SK5333Y1

SK5333Y1 - Method distillation of liquid waste in film distillation evaporator

Info

Publication number: SK5333Y1
Application number: SK5027-2009U
Authority: SK
Inventors: Ladislav Stibranyi; Pavel Timar; Vladimir Bales; Vladimir Ratvaj; Rastislav Kral; Ludovit Chocholacek
Original assignee: Ladislav Stibranyi; Pavel Timar; Vladimir Bales; Vladimir Ratvaj; Rastislav Kral; Ludovit Chocholacek
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2009-12-07
Also published as: PL396690A1; HUP1200030A2; PL216724B1; WO2010123468A4; SK50272009U1; HU229974B1; WO2010123468A1; CZ2011669A3; CZ305915B6

Description

Technické riešenie sa týka spôsobu destilácie kvapalných odpadov a konštrukčného usporiadania filmovej destilačnej odparky. Technické riešenie spadá do oblasti spracovávania a materiálového zhodnotenia kvapalných odpadov.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti vzniká problém s likvidáciou kvapalných priemyselných odpadov, medzi ktoré patria hlavne motorové oleje, prevodové a transformátorové oleje, odpadové rozpúšťadlá, odpadové chladiace a brzdové kvapaliny a kvapalné odpady vznikajúce pri výrobe bionafty - tzv. G-fáza. Tieto opotrebované alebo znehodnotené kvapalné odpady sa bežne spaľovali v spaľovniach. Avšak legislatívne kroky s ohľadom na životné prostredie vedú k tomu, aby sa zamedzilo spaľovaniu týchto kvapalných odpadov. Je preto nutné hľadať riešenia v oblasti materiálového zhodnotenia týchto kvapalných odpadov.

Zo stavu techniky sú známe rôzne spôsoby spracovávania odpadových olejov. Jedným spôsobom je spôsob destilácie olejov. Destilácia odpadových olejov predstavuje veľmi náročnú technologickú operáciu, nakoľko sa u odpadových olejov jedná o zložitú zmes vysoko vriacich uhľovodíkov, špeciálnych aditív a pevných častíc, ktoré sú tvorené hlavne karbónom, obrusom z kovových častí motorov a rozkladovými produktmi oxidácie a termickej dekompozície použitých zložiek. Spravidla sa v odpadových olejoch nachádzajú aj zvyšky paliva, ktoré do oleja preniklo pri prevádzke motora. Veľmi častou zložkou odpadových olejov je voda, ktorá sa do oleja dostala pri poruche motora alebo v rámci zberu.

Štandardné destilačné zariadenie používané v petrochemickom priemysle ako sú rôzne typy destilačných kolón s organizovanou a neorganizovanou náplňou sa dajú použiť na destiláciu odpadových olejov len v obmedzenej miere. Je to ovplyvňované skutočnosťami, že pri ohreve v predobrievacích peciach dochádza k významnému rozkladu aditív použitých k zušľachťovaniu olejov a k zanášaniu destilačných náplní pevnými časticami obsiahnutými v oleji. Pri zohrievaní oleja pri atmosférickom tlaku alebo vo vákuu dochádza k intenzívnemu peneniu vriaceho oleja a k prestrekovaniu neodpareného oleja do frakcie destilátu, takže aj použitie tejto technológie je náročné.

Existuje aj technológia na materiálové zhodnotenie odpadového oleja, kde je použitá technológia molekulovej odparky so stieraným filmom. Molekulové odparky sú veľmi citlivé na usadzovanie pevných častíc na teplovýmenných stieraných plochách, pričom je potrebné použitie vysokého vákua. Samotná odparka je výrobne náročný a nákladný stroj, predovšetkým z hľadiska výroby stieracieho teflónového systému a presnosti opracovania stieranej plochy. Pri použití tohto typu vákuovej odparky na teplovýmennej ploche dochádza k napekaniu oleja, prípadne k polymerizácii aditív, ktoré bránia prestupu tepla do olejového filmu a tak zhoršujú jeho mechanické roztieranie.

Moderné ale technicky veľmi náročné technológie (MOHAWK, EAST Chicago Indiana USA) používajúce destilačné prepážkové kolóny sú efektívne pri veľkých prevádzkach spracovávajúcich desiatky tisíc ton za rok odpadových olejov. Vo svete sú realizované jednotky s ročnou kapacitou až 250 tisíc ton.

Odpadové rozpúšťadlá vznikajú v technologických procesoch napr. pri odmasťovaní výrobkov, pri farbení a lakovaní výrobkov atď. Odpadové rozpúšťadlá obsahujú bežné riedidlá používané na riedenie systetických farieb obsahujúcich napr. acetón, izopropanol, etanol, toluén, xylény a nízkovrúce uhľovodíky.

Tento druh odpadov sa najčastejšie energeticky zhodnocuje spaľovaním s inými horľavinami napr. odpadovými olejmi. Druhou možnosťou je materiálové zhodnotenie, pri ktorom sa z odpadových rozpúšťadiel oddestilujú prchavejšie zložky, ktoré je možné znovu použiť. Na tento účel sa najčastejšie využíva bežné destilačné zariadenie tvorené varákom a chladičom, pričom sa pracuje diskontinuálne. Vo varáku vznikajú na stenách inkrusty, ktoré je nutné pravidelne odstraňovať. Pracuje sa s relatívne veľkými objemami týchto rozpúšťadiel, ktoré sú spravidla horľavinami I. triedy.

V súvislosti s vyššie uvedeným sa naskytla možnosť riešiť materiálové zhodnotenie kvapalných odpadov medzi ktoré spadajú oleje motorové, prevodové a transformátorové, ďalej odpadové rozpúšťadlá, odpadové chladiace a brzdové kvapaliny a kvapalné odpady vznikajúce pri výrobe bionafty - tzv. G-fáza a to destilačnou metódou vhodnou aj na malé spracovávané množstvá.

Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný spôsob destilácie kvapalných odpadov a filmová destilačná odparka navrhnutá podľa tohto úžitkového vzoru.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky sú odstránené spôsobom destilácie kvapalných odpadov na filmovej destilačnej odparke, ktorá môže byť aj vákuová podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že pri

SK 5333 Υ1 tomto spôsobe destilácie kvapalných odpadov sa kvapalný odpad privádza do vyhrievanej filmovej destilačnej odparky, pričom destilácia sa uskutočňuje z tenkého kvapalinového filmu stekajúceho účinkom gravitačnej sily s odberom pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch pri tlaku 0,1 kPa až 110 kPa a teplote 80 °C až 330 °C. Odber destilovaných pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch je súprúdový alebo protiprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Pri súprúdovom aj protiprúdovom toku destilovaných pár a kvapalinového filmu je možné recyklovať časť destilačného zvyšku za účelom zvýšenia pokrytia teplovýmenných plôch kvapalinovým filmom. Pri súprúdovom toku destilovaných pár a kvapalinového filmu je nutné zaradiť separátor oddeľujúci destilačný zvyšok od pár destilátu. Pre účely tohto spôsobu destilácie kvapalných odpadov podľa úžitkového vzoru sú určené odpadové oleje ako prevodový olej, motorový olej alebo transformátorový olej ale aj odpadové rozpúšťadlá vznikajúce v technologických procesoch napr. pri odmasťovaní výrobkov, pri farbení a lakovaní výrobkov atď., ktoré obsahujú bežné riedidlá používané na riedenie systetických farieb obsahujúcich napr. acetón, izopropanol, etanol, toluén, xylény a nízkovrúce uhľovodíky. Ďalej pre účely tohto spôsobu destilácie kvapalných odpadov podľa úžitkového vzoru sú určené aj odpadové chladiace a brzdové kvapaliny a kvapalné odpady vznikajúce pri výrobe bionafty - tzv. G-fáza a odpady s obsahom glycerínu.

Spôsob destilácie kvapalných odpadov sa uskutočňuje vo filmovej destilačnej odparke, ktorá môže byť atmosférická aj vákuová s chladičom destilačných pár na výstupe a odberom destilačného zvyšku. Podstata riešenia spočíva v tom, že filmová destilačná odparka kvapalných odpadov ďalej pozostáva z bloku destilácie, ktorý je v základnom variante tvorený aspoň jedným vertikálne orientovaným dutým destilačným telesom s vnútornou odpamou plochou a ďalej pozostáva z bloku ohrevu s prestupom tepla na vonkajšiu vyhrievanú plochu dutého destilačného telesa. Pre účely tohto úžitkového vzoru je destilačným telesom s vnútornou odpamou plochou rúrka s prierezom v tvare kruhu, n-hranu, zvlneného kruhu alebo kruhu opatreného výstupkami resp. rebrovamm. Vertikálny profil dutého destilačného telesa môže byť hladký, zvlnený, rebrovaný alebo opatrený výstupkami. Pre varianty s väčším destilačným množstvom kvapalného odpadu sa jednoduchým spôsobom paralelne zaradí viac destilačných telies. Aby došlo k rovnomernej distribúcii kvapalinového filmu na vnútornú odpamú plochu destilačného telesa, tak horné čelo destilačného telesa s vnútornou odpamou plochou musí mať distribútor pre nátok kvapalného odpadu na teplovýmennú plochu. Optimálne parametre destilácie kvapalného odpadu je možné okrem teploty a tlaku nastaviť aj veľkosťou teplo výmennej plochy.

Výhody spôsobu destilácie kvapalných odpadov vo filmovej destilačnej odparke podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Podstatnou výhodou je fakt, že konštrukčne je to veľmi jednoduché zariadenie vhodné aj pre malotonážne prevádzky. Z jednoduchej konštrukcie vyplýva aj výhoda, že zanášanie teplovýmenných plôch je malé a aj prípadné čistenie od inkrustov je v prípade hladkých plôch jednoduché. Týmto spôsobom destilácie sa dosahuje malý zdržný čas kvapaliny v zariadení, čím je kvapalina vystavená len krátkej expozícii vysokou teplotou. Tým sa dosiahne lepšia kvalita destilačného produktu. Vo variante filmovej destilačnej odparky kvapalného odpadu so súprúdovým tokom destilovaných pár a kvapalinového filmu so zaradeným separátorom destilovaných pár oleja a kvapalného zvyšku, kde sa rozdeľuje parná frakcia od destilačného zvyšku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Konštrukcia filmovej destilačnej vákuovej odparky kvapalného odpadu podľa úžitkového vzoru bude bližšie objasnená na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je znázornené konštrukčné riešenie filmovej destilačnej vákuovej odparky kvapalného odpadu s protiprúdovým tokom destilovaných pár vzhľadom na smer toku kvapalinového filmu. Na obr. 2 je znázornené konštrukčné riešenie filmovej destilačnej vákuovej odparky kvapalného odpadu so súprúdovým tokom destilovaných pár s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu.

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia technického riešenia sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia, ktoré tu budú špeciálne opísané. Aj takéto ekvivalenty budú obsiahnuté v nasledujúcich nárokoch na ochranu. Pre odborníkov znalých stavom techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého zariadenia a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.

SK 5333 Υ1

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný jeden optimálny spôsob destilácie mazacích strojových (prevodových) odpadových olejov podľa technického riešenia. V tomto spôsobe destilácie odpadových olejov sa odpadový olej privádza do vyhrievanej filmovej destilačnej vákuovej odparky. Destilácia oleja sa uskutočňuje z tenkého olejového filmu stekajúceho účinkom gravitačnej sily s odberom pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch pri tlaku 0,1 kPa a teplote 330 °C. Odber pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch je súprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Pri týchto podmienkach je možné dosiahnuť účinnosť destilácie 60 %.

Vo variantnom spôsobe môže byť odber pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch protiprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu.

Týmto spôsobomje možné za zrovnateľných technologických podmienok vykonávať destiláciu aj odpadových brzdových kvapalín.

Príklad 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný druhý optimálny spôsob destilácie odpadových transformátových olejov podľa technického riešenia. V tomto spôsobe destilácie odpadových olejov sa odpadový olej privádza do vyhrievanej filmovej destilačnej vákuovej odparky. Destilácia oleja sa uskutočňuje z tenkého olejového filmu stekajúceho účinkom gravitačnej sily s odberom pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch pri tlaku 5 kPa a teplote 220 °C. Odber pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch je súprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Pri týchto podmienkach je možné dosiahnuť účinnosť destilácie 95 %.

Týmto spôsobomje možné za zrovnateľných technologických podmienok vykonávať destiláciu aj kvapalných odpadov s obsahom glycerínu.

Príklad 3

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný tretí optimálny spôsob destilácie motorových odpadových olejov podľa technického riešenia. V tomto spôsobe destilácie odpadových olejov sa odpadový olej privádza do vyhrievanej filmovej destilačnej vákuovej odparky. Destilácia oleja sa uskutočňuje z tenkého olejového filmu stekajúceho účinkom gravitačnej sily s odberom pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch pri tlaku 0,5 kPa a teplote 290 °C. Odber pár z vmitomých vyhrievaných odpamých plôch je súprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Pri týchto podmienkach je možné dosiahnuť účinnosť destilácie 75 %.

Príklad 4

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané základné konštrukčné riešenie filmovej destilačnej vákuovej odparky odpadového oleja znázornené na priloženom obr. 1. Filmová destilačná vákuová odparka podľa technického riešenia pozostáva z bloku destilácie - destilačnej kolóny, ktorý je tvorený jedným vertikálne orientovaným dutým destilačným telesom 5 s vnútornou odpamou plochou 6 a ďalej pozostáva z bloku 4 ohrevu s prestupom tepla na vonkajšiu vyhrievanú plochu dutého destilačného telesa 5. Destilačným telesom 5 s vnútornou odpamou plochou 6 je v tomto prípade rúrka hladkého valcového profilu. Aby došlo k rovnomernému rozprestretiu olejového filmu na vnútornej odpamej ploche 6 destilačného telesa 5, tak horné čelo destilačného telesa 5 s vnútornou odpamou plochou 6 má distribútor na horný nátok odpadového oleja zo zásobníka 1 odpadového oleja. Filmová destilačná vákuová odparka je doplnená štandardným chladičom 2 a kondenzátorom oleja na výstupe destilovaných pár so zásobníkom 3 destilovaného oleja. Taktiež je za separátorom 7 s recirkulačným okruhom 9 oleja opatrená výpustom destilačného zvyšku do zásobníka 8 destilačného zvyšku. Konštrukčne je uspôsobená pre protiprúdový tok destilovaných pár s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Taktiež je uspôsobená na pripojenie vývevy v prípade vákuovej destilácie. Plášť filmovej destilačnej vákuovej odparky je tepelne izolovaný. Napokon je doplnená o všetky potrebné meracie a regulačné komponenty.

Vo variantnej konštrukcii môže byť použité aj duté destilačné teleso 5 s prierezom v tvare n-hranu, zvlneného kruhu, kruhu opatreného výstupkami alebo rebrovaním s vertikálnym profilom hladkým, zvlneným, rebrovaným alebo opatreným výstupkami.

V inej variantnej konštrukcii môže byť použitá aj filmová destilačná odparka bez vákua.

Príklad 5

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané odvodené konštrukčné riešenie filmovej destilačnej vákuovej odparky odpadového oleja znázornené na priloženom obr. 2 pre väčšie destilované množstvá odpadového oleja. Filmová destilačná vákuová odparka podľa technického riešenia opäť pozostáva z bloku destilácie, ktorý je tvorený sústavou vertikálne orientovaných dutých destilačných telies 5 s vnútornými odpamými plochami 6 a ďalej pozostáva z bloku 4 ohrevu s prestupom tepla na vonkajšie vyhrievané plochy dutých destilačných telies 5. Destilačným telesom 5 s vnútornou odpamou plochou 6 je v tomto prípade rúrka kruhového prierezu s vertikálne zvlneným profilom. Aby došlo k rovnomernému rozprestretiu olejového filmu na vnútornej odpamej ploche 6 destilačného telesa 5, tak horné čelo destilačného telesa 5 s vnútornou odpamou plochou 6 má distribútor na horný nátok odpadového oleja zo zásobníka 1 odpadového oleja. Konštrukčne je uspôsobená pre súprúdový tok destilovaných pár s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu. Filmová destilačná vákuová odparka je na výstupe destilovaných pár za separátorom 7 s recirkulačným okruhom 9 oleja opatrená výpustom destilačného zvyšku do zásobníka 8 destilačného zvyšku a chladičom 2 a kondenzátorom oleja a výpustom destilovaného oleja do zásobníka 3 destilovaného oleja. Taktiež je uspôsobená na pripojenie vývevy. Plášť filmovej destilačnej vákuovej odparky je tepelne izolovaný. Napokon je doplnená o všetky potrebné meracie a regulačné komponenty. Toto usporiadanie môže byť využité za účelom zlepšenia pokrytia odpamej plochy olejovým filmom. Recirkulačný pomer sa môže pohybovať od 1 : 1 do 1 : 10.

Priemyselná využiteľnosť

Spôsob destilácie kvapalných odpadov a filmová destilačná odparka vákuová alebo atmosférická podľa technického riešenia nachádza využiteľnosť pri materiálovom zhodnotení kvapalných odpadov.

Claims

1. Spôsob destilácie kvapalných odpadov, vyznačujúci sa tým, že kvapalné odpady sa privádzajú do vyhrievanej filmovej destilačnej odparky, pričom destilácia sa uskutočňuje z tenkého kvapalinového filmu stekajúceho účinkom gravitačnej sily s odberom pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch pri tlaku 0,1 kPa až 110 kPa a teplote pár 80 °C až 330 °C.

2. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m, že odber pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch je súprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu.

3. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku l,vyznačujúci sa t ý m, že odber pár z vnútorných vyhrievaných odpamých plôch je protiprúdový s ohľadom na smer toku kvapalinového filmu.

4. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že kvapalným odpadom je prevodový olej.

5. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa odpadom j e motorový olej.

6. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa odpadom j e transformátorový olej.

7. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa odpadom sú rozpúšťadlá.

8. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa odpadom sú chladiace kvapaliny.

9. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa odpadom sú brzdové kvapaliny.

10. Spôsob destilácie odpadových olejov podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že kvapalným odpadom sú odpady vznikajúce pri výrobe bionafty - tzv. G-fáza alebo odpady s obsahom glycerínu.

11. Filmová destilačná odparka kvapalných odpadov s chladičom destilačných pár, vyznačujúca sa t ý m , že pozostáva z bloku destilácie, ktorý je tvorený aspoň jedným vertikálne orientovaným dutým destilačným telesom (5) s vnútornou odpamou plochou (6) a ďalej pozostáva z bloku (4) ohrevu s prestupom tepla na vonkajšiu vyhrievanú plochu dutého destilačného telesa (5).

t ý m , že kvapalným t ý m , že kvapalným t ý m , že kvapalným t ý m , že kvapalným t ý m , že kvapalným

SK 5333 Yí

12. Filmová destilačná odparka kvapalných odpadov podľa nároku 11, vyznačujúca sa t ý m , že destilačným telesom (5) s vnútornou odpamou plochou (6) je rúrka s prierezom v tvare kruhu, nhranu, zvlneného kruhu, kruhu opatreného výstupkami alebo rebrovaním.

13. Filmová destilačná odparka kvapalných odpadov podľa nároku 11, vyznačujúca sa 5 t ý m , že destilačné teleso (5) s vnútornou odpamou plochou (6) má vertikálny profil v tvare hladkej plochy, zvlnenej plochy, rebrovanej plochy alebo plochy opatrenej výstupkami.

14. Filmová destilačná odparka kvapalných odpadov podľa aspoň jedného z nárokov 11 až 13, vyznačujúca sa tým, že horné čelo destilačného telesa (5) s vnútornou odpamou plochou (6) má distribútor pre nátok kvapalného odpadu na teplovýmennú plochu.

10 15. Filmová destilačná odparka kvapalných odpadov podľa aspoň jedného z nárokov 11 až 13, vyznačujúca sa tým, že je vákuová.