PL229172B1 - Sposób rozkładu termicznego odpadów elastomerowych, zwłaszcza opon, oraz instalacja do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozkładu termicznego odpadów wykonanych z 10 elastomerów, w tym poużytkowych i poprodukcyjnych odpadów gumowych i kauczukowych. Ponadto przedmiotem wynalazku jest reaktor oraz instalacja do rozkładu termicznego takich odpadów niebezpiecznych jak zużyte opony.

Z opisu patentowego nr CA2194505 znany jest układ instalacji do procesu pirolizy zawierający poziomy obrotowy bęben (reaktor) obracający się w osłonie termoizolacyjnej. Poprzez wylot bębna wprowadzona jest do jego wnętrza stacjonarna (tj. nieobracająca się) rura służąca do odbioru gazów i par z procesu pirolizy, osadzona na stałe poza bębnem. Rura zawiera także zespół filtrów oddzielający części stałe od fazy gazowej.

Osłona termoizolacyjna przedstawiona w przykładzie wykonania (str. 12 wiersz 25) jest zbudowana z paneli ceramicznych zabudowanych w cylindrycznym stalowym płaszczu. Osłona ma na dole szczelinę biegnącą wzdłuż osi obrotu bębna, w której to szczelinie znajdują się dysze palnika gazowego, służące do opalania bębna.

Z opisu patentowego EP0853114 znany jest proces wsadowy pirolizy stosowany do recyklingu węglowodorów zawierających zużyty materiał, który to proces zawiera następujące etapy (str. 2 wiersz 11 i dalsze):

- załadowanie zużytego materiału do obrotowego reaktora, zamknięcie reaktora i usunięcie tlenu z reaktora,

- obroty reaktora wokół osi z jednoczesnym ogrzewaniem go od zewnątrz aż do zainicjowania w jego wnętrzu reakcji egzotermicznej,

- regulowanie ciśnienia we wnętrzu reaktora w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do nadciśnienia po zainicjowaniu i podczas zachodzenia reakcji egzotermicznej, aby zapobiec reakcjom krakingu wtórnego,

- kontynuowanie obrotów reaktora i ogrzewania z jednoczesnym odprowadzaniem z reaktora możliwych do skroplenia par węglowodorów i gazowych węglowodorów wytworzonych we wspomnianej reakcji egzotermicznej,

- skraplanie wspomnianych par do postaci oleju i oddzielne zbieranie gazowych węglowodorów,

- wyładowanie z reaktora wszystkich pozostałości stałych.

Parametrami kontroli procesu są (str. 7 wiersz 1-11): ciśnienie, temperatura, zawartość tlenu, dwutlenku węgla i całkowita zawartość węglowodorów. Dane z czujników pomiarowych tych parametrów są przekazywane do centralnego komputera sterującego pracą instalacji pirolizy.

Zastosowanie ceramicznej izolacji termicznej skutkuje znacznym ciężarem całej instalacji, co z kolei wymaga odpowiednio grubego i mocnego fundamentu. Ponadto izolacja ceramiczna ochładza się dość wolno, co może wymagać długiego czasu zanim można będzie rozpocząć rozładunek reaktora.

Zatem istnieje potrzeba opracowania prostego, bezpiecznego i skutecznego urządzenia pracującego w trybie okresowym (wsadowym) dającego się łatwo dostosować do przerabiania różnego rodzaju odpadów w sposób skuteczny i bardziej ekonomiczny (o większej sprawności).

ISTOTA WYNALAZKU

Będący przedmiotem wynalazku sposób rozkładu termicznego bez dostępu powietrza odpadów elastomerowych, zwłaszcza opon, z odprowadzaniem gazów poprocesowych z rozkładu termicznego do układu separacji produktów frakcji gazowej i ciekłej, charakteryzuje się tym, że rozkład termiczny prowadzi się w ogrzewanym przeponowo reaktorze o poziomej osi obrotu z ruchomym złożem w temperaturze 320-400°C i pod ciśnieniem w zakresie między ciśnieniem atmosferycznym a nadciśnieniem do 0,5 bar, przy czym do reaktora przy załadunku odpadów dodaje się najcięższą frakcję ciekłą z układu separacji produktów w ilości ok. 0,2-0,5% masy odpadów oraz taką samą ilość wody.

Korzystnie w reaktorze utrzymuje się atmosferę beztlenową poprzez szczelne zamknięcie i/lub za pomocą azotu.

Korzystnie pod koniec procesu rozkładu termicznego, gdy we wzierniku reaktora nie widać już przepływającej frakcji ciekłej, podwyższa się temperaturę do 420-480°C aby usunąć pozostałe węglowodory z porów karbonizatu w celu uzyskania oczekiwanej jakości. Dzięki temu uzyskuje się karbonizat o pożądanej, wyższej jakości i łatwiejszy do zagospodarowania.

PL 229 172 B1

Produktami reakcji rozkładu termicznego elastomerów są: olej lekki i ciężki (frakcja ciekła), gazy poprocesowe (frakcja lotna) oraz karbonizat, pozostałości metalowe (frakcja stała). W przypadku opon dodatkowo otrzymuje się drut (kord stalowy) ze znajdującego się w oponach zbrojenia.

W przypadku zagospodarowania odpadów opon z pojazdów samochodowych i innych, z reguły otrzymuje się poprzez przeprowadzenie procesu rozkładu termicznego, w zależności od rodzajów zastosowanych opon: około 20:40% karbonizatu, 35:60% oleju poprocesowego oraz 5:20% frakcji gazowej i 10-15% pozostałości metalicznych. Produkty gazowe i olejowe wykorzystuje się jako paliwo w procesie rozkładu termicznego, a ich nadmiar magazynuje się. Wszystkie produkty nadają się do wykorzystania w przemyśle chemicznym, metalurgicznym, motoryzacyjnym itd.

Nieoczekiwanie okazało się, że dodanie do procesu niewielkiej ilości jednego z jego produktów, tj. najcięższej frakcji olejowej z etapu separacji produktów, znacząco ułatwia zapoczątkowanie reakcji rozkładu termicznego i obniża jego temperaturę.

Przedmiotem wynalazku jest także instalacja do termicznego rozkładu odpadów elastomerowych, zawierająca następujące urządzenia i układy:

- obrotowy stalowy reaktor w kształcie walca o poziomej osi obrotu osadzony na łożyskach odpornych na wysoką temperaturę, całkowicie zabudowany w izolowanym termicznie wełną mineralną ognioodporną stalowym płaszczu, w którego dolnej części pod reaktorem znajduje się komora z zespołem palników ogrzewających reaktor; na jednym końcu reaktor ma uszczelnione okno wsadowe służące do załadunku surowca, a na drugim końcu znajduje się przewód rurowy wylotowy odprowadzający wytworzone w procesie pary, połączony poprzez połączenie przegubowe i uszczelnienie mechaniczne a następnie elastyczny kompensator rurowy z separatorem produktów frakcji ciekłej i gazowej;

- separator produktów zaopatrzony w przewód rurowy z zaworem, którego wylot jest skierowany pionowo do atmosfery. Zadaniem separatora jest rozdzielenie strumienia par wypływającego z reaktora na fazę gazową (gaz poprocesowy), ciężki olej opałowy i lekką frakcję olejową, oraz, dla bezpieczeństwa prowadzenia procesu, wypuszczanie do atmosfery nadmiaru pary wodnej niezbędnej w początkowej fazie do usunięcia tlenu z instalacji.

Korzystnie reaktor zawiera w swoim wnętrzu, na walcowej powierzchni wewnętrznej, kołnierz śrubowy (spiralny pas zgarniający/przesuwający) służący do przesypywania złoża oraz do uformowania tzw. warkocza splecionego drutu stalowego podczas obrotów reaktora i rozdrobnienia karbonizatu.

Korzystnie urządzenie wg wynalazku zawiera dodatkowo następujące układy i urządzenia:

- układ skraplania frakcji olejowych złożony z 2-6, korzystnie 4, ukośnie ustawionych wymienników ciepła, połączonych ze sobą szeregowo pojedynczo lub szeregowo parami, zaopatrzonych w wężownice z cieczą chłodzącą, mający za zadanie skroplenie frakcji ciekłej (olej);

- układ płuczek (skruberów) do oczyszczania pozyskiwanego gazu poprocesowego za pomocą wody i/lub oleju z cząstek stałych i innych zanieczyszczeń takich jak tlenki, siarki, tlenki azotu, oraz pozostałości ciekłych. Celem stosowania tego układu jest ochrona palników reaktora przez niepożądanymi zanieczyszczeniami, które mogłyby przedostać się z olejem używanym jako paliwo. Układ płuczek posiada własny układ chłodzenia, podnoszący ich wydajność;

- układ bezpiecznego spalania nadmiernej ilości gazu w tzw. pochodni, służący do spalenia namiaru wytworzonego gazu, nie zużytego w procesie podgrzewania reaktora. Sytuacja taka występuje bardzo rzadko, gdyż zazwyczaj cała ilość uzyskanego gazu ulega zużyciu;

- zbiorniki na uzyskany olej, wyposażone w zawory przesyłowe poprzez które można połączyć zbiorniki z zewnętrznymi odbiornikami;

- centralny układ sterowania, sterujący procesem w zależności od potrzeb i zamówionego oprogramowania w trybie automatycznym, półautomatycznym lub zbliżonym do sterowania ręcznego; oprogramowanie może zawierać pełną opcję zautomatyzowania procesu;

- automatyczny układ odbierania karbonizatu, zawierający przemysłowy tzw. odkurzacz służący do jego zasysania i przesyłania połączony z workami typu big-bag;

- korzystnie, filtry wstępnego i końcowego oczyszczania gazu w postaci cylindrycznych zbiorników połączonych z niskociśnieniowym zbiornikiem gazu. Filtry są wyposażone w pyłowe i siatkowe elementy filtrujące. Wypełnieniem filtrującym jest węgiel aktywny.

Instalacja wg wynalazku może przetwarzać zarówno odpady opon samochodowych jak i inne odpady węglowodorowych tworzyw sztucznych (PA, PP, PET, PE, PUR itp.).

Sposób wg wynalazku jest przedstawiony poniżej w przykładzie wykonania.

PL 229 172 B1

P r z y k ł a d 1

Załadowano do reaktora 8 Mg pociętych opon, dodano 20 kg oleju z dna separatora, zamknięto szczelnie reaktor, uruchomiono obroty reaktora i włączono palniki. Monitorowano stężenie gazu poprocesowego w strumieniu przechodzącym przez znajdującą się na separatorze rurę z otwartym zaworem odcinającym. Gdy zawartość gazu przekroczyła 3% zamknięto zawór i rozpoczęto odbieranie produktów rozkładu termicznego. Po osiągnięciu temperatury w reaktorze 360°C utrzymywano tę temperaturę automatycznie, sprawdzając w regularnych odstępach czasu przez szkło wzierne w reaktorze czy przepływ frakcji ciekłej jest jeszcze widoczny. Gdy przez szkło wzierne nie było już widać przepływu cieczy, zwiększono temperaturę w reaktorze do 480°C i utrzymywano ją przez 3 godziny, po czym schłodzono reaktor za pomocą dmuchawy do temperatury 40°C i przystąpiono do opróżniania reaktora ze stałych produktów reakcji tj. wyjmowania kordu stalowego i karbonizatu.

Bilans procesu:

1. Wsad:

2. Uzyskany olej procentowo:

3. Uzyskany gaz objętościowo:

4. Karbonizaty wagowo:

5. Karbonizaty objętościowo:

6. Drut (kord stalowy) wagowo:

7. Drut (kord stalowy) objętościowo:

Mg (pokrojone opony)

50+ % wsadu (na podstawie ustalonych para 170+ m³ (spalony podczas procesu rozkładu termicznego - wg licznika)

400+ m³ (magazynowany - wg licznika)

2,8 Mg 35% wsadu 0,8 Mg 10% wsadu

Urządzenie wg wynalazku jest przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok z boku instalacji do termicznego rozkładu opon samochodowych z uwidocznionym wnętrzem reaktora w przekroju wzdłużnym, Fig. 2 przedstawia widok tej instalacji z góry, a Fig. 3 przedstawia widok zespołu reaktora i separatora.

P r z y k ł a d 2

Reaktor 1 jest zabudowany całkowicie w płaszczu stalowym 2, który w swej dolnej części posiada komorę spalania 3 w której zamontowane są wyloty palników 4, 5, 6. Na górze płaszcza 2 znajduje się układ oczyszczania spalin 24 zawierający komin 25. Reaktor 1 ma kształt poziomego walca, jest osadzony w płaszczu 2 na jego końcach w układzie łożysk 7. W jednym końcu reaktora znajduje się okno wsadowe 8 służące do załadunku surowca i wyładunku produktów stałych (karbonizat i drut stalowy), a w drugim końcu znajduje się rura wylotowa 9 reaktora przechodząca przez współosiowo ułożony otwór w płaszczu 2. Na walcowej powierzchni wewnętrznej reaktora znajduje się kołnierz śrubowy 26 służący do przesypywania złoża oraz do uformowania „warkocza” drutu stalowego podczas obrotów reaktora. Koniec rury wylotowej 9 jest połączony poprzez połączenie przegubowe 10 i uszczelnienie mechaniczne 11, które poprzez kompensator rurowy 12 jest połączone z separatorem 13 oddzielającym produkty frakcji ciekłej od gazowej. Separator 13 zawiera rurę 14 odprowadzającą wilgoć do atmosfery, zaopatrzoną w zawór. Wylot z separatora jest połączony z sekcją skraplaczy produktów płynnych zawierającą cztery ukośnie ustawione wymienniki ciepła 15. Sekcja skraplaczy jest połączona z układem płuczek wodnych 16, 17, 18 posiadającym własny układ chłodzenia. Płuczki 16, 17 i 18 oczyszczają gazowe produkty palne z cząstek stałych, tlenków siarki, tlenków azotu oraz pozostałości ciekłych. Układ chłodzenia płuczek jest zasilany wodą w obiegu zamkniętym, jego funkcją jest zabezpieczenie i podnoszenie wydajności płuczek. Produkty gazowe są magazynowane w zbiorniku gazu 20, a ciekłe w zbiornikach olejów 21 i 22. Instalacja zawiera także zbiornik wody technologicznej 23.

Claims (8)

1. Sposób rozkładu termicznego bez dostępu powietrza odpadów elastomerowych, zwłaszcza opon, z odprowadzaniem gazów poprocesowych z rozkładu termicznego do układu separacji produktów gazowych i ciekłych, znamienny tym, że rozkład termiczny prowadzi się w ogrzewanym przeponowo reaktorze o poziomej osi obrotu z ruchomym złożem w temperaturze 320-400°C i pod ciśnieniem w zakresie między ciśnieniem atmosferycznym a nadciśnieniem do 0,5 bar, przy czym do reaktora przy załadunku odpadów dodaje się najcięższą

PL 229 172 B1 (odpadową) frakcję ciekłą z etapu separacji produktów w ilości 0,2-0,5% masy odpadów oraz taką samą ilość wody.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w reaktorze utrzymuje się atmosferę beztlenową poprzez szczelne zamknięcie i/lub za pomocą azotu.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pod koniec procesu rozkładu termicznego, gdy we wzierniku reaktora nie widać już przepływającej frakcji ciekłej, podwyższa się temperaturę do 420-480°C aby usunąć pozostałe węglowodory z porów karbonizatu w celu uzyskania oczekiwanej jakości.

4. Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów elastomerowych, zwłaszcza opon samochodowych, znamienne tym, że zawiera obrotowy stalowy reaktor (1) w kształcie walca o poziomej osi obrotu osadzony na łożyskach odpornych na wysoką temperaturę, całkowicie zabudowany w izolowanym termicznie wełną mineralną ognioodporną stalowym płaszczu (2), w którego dolnej części pod reaktorem (1) znajduje się komora grzewcza (3) z zespołem palników (4, 5, 6) ogrzewających reaktor, przy czym na jednym końcu reaktor (1) posiada uszczelnione okno wsadowe (8) służące do załadunku surowca, a na drugim końcu znajduje się przewód rurowy wylotowy (9) sprzęgnięty poprzez połączenie przegubowe (10) oraz uszczelnienie mechaniczne (11) a następnie elastyczny kompensator rurowy (12) z separatorem produktów (13) zaopatrzonym w przewód rurowy (14) z wylotem do atmosfery, zaopatrzony w zawór.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że reaktor zawiera w swoim wnętrzu, na walcowej powierzchni wewnętrznej, kołnierz śrubowy (26) (spiralny pas zgarniający/przemieszczający wsad).

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zawiera połączony z separatorem produktów (13) układ skraplania frakcji olejowych złożony z 2-6, korzystnie 4, ukośnie ustawionych wymienników ciepła (15), połączonych ze sobą szeregowo pojedynczo lub szeregowo parami, zaopatrzonych w wężownice z cieczą chłodzącą.

7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5 albo 6, znamienne tym, że zawiera układ płuczek (skruberów) (16, 17, 18) do oczyszczania pozyskiwanego gazu poprocesowego, posiadający własny układ chłodzenia.

8. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zawiera następujące układy i urządzenia:

- układ bezpiecznego spalania nadmiaru wytworzonego gazu;

- zbiorniki oleju (21, 22) i zbiornik gazu (20), wyposażone w zawory przesyłowe umożliwiające połączenie zbiorników z zewnętrznymi odbiornikami;

- zbiornik wody technologicznej (23);

- centralny układ sterowania, sterujący procesem w trybie automatycznym, półautomatycznym lub zbliżonym do sterowania ręcznego;

- automatyczny układ odbierania karbonizatu, zawierający przemysłowy tzw. odkurzacz służący do zasysania karbonizatu połączony z workami typu big-bag;

- filtry wstępnego i końcowego oczyszczania gazu w postaci cylindrycznych zbiorników połączonych z niskociśnieniowym zbiornikiem gazu, wyposażone w pyłowe i siatkowe elementy filtrujące, przy czym wypełnieniem filtrującym jest węgiel aktywny.