CZ19990U1 - Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu - Google Patents

Description

Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu

Oblast techniky

Technické řešení se týká tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu a řeší ekologické zpracování odpadu, obsahujícího pryž a/nebo plastické hmoty a jejich přeměnu na znovu využitelné suro5 viny.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že z odpadů obsahujících pryž a/nebo plastické hmoty lze působením tepla získat látky, které lze znovu použít, což se z důvodů snížení ekologické zátěže provádí v prostředí odděleném od okolní atmosféry.

i o Pokud je však překročena teplota 600 °C, dochází jak při rozkladu pryže, tak při rozkladu některých plastů ke vzniku látek, které nejsou za běžných podmínek v tekutém nebo v pevném skupenství.

Z dokumentů CZ PV 2002-3467 a CZ 12817 U je známo zařízení na úpravu hmot na bázi pryže. Tato úprava se provádí v rotačním reaktoru tvaru horizontálně orientovaného válce v jehož ose otáčení se nachází trubka pro odvod reakčních produktů. Trubka prochází celým válcem a je ve vnitřním prostoru válce opařena otvory. V průběhu tepelného rozkladu vsázky se válec otáčí kolem své osy, přičemž stěna tvořící plášť válce je zvnějšku vyhřívána. Produkty rozkladu jsou odváděny do spalovací komory. Nevýhodou tohoto zařízení je, že teplota rozkladu může snadno překročit 600 °C, a to nejen místně, ale í v celém objemu. Vznikají proto produkty, které nelze za běžných podmínek zkapalnit, a tak se produkt pyrolýzy hodí pouze ke spalování. Další zařízení, u kterého vznikají za běžných podmínek nezkapalnitelné plyny je známo z dokumentu CZ 17103 U. Jedná se o zařízení na ekologickou likvidaci odpadu z gumy, tvořené komorou, kolem které jsou vytvořeny prostory pro tepelné zdroje. Komora je opatřena vývody tekutých a plynných výstupů, které ústí do kondenzačních zařízení regulujících poměr tekutých a plynných látek. Z popisu vyplývá, že se jedná o běžnou retortu na tepelný rozklad, u které nedochází ani k cirkulaci plynů tvořících vnitřní atmosféru, ani k míchání vsázky. Její nevýhodou je proto nerovnoměrný ohřev vsázky, při které může snadno dojít k místnímu přehřátí a ke vzniku produktů, které nemohou být za běžných podmínek v kapalném stavu. Takové zařízení musí navazovat na technologii zpracování vzniklých plynů a nemůže být tudíž mobilní. Z dokumentů CZ PV 2001-3791, CZ

1 87 99 U a CA 2584557 jsou známy technologie, u kterých se zkapalnitelné složky produktů vzniklých tepelným rozkladem pryže nebo plastů spalují. V případě CZ PV 2001-3791 se jedná o zařízení na katalytickou transformaci polyolefinových odpadů na uhlovodíkové produkty. Reakční prostor vybavený míchadlem je částečně obklopen spalovací komorou a spaliny odcházejí ze spalovací komory ohřívacími trubkami, které procházejí reakčním prostorem. Produkty reakce jsou odváděny mimo reakční prostor, kde jsou ochlazovány, přičemž kondenzovaná kapalina je odváděna do vyrovnávací nádrže vyhřáté na 40 °C a zbylé plyny jsou přiváděny do spalovací komory. Nevýhodou této technologie je, že zpracovávaný materiál musí být předem rozdrcen. Další nevýhodou je nerovnoměrný ohřev. Aby nerovnoměrný ohřev větších kusů nevedl k nežádoucímu prodlužování doby zpracování. V případě CZ 18799 U se rovněž jedná o zařízení na kontinuální ekologickou likvidaci odpadu z gumy. Toto zařízení obsahuje výkyvnou vyhřívanou komoru, opatřenou otvorem pro vkládání vsázky a otvor pro odstraňování nerozložitelného zbytku. Kývavým pohybem komory se vsázka postupně přemísťuje ze vstupní strany komory k výstupní straně komory, přičemž se podrobuje tepelnému rozkladu. Uvolněné pyrolýzní plyny se odvádějí mimo komoru, kde se po ohlazení rozdělují na plynný podíl, kapalný podíl a pevné nečistoty. Plynný podíl je spalován při ohřevu komory. Nevýhodou tohoto zařízení je, že zpracovávaný odpad z gumy musí být předem rozmělněn, což zejména u použitých pneumatik zvyšuje náklady. V případě CA 2584557 se jedná o zařízení na tepelný rozklad odpadu z gumy, obsahující vyměnitelnou reakční komoru, opatřenou topnými tělesy a odvodní trubkou, kterou jsou vzniklé pyrolýzní plyny odváděny do kondenzátoru. V kondenzátoru dochází k ochlazení pyro-1CZ 19990 Ul týzních plynů a ke zkapalnění zkapalnitelného podílu. Plynný podíl je odváděn do spalovacího zařízení, zatímco kapalný podíl je odváděn do zásobníku. Část kapalného podílu ze zásobníku se při vysoké rychlosti vstřikuje do toku pyrolýzních plynů ještě před jejich vstupem do kondenzátoru. Nevýhodou tohoto zařízení je, že reakční komora není vybavena žádným zařízením zaruču5 jícím rovnoměrnou teplotu vsázky, takže vzniká i plynná fáze tvořená látkami, které nejsou za běžných podmínek v kapalném nebo v tuhém stavu. Tyto látky se odvádějí ke spalování, proto nemůže být toto zařízení mobilní. Z dokumentů EP 1785248 a CZ 17601 U jsou známy technologie, u kterých se v první fázi ochlazování pyrolýzních plynů nezkapalněná fáze zavádí zpět do reakčního prostoru. V případě EP 1785248 se jedná o zpracování opotřebovaných pneumatik, io Vsázka tvořená rozmělněnými pneumatikami se vystavuje teplotě 550 až 800 °C, a to v prostředí redukčního plynu, načež je z uvolněných plynů oddělována zkapalnitelná frakce. Část plynné frakce se spaluje a část se po předehřevu zavádí zpět do reaktoru, kde slouží jako zdroj tepla pro další tepelný rozklad. Nevýhodou této technologie je, že nedochází pouze k uvolňování látek, které jsou za běžných podmínek kapalné, ale vzniká též plyn, přičemž Část plynu, která byla při kondenzaci zkapalnitelné frakce ochlazena musí být před vstupem do reakčního prostoru znovu ohřívána. V případě CZ 17601 U se jedná o zařízení na separaci pyrolýzního oleje při zpracování odpadní pryže, které je tvořeno reakční komorou, do které se vkládá vsázka. Uvnitř reakční komory se nacházejí prvky pro ohřev. Reakční komora je dále opatřena vývodem pro odvod pyrolýzních plynů mimo reakční komoru, kde se pyrolýzní plyny ochlazují, přičemž dochází ke kon20 denzaci kapalného podílu. Nezkondenzovaný plynný podíl se vhání zpět do reakční komory, zatímco kapalný podíl se shromažďuje v jímací nádrži. Nevýhodou tohoto zařízení je, že nezkapalněné plyny vháněné do pyrolýzní komory jsou studené a jak komoru, tak vsázku zbytečně ochlazují. Teplo dodané pro zabezpečení pyrolýzy je pak zbytečně odnímáno při kondenzaci zkapalnitelných látek.

Jsou známy i technologie zaručující, že určená teplota nebude ani místně překročena. U těchto technologií je možné zajistit, aby nevznikaly žádné látky, které by za běžných podmínek nebylo možné převést do kapalného nebo do pevného skupenství. Například z EP 1664240 je znám způsob a zařízení na kontinuální konverzi organického odpadu, zejména kontaminovaných odpadních plastů a opotřebovaných pneumatik, u kterého se vsázka kontinuálně zavádí do taveniny anorganické látky, např. do roztavené směsi cínu olova a vizmutu nebo do směsi anorganických solí nebo hydroxidů alkalických kovů nebo hydroxidů kovů alkalických zemin, přičemž se plynné produkty nad lázní sbírají. Nevýhodou této technologie je, že používané anorganické soli, tvořící používanou horkou lázeň představují po vyčerpání lázně ekologicky obtížně zpracovatelný odpad. Pokud je horká lázeň tvořena roztavenými kovy, je tato lázeň velmi drahá v případě, že zařízení má mít větší výkon. Provoz takové lázně, pokud obsahuje olovo, navíc ohrožuje zdraví obsluhy. Zařízení je navíc díky mechanickému zatlačování vsázky pod povrch horké lázně mechanicky velmi složité a tím i náročné na údržbu.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody řeší zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle tohoto technické40 ho řešení, jehož podstatou je, že sestává z pracovní komory, jejíž stěny jsou alespoň částečně opatřeny tepelně izolačním materiálem. Pracovní komora je opatřena nejméně jedním výstupem pyrolýzních plynů a nejméně jedním uzavíratelným otvorem. V pracovní komoře se nachází reakční prostor pro umístění vsázky obsahující pryž a/nebo plasty a topná tělesa, která alespoň z části obklopují reakční prostor. Uvnitř pracovní komory se dále nachází ventilátor pro zajištění cirkulace alespoň části plynů, nacházejících se v pracovní komoře, a nejméně jedna lamela pro usměrnění směru toku plynů. Alternativně mohou lamely alespoň částečně obklopovat reakční prostor. Alternativně se uvnitř pracovní komory může nacházet chladicí prostor, opatřený vstupem chladicího média a výstupem chladicího média, alespoň z Části vymezený mezistěnou a stěnou pracovní komory. Alternativně se z vnitřní strany dvířek pro uzavření uzavíratelného ot50 voru nachází druhý chladicí prostor. Pro zpracování kusového nebo tavitelného odpadu je alter-2CZ 19990 Ul nativně součástí zařízení nejméně jedna nádoba pro umístění vsázky v reakčním prostoru. Pracovní komora může být alternativně též opatřena vstupem plynu.

Výhodou zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle tohoto technického řešení je, že vsázka je rovnoměrně ohřívána, takže nedochází k místnímu přehřátí, které by způsobilo uvolňo5 vání takových látek, které by se nedaly následně zkapalnit a musely by být ekologicky zlikvidovány, například spalováním. Výhodou ochlazování reakčního prostoru je rychlé zastavení procesu tepelného rozkladu, což umožní otevření vnitřního prostoru zařízení, aniž by došlo k uvolnění nežádoucích látek do ovzduší. Pokud je reakční prostor ochlazován vzduchem, který se nemůže mísit s plyny nacházejícími se v reakčním prostoru, nedochází k jeho kontaminaci a může být io vypuštěn zpět do okolního prostředí. Zkrácením doby ochlazování dochází též ke zvýšení výkonu zařízení. Výhodou zavádění dosud nezkapalněných plynů, které jsou smíseny se vzduchem, uzavřeným v zařízení po vložení vsázky, je ochlazení pyrolýzních plynů odváděných z reakčního prostoru ještě před jejich ochlazováním v chladiči. Vzhledem k tomu, že dosud nezkapalněné složky pyrolýzních plynů v zařízení cirkulují, tedy mohou procházet chladičem několikrát, je požadovaný výkon a tedy i cena, chladiče nižší než by to bylo nutné, pokud by se měly veškeré pyrolýzní plyny zkapalnit při jednom průchodu chladičem. Je výhodné, pokud se nezkapalněná frakce pří ochlazování reakčního prostoru zavádí do něj, neboť se tím umožní cirkulace těchto plynů přes chladič a tím nepřímo ochlazování reakčního prostoru chladičem.

Přehled obrázků na výkresech

Na předložených výkresech obrázky 1 a 2 představují příkladné provedení podle příkladu 1, přičemž obrázek 1 znázorňuje řez B-B z obrázku 2, ale s vloženou vsázkou, a obrázek 2 znázorňuje řez A-A z obrázku 1, ale bez vsázky, zatímco obrázky 3 a 4 představují příkladné provedení podle příkladu 2, přičemž obrázek 3 znázorňuje řez D-D z obrázku 4, ale s vloženou vsázkou, a obrázek 4 znázorňuje řez C-C z obrázku 3, ale bez vsázky.

Příklady provedení technického řešení

Příklad í

Zařízení podle příkladu 1 je určeno k tepelnému rozkladu gumy z opotřebovaných pneumatik, které se zpracovávají bez jakékoli předchozí úpravy a které tvoří vsázku 9. Zařízení sestává z pracovní komory 1, jejíž stěny 2 jsou opatřeny tepelně izolačním materiálem 2L Pracovní komo30 ra 1 je opatřena prvním výstupem 11, druhým výstupem 15 pyrolýzních plynů a uzavíratelným otvorem 12, který slouží k plnění pracovní komory i vsázkou a k odstraňování nezplynitelných zbytků, Uzavíratelný otvor 12 je v průběhu tepelného rozkladu vsázky 9 uzavřen víkem 121. V pracovní komoře 1 se nachází reakční prostor 3 pro umístění vsázky 9, topná tělesa 4, alespoň z části obklopující reakční prostor 3, ventilátor 5 pro zajištění cirkulace plynů které nebyly dosud odvedeny výstupy H, 15 a které se nacházející v pracovní komoře 1 a lamely 6 pro usměrnění směru toku cirkulujících plynů, které rovněž obklopují reakční prostor 3. Lamely 6 jsou vodorovně orientovány a jsou upraveny na nosné konstrukci 6L Ventilátor 5 se nachází nad reakčním prostorem 3, je otočný kolem vertikálně orientované osy aje spojen s motorem 51 nacházejícím se mimo pracovní komoru 1. Uvnitř pracovní komory 1 se dále nachází chladicí prostor 7, opat40 rený vstupem J_3 chladicího média a výstupem 14 chladicího média. Tento chladicí prostor 7 je vymezen mezistěnou ]0 nacházející se v pracovní komoře 1 a stěnami 2 pracovní komory 1. V reakčním prostoru 3 se dále nachází podpěry 91 pro umístění pneumatik, tvořících vsázku 9.

Pracovní komora 1 je dále opatřena vstupem 16 plynu, kterým se ve fázi ochlazování přivádí chladný plyn, s výhodou dosud nezkapalněný zbytek pyrolýzních plynů.

Zařízení podle příkladu 1 pracuje následovně. Opotřebené pneumatiky tvořící vsázku 9 se navlečou na podpěry 91, které se nacházejí v reakčním prostoru 3, který je součástí pracovního prostoru. Poté se pracovní komora 1 uzavře víkem 121, čímž se pracovní prostor oddělí od okolní atmosféry. Topnými tělesy 4 se pracovní prostor, včetně reakčního prostoru postupně vyhřívá.

-3CZ 19990 Ul

Počínaje teplotou 100 °C se začíná pryž obsažená v pneumatikách rozkládat. Za pomoci ventilátoru 5 se tok části uvolněných plynů pomocí lamel 6 přivádí do blízkosti topných těles, kde dochází k ohřevu těchto plynů na teplotu maximálně 600 °C. Tok ohřátých plynů se dále lamelami 6 směruje směrem k pneumatikám. Přebytek pyrolýzních plynů se odvádí mimo pracovní komoru

1, kde se ochlazuje, čímž dochází ke zkondenzování zkapalnitelných složek. Ochlazováním nezkapalněná část plynů se mísí s plyny odváděnými z reakčního prostoru, čímž dochází ke snížení jejich teploty ještě před vlastním ochlazováním.

Pro ukončení procesu se vypnou topná tělesa 4 a vnitřní prostor pracovní komory 1, včetně reakčního prostoru 3 a v něm se nacházejících nezplyněných zbytků pneumatik ochladí. Přivádělo ním vzduchu z okolní atmosféry do chladicího prostoru 7, který se nachází mezi reakčním prostorem 3 a tepelnou izolační vrstvou 2T Ochlazovací vzduch se nemísí s plyny nacházejícími se uvnitř pracovní komory 1. Vnitřní prostor pracovní komory 1 se dále ochlazuje ochlazováním dosud nezkapalněnými plyny, odváděnými z reakčního prostoru. Tím dochází k odnímání dalšího tepla z reakčního prostoru. Po dostatečném ochlazení vnitřního prostoru a po úplném zkonden15 zování látek, uvolněných ze vsázky, se komora 1 otevře a nezplynitelné zbytky se odstraní, čímž je zařízení připraveno k dalšímu použití.

Příklad 2

Zařízení podle příkladu 2 je určeno k tepelnému rozkladu kusové gumy a nebo kusových plastů, a to i takových plastů, které se působením tepla taví. Toto zařízení se od zařízení popsaného v příkladu 1 liší tím, že se ve vnitřním prostoru pracovní komory 1 nenacházejí podpěry 91, na které by bylo možno umístit použité pneumatiky, ale v reakčním prostoru 3 se nacházejí nádoby 8 s kusovou vsázkou 9. Nádoby 8 mají tvar shora otevřených van, které jsou umístěny nad sebou tak, aby horké plyny mohly být přiváděny do blízkosti vsázky 9, která se v nich nachází. Zařízení podle příkladu 2 se od zařízení popsaného v příkladu 1 liší dále tím, že víko 121 je tepelně izo25 lační a obsahuje druhý chladicí prostor 71, který se nachází při vnitřní stěně víka 121. Víko 121 je opatřeno vstupem 131 chladicího média a výstupem 141 chladicího média, které jsou zaústěny do druhého chladicího prostoru 7T Zařízení podle příkladu 2 pracuje stejně jako zařízení podle příkladu 1 s tím rozdílem, že vsázka plastických hmot dále obsahuje látky, usnadňující depolymerací plastických hmot.

Průmyslová využitelnost

Technického řešení je možno využít k tepelnému rozkladu jak tuhých, tak tavitelných látek, a to i v případě, že takový tepelný rozklad má být umožněn nebo podmíněn přítomností katalyzátorů nebo pokud má být vyvolán chemickými reakcemi s jinými látkami, přidávanými do vsázky.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   35 1. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu, které sestává z pracovní komory (1), jejíž stěny (2) jsou alespoň částečně opatřeny tepelně izolačním materiálem (21) a která je opatřena nejméně jedním výstupem (11, 15) pyrolýzních plynů a nejméně jedním uzavíratelným otvorem (12), přičemž v pracovní komoře (1) se nachází reakční prostor (3) pro umístění vsázky (9) obsahující pryž a/nebo plasty a topná tělesa (4), alespoň z části obklopující reakční prostor (3),

   40 vyznačující se tím, že uvnitř pracovní komory (1) se dále nachází ventilátor (5) pro zajištění cirkulace alespoň části plynů nacházejících se v pracovní komoře (1) a nejméně jedna lamela (6) pro usměrnění směru toku plynů.

   -4CZ 19990 Ul
2. 2. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvnitř pracovní komory (1) se nachází chladicí prostor (7, 71), opatřený vstupem (13, 131) chladicího média a výstupem (14, 141) chladicího média.
3. 3. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 2, vyznačující se 5 t í m , že chladicí prostor (7) je alespoň z části vymezen mezistěnou (10) a stěnou (2) pracovní komory (1),
4. 4. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jednu nádobu (8) pro umístění vsázky (9) v reakčním prostoru (3).

   io
5. 5. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 1, vyznačující se tím, že lamely (6) alespoň částečně obklopují reakční prostor (3).
6. 6. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 2, vyznačující se tím, že z vnitřní strany dvířek (121) se pro uzavření uzavíratelného otvoru (12) nachází druhý chladicí prostor (71).

   15 7. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní komora (1) je opatřena vstupem (16) plynu.