PL218488B1 - Sposób technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy oraz urządzenie do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy obejmujący proces termicznego odgazowania odpadów, którego produktem wyjściowym jest olej, gaz i karbonizat popirolityczny oraz urządzenie do realizacji tego sposobu.

Proces termicznego rozkładu substancji biomasy, odpadów gumowych i tworzyw sztucznych oraz wszelkiego rodzaju odpadów, prowadzony w warunkach szybkiego nagrzewu i wysokich temperatur prowadzi do głębokich zmian chemicznych w strukturze wewnętrznej rozkładanej substancji w wyniku czego uzyskuje się duże ilości gazu pirolitycznego o wysokiej kaloryczności przechodzącego przy schładzaniu w kondensat będący olejem popirolitycznym dającym się stosunkowo łatwo oczyścić z wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń i poddać procesowi rafinacji w wyniku czego otrzymuje się wysokiej jakości olej napędowy dla silników wysokoprężnych. Przy pirolitycznym rozkładzie opon samochodowych głównym produktem wyjściowym jest olej popirolityczny zbliżony własnościami fizykochemicznymi do oleju opałowego. Surowy produkt może być wykorzystany w celach grzewczych, a także jako dodatek do paliw używanych w silnikach wysokoprężnych. Po rafinacji olej popirolityczny może stać się pełnowartościowym olejem napędowym. Drugim po oleju pirolitycznym surowcem uzyskanym w wyniku pirolizy jest karbonizat stanowiący substancję prawie w 100% składającą się z pierwiastka C, o bardzo wysokiej kaloryczności. Uzyskany karbonizat dzięki wysokiej kaloryczności i strukturze fizycznej może być cennym paliwem bezdymnym lub może być substratem do produkcji sadzy technicznej.

Znana jest opracowana przez Garret Research and Development Corporation metoda otrzymywania syntetycznych paliw ciekłych poprzez pirolizę węgla. Metoda ta polega na wykorzystaniu gorącego koksiku jako stałego nośnika ciepła w reaktorze strumieniowym. Wybór pirolizy jako metody upłynnienia węgla podyktowany został stosunkowo dużą łatwością realizacji jak i relatywnie niskimi kosztami przy przemysłowym wykorzystaniu procesu. Przy ogrzaniu paliwa do temperatur 800:1000°C bez dostępu powietrza substancja organiczna paliw ulega rozkładowi z wytworzeniem gazu pirolitycznego i stałej pozostałości, karbonizatu. Wzajemne proporcje tych produktów uzależnione są od temperatury pirolizy i szybkości nagrzewu. Z wielu potencjalnych technik szybkiego ogrzewania paliwa poddanego procesowi odgazowania za najprostsze technicznie i najbardziej efektywne z dotychczasowych rozwiązań prowadzących do zrealizowania procesu szybkiej pirolizy w celu uzyskania cennego gazu pirolitycznego, który jest surowcem wyjściowym do produkcji szeregu produktów technologicznych, uznano wykorzystanie gorącego koksiku jako stałego nośnika ciepła i zastosowanie reaktora strumieniowego. Wprowadzone do strumienia koksiku paliwo nagrzać się może z szybkością dochodzącą do 3000 co gwarantuje bardzo duże wyjście części lotnych, dochodzące do 80% udziału masowego substancji organicznej. Strumień produktów opuszczający reaktor przechodzi przez układ cyklonów odpylających, gdzie wytrącony koksik jest chłodzony. Mieszanina par i gazów po odpyleniu i schłodzeniu jest rozdzielana na substancje smołowe, które poddaje się procesowi uwodornienia w celu uzyskania substytutu ropy naftowej lub niskosiarkowego oleju opałowego. Pozostały gaz po oczyszczeniu zużytkowany może być jako źródło wodoru oraz jako gaz opałowy. Inne stosowane metody: metoda Toscoal opracowana przez The Oil Shale Corporation wykorzystuje do procesu szybkiej pirolizy węgla, jako stały nośnik ciepła, ceramiczne kule. W metodzie ICHPW proces odgazowania węgla przebiegać może przy użyciu gorącego popiołu w temperaturze około 900°C w złożu fluidalnym w temperaturze 560: 580°C przy wydajności kilku ton węgla na dobę i uzysku produktów gazowych do 70% masy substancji organicznej.

Znany jest objęty zgłoszeniem nr P.391870 sposób energetyczno technologicznej utylizacji odpadów organicznych lub nieorganicznych, w którym proces suszenia i pirolizy wsadu odbywa się w komorze obrotowej urządzenia połączonej z komorą fluidalną, powstały w komorze obrotowej karbonizat i popiół jest kierowany na dno dyszowe komory fluidalnej a powstałe w komorze obrotowej gazy pirolityczne kierowane są do komory gazu pirolitycznego, w której to komorze są schładzane do temperatury 150°C-250°C poprzez oddanie ciepła umiejscowionym w tej komorze powierzchniom ogrzewalnym, następnie kierowane są poprzez układ odpylania i układ chemicznego oczyszczania do układu technologicznej przeróbki gazu lub do instalacji gazu opałowego. Wprowadzony do komory fluidalnej karbonizat jest schładzany przepuszczanymi przez niego spalinami do temperatury 100°C-200°C, a następnie odprowadzany ze złoża fluidalnego, spaliny z komory fluidalnej kierowane są do komory wychładzania spalin, w której to komorze oddają swoje ciepło umieszczonym tam powierzchniom ogrzewalnym, skąd następnie są kierowane do układu oczyszczania i odpylania spalin. Urządzenie do energePL 218 488 B1 tyczno technologicznej utylizacji odpadów organicznych i nieorganicznych według powyższego zgłoszenia wyposażone jest w komorę obrotową pirolizy i suszenia wsadu, której wyjście połączone jest z komorą produktów popirolitycznych. W komorze produktów popirolitycznych utworzona jest komora fluidalna zakończona dnem dyszowym oraz oddzielona od niej skośną przegrodą komora gazu pirolitycznego z umieszczonymi w tej komorze powierzchniami ogrzewalnymi. Wylot komory fluidalnej urządzenia połączony jest z komorą wychładzania spalin z powierzchniami ogrzewalnymi. Ponadto urządzenie posiada układ doprowadzania wsadu, układ odprowadzania popiołu, układ oczyszczania i odprowadzania spalin.

Sposób technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy, w którym rozdrobniony wsad poddaje się procesowi pirolizy w komorze obrotowej, a otrzymany gaz pirolityczny poddaje się procesowi schładzania według wynalazku charakteryzuje się tym, iż pirolizę wsadu prowadzi się przy udziale katalizatora tlenku metali korzystnie tlenku cynku i tlenku magnezu w temperaturze do 1000°C w komorze obrotowej nagrzewanej przeponowo, otrzymany gaz pirolityczny schładza się i kondensuje do postaci ciekłej korzystnie wielostopniowo najkorzystniej dwustopniowo w zakresie temperatur od 550 do 800°C oraz następnie w zakresie od 400 do 550°C a otrzymane z procesu pirolizy stałe produkty pirolizy odprowadza się z komory obrotowej pirolizy korzystnie na składowisko.

Korzystnie wsad stanowi granulat o rozdrobnieniu w zakresie od 5 do 200 mm.

Korzystnie stały produkt pirolizy oczyszcza się z odpadów metalowych w trakcie odprowadzenia na składowisko.

Korzystnie katalizator stanowi od 0,5 do 10% ilości wagowej wsadu.

Korzystnie pozostały po kondensacji gaz pirolityczny po oczyszczeniu jest używany do nagrzewania komory obrotowej pirolizy.

Urządzenie do technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych komunalnych i biomasy mające obrotową komorę pirolizy połączoną z komorą produktów pirolizy oraz wyposażone w układ doprowadzania wsadu do obrotowej komory pirolizy według wynalazku charakteryzuje się tym, iż obrotowa komora pirolizy osadzona jest w muflowej komorze spalania z układem zasilania i układem odprowadzania spalin, komora produktów pirolizy od góry połączona jest z układem odprowadzania gazu pirolitycznego z wpiętym w ten układ schładzaczem korzystnie mającym postać przeponowych wielostopniowych wymienników ciepła a w spodzie komory jest zainstalowany układ odprowadzania stałego produktu pirolizy. Korzystnie układ odprowadzania stałego produktu pirolizy wyposażony jest w chwytak elektromagnetyczny wychwytujący metalowe elementy zawarte w stałym produkcie pirolizy.

Korzystnie w układ odprowadzania spalin muflowej komory spalania wpięty jest schładzacz spalin.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku w postaci schematu.

Sposób technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy przebiega następująco. Rozdrobnione do granulatu o wielkości od 5 do 200 mm odpady w postaci używanych opon, wyrobów gumowych, tworzyw sztucznych, odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy dostarczone są do bunkra załadowczego 4.2, w którym miesza się je z katalizatorem stanowiącym mieszaninę tlenków glinu i tlenków magnezu w ilości od 0,5 do 10% masy wsadu. Powstały wsad stanowiący mieszaninę odpadów z katalizatorem podawany jest do komory obrotowej 2 gdzie poddany jest procesowi suszenia i szybkiej pirolizy w trakcie przemieszczania się i przesypywania wzdłuż komory obrotowej 2 nagrzanej do temperatury poniżej 1000°C. Suszenie i termiczny rozkład wsadu przebiega w atmosferze redukcyjnej przy temperaturze 100:1000°C. W tym przedziale temperatur następuje proces suszenia i termicznego rozkładu substancji organicznej wsadu w obecności katalizatora tlenkowego glinu i magnezu. Gazy pirolityczne powstałe w czasie odgazowania stanowią mieszaninę niewielkiej ilości pary wodnej H2O oraz gazów takich jak CO, H2, C2H2, CH4, C2H5, H2S, CnHm itd., oraz niewielkiej ilości gazów inertnych takich jak CO2 i N2. Gazy pirolityczne opuszczające obrotową komorę pirolizy 2 o temperaturze w przedziale 350-1000°C kierowane są do komory produktów pirolizy 3, skąd kierowane są następnie do schładzacza 14 w postaci wymienników przeponowych korzystnie kilkustopniowych, w których czynnikiem chłodzącym jest woda. W wyniku wielostopniowego systemu schładzania uzyskuje się różnego rodzaju paliwa ciekłe, począwszy od olei lekkich a skończywszy na olejach ciężkich. Korzystny jest dwustopniowy system kondensacji gazów pirolitycznych gdzie w zakresie temperatur 550: 800°C kondensują węglowodory ciężkie dające oleje ciężkie a w temperaturach 400: 550°C kon4

PL 218 488 B1 densują węglowodory lekkie. Pozostały po procesie kondensacji gaz pirolityczny w ilości 5:10% po oczyszczeniu z zanieczyszczeń stałych w cyklonie odpylającym 18 tłoczony jest do układu zasilania 5 muflowej komory spalania 1 nagrzewającej obrotową komorę pirolizy 2. W wyniku przeprowadzonego procesu powstaje olej opałowy w ilości 45: 55% oraz gaz palny w ilości 5: 10%. Otrzymany olej opałowy poddaje się procesowi rafinacji, dzięki czemu uzyskuje się wysokowartościowy olej napędowy, ₃ który jest biodizlem oraz wysokokaloryczny gaz palny o kaloryczności 16: 20 MJ/m³. Stałe produkty pirolizy to jest karbonizat, w ilości od 30 do 45% substancji organicznej zgazowanego wsadu, popiół i części metalowe spadają na dno komory produktów pirolizy 3 do umieszczonej tam wanny 19, w której ochładzają się do temperatury 20: 60°C i zostają odprowadzone na składowisko produktów stałych 20 korzystnie przenośnikiem łańcuchowym, z którego części metalowe są wychwytywane przez chwytak elektromagnetyczny 21 umieszczony nad przenośnikiem. Spaliny z komory muflowej spalania 3 kierowane są do schładzacza 11 i wykorzystywane są do wytworzenia gorącej wody, pary wodnej i gorącego powietrza wykorzystanych w instalacjach technologicznych i grzewczych w odbiornikach ciepła. Rozruch urządzenia odbywa się przy pomocy gazu sieciowego lub oleju opałowego. Rozruch trwa do momentu osiągnięcia przez układ komory muflowej i komory pirolitycznej stanu równowagi cieplnej na poziomie temperatur 800-1000°C to jest do momentu gdy wytworzone zostaną gazy pirolityczne. Po osiągnięciu stanu równowagi cieplnej układ zasilania 5 przełącza na zasilanie palnika 5.1 komory muflowej spalania 1 wytworzonym gazem pirolitycznym.

Urządzenie do utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów gumowych i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy zbudowane jest z osadzonej w muflowej komorze spalania 1 obrotowej komory pirolizy 2 której wyjście połączone jest z komorą produktów pirolizy 3. Komora obrotowa 2 od czoła połączona jest z układem dostarczania wsadu 4, który składa się z rębaka z dozownikiem celkowym 4.1 połączonego z bunkrem załadowczym 4.2 z którego podajnikiem ślimakowym 4.3 wsad podawany jest do komory obrotowej pirolizy 2. Ponadto bunkier załadowczy 4.2 połączony jest z zasobnikiem 4.4 w którym magazynuje się katalizator mieszany z odpadami. Układ zasilający 5 komory muflowej spalania 1 utworzony jest z palników 5.1 połączonych z armaturą sterującą 5.2 połączoną ze zbiornikiem paliwa 5.3. Do układu zasilającego 5 doprowadzony jest instalacją 6 gaz pirolityczny zasilający palniki 5.1 po osiągnięciu przez urządzenie stanu równowagi cieplnej. Kanał wylotowy spalin 7 muflowej komory spalania 1 połączony jest z układem odprowadzania spalin 8 ze stacją monitoringu 9 do komina 10. W układ odprowadzania spalin 8 wpięty jest schładzacz 11 połączony z odbiornikiem ciepła 12. W górnej części komora produktów pirolizy 3 połączona jest z układem odprowadzania gazu pirolitycznego 13 ze schładzaczem 14 w postaci wielostopniowych przeponowych wymienników ciepła. W wymiennikach ciepła schładzacza 14 następuje kondensacja gazów pirolitycznych w wyniku czego wykrapla się olej opałowy lekki gdy pochodzi z wymiennika pierwszego i cięższy gdy pochodzi z wymiennika drugiego. Olej odprowadzany jest do zbiorników oleju 15 z których odprowadzany jest do reaktora rafinacji oleju 16. Czynnikiem schładzającym gaz pirolityczny w wymiennikach ciepła schładzacza 14 jest woda, która krąży w obiegu zamkniętym oddając swe ciepło w odbiorniku ciepła 17. Pozostały po kondensacji gaz pirolityczny ze schładzacza 14 podawany jest do cyklonu 18 odpylającego cząstki stałe, które następnie odprowadzane są do bunkra załadowczego 4.2. Oczyszczony palny gaz pirolityczny tłoczony jest instalacją 6 do palników 5.1 układu 5 zasilającego komorę muflową spalania 1. W spodzie komory produktów pirolitycznych 3 umieszczony jest układ odprowadzania stałego produktu pirolizy 19 utworzony z zamknięcia wodnego, które utworzone jest przez wodę wypełniającą koryto przenośnika łańcuchowego odprowadzającego karbonizat, popiół i odpady metalowe na składowisko karbonizatu 20. Odprowadzany z komory produktów pirolizy 3 karbonizat i popiół oczyszczony jest z części metalowych przez chwytak elekromagnetyczny 21 umieszczony nad przenośnikiem.

Claims (8)

1. Sposób technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy, w którym rozdrobniony wsad poddaje się procesowi pirolizy w komorze obrotowej a otrzymany gaz pirolityczny poddaje się procesowi schładzania, znamienny tym, że pirolizę wsadu prowadzi się przy udziale katalizatora tlenku metalu korzystnie tlenku cynku i tlenku magnezu w temperaturze do 1000°C w komorze obrotowej (2) nagrzewanej przeponowo, otrzymany gaz pirolityczny schładza się i kondensuje do postaci

PL 218 488 B1 ciekłej korzystnie wielostopniowo najkorzystniej dwustopniowo w zakresie temperatur od 550 do 800°C oraz następnie w zakresie od 400 do 550°C a otrzymany z procesu pirolizy stały produkt pirolizy odprowadza się z komory obrotowej (2) korzystnie na składowisko (20).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wsad stanowi granulat o rozdrobnieniu w zakresie od 5 do 200 mm.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stały produkt pirolizy oczyszcza się z odpadów metalowych w trakcie odprowadzenia na składowisko.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że katalizator stanowi od 0,5 do 10% ilości wagowej wsadu.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pozostały po kondensacji gaz pirolityczny po oczyszczeniu jest używany do nagrzewania komory obrotowej pirolizy (2).

6. Urządzenie do technologicznej utylizacji odpadów zwłaszcza opon, wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych a także pozostałych odpadów przemysłowych, komunalnych i biomasy mające obrotową komorę pirolizy połączoną z komorą produktów pirolizy oraz wyposażone w układ doprowadzania wsadu do komory obrotowej pirolizy, znamienne tym, że obrotowa komora pirolizy (2) osadzona jest w muflowej komorze spalania (1) z układem zasilającym (5) i układem odprowadzania spalin (8), komora produktów pirolizy (2) od góry połączona jest z układem odprowadzania gazu pirolitycznego (13) z wpiętym w ten układ schładzaczem (14) korzystnie mającym postać przeponowych wielostopniowych wymienników ciepła a w spodzie komory (3) jest zainstalowany układ odprowadzania stałego produktu pirolizy (19).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w układ odprowadzania spalin (8) muflowej komory spalania (1) wpięty jest schładzacz spalin (11).

8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że układ odprowadzania stałego produktu pirolizy (19) wyposażony jest w chwytak elektromagnetyczny (21) wychwytujący metalowe elementy zawarte w stałym produkcie pirolizy.