SK288338B6 - Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method - Google Patents
Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method Download PDFInfo
- Publication number
- SK288338B6 SK288338B6 SK5004-2012A SK50042012A SK288338B6 SK 288338 B6 SK288338 B6 SK 288338B6 SK 50042012 A SK50042012 A SK 50042012A SK 288338 B6 SK288338 B6 SK 288338B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- reactor
- cracking reactor
- cracking
- tubular
- tubular flow
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000011368 organic material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 111
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000010812 mixed waste Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000123 paper Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 35
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 2
- 239000002510 pyrogen Substances 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 46
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 7
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000004231 fluid catalytic cracking Methods 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 150000004291 polyenes Chemical class 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- XMGQYMWWDOXHJM-SNVBAGLBSA-N (-)-α-limonene Chemical compound CC(=C)[C@H]1CCC(C)=CC1 XMGQYMWWDOXHJM-SNVBAGLBSA-N 0.000 description 1
- 238000005698 Diels-Alder reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000029936 alkylation Effects 0.000 description 1
- 238000005804 alkylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 239000007806 chemical reaction intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 description 1
- 239000010771 distillate fuel oil Substances 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical class [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006384 oligomerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010846 universal waste Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
- B09B3/40—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
- C10B47/28—Other processes
- C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
- C10B47/44—Other processes in ovens with mechanical conveying means with conveyor-screws
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
- C10B57/02—Multi-step carbonising or coking processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/12—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of plastics, e.g. rubber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2201/00—Pretreatment
- F23G2201/30—Pyrolysing
- F23G2201/302—Treating pyrosolids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
- Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Uvedený vynález sa týka spôsobu termického rozkladu organického materiálu a konštrukčného riešenia zariadenia na termický rozklad organického materiálu. Uvedené zariadenie umožňuje kontinuálne spracovávanie organického materiálu a výrobu alternatívnych nosičov energie druhej generácie (chemikálií, tuhých, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov) a tuhých uhlíkových materiálov termickým rozkladom špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, biomasy, organických podielov komunálnych odpadov systémom rúrkového prietočného krakovacieho reaktora na spracovanie odpadových uhlíkových surovín.The present invention relates to a method for the thermal decomposition of organic material and to the construction of an apparatus for the thermal decomposition of organic material. Said equipment enables continuous processing of organic material and production of alternative energy carriers of the second generation (chemicals, solid, gaseous and liquid fuels, heating oils) and solid carbon materials by thermal decomposition of specified and / or mixed waste from used tires, plastics, biomass, organic parts of municipal waste by a tubular flow-through cracking reactor system for the processing of waste carbonaceous raw materials.
Doterajší stav technikyPrior art
Doposiaľ sa na spracovanie organického odpadu používa prevažne konvenčná metóda mechanickou recykláciou. Ďalej sa používajú termické procesy, z ktorých tepelne krakovanie a pyrolýza umožňujú konvertovať polymérny materiál na monoméry a ďalšie produkty. Termické krakovanie ojazdených pneumatík, odpadných plastov, biomasy a komunálnych odpadov umožňuje ich termickú degradáciu bez prítomnosti kyslíka/vzduchu. V priebehu termického krakovania sa odpady vyhrievajú na vysoké teploty, pri ktorých sa ich makromolekulárne štruktúry štiepia na menšie molekuly. Produkty z termického krakovania môžeme rozdeliť na nekondenzovateľnú plynovú frakciu, kvapalnú frakciu a tuhé zvyšky (koks). Ďalej termické krakovanie odpadov poskytuje veľmi široké kompozičné spektrum uhľovodíkov i neuhlo vodíkov, od nízkomolekulových plynov (vodík, oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, alkány a alkény Ci - C5) cez kvapalné podiely až po koks. Kvapalné produkty z termického krakovania sa využívajú na výrobu hodnotných automobilových benzínov, petrolejov, motorových náft, vykurovacích olejov, alternatívnych olejov i cenných chemikálií, akým je napríklad d,l-limonén z termického krakovania ojazdených pneumatík. Hľadajú sa optimálne podmienky termického krakovania a/alebo výhodné katalyzátory, aby sa získali trhovo úspešné produkty. Medzi najcennejšie zložky komunálnych odpadov patria polymérne materiály z priemyselných alebo komunálnych zdrojov. Polymérne materiály a z nich najmä polyetylén a polypropylén sa podrobujú termickému krakovaniu pri teplote 165 až 750 °C a atmosférickom tlaku za vzniku olejovoskov s teplotou varu 30 až 450 °C s obsahom nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov s počtom uhlíkov C5 až C30. Následne sa z olejovoskov destiláciou pri atmosférickom tlaku oddelí frakcia benzínov pri teplote 30 až 180 °C obsahujúca nasýtené a nenasýtené nerozvetvené i rozvetvené uhľovodíky C5 až Cu. Destilačný zvyšok po atmosférickej destilácii sa ďalej podrobí vákuovej destilácii pri tlaku 10 Pa až 110 kPa, pričom sa oddelí frakcia motorovej nafty pri teplote 150 až 360 °C s obsahom nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov C9 až C22 od zvyšku s počtom uhlíkov nad C22. Benzíny získané atmosférickou destiláciou olejovoskov a niektoré nafty získané vákuovou destiláciou olejovoskov sa môžu ďalej hydrogenačne rafinovať na heterogénnych katalyzátoroch [Patent SR, číslo 287556, (2011);EP 2135923 Al].Until now, the conventional method of mechanical recycling has been used for the treatment of organic waste. Furthermore, thermal processes are used, from which thermal cracking and pyrolysis make it possible to convert the polymeric material into monomers and other products. Thermal cracking of used tires, waste plastics, biomass and municipal waste allows their thermal degradation without the presence of oxygen / air. During thermal cracking, the waste is heated to high temperatures, at which time its macromolecular structures are broken down into smaller molecules. Products from thermal cracking can be divided into non-condensible gas fraction, liquid fraction and solid residues (coke). Furthermore, thermal cracking of waste provides a very wide compositional spectrum of hydrocarbons and non-hydrocarbons, from low molecular weight gases (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, alkanes and C 1 -C 5 alkenes) through liquids to coke. Liquid thermal cracking products are used to produce valuable motor gasoline, kerosene, diesel, heating oils, alternative oils and valuable chemicals such as d, l-limonene from the thermal cracking of used tires. Optimal thermal cracking conditions and / or preferred catalysts are sought to obtain marketable products. The most valuable components of municipal waste include polymeric materials from industrial or municipal sources. Polymeric materials, and in particular polyethylene and polypropylene, are subjected to thermal cracking at a temperature of 165 to 750 ° C and atmospheric pressure to produce oil waxes with a boiling point of 30 to 450 ° C containing saturated and unsaturated hydrocarbons having carbon numbers of C 5 to C 30 . Subsequently, the gasoline fraction at 30 to 180 ° C containing saturated and unsaturated unbranched and branched C 5 to Cu hydrocarbons is separated from the oil waxes by distillation at atmospheric pressure. The atmospheric distillation residue is further subjected to vacuum distillation at a pressure of 10 Pa to 110 kPa, separating the diesel fraction at 150 to 360 ° C containing saturated and unsaturated C 9 to C 22 hydrocarbons from the residue with a carbon number above C 22. . Gasolines obtained by atmospheric distillation of oil waxes and some naphthas obtained by vacuum distillation of oil waxes can be further hydrorefined on heterogeneous catalysts [Patent SR, number 287556, (2011); EP 2135923 A1].
Medzi rozhodujúce technologické parametre, ktoré v najväčšej miere ovplyvňujú zloženie reakčných produktov pri termickom krakovaní, patria: chemické zloženie suroviny, teplota, rýchlosť prestupu tepla, tlak, reakčný čas, typ reaktora, prítomnosť reaktívnych plynov (napríklad kyslíka), katalyzátor, aditíva prítomné v surovine, plynná a kvapalná fáza procesu. Typ reaktora rozhoduje o kvalite prestupu tepla, o miešaní, o zádržnej dobe v plynnej a kvapalnej fáze a uvoľňovaní primárnych rozkladných produktov. Reaktor sa vyberá hlavne na základe technických predpokladov, akými sú prestup tepla a pracovné vlastnosti suroviny a produktov. Vo viacerých procesoch sa polymérny materiál sa najprv rozpustí v tavenine polyméru alebo vosku alebo disperguje v soľnom kúpeli, aby sa znížila viskozita taveniny. Ďalšie procesy využívajú excelentný prestup tepla a látky vo fluidnom lôžku termických alebo katalytických reaktorov. Zvýšená teplota ovplyvňuje termodynamiku, cez relatívnu stabilitu jednotlivých produktov ako aj kinetiku a cez fyzikálne podmienky reakčnej zmesi. Vysoká teplota a prestup tepla, nízke tlaky a zdržné doby favorizujú tvorbu primárnych produktov.The decisive technological parameters that most influence the composition of reaction products in thermal cracking include: chemical composition of the raw material, temperature, heat transfer rate, pressure, reaction time, reactor type, presence of reactive gases (eg oxygen), catalyst, additives present in raw material, gaseous and liquid phase of the process. The type of reactor determines the quality of the heat transfer, the mixing, the residence time in the gas and liquid phase and the release of the primary decomposition products. The reactor is selected mainly on the basis of technical assumptions, such as heat transfer and operating properties of the raw material and products. In several processes, the polymeric material is first dissolved in a polymer or wax melt or dispersed in a salt bath to reduce the viscosity of the melt. Other processes use excellent heat and mass transfer in the fluidized bed of thermal or catalytic reactors. Elevated temperature affects thermodynamics, through the relative stability of individual products as well as kinetics and through the physical conditions of the reaction mixture. High temperature and heat transfer, low pressures and residence times favor the formation of primary products.
Aby krakovacie reaktory mali vysokú účinnosť pri chemickom štiepení polyalkénov, musia byť skonštruované v prietočnom vyhotovení. Z rovnakých dôvodov, v dôsledku vysokej tvorby koksu a minerálnych zvyškov by mali v priebehu rozkladu plastického odpadu umožňovať kontinuálne odstraňovanie koksu.In order for cracking reactors to be highly efficient in the chemical cleavage of polyalkenes, they must be designed in a flow-through design. For the same reasons, due to the high formation of coke and mineral residues, they should allow the continuous removal of coke during the decomposition of plastic waste.
Najlepšie riešenia poskytujú procesy s fluidným lôžkom, známych z rafinérií ako fluidné katalytické krakovanie (FCC) pri spracovaní ropných frakcií s krakovacím katalyzátorom alebo fluidné termické krakovanie s koksom alebo s inými minerálnymi čiastočkami ako fluidizačným médiom.The best solutions provide fluidized bed processes known from refineries such as fluid catalytic cracking (FCC) in the treatment of petroleum fractions with a cracking catalyst or fluid thermal cracking with coke or other mineral particles as a fluidizing medium.
Podľa amerického patentu [Patent USA, No 5856599] krakovanie alebo skvapalňovanie plastového odpadu sa realizuje v troj- alebo Štvorstupňovom skrutkovom extrudéri s rastúcou teplotou. Podobne, katalyzátor (ak sa používa) sa odstraňuje s koksom a minerálnym zvyškom. Na konci procesu sa destilovateľné uhľovodíkové frakcie separujú od tuhého zvyšku a koksu.According to U.S. Pat. No. 5,856,599, the cracking or liquefaction of plastic waste is carried out in a three- or four-stage screw extruder with increasing temperature. Similarly, the catalyst (if used) is removed with coke and a mineral residue. At the end of the process, the distillable hydrocarbon fractions are separated from the solid residue and the coke.
V ďalšom americkom patente [Patent USA, No 5744688] sa zmes polyalkénov a ojazdených pneumatík nadávkuje do vsádzkového reaktora, ktorý je vybavený špeciálnym mixérom. Na naplnenie reaktora sa používa buď skrutkový extrudér, alebo iné zariadenie. V tomto semikontinuálnom reaktore sa surovina dávkuje určitý čas a hlavnými produktmi sú plynné a kvapalné frakcie, ako aj zmes sadzí, minerálnych nečistôt a koksu. Na konci produkčného cyklu sa proces zastaví a zapne sa spätný chod mixéru. V tomto cykle lopatky mixéra zoškrabujú koks z vnútorných stien reaktora. Hlavnou nevýhodou tohto riešenia je polokontinuálny pracujúci reaktor s relatívne malou produkčnou kapacitou a problémami s použitím krakovacieho katalyzátora.In another U.S. patent [U.S. Pat. No. 5,744,688], a mixture of polyalkenes and used tires is metered into a batch reactor equipped with a special mixer. Either a screw extruder or other device is used to fill the reactor. In this semi-continuous reactor, the feedstock is metered in over time and the main products are gaseous and liquid fractions, as well as a mixture of carbon black, mineral impurities and coke. At the end of the production cycle, the process stops and the mixer reverses. In this cycle, the mixer blades scrape the coke from the inner walls of the reactor. The main disadvantage of this solution is the semi-continuous operating reactor with a relatively small production capacity and problems with the use of a cracking catalyst.
V ďalšom reaktorovom riešení [Patent USA č. 5811606] lopatky mixéra majú presne rovnaký tvar a veľkosť ako vnútorná časť reaktora. Počas termického rozkladu dochádza k zoškrabovaniu uloženého tuhého materiálu lopatkami z horúcich stien reaktora. Zoškrabaný koks padá dole a odsáva sa z dna reaktora s časťou reakčných produktov pomocou odsávacieho potrubia. Hlavnými produktmi z tepelného krakovania sú plynné frakcie (vhodné na vykurovanie), benzín a ľahký vykurovací olej (VOĽ) a parafínové frakcie.In another reactor solution [U.S. Pat. 5811606] the mixer blades have exactly the same shape and size as the inside of the reactor. During thermal decomposition, the deposited solid material is scraped by the blades from the hot walls of the reactor. The scraped coke falls down and is sucked out of the bottom of the reactor with part of the reaction products by means of a suction line. The main products from thermal cracking are gaseous fractions (suitable for heating), petrol and light fuel oil (VOL) and paraffin fractions.
Vsádzkový reaktor vybavený skrutkovým dávkovacom a mixérom je popísaný v ďalšom americkom patente [Patent USA č. 5738025]. Špeciálny rošt je nainštalovaný vnútri reaktora nad roztavenou krakujúcou sa zmesou odpadných plastov. Odpadové plasty dávkované do štiepneho reaktora sa tavia na špeciálnom rošte a padajú dole do reakčnej zmesi. Podobne ako v prípade popisu v predchádzajúcom patente [Patent USA č. 5811606] aj v tomto prípade mixér v Špeciálne skonštruovanom tvare zoškrabuje koks zo stien reaktora do špeciálne tvarovaného dna reaktora, odkiaľ sa odstraňujú skrutkovnicovým dopravníkom. Teplota v tomto procese dosahuje 450 °C.A batch reactor equipped with a screw metering and mixer is described in another U.S. patent [U.S. Pat. 5738025]. A special grate is installed inside the reactor above the molten cracking mixture of waste plastics. The waste plastics fed to the fission reactor are melted on a special grate and fall down into the reaction mixture. Similar to the description in the previous patent [U.S. Pat. 5811606] also in this case a mixer in a specially designed shape scraps the coke from the walls of the reactor into a specially shaped bottom of the reactor, from where they are removed by a screw conveyor. The temperature in this process reaches 450 ° C.
Nemeckí výskumníci [EP 0591703] prezentovali splynovanie odpadných plastov v plazmovom reaktore s následným využitím odpadového tepla z turbíny na výrobu pary. Chýbajú údaje o účinnosti procesu. Hlavnou výhodou riešenia je možnosť využitia rozdielneho zloženia suroviny.German researchers [EP 0591703] presented the gasification of waste plastics in a plasma reactor with the subsequent use of waste heat from a turbine to produce steam. Data on process efficiency are missing. The main advantage of the solution is the possibility of using a different composition of the raw material.
Postup podľa poľských pracovníkov [WO 03104354] umožňuje konštrukcia špeciálneho semikontinuálneho reaktora vybaveného vymeniteľnými ohrevnými rúrkami (telieskami). Ohrevné rúrky, ktoré sú vnútri vyhrievané spalinami, zabezpečujú ohrev vstupnej suroviny s následným topením a umožňujú štiepenie plastov. V dôsledku priebehu sekundárnych krakovacích reakcií dochádza k tvorbe koksu. Koks sa usadzuje na vonkajšom povrchu ohrevných rúrok. Špeciálna konštrukcia krakovacieho reaktora umožňuje odstraňovať uhlíkové usadeniny pomocou vibrácií ohrevných rúrok. Ohrevné rúrky sa môžu rozobrať a vymeniť po odstavení zariadenia.The procedure according to Polish workers [WO 03104354] allows the construction of a special semi-continuous reactor equipped with replaceable heating tubes (bodies). Heating pipes, which are heated inside by flue gases, provide heating of the input raw material with subsequent heating and enable the splitting of plastics. Due to the course of secondary cracking reactions, coke is formed. Coke settles on the outer surface of the heating tubes. The special design of the cracking reactor makes it possible to remove carbon deposits by means of vibrations of heating tubes. The heating pipes can be disassembled and replaced after the appliance has been shut down.
Keďže v plastoch sa nachádzajú i anorganické komponenty, má využitie chemických a nekatalytických procesov určité výhody pred katalytickými procesmi. Čínski výskumníci [CN 1397627/2003] navrhli dvojstupňový proces. V prvom stupni prebieha tepelné krakovanie, pri ktorom sa plasty čiastočne naštiepia. Súčasne dôjde k oddeleniu anorganických zlúčenín. V ďalšom stupni sa čiastočne naštiepené produkty krakujú na pevne uloženom katalyzátore.Since plastics also contain inorganic components, the use of chemical and non-catalytic processes has certain advantages over catalytic processes. Chinese researchers [CN 1397627/2003] proposed a two-step process. In the first stage, thermal cracking takes place, during which the plastics are partially split. At the same time, inorganic compounds are separated. In the next step, the partially cleaved products are cracked on a fixed catalyst.
Japonskí a čínski inventori navrhli a patentovali viaceré originálne riešenia pre krakovacie reaktory. Rovnaká konštrukcia krakovacieho reaktora sa nachádza v dvoch prezentovaných patentoch [WO 9620254 (1996), Patent USA č. 2156332]. Odpadné plasty sa dávkujú pomocou skrutkového extrudéra cez paralelne tvarovaný rúrkový reaktor s vnútorným dopravníkom, v ktorom po zmiešaní dochádza k taveniu, krakovaniu a odparovaniu v jednotlivých zónach. Japonskí výskumníci vyvinuli rúrkový reaktor so skrutkovým mixérom a dopravným zariadením [JP 100446158 (1998)]. Hoci dizajnové riešenie reaktorov nie je zrozumiteľné, z návrhov je zrejmé, že hlavnou výhodou týchto reaktorov je odstraňovanie koksu, uhlíkových zvyškov a katalyzátora (ak sa používa) zvnútra reaktora. V riešení nie je žiadna zmienka o výstupe produktov z reaktorového systému.Japanese and Chinese inventories have designed and patented several original solutions for cracking reactors. The same design of a cracking reactor is found in the two presented patents [WO 9620254 (1996), U.S. Pat. 2156332]. The waste plastics are metered by means of a screw extruder through a parallel-shaped tubular reactor with an internal conveyor, in which, after mixing, melting, cracking and evaporation take place in the individual zones. Japanese researchers have developed a tubular reactor with a screw mixer and conveying equipment [JP 100446158 (1998)]. Although the design of the reactors is not clear, it is clear from the designs that the main advantage of these reactors is the removal of coke, carbon residues and catalyst (if used) from inside the reactor. There is no mention in the solution of the output of products from the reactor system.
Na Wroclavskej technickej univerzite vyvinuli rúrkový reaktor so špeciálnym vnútorným skrutkovým mixérom [Polish patent application č. P 355826; J. Walendzievski, Continuous flow cracking of waste plastics, Fuel Proc. Technol. 86, 1265 (2005)]. Roztavené plasty zo skrutkového extrudéra prechádzajú do multirúrkového reaktora, kde dochádza k ich krakovaniu pri teplote 420 až 500 °C. Úlohou špeciálne tvarovaného vnútorného mixéra je miešanie roztavených plastov, zoškrabovanie koksu z vnútorného povrchu rúrkového reaktora a odvádzanie koksu von z reaktora. Granuly odstraňovaného koksu padajú do zásobníka na konci reaktorového ukončenia, zatiaľ čo uhľovodíkové pary následne postupujú cez vzduchové a vodné chladiče do separátorov na oddelenie plynov od kvapalín. Laboratórne experimenty (0,3 - 2 kg) a poloprevádzkové zariadenia s kapacitou 20 - 30 kg/h ukázali, že tento typ reaktorov môže nájsť komerčnú aplikáciu v prietočnom vyhotovení. Hlavnou prednosťou tohto riešenia je kontinuálne odstraňovanie koksu z reakčných rúrok. Reaktorová krakovacia jednotka sa bude skladať zo 6 alebo viacerých rúrok, ktoré budú vybavené internými mixérmi, umožňujúce buď termické, alebo katalytické krakovanie odpadných polyalkénov.At the Wrocław University of Technology, they developed a tubular reactor with a special internal screw mixer [Polish patent application no. P 355826; J. Walendzievski, Continuous flow cracking of waste plastics, Fuel Proc. Technol. 86, 1265 (2005)]. The molten plastics from the screw extruder pass to a multi-tube reactor, where they are cracked at a temperature of 420 to 500 ° C. The task of the specially shaped internal mixer is to mix the molten plastics, scrape the coke from the inner surface of the tubular reactor and discharge the coke out of the reactor. The coke removal granules fall into the tank at the end of the reactor termination, while the hydrocarbon vapors then pass through air and water coolers to separators to separate the gases from the liquids. Laboratory experiments (0.3 - 2 kg) and pilot plants with a capacity of 20 - 30 kg / h have shown that this type of reactor can find commercial application in a flow-through version. The main advantage of this solution is the continuous removal of coke from the reaction tubes. The reactor cracking unit will consist of 6 or more tubes, which will be equipped with internal mixers, allowing either thermal or catalytic cracking of the waste polyalkenes.
Zdá sa, že krakovacie reaktory s fluidným lôžkom (termické alebo katalytické) sú najlepším riešením na ich priemyselné využitie. Avšak regenerácia a cirkulácia takzvaného rovnovážneho katalyzátora je možná len pre relatívne čisté nástreky, napríklad zvyškov z vákuovej destilácie plynových olejov z ropy. Komunálne plastové odpady obsahujú rôzne minerálne nečistoty, stopové množstvá produktov a aditívov, ktoré môžu rýchlo deaktivovať drahý katalyzátor. Vo viacerých prípadoch regenerácia katalyzátora nie je možná. Preto by sa pri krakovaní plastov mal použiť lacný a dostupný katalyzátor. Drahé a sofistikované zeolity alebo iné molekulové sitá, ako aj katalyzátory na báze vzácnych kovov nájdu pravdepodobne len obmedzené použitie v recyklačných procesoch.Fluidized bed cracking reactors (thermal or catalytic) seem to be the best solution for their industrial use. However, regeneration and circulation of the so-called equilibrium catalyst is only possible for relatively clean feeds, for example residues from the vacuum distillation of gas oils from petroleum. Municipal plastic waste contains various mineral impurities, trace amounts of products and additives, which can quickly deactivate the expensive catalyst. In several cases, catalyst regeneration is not possible. Therefore, a cheap and available catalyst should be used when cracking plastics. Expensive and sophisticated zeolites or other molecular sieves, as well as noble metal catalysts, are likely to find limited use in recycling processes.
Ďalším riešením sú termické procesy s inertným fluidizačným médiom, ktoré majú sekciu na odstraňovanie koksu. Pre menšie prevádzky prichádzajú do úvahy multirúrkové reaktory s vnútornými mixérmi.Another solution is thermal processes with an inert fluidizing medium, which have a coke removal section. Multi-tube reactors with internal mixers are suitable for smaller operations.
A tak známe údaje o spôsoboch recyklácie odpadov, reaktoroch termického krakovania využíva a nedostatky odstraňuje spôsob výroby chemikálií, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov, tuhých uhlíkových materiálov termickým krakovaním, čiže cestou špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, biomasy, organických podielov komunálnych odpadov v univerzálnom krakovacom prietočnom rúrkovom reaktore podľa toho vynálezu, ktorého cieľom je spracovanie odpadových uhlíkových surovín na alternatívne nosiče energie druhej generácie (chemikálie, kvalitné ekologické palivá) a nové uhlíkové materiály.Thus, the known data on methods of waste recycling, thermal cracking reactors is used and eliminated by the method of production of chemicals, gaseous and liquid fuels, heating oils, solid carbon materials by thermal cracking, ie by way of specified and / or mixed waste from used tires, plastics, biomass, organic fractions of municipal waste in a universal cracking flow tube reactor according to the invention, the aim of which is to process waste carbonaceous raw materials into alternative second-generation energy carriers (chemicals, high-quality ecological fuels) and new carbon materials.
Napriek enormnému výskumnému úsiliu, vo vedeckej a patentovanej literatúre existuje veľmi málo údajov o tvorbe koksu v priebehu radikálových dejov. Tvorba koksu je nežiaduca, pretože uhlíkové produkty sa postupne usadzujú na vnútornom povrchu reaktora, čím zhoršujú hlavne prestup tepla cez stenu reaktora. Účinná kontrola rozkladného procesu sa stáva problematická. V dôsledku koksovania vznikajúce produkty nielenže nemajú želané zloženie, ale nemôžu sa ani efektívne vyrábať. Klesá výkon reaktorov, a tým aj ekonomika procesu. Produkty sú kontaminované uhlíkovými sadzami, takže nie sú vhodné ako palivá na trhové použitie.Despite enormous research efforts, there is very little data in the scientific and patent literature on coke formation during radical processes. The formation of coke is undesirable because the carbon products gradually settle on the inner surface of the reactor, which mainly impairs the heat transfer through the reactor wall. Effective control of the decomposition process becomes problematic. The products resulting from coking not only do not have the desired composition, but they cannot be produced efficiently. The performance of the reactors and thus the economy of the process decreases. The products are contaminated with carbon black, so they are not suitable as fuels for market use.
Aby sa zabránilo tvorbe koksu, a tým sa umožnilo vyrábať produkty so želaným zložením, potrebujeme mať k dispozícii exaktné znalosti o mechanizme rozkladu polymérnych uhlíkových surovín a priebehu sekundárnych reakcií, v dôsledku ktorých vzniká koks. Z toho pohľadu sú v súčasnosti existujúce konvenčné technológie neefektívne, pretože nedokážu ani účinne zabrániť tvorbe koksu, ani efektívne zamerať tepelný rozklad želaným smerom. Na základe nášho detailného výskumu a poznania mechanizmu rozkladu uhlíkových polymérnych materiálov a priebehu sekundárnych reakcií vedúcich k tvorbe koksu môžeme konštatovať, že rozklad polymérnych uhlíkových surovín na plynné, kvapalné a tuhé produkty prebieha nasledujúcimi procesmi: tuhá východisková surovina mäkne, topí sa a prechádza do kvapalného stavu. Surovina v kvapalnom stave sa potom ďalej vyhrieva a následne rozkladá z vyšších polymérnych štruktúr na nízkomolekulové štruktúry v závislosti od teploty rozkladu. Plynné zložky sa ochladzujú na produkty štandardného zloženia. Zloženie získaných produktov a ich molekulová hmotnosť je v rozhodujúcej miere ovplyvnená rozkladnou teplotou. Pre výsledné zloženie získaných produktov je dôležitý priebeh krakovacích reakcií v kvapalnom stave.In order to prevent the formation of coke, and thus to enable the production of products with the desired composition, we need to have exact knowledge of the mechanism of decomposition of polymeric carbon raw materials and the course of secondary reactions, as a result of which coke is formed. From this point of view, currently existing conventional technologies are inefficient because they cannot either effectively prevent the formation of coke or effectively target thermal decomposition in the desired direction. Based on our detailed research and knowledge of the mechanism of decomposition of carbon polymeric materials and the course of secondary reactions leading to the formation of coke, we can conclude that the decomposition of polymeric carbon raw materials into gaseous, liquid and solid products takes place by the following processes: solid starting material softens, melts and turns into liquid condition. The raw material in the liquid state is then further heated and subsequently decomposed from higher polymer structures to low molecular weight structures depending on the decomposition temperature. The gaseous components are cooled to standard composition products. The composition of the products obtained and their molecular weight are decisively influenced by the decomposition temperature. The course of cracking reactions in the liquid state is important for the final composition of the obtained products.
V najväčšej miere pri termickom krakovaní uhlíkových polymérnych materiálov vzniká koks (uhlík) najmä vtedy, keď vznikajúce plynné nízkomolekulové nenasýtené uhľovodíky zotrvávajú v reakčnom priestore a dlhodobo sa prehrievajú. Všetky konvenčné procesy sa v súčasnosti realizujú za podmienok, pri ktorých sa plynné zložky pomaly uvoľňujú z intenzívne vyhrievaného reakčného priestoru v reaktore. Zachytávajú sa buď adsorpčne na tuhej surovine a vznikajúcom kokse, alebo sa absorbujú v kvapalných produktoch. To sú hlavné dôvody tvorby obrovského množstva koksu. Najdôležitejšie je preto zabezpečiť realizáciu termického krakovania uhlíkových materiálov tak, aby sa plynné, veľmi reaktívne (hlavne nenasýtené) zložky uvoľnené rozkladom kvapalných podielov, čo najrýchlejšie odviedli z reakčného priestoru tak, aby nedošlo k ich intenzívnemu a dlhodobému prehrievaniu. Tu je treba pripomenúť, že pri konvenčných technológiách využívajúcich zariadenia na princípe vytláčania taveniny, kvapalné zložky po skvapalnení sa tak dopravujú vo vysokohustotnej forme. Pri zadržiavaní takýchto tekutín v reakčnom priestore vzniká veľké množstvo koksu. Okrem toho, vznikajúca tenká vrstva vytváraná polymérmi má nízku tepelnú vodivosť, čo môže viesť k nesprávnej kontrole teploty v strede reaktora, a tým k zhoršeniu kontroly zloženia získaných produktov.To the greatest extent, the thermal cracking of carbon polymeric materials produces coke (carbon), especially when the resulting gaseous low molecular weight unsaturated hydrocarbons remain in the reaction space and are superheated for a long time. All conventional processes are currently carried out under conditions in which the gaseous components are slowly released from the intensively heated reaction space in the reactor. They are either adsorbed on the solid raw material and the resulting coke, or are absorbed in liquid products. These are the main reasons for the formation of huge amounts of coke. It is therefore most important to ensure the thermal cracking of carbon materials so that the gaseous, highly reactive (mainly unsaturated) components released by the decomposition of the liquid fractions are removed from the reaction space as quickly as possible so that they do not overheat intensively and for long periods. It should be noted here that in conventional technologies using melt extrusion equipment, the liquid components after liquefaction are thus transported in a high-density form. When such fluids are retained in the reaction space, a large amount of coke is formed. In addition, the resulting polymer-formed thin layer has a low thermal conductivity, which can lead to incorrect temperature control in the center of the reactor, and thus to poorer control of the composition of the products obtained.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Predmetom vynálezu, ktorý odstraňuje uvedené nedostatky, je spôsob výroby alternatívnych nosičov energie druhej generácie (chemikálií, tuhých, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov) a tuhých uhlíkových materiálov termickým rozkladom špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, biomasy a organických podielov komunálnych odpadov. Podstatou riešenia je vytvorenie novej konštrukcie rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, ktorý umožňuje kontinuálne spracovanie odpadných uhlíkových surovín.The object of the invention, which overcomes said drawbacks, is a process for the production of alternative second generation energy carriers (chemicals, solid, gaseous and liquid fuels, heating oils) and solid carbon materials by thermal decomposition of specified and / or mixed waste from used tires, plastics, biomass and organic shares of municipal waste. The essence of the solution is the creation of a new design of a tubular flow-through cracking reactor, which enables the continuous processing of waste carbonaceous raw materials.
Podľa tohto spôsobu sa termické krakovanie uskutočňuje v hermeticky uzavretom prietočnom zariadení. Vstupná surovina upravená do formy drviny, odrezkov alebo štiepok s veľkosťou do 350 mm sa dopravuje do dávkovacieho násypníka. Transport upravenej vstupnej suroviny umožňuje dávkovací Špirálový dopravník cez náplň rozkladného oleja tvoriaceho vstupný olejový uzáver do rúrkového prietočného krakovacieho reaktora vybaveného posúvacím špirálovým dopravníkom. Termické krakovanie vstupnej uhlíkovej suroviny prebieha v rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore pri teplote 165 až 750 °C atmosférickom tlaku odAccording to this method, the thermal cracking is carried out in a hermetically sealed flow device. The input raw material prepared in the form of crushed stone, chips or chips with a size of up to 350 mm is transported to the dosing hopper. The transport of the treated feedstock is enabled by a dosing spiral conveyor through the charge of decomposition oil forming the inlet oil seal to a tubular flow-through cracking reactor equipped with a sliding spiral conveyor. The thermal cracking of the input carbon feedstock takes place in a tubular flow-through cracking reactor at a temperature of 165 to 750 ° C at atmospheric pressure from
100834,6675 Pa do 101815,3325 Pa (t. j. pri atmosférickom tlaku od -50 mm až do + 50mm vodného stĺpca) na plynné, kvapalné a tuhé produkty. Doprava vzniknutých plynných rozkladných produktov z rúrkového prietočného krakovacieho reaktora sa uskutočňuje dvoma výstupmi smerom do kondenzačného systému. Tuhé produkty (koks) sa transportujú hornou časťou reaktora pomocou špirálového dopravníka cez vodný chladič otvorom pre výstup tuhých produktov do výstupného vodného uzáveru, ktorý vytvára hydraulický uzáver. Z neho sa vyberajú špirálovým dopravníkom.100834,6675 Pa to 101815,3325 Pa (i.e. at atmospheric pressure from -50 mm up to + 50 mm water column) for gaseous, liquid and solid products. The transport of the formed gaseous decomposition products from the tubular flow-through cracking reactor takes place via two outlets towards the condensing system. The solid products (coke) are transported through the upper part of the reactor by means of a spiral conveyor through a water cooler through an opening for the exit of solid products into the outlet water seal, which forms a hydraulic seal. They are removed from it by a spiral conveyor.
Ohrev rúrkového prietočného krakovacieho reaktora sa uskutočňuje v ohrievacej peci, ktorá pozostáva z dvoch častí, prvého a druhého stupňa, a to prestupom tepla zo spalín. Tie vznikajú spaľovaním privedeného vyčisteného ochladeného plynu z procesu termického krakovania s predhriatym vzduchom z rekuperátora v pecných horákoch. K predohrevu vstupnej suroviny dochádza už v počiatočnej fáze dávkovania, a to teplom z olejovej náplne, tu vytvára kondenzát vysokovriacich podielov rozkladného oleja stekajúci samospádom z priestoru rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. Rúrkový prietočný krakovací reaktor je umiestnený na kovovom ráme pod sklonom s horizontálnou rovinou. V rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore sa nachádza posúvací špirálový dopravník, ktorého spodná časť je ponorená do olejového uzáveru. Hornú časť uzatvára vodný uzáver, pričom olejový a vodný uzáver ho hermeticky uzatvárajú. Olejový a vodný uzáver sú podstatnými a nevyhnutnými súčasťami rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. Termický rozklad uhlíkových surovín prebiehajúci vnútri rúrkového prietočného krakovacieho reaktora sa tak uskutočňuje pri atmosférickom tlaku od 100834,6675 Pa do 101815,3325 Pa (t. j. pri atmosférickom tlaku od -50 mm až do + 50 mm vodného stĺpca). Pri uvedenom usporiadaní, kedy nedochádza v rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore k pretlaku, sú hladiny oleja a vody stabilizované. Počas náhleho (prudkého) uvoľnenia pár vznikajúcich produktov dochádza v reaktorovom priestore k pretlaku. Vtedy vďaka kvapalinovým uzáverom sa môže pretlak plynu uvoľniť do ovzdušia, a tým nedochádza k zvýšeniu tlaku vznikajúcich plynov nad dovolenú hranicu, pretože cez kvapalné uzávery môže uniknúť do atmosféry. Tým sa zabraňuje možnej deštrukcii, prípadne inému poškodeniu rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. Bezpečnostný systém napojený na kvapalinové uzávery dokáže v prípade náhleho zvýšenia tlaku v reaktore okamžite odstaviť dávkovanie suroviny do systému a spustiť bezpečné odstavenie prevádzky termického krakovania.The heating of the tubular flow-through cracking reactor is carried out in a heating furnace, which consists of two parts, the first and the second stage, by heat transfer from the flue gas. These are formed by the combustion of the supplied cooled cooled gas from the thermal cracking process with preheated air from the recuperator in furnace burners. The preheating of the feedstock takes place already in the initial phase of the dosing, namely by the heat from the oil charge, where it forms a condensate of high-boiling fractions of decomposition oil flowing by gravity from the space of the tubular flow-through cracking reactor. The tubular flow-through cracking reactor is placed on a metal frame at an inclination with a horizontal plane. In the tubular flow-through cracking reactor, there is a sliding spiral conveyor, the lower part of which is immersed in an oil cap. The upper part is closed by a water seal, while the oil and water caps are hermetically sealed. The oil and water seal are essential and necessary components of a tubular flow cracking reactor. The thermal decomposition of the carbon feedstocks taking place inside the tubular flow-through cracking reactor is thus carried out at atmospheric pressure from 100834.6675 Pa to 101815.3325 Pa (i.e. at atmospheric pressure from -50 mm up to + 50 mm water column). In said arrangement, when there is no overpressure in the tubular flow-through cracking reactor, the oil and water levels are stabilized. During the sudden (rapid) release of the vapors formed, overpressure occurs in the reactor space. Then, thanks to the liquid closures, the overpressure of the gas can be released into the air, and thus the pressure of the resulting gases does not increase above the permissible limit, because it can escape into the atmosphere through the liquid closures. This prevents possible destruction or other damage to the tubular flow cracking reactor. The safety system connected to the liquid closures can immediately stop the dosing of the raw material into the system in the event of a sudden increase in the pressure in the reactor and start the safe shutdown of the thermal cracking operation.
Spektrum a kvalita produktov v rozhodujúcej miere závisí od prebiehajúcich reakcií. K prvým, ktoré prevládajú, patrí primárne krakovanie uhlíkových surovín na nízkomolekulové produkty. K druhým patria sekundárne kondenzačné reakcie, termické alkylácie, oligomerizácie, polymerizácie a cyklizácie primárnych splodín, ktoré môžu viesť až ku karboidom (koksu). Z rovnovážneho zloženia vyplýva, že termický rozklad termodynamicky podporuje zmenšenie celkového tlaku v reakčnom systéme. Na rozdiel od rozkladných reakcií sú sekundárne reakcie vyššieho než prvého poriadku. Sú podporované vyššou koncentráciou reaktívnych zložiek, akými sú alkény, acetylény, diény, aromáty a tlakom. Preto je vyšší tlak i z kinetického dôvodu pri krakovaní nežiaduci. Nežiaduce sú aj kondenzácie so vznikom koncentrovanej kvapalnej fázy. Preto sú kondenzácie, pri ktorých napokon vzniká koks, ešte citlivejšie na výkyvy teplôt v reaktore a výmenníkoch. Výraznejšie sú molekulové kondenzačné reakcie, napríklad Diels-Alderove syntézy. Postupne pri nich vznikajú polyény, polyaromáty, decht a koks.The range and quality of the products depend crucially on the ongoing reactions. One of the first to predominate is the primary cracking of carbonaceous raw materials into low molecular weight products. The latter include secondary condensation reactions, thermal alkylations, oligomerizations, polymerizations and cyclizations of primary products, which can lead to carboids (coke). It follows from the equilibrium composition that thermal decomposition thermodynamically promotes a reduction of the total pressure in the reaction system. Unlike decomposition reactions, secondary reactions are higher than first order. They are supported by higher concentrations of reactive components such as alkenes, acetylenes, dienes, aromatics and pressure. Therefore, higher pressure is also undesirable for cracking during kinetic reasons. Condensations with the formation of a concentrated liquid phase are also undesirable. Therefore, condensations that eventually form coke are even more sensitive to temperature fluctuations in the reactor and exchangers. More prominent are molecular condensation reactions, such as Diels-Alder syntheses. They gradually form polyenes, polyaromatics, tar and coke.
Pri termickom krakovaní sa pravidelne ukladá koks na vnútornom povrchu reaktora. Názory na mechanizmus tvorby koksu nie sú ustálené. Pravdepodobne existujú dva mechanizmy. Podľa prvého sa koksotvorné látky adsorbujú priamo z plynnej fázy na aktívnych miestach povrchu a tu postupnými reakciami s radikálmi z plynnej fázy a nasledujúcimi polymerizáciami a kondenzáciami prechádzajúci až na koks. Podľa druhého prebiehajú tieto interakcie, polymerizácie a kondenzácie v plynnej fáze až po vznik aerosólu. Vytvorené kvapky sa usadzujú na povrchu a ďalšími reakciami prechádzajú na koks. V druhom prípade vzniká vláknitý koks. V druhom prípade závisí forma koksu od toho, či kvapky povrch zmáčajú alebo nie. Ak áno, vzniká pri ňom plocha amorfného koksu. Ak nie, vzniká globulárny (sferoidný) koks. Významnými prekurzormi sú vinylové a fenylové radikály a z nich vzniknuté polyény, polyacetylény a polyaromáty. Vplyv zloženia povrchov je významný. Výhodou redukovaného tlaku (nie pretlaku) v reaktore je, že sa obmedzuje priebeh sekundárnych reakcií plynných uhľovodíkov. Spôsob výroby alternatívnych nosičov energie druhej generácie (chemikálií, tuhých, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov) a tuhých uhlíkových materiálov v prietočnom krakovacom rúrkovom reaktore podľa predloženého riešenia predstavuje originálnu technológiu využívajúcu na výrobu kvalitných ekologických palív odpadné uhlíkové polymérne materiály z komunálnych odpadov s univerzálnym použitím. Univerzálnosť rúrkového prietočného krakovacieho reaktora sa prejavuje predovšetkým v tom, že umožňuje recykláciu surovinovo rôznorodého materiálu, akými sú napríklad ojazdené pneumatiky, odpadové plasty, biomasa a komunálne odpady. Podľa vynálezu sa realizuje efektívny priebeh aj tým, že sa využíva odpadové teplo na predhrievanie vzduchu. Vzduch sa pred vstupom do horákov ohrieva v rekuperátoroch. Ako ohrevné médium sa používajú spaliny. Odpadné procesové teplo sa využíva aj na predohrev vstupujúcej suroviny, ktorá odoberá teplo z olejového uzáveru.During thermal cracking, coke is regularly deposited on the inner surface of the reactor. Opinions on the mechanism of coke formation are not stable. There are probably two mechanisms. According to the first, the coking agents are adsorbed directly from the gas phase at the active sites of the surface and here by successive reactions with radicals from the gas phase and subsequent polymerizations and condensations passing to the coke. According to the second, these interactions, polymerizations and condensations take place in the gas phase up to the formation of an aerosol. The formed droplets settle on the surface and pass to coke by further reactions. In the second case, fibrous coke is formed. In the latter case, the form of the coke depends on whether the drops wet the surface or not. If so, an area of amorphous coke is formed. If not, globular (spheroid) coke is formed. Important precursors are vinyl and phenyl radicals and polyenes, polyacetylenes and polyaromatics formed therefrom. The effect of surface composition is significant. The advantage of reduced pressure (not overpressure) in the reactor is that the course of secondary reactions of gaseous hydrocarbons is limited. The method of production of alternative energy carriers of the second generation (chemicals, solid, gaseous and liquid fuels, heating oils) and solid carbon materials in a flow-through cracking tube reactor according to the present solution represents an original technology using waste carbon polymer materials from municipal waste with universal waste. use. The versatility of a tubular flow-through cracking reactor is manifested above all in the fact that it enables the recycling of raw materials such as used tires, waste plastics, biomass and municipal waste. According to the invention, an efficient process is also realized by using the waste heat for preheating the air. The air is heated in recuperators before entering the burners. Flue gases are used as the heating medium. Waste process heat is also used to preheat the incoming raw material, which removes heat from the oil seal.
Prednosťou spôsobu termického rozkladu podľa tohto vynálezu je aj jeho technická jednoduchosť v spojení reaktore vej krakovacej rúry s dávkovacím násypníkom cez vstupný olejový uzáver, pričom krakovací rúrkový reaktor v hornej časti je vybavený dopravníkom tuhých produktov a vyberacím dopravníkom. Kra kovací rúrkový reaktor je realizovaný tak, aby plynné a tuhé produkty mohli čo najrýchlejšie opustiť reakčnú zónu. Tým sa zabraňuje ich prehrievaniu a priebehu sekundárnych reakcií vedúcich k vzniku koksu.An advantage of the thermal decomposition method according to the invention is also its technical simplicity in the connection of the cracking tube reactor to the dosing hopper via the oil inlet cap, the cracking tube reactor in the upper part being equipped with a solid product conveyor and a take-off conveyor. The cracking tubular reactor is designed so that the gaseous and solid products can leave the reaction zone as quickly as possible. This prevents them from overheating and from undergoing secondary reactions leading to the formation of coke.
Spôsob termického rozkladu podľa vynálezu je energetický aj materiálovo nenáročný proces. Recykláciou uhlíkových polymérnych odpadov sa chráni životné prostredie za súčasnej výroby kvalitných alternatívnych ekologických palív druhej generácie. Nahrádza sa tým časť fosílnych palív, hlavne ropy, ktorú mnohé krajiny (aj Slovensko) dovážajú zo zahraničia.The thermal decomposition process according to the invention is an energy and material-intensive process. The recycling of carbon polymer waste protects the environment while producing high-quality second-generation alternative fuels. This replaces some of the fossil fuels, especially oil, which many countries (including Slovakia) import from abroad.
Ďalšie údaje o spôsobe výroby alternatívnych nosičov energie druhej generácie (chemikálii, tuhých, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov) a tuhých uhlíkových materiálov termickým krakovaním špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, biomasy, organických podielov komunálnych odpadov v univerzálnom krakovacom prietočnom rúrkovom reaktore, ako aj ďalšie výhody, sú zrejmé z príkladov prevedenia, ktoré však rozsah vynálezu neobmedzujú.Further information on how to produce second generation alternative energy carriers (chemicals, solid, gaseous and liquid fuels, heating oils) and solid carbon materials by thermal cracking of specified and / or mixed waste from used tires, plastics, biomass, organic municipal waste in a universal cracker flow tube reactor, as well as other advantages, are apparent from the exemplary embodiments, which, however, do not limit the scope of the invention.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of figures in the drawings
Vynález je bližšie ozrejmený pomocou obrázkov na výkresoch. Na obrázku 1 je znázornené zariadenie na termický rozklad organického materiálu. Na obrázku 2 je zobrazený detail olejového uzáveru a na obrázku 3 je znázornený detail vodného uzáveru.The invention is further elucidated with the aid of the figures in the drawings. Figure 1 shows an apparatus for the thermal decomposition of organic material. Figure 2 shows a detail of the oil seal and Figure 3 shows a detail of the water seal.
Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of embodiments of the invention
Technologický proces termického rozkladu uhlíkových materiálov sa realizuje v rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore la. Univerzálnosť rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la sa prejavuje predovšetkým v tom, že umožňuje recykláciu surovinovo rôznorodého materiálu, akými sú napríklad, ojazdené pneumatiky, odpadové plasty, biomasa a komunálne odpady. Zariadenie na termický rozklad 1 pozostáva z troch častí z dávkovacej časti, ktorá pozostáva z dávkovacieho násypníka 15, z dávkovacieho špirálového dopravníka 16 s pohonom 18 dávkovacieho Špirálového dopravníka a zo vstupného 8 olejového uzáveru a zo špirálového dopravníka 2 suroviny s pohonom 3 špirálového dopravníka suroviny a z reaktorovej časti (horúca časť) pozostávajúca z prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, z druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora z ohrievacej pece 4 prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a z ohrievacej pece 5 druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a z výstupnej časti (studená vyberacia časť), ktorá pozostáva z vodného chladiča 7 tuhých častí, z výstupného 9 vodného uzáveru a z vyberacieho špirálového dopravníka 22 s pohonom 23 vyberacieho špirálového dopravníka cez dopravné cesty 26. Rúrkový prietočný krakovací reaktor la je schematicky znázornený na obrázku 1.The technological process of thermal decomposition of carbon materials is carried out in a tubular flow-through cracking reactor 1a. The versatility of the tubular flow-through cracking reactor 1a is manifested in particular in the fact that it allows the recycling of raw materials such as used tires, waste plastics, biomass and municipal waste. The thermal decomposition device 1 consists of three parts, the dosing part, which consists of the dosing hopper 15, the dosing spiral conveyor 16 with the drive 18 of the dosing spiral conveyor and the oil inlet 8 and the spiral conveyor 2 of the raw material with the drive 3 of the spiral conveyor. reactor part (hot part) consisting of a first part 1b of the tubular flow cracking reactor, a second part 1c of the tubular flow cracking reactor from the heating furnace 4 of the first part 1b of the tubular flow cracking reactor and the heating furnace 5 of the second part 1c of the tubular flow cracking reactor cold take-off part), which consists of a water cooler 7 of solid parts, an outlet 9 water seal and a take-off spiral conveyor 22 with a drive 23 of the take-up spiral conveyor via conveying paths 26. The tubular flow cracking reactor 1a is schematically shown in figure 1.
Dávkovanie suroviny je umiestnené v prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la. Zabezpečuje vstup suroviny cez dávkovací násypník 15, v spojení s dávkovacím špirálovým dopravníkom 16, v ktorom sa nachádza náplň rozkladného oleja 17 tvoriaca vstupný olejový uzáver 8. Spojenie dávkovacieho špirálového dopravníka 16 a rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la je pod uhlom od 90 do 125 stupňov. Dávkovanie suroviny zabezpečuje dávkovací špirálový dopravník 16 s pohonom 18 dávkovacieho špirálového dopravníka.The feedstock is located in the first part 1b of the tubular flow-through cracking reactor 1a. It ensures the entry of raw material through the dosing hopper 15, in connection with the dosing spiral conveyor 16, in which the decomposition oil charge 17 forming the inlet oil cap 8 is located. The connection of the dosing spiral conveyor 16 and the tubular flow cracking reactor 1a is at an angle of 90 to 125 degrees. The dosing of the raw material is provided by a dosing spiral conveyor 16 with a drive 18 of the dosing spiral conveyor.
Základom horúcej časti je rúrkový prietočný krakovací reaktor la umiestnený na ráme 32 pod uhlom 8 až 38 stupňov s horizontálnou rovinou. Rúrkový prietočný krakovací reaktor la je skonštruovaný z nehrdzavejúcej ocele so svetlosťou do 550 mm a dĺžkou do 16,0 m, v ktorom sa nachádza špirálový dopravník 2 na dopravu suroviny a produktov pozdĺž rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la. Pohon 3 špirálového dopravníka suroviny je uložený v prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. Ďalšími časťami horúcej časti sú ohrievacia pec 4 prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a ohrievacia pec 5 druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, ďalej plynový horák 12, predhrievač vzduchu 6, vstupný olejový uzáver 8 na vstupe suroviny a vodný chladič 7 na tuhé zvyšky. Rúrkový prietočný krakovací reaktor la má dva za sebou idúce stupne s rozdielnymi prevádzkovými teplotami. V prvej časti ohrievacej pece 4 sa udržuje teplota od 165 do 500 °C, v druhej časti ohrievacej pece 5 je teplota 520 až 750 °C, pričom regulácia teploty závisí od vstupnej suroviny. Rúrkový prietočný krakovací reaktor la je umiestnený v ohrievacej peci 4 prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a ohrievacej peci 5 druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora s tepelnou izoláciou. Rúrkový prietočný krakovací reaktor la je ohrievaný teplom horúcich spalín prúdiacich proti pohybu suroviny z plynového horáka 12 nachádzajúceho sa v ohrievacej peci 5 druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. V plynovom horáku 12 sa po nábehu procesu so vzduchom spaľuje rozkladný plyn, ktorý vzniká termickým krakovaním nastrekovaných surovín. Spaliny z ohrievacej pece 4 sa odvádzajú v bode odvodu spalín 11. Vedú sa cez vstupný predhrievač 6 vzduchu do odvodu 29 spalín pyroplynu.The basis of the hot part is a tubular flow-through cracking reactor 1a placed on the frame 32 at an angle of 8 to 38 degrees with the horizontal plane. The tubular flow-through cracking reactor 1a is constructed of stainless steel with a diameter of up to 550 mm and a length of up to 16.0 m, in which a spiral conveyor 2 for transporting raw material and products along the tubular flow-through cracking reactor 1a is located. The drive 3 of the spiral conveyor of raw material is accommodated in the first part 1b of the tubular flow-through cracking reactor. Other parts of the hot part are the heating furnace 4 of the first part 1b of the tubular flow cracking reactor and the heating furnace 5 of the second part 1c of the tubular flow cracking reactor, the gas burner 12, the air preheater 6, the inlet oil cap 8 at the raw material inlet and the water cooler 7 for solid residues. . The tubular flow-through cracking reactor 1a has two successive stages with different operating temperatures. In the first part of the heating furnace 4 the temperature is maintained from 165 to 500 ° C, in the second part of the heating furnace 5 the temperature is 520 to 750 ° C, the temperature regulation depending on the input raw material. The tubular flow cracking reactor 1a is located in the heating furnace 4 of the first part 1b of the tubular flow cracking reactor and the heating furnace 5 of the second part 1c of the tubular flow cracking reactor with thermal insulation. The tubular flow cracking reactor 1a is heated by the heat of the hot flue gases flowing against the movement of the feedstock from the gas burner 12 located in the heating furnace 5 of the second part 1c of the tubular flow cracking reactor. In the gas burner 12, after the start of the process, decomposition gas is burned with air, which is formed by thermal cracking of the injected raw materials. The flue gases from the heating furnace 4 are discharged at the flue gas outlet point 11. They are fed via an inlet air preheater 6 to the flue gas outlet 29 of the gas gas.
Plynné štiepne produkty vznikajúce termickým krakovaním uhlíkových surovín opúšťajú rúrkový prie6 točný krakovací reaktor la prvým výstupným otvorom 13 v prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. Rozkladný plyn vznikajúci v procese radikálového krakovania odchádza z rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la aj druhým 14 výstupným otvorom v druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora. V telese rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la je v jeho prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je umiestnený dávkovací násypník 15 na vstup suroviny. V druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je tretí výstupný otvor 19 na výstup tuhých produktov (koks, oceľové kordy z pneumatík).The gaseous fission products resulting from the thermal cracking of the carbon feedstock leave the tubular flow-through cracking reactor 1a through the first outlet 13 in the first part 1b of the tubular flow-through cracking reactor. The decomposition gas formed in the free-radical cracking process leaves the tubular flow-through cracking reactor 1a also through a second outlet 14 in the second part 1c of the tubular flow-through cracking reactor. In the body of the tubular flow cracking reactor 1a, in its first part 1b of the tubular flow cracking reactor, a dosing hopper 15 for the input of raw material is located. In the second part 1c of the tubular flow-through cracking reactor, there is a third outlet opening 19 for the outlet of solid products (coke, steel cords from tires).
Vznikajúci rozkladný plyn sa z rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la prvým výstupným otvorom 13 a druhým výstupným otvorom 14 odvádza na kondenzáciu. Prechádza dvojstupňovým kondenzačným systémom. V prvom kondenzačnom stupni vstupuje do kvenčovacej kolóny. Pary rozkladného plynu sa ochladzujú vznikajúcim rozkladným olejom na teplotu 65 až 80 °C. V druhom kondenzačnom stupni sa pary plynných produktov ochladia na teplotu 30 až 35 °C, kedy vykondenzujú hlavne uhľovodíky C4 a C5. V separátore sa oddelí voda od ľahkého vykurovacieho oleja. Vykondenzovaná voda sa zbiera v medzisklade a vracia sa späť do technologického procesu. Rozkladné plyny sa komprimujú do zásobníkov. Po filtrácii a vytlakovaní sa používajú na spaľovanie v plynových horákoch krakovacej pece.The resulting decomposition gas is discharged from the tubular flow-through cracking reactor 1a through the first outlet 13 and the second outlet 14 for condensation. It passes through a two-stage condensing system. In the first condensation stage, it enters the quench column. The decomposition gas vapors are cooled with the resulting decomposition oil to a temperature of 65 to 80 ° C. In the second condensation stage, the vapors of the gaseous products are cooled to a temperature of 30 to 35 ° C, where mainly C 4 and C 5 hydrocarbons condense. In the separator, the water is separated from the light heating oil. The condensed water is collected in an intermediate storage and returned to the technological process. Decomposition gases are compressed into tanks. After filtration and extrusion, they are used for combustion in gas burners in a cracking furnace.
Sklon rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la plní nasledujúce funkcie: prirodzeným spôsobom vytvára potrebný vstupný olejový uzáver 8 v prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a umožňuje ľahký a bezproblémový posun aj vstupnej suroviny formou drviny, štiepok a aj reakčných medziproduktov a produktov (koks, oceľové kordy) pozdĺž rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la zabezpečuje plynulý a ľahký prestup tepla a látky pre rozkladné plyny, kvapaliny a koks počas rozkladného procesu; umožňuje prirodzený tok zvyškových rozkladných olejov do vstupného olejového uzáveru 8.The inclination of the tubular flow cracking reactor 1a fulfills the following functions: it naturally creates the necessary oil inlet cap 8 in the first part 1b of the tubular flow cracking reactor and allows easy and trouble-free transfer of the feedstock in the form of pulp, chips and reaction intermediates and products (coke, steel cords). ) along the tubular flow cracking reactor 1a ensures a smooth and easy transfer of heat and substances for the decomposition gases, liquids and coke during the decomposition process; allows the natural flow of residual decomposition oils into the oil inlet cap 8.
Vyhrievanie rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la prebieha v ohrievacej peci 4 prvej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a v ohrievacej peci 5 druhého stupňa 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora prestupom tepla zo spalín, ktoré vznikajú spaľovaním privedeného vyčisteného studeného plynu z termického krakovania prívodom pyroplynu 30 z predohrevu 27 spaľovacieho vzduchu a vstupným predhrievačom 6 vzduchu cez zmiešavač 31 pyroplynu a predhriateho vzduchu v plynovom horáku 12.The heating of the tubular flow cracking reactor 1a takes place in the heating furnace 4 of the first part 1b of the tubular flow cracking reactor and in the heating furnace 5 of the second stage 1c of the tubular flow cracking reactor by heat transfer from flue gases resulting from combustion of combustion air and an inlet air preheater 6 through a gas gas and preheated air mixer 31 in the gas burner 12.
Vo výstupnej druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la sa nachádza vtláčací špirálový dopravník 20 tuhých produktov s pohonom 21 vyberacieho Špirálového dopravníka (koksu, oceľových kordov z ojazdených pneumatík) a vyberači špirálový dopravník 22 s pohonom 23 vyberacieho špirálového dopravníka. Medzi vtláčacím špirálovým dopravníkom 20 tuhých produktov a vyberacím špirálovým dopravníkom 22 sa nachádza výstupný vodný uzáver 9. Hladina 24 výstupného vodného uzáveru vytvára zábranu pre vstup vzduchu z vonkajšieho prostredia do inertného prostredia v reaktore. Prívod vody do výstupného vodného uzáveru 9 je v mieste 25. Spojenie medzi dopravnými cestami 26 tuhých produktov a vyberacím špirálovým dopravníkom 22 je pod uhlom 90 až 125 stupňov.In the outlet second part 1c of the tubular flow-through cracking reactor 1a there is an injection spiral conveyor 20 of solid products with a drive 21 of a pick-up spiral conveyor (coke, steel cords from used tires) and a pick-up spiral conveyor 22 with a drive 23 of the pick-up spiral conveyor. Between the solid product injection spiral conveyor 20 and the take-off spiral conveyor 22, there is an outlet water seal 9. The level 24 of the outlet water seal forms a barrier to the entry of air from the outside into the inert environment in the reactor. The water supply to the outlet water seal 9 is at point 25. The connection between the solid product transport paths 26 and the pick-up spiral conveyor 22 is at an angle of 90 to 125 degrees.
Vstupný olejový uzáver 8 je umiestnený na vstupnej dávkovacej časti 1b rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la a výstupný vodný uzáver 9 nachádzajúci sa na výstupnej druhej časti 1c rúrkového prietočného krakovacieho reaktora sú podstatnými a nevyhnutnými súčasťami reakčného systému. Olejová a vodná náplň zabezpečujú hermetické uzavretie reakčného priestoru. Termický rozklad prebiehajúci vnútri rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la sa tak uskutočňuje pri atmosférickom tlaku. Pri uvedenom usporiadaní je hladina 10 olejového uzáveru a hladina 24 výstupného vodného uzáveru stabilizované. Niekedy, počas náhleho uvoľnenia pár vznikajúcich produktov (bublinková teória rozkladného procesu) dochádza v reaktorovom priestore k pretlaku. Vďaka kvapalinovým uzáverom sa môže pretlak plynu uvoľniť do ovzdušia, a tým zabrániť zvýšeniu tlaku vznikajúcich plynov nad bezpečnú hranicu. Tým sa zabraňuje možnej deštrukcii, prípadne inému poškodeniu rúrkového prietočného krakovacieho reaktora la. Bezpečnostný systém napojený na kvapalinové uzávery 8 a 9 dokáže v prípade náhleho zvýšenia tlaku v reaktore okamžite odstaviť dávkovanie suroviny do reaktora a spustiť bezpečné odstavenie prevádzky tepelného krakovania.The inlet oil cap 8 is located on the inlet metering part 1b of the tubular flow cracking reactor 1a and the outlet water cap 9 located on the outlet second part 1c of the tubular flow cracking reactor are essential and necessary components of the reaction system. The oil and water filling ensure hermetic sealing of the reaction space. The thermal decomposition taking place inside the tubular flow-through cracking reactor 1a is thus carried out at atmospheric pressure. In said arrangement, the level 10 of the oil seal and the level 24 of the outlet water seal are stabilized. Sometimes, during the sudden release of a pair of emerging products (bubble theory of the decomposition process), overpressure occurs in the reactor space. Thanks to the liquid closures, the overpressure of the gas can be released into the air, thus preventing the pressure of the resulting gases from rising above a safe limit. This prevents possible destruction or other damage to the tubular flow-through cracking reactor 1a. The safety system connected to the liquid valves 8 and 9 can, in the event of a sudden increase in the pressure in the reactor, immediately stop the dosing of the raw material into the reactor and start the safe shutdown of the thermal cracking operation.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Spôsob termického rozkladu výroby alternatívneho kvapalného nosiča energie druhej generácie (chemikálií, plynných a kvapalných palív, vykurovacích olejov) a tuhých uhlíkových materiálov termickým krakovaním zo špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, papiera, textilu, biomasy a organických podielov komunálnych odpadov v zariadení na termický rozklad organických materiálov pomocou rúrkového prietočného krakovacieho reaktora podľa predloženého vynálezu je využiteľný hlavne pri recyklácii odpadových uhlíkových surovín v malej aj veľkej energetike. Umožňuje flexibilne využívať buď menšie zariadenia s ročnou spracovateľskou kapacitou do 20.000 ton postavené na zelenej lúke, alebo veľkokapacitné zariadenia pri rafinériách spracovania ropy umožňujúcich ešte vo väčšej miere valorizovať získané produkty.Method of thermal decomposition of production of alternative liquid energy carrier of second generation (chemicals, gaseous and liquid fuels, heating oils) and solid carbon materials by thermal cracking from specified and / or mixed wastes from used tires, plastics, paper, textiles, biomass and organic municipal waste in the device for thermal decomposition of organic materials by means of a tubular flow-through cracking reactor according to the present invention, it is usable mainly in the recycling of waste carbonaceous raw materials in both small and large energy sources. It allows the flexible use of either smaller plants with an annual processing capacity of up to 20,000 tonnes built on a green field, or large-capacity plants at oil refineries, which make it possible to valorise the products obtained to an even greater extent.
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK5004-2012A SK288338B6 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method |
PCT/SK2013/000001 WO2013119187A2 (en) | 2012-02-06 | 2013-02-01 | Method for thermal decomposition of organic material and equipment for implementation of this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK5004-2012A SK288338B6 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK50042012A3 SK50042012A3 (en) | 2013-09-03 |
SK288338B6 true SK288338B6 (en) | 2016-03-01 |
Family
ID=47754930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK5004-2012A SK288338B6 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK288338B6 (en) |
WO (1) | WO2013119187A2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106145107B (en) * | 2016-06-24 | 2018-04-20 | 神雾科技集团股份有限公司 | A kind of giantreed production activated carbon, the system and method for bio oil coproduction power generation |
WO2021016877A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | 李媛媛 | Material-handling device |
IT202200000365A1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-07-12 | Itelyum Regeneration S P A | PROCEDURE FOR DISPOSAL OF TIRES |
CN114702980A (en) * | 2022-04-11 | 2022-07-05 | 攀枝花市金开圆科技有限公司 | Residue discharging device of scrap tire thermal cracking reaction kettle |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2156332A (en) | 1937-02-15 | 1939-05-02 | Us Rubber Co | Elastic yarn |
US4235676A (en) * | 1977-09-16 | 1980-11-25 | Deco Industries, Inc. | Apparatus for obtaining hydrocarbons from rubber tires and from industrial and residential waste |
DE4231771A1 (en) | 1992-09-23 | 1994-03-24 | Bayer Ag | Process for electricity generation from plastic waste |
US5389691A (en) * | 1993-09-07 | 1995-02-14 | Univ. Of Wyoming | Process for co-recycling tires and oils |
JPH07268354A (en) | 1994-03-30 | 1995-10-17 | Fuji Risaikuru Kk | Method for thermally decomposing waste plastic and device therefor |
JP3653111B2 (en) | 1994-12-27 | 2005-05-25 | 健 黒木 | Method and apparatus for continuously converting waste plastic to continuous oil |
CN1150968A (en) * | 1995-11-23 | 1997-06-04 | 杨亚力 | Method and equipment for treat waste plastic hydrocarbon |
JPH1046158A (en) | 1996-08-01 | 1998-02-17 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | Method for thermally cracking waste plastics |
US5744688A (en) | 1996-10-03 | 1998-04-28 | Microbiology Specialists, Inc. | Quality control for biological decontamination and sterilization |
CN1397627A (en) | 2001-07-23 | 2003-02-19 | 北京国硕科技开发有限责任公司 | Process and equipment for preparing gasoline and diesel oil from waste plastics and/or heavy oil |
PL194973B1 (en) * | 2002-06-05 | 2007-07-31 | Izabella Bogacka | Apparatus for thermal decomposition of scrap plastic |
PL197096B1 (en) | 2002-09-02 | 2008-02-29 | Jerzy Mermel | Method of and system for cracking of plastic wastes |
US7743912B2 (en) * | 2005-08-05 | 2010-06-29 | Finley Dana J | Liquid seal bulk feeder for destructive distillation of lightweight materials |
CN2878390Y (en) * | 2006-04-07 | 2007-03-14 | 王新明 | Multi-functional full automatic remote constant temperature heat supply cracking device for waste and old tyre |
SK287556B6 (en) | 2008-06-19 | 2011-02-04 | Martin Bajus | Method for production motor fuels from polymer materials |
-
2012
- 2012-02-06 SK SK5004-2012A patent/SK288338B6/en unknown
-
2013
- 2013-02-01 WO PCT/SK2013/000001 patent/WO2013119187A2/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013119187A2 (en) | 2013-08-15 |
WO2013119187A3 (en) | 2013-11-14 |
SK50042012A3 (en) | 2013-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1725633B1 (en) | Process and plant for conversion of waste material to liquid fuel | |
CN104185672B (en) | The pyrolysis plant of two phase zone-delimitation | |
US10093864B2 (en) | Method and apparatus for continuous recycling of waste plastic into liquid fuels | |
KR101280875B1 (en) | Rotary kiln type oil recycling device for high polymer waste materials | |
EP1707614A1 (en) | Thermal or catalytic cracking process for hydrocarbon feedstocks and corresponding system | |
CN104105781A (en) | Zone-delineated pyrolysis apparatus for conversion of polymer waste | |
JP6267694B2 (en) | Direct catalytic cracking of crude oil by temperature gradient process | |
CA2844425A1 (en) | Adaptable universal method for producing synthetic products | |
US5954949A (en) | Conversion of heavy petroleum oils to coke with a molten alkali metal hydroxide | |
RU2470863C2 (en) | Method and apparatus for producing middle distillate from hydrocarbon-containing energy sources | |
SK288338B6 (en) | Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method | |
EA011643B1 (en) | Pyrolysis of residual hydrocarbons | |
RU2701860C1 (en) | Pyrolysis method of liquid and gaseous hydrocarbons and device for its implementation | |
ES2706283T3 (en) | Process and plant for the conversion of residual material into liquid fuel | |
EP2792729A1 (en) | Process for hydroprocessing a liquid feed comprising hydrocarbons into fuel components | |
RU2804969C1 (en) | Method for producing liquid hydrocarbons from thermoplastic waste and device for its implementation | |
US20230332051A1 (en) | Integrated mixed plastic pyrolysis with heavy oil product thermal cracking | |
JP2024508518A (en) | Terminal decomposition of organic polymer materials using gas-liquid and liquid-solid separation systems | |
PL196880B1 (en) | Method of processing waste plastic materials using a cracking process and a cracking reactor therefor | |
WO2024074660A1 (en) | Staggered heat exchangers for cracking hydrocarbons | |
PL202415B1 (en) | Method for processing hydrocarbon raw materials using thermal or catalytic cracking and equipment designed to process hydrocarbon raw materials using thermal or catalytic cracking | |
Tymiński et al. | Degradation of polyolefine wastes into liquid fuels | |
PL197096B1 (en) | Method of and system for cracking of plastic wastes | |
MXPA00009320A (en) | Conversion of heavy petroleum oils to coke with a molten alkali metal hydroxide | |
PL356505A1 (en) | Method of and installation for receiving liquid hydrocarbons in polyolefine depolymerization process |