SK22596A3 - Spôsob spracovania PVC odpadov a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Riešenie sa týka spracovania PVC odpadov, ktoré sa upravené (mletím, krájaním, drvením a pod.) na veľkosť éastic max. 5 mm za stáleho miešania dávkujú do minerálneho oleja s teplotou 350 až 450°C a pary vznikajúce rozkladom PVC sa chladia, pričom kondenzát sa vracia späť do minerálneho oleja a uvoľnený plynný chlorovodík sa odvádza. Po rozklade PVC a následnej dekantácii sa z minerálneho oleja s teplotou 150 až 200°C oddelí zložka obsahujúca uhlík a zvyšky uvoľneného chlorovodíka sa z minerálneho oleja odstránia vstrekovaním vody do oleja pred dekantáciou a/alebo po oddelení zložky obsahujúcej uhlík. Zložka obsahujúca uhlík, po prípadnom odmastení, sa pôsobením pary s teplotou 130 až 150°C zbaví zvyškov voľného chlorovodíka a vysuší sa. Pomer PVC odpadu a minerálneho oleja je max. 1 : 5. Zariadenie na spracovanie PVC pozostáva z dávkovača (1) na dávkovanie upraveného PVC odpadu, varného kotla (2) s miešadlom na rozklad PVC, dekantéra (3) na oddelenie zložky obsahujúcej uhlík od minerálneho oleja, čističky (5) oleja a aparátu (6) na odstraňovanie chlorovodíka zo zložky obsahujúcej uhlík a prípadne z aparátu (4) na odmasťovanie zložky obsahujúcej uhlík

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu spracovania PVC odpadov rozkladom PVC na chlorovodík a zložku obsahujúcu uhlík ako aj zariadenia na uskutočnenie uvedeného spôsobu.

Doterajší stav techniky

Doteraz sa v praxi využíva priemerne len asi 20 % objemu produkovaných plastových odpadov ako druhotná surovina. Toto percento je dané (limitované) najmä technologickými ale aj inými parametrami výrob. Je mimo akejkoľvek pochybnosti, že ktorýkoľvek stupeň v existencii ľubovoľného výrobku (napr. jednotlivé stupne vo výrobnom procese počas jeho výroby, druhy namáhania počas používania výrobku až po spracovanie výrobku na druhotnú surovinu) nezvyšuje kvalitu vstupného materiálu (suroviny), ale ju znižuje, niekedy dokonca veľmi výrazne. Preto výrobcovia musia hľadať kompromis medzi ekonomickými výhodami, vyplývajúcimi z používania recyklátov a rizikom, ktoré použitie recyklátov prináša pre samotnú výrobu. Toto riziko spočíva predovšetkým v znížení kvality produkovaných výrobkov ako aj v možnosti poškodenia finančne pomerne nákladných technologických zariadení.

Predovšetkým z týchto dôvodov je potrebné počítať s tým, že ako teraz tak aj v budúcnosti bude končiť cca 80 % odpadových materiálov na skládkach a takto bude zaťažovať životné prostredie.

v

Co sa týka odpadového materiálu, obsahujúceho polyvinylchlorid (PVC) nepoužiteľný ako recyklát (t.zn. najmä zmesi PVC s inými látkami, či už gumou, kovmi, textíliami alebo inými plastami), tento sa väčšinou deponuje na skládkach tuhých odpadov, kde kvôli svojej horľavosti predstavuje značné riziko pre životné prostredie. Jeho nebezpečenstvo spočíva predovšetkým v tom, že pri nekontrolovanom spaľovaní, napríklad pri samovznietení skládky, vzniká veľké množstvo silne toxických látok.

- 2 Likvidácia v bežných spaľovniach odpadov je limitovaná vysokou reaktivtou chlóru, t.zn. jeho ochotou zlučovať sa s inými látkami. Pri teplotách okolo 600 až 800 °C, ktoré sa v týchto spaľovniach dosahujú, vznikajú (podľa druhu látok, prítomných v spaľovanom odpade) rôzne, častokrát silne toxické zlúčeniny (napr. fosgén, chlórované bifenyly a pod.), ktoré sa rozpadajú až pri teplotách nad 1100 °C. Takéto teploty sa vo väčšine spaľovní komunálnych odpadov nedosahujú, dosahujú sa len v špeciálnych spaľovniach, v tzv. druhom stupni, ktorý je určený práve na likvidáciu takýchto látok.

Ďalším problémom je uvoľnený chlorovodík, ktorý spolu s vlhkosťou zo vsádzky kondenzuje v technologických zariadeniach spaľovní (výmenníky tepla, suché a mokré filtre, spojovacie potrubia a pod.) a takto ich poškodzuje svoimi vysoko korozívnymi účinkami. Vo väčšine spaľovní je predovšetkým z týchto dôvodov obmedzený obsah PVC na 10 až 15 % vsádzky. V niektorých prípadoch ho zo vsádzky dokonca vylučujú.

K tomuto javu by nemuselo dochádzať, keby sa na tieto materiály principiálne nazeralo ako na zdroje energie, ktoré majú dočasne inú formu a tým aj iné použitie. V praxi by to znamenalo upraviť technologické postupy tak, aby sa zamedzilo vytváraniu zmesí látok, ktoré sa obtiažne pretvárajú späť na zdroj energie. Z praxe je predsa známe, že nároky na zloženie, čistotu a homogenitu palív sú oveľa nižšie ako nároky, kladené na väčšinu iných materiálov, používaných vo výrobných procesoch všeobecne. Veď obsah cudzích látok, napr. piesku, ktorý sa vyskytne v plastových PVC materiáloch z triedeného komunálneho zberu, predstavuje pre spracovateľov plastov riziko zničenia ich technologických zariadení a v prípade využitia v energetike len zvýšenie množstva produkovaného popola.

Podstata vynálezu

Uvedené nedosatky odstraňuje spôsob spracovania PVC odpadov podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že PVC odpady, upravené (drvením, mletím atď.) na veľkosť častíc max. 5 mm sa za stáleho miešania dávkujú do varného kotla, obsahujúceho minerálny olej s teplotou 330 až 450 °C. Pomer PVC odpadu a minerálneho oleja je max. 1:5. Veľkosť častíc je limitovaná preto, aby došlo k

- 3 úplnému rozkladu PVC a uvoľneniu chlorovodíka. V prípade väčších častíc (alebo vyššieho pomeru PVC častíc k minerálnemu oleju) by nemuselo dôjsť k úplnému rozkladu PVC a častice by sa museli vrátiť naspäť do varného kotla. Minerálny olej slúži jednak ako teplonosné médium a súčasne, s intenzívnym miešaním, zabraňuje vytváraniu veľkých zhlukov nataveného materiálu (PVC). Na tento účel je možné využiť aj použité minerálne oleje.

Pary vznikajúce rozkladom PVC sa chladia, kondenzát sa vracia späť do varného kotla a uvoľnený plynný chlorovodík sa odvádza a po rozklade PVC a po dekantácii sa z minerálneho oleja s teplotou 150 až 200 °C oddelí zložka, obsahujúca uhlík. Zvyšky uvoľneného chlorovodíka sa z minerálneho oleja odstránia vstrekovaním vody do oleja pred dekantáciou a/alebo po odelení zložky, obsahujúcej uhlík. Para, obsahujúca chlorovodík, sa ochladí a odvedie, oddelená uhlíková zložka sa prípadne odmastí a pôsobením ostrej pary s teplotou 130 až 150 °C zbaví zvyškov voľného chlorovodíka a vysuší. Vodná para, obsahujúca chlorovodík, sa ochladí a odvedie.

V prípade odmasťovania zložky obsahujúcej uhlík sa odmasťovanie robí organickým rozpúšťadlom, rozpúšťajúcim olej, s výhodou benzínom alebo saponátom. Odstránený olej sa vráti naspäť do oleja vo varnom kotle.

Po vysušení je zložka, obsahujúca uhlík, pripravená na ďalšie použitie, predovšetkým ako palivo.

Predložený vynález sa ďalej týka zariadenia na spracovanie PVC odpadov, ktorého podstata spočíva v tom, pozostáva z dávkovača na dávkovanie upraveného PVC odpadu, varného kotla s miešadlom na rozklad PVC, dekantéra na oddelenie zložky obsahujúcej uhlík, čističky oleja, aparátu na odstraňovanie chlorovodíka zo zložky, obsahujúcej uhlík a prípadne z aparátu na odmasťovanie zložky, obsahujúcej uhlík. V prípade potreby, ak nie je dodávaný upravený odpad, je možné doplniť zariadenie vlastným aparátom na úpravu PVC odpadu, ako mlyn, drvič, krájač a podobne.

Spôsobom podľa vynálezu sa môže spracovať ľubovoľný druh PVC odpadu, upravený krájaním, drvením alebo mletím. Prítomnosť iných látok (nečistôt) je obmedzená len parametrami upravovacieho aparátu (možnosť poškodenia mlyna prímesami kovov alebo piesku) a produkciou nežiadúcich splodín počas spracovávania,

- 4 resp. zvýšením obsahu prímesí v uhlíkovej zložke a následne zvýšením obsahu popola pri využití tejto zložky ako paliva.

Spracovaním PVC odpadov spôsobom podľa vynálezu sa získa zložka (vo forme prášku so zrnitosťou pod 1 mm), obsahujúca uhlík (a to až 97,5 %), do 0,5 % viazaného chlóru, približne 1 % voľného chlóru a zvyšok sprievodné látky z výroby a úpravy PVC. Obsah uhlíka a sprievodných látok teda závisí od druhu spracovávaného PVC odpadu. Sprievodné látky zahrnujú, taktiež v závislosti od druhu PVC odpadu, najmä zvyšky plnidiel (napr. kaolín), pigmentov a kovov, ako olovo (Pb), cín (Sn), kadmium (Cd) a báryum (Ba).

Odstránením chlóru prítomného v PVC materiáloch sa tento zachytáva a získava vo forme kyseliny chlorovodíkovej, s obsahom 15 až 30 % chlóru, ktorá sa môže opätovne použiť v chemickom priemysle na ďalšie spracovanie.

Zložka obsahujúca uhlík je s výhodou použiteľná ako palivo, najmä vo vyhradených a príslušne upravených energetických zariadeniach, kvôli zaručeniu optimálnych podmienok samotného spaľovania ako aj kvôli manipulácii so vzniknutým popolom, ktorý sa môže ďalej využiť ako druhotná surovina. Mikroprach z filtrov, zachytený v suchých odlučovačoch, sa zmieša s palivom a prechádza do trosky, vzniknutej pri spaľovania stáva sa tak neškodným materiálom.

Prehľad obrázkov na výkrese

Zariadenie na spracovanie PVC odpadov je bližšie znázornené pomocou blokovej schémy na priloženom výkrese, kde na obr. 1 je schemticky znázornené zariadenie bez aparátu na úpravu PVC odpadu a na obr. 2 s týmto aparátom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Zariadenie podľa obr.l pozostáva z dávkovača (1) na dávkovanie PVC odpadu do varného kotla (2) s miešadlom na rozklad PVC, dekantéra (3) na oddelenie zložky obsahujúcej uhlík od minerálneho oleja, aparátu (4) na odmasťovanie uhlíkovej zložky

- 5 (nie je nevyhnutný), čističky (5) oleja a aparátu (6) na odstraňovanie chlorovodíka z uhlíkovej zložky.

Surovina, v tomto prípade mäkčený PVC z káblov, bola nakrájaná na veľkosť častíc od 2 do 4,5 mm. Nakrájaný PVC odpad sa nasype do dávkovača i, v ktorom je minerálny olej kvôli lepšiemu dávkovaniu a distribúcii odpadu. Z dávkovača 1 sa nakrájaný PVC odpad, čiastočne premiešaný s olejom, dávkuje do varného kotla 2 s miešadlom (neznázomené) a s minerálnym olejom, ktorého teplota sa udržuje v rozpätí 350 až 380 °C, kde za stáleho miešania prebieha tzv. mokrá karbonizácia PVC, čiže rozklad PVC na chlorovodík a vinyl, ktorý ďalej degraduje až na uhlík. Pary s obsahom oleja, vznikajúce pri rozklade PVC, sa chladia v chladiči (neznázomené) umiestnenom nad varným kotlom, kde sa zrážajú a vracajú naspäť do oleja vo varnom kotle 2. Uvoľnený plynný chlorovodík, zbavený oleja, sa odvádza do štandardného zariadenia na ďalšie spracovanie (napr. do zariadenia na výrobu kyseliny chlorovodíkovej).

Vo varnom kotle 2 v minerálnom oleji dochádza ďalej za stáleho miešania k degradácii vinylu na zložku, obsahujúcu uhlík. Minerálny olej sa potom odvádza do dekantéra 3, kde dochádza k poklesu teploty oleja a k oddeleniu zložky, obsahujúcej uhlík od oleja. Zložka obsahujúca uhlík sa vedie do aparátu 4 na odmasťovanie (čistenie) a minerálny olej, zbavený zložky obsahujúcej uhlík, sa vedie do čističky 5 oleja.

V čističke 5 oleja sa do oleja s teplotou 150 až 170 °C vstrekuje voda, ktorá sa okamžite mení na paru, pričom čiastočne ochladzuje olej, z ktorého sa uvoľňuje v ňom rozpustený chlorovodík (HC1). Unikajúca vodná para vzápätí tento uvoľnený chlorovodík strháva so sebou do chladiča, kde dochádza ku kondenzácii na slabú kyselinu chlorovodíkovú. Prečistený minerálny olej sa vracia naspäť do varného kotla

2.

Zložka obsahujúca uhlík sa v aparáte 4 na odmasťovanie účinkom benzínu zbaví zvyškov oleja. Po odstránení benzínu z oleja (destiláciou) sa olej vracia späť do varného kotla 2.

Po odmastení sa zložka obsahujúca uhlík vedie do aparátu 6 na odstránenie zvyškov chlorovodíka, kde sa účinkom tzv. ostrej pary, t.zn. pary s teplotou cca 130 až

- 6 140 °C, vytesnia jeho zvyšky. Vodná para s plynným chlorovodíkom sa vedie do chladiča, kde kondenzuje na slabú kyselinu chlorovodíkovú, ktorá sa ďalej spracuje štandardným spôsobom (spolu s kyselinou z čistenia oleja).

Získaná vysušená uhlíková zložka obsahuje 94 % uhlíka, 1 % voľného chlóru, 0,5 % viazaného chlóru a 5,5 % sprievodných látok, najmä kovy a pigmenty.

Príkla d 2

Zariadenie podľa ohr.2 obsahuje v porovnaní so zariadením na obr. 1 aparát 7 na úpravu PVC odpadu.

Surovina, v tomto prípade kanalizačné PVC z káblov, sa rozdrví v odrazovom drviči, pričom veľkosť častíc sa pohybuje od 2 do 5 mm a prítomné sú aj prachové častice. Drvina sa nasype do dávkovača 1 s minerálnym olejom a z dávkovača 1 sa PVC odpad dávkuje do varného kotla 2 s miešadlom (neznázomené) a s minerálnym olejom, ktorého teplota sa udržuje v rozpätí 420 až 450 °C, kde za stáleho miešania prebieha tzv. mokrá karbonizácia PVC. Pary s obsahom oleja, vznikajúce pri rozklade PVC, sa chladia vo veži, situovanej priamo nad varným kotlom, kde sa zrážajú a vracajú naspäť do oleja vo varnom kotle 2. Uvoľnený plynný chlorovodík, zbavený oleja, sa odvádza do štandardného zariadenia na ďalšie spracovanie.

Po degradácii vinylu na zložku, obsahujúcu uhlík, sa minerálny olej odvádza do dekantéra 3, kde dochádza k oddeleniu zložky, obsahujúcej uhlík od oleja. Zložka obsahujúca uhlík sa vedie do aparátu 4 na odmasťovanie (čistenie) a minerálny olej, zbavený zložky obsahujúcej uhlík, sa vedie do čističky 5 oleja.

V čističke 5 oleja sa do oleja s teplotou 130 až 150 °C vstrekuje voda, a vzniknutá para strháva so sebou uvoľnený chlorovodík do chladiča, kde dochádza ku kondenzácii na slabú kyselinu chlorovodíkovú. Prečistený minerálny olej sa vracia naspäť do varného kotla 2.

Zložka obsahujúca uhlík sa v aparáte 4 na odmasťovanie účinkom saponátu zbaví zvyškov oleja. Po odstránení saponátu sa olej vracia späť do varného kotla 2.

Po odmastení sa zo zložky obsahujúcej uhlík v aparáte 6 na odstránenie zvyškov chlorovodíka vytesnia jeho zložky účinkom pary s teplotou cca 140 až 150 °C. Vodná para s plynným chlorovodíkom sa vedie do chladiča, kde kondenzuje na slabú kyselinu chlorovodíkovú, ktorá sa ďalej spracuje štandardným spôsobom.

Získaná vysušená uhlíková zložka obsahuje 90 % uhlíka, 1 % voľného chlóru, 0,5 % viazaného chlóru a 8,5 % sprievodných látok, najmä kaolín, plnidlá, kovy a pigmenty.

Claims (11)

1. Spôsob spracovania PVC odpadov, vyznačujúci sa tým, že PVC odpady, upravené na veľkosť častíc max. 5 mm, sa za stáleho miešania dávkujú do minerálneho oleja s teplotou 350 až 450 °C, pary vznikajúce rozkladom PVC sa chladia, pričom kondenzát sa vracia späť do minerálneho oleja a uvoľnený plynný chlorovodík sa odvádza, po rozklade PVC a následnej dekantácii sa z minerálneho oleja s teplotou 150 až 200 °C oddelí zložka, obsahujúca uhlík, zvyšky uvoľneného chlorovodíka sa z minerálneho oleja odstránia vstrekovaním vody do oleja pred dekantáciou a/aleho po oddelení zložky obsahujúcej uhlík, a zložka obsahujúca uhlík, po prípadnom odmastení, sa pôsobením pary s teplotou 130 až 150 °C, zbaví zvyškov voľného chlorovodíka a vysuší.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že pomer upraveného PVC odpadu a minerálneho oleja je max. 1: 5.

3. Spôsob podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že uhlíková zložka sa odmastí organickým rozpúšťadlo, rozpúšťajúcim olej.

4. Spôsob podľa nárokov laž3, vyznačujúci sa tým, že organickým rozpúšťadlom je benzín.

5. Spôsob podľa nárokov laž3, vyznačujúci sa tým, že organickým rozpúšťadlom je saponát.

6. Spôsob podľa nárokov laž5, vyznačujúci sa tým, že po odmastení zložky obsahujúcej uhlík sa olej vráti späť do procesu.

7. Zariadenie na spracovanie PVC odpadov podľa nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa t ý m, že pozostáva z dávkovača (1) na dávkovanie upraveného PVC odpadu, varného kotla (2) s miešadlom na rozklad PVC, dekantéra (3) na oddelenie zložky obsahujúcej uhlík od minerálneho oleja, čističky (5) oleja a aparátu (6) na

- 9 odstraňovanie chlorovodíka zo zložky obsahujúcej uhlík a prípadne z aparátu (4) na odmasťovanie zložky, obsahujúcej uhlík.

8. Zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že je vybavené aparátom (7) na úpravu PVC odpadu.

9. Zariadenie podľa nárokov 7a 8, vyznačujúce sa tým, že je vybavené mlynom.

10. Zariadenie podľa nárokov 7a 8, vyznačujúcesa tým, že je vybavené drvičom.

11. Zariadenie podľa nárokov 7 a 8, vyznačujúce sa tým, že je vybavené krájačom.