CZ2009473A3 - Zpusob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu a zarízení k jeho provádení - Google Patents

Abstract

Zarízení obsahuje pracovní komoru (1), jejíž steny (2) jsou opatreny tepelnou izolací (21). Uvnitr pracovní komory (1) se nachází reakcní prostor (3) pro umístení vsázky (9), který je cástecne obklopen topnými telesy (4) a lamelami (6) pro usmernení toku plynu. Nad reakcním prostorem (3) se dále nachází ventilátor (5) pro zajištení cirkulace plynu uvnitr pracovní komory (1). Pracovní komora (1) je dále opatrena odvodem (11, 15) pyrolýzních plynu.

Description

Oblast techniky ' i

Vynález se týká tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu a řeší ekologické zpracováni odpadu, obsahujícího pryž a/nebo plastu a jejich přeměnu na znovu využitelné suroviny.

Dosavadní stav techniky

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

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 i 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 sázky, 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 18799 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 reakčni 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, aby nerovnoměrný ohřev větších kusů nevedl k nežádoucímu prodlužování doby zpracování. Další nevýhodou je nerovnoměrný ohřev. 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 ochlazení 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 reakčni komoru, opatřenou topnými tělesy a odvodni trubkou, kterou jsou vzniklé pyrolýzní plyny odváděny do kondenzátoru. V kondenzátoru dochází k ochlazeni pyroíýznich 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 pyroíýznich plynů ještě před jejich vstupem do kondenzátoru. Nevýhodou tohoto zařízení je, že reakčni komora není vybavena žádným zařízením zaručující 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 1 785 248 a CZ 17601 U jsou známy technologie, u kterých se v první fázi ochlazování pyroíýznich plynů nezkapalněná fáze zavádí zpět do reakčniho prostoru. V případě EP 1 785 248 se jedná o zpracování opotřebovaných pneumatik. Vsázka tvořená rozmělněnými pneumatikami se vystavuje teplotě 550-800 °C, a to v prostředí redukčního plynu, načež je z uvolněných plynů oddělována zkapalnítelná 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 pří kondenzaci zkapalnitelné frakce ochlazena, musí být 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 reakcni 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 kondenzaci 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 ochlazuji. 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 1 664 240 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 vynálezu

Uvedené nevýhody řeší zůsob a zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle tohoto vynálezu.

Podstatou způsobu je, že se vsázka obsahující pryž a/nebo plasty vloží -do reakčního prostoru, který je součástí pracovního prostoru, pracovní prostor se oddělí od okolní atmosféry a vsázka se vystavuje teplotě v rozsahu 100 až 600 °C. Působením teploty dochází k uvolňování pyrolýzních plynů, které se z pracovního prostoru odvádějí k dalšímu zpracování. Alespoň část plynů nacházejících se v pracovním prostoru však cirkuluje, přičemž se opakovaně směruje do blízkosti zdroje tepla, kde se ohřívá na teplotu nejvýše 600 °C a tok těchto plynu se dále vede směrem ke vsázce nebo pod její povrch. Po ukončení tepelného rozkladu vsázky se s výhodou reakční prostor ochlazuje, nejlépe vzduchem z okolní atmosféry, který se přivádí do prostoru mezi reakčním prostorem a tepelně izolační vrstvou, kterou je reakční prostor alespoň z části obklopen. Reakční prostor se může ochlazovat též plynem přiváděným do reakčního prostoru. Plyny uvolňované ze vsázky a odváděné z reakčního prostoru se následně ochlazují až do alespoň částečného zkapalnění, přičemž nezkapalněná část plynů se zpět zavádí do přívodního potrubí chladícího zařízení, kde se misí s plyny odváděnými z reakčního prostoru. Ve fázi ukončování tepelného rozkladu vsázky je výhodné tyto plyny zavádět přímo do reakčního prostoru a tím umožnit jejich cirkulaci přes chladič.

Podstatou zařízení 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 chladící prostor, opatřený vstupem chladícího média a výstupem chladícího média, alespoň z části vymezený mezistěnou a stěnou pracovní komory. Alternativně se z vnitřní strany dvířek pro uzavření uzavíratelného otvoru nachází druhý chladící prostor. Pro zpracování kusového nebo tavitelného odpadu je alternativně součástí zařízení nejméně jedna nádoba pro umístění vsázky v reakčním prostoru. Pracovní komora může být alternativně též opatřena vstupem plynu.

Výhodou tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu podle tohoto vynálezu je, že vsázka je rovnoměrně ohřívána, takže nedochází k místnímu přehřátí, které by způsobilo uvolňování 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 kjeho kontaminaci a může být vypuštěn zpět do okolního prostředí. Zkrácením doby ochlazování dochází též ke zvýšení výkonu zařízení. Výhodou zaváděni dosud nezkapalněných plynů, které jsou smíseny se vzduchem, uzavřeným v zažízeni po vložení vsázky, je ochlazení pyrolýzních plynu odváděných z reakčního prostoru ještě před jejich ochlazováním v chladiči. Vzhledem k tomu, že dosud nezkapalněné složky pyrolýzních plynu 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 při 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 přiložených 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 představuji 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 provedeni vynálezu

Příklad 1

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 ]_, jejíž stěny 2 jsou opatřeny tepelně izolačním materiálem 2L pracovní komora 1 je opatřena prvním výstupem 11 druhým výstupem 1_5 pyrolýzních plynů a uzavíratelným otvorem L2, který slouží k plnění pracovní komory 1 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 reakčni prostor 3 pro umístěni vsázky 9, topná tělesa 4, alespoň z části obklopující reakčni prostor 3, ventilátor 5 pro zajištění cirkulace plynů které nebyly dosud odvedeny výstupy 11,15 a které se nacházející v pracovní komoře 1 a lamely 6 pro usměrnění směru toku cirkulujících plynů , které rovněž obklopuji reakčni prostor 3. Lamely 6 jsou vodorovně orientovány a jsou · upraveny na nosné konstrukci 61. Ventilátor 5 se nachází nad reakčním prostorem 3, je otočný kolem vertikálně orientované osy a je spojen s motorem 51 nacházejícím se mimo pracovní komoru L Uvnitř pracovní komory 1 se dále nachází chladící prostor 7, opatřený vstupem 13 chladícího média

a výstupem 14 chladícího média. Tento chladící prostor 7 je vymezen mezítěnou 10 nacházející se v pracovní komoře 1 a stěnami 2 pracovní komory 1. V reakčním prostoru 3 se dále nacházejí podpěry 91 pro umístění pneumatik, tvořících vsázku 9.

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

Způsob podle vynálezu se podle příkladu 1 provádí následovně. Opotřebené pneumatiky tvořící vsázku 9 se navlečou na podpěry 91. které se nacházejí v reakčním prostoru 3, kterýje 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. Počínaje teplotou 100 °C se začíná pryž obsažená v pneumatikách rozkládat. Za pomocí 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 ukončeni procesu se vypnou topná tělesa 4 a vnitřní prostor pracovní komory 1, včetně reakčního prostoru 3 a vněm se nacházejících nezplyněných zbytků pneumatik ochladí přiváděním vzduchu z okolní atmosféry do chladícího prostoru 7, který se nachází mezi reakčním prostorem 3 a tepelnou izolační vrstvou 21. Ochlazovací vzduch se nemísí s plyny nacházejícími se uvnitř pracovní komory 1. Vnitřní prosor 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 zkondenzování 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 plasticků, 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 iiší dále tím, že víko 121 je tepelně izolační a obsahuje druhý chladící prostor 71, který se nachází při vnitřní stěně víka 121. Víko 121 je opatřeno vstupem 131 chladícího média a výstupem .141 chladícího média, které jsou zaústěny do druhého chladícího prostoru 71. Na zařízení podle příkladu 1 se aplikuje stejný způsob, jaký byl popsán v příkladu 1 s tím rozdílem, že vsázka plastů dále obsahuje látky, usnadňující depolymeraci plastů.

Průmyslová využitelnost

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

Claims (14)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu, při kterém se vsázka obsahující pryž a/nebo plasty vloží do reakčního prostoru, který je součástí pracovního prostoru, načež se pracovní prostor oddělí od okolní atmosféry a vsázka se vystavuje teplotě v rozsahu 100 až 600 °C, při které dochází k uvolňování pyrolýzních plynů, které se z pracovního prostoru odvádějí k dalšímu zpracování, vyznačující se tím, že plyny nacházející se v pracovním prostoru cirkuluji, přičemž alespoň část cirkulujících plynů se opakovaně směruje do blízkosti zdroje tepla, kde se ohřívá na teplotu nejvýše 600 °C a tok těchto plynů se dále vede směrem ke vsázce nebo pod její povrch.

2. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu, podle nároku 1, vyznačující se tím, že se pro ukončení tepelného rozkladu vsázky reakční prostor ochlazuje.

3. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu, podle nároku 2, vyznačující se tím, že se reakční prostor ochlazuje vzduchem z okolní atmosféry, který se přivádí do prostoru mezi reakčním prostorem a tepelnou izolační vrstvou, kterou je reakční prostor alespoň z části obklopen.

4, Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu, podle nároku 2, vyznačující se tím, že se reakční prostor ochlazuje plynem přiváděným do reakčního prostoru.

5. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu podle nároku 1, vyznačující se tím, že plyny odváděné z reakčního prostoru se následně ochlazují až do alespoň částečného zkapalnění.

6. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu podle nároku 5, vyznačující se tím, že se ochlazováním nezkapalněná část plynů misí s plyny odváděnými z reakčního prostoru.

7. Způsob tepelného rozkladu pryže a/nebo plastu podle nároku 4 a 5, vyznačující se tím, že se pro ukončení tepelného rozkladu vsázky zavádí do reakčního prostoru ochlazováním nezkapalněná část plynů.

8. Zařízeni 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 kteráje 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) 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.

9. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 8 vyznačující se tím, že uvnitř pracovní komory (1) se nachází chladící prostor (7,71) opatřený vstupem (13,131) chladícího média a výstupem (14,141) chladícího média.

10 . Zařízeni pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 9 vyznačující se tím, že chladící prostor (7) je alespoň z části vymezen mezistěnou (10) a stěnou (2) pracovní komory (1).

11. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 8 vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jednu nádobu (8) pro umístění vsázky (9) v reakčním prostoru (3).

12. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 8 vyznačující se tím, že lamely (6) alespoň částečně obklopuji reakční prostor (3).

13. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 9 vyznačující se tím, že z vnitřní strany dvířek (121) pro uzavření uzavíratelného otvoru (12) se nachází druhý chladicí prostor (71).

14. Zařízení pro tepelný rozklad pryže a/nebo plastu podle nároku 8 vyznačující se tím, že pracovní komora (1) je opatřena vstupem (16) plynu.