FR2536330A1 - Procede et dispositif pour la pyrolyse de polypropylene atactique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF ET UN PROCEDE POUR LA DECOMPOSITION PYROLYTIQUE DE PRODUITS POLYMERES EN PRODUITS DE POIDS MOLECULAIRE INFERIEUR, IMPLIQUANT LE TRAITEMENT THERMIQUE DES PRODUITS POLYMERES D'ORIGINE A L'INTERIEUR DE CONDUITS DE REACTION 20, 20 NOYES DANS UNE CHAUDIERE 22 A LIT FLUIDISE 33 FONCTIONNANT A DES TEMPERATURES DE PYROLYSE.

Description

-?-océd 4 c-V dispositif pour lt_ 'l se de J o lène -l E présente

invention concerne un procédé et un dispositif pour la décomposition pyrolytique de produits polymères et nctg-x L;er nt pour la production de combustibles liquides et

d'autres produits utilisables à partir de polypropylène atac-

tique.

La production toujours croissante de déchets à base de pro-

duits polymères comme sous-produits de processus industriels, etc, a créé un besoin bien reconnu pour la destruction de ces Ci produits, procurant de préférence une utilisation commerciale

économique pour ceux-ci.

Le pouvoir calorifique de la plupart de ces déchets polymères

les rend potentiellement utilisables comme combustibles Ce-

pendant, de nombreux produits polymères de poids molécu-

laire moyen et élevé sont semi-solides à la température am-

biante, par exemple le polypropylène atactique, ils sont dif-

*iciles à transporter et à pulvériser et, de ce fait, ne con-

viennent pas pour la combustion directe dans les systèmes classiques On connaît dans la technique divers procédés pour décomposer thermiquement ces déchets à base de produits polymères en fragments de poids moléculaire inférieur faciles à transporter et ayant une valeur économique, par exemple sous forme de combustiblesliquides et de matières premières pour l'industrie; on peut se référer par exemple aux Brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 829 558, N 3 832 151 ou N 4 151 216 o

Un problème important dans les procédés connus est 11 accumu-

lation de sous-produits, en particulier de produits carbonés,

sur les surfaces de transfert thermique des réacteurs ther-

miques Le dépôt de ces produits sur les surfaces de transfert therimique limite leur rendement et nécessite des opérations discontin-_ues ou des arrêts périodiques pour le nettoyageo

Les carac-ë-rist-iques de chauffage non uniformes des chaudiè-

es class ques ccntribuent à ce problème en créant des points ci auc, sur Les s'ufaces de transfert thermique sur ie trajet de ces d-'chet à déccmposer thermiquement, ce qui

rj provoque lcuu ao e dépôts carbonéso Aucune des techni-

ques proropseeantêrieuerent pour tenir compte de ce problè-

ie, par e l ee avec des températures de réaction plus basses,

une dispersion du carbone accumulé et l'évacuation des frac-

tions riches en carbone desproduitsdes réacteurs, n'a suffi-

sammzent résolu ce problème et permis d'obtenir un procédé

continu industriellement viable.

Dans la présente invention, les déchets à base de produits polymères, tels que le polypropylène atactique, peuvent être fondus dans un réservoir chauffé pour atteindre une viscosité à laquelle ils peuvent être pomp-és à des pressions absolues

comprises, de préférence, entre 3,5 et 17,5 kg/cm 20 Le pro-

duit fondu est refoulé par des tuyaux thermiquement isolés jusqu'à un conduit de réaction, de préférence deux ou plusieurs tubes de réaction indépendants et notamment des tubes enroulés en hélice, de dimension prédéterminée, dans lesquels il est thermiquement décomposé par la chaleur, c'est-à-dire pyrolysé,

en fragments de poids moléculaire inférieur au poids molé-

culaire des molécules mères du produit polymère, en l'absence d'oxygène pendant une durée déterminée La durée de réaction est déterminée par les dimensions des tubes de réaction et par le débit de la matière première à l'intérieur. Les tubes de réaction et les produits qui S 7 y trouvent sont uniformément chauffés à des températures précises par un lit fluidisé Le produit pyrolysé s'évacue des tubes de

réaction dans des moyens de séparation, par exemple un dis-

positif de distillation par "flashing", dans lesquels les

fragments polymères produits sont séparés en groupes prati-

quement en fonction de leur poids moléculaire Dans le cas du polypropylène atactique traité pendant environ 10 minutes à 4250 C, les produits principaux seraient des fuel oils no 6 et no 2 et des combustibles gazeux plus légers, qui sont de préférence utilisés pour chauffer les moyens de chauffage

du réservoir de fusion et du lit fluidisé.

C'est un but de la présente invention de procurer un système pour la décomposition pyrolytique de produits polymères en fragments de poids moléculaire inférieur, qui permet d'obtenir des produits uniformes, ce qui est facilité par un réglage précis de l'uniformité et du niveau de température

à l'intérieur des tubes de réaction.

C'est un autre but de l'invention de procurer un système efficace et économique pour produire des fuel oils à partir

de produits polymères.

C'est un autre but de la présente invention de procurer un système permettant un fonctionnement pratiquement continu, dans lequel un ou plusieurs des tubes de réaction peut être

nettoyé comme il est décrit ci-après sans influencer le fonc-

tionnement des autres tubes.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip-

tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement,

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d'une réalisation préférée en liaison avec le dessin joint, sur lequel la figure unique est un schéma de circulation de l'adaptation de la présente invention à un système pour

la décomposition thermique de polypropylène atactique réali-

sé selon la présente invention Dans ce dessin, certains rac- cords, vannes, instruments, moyens de chauffage, agitateurs, pompes, etc, ont été omis à des fins de clarté et on peut les prévoir de toute manière classique appropriée lorsque

c'est nécessaire ou souhaitable.

Comme on le voit sur la figure, le système comprend un réser-

voir de fusion chauffé 10 raccordé à une pompe 14 par un con-

duit 12 La pompe 14 refoule dans un conduit 16 qui se divise en des canalisations d'alimentation séparées 18 et 18 ' pour chacun des tubes de réaction correspondants 20 et 20 ', et chaque canalisation d'alimentation est équipée d'une vanne, 19 et 19 ' respectivement Les tubes de réaction 20 et 20 ' sont, de préférence, des serpentins hélicoïdaux disposés comme il sera décrit ci-après dans la chaudière à lit fluidisé 22, qui comprend une enceinte 24 ayant une plaque de distribution 26 à son extrémité inférieure, laquelle divise l'enceinte en

une chambre inférieure 23 et une zone de lit supérieure 30.

La chambre inférieure 28 est équipée d'un système de brûleur 32 pour chauffer l'air à envoyer vers le haut à travers la plaque de distribution 26 dans la zone du lit 30 Un lit est constitué par des particules solides disposées dans la zone de façon à être suspendu dans le gaz chaud circulant vers le haut à travers la plaque de distribution 26 en créant une masse fluidisée 33 qui transfert la chaleur aux tubes de

réaction 20 et 20 ' noyés dans cette masse L'air de fluidi-

sation s'évacue de l'enceinte 24 à travers un conduit 34 pour arriver dans un séparateur 36, de préférence un cyclone, qui extrait les solides fluidisés entraînés des gaz évacués et évacue le gaz dans l'atmosphère Les tubes de réaction 20 et 20 ' évacuent le produit dans un séparateur 38, par exemple un dispositif de distillation par flashing, par l'intermédiaire de conduits 37 et 37 ' Un conduit 42 raccorde inférieure du séparateur 38 à un dispositif de 13 4- qui conduita un p eie réservoir de

46 rper les produits à poi-'ds molécillaire plus élevé.

o&de le séPe 2 rat,eur 383 à un dispositif de on -?Y%premier cuduit C sortie 52 pour 2, t -i pr>ids molèculaire inférieur et un sorte SA pour les produit:s liquides à tmédaireces sor C es -étant raccordéc; 7

7 î O Ve 8 d 3 ockage appropriés, par exemple Un d(euxièmer-

réservoir de stock&gs setvmn 5 G et 57

Diaxi lo ra os préférées de la présente ï-inention,.

3 -*ruatactiquell, c'est -à-dire un prodluit par-

h r 3 'ori-ant un sol"ide ou un em-srlm

- -_ mnbi'antess, c O nertitué- par un ïmélo Unge de dé-

e Z, -I provenc)nu'dau la prpepration, co imezr a,3 du -cl y'ropylène, est transformé par décopostion iqs in fuel oils N O 6 et n' 2 et en d'autres produits

Hisales Defao appropriée, les déchets de polypropy-

t aacicuuprovenant d'unatir de polypropylè-ne in-

tr 74 e I uont recueillis dans le réservoir de fusion -10, dan,,

Le Qusl ils scnt'_ chauffés habituellement à environ 2051 C, jus-

qu'à ce qut ils deviennent suffisamment liquides pour 9 tre re-

f Boulés à des pressions de 3,5 à 1725 kg/cm 2 dans les tubes de 2 raction 210 et 20 e, dans lesquels ils sont chautffé à des températures suffisantes (approximativement 4250 C pendant -une durée ufiat pour casser les liaisons, carbone-carboneic dans les déchets et obtenir les produits désirés Ces produit'-s eontr constitués habituellement par 90 % en poids de combustible Jjl _iquide et 10 % 5 en poids de combustible gazeux, à environ 250 C, et sont é-vacués des tubes de réaction danis le séparateur 382

dans leqpuel les fractions liquides sont séparées en une por-

Uion lourde (v% iscosité élevée) et un mélange de portions légères (viscosité faible) et de gaz résiduels, ce mélange étaint envoyé à un condenseur dans lequel la portion légère faible viscosité) est condensée et les -gaz résiduels sont

évacués dans un reservoir approprié, Ces gaz sont habituelle-

ment utilisés pour chauffer les brûleurs du réservoir de fu-

sion et du lit fluidisé.

Bien que le chauffage uniforme extrêmement précis par le lit fluidisé réduit considérablement les quantités de dépôts

carbonés fo'remés dans les tubes de réaction, après des pé-

riodes prolongées de fonctionnement, ces sous-produits se déposent sur les surfaces intérieures des tubes de réaction, provoquant des colmatages et réduisant le taux de transfert

0 thermique du lit fluidisé aux produits dans les tubes.

Les tubes de reaction 20 et 20 e sont alimentés séparément a.vec le poduit polymère, de l'azote et de l'air de façon

cl ' ps St 7 tsre degages rnettoyvs) par combustion, in-

divduele ent O sans interromuire le traitement dans les au-

tre L 1 S n Sr;is ndu réacteur, ce qui permet d'obtenir un pro-

Aèscd cc -û: t È? '' I cspeation de nettoyage est effectuée C dans a sy,i e décrit en ar: êtant 1 'arrivée de polypropylène atac tige ae tube de réact'ion choisi 20 dans le système en n,en fermaant la vanne d'alimentation 19 et en ouvral la vanne d'arrivée de purge 60 pour admettre un gaz inerlte de préférence de l'azote, refoulant tout produit 2 d l-,en tat-in et/ou tout produit de pyrolyse dans le tube 20 e vers l'avant, dégageant ainsi cette partie du systèmeo Peu de temps après, une vanne d'évacuation de produit 62 est fermée,

ccupant ains: la circulation du mélange O produitgaz de pur-

ge au sépar-ateur 38 et une vanne d'évacuation de purge 64 est ouverte pour permettre à l'azote de purge d'être évacué dans l'atmosphère ou dans la chambre collectrice de la chaudière lit

fluidisé pour br Oler tous les produits de pyrolyse avant évacua-

tion dans l'atmosphère Une vanne d'arrivée d'air 66 est alors

ouverte pour permettre au gaz contenant de l'oxygène de péné-

trer dans le tube de réaction 20, provoquant ainsi la combus-

tion spontanée de tout dépôt carboné subsistant dans le tube après la purge d'azote La vanne d'arrivée d'azote 60 peut être fermée à ce moment pour accélérer la combustion en augmentant la quotité d'oxygènedisponible La chaleur de

combustion provoquerait normalement des températures exces-

sives endommageant ou détruisant le tube de réaction dans les systèmes classiques Dans la présente invention, la tem- pérature des tubes de réaction est réglée à des valeurs de sécurité par le lit fluidisé 2 qui évacue efficacement l'excès de chaleur en empêchant tout dommage provenant d'une surchauffe provoquée par la chaleur de combustion des dépôts

carbonés.

Lorsque tous ces dépôts carbonés ont été brûlés dans le tube , on remet ce dernier en service en fermant la vanne d'arrivée d'air 66 et enpurgeant le tube de réaction 20

avec de l'azote jusqu à ce que tout l'oxygène ait été évacué.

On ferme alors la vanne d'évacuation 64 et la vanne d'arrivée d'azote 60 et on ouvre à nouveau la vanne d'alimentation 19

permettant au produit polymère d'arriver dans le tube O Fi-

nalement, on ouvre à nouveau la vanne d Dévacuation de pro-

duit 62 e permettant ainsi au tube' 20 de fonctionner de

nouveau à plein.

Comme on l'a noté ci-dessus, l'autre tube de réaction 20 ' reste en fonctionnement et n'est pas affecté parle nettoyage

du tube 20 Lorsque le tube de réaction 20 est remis en ser-

vice, le tube 20 ' peut être nettoyé par combustion sans affec-

ter le tube 20, en suivant le même processus d'actionnement des vannes correspondantes pour ce tube, On notera que la

présente invention envisage des systèmes ayant une multipli-

cité de tubes de réaction, de préférence deux d six, et que l'on peut nettoyer par combustion plus d'un de ces tubes à

la fois en modifiant de façon évidente le procédé décrit ci-

dessus.

Il apparaît de la description précédente qu'on dispose ainsi

d'un dispositif possédant les caractéristiques particulières avantageuses énumérées précédemment comme souhaitables, mais

pouvant évidemment être modifié dans sa forme, ses propor-

tions, la structure des détails et la disposition des parties, sans S 'écarter du principe de l'invention et sans sacrifier

aucun de ses avantages.

-_,endicat ions h Dispositi: pour la décomposition pyrolytique de produits p oe 2 teres O c'arc'cisés en ce quail comporte un lit fluidisé

$ av-, -f O''_j RO ue d pertuuzes d pl/rolyse, à Ilinté-

: - -: 's au moins un cciduit de réaction ( 20, -': ' ie e uii d;e;ctio-n ayant une ouverture duarrivée *:: 2 e ot Nzertur de szortie et des moyens pour déplacer les -du ts l a travers le conduit de réaction depuis

^.-_ re":ú éJK ee jusquà l' ouver 2 zure de sor:tie, llexpo-

n o des conitions de pyrolyse le faisant se décore -

oser en fragmnts de poids moléculaire inférieuro =} -,:rs = la revendication i, caractérisé en ce q::i un;-,or rt serlvoir chauffant ( 1 O) pour fondre le produit :-.')re -,z c:-e-vacuer dans le conduit de réaction ( 2 OD -20 ") o Dis:zosltif selon la revendication 2, caractérisé en ce -{uc les moyens pour déplacer le; produit polymère sont cons -t-tus 3 par iune pomnpe ( 14 o

4 o Dispositif selon llune des revendications 1 ? 2 ou 3, ca-

ractérisé en ce que plusieurs conduits de réaction sont

prévus ayant chacun une arrivée réglée indépendante de pro-

duits polymèrss à l'ouverture d Darrivéee Dispositif selon la revendication 4, caracteérisé en ce qu"il comporte des moyens pour amener de façon réglée un gaz inerte a i Louverture d'arrivée de chaque conduit de réaction et des moyens pour amener de façon réglée un gaz contenant de loxygène à l'ouverture d'arrivée de chaque conduit de ruactiono

6 o Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caracté-

risé en ce quail comporte un séparateur ( 38) pour recevoir le produit polymère pyrolysé évacué de l'ouverture de sortie du conduit de réaction et le séparer en fractionso

; 3 (, S-;_ 3 -

7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le séparateur est un dispositif de distillation par flashing. 8 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce

qu'il comporte un séparateur pour recevoir le produit poly-

mère pyrolysé évacué de l'ouverture de sortie du conduit de

réaction et le séparer en fractions.

9 o Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que

le separateur est un dispositif de distillation par flashing.

Procédé pour pyrolyser des produits polymères, caracté-

risé en ce qu'on fait passer le produit polymère à travers un c;o:duit de réaction disposé dans un lit fluidisé, exposant a 2 nsi l A r ï poiysèCe à des te-mper-atures de pyrolyse et

7 e drco: O$ 5-1 ainsi en fragients de poids moléculaire infé.

Go 11 ?c se l An la revendication 10, caractérisé en ce qu on cd e _crduit pllyère avant de le faire passer à trave-s ie tube de réaotion 12 o Procéól selon a revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'on sépare les fragments de produits polymères par dimensions lorsqu Dils sortent du tube de reacti On 3 o Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on nettoie le conduit de réaction de ses dépôts carbonés en les

exposant à l'oxygène à des températures suffisantes pour pro-

voquer leur combustion et qu'on conduit au moins une partie de la chaleur de combustion dans le lit fluidisé pour empêcher la surchauffe des conduits, - 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on prévoit une multiplicité de conduits de réaction et que le nettoyage s'effectue dans au moins un conduit de

réaction tandis que le produit polymère est décomposé pyro-

lytiquement dans au moins un autre conduit de réaction de

sorte que le dispositif produit de façon continue les frag-

ments de poids moléculaire inférieur. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on purge les conduits de réaction avec un gaz inerte

avant d'exposer les dépôts carbonés à l'intérieur à l'oxygène.

16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on purge les conduits de réaction avec un gaz inerte

après que les dépôts carbonés y ont été brûlés.

17 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que

le gaz inerte est de l'azote.

18, Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que

le gaz inerte est de l'azote.

19 Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à

18, caractérisé en ce que l'oxygène est contenu dans l'air

introduit dans les conduits de réaction.