Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR THE PYROLYSIS OF A RAW MATERIAL CONTAINING ORGANIC COMPOUNDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/068437
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the processing of raw materials containing organic compounds. The method for the pyrolysis of a raw material containing organic compounds comprises preparing and feeding a raw material into a reactor through a sluice-type loading chamber in which said material is preliminarily subjected to vacuum and separated from the thermal processing area and from the environment, carrying out the pyrolysis by indirect heating at a temperature of 450-500° C using a heat carrier fed into the reactor while removing of the solid phase thus formed by separating the liquid and gaseous phases containing carbon and hydrocarbons, and discharging the solid substances resulting from the pyrolysis through a sluice-type unloading chamber provided in the lower portion of the reactor. The pyrolysis method comprises using at least one reactor comprising dual walls, a preliminarily-heated heat carrier being fed into the gap between them. The heat carrier is heated using a heating boiler that is isolated from the reactor. The technical result is the uniformity of the heating of the reactor walls and thus an increase in the productivity and stability of the pyrolysis process.

Inventors:
KULIKOV ALEXEY VLADIMIROVICH (RU)
VOROBYEV ANDREY ANDREEVICH (RU)
ZOBIN IGOR LEONIDOVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2010/000685
Publication Date:
June 09, 2011
Filing Date:
November 19, 2010
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KULIKOV ALEXEY VLADIMIROVICH (RU)
VOROBYEV ANDREY ANDREEVICH (RU)
ZOBIN IGOR LEONIDOVICH (RU)
International Classes:
F23G5/027
Foreign References:
RU2358002C22009-06-10
RU2297288C12007-04-20
RU58533U12006-11-27
Other References:
M. N. BERNADINER ET AL., OGNEVAYA PERERABOTKA I OBEZVREZHIVANIE PROMYSHLENNYKH OTKHODOV., 1990, MOSCOW, KHIMIYA, pages 18, 19
"Poliest", TEPLONOSITELI, 2008, Retrieved from the Internet [retrieved on 20110208]
Attorney, Agent or Firm:
PODOKSIK, Mikhail Yakovlevich (RU)
ПОДОКСИК, Михаил Яковлевич (RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ пиролиза органосодержащего сырья путем термической обработки, включающий подготовку и подачу сырья в реактор через шлюзовую камеру загрузки, в которой его предварительно подвергают вакуумированию и отделяют от области термической обработки и окружающей среды, последующее осуществление пиролиза перерабатываемого сырья путем косвенного нагрева при температуре 450-500°С подаваемым в реактор теплоносителем с отделением образующейся твердой фазы, разделением жидкой и парогазообразной фаз, содержащих углерод и углеводороды, и эвакуацию твердых субстанций пиролиза через шлюзовую камеру выгрузки, размещенную в нижней части реактора, отличающийся тем, что для пиролиза используют, по меньшей мере, один реактор, который выполняют со сдвоенными стенками, в пространство между которыми осуществляют в процессе пиролиза непрерывную подачу предварительно разогретого теплоносителя, при этом теплоноситель подогревают посредством разогревающего котла, размещенного изолированно относительно реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перерабатываемое органосодержащее сырье перед подачей в реактор предварительно подвергают дроблению.

3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что перерабатываемое органосодержащее сырье подают в реактор в виде цельного продукта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пространство между стенками реактора подают высокотемпературные органические теплоносители.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пространство между стенками реактора подают высокотемпературный теплоноситель в виде эвтектического сплава.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочую зону реактора подогревают дополнительно установленным внутри него элементом, обогреваемым теплоносителем.

7. Способ по п.1 , отличающийся тем, что пиролиз осуществляют одновременно в нескольких реакторах, образующих батарейный блок.

Description:
Способ пиролиза органосодержащего сырья

Область техники

Изобретение относится к области переработки органосодержащего сырья, в частности угля, сланцев, торфа, древесины, продуктов растениеводства, отходов животноводства, промышленных, городских отходов, с целью извлечения различных видов жидкого и твердого топлива и предназначено преимущественно для переработки изношенных, поврежденных или забракованных при производстве автомобильных покрышек, отходов производства резиносодержащих изделий и т.п.

Предшествующий уровень техники

Отработавшее свой ресурс органосодержащее сырье составляет значительную долю продуктов человеческой деятельности, загрязняющих окружающую среду. Наиболее остро стоит проблема утилизации изношенных автопокрышек, особенно крупногабаритных, лишь небольшая часть которых подвергается вторичной переработке, в результате чего огромное их количество накапливается на свалках.

Простейшим примером утилизации отходов резинотехнических изделий является их сжигание, которое широко используется особенно применительно к изношенным автопокрышкам. Однако такая утилизация в значительной мере загрязняет окружающую среду.

Полная утилизация отслуживших свой срок автомобильных покрышек и других резинотехнических изделий необходима, с одной стороны, для снижения и устранения затрат по хранению накопившихся запасов этих изделий, возникших в результате жизнедеятельности человечества. Эти запасы в силу особенности химической структуры представляют серьезную опасность экологическому равновесию в окружающей среде. С другой стороны, материалы, входящие в состав этих изделий, являются ценным сырьем для производства различных веществ, конструкций, изделий, и вторичное их использование обеспечило бы экономичное и рациональное использование целого ряда природных ресурсов: целлюлозы, каучуков (резины), руд черных металлов, энергоресурсов. Так как эти материалы содержатся в составе утилизируемых предметов виде отдельных, механически связанных между собой составляющих, важнейшим требованием является применение технологий, которые обеспечивали бы только разрушение этих механических связей без воздействия на химические свойства.

Одним из методов переработки является высокотемпературное разложение резинотехнических изделий без доступа воздуха - пиролиз, позволяющий получать из шинной резины сажу, а также ряд жидких и газообразных органических веществ, которые могут быть использованы в химической промышленности, энергетике. Высокотемпературное разложение резинотехнических изделий может быть осуществлено прямым пиролизом на перерабатываемое сырье, когда его сжигают в реакторе, непосредственно воздействуя на него пламенем, либо косвенным пиролизом, когда нагрев обрабатываемого сырья происходит через стенку реактора, в котором его перерабатывают. Примером прямого пиролиза может служить способ переработки органического сырья в топливные компоненты, приведенный в патенте РФ Ж..182684. Согласно описанию предварительно брикетированное и высушенное до влажности 15% сырье с помощью загрузочного приспособления подают в приемный бункер, из которого затем оно порциями через шлюзовой дозатор загрузки поступает в реактор для пиролиза. Реактор для пиролиза снабжен кольцевой топочной камерой, расположенной в его нижней части, вход которой оборудован горелкой с приспособлением для ионизации и дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, а выходы выполнены радиальными и размещены по периметру рабочей зоны реактора для пиролиза. Топочный газ поступает в реактор для пиролиза снизу через радиальные выходы, омывает поступающее сверху через шлюзовой дозатор загрузки сырье, обеспечивая его равномерный прогрев до температуры возгонки летучих компонентов. Обратный газ подают в повышенной концентрации по отношению к воздуху, чтобы обеспечить полное сгорание кислорода, содержащегося в воздухе. Полученный в результате сгорания топочный газ, не содержащий кислорода, состоит в основном из азота, не участвующего в горении, но являющегося основным теплоносителем, остатков пиролизного газа, углекислого газа и других продуктов горения.

Недостатком известного способа является то, что, во-первых, он не обеспечивает герметичности реактора в процессе эксплуатации, что может привести к попаданию газообразных продуктов пиролиза в окружающую среду либо к тому, что атмосферный кислород с воздухом может попасть в рабочую зону, что может вызвать воспламенение газообразных продуктов пиролиза. Во-вторых, вследствие ввода продуктов горения в зону реакции в газовой фазе продуктов пиролиза будет увеличиваться концентрация углекислого газа, что может привести к затуханию пламени в горелке и, как следствие, произойдет затухание реакции. Кроме того, использование насадочной колонны приводит к тому, что последняя, вследствие осмоления колец насадки, быстро забивается и требует частой промывки, что усложняет эксплуатацию установки.

Известен также способ пиролиза углеводородного сырья, описанный в патенте РФ N°20781 1 1. Устройство для осуществления этого способа содержит верхнюю и нижнюю части, соединенные посредством конического разъема с уплотните льными кольцами. В полости верхней части печи вертикально смонтирована пиролизная камера. Печь снабжена кольцевым лотком с патрубком для отвода жидких продуктов пиролиза. Способ осуществляется циклично: поднимают грузоподъемным устройством верхнюю часть печи, в пиролизную камеру загружают пакет шин, затем возвращают верхнюю часть на место и закрепляют разъемные соединения. Далее подают горячие газы из топочного устройства между стенками печи и пиролизной камерой и осуществляют разложение шин по заданному режиму с последующей выгрузкой в обратном порядке твердого остатка из пиролизной камеры.

Недостатком известного способа является цикличность работы и высокие энергетические потери, связанные с необходимостью периодического нагрева печи до рабочей температуры после очередной загрузки шин и последующего охлаждения при выгрузке твердой фазы продуктов деструкции. Известен также способ термической переработки изношенных шин, описанный в патенте РФ .Л39187. Изношенные шины или использованные резинотехнические изделия через герметичный питатель загружают в реакционную камеру, представляющую собой металлический корпус, футерованный изнутри огнеупорным материалом. В нижнюю часть камеры через систему отверстий подают восстановительный газ из генератора при температуре 550- 800°С. Газообразные продукты реакции разложения шин, содержащие пары углеводородных соединений от С 2 до С 5 и углеводородные газы от С 5 до С \2 в смеси с восстановительным газом с температурой 240-350°С выводят из верхней части реактора и подают либо на сжигание в тепловые аппараты, либо на разделение жидких и газообразных фракций. Твердые продукты, содержащие углеродную сажу и минеральные составляющие резиновых смесей (двуокись цинка, мел, молотую серу и др.), дополнительно обрабатывают перегретым водяным паром после окончания пиролиза и выводят через герметичный питатель в охлаждаемый бункер, где происходит разделение твердого остатка на технический углерод и металл.

Из заявки на патент Германии N°2404800 известен способ пиролиза цельных покрышек, который осуществляется путем термообработки косвенным нагревом и значительной газонепроницаемостью. Газообразные продукты, выделяемые в течение нагрева, проводят и ректифицируют в совместно действующем непрерывном технологическом процессе и удаляют различные твердые вещества. Перед ее вводом в зону термической обработки каждая покрышка проходит через масляную баню и в течение дальнейшего продвижения к верхней части зоны термообработки ее дренируют, сушат и нагревают.

Недостатками этого способа является то, что часть масла в бане захватывается каждой следующей покрышкой, не полностью дренируется (стекает) и проникает в зону термической обработки с остатками масла, что ведет к дополнительным энергетическим затратам для пиролиза масла. Фактически отсутствует подогрев покрышек, поскольку тепло используется для нагрева масляной пленки, которая покрывает покрышки. Нет гарантии того, что в результате прохождения покрышек через масляную баню не возникнет дополнительного потока кислорода, который абсолютно нежелателен, поскольку он создает помехи течению технологического процесса. Недостатком данного изобретения являются высокие энергетические затраты за счет использования внешнего источника углеводородов для восстановительного газа и пара.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению, т.е. прототипом, является способ пиролиза цельной автомобильной покрышки, описанный в патенте РФ N°2358002. Согласно известному изобретению способ пиролиза цельных покрышек осуществляется термической обработкой путем косвенного нагрева при существенной газонепроницаемости, причем выделяемые газообразные углеводороды переносятся к действующей совместно установке сепарации конденсата, соединенной с оборудованием, где они ректифицируются в непрерывном действующем совместно технологическом процессе. Отделенные твердые компоненты удаляются. Каждая покрышка подвергается предварительному нагреву перед поступлением в область термической обработки, причем перед предварительным нагревом пространство, которое занимает следующая покрышка, подвергается вакуумной обработке, заполняется инертным газом и отделено от области термической обработки и окружающей среды. Область термической обработки представляет собой цилиндрический реактор, который нагревается системой сгорания посредством тангенциально позиционируемых горелок камеры сгорания. Для загрузки покрышки колпак цилиндрического реактора поднимают помощью внешне установленного подъемника, соединенного с колпаком, и продвигают вперед с помощью двух подъемных пневматических цилиндров. Покрышка одновременно приводится в движение к отверстию цилиндрического реактора. Технологический процесс осуществляется с непрерывной подачей цельных покрышек с заданной скоростью и с постоянным освобождением газообразных углеводородов, после чего твердые компоненты - углерод и стальная проволока - транспортируются через нижнее отверстие цилиндрического реактора в резервуар с водой и выгружаются для дальнейшей обработки.

Недостатком известного способа является то, что он обеспечивается сложным аппаратурным оформлением процесса, вызванным наличием сложной горизонтальной подающей конвейерной системы в верхнем уровне реактора и расположенной внизу выпускной конвейерной системы с трубопроводами, сложным конструктивным исполнением приемной камеры. Поднятие колпака цилиндрического реактора для загрузки перерабатываемой покрышки с помощью внешне установленного подъемника, соединенного с колпаком, и продвижение вперед с помощью двух подъемных пневматических цилиндров также усложняет осуществление способа переработки сырья, повышает энергетические затраты, снижает его производительность. Недостатком известного способа являются также высокие энергетические потери, связанные с необходимостью периодического нагрева печи до рабочей температуры после очередной загрузки шин и последующего охлаждения при выгрузке твердой фазы продуктов деструкции. Кроме того, наличие системы сгорания, выполненной в виде камеры сгорания, которая охватывает реактор вдоль его высоты, и горелок, симметрично окружающих реактор в нижней части камеры сгорания, не позволяют обеспечить равномерность нагрева стенок реактора, что, в свою очередь, снижает производительность процесса пиролиза, повышает опасность термического процесса. Возможно возникновение коррозионного эффекта (ржавление металла) стенок реактора в случае выполнения их из черного металла. Все это вместе взятое снижает эффективность осуществления пиролиза органосодержащего сырья.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на исключение вышеперечисленных недостатков, а именно на повышение эффективности процесса пиролиза органосодержащего сырья, в частности угля, сланцев, торфа, древесины, продуктов растениеводства, отходов животноводства, промышленных, городских отходов, изношенных, поврежденных или забракованных при производстве автомобильных покрышек, отходов производства резиносодержащих изделий путем повышения производительности обработки, безопасности протекания процесса и его упрощения.

Для решения поставленной задачи в способе пиролиза органосодержащего сырья путем термической обработки, включающем подготовку и подачу сырья в реактор через шлюзовую камеру загрузки, в которой его предварительно подвергают вакуумированию и отделяют от области термической обработки и окружающей среды, последующее осуществление пиролиза перерабатываемого сырья путем косвенного нагрева при температуре 450-500°С подаваемым в реактор теплоносителем с отделением образующейся твердой фазы, разделением жидкой и парогазообразной фаз, содержащих углерод и углеводороды, и эвакуацию твердых субстанций пиролиза через шлюзовую камеру выгрузки, размещенную в нижней части реактора, согласно заявляемому изобретению для пиролиза используют, по меньшей мере, один реактор, который выполняют со сдвоенными стенками, в пространство между которыми осуществляют в процессе пиролиза непрерывную подачу предварительно разогретого теплоносителя, при этом теплоноситель подогревают посредством разогревающего котла, размещенного изолированно относительно реактора.

Другими отличиями заявляемого способа является то, что перерабатываемое органосодержащее сырье перед подачей в реактор либо предварительно подвергают дроблению, либо подают в реактор в виде цельного продукта.

Дополнительные отличия предлагаемого изобретения от прототипа заключаются в том, что в пространство между стенками реактора могут подавать высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) или высокотемпературный теплоноситель в виде эвтектического сплава.

Следующие отличия заявляемого способа пиролиза заключаются в том, что рабочую зону реактора подогревают дополнительно установленным внутри него элементом, обогреваемым теплоносителем.

Кроме того, пиролиз можно осуществлять одновременно в нескольких реакторах, образующих батарейный блок.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое изобретение отличается наличием новых действий, иным порядком выполнения их во времени, а также условиями осуществления действий, в частности, оборудованием, которое используется при их осуществлении.

Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время неизвестен способ пиролиза органосодержащего сырья путем термической обработки, обладающий такой же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемый. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении уровня техники, известного в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Использование для осуществления пиролиза органосодержащего сырья реактора, выполненного со сдвоенными стенками, в пространство между которыми в процессе пиролиза производят непрерывную подачу предварительно разогретого теплоносителя, подогрев теплоносителя посредством разогревающего котла, размещенного изолированно относительно реактора, позволят осуществить равномерный нагрев реактора, тем самым обеспечить однородность получаемых продуктов по химическому составу и повысить производительность процесса. Отсутствие горелок для проведения пиролиза повысит безопасность термического процесса разложения сырья. Кроме того, косвенный обогрев покрышек через стенки реактора без использования горелок значительно упростит поддержание постоянной температуры в реакторе, необходимой для процесса, увеличит коэффициент полезного действия нагрева, позволит автоматизировать процесс термообработки. Осуществление пиролиза при отсутствии кислорода и пара в теплоносителе предотвращает процесс коррозии металла стенок реактора. Подача в пространство между стенками реактора или высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ), или высокотемпературного теплоносителя в виде эвтектического сплава производится в зависимости от конкретного температурного режима, при котором происходит процесс пиролиза. Это расширяет технологические возможности заявляемого способа. Подача в реактор органосодержащего сырья в виде цельного продукта или предварительно подвергнутого дроблению являются вариантами исполнения способа и также расширяют его технологические возможности. Подогрев рабочей зоны реактора дополнительно установленным внутри него элементом, обогреваемым теплоносителем, позволит увеличить теплоотдачу при пиролизе, тем самым ускорить его протекание. Использование для пиролиза нескольких реакторов, образующих батарейный блок, позволит также повысить производительность процесса термической обработки резинотехнических изделий. Таким образом, все вышеперечисленные вместе взятые отличительные от прототипа признаки позволят повысить, в конечном счете, эффективность процесса термического разложения без доступа воздуха органосодержащего сырья, в т.ч. изношенных автомобильных покрышек.

Вышеизложенное доказывает, что совокупность отличительных от прототипа признаков обеспечивает возможность использования заявляемого технического решения для переработки органосодержащего сырья, в частности изношенных, поврежденных или забракованных при изготовлении автомобильных покрышек, отходов производства резиносодержащих изделий для получения материала, пригодного для повторного использования, например в виде топлива, т.е. оно соответствует критерию изобретения "промышленная применимость".

Краткое описание фигур чертежей

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена установка для осуществления способа; на фиг.2 - реактор с установленным внутри обогревающим элементом.

Лучший вариант осуществления изобретения ·

В реактор 1 через шлюзовую камеру 2 загрузки, загружают органосодержащее сырье: утилизируемые отходы - автомобильные шины, другие резиновые отходы, различные отходы углеводородов, в том числе полимеров. Шлюзовая камера 2 позволяет осуществлять процесс загрузки сырья без доступа кислорода воздуха. Конкретный пример осуществления способа рассмотрим на термической переработке изношенных автомобильных шин. Согласно предполагаемому изобретению шины 3 подают в шлюзовую камеру 2 в виде цельного продукта, либо их перед подачей предварительно измельчают. После наполнения камеры 2 перерабатываемым сырьем 3 ее перекрывают затвором 4, отделяя от окружающей среды и зоны термической обработки реактора 1 , и откачивают из нее воздух, т.е. вакуумируют, обеспечивая, тем самым, герметичность реактора. Затем затвор 4 открывают и шины 3 поступают в рабочее пространство реактора 1. Реактор выполнен в виде термоса и имеет сдвоенные стенки, в пространство (рубашку) 5 между которыми подают теплоноситель. Теплоноситель предварительно нагревают посредством разогревающего котла 6, размещенного изолированно относительно реактора 1 , и осуществляют непрерывную подачу его в реактор. В зависимости от конкретного температурного режима, при котором происходит процесс пиролиза (в нашем примере он составляет 450-500°С), в качестве теплоносителя могут быть использованы высокотемпературные органические теплоносители ВОТ (http://poliest.ltd.su/main/index- 1312.html;

http://www.fptl . га/ files/ oborudovani e/lekcij а_6.doc), либо высокотемпературные теплоносители в виде эвтектического сплава (http://www.fptl.ru/files/oborudovanie/lekcija_6.doc; http://www.masla- smazki.ru/common.html?thermooil), например солей натрия и калия. Теплоноситель поступает из котла 6 по теплоизолированной трубе 7 через отверстие в рубашку 5 реактора 1 , омывает стенки его рабочей зоны 8, прогревая их и загруженное в нее перерабатываемое сырье. Отработанный теплоноситель по теплотрубе 9 возвращается в котел 6, где вновь подогревается. Таким образом, в реакторе 1 поддерживается постоянная рабочая температура.

Поступивший в реактор подогретый теплоноситель прогревает перерабатываемые шины до температуры разложения сырья (450- 600°С), в результате чего при отсутствии доступа воздуха происходит их разложение с образованием синтезированного газообразного продукта, жидкого топлива (пиролизного масла, печного топлива) и твердой фракции (пирокарбон, металлокорд). Пиролизная жидкость применяется в качестве печного топлива для котлоагрегатов, возможна последующая разгонка на фракции с целью получения различных нефтепродуктов: бензина, керосина, дизельного топлива. Пирокарбон используется как твердое топливо, наполнитель для изготовления резинотехнических изделий неответственного назначения, краситель и т.д. Металлокорд применяется для дальнейшей переплавки.

Образующаяся твердая фаза - технический углерод и металлокорд - собирается в нижней части реактора 1 , откуда ее эвакуируют через шлюзовую камеру 10 выгрузки, размещенную в нижней части реактора 1.

Одним из вариантов осуществления заявляемого изобретения является использование для пиролиза нескольких реакторов 1 , образующих батарейный блок (на чертеже не показаны), что позволит повысить производительность процесса термической обработки резинотехнических изделий. Для термической переработки измельченных автомобильных шин с целью ускорения процесса пиролиза за счет увеличения теплоотдачи рабочую зону реактора 1 возможно подогревать дополнительно установленным внутри него трубчатым элементом 1 1 (например, змеевиком), обогреваемым теплоносителем.

Промышленная применимость

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность процесса пиролиза органосодержащего сырья, в том числе изношенных шин и других резинотехнических изделий, за счет повышения его производительности, расширения технологических возможностей, обеспечения однородности получаемых продуктов по химическому составу. Отсутствие горелок для проведения пиролиза повысит безопасность термического процесса разложения сырья. Заявляемый способ прост в использовании.