PL209080B1 - Sposób termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii oraz reaktor do termicznego lub termokatalitycznego prztwarzania materii - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiot wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych oraz reaktor do termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych.

Stan techniki

Znanych jest wiele urządzeń przeznaczonych do ciągłego przetwarzania tworzyw sztucznych, w tym tworzyw odpadowych, w postaci instalacji zawierających reaktory rurowe o różnej konstrukcji. Przykładowe rozwiązanie tego rodzaju zostało ujawnione w polskim opisie patentowym nr 197 096, gdzie opisano zasilany stopionym materiałem układ do krakowania odpadowych tworzyw sztucznych zawierający reaktor rurowy w postaci co najmniej jednej rury, wyposażonej w przylegające do jej ścian mieszadło ślimakowe i połączonej wylotem z separatorem gaz-ciało stałe, w postaci kolumny separacyjnej. Opisany reaktor rurowy i kolumna separacyjna współpracują z sekcją ciągłego odbioru stałej pozostałości, wyposażoną w urządzenie zbierające, przylegające do ścianek kolumny separacyjnej i transporter ślimakowy odprowadzający materiał do zbiornika produktu stałego.

Ponadto w zgłoszeniu tym ujawniono sposób krakowania stopionych tworzyw sztucznych prowadzony przy ciągłym mieszaniu i ciągłym usuwaniu ze strefy reakcji powstającego w procesie koksu oraz materiału stałego, w rurowym reaktorze zaopatrzonym w mieszadło ślimakowe. W rurach reaktora podgrzewa się wtłaczane do ich dolnej części stopione odpady z ewentualnym udziałem katalizatora do temperatury 380-450°C i prowadzi się proces krakowania, podczas którego intensywnie kontaktuje się masę reakcyjną z ogrzewanymi ściankami i jednocześnie zgrania koks i odpad stały ze ścianek reaktora oraz transportuje do separacji. Separację prowadzi się w temperaturze 380-450°C w kolumnie separacyjnej, w której rozdziela się fazę parową od stałej i jednocześnie poddaje dalszemu krakowaniu pozostałość oraz zbiera ze ścianek materiał stały i usuwa ze strefy reakcji.

Cel wynalazku

Celem wynalazku jest dostarczenie sposobu termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii, który będzie mógł być prowadzony w sposób ciągły i będzie zapewniał pewne i ciągłe odprowadzanie pozostałości reakcyjnych bez konieczności obniżania parametrów procesu przetwarzania. Ponadto celem wynalazku jest dostarczenie reaktora do termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii. Zarówno sposób jak i reaktor według wynalazku powinny w szczególności umożliwiać ich zastosowanie do przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, w tym zwłaszcza do przetwarzania tworzyw sztucznych z grupy poliolefin, takich jak na przykład polietylen czy polipropylen, prowadzącego do uzyskania gazów reakcyjnych w postaci parafin syntetycznych.

Istota wynalazku

Istotą wynalazku jest sposób termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych, który charakteryzuje się tym, że usuwanie pozostałości reakcyjnych polega na tym, że pozostałości reakcyjne zawierające pewien udział stopionej nieprzetworzonej materii odbiera się z dolnej części obszaru końcowego komory reakcyjnej a następnie przemieszcza się je zasadniczo pionowo do góry w rurze wyposażonej w wewnętrzny przenośnik ślimakowy przez co oddziela się przemieszczane ku górze rzeczywiste pozostałości reakcyjne od spływającej w dół stopionej nieprzetworzonej materii, po czym rzeczywiste pozostałości reakcyjne odprowadza się grawitacyjnie w dół poprzez rurę zrzutową zaś gazy wydzielające się w czasie separacji rzeczywistych pozostałości reakcyjnych od nieprzetworzonej materii odpadowej kieruje się do instalacji przetwarzania gazów reakcyjnych.

Szczególnie korzystną realizacją powyższego sposobu jest jego wykorzystanie do przetwarzania tworzyw sztucznych z grupy poliolefin, korzystnie polietylenu lub polipropylenu lub ich mieszanin, przy czym otrzymywanym gazem reakcyjnym są pary parafiny, benzyny, oleju, mikrowosku, a szczególnie korzystnie pary parafiny.

Ponadto istotą wynalazku jest reaktor do termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych, charakteryzujący się tym, że przekrój poprzeczny komory reakcyjnej jest zasadniczo eliptyczny, zaś układ ciągłego czyszczenia składa się z pierwszej, zasadniczo poziomej i zasadniczo prostopadłej do osi wzdłużnej komory reakcyjnej rury transportowej przyłączonej do dolnej części komory reakcyjnej, do której jednego końca przyłączona jest zasadniczo pionowa druga rura transportowa, do której z kolei w jej górnym obszarze przyłączona jest rura zrzutowa prowadząca do zbiornika odpadów oraz przyłączona powyżej rury zrzutowej rura

PL 209 080 B1 powrotna prowadząca do kolektora gazów reakcyjnych, przy czym w rurach transportowych zainstalowane są przenośniki ślimakowe kierujące materiał w stronę górnego końca drugiej rury transportowej.

Zewnętrzna powierzchnia przenośnika ślimakowego jest korzystnie pokryta warstwą odpowiedniego katalizatora, a szczególnie korzystnie warstwą wykonaną z Al2O3.

Ponadto przenośnik ślimakowy komory reakcyjnej jest korzystnie przenośnikiem łopatkowym, którego wał jest zainstalowany na wysokości równej 1/3 wysokości komory reakcyjnej.

Wysokość przenośnika ślimakowego jest korzystnie równa lub wyższa od poziomu stopionej materii w komorze reakcyjnej.

W korzystnej realizacji reaktora wedł ug wynalazku, rura transportowa i znajdują cy się w niej przenośnik są odchylone od pionu o kąt α zawierający się korzystnie w przedziale od około 10° do około 30°.

Płaszcz otaczający komorę reakcyjną ma korzystnie formę kanału spiralnie obiegającego komorę reakcyjną.

Na rurze zrzutowej układu ciągłego czyszczenia jest korzystnie zainstalowana zasuwa.

Reaktor według wynalazku jest w pełni sterowalnym układem przepływowym umożliwiającym realizację pełnej kontroli nad przebiegiem procesu przetwarzania. Ponadto dzięki odpowiedniej konstrukcji, z wykorzystaniem stosunkowo prostych środków technicznych uzyskano układ cechujący się pełną szczelnością.

Reaktor według wynalazku umożliwia ciągłe przetwarzanie materiału wsadowego bez potrzeby obniżania parametrów jego pracy.

W szczególnoś ci ukł ad ciąg ł ego czyszczenia według wynalazku zapewnia wyż szą efektywność przetwarzania całej instalacji reaktora w porównaniu z rozwiązaniami istniejącymi. Efekt ten jest uzyskany w wyniku bardzo dobrego separowania nieprzetworzonego materiału od rzeczywistych pozostałości reakcyjnych a także odzyskiwanie gazów reakcyjnych z odseparowanego nieprzetworzonego materiału.

Dzięki zastosowaniu przeciwprądowego przepływu gazów ogrzewających przetwarzane tworzywa osiągają najwyższą temperaturę w końcowej części komory reakcyjnej.

Opis figur rysunku

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój podłużny przykładowego reaktora według wynalazku, a fig. 2 przedstawia schematyczny przekrój poprzeczny reaktora z rysunku fig. 1 wzdłuż linii A-A.

Głownią częścią przykładowego reaktora 1 według wynalazku przeznaczonego do termicznego przetwarzania tworzyw sztucznych jest komora reakcyjna 2. Komora ta ma postać poziomej rury o przekroju stanowiącym w przybliżeniu elipsę, której boczne odcinki są częściowo prostoliniowe. Wewnątrz komory 2 zainstalowany jest poziomy przenośnik ślimakowy 3 w postaci ślimaka łopatkowego składającego się z wału 4, na którym zamocowane są odpowiednio ukształtowane łopatki 5. Taka konstrukcja przenośnika 3 zapewnia bardzo efektywne mieszanie wsadowego tworzywa sztucznego, dzięki czemu cała objętość przetwarzanej materii jest stosunkowo równomiernie kontaktowana z gorącymi ściankami komory reakcyjnej 2. Przenośnik 3 wychodzi nieco poza komorę 2 do obszaru leja zasypowego 6, z którego pobierane są tworzywa sztuczne przeznaczone do przetworzenia. Napęd przenośnika 3 stanowi zainstalowany poza komorą 2 silnik elektryczny 7. Praktycznie cała część zewnętrznej powierzchni komory reakcyjnej 2 pokryta jest płaszczem 8, we wnętrzu którego wytwarza się przepływ gazów ogrzewających komorę 2. Gazami tymi są najczęściej wysokotemperaturowe spaliny powstające w wyniku spalania oleju opałowego, gazu ziemnego lub mieszaniny propan-butan w palnikach o odpowiedniej konstrukcji, przy czym dodatkowo możliwe jest również wytwarzanie spalin ogrzewających w wyniku spalania pewnej części gazów reakcyjnych pochodzących z samego reaktora. W przedstawionym przypadku płaszcz 8 jest utworzony z kanału 9 obiegającego spiralnie powierzchnię komory reakcyjnej 2, przy czym ścianki boczne kolejnych zwojów spirali kanału przylegają do siebie wzajemnie. Na przeciwległym w stosunku do leja zasypowego 6 końcu komory reakcyjnej 2, w jej górnej części, przyłączony jest kolektor 10 odprowadzający gazy reakcyjne do chłodnicy 11 a następnie do instalacji 12 przetwarzania gazów wylotowych i ich ewentualnego magazynowania lub bezpośredniego użytkowania.

Natomiast w dolnej części komory, zasadniczo naprzeciwko kolektora 10, przyłączony jest układ 13 ciągłego oczyszczania reaktora 1, przy czym na rysunku fig. 1 widoczny jest tylko jego pierwszy stopień, który stanowi pozioma rura w transportowa 131 wraz z zainstalowanym w niej przenośnikiem ślimakowym 132.

PL 209 080 B1

Rysunek fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny rektora 1 obrazujący strukturę układu 13 ciągłego oczyszczania reaktora 1. Jak wspomniano powyżej, pierwszy stopień układu 13 stanowi rura transportowa 131, przyłączona do komory reakcyjnej 2. Rura transportowa 131 przebiega poziomo i jest prostopadła do osi wzdłużnej komory reakcyjnej 2. Zainstalowany w niej przenośnik ślimakowy 132 jest napędzany silnikiem elektrycznym 133. Do jednego końca rury transportowej 131 dołączony jest drugi stopień układu 13, jakim jest odchylona od pionu pod kątem α druga rura transportowa 134, w której znajduje się drugi przenośnik ślimakowy 135 napędzany silnikiem elektrycznym 136. Pochylenie rury transportowej 134 ułatwia transport rzeczywistych pozostałości reakcyjnych przez przenośnik 135, przy czym według wynalazku kąt α pochylenia tej rury zawiera się w przedziale od około 10° do około 30°. Wysokość przenośnika 135 jest korzystnie większa lub co najmniej równa poziomowi stopionego tworzywa w komorze reakcyjnej. W obszarze górnego końca rury 134 przyłączona jest biegnąca stromo w dół rura zrzutowa 137 prowadząca poprzez zasuwę 138 do zbiornika pozostałości reakcyjnych 139. Ponad miejscem przyłączenia rury zrzutowej 137, do drugiej rury transportowej 134 przyłączona jest biegnąca do góry rura powrotna 140 połączona z przeciwnej strony do kolektora 10 gazów reakcyjnych komory reakcyjnej 2.

Działanie reaktora według wynalazku, obrazujące także realizację sposobu według wynalazku, zostanie opisane poniżej w oparciu o przedstawiony powyżej przykład wykonania reaktora. Wprowadzane poprzez lej zasypowy 6 odpadowe tworzywa sztuczne są przemieszczane przez przenośnik ślimakowy 3 wzdłuż komory reakcyjnej 2 w kierunku pierwszego przenośnika 131 układu ciągłego oczyszczania 13. Dla znawców dziedziny wynalazku oczywistym jest, że lej zasypowy 6 jest końcową częścią układu doprowadzania a ewentualnie także układu wstępnej obróbki tworzywa przeznaczonego do przetworzenia, którego różnorakie konstrukcje są powszechnie znane i nie będą szczegółowo omawiane w niniejszym opisie. Oczywistym jest ponadto, że układ taki musi zapewniać szczelne oddzielenie wnętrza leja od otoczenia zewnętrznego. Przykładowo układ doprowadzania tworzywa może mieć formę podajnika hydraulicznego, w którym odpady przeznaczone do przetworzenia są najpierw prasowane a następnie przemieszczane przez prowadzący do leja zasypowego przewód, którego długość jest dobrana w taki sposób, aby w przewodzie tym następowało tworzenie szczelnego korka z materii przeznaczonej do przetworzenia, zapewniają cego szczelność instalacji. W miarę przemieszczania, tworzywa są podgrzewane do coraz wyższej temperatury aż do ich stopienia w obszarze końcowym komory 2. W stanie stopienia tworzywa osiągają temperaturę od około 320°C do około 480°C. Pod wpływem oddziaływania termicznego lub termokatalitycznego następuje transformacja części wsadu w gaz reakcyjny. W przypadku przetwarzania termokatalitycznego, katalizator może być korzystnie dodany do tworzywa odpadowego w czasie obróbki wstępnej wsadu a ponadto funkcję katalizatora może także pełnić sam przenośnik łopatkowy 3 reaktora 2, na którego powierzchni została napylona warstwa odpowiedniego katalizatora, takiego jak na przykład Al2O3. Powstały gaz jest odprowadzany przez kolektor 10 i chłodnicę 11 do instalacji 12 przetwarzania gazów reakcyjnych, gdzie ulegają one najczęściej oczyszczaniu, kondensowaniu i magazynowaniu w postaci płynnej. Ze stanu techniki znanych jest wiele różnego rodzaju powszechnie wykorzystywanych instalacji 12 a zatem ich budowa i działanie nie będzie tutaj szczegółowo opisywane.

Pozostałości reakcyjne wraz z pokrywającym je stopionym ale nieprzetworzonym tworzywem sztucznym są odbierane w końcowej części komory reakcyjnej 2 przez pierwszy przenośnik 131 układu ciągłego czyszczenia 13 i dostarczane do drugiego, lekko ukośnego przenośnika 134. Przenośnik 134 pełni w układzie według wynalazku rolę separatora ciecz-ciało stałe-gaz. Przenośnik ten transportuje materiał znajdujący się w końcowym odcinku komory 2 reaktora 1 w kierunku zasadniczo pionowym do góry, dzięki czemu następuje w nim oddzielenie przemieszczanych do góry rzeczywistych pozostałości reakcyjnych od spływającego w dół roztopionego tworzywa sztucznego. Pozostałości reakcyjne są podnoszone ponad poziom roztopionego tworzywa i po osiągnięciu wysokości, na której przyłączona jest rura zrzutowa 137 opadają grawitacyjnie na zasuwę 138. Zasuwa 138 jest okresowo otwierana a zgromadzone w rurze zrzutowej 137 pozostałości reakcyjne opadają do zbiornika 139. Ponadto znajdujące się w rurze transportowej 134 stopione tworzywo sztuczne ulega stopniowej transformacji generując pewną ilość gazów reakcyjnych, które unoszą się ku górze rury transportowej 134 i odprowadzane są rurą powrotną 140 do kolektora 10 komory reakcyjnej 2 i dalej do instalacji 12 przetwarzania gazów reakcyjnych.

Reaktor według wynalazku jest w szczególności odpowiedni do termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych z grupy poliolefin, takich jak na przykład polietylen czy polipropylen w celu otrzymania parafin, benzyn, olejów, mikrowosków, a wyją tkowo korzystnie parafin syntetyczPL 209 080 B1 nych. Ponadto reaktor według wynalazku pozwala na przetwarzanie odpadów gumowych, z których oprócz wymienionych powyżej substancji możliwe jest również otrzymywanie gazu palnego. Dodatkowo reaktor może służyć do prowadzenia pirolizy innych niż tworzywa sztuczne materiałów, takich jak na przykład biomasa, drewno czy osady ściekowe.

Przedstawionego przykładu wykonania nie należy w żadnym przypadku traktować jako wyczerpującego i ograniczającego przedmiotowy wynalazek, którego istota została scharakteryzowana w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (9)

1. Sposób termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych obejmujący ciągłe doprowadzanie, podgrzewanie i mieszanie z jednoczesnym przemieszczaniem wzdłuż osi wzdłużnej rurowej komory reakcyjnej przeznaczonej do przetworzenia materii korzystnie z dodatkiem katalizatora, oraz ciągłe usuwanie z komory reakcyjnej gazów reakcyjnych do instalacji przetwarzania gazów reakcyjnych oraz pozostałości reakcyjnych do układu ciągłego czyszczenia, przy czym podgrzewanie jest realizowane za pomocą gazów ogrzewających przepływających w płaszczu otaczającym komorę reakcyjną, znamienny tym, że usuwanie pozostałości reakcyjnych polega na tym, że pozostałości reakcyjne zawierające pewien udział stopionej nieprzetworzonej materii odbiera się z dolnej części obszaru końcowego komory reakcyjnej a następnie przemieszcza się je zasadniczo pionowo do góry w rurze wyposażonej w wewnętrzny przenośnik ślimakowy przez co oddziela się przemieszczane ku górze rzeczywiste pozostałości reakcyjne od spływającej w dół stopionej nieprzetworzonej materii, po czym rzeczywiste pozostałości reakcyjne odprowadza się grawitacyjnie w dół poprzez rurę zrzutową zaś gazy wydzielające się w czasie separacji rzeczywistych pozostałości reakcyjnych od nieprzetworzonej materii odpadowej kieruje się do instalacji przetwarzania gazów reakcyjnych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwarzaną materią jest tworzywo sztuczne z grupy poliolefin, korzystnie polietylen lub polipropylen lub ich mieszanina, zaś otrzymywanym gazem reakcyjnym są pary parafiny, benzyny, oleju, mikrowosku, a szczególnie korzystnie pary parafiny.

3. Reaktor do termicznego lub termokatalitycznego przetwarzania materii a zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych, zawierający wyposażoną w napędzany silnikiem wewnętrzny przenośnik ślimakowy zasadniczo poziomą rurową metalową komorę reakcyjną otoczoną zewnętrznym płaszczem, w którym następuje przepływ gazów ogrzewających reaktor, przy czym do jednego końca komory za pomocą leja zasypowego przyłączony jest układ doprowadzania przeznaczonej do przetworzenia materii korzystnie zawierającej dodatek katalizatora, zaś w obszarze drugiego końca komory w jej górnej części przyłączona jest poprzez kolektor i chłodnicę instalacja przetwarzania gazów reakcyjnych a w jej dolnej części przyłączony jest układ ciągłego oczyszczania reaktora, znamienny tym, że przekrój poprzeczny komory reakcyjnej (2) jest zasadniczo eliptyczny, zaś układ (13) ciągłego czyszczenia składa się z pierwszej, zasadniczo poziomej i zasadniczo prostopadłej do osi wzdłużnej komory reakcyjnej (2) rury transportowej (131) przyłączonej do dolnej części komory reakcyjnej (2), do której jednego końca przyłączona jest zasadniczo pionowa druga rura transportowa (134), do której z kolei w jej górnym obszarze przyłączona jest rura zrzutowa (137) prowadząca do zbiornika odpadów (139) oraz przyłączona powyżej rury zrzutowej (137) rura powrotna (140) prowadząca do kolektora (10) gazów reakcyjnych, przy czym w rurach transportowych (131, 134) zainstalowane są przenośniki ślimakowe (132, 135) kierujące materiał w stronę górnego końca drugiej rury transportowej (134).

4. Reaktor według zastrz. 3, znamienny tym, że zewnętrzna powierzchnia przenośnika ślimakowego (3) jest pokryta warstwą odpowiedniego katalizatora, a korzystnie warstwą wykonaną z Al2O3.

5. Reaktor według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że przenośnik ślimakowy (3) komory reakcyjnej (2) jest przenośnikiem łopatkowym, którego wał (4) jest zainstalowany na wysokości równej 1/3 wysokości komory reakcyjnej (2).

6. Reaktor według zastrz. 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że wysokość przenośnika ślimakowego (135) jest równa lub wyższa od poziomu stopionej materii w komorze reakcyjnej (2).

7. Reaktor według zastrz. 3 albo 4 albo 5 albo 6, znamienny tym, że rura transportowa (134) i znajdujący się w niej przenośnik (135) są odchylone od pionu o kąt α zawierający się w przedziale od około 10° do około 30°.

PL 209 080 B1

8. Reaktor według zastrz. 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że płaszcz (8) ma formę kanału (9) spiralnie obiegającego komorę reakcyjną (2).

9. Reaktor według zastrz. 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7 albo 8, znamienny tym, na rurze zrzutowej (137) zainstalowana jest zasuwa (138).