PL381951A1 - Sposób i zespół urządzeń do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

1 3 8 1 9 5 1

Sposób i zespól urządzeń do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych

Przedmiotowy wynalazek dotyczy sposobu oraz zespołu urządzeń do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych. Sposób ten stanowi proces upłynniania odpadów, który zachodzi na powierzchni topiącej utworzonej z układu równoległych powierzchni topiących umieszczonych nad przestrzenią utworzoną z zespołu rur grzejnych. Proces termokatalitycznego krakingu odpadów zachodzi korzystnie w obecności katalizatora, w celu otrzymania monomerów lub mieszaniny węglowodorów w postaci gazowej, mogących posłużyć do produkcji paliw płynnych. Z publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP 0 395 486 znany jest sposób ciągłego cieplnego przetwarzania odpadów organicznych, w postaci zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych do postaci gazowo-parowej, w którym wsad w zamkniętych ażurowych pojemnikach wprowadza się do gorącej kąpieli z roztopionego metalu, korzystnie ołowiu, za pomocą przenośnika, a po przemieszczeniu pojemników z wsadem przez strefy topienia i rozpadu, za pomocą tego samego przenośnika, pojemniki z pozostałymi w nich zanieczyszczeniami stałymi usuwa się z kąpieli, przy czym produkty gazowe rozpadu odbiera się okrągłym otworem szczytowym. Przedstawione w tej publikacji urządzenie posiada obudowę złożonąz wanny i stożkowej głowicy, układ grzejny wyłącznie w postaci rur grzejnych otaczających przenośnik z pojemnikami z wsadem, przenośnik o obwodzie zamkniętym otaczający dno wanny stanowiący jednocześnie urządzenie załadowcze, urządzenie przemieszczające wsad oraz urządzenie wyprowadzające zanieczyszczenia, a także rurociąg odbioru produktów gazowych, odbierający produkty gazowe pionową rurą wyprowadzoną z okrągłego otworu szczytowego stożkowej głowicy tego urządzenia. Z amerykańskiego opisu pat. US 3 770 419 znany jest proces pirolizy do recyklingu odpadów z materiałów organicznych i nieorganicznych łącznie z metalami obejmujący podawanie odpadów do zamkniętej retorty z kąpielą ze stopionego ołowiu, zanurzanie odpadów w kąpieli, zbieranie par, rozdzielanie kąpieli, przenoszenie oddzielonych stałych pozostałości poza retortę oraz zbieranie szumowiny i jej przenoszenie poza retortę. Z amerykańskiego opisu pat. US 1 658 143 znany jest także aparat do destylacji łupków naftowych obejmujący komorę destylacyjną z pofalowanym dnem, palnikiem pod 2 dnem, szeregiem bębnów umieszczonych poprzecznie i zamontowanych obrotowo wewnątrz komory, przenośnik wyjściowy sięgający do zagłębienia poniżej przelewu z promieniowymi łopatkami oraz środki do wprowadzania łupków.

Wszystkie wymienione, omawiane powyżej, procesy przetwarzania odpadów w stopionych metalach i solach biegną bez udziału katalizatora. Wymagają także w większości przypadków dokładnego rozdrobnienia przerabianych odpadów.

Zwłaszcza trudne i kosztowne w realizacji są: proces i urządzenie opisane w wyżej przedstawionej publikacji EP 0 395 486 ze względu na olbrzymi, dochodzący do kilkudziesięciu ton, ciężar kąpieli z roztopionego ołowiu oraz skomplikowany układ ładowania wsadu i przenoszenia go w zamkniętych pojemnikach jednym przenośnikiem otaczającym dno wanny, a także skomplikowany i mało efektywny układ grzejny wymagający odrębnego urządzenia do mieszania tak dużej objętości kąpieli. W tym procesie i urządzeniu nie istnieje, praktycznie, możliwość zastosowania katalizatora usprawniającego proces, zwiększającego jego wydajność oraz jakość produktu końcowego. Brak tu także kontroli nad przemieszczaniem się i temperaturą ciekłej frakcji roztopionego wsadu. Zawodny jest także proces usuwania resztek wsadu.

Metoda ta nigdy nie znalazła zastosowania praktycznego, przemysłowego, ze względu na szereg wad: zawartość ołowiu w produkcie oraz trudności z dostarczeniem, w sposób wystarczająco intensywny, odpowiedniej ilości taniej energii podtrzymującej proces.

Rozwiązania według amerykańskiego opisu pat. US 1 658 143 i według amerykańskiego opisu pat. US 3 770 419 oprócz wad rozwiązania według EP 0 395 486 związanych ze stosowaniem kąpieli z roztopionego ołowiu oraz skomplikowanej konstrukcji i mało efektywnego układu grzejnego obarczone są wadami wynikającymi ze zjawiska „obrastania” ołowiem elementów przegamiających (łopatek). Ponadto, zastosowane w tych rozwiązaniach środki do wprowadzania wsadu w postaci podajników śrubowych wymagają bardzo dokładnego rozdrobnienia wsadu, a zastosowane środki do wyprowadzania stałych pozostałości są łatwo blokowane ołowiem przechodzącym w stan stały w kontakcie z atmosferą lub wciąganymi metalowymi elementami odpadowymi. W związku z powyższym, rozwiązania te także nigdy nie znalazły praktycznego, przemysłowego zastosowania.

Znany jest też z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P-370314 sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy 3 czym wsad wprowadza się poziomo do reaktora z gorącą kąpielą w postaci roztopionego medium grzejnego, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, który charakteryzuje się tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie powyżej gorącej kąpieli w warstwie upłynnionego wsadu utworzonej wokół elementów topiących, korzystnie w postaci układu równoległych prowadnic topiących wystających ponad powierzchnię gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przy czym wsad wprowadza się poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu, nad powierzchnię prowadnic topiących, a następnie wsad przemieszcza się wzdłuż powierzchni prowadnic topiących za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych. Z dokumentu tego znane jest również urządzenie do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się poziomo do reaktora z gorącą kąpielą w postaci roztopionego medium grzejnego, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, zawierające obudowę, układ grzejny, układ przemieszczania wsadu obejmujący odrębne urządzenie załadowcze, układ przemieszczania wsadu obejmujący co najmniej jeden zespół bębnów przegamiająco-czyszczących przemieszczania wsadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, układ odbioru produktów gazowych, oraz układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego przenośnika, które to urządzenie charakteryzuje się tym, że odrębne urządzenie załadowcze stanowi prasa wprowadzania wsadu poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu, nad powierzchnię prowadnic topiących, urządzenie przemieszczania wsadu stanowi co najmniej jeden zespół bębnów przegamiająco-czyszczących przemieszczania wsadu wzdłuż powierzchni prowadnic topiących za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych, a układ wyprowadzania zanieczyszczeń zawiera co najmniej dwa różnego rodzaju przenośniki w układzie szeregowym. W rozwiązaniu według P-370314 kłopotliwa okazała się gorąca kąpiel w postaci ciekłego medium nieorganicznego, zwłaszcza z uwagi na niski współczynnik przenoszenia ciepła, a także układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego 4 przenośnika taśmowego. Taki układ wyprowadzania zanieczyszczeń wymaga zamykania reaktora na okres pracy przenośnika taśmowego i wyprowadzania zanieczyszczeń za jego pomocą, co znacznie zakłóca ciągłość pracy reaktora powodując spadek jego ogólnej wydajności i dodatkowe problemy technologiczne, głównie z uwagi na wysoką awaryjność i małą żywotność przenośnika taśmowego. Ponadto niedogodny okazał się układ grzejny z wieloma układami rur i komorami bocznymi, z utrudnionym dostępem do komory spalania umieszczonej w reaktorze. Wiele problemów nastręczał także układ docisku półpłynnego wsadu. Należało też pomyśleć o zwiększeniu przepustowości urządzenia.

Celem przedmiotowego rozwiązania było opracowanie sposobu bardziej efektywnego od dotychczas znanych sposobów i jeszcze bardziej wysokosprawnego urządzenia do przetwarzania na dużą skalę przemysłową różnego rodzaju odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, do postaci gazowej mieszaniny prostych monomerów, korzystnie w obecności katalizatora, przy czym urządzenie nie powinno mieć zbyt dużego ciężaru. Chodziło także o wyeliminowanie wad znanych rozwiązań. Istotne było zapewnienie pełnej kontroli nad rozkładem temperatury roztopionego wsadu i zapobieganie jego przyleganiu do ruchomych i nieruchomych elementów urządzenia. Należało też zapewnić, że produkty rozkładu mogą bezpośrednio służyć do produkcji paliw płynnych, a w szczególności być paliwem w silnikach spalinowych np. generatorów energii elektrycznej, a także służyć do ogrzewania samego urządzenia.

Sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się poziomo co najmniej do jednego reaktora, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, według przedmiotowego wynalazku charakteryzuje się tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie co najmniej w jednym reaktorze w warstwie upłynnionego wsadu, którą tworzy się na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących, przy czym wsad wprowadza się poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu, nad powierzchnię ogrzewanych cylindrycznych den topiących, a następnie wsad przemieszcza się poprzecznie do ogrzewanych powierzchni cylindrycznych den topiących za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych.

Korzystnie j grubość warstwy upłynnionego wsadu utworzonej na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących utrzymuje się na maksymalnym poziomie 200 do 1000 mm, korzystnie 500 do 750 mm.

Korzystnie ^ wsad wprowadza się nad powierzchnię ogrzewanych powierzchni cylindrycznych den topiących, korzystnie w postaci sprasowanych pakietów odpadowych tworzyw sztucznych lub pociętych opon, poprzez jego pośrednie wciskanie za pomocą odrębnego urządzenia załadowczego, korzystnie pod naciskiem co najmniej 5 MPa, najkorzystniej co najmniej 8Mpa. Przy takim rozwiązaniu tylko opony muszą być cięte przed przygotowaniem wsadu, natomiast sam wsad nie musi mieć postaci wstępnie porcjowanej, chociaż postać ta jest korzystna, zwłaszcza przy ręcznym podawaniu do urządzenia załadowczego.

Korzystnie , reakcję rozpadu prowadzi się katalitycznie w obecności drobin katalizatora o wymiarach 0,05 do 0,1 mm, przy czym katalizator stanowią drobiny naturalnych boksytów zeolitycznych oblepione, w wysokotemperaturowym procesie napylania, w temp. powyżej 2000° C, granulkami aluminium, korzystnie o wymiarach 2-30μπτ. Katalizator taki okazał się najbardziej efektywny ze względu na dużą powierzchnię aktywną i wysoką aktywność jego komponentów, przy niskich kosztach i prostocie wytwarzania.

Korzystnie^ reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 390 do 420 °C pod ciśnieniem atmosferycznym.

Korzystnie ^powierzchnie cylindrycznych den topiących podgrzewa się pośrednio za pomocą co najmniej jednego zespołu wzdłużnych rur grzejnych i za pomocą co najmniej jednego zespołu kształtek metalowych, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, zwłaszcza dwóch zespołów jednakowych kształtek metalowych, tj. zespołu kształtek międzyrurowych i zespołu kształtek przydennych, korzystnie z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K. Taki sposób ogrzewania powierzchni topiących zapewnia znacznie lepsze wykorzystanie ciepła gazów spalinowych do ogrzewania wsadu, a zwłaszcza mniejsze straty na przejściu ciepła od rur grzejnych do warstwy upłynnionego wsadu na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących. Dzięki temu można zrezygnować z kłopotliwej kąpieli grzejnej w postaci roztopionego medium grzejnego, którą stanowił na przykład stop cyny, ołowiu i bizmutu lub mieszanina soli nieorganicznych i/lub wodorotlenków metali alkalicznych i/lub ziem alkalicznych.

Korzystnie po wyjściu z prowadnicy wejścia wsadu wsad przemieszcza się poprzecznie do powierzchni ogrzewanych cylindrycznych den topiących z jednoczesnym cyklicznym przemieszczaniem wymuszonym o ustalonej częstotliwości i ustalonych amplitudach ruchu elementów przemieszczających, za pomocą co najmniej jednego zespołu trzech, korzystnie pięciu, najkorzystniej siedmiu bębnów przegamiających o ustalonej prędkości obrotowej, korzystnie od 5 do 10 obrotów na minutę. Zapewnia to właściwe przemieszczanie przetwarzanego wsadu i jego mieszanie, zapobiega jego zlepieniu się, wyrównuje rozkład temperatury w masie reakcyjnej, a jednocześnie zapewnia równomierny przebieg procesu w całej objętości masy reakcyjnej. Dzięki temu niepotrzebne jest odrębne urządzenie do mieszania płynnej masy.

Korzystnie ^reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie w zespole dwóch reaktorów sprzężonych ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń i wspólnym układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych. Dzięki zastosowaniu dwóch reaktorów uzyskuje się prawie dwukrotnie większą wydajność przedmiotowego sposobu. Wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń zapewnia właściwą obsługę co najmniej dwóch reaktorów w zakresie odbioru zanieczyszczeń. Podobnie wspólny układ odbioru i frakcjonowania produktów gazowych pozwala na produkcję olejów opałowych, paliwa do silników spalinowych oraz gazów palnych, z produktów w fazie gazowej pochodzących z całego zespołu reaktorów.

Korzystnie | pozostałe w warstwie upłynnionego wsadu części wsadu ze stałymi zanieczyszczeniami wyprowadza się z każdego reaktora do wspólnego urządzenia do usuwania zanieczyszczeń za pomocą poziomego przenośnika śrubowego. Taki sposób usuwania zanieczyszczeń nie wymaga zamykania reaktora na okres pracy przenośnika.

Zespół urządzeń do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się poziomo do reaktora, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, przy czym każde urządzenie zawiera obudowę, układ grzejny, układ załadowania wsadu obejmujący odrębne urządzenie załadowcze, układ przemieszczania wsadu obejmujący co najmniej jeden zespół bębnów przegamiających z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, układ odbioru produktów gazowych, oraz układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego przenośnika, który charakteryzuje się tym, że zespół stanowią co najmniej dwa reaktory sprzężone ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń i wspólnym układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych, odrębne urządzenie załadowcze stanowi automatyczna prasa wprowadzania wsadu poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu nad powierzchnię ogrzewanych cylindrycznych den topiących, urządzenie przemieszczania wsadu stanowi co najmniej jeden zespół bębnów przegamiających przemieszczania wsadu poprzecznie do powierzchni cylindrycznych den topiących za pomocą palców docfskowo-zgrzebłowych, a układ wyprowadzania zanieczyszczeń zawiera co najmniej jeden poziomy przenośnik śrubowy.

Korzystnie układ grzejny każdego reaktora obejmuje źródło paliwa, odrębną komorę spalania, i co najmniej jeden zespół wzdłużnych rur grzejnych, który posiada zespół jednakowych metalowych kształtek międzyrurowych z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie międzyrurowe.

Korzystnie nad zespołem rur grzejnych układ grzejny posiada zespół jednakowych metalowych kształtek przydennych, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie między zespołem rur grzejnych i cylindrycznymi dnami topiącymi, przy czym każda z jednakowych metalowych kształtek przydennych wypełnia ściśle przestrzeń między powierzchnią dolną cylindrycznego dna oraz stężeniami wzdłużnymi i poprzecznymi cylindrycznych den topiących.

Taki układ grzejny zapewnia znacznie lepsze wykorzystanie ciepła gazów spalinowych do ogrzewania wsadu, pozwala zrezygnować z kąpieli grzejnej i grzejnych komór bocznych i zapewnia łatwy dostęp do odrębnej komory spalania.

Między komorą spalania i rurami grzejnymi układ grzejny zawiera korzystnie wymienną wkładkę przejściową wprowadzającą gazy spalinowe do rur grzejnych. Dzięki temu gazy spalinowe oraz ciepło akumulowane w obmurowaniu komory spalinowej wprowadzane są w głąb rur grzejnych, co zapobiega ich przepalaniu.

Korzystnie każdy bęben przegamiający składa się co najmniej z dwóch wałów podporowych, walu podporowego czynnego i wału podporowego biernego, z płaszcza bębna przegamiającego z palcami dociskowo-zgrzebłowymi oraz z zespołu napędowego.

Korzystnie poziomy przenośnik śrubowy układu wyprowadzania zanieczyszczeń każdego reaktora jest wyprowadzony do wspólnego urządzenia do usuwania 8 zanieczyszczeń, które umieszczone jest miedzy reaktorami i obejmuje zbiornik magazynowy odpadów i zespół przenośników śrubowych, który z kolei obejmuje co najmniej jeden poziomy dolny przenośnik śrubowy zbierający zanieczyszczenia przy dnie zbiornika magazynowego odpadów, co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy poprzeczny do przenoszenia zanieczyszczeń poza zbiornik magazynowy odpadów i co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych, przy czym ukośny przenośnik śrubowy wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych zawiera płaszcz suszący. Dzięki takiemu układowi wyprowadzanie zanieczyszczeń z każdego reaktora może następować w sposób ciągły, bez przerywania pracy reaktorów. Koszt wyprowadzania zanieczyszczeń na jednostkę masy wkładu jest znacznie niższy, obsługa łatwiejsza, a praca bezawaryjna. Ponadto, wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń posiada korzystnie śluzę zbiorczą nad zbiornikiem zanieczyszczeń stałych, przy czym wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń zakończone jest zasuwą i złączem umożliwiającym dołączenie zewnętrznego ruchomego zbiornika zanieczyszczeń stałych.

Przedmiotowe rozwiązanie, zarówno w kategorii sposobu jak i urządzenia, zostało przedstawione w przykładach wykonania za pomocą szczegółowego opisu i rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematyczny widok z góry przedmiotowego zespołu urządzeń, Fig. 2 przedstawia pionowy przekrój wzdłużny przedmiotowego reaktora, Fig.3 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny A-A zespołu urządzeń z Fig.l, Fig.4 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny B-B przedmiotowego reaktora z Fig.2, Fig. 5 przedstawia schematycznie urządzenie do usuwania zanieczyszczeń w ujęciu wzdłużnym, Fig. 6 przedstawia schematycznie widok przedmiotowego zespołu urządzeń od strony urządzenia do usuwania zanieczyszczeń, Fig. 7 przedstawia schematycznie widok przedmiotowego zespołu urządzeń od strony urządzenia do usuwania zanieczyszczeń z dołączonym zewnętrznym zbiornikiem zanieczyszczeń stałych, a Fig. 8 przedstawia kształtkę.

Jak pokazano na Fig. 1 przedmiotowy zespół urządzeń stanowią co najmniej dwa reaktory 1 sprzężone ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń 2 i wspólnym układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych 3 ze zbiornikami magazynowymi 4 oraz odrębne urządzenie załadowcze 5.

Jak pokazano na Fig. 2, która przedstawia pionowy przekrój wzdłużny przedmiotowego reaktora, każdy reaktor 1 posiada budowę prostopadłościenną przy czym jego obudowa 6 ma postać izolacyjnej komory termicznej. Wewnętrzne wymiary reaktora 9 przykładowo wynoszą: szerokość 1380 mm, długość 5800 mm, a wysokość 2100 mm. Dolną część reaktora 1, z prawej strony na Fig.2, zajmuje odrębna komora spalania 7 zamknięta obmurowaniem 8 komory spalania 7 i płytą czołową 9 wanny 10, która jest obudowana ceramiczną dolną osłoną termiczną 11. Komora spalania 7 jest od góry zamknięta sklepieniem 12. Do komory spalania 7 dochodzą doprowadzenia gazu palnego, który stanowi paliwo urządzenia. W wannie 10 znajduje co najmniej jeden zespół wzdłużnych rur grzejnych 13, korzystnie o średnicy 139 mm, umieszczonych co najmniej w jednej warstwie, jak pokazano na rysunku. Zespół wzdłużnych rur grzejnych 13 posiada zespół jednakowych metalowych kształtek międzyrurowych 14 z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie międzyrurowe.

Korzystnie nad zespołem rur grzejnych 13 układ grzejny posiada zespól jednakowych metalowych kształtek przydennych 15, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie między zespołem rur grzejnych 13 i cylindrycznymi dnami topiącymi 16, przy czym każda z jednakowych metalowych kształtek przydennych 15 wypełnia ściśle przestrzeń między powierzchnią dolną cylindrycznego dna 16 oraz stężeniami wzdłużnymi 17 i stężeniami poprzecznymi 18 cylindrycznych den topiących 16 (jak pokazano na Fig. 8).

Między komorą spalania 7 i rurami grzejnymi 13 układ grzejny zawiera korzystnie wymienną wkładkę przejściową 19, wprowadzającą gazy spalinowe do rur grzejnych 13 oraz ciepło akumulowane w obmurowaniu 8 komory spalinowej 7 w głąb rur grzejnych 13, co zapobiega ich przepalaniu.

Wsad podawany jest poprzez odrębne urządzenie załadowcze 5, które stanowi automatyczna prasa wprowadzania wsadu poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu 20 nad powierzchnię ogrzewanych cylindrycznych den topiących 16, korzystnie z poziomym naciskiem co najmniej 5 Mpa, najkorzystniej co najmniej 8Mpa.

Nad wanną 10 reaktor posiada płaszcz 21. Płaszcz 21 i wanna 10 reaktora, wykonane są z blachy kwaso- i żaro-odpomej gatunku H25N20S2 o grubości 10 mm. Sztywność płaszcza, uzyskana jest poprzez przyspawaną do zewnętrznych jego części konstrukcję wzmacniającą w postaci kratownicy o wysokości 100 mm i podziałce 130 mm x 130 mm.

Jak pokazano na Fig. 2 i Fig. 4, która przedstawia pionowy przekrój poprzeczny B-B przedmiotowego reaktora z Fig.2, układ przemieszczania wsadu stanowi, w tym 10 przypadku, siedem bębnów przegarniających 22, przy czym każdy bęben przegamiający 22 składa się z dwóch wałów napędowych wału biernego 23 i wału czynnego 24, z płaszcza bębna 25 z palcami dociskowo-zgrzebłowymi 26 oraz z zespołu napędowego 27. Układ przemieszczania wsadu przemieszcza wsad poprzecznie do powierzchni ogrzewanych cylindrycznych den topiących ze stałą prędkością obrotową, korzystnie w granicach 5 do 10 obrotów na minutę. Jak widać na Fig.2 w tym wykonaniu palce dociskowo-zgrzebłowe 26 mają wzdłużny przekrój klinowy, ale mogą one mieć wszystkie przekroje prostokątne. Płaszcz 21 zamknięty jest pokrywami 28 stanowiącymi zespół demontowalnych głowic montowanych za pomocą ścisków 29 umożliwiających łatwy montaż i konserwację urządzenia. W górnej części ściany bocznej płaszcza 21, tj. powyżej powierzchni warstwy stopionego wsadu, znajduje się układ odbioru produktów gazowych, w postaci co najmniej jednego otworu wylotowego 30 prowadzącego do kolektora 31 układu odbioru i frakcjonowania produktów gazowych 3, przy czym otwory wylotowe 30, w górnej części ściany bocznej płaszcza 21 znajdują się na wysokości 20 do 500 mm warstwy upłynnionego wsadu utworzonej na wspólnej powierzchni ogrzewanych cylindrycznych den topiących, korzystnie na wysokości 20 do 100 mm nad powierzchnią tej warstwy.

Ponadto, Fig. 3 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny A-A zespołu urządzeń z Fig.l, Fig. 4 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny B-B przedmiotowego reaktora z Fig. 2, Fig. 5 przedstawia schematycznie urządzenie do usuwania zanieczyszczeń 2 w ujęciu wzdłużnym, a Fig. 6 i 7 przedstawiają schematycznie widok przedmiotowego zespołu urządzeń od strony urządzenia do usuwania zanieczyszczeń 2. Jak pokazano na tych figurach i na Fig.l, poziomy przenośnik śrubowy 32 układu wyprowadzania zanieczyszczeń każdego reaktora jest wyprowadzony do wspólnego urządzenia do usuwania zanieczyszczeń 2, które umieszczone jest miedzy reaktorami 1.

Urządzenie do usuwania zanieczyszczeń 2 obejmuje zbiornik magazynowy odpadów 33 i zespół przenośników śrubowych, który z kolei obejmuje co najmniej jeden poziomy dolny przenośnik śrubowy 34 zbierający zanieczyszczenia przy dnie zbiornika magazynowego odpadów 33, co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy poprzeczny 35 do przenoszenia zanieczyszczeń poza zbiornik magazynowy i co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy 36 wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych 37, przy czym ukośny przenośnik śrubowy 36 wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych 37 zawiera płaszcz suszący 38. Ponadto, wspólne 11 urządzenie do usuwania zanieczyszczeń posiada korzystnie śluzę zbiorczą 39 nad zbiornikiem zanieczyszczeń stałych 37, przy czym wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń 2 zakończone jest zasuwą 40 i złączem 41 umożliwiającym dołączenie zewnętrznego ruchomego zbiornika zanieczyszczeń stałych 37.

Na podstawie rysunku można także prześledzić realizację przykładowego wykonania przedmiotowego wynalazku w kategorii sposobu. Surowcem mogą być zużyte opony wszystkich typów pojazdów mechanicznych, odpadowe tworzywa sztuczne a także inne odpady organiczne. Opis procesu technologicznego został przedstawiony przykładowo dla zużytych opon oraz odpadowych tworzyw poliolefinowych.

Opony w całości są składowane w hali magazynowej, a następnie podlegają wstępnemu pocięciu. Tworzywa sztuczne dostarczane w postaci bel i rolek są składowane w innej hali magazynowej. Także one mogą podlegać wstępnemu pocięciu, albo też bele są jedynie rozluźniane.

Cały proces reakcyjny, a w tym reakcje rozpadu, prowadzi się katalitycznie w zespole dwóch reaktorów sprzężonych ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń i wspólnym układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych. Wsad odpadowych tworzyw sztucznych i wstępnie pociętych opon podaje się porcjami (3-6 kg) do automatycznej prasy, która stanowi urządzenie załadowcze 5 każdego reaktora 1. Strumień odpadowych tworzyw sztucznych wprowadzanych do przedmiotowego urządzenia mieści się w granicach od 300 do 450 kg/h dla jednego reaktora. Wsad odpadowych tworzyw sztucznych i wstępnie pociętych opon podaje się korzystnie z poziomym naciskiem co najmniej 8 Mpa.

Sprasowana porcja tworzyw lub pociętych opon jest wprowadzana następnie tłokiem (przy nacisku 10kg/cm2) do wanny reaktora, w której znajduje się stopiony wsad z przetwarzanych odpadów w postaci warstwy, którą tworzy się na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących. Wprowadzone odpady są na powierzchni zatrzymywane i przemieszczane wzdłuż powierzchni topiącej z jednoczesnym mieszaniem za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych, za pomocą ruchów obrotowych o ustalonej prędkości 5 do 10 obrotów bębna na minutę, za pomocą, co najmniej jednego, korzystnie siedmiu bębnów przeganiających. Zapewnia to równomierne przemieszczanie przetwarzanego wsadu i jego mieszanie, zapobiega jego zlepieniu się, wyrównuje rozkład temperatury w masie reakcyjnej, a jednocześnie zapewnia równomierny przebieg procesu w całej objętości masy reakcyjnej. Nie potrzebne jest przy tym odrębne urządzenie do mieszania masy reakcyjnej. Wsad przesuwany jest powoli wzdłuż reaktora poprzecznie do 12 ogrzewanych powierzchni cylindrycznych den topiących w strefie, nazwanej strefą topienia. W strefie tej pod wpływem ciepła dostarczanego, następuje stopniowe upłynnienie wsadu, praktycznie bez dostępu tlenu. Upłynnione tworzywa (o gęstości około 0. 8g/cm3), utrzymują się nad powierzchnią topiącą, tworząc tam warstwę cieczy organicznej, o znacznej grubości, przy czym grubość warstwy upłynnionego wsadu utworzonej na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących utrzymuje się na maksymalnym poziomie 200 do 1000 mm, korzystnie 500 do 750 mm. W tej warstwie cieczy, oraz na jej powierzchni, znajduje się katalizator, przy czym katalizator stanowią drobiny naturalnych boksytów zeolitycznych, o wymiarach 0,05 do 0,1 mm, oblepione, w wysokotemperaturowym procesie napylania, w temperaturze powyżej 2000° C, granulkami aluminium, korzystnie o wymiarach 2-30 pm. W obecności katalizatora i pod wpływem temperatury następuje rozerwanie wiązań polimerów - składników wsadu. W przypadku odpadów gumowych rozkład różnego rodzaju kauczuków prowadzi do otrzymania odpowiednich monomerów, z których została ona wyprodukowana lub do mieszaniny węglowodorów nienasyconych i nasyconych, w zależności od czasu przebywania w reaktorze i temperatury procesu. W przypadku rozkładu tworzyw poliolefinowych, otrzymuje się jedynie mieszaninę węglowodorów od metanu CH4 do C24H50. W temperaturze procesu, tj. od 390 do 420 °C, który zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym, produkty stanowią fazę gazowo/parową. Wypływa ona z reaktora co najmniej przez jeden otwór wylotowy 30, który jest połączony z kolektorem 31, a poprzez kolektor 31 ze wspólnym dla obu reaktorów 1 układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych 3. Ciepło z wody chłodzącej jest odzyskiwane poprzez użycie jej jako medium grzejnego w zbiornikach magazynowych. Może być także używane do ogrzewania hal produkcyjnych.

Zanieczyszczenia stałe, niestapialne w temperaturze procesu (zanieczyszczenia poliolefin, które są obecne w odpadowych tworzywach w postaci kamieni, części metalowych, fragmentów drewna itp. lub kord opon) wyprowadza się z każdego reaktora 1, za pomocą poziomego przenośnika śrubowego 32, do wspólnego urządzenia do usuwania zanieczyszczeń 2, a ściślej mówiąc do zbiornika magazynowego odpadów 33 i zespołu przenośników śrubowych, w których odparowane zostają resztki węglowodorów.

Reaktor ogrzewany jest gazami spalinowymi powstałymi w wyniku spalenia zewnętrznego nośnika energii w początkowej fazie pracy (w fazie rozruchu). Po wprowadzeniu reaktora w zakres pracy o parametrach znamionowych głównym nośnikiem energii staje się lekka frakcja węglowodorów o temperaturze wrzenia poniżej 105°C. 13

Ciepło przenika od komory spalania 7 przez wkładkę przejściową 19 do wiązki wzdłużnych rur grzejnych 13 umieszczonych wewnątrz reaktora 1 w dolnej jego strefie objętości. Powierzchnie cylindrycznych den topiących 16 podgrzewa się pośrednio od wzdłużnych rur grzejnych 13 za pomocą dwóch zespołów jednakowych kształtek metalowych, tj. zespołu kształtek międzyrurowych 14 i zespołu kształtek przydennych 15, wykonanych z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K, tj. w tym wykonaniu ze stopu aluminium z krzemem. Rury grzejne 13 wraz z kształtkami stanowią wewnętrzny wymiennik ciepła reaktora 1. Cały reaktor 1 jest obudowany materiałem ceramicznym tworzącym termiczną izolację od otoczenia.

Claims (26)

14 38J95 i Sjj Zastrzeżenia Patentowe 1. Sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się poziomo co najmniej do jednego reaktora, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie co najmniej w jednym reaktorze (1) w warstwie upłynnionego wsadu, którą tworzy się na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących (16), przy czym wsad wprowadza się poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu (20), nad powierzchnię ogrzewanych cylindrycznych den topiących (16), a następnie wsad przemieszcza się poprzecznie do ogrzewanych powierzchni cylindrycznych den topiących (16) za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych (26).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość warstwy upłynnionego wsadu utworzonej na ogrzewanych powierzchniach cylindrycznych den topiących (16) utrzymuje się na maksymalnym poziomie 200 do 1000 mm, korzystnie 500 do 750 mm.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wsad wprowadza się nad powierzchnię ogrzewanych powierzchni cylindrycznych den topiących (16), korzystnie w postaci sprasowanych pakietów odpadowych tworzyw sztucznych lub pociętych opon, poprzez jego pośrednie wciskanie za pomocą odrębnego urządzenia załadowczego (5), korzystnie pod naciskiem co najmniej 5 MPa, najkorzystniej co najmniej 8Mpa.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie w obecności drobin katalizatora o wymiarach 0,05 do 0,1 mm.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że katalizator stanowią drobiny naturalnych boksytów zeolitycznych oblepione, w wysokotemperaturowym procesie napylania, w temperaturze powyżej 2000° C, granulkami aluminium, korzystnie o wymiarach 2-30pm.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 390 do 420 °C pod ciśnieniem atmosferycznym. 15

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie cylindrycznych den topiących (16) podgrzewa się pośrednio za pomocą co najmniej jednego zespołu wzdłużnych rur grzejnych (13).

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że powierzchnie cylindrycznych den topiących (16) podgrzewa się pośrednia Wrccpiajmniej jedeugo* zespół# wzdłużnych rur grzejnych (13) za pomocą co najmniej jednego zespołu kształtek metalowych, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że powierzchnie cylindrycznych den topiących (16) podgrzewa się pośredni^Cc^najmniej jedetsge zespół# wzdłużnych rur grzejnych (13) za pomocą dwóch zespołów jednakowych kształtek metalowych, tj. zespołu kształtek międzyrurowych (14) i zespołu kształtek przydennych (15), korzystnie z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po wyjściu z prowadnicy wejścia wsadu (20) wsad przemieszcza się poprzecznie do powierzchni ogrzewanych cylindrycznych den topiących (16) z jednoczesnym cyklicznym przemieszczaniem wymuszonym o ustalonej częstotliwości i ustalonych amplitudach ruchu elementów przemieszczających, za pomocą co najmniej jednego zespołu bębnów przeganiających (22) o ustalonej prędkości obrotowej, korzystnie od 5 do 10 obrotów na minutę.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że częściowo upłynniony wsad prowadzi się po wyjściu z prowadnicy wejścia wsadu za pomocą co najmniej trzech, korzystnie pięciu, najkorzystniej siedmiu bębnów przeganiających (22) rozmieszczonych w zespołach.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie w zespole dwóch reaktorów (1) sprzężonych ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń (2) i wspólnym układem odbioru i frakcjonowania produktów gazowych (3).

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że pozostałe w warstwie upłynnionego wsadu części wsadu ze stałymi zanieczyszczeniami wyprowadza się z każdego reaktora (1) do wspólnego urządzenia do usuwania zanieczyszczeń (2) za pomocą poziomego przenośnika śrubowego (32).

14. Zespół urządzeń do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi 16 otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym przy czym wsad wprowadza się poziomo do reaktora, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, przy czym każde urządzenie zawiera obudowę, układ grzejny, układ załadowania wsadu obejmujący odrębne urządzenie załadowcze, układ przemieszczania wsadu obejmujący co najmniej jeden zespół bębnów przegarniających z jednoczesnym cyklicznym wymuszonym przemieszczaniem o ustalonej częstotliwości, układ odbioru produktów gazowych, oraz układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego przenośnika, znamienny tym, że zespół stanowią co najmniej dwa reaktory (1) sprzężone ze wspólnym urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń (2) i wspólnym układem odbioru 1 frakcjonowania produktów gazowych (3), odrębne urządzenie załadowcze (5) stanowi automatyczna prasa wprowadzania wsadu poziomo i skośnie, w dół prowadnicy wejścia wsadu (20) nad powierzchnię ogrzewanych cylindrycznych den topiących (16), urządzenie przemieszczania wsadu stanowi co najmniej jeden zespół bębnów przegarniających (22) przemieszczania wsadu poprzecznie do powierzchni cylindrycznych den topiących (16) za pomocą palców dociskowo-zgrzebłowych (26), a układ wyprowadzania zanieczyszczeń zawiera co najmniej jeden poziomy przenośnik śrubowy (32).

15. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że układ grzejny każdego reaktora (1) obejmuje źródło paliwa, odrębną komorę spalania (7), i co najmniej jeden zespół wzdłużnych rur grzejnych (13).

16. Zespół według zastrz. 15, znamienny tym, że zespół rur grzejnych (13) posiada zespół jednakowych metalowych kształtek międzyrurowych (14) z metalu o temperaturze topnienia powyżej 600 °C i współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2 W/cm°K, korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie międzyrurowe.

17. Zespół według zastrz. 15, znamienny tym, że nad zespołem rur grzejnych (13) posiada zespół jednakowych metalowych kształtek przy dennych (15), korzystnie ze stopu aluminium, najkorzystniej ze stopu aluminium z krzemem, wypełniających przestrzenie między zespołem rur grzejnych (13) i cylindrycznymi dnami topiącymi (16). 17

18. Zespół według zastrz. 17, znamienny tym, że każda z jednakowych metalowych kształtek przydennych (15) wypełnia ściśle przestrzeń między powierzchnią dolną cylindrycznego dna topiącego (16) oraz stężeniami wzdłużnymi (17) i stężeniami poprzecznymi (18) cylindrycznych den topiących (16).

19. Zespół według zastrz. 15, znamienny tym, że między komorą spalania (7) i rurami grzejnymi (13) zawiera wymienną wkładkę przejściową (19), wprowadzającą gazy spalinowe do rur grzejnych (13).

20. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że każdy bęben przegamiający (22) składa się co najmniej z dwóch wałów podporowych, wału podporowego czynnego (24) i wału podporowego biernego (23), z płaszcza (25) bębna przegamiającego (22) z palcami dociskowo-zgrzebłowymi (26) oraz z zespołu napędowego (27).

21. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że poziomy przenośnik śrubowy (32) układu wyprowadzania zanieczyszczeń każdego reaktora (1) jest wyprowadzony do wspólnego urządzenia do usuwania zanieczyszczeń (2), które umieszczone jest między reaktorami (1).

22. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń (2) obejmuje zbiornik magazynowy odpadów (33) i zespół przenośników śrubowych.

23. Zespół według zastrz. 22, znamienny tym, że zespół przenośników śrubowych obejmuje co najmniej jeden poziomy dolny przenośnik śrubowy (34) zbierający zanieczyszczenia przy dnie zbiornika magazynowego odpadów (33), co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy poprzeczny (35) do przenoszenia zanieczyszczeń poza zbiornik magazynowy odpadów (33) i co najmniej jeden ukośny przenośnik śrubowy (36) wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych (37).

24. Zespół według zastrz. 23, znamienny tym, że ukośny przenośnik śrubowy (36) wyprowadzający zanieczyszczenia nad zbiornik zanieczyszczeń stałych (37) zawiera płaszcz suszący (38).

25. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń (2) posiada śluzę zbiorczą (39) nad zbiornikiem zanieczyszczeń stałych (37).

26. Zespół według zastrz. 14, znamienny tym, że wspólne urządzenie do usuwania zanieczyszczeń (2) zakończone jest zasuwą (40) i złączem (41) do łączenia zewnętrznego ruchomego zbiornika zanieczyszczeń stałych (37). Pełne -