CS199238B2 - Method of thermal treatment of plastic waste - Google Patents

Description

Těžkosti jsou dále způsobovány i tím, že není vždy možné přizpůsobit způsob spalování jednoduše těm nebo oněm zvláštním poměrům. Je třeba například vzít v úvahu, že se mají odstraňovat odpadky plastických hmot nejrůznějších chemických a fyzikálních vlastností, často navíc současně spolu. К plastickým hmotám mohou být kromě toho přidány néjrůznější cizí látky organického i anorganického původu. Známé postupy proto obécně předpokládají předchozí oddělení takových nečistot nebo vyžadují speciální opatření k čištění plynů po provedeném spalování.

К objasnění potíží, které vyvstávají při odstraňování odpadu plastických hmot, je zde poukázáno dále například na ničení polymerů uhlovodíků. Plastické hmoty této skupiny jsou vhodné se zřetelem na vysokou výhřevnost (asi 10 000 kcal/kg) pro spalování v elektrárnách pfi výrobě páry.

Ale odpadky jsou ve velmi se lišících formách, například jako prášek nebo fólie, jako polotovar nebo tvarované kusy; zvláště tehdy, když jde o nezhodnotitelné zbytky z výrobního postupu, jsou tyto odpadky často smíchány s voskem nebo s benzinem. Mohou dále obsahovat nehořlavé nebo netající cizí látky. Tím se ztěžuje nebo znemožňuje doprava zbytků, jakož i jejich dávkování, a i rozprašování, což je důležité pro bezvadné rozdělení ve vzduchu, určeném ke spalování. A právě dobré rozdělení do vzduchu určeného ke spalování je předpo199238 kladem .pro spálení bez sací i kouře. Dále pak mohou cizí látky, ' nehořlavé a obsažené v . odpadcích, způsobit škody - nebo poruchy v zařízení určeném pro spalování.

Z toho je patrný úkol nalézt způsob, jímž by se daly překonat výše uvedené obtíže a jímž by, bylo' možné jednoduché .a účinné ničení odpadků plastických hmot a kaučuku, aniž by ' to bylo spojeno se škodlivými vlivy na okolí. . ' Podle ' tohoto vynálezu je úkol řešen způsobem tepelného zpracování odpadků umělých hmot a kaučuku, který se vyznačuje tím, že se odpadky štěpí za teplot 250 až 450 °C a produkty štěpení se vedou,. popřípadě po předchozím oddělení škodlivých podílů, bezprostředně . nebo po předchozím případném využltkování do spalovacího zařízení.

Nový pracovní způsob dovoluje odstranit produkty z umělých hmot a kaučuku, které až dosud . . nebylo možno jakkoli zhodnotit. Postup je použitelný na nejrůznější termoplastické .a duroplastické hmoty, jako jsou polyolefiny, vinylové pryskyřice, například polyvinylchlorid, polyvinylacetát, polyvinylúlkohol, polystyren, dále polykarbonáty, polymethylenoxidy, polyakryláty, polyuretany, polyamidy, polyesterové pryskyřice, jakož i tvrzené epoxidové .pryskyřice, ' a různé' --typy přírodního i syntetického kaučuku.

Aby se ' dosáhlo co nejrychlejšího tepelného odbourání použitých látek, doporučuje se rozmělnit je mechanicky . před vlastním, tepelným štěpením.

Odbourání předpřipravených odpadků se dá urychlit přidáním vhodných katalyzátorů. Tak se dají například polyolefiny štěpit za přítomnosti sloučenin manganu, vanadu, mědi, chrómu, . molybdenu nebo wolframu za zvýšené - teploty snadno na - nížemolekulární štěpy.

Tepelný rozklad se může provádět za přítomnosti vzduchu nebo kyslíku. Obecně se dbá na to, -aby - přístup kyslíku byl - omezen nebo z velké míry vyloučen, aby se tím znemožnil vznik kyslíkatých sloučenin jako štěpných produktů, například nížemolekulárních karboxylových kyselin, které by mohly být původem, například- škod na . spalovacích zařízeních. Lze též přidáním- vhodných inhibitorů, - například výšemolekúlárních aminů nebo substituovaných derivátů fenolů, z velká míry potlačit oxidaci.

Podle výhodné- formy provádění postupu podle tohoto - vynálezu se provádí štěpení - za přítomnosti pomocné fáze, kapalné za reakční teploty. Tato - pomocná fáze slouží zvláště k přenosu - tepla na použité látky v reaktoru. Kromě toho - podporuje tepelné odbourání tím, že umožňuje gelovíté bobtnání použitých výchozích látek.

Není nutné, -aby byla pomocná fáze za pracovní teploty, tepelně stálá. Lze uvažovat o částečném odbourání, protože se dodatečně tvoří - nová pomocná váze štěpením polymerů -na -kapalné, -vysokovroucí produkty. Samozřejmě je též možné, pokud je to- nutné, přidávat s odpadky čerstvou pomocnou fázi.

S výhodou se používají jako pomocná fáze' takové látky, které rozpouštějí, nejméně částečně, používané odpadní produkty, jakož i štěpné produkty za dané reakční teploty. Jako pomocná -fáze se osvědčily přírodní nebo umělé, voskovité uhlovodíky, například parafinový vosk, montánní vosk, - polyethylenový vosk o molekulové váze od 1000 -až do 10 000, dále polyglykoly -a podobné sloučeniny.

Postup podle tohoto vynálezu - se - dá provádět v reaktorech běžného typu; vhodné jsou například- jednoduché, uzavřené kotle s mícháním, opatřené - vyhřívacím zařízením.

Štěpení bez pomocného prostředí se dá dosáhnout tím, že se v předloze - v reaktoru - odpadky pomalu vyhřejí tak vysoko, -až se dosáhne teploty štěpení. - Výhodnější je však přidat pomocnou fázi, tuto vyhřát na potřebnou -teplotu pro štěpení a potom vnášet odpadní látky.

Pro -dodržování - správné a - z - velké míry konstantní teploty - štěpení se ukázalo jako účelné zavádět odpadní látky do- reaktoru pro - štěpení v malých podílech, s výhodou kontinuálně. Při - dávkovaném přidávání' dochází k - -silnému poklesu teploty v pomocné fázi, takže- rychlost štěpení je ovlivňována značnými výkyvy. Kromě toho se nepřerušovaným přidáváním znemožní náhlé propuknutí utajeného - varu v pomocné kapalině, používají-li se například odpadky, které jsou smíchány s lehce těkavým nebo lehce odpařitelným rozpouštědlem, - jako je například voda.

Získané štěpné - produkty se mohou získat z - reaktoru jako - kapaliny, ale zvláště účelné je získat tyto látky ve formě par o teplotě přibližně procesu .štěpení, načež se - tyto podíly po vypuštění z reaktoru pro štěpení přímo'· a bezprostředně zavádějí do spalovacího - zařízení. Mohou -se - však též dělit v chladicím zařízení na štěpné podíly, tvořící páry nebo kapaliny, které- se pak odděleně vedou - dál. Tímto způsobem se dá dosáhnout přidávání, dávkování a přimíchávání do vzduchu určeného ke spalování, bez - poruch, atím se dá s jistotou nastavit i spalování bez kouře a bez sazí. Kromě toho -je - též možné používat kapalné štěpné produkty před spalováním; například jako rozpouštědla, extrakční činidla nebo čisticí prostředky.

Nový způsob práce při zpracování odpadků· umělých hmot a kaučuku dovoluje odstraňovat jednoduchým způsobem pevné nečistoty a popřípadě přítomné -anorganické, původně přidané látky, například odtažením' ode dna reaktoru pro -další zpracování. - Při kontinuálním provozu zůstávají v pomocné kapalině kromě pevných nečistot, které se přidávají společně s odpadky, též kromě jiného nepatrná množství sazí, vzniklých - při štěpení, a to - -může znamenat pokles rychlosti při -štěpení. Pokles rychlosti .štěpení se dá - opět - vyrovnat zvýšením teploty. - Dá se však kompensovat i tím, že se saze spolu š nepatrným podílem · použitých výchozích látek · odtahují · ode dna reaktoru jako kapalina.

Nový způsob se osvědčil . i při zpracování odpadků takových umělých hmot, ze kterých se při · štěpení vyvíjejí agresivní plyny. Podle známých způsobů je · v takových případech žádoucí vést veškeré plyny ze spalování čisticím · · zařízením s ochranným vyložením a odpovídající velikostí. Postup podle tohoto · vynálezu dovoluje naproti tomu provádět postup štěpení · ve dvou nebo více stupních, přičemž · štěpení v jednotlivých stupních obecně neproběhne · za stejné teploty, ale provádí se za teploty zvyšující se od stupně ke stupni. Za použití polymerů, obsahujících chlor se ukázalo například jako velmi účelné provádět štěpení ve dvou stupních, přičemž se štěpení v prvém stupni · provádí za nižší teploty, totiž za teploty asi 250 až · 300 °C, · a v druhém stupni · za . vyšší teploty, například · asi 350 až 400 °C. Postupným štěpením · polymerních látek obsahujících chlor se · · mohou štěpné produkty, ze kterých se vyvíjejí agresivní plyny, získávat obohaceně· v prvém stupni, takže se v · dalším oddělování plynů, · škodlivých pro. okolí, musí vést do čisticího · · zařízení pouze část štěpných produktů.

Přikladl .

V tříhrdlé baňce obsahu 4 litrů, se zabroušeným míchadlem, kontaktním teploměrem a destilačním nástavcem, se smíchá 1500 g polyethylenového vosku o · molekulové váze asi 3000, a topné hnízdo se vyhřeje na · 375 až 380 °C. Během hodiny se rovnoměrným způsobem vnáší 400 až 500 g práškovaného polyethylenového odpadu do horkého vosku, a tím způsobem se přidá · během 5 hodin celkem 2100 g odpadků umělých hmot. Získá se 1995 g kapalných štěpných produktů, což odpovídá 95% nasazených látek.

Podle plynové chromatografie má štěpný produkt toto složení:

uhlovodíky se 4 až 10 atomy uhlíku 22,5 % uhlovodíky s 11 až 20 atomy uhlíku 62,5 % uhlovodíky s 21 až 25 atomy uhlíku 15,0 %

Příklad 2

Podobně, · jak se to popisuje v příkladu . 1, se vnáší za míchání během hodiny asi 400 až 450 g hrubě rozmělněné, bazicky vytvrzené epoxidové pryskyřice (bisfenolová A-pryskyřice] do vosku, vyhřátého na 385 °C. Za 6 hodin je pokus skončen a za tu dobu se vnese celkem 2550 g pryskyřičného odpadu. Výtěžek kapalných štěpných produktů činí 2460 g, a to odpovídá 96,2 % použité pryskyřice.

Plynovou chromatografií bylo zjištěno to-

to · složení · kondensovaných duktů:	štěpných · pro-
uhlovodíky se · 4 až 10 atomy uhlíku	47,7%
uhlovodíky s 11 až· 15 atomy uhlíku	29,0 %
uhlovodíky s 16 až 20 atomy uhlíku	19,2 %
uhlovodíky nad 20 atomů uhlíku	4,1 %

P říklad 3

Podle postupu popsaného v příkladu 1 se za teploty 380 až 385 °C vnáší za hodinu asi 300 g · rozmělněných odpadků gumy . · do vosku. Celkové' použité množství , činí za 6 hodin · 1895 · g, do předlohy vydestiluje 1715 g kapalných štěpných produktů, což odpovídá

90,5 %, přepočteno na použitý odpad.

Plynovou chromatografií bylo zjištěno toto složení štěpných produktů:

uhlovodíky se 4 až 10 atomy , uhlíku 74,9 % uhlovodíky · s 11 až 15 atomy uhlíku 22,0 % uhlovodíky s 16 až 20 atomy uhlíku 3,0 %

Zbytek, tj. 0,1 %, připadá na uhlovodíky s více než dvaceti atomy · uhlíku.

Přikládá

Do štěpného reaktoru provozního zařízení · o užitečném objemu 3,4 m³ se vnese 1,8 metrů krychlových polyethylenového· vosku a po vyhřátí na 375 až 385 ^QC se vnáší za hodinu 65 kg práškovaného polyethylenu. Za . hodinu vzniká 61 · kg destilátu, tj. 94 ·%, přepočteno · na použitý odpad.

Složení destilátu bylo podobné, jako v příkladu 1.

P ř í k 1 a d 5

Do čtyřlitrového · laboratorního zařízení, popsaného v příkladu 1, · se rovnoměrně vnáší za míchání do vosku, zahřátého na 250 °C, za hodinu asi 300 g · rozmělněných odpadků polyvinylchloridu s obsahem 45 · % podle hmotnosti · chloru. Za 4 hodiny se přidávání skončí, přičemž celkové množství přidaného odpadu činí 1230 g. Během štěpné reakce se plynný štěpný produkt, unikající z předlohy, · vede promývací baterií, obsahující k zachycení vzniklého chlorovodíku větší počet stupňů s plněním vodou, a dále ještě jedno· promývací zařízení s 5% roztokem hydroxidu sodného. Zahřívání odpadních hmot, vnášených do vosku ža · teploty 250 °C, se . provádí tak dlouho, až zřetelně klesne · vývin plynů; bývá tomu tak za 5 hodin po začátku · přidávání.· Za tu · tfobu se nashromáždí v předloze

128 g kapalného štěpného produktu, což odpovídá 10,2 % z použitého odpadu. Vodočirý destilát obsahuje 1,7 % chloru.

Vnitřní teplota reakční směsi se dále zvý^ ší bez jakéhokoli dalšího přidávání odpadního materiálu ha 350 °C. Za 3 hodiny zahřívání vydestiluje 535 g kapalných štěpných produktů do předlohy, obsah chloru činí

0,15 %. Uvedené množství odpovídá 43,5 % z nasazeného množství. Přitom byl pozorován vznik nepatrného množství plynných štěpných produktů.

Výsledky vyhodnocení kapalného štěpného produktu za použití plynové chromatografie:

uhlovodíky s počtem 1. destilát 2. destilát uhlíkových atomů až 10 34,9 °/o 27,4 % až 20 63,4 % 64,2 % nad 20 1,7 % 8,4 %

Claims (7)

1. PR EDMfiT VYNALEZU

   1. Způsob tepelného zpracování odpadků plastů, vyznačující se tím, že se štěpí odpadky plastů za teploty 250 až 450 °C za přítomnosti pomocné fáze, kapalné za použité reakční teploty, a štěpné produkty se po případném oddělení škodlivých podílů bezprostředně nebo po případném zhodnocení zavádějí do spalovacího zařízení.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se štěpení provádí ža teploty 350 až 450 ^aC.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že se jako pomocná fáze používá látka, ve které se odpadky plastů a/nebo produkty štěpení za teploty reakce při nejmenším částečně rozpouštějí.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se jako pomocná fáze používají přírodní nebo umělé voskovité uhlovodíkové sloučeniny.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že se štěpení provádí za přítomnosti katalyzátorů, jako jsou sloučeniny manganu, vanadu, mědi, chrómu, molybdenu nebo wolframu, zrychlujících odbourání polymerních látek.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že se odpadky plastů vedou nepřerušovaným způsobem do štěpení a produkty štěpení se odtahují ve formě par.
7. 7. Způsob podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že se štěpení provádí ve větším počtu stupňů, přičemž teplota stoupá od stupně к stupni tak, že se štěpné produkty, ze kterých se vyvíjí agresivní plyn, obohacují s výhodou v prvém stupni.