BE1028294B1

BE1028294B1 - Methode voor pyrolyse van afvalmateriaal in aanwezigheid van een hulpmateriaal

Info

Publication number: BE1028294B1
Application number: BE20205337A
Authority: BE
Inventors: Der Endt Johannes Dingenis Van; MEIRHAEGHE Rik VAN
Original assignee: Cct Int
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2021-12-13
Also published as: CA3178101A1; BE1028294A1; US20230201894A1; EP4149696A1; WO2021228547A1

Abstract

Methode voor het thermisch ontleden van een koolstofhoudend afvalmateriaal, omvattende: - het vullen van een reactor (101) begrensd door een reactorwand (104) met het afvalmateriaal (110) en een hulpmateriaal (111), resulterend in een reactorinhoud, waarbij het hulpmateriaal (111) abrasieve partikels omvat; - het verwarmen van de reactorinhoud in afwezigheid van zuurstof, waarbij door pyrolyse van het afvalmateriaal gasvormige producten (117) ontstaan en de abrasieve partikels niet smelten of thermisch ontleden; - het in beweging brengen van de reactorinhoud gedurende de pyrolyse, waarbij de beweging is aangepast om de reactorinhoud te mengen en minstens op delen van de reactorwand (104) de abrasieve partikels te laten schuren over de reactorwand (104), waarbij het hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in de gasvormige producten (117) en/of zodat de brosheid van het hulpmateriaal groter is dan de brosheid van de reactorwand (104).

Description

-1- METHODE VOOR PYROLYSE VAN AFVALMATERIAAL IN 3E<0205397

AANWEZIGHEID VAN EEN HULPMATERIAAL Technisch Gebied

[01] De onderhavige uitvinding heeft algemeen betrekking op de pyrolyse van afvalmateriaal, bijvoorbeeld plastic afval. De uitvinding levert in het bijzonder een oplossing voor een pyrolyse proces dat toelaat om op vereenvoudigde wijze eindproducten te bekomen van de gewenste samenstelling, met een hoge opbrengst en minimale aanwezigheid van polluenten. Achtergrond van de uitvinding

[02] Het gebruik van plastic is vandaag alom tegenwoordig, resulterend in enorme hoeveelheden plastic afval. Het feit dat plastic niet bio-degradeerbaar is, noodzaakt het zoeken naar oplossingen waarmee plastic afval kan worden gerecycleerd tot opnieuw bruikbare producten. Pyrolyse of thermisch kraken van plastic afvalmateriaal vormt hierbij een aantrekkelijke oplossing. Pyrolyse houdt in dat het afvalmateriaal tot op hoge temperatuur wordt verhit, typisch rond 410 à 440°C, in afwezigheid van zuurstof om oxidatie of ontbranden van het materiaal te vermijden. Hierbij vindt een thermische degradatie plaats, waarbij verbindingen aanwezig in de plastic polymeren worden verbroken, resulterend in koolwaterstoffen met een kleiner moleculair gewicht dan de oorspronkelijke polymeren. Tijdens de pyrolyse ontstaan enerzijds een volatiele fractie en anderzijds een fractie verkoolde producten. De volatiele fractie omvat koolwaterstofketens van diverse lengtes, welke op de hoge pyrolyse temperatuur allen gasvormig zijn. De verkoolde fractie omvat gecarboniseerde producten (Engels: ‘char’), welke bijvoorbeeld als assen achterblijven. Een deel van de volatiele fractie, namelijk de koolwaterstoffen met lange ketens, zijn door koeling condenseerbaar tot vloeibare oliën, te gebruiken als vloeibare brandstof, bijvoorbeeld in motoren. Lange ketens zijn typisch ketens van tenminste vijf of zes koolstofatomen (C5 — C6). De overige koolwaterstoffen aanwezig in de pyrolyse producten, namelijk deze met kortere ketens, vormen een niet-

-2- condenseerbaar gas, wat betekent dat ze bij koeling tot op een reguliere 19997 temperatuur en in gangbare procescondities gasvormig blijven. Typisch vindt pyrolyse plaats in een reactor, een afgesloten tank waarin afvalmateriaal in afwezigheid van zuurstof wordt verhit, via het verwarmen van de wand van de tank. Behalve voor plastic kan pyrolyse op analoge wijze worden uitgevoerd voor recyclage van andere soorten afvalmateriaal, bijvoorbeeld organisch afval, rubber, enz.

[03] Om een zo hoog mogelijke opbrengst te hebben aan nuttige eindproducten, dient de thermische degradatie zo volledig mogelijk te gebeuren, ie. resulterend in een zo groot mogelijke volatiele fractie, en zo weinig mogelijk verkoolde producten of niet-gedegradeerd afvalmateriaal. Anderzijds is ook de kwaliteit van de bekomen pyrolyse producten van groot belang. Deze kwaliteit verwijst naar verschillende aspecten. Enerzijds verwijst het naar de distributie van koolwaterstoffen aanwezig binnen de volatiele fractie: bij voorkeur is de distributie zodanig dat een piek voorkomt bij die ketens die het meest gewenst zijn als eindproduct, bijvoorbeeld een grote aanwezigheid van ketens die condenseerbaar zijn en inzetbaar als brandstof in motoren (bijvoorbeeld C5 — C10). Anderzijds verwijst een hoge kwaliteit van pyrolyse producten naar een zo zuiver mogelijke volatiele fractie, d.w.z. een zo laag mogelijke aanwezigheid van polluenten in de pyrolyse producten. Polluenten kunnen afkomstig zijn uit het afvalmateriaal. Bijvoorbeeld geven Chlorines (CI) aanwezig in PVC of gebleekt papier aanleiding tot Chlorides in de pyrolyse producten, of geven Bromines (Br) aanwezig in brandvertragers aanleiding tot Bromides in de pyrolyse producten. De aanwezigheid van dergelijke polluenten is nadelig voor de kwaliteit van het resulterende eindproduct. Bijvoorbeeld is de corrosiviteit van Chlorides problematisch bij de verdere verwerking van de olie of bij het gebruik ervan in een motor. Anderzijds kunnen polluenten ook afkomstig zijn van het pyrolyse proces, bijvoorbeeld wanneer asdeeltjes ontstaan door carbonisatie worden meegevoerd in de volatiele fractie en na condenstatie in de resulterende olie aanwezig zijn.

-3-

[04] Er is dus een algemene nood aan pyrolyse oplossingen welke resulteren 99997 in een hoge opbrengst en een hoge kwaliteit van gevormde pyrolyse producten.

[05] In de stand der techniek is katalytische pyrolyse gekend, waarbij de pyrolyse wordt uitgevoerd in aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld gemengd in het afvalmateriaal. De aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld zeoliet of Aluminiumoxide, vermindert de nodige reactietemperatuur en -tijd, en resulteert in een nauwere distributie van pyrolyse producten. In JP11235561 wordt gebruik gemaakt van gebroken schelpen als goedkopere katalysator.

[06] Het gebruik van een katalysator alleen is echter onvoldoende om een hoge opbrengst en kwaliteit te garanderen. Bijvoorbeeld vindt in JP11235561 de pyrolyse plaats in een droge destillatietank. Gezien het stilstaande afvalmateriaal binnen deze tank, is het moeilijk om een homogene warmteverdeling te bekomen doorheen het te pyrolyseren materiaal, wat aanleiding geeft tot oververhitting en carbonisatie nabij de wand van de tank, en onvoldoende degradatie in meer centrale zones. Dit resulteert in een lagere opbrengst en een breed verdeelde range aan koolwaterstoffen.

[07] In JP11235561 wordt bovendien geen oplossing geboden om polluenten in de pyrolyse producten te voorkomen. Een verdere processtap is hier dan ook nodig voor het verwijderen van polluenten: HCI dat ontstaat bij de verhitting in de tank wordt in JP11235561 in een verdere processtap behandeld met ammoniak. Ook in JP2004323620 zijn polluenten aanwezig in de pyrolyse producten, en wordt een oplossing voorgesteld waarin de volatiele pyrolyse producten doorheen een bed met schelpen of koraal karkas worden geleid om bijvoorbeeld chlorides te binden. Dergelijke aparte processtap na de pyrolyse om polluenten te verwijderen vergt een complexere installatie en de aankoop van specifieke producten die bijvoorbeeld chlorides kunnen binden.

[08] In US2010/0147670 wordt de pyrolyse uitgevoerd binnen een horizontale mixer met roerwerk, waarbij het aanwezige afvalmateriaal voortdurend wordt gemengd tijdens de pyrolyse. Dit resulteert in een homogene warmteverdeling

-4- doorheen het afvalmateriaal. Een homogene warmteverdeling wordt Ven 99997 bevorderd door het toevoegen van vreemde partikels aan het afvalmateriaal. De partikels, bij voorkeur met een goede warmtegeleiding, bijvoorbeeld stalen korrels, mengen zich onder de massa afvalmateriaal, en vermijden zo de vorming van agglomeraties binnen het te pyrolyseren materiaal. Ook wordt door het roerwerk de reactorinhoud nabij de reactorwand in beweging gebracht; gesmolten afvalmateriaal dat kleeft aan de wand wordt door aanwezigheid van de vreemde partikels los gemaakt, en terug in de massa gemengd. De homogene warmteverdeling gedurende de pyrolyse resulteert in het thermisch degraderen van het afvalmateriaal op een snellere, meer uniforme en meer complete wijze.

[09] Naast het feit dat de vreemde partikels in US2010/0147670 liefst een goede warmtegeleiding hebben, dient de afmeting van de partikels zeer specifiek te worden gekozen. Immers dient deze afmeting te zijn afgestemd op een goede verdeling van de vreemde partikels in het afvalmateriaal, en op de grootte van de aanwezige spleet tussen het roerwerk en de reactorwand. Ook komen de partikels, bijvoorbeeld stalen korrels met een grote impact terecht op de stalen binnenwand van de reactor en het roerwerk; een te grote afmeting van de partikels zou wellicht een verhoogde slijtage van reactorwand en roerwerk met zich meebrengen. De noodzaak van partikels met dergelijke specifieke vereisten zorgen voor een extra complexiteit wat betreft het produceren of voorzien ervan. Bovendien dienen dergelijke specifieke partikels ook weer gerecupereerd te worden na gebruik in de reactor. Dit aspect stelt bijkomende eisen aan de afmetingen van de partikels, gezien ze eenvoudig dienen te onderscheiden zijn van de assen achtergebleven in de reactor, en de screening en recuperatie brengen opnieuw een extra complexiteit met zich mee. Met andere woorden zorgt het gebruik van vreemde partikels in US2010/0147670 voor een hogere opbrengst en homogene degradatie, maar gaat er een extra complexiteit mee gepaard. Tenslotte wordt in US2010/0147670 ook geen antwoord geboden hoe om te gaan met polluenten zoals Chlorines en Bromines.

-5-

[10] Het is een doelstelling van onderhavige uitvinding om een methode 69299997 beschrijven die één of meerdere van de beschreven nadelen van oplossingen uit de stand der techniek overwint. Meer specifiek is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een pyrolyse proces te beschrijven dat toelaat om op vereenvoudigde wijze eindproducten te bekomen van de gewenste samenstelling, met een hoge opbrengst en minimale aanwezigheid van polluenten. Samenvatting van de Uitvinding

[11] Volgens de onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een methode voor het thermisch ontleden van een koolstofhoudend afvalmateriaal, zoals gedefinieerd door conclusie 1, omvattende: - het vullen van een reactor begrensd door een reactorwand met genoemd afvalmateriaal en een hulpmateriaal, resulterend in een reactorinhoud binnen de reactorwand, waarbij het hulpmateriaal abrasieve partikels omvat; - het verwarmen van de reactorinhoud in afwezigheid van zuurstof, waarbij door pyrolyse van het afvalmateriaal gasvormige producten ontstaan en de abrasieve partikels niet smelten of thermisch ontleden; - het in beweging brengen van de reactorinhoud ten opzichte van de reactorwand gedurende de pyrolyse, waarbij de beweging is aangepast om de reactorinhoud te mengen en minstens op delen van de reactorwand de abrasieve partikels te laten schuren over de reactorwand, waarbij het hulpmateriaal een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in de gasvormige producten en/of zodat de brosheid van het hulpmateriaal groter is dan de brosheid van de reactorwand.

[12] Met andere woorden heeft de uitvinding betrekking op een methode voor het thermisch ontleden van een koolstofnoudend afvalmateriaal. Een koolstofhoudend afvalmateriaal verwijst bijvoorbeeld naar een mengsel van

-6- plastic afval, waarin diverse soorten plastic kunnen aanwezig zijn, bijvoorbeeld 9997 PE (Polyethyleen), PP (Polypropyleen), PVC (Polyvinylchloride), PET (Polyethyleentereftalaat), PS (Polystyreen), enz. Andere voorbeelden van een koolstofhoudend afvalmateriaal zijn organisch afval, voedingsresten, veevoer, rubber, hout, textiel, enz. Het thermisch ontleden van het afvalmateriaal verwijst naar het verbreken van koolstof- en andere verbindingen onder invloed van warmte, met andere woorden naar een thermische degradatie van het afvalmateriaal.

[13] De methode omvat het vullen van een reactor begrensd door een reactorwand met genoemd afvalmateriaal en een hulpmateriaal, resulterend in een reactorinhoud binnen de reactorwand. Een reactor verwijst naar een gesloten container, begrensd door een reactorwand. Het vullen van de reactor resulteert naar de aanwezigheid van afvalmateriaal samen met een hulpmateriaal binnen de reactor. Diverse uitvoeringsvormen zijn mogelijk met betrekking tot hoe het vullen gebeurt. Bijvoorbeeld wordt eerst alle hulpmateriaal in de reactor ingebracht, en pas nadien het afvalmateriaal. In andere uitvoeringsvormen worden het hulpmateriaal en afvalmateriaal vooraf gemengd, of komt het afvalmateriaal voorafgaand aan het hulpmateriaal in de reactor terecht. Ook kan de vorm waaronder het afvalmateriaal in de reactor wordt gebracht verschillen in mogelijke uitvoeringsvormen. Bijvoorbeeld kan het afvalmateriaal zich reeds in een gesmolten toestand bevinden op moment van het vullen van de reactor, of kan het afvalmateriaal nog de originele mix in vaste toestand omvatten zonder dat een voorbehandeling gebeurde.

[14] Het hulpmateriaal omvat abrasieve partikel. Abrasieve partikels verwijst naar vaste deeltjes waarmee door een mechanische beweging, zoals wrijven over een oppervlak, een schurende of schrapende werking bekomen wordt. Abrasieve partikels kunnen dienstdoen als een schuurmiddel, namelijk een materiaal dat toelaat om iets wat vastkleeft aan een oppervlak los te maken.

[15] De methode omvat verder het verwarmen van de reactorinhoud in afwezigheid van zuurstof, waarbij door pyrolyse van het afvalmateriaal gasvormige producten ontstaan en de abrasieve partikels niet smelten of

-7- thermisch ontleden. Het verwarmen van de reactorinhoud gebeurt typisch door 16960) 5007 het verwarmen van de reactorwand, aan de hand van een warmtebron buiten de reactor. Diverse uitvoeringsvormen zijn mogelijk voor deze warmtebron, zoals een elektrische verwarming of de verbranding van een brandstof. Het opwarmen gebeurt in afwezigheid van zuurstof om oxidatie of ontbranden van de reactorinhoud te vermijden. Bijvoorbeeld wordt een afgesloten reactor voorzien waarin een bepaalde overdruk heerst. Het verwarmen gebeurt op een dusdanige manier, dat binnen de reactor temperaturen bereikt worden waarbij pyrolyse optreedt van het afvalmateriaal. De pyrolyse resulteert in het ontstaan van een volatiele fractie, omvattende koolwaterstofketens van diverse lengtes, die op de pyrolyse temperatuur allen gasvormig zijn. De abrasieve partikels hebben een dusdanige samenstelling dat zij tijdens de pyrolyse van het afvalmateriaal niet smelten of thermisch ontbinden. Met andere woorden ondergaan zij geen degradatie of toestandsverandering onder invloed van de heersende temperatuur binnen de reactor. Wel is het mogelijk dat de abrasieve partikels door hun aanwezigheid binnen de reactor bepaalde veranderingen ondergaan; ze kunnen bijvoorbeeld breken ten gevolge van hun bewegingen binnen de reactor en hun interactie met reactorwand en roerwerk.

[16] Demethode omvat verder het in beweging brengen van de reactorinhoud ten opzichte van de reactorwand gedurende de pyrolyse. Het in beweging brengen van de reactorinhoud betreft een relatieve beweging ten opzichte van de reactorwand. Bijvoorbeeld kan de reactorwand stationair zijn, terwijl de reactorinhoud in beweging wordt gebracht aan de hand van een roerwerk of mixer binnen de reactor. In een andere uitvoeringsvorm wordt de reactorwand bewogen, bijvoorbeeld rondgedraaid, zodat een relatieve beweging tussen reactorwand en reactorinhoud ontstaat.

[17] De beweging van de reactorinhoud ten opzichte van de reactorwand is aangepast om de reactorinhoud te mengen en minstens op delen van de reactorwand de abrasieve partikels te laten schuren over de reactorwand. Dit betekent dat enerzijds het afvalmateriaal en het hulpmateriaal aanwezig binnen de reactor onder elkaar worden gemengd, en anderzijds er een beweging aanwezig is waarbij de reactorinnoud, in het bijzonder bepaalde van de

-8- aanwezige abrasieve partikels, bewegen langs de reactorwand. Dit betekent dat 16960) 5007 niet noodzakelijk alle aanwezige abrasieve partikels gelijktijdig bewegen langs de wand, maar de beweging laat toe dat ogenblikkelijk een deel van de aanwezige partikels over de wand bewegen en hierbij hun schurende werking uitoefenen. Diverse uitvoeringsvormen zijn mogelijk om dergelijke beweging tot stand te brengen. Bijvoorbeeld wordt binnen de reactor een roerwerk met bladen of klepels voorzien, welke enerzijds centraal gepositioneerd zijn om de interne massa te mengen, en anderzijds bij de reactorwand gepositioneerd zijn, om massa langs de reactorwand te laten bewegen. Bijvoorbeeld draait het roerwerk aan een toerental tussen 30 en 90 tpm. Een hoog toerental, bijvoorbeeld tussen 70 en 90 tpm, draagt bij tot het bekomen van een homogene menging van de reactorinhoud. In een andere uitvoeringsvorm wordt de beweging van de partikels over de wand gerealiseerd door het ronddraaien of op en neer bewegen van de reactorwand, terwijl het mengen wordt gerealiseerd door een roerwerk of schroef centraal in de reactor. In elk van de uitvoeringsvormen wordt de reactorinhoud minstens ten dele in beweging gehouden tijdens de pyrolyse; een stilstaande reactorinhoud gedurende de volledige pyrolyse wordt dus vermeden. Gedurende het smelten van het afvalmateriaal, voorafgaand aan de eigenlijke pyrolyse kan het afvalmateriaal in beweging worden gebracht of in stationaire toestand zijn.

[18] Binnen de methode volgens de uitvinding heeft het hulpmateriaal een samenstelling zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in de gasvormige producten en/of zodat de brosheid van het hulpmateriaal groter is dan de brosheid van de reactorwand. Dit betekent dat, behalve het feit dat het hulpmateriaal abrasieve partikels omvat, de samenstelling van het hulpmateriaal zodanig wordt gekozen, dat hiermee een voordeliger proces wordt bekomen.

[19] Een hulpmateriaal waarin een component aanwezig is aangepast voor het binden van halogenen, verwijst naar een hulpmateriaal dat door zijn samenstelling een reactie zal aangaan met halogenen aanwezig in de pyrolyse gassen. Halogenen zijn bijvoorbeeld Chloor (CI), Broom (Br), Fluor (F), Jood (1). Door hun aanwezigheid in de mix van afvalmateriaal komen zij als polluenten

-9- voor in de pyrolyse gassen. Bijvoorbeeld geven Chlorines (CI) aanwezig in Ve of gebleekt papier aanleiding tot Waterstofchloride (HCI) in de pyrolyse producten, of geven Bromines (Br) aanwezig in brandvertragers aanleiding tot Bromides in de pyrolyse producten. In een uitvoeringsvorm bevat het hulpmateriaal Calcium (Ca) als component aangepast voor het binden van halogenen, dat bijvoorbeeld onder de vorm van CalciumCarbonaat (CaCO3) aanwezig is in het hulpmateriaal. Bijvoorbeeld bestaat het hulpmateriaal uit (gebroken) schelpen, stukjes kalksteen, stukjes marmer, enz. De component Ca aanwezig in het hulpmateriaal zal halogenen aanwezig in de pyrolysegassen binden, waarbij bijvoorbeeld Waterstofchloride (HCI) aanwezig in de pyrolysegassen reageert met CaCO3 tot vorming van het zout CalciumChloride (CaCl2), of Waterstofbromide (HBr) aanwezig in de pyrolysegassen reageert met CaCO3 tot vorming van het zout CalciumBromide (CaBr2). In andere uitvoeringsvormen is de component aangepast voor het binden van halogenen een ander element dan Calcium, bijvoorbeeld een metaal zoals Aluminium, of Magnesium (Mg) aanwezig als MagnesiumCarbonaat (MgCO3) in het hulpmateriaal.

[20] In mogelijke uitvoeringsvormen is de halogeen-bindende component omvat in de abrasieve partikels. Bijvoorbeeld zijn schelpen, gebroken schelpen of stukjes marmer enerzijds partikels met abrasieve eigenschap, en anderzijds partikels die CaCO3 omvatten. Ook zand waarin fragmenten van schelpen of koraalskeletten voorkomen is een voorbeeld. In andere uitvoeringsvormen is het hulpmateriaal een mengeling van abrasieve partikels en een materiaal met halogeen-bindende component. Bijvoorbeeld is het hulpmateriaal dan een mengeling van zand, dat uit abrasieve partikels bestaat, en CalciumHydroxide (Ca(OH)2) in poedervorm, dat Ca als halogeen-bindende component omvat.

[21] Een hulpmateriaal met een samenstelling zodanig dat de brosheid van het hulpmateriaal groter is dan de brosheid van de reactorwand, verwijst naar de aanwezigheid van partikels binnen het hulpmateriaal die makkelijk breken. Een bros materiaal verwijst naar een materiaal dat zal breken zonder veel te rekken, en waarbij weinig energie vereist is om dit materiaal te breken. Deze energie wordt bijvoorbeeld gemeten aan de hand van een kerfslagproef, waarbij

-10- brosse materialen een lagere kerfslagwaarde hebben dan taaie materialen. Eer 9299997 reactorwand wordt typisch in staal uitgevoerd. Een hulpmateriaal met een brosheid groter dan een stalen reactorwand is bijvoorbeeld het materiaal van zeeschelpen, koraal karkas, kalksteen, poreuze gesteentes zoals puimsteen, bepaalde minerale gesteentes, enz. Met andere woorden zal bij een impact tussen een bros partikel uit hulpmateriaal en een stalen wand, het partikel als eerste breken, wanneer deze impact voldoende groot is.

[22] Binnen deze uitvoeringsvorm is de samenstelling van het hulpmateriaal dus zodanig dat de aanwezige partikels bros zijn. Typisch betekent dit dat de samenstelling van het hulpmateriaal zodanig is dat de abrasieve partikels breken tijdens het in beweging brengen van de reactorinhoud ten opzichte van de reactorwand gedurende de pyrolyse. In dat geval zijn de reactor, bijvoorbeeld de vormgeving en materiaal van de wand en van het roerwerk, en de beweging, bijvoorbeeld het toerental waarmee de reactor draait, zodanig dat de abrasieve partikels breken tijdens hun verblijf in de reactor. Het breken van een partikel kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van een impact van het partikel met het roerwerk of met de reactorwand, of van de interactie met de rest van de reactorinhoud. Typisch is het toerental waarmee bijvoorbeeld een roerwerk draait voldoende hoog, bijvoorbeeld 70 tot 90 tpm, om een energie te leveren waarbij minstens een deel van de partikels breken. In een uitvoeringsvorm is het ook mogelijk dat alle of een deel van de partikels niet breken, bijvoorbeeld omdat het zeer kleine stukjes zijn. De zeer kleine stukjes bestaan dan wel uit een bros materiaal, maar breken niet tijdens de aanwezigheid in de reactor.

[23] Binnen de methode volgens de uitvinding heeft het hulpmateriaal een samenstelling zodat - (1) een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen, maar het hulpmateriaal niet bros is; of zodat - (2) de brosheid van het hulpmateriaal groter is dan de brosheid van de reactorwand, maar er geen halogeen-bindende component aanwezig is; of zodat - (3) een halogeen-bindende component aanwezig is en het hulpmateriaal bros is. Voorbeelden van een hulpmateriaal dat beide aspecten combineert

-11- zijn: (zee)schelpen, gebroken (zee)schelpen, stukjes koraal karkas, stukjes 1299397 kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal, enz.

[24] Het kiezen van de samenstelling van het hulpmateriaal zoals hierboven beschreven gaat gepaard met diverse voordelen. Vooreerst omvat het hulpmateriaal abrasieve partikels. Ten gevolge van de mengende beweging verdelen de abrasieve partikels zich onder het afvalmateriaal in de reactor, en wordt de vorming van agglomeraties binnen het te pyrolyseren materiaal vermeden. Dit draagt bij tot een homogene warmteverdeling binnen het te pyrolyseren materiaal en bijgevolg een hogere opbrengst aan eindproducten en een nauwe distributie binnen de bekomen pyrolyse producten. Bovendien zullen de abrasieve partikels schuren over de reactorwand, ten gevolge van de relatieve beweging van de reactorinhoud ten opzichte van de wand. Hierbij zullen de abrasieve partikels gesmolten afvalmateriaal dat kleeft aan de wand terug losmaken, maar ook schrapen langs de wand om de wand continu proper te schuren. Hierdoor wordt carbonisatie van afvalmateriaal op de reactorwand, waarbij afvalmateriaal ten gevolge van de zeer hoge temperatuur op de wand verkoolt, vermeden. Eens carbonisatie start, is het belangrijk deze snel te stoppen, gezien er een katalytisch effect bestaat waarbij carbonisatie snel voortzet en uitbreidt eens het gestart is. Dit wordt bekomen door het continu schoon schrapen van de wand. Het vermijden van carbonisatie zorgt voor een hogere opbrengst aan pyrolyse producten, vermijdt dat asdeeltjes als polluenten in de volatiele fractie worden meegevoerd, en vermijdt de opbouw van een isolerende laag op de reactorwand. Dit laatste draagt bij tot een efficiëntere warmteoverdracht van de warmtebron naar de reactorinhoud, en komt ten goede van een homogene warmteverdeling binnen de reactor.

[25] Verder heeft een uitvoeringsvorm waarbij een halogeen-bindende component aanwezig is binnen het hulpmateriaal als voordeel dat minder polluenten aanwezig zijn in de pyrolyse gassen en dus in de eindproducten. Inderdaad worden halogenen zoals CI en Br die aanwezig zijn in de originele mix van afvalmateriaal, gebonden door de component aanwezig in het hulpmateriaal. Hierdoor worden eindproducten van een betere kwaliteit

-12- bekomen, en worden problemen bijvoorbeeld omwille van de corrosiviteit van 7920/5897 HCI vermeden. Het binden van de halogenen gebeurt hier rechtstreeks tijdens de pyrolyse: pyrolyse gassen die ontstaan tijdens de verhitting in de reactor reageren onmiddellijk met het aanwezige hulpmateriaal. Dit betekent dat er geen extra stap na afloop van de pyrolyse nodig is om de pyrolysegassen of resulterende producten van dergelijke polluenten te ontdoen. Dit draagt bij tot een minder complexe installatie en een vereenvoudigd proces. Bovendien kan de halogeen-bindende component worden geïntegreerd binnen de abrasieve partikels, welke toch reeds nodig zijn om tijdens de pyrolyse de wand schoon te schrapen. Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer gebruik wordt gemaakt van zeeschelpen of kalksteentjes als abrasieve partikels. Hierbij wordt een 2-in-1 functie bekomen, waarbij het hulpmateriaal zowel een abrasieve als halogeen- bindende werking heeft. De aankoop van specifieke stoffen louter gericht op het binden van de halogenen in een extra stap na de pyrolyse wordt hierdoor vermeden. Tenslotte zorgen de vaste partikels ervoor dat de halogeen- bindende component wordt gemengd onder het te pyrolyseren materiaal. Dit draagt bij tot een optimaal contact tussen de halogeen-bindende component en het afvalmateriaal, en bijgevolg een betere verwijdering van polluenten uit de pyrolysegassen.

[26] Verder heeft een uitvoeringsvorm waarbij gebruik wordt gemaakt van een bros hulpmateriaal als voordeel dat partikels tijdens hun aanwezigheid binnen de reactor in stukken breken, waarbij hun afmetingen kleiner worden. Hierdoor dienen de abrasieve partikels niet zeer restrictief te worden gekozen wat afmetingen betreft; er kan een mix van partikels worden genomen waarin niet alle partikels dezelfde afmetingen hebben, of waarin er nog te grote partikels voorkomen. Door het breken van de partikels tijdens de pyrolyse worden automatisch partikels bekomen met afmetingen die een goede verdeling toelaten onder het afvalmateriaal, of die afgestemd zijn op de grootte van de spleet tussen een roerwerk en de reactorwand. Is een partikel bijvoorbeeld aanvankelijk te groot om in die spleet te passen, dan breekt het, waarna het partikel toch kan bijdragen aan het schuren over de wand. De minder strikte eisen aan de afmetingen van de abrasieve partikels, maakt dat deze niet zeer specifiek dienen gekozen of niet speciaal geproduceerd moeten worden als

-13- gekalibreerde partikels. Er kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van eer 0206397 hulpmateriaal dat op zich als afval kan worden beschouwd, zoals een mix van (gebroken) zeeschelpen. Dit maakt ook dat het hulpmateriaal niet recupereerbaar dient te zijn, en er bijgevolg geen restricties zijn op de partikelafmetingen om screening ervan mogelijk te maken. Ook wordt de complexiteit van een screening- en recuperatiestap vermeden, wat bijdraagt tot de vereenvoudiging van het proces.

[27] Daarnaast resulteert het breken van brosse partikels in partikels met typisch scherpe kanten. Anders dan partikels die bolvormig zijn en de neiging hebben om te rollen, dragen de scherpe kanten bij tot een betere schurende of schrapende werking van de partikels. Dit leidt tot minder carbonisatie op de reactorwand, en dus een hogere opbrengst, minder asdeeltjes in de pyrolyse producten, en het vermijden van een isolerende laag op de reactorwand.

[28] Tenslotte zullen brosse partikels die met een hoge snelheid op de reactorwand of tegen een roerwerk terecht komen geen schade veroorzaken aan de reactorwand of een roerwerk. Immers breken deze partikels in stukken, en veroorzaken ze geen vervorming of afslijten van reactorwand of roerwerk. Dit draagt bij tot een verminderde slijtage van de reactor, minder onderhoud, en een langere levensduur van de reactor.

[29] Algemeen draagt de uitvinding dus bij tot een pyrolyse proces dat toelaat om op vereenvoudigde wijze eindproducten te bekomen van de gewenste samenstelling, met een hoge opbrengst en minimale aanwezigheid van polluenten. In het bijzonder kan de samenstelling van het hulpmateriaal gericht gekozen worden, bijvoorbeeld in functie van het soort afvalmateriaal dat dient gepyrolyseerd te worden. Gaat het bijvoorbeeld om een plastic mix met aanwezigheid van PVC afval of sporen van PVC, dan dient bij voorkeur een hulpmateriaal met halogeen-bindende component te worden gekozen. Gaat het om organisch afval zonder chlorines, dan kan de keuze van het hulpmateriaal bijvoorbeeld vooral op brosheid worden gericht. Worden in een uitvoeringsvorm

„14 - het halogeen-bindende en brosse aspect van het hulpmateriaal gecombineerd 19997 dan worden ook de voordelen verbonden met beide aspecten bekomen.

[30] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 2, heeft het hulpmateriaal een samenstelling aangepast om Chloor en/of Broom aanwezig in de gasvormige producten te binden. Chloor en Broom zijn halogenen die typisch voorkomen in een mix van plastic afvalmateriaal, bijvoorbeeld afkomstig van respectievelijk PVC of gebleekt papier, en brandvertragers. In de gasvormige pyrolyse producten geven ze aanleiding tot respectievelijk Waterstofchloride (HC) en Waterstofbromide (HBr).

[31] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 3, omvat het hulpmateriaal Calcium. Met andere woorden is het hulpmateriaal een calciumhoudend materiaal. In mogelijke uitvoeringsvormen kan Calcium onder verschillende vormen aanwezig zijn, zoals CaCO3 of Ca(OH)2. Bijvoorbeeld bestaat het hulpmateriaal uit (zee)schelpen, gebroken (zee)schelpen, stukjes koraal karkas, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal, stukjes marmer, een mengeling van zand en gebluste kalk, zand waarin fragmenten van schelpen of koraalskeletten voorkomen, enz. Het Calcium aanwezig in het hulpmateriaal zal reageren met bijvoorbeeld HCI of HBr aanwezig in de pyrolyse gassen, met vorming van een zout, respectievelijk CalciumChloride (CaCI2) en CalciumBromide (CaBr2). Dit draagt bij tot het elimineren van polluenten in een vereenvoudigd proces.

[32] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 4, hebben de abrasieve partikels een samenstelling aangepast voor het binden van halogenen. In deze uitvoeringsvorm wordt de halogeen-bindende component geïntegreerd binnen de abrasieve partikels. Bijvoorbeeld bestaat het hulpmateriaal uit abrasieve partikels die Calcium omvatten, bijvoorbeeld (zee)schelpen, gebroken (zee)schelpen, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal, stukjes marmer, enz. Hierbij wordt een 2-in-1 functie bekomen, waarbij het hulpmateriaal zowel een abrasieve als halogeen-bindende werking heeft. Gezien de abrasieve partikels toch reeds nodig zijn om tijdens de pyrolyse de wand schoon te schrapen en carbonisatie te vermijden, wordt de aankoop van

-15- een extra stof specifiek gericht op het binden van halogenen vermeden. Dit 16960) 5007 draagt bij tot een goedkoper en vereenvoudigd proces.

[33] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 5, omvatten de abrasieve partikels Calciumcarbonaat. Bijvoorbeeld zijn de abrasieve partikels (zee)schelpen, gebroken (zee)schelpen, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal, stukjes marmer, enz.

[34] Optioneel, in een mogelijke uitvoeringsvorm, wordt het hulpmateriaal zodanig gekozen dat dit een goede warmtegeleiding toelaat. Bijvoorbeeld wordt omwille van deze reden gekozen voor een dens Calciumcarbonaat zoals aanwezig in zeeschelpen, met een thermische geleidbaarheid in de orde van 2,6 W/mK. Een poreus Calciumcarbonaat daarentegen heeft een lagere thermische geleidbaarheid, in de orde van 0,4 W/mK.

[35] Optioneel, in een mogelijke uitvoeringsvorm, wordt het hulpmateriaal zodanig gekozen dat de densiteit van het hulpmateriaal in de orde ligt van de densiteit van de vloeibare polymeermassa binnen de reactor tijdens de pyrolyse. Dit laat een goede menging toe van het hulpmateriaal met de rest van de reactorinhoud, en maakt dat de abrasieve partikels niet drijven of zinken in de reactorinhoud.

[36] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 6, hebben de abrasieve partikels een samenstelling aangepast voor het binden van genoemde halogenen en is de brosheid van de abrasieve partikels groter dan de brosheid van de reactorwand, en zijn de abrasieve partikels genomen uit de groep van: schelpen, zeeschelpen, gebroken schelpen, gebroken zeeschelpen, stukjes koraal karkas, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal. Een calciumhoudend mineraal zijn bijvoorbeeld brosse en calciumhoudende gesteentes zoals Calciet of Dolomiet. In deze uitvoeringsvormen wordt de halogeen-bindende eigenschap van het hulpmateriaal gecombineerd met de brosse eigenschap van het hulpmateriaal. Dit draagt bij tot het elimineren van polluenten zoals halogenen en asdeeltjes in een vereenvoudigd proces, een vrijere keuze van het hulpmateriaal dat niet speciaal voor dit proces dient

- 16 - geproduceerd te worden, het vermijden van carbonisatie op de reactorwand, or 29209397 een verminderde slijtage van de reactor. Bijgevolg resulteert dit in een hogere opbrengst van de gewenste eindproducten van hoge kwaliteit.

[37] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 7, is het hulpmateriaal een mengeling van abrasieve partikels en gebluste kalk. Gebluste kalk of Ca(OH)2 komt voor in poedervorm, en heeft dus geen abrasieve werking. Bijvoorbeeld wordt de gebluste kalk gemengd met zand als abrasieve partikels. Zand kan louter Siliciumoxide betreffen of kan tevens calciumhoudende deeltjes bevatten, zoals fragmenten van schelpen en/of koraalskeletten. Op die manier wordt een mengsel bekomen dat de abrasieve functie combineert met de halogeen- bindende eigenschap van Calcium. Het poeder van gebluste kalk kan bovendien door de abrasieve partikels worden meegevoerd in het afvalmateriaal, waardoor een betere halogeen-bindende werking bekomen wordt dan wanneer louter met gebluste kalk zou worden gewerkt in de reactor.

[38] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 8, is de brosheid van het hulpmateriaal groter dan de brosheid van de reactorwand, en is het hulpmateriaal genomen uit de groep van: schelpmateriaal, zeeschelpmateriaal, een poreus gesteente. In deze uitvoeringsvorm is het hulpmateriaal bros, terwijl een halogeen-bindende component wel of niet aanwezig is. Voorbeelden van een poreus gesteente zijn puimsteen of bepaalde minerale gesteentes. De brosheid van het hulpmateriaal heeft als voordeel dat de grootte van de partikels zich aanpast door te breken tijdens de pyrolyse, het hulpmateriaal niet specifiek voor deze toepassing dient geproduceerd te worden, geen recuperatie van het hulpmateriaal vereist is, de scherpe kanten van gebroken partikels goed schrapen langs de reactorwand, en minder slijtage van de reactor optreedt. Dit alles draagt bij tot het vermijden van carbonisatie op de wand en dus minder asdeeltjes en een hogere opbrengst, en een vereenvoudigd proces.

[39] Optioneel hebben de zeeschelpen of gebroken zeeschelpen een afmeting van minimaal 0.2 mm en maximaal 13 mm, bij voorkeur minimaal 1 mm en maximaal 10 mm, waarbij deze afmeting de diameter is van een cirkel omhullend aan een schelp.

-17- BE2020/5337

[40] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 9, is de hardheid van de abrasieve partikels kleiner dan de hardheid van de reactorwand. Abrasieve partikels die een voldoende lage hardheid hebben, dragen bij tot het verminderen van plastische vervormingen in de reactorwand en een eventueel roerwerk binnen de reactor. Plastische vervormingen verwijzen bijvoorbeeld naar krassen op of indrukkingen in de reactorwand. Dit leidt tot een verminderde slijtage van de reactor, een verminderde nood aan onderhoud, en een langere levensduur.

[41] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 10, wordt de reactorinhoud continu in beweging gebracht gedurende de pyrolyse. Dit betekent dat het bewegen van de reactorinhoud, waarbij de reactorinhoud wordt gemengd en de abrasieve partikels over de reactorwand schuren, continu plaatsvindt gedurende de duur van de pyrolyse. Dit bevordert enerzijds een homogene warmteverdeling binnen de reactorinhoud gedurende de pyrolyse, en dus een volledige omzetting naar de gewenste eindproducten. Anderzijds zorgt dit voor het continu proper schrapen van de reactorwand. Enige carbonisatie die start op de reactorwand wordt daardoor onmiddellijk stopgezet. Hierdoor wordt vermeden dat een beginnende carbonisatie op een klein deel van de reactorwand snel uitbreidt. Dit draagt bij tot een hogere opbrengst en het vermijden van vervuilende asdeeltjes in de pyrolyse gassen.

[42] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 11, omvat het vullen van de reactor: het toevoeren van het hulpmateriaal in de reactor, gevolgd door het toevoeren van het afvalmateriaal in de reactor. Dit betekent dat eerst de abrasieve partikels in de reactor worden gebracht, en vervolgens het te pyrolyseren afvalmateriaal. Nadien worden het hulpmateriaal en het afvalmateriaal dan gemengd binnen de reactor. Dit voorkomt dat afvalmateriaal rechtstreeks op de hete reactorwand terecht komt tijdens het vullen van de reactor, waardoor het onmiddellijk zou kleven aan de reactorwand en carbonisatie optreedt. Bovendien wordt op die manier na het inbrengen van het hulpmateriaal in de reactor reeds warmte overgedragen van de reactorwand

-18- naar de abrasieve partikels, zodat deze partikels worden voorverwarmd? 16960) 5007 Wanneer deze voorverwarmde partikels vervolgens onder het afvalmateriaal worden gemengd, bevordert dit een homogene warmteverdeling binnen het afvalmateriaal.

[43] Volgens een tweede aspect van onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een systeem voor het thermisch ontleden van een koolstofhoudend afvalmateriaal, zoals gedefinieerd door conclusie 12, omvattende: - een buffer van het afvalmateriaal en een buffer van een hulpmateriaal, waarbij het hulpmateriaal abrasieve partikels omvat; - een reactor begrensd door een reactorwand, en een verwarmingssysteem aangepast om de reactorwand te verwarmen, waarbij de reactor en het verwarmingssysteem zijn aangepast om het afvalmateriaal aanwezig binnen de reactor te verwarmen in afwezigheid van zuurstof zodat door pyrolyse van het afvalmateriaal gasvormige producten ontstaan; - een toevoersysteem aangepast om de reactor te vullen met een reactorinhoud omvattende het afvalmateriaal en het hulpmateriaal; - een mengsysteem aangepast om de reactorinhoud in beweging te brengen ten opzichte van de reactorwand, waarbij de beweging is aangepast om de reactorinhoud te mengen en minstens op delen van de reactorwand de abrasieve partikels te laten schuren over de reactorwand; waarbij genoemde hulpmateriaal is aangepast om niet te smelten of thermisch te ontleden bij genoemde pyrolyse van genoemd afvalmateriaal, en genoemd hulpmateriaal een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten en/of zodat de brosheid van genoemd hulpmateriaal groter is dan de brosheid van genoemde reactorwand..

[44] Met andere woorden heeft de uitvinding betrekking op een systeem omvattende een reactor, een mengsysteem, een toevoersysteem en een buffer van afvalmateriaal en hulpmateriaal. Een buffer verwijst bijvoorbeeld naar een silo of andere opslagvoorziening waarin een zekere voorraad aan afvalmateriaal respectievelijk hulpmateriaal aanwezig is. Een reactor, afvalmateriaal en

-19- hulpmateriaal, en de eigenschappen van het hulpmateriaal, worden” 7949/9337 gedefinieerd zoals beschreven in voorgaande paragrafen. Een toevoersysteem verwijst naar een voorziening die toelaat materiaal naar de reactor toe te voeren, bijvoorbeeld omvattende een schroef, transportband, of eenvoudig de aanvoer vanuit een silo. Een afzonderlijke voorziening kan aanwezig zijn voor toevoer van het afvalmateriaal en voor toevoer van het hulpmateriaal, of één enkele voorziening kan instaan voor het samen of afzonderlijk toevoeren van afvalmateriaal en hulpmateriaal. Een mengsysteem is bijvoorbeeld een roerwerk of mixer aanwezig binnen de reactor. De met het mengsysteem veroorzaakte beweging wordt gedefinieerd zoals beschreven in voorgaande paragrafen. De voordelen bekomen met dit systeem zijn analoog aan de voordelen bekomen met de methode volgens de uitvinding zoals beschreven in voorgaande paragrafen.

[45] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 13, omvat het mengsysteem een roerwerk omvattende een as en bladen gemonteerd op de as. Door het roteren van de as via een aandrijving, draaien de bladen of schoepen rond, zodat de reactorinhoud wordt gemengd. Tevens zijn de bladen dusdanig uitgevoerd dat er typisch een bepaalde spleet of ruimte aanwezig is tussen een uiteinde van het blad en de reactorwand. Op die manier wordt reactorinhoud dicht bij de reactorwand in beweging gebracht, waarbij de abrasieve partikels schuren over de wand.

[46] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 14, is het verwarmingssysteem een elektrische warmtebron. Het gebruik van een elektrische verwarming heeft als voordeel dat hiermee een zeer gecontroleerde warmtetoevoer naar de reactor kan worden gerealiseerd. Op die manier kan het temperatuursverloop binnen de reactor nauwkeurig worden gecontroleerd op de gewenste waarden. Dit draagt bij tot een volledige omzetting tijdens de pyrolyse, en het realiseren van een nauwe distributie met gewenste eindproducten.

[47] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 15, is de reactor een horizontale mixer aangepast om vlak of geheld te worden opgesteld. Een

-20- horizontale mixer verwijst naar een container met een centrale as die 9209997 horizontaal verloopt. Bijvoorbeeld is een roerwerk aanwezig binnen deze container, waarvan de as gemonteerd is volgens de centrale as van de container. In een uitvoeringsvorm wordt de reactor vlak opgesteld, zodat de centrale as parallel is met het horizontale grondoppervlak. In een andere uitvoeringsvorm wordt de reactor enigszins geheld opgesteld, waarbij de centrale as een zekere hellingsgraad vertoont ten opzichte van het horizontale grondoppervlak. Het voordeel van een horizontale reactor is dat hiermee een homogenere menging en homogenere temperatuurverdeling wordt bekomen dan in een verticaal opgestelde reactor. Korte Beschrijving van de Tekeningen

[48] Fig. 1 illustreert op schematische wijze een systeem en methode voor het pyrolyseren van een afvalmateriaal, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

[49] Fig. 2 toont twee verschillende mengsystemen binnen een reactor, volgens mogelijke uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Gedetailleerde Beschrijving van de Uitvoeringsvormen

[50] Fig. 1 illustreert de componenten aanwezig in een systeem 100 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, en de stappen aanwezig in de overeenstemmende methode. Het systeem 100 omvat een reactor 101 met mengsysteem 105 en reactorwand 104, een verwarmingssysteem 112, een buffer van afvalmateriaal 102, een buffer van hulpmateriaal 103, en een toevoersysteem om afvalmateriaal 110 en hulpmateriaal 111 toe te voeren naar de reactor 101.

[51] Het afvalmateriaal is bijvoorbeeld een mengsel van plastic afval, waarin diverse soorten plastic kunnen aanwezig zijn, bijvoorbeeld PE (Polyethyleen), PP (Polypropyleen), PVC (Polyvinylchloride), PET (Polyethyleentereftalaat), PS

-21- (Polystyreen), enz. Andere voorbeelden van afvalmateriaal zijn organisch afval? 16960) 5007 voedingsresten, slachtafval, veevoer, rubber, hout, textiel, enz. Eventueel kan een bepaalde voorbewerking van de originele mix aan afvalmateriaal gebeuren. Bijvoorbeeld kan plastic afval eerst een selectie ondergaan, of kan het worden omgevormd tot pellets alvorens in de buffer 102 terecht te komen. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn de buffers 102 en 103 zijn silo's, waarin een voorraad aan respectievelijk afvalmateriaal, bijvoorbeeld plastic pellets, en hulpmateriaal voorkomen. Verder kan een voorziening 108 aanwezig zijn, bedoeld voor een verdere verwerking van de plastic pellets 109 alvorens in de reactor 101 te worden toegevoerd. De voorziening 108 omvat bijvoorbeeld een toevoerschroef, een tussentijdse opslag, een toevoerband, en een extruder waarin de plastic pellets worden gesmolten tot een gesmolten plastic massa

110. Het hulpmateriaal 111, dat vanuit silo 103 naar de reactor 101 wordt toegevoerd, omvat abrasieve partikels. De samenstelling van het hulpmateriaal 111 wordt hieronder verder besproken. Een toevoerlijn voor een rechtstreekse toevoer van hulpmateriaal 111 vanuit de silo 103 kan aanwezig zijn, of voorzieningen zoals transportschroeven of transportbanden kunnen hiervoor worden ingezet.

[52] Inde getoonde uitvoeringsvorm is de reactor 101 een horizontale reactor, die vlak of met een bepaalde helling ten opzichte van het grondniveau kan worden opgesteld. De reactor 101 omvat een cylindrische tank, met een reactorwand 104. Een elektrische verwarming is aanwezig, bestaande uit meerdere segmenten 112, om de reactorwand 104 op te warmen. De verwarmingselementen 112 worden in Fig. 1 zuiver schematisch voorgesteld. De segmenten 112 kunnen onafhankelijk worden gestuurd om een constante en betrouwbare verwarming van de reactor 101 te realiseren.

[53] In de cylindrische tank is een roerwerk 105 aanwezig, dat aan de hand van een elektrische motor 106 wordt aangedreven. In de getoonde uitvoeringsvorm is het roerwerk 105 een ploegschaar mixer, schematisch voorgesteld in Fig. 1. In Fig. 2 worden twee mogelijke uitvoeringsvormen weergegeven van dergelijke ploegschaar mixer. De mixer 200 omvat een as 201 waarop bladen 202 zijn gemonteerd. Het aandrijven van de as 201, via de

-22- motor 106, zorgt voor het bewegen van de bladen 202 ten opzichte van de 29299397 reactorwand 204, waarbij een spleet 203 aanwezig is tussen een blad 202 en de reactorwand 204. Wanneer een inhoud aanwezig is binnen de tank, wordt door deze beweging de inhoud gemengd, en wordt reactorinhoud in nabijheid van de wand 204 in beweging gebracht. In het bijzonder zullen abrasieve partikels aanwezig in de reactorinhoud, schrapen of schuren langs de wand

204. Analoog omvat de mixer 205, rechts voorgesteld op Fig. 2, een as 209, en bladen 206 die bewegen in nabijheid van de wand 210, met een spleet 208 tussen de bladen 206 en de wand 210. De mixer 205 omvat centrifugale bladen 206 opgesteld dicht bij de wand 210, en platen 207 opgesteld dicht bij de as

209. De platen 207 bevorderen de menging van de reactorinhoud.

[54] Aan de bovenkant van de reactor 101 zijn één of meerdere toevoerpoorten aanwezig, aangepast voor het doseren van afvalmateriaal 110 en hulpmateriaal 103, zoals schematisch is weergegeven in Fig. 1. Voor het monitoren van het proces, kan een thermometer aanwezig zijn om de temperatuur van de reactorinhoud te meten. Ook een weegschaal kan aanwezig zijn om het gewicht van de reactor 101 te meten en zo de hoeveelheid te pyrolyseren afvalmateriaal binnen de reactor op te volgen.

[55] Aan de bovenkant van de reactor 101 worden de gasvormige pyrolyse producten 117, welke ontstaan door pyrolyse van het afvalmateriaal binnen de reactor 101, opgevangen, zie 107. Aan de onderkant van de reactor 101 is een uitlaatpoort aanwezig, aangepast om vaste restanten 118 van het pyrolyse proces, bijvoorbeeld assen, inerte materialen zoals glas en zand, en hulpmateriaal, te verwijderen uit de reactor 101.

[56] Typisch maakt de reactor 101 deel uit van een petrochemische installatie. Dergelijke installatie omvat de voorzieningen om de pyrolyse producten 117, die afgeleid worden uit de reactor 101, verder te behandelen en om te vormen. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van gekende technologie. In Fig. 1 is op schematische wijze een koelvoorziening 114 voorgesteld, aangepast om via koeling de condenseerbare koolwaterstoffen aanwezig in de pyrolyse producten 117, bijvoorbeeld in de range van C5 tot C45, om te zetten in vloeibare

-23- producten 115. De niet-condenseerbare koolwaterstoffen in de pyrolyse 99997 producten 117, in de range van C1 tot C4, resulteren in gasvormige producten

116. De koelvoorziening 114 kan meerdere installaties omvatten, zoals verschillende types warmtewisselaars, een quench kolom, enz.

[57] We beschrijven nu een methode volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, welke bijvoorbeeld met het systeem 100 kan worden uitgevoerd. Binnen deze uitvoeringsvorm vindt een pyrolyse plaats van een plastic afvalmateriaal, waarin voornamelijk PE en PP voorkomen, met sporen van PVC en chlorines uit bijvoorbeeld gebleekt papier.

[58] Een stap binnen deze methode betreft het vullen van een reactor 101 met afvalmateriaal 110 en hulpmateriaal 111, resulterend in een reactorinhoud binnen de reactorwand 104. Afvalmateriaal kan hierbij onder de vorm van vaste pellets op omgevingstemperatuur, of reeds in gesmolten vorm op een temperatuur van 200 à 300°C worden toegevoerd aan de reactor 101. Het hulpmateriaal 111 omvat abrasieve partikels, bijvoorbeeld gebroken zeeschelpen. Andere mogelijke uitvoeringsvormen van het hulpmateriaal 111 worden verder besproken. In de hier beschreven uitvoeringsvorm worden eerst de gebroken zeeschelpen in de reeds verwarmde reactor 101 toegevoerd. De reactorwand 104 wordt hierbij verwarmd aan de hand van een elektrische verwarming 112, en staat op een temperatuur van ongeveer 600 à 700 °C. Door het eerst toevoeren van de zeeschelpen, kunnen deze dienst doen als bed in de reactor 101, zodat afvalmateriaal 110 dat in de reactor 101 wordt toegevoerd niet in contact komt met de hete reactorwand 104 en carbonisatie op dat moment wordt vermeden. Ook worden de zeeschelpen op die manier reeds voorverwarmd.

[59] Verder omvat de methode het verwarmen van de reactorinhoud in afwezigheid van zuurstof, zodat pyrolyse van het afvalmateriaal optreedt. Het inwendige van de reactor 14 kan op atmosferische druk worden gehouden, of op een zeker overdruk om aanvoer van omgevingslucht naar het inwendige van de reactor 101 te vermijden. Bovendien wordt binnen de methode de

„24 - reactorinhoud in beweging gebracht tijdens de pyrolyse, aan de hand van het 16960) 5007 roerwerk 105 dat binnen deze uitvoeringsvorm aan 80 tpm rond draait.

[60] In de beschreven uitvoeringsvorm wordt de pyrolyse uitgevoerd in een semi-continu proces. Hierbij worden eerst de schelpen in de reactor 101 ingebracht, bijvoorbeeld tot de reactor 101 ongeveer 10% is gevuld met schelpen. De temperatuur van de wand is dan ongeveer 600 à 700 °C, en de temperatuur binnen de reactor bijvoorbeeld ca. 420°C. Een temperatuur binnen de reactor tussen 400°C en 500°C is aangewezen om een hoge fractie aan condenseerbare koolwaterstoffen te bekomen binnen de pyrolyse producten.

[61] Vervolgens wordt afvalmateriaal 110 toegevoerd. Het afvalmateriaal 110 wordt binnen de reactor 101 gemengd met de aanwezige schelpen door draaien van het roerwerk 105. De schelpen verdelen zich hierbij tussen het afvalmateriaal, en schrapen tevens afvalmateriaal dat blijft kleven aan de reactorwand 104 terug los. De temperatuur binnen de reactor 101 wordt constant gehouden op ongeveer 420°C, zodat pyrolyse van het afvalmateriaal optreedt. Hierbij ontstaan pyrolyse producten 117, welke gasvormig zijn bij de heersende temperatuur, en in de eenheid 107 worden opgevangen. Gedurende de pyrolyse wordt ondertussen continu afvalmateriaal 110 toegevoerd, waarbij zowel de temperatuur als het gewicht aan materiaal aanwezig binnen de reactor 101 worden gemonitord. Wanneer de toevoersnelheid van het afvalmateriaal 110 groter is dan het tempo waarin degradatie binnen de reactor 101 plaats vindt, neemt het niveau van afvalmateriaal binnen de reactor 101 geleidelijk aan toe.

[62] Wanneer een bepaald vulniveau is bereikt, bijvoorbeeld 70% van de reactor is gevuld, dan wordt het toevoeren van nieuw afvalmateriaal 110 in de reactor 101 gestopt. De temperatuur van het afvalmateriaal aanwezig binnen de reactor 101 kan hierbij verder oplopen, bijvoorbeeld tot ongeveer 500°C. Tijdens deze fase van post-operatie gaat de pyrolyse van het afvalmateriaal binnen de reactor 101 verder, met vorming van gasvormige pyrolyse producten

117. Deze fase eindigt wanneer er geen gasvormige koolwaterstoffen 117 nog de eenheid 107 verlaten.

-25- BE2020/5337

[63] Gedurende het volledige pyrolyse proces, zowel tijdens de fase waarbij afvalmateriaal 110 wordt toegevoerd, als tijdens de post-operatie fase, blijft het roerwerk 105 continu draaien, bijvoorbeeld aan een toerental van 80 tpm. Hierbij wordt het te pyrolyseren materiaal continu gemengd, en verdelen de schelpen zich onder het te pyrolyseren materiaal zodat vorming van agglomeraties vermeden wordt. Bovendien, door het bewegen van de bladen 202, 206 langsheen de reactorwand 104, schuren de schelpen langs de reactorwand 104, zodat de reactorwand 104 continu proper wordt gehouden. Carbonisatie van afvalmateriaal op de reactorwand 104 en de opbouw van een isolerende laag op de reactorwand 104 worden op die manier vermeden.

[64] Na beëindigen van de post-operatie fase wordt vast materiaal 118 dat is achtergebleven binnen de reactor 101 uit de reactor 101 verwijderd via een uitlaatopening. Het gaat hierbij over de schelpen die als hulpmateriaal fungeerden, over assen die ontstaan zijn uit de pyrolyse van afvalmateriaal, en over inerte materialen zoals glas en zand die zich tussen het afvalmateriaal bevonden en niet degraderen. Een te grote hoeveelheid inert materiaal zou de schelpen verbrijzelen tijdens het bewegen in de reactor 101. Eventueel is het mogelijk dat niet na elke post-operatie de vaste materialen 118 worden verwijderd uit de reactor 101. Bijvoorbeeld kan na het beëindigen van een post- operatie fase, onmiddellijk terug worden gestart met toevoeren van afvalmateriaal en pyrolyseren ervan, en wordt pas na beëindigen van de volgende post-operatie de reactor ontdaan van vaste materialen 118. Na het verwijderen van de schelpen uit de reactor 101, worden zij vervangen door nieuwe schelpen om in de reactor 101 toe te voeren.

[65] Binnen de beschreven uitvoeringsvorm worden de gasvormige pyrolyse producten 117 die de eenheid 107 verlaten aan een temperatuur van ongeveer 400°C, gekoeld tot ongeveer 70°C. Diverse types vloeibare oliën kunnen worden gevormd, zoals bijvoorbeeld parafines, isoparafines, aromaten, brandstof gelijkaardig met diesel, enz. Het condenstaat, op een temperatuur van ongeveer 70°C wordt bijvoorbeeld verzameld in een ruwe olietank.

- 26 -

[66] In bovenstaand beschreven uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt var 7920/5997 gebroken zeeschelpen of zeeschelpen als hulpmateriaal. Bijvoorbeeld hebben de gebroken zeeschelpen een afmeting van minimaal 0.2 mm en maximaal 13 mm, bij voorkeur minimaal 1 mm en maximaal 10 mm, waarbij deze afmeting de diameter is van een cirkel omhullend aan een schelp. Het gebruik van gebroken zeeschelpen als hulpmateriaal is voordelig omwille van de combinatie van een aantal kenmerken. Vooreerst vormen de zeeschelpen abrasieve partikels, welke tijdens de pyrolyse schuren langs de reactorwand 104, zodat de wand 104 continu wordt proper gehouden.

[67] Daarnaast bestaan de zeeschelpen uit een breekbaar materiaal, met name een poreus materiaal met een brosheid groter dan de brosheid van een typische stalen reactorwand. Het breken van de schelpen tijdens hun aanwezigheid binnen de reactor 101 maakt dat de grootte van de schelpen zich aanpast aan de grootte van de aanwezige spleet 203, 208, en de afmetingen niet zeer restrictief dienen gekozen te worden. De schelpen op zich vormen dan ook een afvalmateriaal, dat niet dient gerecupereerd te worden na gebruik in de reactor. Bovendien veroorzaken de schelpen geen of minimale schade aan de reactorwand 104 of roerwerk 105 wanneer ze hiertegen worden geslagen. De scherpe kanten van gebroken schelpen dragen ook bij tot een betere schurende werking.

[68] Tenslotte bevatten de zeeschelpen CalciumCarbonaat (CaC O3), waarbij het aanwezige Calcium zal reageren met halogenen aanwezig in de gasvormige pyrolyse producten 117. In de beschreven uitvoeringsvorm bevatten de pyrolyse gassen 117 HCl en HBr, en zijn de optredende reacties: CaCO3 + 2 HCI > CaCI2 + CO2 + H20 CaCO3 + 2 HBr > CaBr2 + CO2 + H20 De gevormde zouten CaCl2 en CaBr2 worden samen met de andere vaste residuele materialen 118 afgevoerd via een uitlaatpoort van de reactor 101.

[69] Het aanwezige CaCO3 in de zeeschelpen zorgt dus voor een rechtstreekse binding van halogenen in de pyrolyse producten 117: op het ogenblik dat HCI of HBr vrijkomen worden ze onmiddellijk gebonden, op de

„27 - plaats waar ze ontstaan. Dit zorgt voor een efficiënte verwijdering van 29299997 polluenten uit de pyrolyse producten, op een eenvoudige manier.

[70] In een uitvoeringsvorm kan het verwijderen van chlorines door gebruik van CaCO3 in de reactor worden aangevuld met andere maatregelen, zoals het gebruik van halogeen-bindende additieven in de extruder 108. Hiermee wordt het mogelijk om een zeer laag CI gehalte in de resulterende olie te bekomen, bijvoorbeeld ten hoogste 50 mg/kg bij pyrolyse van een plastic mengsel (PE, PP) met 0,1% tot 1% PVC.

[71] Behalve het gebruik van gebroken zeeschelpen als hulpmateriaal, zijn ook andere uitvoeringsvormen mogelijk. Bijvoorbeeld: - De component aangepast voor het binden van halogenen kan een ander element zijn dan Calcium, bijvoorbeeld een metaal zoals Aluminium, of Magnesium (Mg) aanwezig als MagnesiumCarbonaat (MgCO3) in het hulpmateriaal.

- Het hulpmateriaal kan een bros materiaal zijn, zonder aanwezigheid van een halogeen-bindende component, bijvoorbeeld een poreus gesteente zoals puimsteen of een mineraal gesteente.

- Het hulpmateriaal kan een halogeen-bindende component omvatten, zonder een bros materiaal te zijn. Bijvoorbeeld kan het hulpmateriaal een mengsel zijn van abrasieve partikels, bijvoorbeeld zand, en een halogeen-bindende component, bv. Ca(OH)2 in poedervorm. Dit mengsel kan vooraf worden gemaakt, en zo aan de reactor worden toegevoerd.

- Het hulpmateriaal kan een bros materiaal zijn en een halogeen-bindende component omvatten, bijvoorbeeld stukjes koraal karkas, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal, of de eerder vermelde (gebroken) zeeschelpen.

[72] Hoewel de onderhavige uitvinding werd geïllustreerd aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen, zal het voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de details van de voorgaande illustratieve uitvoeringsvormen, en dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd

-28- met verschillende wijzigingen en aanpassingen zonder daarbij het 0206997 toepassingsgebied van de uitvinding te verlaten.

De onderhavige uitvoeringsvormen moeten daarom op alle vlakken worden beschouwd als illustratief en niet restrictief, waarbij het toepassingsgebied van de uitvinding wordt beschreven door de bijgevoegde conclusies en niet door de voorgaande beschrijving, en alle wijzigingen die binnen de betekenis en de reikwijdte van de conclusies vallen, zijn hier derhalve mee opgenomen.

Er wordt met andere woorden van uitgegaan dat hieronder alle wijzigingen, variaties of equivalenten vallen die binnen het toepassingsgebied van de onderliggende basisprincipes vallen en waarvan de essentiële attributen worden geclaimd in deze octrooiaanvraag.

Bovendien zal de lezer van deze octrooiaanvraag begrijpen dat de woorden "omvattende" of "omvatten" andere elementen of stappen niet uitsluiten, dat het woord "een" geen meervoud uitsluit.

Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de conclusies in kwestie.

De termen "eerste", "tweede", "derde", "a", "b", "c' en dergelijke, wanneer gebruikt in de beschrijving of in de conclusies, worden gebruikt om het onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen of stappen en beschrijven niet noodzakelijk een opeenvolgende of chronologische volgorde.

Op dezelfde manier worden de termen "bovenkant", "onderkant", "over" "onder" en dergelijke gebruikt ten behoeve van de beschrijving en verwijzen ze niet noodzakelijk naar relatieve posities.

Het moet worden begrepen dat die termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste omstandigheden en dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in staat zijn om te functioneren volgens de onderhavige uitvinding in andere volgordes of oriëntaties dan die beschreven of geïllustreerd in het bovenstaande.

Claims

-29- CONCLUSIES BE2020/5337

1. Methode voor het thermisch ontleden van een koolstofnoudend afvalmateriaal, omvattende: - het vullen van een reactor (101) begrensd door een reactorwand (104) met genoemd afvalmateriaal (110) en een hulpmateriaal (111), resulterend in een reactorinhoud binnen genoemde reactorwand (104), waarbij genoemd hulpmateriaal (111) abrasieve partikels omvat; - het verwarmen van genoemde reactorinhoud in afwezigheid van zuurstof, waarbij door pyrolyse van genoemd afvalmateriaal gasvormige producten (117) ontstaan en genoemde abrasieve partikels niet smelten of thermisch ontleden; - het in beweging brengen van genoemde reactorinhoud ten opzichte van genoemde reactorwand (104) gedurende genoemde pyrolyse, waarbij genoemde beweging is aangepast om genoemde reactorinhoud te mengen en minstens op delen van genoemde reactorwand (104) genoemde abrasieve partikels te laten schuren over genoemde reactorwand (104), waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117) en/of zodat de brosheid van genoemd hulpmateriaal groter is dan de brosheid van genoemde reactorwand (104).

2. Methode volgens conclusie 1, waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117), waarbij genoemde halogenen Chloor en/of Broom omvatten.

3. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in

- 30 - genoemde gasvormige producten (117), en waarbij genoemd hulpmateriaal 9997 (111) Calcium omvat.

4. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117), en waarbij genoemde component is geïntegreerd binnen genoemde abrasieve partikels.

5. Methode volgens conclusie 3 en 4, waarbij genoemde abrasieve partikels (111) Calciumcarbonaat omvatten.

6. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117) en waarbij de brosheid van genoemde abrasieve partikels (111) groter is dan de brosheid van genoemde reactorwand (104), en genoemde abrasieve partikels (111) zijn genomen uit de groep van: schelpen, zeeschelpen, gebroken schelpen, gebroken zeeschelpen, stukjes koraal karkas, stukjes kalksteen, stukjes van een calciumhoudend mineraal.

7. Methode volgens conclusie 1 tot 3, waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117), en waarbij genoemd hulpmateriaal (111) een mengeling is van genoemde abrasieve partikels en gebluste kalk.

8. Methode volgens conclusie 1, waarbij de brosheid van genoemd hulpmateriaal (111) groter is dan de brosheid van genoemde reactorwand (104), en genoemd hulpmateriaal (111) genomen is uit de groep van: schelpmateriaal, zeeschelpmateriaal, een poreus gesteente.

-31- BE2020/5337

9. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij de hardheid van genoemde abrasieve partikels (111) kleiner is dan de hardheid van genoemde reactorwand (104).

10. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde reactorinhoud continu in beweging wordt gebracht gedurende genoemde pyrolyse.

11.Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij het genoemde vullen van genoemde reactor (101) omvat: het toevoeren van genoemd hulpmateriaal (111) in genoemde reactor (101), gevolgd door het toevoeren van genoemd afvalmateriaal (110) in genoemde reactor (101).

12. Systeem (100) voor het thermisch ontleden van een koolstofhoudend afvalmateriaal, omvattende: - een buffer (102) van genoemd afvalmateriaal en een buffer (103) van hulpmateriaal, waarbij genoemd hulpmateriaal abrasieve partikels omvat; - een reactor (101) begrensd door een reactorwand (104), en een verwarmingssysteem (112) aangepast om genoemde reactorwand (104) te verwarmen, waarbij genoemde reactor (101) en genoemde verwarmingssysteem (112) zijn aangepast om genoemd afvalmateriaal aanwezig binnen genoemde reactor (101) te verwarmen in afwezigheid van zuurstof zodat door pyrolyse van genoemd afvalmateriaal gasvormige producten (117) ontstaan; - een toevoersysteem aangepast om genoemde reactor te vullen met een reactorinhoud omvattende genoemd afvalmateriaal (110) en genoemd hulpmateriaal (111); - een mengsysteem (105) aangepast om genoemde reactorinhoud in beweging te brengen ten opzichte van genoemde reactorwand (104), waarbij genoemde beweging is aangepast om genoemde reactorinhoud

-32- te mengen en minstens op delen van genoemde reactorwand (04) 9209397 genoemde abrasieve partikels te laten schuren over genoemde reactorwand (104); waarbij genoemde hulpmateriaal is aangepast om niet te smelten of thermisch te ontleden bij genoemde pyrolyse van genoemd afvalmateriaal, en genoemd hulpmateriaal een samenstelling heeft zodat een component is omvat aangepast voor het binden van halogenen aanwezig in genoemde gasvormige producten (117) en/of zodat de brosheid van genoemd hulpmateriaal groter is dan de brosheid van genoemde reactorwand (104).

13. Systeem (100) volgens conclusie 12, waarbij genoemde mengsysteem (105) een roerwerk omvat, genoemd roerwerk omvattende een as (201, 209) en bladen (202, 206, 207) gemonteerd op genoemde as (201, 209).

14. Systeem volgens conclusie 12 tot 13, waarbij genoemde verwarmingssysteem (112) een elektrische warmtebron Is.

15. Systeem volgens conclusie 12 tot 14, waarbij genoemde reactor (101) een horizontale mixer (200, 205) is aangepast om vlak of geheld te worden opgesteld.