Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Zersetzung von Abfällen von synthetischen Polymeren.
Werden Abfälle von synthetischen Polymeren thermisch zersetzt, so resultiert eine ganze Anzahl von Kohlenwasserstoffen, die bei Normaltemperatur von gasförmigen bis zu harten, wachsartigen Erscheinungsformen reichen können.
Von den Kohlenwasserstoffen neigen jene mit einer grossen Anzahl Kohlenwasserstoffatome beim Abkühlen zum Festsetzen auf den inneren Wänden der Röhren und Kondensatoren, in extremen Fällen sogar zum Verstopfen. Um dies zu verhindern, wird die Gasphasenregion des Reaktors oder Zer setzungsofens mit einem Kühler versehen, so dass weniger schwere Produkte herausfliessen. Auf diese Weise werden die schweren Produkte durch Kondensation abgetrennt und zum Reaktor oder Zersetzungsofen zurückgeführt, um sie in leichtere Stoffe umzuwandeln. Falls dies in einem Fraktionier Kondensator ausserhalb des Reaktors gemacht wird, können die Leitungen zum Kondensator verstopft werden, was die Behandlung der Kondensate erschwert.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die genannten Nachteile zu eliminieren und besteht in einer verbesserten Vorrichtung zur thermischen Zersetzung, die eine thermische Zersetzung von Abfällen von synthetischen Polymeren ermöglicht. Die Erfindung bezieht sich also auf eine Vorrichtung für die thermische Zersetzung durch Erhitzen von Abfäl- len von synthetischen Polymeren, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Zersetzungsofen mit einem Zulaufkanal auf der einen Seite für die Beschickung mit Abfällen, einem Auslass für die thermisch zersetzten Gase am oberen Ende des Ofens, verbunden mit einem Kondensator, einem Festrückstände-Ablaufkanal am Boden des Ofens, einem Heizt mittel für die Abfallbeschickung im unteren Raum des Ofens und einem Kühlrohr für die Gase im oberen Teil des Ofens zwischen Gasauslass und Heizmittel aufweist.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise im Ofenraum zwischen Heizmittel und Kühlrohr zur Verbesserung des Gas Flüssigkeit-Kontakteffektes ein Glockensystem auf.
Die thermische Zersetzung kann auch kontinuierlich durchgeführt werden.
Wie erwähnt ist die erfindungsgemässe Vorrichtung für die thermische Zersetzung so konstruiert, dass die Kühlsektion im oberen Ofenraum angebracht ist, auf dem sich der Auslass für die thermisch zersetzten Gase befindet. Die in dem Ofen eingebrachten Abfälle von synthetischen Polymeren werden gewöhnlich auf eine für die Zersetzung genügend hohe Temperatur erhitzt. Die so produzierten Gase der thermischen Zersetzung werden im allgemeinen abgekühlt, während sie zum Ofenauslass durch die Kühlsektion im oberen Ofenraum strömen. Schwere Komponenten der Produkte können kondensiert, abgetrennt und zur Heizsektion des Ofens zurückgeführt werden, wo sie weiter zersetzt werden, während die Gase, welche die Kühlsektion passiert haben, über den Auslass aus dem Ofen genommen werden.
Der Zersetzungsrückstand kann kontinuierlich über einen Ablaufkanal aus dem Ofen abgelassen werden.
In der erfindungsgemässen Vorrichtung befindet sich die Kühlsektion, wie bereits erwähnt, im Gasphasenbereich des Ofens, so dass verhindert wird, dass sich die schweren Produkte zum Auslass auf dem Ofen bewegen können, was die Vorrichtung vor dem Verstopfen schützt. Es ist somit möglich, gasförmige Produkte mit Siedepunkten in einem optimalen Bereich zu erhalten, indem man die Temperatur der Kühlsektion steuert.
Die bisher beschriebenen und weitere Ziele, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beigelegten Zeichnungen ersichtlich, worin:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, als vertikaler Schnitt, einer Vorrichtung für die thermische Zersetzung von Abfällen von synthetischen Polymeren, welche die Erfindung verkörpert, ist und die
Fig. 2 und 3 graphische Darstellungen der Resultate von Destillationsversuchen sind, die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführt wurden.
Die Erläuterungen zu den Fig. 2 und 3 sind wie folgt:
Fig. 2: x ohne Kühlung Verstopfen Kühlung auf 170 "C eingestellt, kein Verstopfen
Kühlung auf 200 "C eingestellt, kein Verstopfen o Kühlung auf 250 OC eingestellt, kein Verstopfen
Fig. 3:
Kühlung auf 170 "C eingestellt, kein Verstopfen Kühlung auf 200 "C eingestellt, kein Verstopfen O Kühlung auf 250 "C eingestellt, kein Verstopfen , Kühlung auf 300 "C eingestellt, kein Verstopfen Temperatur der thermischen Zersetzung 450 "C.
Fig. 1 zeigt einen Ofen 1 für die thermische Zersetzung von Abfällen von synthetischen Polymeren mit einem Aus lass 2 an seinem oberen Ende für die Wegführung der gasförmigen Produkte und einem Ablaufkanal 3 am Boden für das Ablassen des Zersetzungsrückstandes. Das Zulaufmittel 4 für die Abfälle, in Form einer Förderschnecke, eines Schiebers, eines Drehvorschiebers, eines Doppelschiebers oder ähnli chem ist an einen mittleren Teil des Ofens angeschlossen.
Das Zulaufmittel soll nicht nur den Ofen kontinuierlich mit geregelter Geschwindigkeit mit Abfällen versorgen, sondern diese auch bis zu einem geschmolzenen Zustand vorwärmen.
Enthalten die Abfälle Polyvinylchlorid oder ähnliches, so kann das Zulaufmittel sogar eine Primärzersetzung zur Ab trennung der Salzsäure vom Zulauf ausführen.
Grob eingeteilt umfasst der Ofen 1 zwei Sektionen, eine zum Aufheizen der Beschickung und die andere zum Küh len. Die Heizsektion zersetzt die Beschickung thermisch und bildet eine Vielfalt von Kohlenwasserstoffen von bei Normal temperatur gasförmigen bis zu harten, wachsartigen. In der Kühlsektion werden die harten, wachsartigen (schweren)
Komponenten durch Kondensation verflüssigt und wieder der Heizsektion zu erneuter Zersetzung zugeführt.
Die Heizsektion ist mit einem Heizmittel 5 ausgestaltet, welches davon abhängt, ob die Energie in Form von Elektrizi tät, Heissgas oder ähnlichem geliefert wird. Die Heizvorrich tung besteht im vorliegenden Fall aus Röhren, durch welche Gase, welche auf eine hohe Temperatur gebracht wurden, ge leitet werden. Zwischen den Gasen und den Abfällen von Po lymeren, welche sich ausserhalb der Röhren befinden, be steht ein indirekter Wärmekontakt, so dass die Abfallbeschik kung auf die Zersetzungstemperatur gebracht wird. Die Wär meenergie ist erforderlich zur Erwärmung der Abfälle auf die Zersetzungstemperatur und zu deren Zersetzung. Die
Kühlsektion ist entweder mit einem Kühlrohr 7 allein oder mit einem Kühlrohr kombiniert mit einem Glockenbodensy stem 6 ausgestattet, das sich zwischen der Heizvorrichtung
5 und dem Kühlrohr 7 für die Gase befindet.
Der Produktaus lass 2 ist über die Leitung 8 mit einem Kondensator 9 verbun den.
Es wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung erläu tert:
Zuerst werden die Abfälle der synthetischen Polymere durch das Zulaufmittel 4 kontinuierlich und abgemessen in den Ofen 1 der thermischen Zersetzung gegeben. Die Be schickung wird durch die Heizvorrichtung 5 bis zu ihrer Zer setzungstemperatur in der Flüssigphase-Heizsektion im unte ren Ofenraum erhitzt. Die thermische Zersetzung ergibt Komponenten mit niederem Molekulargewicht, die verdampfen und im Ofen als thermisch zersetzte Gase aufwärts strömen. Wenn sie durch das Glockenbodensystem 6 strömen, werden die Gase einem Gas-Flüssigkeits-Kontakt unterworfen. Danach passieren die Gase durch die Kühlsektion, auf einer gewünschten Temperatur gehalten vom Kühlrohr 7.
Dabei werden die schweren Komponenten mit Siedepunkten, die höher sind als die Temperatur der Kühlschicht, kondensiert, fallen auf das Glockenbodensystem 6 und dann zurück in die Heizsektion zu erneuerter Zersetzung. Währenddessen kommen die Gase, welche die Kühlsektion passiert haben, über den Produktauslass 2 und die Leitung 8 in den Kondensator 9. Im Kondensator werden sie aufgetrennt in gasförmige und flüssige Stoffe und dann als Produkt-Öle 10 und Produkt-Gase 11 gewonnen.
Der im Verlauf des thermischen Zersetzungsverfahrens produzierte Rückstand (Kohle, anorganische Stoffe usw.) wird kontinuierlich durch den Ablaufkanal 3 am Boden der Heizsektion aus dem Ofen abgeführt.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion und Funktionsweise bietet die erfindungsgemässe Vorrichtung folgende Vorteile.
Bei den üblichen Vorrichtungen, wo der Ofen nicht mit einer Kühlsektion ausgestattet ist und die thermisch zersetzten Produkte vom Ofen direkt in einem äusseren Kondensator gekühlt und zur Gewinnung getrennt werden, haben die schwereren Verbindungen die Tendenz sich abzulagern und sich auf den innern Wänden der Röhren und des Kondensators zu verfestigen, bis sie die Durchgänge blockieren. Werden die gleichen Funktionen von einem Fraktionier-Kondensator ausserhalb des Ofens übernommen, tritt das gleiche zu beanstandende Phänomen in der zum Kondensator führenden Leitung auf. Die erfindungsgemässe Vorrichtung dagegen hat eine Kühlsektion im Innern des Ofens, was die Möglichkeit einer Verstopfung ausschliesst.
Im weiteren ist es möglich, Produkte mit einem Siedepunkt innerhalb eines gewünschten Bereichs zu erhalten, da dieser Bereich, insbesondere bei öligen Stoffen, durch die Temperaturregelung der Kühlsektion frei gewählt werden kann.
Es werden nun die Ergebnisse von Öl-Destillationsversuchen mit der erfindunsgemässen Vorrichtung besprochen.
Die behandelte Abfallmischung von synthetischen Polymeren hatte folgende Zusammensetzung: Phenol Harz 4,5 Gew.-O/o HarnstofflFormaldehyd-Harz 10,9 Melamin/Formaldehyd-Harz 2,1 Polyester 2,3 Polyurethan 1,6 Polyvinylchlorid 23,0 Polyäthylen 26,0 ABS-Harz 3,5
Polypropylen 11,8
Polyvinylalkohol 1,9
Acryl-Harz 1,1
Polystyrol 10,1
Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 2 und 3 im Vergleich mit solchen von konventionellen Vorrichtungen graphisch dargestellt.
Aus der graphischen Darstellung von Fig. 2 geht hervor, dass beim Einstellen der Temperatur der Kühlsektion auf z. B. 200 "C die Produkte mit Siedepunkten unter 200 "C aus strömen, der Anteil der schwereren Produkte mit höheren
Siedepunkten von über 200 "C jedoch beträchtlich abnimmt.
Es zeigt sich ebenso, dass ohne Kühlsektion die schwe ren Produkte in grosser Menge ausströmen und damit möglicherweise den Reaktor, die äusseren Leitungen des Ofens und den Kondensator verstopfen.
Fig. 3 zeigt die Ergebnisse von Destillationsversuchen mit dem gleichen Abfallmaterial wie oben, aber mit der Vor richtung, welche eine Glockenbodensystem 6 zusammen mit dem Gas-Kühlrohr 7 im Innern des Ofens 1 aufweist. Die Re sultate fielen noch weit besser aus als mit der Apparatur ohne Glockenbodensystem; über 9S01o der Destillate besassen einen Siedepunkt unterhalb der Temperatur der Kühlsektion.
Wird die Temperatur der Kühlsektion z. B. auf 200 C eingestellt, so strömen kaum schwere Produkte mit Siedepunkten von über 200 "C aus im Vergleich zum immer noch beträchtlichen Anteil bei der Kühlung mit dem Kühlrohr allein, so dass jede Schwierigkeit durch Verstopfen vermieden werden kann.
The present invention relates to a device for the thermal decomposition of waste from synthetic polymers.
If synthetic polymer waste is thermally decomposed, a large number of hydrocarbons result, which at normal temperature can range from gaseous to hard, waxy forms.
Of the hydrocarbons, those with a large number of hydrocarbon atoms tend to stick to the inner walls of the tubes and condensers on cooling, and in extreme cases even to clog. To prevent this, the gas phase region of the reactor or decomposition furnace is provided with a cooler so that less heavy products flow out. In this way, the heavy products are separated by condensation and returned to the reactor or decomposition furnace to convert them into lighter materials. If this is done in a fractionating condenser outside the reactor, the lines to the condenser can become blocked, which makes the treatment of the condensates difficult.
The present invention aims to eliminate the above-mentioned disadvantages and consists in an improved device for thermal decomposition, which enables a thermal decomposition of waste from synthetic polymers. The invention thus relates to a device for the thermal decomposition by heating waste from synthetic polymers, which is characterized in that it has a decomposition furnace with an inlet channel on one side for charging waste and an outlet for the thermally decomposed Has gases at the top of the furnace, connected to a condenser, a solid residue drainage channel at the bottom of the furnace, a heating medium for the waste loading in the lower space of the furnace and a cooling pipe for the gases in the upper part of the furnace between the gas outlet and heating means.
The device preferably has a bell system in the furnace space between the heating means and the cooling pipe to improve the gas-liquid contact effect.
The thermal decomposition can also be carried out continuously.
As mentioned, the device according to the invention for the thermal decomposition is constructed in such a way that the cooling section is mounted in the upper furnace space on which the outlet for the thermally decomposed gases is located. The synthetic polymer waste placed in the furnace is usually heated to a temperature high enough for decomposition. The thermal decomposition gases so produced are generally cooled as they flow to the furnace outlet through the cooling section in the upper furnace space. Heavy components of the products can be condensed, separated and returned to the heating section of the furnace, where they are further decomposed, while the gases which have passed through the cooling section are taken out of the furnace via the outlet.
The decomposition residue can be continuously drained from the furnace via a drainage channel.
In the device according to the invention, the cooling section is, as already mentioned, in the gas phase region of the furnace, so that the heavy products are prevented from moving to the outlet on the furnace, which protects the device from clogging. It is thus possible to obtain gaseous products with boiling points in an optimal range by controlling the temperature of the cooling section.
The previously described and other objects, advantages and properties of the present invention will become apparent from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic representation, in vertical section, of an apparatus for the thermal decomposition of wastes of synthetic polymers embodying the invention and which
Figures 2 and 3 are graphical representations of the results of distillation experiments carried out with the apparatus of the invention.
The explanations for FIGS. 2 and 3 are as follows:
Fig. 2: x without cooling, clogging, cooling set to 170 ° C., no clogging
Cooling set to 200 ° C, no clogging o Cooling set to 250 ° C, no clogging
Fig. 3:
Cooling set to 170 "C, no clogging Cooling set to 200" C, no clogging O Cooling set to 250 "C, no clogging, cooling set to 300" C, no clogging Thermal decomposition temperature 450 "C.
Fig. 1 shows a furnace 1 for the thermal decomposition of synthetic polymer waste with an outlet 2 at its upper end for the removal of the gaseous products and a drainage channel 3 at the bottom for draining the decomposition residue. The feed means 4 for the waste, in the form of a screw conveyor, a slide, a rotary feeder, a double slide or similar chem is connected to a central part of the furnace.
The feed means should not only continuously supply the furnace with waste at a controlled rate, but also preheat it to a molten state.
If the waste contains polyvinyl chloride or the like, the feed agent can even perform a primary decomposition to separate the hydrochloric acid from the feed.
The furnace 1 is roughly divided into two sections, one for heating the load and the other for cooling. The heating section thermally decomposes the feed and forms a variety of hydrocarbons from gaseous at normal temperature to hard, waxy. In the cooling section the hard, waxy (heavy)
Components liquefied by condensation and returned to the heating section for renewed decomposition.
The heating section is designed with a heating means 5, which depends on whether the energy ity in the form of Elektrizi, hot gas or the like is supplied. In the present case, the heating device consists of tubes through which gases which have been brought to a high temperature are passed. There is indirect thermal contact between the gases and the polymer waste, which is located outside the tubes, so that the waste charge is brought to the decomposition temperature. The heat meenergy is necessary to heat the waste to the decomposition temperature and to decompose it. The
Cooling section is either equipped with a cooling pipe 7 alone or with a cooling pipe combined with a Glockenbodensy system 6, which is located between the heating device
5 and the cooling pipe 7 for the gases is located.
The product outlet 2 is verbun via line 8 to a capacitor 9 to the.
The functioning of the device will now be explained:
First, the synthetic polymer wastes are continuously and meteredly fed into the furnace 1 of the thermal decomposition through the feed means 4. The loading is heated by the heater 5 up to its decomposition temperature in the liquid phase heating section in the lower furnace space. Thermal decomposition results in low molecular weight components which vaporize and flow up the furnace as thermally decomposed gases. As they flow through the bubble cap system 6, the gases are subjected to gas-liquid contact. Thereafter, the gases pass through the cooling section held at a desired temperature by the cooling pipe 7.
The heavy components with boiling points that are higher than the temperature of the cooling layer are condensed, fall onto the bell bottom system 6 and then back into the heating section for renewed decomposition. In the meantime, the gases that have passed the cooling section come via the product outlet 2 and the line 8 into the condenser 9. In the condenser they are separated into gaseous and liquid substances and then obtained as product oils 10 and product gases 11.
The residue (coal, inorganic substances, etc.) produced in the course of the thermal decomposition process is continuously discharged from the furnace through the discharge channel 3 at the bottom of the heating section.
With the construction and mode of operation described above, the device according to the invention offers the following advantages.
In conventional devices where the furnace is not equipped with a cooling section and the thermally decomposed products from the furnace are cooled directly in an external condenser and separated for recovery, the heavier compounds have a tendency to settle and settle on the inner walls of the tubes and of the condenser until they block the passages. If the same functions are taken over by a fractionating condenser outside the furnace, the same objectionable phenomenon occurs in the line leading to the condenser. The device according to the invention, on the other hand, has a cooling section inside the furnace, which rules out the possibility of clogging.
Furthermore, it is possible to obtain products with a boiling point within a desired range, since this range, in particular with oily substances, can be freely selected by regulating the temperature of the cooling section.
The results of oil distillation experiments with the device according to the invention will now be discussed.
The treated waste mixture of synthetic polymers had the following composition: phenol resin 4.5% by weight urea / formaldehyde resin 10.9 melamine / formaldehyde resin 2.1 polyester 2.3 polyurethane 1.6 polyvinyl chloride 23.0 polyethylene 26, 0 ABS resin 3.5
Polypropylene 11.8
Polyvinyl alcohol 1.9
Acrylic resin 1.1
Polystyrene 10.1
The test results are graphically shown in Figs. 2 and 3 in comparison with those of conventional devices.
From the graph of Fig. 2 it can be seen that when the temperature of the cooling section is set to e.g. B. 200 "C the products with boiling points below 200" C flow out, the proportion of heavier products with higher
Boiling points above 200 "C, however, decreases considerably.
It also shows that without a cooling section the heavy products flow out in large quantities and thus possibly clog the reactor, the outer pipes of the furnace and the condenser.
Fig. 3 shows the results of distillation tests with the same waste material as above, but with the device, which has a bell bottom system 6 together with the gas cooling pipe 7 inside the furnace 1. The results were far better than with the apparatus without a bubble cap system; Over 901o of the distillates had a boiling point below the temperature of the cooling section.
If the temperature of the cooling section z. If, for example, it is set to 200 ° C., hardly any heavy products with boiling points above 200 ° C. flow out compared to the still considerable proportion when cooling with the cooling tube alone, so that any difficulty due to clogging can be avoided.