CZ306813B6

CZ306813B6 - Alternativní tuhé palivo a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ306813B6
Application number: CZ2015-640A
Authority: CZ
Inventors: Josef Tobek; Jan Suchopár; Eva Jelínková
Original assignee: EGI plus s.r.o.,
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-07-19
Also published as: CZ2015640A3

Abstract

Podstatou vynálezu je způsob výroby alternativního paliva, jehož podstatou je řízený rozklad taveniny PET účinkem Ca(OH).sub.2.n. při teplotách 245 až 450 .degree.C ve dvou plynule na sebe navazujících stupních. V prvním stupni probíhá tavení PET a smíchání s mletým Ca(OH).sub.2.n. při teplotě 245 až 270 .degree.C a ve druhém stupni rozklad PET na ethylenglykol a tereftalát vápenatý při teplotě 270 až 450 .degree.C. Hmotnostní poměr vstupního PET a Ca(OH).sub.2.n. je v rozmezí 4:3 a 9:4. Způsob výroby se provádí v extrudéru vybaveném evakuační zónou, ve kterém je část pro provádění prvního technologického stupně v relativní délce nejméně 10 D a nejvýše 16 D. V této části má šnek extrudéru buď plynulé, nebo třízónové stoupání komprese o celkovém kompresním poměru nejméně 1:2 a nejvýše 1:3,5. Druhý technologický stupeň probíhá v přímo navazující části extrudéru o relativní délce nejméně 4 D a nejvýše 10 D a šnek v této části nemá kompresi. Alternativní tuhé palivo vyrobené tímto způsobem sestává z 80 až 99 % hmotn. tereftalátu vápenatého a 1 až 20 % příměsí, kterými jsou hydroxid vápenatý, silikáty a tuhé produkty pyrolýzy plastů, pryže a papíru.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká alternativního tuhého paliva, způsobu jeho výroby ze směsí odpadních plastů a zařízení k provádění způsobu.

Dosavadní stav techniky

Pro výrobu tuhých alternativních paliv se v současné době využívají vedle biomasy i různé odpadní suroviny. Odpadní pryž a plasty jsou díky své vysoké výhřevnosti pro výrobu těchto alternativních paliv velmi vhodné. Obvykle se pro tento účel využívají směsi odpadních plastů, jejichž recyklace není ekonomicky schůdná.

Známé je například alternativní pevné palivo dle českého patentu CZ 305 274, které je vyrobeno z odpadu po recyklaci ojetých pneumatik a obsahuje polymemí vlákna v množství 2 až 35 % hmotn., textilní vlákna v množství 5 až 97 % hmotn. a pryž v množství 1 až 15 % hmotn. a je ve formě granulí, pelet nebo briket. Český užitný vzor 2778 popisuje tuhé alternativní palivo tvořené průmyslovým a/nebo komunálním odpadem ve formě granulí, pelet, briket, rozvolněného materiálu nebo sypké směsi. Toto tuhé palivo je přitom tvořeno předem určenými vstupními surovinami v předem určeném poměru, přičemž vstupní suroviny jsou v poměru: polypropylen a/nebo polyetylén 59 až 95 % hmotn., polyethylentereftalát a/nebo polyuretan až 30 % hmotn. a polystyren až 10 % hmotn. Obdobná paliva jsou známá i ze zahraničních spisů, např. ze spisu WO 2012/054001, DE 20106995 Ul, DE 3 630 248 nebo US 4236 897.

Alternativní tuhá paliva jsou obvykle vyráběna pouhou mechanickou úpravou plastových nebo pryžových odpadů a jejich spalování v topeništích konstruovaných pro uhlí, koks či dřevní hmotu způsobuje četné technické problémy. Z tohoto důvodu jsou také zpravidla pouze přidávána v minoritním množství k uhelným nebo jiným tuhým palivům. Nadto je spalování samotných plastových a pryžových odpadů včetně těchto odpadů upravených míšením a mechanicky legislativně omezeno pouze na energetické jednotky pro tento účel speciálně projektované a vybavené systémem čištění spalin.

Uvedené nevýhody odstraňuje tuhé palivo podle vynálezu, které je chemicky upraveno tak, že při jeho ohřevu nedochází k tavení polymemí složky a z toho pocházejících potíží při spalování v topeništích konstrukčně určených pro klasická tuhá paliva. Další výhodou proti ostatním tuhým palivům je, že popelovinou paliva podle vynálezu je oxid vápenatý, čili pálené vápno, které je schopno vázat při hoření ze spalin kyselé složky, jako jsou např. halogenovodíky nebo oxidy síry a dusíku^A výrazně tak snížit jejich korozní agresivitu.

Podstata vynálezu

Způsob výroby paliva podle vynálezu je založen na řízené bazické hydrolýze taveniny PET účinkem Ca(OH)₂ při teplotách 245 až 450 °C. Proces výroby paliva podle vynálezu je veden ve dvou stupních, které na sebe plynule navazují. V prvním technologickém stupni je PET roztaven a smíšen s mletým Ca(OH)₂ při teplotě v rozmezí 245 až 270 °C, a ve druhém technologickém stupni je PET hydrolyticky rozložen na ethylenglykol a tereftalát vápenatý při teplotách v rozmezí 270 až 450 °C. Hmotnostní poměr vstupního PET a Ca(OH)₂ je nejvýše 9:4 a nejméně 4:3. Páry ethylenglykolu jsou odtahovány a kondenzovány. Ethylenglykol je vedlejším produktem výroby paliva.

- 1 CZ 306813 B6

Proces výroby paliva podle vynálezu je kontinuální a je veden v konstrukčně upraveném extruderu. Zařízení pro výrobu paliva sestává z extruderu vybaveného dávkovacími zařízeními pro dávkování odpadního PET a Ca(OH)₂. První technologický stupeň, tj. míchání odpadního PET s Ca(OH)₂, je prováděn v části extruderu od vstupní zóny po evakuační zónu v relativní délce nejméně 10 D a nejvýše 16 D. V této části má šnek extruderu buď plynulé, nebo třízónové stoupání komprese, přičemž celkový kompresní poměr v této části je nejméně 1:2 a nejvýše 1:3,5. Na konci této části šneku náležející prvnímu technologickému stupni je šnek osazen škrticím kroužkem. Druhý technologický stupeň je prováděn v přímo navazující části extruderu od evakuační zóny včetně po ústí extruderu osazené peletizační nebo briketovací hlavou. V této části nemá šnek extruderu kompresi a jeho relativní délka je nejméně 4 D a nejvýše 10 D a šnek má pouze vynášecí funkci. Evakuační zóna je spojena s chladičem odváděných plynných produktů.

Alternativní tuhé palivo sestává z 80 až 99 % z tereftalátu vápenatého a 1 až 20 % příměsí, kterými jsou hydroxid vápenatý, silikáty a tuhé produkty pyrolýzy plastů, pryže a papíru.

Surovinou pro výrobu paliva dle vynálezu je odpadní polyethylentereftalát (PET) a jeho směsi s jinými plasty, pryží nebo papírem obsahující nejméně 70 % PET.

Hlavní výhodou paliva podle vynálezu proti doposud zavedeným tuhým palivům je čistota jeho spalin při výhřevnosti přibližně stejné, jako je výhřevnost hnědého uhlí. Při spalování tuhého paliva podle vynálezu ve směsi s jinými tuhými palivy jsou v důsledku silně bazického charakteru jeho popeloviny ze spalin eliminovány kyselé složky, jako jsou např. halogenovodíky nebo oxidy síry a dusíku, čímž se významně snižuje environmentální závadnost spalin a zároveň také zvyšuje životnost technologického zařízení.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Drť z použitých barevných PET lahví byla míchána v tavenině s práškovým hašeným vápnem v hmotnostním poměru 9:4. Míchání bylo provedeno v jednošnekovém extruderu o průměru šneku 32 mm a délce 16 D. Ve vzdálenosti 12 D od začátku vstupní zóny byl extruder vybaven evakuační zónou v délce 4 D. Odplynění evakuační zóny bylo vedeno do vodního chladiče a kondenzát byl jímán. Extruder byl osazen hlavou pro plný kruhový profil o průměru 16 mm.

Teploty prvních 3 zón míchací části byly při zpracování PET drti nastaveny na 250, 265 a 270 °C. Teplota evakuační zóny byla nastavena na 300 °C. Směs PET/Ca(OH)₂ byla zpracována při rychlosti otáčení šneku 80 ot/min. Z 10 kg PET drti bylo tímto způsobem připraveno 11,2 kg tuhého paliva obsahujícího 94,6 % hmotn. tereftalátu vápenatého. Zároveň bylo získáno 2,5 kg kondenzátu obsahujícího převážně ethylenglykol.

Bylo změřeno spalné teplo získaného tuhého paliva, které činilo 14,56 MJ/kg.

Příklad 2

Drť technologického odpadu z výroby automobilových koberců sestávající ze 75 % hmotn. polyesterových vláken a 20 % hmotn. polypropylenových vláken a 5 % hmotn. styren-butadienové pryže byla míchána v tavenině s práškovým hašeným vápnem v hmotnostním poměru 13:5. Míchání bylo provedeno v jednošnekovém extruderu o průměru šneku 32 mm a délce 16 D. Ve vzdálenosti 12 D od začátku vstupní zóny byl extruder vybaven evakuační zónou v délce 4 D. Odplynění evakuační zóny bylo vedeno do vodního chladiče a kondenzát byl jímán. Extruder byl osazen hlavou pro plný kruhový profil o průměru 16 mm. Teploty prvních 3 zón míchací části

-2CZ 306813 B6 byly při zpracování PET drti nastaveny na 250, 265 a 270 °C. Teplota evakuační zóny byla nastavena na 300 °C. Směs PET/Ca(OH)2 byla zpracována při rychlosti otáčení šneku 80 ot/min. Z 10 kg drti odpadních koberců bylo tímto způsobem připraveno 10,5 kg tuhého paliva obsahujícího 81,0 % hmotn. tereftalátu vápenatého. Zároveň bylo získáno 1,8 kg kondenzátu obsahujícího převážně ethylenglykol.

Bylo změřeno spalné teplo získaného tuhého paliva, které činilo 17,62 MJ/kg.

Průmyslová využitelnost

Alternativní tuhé palivo podle vynálezu je využitelné při samostatném spalování nebo společném spalování s uhlím v energetických technologických jednotkách s topeništi pro spalování uhlí pro výrobu tepla i elektřiny a jako palivo a zároveň surovina při výrobě cementu a vápna.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby alternativního tuhého paliva, vyznačený tím, že jeho podstatou je termický rozklad PET za přítomnosti Ca(OH)₂ při teplotách 245 až 450 °C, přičemž proces výroby paliva je veden ve dvou plynule na sebe navazujících stupních v extruderu, kde v prvním technologickém stupni je PET roztaven a smíšen s mletým Ca(OH)₂ při teplotě nejméně 245 °C a nejvýše 270 °C, a ve druhém technologickém stupni je PET rozložen na ethylenglykol a tereftalát vápenatý při teplotě nejméně 270 °C a nejvýše 450 °C, přičemž hmotnostní poměr vstupního PET a Ca(OH)₂ je nejvýše 9:4 a nejméně 4:3 s tím, že způsob výroby se provádí v extruderu osazeném na vstupní zóně dávkovacími zařízeními pro dávkování PET a Ca(OH)₂ a vybaveném evakuační zónou, ve kterém část pro provádění prvního technologického stupně od vstupní zóny extruderu po evakuační zónu extruderu je v relativní délce nejméně 10 D a nejvýše 16 D, přičemž v této části má šnek extruderu buď plynulé, nebo třízónové stoupání komprese o celkovém kompresním poměru nejméně 1:2 a nejvýše 1:3,5, a přímo navazující část extruderu, od evakuační zóny včetně po ústí extruderu osazené peletizační nebo briketovací hlavou, pro provádění druhého technologického stupně má relativní délku nejméně 4 D a nejvýše 10 D a šnek v této části nemá kompresi.
2. Alternativní tuhé palivo vyrobené způsobem podle nároku 1, vyznačené tím, že sestává z 80 až 99 hmotnostních % z tereftalátu vápenatého a 1 až 20 hmotnostních % příměsí, kterými jsou hydroxid vápenatý, silikáty a tuhé produkty pyrolýzy plastů, pryže a papíru.