Концепция установки с пониженным расходом энергии и улучшенным выходом энергии

Способ экологически приемлемой утилизации смесей воздуха с растворителями, которые состоят из воспламеняющихся газообразных, парообразных или жидких отходов, включает подачу исходной смеси на сжигание в элементе сжигания и выведение образовавшегося в элементе сжигания экологически безвредного отработанного воздуха и выработанного тепла отходящих газов, подаваемого на преобразование в полезную форму энергии. Исходную смесь частично или полностью направляют в элемент регенерации на преобразование в полезные формы энергии, которые частично или полностью подают на сжигание в элемент сжигания, причем одной из полезных форм энергии является горючий конденсат, получаемый в конденсирующем оборудовании элемента регенерации и подаваемый на сжигание в элементе сжигания. Технический результат: обеспечение утилизации смесей воздуха с растворителями без непрерывной подачи горючих веществ. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Представленное изобретение касается экологически приемлемого способа утилизации отходов смесей воздуха с растворителями, состоящих из горючих газообразных, парообразных или жидких отходов, с элементом сжигания для сжигания смесей воздуха с растворителями с выведением образовавшегося в элементе сжигания экологически безвредного отработанного воздуха (2) и выработанного тепла отходящих газов.

Из уровня техники (смотри фигуры 1 и 2), к примеру, смеси воздуха с растворителями должны направляться на термическую нейтрализацию (TNV), чтобы не допустить попадания вредных веществ в окружающую среду. На основаниях предписанной безопасности, например, смеси воздуха с растворителями, покидая пользовательский процесс, должны настолько разбавляться воздухом, что более не образуются горючие смеси. Этот обедненный воздух доставляется к термической нейтрализации. Частично воздушные смеси при этом предварительно нагреваются при помощи отходящего тепла последующих стадий сгорания, прежде чем они достигнут камеры сжигания термической нейтрализации.

Предварительно подогретая или нет смесь воздуха с растворителями поступает в камеру сжигания и поджигается обычно при помощи горючего, например газообразного топлива, или электрической энергии. Допускаются также каталитические нейтрализации.

Если вместо термической нейтрализации применяют топливный элемент (BSZ), то смесь воздуха с растворителями может сжигаться, к примеру, для поддержания рабочей температуры. Электрический ток вырабатывается посредством отдельной циркуляции газообразного топлива или горючих веществ. Концепции из уровня техники нуждаются в газообразном топливе для сжигания горючих веществ.

В основу изобретения положено, в соответствии понятием из пункта 1 формулы изобретения, улучшение способа экологически приемлемой утилизации смесей воздуха с растворителями таким образом, что смеси воздуха с растворителями могут разрушаться без непрерывной подачи горючих веществ.

Согласно изобретению, эта задача решается таким образом, что смеси воздуха с растворителями частично или полностью направляются к элементу регенерации и там преобразуются в полезный вид энергии и полученное частично или полностью поставляется к элементу сжигания для сжигания и благодаря этому во время работы элемент сжигания частично или полностью обеспечивает себя горючим веществом.

Под смесями воздуха с растворителями понимают воздух или инертный газ и/или смеси из вышеуказанного и горючих или воспламеняющихся веществ (в дальнейшем именуются также смеси).

Используемой формой энергии согласно изобретению являются предпочтительно электрический ток, газ, пар или горючий или воспламеняемый конденсат. Ниже в частности именуется как конденсат.

В одной из форм выполнения изобретения смеси воздуха с растворителями в элементе регенерации направляются к двигателю Стирлинга и, к примеру, в комбинации с генератором вырабатывается электрический ток. Смеси воздуха с растворителями приводят в действие двигатель Стирлинга, а он приводит в действие генератор.

В другой форме выполнения изобретения смеси воздуха с растворителями преобразуются в парообразовательной установке элемента регенерации в водяной пар и этот пар направляют для дальнейшего применения.

В одной из форм применения водяной пар доставляется к генератору для выработки тока.

В другой форме применения смеси воздуха с растворителями конденсируются в конденсирующем оборудовании элемента регенерации и полученный горючий конденсат сжигают в элементе сжигания.

Полученное в элементе сжигания тепло отходящих газов и/или ток, согласно изобретению, доставляется элементу регенерации для конденсации смесей воздуха с растворителями.

Согласно изобретению способ или концепция установки использует в работе в значительной мере или исключительно энергию, которая содержится в горючих веществах, которые ранее были сконденсированы из смесей воздуха с растворителями. Лишь запуск может производиться опционально с обычным горючим веществом, таким как газообразное топливо.

В форме выполнения согласно изобретению полученный в элементе регенерации конденсат или в общем полученные в элементе регенерации пригодные виды энергии направляются в резервуар и оттуда по мере необходимости доставляются элементу сжигания. Резервуар служит также в качестве буфера и может заполняться необходимым количеством топлива для запуска установки. Также может использоваться дополнительный резервуар для временного хранения горючих и/или воспламеняющихся веществ или их смесей.

В усовершенствованном варианте изобретения элемент сжигания является обычным термическим нейтрализатором и/или установкой с топливными элементами или общей системой преобразования энергии, которая вырабатывает из веществ тепло и/или холод, или электрическую энергию.

В дальнейшей форме выполнения изобретения элемент регенерации является абсорбционной установкой, конденсационной установкой, инверсионной холодильной установкой или адсорбционной установкой.

Предпочтительно элемент сжигания плавно приводится в действие посредством непрерывного поступления конденсата из резервуара.

Конденсат в резервуаре в одной из форм выполнения имеет не ископаемое происхождение, как например био-этанол или био-бутанол.

В усовершенствованном варианте изобретения в элементе регенерации перерабатываются индивидуальные вещества их воспламеняющихся и горючих веществ или также смеси минимум 2-х различных воспламеняющихся или горючих веществ, которые могут смешиваться также с невоспламеняющимися и негорючими веществами, например с водой.

Также элемент сжигания может частично приводиться в действие, причем помимо конденсата из резервуара также вводиться для сжигания в элементе сжигания горючий газ/горючее вещество и/или электрический ток и/или приточный воздух.

В усовершенствованном варианте изобретения воспламеняющиеся или горючие вещества полностью или почти полностью удаляются из смеси, или соответственно из смеси воздуха с растворителями и часть оставшихся газов из смеси доставляется к приточному воздуху элемента сжигания.

В одной из форм выполнения изобретения используется полученное в элементе сжигания тепло или тепло отходящих газов частично или полностью для запуска двигателя Стирлинга.

Превращенная в двигателе Стирлинга энергия используется предпочтительно для приведения в действие механизма. Двигатель Стирлинга может также приводить в действие генератор, который вырабатывает электрическую энергию. Таким образом, смесь воздуха с растворителями в элементе регенерации преобразуется в ток в качестве полезного вида энергии. Этот ток может в таком случае снова подаваться в элемент сжигания для сжигания смесей воздуха с растворителями.

В другой форме применения полученное в элементе сжигания тепло частично или полностью используется для выработки водяного пара.

Полученный водяной пар может в таком случае снова использоваться для приведения в действие механизма.

В одной из форм выполнения изобретения водяной пар приводит в действие генератор, который вырабатывает электрическую энергию, то есть ток.

Полученный водяной пар может также использоваться для стерилизационных целей.

В предпочтительной форме выполнения изобретения подаваемая из элемента сжигания к элементу регенерации тепловая энергия разделяется в элементе регенерации на различные типы использования. Это означает, что в элементе регенерации получают различные полезные виды энергии.

В одной из форм применения различные типы использования в элементе регенерации применяются последовательно или используются в комбинации.

Согласно изобретению способ или концепция установки использует в работе в значительной мере или исключительно энергию, которая содержится в горючих веществах, которые ранее были сконденсированы из смесей воздуха с растворителями. Лишь запуск может производиться опционально с обычным горючим газом, или предусмотренный в установке в качестве буфера резервуар может заполняться необходимым для запуска количеством горючих веществ.

С помощью полученного в элементе сжигания в процессе сжигания тепла отходящих газов может приводиться в действие, например инверсионная холодильная установка или также адсорбционная установка, которые как составные части способа или концепции установки конденсируют необходимое некоторым элементам установки топливо из смеси воздуха с растворителями. С точки зрения окружающей среды в связи с этим отпадает потребность в ископаемом горючем газе.

Если данный способ или концепция установки используется с термической нейтрализацией, то горючие жидкие вещества извлекаются из резервуара и обогащаются в элементе сжигания воздухом до воспламеняемой смеси. После поджигания горючие вещества могут сгореть и преобразоваться в диоксид углерода и воду, а освободившаяся энергия используется в вышеуказанном элементе регенерации для проведения экстракции веществ или конденсации.

Используя вместо термической нейтрализации топливный элемент, могут получать из вещества помимо тепла отходящих газов также электрическую энергию.

Далее описывается изобретение посредством фигур.

Фигура 1 показывает уровень техники, т.е. схематично способ благоприятной для окружающей среды утилизации смесей воздуха с растворителями 5, состоящих из горючих парообразных или жидких отходов, с элементом сжигания 1 с выведением образовавшегося в элементе сжигания 1 экологически безвредного отработанного воздуха 2 и полученного тепла отходящих газов 3 и/или тока 4.

Элемент сжигания 1 является здесь установкой термической нейтрализации 9, в которую вводится смесь воздуха с растворителями. Смесь воздуха с растворителями разбавляется воздухом настолько, что горючих смесей более не образуется. Этот обедненный воздух доставляется к термической нейтрализации. Для сжигания вводится в установку нейтрализации 9 горючее вещество/горючий газ 11 и/или электрическая энергия 12, то есть ток. Из установки нейтрализации 9 отводят отработанный воздух 2 (CO₂/H₂O) и тепло отходящих газов 3. Также известно, что тепло отходящих газов 3 используется для предварительного подогрева смесей воздуха с растворителями 1.

Фигура 2 показывает также уровень техники, только в данном случае здесь используется в качестве элемента сжигания установка с топливными элементами, в которую вводится смесь воздуха с растворителями. Смесь воздуха с растворителями здесь также разбавляется воздухом настолько, что горючих смесей более не образуется. Этот обедненный воздух доставляется к установке с топливными элементами 10. В установку с топливными элементами 10 вводятся горючее вещество/горючий газ 11, водород 13 и/или электрическая энергия 12, то есть ток. Из установки с топливными элементами отводят отработанный воздух 2, тепло отходящих газов 3 и ток 4.

Фигура 3 описывает сочетание элемента сжигания 1 с элементом регенерации 6 согласно изобретению, причем элемент сжигания 1 производит преобразование смеси воздуха с растворителями в тепловую энергию и отработанный воздух или отработанный газ. Элемент сжигания 1 поставляет элементу регенерации 6 тепло отходящих газов, которое было получено из воспламеняющихся и горючих веществ. Часть смеси воздуха с растворителями подается (как она есть) напрямую в элемент сжигания 1 и другая часть или остаток направляется в элемент регенерации, там преобразуется в полезную форму энергии, и полученное далее подается в элемент сжигания для поддержания горения, то есть процессов горения.

Элемент регенерации 6 разделяет смесь воздуха с растворителями. Воспламеняющиеся и горючие вещества (например, конденсат 7) переносятся в резервуар 8, из которого элемент сжигания 1 снова забирает необходимое для работы топливо.

Таким образом, в элемент регенерации 6 подается смесь воздуха с растворителями и там конденсируется. Конденсат 7 доставляется в резервуар 8. Наряду со смесью воздуха с растворителями в элемент регенерации 6 поставляется отработанный воздух 2 и/или тепло отходящих газов 3, которые скапливаются в элементе сжигания 1. Все это, возможно также дополненное электрической энергией 12, применяют для преобразования веществ или соответственно конденсации. Скопившийся в элементе регенерации 6 отработанный воздух 17 выводится из элемента регенерации 6 и направляется в элемент сжигания.

В резервуаре 8 конденсат 7 хранится до того как он подается в качестве жидкого горючего вещества в камеру сжигания 1 или направляется для других нужд 14. Дополнительно возможно проведение дальнейшего преобразования вещества 16 в соответствующем преобразователе, причем преобразование вещества 16 может вести к электрической энергии или образованию тепла.

Элемент сжигания 1 является в этой форме выполнения установкой термической нейтрализации 9, в которой сжигают жидкие горючие вещества 15. В элемент сжигания 1 могут дополнительно вводится для поддержания процессов сгорания горючее вещество/горючий газ 11 и/или электрическая энергия 12. Отработанный воздух 2 и тепло отходящих газов 3 процессов сгорания перемещаются в элемент регенерации 6, где они используются для конденсации смеси воздуха с растворителями. При этом отводится отработанный газ 18 (СО₂/H₂O).

Фигура 4 описывает сочетание элемента сжигания 1, здесь установка с топливными элементами 10, с элементом регенерации 6 согласно изобретению, причем элемент сжигания 1 проводит превращение веществ, а именно жидких горючих веществ 15 в электрическую энергию 12 или тепловую энергию 3, или отработанный воздух 2, или отработанный газ 18. Элемент сжигания 1 снабжает элемент регенерации теплом отходящих газов 3 или отработанным воздухом 2, полученных из воспламеняющихся или горючих веществ 15. В дальнейшем элемент сжигания 1 может вырабатывать электрическую энергию для работы установки или также для других потребителей.

Элемент регенерации 6 разделяет смесь воздуха с растворителями. Воспламеняющееся или горючее вещество, или соответственно конденсат 7 перемещается в резервуар 8, из которого элемент сжигания 1 снова может забирать необходимое для работы топливо.

Таким образом, в элемент регенерации 6 подается смесь воздуха с растворителями и там конденсируется. Конденсат 7 направляется в резервуар 8. Наряду со смесью воздуха с растворителями 5 в элемент регенерации 6 вводится отработанный воздух 2 и/или тепло отходящих газов 3, которые скапливаются в элементе сжигания 1. Все это, возможно также дополненное электрической энергией 12, используют для превращения вещества, или конденсации. Полученный в элементе регенерации 6 отработанный воздух 17, при необходимости включая остаток смеси воздуха с растворителями 5, отводится из элемента регенерации 6 и может направляться дополнительно к установке с топливными элементами 10. В резервуаре 8 хранится конденсат до того как подается в качестве жидкого горючего вещества 15 в элемент сжигания или направляется для другого использования 14.

Элемент сжигания 1 является в данной форме выполнения установкой с топливными элементами 10, в которой сжигается жидкое горючее вещество 15. В элементе сжигания 1 могут дополнительно вводится для поддержания процессов горения горючее вещество/горючий газ 11 и/или электрическая энергия 12, и/или приточный воздух 19. Отработанный воздух 2 и тепло отходящих газов 3 процесса сгорания перемещают в элемент регенерации 6, где они применяются для конденсации смеси воздуха с растворителями 5. Отработанный газ 18 (CO₂/H₂O) выводится.

На фигуре 5 схематично показана установка регенерации 6, или соответственно в какие полезные формы энергии преобразуется введенная смесь воздуха с растворителями 5. В установку регенерации 6 вводят в качестве запуска смесь воздуха с растворителями 5, по выбору электрическую энергию 12 и/или отработанный воздух 2 и тепло отходящих газов 3 из элемента сжигания.

В установке регенерации 6 смесь воздуха с растворителями 5 затем преобразуется, например, для приведения в действие двигателя Стирлинга 20, который в свою очередь приводит в действие генератор 21 для производства тока. В другой или также дополнительной форме применения смесь воздуха с растворителями 5 преобразуется в парообразовательной установке 23 в водяной пар 24 и этот пар 24 направляется к использованию. В другой или также дополнительной форме применения смесь воздуха с растворителями 5 конденсируется в конденсирующем оборудовании 26 и полученный горючий конденсат 7 направляют, например, в элемент сжигания и там сжигают или частично доставляют для других форм применения.

Далее описываются признаки способа согласно изобретению, в дальнейшем называемого также концепцией установки.

1. Концепция установки служит для экологически приемлемого способа утилизации смесей воздуха и воспламеняющихся и горючих веществ и избегает использования дополнительного горючего газа для сжигания горючих или воспламеняющихся веществ.

2. Концепция установки отличается тем, что производится сочетание элемента сжигания и элемента регенерации. Элементы регенерации могут являться, например обычным термическими нейтрализаторами или установками с топливными элементами различных концепций, или общих систем преобразования энергии, которые вырабатывают из веществ тепло и/или холод или электрическую энергию. Элемент регенерации может являться, например абсорбционной установкой, конденсационной установкой, инверсионной холодильной установкой или адсорбционной установкой.

3. Элемент сжигания не зависит от постоянной концентрации горючих веществ в воздушной смеси, а может плавно эксплуатироваться посредством непрерывного введения горючих веществ из резервуара.

4. Посредством непрерывного введения горючих веществ из резервуара установка может эксплуатироваться, когда подача смеси воздуха с растворителями или соответственно конденсат или горючее жидкое вещество должна быть прервана.

5. Посредством использования установки с топливными элементами возможно помимо тепла отходящих газов также получать электрический ток из горючего вещества.

6. Горючее вещество из резервуара должно не полностью использоваться через концепцию установки, а также может частично направляться дополнительно для другого использования.

7. Посредством элемента регенерации в резервуаре накопленные вещества могут также иметь не ископаемое происхождение. Для примера можно назвать био-этанол.

8. Важной характеристикой сочетания элемента сжигания и элемента регенерации является перенос тепла отходящих газов в отработанный воздух или отработанный газ. В зависимости от используемого элемента сжигания также может присоединяться к сочетанию электрический ток.

9. Характеристикой сочетания элемента сжигания и элемента регенерации является перенос горючих или воспламеняющихся веществ.

10. Данным способом могут обрабатываться индивидуальные вещества из воспламеняющихся или горючих веществ или также смеси как минимум двух различных воспламеняющихся или горючих веществ.

11. Данным способом могут обрабатываться индивидуальные вещества из воспламеняющихся или горючих веществ или также смеси как минимум двух различных воспламеняющихся или горючих веществ, которые смешаны с невоспламеняющимися или не горючими веществами, к примеру с водой.

1. Способ экологически приемлемой утилизации смесей воздуха с растворителями, которые состоят из воспламеняющихся газообразных, парообразных или жидких отходов, включающий подачу исходной смеси на сжигание в элементе сжигания и выведение образовавшегося в элементе сжигания экологически безвредного отработанного воздуха и выработанного тепла отходящих газов, подаваемого на преобразование в полезную форму энергии, отличающийся тем, что исходную смесь частично или полностью направляют в элемент регенерации на преобразование в полезные формы энергии, которые частично или полностью подают на сжигание в элемент сжигания, причем одной из полезных форм энергии является горючий конденсат, получаемый в конденсирующем оборудовании элемента регенерации и подаваемый на сжигание в элементе сжигания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное в элементе сжигания тепло отходящих газов и/или ток подают в элемент регенерации для конденсации исходной смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный в элементе регенерации горючий конденсат подают в резервуар и оттуда в зависимости от потребностей подают в элемент сжигания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что элемент сжигания является стандартной установкой термического дожигания, и/или установкой с топливными элементами, или общей системой преобразования энергии, которая вырабатывает из веществ тепло, и/или холод, или электрическую энергию.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементом регенерации является абсорбционная установка, конденсационная установка, инверсионная холодильная установка или адсорбционная установка.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что элемент сжигания посредством непрерывного выведения горючего конденсата из резервуара плавно эксплуатируют.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что горючий конденсат в резервуаре имеет неископаемое происхождение, например биоэтанол или биобутанол.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в элементе регенерации перерабатываются индивидуальные вещества из воспламеняющихся или горючих веществ или также смеси минимум двух различных воспламеняющихся или горючих веществ, которые могут иметься в виде смеси с невоспламеняющимися и негорючими веществами, например с водой.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что элемент сжигания эксплуатируют в частичном режиме работы, причем помимо горючего конденсата из резервуара на сжигание в элементе сжигания также подают горючее вещество/горючий газ, и/или электрический ток, и/или приточный воздух.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что из исходной смеси удаляют воспламеняющиеся и горючие вещества полностью или почти полностью, а остаточный газ из исходной смеси подают в приточный воздух элемента сжигания.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное в элементе сжигания количество тепла частично или полностью используют для приведения в действие двигателя Стирлинга.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что преобразованную в двигателе Стирлинга энергию используют для приведения в действие механизма.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что двигатель Стирлинга приводит в действие генератор, который вырабатывает электрическую энергию.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное в элементе сжигания количество тепла частично или полностью используют для выработки водяного пара.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что полученный водяной пар используют для приведения в действие механизма.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что водяной пар приводит в действие генератор, который вырабатывает электрическую энергию.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что полученный водяной пар используют для стерилизационных целей.

18. Способ по одному из пп.1-17, отличающийся тем, что подаваемую из элемента сжигания в элемент регенерации тепловую энергию делят в элементе регенерации на различные типы использования.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что в элементе регенерации различные типы использования применяют последовательно или в комбинации.