CZ299761B6

CZ299761B6 - Zpusob komplexního zpracování recyklovatelné suroviny

Info

Publication number: CZ299761B6
Application number: CZ20070507A
Authority: CZ
Inventors: Hökl@Zdenek
Original assignee: Ekonit Spol. S R.O.
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2008-11-12
Also published as: CZ2007507A3

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 terciární 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 tyká způsobu komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahující organicky a případně i anorganicky podíl, zejména recyklovatelného odpadu, při získání všech využitelných složek obsažených v teto 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, komu20 nální, zemědělské a jiné odpady se proto doposud zpracovávají skládkováním a spalováním v atmosférických spalovnách anebo přidáním k běžným homologovaným palivům, například v cementárenských 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 uváděný oxid uhličitý. Jde zejména o methan, který je v tomto ohledu až třicetkrát nebezpečnější. Spalování je zase omezováno legislativou, protože vyžaduje vysoké náklady na odstranění konta30 minujících 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.

L 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 znich 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 obsahující 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 uzavřeně oproti okolní atmosféře, při zajištění, alespoň na počátku, neoxidacní atmosféry v této termolýzní zóně dodávkou inertního plynu do této zóny, z recyklovatelné suroviny postupným zvyšováním teploty v termolýzní zóně frakčně odtaví teplem ztekutitclné složky při případném současném odpaření níže vroucího podílu suroviny, vedeného ve formě primární plynné fáze do frakčně destilační zóny, ve které se tato primární fáze rozdělí frakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, načež se ve druhém 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 destilační zóny, ve které se tato sekundární plynná fáze rozdělí frakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a ve třetím stupni se zbytek po odpaření výše vroucího podílu suroviny a připadne zbytek z paty frakčně dešti lační zóny podrobí v termolýzní zóně vysokoteplotnímu rozkladu za vzniku terciární plynné fáze vedené do frakčně dešti lační zóny, vc 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, případné společně se zbytkem z paty frakčně dešti lační zóny, do plazmové zóny, ve které se tento zbytek v oxidační atmosféře převede na plynnou složku bohatou 11a oxid uhelnatý využitelnou jako zdroj energie, o Stručný pop i s obrázku na výkrese

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

Materiál určený ke zpracování se shromáždí ve skladu 1 se zásobníky. Zde dojde k předběžnému

1? hrubému vytříděn i 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 dávkovač ího zařízení 3 se samouzavíratelným šnekem a s inertní atmosférou. Zde mohou být rovněž k materiálu určenému kc 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 ohrožení 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.

2? 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 interním vedením b z primárních zásobníků l_4a 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 13 produkujícího páru. foto teplo a pára jednak kryjí spotřebu tepla v úpravně 2 a jednak se jich využívá k pohonu parní turbíny j_L nebo obdobného zařízení poskytujícího kinetickou energií pro pohon generátoru elektrické energie J_2. Tento generátor elektrické energie J_2 slouží k pokrytí energetické spotřeby skladu 1 se zásobníky, úpravny 2, dávkovač ího zařízení 3 se samouzaví ratelným šnekem se zdrojem inertní atmosféry 15a a ovládací jednotky 9 termolýzní komory 4.

Činnost termolýzní komory 4 a tím i 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.

•to Prvním procesem je nízkoteplotní frakční tavení. Postupným zvyšováním 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 termo45 lýzní komoře 4 současně dochází k oddestilování nízkovroucích složek přes odtah 8 plynných frakcí (lehké uhlovodíky a páry) do frakčního deštilaěního zařízení 10. l am dojde ke kondenzaci par a s pomocí frakční destilace k rozdělení na plynná a kapalná paliva a dešti lační 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. Desli lační zbytek z paty frakčního dešti lučního zařízení J_0 se vede do temperované sběrné nádoby J_6 na termolýzní a dešti lační zbytek s dávkovač ím zařízením do plazmového hořáku Π. Dávkovači zařízení odděluje redukční a oxidační část procesu, protože v plazmovém hořáku Π má dojít k destrukci zbytku a jeho zplynění a přetvoření na plynné palivo. Dodávání oxidačních činidel (tlakový vzduch nebo kyslík) zc zdroje oxidačního prostředí 15b je nutné za účelem oxidace reakčních produktu, které by jinak částečně ztuhly v uhlík. Jednak zde vzniká energeticky vydatný oxid uhelnatý (palivo typu svítiplynu) a současné se zde likvidují 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 likvidaci tetrachlormethanu, dichlormethanu, freonů, dioxinů, PCB 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 pokryli vlastní energetické spotřeby procesu, ío Přebytek energie Ji lze uplatnit formou externího provozního nebo komerčního využití. Plyny vzniklé v plazmovém hořáku JJ. ochlazené v sekundárním výměníku tepla J3b, se vedou do pračky J_8 za účelem odloučení zbytků škodlivin a uskladňují se v primárním zásobníku 14a plynného paliva.

Následným procesem, který- probíhá v termolýzní komoře 4 je středně teplotní destilace, tlakové katalytické krakování molekul a depolymeraee. Po proběhnutí prvního procesu zůstane v termolýzní komoře 4 hlavní objem materiálu, který se vystaví vyšší teplotě. Postupným zvyšováním teploty v diferencovaných krocích podle teploty varu jednotlivých frakcí zpracovávané suroviny dochází k odpaření těchto frakcí. Převážná část 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 důvodů se rozbíjejí i polymemí molekuly. Termolýzní komora 4 tak slouží jako varná nádoba spojená přes odtah 8 s frakčním dešti lačním zařízením JJ, ve kterém dojde ke kondenzaci par a s pomocí frakční destilace k rozdělení na plynná a kapalná paliva a dešti lační zbytek. Plynná paliva se vedou do primárního zásobníku 14a, zatímco kapalná paliva se vedou do sekundárního zásobníku I_4b lehkých a středních frakcí nebo do terciárního zásobníku 14c těžkých frakcí. Dešti lační zbytek z paty frakčního destilačního zařízení JJ se vede do temperované sběrné nádoby 16 na termolýzní a dešti lační zbytek a následně do plazmového hořáku [7. kde se opakuje postup již popsaný v souvislosti s prvním procesem, až na lo, že objem odpařených látek je mnohonásobně větší a objem zbytku z termolýzní komory 4 a z trakčního destilačního zařízení, který se vede do plazmového hořáku, je podstatně menší.

Posledním procesem, který následně probíhá v termolýzní komoře 4 je vysokoteplotní termolytický rozklad. Na zbytek po druhém procesu v termolýzní komoře 4 (asi 5 až 8 % z celkového objemu vsazeného materiálu) se krátkodobě působí nejvyšší teplotou, kterou je schopen poskytnout plynový hořák 5 provozovaný na nejvyšší výkon. Současně se zvýší rychlost otáčení termolýzní komory 4 na maximum. Plynná frakce vznikající při terrnolytiekém rozkladu se vede odtahem 8 do trakčně dešti lačn ího zařízení JJ, ve kterém se zpracuje stejně jako plynné frakce získané při prvním a druhém procesu probíhajícím v termolýzní komoře 4. V době, kdy už neod4o eházejí odtahem 8 žádné plynné složky ani páry do frakčního destilačního zařízení JJ, 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 anorganický zbytek. Organický zbytek se potom vede finálním vedením 7b do temperované sběrné nádoby JJ a dále do plazmového hořáku JJ. Dále se postupuje stejně jako v případě prvního a druhého procesu probíhajícího v termo45 lýzní komoře 4. Pro zpracování kapalných paliv získaných při způsobu podle vynálezu ale i externího kapalného paliva uvedené zařízení ještě obsahuje kogenerační jednotku 20 a zplyňovaní zařízení JJ kapalných paliv.

Výhodou způsobu podle vynálezu oproti dosavadnímu stavu techniky je skutečnost, že se

5o 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 způsobu podle vynálezu je značný, přičemž k vyřešení každé specifické likvidační situace stačí pouze zvolil pro ovládací jednotku 9 termolýzní komory 4 vhodný program.

- 3 CZ 299761 B6

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 jc to potřeba.

Způsob podle vynálezu, rovněž zahrnuje všechny samozřejmé modifikace, které jsou běžné vdané oblasti, do které vynález spadá. Tak je například zřejmé, že frakční destilační zařízení io může zahrnovat místo jedné destilační kolony dvě nebo více destilačních kolon, čímž je možné za určitých okolností dosáhnout větší pružnosti realizace způsobu podle vynálezu. To samé platí například i o počtu tcrmolýzních komor.

Příklad 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 tn /hod. Podle toho byl vyroben prototyp ( zmenšený model se všemi náležitostmi originálu včetně použitého materiálu) jehož objem základní pracovní části termolýzní komor)· 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 sc běžně v odpadářské praxi vyskytuje jako směsný komunální odpad po průchodu třídírnou, sušárnou a mlýnem. Jeho složení 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 měd\ elektronický odpad, tištěné spoje.

Komunální odpad - obsah běžných popelnic: papír, lepenka, tetrapack, plasty, kovy, textil, jo dřevo, kůže, bio odpad a zbytek asi 1 % ( popel, sklo, anorganické nečistoty).

Po dovezení materiálu ze skladu došlo k jeho vytřídění a oddělení přímo recyklovatelných materiálů ( převážně těch, kterc se dají přímo prodat a nebo zpracovat jako surovina k výrobě ) ostatní materiál byl před sušen a na mlýnu rozmělněn na menší části tak, aby byl snadno manipulovatelný a snadno dopravován šnekovým uzávěrem. Po naplnění a uzavření pracovního prostoru termolýzní komory byla vytvořena neoxidační inertní atmosféra a začala se zvolna zvyšovat teplota, nejprve na 80 °C. Došlo k dosušení směsi a započal proces odtavování. Jako první podíl se začal odtavovat polystyren z potravinových obalů. Potom byla zvednuta teplota na I1O°C a došlo k odtavování nízkotlakého polyetylénu. Současně se začaly odpařovat nízkovroucí složky podílu •io odpadu, které následně zkondenzovaly ve frakční destilační zóně. Také v tu samou dobu začal reagoval zbytkový molekulární kyslík s organickým materiálem, hlavně s papírovým podílem za vzniku oxidu uhelnatého. To pokračovalo až do dosažení teploty 150 °C, kdy začaly vřít zbytky polystyrenu, došlo k jejich depolymeraci katalyticky podporované podílem kovových nečistot. Současné se začaly odpařovat alkany a alkeny s malými molekulami. Postupným zvyšováním teploty po skocích o intervalu 20 °C došlo k ověření funkčnosti dělení směsi v pracovní části termolýzní zóny. Až do teploty 350 °C probíhala depolymerace a destilace podle předpokladů. Ve frakční destilační zóně pak došlo k oddělení jednotlivých frakcí. Následně sc zvedla teplota v pracovním prostoru termolýzní zóny na maximální hodnotu, v tomto případě 650 °C a došlo k tcrmodcstrukci 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. dioxinů. Tyto nežádoucí materiály byly spolehlivě likvidovány v plazmové zóně a následně v pračce.

-4CZ 299761 B6

Pro ověření provozu bylo dostačující v deští lační zóné izolovat následující frakce:

Plynná.

Frakce benzinového typu C₂ - C|₂ t.v. 40 °C až 200 °C.

- Frakce naftového typu C|₀ - C₂₀ t.v. 200 °C až 270 °C.

Frakce olejů C_2(l - C₇₍₎ t.v. 250 °C až 300 °C.

Uhelnatý zbytek byl oddělen od kovových částic a zbytku anorganických materiálů a řízenou oxidací byl zpracován na oxid uhelnatý v lermolýzní komoře. Tento materiál lze dobře skladovat ío je neškodný a lze ho zpracovávat až po vytvoření dostatečné zásoby. Velmi výhodné a snadné je také vyrábět z něj saze o velmi dobré kvalitě, například jako plnivo do plastů, pry že, nebo barev.

Tento výrobek je velmi žádaný,

Při porovnání materiálové bilance vstupu a výstupu bylo prokázáno zpracováni recyklace i? 99,2 % zpracovávaného materiálu. Lze s úspěchem předpokládat, že po doladění technologie se v pravidelném provozu výsledek ještč 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

2o jednu tunu zpracovávaného materiálu 500 až 550 kW elektrického výkonu a 600 až 630 kW tepelného výkonu.

Claims

1. Způsob komplexního zpracování recyklovatelné suroviny obsahující organický a případně

30 i anorganický podíl, zejména recyklovatelného odpadu, při získání všech využitelných složek obsažených v léto surovině, vyznačující s c tím, že se v prvním stupni v termolýzní zóně uzavřené oproti okolní atmosféře při zajištění, alespoň na počátku, neoxidační atmosféry v této termolýzní zóné dodávkou inertního plynu do této zóny z recyklovatelné suroviny postupným zvyšováním teploty v termolýzní zóně frakčně odtaví teplem zte kutíte lne složky při případ55 něm současném odpaření níže vroucího podílu suroviny vedeného ve formě primární plynné fáze do frakčně dešti lační zóny. ve které se tato primární fáze rozdělí trakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, načež se ve druhém 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 dešti lační zóny. ve které se •to tato sekundární plynná fáze rozdělí frakční 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 deští lační zóny. podrobí v termolýzní zóně vysokoteplotnímu rozkladu za vzniku terciární plynné Lize. vedené do frakčně dešti lační zóny, ve které se tato terciární plynná fáze rozdělí frakční destilací na plynné a/nebo kapalné složky, a zbytku, který sc po případném oddělení anorganického

45 podílu vede. případně společně sc zbytkem z paty frakčně destilační zóny, do plazmové zóny, ve které sc tento zbytek v oxidační atmosféře převede na plynnou složku bohatou na oxid uhelnatý'.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se alespoň část plynných a/nebo kapalných složek opouštějících termolýzní zónu. frakčně destilační zónu a plazmovou zónu využije

50 jako palivo pro krytí energetické bilance jednotlivých kroků způsobu.