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)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material 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)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Description
Oblasť techniky
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.
Doterajší stav techniky
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].
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Podstata vynálezu
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.
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 od
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Prehľad obrázkov na výkresoch
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.
Príklady uskutočnenia vynálezu
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Priemyselná využiteľnosť
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.
Claims (7)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Spôsob termického rozkladu organického materiálu zo špecifikovaných a/alebo zmesných odpadov z ojazdených pneumatík, plastov, papiera, textilu, biomasy a organických podielov komunálnych odpadov v inertnej atmosfére bez prítomnosti vzduchu/ kyslíka, vyznačujúci sa tým, že termický rozklad prebieha kontinuálne v hermeticky uzavretom prietočnom zariadení na termický rozklad (1) tak, že upravený materiál vo forme drviny, odrezkov alebo štiepok s veľkosťou do 350 mm sa dopraví do dávkovacieho násypníka (15), potom sa transportuje dávkovacím špirálovým dopravníkom (16) cez náplň rozkladného oleja (17) tvoriaci vstupný olejový uzáver (8) do rúrkového prietočného krakovacieho reaktora (la) pomocou špirálového dopravníka (2) suroviny, kde prebieha tepelné krakovanie materiálu v prietočnom krakovacom rúrkovom reaktore (la) pri teplote 165 až 750 °C atmosférickom tlaku od 100834,6675 Pa do 101815,3325 Pa (t. j. pri atmosférickom tlaku od -50 mm až do + 50mm vodného stĺpca) a rozklad suroviny na plynné, kvapalné a tuhé produkty, ďalej prebieha transport plynných rozkladných produktov z prvej časti (1b) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora cez prvý výstupný otvor (13) a druhým výstupným otvorom (14) v druhej časti (1c) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora do kondenzačného systému, ďalej prebieha transport tuhých produktov do druhej časti (1c) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora pomocou špirálového dopravníka (2) suroviny cez vodný chladič (7) tuhých častí tretím výstupným otvorom (19) na výstup tuhých produktov do výstupného vodného uzáveru (9), z ktorého sa tuhé produkty vyberajú vtláčacím špirálovým dopravníkom (20) a vyberacím špirálovým dopravníkom (22).
- 2. Spôsob termického rozkladu podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhrievanie rúrkového prietočného krakovacieho reaktora (la) prebieha v ohrievacej peci (4) prvej časti (1 b) 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 prívodom (30) pyroplynu cez zmiešavač (31) pyroplynu a predhriateho vzduchu do plynového horáka (12).
- 3. Spôsob termického rozkladu podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že predhrievaniu východiskovej suroviny dochádza už v počiatočnej fáze dávkovania, a to teplom z rozkladového oleja (17) pomocou vykondenzovanými vysoko vriacimi podielmi rozkladného oleja z priestoru prvého stupňa (1b) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, stekajúcimi samospádom.
- 4. Zariadenie na termický rozklad (1) organického materiálu na uskutočnenie spôsobu termického rozkladu podľa nárokov 1 a/alebo 2 a/alebo 3, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z rúrkového prietočného krakovacieho reaktora (la), z rámu (32) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, na ktorom je umiestnený rúrkový prietočný krakovací reaktor (la) pod uhlom 8 až 38 stupňov s horizontálnou rovinou, pričom v rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore (la) je umiestnený špirálový dopravník (2) suroviny a vstupný olejový uzáver (8), pričom na druhej časti (1c) rúrkového prietočného reaktora je umiestnený výstupný vodný uzáver (9).
- 5. Zariadenie na termický rozklad organického materiálu podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že prvá časť (1b) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je umiestnená v ohrievacej peci (4) prvej časti rúrkového prietočného krakovacieho reaktora a druhá časť (1c) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je umiestnená v ohrievacej peci (5) druhej časti rúrkového prietočného krakovacieho reaktora, pričom na ohrievacej peci (4) prvej časti (1b) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je umiestnený vstupný predhrievač vzduchu (6) a na ohrievacej peci (5) v druhej časti (1c) rúrkového prietočného krakovacieho reaktora je umiestnený prívod (30) pyroplynu, zmiešavač (31) pyroplynu a predhriateho vzduchu a plynový horák (12).
- 6. Zariadenie na termický rozklad organického materiálu podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že na rúrkovom prietočnom krakovacom reaktora (la) je vytvorený dávkovací špirálový dopravník (16) a vstupný olejový uzáver (8) umiestnený pod uhlom 90 až 125 stupňov, pričom rúrkový prietočný krakovací reaktor (la) má v druhej časti (1c) vytvorený tretí výstupný otvor (19) na výstup tuhých častíc a umiestnený vyberači špirálový dopravník (22) pod uhlom 90 až 125 stupňov, na ktorom je umiestnený pohon (21) vyberacieho špirálového dopravníka.
- 7. Zariadenie na termický rozklad organického materiálu podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že na rúrkovom prietočnom krakovacom reaktore (la) je vytvorený prvý výstupný otvor (13) prvej časti rúrkového krakovacieho prietočného reaktora a druhý výstupný otvor (14) druhého stupňa rúrkového krakovacieho prietočného reaktora.
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 (sk) | 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 (sk) |
| WO (1) | WO2013119187A2 (sk) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106145107B (zh) * | 2016-06-24 | 2018-04-20 | 神雾科技集团股份有限公司 | 一种芦竹生产活性炭、生物油联产发电的系统和方法 |
| WO2021016877A1 (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | 李媛媛 | 物料处理设备 |
| IT202200000365A1 (it) * | 2022-01-12 | 2023-07-12 | Itelyum Regeneration S P A | Procedimento per lo smaltimento di pneumatici |
| CN114702980A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-05 | 攀枝花市金开圆科技有限公司 | 一种废轮胎热裂解反应釜排渣装置 |
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 (de) | 1992-09-23 | 1994-03-24 | Bayer Ag | Verfahren zur Verstromung von Kunststoffabfällen |
| US5389691A (en) * | 1993-09-07 | 1995-02-14 | Univ. Of Wyoming | Process for co-recycling tires and oils |
| JPH07268354A (ja) | 1994-03-30 | 1995-10-17 | Fuji Risaikuru Kk | 廃プラスチックの熱分解方法及び装置 |
| JP3653111B2 (ja) | 1994-12-27 | 2005-05-25 | 健 黒木 | 廃棄プラスチックの連続油化方法及び連続油化装置 |
| CN1150968A (zh) | 1995-11-23 | 1997-06-04 | 杨亚力 | 废塑料烃处理的方法和设备 |
| JPH1046158A (ja) | 1996-08-01 | 1998-02-17 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 廃プラスチックの熱分解方法 |
| US5744688A (en) | 1996-10-03 | 1998-04-28 | Microbiology Specialists, Inc. | Quality control for biological decontamination and sterilization |
| CN1397627A (zh) | 2001-07-23 | 2003-02-19 | 北京国硕科技开发有限责任公司 | 一种用废塑料和/或重油生产汽油柴油的方法和设备 |
| PL194973B1 (pl) | 2002-06-05 | 2007-07-31 | Izabella Bogacka | Urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych |
| PL197096B1 (pl) | 2002-09-02 | 2008-02-29 | Jerzy Mermel | Sposób i układ do krakowania odpadowych tworzyw sztucznych |
| US7743912B2 (en) * | 2005-08-05 | 2010-06-29 | Finley Dana J | Liquid seal bulk feeder for destructive distillation of lightweight materials |
| CN2878390Y (zh) * | 2006-04-07 | 2007-03-14 | 王新明 | 多功能全自动远程恒温供热废旧轮胎裂化装置 |
| SK287556B6 (sk) | 2008-06-19 | 2011-02-04 | Martin Bajus | Spôsob výroby motorových palív z polymérnych materiálov |
-
2012
- 2012-02-06 SK SK5004-2012A patent/SK288338B6/sk unknown
-
2013
- 2013-02-01 WO PCT/SK2013/000001 patent/WO2013119187A2/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK50042012A3 (sk) | 2013-09-03 |
| WO2013119187A3 (en) | 2013-11-14 |
| WO2013119187A2 (en) | 2013-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1725633B1 (en) | Process and plant for conversion of waste material to liquid fuel | |
| CN104185672B (zh) | 双阶段区域-划定的热解设备 | |
| US10093864B2 (en) | Method and apparatus for continuous recycling of waste plastic into liquid fuels | |
| KR101280875B1 (ko) | 로터리 킬른 타입의 고분자 폐기물 유화장치 | |
| EP1707614A1 (en) | Thermal or catalytic cracking process for hydrocarbon feedstocks and corresponding system | |
| CN104105781A (zh) | 用于转化聚合物废物的区域-划定的热解设备 | |
| JP6267694B2 (ja) | 温度勾配過程による原油の直接接触分解 | |
| 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 (ru) | Способ и устройство для получения среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей | |
| SK288338B6 (en) | Method of thermal decomposition of organic material and device for implementing this method | |
| EA011643B1 (ru) | Способ и устройство для пиролитического облагораживания углеводородного сырья | |
| RU2701860C1 (ru) | Способ пиролиза жидких и газообразных углеводородов и устройство для его осуществления | |
| ES2706283T3 (es) | Proceso y planta para la conversión de material residual en combustible líquido | |
| EP2792729A1 (en) | Process for hydroprocessing a liquid feed comprising hydrocarbons into fuel components | |
| RU2804969C1 (ru) | Способ получения жидких углеводородов из отходов термопластов и устройство для его осуществления | |
| US20230332051A1 (en) | Integrated mixed plastic pyrolysis with heavy oil product thermal cracking | |
| JP2024508518A (ja) | 気液および液固分離システムによる有機高分子材料の端末分解 | |
| PL196880B1 (pl) | Sposób przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych metodą krakingu oraz reaktor do krakingu odpadowych tworzyw sztucznych | |
| WO2024074660A1 (en) | Staggered heat exchangers for cracking hydrocarbons | |
| PL202415B1 (pl) | Sposób przetwarzania surowców węglowodorowych metodą termicznego lub katalitycznego krakingu i urządzenie do przetwarzania surowców węglowodorowychmetodą termicznego lub katalitycznego krakingu | |
| Tymiński et al. | Degradation of polyolefine wastes into liquid fuels | |
| PL197096B1 (pl) | Sposób i układ do krakowania odpadowych tworzyw sztucznych | |
| MXPA00009320A (en) | Conversion of heavy petroleum oils to coke with a molten alkali metal hydroxide | |
| PL356505A1 (pl) | Sposób i urządzenie do otrzymywania węglowodorów płynnych w procesie depolimeryzacji poliolefin |