PL356505A1 - Sposób i urządzenie do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin - Google Patents

Description

Sposób i urządzenie do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin

Przedmiotem wynalazków jest sposób i urządzenie do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin, znajdujący zastosowanie zwłaszcza do utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych.

Znanymi ze stosowania sposobami otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin jest metoda termiczna, zwana pirolizą i metoda termiczno-katalityczna, pozwalająca na depoli-meryzację w niższych temperaturach.

Piroliza wymaga wysokich temperatur, powyżej 500 °C, w izolacji od powietrza. W takich warunkach wytwarzają się znaczne ilości gazów i koksu. Koks wraz z zanieczyszczeniami surowca, a w metodzie termiczno-katalitycznej także z katalizatorem, odkłada się w dużych ilościach na dnie i na ścianach reaktora, na mieszadle i innych elementach wewnątrz reaktora, jako twarda masa. Katalizator zostaje zatem szybko pokryty zanieczyszczeniami i tym samym zneutralizowany. W wyniku tego proces produkcyjny musi być często przerywany, a reaktor wychłodzony i oczyszczony. Odbywa się to w bardzo niesprzyjających warun- kach dla robotników z obsługi, przy niskiej zarazem opłacalności procesu.

Depolimeryzacja olefin w procesie pirolityczno-katalitycznym, dokonywana jest w reaktorze chemicznym, do którego olefiny dostarczane są w stanie stałym lub roztopionym, w urządzeniach podobnych do wtryskarek. Sposób ten jednak jest bardzo energochłonny, a co za tym idzie nieekonomiczny. W przypadku, gdy poliolefiny dostarczane są do reaktora w stanie stałym i tam roztapiane i poddawane depolimeryzacji, sam ich załadunek sprawia duże trudności, gdyż wymaga otwierania reaktora, co powoduje wydobywanie się z niego znacznej ilości par i gazów oraz stwarza niebezpieczeństwo zapalenia się ich. W znanych procesach pirolizy, gdzie energii cieplnej dostarczają gazy rozgrzane do temperatury około 1000 °C, ogrzewające dno reaktora i przemieszczające się systemem rur wewnątrz niego, następuje bezpośredni kontakt roztopionych poliolefin z rozgrzanymi obiektami, co powoduje wyżej wymienione skutki. Zastosowanie katalizatora wprawdzie przyśpiesza reakcję chemiczną, ale tylko na początku procesu, ze względu na wytwarzający się koks. Z ogłoszonego polskiego zgłoszenia nr 110426 wzoru użytkowego znany jest reaktor chemiczny przeznaczony do termodegradacji tworzyw sztucznych. Jest on wyposażony w cylindryczną retortę, ograniczoną od góry płaskim, a od dołu wypukłym dnem sitowym. Wewnątrz retorty, pomiędzy tymi dnami, umieszczone są wiązki rur, rozłożone symetrycznie na współosiowych okręgach. W górnej części, na zewnątrz płaszcza retorty, umieszczony jest pierścień wsporczy, na którym retorta podparta jest na konstrukcji wsporczej. Pierścień ten ma otwory dla przepływu spalin. Pomiędzy konstrukcją wsporczą a płaszczem retorty umieszczony jest płaszcz zewnętrzny reaktora. Całość posadowiona jest na obudowie komory paleniskowej. Na środku górnego dna sitowego umieszczona jest komora oparów, z zamocowanym elektrycznym napędem mieszadła. W komorze oparów usytuowane są króciec zasypowy i króciec odprowadzający opary. Nad górnym dnem sitowym umiejscowiona jest komora spalin, z której spaliny są odprowadzane kanałami do kominów. W dolnej części retorty znajduje się właz rewizyjny, umożliwiający czyszczenie retorty z osadów. Z polskiego opisu patentowego nr 182689 znane są sposobi urządzenie do termicznej przeróbki polimerów węglowodorowych, zwłaszcza odpadów, w paliwo ciekłe takie jak olej opałowy i podobne. Sposób realizowany jest z zastosowaniem katalizatorów, w laminamym reaktorze ciągłego działania w postaci zbiornika, na dnie którego umieszczone jest reakcyjne złoże nieorganiczne o rozwiniętej powierzchni właściwej, domieszkowane pierwiastkami i/lub związkami pierwiastków, takimi jak Al, Si, Cr, Fe, Ca, Co, Ni, Mg i podgrzewa do temperatury 280 - 440 °C, za pomocą elementu grzewczego. Następnie dawkuje się surowiec, stanowiący poliolefiny w postaci ciekłej, poprzez przewód wlotowy, utrzymując stałą temperaturę procesu dla określonej szybkości podawania surowca. Poprzez wylot odprowadza się produkt przeróbki polimerów węglowodorowych do chłodnicy, w celu kondensacji i schłodzenia produktu.

Wynalazek dotyczy sposobu otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin, w podwyższonej temperaturze, z użyciem katalizatora, przy mieszaniu, z zastosowaniem destylacji do końcowego rozdziału frakcji.

Istota wynalazku polega na tym, że surowiec w postaci stałej roztapia się w odrębnej przestrzeni w temperaturze 180 - 250 °C i przelewa do przestrzeni reakcyjnej, doprowadzając również do niej wydzielone pary i prowadzi się depolimeryzację w temperaturze 250 - 300 °C, po czym powstałe pary węglowodorów schładza się i skrapla oraz poddaje destylacji w dodatkowej przestrzeni na benzyny i oleje. Przestrzenie stapiania, depolimeryzacji i destylacji podgrzewa się od dołu w wymuszonym obiegu spalinami z odrębnego źródła, które się zawraca do zamkniętej przestrzeni mieszania i reguluje ich temperaturę oraz ciśnienie.

Korzystne jest, gdy pary węglowodorów przed schłodzeniem poddaje się uzupełniającej depolimeryzacji nieprzereagowanych polimerów, w osobnej przestrzeni, w obecności katalizatora, w temperaturze do 300 °C.

Korzystne jest także, gdy przestrzenie stapiania, depolimeryzacji i destylacji ogrzewa się wokół ich bocznej powierzchni, regulując temperaturę ich wnętrza.

Wynalazek dotyczy także urządzenia do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin, w którym reakcję prowadzi się w zamkniętej przestrzeni ogrzewanej od spodu.

Istota wynalazku polega na tym, że urządzenie ma co najmniej trzy kotły, topielnik do roztapiania surowca, depolimryzator to jest kocioł reakcji głównej i destylator to jest kocioł końcowej obróbki produktu, a każdy z nich zbudowany jest z podwójnych ścian bocznych i ma u dołu uszczelnioną wymienną szufladę, usytuowaną na dolnej grzewczej komorze, zasilanej w wymuszonym obiegu czynnikiem grzewczym z osobnej instalacji. Składa się ona z palnika, połączonego rurą z mieszalnikiem, którego wyłoi dołączony jest do wlotu rurociągu, mającego doprowadzające i odprowadzające odgałęzienia zainstalowane w dolnych grzewczych komorach oraz wylot doprowadzony do rozgałęzienia, z którego dochodzi do mieszalnika rura zwrotna, zaś rura wylotowa skierowana jest na zewnątrz, a w dnie mieszalnika jest zawór bezpieczeństwa. Topielnik połączony jest z depolimeryzato- rem mrą odprowadzającą pary węglowodorów i rurą spustową Depoli-meryzator połączony jest z chłodnicą, której mra spustowa doprowadzona jest do destylatom, mającego dwie odprowadzające rury dla par węglowodorów, przyłączone do odrębnych chłodnic i destylatorów.

Korzystne jest, gdy depolimeryzator połączony jest z chłodnicą poprzez uzupełniający depolimeryzator nieprzereagowanych polimerów.

Korzystne jest także, gdy pomiędzy podwójnymi ścianami każdego kotła znajduje się boczna komora grzewcza, w której zainstalowane są elektryczne grzałki, a także gdy dolna komora grzewcza każdego kotła utworzona jest z zespołu współśrodkowo ze sobą usytuowanych kolistych kanałów, połączonych poprzez doprowadzające i odprowadzające odgałęzienia z rurociągiem i jest otoczona na obwodzie podkowia-stym kanałem, natomiast pomiędzy dnem a pokrywą komory wmontowane są przelotowe rury na dociskowe śruby, rozmieszczone w jej zewnętrznym kolistym kanale oraz w jej części centralnej.

Korzystne jest, jeżeli wymienna szuflada, ma dno oparte na prowadząych rolkach, zaś na obwodzie ma zewnętrzną obręcz oraz wewnętrzną obręcz i między nimi dociskową obręcz, z wgłębieniem na uszczelkę, a do zewnętrznej obręczy przytwierdzony jest zaczep.

Korzystne jest, gdy w pokrywie wszystkich kotłów zainstalowane są mieszadła, w topielniku umieszczona jest komora zasypowa i rura odpowietrzająca, w depolimeryzatorze i destylatorze jest właz i zasypowa rura katalizatora, a w bocznej ścianie destylatora znajduje się rura spustowa skroplin.

Dla skutecznego wymuszenia obiegu spalin korzystne jest, jeżeli w zwrotnej rurze znajduje się wentylator, a także jeżeli zwrotna rura ma bocznik doprowadzony do rury wylotowej. 6

Ze względu na sprawność procesu i sterowania obiegiem spalin korzystne jest, gdy w instalacji przepływu spalin, w rurach doprowadzających i odprowadzających oraz spustowych zamontowane są zawory sterujące.

Sposobem według wynalazku można przerabiać poliolefiny, zwłaszcza pochodzące z odpadów przemysłowych i komunalnych, odzyskując surowce w postaci benzyn, olejów napędowych i opałowych, a także parafin, w energooszczędnym procesie, w warunkach sprzyjających procesowi termiczno-katalitycznemu, w stosunkowo niskich temperaturach i niskim ciśnieniu, w porównaniu do pirolizy.

Przebieg procesu w kilku połączonych i współdziałających ze sobą przestrzeniach, o zróżnicowanej regulowanej temperaturze i ciśnieniu, w wymuszonym zamkniętym obiegu czynnika grzewczego, z zawracaniem go z powrotem do procesu i wykorzystaniem do wszystkich cząstkowych reakcji chemicznych i fizycznych, zapewnia że zużycie energii jest kilkakrotnie niższe, w porównaniu do znanych sposobów depolimeryzacji opartych na pirolizie lub metodzie pirolityczno-katalitycznej.

Urządzenie zgodne z wynalazkiem, dzięki ogrzewaniu kotłów od dołu i dodatkowo po obwodzie, zapewnia możliwość doboru temperatur, stosownie do realizowanego cząstkowego procesu i ich stabilność, co jest wspomagane także dzięki wprowadzaniu czynnika grzewczego poprzez koliste przegrody. Zastosowanie uzupełniającego depolimeryza-tora zapewnia pełne przereagowanie surowców, zaś posadowienie kotłów na dolnych komorach grzewczych w oparciu o wymienne szuflady, pozwala na zbieranie w nich zanieczyszczeń i bieżące usuwanie ich, bez konieczności przerywania procesu i wychładzania kotłów, co było nieodzowne w znanych urządzeniach zanieczyszczanych koksem, w których ponadto dezaktywował się katalizator i wymagał stałego uzupełniania.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie urządzenie w widoku z boku, fig. 2 przedstawia układ kolistych kanałów dolnej komory grzewczej, fig.3 pokazuje wymienną szufladę w półwido-ku z boku i półprzekroju osiowym, a fig. 4 w widoku z góry.

Przykład I. Urządzenie zgodne z wynalazkiem ma trzy kotły, topiel-nik i do roztapiania surowca, depolimeryzator 2, w którym prowadzi się reakcję główną i destylator 3* w którym odbywa się końcowa obróbka produktu. Wszystkie kotły 1,2, 3 są wyposażone w mieszadła 4, z elektrycznym napędem zainstalowanym w pokrywie i mają u dołu uszczelnione wymienne szuflady 5, z których każda jest usytuowana na dolnej grzewczej komorze 6, zasilanej czynnikiem grzewczym w postaci spalin S, Każdy kocioł I, 2, 3, zbudowany jest z podwójnych ścian bocznych, pomiędzy którymi znajduje się grzewcza boczna komora 7, w której zainstalowane są elektryczne grzałki 8. Topielnik i jest wyposażony w zasypową komorę 9, zamykaną zasuwą oraz odpowietrzającą rurę K), zamontowaną w pokrywie. W bocznej ścianie topielnika 1 zamontowana są spustowe rury H, umieszczone na różnych poziomach, z wylotem umieszczonym w depolimeryzatorze 2 , który jest ponadto połączony rurą 12 odprowadzającą pary węglowodorów, osadzoną wylotem w pokrywie topielnika .1, a wlotem w pokrywie depolimeryzatora 2. Depolimeryzator 2 ma w pokrywie właz L3 oraz zasypową mrę 14, do wsypywania katalizatora, a także wlotową rurę uzupełniającego depolimeryzatora 15. rurowego, którego wylotowa rura usytuowana jest w chłodnicy 16... Chłodnica j6 połączona jest spustową rurą 17 z destyla-torem 3, w pokrywie którego zainstalowany jest właz 13, zasypowa rura 14 oraz dwie odprowadzające rury 18 par węglowodorów, odprowadzających je do odrębnych chłodnic C i destylatorów D. W bocznej ścianie destylatora 3 zamontowana jest spustowa rura 19 skroplin, którymi są parafiny i oleje ciężkie. Topielnik I, depolimeryzator 2 i destylator 3 przyłączone są do instalacji przepływu spalin w zamkniętym obiegu i regulacji ich temperatury. Instalacja składa się z palnika 20, połączonego rurą z mieszalnikiem 21 spalin, którego wylot połączony jest z wlotem rurociągu 22, mającym doprowadzające odgałęzienia 23 zainstalowane w dolnych grzewczych komorach 6, w ich części centralnej i odprowadzające odgałęzienia 24 zainstalowane z boku tych komór 6. Wylot rurociągu 22. doprowadzony jest do rozgałęzienia, z którego zwrotna rura 25 dochodzi do mieszalnika 21, a wylotowa rura 26 skierowana jest na zewnątrz do komina, przy czym zwrotna rura 25 ma bocznik 27. W dnie mieszalnika 21 zainstalowany jest zawór bezpieczeństwa 28, a w zwrotnej rurze 25 ulokowany jest wentylator 29. Grzewcza dolna komora 6 każdego kotła I, 2, 3, utworzona jest z zespołu współśrodkowo ze sobą usytuowanych kolistych kanałów 30, z wlotem centralnym i wylotem na obwodzie i jest otoczona podkowiastym kanałem 31· Między dnem a pokrywą dolnej komory 6 wmontowane są przelotowe rury 32, stanowiące prowadnice dociskowych śrub do szuflad 5, W zewnętrznym kolistym kanale 30_ przelotowe rury 32_ rozmieszczone są obwodowo. Dodatkowe przelotowe rury 33 usytuowane są w obrębie centralnego wlotu komory 6. Wymienna szuflada 5 umieszczona jest we wgłębieniu dolnej grzewczej komory 6, a jej dno M jest oparte na prowadzących rolkach 35. Szuflada 5 ma na obwodzie zewnętrzną obręcz 36 oraz wewnętrzną obręcz 37 i między nimi dociskową obręcz 38, z wgłębieniem na uszczelkę. Do zewnętrznej obręczy 36 przytwierdzony jest zaczep 39. W instalacji przepływu spalin S oraz w rurach doprowadzających i odprowadzających oraz spustowych zamontowane są zawory sterujące,

Przykład II. Sposób według wynalazku realizowany jest w urządzeniu według przykładu I następująco. Posegregowany surowiec wprowadza się w przenośnych pojemnikach metalowych wielokrotnego użycia przez zasypową komorę 9 do topielnika i, w którym wytwarzana jest temperatura do 250°C i miesza mieszadłem 4^ Roztopione poliolefiny przelewa się spustową rurą U do depolimeryzatora 2, w którym utrzymuje się temperaturę do 300 °C, w obecności katalizatora w postaci gli-nokrzemianów - sit molekularnych, dozowanego poprzez zasypową rurę 14» przy ciągłym mieszaniu mieszadłem 4. W tych warunkach zachodzi ciągła depolimeryzacja, czyli rozpad poliolefin pod wpływem temperatury i katalizatora w pary węglowodorów, które doprowadza się do uzupełniającego rurowego reaktora 15, gdzie w kontakcie z katalizatorem, w temperaturze do 300 °C, dokonuje się kraking nieprzereagowa-nych węglowodorów. Mieszaninę par doprowadza się do chłodnicy 16 , gdzie podlegają skropleniu. Skropliny doprowadza się spustową rurą 17 do destylatora 3, gdzie poddaje się je końcowej obróbce, przy ciągłym mieszaniu, rozdzielając frakcje najpierw benzynowe, a następnie olejowe znaną metodą destylacji kotłowej. Frakcje w postaci par kieruje się odprowadzającymi rurami 18 do chłodnic C, w celu skroplenia i poddaje ponownej destylacji w destylatorach D, poczym otrzymane produkty wlewa się do zbiorników magazynowych. Skropliny parafin i olejów ciężkich odprowadza się spustową rurą 19. Gromadzą się one także w szufladach 5, z których są odbierane po wyjęciu szuflady spod kotła 3. Czyszczenie szuflad 5 prowadzi się praktycznie bez przerywania procesu i wychładzania kotłów 1, 2, 3, w kolejnych cyklach. Palnik 20, stanowiący źródło energii cieplnej, dostarcza spalin S do mieszał- 10 nika, do którego zawraca się spaliny odprowadzane z kotłów 1,2,3. Regulację temperatury spalin uzyskuje się w systemie sterowania zaworami rozmieszczonych w rurociągu 22, zwrotnej rurze 25 i boczniku 27 oraz w odgałęzieniach 23 i 24. Gorące spaliny przemieszczają się równomiernie kolistymi kanałami 30, wpływając od środka i wypływając obwodowo. Elektryczne grzałki 8, w bocznych grzewczych komorach 7, są źródłem energii cieplnej dodatkowej, do dokładnej regulacji przez system sterowania zakresami temperatur w poszczególnych kotłach I, 2, 3. Obieg spalin wymusza wentylator 29, systemem zaworów reguluje się ciśnienie spalin oraz rozdział ich do poszczególnych kotłów I, 2, 3.

Claims (14)

1. 356505 Zastrzeżenia patentowe 1) Sposób otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depoli-meryzacji poliolefin, w podwyższonej temperaturze, z użyciem katalizatora, przy mieszaniu, z zastosowaniem destylacji do końcowego rozdziału frakcji, znamienny tym, że surowiec w postaci stałej roztapia się w odrębnej przestrzeni w temperaturze 180 - 250°C, przelewa do przestrzeni reakcyjnej, doprowadzając również do niej wydzielane pary i prowadzi się depolimeryzację w temperaturze 250 - 300 °C, po czym powstałe pary węglowodorów schładza się i skrapla oraz poddaje destylacji w dodatkowej przestrzeni na benzyny i oleje, przy czym przestrzenie stapiania, depolimeryzacji i destylacji podgrzewa się od dołu, w wymuszonym obiegu, spalinami z odrębnego źródła, które się zawraca do zamkniętej przestrzeni mieszania i reguluje ich temperaturę oraz ciśnienie
2. 2) Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pary węglowodorów przed schłodzeniem poddaje się uzupełniającej depolimeryzacji nie-przereagowanych polimerów, w osobnej przestrzeni w obecności katalizatora, w temperaturze do 300 °C.
3. 3) Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzenie stapiania, depolimeryzacji i destylacji ogrzewa się wokół ich bocznej powierzchni, regulując temperaturę ich wnętrza.
4. 4) Urządzenie do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefm, w którym reakcję prowadzi się w zamkniętej przestrzeni ogrzewanej od spodu, znamienne tym, że ma co najmniej trzy kotły, topielnik (i) do roztapiania surowca, depolimery-zator (2) to jest kocioł reakcji głównej i destylator (3) to jest kocioł końcowej obróbki produktu, przy czym każdy kocioł (I, 2, 3), zbudowany jest z podwójnych ścian bocznych i ma u dołu uszczelnioną wymienną szufladę (5), usytuowaną na dolnej grzewczej komorze (6), zasilanej w wymuszonym obiegu czynnikiem grzewczym z instalacji składającej się z palnika (20), połączonego rurą z mieszalnikiem (21), którego wylot połączony jest z wlotem rurociągu (22), mającego doprowadzające odgałęzienia (23) i odprowadzające odgałęzienia (24) zainstalowane w dolnych grzewczych komorach (6), oraz wylot doprowadzony do rozgałęzienia, z którego zwrotna rura (25) dochodzi do mieszalnika (21), a wylotowa rura (26) skierowana jest na zewnątrz, zaś w dnie mieszalnika (21) jest zawór bezpieczeństwa natomiast topielnik (1) połączony jest z depolimeryzatorem (2) rurą (12) odprowadzającą pary węglowodorów i co najmniej jedną spustową rurą skroplin (11), zaś depolimeryzator (2) połączony jest z chłodnicą (16), której spustowa rura (Γ7) doprowadzona jest do destylatora (3), mającego dwie odprowadzające rury (18) dla par węglowodorów, przyłączonych do odrębnych chłodnic (C) i destylatorów (D).
5. 5) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że depolimeryzator (2) połączony jest z chłodnicą (16) poprzez uzupełniający depolimeryzator (1_5) nieprzereagowanych polimerów.
6. 6) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że pomiędzy podwójnymi ścianami każdego kotła (1, 2, 3) znajduje się grzewcza boczna komora (7), w' której zainstalowane są elektryczne grzałki (8).
7. 7) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że grzewcza dolna komora (6) każdego kotła (1, 2, 3) utworzona jest z zespołu współ-środkowo ze sobą usytuowanych kolistych kanałów (30), połączonych poprzez doprowadzające odgałęzienia (23) i odprowadzające odgałęzienia (24) z rurociągiem (22) i jest otoczona na obwodzie podko-wiastym kanałem (31), natomiast pomiędzy dnem a pokrywą komory (6) wmontowane są przelotowe rury (32), ( 33) na dociskowe śruby, rozmieszczone w jej zewnętrznym kolistym kanale (30) oraz w jej części centralnej.
8. 8) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wymienna szuflada (5) ma dno (34) oparte na prowadzących rolkach (35), zaś na obwodzie ma zewnętrzną obręcz (36) oraz wewnętrzną obręcz (37) i między nimi dociskową obręcz (38), z wgłębieniem na uszczelkę, a do zewnętrznej obręczy (36) przytwierdzony jest zaczep (39).
9. 9) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w pokrywie topielni-ka (!) umieszczona jest zasypowa komora (9), mieszadło (4) i odpowietrzająca rura (10).
10. 10) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w pokrywie depoli-meryzatora (2) umieszczony jest właz (13), mieszadło (4) i zasypowa rura (14).
11. 11) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w pokrywie destylatom (3) umieszczony jest właz (13), mieszadło (4) i zasypowa rura ( 14). zaś w bocznej ścianie spustowa rura (19) skroplin.
12. 12) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w zwrotnej rurze (25) znajduje się wentylator (29).
13. 13) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zwrotna rura (25) ma bocznik (27) doprowadzony do wylotowej rury (26)
14. 14) Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w instalacji przepływu spalin (S) oraz w rurach doprowadzających i odprowadzających oraz spustowych zamontowane są zawory sterujące.