Способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления
Владельцы патента RU 2393200:
Алексеев Сергей Юрьевич(RU)
Семенов Михаил Сергеевич (RU)
Назаров Вячеслав Иванович (RU)
Изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий в жидкие, газообразные и твердые топливные компоненты. Способ заключается в низкотемпературном пиролизе отходов в реакторе в противотоке с газообразным теплоносителем, полученным от сжигания технологического топлива, вводимым в нижнюю часть реактора, загрузке отходов и выгрузке твердого углеродистого остатка с последующим его охлаждением, конденсацией получаемой парогазовой смеси с разделением ее на несколько фракций топливной жидкости и пиролизный газ, отличающийся тем, что загрузку отходов и выгрузку углеродистого остатка из реактора производят циклически при отношении массы загружаемых отходов к массе выгружаемого углеродистого остатка, равным 3:(0,8-1,2), загрузку отходов осуществляют с интервалом, включающим время разогрева загружаемых отходов и дополнительное время, равное 0,4-0,6 от времени максимальной скорости выделения пиролизного газа, парогазовую смесь перед конденсацией предварительно очищают от сажистых и смолистых фракций орошением органической и/или водно-органической жидкостью при температуре 500-350°С, конденсацию парогазовой смеси с последовательным выделением топливных фракций проводят в диапазоне температур 350-70°С, а конденсацию воды при температуре 25-60°С и получаемый при этом остаточный пиролизный газ направляют на сжигание с утилизацией тепла, причем в период пуска с полной загрузкой реактора газообразный теплоноситель подают двумя потоками: основной поток в количестве 60-70% от общего расхода - в осевую зону реактора, а остальной - в его пристенную зону. Установка для осуществления описанного способа содержит реактор пиролиза с реакционной камерой, топку с горелкой для получения газообразного теплоносителя, конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси, а также устройства для загрузки отходов и выгрузки твердых углеродистых остатков с приспособлением для их охлаждения, отличающаяся тем, что реакционная камера выполнена в виде смонтированных на колосниковой решетке с живым сечением 20-40% концентрично установленных наружного и внутреннего перфорированных стаканов, при этом внутренний стакан и полость между наружным стаканом и корпусом реактора выполнены закрытыми сверху посредством перегородок и оба стакана по высоте имеют три условные технологические зоны, причем стенки стаканов нижней зоны выполнены сплошными по высоте, равной 0,3-0,5 расчетной высоты загрузки, на опорах реактора смонтированы датчики контроля массы загружаемых отходов, установка снабжена барботером-промывателем с гидроциклоном для очистки парогазовой смеси от смолистых и сажистых фракций, а устройства для загрузки и выгрузки выполнены в виде шлюзовых камер. 2 н. и 5 з.п., 3 табл., 6 ил.
Изобретение относится к способам и устройствам для переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий путем пиролиза в жидкие, газообразные и твердые топливные компоненты.
Способ и установка могут быть также использованы для утилизации промышленных, бытовых коммунальных отходов, а также для переработки низкокалорийных углей, илов и т.п.
Известны способ и установка утилизации органических отходов. Установка содержит реактор пиролиза с устройствами загрузки отходов и выгрузки твердого остатка, систему разделения газообразной смеси с конденсатором для отвода горючих газов и жидкого топлива, газоход с заслонкой для отвода дымовых газов, включающий воздухоподогреватель, систему очистки газа и газоанализатор. Пиролиз бытовых и коммунальных отходов осуществляют следующим образом. После загрузки отходов и проведения процесса пиролиза извлекают твердый остаток в виде шлака и разделяют газообразную смесь на жидкую и газовую составляющую пиролизных газов. Нагрев исходных отходов и пиролиз в реакторе осуществляют с использованием части возвращаемых в процесс дымовых газов после дополнительного их подогрева до 600°С, остальную часть дымовых газов после очистки выбрасывают в атмосферу (SU №699287, кл. F23G 5/00, 1979).
Указанный способ пиролиза и установка для утилизации бытовых отходов позволяют получать только жидкое (без разделения на фракции) и газообразное топливо. При этом получается негорючий твердый остаток в виде шлака. Это связано с тем, что процесс пиролиза, протекающий при наличии кислорода в зоне реакции, приводит к излишнему окислению продуктов пиролиза и низкому качеству топливных компонентов. Получаемый по этому способу твердый остаток является шламом и вывозится в отвалы, что создает экологическую проблему.
Известны способ переработки органического сырья в топливные компоненты и установка для его осуществления (RU №2182684, МПК F23G 5/027, 2002), обеспечивающие получение топливных компонентов в виде твердого, жидкого и газообразного топлива, обладающих высоким качеством и повышенной теплотой сгорания за счет проведения пиролиза без доступа кислорода.
Установка содержит реактор пиролиза с реакционной камерой, систему разделения парогазообразной смеси и средства для подачи сырья и выгрузки готового продукта. Система разделения парогазообразной смеси выполнена в виде последовательно установленных циклона, каталитической насадки, конденсатора, массообменной колонны, центробежного вентилятора и шиберного регулятора. В известном способе осуществляют противоточный низкотемпературный пиролиз под небольшим разряжением в потоке топочного газа, а выгрузку углеродистого твердого остатка и разделение парогазообразной смеси проводят последовательно в циклоне, каталитической насадке и конденсаторе. После отделения воды в конденсаторе ее охлаждают и затем выводят из системы, пиролизный газ подают на массообменную колонну, где выделяют топливную жидкость, а от капель жидкости газ отделяют в центробежном активном циклоне. Очищенный пиролизный газ делят на два потока: один идет на подсушку сырья после его сжигания в теплогенераторе. Второй поток направляется в кольцевую топочную камеру реактора пиролиза. Сырье направляется в узел загрузки реактора.
Рассмотренному способу и установке для его осуществления присущи сложность регулирования процесса пиролиза, низкий выход топливной жидкости, отсутствие очистки пиролизного газа от смолистых фракций, приводящее к вынужденной периодической работе установки из-за зарастания оборудования смолистыми веществами. Кроме того, данная установка не предназначена для утилизации крупногабаритных изделий, например отработавших автомобильных покрышек.
Кроме того, полученная топливная жидкость представляет собой одну фракцию в виде вязкой массы с высоким содержанием фенолов, кислот, спиртов и по своим характеристикам значительно отличается от стандартных углеводородных топлив. Твердый остаток содержит технический углерод, загрязненный непереработанным органическим сырьем, а пиролизный газ представляет собой низкокалорийное топливо с невысоким содержанием горючих компонентов, что требует дополнительной очистки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ и установка для переработки органического сырья в топливные компоненты по патенту РФ №2275416, МПК F23G 5/027, 2006 г.
Способ термической переработки твердых органических отходов, в том числе и резинотехнических изделий, включает низкотемпературный пиролиз отходов в реакторе с катализатором в противотоке с газообразным теплоносителем от сжигания технологического топлива, вводимым в нижнюю часть реактора, предварительный подогрев и дополнительную продувку органических отходов от кислорода для равномерной и полной их обработки, загрузку отходов и выгрузку твердого углеродистого остатка с последующим его охлаждением, конденсацию получаемой парогазовой смеси с разделением ее на несколько фракций топливной жидкости и пиролизный газ с частичным возвратом последнего в процесс на сжигание.
В реактор в двух точках по его высоте вводят теплоноситель, подготовленный в выносной топке. При этом в нижнюю часть реактора поступает половина всего объема теплоносителя, а в среднюю часть реактора направляют остальной поток, разделяя его на два потока теплоносителя: один с высокой температурой, а другой - с пониженной. Разделение парогазовой смеси осуществляют в четырех последовательно размещенных разделительных конденсаторах, где выделяют из смеси три фракции жидких углеводородов и пиролизный газ. После этого смесь пропускают через теплообменник для сбора остатков фракций жидких углеводородов, а затем смесь направляют в циклон-сепаратор для окончательного отделения фракций жидких углеводородов от пиролизного газа, часть которого затем используют в качестве топлива на теплоэлектростанции, а другую часть возвращают в выносную топку.
Полученные фракции жидких углеводородов - мазутную, дизельную и легкую (близкую к бензиновой) - помещают в емкости.
Жидкие углеводородные фракции из первых двух конденсаторов направляют в две отдельные емкости, из третьего и четвертого конденсатора, а также из теплообменника и циклона-сепаратора получаемые фракции сливаются в третью емкость.
Конденсацию и охлаждение топливных фракций из пиролизного газа в разделительных конденсаторах осуществляют, вводя уже полученные жидкие углеводороды.
Установка для переработки органических отходов содержит вертикальный реактор пиролиза со шлюзовыми затворами для загрузки отходов и выгрузки углеродистого остатка, камеры предварительного подогрева отходов. Перегрузка последних в реакционное пространство реактора осуществляется через дополнительный шлюзовой затвор. В средней части реактора и после узла ввода топочных газов в его нижнюю часть размещены два устройства ввода газообразного теплоносителя.
Подготовку газообразного теплоносителя (дымовых газов) осуществляют в выносной топке, куда вводят газообразное топливо, получаемое после циклона-сепаратора и из камеры подогрева отходов перед загрузкой в реактор, а также необходимый для горения воздух.
Средство для выгрузки твердого углеродистого остатка (топливного угля) выполнено в виде шнекового транспортера со шлюзовыми затворами, установленными на входе и выходе из транспортера. Охлаждение остатка проводят дымовыми газами, отбираемыми после топки.
Способ конденсации и используемые при этом разделительные устройства не позволяют проводить четкого разделения на топливные фракции. Они загрязнены как частицами сажи, так и смолообразующими веществами, и перемешаны с водой. Это ухудшает качество жидкого топлива. Пиролизный газ, подаваемый в топку, является низкокалорийным и содержит большое количество азота, углекислого газа и смолообразующих примесей. В конечном итоге это приводит к зарастанию сопла горелки в топке, что затрудняет поддержание стационарного теплового режима в реакторе пиролиза.
Как видно из конструкции реактора, пиролиз происходит в двух секциях реактора при раздельной подаче газообразного теплоносителя (дымовых газов).
Кроме того, в случае переработки изношенных автомобильных шин исходные отходы должны быть раздроблены, измельчены и очищены от примесей и металлокорда. Это значительно удорожает процесс пиролиза. Разрезанные куски покрышек с металлокордом в данной установке утилизировать невозможно.
Исходные твердые органические отходы: уголь, торф, сланцы, куски шин с неорганическими и другими включениями после смешивания с катализатором - поступают в верхнюю секцию реактора. В описании к указанному патенту отсутствует указание на тип катализатора, хотя обычно для этих целей применяют микросферический цеолит, содержащий катализатор крекинга. Образование сажи, углерода и смолообразующих веществ вызывает зарастание катализатора, вследствие чего его активность снижается. При этом также уменьшается выход парогазовой смеси, а образующийся углеродистый остаток представляет собой спекшуюся массу, которая перемещается в виде пробки. В процессе движения такой массы по реактору нарушается газодинамика. Газовый поток начинает смещаться к периферии реактора, а углистый остаток - к центру, что вызывает закупорку рабочего пространства реактора.
Кроме того, в качестве топлива используют пиролизный газ после двух последних разделительных аппаратов: из камеры предварительного подогрева сырья и шнекового транспортера. Этот газ содержит большое количество азота, диоксида углерода, водорода, паров воды и является низкокалорийным, а его переменный состав приводит к нарушению стационарности процесса пиролиза. В результате такого течения процесса пиролиза происходят значительные колебания состава пиролизного газа, выводимого из реактора, из-за чего получаемая топливная жидкость имеет невысокое качество.
Выгрузка углеродистого остатка (технического углерода) через шнековый транспортер и систему шлюзовых дозаторов при охлаждении подогретым теплоносителем приводит к его дополнительному нагреву и тлению. Температура тления технического углерода 170°С.
Основной задачей, которую решают заявленные способ и установка термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий, является повышение эффективности процесса низкотемпературного пиролиза, возможность контроля процесса, а также повышение надежности и экономичности процесса.
Поставленная задача решается тем, что в способе, заключающемся в низкотемпературном пиролизе отходов в реакторе в противотоке с газообразным теплоносителем, полученном от сжигания технологического топлива, вводимым в нижнюю часть реактора, загрузке отходов и выгрузке твердого углеродистого остатка с последующим его охлаждением, конденсацией получаемой парогазовой смеси с разделением ее на несколько фракций топливной жидкости и пиролизный газ, согласно изобретению загрузку отходов и выгрузку углеродистого остатка из реактора производят циклически при отношении массы загружаемых отходов к массе выгружаемого углеродистого остатка, равным 3:(0,8-1,2), загрузку отходов осуществляют с интервалом, включающим время разогрева загружаемых отходов и дополнительное время, равное 0,4-0,6 от времени максимальной скорости выделения пиролизного газа, парогазовую смесь перед конденсацией предварительно очищают от сажистых и смолистых фракций орошением органической и/или водно-органической жидкостью при температуре 500-350°С, конденсацию парогазовой смеси с последовательным выделением топливных фракций проводят в диапазоне температур 350-70°С, а конденсацию воды при температуре 25-60°С, получаемый при этом остаточный пиролизный газ направляют на сжигание с утилизацией тепла, причем в период пуска с полной загрузкой реактора газообразный теплоноситель подают двумя потоками: основной поток в количестве 60-70% от общего расхода - в осевую зону реактора, а остальной - в его пристенную зону.
Повышение теплотворной способности парогазовой смеси может обеспечиваться поддержанием коэффициента избытка воздуха, равным 0,90-1,00, а сажистые и смолистые фракции после улавливания можно возвращать в процесс на сжигание для получения газообразного теплоносителя.
Разработанный способ реализуется в следующей установке.
В установке для осуществления способа термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий, содержащей реактор пиролиза с реакционной камерой, топку с горелкой для получения газообразного теплоносителя, конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси, а также устройства для загрузки отходов и выгрузки твердых углеродистых остатков с приспособлением для их охлаждения, согласно изобретению реакционная камера выполнена в виде смонтированных на колосниковой решетке с живым сечением 20-40% концентрично установленных наружного и внутреннего перфорированных стаканов, при этом внутренний стакан и полость между наружным стаканом и корпусом реактора выполнены закрытыми сверху посредством перегородок и оба стакана по высоте имеют три условные технологические зоны, причем стенки стаканов нижней зоны выполнены сплошными по высоте, равной 0,3-0,5 расчетной высоты загрузки, на опорах реактора смонтированы датчики контроля массы загружаемых отходов, установка снабжена барботером-промывателем с гидроциклоном для очистки парогазовой смеси от смолистых и сажистых фракций, а устройства для загрузки и выгрузки выполнены в виде шлюзовых камер.
Перфорация стенок внутреннего стакана в средней и верхней технологических зонах может быть выполнена с переменным живым сечением, увеличивающимся снизу вверх на 20-30%, а перфорация наружного стакана в этих зонах имеет постоянное живое сечение, равное 40-60%.
Конденсаторы парогазовой смеси выполнены в виде горизонтальных трубчатых газоводяных теплообменников, попарно размещенных один над другим и установленных под углом к горизонту 5-15° по ходу движения потока, а трубки теплообменников на входе парогазовой смеси снабжены сужающимися в направлении движения потока полыми коническими вставками.
На фиг.1 изображена принципиальная схема установки; на фиг.2 - реактор пиролиза (продольный разрез); на фиг.3 - реактор пиролиза (поперечный разрез); на фиг.4 - фрагмент трубной решетки конденсатора с трубками и коническими вставками; на фиг.5 - циклограмма последовательности дозагрузки отходов и скорости выделения парогазовой смеси; на фиг.6 - изменение количества пиролизного газа в процессе термической обработки.
Установка для переработки органических отходов содержит теплоизолированный реактор пиролиза 1, представляющий собой цилиндрический корпус с реакционной камерой 2, выносную топку 3 с газомазутной горелкой 4, а также приемные шлюзовые камеры 5 для подачи отходов и выгрузочные шлюзовые камеры 6. Конденсаторы 7-9 соединены соответственно с емкостями 10-12 для сбора жидких фракций, а конденсатор 13 предназначен для сбора сконденсированной воды. Реакционная камера 2 содержит наружный 14 и внутренний 15 перфорированные стаканы, смонтированные на колосниковой решетке 16, перегородку 17 в виде конуса, закрывающую сверху полость внутреннего стакана и полость между наружным стаканом и корпусом реактора. Опоры реактора 18 снабжены весовыми датчиками 19. Реактор соединен с барботером-промывателем 20, связанным с гидроциклоном 21 и с емкостью 32 для сбора промывной жидкости, а трубки 22 газоводяных конденсаторов выполнены с полыми коническими вставками 23.
Ниже приводится пример осуществления способа термохимической переработки отходов на заявленной установке с проектной производительностью 5,5 т/сутки по отходам - изношенных автомобильных покрышек. В таблице 1 представлен усредненный компонентный состав утилизируемых покрышек.
| Таблица 1 | |
| Усредненный компонентный состав утилизируемых покрышек | Состав, мас.% |
| Технический углерод | 35 |
| Каучуковая матрица | 45 |
| Металлокорд | 11,5 |
| Пластификатор | 6,0 |
| Сера | 2,5 |
Перед загрузкой резинотехнические изделия, в частности автопокрышки, в количестве 900 кг (расчетная загрузка) разрезали на фрагменты и укладывали горизонтальными рядами в контейнер загрузки (на чертеже условно не показан).
Такая загрузка увеличивает свободное сечение для прохода газообразного теплоносителя (дымовых газов) и удлиняет траекторию его движения, что способствует усилению турбулизации газовых потоков, тем самым увеличивая коэффициент теплопередачи и снижая время разогрева покрышек. Затем контейнер доставляли и перегружали в приемные шлюзовые камеры 5 реактора. При работе шлюзовых камер 5 отходы подают в загрузочный отсек, после чего внешний люк закрывается и блокируется. Для продвижения отходов открываются внутренние створки 24, и фрагменты автопокрышек под собственным весом перемещаются в реакционную зону 2.
Процесс пиролиза осуществляют непосредственно в реакторе. После запуска все технологическое оборудование находится под разряжением порядка 500 мм рт.ст., что обеспечивает продвижение продукта и исключает его утечки из технологического тракта. Разогрев реактора 1 до температуры 490-500°С проводят сжиганием топлива в выносной топке 3 с подачей газообразного теплоносителя в нижнюю часть реактора 1 под колосниковую решетку 16 в противотоке с загружаемыми отходами.
В период пуска с полной загрузкой реактора газообразный теплоноситель подают двумя потоками: основной поток в количестве 60-70% от общего расхода - в осевую зону реактора, а остальной - в его пристенную зону.
Повышение теплотворной способности парогазовой смеси обеспечивают поддержанием коэффициента избытка воздуха, равным 0,9-1,0.
Загрузку отходов ведут циклически отдельными партиями.
Отходы из шлюзовых камер 5 попадают в реакционную камеру 2 реактора, содержащую наружный 14 и внутренний 15 стаканы.
Стаканы смонтированы на колосниковой решетке, имеющей живое сечение, равное 20-40%. Снижение живого сечения ниже 20% будет увеличивать риск закоксовывания решетки углеродистым остатком, а превышение живого сечения выше 40% вызовет нарушение теплообмена в реакционной камере реактора.
Стенки стаканов в нижней технологической зоне с высотой, равной 0,3-0,5 от указанной расчетной высоты загрузки отходов, выполнены сплошными без перфорации. Увеличение высоты сплошных стенок стаканов более 0,5 расчетной высоты приводит к замедлению процесса пиролиза, а снижение высоты менее 0,3 вызывает спекание и комкование продуктов пиролиза в нижней зоне реакционной камеры на колосниковой решетке. Перфорация стенок внутреннего стакана в средней и верхней технологических зонах имеет переменное живое сечение, увеличивающееся снизу вверх на 20-30% и эти зоны в наружном стакане выполнены с одинаковым живым сечением 40-60%. При таких живых сечениях перфорированных стенок в указанных зонах стаканов 14 и 15 обеспечивается оптимальное деление потока теплоносителя, ускоренный прогрев фрагментов покрышек с одновременной интенсификацией процесса теплообмена в замкнутом объеме при непрерывном процессе пиролиза.
Для ведения процесса пиролиза с максимальной скоростью выделения парогазовой смеси и в установившемся режиме дозагрузку отходов ведут по циклограмме с временными периодами, включающими время разогрева загружаемых отходов и дополнительное время от времени максимальной скорости выделения парогазовой смеси через интервал времени τ=τпр+(0,4-0,6)τпир (τпр - время прогрева; τпир - время выделения пиролизного газа). Ход ведения процесса отражен кривыми I,II и III (фиг.5).
При начальной загрузке отходов массой 900 кг и последующей циклической дозагрузки отдельных весовых партий интервал времени τ цикла составляет 4 часа, равное сумме времени подогрева порционной загрузки 1 час, и времени выделения пиролизного газа τпир, равного 1,5 часа, а также остальное время загрузки и времени выгрузки.
Благодаря циклической загрузке, контролю над температурой ведения процесса, массой загружаемых отходов и продуктов пиролиза выход парогазовой смеси, образующейся в процессе, поддерживается постоянным.
Это время определяют экспериментально по изменению массы реактора с отходами. Контроль над массой загружаемых отходов, а также выгрузкой углеродистого остатка (пирокарбона) из реакционной зоны осуществляют с помощью датчиков 19 (в данном примере, тензодатчиков), смонтированных на опорах 18 реактора.
Установлено, что при выработке газа во время пиролиза имеются три характерных временных участка: начальное время разогрева τнач, участок с установившейся скоростью выработки газа τуст и участок с падающей скоростью τкон (фиг.6, кривая 1). Поэтому для ведения процесса пиролиза в установившемся режиме загрузку отходов по массе ведут в соотношении Gзагр:Gвыгр=3:(0,8÷1,2) и при расходе газообразного теплоносителя из топки, равном 1,05-1,25 по отношению к теоретическому расходу на единицу массы отходов в течение первых 15-30 минут. В указанном интервале соотношение массы загружаемых отходов и массы выгружаемого углеродистого остатка вместе с металлокордом составляет соответственно 350 и 100 кг/т. Расход газообразного теплоносителя в приведенном примере равен 1,2 по отношению к теоретическому расходу на единицу массы отходов в течение первых 20 минут.
В процессе термического разложения отходов выделяются газообразные продукты в виде парогазовой смеси, направляемой в газовый тракт, и углеродистый остаток - пирокарбон, который периодически (раз в 90-120 мин) согласно циклограмме выгружают. Охлаждение (гашение) пирокарбона после выгрузки через несколько шлюзовых камер 6, обеспечивающих герметичное присоединения камер к реактору 1, производят водой (система орошения на схеме условно не показана). После этого пирокарбон подвергают сушке, а затем после извлечения металлокорда отправляют потребителю.
При достижении в реакторе пиролиза 1 температуры 90-95°С включают подачу промывной жидкости в барботер-промыватель 20 и систему охлаждения горизонтальных газоводяных конденсаторов 7-9 и 13. Также подают охлаждающую воду в сборник шлама 25 для отвода тепла от промывной жидкости. В качестве промывной жидкости может использоваться топливная жидкость.
Выделение смолистых и сажистых фракций осуществляют в замкнутом циклическом режиме при пропускании парогазовой смеси через барботер-промыватель 20, где за счет орошения органической или водоорганической жидкостью отделяются сажа и тяжело кипящие смолистые фракции путем снижения температуры продуктов пиролиза с 500 до 350°С. В качестве органической и/или водно-органической жидкости используют смесь топливных фракций. Затем смесь с уловленными загрязняющими фракциями поступает в емкость 32 промывной жидкости, откуда насосом ее подают на разделение в гидроциклон 21. Промывную жидкость возвращают в барботер-промыватель 20. Топливная жидкость, загрязненная смолисто-сажистыми компонентами из барботера-промывателя 20 и гидроциклона 21, направляется в сборник шлама 25. Твердую фракцию осадка после отстаивания в сборнике подают на сжигание в выносную топку 3, а жидкая фракция может быть возвращена в производство.
Благодаря такой очистке удается уменьшить попадание в систему конденсации сажисто-смолистых включений и, как следствие, загрязнение ими товарных продуктов пиролиза.
Из барботера-промывателя 20 парогазовую смесь направляют в конденсаторы 7-9, где происходят охлаждение смеси и конденсация жидкой органической фракции. Полученные жидкие компоненты сливают в емкости 10-12, соответственно для мазутной, бензиновой и дизельной фракций, из которых затем возможно приготовление топливного продукта заданного состава путем смешения полученных фракций. Для получения заданного состава топливных фракций контролируют температуру последних на выходе из конденсаторов. В конденсаторах 7-9 поддерживают температуру соответственно 350, 250 и 150°С. При выходе из конденсатора 7 температура газовой фазы равнялась 250°С, из конденсатора 8 - 150°С, а из конденсатора 9 - 70°С, что позволяет исключить попадание воды в жидкое топливо. Вода конденсируется в конденсаторе 13 при температуре 25-60°С, что повышает теплотворную способность пиролизного газа. Водный конденсат сбрасывают в канализацию. Усредненный состав и объем пиролизного газа после конденсации приведен в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Состав пиролизного газа | кг/т | Состав, мас.% |
| 1 | Азот | 265,9 | 43,3 |
| 2 | Водород | 70,13 | 11,4 |
| 3 | Оксид углерода | 70,1 | 11,4 |
| 4 | Диоксид углерода | 81,12 | 13,2 |
| 5 | Метан | 23,38 | 3,8 |
| 6 | Непредельные углеводороды (этан, пропан, бутан) | 16,36 | 2,7 |
| 7 | Вода | 87,6 | 14,25 |
Далее пиролизный газ из конденсатора 13 направляют в сепаратор 26 и вентилятором 27 подают на сжигание в котел-утилизатор 28 для подогрева воды на технические нужды, а дымовые газы выбрасывают в атмосферу через трубу 29.
Экспериментально установлена целесообразность проведения пиролиза при температурах не выше 500°С, что способствует максимальному выходу топливных фракций, а получение трех обезвоженных топливных фракций (тяжелой - мазутной, средней - дизельной и легкой - бензиновой) проводят конденсацией из газов до температуры начала конденсации воды, зависящей от влажности парогазовой смеси.
Конденсаторы охлаждают подаваемой из циркуляционной емкости 30 водой с температурой 25°С. Нагретую в конденсаторах воду до температуры 50°С направляют в холодильник 31, а затем возвращают в циркуляционную емкость 30. Этим обеспечивают оборотный цикл по воде и защиту окружающей среды от загрязняющих выбросов.
Горизонтальные газоводяные теплообменники, образующие систему конденсаторов, последовательно соединены между собой по ходу газа, установлены наклонно в сторону движения потока под углом 5-15° к горизонту и попарно размещены один над другим. Такой монтаж конденсаторов позволяет быстро освобождать их от сконденсированного топлива, а в случае образования на внутренних стенках трубок твердого осадка существенно снизить трудоемкость по очистке трубок при снятых крышках.
Кроме того, трубки газоводяных теплообменников увеличены в диаметре на 30-40% по сравнению со стандартным их типоразмером. На входе парогазовой смеси трубки снабжены сужающимися в направлении движения потока полыми коническими вставками. Установка последних уменьшает перепад температур в области трубной доски, что повышает срок службы конденсаторов и их надежность. Кроме того, конические вставки увеличивают скорость парогазовой смеси в трубках и тем самым повышают интенсивность теплообмена и степень конденсации жидких компонентов топлива.
На опытно-промышленной установке был проведен процесс пиролиза отработанных автомобильных покрышек.
В таблице 3 приведены показатели работы установки пиролиза.
Пример 1 соответствует осуществлению способа при режимных и конструктивных параметрах, меньших, чем они указаны в формуле изобретения, а пример 4 осуществляли при времени цикла (τ=τпр+0,8τпир), равном 6 часам, коэффициенте избытка воздуха α, равном 1,25, при максимальном значении живого сечения колосниковой решетки φ=70% и соотношении массы загружаемых шин к массе выгружаемого углеродистого остатка Gзагр:Gвыгр=4:1, что соответствует показателям, превышающим верхний предел параметров.
Пример 2 соответствует минимальным границам заявляемых соотношений, при интервале времени цикла 4 часа (τ=τпр+0,4τпир), α=0,9, живом сечении колосниковой решетки φ=20% с коническими вставками в трубках конденсаторов, а пример 3 соответствует интервалу времени цикла 5,5 часов (τ=τпр+0,6τпир), α=1,0, живом сечении колосниковой решетки φ=40%.
Как видно из приведенных данных, показатели работы установки пиролиза отработанных автомобильных покрышек оптимальны в примерах 2 и 3.
Предложенный способ и установка для термической переработки твердых органических отходов, в частности резинотехнических изделий, позволяют повысить эффективность процесса низкотемпературного пиролиза, обеспечивают возможность контроля процесса и получение качественного жидкого топлива и углеродистого остатка (пирокарбона) практически по безотходной технологической схеме. Реализуемый согласно настоящему изобретению процесс пиролиза экономичности целесообразен, не загрязняет окружающую среду газообразными, жидкими и твердыми выбросами, а устройство надежно в эксплуатации.
Кроме того, решается проблема, связанная с накоплением и утилизацией автопокрышек. При этом только при заявленной совокупности существенных признаков и заявленных соотношений технологических параметров, которые определены экспериментальным путем, достигается максимальная эффективность процесса пиролиза.
| Таблица 3 | |||||
| № п/п | Продукты пиролиза | Пример 1, мас.%/
|
Пример 2, мас.%/ 
|
Пример 3, мас.%/
|
Пример 4, мас.%/
|
| 1 | Жидкое топливо | 32/320 | 42/420 | 44/440 | 33/330 |
| 2 | Бензиновая фракция | 17/54,4 | 23,72/99,6 | 25/105 | 18/59,4 |
| 3 | Дизельная фракция | 30/96 | 37,5/157,4 | 37,5/157,4 | 29/95,7 |
| 4 | Мазутная фракция | 18/57,6 | 15,3/64,3 | 17,0/74,8 | 20/66 |
| 5 | Тяжелокипящие смолы | 10/32 | 8,5/35,7 | 8,5/35,0 | 10/33 |
| 6 | Вода | 95/80 | 15/63 | 15/63 | 24/73,2 |
| 7 | Углеродистый остаток | 25/250 | 30/300 | 32/320 | 35/350 |
| 8 | Металлокорд | 10/100 | 10/100 | 10/100 | 10/100 |
| 9 | Пиролизный газ | - | 180 | 182 | 150 |
| 10 | Водород | 25/59,5 | 39/70,1 | 42/72 | 40/60 |
| 11 | Оксид углерода | 30/51 | 390/70 | 39/70 | 32/48 |
| 12 | Метан | 11/18,7 | 13,0/23,4 | 13,4/25 | 12/18 |
| 13 | Непредельные углеводороды (этан, пропан, бутан) | 9,1/15,47 | 9,1/16,4 | 9,3/16,5 | 14/21 |
1. Способ термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий, заключающийся в низкотемпературном пиролизе отходов в реакторе в противотоке с газообразным теплоносителем, полученным от сжигания технологического топлива, вводимым в нижнюю часть реактора, загрузке отходов и выгрузке твердого углеродистого остатка с последующим его охлаждением, конденсацией получаемой парогазовой смеси с разделением ее на несколько фракций топливной жидкости и пиролизный газ, отличающийся тем, что загрузку отходов и выгрузку углеродистого остатка из реактора производят циклически при отношении массы загружаемых отходов к массе выгружаемого углеродистого остатка, равном 3:(0,8-1,2), загрузку отходов осуществляют с интервалом, включающим время разогрева загружаемых отходов и дополнительное время, равное 0,4-0,6 времени максимальной скорости выделения пиролизного газа, парогазовую смесь перед конденсацией предварительно очищают от сажистых и смолистых фракций орошением органической и/или водно-органической жидкостью при температуре 500-350°С, конденсацию парогазовой смеси с последовательным выделением топливных фракций проводят в диапазоне температур 350-70°С, а конденсацию воды при температуре 25-60°С и получаемый при этом остаточный пиролизный газ направляют на сжигание с утилизацией тепла, причем в период пуска с полной загрузкой реактора газообразный теплоноситель подают двумя потоками: основной поток в количестве 60-70% от общего расхода - в осевую зону реактора, а остальной - в его пристенную зону.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении газообразного теплоносителя поддерживают коэффициент избытка воздуха, равный 0,90-1,00.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что сажистые и смолистые фракции после улавливания возвращают в процесс на сжигание для получения газообразного теплоносителя.
4. Установка для осуществления способа термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий, содержащая реактор пиролиза с реакционной камерой, топку с горелкой для получения газообразного теплоносителя, конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси, а также устройства для загрузки отходов и выгрузки твердых углеродистых остатков с приспособлением для их охлаждения, отличающаяся тем, что реакционная камера выполнена в виде смонтированных на колосниковой решетке с живым сечением 20-40% концентрично установленных наружного и внутреннего перфорированных стаканов, при этом внутренний стакан и полость между наружным стаканом и корпусом реактора выполнены закрытыми сверху посредством перегородок и оба стакана по высоте имеют три условные технологические зоны, причем стенки стаканов нижней зоны выполнены сплошными по высоте, равной 0,3-0,5 расчетной высоты загрузки, на опорах реактора смонтированы датчики контроля массы загружаемых отходов, установка снабжена барботером-промывателем с гидроциклоном для очистки парогазовой смеси от смолистых и сажистых фракций, а устройства для загрузки и выгрузки выполнены в виде шлюзовых камер.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что перфорация стенок внутренних стаканов в средней и верхней технологических зонах выполнена с переменным живым сечением, увеличивающимся снизу вверх на 20-30%, а перфорация стенок наружных стаканов в средней и верхней технологических зонах выполнена с постоянным живым сечением, равным 40-60%..
6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси для выделения жидких топливных фракций и пиролизного газа выполнены в виде горизонтальных трубчатых газоводяных теплообменников, попарно размещенных один над другим и установленных под углом к горизонту 5-15° по ходу движения потока.
7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что трубки газоводяных теплообменников на входе парогазовой смеси снабжены сужающимися в направлении движения потока полыми коническими вставками.
