CZ2023264A3 - Zařízení pro středněteplotní kapalinovou fluidní pyrolýzu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zařízení pro středněteplotní kapalinovou fluidní pyrolýzu, zejména makromolekulárních a polymerních organických sloučenin, které obsahuje zdroj tepla napojený na reaktor (6), který je dále napojen na zdroj vstupní suroviny, přičemž reaktor (6) je dále napojen na odvod plynných i kapalných produktů pyrolýzy. Reaktor (6) je svým vstupem napojen na směšovací trysku (5), která je jedním svým vstupem napojena na zdroj vstupní suroviny a svým druhým vstupem je napojena na výstup ohřívače (1) teplonosné kapaliny, který je svým vstupem napojen na zásobník (2) teplonosné kapaliny, přičemž reaktor (6) je svým výstupem napojen na vstup hydrocyklonu (7), který je opatřen výstupem plynné fáze, ve kterém jsou postupně zapojeny dmychadlo (11), kondenzační systém (8) a recipient (9) kapalné fáze, přičemž hydrocyklon (7) je dále opatřen separátorem (10) uhlíkového zbytku pro rozdělení disperze uhlík-teplonosná kapalina na výstupu separátoru (10), přičemž výstupu separátoru (10) je přiřazeno oddělovací zařízení (13) pro ukládání práškového uhlíku, a hydrocyklon (7) je dále opatřen recirkulačním výstupem teplonosné kapaliny, který je napojen na vstup zásobníku (2) teplonosné kapaliny, přičemž teplonosná kapalina je tvořena kapalnou směsí silanů a silikonů, které mají tepelnou stálost do alespoň 700°C a kapalný stav v rozsahu teplot 0-700°C, jsou nerozpustné v kapalných uhlovodících, neabsorbují kapalné uhlovodíky a mají pouze minimální schopnost absorbce plynných uhlovodíků, mají velmi nízkou tepelnou roztažnost, nízkou závislost viskozity na teplotě a vysokou tepelnou kapacitu, jsou acidobazicky neutrální a nereagují ani za zvýšených teplot s materiály zařízení.

Description

Zarizeni pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu

Oblast techniky

Vynâlez se tÿka zarizeni pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu, zejména makromolekulâmich a polymernich organickÿch sloucenin, které obsahuje zdroj tepla napojenÿ na reaktor, kterÿ je dale napojen na zdroj vstupni suroviny, pricemz reaktor je dale napojen na odvod plynnÿch i kapalnÿch produktû pyrolÿzy.

Dosavadni stav techniky

Soucasna zarizeni pro stredneteplotni (300 az 550 °C) pyrolÿzu organickÿch vysokomolekulârnich materialû (biomasa, drevo, guma a pryz, textil, kaly z COV, ropné odpadni produkty, gudrony apod.) pouzivaji jako ohrevnÿ systém bud spalovaci zarizeni (plynové, olejové, nebo kombinované horaky rûznÿch typû) nebo rûzné systémy elektrickÿch ohrevû (kontaktni - kondukce, proudenim - konvekce, nebo zârenim - indukce).

Vzhledem k soucasnému stavu na trhu ropy, zemniho plynu a uhli a soucasne s ohledem na pozadavky ochrany zivotniho prostredi je zrejmé, ze prûmyslovâ zarizeni s minimâlnimi tepelnÿmi ztrâtami a elektrickÿm systémem ohrevu budou mit na trhu stale vyssi prioritu.

U spalovacich ohrevnÿch systémû dochâzi ke ztratam pri vlastnim spalovacim procesu, kdy podstatna cast tepla odchâzi se spalinami ze systému nevyuzita a dalsi ztraty vznikaji pri prostupu tepla pres plâsf reaktoru a pri zahfivâni transportnich zarizeni uvnitr reaktoru (sneky, hridele, loziska a dalsi podle typu a konstrukce reaktorû).

Cilem vynâlezu je odstranit nebo alespon minimalizovat nevÿhody dosavadniho stavu techniky, zejména snizit energetické ztrâty pri predâvâni energie do zpracovâvané vstupni suroviny pri zachovâni nebo i zlepseni ùcinnosti pyrolÿzy vstupni suroviny.

Podstata vynâlezu

Cile vynâlezu je dosazeno zanzenim pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu, jehoz podstata spocivâ v tom, ze reaktor je svÿm vstupem napojen na smesovaci trysku, kterâ je jednim svÿm vstupem napojena na zdroj vstupni suroviny a svÿm druhÿm vstupem je napojena na vÿstup ohnvace teplonosné kapaliny, kterâ tvori zdroj tepla, kde ohnvac teplonosné kapaliny je svÿm vstupem napojen na zâsobnik teplonosné kapaliny, pricemz reaktor je svÿm vÿstupem napojen na vstup hydrocyklonu, kterÿ je opatren vÿstupem plynné fâze, ve kterém jsou za sebou zapojeny dmychadlo, kondenzacni systém a recipient kapalné fâze, pricemz hydrocyklon je dâle opatren separâtorem uhlikového zbytku pro rozdeleni disperze uhlik-teplonosnâ kapalina na vÿstupu separâtoru, pricemz vÿstupu separâtoru je pmazeno oddelovaci zarizeni pro uklâdâni prâskového uhliku, a hydrocyklon je dâle opatren recirkulacnim vÿstupem teplonosné kapaliny, kterÿ je napojen na vstup zâsobniku teplonosné kapaliny, pricemz teplonosnâ kapalina je tvorena kapalnou smesi silanû a silikonû.

Vÿhodou zarizeni podle vynâlezu je systém prûtocného reaktoru, pres kterÿ proudi teplonosné médium, vyuzivâ se maximâlne stycnâ plocha mezi vstupni surovinou a teplonosnÿm médiem, eliminuje se nebo se vÿrazne zjednodusuje michaci a prepravni systém v reaktoru, umoznuje se recirkulace teplonosného média a oddeleni pyrolyzniho zbytku tak, aby ze systému vynâsel jen nezbytne nutné minimum tepelné energie. Soucasne se vÿrazne zvysuje technologickâ bezpecnost zarizeni i bezpecnost obsluhujiciho personâlu, protoze zarizeni obsahuje minimum pohyblivÿch câsti a ostatni je mozné velmi ùcinne tepelne izolovat od okolniho prostredi.

- 1 CZ 2023 - 264 A3

Zarizeni je tak energeticky a emisne inaktivni vzhledem k okolnimu prostredi.

Vynâlez je pouzitelnÿ zejména pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu makromolekulârnich a polymernich organickÿch sloucenin.

Objasneni vÿkresu

Vynâlez je schematicky znâzornen na vÿkrese ve forme zapojeni technologickÿch prvkû zarizeni.

Priklad uskutecneni vynâlezu

Vynâlez bude popsân na prikladu uskutecneni zarizeni pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu s kapalnou teplonosnou fâzi, které obsahuje ohrivac 1 teplonosné kapaliny, dâle jen TNK. Prikladne je ohrivac 1 ve svém ohrivacim prostoru TNK opatren neznâzornenÿmi vnitrnimi ohrevnÿmi keramickÿmi telesy.

Teplonosnou kapalinou je vÿhodne kapalnâ smes silanû a silikonû s tepelnou stâlosti do 700 °C, kterâ je v rozsahu teplot 0 az 700 °C v kapalném stavu, kterâ se nerozpousti v kapalnÿch uhlovodicich ani je neabsorbuje a mâ minimâlm schopnost absorpce plynnÿch uhlovodikû. Dâle mâ teplonosnâ kapalina velmi nizkou tepelnou roztaznost, nizkou zâvislost viskozity na teplote a vysokou tepelnou kapacitu, je acidobazicky neutrâlni a nereaguje ani za zvÿsenÿch teplot s materiâly, ze kterÿch jsou sestrojeny câsti zarizeni podle tohoto vynâlezu.

Ohrivac 1 je svÿm vstupem TNK, zde prikladne pres prvni procesni podâvaci cerpadlo 31, napojen na zâsobnik 2 TNK. Prikladne je zâsobnik 2 TNK opatren dilatacnimi vlozkami pro zlepseni parametrû pri nâbehu celého systému. Vÿstup TNK z ohrivace 1 je napojen na vstup druhého procesniho podâvaciho cerpadla 32, které je prikladne tvoreno vretenovÿm, zubovÿm nebo rootsovÿm cerpadlem. Vÿstup druhého procesniho podâvaciho cerpadla 32 je napojen na prvni vstup smesovaci trysky 5, na jejiz druhÿ vstup je napojen vÿstup dâvkovaciho cerpadla 4, které je prikladne tvoreno vretenovÿm, zubovÿm nebo rootsovÿm cerpadlem.

Dâvkovaci cerpadlo 4 je svÿm vstupem napojeno na privod 40 vstupni suroviny pro provedeni stredneteplotni kapalinové fluidni pyrolÿzy, dâle jen vstupni surovina. V neznâzorneném prikladu uskutecneni je ve vedeni teplonosné kapaliny pred nebo za ohrivacem 1 TNK zapojeno pouze jedno procesni podâvaci cerpadlo 31 nebo 32.

Smesovaci tryska 5 je uzpûsobena pro michâni vstupni suroviny s TNK a je svÿm vÿstupem napojena na vstup reaktoru 6. Smesovaci tryska 5 je prikladne tvorena Pitotovou trubici pro nizkoviskôzni vstupni suroviny, nebo tlakovou rozprasovaci tryskou pro michâni disperze apod. Smesovaci tryska 5 je vÿhodne instalovâna co nejblize reaktoru 6 pro omezeni stepné reakce vstupni suroviny v TNK mimo prostor reaktoru 6.

Reaktor 6 je ve znâzorneném prikladu uskutecneni vâlcového typu a je opatren s michaci vestavbou pro michâni smesi vstupni suroviny a TNK. Michaci vestavba reaktoru 6 slouzi k pasivnimu michâni smesi vstupni suroviny s TNK a k dosazeni Reynoldsova cisla odpovidajiciho turbulentnimu proudeni pro dosazeni maximâlniho kontaktu mezi câsticemi vstupni suroviny a TNK a tim k minimalizaci pûsobeni faktoru prostupu tepla. Michaci vestavba je s vÿhodou vytvorena jako vyjimatelnâ a obsahuje neznâzornenou michaci klec z tyci s trojùhelnikovÿm prûrezem ze stejného materiâlu jako teleso reaktoru 6. Reaktor 6 je svÿm vÿstupem smesi vstupni suroviny a TNK napojen na vstup hydrocyklonu 7 pro oddeleni dispergovaného uhlikového zbytku ze smesi vstupni suroviny a TNK.

Hydrocyklon 7 je jednim svÿm vÿstupem napojen na vstup dmychadla 11 pro udrzovâni

- 2 CZ 2023 - 264 A3 pracovniho tlaku v systému, pro odsâvâni plynné slozky z hydrocyklonu 7 a pro ùpravu procentového slozeni smesného plynu vznikajiciho v reaktoru 6.

Dmychadlo 11 je svÿm vÿstupem napojeno na vstup kondenzacniho systému 8 pro kondenzaci vzniklé plynné slozky na slozku kapalnou, kterâ je nâsledne zachycovâna recipientem 9 kapalné faze, kterÿ je alespon jednim svÿm vstupem napojen na alespon jeden vÿstup kondenzacniho systému 8. Recipient 9 kapalné faze je opatren neznâzornenÿm systémem pro mereni vÿsky hladiny, napr. ultrazvukovÿm snimacem hladiny nebo optickÿm hladinoznakem, a dale je opatren snimacem vnitrniho tlaku, napr. elektronickÿm a/nebo optickÿm manometrem, je opatren vypoustecim potrubim 15 oleje.

Kondenzacni systém 8 je prikladne tvoren dvema trubkovÿmi kondenzâtory s vodnim chlazenim se sklonem 45°, pricemz procesni strany kondenzâtorù jsou usporâdâny v sériovém zapojeni a plâst’ové strany kondenzâtorù jsou napojeny na neznâzornenÿ vodni chladici okruh. Kondenzacni systém 8 je urcen pro kondenzaci kapalné fâze (pyroolej) a plynné fâze (smes uhlovodikù C1-C8 a vodiku) a umoznuje rozdeleni kapalné fâze na lehkÿ a tezkÿ olej.

Hydrocyklon 7 je dâle opatren separâtorem 10 uhlikového zbytku pro rozdeleni disperze uhlikTNK. Separator 10 je svÿm vÿstupem napojen na vstup oddelovaciho zarizeni 13, zde prikladne pâsového lisu nebo dekantacnich odstredivek v plynotesném provedeni s chlazenÿm plâstem pro eliminaci samozâpalnosti prâskového uhliku. Vÿstup oddelovaciho zarizeni 13 je opatren neznâzornenÿm zarizenim pro uklâdâni prâskového uhliku do uzaviratelnÿch kontejnerù. Hydrocyklon 7 prikladne obsahuje vâlcovou nâdobu s kônickou spodni câsti a s tangenciâlne usporadanÿm vstupem reakcni smesi vstupni suroviny s TNK. Ve spodni câsti hydrocyklonu 7 je usporâdân separator 10 ve forme vestavby ve vnitrnim prostoru cyklony 7. Hydrocyklon 7 je dâle pres cirkulacni cerpadlo 14 napojen na vstup zâsobniku 2 TNK.

Systém pracuje tak, ze je vyhrivân teplonosnou kapalinou (TNK), kterâ se ze zâsobniku 2 dopravuje prvnim procesnim podâvacim cerpadlem 31 do ohrivace 1, ve kterém se TNK ohrivâ na provozni teplotou, kterâ je urcena fyzikâlnë-chemickÿmi vlastnostmi zpracovâvané suroviny, tj. vstupni suroviny. Vstupni surovina je bud v kapalné forme nebo je jemne mletâ a pridâvâ se ve smesovaci trysce 5 do TNK s urcenou provozni teplotou. Systém pro mleti a ostatni pripravu pripadné tuhé vstupni suroviny zde neni popsân, protoze neni predmetem této prihlâsky. Z ohrivace 1 se ohratâ TNK dopravuje druhÿm procesnim podâvacim cerpadlem 32 do smesovaci trysky 5, kde se misi se vstupni surovinou a dâle se smes dopravuje do reaktoru 6. Protoze vsechny prvky maji definovanÿ objem, je z dùvodu presného michâni kapalné vstupni suroviny nebo disperze vstupni suroviny do TNK vÿhodné pouzit objemové cerpadlo s definovanÿm objemem komory vztazenÿm na jednu otâcku akcniho prvku cerpadla, napr. na objem mezizubovÿch prostor, objem mezi dvema po sobe jdoucimi zâvity sneku nebo objem vymezenÿ rootsovÿmi rotory apod. Jelikoz pri tepelné stepné reakci vstupni suroviny dochâzi k vÿvoji plynné frakce, zde prikladne o objemu cca 60 % hmotn. pùvodni vstupni suroviny, dochâzi ke zvysovâni tlaku v reaktoru 6 a neni potreba vyuzit precerpâvaci zarizeni pro prenos reakcni smesi vstupni suroviny a TNK do hydrocyklonu 7. Z hydrocyklonu 7 se pres dmychadlo 11 odvâdi vytvorenâ plynnâ fâze reakce do kondenzacniho systému 8, kde kondenzuje a zachycuje se recipientem 9 kapalné fâze. Ve spodni câsti hydrocyklonu 7 se separuje tuhâ fâze, kterâ se vypousti na oddelovaci zarizeni 13 a uklâdâ se. Prikladne se separovanâ tuhâ fâze spolecne s câsti TNK vypousti vlastnim tlakem systému v periodickÿch intervalech na pâsovÿ lis nebo na dekantacni odstredivky v plynotesném provedeni s chlazenÿm plâstem a uklâdâ se do uzaviratelnÿch kontejnerù. Prebytecnâ TNK i s pripadnÿmi zbytky vstupni suroviny se cirkulacnim cerpadlem 14 odsâvâ ze spodni câsti hydrocyklonu 7 a dopravuje se na vstup zâsobniku 2 TNK.

Vynâlez neni omezen pouze na zde vÿslovne popsanâ nebo na vÿkrese zobrazenâ uskutecneni, ale je v râmci odbornÿch schopnosti odbornika pouzitelnÿ i v jinÿch konfiguracich.

Claims (8)

1. Zarizeni pro stredneteplotni kapalinovou fluidni pyrolÿzu, zejména makromolekulârnich a polymernich organickÿch sloucenin, které obsahuje zdroj tepla napojenÿ na reaktor (6), kterÿ je dale napojen na zdroj vstupni suroviny, pricemz reaktor (6) je dale napojen na odvod plynnÿch i kapalnÿch produktù pyrolÿzy, vyznacujici se tim, ze reaktor (6) je svÿm vstupem napojen na smesovaci trysku (5), kterâ je jednim svÿm vstupem napojena na zdroj vstupni suroviny a druhÿm svÿm vstupem je napojena na vÿstup ohrivace (1) teplonosné kapaliny, ktera tvori zdroj tepla, a ohrivac (1) teplonosné kapaliny je svÿm vstupem napojen na zâsobnik (2) teplonosné kapaliny, pricemz reaktor (6) je svÿm vÿstupem napojen na vstup hydrocyklonu (7), kterÿ je opatren vÿstupem plynné fâze, ve kterém jsou za sebou zapojeny dmychadlo (11), kondenzacni systém (8) a recipient (9) kapalné fâze s tim, ze hydrocyklon (7) je dâle opatren separâtorem (10) uhlikového zbytku pro rozdeleni disperze uhlik-teplonosnâ kapalina na vÿstupu separâtoru (10), pricemz vÿstupu separâtoru (10) je prirazeno oddelovaci zarizeni (13) pro uklâdâni prâskového uhliku, a dâle je hydrocyklon (7) opatren recirkulacnim vÿstupem teplonosné kapaliny, kterÿ je napojen na vstup zâsobniku (2) teplonosné kapaliny, pricemz teplonosnâ kapalina je tvorena kapalnou smesi silanù a silikonù.

2. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze ohrivac (1) teplonosné kapaliny je opatren vnitrnimi ohrevnÿmi keramickÿmi telesy.

3. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze zâsobnik (2) teplonosné kapaliny je opatren dilatacnimi vlozkami pro zlepseni parametrû pri nâbehu celého systému.

4. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze mezi smesovaci tryskou (5) a ohrivacem (1) teplonosné kapaliny a/nebo mezi ohrivacem (1) teplonosné kapaliny a zâsobnikem (2) teplonosné kapaliny je ve vedeni teplonosné kapaliny zapojeno alespon jedno procesni podâvaci cerpadlo (31, 32).

5. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze reaktor (6) obsahuje vâlcovou nâdobu s michaci vestavbou smesi vstupni suroviny a teplonosné kapaliny v reaktoru (6).

6. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze hydrocyklon (7) obsahuje vâlcovou nâdobu s kônickou spodni câsti a s tangenciâlne usporâdanÿm vstupem reakcni smesi vstupni suroviny s teplonosnou kapalinou, pricemz ve spodni câsti hydrocyklonu (7) je usporâdân separator (10) ve forme vestavby vnitmiho prostoru cyklony (7).

7. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze kondenzacni systém (8) obsahuje dvojici v sérii zapojenÿch vodnich kondenzâtorù se sklonem 45° a s rozdelenim kapalné fâze na lehkÿ a tezkÿ olej.

8. Zarizeni podle nâroku 1, vyznacujici se tim, ze recipient (9) kapalné fâze je opatren snimacem hladiny a dâle je opatren snimacem vnitmiho tlaku a vypoustecim potrubim (15) oleje.