Мобильный модуль реактора пиролиза для комплексов термической переработки отходов
Изобретение относится к перерабатывающей отрасли и может быть использовано в составе пиролизных комплексов для быстрой термической переработки (деструкции) различных видов бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и других углеродсодержащих отходов и органосодержащего сырья, с помощью метода пиролиза - как низкотемпературного (от 400 до 550°С) и среднетемпературного (от 550 до 850°С), так и высокотемпературного (от 850 до 1050°С). Реактор пиролиза установлен на рамную конструкцию, представляющую собой стальной каркас, в котором технологически последовательно, соединенными через патрубки и фланцы, расположены вход в камеру пиролиза в виде загрузочного бункера с встроенным дозирующим устройством и датчиком наполнения, камера пиролиза с установленными внутри корпуса несколькими шнековыми транспортерами непрерывного действия, в верхней части камеры пиролиза имеется по меньшей мере один выход для парогазовой смеси, в виде двойных цилиндрических труб с расположенными в них осаждающими лопастями фильтра грубой очистки пиролизного газа, закрепленными на вращающейся вертикальной оси, имеет выход углеродного остатка из пиролизной камеры, включающий прямоугольное отверстие в ложе и промежуточный бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, шнековый транспортер охлаждения и выгрузки углеродного остатка, топочная камера обогрева с горелками и одним или несколькими коллекторами, охватывающая, по существу, всю рабочую камеру пиролизного реактора. Рабочая камера пиролизного реактора снабжена перемещающими и перемешивающими шнековыми устройствами непрерывного действия, представляющими собой группу парных шнеков, которая выполнена в виде нескольких продольно соединенных между собой сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар, расположенных на едином ложе из нескольких параллельных желобов с закрытыми трубами на концах, находящихся в одной плоскости горизонтально или под некоторым углом к горизонтальной продольной оси пиролизной камеры, с подъемом по направлению движения сырья. Технический результат изобретения состоит в повышении КПД, удельной и общей производительности мобильного модуля реактора пиролиза без существенного увеличения его габаритов и потери качества процесса, а также в повышении надежности, безопасности, ремонтопригодности, упрощении конструкции, для обеспечения возможности длительной безостановочной работы в тяжелых промышленных условиях и увеличения срока службы модуля до капитального ремонта. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к перерабатывающей отрасли и может быть использовано в составе пиролизных комплексов для быстрой термической переработки (деструкции) различных видов бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и других углеродсодержащих отходов и органосодержащего сырья, с помощью метода пиролиза - как низкотемпературного (от 400°С до 550°С) и среднетемпературного (от 550°С до 850°С), так и высокотемпературного (от 850°С до 1050°С).
Из уровня техники известны различные конструкции пиролизных реакторов, установок и комплексов непрерывного действия со шнековым способом транспортировки отходов через камеру пиролиза.
Из RU145466U известна установка для термической переработки различного углеродсодержащего сырья, в т.ч. резиносодержащих отходов, таких как измельченные автомобильные шины и которая может быть использована для низкотемпературного пиролиза с получением продуктов пиролиза, содержащая наклонную пиролизную камеру, внутри которой расположен продольный шнековый транспортер, имеющий наклон с подъемом в сторону движения массы сырья.
Из RU2459843 известна установка для пиролитической переработки термопластов, содержащая наклонную пиролизную камеру, внутри которой расположен продольный шнековый транспортер, имеющий наклон с подъемом в сторону движения массы сырья, отводная труба для пиролизных газов обогревается продуктами сгорания из нагревателя пиролизной камеры, получаемое в ходе пиролиза жидкое топливо удаляется из установки, а газообразное топливо сжигается для нагрева сырья в пиролизной камере.
Из RU2479617 известна установка для получения горючего пиролизного газа из отходов термопластов, полиэтилентерефталата, картона, бумаги, сорбентов, насыщенных углеводородами, содержащая коническую горизонтальную пиролизную камеру, внутри которой горизонтально расположен продольный конический шнековый транспортер, при этом отводная труба для пиролизных газов проходит по всей длине нижней части камеры сгорания.
Из патента RU182327U известна установка для деструктивной переработки различных углеродсодержащих материалов. Реактор содержит пиролизную камеру, камеру сгорания, многошнековый конвейер, горелки для сжигания жидкого и/или газообразного топлива и нагнетатель для подачи воздуха в камеру сгорания, а сама камера сгорания охватывает по
существу всю пиролизную камеру.
Из RU2441053 известна шнековая установка для деструкции органических материалов методом термической переработки без кислорода для получения пиролизного газа и пиролизного топлива, содержащая шнековый пресс, разноуровневые шнековые механизмы с отсекателями потоков, где верхние шнековые механизмы имеют присоединенные к ним трубы для удаления пиролизного газа для полезного использования и работы горелок тепловой камеры, а нижний шнековый механизм подачи сырья имеет отверстия для выхода пара в тепловую камеру.
Из US2014/130404 A1 известна установка для пиролитической переработки органического сырья, содержащая наклонную пиролизную камеру удлиненной формы, камеру нагрева, двойной шнековый конвейер, имеющий наклон со снижением в сторону движения массы сырья, беспламенную горелку, газоход для выпуска парогазовой смеси и газоход для выпуска дымовых газов, камера нагрева охватывает по существу всю пиролизную камеру, а стенки пиролизной камеры охватывают два шнека с образованием их общего закрытого канала для перемещения сырья..
Из RU2725790 известна установка для быстрой переработки органосодержащего сырья, в частности птичьего помета, в диапазоне высоких температур (800-950°С) для извлечения газообразного топлива и твердого остатка, у которой валы шнеков выполнены полыми с возможностью транспортировки по ним продуктов горения газа, каждая рабочая камера имеет теплоизоляционный кожух, а блок нагрева выполнен с возможностью независимого нагрева внешней стенки корпуса рабочей камеры и внутренней стенки вала шнеков.
Из RU2380615 известен реактор пиролиза, содержащий вытянутый в продольном направлении корпус и муфель, установленный внутри корпуса, при этом муфель выполнен имеющим в поперечном сечении форму треугольника со скругленными по большому радиусу углами, а также две субкамеры муфеля с размещением в них шнеков перемещения смеси бытовых отходов в процессе пиролиза.
Из RU2425087 известно шнековое устройство для пиролиза мелкофракционных отходов органического происхождения, содержащее две камеры пиролиза, которые снабжены двумя горизонтальными рядами шнековых транспортеров с встречными навивками, коксоохладитель, а также боковые стенки камер пиролиза, сходящиеся вверху полукругом, в форме горизонтально расположенного полуцилиндра.
Для уровня техники известных изобретений и полезных моделей характерны следующие недостатки, на преодоление которых направлено настоящее изобретение:
короткий срок службы установок пиролиза до капитального ремонта или недостаточный интервал технического обслуживания и текущего ремонта, вызванный конденсацией и накоплением вязких отложений сажи, смол, парафинов, содержащихся в потоке парогазовой пиролизной смеси, внутри камеры реактора, фильтров, газопроводов и других частей пиролизных установок, что связано с конструктивными особенностями этих установок в виде отсутствия решения для грубой фильтрации пиролизной парогазовой смеси сразу на выходе из реактора пиролиза, а также отсутствия подогрева выходного газохода для предотвращения конденсации газа и отложений на стенках;
неравномерное термическое расширение металла верхней и нижней частей пиролизного реактора, нарушающее геометрию шнековых механизмов;
закокосовывание шнеков при переработке некоторых видов сырья или отходов, приводящее к ухудшению транспортирующей способности и требующее периодической их очистки от коксовых отложений.
нет надежных дополнительных решений, герметизирующих камеру пиролиза и обеспечивающих как невозможность выхода образующейся парогазовой смеси наружу, так и попадания воздуха извне, содержащего кислород, в пиролизный реактор.
вследствие совмещения в одном реакторе сушки отходов и их пиролиза известные модели пиролизных реакторов имеют большие габариты и металлоемкость, необходимость в последующей сепарации синтез-газа для отделения воды из парогазовой смеси, а также более высокие энергетические затраты на сушку и пиролиз сырья, т.к. не используется тепловая энергия отработанных дымовых газов от горелки после их выхода из топки реактора пиролиза.
в известных моделях способ подачи горячего теплоносителя и конструкция самого пиролизного реактора не обеспечивают необходимый и оптимальный температурный режим во всей зоне прохождения реакции пиролиза, что является фактором нестабильности процесса, ухудшения качества реакции пиролиза и, как следствие, приводит к уменьшению объема и ухудшению качества переработки сырья.
способ контролируемого регулирования температуры горячего теплоносителя в топке пиролизного реактора с помощью дополнительной подачи холодного воздуха не обеспечивает равномерное его смешивание с горячими газовыми потоками от топливной горелки топки, вследствие чего происходит неравномерный нагрев (градиент температуры) ложа реактора, приводящий к ухудшению качества реакции пиролиза сырья и к уменьшению объема его переработки.
неперемещаемость установок пиролиза и/или высокая трудоемкость их монтажа и запуска в эксплуатацию, а также демонтажа, ремонта и выведения из эксплуатации, вызванные стационарностью конструкции и большими габаритами известных установок высокой производительности, т.е. необходимостью применения специального оборудования в процессе монтажа и демонтажа установки, необходимостью устройства специальных подъездных путей, необходимостью получения специальных разрешений на строительство и т.д.
низкий КПД, а также общая и удельная производительность известных моделей шнековых установок пиролиза вследствие применения в реакторе только одного или двух шнековых механизмов.
Наиболее близкой по конструкции и технической сущности к предложенному изобретению является установка для утилизации отходов (патент RU2667398, опубл.: 2018.09.19), содержащая пиролизный реактор с шлюзовыми загрузочным и разгрузочным устройствами и горелкой, внутренний объем пиролизного реактора снабжен перемещающим устройством непрерывного действия, выход пиролизной камеры соединен с устройством выгрузки, включающим шнековый транспортер, а полость пиролизной камеры соединена с помощью газохода парогазовой смеси с устройствами очистки, охлаждения и конденсации парогазовой смеси, отличающаяся тем, что в зоне нагрева пиролизного реактора установлен коллектор, соединенный с горелкой и обеспечивающий оптимальное движение конвективных потоков теплоносителя, а верхняя часть рабочей зоны пиролизного реактора выполнена в виде купола, соединенного с газоходом, что обеспечивает оптимизацию движения конвективных потоков парогазовой смеси, при этом установка снабжена вентилятором подачи холодного воздуха в зону нагрева пиролизного реактора и коллектором охлаждения зоны нагрева пиролизного реактора для обеспечения равномерного смешивания холодного воздуха, движущегося от вентилятора, и горячего теплоносителя во всей зоне нагрева пиролизного реактора.
Технической проблемой прототипа является неэффективная и недостаточная система фильтрации парогазовой смеси, включающая в себя только фильтр с осаждающими металлическими пластинами-лопастями для грубой очистки газа без функции самоочистки и циклонный фильтр. Отсутствие в конструкции фильтра грубой очистки газа решения для автоматического очищения осаждающих пластин от загрязнений приводит к быстрой потере их фильтрующей способности и к забиванию газоходов, фильтров, а также стенок трубок конденсаторов-теплообменников отложениями от сажевой пыли, смол, парафинов и других тяжелых углеводородов, содержащихся в проходящем через них потоке парогазовой смеси.
Данное обстоятельство может являться причиной частой периодической остановки работы установки для проведения профилактических и ремонтных работ с целью очистки фильтров, газоходов и трубок теплообменников от отложений.
Также, имеющийся в прототипе циклонный фильтр не предназначен для очистки пиролизного газа от таких загрязнений, как серные, хлорные соединения (полихлорированные бифинилы, хлорбензол), диоксины, фураны, и от других вредных веществ, образующихся при переработке различных видов отходов (ТКО, ПВХ, и др.), что делает невозможным применение данной установки для этих отходов.
Другой проблемой прототипа является строение распределительного коллектора топочных газов для равномерного нагрева ложа реактора в виде раздвоенных труб для деления потоков теплоносителя.
При продолжительной промышленной эксплуатации прототипной установки место раздвоения горячих газовых потоков в коллекторе, расположенное напротив газовой горелки, будет испытывать чрезмерную нагрузку теплового направленного излучения от ее факела (более 1200°С), в результате чего существует высокая вероятность быстрого разрушения сварочных швов в данной области и полного прогорания металла коллектора.
Кроме того, в конструкции коллектора нагрева и коллектора охлаждения зоны нагрева пиролизного реактора в данном изобретении используются торцевые отводы круглого сечения и одинакового диаметра по всей длине (т.е. не имеющие раструба на конце) и расположенные на определенном расстоянии, что в силу их направленности на локальные нижние участки ложа реактора, будет способствовать неравномерному зональному нагреву этих участков ложа. Следствием такого неравномерного зонального градиента температуры всего ложа реактора будет некоторое снижение производительности установки и потеря стабильности и качества реакции пиролиза.
Критическим проектным просчетом в данной установке является конструкция зоны реактора, выполненная в виде отдельных труб со шнеками с небольшими вырезами в их верхней части для выхода образующейся парогазовой смеси. При разогреве реактора и выходе на рабочий режим работы установки, в силу разности нагрева верхней и нижней части труб ложа (топка находится снизу и нижняя часть труб реактора греется существенно сильнее, чем верхняя), происходит неравномерное термическое расширение металла, вследствие чего нарушается изначальная геометрия внешних труб ложа шнеков (трубы со шнеками внутри выгибаются), что приводит к нарушению соосности валов и аварийному заклиниванию шнеков.
Также, при таком расположение шнековых транспортеров в виде отдельных шнековых пар без единого ложа и без перекрытия шнековых спиралей соседних шнеков, в случае переработки некоторых видов отходов, может происходить плохое их перемешивание, приводящее к снижению производительности и быстрое закоксовывание шнеков и шнековых спиралей. Стоит еще отметить, что описанный недостаток, в виде транспортеров с отделенными шнековыми парами без единого ложа и без перекрытия шнековых спиралей соседних шнеков является нерациональным использованием габаритов и объема установки, ограниченных критериями мобильности в виде определенных максимальных размеров, возможных для беспроблемной перевозки установки различными транспортными средствами, т.е. получается низкий КПД по отношению к размерам установки. Можно существенно увеличить производительность реактора пиролиза, оставаясь при этом в рамках ограничения максимальных размеров, требуемых для обеспечения мобильности и перемещаемости установки, с помощью применение многошнекового механизма в объеме одной камеры реактора пиролиза.
В известном изобретении (ЕА030255 B1, WO 2017/007361) есть описание такого решения для увеличения производительности одной пиролизной установки с помощью применения нескольких (двух и более) шнеков в одном реакторе, у которых поперечно перекрываются шнеки своими спиралями для самоочистки от нагара и загрязнений. Согласно описанию (стр. 8) и формуле данного изобретения (п.10, п.11, п.12, п.13, п.14), шнековый механизм установки содержит несколько шнеков, выполненных из коррозионно-стойкой стали, которые расположены параллельно в горизонтальный ряд с поперечным перекрытием от 10 до 30% диаметра шнеков, при этом соседние шнеки имеют противоположное направление вращения. При количестве шнеков, превышающем два, шнеки могут располагаться в несколько горизонтальных рядов.
Из данного описания в этом патенте явным образом следует, что все шнеки в таком многошнековом механизме, с количеством шнеков более двух в горизонтальном ряду, должны иметь поперечное перекрытие шнеков в виде заходящих друг на друга спиралей соседних шнеков, по обе стороны каждого шнека (кроме крайних шнеков, у которых перекрытие спиралей происходит только с одной стороны).
Однако, данное решение для такого многошнекового механизма (когда шнеков в реакторе более двух в одном горизонтальном ряду) при практическом применении в производстве и последующей эксплуатации установки имеет существенные недостатки, риски и ограничения.
Например, при случайном попадании в подаваемые отходы крупных камней, металлических частей или других твердых предметов и застревании их между любыми соседними шнеками или любым шнеком и ложем в такой конструкции многошнекового механизма, может произойти заклинивание всего механизма, что потребует ремонта установки с извлечением из реактора пиролиза одновременно всех шнеков, вследствие того, что все они зацепляются друг с другом посредством поперечного перекрытия шнековой спирали. Учитывая предполагаемое количество шнеков в таком многошнековом механизме (три и более), а также длину шнеков установки, описанной в данном изобретении (более 6 метров), их общую массу и присутствующие силы трения, то одновременное извлечение сразу всех шнеков из реактора такой конструкции является непростой задачей.
Также, при проектировании и производстве данной многошнековой установки пиролиза необходимо реализовать вращение этих шнеков таким образом, чтобы все шнеки приводились в движение от одного мотор-редуктора и через единый цепной или редукторный приводной механизм. В противном случае, если установить на такой многошнековый механизм привод из нескольких мотор-редукторов, то в процессе эксплуатации, при малейшей рассинхронизации вращения какого-то отдельного приводного мотор-редуктора (например, при неисправности частотного преобразователя двигателя), может также произойти заклинивание всего многошнекового механизма, вследствие зацепления спиралей каких-либо соседних рассинхронизированных шнеков, т.к. шнековые спирали всех шнеков перекрываются.
Таким образом, для реализации такого многошнекового решения, описанного в данном патенте, нужен сложный редукторный или цепной привод с одним массивным, габаритным и мощным электромотором, что является нерациональным решением для производства, последующей эксплуатации, ремонта и транспортировки установки.
Задачей, решаемой этим изобретением, является создание простой, надежной, высокопроизводительной, малогабаритной установки - составного модуля реактора пиролиза (пиролизатора) для комплексов термической переработки отходов, с помощью которого можно будет перерабатывать (утилизировать) углеродсодержащие отходы различных производств, жизнедеятельности человека и получать из них полезные продукты - пиролизный газ, углеродный остаток (полукокс или технический углерод), предназначенные для дальнейшей переработки в коммерческие продукты (тепловую и электрическую энергию, энергоносители, активированный уголь, диоксид кремния и др.), которые могут быть использованы в собственных технологических процессах предприятий, либо реализованы с прибылью другим потребителям.
Технический результат изобретения состоит в повышении КПД, удельной и общей производительности мобильного модуля реактора пиролиза без существенного увеличения его габаритов и потери качества процесса, а также в повышении надежности, безопасности, ремонтопригодности, упрощении конструкции, для обеспечения возможности длительной безостановочной работы в тяжелых промышленных условиях и увеличение срока службы модуля до капитального ремонта.
Указанные задача и технический результат достигаются за счет того, что заявлен мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов, характеризующийся тем, что реактор пиролиза, установленный на рамную конструкцию представляющую собой стальной каркас, в котором технологически последовательно, соединенными через патрубки и фланцы, расположены вход в камеру пиролиза в виде загрузочного бункера с встроенным дозирующим устройством и датчиком наполнения, камера пиролиза с установленными внутри корпуса несколькими шнековыми транспортерами непрерывного действия, в верхней части камеры пиролиза имеется выход для парогазовой смеси, в виде двойных цилиндрических труб с расположенными в них осаждающими лопастями фильтра грубой очистки пиролизного газа, имеет выход углистого остатка из пиролизной камеры, включающий отверстие в ложе и промежуточный бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, шнековый транспортер охлаждения и выгрузки углистого остатка, топочная камера сгорания с горелками, охватывающая, по существу, всю рабочую камеру пиролиза, отличающийся тем, что рабочая камера пиролизного реактора снабжена перемещающими и перемешивающими шнековыми устройствами непрерывного действия, представляющими собой группу парных шнеков, которая выполнена в виде нескольких продольно соединенных между собой сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар, расположенных на едином ложе из нескольких параллельных желобов с закрытыми трубами на концах, находящихся в одной плоскости горизонтально или под некоторым углом к горизонтальной продольной оси пиролизной камеры, с подъемом по направлению движения сырья, в нижней части бункера выгрузки и охлаждения углеродного остатка имеется дополнительный промежуточный шнековый транспортер непрерывного действия, встроенный непосредственно в бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, в трубе выхода парогазовой смеси из реактора пиролиза предусмотрен осаждающий фильтр для грубой очистки пиролизного газа с конструктивной функцией самоочистки от загрязнений, выход парогазовой смеси из рабочей камеры пиролизного реактора совмещен с параллельным выходом отработанных топочных газов, выходящими из топки реактора, верхняя часть кожуха камеры реактора пиролиза выполнена в виде вытянутого трапецевидного короба правильной формы с двойными стенками и промежуточной полостью, соединенной с топкой, а коллектор в топке реактора пиролиза выполнен в виде прямой трубы с приваренной заглушкой на конце.
Допустимо, что внутри каждой сдвоенной синхронизированной системы шнековых пар имеются заходящие друг на друга шнековые спирали в размере до 90% от их высоты.
Допустимо, что шнеки сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар реактора пиролиза имеют промежутки без шнековой спирали, расположенные в закрытых трубах перед входом в рабочую камеру пиролиза, которые создают в них плотную пробку из сырья, способствующую предотвращению выхода пиролизного газа, а также предотвращения проникновения в реактор пиролиза наружного воздуха, содержащего кислород.
Допустимо, что шнек шнекового транспортера непрерывного действия, встроенного в бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, перед отверстием выгрузки имеет ножи-лопаточки и промежуток с частично отсутствующей шнековой спиралью, позволяющий герметизировать камеру пиролиза для предотвращения выхода пиролизного газа наружу, а также предотвращения проникновения в реактор пиролиза воздуха, содержащего кислород.
Допустимо, что осаждающий фильтр грубой очистки пиролизного газа представляет собой цилиндрический корпус с горизонтально расположенными внутри него на определенном расстоянии друг от друга, закрепленные на одной вертикальной оси металлические разделительные пластинчатые перегородки, в виде полукруглых лопастей, вращающиеся от электропривода и ножи, приваренные к внутренней поверхности корпуса фильтра, срезающие с них загрязнения, которые затем падают на шнеки реактора и выводятся из него вместе с углеродными остатками пиролиза.
Допустимо, что корпус осаждающего фильтра грубой очистки пиролизного газа с конструктивной функцией самоочистки от загрязнений представляет собой цилиндрические трубы разного диаметра с промежуточной полостью, соединенной с топкой, для прохода через нее горячих топочных газов и нагрева от них всей внутренней поверхности корпуса фильтра.
Допустимо, что для оптимального распределения и подачи горячего теплоносителя в топке реактора пиролиза может находиться один или несколько коллекторов, расположенных параллельно в одной плоскости и на некотором расстоянии друг от друга.
Допустимо, что коллектор или коллекторы в топке реактора пиролиза имеют продольные прорези в верхней части этих труб или имеют примыкающие к этим прорезям прямоугольные раструбовидные патрубки для направленной подачи и равномерного распределения теплоносителя по всей площади нижней части ложа реактора и наружной поверхности рабочей камеры пиролизного реактора.
Допустимо, что коллектор или коллекторы в топке реактора пиролиза имеют отверстия или продольные прорези в нижней части к которым примыкает воздуховод подачи холодного теплоносителя для оптимального смешивания разнотемпературных газовых потоков и регулирования выходной температуры теплоносителя из коллектора.
Допустимо, что газоход выхода парогазовой пиролизной смеси из фильтра грубой очистки с функцией самоочистки представляет собой трубу с двойными стенками и промежуточной полостью, по которой проходят горячие топочные газы, обогревающие внутреннюю трубу газохода парогазовой пиролизной смеси.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен продольный разрез модуля реактора пиролиза.
На Фиг.2 представлен поперечный разрез модуля реактора пиролиза с несколькими шнековыми парами.
На Фиг.3 представлен вариант коллектора топки модуля реактора пиролиза с продольными прорезями.
На Фиг.4 представлен вариант коллектора топки модуля реактора пиролиза с направляющими раструбовидными патрубками.
На Фиг.5 представлены одна (А) и три (Б) сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар.
На Фиг.6 представлены встроенный шнековый механизм бункера выгрузки и охлаждения углеродного остатка.
На Фиг.7 представлен фильтр грубой очистки газа с лопастным фильтрующим элементом (А - вид сбоку фильтра в разрезе, Б - вид фильтра в объеме, В - отдельный вид осаждающего элемента фильтра грубой очистки газа (вертикальная ось фильтра с лопастями-перегородками).
На Фиг.8 представлен общий вид мобильного модуля реактора пиролиза с несколькими шнековыми парами.
На Фиг.9 представлен общий вид мобильного модуля реактора пиролиза с одной шнековой парой.
На Фиг.10 представлен поперечный разрез модуля реактора пиролиза с одной шнековой парой.
На Фиг.11 представлен поперечный разрез модуля реактора пиролиза с несколькими шнековыми парами, вид как на Фиг.2, но с другого торца модуля.
На чертежах: 1 - бункер загрузки подготовленного сырья или отходов; 2 - дозатор; 3 - мотор-редукторы; 4 - внешний верхний кожух пиролизного реактора; 5 - фильтр грубой очистки газа; 6 - высокотемпературный вентиляторный дымосос или эжектор; 7 - выход парогазовой пиролизной смеси; 8 - рабочая камера пиролизного реактора; 9 - сдвоенные синхронизированные шнековые пары; 10 - приемный бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка; 11 - встроенный шнековый механизм выгрузки углеродного остатка; 12 - верхняя топочная камера обогрева; 13 - основная горелка; 14 - вентилятор; 15 - воздуховод; 16 - ложе; 17 - коллектор; 18 - направляющие раструбовидные патрубки; 19 - шнековый транспортер выгрузки и охлаждения углеродного остатка; 20 - ножи-лопаточки шнека выгрузки; 21 - горелка начального разогрева; 22 - газоход с двойными стенками; 23 - осаждающая зона фильтра грубой очистки газа; 24 - лопасти фильтра; 25 - ножи фильтра грубой очистки газа; 26 - электромотор фильтра грубой очистки газа, 27 - вертикальная ось фильтра грубой очистки газов, 28 - нижняя топочная камера обогрева, 29 - внутренний кожух рабочей камеры пиролизного реактора, 30 - наружная труба фильтра, 31 - внутренняя труба фильтра, 32 - прорези коллектора.
Осуществление изобретения
Заявляемый технический результат и цель полезной модели достигается конструкцией мобильного модуля реактора пиролиза для термической переработки отходов, содержащего технологически последовательно соединенные через патрубки и фланцы бункер загрузки (1) с дозатором (2), пиролизный реактор, имеющий рабочую камеру пиролиза (8) с установленными внутри корпуса несколькими шнековыми механизмами (9), верхнюю (12) и нижнюю (28) топочные камеры обогрева, бункер выгрузки и охлаждения (10) углеродного остатка со встроенным шнековым механизмом (11) и шнековый транспортер выгрузки и охлаждения углеродного остатка (19).
Шнековые механизмы рабочей камеры пиролиза могут быть выполнены в виде одной сдвоенной синхронизированной шнековой пары (см. Фиг.5(А), Фиг.9 и Фиг.10) или в виде нескольких параллельных сдвоенных синхронизированных шнековых пар (см. Фиг.5(Б), Фиг.2, Фиг.8 и Фиг.11), расположенных на едином ложе (16) и в одной плоскости, с заходящими друг на друга шнековыми спиралями двух соседних шнеков, содержащихся внутри каждой сдвоенной синхронизированной шнековой пары (9).
Благодаря применению такой компоновки шнекового конвейера реактора пиролиза в виде нескольких параллельных сдвоенных синхронизированных шнековых механизмов, будут существенно повышены КПД, удельная и общая производительность мобильного модуля реактора пиролиза при одновременном увеличении надежности и ремонтопригодности.
После дозатора, в области закрытых труб сдвоенных синхронизированных шнековых механизмов (9), перед началом рабочей камеры пиролиза, а также на шнеке, встроенном в бункер выгрузки (10) и охлаждения углеродного остатка, имеются промежутки с частично отсутствующей шнековой спиралью, в которых создается плотная пробка, препятствующая проникновению воздуха, содержащего кислород, внутрь реактора и выходу пиролизных газов наружу. Это обеспечивает стабильность процесса пиролиза, повышение безопасности эксплуатации реактора и надежности.
В мобильном модуле реактора пиролиза применен оригинальный фильтр (5) грубой очистки пиролизного газа (см. Фиг.7) с функцией самоочищения от загрязнений, выполненный в виде двойного цилиндрического корпуса из труб разного диаметра с промежуточной полостью, соединенной с верхней топочной камерой (12), для прохода горячих топочных газов и нагрева от них всего внутреннего корпуса фильтра, в котором расположены вращающиеся от привода осаждающие металлические пластины в виде полукруглых лопастей (24) и ножи (25), срезающие с них осажденные загрязнения, которые падают в реактор и выводятся из него вместе с углеродным остатком пиролиза. Использование такого фильтра (5) для грубой очистки пиролизного газа позволяет существенно увеличить интервалы межсервисного и профилактического обслуживания мобильного модуля реактора пиролиза, вызванные необходимостью прочистки газопровода, а также самого фильтра и трубок конденсирующих теплообменников от различных загрязнений и отложений на стенках.
Обогреваемый отходящими топочными газами газопровод, выполненный в виде двойной трубы с разными диаметрами (труба в трубе) с промежуточной полостью, соединяющий фильтр грубой очистки газа (5) и фильтры тонкой очистки газа (отдельный модуль глубокой очистки и фильтрации газа, не показанный на чертежах), также позволяет обеспечить возможность длительной безостановочной работы и способствует увеличению сроков межсервисного и межремонтного интервалов модуля реактора пиролиза.
Благодаря двойным стенкам и обогреву внутреннего газопровода пиролизного газа горячими отработанными газами из топки реактора пиролиза, проходящими по промежуточной полости газохода, не будет происходить интенсивной конденсации и отложений на внутренних стенках внутреннего газопровода пиролизного газа смол, парафинов, сажи и других загрязнений.
В нижней топочной камере обогрева (28) реактора пиролиза может использоваться один или несколько распределительных и смешивающих коллекторов (17), выполненных в виде прямых труб с приваренной заглушкой на конце, имеющих продольные прямоугольные прорези (32) (см. Фиг.3) в верхней части этих труб или имеющих прямоугольные раструбовидные патрубки (18) (см. Фиг.4), примыкающие к этим прорезям и имеющих также еще продольные прорези или отверстия в нижней части, к которым примыкает воздуховод подачи холодного теплоносителя (15).
Применение в топке реактора одного или нескольких коллекторов (17) данной конструкции в виде прямых труб с прорезями (см. Фиг.3) или с направляющими раструбовидными патрубками (см. Фиг.4), обеспечивает требуемое смешивание и распределение теплоносителя для равномерного прогрева всей нижней части ложа в топке реактора, лучшую ремонтопригодность модуля реактора пиролиза, а также способствует значительному увеличению его срока службы до капитального ремонта или замены.
Равномерный прогрев всего ложа реактора с помощью таких коллекторов способствует повышению качества и стабильности реакции пиролиза, что увеличивает КПД, удельную и общую производительности мобильного модуля реактора пиролиза.
Процесс термического разложения (деструкции) различных углеродсодержащих отходов или сырья, под воздействием высоких температур и при отсутствии или недостатке кислорода, является основным механизмом работы данного мобильного модуля реактора пиролиза для термической переработки отходов. Причем, при этом термическом разложении отходов (сырья) происходит не только их распад, но и синтез новых продуктов - пиролизного газа (синтез-газа), технического углерода (полукокса). После очистки пиролизного газа в модуле очистки и дальнейшей конденсации в теплообменных конденсаторах, может быть синтезировано пиролизное топливо.
Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов представляет собой независимую конструкцию, которая может быть расположена на отдельной металлической раме или заключена в металлический каркас транспортировочных габаритов.
Процесс переработки (утилизации) сырья или отходов в мобильном модуле реактора пиролиза может быть организован как непрерывно, так и с остановками эксплуатации.
При условии направления части получаемого пиролизного газа (или пиролизного топлива) в газопоршневую или дизельгенераторную установку (электрогенератор), работа модуля пиролиза и всего комплекса переработки отходов может быть организована в полностью автономном режиме, без внешних источников питания и энергоносителей.
Относительно небольшие габариты мобильного модуля реактора пиролиза позволяют размещать его в 20-40 футовых морских контейнерах или стальных каркасах таких же размеров вместе с модулями сушки, а также сопутствующими модулями очистки, сепарации и конденсации газа, чтобы иметь возможность перемещать все оборудование в составе комплекса непосредственно к месту переработки или образования отходов с помощью большинства грузовых транспортных средств.
Для обеспечения работы мобильного модуля реактора пиролиза предполагается, что в него подаются уже предварительно подготовленные отходы, т.е. измельченные до фракции не более 10-15 мм (или обезвоженные шнековым сепаратором, если отходы влажные и пластичные) и далее высушенных в отдельном модуле сушки до влажности не более 8-12%. Но также возможен вариант подачи в реактор влажных отходов. В таком случае, в комплектации внешнего модуля очистки пиролизного газа комплекса необходимо предусмотреть сепарацию и удаления водяных паров из получаемой парогазовой смеси.
Привод шнековых транспортёров реактора пиролиза в мобильном модуле реактора пиролиза может осуществляться от нескольких мотор-редукторов (3), с помощью прямого привода, цепных или редукторных зубчатых передач. Отдельными мотор-редукторами (3) также приводятся в движение шнеки выгрузки и охлаждения углистых коксообразных остатков продуктов пиролиза (полукокса).
Шнековые механизмы в реакторе могут быть выполнены из термостойкой нержавеющей стали и представляют собой одну (см. Фиг.5(А)) или несколько (т.е. группу) сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар (9) (см. Фиг.5(Б)). Группа в таком шнековом механизме может состоять из двух, трех, четырех и более четырех сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар. Внутри каждой сдвоенной синхронизированной системы шнековых пар имеются два шнека с противоположным вращением относительно друг друга и заходящие друг на друга шнековые спирали этих шнеков (в размере до 90% от их высоты), что позволяет шнекам при вращении самоочищаться от нагара и коксовых отложений. Рабочая камера (8) пиролизного реактора в нижней своей части может содержать так называемое ложе (16) в виде лотка, форма поперечного сечения которого соответствует форме группы сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар, расположенных в этом ложе.
Каждая сдвоенная синхронизированная система шнеков в составе группы шнековых пар является отдельным механическим устройством, т.к. привод осуществляется от своего мотор-редуктора (3) на каждую такую двойную систему шнеков с помощью цепной или редукторной передачи, а шнековые спирали не перекрываются с соседней двойной системой шнеков. Поперечное перекрытие шнеков в виде заходящих друг на друга их спиралей имеется только между соседними шнеками внутри каждой сдвоенной системы шнековых пар.
Для надежной герметизации рабочей камеры пиролиза с целью предотвращения попадания воздуха, содержащего кислород, в реактор, а также для блокировки выхода наружу образующейся пиролизной парогазовой смеси, в шнековых механизмах применено оригинальное техническое решение в виде промежутков с отсутствующей шнековой спиралью на шнеках, благодаря которым в этих местах шнековых механизмов создается плотная пробка из подаваемого сырья или выгружаемого твердого углеродного остатка (полукокса). На входе сырья в реактор часть шнековой спирали отсутствует в промежутках закрытых труб между дозатором и входом в рабочую камеру пиролизного реактора. А выходящий из реактора твердый углеродный остаток (полукокс) надежно уплотняется в месте отсутствия спирали у шнекового механизма, встроенного в приемный бункер охлаждения и выгрузки углеродного остатка (полукокса).
Мобильный модуль реактора пиролиза содержит камеру обогрева (топочную камеру), разделенную на две части (верхнюю (12) и нижнюю (28)), которые по существу охватывают всю рабочую камеру пиролизного реактора (8). Верхняя топочная камера обогрева (12) включает в себя промежуточную полость между стенками внешнего верхнего кожуха (4) и рабочей камерой (8) пиролизного реактора, с возможностью независимого нагрева внешней стенки корпуса рабочей камеры (8) проходящими топочными газами. Благодаря промежуточной полости, разогрев реактора происходит одновременно со всех сторон, что способствует равномерному тепловому расширению металла во всей рабочей камеры пиролиза (8) и отсутствию деформаций или нарушения геометрии конструкции. Верхняя часть топочной камеры обогрева (12) в поперечном разрезе может иметь трапецевидную форму. Нижняя часть топочной камеры обогрева (28) в поперечном разрезе также может иметь трапецевидную или прямоугольную форму.
Внутри нижней топочной камеры обогрева (28) находится по меньшей мере один коллектор (17), предназначенный для равномерной направленной подачи и распределения горячего теплоносителя, а также регулирования его температуры путем смешивания горячих газов от основной топочной горелки (горелок) (13) и холодного воздуха, подаваемого в начало коллектора (17) вентилятором (14). Коллектор представляет собой прямую трубу из нержавеющей высокотемпературной стали (AISI 310S, 20Х23Н18 или аналогичная) с приваренной заглушкой на конце, имеющей продольные прямоугольные прорези (32) в верхней части этой трубы или прямоугольные раструбовидные патрубки, примыкающие к этим прорезям и имеющей также еще продольные отверстия в нижней части трубы к которым примыкает воздуховод (15) подачи холодного теплоносителя (воздуха), нагнетаемого вентилятором (14).
Нижняя топочная камера обогрева (28) имеет по меньшей мере две горелки, одна из которых (основная рабочая - 13) установлена на фланце коллектора (17), со стороны одной из торцевых стенок нижней топочной камеры (28), а другая горелка (21), предназначенная для начального разогрева реактора и вывода его на рабочий режим, установлена со стороны продольной боковой стенки нижней топочной камеры (28) реактора. Возможен также вариант исполнения модуля реактора пиролиза с применением двухрежимной (двухтопливной) горелки (горелок), когда первоначальный разогрев реактора осуществляется на дизельном топливе, а после выхода на рабочий режим происходит переключение этой горелки (горелок) на получаемый пиролизный газ. Стенки общей топочной камеры обогрева, включающей нижнюю топочную камеру (28) и верхний кожух (4), могут быть теплоизолированы с внутренней или наружной стороны с помощью специальной футеровки, предназначенной для топок или другого теплоизоляционного материала.
На верхней части рабочей камеры реактора пиролиза (8) находится по меньшей мере один выход для образуемой парогазовой пиролизной смеси (7) и топочных газов, который реализован в виде фильтра (5) грубой очистки газа с функцией самоочищения, предназначенный для предварительной очистки парогазовой смеси углеводородов от твёрдых сажевых частиц, смол, парафинов. Он состоит из корпуса в виде двойной выводной трубы с промежуточной полостью, электромотора (26), ножей (25), выходного газохода (22) в виде двойной трубы с промежуточной полостью и расположенного внутри корпуса металлической конструкции - вращающегося осаждающего элемента фильтра грубой очистки, который представляет собой горизонтально расположенные на определенном расстоянии друг от друга и закрепленные на одной вертикальной оси металлические разделительные перегородки (24) в виде полукруглых пластинчатых лопастей (см. Фиг.7(В)).
Наружная труба (30) корпуса фильтра (5) примыкает к верхней части внешнего кожуха (4) рабочей камеры (8) реактора, а внутренняя труба (31) корпуса фильтра (5) соединена с верхней частью внутреннего кожуха (29) рабочей камеры реактора пиролиза. Промежуточная полость между внешней и внутренней стенкой труб фильтра (5) соединена с промежуточной полостью верхней части рабочей камеры (8) пиролизного реактора, которая, в свою очередь, соединена с топкой реактора (28). Таким образом, через внутреннюю часть фильтра (осаждающую зону) (23) выводится парогазовая смесь (7), а через промежуточную полость между трубами (30) и (31) (см. Фиг.7(А), Фиг.7(Б)) выводятся отработанные топочные газы, которые обогревают внутреннюю часть фильтра, препятствуя тем самым конденсации и образованию отложений на внутренней стенке от загрязненной парогазовой пиролизной смеси.
Также мобильный модуль реактора пиролиза содержит бункер загрузки (1) подготовленного сырья или отходов с датчиками уровня наполнения бункера и шнековых механизмов реактора, встроенный в бункер загрузки дозатор (2), шнековый транспортер (19) для выгрузки углеродного остатка.
Предлагаемого изобретение не может быть использовано как отдельное самостоятельное оборудование для переработки отходов, т.к. конструктивно предполагается, что необходимые для обеспечения полноценной работы мобильного модуля реактора пиролиза дополнительные устройства измельчения, обезвоживания, сушки сырья, а также очистки, фильтрации, сепарации, и конденсации пиролизного газа будут находится в составе комплекса по переработке отходов в отдельных независимых блоках-модулях, соединенных с модулем пиролиза транспортерами и газоходами. Таким образом, данное техническое решение по своей сути является составным устройством (модулем) в комплексах по термической переработке отходов различного состава и конфигурации по входящему в них оборудованию.
Мобильный модуль реактора пиролиза отходов работает следующим образом.
Первоначальный запуск и разогрев рабочей камеры пиролизного реактора (8) осуществляется с помощью горелки начального разогрева (21) с плавным повышением температуры реактора в районе 2-3°С/мин. (17). Топливом для первоначального разогрева рабочей камеры реактора (8) и запуска начала процесса пиролиза может являться газовое (пропан-бутан в баллонах или магистральный метан), дизельное или пиролизное топливо. После получения достаточного количества пиролизного синтез-газа или пиролизного топлива, производится его подача на основную горелку, которая смонтирована на торцевом фланце коллектора, находящегося в топочной камере обогрева. При этом горелка начального разогрева отключается, а дальнейшее поддержание рабочей температуры реактора пиролиза осуществляется уже от собственного источника энергоносителей с помощью одной или нескольких основных горелок.
Коллектор (17), с примыкающей основной горелкой (13) на торце, располагается в нижней части топочной камеры обогрева (28) реактора пиролиза и выполнен в виде прямой круглой трубы с приваренной заглушкой на конце. Снизу трубы коллектора есть прорези (32) или отверстия, к которым примыкает воздуховод (15), с помощью которого подается в начало коллектора холодный воздух от нагнетающего вентилятора (14), где он смешивается с горячими дымовыми газами от горелки. Внутри воздуховода (15) может находиться обратный клапан (не показан), препятствующий выходу горячих дымовых газов через воздуховод при неработающем нагнетающем вентиляторе (14).
С помощью подачи холодного воздуха в коллектор (17) можно регулировать температуру выходящего из него теплоносителя, и, соответственно, рабочую температуру всего реактора. По всей длине верхней части трубы коллектора (17) имеются продольные прорези (32), предназначенные для выхода горячего теплоносителя в сторону ложа (16) реактора (см. Фиг.3). К этим прорезям (как вариант) могут примыкать прямоугольные раструбовидные патрубки (18) для еще более направленной подачи и равномерного распределения теплоносителя по всей площади ложа реактора (см. Фиг.4).
После начального разогрева реактора и выхода на требуемый для реакции пиролиза температурный режим, в рабочую камеру реактора пиролиза (8) может быть осуществлена подача инертного газа (например, азота), с целью вытеснения из него воздуха, содержащего кислород, для предотвращения образования взрывоопасной смеси при начале реакции пиролиза.
Далее, предварительно измельченные, подогретые и высушенные отходы конвейерным транспортером (не показан) подаются в приемный бункер загрузки (1), который имеет встроенный дозатор (2) и датчики уровня наполнения (не показаны) бункера загрузки и шнековых механизмов реактора пиролиза, по сигналам которых регулируется скорость подачи отходов на подающем транспортере и дозаторе (2). Заполненный сырьем бункер и дозатор в нем, препятствуют в некоторой мере попаданию воздуха в камеру реактора пиролиза со стороны загрузки сырья, а также являются в некоторой мере препятствием для выхода образующихся пиролизных газов наружу со стороны камеры реактора пиролиза.
В качестве дозатора (2) может использоваться широко распространенный лопастной шлюзовой дозатор дискретного действия либо дозатор, описанный в изобретении «СПОСОБ РАЗГРУЗКИ И ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ СМЕСЕЙ ИЗ ЕМКОСТИ» [патент RU2579001].
Из приемного бункера (1), пройдя через дозатор (2), измельченные отходы с помощью шнеков сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар (9) у которых отсутствует часть спирали, уплотняются в пробку в промежутке закрытых частей труб шнековых механизмов перед реактором пиролиза. Таким образом, в этом месте (т.е. до начала входа в реактор перерабатываемых отходов) надежно герметизируется рабочая камера (8) пиролизного реактора.
Перемещаемые в пиролизном реакторе (8) шнековыми устройствами отходы либо сырье соприкасаются с разогретым ложем (16) и шнековыми механизмами в виде группы сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар (9). В бескислородной среде и под воздействием высокой температуры (от 400°С до 1050°С, в зависимости от сырья и стоящей задачи) в рабочей камере пиролизного реактора (8) происходит термическое разложение (деструкция) измельченных и высушенных отходов на пиролизный синтез-газ (представляющий собой парогазовую смесь углеводородных газов и водяного пара), и твердый углеродный остаток пиролиза (технический углерод или полукокс).
Если требуется переработка некоторых видов жидких или вязких отходов, таких как отработанные масла, нефтешламы, иловые осадки сточных вод, то группа сдвоенных механизмов синхронизированных систем шнековых пар (9), может быть расположена в реакторе не горизонтально, а под некоторым углом к горизонтальной продольной оси рабочей камеры реактора пиролиза, с подъемом по направлению движения сырья. Угол подъема может составлять от 5 до 15°.
Образующаяся в процессе реакции пиролиза парогазовая смесь следует в фильтр грубой очистки (5) пиролизного газа с функцией самоочищения.
Внутри корпуса фильтра расположен осаждающий элемент фильтра грубой очистки, который представляет собой горизонтально расположенные на определенном расстоянии друг от друга и закрепленные на одной вертикальной оси (27) по противоположным сторонам металлические разделительные перегородки (24) в виде полукруглых пластинчатых лопастей (см. Фиг.7(В)).
Парогазовая смесь углеводородов, поднимаясь вверх по выводной трубе фильтра через осаждающую зону фильтра (23), огибает данные разделительные перегородки и оставляет на их поверхности липкие смолистые и пылевидные частицы. Вращаясь от электропривода, лопасти (24) осаждающего элемента (Фиг.7(В)) фильтра грубой очистки (5) соприкасаются с металлическими ножами (25), приваренными к стенкам внутреннего корпуса фильтра по обеим сторонам каждой металлической разделительной перегородки (лопасти) (24), которые срезают с них отложившиеся загрязнения. Срезанные с верхних крутящихся разделительных перегородок отложения падают на нижние пластинчатые лопасти, где также срезаются ножами и, в конечном итоге, падают уже в реактор на шнеки и далее, частично подвергаясь пиролизу, выводятся из реактора вместе с твердыми углеродными остатками пиролиза. Количество разделительных перегородок, их размеры и удалённость друг от друга определяются расчётным методом.
Отработанные дымовые газы из топочной камеры отводятся через промежуточные полости, расположенные между стенками труб разного диаметра фильтра грубой очистки (5) и примыкающего к нему газохода (22) с двойными стенками, также состоящего из труб разного диаметра. Проходя по полостям фильтра грубой очистки газа и газохода, горячие топочные газы обогревают внутренний корпус фильтра (5) и внутренний газоход с парогазовой смесью, тем самым не позволяя конденсироваться на внутренней части труб газохода и фильтра загрязнениям и отложениям смол, парафинов, частичкам сажи и другим загрязнениям, содержащихся в получаемом пиролизном газе. Внутренний газоход парогазовой смеси подогревается топочными газами на всем его протяжении до модуля очистки газа. На одном конце двойного газохода, на трубе выхода отработанных топочных газов (22) может быть установлен вытяжной высокотемпературный вентиляторный дымосос (6) или эжектор для вытягивания отработанных топочных газов из топки реактора пиролиза (см. Фиг.2, Фиг.8, Фиг.9, Фиг.10, Фиг.11). На другом конце двойного газохода, на внутренней трубе выхода парогазовой пиролизной смеси, также может быть установлен вытяжной высокотемпературный вентиляторный дымосос (6) во взрывозащищенном исполнении для вытягивания из реактора парогазовой пиролизной смеси и создания разряжения в рабочей камере реактора пиролиза. Возможно использование отходящих горячих топочных газов в качестве сушильного агента (теплоносителя) и направление их в оборудование предварительной сушки сырья, что позволит снизить общие энергетические затраты комплекса на переработку отходов, т.к. в данном случае не будет необходимости использовать отдельную горелку в сушилке. Для минимизации вредных выбросов в атмосферу, дымовые топочные газы после использования могут подвергаться дожигу, очистке, фильтрации и нейтрализации с помощью печей дожига, различных газоочистных устройств, и катализаторов.
После фильтра грубой очистки газа (5), парогазовая смесь по газоходу, обогреваемому снаружи топочными газами, направляется в отдельный модуль комплексной очистки газа (модуль комплексной очистки газа на схеме не показан, т.к. не является предметом данного изобретения), состоящий из последовательно расположенных циклонов, фильтров, сепараторов, катализаторов, мокрых скрубберов и других необходимых газовых очистных устройств. Состав модуля комплексной очистки газа определяется и подбирается индивидуально - в зависимости от вида исходного сырья и состава получаемого из него пиролизного синтез-газа.
Мобильный модуль реактора пиролиза может содержать взрывной клапан (не показан), который служит для уменьшения давления на стенки рабочей камеры реактора (8) при аварийном хлопке пиролизного газа, а также смотровой люк (не показан), предназначенный для обеспечения доступа в топочную камеру сгорания (12).
Получившийся твердый углеродный остаток пиролиза (полукокс), пройдя всю рабочую камеру реактора (8) пиролиза, через отверстие в ложе (16) со шнеками попадает в промежуточный бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка (10), а далее в шнек выгрузки (11), затем в шнек охлаждения (19). В шнековом механизме (11), встроенном в бункер выгрузки и охлаждения углеродных остатков пиролиза также применено оригинальное техническое решение в виде отсутствия части спирали шнека и ножей-лопаток (20) напротив фланцевого патрубка выгрузки, благодаря чему создается герметичная пробка из углистых остатков пиролиза, что препятствует проникновению воздуха, содержащего кислород, в пиролизный реактор и выходу пиролизных газов наружу. Ножи-лопатки (20), вращаясь на шнеке, срезают поступающий уплотненный углеродный остаток напротив отверстия выгрузки с патрубком и фланцем, к которому примыкает шнек выгрузки и охлаждения (19). Далее углеродный остаток следует в шнек выгрузки и охлаждения (19), проходя по которому еще снижается его температура. После прохождения шнека выгрузки и охлаждения, твердый углеродный остаток пиролиза выгружается в отдельную емкость, из которой он может быть расфасован в мешки для дальнейшей продажи, либо может быть направлен в установку для производства активированного угля или в установку для дополнительной газификации с получением на выходе горючего газа и нейтрального шлакового остатка.
Также возможно изготовление из твердого углеродного остатка пиролиза топливных брикетов с помощью специального оборудования - брикетиров.
Из парогазовой смеси, образующейся в процессе работы модуля реактора пиролиза, после комплексной очистки, фильтрации и сепарации на газоочистном оборудовании, выделяется чистый пиролизный газ (синтез-газ), который в зависимости от целей и потребностей эксплуатанта оборудования может быть направлен в газопоршневые или газотурбинные электрогенераторы с модулями когенерации, для получения электрической и тепловой энергии, либо направлен на конденсацию в теплообменники-конденсаторы, для получения жидких углеводородов (пиролизного топлива).
Если у заказчика оборудования стоит задача получать из отходов пиролизное топливо, то после полной фильтрации и очистки пиролизный газ поступает в модуль конденсации (теплообменное конденсационное оборудование) для его конденсации в жидкие углеводороды (синтезированное пиролизное топливо), а несконденсировавшийся газ, выходящий из модуля конденсации, направляется в газовую горелку пиролизатора, для поддержания рабочей температуры пиролизного реактора.
Если же у заказчика оборудования основной целью является получение из отходов электрической энергии и тепла, то вместо конденсации, образующийся в процессе пиролиза синтез-газ направляется в горелку модуля пиролиза для обеспечения и поддержания его работы, а оставшаяся большая часть пиролизного газа поступает в газопоршневую установку или газотурбинный электрогенератор для выработки электрической и тепловой энергии.
Части и признаки настоящего изобретения могут сочетаться в различных вариантах осуществления изобретения, если они не противоречат друг другу. Описанные выше варианты осуществления изобретения приведены исключительно с иллюстративной целью и не предназначены для ограничения объема настоящего решения, определяемого формулой изобретения. Все разумные модификации, модернизации и эквивалентные замены в конструкции, составе и принципе действия, выполненные в пределах сущности настоящего устройства, входят в объем настоящего изобретения.
1. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов, характеризующийся тем, что реактор пиролиза установлен на рамную конструкцию, представляющую собой стальной каркас, в котором технологически последовательно, соединенными через патрубки и фланцы, расположены вход в камеру пиролиза в виде загрузочного бункера с встроенным дозирующим устройством и датчиком наполнения, камера пиролиза с установленными внутри корпуса несколькими шнековыми транспортерами непрерывного действия, в верхней части камеры пиролиза имеется по меньшей мере один выход для парогазовой смеси, в виде двойных цилиндрических труб с расположенными в них осаждающими лопастями фильтра грубой очистки пиролизного газа, имеет выход углеродного остатка из пиролизной камеры, включающий отверстие в ложе и промежуточный бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, шнековый транспортер охлаждения и выгрузки углеродного остатка, топочная камера сгорания с горелками и одним или несколькими коллекторами, охватывающая, по существу, всю рабочую камеру пиролиза, отличающийся тем, что рабочая камера пиролизного реактора снабжена перемещающими и перемешивающими шнековыми устройствами непрерывного действия, представляющими собой одну сдвоенную синхронизированную систему шнековых пар или группу таких систем парных шнеков, которая выполнена в виде нескольких продольно соединенных между собой сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар, расположенных на едином ложе из нескольких параллельных желобов с закрытыми трубами на концах, находящихся в одной плоскости горизонтально или под некоторым углом к горизонтальной продольной оси пиролизной камеры, с подъемом по направлению движения сырья, в нижней части бункера выгрузки и охлаждения углеродного остатка имеется дополнительный промежуточный шнековый транспортер непрерывного действия, встроенный непосредственно в бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, в трубе выхода парогазовой смеси из реактора пиролиза предусмотрен осаждающий фильтр для грубой очистки пиролизного газа с конструктивной функцией самоочистки от загрязнений, выход парогазовой смеси из рабочей камеры пиролизного реактора совмещен с параллельным выходом отработанных топочных газов, выходящих из топки реактора, верхняя часть кожуха камеры реактора пиролиза выполнена в виде вытянутого трапецевидного короба правильной формы с двойными стенками и промежуточной полостью, соединенной с топкой, а коллектор или коллекторы в топке реактора пиролиза выполнены в виде прямых труб с приваренными заглушками на конце.
2. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что внутри каждой сдвоенной синхронизированной системы шнековых пар имеются заходящие друг на друга шнековые спирали в размере до 90% от их высоты.
3. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что шнеки сдвоенных синхронизированных систем шнековых пар реактора пиролиза имеют промежутки без шнековой спирали, расположенные в закрытых трубах перед входом в рабочую камеру пиролиза, которые создают в них плотную пробку из сырья, способствующую предотвращению выхода пиролизного газа, а также предотвращению проникновения в реактор пиролиза наружного воздуха, содержащего кислород.
4. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что шнек шнекового транспортера непрерывного действия, встроенного в бункер выгрузки и охлаждения углеродного остатка, перед отверстием выгрузки имеет ножи-лопаточки и промежуток с частично отсутствующей шнековой спиралью, позволяющий герметизировать камеру пиролиза для предотвращения выхода пиролизного газа наружу, а также предотвращения проникновения извне в реактор пиролиза воздуха, содержащего кислород.
5. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что осаждающий фильтр грубой очистки пиролизного газа представляет собой цилиндрический корпус с горизонтально расположенными внутри него на определенном расстоянии друг от друга, закрепленными на одной вертикальной оси металлическими, разделительными, пластинчатыми перегородками, в виде полукруглых лопастей, вращающихся от электропривода, и ножи, приваренные к внутренней поверхности корпуса фильтра, срезающие с них загрязнения, которые затем падают на шнеки реактора и выводятся из него вместе с углеродными остатками пиролиза.
6. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что корпус осаждающего фильтра грубой очистки пиролизного газа с конструктивной функцией самоочистки от загрязнений представляет собой цилиндрические трубы разного диаметра с промежуточной полостью, соединенной с топкой, для прохода через нее горячих топочных газов и нагрева от них всей внутренней поверхности корпуса фильтра.
7. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что один или несколько коллекторов в топке реактора пиролиза имеют продольные прорези в верхней части этой трубы или имеют примыкающие к этим прорезям прямоугольные раструбовидные патрубки для направленной подачи и равномерного распределения теплоносителя по всей площади нижней части ложа реактора и наружной поверхности рабочей камеры пиролизного реактора.
8. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что один или несколько коллекторов в топке реактора пиролиза имеют отверстия или продольные прорези в нижней части, к которым примыкает воздуховод подачи холодного теплоносителя для оптимального смешивания разнотемпературных газовых потоков и регулирования выходной температуры теплоносителя, выходящего из коллектора или коллекторов.
9. Мобильный модуль реактора пиролиза для термической переработки отходов по п. 1, отличающийся тем, что газоход выхода парогазовой пиролизной смеси из фильтра грубой очистки с функцией самоочистки представляет собой трубу с двойными стенками и промежуточной полостью, по которой проходят горячие топочные газы, обогревающие внутреннюю трубу газохода парогазовой пиролизной смеси.
