Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ В ТЕРМОХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ

Заявляемый объект относится к области термохимической переработки твердого органического сырья и может быть использован в коммунальном, сельском хозяйстве, в топливной и лесоперерабатывающей промышленности для утилизации и переработки органической части твердых производственных и бытовых отходов.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранный в качестве прототипа способ термохимической переработки органического сырья в топливные компоненты (патент RU №2275416, МПК⁸ C10L 5/48, F23G 5/027, опубл. 27.04.06), включающий предварительный прогрев органического сырья и загрузку его в вертикально установленный термохимический реактор, термохимическую переработку органического сырья, осуществляемую в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье на разных уровнях через полые кольца снизу вверх по периферии, разделение образующейся парогазовой смеси на жидкую и газообразную составляющие и выгрузку углеродсодержащего твердого остатка.

У заявляемого объекта и прототипа совпадают следующие существенные признаки: способы включают предварительный прогрев органического сырья и загрузку его в вертикально установленный термохимический реактор, термохимическую переработку органического сырья, осуществляемую в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье на разных уровнях, разделение образующейся парогазовой смеси на жидкую и газообразную составляющие и выгрузку углеродсодержащего твердого остатка.

Эффективность переработки органического сырья в термохимическом реакторе зависит от многих факторов, в том числе: равномерности и полноты предварительного прогрева сырья перед подачей в реактор; равномерности и полноты обработки сырья в реакторе; длительности контакта теплоносителя и сырья.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины:

- недостаточно равномерно и быстро осуществляется предварительный прогрев сырья после его загрузки в замкнутый объем камеры, расположенной над реактором;

- недостаточно равномерно и полно осуществляется обработка сырья в реакторе газообразным теплоносителем из-за слабого разрыхления перерабатываемого органического сырья непосредственно в реакторе не взаимодействующими между собой потоками газообразного теплоносителя, направленными через полые кольца снизу вверх по периферии загруженных в реактор отходов;

- недостаточно равномерно нагревается органическое сырье по сечению реактора, поскольку у стенок реактора отходы нагреты меньше, чем в середине реактора, из-за потерь тепла через его стенки.

Учитывая вышеизложенное, эффективность переработки органического сырья в термохимическом реакторе, который выбран в качестве прототипа, недостаточно высока. Кроме того, способ по прототипу характеризуется низким выходом жидких фракций углеводородов, а также, из-за незаконченности процессов термохимической переработки для всего объема органического сырья, находящегося в реакторе, низким качеством получаемого твердого углеродосодержащего остатка.

В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой способ переработки органического сырья в термохимическом реакторе, в котором усовершенствования путем введения новой совокупности действий позволяют при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности переработки органического сырья в термохимическом реакторе.

Заявляемый способ переработки органического сырья в термохимическом реакторе включает: предварительный прогрев органического сырья и загрузку его в вертикально установленный термохимический реактор, термохимическую переработку органического сырья, осуществляемую в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье на разных уровнях, разделение образующейся парогазовой смеси на жидкую и газообразную составляющие и выгрузку углеродсодержащего твердого остатка. Отличительной особенностью заявляемого объекта является то, что предварительный прогрев органического сырья осуществляют на восходящей ленте конвейера в процессе перемещения сырья в термохимический реактор. При этом прогрев сырья осуществляют за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями. Термохимическую переработку органического сырья осуществляют в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье через осевой трубопровод, распределяя газообразный теплоноситель на каждом из уровней по конусной поверхности сверху вниз.

Причем органическое сырье дополнительно нагревают со стороны стенок термохимического реактора за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями.

В частных случаях использования способ переработки органического сырья в термохимическом реакторе характеризуется тем, что:

- газообразный теплоноситель распределяют в перерабатываемом сырье по конусной поверхности сверху вниз, по меньшей мере, на трех уровнях;

- после выгрузки углеродсодержащий твердый остаток ускоренно охлаждают в камере охлаждения, а нагретый воздух используют для приготовления газообразного теплоносителя.

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности переработки органического сырья в термохимическом реакторе.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Осуществление предварительного прогрева органического сырья за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями в процессе загрузки сырья в термохимический реактор, обеспечивает равномерный предварительный прогрев по всему объему тонкого слоя сырья на конвейерной ленте и удаление из него паров воды в течение времени, за которое сырье поднимается в зону загрузки вертикального реактора.

Осуществление термохимической переработки органического сырья в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье через осевой трубопровод, распределяя газообразный теплоноситель на каждом из уровней по конусной поверхности сверху вниз, обеспечивает интенсивное разрыхление перерабатываемого органического сырья, его равномерную и полную обработку в реакторе за счет взаимодействия потоков газообразного теплоносителя, которые, поднимаясь снизу вверх, взаимодействуют с потоками газообразного теплоносителя, который подают в сырье сверху вниз.

Дополнительный нагрев органического сырья со стороны стенок термохимического реактора за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями, обеспечивает равномерный нагрев отходов по сечению реактора, начиная от его стенок, за счет совместного действия газообразного теплоносителя и теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями, расположенными у стенок реактора, что, в свою очередь, компенсирует потери тепла через стенки реактора в процессе термохимической переработки органического сырья.

Использование комбинированного подвода теплоты способствует равномерному нагреванию органического сырья по всему объему термохимического реактора, а именно подведение теплоты по периметру термохимического реактора с помощью трубчатых электронагревателей, обеспечивает перемещение тепловых потоков от периферийной зоны реактора к центральной зоне, а подвод теплоты через осевой трубопровод с помощью газообразного теплоносителя, который подают на каждом уровне по конусным поверхностям сверху вниз, обеспечивает перемещение тепловых потоков от осевой зоны к периферийной зоне.

Благодаря использованию заявляемого способа процесс термохимической переработки органического сырья интенсифицируется, его длительность сокращается, процессы термохимической переработки протекают одновременно во всем объеме органического сырья, кроме того, производительность переработки органического сырья в термохимическом реакторе существенно увеличивается при обеспечении высокого качества полученного твердого углеродсодержащего остатка и жидких компонентов.

Ускоренное охлаждение после выгрузки углеродсодержащего твердого остатка в камере охлаждения и использование нагретого воздуха для приготовления газообразного теплоносителя позволяет обеспечить возврат теплоты в реактор и, следовательно, приводит к снижению расхода топлива для термохимической переработки органического сырья, дальнейшему повышению эффективности его переработки в термохимическом реакторе при увеличении производительности и улучшении качества полученного твердого углеродосодержащего остатка и жидких компонентов.

В конкретном примере заявляемый способ переработки органического сырья в термохимическом реакторе реализуется следующим образом.

В качестве исходного органического сырья используются твердые производственные и бытовые отходы, в том числе изношенные автопокрышки, шелуха подсолнечника, промасленная ветошь, отходы деревообрабатывающей промышленности и т.п.

Сначала исходное органическое сырье загружают с помощью ленточного конвейера в вертикальный термохимический реактор. Во время загрузки сырья в вертикальный термохимический реактор в процессе его перемещения на восходящей ленте конвейера осуществляют предварительное прогревание сырья. Предварительный прогрев осуществляют за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями, например, марки ТЭН-70Б13/1Т220. Эти электронагреватели установлены, например, в количестве 24 штук, с суммарной мощностью 27 кВт между восходящей и нисходящей лентами конвейера, скорость которого, например, составляет 1,0 м/мин, при этом прогревание органического сырья на восходящей ленте конвейера осуществляют в течение 4-5 минут.

Термохимическую переработку органического сырья в термохимическом реакторе осуществляют в потоке газообразного теплоносителя, который подают в сырье через осевой трубопровод, распределяя газообразный теплоноситель на каждом, например, из трех уровней по конусной поверхности сверху вниз. Для образования и подведения теплоносителя используют, например, двухпроводную горелку производительностью 4 м³ /час при коэффициенте избытка воздуха α=0,45-0,9. Скорость нагревания сырья в реакторе устанавливают, например, равной 3°C/мин. При этом органическое сырье дополнительно нагревают со стороны стенок термохимического реактора за счет теплоты, генерируемой трубчатыми электронагревателями, например, марки ТЭН-200Д13/3Т-350 в количестве 9 штук, суммарной мощностью 27 кВт. При этом термохимическую переработку органического сырья осуществляют при температуре 300-600°C на протяжении 60-80 мин.

Парогазовую смесь, которая образуется при термохимической переработке отходов, отводят из реактора с помощью газодувки мощностью, например, 3 кВт и количеством оборотов 1500 об/мин и разделяют на жидкую и газообразную составляющие. Жидкую составляющую для дальнейшего использования разделяют на фракции с температурой: 250-300°C, 150-250°C и 20-150°C.

После завершения термохимической переработки органического сырья осуществляют выгрузку нагретого до температуры около 400°C углеродсодержащего твердого остатка. После выгрузки углеродсодержащий твердый остаток ускоренно охлаждают в камере охлаждения, например, с температурой охлаждающего воздуха 30°C и мощностью нагнетателя 0,7 кВт, а нагретый воздух используют для приготовления газообразного теплоносителя.

Исходя из изложенного выше можно сделать вывод: при использовании заявляемого объекта достигается технический результат, который заключается в повышении эффективности переработки органического сырья в термохимическом реакторе.