PL221589B1 - Przemysłowe urządzenie do przetwarzania odpadów, zwłaszcza tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przemysłowe urządzenie do przetwarzania odpadów, zwłaszcza tworzyw sztucznych na wysokoenergetyczny olej spełniający normy oleju opałowego lekkiego.

Obecnie w skali globalnej produkuje się około 5000 różnych rodzajów tworzyw sztucznych do różnych zastosowań. Są to głównie poliolefiny z których można wyodrębnić polietylen (PE) i poliprop ylen (PP) a także polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC) a ponadto poli(tereftalan etylenu)(PET) i poliuretany (PU). Wymienione wyżej polimery stanowią około 80% światowej produkcji tworzyw sztucznych. Największy udział w produkcji i zużyciu mają kraje najbardziej uprzemysłowione. Również w Polsce odnotowano w ostatnich latach znaczny wzrost produkcji tworzyw sztucznych.

Produkcja i stosowanie tworzyw sztucznych na dużą skalę skutkuje ogromną ilością odpadów, których wspólną cechą jest wysoka odporność na degradację biologiczną. Ocenia się, że odpady i zużyte produkty z tworzyw sztucznych stanowią obecnie jeden z największych problemów ekologicznych. Wielu producentów dąży do produkcji tworzyw sztucznych, szczególnie przeznaczonych do produkcji opakowań, przyjaznych dla środowiska naturalnego. Zużyte opakowania z tego typu materiałów ulegają przyśpieszonej degradacji poprzez rozdrobnienie na niewielkie płatki. Okazało się jednak, że drobiny te spływają ciekami wodnymi do mórz i oceanów gdzie, na skutek prądów morskich gromadzą się w ogromne ławice szkodliwe dla żyjącej w tych akwenach fauny. Oznacza to, że ten sposób biodegradacji tworzyw sztucznych w jakimś stopniu mija się z celem, ponieważ tylko pozornie prowadzi do zmniejszenia zanieczyszczenia naszej planety.

Najprostszym sposobem ograniczenia ilości odpadów i zużytych wyrobów z tworzyw sztucznych jest ich spalanie. Ta forma utylizacji jest jednak niekorzystna zarówno pod względem ekonomicznym jak i ekologicznym, ponieważ wymaga specjalistycznych instalacji do unieszkodliwiania i/lub eliminacji gazów powstających w procesie spalania.

Innym sposobem ograniczenia ilości odpadów i zużytych wyrobów z tworzyw sztucznych jest ich ponowne wykorzystanie w produkcji dzięki czemu, niezależnie od zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska, uzyskuje się oszczędności surowców naturalnych oraz energii do ich przetworzenia.

Jednym z perspektywicznych kierunków zagospodarowania zbędnych, odpadowych i zużytych tworzyw sztucznych jest tak zwany termiczny recykling polegający na destrukcyjnej konwersji polim erów, zawartych w przetwarzanych tworzywach, do związków małocząsteczkowych a następnie użycia ich jako surowców chemicznych lub paliw płynnych. Korzystną cechą tej metody jest brak odpadowych popiołów występujących w typowym spalaniu a jedynie koksik wytlewny, będący niskokalorycznym, wysokopopiołowym paliwem lub dodatkiem mającym zastosowanie w budownictwie.

W literaturze opisano instalacje badawcze, pilotowe i demonstracyjne do pirolizy odpadków i zużytych elementów z tworzyw sztucznych. Instalacje te są zróżnicowane w odniesieniu do s topnia ich komplikacji i poziomu nakładów inwestycyjnych.

Szczególnie konstrukcje reaktorów są skomplikowane. Występują również trudności z odbiorem, oczyszczaniem i kondensacją produktów lotnych. Problemem jest także sposób podawania s urowców oraz problemy energetyczne.

Sposoby i urządzenia stosowane w pirolizie tworzyw sztucznych można znaleźć w szeregu opisów patentowych, m.in. US4686008, US5326919, EP0947573, US5744688, GB2274908,

US5811606, US5856599, PL191650, PL193462, PL194973 oraz PL197096. Do prowadzenia procesu wykorzystuje się różne typy reaktorów. Różne są również procentowe ilości (oleje, gazy, parafiny i koksiki) otrzymywanych produktów. W wyniku prób i badań opracowane zostało urządzenie według wynalazku do krakingu termicznego w którym surowcem są wstępnie oczyszczone, podsuszone i rozdrobnione kawałki tworzyw sztucznych z grupy PP i PE wraz z ich odmianami oraz rozdrobnione odpady gumowe. Oczyszczanie z zanieczyszczeń takich jak piasek, szkło, metale czy papier oraz rozdrobnienie i suszenie surowca jest realizowane za pomocą specjalistycznych urządzeń dostępnych na rynku.

Urządzenie według wynalazku jest przedstawione w przykładzie wykonania na rysunkach na których Fig. 1 przedstawia widok ogólny instalacji bez obudowy zewnętrznej reaktora i topielnika, Fig. 2 przedstawia widok ogólny instalacji z obudową zewnętrzną, Fig. 3 przedstawia widok ogólny topielnika, Fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny zbiornika reaktora natomiast Fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny separatora.

Urządzenie według wynalazku jest instalacją technologiczną zestawioną z topielnika 10 z przyłączem rurowym i połączonego rurociągiem zaopatrzonym w dyszę dozującą 17 z reaktorem 9

PL 221 589 B1 usytuowanym na podstawie 16 na izolatorze ceramicznym 15. Zespół topielnika i reaktora ma wspólną obudowę 2 stanowiącą jednocześnie izolację termiczną. Reaktor 9 wyposażony jest w śluzę gazoszczelną 14, pochylnie 19, transporter ślimakowy 21 napędzany motoreduktorem 13 oraz elementy grzejne 20. Wylot reaktora 9 połączony jest z dwustopniowym układem chłodnic 4, 5 za pośrednictwem kolektora 3 oraz armaturą gazową 6 i separatorem 7. Chłodnice 4, 5 wyposażone są w zamknięte, wymuszone obiegi chłodzące 8.

Chłodnica II stopnia 5 podłączona jest do separatora 7 zaopatrzonego w komorę stabilizacji ciśnienia 23 oraz komorę magazynową 22.

Separator jest połączony ze zbiornikiem pośrednim 11 a następnie ze zbiornikiem głównym 12.

W urządzeniu według wynalazku istotne jest ukształtowanie syfonu topienia 18 w taki sposób aby króciec wlotowy był o 1,5 D (średnicy rury) wyżej niż jego strona wylotowa. Pozwala to na poprawną pracę instalacji i właściwą kontrolę ciśnień.

Istotny jest również kąt pochylenia ścianek pochylni 19 zbiornika reaktora wynoszący 20° ± 10% co zapewnia skuteczne grawitacyjne przemieszczenie upłynnionego surowca do komory transportera ślimakowego.

Bardzo ważnym elementem wynalazku jest miejsce usytuowania kolektora 3 wyjściowego z reaktora 9 do układu chłodzenia 4, 5. Kolektor ten, wykonany z rury stalowej, jest usytuowany w pokrywie górnej reaktora 9 w narożniku zbiornika, który znajduje się najdalej od rury wlotowej do reaktora 9 z topielnika 10. Takie usytuowanie ma bezpośredni wpływ na jakość otrzymywanego produktu ciekłego a procesy zachodzące wewnątrz reaktora są sterowalne i przewidywalne.

Przygotowany surowiec jest podawany do topielnika instalacji celem wstępnego podgrzewania powodującego jego stopienie. Surowiec osiąga w popielniku temperaturę od 150-250°C i w postaci ciekłej przekazywany jest do reaktora. W trakcie transportu temperatura wzrasta do 350°C a surowiec ze stanu ciekłego przechodzi w stan gazowy. Temperatura w reaktorze wzrasta do jej wartości nom inalnej 535°C i w tym zespole instalacji następuje właściwa reakcja krakingu termicznego. Temperatura robocza powoduje rozerwanie długich łańcuchów węglowodorowych na krótsze, które w postaci gazowej przemieszczają się do zespołu chłodnic, gdzie następuje ochłodzenie i częściowe skroplenie oparów. Ochłodzone frakcje trafiają do separatora gdzie następuje oddzielenie produktów ciekłych od frakcji gazowych. Frakcje gazowe (metan, etan, propan i butan) są przekazywane i odpompowywane do zbiornika gazu. Frakcje ciekłe są transportowane do zbiornika głównego produktu końcowego.

Instalacja a szczególnie reaktor jest okresowo czyszczona za pomocą transporterów ślimak owych napędzanych motoreduktorami. Odpad w postaci pyłu węglowego jest odprowadzony na zewnątrz reaktora za pomocą transportera taśmowego i gromadzony w zbiorniku.

Zespoły chłodzenia z wymuszonym obiegiem cieczy chłodzącej stanowią układ zamknięty.

Podstawową zaletą urządzenia według wynalazku jest jego zdolność do utylizacji odpadów tworzyw sztucznych i gumowych z zastosowaniem krakingu termicznego w wyniku czego otrzymuje się wysokoenergetyczne paliwo o właściwościach oleju opałowego lekkiego. Prawidłowa konstrukcja i dobór poszczególnych elementów oraz temperatur pracy urządzenia pozwala na uzyskanie oleju opałowego w ilości około 80% produktu końcowego, produkty gazowe stanowią około 15% a frakcje stałe (koksiki i parafiny) nie przekraczają wartości 5%. Otrzymana ilość produktów gazowych jest wystarczająca, aby zastosować je do napędu agregatów prądotwórczych a otrzymana energia elektryc zna całkowicie pokrywa jej zapotrzebowanie dla podtrzymania procesów krakingu po wstępnym rozruchu instalacji.

Urządzenie jest w pełni ekologiczne - do środowiska nie emituje szkodliwych substancji, a otrzymany produkt może być wykorzystywany w indywidualnych lub przemysłowych instalacjach grzewczych bez dodatkowych czynności uszlachetniania.

PRZEMYSŁOWE URZĄDZENIE DO PRZETWARZANIA ODPADÓW ZWŁASZCZA Z TWORZYCH SZTUCZNYCH Wykaz oznaczeń na rysunkach

Fig. 1

- przyłącze rurowe

- kolektor

- chłodnica I stopnia

- chłodnica II stopnia

- armatura gazowa

- separator

PL 221 589 B1

- zespół chłodzenia

- reaktor

- topielnik

- zbiornik pośredni

- zbiornik główny

- motoreduktory

- śluza gazoszczelna

- izolator ceramiczny

- podstawa Fig. 2

- izolacja termiczna zewnętrzna (obudowa) Fig. 3

- dysza dozująca

- syfon topielnika Fig. 4

- pochylnia zbiornika reaktora

- elementy grzejne

- transporter ślimakowy Fig. 5

- komora magazynowa

- komora stabilizacji ciśnienia

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Przemysłowe urządzenie do przetwarzania odpadów, zwłaszcza tworzyw sztucznych, wyposażone w topielnik z transporterem ślimakowym i przyłączem rurowym, izolowany ceramicznie reaktor z transporterem ślimakowym mieszająco-czyszczącym, zespół chłodnic, separator, zbiornik pośredni, zbiornik główny gazu oraz niezbędną armaturę, znamienne tym, że topielnik (10) jest wykonany w postaci prostopadłościennej skrzyni z usytuowaną wewnątrz, ukształtowaną w formie syfonu (18) rurą, przy czym różnica poziomów króćca wlotowego i usytuowanego niżej króćca wylotowego syfonu (18) topielnika (10) wynosi 1,5 średnicy króćca ± 20% natomiast koniec rury wylotowej z topielnika (10) jest zaopatrzony w dyszę dozującą (17).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że reaktor (9) wykonany jest w postaci prostopadłościennego zbiornika ze specjalnie ukształtowanym dnem złożonym z bocznych pochylni (19) których ścianki są nachylone pod kątem 20° ± 10%, pod tymi to pochylniami zainstalowane są elektryczne elementy grzejne (20) a pomiędzy nimi znajduje się komora kanału czyszczącego z zabudowanym w niej transporterem ślimakowym (21).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że separator (7) wykonany jest w postaci prostopadłościennego zbiornika zawierającego komorę stabilizacji ciśnienia (23) oraz komorę magazynową (22) produktu ciekłego przy czym separator (7) jest zaopatrzony w płaszcz wodny ułatwiający utrzymanie stałej temperatury wewnątrz komór.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że kolektor (3) wyjściowy z reaktora (9) do układu chłodzenia (4, 5), wykonany z rury stalowej jest usytuowany w pokrywie górnej reaktora (9) w narożniku zbiornika, który znajduje się najdalej od rury wlotowej do reaktora (9) z topielnika (10).