PL211917B1

PL211917B1 - Układ do prowadzenia termolizy odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób prowadzenia termolizy w sposób ciągły

Info

Publication number: PL211917B1
Application number: PL386410A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Podeszfa; Bartłomiej Karbowy; Bartłomiej Samardakiewicz
Original assignee: Bl Lab Społka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością; Bl Laboratories Społka Z Ograniczonąodpowiedzialnością
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2012-07-31
Also published as: PL386410A1; WO2010049824A2; US8674154B2; EP2432853A2; US20110259726A1; IL212537A0; WO2010049824A3

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do prowadzenia termolizy odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób prowadzenia termolizy z ciągłym dozowaniem surowców i ciągłym usuwaniem produktów karbonizacji i pozostałości poreakcyjnych procesu, zwłaszcza odpadów poliolefinowych.

Z opisu patentowego USA nr US6534689 znany jest sposób pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych prowadzący do wytwarzania paliw. Do oddzielania części stałych i cieczy z fazy gazowej stosuje się cyklony wykorzystując prędkość medium i wysoką temperaturę gazu obojętnego nośnika ciepła. W wynalazku do podgrzewania, wykorzystuje się gaz obojętny i pary węglowodorów.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego nr P-380619 znany jest sposób katalitycznej depolimeryzacji odpadów poliolefinowych i instalacja do katalitycznej depolimeryzacji odpadów. Sposób polega na tym, że reakcję depolimeryzacji prowadzi się w dwóch współpracujących reaktorach, przy czym jeden reaktor jest zbiornikowy, a drugi jest reaktorem przepływowym. Rozdrobnione odpady poliolefinowe wstępnie podgrzane i nadtopione tłoczone są pod lustro mieszaniny reakcyjnej, po czym zostają poszatkowane i rozproszone w całej objętości mieszaniny reakcyjnej w reaktorze i stopione w niej. Proces depolimeryzacji prowadzi się w obecności katalizatora. Z dolnej części reaktora mieszanina reakcyjna pompowana jest do reaktora przepływowego, w którym zostaje podgrzana do temperatury około 400°C. Reakcja zachodzi pod normalnym lub zmniejszonym ciśnieniem. Ciśnienie w reaktorze uzależnione jest od otrzymania planowanego produktu. W reaktorze przepływowym następuje reakcja depolimeryzacji i powstaje mieszanina parowo-cieczowa, która wpływa do reaktora z góry, gdzie następuje rozdział na fazę ciekłą i fazę gazową. Faza ciekła mieszaniny ogrzewa i topi podawany do reaktora surowiec. W reaktorze w strefie dolnej o niższej temperaturze do 360°C zachodzi proces topienia i wstępnej reakcji, a w górnej strefie o wyższej temperaturze około 400°C następuje rozdzielenie gazowego produktu od cieczy. Powstałe w trakcie procesu rozkładu poliolefin pary węglowodorów odprowadzane są poprzez filtr neutralizujący aktywne chemicznie składniki i poddawane procesowi kondensacji. Proces produkcji jest ciągły.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku P-383709 znany jest układ do prowadzenia pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób prowadzenia pirolizy, zwłaszcza odpadów poliolefinowych, z usuwaniem produktów karbonizacji i pozostałości poreakcyjnych. Układ do prowadzenia pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych zawierający zespół do podawania surowca, reaktor pirolizy, układ odbioru produktów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stabilizator oddzielania gazów wyposażony jest w mieszadło oraz ma pracujący w obiegu zamkniętym co najmniej jeden zewnętrzny reaktor pirolizy z mieszadłem ślimakowym lub wstążkowym i rurę łączącą zamykającą pętlę cyrkulacyjną. Sposób prowadzenia pirolizy z usuwaniem produktów karbonizacji i pozostałości poreakcyjnych, w atmosferze gazu obojętnego, charakteryzuje się tym, że do ciągłego prowadzenia pirolizy stosuje się reaktor z wymuszonym dwukierunkowym mieszaniem surowca, przy czym jeden z kierunków mieszania wykorzystuje się również do usuwania pozostałości poreakcyjnych.

Podstawowym celem wynalazku jest proces termolizy odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefin prowadzony w sposób ciągły i z ciągłym odprowadzeniem strumieni ubocznych reakcji zarówno produktów jak i pozostałości, przy jednoczesnym zminimalizowaniu tworzenia się i odkł adania produktów karbonizacji.

Układ do prowadzenia procesu termolizy odpadowych tworzyw sztucznych zawierający układ do podawania surowca, reaktor pirolizy, układ odbioru produktów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że za układem do podawania surowca usytuowana jest wytłaczarka, za którą umieszczony jest reaktor pirolizy, którego wysokość jest co najmniej 1,5 razy większa od jego średnicy i który wyposażony jest w mieszadło podwójne.

Korzystnie reaktor termolizy posiada co najmniej dwie wewnętrzne bariery pionowe.

Korzystnie wysokość reaktora jest dwa razy większa od jego średnicy.

Korzystnie reaktor termolizy wyposażony jest w niezależne mieszadło pomocnicze.

Korzystnie mieszadło stanowi mieszadło szybkoobrotowe, przy czym kąt nachylenia łopatek jest różny.

Korzystnie mieszadło stanowi mieszadło szybkoobrotowe śmigłowe.

Korzystnie mieszadło ma dodatkowe łapy.

Korzystnie układ odbioru pozostałości po termolizie stanowi zawór spustowy.

Korzystnie układ odbioru pozostałości po termolizie stanowi system spustowy.

PL 211 917 B1

Korzystnie system spustowy wyposażony jest w zawór spustowy górny, komorę spustową i zawór spustowy dolny oraz zbiornik spustowy umieszczony na wadze.

Korzystnie zawór spustowy górny oraz zawór spustowy dolny wyposażone są w mechanizmy udrażniające.

Korzystnie mechanizmem udrażniającym jest ręczny przebijak.

Korzystnie układ posiada co najmniej jedną kolumnę termoseparacyjną do kondensacji produktów. Korzystnie górna część kolumny termoseparacyjnej jest ogrzewana.

Korzystnie kolumna termoseparacyjna jest połączona z dwoma niezależnymi zbiornikami magazynującymi jednym do frakcji lekkich oraz drugim do frakcji ciężkich.

Korzystnie zbiornik magazynowy do frakcji lekkich posiada zimny płaszcz wodny, zaś zbiornik magazynowy do ciężkich frakcji zaopatrzony jest w gorący płaszcz wodny.

Sposób prowadzenia termolizy odpadów tworzyw sztucznych, w atmosferze gazu obojętnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że odpady podawane są w sposób ciągły do wytłaczarki i uplastyczniane w temperaturze od 180°C do wysokości temperatury w reaktorze, a uplastyczniony polimer podawany jest do reaktora termolizy, gdzie w temperaturze od 350°C do 450°C przy obrotach mieszadła w zakresie 30 do 1500 obrotów/min prowadzona jest termoliza, przy czym produkty pozostałości po termolizie odbierane są w sposób ciągły, zaś w kolumnie termoseparacyjnej prowadzona jest ciągła dwustopniowa kondensacja produktów termolizy, odbieranych w zbiornikach magazynowych, w tym frakcji lekkiej o temperaturze do 180°C i frakcji ciężkiej o temperaturze powyżej 180°C.

Korzystnie proces termolizy prowadzi się w temperaturze 390°C do 415°C.

Korzystnie proces termolizy prowadzi się przy obrotach mieszadła od 200 do 700 obr/minutę.

Korzystnie odpady uplastycznia się w wytłaczarce w temperaturze od 250°C do 370°C.

Korzystnie górna strefa kolumny separacyjnej, w czasie pracy reaktora termolizy, nagrzewa się powodując samokondensancję produktów.

Korzystnie frakcja lekka odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym zimnym w temperaturze około 20°C, zaś frakcja ciężka odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym gorącym w temperaturze od 70°C do 80°C.

Podstawową zaletą wynalazku jest skonstruowanie układu o małych gabarytach, pozwalającego na prowadzenie procesu termolizy w sposób ciągły, zapewniający uzyskanie produktów o dużej powtarzalności właściwości, przy obniżonej temperaturze procesu bez katalizatorów.

Prowadzony proces jest bardzo stabilny, dzięki małej różnicy temperatur dozowanego upłynnionego tworzywa, a temperaturą procesu termolizy. Wpływa to znacznie na obniżenie zużywanej energii do depolimeryzacji oraz na skrócenie czasu przebywania stopionego tworzywa w reaktorze.

Wykorzystanie reaktora o wydłużonym kształcie z barierami pionowymi, poprawia proces ujednorodniania wsadu.

Ponadto zastosowano szybkoobrotowe mieszadła zapewniające dobre mieszanie i równy rozkład temperatur w każdym miejscu reaktora. Dwukierunkowe mieszanie surowca pozwala na ciągłe usuwania pozostałości poreakcyjnych przy obu kierunkach pracy mieszadła.

Dodatkową korzyścią jest wykorzystanie kolumny termoseparacyjnej skraplającej z ogrzewaną lub nie ogrzewaną górną sekcją. Cały układ działa również bez grzania górnej sekcji na zasadzie samo kondensacji produktów. Górna strefa kolumny w czasie pracy reaktora nagrzewa się do pewnej temperatury regulując tym samym ilość składników ulegających kondensacji w tej strefie od frakcji lekkich, przepływających przez górną strefę.

Dodatkowym efektem wynalazku jest wyposażenie reaktora w ciągły system usuwania pozostałości w sposób, który nie wymaga ingerencji obsługi. W skład systemu wchodzi zespół zaworów wysokotemperaturowych oraz urządzeń tłoczących pracujących w temperaturze reakcji równocześnie podczas reakcji termolizy. Sposobem według wynalazku uzyskuje się rozpuszczalniki o wysokiej czystości, stanowiące frakcję lekką. Frakcję ciężką można rozdestylować na oleje smarne, wazelinę oraz woski.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do termolizy poliolefin. Przedstawiony poniżej przykład realizacji nie ogranicza możliwości wykorzystania wynalazku.

Przykład realizacji

Układ do prowadzenia termolizy według wynalazku składa się z węzła podawania granulatu 1, z którego surowiec podawany jest do wytłaczarki 2. Uplastyczniony wstępnie granulat do temperatury 300 - 330°C, z wytłaczarki 2 jest podawany do reaktora 3 gdzie prowadzony jest proces depolimery4

PL 211 917 B1 zacji. Wysokość reaktora 3 jest dwa razy większa od jego średnicy. Reaktor 3 wyposażony jest w szybkoobrotowe śmigłowe mieszadło podwójne 7, przy czym kąt nachylenia łopatek jest różny. Na ścianach bocznych reaktor 3 ma zainstalowane trzy wewnętrzne bariery pionowe 8. Proces termolizy uplastycznionego polimeru prowadzony jest w temperaturze od 390°C do 415°C przy obrotach mieszadła w zakresie 200 do 700 obrotów/min. Produkty pozostałości po termolizie odbierane są w sposób ciągły w układzie 4 systemem spustowym 5. System spustowy 5 wyposażony jest w zawór spustowy górny 9, komorę spustową 10 i zawór spustowy dolny 11 oraz zbiornik spustowy 12 umieszczony na wadze 13. Zawór spustowy górny 9 oraz zawór spustowy dolny 11 wyposażone są w mechanizmy udrażniające 9' oraz 11'. Mechanizmem udrażniającym 91 oraz 11' jest ręczny przebijak. Układ posiada jedną kolumnę termoseparacyjną 6 do kondensacji produktów. Górna część 14 kolumny termoseparacyjnej 6 jest ogrzewana. Kolumna termoseparacyjna 6 jest połączona z dwoma niezależnymi zbiornikami magazynującymi 15 przeznaczonym do frakcji lekkich oraz zbiornikiem 16 do frakcji ciężkich. Zbiornik magazynowy 15 do frakcji lekkich posiada zimny płaszcz wodny 17, zaś zbiornik 16 do frakcji ciężkich zaopatrzony jest w gorący płaszcz wodny 18. W kolumnie termoseparacyjnej prowadzona jest ciągła dwustopniowa kondensacja produktów termolizy, odbieranych w zbiornikach magazynowych, w tym frakcji lekkiej produktów depolimeryzacji o temperaturze do 180°C i frakcji ciężkiej produktów depolimeryzacji o temperaturze powyżej 180°C. Frakcja lekka, w postaci rozpuszczalników odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym zimnym w temperaturze około 20°C, zaś frakcja ciężka odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym gorącym w temperaturze od 70 do 80°C. Proces termolizy prowadzony jest w atmosferze gazu obojętnego. Frakcja ciężka jest znanymi metodami rozdestylowana na smary, wazelinę i woski.

Wykaz pozycji wynalazku: pt.

Układ do prowadzenia termolizy odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób prowadzenia termolizy w sposób ciągły

1. układ do podawania surowca

2. wytłaczarka

3. reaktor termolizy

4. układ odbioru pozostałości po termolizie

5. system spustowy pozostałości

6. kolumna separacyjna

7. mieszadło podwójne

8. bariery pionowe

9. zawór spustowy górny

10. komora spustowa

11. zawór spustowy dolny

12. zbiornik spustowy

13. waga

14. górna część kolumny separacyjnej

15. zbiornik frakcji lekkiej

16. zbiornik frakcji ciężkiej

17. zimny płaszcz wodny

18. gorący płaszcz wodny

9'. mechanizm udrażniający zaworu górnego 11'. mechanizm udrażniający zaworu dolnego

Claims

1. Układ do prowadzenia procesu termolizy odpadowych tworzyw sztucznych zawierający układ do podawania surowca, reaktor pirolizy, układ odbioru produktów, znamienny tym, że za układem do podawania surowca (1) usytuowana jest wytłaczarka (2), za którą umieszczony jest reaktor pirolizy (3), którego wysokość jest co najmniej 1,5 razy większa od jego średnicy i który wyposażony jest w mieszadło podwójne (7).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor termolizy (3) posiada co najmniej dwie wewnętrzne bariery pionowe (8).

PL 211 917 B1

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokość reaktora (3) jest dwa razy większa od jego średnicy.

4. Układ według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że reaktor termolizy (3) wyposażony jest w niezależne mieszadło pomocnicze.

5. Układ według zastrz. 1 i 4, znamienny tym, że mieszadło (7) stanowi mieszadło szybkoobrotowe, przy czym, kąt nachylenia łopatek jest różny.

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że mieszadło (7) stanowi mieszadło szybkoobrotowe śmigłowe.

7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że mieszadło (7) ma dodatkowe łapy.

8. Układ według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że układ odbioru pozostałości po termolizie (4) stanowi zawór spustowy.

9. Układ według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że układ odbioru pozostałości po termolizie (4) stanowi system spustowy (5).

10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że system spustowy (5) wyposażony jest w zawór spustowy górny (9), komorę spustową (10) i zawór spustowy dolny (11) oraz zbiornik spustowy (12) umieszczony na wadze (13).

11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zawór spustowy górny (9) oraz zawór spustowy dolny (11) wyposażone są w mechanizmy udrażniające (9J oraz (11').

12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że mechanizmy udrażniające (9J oraz (11') stanowią ręczne przebijaki.

13. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada co najmniej jedną kolumnę termoseparacyjną (6) do kondensacji produktów.

14. Układ według zastrz. 1 i 13, znamienny tym, że górna część (14) kolumny termoseparacyjnej (6) jest ogrzewana.

15. Układ według zastrz. 1 i 14, znamienny tym, że kolumna termoseparacyjna (6) jest połączona z dwoma niezależnymi zbiornikami magazynującymi (15) do frakcji lekkich oraz (16) do frakcji ciężkich.

16. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że zbiornik magazynowy (15), do frakcji lekkich, posiada zimny płaszcz wodny (17), zaś zbiornik (16), do frakcji ciężkich, zaopatrzony jest w gorący płaszcz wodny (18).

17. Sposób prowadzenia termolizy odpadów tworzyw sztucznych, w atmosferze gazu obojętnego, znamienny tym, że odpady podaje się w sposób ciągły do wytłaczarki i uplastycznia w temperaturze od 180°C do wysokości temperatury w reaktorze, zaś uplastyczniony polimer podawany jest do reaktora termolizy, gdzie w temperaturze od 350°C do 450°C przy obrotach mieszadła w zakresie 30 do 1500 obrotów/min prowadzona jest termoliza, przy czym produkty pozostałości po termolizie odbierane są w sposób ciągły, zaś w kolumnie termoseparacyjnej prowadzona jest ciągła dwustopniowa kondensacja produktów termolizy, odbieranych w zbiornikach magazynowych, w tym frakcji lekkiej o temperaturze do 180°C i frakcji ciężkiej o temperaturze powyżej 180°C.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że proces termolizy prowadzi się w temperaturze 390°C do 415°C.

19. Sposób według zastrz. 17 i 18, znamienny tym, że proces termolizy prowadzi się przy obrotach mieszadła od 200 do 700 obr/minutę.

20. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że odpady uplastycznia się w wytłaczarce w temperaturze od 250°C do 370°C.

21. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że górna strefa kolumny separacyjnej, w czasie pracy reaktora termolizy, nagrzewa się powodując samokondensancję produktów.

22. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że frakcja lekka odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym zimnym w temperaturze około 20°C, zaś frakcja ciężka odbierana jest w zbiorniku z płaszczem wodnym gorącym w temperaturze od 70 do 80°C.