CZ2007507A3 - Zpusob komplexního zpracování recyklovatelné suroviny - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zpusobu komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahující organický, a prípadne i anorganický podíl, jehož podstata spocívá vtom, že se v prvním stupni v termolýzní zóne uzavrené oproti okolní atmosfére z recyklovatelné suroviny frakcne odtaví teplem ztekutitelné složky priprípadném soucasném odparení níže vroucího podílusuroviny, nacež se ve druhém stupni ze zbytku suroviny po odtavení, a prípadne odparení uvedených složek odparí výše vroucí podíl suroviny, který se vede ve forme sekundární plynné fáze do frakcne destilacní zóny, ve které se tato sekundární plynná fáze rozdelí frakcní destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a ve tretím stupni se zbytek po odparení výše vroucího podílu suroviny a prípadne zbytek z paty frakcne destilacní zóny podrobí v termolýzní zóne vysokoteplotnímu rozkladu za vzniku terciální plynné fáze vedené do frakcne destilacní zóny a zbytku, který se po prípadném oddelení anorganického podílu vede, prípadne spolecne se zbytkem zpaty frakcne destilacní zóny, do plazmové zóny, ve které se tento zbytek v oxidacní atmosfére prevede na plynnou složku bohatou na oxid uhelnatý.

Description

Způsob komplexního zpracování recyklovatelné suroviny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahující organický a případně i anorganický podíl, zejména recyklovatelného odpadu, při získání všech využitelných složek obsažených v této surovině.

Dosavadní stav techniky

Pyrolýza je technologický postup používaný k tepelnému rozkladu látek již odedávna, K pyrolýzním postupům lze například přiřadit výrobu dřevěného uhlí v milířích nebo koksárenskou výrobu v palivových kombinátech. Ve všech těchto případech jde o nedokonalé spalování za nepřístupu vzduchu nebo v nepřítomnosti oxidačních činidel. Pyrolýza s externím vytápěním v nepřítomnosti okysličovadel, a tedy pyrolýza prováděná v podstatě v redukčním prostředí, se zatím k likvidaci odpadů nevyužívá v důsledku pestrosti a obtížné zpracovatelnosti pyrolýzou získaných produktů, z nichž některé jsou karcinogenní nebo jinak toxické. Materiály představující průmyslové, komunální, zemědělské a jiné odpady se proto doposud zpracovávají skládkováním a spalováním v atmosférických spalovnách anebo přidáním k běžným homologovaným palivům, například v ceraentárenských pecích.

Skládkování a atmosférické spalování odpadů je však ekologicky a ekonomicky nevýhodné.

Skládkování je neřízený proces ukládání materiálů do země a představuje pro krajinu velmi zatěžující prvek vzhledem k výluhům, chemickým reakcím probíhajícím ve skládce a emisím.

Je prokázáno, že skládkové emise mnohem více přispívají ke >

vzniku skleníkového efektu než běžně uváděny oxid uhličitý.

Jde zejména o methan, který je v tomto ohledu až třicetkrát nebezpečnější. Spalování je zase omezováno legislativou, prolože vyžaduje vysoké náklady na odstranění kontaminujících • fe • * » » * * • · · · · ♦ — ? — · · · ; ; ,· , · · · • · * * · * · složek ze spalin vypouštěných do okolního prostředí. Jde zejména o dioxiny a další karcinogenní Látky. Kromě toho produkce popelů při spalování vyžaduje další skládkování. Navíc je skládkování přežitá záležitost a je v současné době výrazně legislativně omezováno. Spalováním se zase mohou zpracovávat jen některé skupiny materiálu a to ještě velmi nedokonale.

Z výše uvedeného je zřejmě, že v současné době existuje poptávka po způsobu, pomocí kterého by bylo možné ekonomickým a ekologickým způsobem likvidovat uvedené odpady a navíc z nich získat zpět alespoň podstatnou část využitelných složek obsažených v odpadech. Cílem tohoto vynálezu je poskytnout takový způsob.

Podstata vynálezu

Nyní bylo s překvapením zjištěno, že podstatnou část výše uvedených nedostatků je možné eliminovat způsobem komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahujíc!

organický a případně i anorganický podíl, zejména recyklovatelného odpadu, při získání všech využitelných složek obsažených v této surovině, jehož podstata spočívá v tom, že se v prvním stupni v termolýzní zóně uzavřené oproti okolní atmosféře, při zajištěni, alespoň na počátku, neoxidační atmosféry v této termolýzní zóně dodávkou inertního plynu do této zóny, z recyklovatelné suroviny postupným zvyšováním / teploty v termolýzní zóně frakčně odtaví teplem ztekutitelné složky při případném současném odpaření níže vroucího podílu suroviny, vedeného ve formě primární plynné fáze do frakčně destilačni zóny, ve které se tato primární fáze rozdělí frakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, načež se ve druhem stupni dalším zvýšením teploty v termolýzní zóně ze zbytku suroviny po odtavení a případně odpaření uvedených složek odpaří výše vroucí podíl suroviny, který se vede ve formě sekundární plynné fáze do frakčně destilačni zóny, ve které se tato sekundární plynná fáze rozdělí frakční destilací •« * · • » » · » · _ ···* * • · ♦ · · · · k * * ♦ * · · na plynné a/nebo kapalné složky, a ve třetím stupni se zbytek po odpaření výše vroucího podílu suroviny a případně zbytek z paty trakčně destilační zóny podrobí v termolýzní zóně Λ vysokoteplotnímu rozkladu za vzniku terciá/ní plynné fáze vedené do frakčně destilační zóny, ve které se tato terciární plynná fáze rozdělí frakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a zbytku, který se po případném oddělení anorganického podílu vede, případně společně se zbytkem z paty frakčně destilační zóny, do plazmové zóny, ve které se tento zbytek v oxidační atmosféře převede na plynnou složku bohatou na oxid uhelnatý využitelnou jako zdroj energie.

Stručný popis obrázku na výkrese

Na připojeném výkrese obr. 1 představuje proudové schéma způsobu podle vynálezu.

Materiál určený ke zpracování se shromáždí ve skladu 1 se zásobníky. Zde dojde k předběžnému hrubému vytřídění uvedeného materiálu. Potom se materiál přemístí do úpravny 2 zahrnující třídírnu, sušárnu a mlýn, kde dojde k mechanické úpravě materiálu provedené tak, aby bylo možné materiál bez problému a ve vhodném složení nasypat do dávkovacího zařízení 3 se samouzavíratelným šnekem a s inertní atmosférou. Zde mohou být rovněž k materiálu určenému ke zpracování přidány různé složky usnadňující zpracování tohoto materiálu. Toto dávkovači zařízení 3 kontinuálně dávkuje materiál do termolýzní komory 4, aniž by byla porušena těsnost celého systému a došlo tak k ohrození životního prostředí. Redukční prostředí bez oxidačních látek je zde zpočátku zaručeno zdrojem inertního prostředí 15a, tvořeným tlakovou nádobou s inertním plynem nebo dusíkem. Termolýzní komora 4 je duplicitní skloněná rotační nádoba s externím řízeným vytápěním. Toto vytápění obstarává plynový hořák 5 s možností regulace tepelného výkonu. Tento plynový hořák 5 je napájen například propan--butanem, LPG nebo zemním plynem přiváděným externím vedením a ze sítě nebo vlastním zdrojem plynného paliva, přiváděného • · * * 9 «

- 4 • · » * · interním vedením b z primárních zásobníků 14a plynného paliva generovaného při způsobu podle vynálezu. Z komínu termolýzní komory 4 se velké množství tepla generovaného v pyrolýzní komoře 4 odvádí do primárního výměníku tepla i3 produkujícího páru. Toto teplo a pára jednak kryjí spotřebu tepla v úpravně 2 a jednak se jich využívá k pohonu parní turbiny 11 nebo obdobného zařízení poskytujícího kinetickou energii pro pohon generátoru elektrické energie 12. Tento generátor elektrické energie 12 slouží k pokrytí energetické spotřeby skladu _1 se zásobníky, úpravny 2, dávkovacího zařízení 3 se samo~ uzavíratelným šnekem se zdrojem inertní atmosféry 15a a ovládací jednotky 9 termolýzní komory 4.

Činnost termolýzní komory 4 a tím í celého zařízení je řízena ovládací jednotkou 9 termolýzní komory 4 formou měření a regulace. V termolýzní komoře 4 dochází podle teploty, která je v ní nastavena, k následujícím procesům.

Prvním procesem je nízkoteplotní trakční tavení.Postupným zvyšování teploty v diferenciovaných krocích podle teploty tání jednotlivých frakcí zpracovávané suroviny dochází k odtavování těchto frakcí. Jednotlivé postupně odtavené kapalné frakce odcházejí z pyrolýzní komory 4 výstupem 6, kde dochází k postupnému jímání těchto frakcí, odkud odcházejí jednotlivé odtavené frakce na další zpracování recyklací nebo jako surovina přímo do výrobního procesu. V termolýzní komoře 4 současně dochází^oddestilování nízkovroucích složek přes odtah 8 plynných frakcí (lehké uhlovodíky a páry) do trakčního destilačního zařízení Π). Tam dojde ke kondenzací par a s pomoci frakční destilace k rozděleni na plynná a kapalná paliva a destilační zbytek. Plynná paliva se vedou do primárního zásobníku 14a plynného paliva, zatímco kapalná paliva se vedou do sekundárního zásobníku 14b lehkých a středních frakcí nebo do terciárního zásobníku 14c těžkých frakcí, Destilační zbytek z paty trakčního destilačního zařízení 10 se vede do temperované sběrné nádoby 16 na

- 5» I · 4 t * i * , « « i « « termolýzní a destilační zbytek s dávkovacím zařízením do plazmového hořáku 17. Dávkovači zařízení odděluje redukční a oxidační část procesu, protože v plazmovém hořáku 17 má dojít k destrukci zbytku a jeho zplynění a přetvoření na plynné

palivo.	Dodávání	oxidačních	činidel	(tlakový vzduch nebo
kyslík)	ze zdroje	oxidačního	prostředí	15b je nutné	za účelem
oxidace	reakčních	produktů,	které by	jinak částečně	ztuhly v
uhlík.	Jednak zde	vzniká energeticky	vydatný oxid	uhelnatý
(palivo	typu svítiplynu)	a současně se zde	likviduj í

nebezpečné odpadní látky. Využívá se přitom skutečnosti, že z důvodu vysokých teplot jsou v plazmě reakční doby chemických procesů velmi krátké. Během této doby dojde k rozrušení chemických vazeb v molekulách rozkládané látky a k oxidaci disociovaných a ionizovaných atomů přidávaným oxidačním činidlem. V plazmě dochází ke značné turbulenci usnadňující přeměnu látek vnesených do proudu plazmy. Dochází zde k prakticky stoprocentní likvidací tetrachlormethanu, dichlormethanu, freonů, dioxínu, PC.B a podobných látek. Horké plyny s vysokou teplotou vzniklé v plazmovém hořáku 17 se vedou do sekundárního výměníku tepla 13b za účelem výroby páry. Tento zdroj energie slouží k pokrytí vlastní energetické spotřeby procesu. Přebytek energie 21 lze uplatnit formou externího provozního nebo komerčního využití. Plyny vzniklé v plazmovém hořáku 17, ochlazené v sekundárním výměníku tepla

13b, se vedou do pračky 18 za účelem odloučení zbytků škodlivin a uskladňují se v pru marním zásobníku Ha plynného paliva.

Následným procesem, který probíhá v termolýzní komoře 4 je středně teplotní destilace, tlakové katalytické krakování molekul a depolvmerace. Po proběhnutí prvního procesu zůstane v termolýzní komoře 4 hlavni objem materiálu, který se vystaví vyšší teplotě. Postupným zvyšováním teploty v diferencovaných krocích podle teploty varu jednotlivých frakcí zpracovávané suroviny dochází k odpaření těchto frakci. Převážná část « » » · » · ♦ » · * « » · ⁴ a 4 » · · c ' ι · ·

C · » · 4 · organických látek však má teplotu varu vyšší, než je teplota jejich molekulové destrukce, takže se nestačí odpařit, aniž by se nerozbila jejich molekula. Dochází ke krakování jejich molekul na menší molekuly. Ze stejných důvodu se rozbíjejí i / polymerní molekuly. Termolyzní komora 4 tak slouží jako varná nádoba spojená přes odtah 8 s trakčním destilačním zařízením 10, ve kterém dojde ke kondenzaci par a s pomocí trakční destilace k rozdělení na plynná a kapalná paliva a destilační zbytek. Plynná paliva se vedou do primárního zásobníku 14a, zatímco kapalná paliva se vedou do sekundárního zásobníku 14b lehkých a středních frakcí nebo do terciárního zásobníku 14c těžkých frakcí. Destilační zbytek z paty trakčního destilačního zařízení 10 se vede do temperované sběrné nádoby 1_6 na termolyzní a destilační zbytek a následně do plazmového hořáku 17, kde se opakuje postup již popsaný v souvislosti s prvním procesem, až na to, že objem odpařených látek je mnohonásobně větší a objem zbytku z termolyzní komory 4 a z trakčního destilačního zařízeni, který se vede do plazmového hořáku, je podstatné menší.

Posledním procesem, který následně probíhá v termolyzní komoře 4 je vysokoteplotní termolytický rozklad. Na zbytek po druhém procesu v termolýzní komoře 4 (asi 5 až 8 7 z celkového objemu vsazeného materiálfT se krátkodobě působí nejvyšší teplotou, kterou je schopen poskytnout plynový hořák 5 provozovaný na nejvyšší výkon. Současně se zvýší rychlost otáčení termolyzní komory 4 na maximum. Plynná frakce vznikající pří termolytickém rozkladu se vede odtahem 8 do trakčně destilačního zařízení 10 , ve kterém se zpracuje stejně jako plynné frakce získané při prvním a druhém procesu probíhajícím v termolýzní komoře 4. V době, kdy už neodcházejí odtahem 8 žádné plynné složky ani páry do trakčního destilačního zařízení 10, je. dokončen i termolytický rozklad v termolýzní komoře 4. Vypne se plynový hořák 5. Ze zbytku v termolýzní komoře 4 se v dělicím zařízení 7a oddělí • » ♦ · · » * · ··· · · • « a » a · · t í «a * * · anorganický zbytek. Organický zbytek se potom vede finálním vedením 7b do temperované sběrné nádoby 16 a dále do plazmového hořáku 17. Dále se postupuje stejně jako v případě prvního a druhého procesu probíhajícího v termolýzní komoře 4, Pro zpracování kapalných paliv získaných při způsobu podle vynálezu ale i externího kapalného paliva uvedené zařízení ještě obsahuje kogenerační jednotku 20 a zplyňovací zařízení 19 kapalných paliv.

Výhodou způsobu podle vynálezu oproti dosavadnímu stavu techniky je skutečnost, že se technologií podle vynálezu dosáhne komplexního získání plynných a kapalných paliv a elektrické a tepelné energie, separace odpadů a rozdělení špatně fyzikálně dělitelných směsí, likvidace nebezpečného odpadu a hygienizace odpadu, například nemocničního.

Potenciál 2púsobu podle vynálezu je značný, přičemž k vyřešení každé specifické likvidační situace stačí pouze zvolit pro ovládací jednotku 9 termolýzní komory 4 vhodný program.

Nespornou výhodou způsobu podle vynálezu oproti dosud používaným technologiím zabývajícím se termickým využitím odpadu je to, že není potřeba, aby zařízení na výrobu nebo užití energie (elektrické i tepelné) bylo v dosahu zařízení, ve kterém se způsob podle vynálezu realizuje. Doprava kapalných paliv je vyřešenou záležitostí a tak není problém dopravit kapalné palivo z vnějšku ke kogenerační jednotce 20 resp. provést prodej elektrické a tepelné energie 21 do míst, kde je to potřeba.

Způsob podle vynálezu rovněž zahrnuje všechny samozřejmé modifikace, které jsou běžné v dané oblasti, do které vynález spada. Tak je například zřejmé, že frakční destilační zařízení muže zahrnovat místo jedné destilační kolony dvě nebo více destiiačních kolon, čímž je možné za určitých okolností dosáhnout větší pružnosti realizace způsobu podíe vynalezu. To samé. platí například i o počtu termoiýzních komor.

Přiklad provedení vynálezu

Podle propočtů z hlediska prvotní úpravy materiálu, jeho dopravy a manipulace, dále z výrobních a konstrukčních důvodů byla navržena optimální kapacita zařízení 6-10 m7 hod. Podle toho byl vyroben prototyp ( zmenšený model se všemi náležitostmi originálu včetně použitého materiálu) jehož objem i .

základní pracovní části termolyzní komory byl cca 0,5 m ' Tento prototyp byl v případě tohoto popisovaného příkladu naplněn vzorkem materiálu, tak aby bylo použito všech možných pracovních procesů ( viz popis způsobu). Pro zpracování byl použit směsný odpad, tak jak se běžně v odpadářské praxi vyskytuje jako směsný komunální odpad po průchodu třídírnou, sušárnou a mlýnem. Jeho složeni bylo následující:

Směs pryže a oceli - mechanicky rozmělněné odpadní znečištěné silentbloky.

Směs pryže, textilu a oceli- kusy pneumatik.

Směs plastu a nemagnetického kovu - pertinax a měď, elektronický odpad, tištěné spoje.

Komunální odpad- obsah běžných popelnic: papír, lepenka, tetrapack, plasty, kovy, textil, dřevo, kůže, bio odpad a zbytek asi lj% ( popel, sklo, anorganické nečistoty ),

Po dovezení materiálu ze skladu došlo k jeho vytřídění a odděleni přímo recyklovatelných materiálů { převážně těch, které se dají přímo prodat a nebo zpracovat jako surovina k výrobě ) ostatní materiál byl předsušen a na mlýnu rozmělněn na menší čás tak/ aby byl snadno manipulovatelný a snadno šnekovým uzávěrem.

/ prostoru termolyzní

Po naplnění a uzavření komory byla vytvořena zvolna zvyšovat dopravován pracovního neo.x.idačni inertní atmosféra a začala se na urc teplota, nejprve na 80jc. Došlo k dosušení směsi a započal proces odbavováni. Jako první podíl se začal odtavovat polystyren z potravinových obalů. Potom byla zvednuta teplota došlo k odtavování nízkotlakého polyetylénu.

Současně se začaly odpařovat nízkovroucí složky podílu odpadu, * I k *» « a » · · * * · _ 9 které následně zkondenzovaly ve trakční destilační zóně. Také v tu samou dobu začal reagovat zbytkový molekulární kyslík s organickým materiálem, hlavně s papírovým podílem za vzniku v oxidu uhelnatého. To pokračovalo až do dosažení teploty 150|°C, kdy začaly vřít zbytky polystyrenu, došlo k jejich depolymeraci katalyticky podporované podílem kovových nečistot. Současně se začaly odpařovat alkany a alkeny s malými molekulami. Postupným zvyšováním teploty po skocích o intervalu 20 °C došlo k ověření funkčnosti dělení sm^si / j v pracovní části termolyzní zóny. Až do teploty 350} C probíhala depolymerace a destilace podle předpokladů. Ve frakční destilační zóně pak došlo k oddělení jednotlivých frakcí. Následně se zvedla teplota v pracovním prostoru i h termolyzní zóny na maximální hodnotu, v tomto případě 650f^pC a došlo k termodestrukci veškerého organického materiálu až na uhelnatý zbytek. Produkty termolýzy byly dále zpracovávány v destilační zóně a destilační zbytek byl· navrácen do termolýzy. Překvapivé bylo, jak. snadno se daly oddělit problémové a škodlivé látky např. typu aromatických uhlovodíků a jak nízký podíl, téměř nulový byl obsah např. dioxinú. Tyto nežádoucí materiály byly spolehlivé likvidovány v plazmové zóně a následně v pračce.

Pro ověření provozu byio dostačující v destilační zóně izolovat následující frakce :

Plynná,

Frakce

Frakce

Frakce

Λ ó

Uhelnatý zbytek byl oddělen od kovových částic a zbytku anorganických materiálů a řízenou oxidací byl zpracován na } oxid uhelnatý v termolyzní komoře. Tento materiál lze dobře skladovat , je neškodný a lze ho zpracovávat až po vytvoření dostatečné zásoby. Velmi výhodné a snadné je také vyrábět

A v 7' N t.v. 40°C ý 200°C.

' la Ur Ά t.,v. 20(fc * 27CTC. o A

0 OdC.

benzinového typu C_ - C·, _:naftového typu C··, - (T, oleíú C „ - CA, t.v. 250rC z něj saze o velmi dobré kvalitě,y například jako plnivo do plastu, pryže, nebo barev. Tento Wťfrk-hpe velmi žádaný.

Při porovnáni materiálové bilance vstupu a výstupu bylo prokázáno zpracováni - recyklace 99,2 i· zpracovávaného materiálu. Lze s úspěchem předpokládat, že po doladěni technologie se v pravidelném provozu výsledek ještě zlepší.

Výpočtem a měřením energetického zisku např. na kalorimetru se dá stanovit celková energetická bilance při použití kogeneračních jednotek a při patřičné dávce rezervy ve výpočtech zisk na jednu tunu zpracovávaného materiálu 500^4ίζ> &+/

550 kW elektrického výkonu a 6009/630 kW tepelného výkonu.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahující organický a případně i anorganický podíl, zejména recyklovatelného odpadu, pří získání ,všech využitelných složek obsažených v této surovině/, ^ary^ss^efty^Tím^ že se v prvním stupni v termolýzní zóně uzavřené oproti okolní atmosféře^ při zajištěný alespoň na počátky neoxidační atmosféry v této termolýzní zóně dodávkou inertního plynu do této zóny^ z recyklovatelné suroviny postupným zvyšováním teploty v termolýzní zóně trakčně odtaví teplem ztekutitelné složky při případném současném odpaření níže vroucího podílu suroviny^ vedeného ve formě primární plynné fáze do frakčně destilacní zóny, ve které se tato primární fáze rozdělí trakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, načež se ve druhém stupni dalším zvýšení^teploty v termolýzní zóně ze zbytku suroviny po odtavení/ a případně odpaření uvedených složek/ odpaří výše vroucí podíl suroviny, který se vede ve formě sekundární plynné fáze do frakčně destilacní zóny, ve které se tato sekundární plynná fáze rozděl! trakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a ve třetím stupni se zbytek po odpaření výše vroucího podílu suroviny^ a případně zbytek z paty frakčně destilacní zóny/· podrobí v termolýzní zóně vysokoteplotnímu rozkladu za vzniku terciární plynné fáze, vedené do frakčně destilacní 2óny, ve které se tato terciární plynná fáze rozdělí trakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a zbytku, který se po případném oddělení anorganického podílu vede, případně společně se zbytkem z puty frakčně destilacní zóny, do plazmové zóny, ve ktere se tento zbytek v oxidační atmosféře převede na plynnou slož.ku bohatou na oxid uhelnatý.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se alespoň část plynných a/nebo kapalných složek opouštějících termolýzní

   H a a a , « a a a * < · a · ♦ · · zónu, frakčně destilační zónu a plazmovou zónu využije jako palivo pro krytí energetické bilance jednotlivých kroků způsobů.