PL208970B1 - Sposób ciągłego przetwarzania surowców energetycznych na węglowodory popirolityczne w skojarzeniu z wytwarzaniem materiałów budowlanych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłego przetwarzania surowców energetycznych na węglowodory popirolityczne w skojarzeniu z wytwarzaniem materiałów budowlanych, a w szczególności ich przetwarzanie przy wytwarzaniu materiałów budowlanych, takich jak kruszywa budowlane, spieki mineralne itp. Jako surowce energetyczne mogą być stosowane odpadowe tworzywa sztuczne, szmaty, drewno, celuloza, węgiel brunatny i kamienny, mazut, różnego rodzaju szlamy zwłaszcza pochodzące z oczyszczalni ścieków, zanieczyszczona ziemia, biomasa jako odnawialne źródło energii. Odpady poddawane procesowi mogą być w postaci stałej lub płynnej, rozdrobnione lub nie.

Znanych jest wiele metod przetwarzania różnorodnych odpadów. Zagospodarowanie co raz większych ilości powstających odpadów jest koniecznością z uwagi na długotrwały okres rozkładu znacznej ich części oraz powstające coraz większe wysypiska śmieci. Znane są metody wykorzystujące odpady do wytwarzania źródeł energetycznych w procesie ich spalania. Znane są różne metody przetwarzania odpadów tworzyw sztucznych, szmat, odpadowego drewna, czy też ziemi zanieczyszczonej paliwami. Przetwarzanie odpadów tworzyw sztucznych zmierzające do wykorzystania ich do produkcji wyjściowych monomerów jest najkorzystniejsze ekonomicznie i ekologicznie oraz posiada najmniej wad. Korzystne są metody pozwalające w wyniku zachodzących procesów rozkładu uzyskać mieszaninę węglowodorów o długości łańcucha C1 do C24, w której najkorzystniejsza jest frakcja C4 do C24 stosowana do produkcji paliw silnikowych.

Znane są metody pirolizy tworzyw sztucznych i innych surowców energetycznych prowadzące do przekształcenia ich w źródła energetyczne. Znany jest także kraking termiczny odpadowych surowców i otrzymywanie produktu zbliżonego składem do paliw silnikowych.

Znane są metody wytwarzania keramzytu wypalanego w piecach gazem lub innymi paliwami. Wypalony keramzyt o temperaturze spiekania po schłodzeniu kierowany jest do silosów lub na hałdy. Ciepło powstające przy wytwarzaniu keramzytu jest odzyskiwane w niewielkim stopniu, a cała reszta bezpowrotnie tracona. Sposób ciągłego przetwarzania surowców energetycznych na węglowodory popirolityczne w skojarzeniu z wytwarzaniem materiałów budowlanych charakteryzuje się tym, że wytworzony w procesie wypalania materiał budowlany o temperaturze bliskiej temperaturze spiekania wprowadza się we współprądzie z surowcami energetycznymi urządzeniem zapewniającym wymaganą szczelność, poddaje rozkładowi z wykorzystaniem ciepła oddawanego przez wypalony materiał budowlany podczas przemieszczania składników w urządzeniu, po czym frakcję stałą i gazową poddaje się rozdzielaniu na kruszywa budowlane i lotne węglowodory, które są rozfrakcjonowywane w procesie kondensacji na lotne gazy i frakcję ciekłą przy czym korzystnie nie skroplone gazy kieruje się do wypalania materiałów budowlanych, zaś wykroplone frakcje węglowodorowe odprowadza się do zbiorników magazynowych i i/lub poddaje dalszej obróbce,

W sposobie wedł ug wynalazku poddawany pirolizie surowiec energetyczny moż e być wstę pnie ogrzewany spalinami powstałymi przy wypalaniu materiału budowlanego. W sposobie według wynalazku można powstające w pirolizie trudno skraplane gazy wykorzystywać do wypalania materiałów budowlanych i/lub ogrzewania surowca energetycznego.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystywane jest ogrzewanie gorącymi materiałami budowlanymi opuszczającymi piec, wprowadzanymi do pirolizatora we współprądzie surowców energetycznych. Istotę rozwiązania stanowi technologia wytwarzania materiału budowlanego, zwłaszcza kruszywa budowlanego z jednoczesnym wykorzystaniem energii cieplnej zawartej w wytworzonym gorącym materiale budowlanym, który wprowadzany jest do pirolizatora. W procesie pirolizy odpadowych surowców energetycznych wykorzystywane jest ciepło zawarte w wypalonym materiale budowlanym, które w warunkach prowadzonego procesu powoduje rozrywanie długich łańcuchów węglowodorowych, otrzymując szeroką frakcję węglowodorów o długości łańcucha od C1 do C24. Uzyskiwane na różnych etapach procesu różne źródła energii stosowane są między innymi w tym procesie, np. do wypalania kruszywa, ogrzewania surowców odpadowych wprowadzanych do pirolizatora.

W rozwiązaniu według wynalazku w piecu obrotowym lub innym urządzeniu wytwarza się przez wypalanie materiały budowlane. Proces przebiega w temperaturze gwarantującej odpowiedni spiek wytwarzanych materiałów budowlanych, którymi mogą być kruszywa lekkie, spieki inne materiały mineralne. Gorący materiał budowlany z urządzenia wypalającego lub wygrzewającego transportowany jest do pirolizatora, w sposób ciągły lub okresowy, poprzez urządzenie zapewniające wymaganą szczelność, do którego we współprądzie wprowadzane są energetyczne surowce odpadowe w postaci np. folii, drewna, tektury lub szmat, zanieczyszczonej ziemi, biomasy, np. wierzby energetycznej, słoPL 208 970 B1 my, tworzyw odpadowych, itp. Odpadowe surowce mogą być rozdrobnione, jak również mogą być wstępnie ogrzewane. W pirolizatorze bez dostępu powietrza oraz bez dodatkowego źródła ciepła zachodzi piroliza wprowadzanych surowców odpadowych. W pirolizie wykorzystywane jest ciepło gorącego materiału budowlanego dostarczonego z pieca obrotowego lub innego urządzenia wygrzewającego. Gorący, wypalony materiał budowlany stanowiący nośnik energetyczny razem z odpadowymi surowcami energetycznymi przemieszczając się wewnątrz pirolizatora, oddając ciepło rozkłada wprowadzany jednocześnie odpadowy produkt na mieszaninę związków. Z pirolizatora kruszywo ceramiczne przemieszcza się do komory gazów pirolitycznych i materiałów budowlanych. Kruszywo i frakcja gazowa są rozdzielane. Kruszywo kierowane jest do dalszego wystudzenia poprzez urządzenia zapewniające wymaganą szczelność pirolizatora. Zanieczyszczone gazy pirolityczne kierowane są do frakcjonowania, z którego gazy po przejściu przez wymiennik ciepła skraplane są w postaci płynnych węglowodorów lub pozostające w stanie gazowym mogą być wykorzystywane w procesie technologicznym. Frakcjonowanie może odbyć się w jednym lub szeregu urządzeniach frakcjonujących w celu wydzielenia poszczególnych frakcji w zależności od zastosowanej temperatury schłodzenia. Wydzielane mogą być pyły ze smołami i inne. Pyły i smoły mogą być zawracane do początku procesu produkcyjnego.

Wprowadzanie do pirolizatora surowców odpadowych może odbywać się w sposób ciągły lub okresowy. Surowce odpadowe wprowadzane do pieca pirolitycznego ogrzewane są wstępnie spalinami powstającymi przy wypalaniu materiałów budowlanych w piecu. Surowce te wprowadzane są w sposób ciągły lub okresowy zapewniający wymaganą szczelność pirolizatora. Proces pirolizy odpadowych surowców energetycznych prowadzony jest w sposób ciągły lub okresowy. Regulacja procesu pirolitycznego zależy od ilości wprowadzanych materiałów budowlanych z pierwszego pieca i surowców energetycznych oraz ewentualnie ich wstępnego ogrzewania. Wprowadzany do pirolizatora gorący materiał budowlany o znacznej powierzchni kontaktu przyspiesza szybkość reakcji termicznej, skraca czas rozrywania długich łańcuchów węglowodorowych wprowadzanych surowców energetycznych. Temperatura materiału budowlanego opuszczającego piec, w którym odbywa się proces wypalenia nie może być niższa niż temperatura rozkładu surowców energetycznych podczas pirolizy aby uniemożliwić powstawanie frakcji oleistych zanieczyszczających materiał budowlany. Temperatura materiałów budowlanych opuszczających pirolizator jest niższa od ich temperatury na wejściu do tego urządzenia.

Prowadząc proces sposobem według wynalazku dokonuje się przetwarzania odpadowych surowców energetycznych przy wytwarzaniu zwłaszcza kruszyw budowlanych z jednoczesnym pozyskaniem źródeł energii wykorzystywanej częściowo w tym procesie. W pirolizatorze wykorzystywane jest ciepło, jakie posiada wprowadzony gorący materiał budowlany. Surowce poddawane pirolizie przed wprowadzeniem do procesu mogą być rozdrabniane. W zależności od temperatury procesu pirolizy, rodzaju dostarczonych materiałów, czasu jej trwania uzyskuje się różne frakcje węglowodorów ciekłych lub gazowych.

Gorące gazowe produkty opuszczające pirolizator drogą wielostopniowego chłodzenia są frakcjonowane na surowce ciekłe i gazowe. Surowce te mogą być wykorzystywane w termicznych procesach niniejszej technologii, w innych procesach produkcyjnych lub przeznaczone dla celów komercyjnych. W procesie pirolizy z odpadowych surowców mogą tworzyć się koksiki, które mogą być separowane znanymi metodami. Koksiki te mogą być wykorzystywane do produkcji kruszyw.

Powstała na etapie schładzania frakcji gazowej para, gorąca woda i powietrze mogą być wykorzystywane w procesach technologicznych przedsiębiorstwa. Gazy opuszczające komorę wyjściową gazów pirolitycznych i materiałów budowlanych mogą być wystudzone do temperatury otoczenia otrzymując frakcje lotną stałą i płynną. Postępując sposobem według wynalazku nie wytwarza się produktów odpadowych. W technologii wykorzystuje się ciepło zawarte w wytworzonych materiałach i/lub powstających spalinach przy wypalaniu materiałów budowlanych, zwłaszcza kruszyw lub spieków mineralnych. Ewentualne zanieczyszczenia jakie są wprowadzane z surowcami mogą być odseparowane lub pozostają w materiale budowlanym. Powstająca w procesie technologicznym w różnych etapach energia jest w postaci spalin, gorącej wody, pary. Energia ta może być wykorzystana w powszechnie znanych rozwiązaniach do różnych celów technologicznych przedsiębiorstwa (np. ogrzewanie, produkcja pary lub gorącej wody i powietrza). Energię cieplną w rozwiązaniu według wynalazku możemy pozyskiwać na każdym etapie procesu.

Gwarancją bezpieczeństwa procesu są odpowiednio wysokie temperatury gorących materiałów budowlanych wprowadzanych do pirolizatora, które uniemożliwiają gromadzenie się tlenu w stęże4

PL 208 970 B1 niach niepożądanych. Ewentualnie wprowadzany, zwłaszcza z surowcami odpadowymi, tlen ulega spaleniu w pirolizatorze. Proces jest bezpieczny z uwagi na gorące materiały budowlane wprowadzane do pirolizatora i wysokie temperatury w jakich prowadzony jest proces.

Regulacja procesu pirolitycznego jest możliwa poprzez odpowiedni dobór ilościowy wprowadzanych składników według ich temperatur wejściowych. W sposobie według wynalazku mogą być stosowane różnego rodzaju urządzenia gwarantujące bezpieczne wykonanie procesu. Zarówno piec do wypalania jak i pirolizator mogą być konstrukcyjnie urządzeniami gwarantującymi prawidłowe przeprowadzenie procesów np. piec rusztowy, pirolizator w postaci zbiornika z mieszadłem wewnętrznym.

Postępując sposobem według wynalazku można gorące materiały budowlane, jak i surowce energetyczne wprowadzać okresowo do pirolizatora.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym 1 oznacza palnik lub inne źródło energii cieplnej, 2 - zasyp półproduktów budowlanych, 3 - piec obrotowy, 4 - urządzenie uszczelniająco-podające, 5a, 5b - odprowadzenie spalin, 6 - zasyp surowców energetycznych, 7 - zespół podgrzewania surowców energetycznych 8 - pirolizator obrotowy, 9 - komora wyjściowa gazów pirolitycznych i materiałów budowlanych, 10 - urządzenie uszczelniającoodbierające, 11 - instalacja dostudzania materiału budowlanego z możliwością odzysku energii cieplnej, 12 - układ oczyszczania, schładzania i częściowego skraplania gazów pirolitycznych, 13 - rozdzielone frakcje węglowodorowe, 14 - alternatywne wyjście gorących spalin do instalacji kominowej z pominięciem zespołu podgrzewania lub do wykorzystania w innych instalacjach odzysku energii cieplnej, A - strumień gorącego materiału budowlanego.

P r z y k ł a d 1

W piecu obrotowym (3) granulki glinki pęczniejącej poddaje się wypalaniu za pomocą palnika (1) stosując dowolne źródła energii, w temperaturze spiekania, tj. ok. 800 do 1300°C otrzymując gorący materiał budowlany w postaci keramzytu. Wypalony produkt strumieniem A poprzez zsyp, za pomocą urządzenia celkowego (4) uszczelniająco-podającego wprowadzany jest do pirolizatora obrotowego (8). Niezależnie, we współprądzie do pirolizatora (8) wprowadza się w sposób ciągły urządzeniem ślimakowym ze zbiornika (6) rozdrobnione tworzywa sztuczne wstępnie podgrzane w układzie (7) podgrzewania surowców energetycznych spalinami z pieca obrotowego (3).

Wstępnie podgrzane surowce energetyczne ciepłem spalin z pieca obrotowego poprawiają bilans energetyczny procesu.

W pirolizatorze obrotowym (8), bez dostępu powietrza, poprzez mieszanie gorących granulek z masą tworzywa sztucznego wstępnie podgrzanego spalinami z wypalania materiałów budowlanych zachodzi piroliza wprowadzanych odpadów. Na wyjściu z pieca pirolitycznego keramzyt i gazy popirolityczne kierowane są do komory wyjściowej (9), z której keramzyt poprzez urządzenie celkowe (10) uszczelniająco-odbierające - zapewniające wymaganą szczelność układu pirolitycznego kierowane jest do wychłodzenia w instalacji (11) z możliwością odzysku energii cieplnej, a następnie składowane w magazynach. Gazy popirolityczne z komory wyjściowej (9) poddawane są frakcjonowaniu w układzie (12) oczyszczania, schładzania i częściowego skraplania w celu wydzielenia w pierwszej kolejności frakcji ciężkich i zanieczyszczonych pyłami, wydzieleniu lżejszych frakcji węglowodorowych ewentualnie poddawanych dalszemu oczyszczeniu. Pozostałe po frakcjonowaniu gazy zawierające węglowodory o długości łańcuchów od C₁ do C₄ kierowane są do spalania w palniku (1) pieca obrotowego wypalając materiał budowlany. Pośrednie frakcje węglowodorowe mogą służyć do wykorzystania w celach komercyjnych lub w innych procesach technologicznych. Frakcjonowanie może odbywać się w jednym lub szeregu urządzeniach frakcjonujących w zależności od zastosowanej temperatury schładzania. Wytrącone w pierwszym etapie substancje ciężkie kierowane są do początku procesu produkcji kruszywa lekkiego poprawiając tym samym bilans energetyczny.

P r z y k ł a d 2

Postępując jak w przykładzie 1, gorący materiał budowlany w postaci spieków oraz rozdrobnionych odpadów celulozowych wprowadza się do pirolizatora. Zarówno gorący materiał budowlany, jak i produkty popirolityczne przenoszone są urządzeniem ślimakowym zapewniającym wymaganą szczelność układu technologicznego.

P r z y k ł a d 3

Postępując sposobem wskazanym w przykładzie 1 lub 2 pirolizie w obecności gorącego materiału poddaje się mieszaninę węgla kamiennego i brunatnego. Powstałe podczas pirolizy frakcje gazowe z urządzenia separującego kierowane są do spalania w turbinie gazowej z generatorem prądu elektrycznego i pary technologicznej.

PL 208 970 B1

P r z y k ł a d 4

Postępując jak w przykładzie 1, stosuje się piec rusztowy oraz pirolizator z mieszadłem wewnętrznym. Pirolizie poddaje się szlamy z oczyszczalni ścieków. Szlamy te wprowadza się do urządzenia uszczelniająco-podającego za pomocą urządzenia tłoczącego.

P r z y k ł a d 5

Postępując ja w przykładzie 1, gorące materiały budowlane oraz materiały energetyczne wprowadzane są do pirolizatora urządzeniem tłokowym, zaś nie skroplone gazy wytwarzane w pirolizie wykorzystywane są do produkcji energii.

P r z y k ł a d 6

Postępując jak w przykładzie 1, proces technologiczny prowadzi w sposób okresowy z zachowaniem zasady, że nośniki energii cieplnej oraz materiały energetyczne wprowadzane są w stanie stałym w sposób zapewniający wymaganą szczelność układu.

P r z y k ł a d 7

Postępując zgodnie z wynalazkiem, proces technologiczny prowadzi w sposób ciągły z zachowaniem zasady, że nośniki energii cieplnej oraz materiały energetyczne wprowadzane są w stanie płynnym w sposób zapewniający wymaganą szczelność układu.

P r z y k ł a d 8

Postępując zgodnie z wynalazkiem, gazy popirolityczne zbierające się w komorze (9) pobiera się bezpośrednio bez rozfrakcjonowywania jako paliwo energetyczne i przetwarza na prąd elektryczny, parę, ogrzewane powietrze lub ciepłą wodę.

Claims (3)

1. Sposób ciągłego przetwarzania surowców energetycznych na węglowodory popirolityczne w skojarzeniu z wytwarzaniem materiałów budowlanych w procesie wypalania materiałów budowlanych i pirolizy surowców energetycznych, frakcjonowaniu powstałych produktów, znamienny tym, że wytworzony w procesie wypalania materiał budowlany o temperaturze bliskiej temperaturze spiekania wprowadza się we współprądzie z surowcami energetycznymi urządzeniem (4) zapewniającym wymaganą szczelność, poddaje rozkładowi z wykorzystaniem ciepła oddawanego przez gorący materiał budowlany podczas przemieszczania składników w urządzeniu (8), po czym frakcję stałą i gazową poddaje się rozdzielaniu na kruszywa budowlane i lotne węglowodory, które są rozfrakcjonowywane w procesie kondensacji na lotne gazy i frakcję ciekłą, przy czym korzystnie nie skroplone gazy kieruje się do wypalania materiałów budowlanych, zaś wykroplone frakcje węglowodorowe odprowadza się do zbiorników magazynowych i/lub poddaje dalszej obróbce,

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poddawany pirolizie surowiec energetyczny może być wstępnie ogrzewany spalinami powstałymi przy wypalaniu materiału budowlanego.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powstające w pirolizie trudno skraplane gazy wykorzystuje się do wypalania materiałów budowlanych i/lub ogrzewania surowca energetycznego.