PL201817B1 - Sposób wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków i układ do wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków - Google Patents

Abstract

) 1. Sposób wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków polegający na mieszaniu osadu z materiałem palnym i z materiałem wiążącym, znamienny tym, że osad o wilgotności do 75% miesza się z materiałem palnym o wartości opałowej co najmniej 16 MJ/kg i z wapnem palonym, aż do uzyskania granul o wielkości 10-40 mm, przy czym osad stanowi 50-80% wagowych mieszaniny, w której zawartość metali ciężkich nie przekracza 2500 ppm, zawartość polichlorowanych bifenyli nie przekracza 50 ppm, a zawartość chloru nie jest większa od 0,2% wagowych. 4. Układ do wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków wyposażony w podajnik ślimakowy i mieszarkę bębnową, znamienny tym, że między podajnikiem (2), a mieszarką bębnową (5) umieszczone jest wymienne sito (3) z elementem tnącym (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych i urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych.

Stały wzrost zastosowania tworzyw sztucznych w wielu dziedzinach gospodarki powoduje nieustanny wzrost ilości odpadów z tworzyw sztucznych pochodzących głównie z opakowań i procesów produkcyjnych. Tworzywa sztuczne stanowią od 7% do 8% masy odpadów stałych. Zdecydowaną większość odpadów sztucznych, około 77%, stanowią poliolefiny takie jak polietylen lub polipropylen, a pozostałe to polistyren około 12%, polichlorek winylu około 5% i inne około 6%. Istotnym problemem jest bezpieczny sposób utylizacji tych odpadów.

Sposób przedstawiony w opisie patentowym US6184427 polega na wykorzystaniu wyładowania wysokiej częstotliwości znanego w literaturze pod nazwą wyładowania mikrofalowego. Pod wpływem działania tego wyładowania ulegają rozpadowi wiązania w tworzywie sztucznym i wydzielają się lekkie węglowodory takie jak CH4, C2H6, C2H4 i C2H2. Proces ten zachodzi pod obniżonym ciśnieniem, poniżej 15 kPa co jest praktyczną wadą tego sposobu.

Znane są, z opisów patentowych US4644877, US5626249 i US5541386, plazmowe metody utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych, w których stosuje się wyładowanie łukowe. W wyładowaniu hakowym generowana jest plazma o bardzo wysokiej temperaturze 4000-7000°C, jest to plazma równowagowa. Do komory plazmowej wprowadzane są zmielone odpady tworzyw sztucznych. W wysokiej temperaturze, w warunkach beztlenowych, polimery przechodzą do fazy gazowej i ulegają jonizacji oraz atomizacji, w komorze wyładowania łukowego. Następnie strumień jonów i atomów kierowany jest do kolejnej komory reakcyjnej gdzie jest szybko chłodzony do temperatury około 1000°C. Obniżenie temperatury tego strumienia musi być gwałtowne, żeby zahamować reakcje następcze pomiędzy jonami i atomami prowadzące do powstawania węglowodorów. Do schłodzonych produktów procesu plazmowego dodawany jest tlen, który w reakcjach z jonami i atomami tworzy proste nieszkodliwe cząsteczki takie jak: H2O i CO2. Tlen dodawany jest w ilości niewystarczającej do całkowitego utlenienia reagentów w celu nie przekroczenia granic wybuchowości, ze względu na groźbę wybuchu. Dlatego powstają również niepożądane produkty jak: CO, H2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C3H8, C3H6, C4H10.

W procesie prowadzonym w wyładowaniu łukowym podstawową trudnością jest doprowadzenie odpadów tworzyw do komory plazmowej bez wprowadzania tlenu. Wprowadzenie tlenu do komory jest niekorzystne, gdyż pod jego wpływem w wysokiej temperaturze elektrody szybko utleniają się. Elektrody pokrywają się warstwą tlenku, która przerywa przepływ prądu. Kolejną trudność sprawia konieczność szybkiego schłodzenia produktów wychodzących z komory plazmowej z temperatury 50007000°C do temperatury ok. 1000°C. Wykorzystanie plazmy równowagowej, w której panuje temperatura 5000-7000°C powoduje zużycie dużej ilości energii elektrycznej. W wyniku szybkiego schłodzenia produktów pirolizy nie jest możliwe odzyskanie w pełni energii włożonej na osiągnięcie temperatury 5000-7000°C, zatem koszt tak prowadzonego procesu jest bardzo wysoki.

Sposób utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że odpady najpierw poddaje się pirolizie w temperaturze do 1000°C z użyciem inertnego gazu nośnego, a następnie produkty pirolizy spala się w plazmie nierównowagowej o temperaturze do 1500°C, do której doprowadza się tlen lub gaz zawierający tlen.

Jako inertny gaz nośny korzystnie stosuje się azot, argon, hel, dwutlenek węgla.

Energię gorących gazów korzystnie odzyskuje się w wymienniku ciepła.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych.

Urządzenie, według wynalazku składa się z dwóch komór przelotowych połączonych dyszą z których jedna komora stanowi komorę pirolityczną, zamykaną pokrywą z wlotem gazu inertnego, druga stanowi komorę plazmową, zawierającą zamocowane elektrody oraz doprowadzenie gazu utleniającego.

Dysza korzystnie umieszczona jest centrycznie w stosunku do elektrod.

Za komorą plazmową korzystnie umieszczony jest wymiennik ciepła.

Urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych przedstawiono w przekroju na rysunku.

Urządzenie składa się z dwóch komór przelotowych 1 i 2, połączonych dyszą 3, z których komora 1 jest ogrzewaną płaszczem grzejnym komorę pirolityczną, z wlotem 4 gazu inertnego, zamykaną pokrywą 5, komora 2 jest komorą plazmową, z zamocowanymi elektrodami 6 oraz doprowadzeniem gazu utleniającego 7. Za komorą plazmową umieszczony jest wymiennik ciepła 8.

PL 201 817 B1

Odpady z tworzyw sztucznych korzystnie ogrzewa się stopniowo do temperatury nie wyższej niż 1000°C w komorze pirolitycznej. Pod wpływem temperatury tworzywa sztuczne rozkładają się na lotne produkty, które przechodzą do komory plazmowej, gdzie wytwarzana jest plazma nierównowagowa. Do komory plazmowej przez dyszę doprowadza się tlen lub w gaz zawierający tlen. W sposobie według wynalazku plazma nierównowagowa generowana jest w ślizgowym wyładowaniu łukowym. Sposób jej generowania znany jest z opisów patentowych US 6007742 i FR 2773500. W ślizgowym wyładowaniu łukowym łuk elektryczny przesuwany jest po rozbiegających się elektrodach wykonanych ze stali kwasoodpornej. W wytworzonej w ten sposób plazmie temperatura gazów jest nie wysoka, wynosi 500-1500°C, dlatego reakcje rozkładu cząsteczek na jony i atomy przebiegają pod wpływem wysokoenergetycznych elektronów, a nie pod wpływem temperatury. Wiązania w cząsteczkach węglowodorów ulegają rozerwaniu i powstają bardzo reaktywne rodniki i jony, które dyfundują od środka reaktora do ścian, gdzie mieszają się z tlenem i szybko utleniają się. Stosunkowo niska temperatura gazu w komorze plazmowej i zastosowanie elektrod ze stali kwasoodpornej powoduje, ż e moż na w sposobie według wynalazku wprowadzać gaz utleniający bezpośrednio do komory plazmowej. W celu wytworzenia produktów całkowitego spalania węglowodorów korzystnie jest stosować nadmiar gazu utleniającego.

W sposobie, według wynalazku, można stosować dowolne ciśnienia, ale ze względów praktycznych najkorzystniej jest stosować ciśnienie atmosferyczne.

Sposób i urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych w reaktorze pirolitycznoplazmowym zilustrowano w przykładach.

P r z y k ł a d I. Urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych skł ada się z dwóch komór przelotowych 1 i 2, połączonych dyszą 3, z których komora 1 jest ogrzewaną płaszczem grzejnym komorą pirolityczną, z wlotem gazu inertnego 4, zamykaną pokrywą 5, zaś komora 2 jest komorę plazmową, z zamocowanymi elektrodami 6 oraz doprowadzeniem gazu utleniającego 7. Za komorą plazmową umieszczony jest wymiennik ciepła 8.

P r z y k ł a d II. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polietylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 450°C oraz przepuszczano azot jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła 2,2 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 = 25, C2H6 < 10, C2H4 = 10, C2H2 < 10.

P r z y k ł a d III. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polietylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 350°C oraz przepuszczano ditlenek węgla jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,3 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w sześć elektrod wprowadzono powietrze. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 2,5 m³/h. Moc wył adowania wynosiła 2,6 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 < 10, C2H6 < 10, C2H4 < 10, C2H2 < 10.

P r z y k ł a d IV. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polietylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 500°C oraz przepuszczano argon jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła 2,3 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 = 20, C2H6 = 10, C2H4 = 65, C2H2 < 10.

P r z y k ł a d V. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polietylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 400°C oraz przepuszczano argon jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła 2,3 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 < 10, C2H6 < 10, C2H4 = 15, C2H2 < 10.

P r z y k ł a d VI. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polietylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 450°C oraz przepuszczano argon jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła 2,2 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH₄ = 200, C₂H₆ = 260, C₂H₄ = 350, C₂H₂ = 35, C₃H₈ i C₃H₆ = 100.

PL 201 817 B1

P r z y k ł a d VII. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polistyren. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 500°C oraz przepuszczano argon jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła

2,6 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 = 10, C2H6 < 10, C2H4 = 10, C2H2 < 10, C3H8 i C3H6 = 10, Styren = 360.

P r z y k ł a d VIII. W reaktorze pirolityczno-plazmowym umieszczano polipropylen. Pierwszą komorę ogrzewano do temperatury 500°C oraz przepuszczano argon jako gaz nośny. Natężenie przepływu gazu nośnego wynosiło 0,6 m³/h. Bezpośrednio do komory plazmowej zaopatrzonej w trzy elektrody wprowadzono tlen. Natężenie strumienia tlenu wynosiło 1,2 m³/h. Moc wyładowania wynosiła

2,3 kW. Poza parą wodną i ditlenkiem węgla stwierdzono śladowe ilości niedopalonych węglowodorów o stężeniu w ppm: CH4 < 10, C2H6 < 10, C2H4 = 15, C2H2 < 10, C3H8 i C3H6 = 10.

Claims (6)

1. Sposób utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych, znamienny tym, że odpady z tworzyw sztucznych najpierw poddaje się pirolizie w temperaturze do 1000°C z użyciem inertnego gazu nośnego, a następnie produkty pirolizy spala się w plazmie nierównowagowej, o temperaturze do 1500°C, do której doprowadza się tlen lub gaz zawierający tlen.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako inertny gaz nośny stosuje się azot, argon, hel, dwutlenek węgla.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odzyskuje się energię gorących gazów.

4. Urządzenie do utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych, znamienne tym, że składa się z dwóch komór przelotowych (1) i (2), połączonych dyszą (3), z których komora (1) jest komorą pirolityczną, zamykaną pokrywą (5) z wlotem gazu inertnego (4), komora (2) jest komorę plazmową, z zamocowanymi elektrodami (6) oraz doprowadzeniem gazu utleniającego (7).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że dysza (3) umieszczona jest centrycznie w stosunku do elektrod (6).

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że za komorą plazmową (2) posiada wymiennik ciepła (8).