PL214438B1 - Sposób termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, instalacja do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych oraz reaktor do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, instalacja do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych oraz reaktor do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych. Sposób, instalacja oraz reaktor są szczególnie przydatne do depolimeryzacji poliolefin i polistyrenu.

Znana jest z polskiego opisu patentowego PL 188936 instalacja do przekształcania odpadów poliolefinowych w ciekłe węglowodory. Instalacja zawiera reaktor, w kształcie pionowego zbiornika, zaopatrzony we właz zasypowy połączony z urządzeniem dozowania surowca poIiolefinowego i katalizatora, króciec wylotowy spalin, króciec odbioru produktu oraz, mieszadło i przegrodę sitową oraz układ grzewczy w postaci otaczającej od dołu zbiornika reaktora komory spalinowej. Komora spalinowa ogrzewana jest co najmniej jednym palnikiem, zasilanym produktami reakcji. Reaktor 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 korzystnie 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. Instalacja zawiera ponadto kondensator produktów, zbiornik buforowy surowego produktu oraz kolumnę destylacyjną. Zbiornik buforowy posiada czujnik poziomu zawartości, który włączony jest w automatyczny układ sterowania urządzeniem dozującym surowiec do reaktora.

Rozdrobniony surowiec poIiolefinowy wraz z katalizatorem z grupy obejmującej cementy, krzemiany metali ciężkich oraz kalafoniany metali ciężkich podaje się do reaktora, w którym poddaje się stopniowemu ogrzewaniu do temperatury nie przekraczającej 600°C. Produkty reakcji wychodzące króćcem odbioru produktu z reaktora kierowane są do kondensatora, w którym są schładzane i skraplane, a następnie kierowane do zbiornika buforowego, ogrzewanego do 40°C. Ze zbiornika buforowego surowy produkt kierowany jest do kolumny destylacyjnej, gdzie następuje rozdzielenie na frakcje o różnych temperaturach wrzenia. Uzyskany produkt może stanowić surowiec do produkcji benzyny, oleju napędowego oraz ekologicznego oleju opałowego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 200875 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 zawierający katalizator. Komora spalinowa wykonana jest z ceramiki ogniotrwałej, zawiera wewnątrz palnik spalający gaz gazyfikatora trocin i umieszczona jest w obudowie z cegły perlitowej i wełny mineralnej i osłonięta jest na zewnątrz blachą. W górnej części tej obudowy znajduje się pośrednia komora grzejna, zawierająca żeliwne rusztowe przegrody cieplne podparte na szamotowych wspornikach. Nad pośrednią komorą grzejną znajduje się dwuspadowe dno reaktora katalitycznego. Reaktor katalityczny ma postać poziomego naczynia o przekroju poprzecznym przypominającym kształt ceowy zwrócony środnikiem ku górze i ma komorę górną i dwie komory boczne. W komorze górnej znajduje się kanał chłodnicy przechodzący dalej w kanał odprowadzania frakcji lotnej prowadzący do chłodnicy. Kanał chłodnicy zawiera wychwyt skroplonych gazów. Dolną część naczynia reaktora stanowi wanna o dwuspadzistym dnie.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszenia patentowego P 356491 sposób ciągłego przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych poliolefinowych do postaci mieszanki węglowodorów nienasyconych i nasyconych, w którym wsad porcjuje się, załadowuje się do ciągu technologiczno-ruchowego w sposób ciągły pod ciśnieniem, uplastycznia się w topielniku, wtłacza się do wymiennika, doprowadza się do stanu płynnego, transformuje katalitycznie z katalizatorem rozłożonym równomiernie w masie reakcyjnej, odprowadza się w postaci gazowej do chłodnicy i skrapla. Uplastyczniony wsad roztapia się w wymienniku, a następnie przemieszcza się grawitacyjnie do stabilizatora.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 199825 sposób ciągłego przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych poliolefinowych do postaci mieszanki węglowodorów nienasyconych i nasyconych stanowiących wysokojakościową parafinę, w którym wsad załadowuje się w sposób ciągły uplastycznia się w topielniku, upłynnia i transformuje termokatalitycznie, przy czym cały proces od załadunku do wsadu do odbioru produktu gazowego i usuwania zanieczyszczeń prowadzi się jednoetapowo w jednym naczyniu wewnętrznym zintegrowanego urządzenia topielnikowo-wymiennikowo-reaktorowego o układzie pionowym, a z uplastycznionego i upłynnionego wsadu tworzy się jednolity blok masy wsadowej opadający grawitacyjnie. Urządzenie do prowadzenia procesu według tego spoPL 214 438 B1 sobu charakteryzuje się tym, że stanowi modułowe zintegrowane urządzenie topielnikowo-wymiennikowo-reaktorowe o układzie pionowym, w którym cały proces prowadzi się jednoetapowo, od załadunku wsadu do odbioru produktu gazowego i usuwania zanieczyszczeń, w jednym naczyniu wewnętrznym. Materiał wsadowy podawany jest poprzez lej zasypowy, produkt gazowy odbierany jest kanałem w dnie naczynia, a zanieczyszczenia gromadzone są w zbiorniku usytuowanym na zewnątrz tego naczynia.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 205696 urządzenie do prowadzenia procesu termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych w postaci reaktora wyposażonego w mieszadła turbinowe oraz pakiety rurowych podgrzewaczy, które są rozmieszczone na przemian w długiej, wąskiej i płaskiej skrzyni i znajdują się stale pod powierzchnią stopionego tworzywa doprowadzanego do urządzenia kolektorem rurowym. Podgrzewacze rurowe zasilane są cieczą o temperaturze 500°C, korzystnie niskotopliwym metalem na przykład stopem Wooda. Pomiędzy mieszadłami i pakietami podgrzewaczy umieszczone są pionowe przegrody nie dochodzące do boków reaktora, zapewniające wzdłużny przepływ cieczy w podgrzewaczu. Z reaktorem sprzężony jest wielosegmentowy kondensator par wyposażony w pionowe wymienniki rurowe zgrupowane w sekcjach wyposażonych w indywidualne chłodnice wentylatorowe. W każdej sekcji medium chłodzącym jest inna ciecz, o temperaturze zapewniającej kondensację wybranej frakcji.

Sposób termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych polega na tym, że z oparów produktów depolimeryzacji kondensuje się selektywnie część frakcji o wysokiej temperaturze wrzenia, a ciecz tę miesza się z nowymi porcjami tworzyw w proporcjach i w temperaturze w której nie zachodzi jeszcze ich depolimeryzacja i nie następuje stwardnienie przy chłodzeniu 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.

Wydajność dotychczas znanych procesów wynosi na ogół około 60% produktu handlowego w stosunku do wsadu.

Istota wynalazku dotyczącego sposobu termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych, do postaci mieszanki węglowodorów nienasyconych i nasyconych, w którym rozdrobniony surowiec uplastycznia się w topielniku, doprowadza do stanu płynnego przez podgrzanie i w obecności katalizatora transformuje katalitycznie w reaktorze termokatalitycznym, zaś produkty reakcji w postaci gazowej odprowadza się do kondensatora frakcjonującego, w którym schładza się, wykrapla i rozdziela na frakcje o różnych temperaturach wrzenia polega na tym, że w reaktorze termokatalitycznym mieszaninę reakcyjną w stanie ciekłym miesza się i rozdziela na co najmniej dwie warstwy, usytuowane na różnych poziomach, przy czym każdą z tych warstw podgrzewa się niezależnie od siebie, przy użyciu elementów grzejnych zorientowanych zasadniczo poprzecznie względem osi pionowej reaktora, korzystnie w postaci grzałek elektrycznych umieszczonych w osłonach rurowych zblokowanych w pakiety, korzystnie stabilizowanych gazami obojętnymi, korzystnie CO2 lub tlenkami metali. Korzystnie, mieszaninę reakcyjną miesza się, rozdziela i podnosi przy użyciu pompy mieszającej, korzystnie wysokowydajnej wyporowej pompy śmigłowej, przy czym mieszaninę podaje się na perforowane tace rozlewowe lub rynny rozlewowe, usytuowane powyżej lustra dolnej warstwy mieszaniny, poprzecznie do osi pionowej reaktora. Korzystnie, energię kinetyczną i cieplną mieszaniny reakcyjnej wspomaga się barbotażowo, przy użyciu CO2 lub innego gazu obojętnego, przy czym korzystnie stosuje się gaz pochodzący z obiegu stabilizującego grzałek elektrycznych. Korzystnie, otrzymane z reakcji katalitycznej produkty w postaci gazowej, przed podaniem do kondensatora frakcjonującego, przepuszcza się przez porowatą warstwę katalizatora, korzystnie w postaci granulatu, zawartego w urządzeniu do wtórnej depolimeryzacji. Korzystnie, nie skroplone gazy pokondensacyjne z kondensatora frakcjonującego podaje się do agregatu prądotwórczego zawierającego silnik spalinowy i prądnicę, przy czym korzystnie, wytworzoną energię elektryczną wykorzystuje się do zasilania grzałek elektrycznych oraz innych urządzeń instalacji. Korzystnie, katalizator podaje się w dawkach lub w sposób ciągły do reaktora termokatalitycznego. Korzystnie, katalizator podaje się w dawkach lub w sposób ciągły do zbiornika urządzenia do wtórnej depolimeryzacji. Korzystnie, zużyty katalizator w procesie zachodzącym w reaktorze wraz z powstałym w reaktorze karbonizatem wyprowadza się z reaktora na filtr, korzystnie ceramiczny, z recyklem oleju do reaktora termokatalitycznego.

Wynalazek dotyczący instalacji do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych, zawierającej zasobnik i podajnik surowca, topielnik, podgrze4

PL 214 438 B1 wacz oraz reaktor termokatalityczny wyposażony w elementy grzejne, połączony z kondensatorem frakcjonującym wyróżnia się tym, że instalacja ma urządzenie do depolimeryzacji wtórnej, w którym depolimeryzacji w obecności katalizatora poddaje się produkty gazowe reakcji katalitycznej odbierane z reaktora termokatalitycznego, przy czym urządzenie to jest połączone z reaktorem króćcem doprowadzającym produkty gazowe oraz połączone jest z kondensatorem frakcjonującym króćcem odbierającym produkty gazowe. Korzystnie, urządzenie do depolimeryzacji wtórnej ma postać pionowego zbiornika przelotowego napełnionego porowatą warstwą katalizatora, korzystnie w postaci granulatu. Korzystnie, urządzenie do depolimeryzacji wtórnej ma podajnik katalizatora oraz urządzenie odprowadzające zużyty katalizator. Korzystnie, reaktor termokatalityczny ma urządzenie do rozdzielania płynnej masy reakcyjnej na warstwy usytuowane jedna nad drugą w postaci pompy mieszającej, poziomych tac rozlewowych lub rynien rozlewowych usytuowanych nad lustrem mieszaniny reakcyjnej, oraz przyporządkowane tym warstwom elementy grzejne. Korzystnie, elementy grzejne reaktora termokatalicznego stanowią grzałki elektryczne osadzone w rurach, zblokowanych w pakiety i zamocowane rozłącznie w otworach na obwodzie korpusu, zorientowane w kierunku dośrodkowym i położone na dwóch poziomach, dolnym- w pobliżu dna reaktora i górnym, nad lub pod, perforowanymi tacami przelewowymi lub rynnami przelewowymi usytuowanymi nad lustrem płynnej masy reakcyjnej, poprzecznie względem pionowej osi korpusu. Grzałki elektryczne stanowią elementy grzejne osadzone w osłonach rurowych, stabilizowane dwutlenkiem węgla CO2 lub innym gazem obojętnym. Korzystnie, reaktor ma zainstalowane wewnątrz rury barbotażowe doprowadzające CO2 lub inny gaz obojętny, pobrany z rur grzałek elektrycznych, do mieszaniny reakcyjnej, wywołując efekt barbotażu i dodatkowego grzania mieszaniny. Korzystnie, reaktor termokatalityczny ma dozownik katalizatora zaopatrzony w podajnik oraz w części dolnej ma urządzenie do odprowadzania zużytego katalizatora wraz z karbonizatem, z recyklem oleju do reaktora, przy czym korzystnie urządzenie to zawiera pompę zębatą oraz filtr ceramiczny. Korzystnie, kondensator frakcjonujący jest połączony przewodem rurowym, odprowadzającym nie skroplone gazy pokondensacyjne, z zespołem generatora prądu zawierającym silnik spalinowy oraz prądnicę.

Wynalazek dotyczący reaktora do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych zawierającego korpus w postaci naczynia zamkniętego, izolowanego cieplnie, wewnątrz którego zainstalowane są rurowe elementy grzejne oraz urządzenie mieszające wyróżnia się tym że ma co najmniej jeden górny poziom rozlewowy mieszaniny reakcyjnej usytuowany nad lustrem mieszaniny reakcyjnej zawartej na dnie korpusu, który to poziom ma postać perforowanych tac rozlewowych lub rynien rozlewowych usytuowanych poprzecznie względem osi pionowej korpusu, przy czym mieszanina reakcyjna na każdym poziomie ma niezależne od siebie ogrzewanie, elementami grzejnymi usytuowanymi w płaszczyznach poprzecznych względem osi pionowej korpusu, zanurzonymi w dolnej warstwie mieszaniny reakcyjnej oraz w możliwie bliskim położeniu nad lub pod tacami przelewowymi, przy czym urządzenie do mieszania i podnoszenia cieczy na tace rozlewowe stanowi pompa mieszająca napędzana silnikiem elektrycznym, usytuowana w pobliżu dna reaktora. Korzystnie, elementy grzejne mają postać grzałek elektrycznych w osłonach rurowych, stabilizowanych CO2 lub innym gazem obojętnym, przy czym grzałki elektryczne zblokowane są w pakiety i zamocowane rozłącznie w otworach na obwodzie korpusu i zorientowane w kierunku dośrodkowym. Korzystnie, korpus ma kształt naczynia zamkniętego pokrywami, górną i dolną, przy czym pokrywa dolna stanowiąca dno i pokrywa górna, mają korzystnie kształt stożków, wypukłych na zewnątrz. Korzystnie, pompa mieszająca umiejscowiona jest w cylindrycznym leju przelewowym, usytuowanym pionowo, centralnie w dolnej warstwie mieszaniny reakcyjnej. Korzystnie, w części dolnej ma urządzenie do odprowadzania w sposób ciągły zużytego katalizatora i karbonizatu, korzystnie w postaci pompy i filtra, korzystnie ceramicznego, z recyklem oleju do reaktora termokatalitycznego. Korzystnie, reaktor ma rury barbotażowe, usytuowane wewnątrz korpusu i połączone z rurami grzałek elektrycznych, które odbierają z grzałek CO2 lub inny gaz obojętny i doprowadzają do mieszaniny reakcyjnej warstwy dolnej na dnie reaktora, wywołując efekt barbotażu i dodatkowego grzania mieszaniny. Korzystnie, reaktor jest wyposażony w dozownik katalizatora. Korzystnie, dozownik katalizatora ma podajnik katalizatora.

Rozwiązanie według wynalazku cechuje się wysoką wydajnością procesu, umożliwia uzyskanie około 90% produktu handlowego w stosunku do wsadu, co stanowi znaczny wzrost w stosunku do znanych sposobów. Zastosowanie grzałek elektrycznych w reaktorze, stabilizowanych przepływem dwutlenku węgla, umożliwia pracę na niskim gradiencie temperatury i głównym oporze cieplnym wymiany ciepła po stronie stopionej masy surowca i produktów depolimeryzacji. Dzięki temu, przy jednoczesnym intensywnym mieszaniu, zapobiega się tworzeniu większych ilości karbonizatu oraz umożliPL 214 438 B1 wia precyzyjne sterowanie temperaturą wskutek minimalnej bezwładności termicznej elementów grzejnych. Zwiększona powierzchnia parowania w reaktorze uzyskana przez zastosowanie rozdzielenia produktu ogrzewanego na warstwy oraz ogrzewanie niezależne tac rozlewowych, a także wykorzystanie zjawiska barbotażu mieszaniny reakcyjnej gorącym dwutlenkiem węgla umożliwia szybkie wydostanie się ze strefy reakcji i kontaktu z katalizatorem produktów lotnych w danej temperaturze i określonym ciśnieniu, zapobiegając niekorzystnemu powstawaniu nadmiernych ilości gazu. Pompa przelewowa o wysokiej wydajności zapewnia szybką homogenizację mieszaniny reakcyjnej z nowymi partiami roztopionego surowca dostarczanego systematycznie i pod niewielkim ciśnieniem z topielnika i nie dopuszcza do lokalnego obniżenia temperatury w reaktorze w miejscu zadawania roztopionego surowca. Wykorzystanie nie skroplonych gazów pokondensacyjnych do napędu agregatu prądotwórczego znacznie obniża koszty eksploatacyjne instalacji.

Rozwiązanie według wynalazku jest bliżej objaśnione w przykładach realizacji oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy instalacji do prowadzenia termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, fig. 2 przedstawia w schematycznym ujęciu reaktor do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych w przekroju osiowym, fig. 3 przedstawia reaktor w przekroju poprzecznym płaszczyzną I-I na fig. 2, fig. 4 przedstawia urządzenie do wtórnej depolimeryzacji w ujęciu schematycznym.

P r z y k ł a d I

Instalacja do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych zawiera zasobnik surowca 1, w którym znajdują się rozdrobnione odpady przerabianego tworzywa poliolefinowego lub polystyrenu oraz umieszczony pod nim kosz zasypowy 2 wyposażony w podajnik ślimakowy 3, którym tworzywo transportuje się do topielnika 4, gdzie następuje jego podgrzanie do temperatury 180°C i uplastycznienie. Topielnik 4 jest połączony rurociągiem, poprzez podgrzewacz 5 z reaktorem termokatalitycznym 6. Reaktor termokatalityczny 6 ma korpus 7 w kształcie cylindrycznego naczynia, którego dno 8 i górna pokrywa 9 mają kształt wypukłych na zewnątrz stożków. W reaktorze 6 znajdują się grzałki elektryczne 10 w postaci elementów grzejnych w osłonach rurowych, osadzonych w otworach na obwodzie korpusu 7. Temperatura grzałek elektrycznych 10 jest stabilizowana dwutlenkiem węgla CO2 lub innym gazem obojętnym lub tlenkami metali. Rury z umieszczonymi wewnątrz grzałkami elektrycznymi są zblokowane po kilka sztuk w pakiety i są rozmieszczone równomiernie na obwodzie, w kierunku dośrodkowym. Grzałki elektryczne są zamocowane w korpusie rozłącznie, w otworach na obwodzie korpusu, a demontaż odbywa się przez wyjęcie rur z otworów, co umożliwia łatwe ich oczyszczanie z osadzonego na nich karbonizatu lub wymianę uszkodzonych grzałek. Pakiety grzałek elektrycznych są rozmieszczone na dwóch poziomach, z których poziom dolny znajduje się w pobliżu dna 8, gdzie grzałki są zanurzone całkowicie w mieszaninie reakcyjnej. Grzałki elektryczne górnego poziomu są usytuowane jak najbliżej perforowanych metalowych tac rozlewowych 13 (nad lub pod tacami) umieszczonych poprzecznie względem osi pionowej reaktora nad lustrem warstwy mieszaniny reakcyjnej dolnego poziomu. Wewnątrz korpusu 7, w jego dolnej części, znajduje się cylindryczny lej przelewowy 11, na dnie którego umieszczona jest pompa mieszająca 12, na przykład wy₃ porowa pompa śmigłowa o wysokiej wydajności, około 100 m³/h, napędzana silnikiem elektrycznym. Pompa mieszająca 12 pobiera roztopioną masę reakcyjną z dna 8 i podaje ją na wysokość powyżej górnego poziomu grzałek elektrycznych 10, na perforowane tace rozlewowe, drugiego poziomu rozlewowego. Tace rozlewowe 13 lub rynny rozlewowe, nie uwidocznione na rysunku, tworzą drugi poziom rozlewowy, na którym cienka warstwa mieszaniny reakcyjnej szybko odparowuje i jest na bieżąco uzupełniana pompą mieszającą 12, zaś jej nadmiar dodatkowo ogrzany grzałkami górnymi spływa otworami do warstwy dolnej na dnie naczynia. Rozwiązanie to zwiększa intensywość mieszania, maksymalizuje wymianę ciepła pomiędzy grzałkami i roztopioną masą reakcyjną, powoduje intensyfikację kontaktu roztopionego surowca z katalizatorem oraz zwiększa powierzchnię parowania. Wszystko to znacznie przyspiesza reakcje procesu zachodzącego w reaktorze termokatalitycznym. Wewnątrz korpusu reaktora 6, w pobliżu jego dna znajdują się rury barbotażowe 14 połączone z grzałkami elektrycznymi 10 i odprowadzające dwutlenek węgla CO2 lub inny gaz obojętny z tych grzałek do mieszaniny reakcyjnej. Gaz ten ogrzany w rurach grzałek do temperatury około 400°C wydostaje się do mieszaniny reakcyjnej przez otwory w rurach barbotażowych 14 powodując efekt barbotażu, a także dodatkowo ogrzewa mieszaninę. Wspomaga to intensywność mieszania, zwiększa powierzchnię parowania mieszaniny reakcyjnej oraz przyspiesza rozprowadzanie ciepła. W fazie rozruchu urządzenia gorący dwutlenek węgla nagrzewa puste urządzenie do temperatury pracy, a w czasie pracy urządzenia pozwala na precyzyjną regulację temperatury grzałek elektrycznych. Reaktor 6 wyposażony jest

PL 214 438 B1 w dozownik katalizatora 15 usytuowany na pokrywie górnej 9, podający katalizator do roztopionego surowca. Dozownik katalizatora jest zaopatrzony w podajnik katalizatora 16. W zagłębieniu dna 8 reaktora znajduje się otwór spustowy, do którego podłączony jest filtr 18, umożliwiający usuwanie z mieszaniny reakcyjnej zdeaktywowanego katalizatora oraz nagromadzonego w mieszaninie karbonizatu. W pokrywie górnej 9 znajduje się króciec wylotowy 19 par depoIimeryzatu produktów gazowych depolimeryzacji, połączony rurociągiem z króćcem doprowadzającym 20 pary depolimeryzatu do urządzenia do wtórnej depolimeryzacji 21 (lub bezpośrednio z rurociągiem kondensatora frakcjonującego 24). Urządzenie do wtórnej depolimeryzacji 21 ma postać pionowego cylindrycznego zbiornika przelotowego, w którym znajduje się katalizator w postaci zgranulowanej lub w innej postaci porowatej. Urządzenie to służy do prowadzenia katalitycznego procesu depolimeryzacji produktów gazowych uzyskanych z depolimeryzacji wstępnej w reaktorze 6 o wyższej masie cząsteczkowej, w związku z tym, że w parach depolimeryzatu znajduje się między 20 a 30% par węglowodorów o zbyt długim łańcuchu (parafiny). Króciec doprowadzający 20 produkty gazowe do urządzenia 21 usytuowany jest w górnej części zbiornika, gdzie również umieszczony jest podajnik katalizatora 17 podający w sposób ciągły granulowany katalizator. W części dolnej zbiornika znajduje się króciec odbierający 22 produkty gazowe depolimeryzatu połączony z rurociągiem kondensatora frakcjonującego 24, oraz urządzenie odprowadzające katalizator 23, które odprowadza w sposób ciągły zużyty katalizator. Urządzenia to umożliwia regulację czasu kontaktu produktów gazowych depolimeryzatu z katalizatorem poprzez regulację grubości warstwy katalizatora. Urządzenie do wtórnej depolimeryzacji 21 usytuowane jest na rurociągu łączącym agregat z kondensatorem frakcjonującym 24. Kondensator frakcjonujący 24 ma kształt prostopadłościanu i jest wypełniony rurami, w których płynie ciecz chłodząca w kierunku przeciwbieżnym do omywających rury gorących par produktów depolimeryzacji. Kondensat spływający grawitacyjnie wzdłuż rur kondensatora zbiera się na jego dnie bez możliwości wzajemnego mieszania się poszczególnych frakcji i jest odprowadzany do osobnych zbiorników. Kondensator frakcjonujący 24 jest połączony przewodem rurowym z agregatem prądotwórczym 25 w postaci silnika spalinowego napędzającego prądnicę. Palne gazy procesowe nie kondensujące w warunkach normalnych (węglowodory o długości łańcucha C1 do C4) wyciągane pompą wentylatorową z niewielkim podciśnieniem napotykają na swej drodze w końcowej części kondensatora odemglacz a następnie kierowane są do gazowego agregatu i wykorzystywane do wytworzenia energii elektrycznej potrzebnej do zasilania grzałek elektrycznych oraz innych urządzeń instalacji. Zastosowanie grzałek elektrycznych w reaktorze, stabilizowanych przepływem dwutlenku węgla, umożliwia pracę na niskim gradiencie temperatury i głównym oporze cieplnym wymiany ciepła po stronie stopionej masy surowca i produktów depolimeryzacji. Dzięki temu, przy jednoczesnym intensywnym mieszaniu, zapobiega się tworzeniu większych ilości karbonizatu oraz umożliwia precyzyjne sterowanie temperaturą z powodu minimalnej bezwładności termicznej elementów grzejnych (w układzie grzewczym nie występuje medium transportujące ciepło na większych odległościach). Zwiększona powierzchnia parowania w reaktorze uzyskana przez zastosowanie podgrzewanych tac rozlewowych oraz zjawiska barbotażu mieszaniny reakcyjnej gorącym dwutlenkiem węgla umożliwia szybkie wydostanie się ze strefy reakcji i kontaktu z katalizatorem produktów lotnych w danej temperaturze i określonym ciśnieniu, zapobiegając niekorzystnemu powstawaniu nadmiernych ilości gazu.

P r z y k ł a d II

Do zasobnika 1 podaje się rozdrobnione tworzywo poliolefinowe, skąd dalej podaje się do kosza zsypowego 2 i następnie podajnikiem ślimakowym 3 do topielnika 4. W topielniku miesza się granulat PE +PP z frakcją parafinową o temp. 280°C i następuje jego stopienie oraz podgrzanie do temperatury 180°C częścią ciepła tej frakcji i ciepła doprowadzonego przeponowo z regeneracji. Następnie stopiony surowiec wyprowadza się poprzez podgrzewacz 5 do reaktora termokatalicznego 6. Opary z topielnika odciąga się wentylatorem nie uwidocznionym na rysunku i razem z frakcją gazową kieruje się do spalania. W reaktorze termokatalitycznym 6 podgrzewa się surowiec grzałkami elektrycznymi do temp. około 420°C, jednocześnie podając katalizator glinowo-krzemowy i miesza się intensywnie przy użyciu wysokowydajnej pompy mieszającej 12. Katalizator wprowadza się dozownikiem 16 do reaktora 6, nad lustro cieczy mieszaniny reakcyjnej w ilości 1,5% jej zawartości w reaktorze. Zużyty katalizator wraz z powstałym karbonizatem stanowią odpad produkcyjny, który wyprowadza się z reaktora pompą zębatą na filtr ceramiczny 18 z recyklem oleju do reaktora. Dodatkowo proces mieszania i ogrzewania wspomaga się barbotażowo ogrzanym dwutlenkiem węgla CO2, stabilizującym temperaturę grzałek elektrycznych, w wyniku czego następuje proces rozszczepienia łańcucha węglowego polietylenu i polipropylenu zwany krakingiem katalitycznym. Otrzymuje się produkt rozszczepienia

PL 214 438 B1 w postaci mieszaniny węglowodorów o długości łańcucha węglowego od C2 do C34. W wyniku zachodzących przemian w reaktorze, katalizator ulega stopniowo zużyciu. Zużyty katalizator wraz z powstałym karbonizatem okresowo wyprowadza się z reaktora w postaci zawiesiny olejowej, dolnym jego spustem skąd kierowany jest pompą zębatą na filtr 18 ceramiczy z recyklem oleju do reaktora. Ze względu na wymagania dotyczące składu produktu krakingu proces prowadzi się dwustopniowo, to jest w reaktorze termokatalitycznym 6 na rozdrobnionym katalizatorze rozproszonym w fazie ciekłej mieszaniny reakcyjnej o temp. 400°C i następnie w zbiorniku urządzenia do wtórnej depolimeryzacji 21, na złożu zgranulowanego katalizatora, w warunkach przepływu węglowodorów z krakingu wstępnego o temp. 420°C. Użyty w procesie krakingu katalitycznego w fazie parowej katalizator granulowany ulega również stopniowej deaktywacji i jest okresowo wyprowadzany ze zbiornika urządzeniem 23 odprowadzającym i kierowany do regeneracji. Niedobór w zbiorniku uzupełnia się świeżym katalizatorem. Wyprowadzone ze zbiornika wtórnej depolimeryzacji pary i gazy o temperaturze 420°C kieruje się do kondensatora frakcjonującego 24, gdzie ulegają w przestrzeni międzyrurkowej schłodzeniu do 35°C z jednoczesnym wykropleniem frakcji parafinowej (420-280°C) i oleju napędowego (280-180°C) oraz frakcji benzynowej (180-35°C). Wykroplone frakcje kieruje się do zbiorników magazynowych, przy czym frakcję parafinową w wymaganej ilości kieruje się do topielnika 4, gdzie zostaje zmieszana z surowcem. Palne gazy procesowe z kondensatora frakcjonującego 24, nie kondensujące w warunkach normalnych (węglowodory o długości łańcucha C1 do C4) kieruje się do gazowego agregatu prądotwórczego i wykorzystuje do wytworzenia energii elektrycznej potrzebnej do zasilania grzałek elektrycznych oraz innych urządzeń instalacji.

Wykaz oznaczeń 1 - zasobnik surowca 2 - kosz zasypowy

- podajnik surowca

- topielnik

- podgrzewacz

- reaktor termokatalityczny

- korpus

- dno

- pokrywa górna

- grzałka elektryczna

- lej przelewowy

- pompa mieszająca

- taca rozlewowa

- rura barbotażowa

- dozownik katalizatora

- podajnik katalizatora

- podajnik katalizatora

- filtr

- króciec wylotowy produktów gazowych 20 - króciec doprowadzający produkty gazowe 21 - urządzenie do wtórnej depolimeryzacji

- króciec odbierający produkty gazowe

- urządzenie odprowadzające zużyty katalizator

- kondensator frakcjonujący

- agregat prądotwórczy

Claims (23)

1. Sposób termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych, do postaci mieszanki węglowodorów nienasyconych i nasyconych, w którym rozdrobniony surowiec uplastycznia się w topielniku, doprowadza do stanu płynnego przez podgrzanie i w obecności katalizatora transformuje katalitycznie w reaktorze termokatalitycznym, zaś produkty reakcji w postaci gazowej odprowadza się do kondensatora frakcjonującego, w którym schładza się, wykrapla i rozdziela na frakcje o różnych temperaturach wrzenia, znamienny tym, że w reaktorze

PL 214 438 B1 termokatalitycznym (6) mieszaninę reakcyjną w stanie ciekłym miesza się i rozdziela co najmniej na dwie warstwy, usytuowane na różnych poziomach, przy czym każdą z tych warstw podgrzewa się niezależnie od siebie, przy użyciu elementów grzejnych zorientowanych zasadniczo poprzecznie względem osi pionowej reaktora, korzystnie w postaci grzałek elektrycznych (10) umieszczonych w osłonach rurowych zblokowanych w pakiety, korzystnie stabilizowanych gazami obojętnymi lub tlenkami metali.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę reakcyjną miesza się, rozdziela i podnosi przy użyciu pompy mieszającej (12), korzystnie wysokowydajnej pompy śmigłowej, przy czym mieszaninę podaje się na perforowane tace rozlewowe (13) lub rynny rozlewowe, usytuowane powyżej lustra dolnej warstwy mieszaniny, poprzecznie do osi pionowej reaktora (6).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że energię kinetyczną i cieplną mieszaniny reakcyjnej wspomaga się barbotażowo, przy użyciu CO2 lub innego gazu obojętnego, przy czym korzystnie stosuje się gaz pochodzący z obiegu stabilizującego grzałek elektrycznych (10).

4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że otrzymane z reakcji katalitycznej produkty w postaci gazowej, przed podaniem do kondensatora frakcjonującego (24), przepuszcza się przez porowatą warstwę katalizatora, korzystnie w postaci granulatu, zawartego w urządzeniu do wtórnej depolimeryzacji (21).

5. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że nie skroplone gazy pokondensacyjne z kondensatora frakcjonującego (24) podaje się do agregatu prądotwórczego (25) zawierającego silnik spalinowy i prądnicę, przy czym korzystnie, wytworzoną energię elektryczną wykorzystuje się do zasilania grzałek elektrycznych (10) oraz innych urządzeń instalacji.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że katalizator podaje się w dawkach lub w sposób ciągły do reaktora termokatalitycznego (6).

7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że katalizator podaje się w dawkach lub w sposób ciągły do zbiornika urządzenia do wtórnej depolimeryzacji (21).

8. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że zużyty w procesie katalizator wraz z powstałym w reaktorze (6) karbonizatem wyprowadza się z reaktora na filtr (18), korzystnie ceramiczny, z recyklem oleju do reaktora termokatalitycznego (6).

9. Instalacja do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych, zawierająca zasobnik i podajnik surowca, topielnik, podgrzewacz oraz reaktor termokatalityczny wyposażony w elementy grzejne, połączony z kondensatorem frakcjonującym, znamienna tym, że ma urządzenie do depolimeryzacji wtórnej (21), w którym depolimeryzacji w obecności katalizatora poddaje się produkty gazowe reakcji katalitycznej odbierane z reaktora termokatalitycznego (6), przy czym urządzenie to jest połączone z reaktorem króćcem doprowadzającym produkty gazowe (20) oraz połączone jest z kondensatorem frakcjonującym (24) króćcem odbierającym produkty gazowe (22).

10. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że urządzenie do depolimeryzacji wtórnej (21) ma postać pionowego zbiornika przelotowego napełnionego porowatą warstwą katalizatora, korzystnie w postaci granulatu.

11. Instalacja według zastrz. 10, znamienna tym, że urządzenie do depolimeryzacji wtórnej (21) ma podajnik katalizatora (17) oraz urządzenie odprowadzające zużyty katalizator (23).

12. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że reaktor termokatalityczny (6) ma urządzenie do rozdzielania płynnej masy reakcyjnej na warstwy usytuowane jedna nad drugą w postaci pompy mieszającej (12), poziomych tac rozlewowych (13) lub rynien rozlewowych usytuowanych nad lustrem mieszaniny reakcyjnej, oraz przyporządkowane tym warstwom elementy grzejne (10).

13. Instalacja według zastrz. 12, znamienna tym, że elementy grzejne reaktora termokatalicznego (6) stanowią grzałki elektryczne (10) osadzone w rurach, zblokowanych w pakiety i zamocowane rozłącznie w otworach na obwodzie korpusu (7), zorientowane w kierunku dośrodkowym i położone na dwóch poziomach, dolnym- w pobliżu dna (8) reaktora i górnym, nad lub pod, perforowanymi tacami przelewowymi (13) lub rynnami przelewowymi usytuowanymi nad lustrem płynnej masy reakcyjnej, poprzecznie względem pionowej osi korpusu (7).

14. Instalacja według zastrz. 12 albo 13, znamienna tym, że reaktor (6) ma zainstalowane rury barbotażowe (14) odprowadzające CO2 lub inny gaz obojętny z rur grzałek elektrycznych (10) do mieszaniny reakcyjnej.

15. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że reaktor termokatalityczny (6) ma dozownik katalizatora (15) zaopatrzony w podajnik (16) oraz w części dolnej ma urządzenie do odprowadzania

PL 214 438 B1 zużytego katalizatora wraz z karbonizatem, z recyklem oleju do reaktora, przy czym korzystnie urządzenie to zawiera pompę zębatą oraz filtr ceramiczny (18).

16. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że kondensator frakcjonujący (24) jest połączony przewodem rurowym, odprowadzającym nie skroplone gazy pokondensacyjne, z agregatem prądotwórczym (25) zawierającym silnik spalinowy i prądnicę.

17. Reaktor do termokatalitycznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych zawierający korpus w postaci naczynia zamkniętego, izolowanego cieplnie, wewnątrz którego zainstalowane są rurowe elementy grzejne oraz urządzenie mieszające, znamienny tym, że ma co najmniej jeden górny poziom rozlewowy mieszaniny reakcyjnej usytuowany nad lustrem mieszaniny reakcyjnej zawartej na dnie korpusu (7), który to poziom ma postać perforowanych tac rozlewowych (13) lub rynien rozlewowych usytuowanych poprzecznie względem osi pionowej korpusu (7), przy czym mieszanina reakcyjna na każdym poziomie ma niezależne od siebie ogrzewanie, elementami grzejnymi (10) usytuowanymi w płaszczyznach poprzecznych względem osi pionowej korpusu (7), zanurzonymi w dolnej warstwie mieszaniny reakcyjnej oraz w możliwie bliskim położeniu nad lub pod tacami przelewowymi (13), przy czym urządzenie do mieszania i podnoszenia cieczy na tace rozlewowe stanowi pompa mieszająca (12) napędzana silnikiem elektrycznym, usytuowana w pobliżu dna reaktora.

18. Reaktor według zastrz. 17, znamienny tym, że elementy grzejne mają postać grzałek elektrycznych (10) w osłonach rurowych, stabilizowanych CO2 lub innym gazem obojętnym, przy czym grzałki elektryczne zblokowane są w pakiety i zamocowane rozłącznie w otworach na obwodzie korpusu i zorientowane w kierunku dośrodkowym.

19. Reaktor według zastrz. 17, znamienny tym, że korpus (7) ma kształt naczynia zamkniętego pokrywami, górną i dolną, przy czym pokrywa dolna stanowiąca dno (8) i pokrywa górna (9), mają korzystnie kształt stożków, wypukłych na zewnątrz, przy czym pompa mieszająca (12) umiejscowiona jest w cylindrycznym, pionowym leju przelewowym (11), usytuowanym centralnie w dolnej warstwie mieszaniny reakcyjnej.

20. Reaktor według zastrz. 17, znamienny tym, że w części dolnej ma urządzenie do odprowadzania w sposób ciągły zużytego katalizatora i karbonizatu, korzystnie w postaci pompy i filtra (18), korzystnie ceramicznego, z recyklem oleju do reaktora termokatalitycznego (6).

21. Reaktor według zastrz. 18 albo 19, znamienny tym, że ma rury barbotażowe (14) połączone z rurami grzałek elektrycznych (10) odprowadzające CO2 lub inny gaz obojętny z grzałek do mieszaniny reakcyjnej warstwy dolnej na dnie (8) reaktora.

22. Reaktor według zastrz. 17 albo 19, znamienny tym, że jest wyposażony w dozownik katalizatora (15).

23. Reaktor według zastrz. 22, znamienny tym, że dozownik katalizatora (15) ma podajnik katalizatora (16).