PL205686B1 - Urządzenie do prowadzenia procesu termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób do prowadzenia procesu katalitycznej, wspomaganej termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefin i polistyrenu z wytworzeniem głównie ciekłych paliw.

Znany jest z opisu patentowego RP nr 200 875 zespół reaktora do ciągłej transformacji termokatalitycznej odpadów z tworzyw sztucznych, szczególnie poliolefinowych, posiadający zespół grzejny z komorą spalinową z co najmniej jednym palnikiem oraz reaktor termokatalityczny zawierają cy katalizator. Zespół grzejny zawiera pośrednią komorę grzejną, a reaktor katalityczny ma postać poziomego naczynia o przekroju poprzecznym przypominającym kształt ceowy zwrócony środnikiem ku górze.

Znany jest z opisu patentowego RP nr 188 986 sposób przekształcania odpadów poliolefinowych w węglowodory oraz instalacja do realizacji tego sposobu, gdzie rozdrobniony surowiec poliolefinowy ogrzewa się i utrzymuje w temperaturze nie przekraczającej 600°C z katalizatorem, wybranym z grupy substancji obejmującej cementy, krzemiany metali ciężkich oraz kalafoniany metali ciężkich, a także mieszaniny tych substancji. Katalizator stosuje się w ilości do 30% wagowych masy surowca poliolefinowego. Instalacja obejmuje reaktor, który posiada układ grzewczy w postaci otaczającej go od dołu komory spalinowej, ogrzewanej korzystnie przynajmniej jednym palnikiem, zasilanym produktami reakcji, przy czym w komorze spalinowej, symetrycznie na obwodzie reaktora w kilku rzędach, rozmieszczone są przelotowe rury grzewcze, przechodzące przez wnętrze reaktora powyżej górnej krawędzi mieszadła i wyprowadzone poprzez przegrodę sitową do komory odlotowej spalin.

Istotą wynalazku jest urządzenie, w którym mieszadła turbinowe i pakiety rurowych podgrzewaczy są rozmieszczone na przemian w długiej, wąskiej i płaskiej skrzyni i znajdują się stale pod powierzchnią stopionego tworzywa doprowadzanego kolektorem rurowym. Pomiędzy mieszadłami i pakietami podgrzewaczy umieszczone są pionowe przegrody nie dochodzące do boków reaktora. Na ścianach obudowy reaktora, na końcach mieszadeł umieszczone są skośne kierownice cieczy Z reaktorem sprzężony jest kilkusegmentowy kondensator par wyposażony w pionowe wymienniki wielorurowe, połączone z indywidualnymi dla każdego segmentu chłodnicami wentylatorowymi. Zasilający reaktor kolektor rurowy ogrzewany przeponowo, usytuowany poziomo na obudowie reaktora, posiada na wlocie część obniżoną z regulowaną klapą blokady cofania. Kolektor w połowie wysokości ma boczne wyloty połączone z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora w części początkowej każdego mieszadła. Boczne wyloty na połączeniu z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora posiadają diafragmy z mimośrodowym otworem do regulacji jednakowego wydatku. Kolektor zasilania posiada także wzdłużne kompensatory termiczne.

W sposobie termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych według wynalazku z oparów odbieranych z reaktora kondensuje się specjalnie część frakcji o bardzo wysokiej temperaturze wrzenia. Ciecz tę miesza się z nowymi porcjami tworzyw w takich proporcjach i temperaturze w której nie zachodzi jeszcze ich depolimeryzacja i po wystudzeniu do temperatury otoczenia nie następuje stwardnienie, po czym wprowadza się z powrotem do reaktora i depolimeryzuje w możliwie cienkiej warstwie ogrzewanej przeponowo w sekcjach podgrzewaczy rurowych, zasilanych cieczą o temperaturze do 500°C, korzystnie niskotopliwym ciekłym metalem, zwłaszcza stopem Wooda.

Zastosowanie w charakterze medium grzewczego stopu Wooda umożliwiło pracę na małym gradiencie temperatury i głównym oporze cieplnym wymiany ciepła po stronie stopionej masy surowca i produktów depolimeryzacji, dzięki czemu przy jednoczesnym intensywnym mieszaniu przeciwdziała to tworzeniu większych ilości karbonizatu. Cienka warstwa w reaktorze umożliwia szybkie wydostanie się ze strefy reakcji i kontaktu z katalizatorem produktów lotnych w danej temperaturze i ciśnieniu, zapobiegając niekorzystnemu powstawaniu nadmiernych ilości gazu. Efekt ten dodatkowo wzmocniony może być zastosowaniem pracy instalacji na podciśnieniu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje schemat ideowy reaktor do polimeryzacji w widoku z góry, a fig. 2 w przekroju poprzecznym, fig. 3 przedstawia widok kolektora zasilającego reaktor z boku, a fig. 4 z góry, natomiast fig. 5 przedstawia wielosegmentowy kondensator par produktów depolimeryzacji.

Zasadniczą częścią urządzenia jest reaktor depolimeryzacji. Jest to długa, wąska, płaska skrzynia 1 o wysokości części roboczej 25 cm, szerokości 1,5 m i wysokości całkowitej ok. 1 m. W części roboczej zamontowane ma na przemian mieszadła turbinowe 2 i niewielkie pakiety rurowych podgrzewaczy 3. W urządzeniu o wydajności do 800 kg/h, na długości 8 m znajduje się 18 mieszadeł i 17 pakietów grzewczych umieszczonych poprzecznie. Urządzenia te znajdują się stale pod powierzchnią

PL 205 686 B1 stopionego tworzywa. Pomiędzy mieszadłami 2 a pakietami podgrzewaczy 3 umieszczone są pionowe przegrody 4 nie dochodzące do boków reaktora, zapewniające wzdłużny przepływ cieczy w podgrzewaczu. Zarówno pakiety grzewcze rurowych podgrzewaczy 3 jak i mieszadła 2 mogą być łatwo wysuwane z bocznej ściany reaktora. Mieszadła obracają się w jednym kierunku. Na ścianach obudowy na końcach i początkach mieszadeł umieszczone są skośne kierownice cieczy 5 ułatwiające przepływ do segmentów podgrzewaczy. Zasilanie reaktora realizowane jest kolektorem rurowym 6, posiadającym na wlocie część obniżoną z regulowaną klapą blokady 7 cofania. Kolektor zbudowany jako rura w rurze z grzaniem części pierścieniowej 8, posiada w połowie wysokości boczne wyloty 9 połączone z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora w części początkowej każdego mieszadła. Boczne wyloty 9 na połączeniu z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora posiadają diafragmy 10 z mimośrodowym otworem umożliwiające wyregulowanie jednakowego wydatku surowca do każdej sekcji mieszadła. Powstające opary mieszaniny węglowodorów odprowadzane są do pionowych wymienników rurowych 11 kondensatora par 12.

Kondensator par 12 jest drugim wielosegmentowym modułem urządzenia pracującym na różnych mediach chłodzących dopasowanych do zakresu temperaturowego kondensowanych oparów produktów depolimeryzacji. Jest to pozioma długa skrzynia, w której znajdują się pionowe wymienniki rurowe 13a, 13b, 13c itd. o odpowiednio dobranej powierzchni. W każdej sekcji medium chłodzącym jest inna ciecz zapewniająca kondensację wybranej frakcji Fa, Fb, Fc itd. Każda sekcja kondensacji ma osobny obieg chłodzenia wyposażony w chłodnicę wentylatorową 14. W urządzeniu kondensują kolejno frakcje od najwyżej wrzących do wrzących w najniższych temperaturach.

Medium grzewcze reaktora doprowadzane jest do kolektora dopływowego 15 i odprowadzane kolektorem odpływowym 16. Medium tym w rurkach podgrzewacza jest stopiony metal o niskiej temperaturze topnienia - korzystnie stop Wooda. Ciekły metal podgrzewany jest do wymaganej temperatury w poziomym kotle z wymiennikiem rurowym opalanym mieszaniną propan butan i gazów nie kondensujących z depolimeryzacji. Nagrzany do wymaganej temperatury ciekły metal pompowany jest do podgrzewaczy pompą do ciekłego metalu. Produkty najwyżej wrzące uzyskane w pierwszej sekcji kondensatora segmentowego (gacz parafinowa) kierowane są do topielnika, gdzie po wymieszaniu ze świeżym rozdrobnionym tworzywem i ewentualnym dogrzaniu, podawane są ślimakiem, pompą tłokową lub pompą zębatą poprzez klapę odcinającą do kolektora zasilającego. Frakcja benzynowa i oleju napędowego kierowane są do zbiorników produktów.

P r z y k ł a d.

W płaskim naczyniu o podstawie 40x60 cm zaopatrzonym w grzałki elektryczne symulujące pracę rurek ze stopem Wooda i w dwa poziome mieszadła o budowie jak w rozwiązaniu patentowanym, umieszczono 60 kg stopu: 30% gaczy parafinowej i 70% wag. odpadów poliolefinowych (PE i PP) z katalizatorem zeolitowym ZSM-5.

Układ zaopatrzono w trzy przewymiarowane szeregowe chłodnice: pierwsza z czynnikiem chłodzącym na wejściu 350°C, druga 180°C, trzecia chłodzona wodą.

Po uzyskaniu temperatury pracy 400°C przez godzinę dodawano pompą tłoczkową świeży surowiec do strefy mieszania w ilości korelowanej z otrzymywanym produktem.

W ciągu godziny uzyskano 22 kg produktu z czego:

8% gazu nie kondensującego

22% frakcji benzynowej <170°C

52% frakcji oleju napędowego <350°C

18% gaczy parafinowej

W pozostałości nie stwierdzono obecności karbonizatu.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do prowadzenia procesu termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, znamienne tym, że mieszadła turbinowe (2) i pakiety rurowych podgrzewaczy (3) są rozmieszczone na przemian w długiej, wąskiej i płaskiej skrzyni (1 i znajdują się stale pod powierzchnią stopionego tworzywa doprowadzanego ogrzewanym kolektorem rurowym (6), a pomiędzy mieszadłami (2) i pakietami podgrzewaczy (3) umieszczone są pionowe przegrody (4) nie dochodzące do boków reaktora, natomiast sprzężony z reaktorem jest wielosegmentowy kondensator par (12) wypo4

   PL 205 686 B1 sażony w pionowe wymienniki rurowe (11) zgrupowane w sekcjach z indywidualnymi chłodnicami wentylatorowymi (14).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zasilający reaktor kolektor rurowy (6), grzany przeponowo w części pierścieniowej (8) posiada na wlocie część obniżoną z regulowaną, samoczynną klapą (7) blokady cofania a w połowie wysokości ma boczne wyloty (9) połączone z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora, korzystnie w części początkowej każdego mieszadła (2).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że boczne wyloty (9) na połączeniu z rurami doprowadzającymi stopiony surowiec do reaktora posiadają diafragmy (10) z mimośrodowym otworem.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na ścianach obudowy reaktora, na końcach i początkach mieszadeł umieszczone są skośne kierownice cieczy (5).
5. 5. Sposób termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, znamienny tym, że z oparów produktów depolimeryzacji kondensuje się selektywnie część frakcji (Fa, Fb, Fc...) o wysokiej temperaturze wrzenia, a ciecz tę miesza się z nowymi porcjami tworzyw w proporcjach i temperaturze w której nie zachodzi jeszcze ich depolimeryzacja i nie następuje stwardnienie przy ochłodzeniu do temperatury otoczenia, po czym wprowadza się z powrotem do reaktora i depolimeryzuje w możliwie cienkiej warstwie, w sekcjach podgrzewaczy rurowych zasilanych cieczą o temperaturze do 500°C, korzystnie niskotopliwym ciekłym metalem, zwłaszcza stopem Wooda.