CZ28077U1 - Zařízení pro kontinuální termické zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik - Google Patents

Description

Zařízení pro kontinuální termické zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro kontinuální termické zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik na topný olej, topné plyny a na recyklovatelnou ocel.

Dosavadní stav techniky

Odborné odhady v problematice výskytu ojetých pneumatik vykazují jejich roční počet na 700 milionů kusů vyřazených pneumatik. Problematika jejich zpracování je sice řešena po celou dobu jejich používání, ale dosud se výsledky řešení nedostaly do kapacitní úrovně jejich výskytu. Ojeté pneumatiky se proto kumulují a staly se ekologickým problémem. Dosud známé technologie se zaměřují na okruhy, z nichž historicky první se jeví regenerace pryže působením přehřáté vodní páry. Produkcí je tzv. regenerát, který slouží k přídavkům do kaučukových směsí. Jeho produkce a omezené vlastnosti oproti původnímu kaučuku, z něhož vznikly, však omezují tuto technologii v masovém rozšíření. Další směr v technologii zpracování pneumatik je zaměřen na získávání pryžové drti, která nalezla své uplatnění ve stavebnictví i v jiných oblastech, jako je zemědělství či strojírenská výroba. Z těchto technologií jsou poměrně dobře známé technologie využívající podchlazení kapalným dusíkem, kdy po zkřehnutí je pryž rozdrcena zpravidla v kladivových mlýnech. Obdobné zpracování pryžového odpadu, kdy mechanický drtič zpracovává hluboce zmrazený pryžový odpad, je známý např. ze spisu US 5735471. Jiné technologie využívají k získání drtí různé typy mlýnů. Oba typy technologií vyžadují předchozí odstranění patkových částí s obsahem ocelových drátů případně i rozsekání na menší části. To limituje technologii pro komplexní zpracování ojetých pneumatik.

Další postup pro využití ojetých pneumatik tkví v jejich spalování. Pneumatika je svou výhřevností na úrovní kvalitního černého uhlí, avšak svým mechanickým složením, zejména obsahem ocelových výztuží, je pro praktické spalování za účelem získání energie těžce použitelná. Spalovací pece pro získávání topné vodní páry, jako např. Helnan - Freudova spalovací pec provozovaná ve Velké Británii, umožňují spalovat celé pneumatiky, avšak jen vsázkovým způsobem, neboť odstranění ocelových výztuží z topeniště vyžaduje odstavení zařízení. Proces proto probíhá vsázkovým režimem. Jiný a poněkud modernější způsob spalování pneumatik vychází ze soustavy olejových hořáků a dmychadel, který spolu s rotačním ohništěm způsobuje, že teplota vzroste nad 1300 °C a tím se ocel seškvaří a neucpává rošty. Využitelnost takového železa k recyklaci je sporadické.

Poměrně bezproblémový způsob využití pneumatik jako pálívaje řešen v cementářských pecích. Zde celá pneumatika zmizí a uspoří jinou dražší energii. Spotřeba pneumatik v cementárnách je však jen zlomkem toho, kolik se jich akumuluje.

Z českého užitného vzoru č. 20795 je dále známé zařízení pro zpracování pryžového odpadu, zejména pneumatik, fyzikálně-chemickou cestou, které sestává z nejméně jedné plynotěsné komory, do které je přívodním potrubím přiváděn agresivní plyn, např. O3, zvlhčovaný vodní mlhou, tvořenou prostřednictvím nejméně jedné trysky, k níž je z nádrže přiváděna tlaková voda. V plynotěsné komoře jsou v řadách nad sebou proti sobě umístěny horní válce a protiběžné spodní válce s mezerou pro zpracovávaný pryžový odpad. Jedna z řad válců je pevná, přičemž druhá z řad válců je vertikálně pohyblivá s přítlakem. Na vstupní straně plynotěsné komory se nachází vstupní prostor se vstupním uzávěrem a na výstupní straně se nachází výstupní prostor s výstupním uzávěrem, přičemž oba prostory jsou opatřeny výstupním potrubím s protiexplozivní pojistkou pro odvod plynu a jsou od vnitřního prostoru plynotěsné komory odděleny vnitřními uzávěry. Nevýhodou tohoto zařízení je zejména jeho poměrná složitost.

Z hlediska současných poznatků techniky by se mohlo jevit konečným řešením použití pyrolýzy. Příslušný pyrolýzní reaktor pro zpracování odpadu, zejména pneumatik, je známý např. ze spisu US 2011116986 nebo ze spisu WO 9320396. Pyrolýza, tak jak se dosud v těchto zařízeních provádí, však vyžaduje jednak poměrně jemně nadrcenou vstupní surovinu, pokud možno bez cizích

-1 CZ 28077 U1 příměsí, a také externí ohřev reaktorů. Mletí a ohřev jsou ekonomicky velmi nákladné a celý proces zpracování odpadu touto technologií je finančně nevýhodný.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny zařízením pro kontinuální zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik, sestávajícím z reaktoru pro termický rozklad těchto odpadových pneumatik na organické rozkladné produkty ve formě nízkomolekulámích uhlovodíků a zbytkové anorganické odpadové podíly, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že v horní části reaktoru je vytvořena plnící komora se dvojicí plnících uzávěrů pro zavážení jeho vnitřního prostoru odpadovými pneumatikami a ve spodní části reaktoru je vytvořena výstupní komora zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů, přičemž ve spodní části reaktoru jsou uspořádány trysky pro vygenerování vyhřátého plynného inertního media oxidací nezreagovaných zbytků organické hmoty, které v průběhu procesu prostupují vnitřním prostorem reaktoru do jeho spodní části. V horní části vnitřního prostoru reaktoru pod plnící komorou je pak vytvořen alespoň jeden výstupní otvor tohoto plynného inertního media, které společně s v něm rozptýlenými organickými rozkladnými produkty v podobě aerosolu se vede přes separátor pevných částic a chladič do odlučovače kapalných částic z ochlazeného aerosolu. Odlučovač kapalných částic je opatřen jednak prvním koncovým výstupem kapalných částic do zásobníku a jednak mezioperačním výstupem plynných částic, které se odvádějí k přímému energetickému využití spalováním v tepelných strojích, a/nebo ve výhodném provedení se přivádějí do vymrazovací komory pro oddělení plynů s kondenzační teplotou nad teplotou v této komoře, z níž je vyústěn druhý koncový výstup jedné části v ní zkondenzovaných plynů a třetí koncový výstup zbývající části v ní nezkondenzovaných plynů.

Podstata technického řešení spočívá dále v tom, že výstupní komora zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů je umístěna bočně mimo osu reaktoru, přičemž v ose reaktoru je na jeho dnu uspořádán vyvíječ plynného inertního media a trysky pro vygenerování plynného inertního media v jeho vnitřním prostoru jsou napojeny na potrubí, opatřené regulačním ventilem pro nastavení průchodu vzduchu z vnějšího prostoru reaktoru kexotermnímu vyhřátí plynného inertního media na požadovanou teplotu. Rovněž s výhodou je přitom reaktor zároveň opatřen vytlačovacím zařízením pro odstraňování zbytkových anorganických podílů ze dna reaktoru do bočně umístěné výstupní komory. Pro usnadnění zavážení vnitřního prostoru reaktoru, je tento reaktor s výhodou opatřen dopravníkem zpracovávaných pneumatik do jeho plnící komory.

Díky dvojici plnících uzávěrů u plnící komory a dvojici výstupních uzávěrů u výstupní komory zbytkových anorganických podílů probíhá termický rozklad zpracovávaných pneumatik v reaktoru za nepřístupu vzduchu, přičemž jev něm zaručen dokonalý přenos tepla na zpracovávaný odpad a zároveň zaručen dokonalý odvod všech vznikajících reakčních produktů z jeho reakčního prostoru, a to i v průběhu celého zpracovatelského procesu. Zařízení dle technického řešení zároveň umožňuje i další zpracování při termickém rozkladu vznikajících plynných a kapalných organických produktů za účelem jejich dalšího využití. Nespornou výhodou zařízení dle technického řešení je i skutečnost, že zařízení umožňuje zpracování celých ojetých či jinak znehodnocených pneumatik bez jejich jakékoli předchozí úpravy.

Přehled obrázku na výkrese

Technické řešení je dále blíže objasněno schematickým výkresem příkladného provedení zařízení pro kontinuální zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení pro kontinuální zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik dle zobrazeného příkladného provedení technického řešení sestává z vertikálně uspořádaného reaktoru I pro termický rozklad těchto odpadových pneumatik na organické rozkladné produkty ve formě

-2CZ 28077 U1 nízkomolekulámích uhlovodíků a zbytkové anorganické odpadové podíly. V horní části reaktoru je vytvořena plnící komora 2 se dvojicí plnících uzávěrů 3 pro zavážení jeho vnitřního prostoru odpadovými pneumatikami a ve spodní části reaktoru 1 je vytvořena výstupní komora 8 zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů 9.

Ve spodní části reaktoru 1 jsou v jeho stěnách uspořádány trysky 5 pro přívod vzduchu k získávání vyhřátého plynného inertního media oxidací nezreagovaných zbytků organické hmoty ze zpracovávaných pneumatik. Výstupní komora 8 zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů 9 je umístěna bočně mimo osu reaktoru I, přičemž v ose reaktoru 1 je uspořádán vyvíječ 4 plynného inertního media, tvořený kónicky tvarovaným dnem reaktoru i, a trysky 5 pro vygenerování plynného inertního media jsou napojeny na již blíže neoznačené potrubí, opatřené regulačním ventilem 6 pro nastavení průchodu vzduchu z vnějšího prostoru reaktoru I k exotermnímu vyhřátí plynného inertního media na požadovanou teplotu.

V horní části vnitřního prostoru reaktoru I pod plnící komorou 2 je pak vytvořen výstupní otvor ii tohoto plynného inertního media společně svněm rozptýlenými vznikajícími organickými rozkladnými produkty v podobě aerosolu.

Zařízení je dále tvořeno separátorem 12 pevných částic, převážně sazí, do něhož aerosol vstupuje vstupním otvorem 14, přičemž separátor 12 pevných částic je opatřen dvojitým pláštěm 13 pro jeho ochlazování vzduchem. Odváděcím otvorem 15 pak aerosol zbavený pevných částic ze separátoru 12 vystupuje a je přes přiváděči otvor 16 zaveden do chladiče 17, opatřeným chladícím okruhem 18 s protékající chladící vodou a odváděcím výstupem 19 ochlazeného aerosolu, který je přes přívodní vstup 20 zaveden do odlučovače 10 kapalných částic.

Odlučovač 10 kapalných částic je pak opatřen jednak prvním koncovým výstupem 21 kapalných částic do zásobníku 22 kapalných složek a jednak mezioperačním výstupem 23 plynných částic do vymrazovací komory 24 pro oddělení plynů s různou kondenzační teplotou, resp. kde se snížením teploty od - 20 až - 40 °C oddělní plyny s kondenzačními teplotami nad uvedenou teplotou.

Reaktor i je zároveň opatřen dopravníkem 27 zpracovávaných pneumatik do jeho plnící komory a vytlačovacím zařízením 7 pro odstraňování zbytkových anorganických podílů ze dna reaktoru i do bočně umístěné výstupní komory 8.

Reaktor i je po naplnění zpracovávanými pneumatikami uzavřen alespoň jednou z dvojice plnících uzávěrů 3 a alespoň jednou z dvojice výstupních uzávěrů 9. Po prvotním nahřátí zpracovávaných pneumatik ve spodní části reaktoru 1 plamenem nebo elektrickým ohřevem na provozní teplotu 600 °C se nastartuje reakce, jež je prováděna započetím vývinu plynného inertního media ve vyvíječi 4 topného media a spuštěním odsávacího ventilátoru, který je součástí odlučovače 10 kapalných částic. Regulačním ventilem 6 je nastaven průchod vzduchu k oxidaci obsahu prostoru kolem vyvíječe 4, čímž se exotermně plynné inertní medium ohřívá na teplotu, jejíž hodnota se řídí průtokem vzduchu regulačním ventilem 6. Toto medium pak postupuje reaktorem I k výstupnímu otvoru H a termicky rozkládá pneumatiky umístěné v tomto prostoru, přičemž rozkládané produkty ve stavu nízkomolekulámích uhlovodíků jsou rozptylovány v mediu ve formě aerosolu.

Kontinuita procesuje zajištěna v tomto zařízení podle technického řešení tím, že při otevřeném horním a uzavřeném spodním z dvojice plnících uzávěrů 3, se dopravníkem 27 naplní plnící komora 2 reaktoru i zpracovávanými pneumatikami, načež se horní dvojice plnících uzávěrů 3 uzavře. Poté se obsah plnící komory 2 otevřením dolního z dvojice plnících uzávěrů 3 vpraví do reaktoru I. Tento režim plnění se periodicky opakuje v souladu se spotřebou pneumatik uvnitř reaktoru i. Podobně je tomu i s odvodem drátů a anorganických odpadů z reaktoru I, kdy se při otevřeném horním a uzavřeném spodním z dvojice výstupních uzávěrů 9 lineárním pohybem vytlačovaného zařízení 7 vytlačí tyto anorganické odpady ze spodní části reaktoru i do prostoru výstupní komory 8. Poté uzavřením horního a otevřením spodního z dvojice výstupních uzávěrů 9 vypadne obsah výstupní komory 8 do již neznázoměného kontejneru.

V tomto příkladném provedení technického řešení se jedná o reaktor I se čtvercovou základnou o délce strany 1 metr a výšce 4,5 metru, v němž po zpracování 1426 kg ojetých pneumatik bylo

-3CZ 28077 U1 získáno 626 litrů tekutých paliv o výhřevnosti 34,3 MJ/kg, 170 kg zkapalněného plynu, 173 kg železa a 137 kg popelovin. Jako plynné inertní medium bylo použito medium, které obsahovalo v objemovém množství 64 % dusíku, 13,5 % oxidu uhličitého a 0,1 % oxidu uhelnatého, přičemž zbytek tvořila přehřátá vodní pára a jehož teplota na vstupu do reakce činila 620 °C a na výstupu pak 220 °C.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro kontinuální zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik lze široce využít k účelnému nakládání s odpady a k jejich komplexnímu nebo alespoň částečnému zhodnocení na dále využitelné produkty včetně produktů vhodných pro pohon tepelných strojů a na výrobu tepla.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro kontinuální zpracování ojetých či jinak znehodnocených pneumatik, sestávající z reaktoru (1) pro termický rozklad těchto odpadových pneumatik na organické rozkladné produkty ve formě nízkomolekulámích uhlovodíků a zbytkové anorganické odpadové podíly, vyznačující se tím, že v horní části reaktoru (1) je vytvořena plnící komora (2) se dvojicí plnících uzávěrů (3) pro zavážení jeho vnitřního prostoru odpadovými pneumatikami a ve spodní části reaktoru (1) je vytvořena výstupní komora (8) zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů (9), přičemž ve spodní části reaktoru (1) jsou uspořádány trysky (5) pro vygenerování vyhřátého plynného inertního media oxidací nezreagovaných zbytků organické hmoty ze zpracovávaných pneumatik a v horní části vnitřního prostoru reaktoru (1) pod plnící komorou (2) je pak vytvořen alespoň jeden výstupní otvor (11) tohoto plynného inertního media, které společně s v něm rozptýlenými organickými rozkladnými produkty v podobě aerosolu se vede přes separátor (12) pevných částic a chladič (17) do odlučovače (10) kapalných částic z ochlazeného aerosolu, který je opatřen jednak prvním koncovým výstupem (21) kapalných částic do zásobníku (22) a jednak mezioperačním výstupem (23) plynných částic, které se odvádějí k přímému energetickému využití spalováním v tepelných strojích, a/nebo se přivádějí do vymrazovací komory (24) pro oddělení plynů s kondenzační teplotou nad teplotu v této komoře, z níž je vyústěn druhý koncový výstup (25) jedné části v ní zkondenzovaných plynů a třetí koncový výstup (26) zbývající části v ní nezkondenzovaných plynů.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstupní komora (8) zbytkových anorganických podílů se dvojicí výstupních uzávěrů (9) je umístěna bočně mimo osu reaktoru (1), přičemž v ose reaktoru (1) je na jeho dnu uspořádán vyvíječ (4) plynného inertního media a trysky (5) pro vygenerování plynného inertního media v jeho vnitřním prostoru jsou napojeny na potrubí, opatřené regulačním ventilem (6) pro nastavení průchodu vzduchu z vnějšího prostoru reaktoru (1) k exotermnímu vyhřátí plynného inertního media na požadovanou teplotu.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že reaktor (1) je opatřen vytlačovacím zařízením (7) pro odstraňování zbytkových anorganických podílů ze dna reaktoru (1) do bočně umístěné výstupní komory (8).
4. 4. Zařízení podle alespoň jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že reaktor (1) je opatřen dopravníkem (27) zpracovávaných pneumatik do jeho plnící komory (2).