс деструкции (разложения) материала на твердый продукт (углеродный остаток) и парогазовую смесь. В результате деструкции материала твердый продукт через выход 4 попадает в установленное средство выгрузки твердого продукта 5, соединенное с приемным узлом 6 спирального транспортера 2, а парогазовая смесь через выход 10 попадает в трубопровод 11, который через фильтр 12 соединен с ректификационной колонной 13, содержащей секцию отбора технической воды 14, секцию отбора жидких углеводородов 15, а также секцию отбора углеводородного газа 16. Углеводородный газ из секции отбора 16 попадает через установленный трубопровод 18 в рубашку обогрева 17 реактора 1.
Кроме этого, для интенсификации процессов тепло-массообмена по всей протяженности зоны 22 спирального транспортера 2 установлены лопатки 19, которые позволяют поднимать материал вверх, тем самым увеличивая время пребывания материала в зоне 22 реактора 1, что позволяет сократить его размеры. Проведенные эксперименты показали, что при всех прочих равных условиях, одинаковой частоте вращения спирали, 5 кг технического материала в третьей зоне 22 реактора 1 проходят 1,5 м трубы Dу80 за 12 минут без лопаток 19 и за 34 минуты с лопатками 19.
Таким образом, за счет использования во второй зоне 21 спирального транспортера 2 спирали с увеличивающимся шагом, а также за счет наличия на спирали транспортера 2 лопаток 19 для более эффективной интенсификации материала внутри реактора 1, удалось значительно повысить эффективность работы установки, в частности реактора 1, что позволило сократить протяженность реактора и упростить конструкцию установки.
Кроме того, за счет уменьшающихся, от входа к выходу, витков 24 спирального транспортера 23 шнекового питателя 3, удалось обеспечить в нем герметичное уплотнение материала, что способствует меньшему проникновению запаха из реактора 1.
Как очевидно специалистам в данной области техники, данное изобретение можно разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данного изобретения.
При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем изобретения представлен его формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данного изобретения.