PL199261B1

PL199261B1 - Sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych oraz urządzenie do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych

Info

Publication number: PL199261B1
Application number: PL358773A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Tokarz; Marek Stelmachowski
Original assignee: Zbigniew Tokarz
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2008-08-29
Also published as: WO2004072208A1; PL358773A1; AU2003303918A1

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu oraz urz adzenia do ci a- glego przetwarzania odpadów organicznych, zw laszcza odpadowych tworzyw sztucznych oraz zu zytych opon po- jazdów mechanicznych. Sposób ci aglego przetwarzania odpadów organicznych, zw laszcza silnie zanieczyszczo- nych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zu zytych opon pojazdów mechanicznych, mechanicznych, w którym wsad up lynnia si e, a nast epnie poddaje krakingowi otrzymuj ac produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza si e do gor acej k apieli w postaci ciek lego medium nieorganicz- nego, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu, a nast epnie od góry odbiera si e produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przeno snikiem wprowadza si e zanie- czyszczenia, charakteryzuje si e tym, ze reakcje rozpadu prowadzi si e katalitycznie w warstwie (1b) up lynnionego wsadu (1a) utworzonej na powierzchni gor acej k apieli (5) w postaci ciek lego medium nieorganicznego. Urz adzenie do ci aglego przetwarzania odpadów organicznych, zw laszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zu zytych opon pojazdów mechanicznych, mechanicz- nych, którym wsad up lynnia si e, a nast epnie poddaje kra- kingowi otrzymuj ac produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza si e do gor acej k apieli w postaci ciek lego medium nieorganicznego, przemieszcza przez strefy top- nienia i rozpadu, a nast epnie od góry odbiera si e produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przeno snikiem wy- prowadza si e zanieczyszczenia, zawieraj ace obudow e, uk lad grzejny, uk lad za ladowczy, uk lad przemieszczania wsadu, uk lad odbioru produktów gazowych……………. PL PL PL PL

Description

Przedmiotowy wynalazek dotyczy sposobu oraz urządzenia do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych zwłaszcza odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych. Sposób ten stanowi proces upłynniania odpadów, który zachodzi w objętości płynnego metalu, stopu lub innego stopionego medium nieorganicznego np. soli nieorganicznych i/lub wodorotlenków metali grupy I lub II układu okresowego pierwiastków. Proces termokatalitycznego krakingu odpadów zachodzi w obecności katalizatora, w celu otrzymania monomerów lub mieszaniny węglowodorów w postaci gazowej, mogących posłużyć do produkcji paliw płynnych.

Liczby charakteryzujące wielkość produkcji tworzyw sztucznych podawane przez rozmaite źródła nieznacznie się różnią. Ocenia się, że w 1996 r. powstało na świecie 100 milionów ton odpadów z tworzyw sztucznych, z których część trafia na zorganizowane wysypiska śmieci, część jest spalana, a tylko nieznaczna ilo ść zbierana i gromadzona w celu recyklingu. Prognoza wzrostu wielkoś ci generowanych odpadów - pochodnych zużytych plastików - jest szacowana na około 6,6% na rok. W 1997 roku całkowite zużycie tworzyw sztucznych krajach Unii Europejskiej wyniosło 27 281 000 ton. Jako alternatywy składowania, rozważa się zagospodarowanie zużytych tworzyw sztucznych, recykling materiałowy oparty o granulację zebranych materiałów i ponowne zużycie, recykling bazujący na wykorzystaniu energii uzyskanej w procesie spalania odpadów tworzyw sztucznych oraz recykling surowcowy oparty o kraking katalityczny lub termiczny zużytych polimerów.

Surowcowy kierunek przetwarzania tworzyw, który jest oparty na wykorzystaniu ich do produkcji wyjściowych monomerów, posiada najmniej wad oraz jest najkorzystniejszy ekonomicznie i ekologicznie. Najbardziej cenną frakcją produktu uzyskiwanego z dekompozycji poliolefin jest mieszanina zawierająca węglowodory od C3 do C16, która może być użyta do produkcji paliw silnikowych, w wyniku dalszej przeróbki w rafineriach.

Kraking termiczny daje produkt w bardzo szerokim zakresie temperatur wrzenia składników tworzących mieszaninę węglowodorów. Kraking termo-katalityczny pozwala na osiągnięcie lepszej jakości produktu w łagodniejszych warunkach, co w realizacjach przemysłowych jest ekonomicznie korzystniejsze. Kraking katalityczny polimerów, można prowadzić w różny sposób dla różnych wsadów.

Opisy badań tego rodzaju procesów, można znaleźć w szeregu publikacji. W prowadzonych doświadczeniach stosowano wiele katalizatorów, w tym wiele takich, które z powodów praktycznych nie można by było zastosować w instalacjach przemysłowych np. ze względów ekonomicznych. Najczęściej badanymi katalizatorami były różnego typu zeolity (silica-alumina S, Aldrich), ZSM-5, RCPenta, oraz szereg innych. W artykułach tych nie przedstawiano wyników badań dla instalacji w powiększonej skali. Także nie pokazano aplikacji przemysłowych proponowanych sposobów degradacji polimerów. Procesy były prowadzone, z reguły, w temperaturze od 350 do 450°C, najczęściej w atmosferze gazu inertnego, niekiedy pary wodnej lub wodoru. Używany polimer lub mieszanka polimerów była bardzo rozdrobniona i tworzona z czystych handlowych produktów. Nie omawiano aspektów energetycznych procesu depolimeryzacji, np. wykorzystania ciepła odpadowego - instalacje doświadczalne ogrzewane były elektrycznie, co charakteryzuje badania laboratoryjne. Proponowane procesy składały się najczęściej z kilku etapów, były skomplikowane do prowadzenia w ewentualnie powiększonej skali technicznej i kosztowne.

Mogą być też stosowane inne rozwiązania technologiczne. Np. tworzywo poddaje się najpierw wstępnej pirolizie przy ograniczonym dostępie tlenu, po czym zarówno produkt stały jak i gazowy są spalane w odpowiednich piecach lub palnikach. Inny sposób polega na zmieszaniu odpadów tworzyw sztucznych z węglem lub ciężkimi frakcjami ropy naftowej i poddawaniu tej mieszaniny gazyfikacji przy użyciu przegrzanej pary wodnej i powietrza. Gazowe produkty procesu mogą być kierowane do spalania. Niektóre opracowania przewidują spalanie tworzyw sztucznych, głównie poliolefin, z domieszką polichlorku winylu lub węglowodorów zawierających chlor (European Patent Application EP 0650506B1). Wadą tych metod jest emisja produktów spalania (zawierających związki chloru) do atmosfery oraz trudności techniczne wynikające z zapewnienia odpowiednich warunków bezpieczeństwa dla aparatów ciśnieniowych w przypadku prowadzenia procesu w atmosferze pary wodnej i tlenu.

Inną metodą, jest kraking tj. depolimeryzacja katalityczna lub termiczna w obecności frakcji ropy naftowej i otrzymanie produktu - mieszaniny węglowodorów o składzie zbliżonym do paliw silnikowych. Jedną z pierwszych jej wersji technologicznych była metoda VEBA, która polegała na zmieszaniu rozdrobnionych tworzyw sztucznych z ciężkimi frakcjami ropy naftowej i skierowanie do hydrokrakingu

PL 199 261 B1 (450 - 490°C, 15 - 25 MPa). Wadą tej metody jest fakt, że tego typu instalacje są jedynie dostępne, w zasadzie, tylko rafineriach

Możliwy jest też prosty katalityczny lub termiczny kraking tworzyw sztucznych w zakresie temperatur 400 - 500°C, w wyniku, którego zachodzi rozerwanie wielkocząsteczkowych łańcuchów polimerów lub polikondensatów na krótsze o zakresie temperatur wrzenia paliw silnikowych, tj. benzyn (<200°C), paliw dieslowych 200 - 360°C, oraz wyżej wrzących destylatów, o temperaturze wrzenia powyżej 360°C. Uzyskuje się konwersję polimerów do 95%, resztę stanowi pozostałość o konsystencji ciała stałego w temperaturze otoczenia. Znany jest sposób utylizacji tworzyw sztucznych wg patentu japońskiego, WO95/06682, w którym proponuje się ażeby mieszanina tworzyw sztucznych, głównie poliolefin, podawana była przy pomocy wytłaczarki do reaktora w podwyższonej temperaturze w obecności katalizatora krakingu katalitycznego. Produkt depolimeryzacji poddawany jest frakcjonowaniu na frakcje paliwa dieslowego i benzyny o łącznej wydajności rzędu 70% w stosunku do surowca, wprowadzonego do procesu.

Rozkład polimerów i innych odpadów organicznych można także prowadzić w stopionym medium nieorganicznym, które nie bierze udziału w reakcji. Najczęściej jest to stopiony metal, sól nieorganiczna, lub wodorotlenki metali grupy I lub II, układu okresowego pierwiastków. Generalnie można stwierdzić, że istnieje, co najmniej kilka typów procesów tego rodzaju, z których najbardziej istotne są następujące. Procesy prowadzące do całkowitego unicestwienia odpadów. Zachodzą one w wysokiej temperaturze (powyżej 900°C) w objętości stopionego metalu (np. żelaza) lub stopu metalicznego (stali) z udziałem tlenu i powodują spalenie odpadu do produktów gazowych: głównie CO2 i H2O. Są to metody kosztowne i nadają się głównie do odpadów niebezpiecznych. Np. patenty US 6227126 B1, JP 2000-615717. Procesy prowadzące do całkowitej destrukcji odpadów w wyniku ich utlenienia i przebiegające w stopionych solach: np. NaCl/Na2CO3. Jest to proces znany pod terminem angielskim MSO jako (molten salt oxidation). Istnieje wiele publikacji naukowych opisujących ten proces. Znane są też patenty związane z tą metodą (Application JP 2000-48602) oraz komercyjne technologie (np. firmy Rockwell International Corporation). W procesie następuje utlenienie odpadu głównie do CO2 i H2O. Stosowany zwykle do utylizacji odpadów niebezpiecznych. W przypadku użycia soli kwasów beztlenowych może być stosowany również do procesów rozkładu polimerów w wyniku ich krakingu z otrzymaniem mieszaniny węglowodorów (brak zgłoszeń patentowych). W tej kategorii można mówić także o zgłoszeniu patentowym procesu biegnącego w środowisku stopionych ługów (NaOH/KOH) (Application WO98-EP3566). Procesy prowadzące do otrzymania mieszaniny węglowodorów lub monomerów powstających w wyniku rozkładu odpadów organicznych lub polimerów w objętości stopionego metalu (takiego jak ołów) w temperaturze 350 - 550°C. (European Patent Application 90401093.1). Podobną metodę opracowano w latach 20-tych i 40-tych wieku dla upłynniania węgla kamiennego i niektórych odpadów organicznych (patenty amerykańskie (1 709 370, 1 601 777, 2 459 550)). Podczas II wojny światowej, opracowano także metodę odzysku niektórych monomerów ze zużytych polimerów, znaną także jako „Clementi process. Proces rozkładu zachodził, wg autorów metody, w warstwie stopionego polimeru na powierzchni stopionego ołowiu (patent hiszpański 192909, z 1949 r). Metoda ta nigdy nie znalazła zastosowania praktycznego, przemysłowego, ze względu na szereg wad: (zawartość ołowiu w produkcie, oraz trudności z dostarczeniem, w sposób wystarczająco intensywny, odpowiedniej ilości taniej energii podtrzymującej proces).

W szczególności z publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP 0 395 486 znany jest sposób ciągłego cieplnego przetwarzania odpadów organicznych, w postaci zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych do postaci gazowoparowej, w którym wsad w zamkniętych ażurowych pojemnikach wprowadza się do gorącej kąpieli z roztopionego metalu, korzystnie ołowiu, za pomocą przenośnika, a po przemieszczeniu pojemników z wsadem przez strefy topienia i rozpadu, za pomocą tego samego przenośnika, pojemniki z pozostałymi w nich zanieczyszczeniami stałymi usuwa się z kąpieli, przy czym produkty gazowe rozpadu odbiera się okrągłym otworem szczytowym. Przedstawione w tej publikacji urządzenie posiada obudowę złożoną z wanny i stożkowej głowicy, układ grzejny wyłącznie w postaci rur grzejnych otaczających przenośnik z pojemnikami z wsadem, przenośnik o obwodzie zamkniętym otaczający dno wanny stanowiący jednocześnie urządzenie załadowcze, urządzenie przemieszczające wsad oraz urządzenie wyprowadzające zanieczyszczenia, a także rurociąg odbioru produktów gazowych odbierający produkty gazowe pionową rurą wyprowadzoną z okrągłego otworu szczytowego stożkowej głowicy tego urządzenia.

PL 199 261 B1

O ile procesy wysokotemperaturowe i proces MSO zaowocowały technologiami komercyjnymi to nie są znane aplikacje przemysłowe procesów niskotemperaturowych, biegnących wewnątrz płynnego metalu lub na jego powierzchni (do 600°C), w wyniku których otrzymuje się monomery lub mieszaninę węglowodorów.

Wszystkie, wymienione omawiane powyżej, procesy przetwarzania odpadów w stopionych metalach i solach biegną bez udziału katalizatora. Wymagają także w większości przypadków rozdrobnienia przerabianych odpadów.

Zwłaszcza trudne i kosztowne w realizacji są proces i urządzenie opisane w wyżej przedstawionej publikacji EP 0 395 486 ze względu na olbrzymi, dochodzący do kilkudziesięciu ton ciężar kąpieli z roztopionego ołowiu oraz skomplikowany układ ładowania wkładu i przenoszenia go w zamkniętych pojemnikach jednym przenośnikiem otaczającym dno wanny, a także skomplikowany i mało efektywny układ grzejny wymagający odrębnego urządzenia do mieszania kąpieli.

Celem przedmiotowego rozwiązania było opracowanie efektywnego sposobu i wysokosprawnego urządzenia o konstrukcji modułowej do przetwarzania na dużą skalę przemysłową różnego rodzaju odpadów organicznych, a szczególnie odpadowych, różnego rodzaju, tworzyw sztucznych i produktów gumowych, takich jak zuż yte opony samochodowe, do gazowej mieszaniny prostych monomerów, w obecności katalizatora. Przerabiane odpady nie są rozdrabniane. Produkty rozkładu mogą być z powrotem użyte do wytwarzania polimerów lub mogą służyć do produkcji paliw płynnych, być paliwem w silnikach spalinowych np. generatorów energii elektrycznej albo być surowcem dla przemysłu chemicznego.

Sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przemieszcza przez strefy topienia i rozpadu, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, według przedmiotowego rozwiązania charakteryzuje się tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie w warstwie upłynnionego wsadu utworzonej na powierzchni gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego. Korzystnie wsad wprowadza się do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, w postaci sprasowanych pakietów lub całych opon, poprzez jego bezpośrednie wciskanie do ciekłego medium za pomocą urządzenia załadowczego, na przykład prasy pneumatycznej, zwykle pod naciskiem co najmniej 2 MPa, przy czym gorąca kąpiel w postaci stopionego medium nieorganicznego stanowi jedynie medium grzejne, ma charakter inertny i stanowi stop cyny, ołowiu i bizmutu, korzystnie o zawartości co najmniej 60% cyny i co najmniej 30% ołowiu albo mieszaninę soli nieorganicznych i/lub wodorotlenków metali alkalicznych i/lub ziem alkalicznych. Typowo reakcję rozpadu prowadzi się katalitycznie w obecnoś ci czą stek katalizatora o wymiarze poniż ej 10 μ m przy czym katalizator stanowi wysokotemperaturowo, w temp. powyżej 2000°C, osadzony na nośniku tlenek glinu. Korzystnie reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 350 do 600°C pod ciśnieniem atmosferycznym, w temperaturze od 380 do 520° dla wyrobów gumowych, a w temperaturze od 400 do 440°C dla tworzyw poliolefinowych. Korzystnie ciekłe medium nieorganiczne podgrzewa się od strony dna wanny za pomocą medium grzejnego w komorze grzejnej i/lub za pomocą co najmniej jednego zespołu poziomych, skośnych rur grzejnych. Upłynniony wsad zabezpiecza się przed wypłynięciem z gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium za pomocą ażurowej konstrukcji, którą stanowi zamknięta taśma preferowana, umieszczonej na powierzchni gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium i przemieszcza się poprzez przemieszczanie ażurowej konstrukcji w gorącej kąpieli. Pozostałe w gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium stałe zanieczyszczenia wyprowadza się za pomocą dwóch przenośników taśmowych, tj. przenośnika taśmowego górnego i przenośnika taśmowego dolnego, ze strefy rozpadu i grawitacyjnie wprowadza się, te zanieczyszczenia do zbiornika zanieczyszczeń stałych. Okresowo można odbierać zanieczyszczenia wypływające ponad warstwę upłynnionego wsadu.

Wynalazek dotyczy także urządzenia do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przemieszcza przez strefy topienia i rozpadu, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, zawierające obudowę, układ grzejny, układ załadowczy, układ przemieszczania wsadu, układ odbioru produktów

PL 199 261 B1 gazowych, oraz układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego przenośnika, które charakteryzuje się tym, że posiada ono prostopadłościenną zintegrowaną budowę modułową. Korzystnie obudowa ma postać dolnej osłony termicznej i górnej izolacyjnej osłony termicznej, otaczających stalowe dno wanny, płaszcz i pokrywę górną, przy czym płaszcz posiada konstrukcję wzmacniającą, korzystnie w postaci kratownicy, a pokrywa górna stanowi zespół demontowalnych głowic, zamontowanych za pomocą zespołu ścisków. Układ grzejny stanowi komora grzewcza i/lub zespół rur grzejnych, przy czym zespół rur grzejnych stanowi co najmniej jedna warstwa rur poziomych, skośnych, korzystnie pod kątem 40 do 50° względem osi wzdłużnej, umieszczonych wyłącznie w dolnej warstwie gorącej kąpieli lub co najmniej dwie warstwy rur poziomych skośnych, przy czym rury w kolejnej warstwie ustawione są prostopadle względem rur w poprzedniej warstwie. Układ załadowczy posiada urządzenie załadowcze bezpośrednio wciskające wsad poprzez śluzę wprowadzającą, korzystnie w postaci sprasowanych pakietów lub całych opon, do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przy czym zwykle urządzenie załadowcze stanowi pneumatyczna prasa dwutaktowa lub pneumatyczna prasa jednotaktowa. Układ przemieszczania wsadu posiada ażurową konstrukcję zabezpieczenia upłynnionego wsadu przed wypłynięciem z gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium, która jest zamkniętą obwodowo taśmą perforowaną, i stanowi dwubębnowy zespół przewijania tej konstrukcji, a także zawiera prowadnice taśmy. Układ odbioru produktów gazowych posiada otwór wylotowy, korzystnie prostokątny, w górnej części bocznego płaszcza, do rurociągu odbioru produktów gazowych. Układ wyprowadzania zanieczyszczeń stanowi korzystnie, zespół dwóch prostych przeciwbieżnych przenośników taśmowych, tj. przenośnika taśmowego górnego i przenośnika taśmowego dolnego, prowadzących od końca strefy rozkładu do strefy grawitacyjnego zrzutu zanieczyszczeń, korzystnie do śluzy przyłącza zbiornika zanieczyszczeń.

Przedmiotowe rozwiązanie, zarówno w kategorii sposobu jak i urządzenia, zostało przedstawione w przykładzie wykonania za pomocą szczegółowego opisu i rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pionowy przekrój wzdłużny przedmiotowego urządzenia, fig. 2 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny przedmiotowego urządzenia, fig. 3 przedstawia poziomy przekrój wzdłużny przedmiotowego urządzenia, fig. 4A przedstawia schemat linii produkcyjnej do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem, z kolumną rektyfikacyjną, fig. 4B przedstawia schemat linii produkcyjnej do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem, bez kolumny rektyfikacyjnej, fig. 5A przedstawia skład frakcyjny produktu przetwarzania poliolefin, fig. 5B przedstawia wykres stężenia izomerów węglowodorów dla produktu przetwarzania poliolefin, fig. 6A przedstawia skład frakcyjny produktu przetwarzania opon, a fig. 6B przedstawia wykres stężenia izomerów węglowodorów dla produktu przetwarzania opon.

Jak pokazano na fig. 1-3, przedmiotowe urządzenie stanowiące reaktor posiada prostopadłościenną zintegrowaną budowę modułową. Wewnętrzne wymiary reaktora dla przetwarzania opon samochodowych przykładowo wynoszą: szerokość 800 mm, długość 3500 mm, a wysokość 1400 mm, w tym wysokość warstwy stopionego metalu lub innego medium nieorganicznego 400 mm. Dolną część urządzenia stanowi komora grzewcza 1, zwykle o wysokości 400 mm, zamknięta od góry dnem wanny 2 obudowana ceramiczną dolną osłoną termiczną 9. Ponad dnem wanny 2 znajduje się gorąca kąpiel 5 ogrzewana zarówno przez komorę grzewczą 1 jak i przez zespół rur grzewczych 3 korzystnie o średnicy 139 mm, umieszczonych skośnie jak pokazano na rysunku i szczegółowo przedstawiono przy omawianiu układu grzewczego poniżej. Do gorącej kąpieli 5 wsad 1a podawany jest poprzez śluzę wprowadzającą 4 za pomocą urządzenia załadowczego 11, które stanowi jedno- lub dwutaktowa prasa pneumatyczna, połączonego ze śluzą wprowadzającą 4 za pośrednictwem przyłącza 10. Nad wanną utworzoną przez dno wanny 2 i dolną osłonę termiczną 9 moduł reakcyjny posiada płaszcz 13. Płaszcz 13 i dno wanny 2 reaktora, wykonane są z blachy kwaso- i żaro-odpornej gatunku H25N20S2 o grubości 10 mm. Sztywność płaszcza, uzyskana jest poprzez przyspawaną do zewnętrznych jego części konstrukcję wzmacniającą 13a w postaci kratownicy o wysokości 100 mm i podziałce 130 mm x 130 mm. Nad powierzchnią gorącej kąpieli 5 znajduje się dwubębnowy zespół przewijania 8 przewijający wzdłuż prowadnic 7 obwodowo zamkniętą stalową taśmę perforowaną, która stanowi ażurową konstrukcję 6 zabezpieczającą warstwę 1b roztopionego wsadu 1a przed wypłynięciem. Płaszcz 13 zamknięty jest pokrywą górną 15 stanowiącą zespół demontowalnych głowic montowanych za pomocą ścisków 14 umożliwiających łatwy montaż i konserwację urządzenia i otoczony obudową ceramiczną stanowiącą górną osłonę termiczną 12. W górze bocznej ściany urządzenia umieszczony jest prostokątny otwór wylotowy 16 prowadzący do rurociągu odbioru produktów gazowych. Zespół przewijania 8 stanowi jednocześnie układ przemieszczania wsadu 1a przez strefy

PL 199 261 B1 topnienia i rozpadu do strefy wyprowadzania zanieczyszczeń, gdzie znajduje się układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci zespołu dwóch krótkich prostych przeciwbieżnych przenośników taśmowych, tj. przenośnika taśmowego górnego 17 zaopatrzonego w zbierającą przegrodę 19 i przenośnika taśmowego dolnego 18 prowadzących do śluzy przyłącza 20 wymiennego zbiornika zanieczyszczeń stałych 21 stanowiącej strefę grawitacyjnego zrzutu zanieczyszczeń. Przedmiotowe urządzenie może także posiadać układ do okresowego usuwania drobnych zanieczyszczeń, które przedostają się przez otwory w taśmie perforowanej.

Na podstawie fig. 1-3 można także prześledzić realizację przykładowego wykonania przedmiotowego wynalazku w kategorii sposobu. Surowcem mogą być zużyte opony wszystkich typów pojazdów mechanicznych, odpadowe tworzywa sztuczne, węgiel kamienny i brunatny a także inne odpady organiczne. Opis procesu technologicznego został przedstawiony przykładowo dla zużytych opon oraz odpadowych tworzyw poliolefinowych.

Opony w całości są składowane w hali magazynowej i nie podlegają rozdrabnianiu. Tworzywa sztuczne dostarczane w postaci bel i rolek są składowane w innej hali magazynowej. Także nie są rozdrabniane a bele są jedynie rozluźniane.

Wsad 1a odpadowych tworzyw sztucznych podaje się porcjami (3-6 kg) do dwutaktowej prasy pneumatycznej, która stanowi urządzenie załadowcze 11. Strumień odpadowych tworzyw sztucznych wprowadzanych do przedmiotowego urządzenia mieści się w granicach od 60 do 100 kg/h dla jednego modułu reakcyjnego. Podobnie zużyte opony samochodowe transportowane są do urządzenia załadowczego 11, którym jest w tym przypadku jednotaktowa prasa pneumatyczna przyłączana do modułu reakcyjnego za pomocą standardowego przyłącza 10, umożliwiającego, podłączenie zarówno jednotaktowej- jak i dwutaktowej- prasy. Sprasowana porcja tworzyw lub opona jest wprowadzana następnie tłokiem (przy nacisku 20 kg/cm²) do wanny reaktora, w której znajduje się stopiony metal, stop lub inne ciekłe, stopione medium nieorganiczne. W opisywanym przykładzie jest nim stop cyny, ołowiu i bizmutu, o gęstości nie mniejszej niż 9,6 g/cm³, w warunkach reakcji. W wyniku tego, że istnieje duża różnica między gęstością płynnego metalem a gęstością wsadu (która wynosi około 1 g/cm³), wprowadzone tworzywa lub opona są wynoszone sił ami wyporu w górną warstw ę ciekł ego metalu. Wprowadzone odpady nie wypływają na powierzchnię, ponieważ są zatrzymywane przez ruchomą perforowaną taśmę stanowiącą zabezpieczającą ażurową konstrukcję 6, napędzaną zespołem przewijania 8. Taśma posiada dodatkowo prowadnice 7 uniemożliwiające jej odkształcenie pod wpływem naporu wsadu. Liniowy ruch taśmy przesuwa powoli wsad wzdłuż reaktora, w strefie, nazwanej strefą topienia. W strefie tej pod wpływem temperatury płynnego metalu otaczającego ze wszystkich stron odpad, następuje stopniowe jego upłynnienie, bez dostępu tlenu. Upłynnione tworzywa (o gęstości około 0,8 g/cm³), wypływają, poprzez perforowaną taśmę na powierzchnię stopionego metalu, tworząc tam warstwę cieczy organicznej, o niewielkiej grubości. W tej warstwie cieczy, oraz na jej powierzchni, znajduje się katalizator. W obecności katalizatora i pod wpływem temperatury następuje rozerwanie wiązań polimerów - składników wsadu. W przypadku odpadów gumowych rozkład różnego rodzaju kauczuków prowadzi do otrzymania odpowiednich monomerów, z których została ona wyprodukowana lub do mieszaniny węglowodorów nienasyconych i nasyconych, w zależności od czasu przebywania w reaktorze i temperatury procesu. W przypadku rozkładu tworzyw poliolefinowych, otrzymuje się jedynie mieszaninę węglowodorów od metanu CH4 do C24H50. W temperaturze procesu (350-450°C) produkty stanowią fazę gazowo/parową. Wypływa ona z reaktora, prze otwór wylotowy 16, który jest połączony rurociągiem z zespołem chłodnic. W wykonaniu wariantowym, wylot może być połączony z aparatem pracującym jako górna część kolumny rektyfikacyjnej. Wtedy odrębnie jest skraplany zarówno produkt górny rektyfikacji (destylat) jak i produkt dolny (ciecz wyczerpana), w odrębnych chłodnicach produktu. Ciepło z wody chłodzącej jest odzyskiwane poprzez użycie jej jako medium grzejnego w zbiornikach magazynowych. Może być także używane do ogrzewania hal produkcyjnych.

Zanieczyszczenia stałe, nie stapialne w temperaturze procesu (zanieczyszczenia poliolefin, które są obecne w odpadowych tworzywach w postaci kamieni, części metalowych, fragmentów drewna itp. lub kord opon) wynoszone są, ruchem taśmy ze strefy topienia reaktora do strefy odbioru zanieczyszczeń i strefy transportu zanieczyszczeń, skąd taśmociągami wyrzucane są do zbiornika zanieczyszczeń stałych 21 podłączanego do modułu reakcyjnego poprzez przyłącze 20. Zbiornik zanieczyszczeń stałych 21 może być wymieniany w trakcie pracy modułu po zatrzymaniu taśmociągów na czas wymiany zbiorników.

PL 199 261 B1

Moduł reakcyjny ogrzewany jest gazami spalinowymi powstałymi w wyniku zgazowania biopaliwa np. trocin drzew iglastych. Źródłem gazów i ciepła jest gazyfikator zbudowany z zasobnika trocin (innego biopaliwa), podajnika trocin, właściwego gazyfikatora (retorty), palnika, dmuchawy powietrza oraz rurociągu doprowadzającego gazy spalinowe do modułu reakcyjnego. Gorący gaz ogrzewa reaktor i powoduje stopienie metalu (soli, wodorotlenków) tworzącego medium pozwalające w bardzo efektywny sposób stopić wsad bez dostępu powietrza, oraz dostarcza energię do rozerwania wiązań polimerów w celu przetworzenia ich do mieszaniny lekkich węglowodorów oraz do odparowania produktu. Ciepło przenika zarówno przez dno reaktora jak i od wiązki rur umieszczonych wewnątrz reaktora i tworzących podstawową powierzchnię grzejną. Wewnątrz reaktora w dolnej jego strefie objętości może być umieszczona jedna warstwa rur grzejnych 3 pod kątem 45°, w stosunku do osi podłużnej lub dwie warstwy rur grzejnych 3, z których jedna jest umieszczona pod kątem 45°, a druga pod kątem 135°, w stosunku do osi podłużnej. Stanowią one wewnętrzny wymiennik ciepła reaktora Cały reaktor jest obudowany materiałem ceramicznym tworzącym termiczną izolację od otoczenia.

Na figurach 4A i 4B przedstawiono schematycznie przykładowe linie produkcyjne, przy czym fig. 4A przedstawia schemat linii produkcyjnej do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem, z kolumną rektyfikacyjną, a fig. 4B przedstawia schemat linii produkcyjnej do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem, bez kolumny rektyfikacyjnej. Jak wynika z fig. 4A przykładowa linia produkcyjna do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem może zawierać kolejno zbiornik magazynowy biopaliwa (np. trocin, zrębków) do spalenia A, podajnik biopaliwa do retorty B, retortę zgazowującą biopaliwo C, palnik D, dmuchawę powietrza E, zespół komory paleniskowej F, moduł reakcyjny G, kolumnę rektyfikacyjną H, zespół skraplaczy I, zespół chłodnic produktu J, pierwszy zbiornik buforowy produktu K, drugi zbiornik buforowy produktu L, pierwszą pompę produktu M, drugą pompę produktu N, pierwszy zbiornik magazynowy gotowego produktu O, drugi zbiornik magazynowy gotowego produktu P, zbiornik obiegowy wody R, pompę obiegową wody S oraz bezprzeponowy skraplacz oparów T. Jak wynika z fig. 4A przykładowa linia produkcyjna do przetwarzania odpadów z przedmiotowym urządzeniem może też nie zawierać kolumny rektyfikacyjnej i podwojonych pomp i zbiorników produktu, na fig. 4A i fig. 4B liniami ciągłymi oznaczono ciągi technologiczne, liniami kreskowymi obieg wody chłodzącej, a liniami kropkowymi odpowietrzacze.

Ponadto dokonano analizy chemicznej dwóch produktów otrzymanych w przedmiotowym procesie. Produkt otrzymany w wyniku przetwarzania odpadowych poliolefin (próbki mieszaniny polietylenu i polipropylenu, otrzymanej z firmy zajmującej się odzyskiem tworzyw z komunalnych składowisk odpadów) poddano analizie chromatograficznej Analiz dokonano przy użyciu chromatografu gazowego firmy Perkin Elmer GC Autosystem XL z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym. Analiza objęła związki węglowodorów alifatycznych nasyconych oraz nienasyconych od C4H10 i jego izomerów do C24H50 i jego izomerów. Jak wykazała to analiza FTIR wśród zarejestrowanych pików znajdują się też piki pochodnych tlenowych węglowodorów - prawdopodobnie ketony i aldehydy. Wszystkie związki, których piki są zarejestrowane stanowią nie mniej niż 99% próbki - jego składu molowego. Podstawowy średni skład frakcyjny analizowanych związków wyrażony w % molowych jest następujący:

Węglowodory alifatyczne, nasycone n-CnH2n+2: 28,78 - 34,08% molowo,

Węglowodory alifatyczne nienasycone 1-CnH2n: 32,84 - 39,71% molowo.

Czyli stanowią one: 66,62 - 69,79% molowo.

Pozostałą część 30,21 - 33,38% molowo stanowią izomery tych związków, zarówno nasycone jak i nienasycone. W składzie tej frakcji są także pochodne tlenowe (ketony i aldehydy) węglowodorów. Na obecnym etapie badań nie było możliwe określenie jaką część izomerów stanowią węglowodory nasycone a jakie nienasycone oraz pochodne tlenowe. Na wykresie zamieszczonym na fig. 5A pokazano graficzny obraz tej analizy przedstawiając zawartość węglowodorów o takiej samej liczbie atomów węgla w funkcji ilości atomów węgla.

Z analizy wynika także, że:

60,6% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C10

89% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C16

96,5% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C20.

Graficzny obraz tej zależności przedstawiono na wykresie zamieszczonym na fig. 5B.

Oznacza to, że proces depolimeryzacji zachodzi stosunkowo głęboko.

PL 199 261 B1

Wykonano także pomiary spektroskopowe w zakresie podczerwieni, próbki produktu po depolimeryzacji. Badania wykonano przy użyciu aparatu Jasko FTIR 610, w zakresie 5000-400 cm^-1 (rozdzielczość spektralna 2 cm^-1). Próbka w postaci filmu została naniesiona na kryształ germanu i poddana analizie. Na podstawie widm FTIR stwierdzono, że w części organicznej próbka jest mieszaniną węglowodorów nasyconych i nienasyconych [2960, 2924, 2850 cm^-1) (uwzględniając współczynniki ekstynkcji) w proporcji ok. 50:50. Obecna jest niewielka frakcja aromatyczna (<1% mol) [3075 cm^-1]. Próbka nie zawiera alkoholi i kwasów (nie ma śladu grup hydroksylowych) natomiast są związki karbonylowe [1699] cm^-1] (ketony, aldehydy), alifatyczne związków nitrowe (1540 cm^-1 oraz ślady połączeń chlorowych (718 cm^-1). Ilościowego określenie składu oznaczenie stężeń poszczególnych związków w produkcie, tą metodą nie wykonywano.

Otrzymany w wyniku przetwarzania opon samochodowych, produkt poddano także analizie chromatograficznej oraz analizie w podczerwieni (IR). Analiza chromatograficzna wykonana w takich samych warunkach jak dla próbki opisanej powyżej wykazała, że frakcyjny skład próbki znacznie się różni od produktu rozkładu olefin

Węglowodory alifatyczne, nasycone n-C_nH_2n+2: 14,6% molowo,

Węglowodory alifatyczne nienasycone 1-CnH2n: 19,9 molowo.

Czyli stanowią one: 33,5% molowo.

Pozostałą część 66,5% molowo stanowią izomery tych związków, zarówno nasycone jak i nienasycone.

Zdecydowaną większość stanowią węglowodory nienasycone (do 65% mol.). Na wykresie zamieszczonym na fig. 6A pokazano graficzny obraz tej analizy przedstawiając zawartość węglowodorów o takiej samej liczbie atomów węgla w funkcji ilości atomów węgla.

Z analizy wynika także (co pokazano na fig. 6B), że:

67,3% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C10

91% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C16

98,1% (molowo) mieszaniny stanowią węglowodory od C4 do C20.

Analiza spektroskopowa w zakresie podczerwieni, przy użyciu aparatu Jasko FTIR 610, wykazała, że próbkę stanowi mieszanina węglowodorów nasyconych i nienasyconych z przewagą tych ostatnich. Analiza wykazała także obecność organicznych związków siarki (wiązania typu -SH).

Claims

1. Sposób ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się katalitycznie w warstwie (1b) upłynnionego wsadu (1a) utworzonej na powierzchni gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium nieorganicznego.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wsad (1a) wprowadza się do gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium nieorganicznego, korzystnie w postaci sprasowanych pakietów lub całych opon, poprzez jego bezpośrednie wciskanie do ciekłego medium za pomocą urządzenia załadowczego (11), korzystnie prasy pneumatycznej, korzystnie pod naciskiem co najmniej 2 MPa.

3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że gorąca kąpiel (5) w postaci stopionego medium nieorganicznego stanowi jedynie medium grzejne i ma charakter inertny.

4. Sposób według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że gorąca kąpiel (5) w postaci roztopionego medium grzejnego stanowi stop cyny, ołowiu i bizmutu, korzystnie o zawartości co najmniej 60% cyny i co najmniej 30% ołowiu.

5. Sposób według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że gorąca kąpiel (5) w postaci roztopionego medium grzejnego stanowi mieszaninę soli nieorganicznych i/lub wodorotlenków metali alkalicznych i/lub ziem alkalicznych.

6. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że reakcję rozpadu prowadzi się katalitycznie w obecności cząstek katalizatora o wymiarze poniżej 10 um.

PL 199 261 B1

7. Sposób według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że katalizator stanowi wysokotemperaturowo w temperaturze powyżej 2000°C, osadzony na nośniku tlenek glinu.

8. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 350 do 600°C pod ciśnieniem atmosferycznym.

9. Sposób według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 380 do 520° dla wyrobów gumowych.

10. Sposób według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że reakcje rozpadu prowadzi się w temperaturze od 400 do 440°C dla tworzyw poliolefinowych.

11. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ciekłe medium nieorganiczne podgrzewa się od strony dna wanny (2) za pomocą medium grzejnego w komorze grzejnej (1).

12. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ciekłe medium nieorganiczne podgrzewa się za pomocą co najmniej jednego zespołu poziomych, skośnych rur grzejnych (3).

13. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że upłynniony wsad (1a) zabezpiecza się przed wypłynięciem z gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium za pomocą ażurowej konstrukcji (6) umieszczonej na powierzchni gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium.

14. Sposób według zastrzeżenia 13, znamienny tym, że ażurową konstrukcję (6) stanowi zamknięta taśma perforowana.

15. Sposób według zastrzeżenia 13, znamienny tym, że upłynniony wsad (1a) przemieszcza się poprzez przemieszczanie ażurowej konstrukcji (6) w gorącej kąpieli (5).

16. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że pozostałe w gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium stałe zanieczyszczenia wyprowadza się za pomocą dwóch przenośników taśmowych, tj. przenośnika taśmowego górnego (17) i przenośnika taśmowego dolnego (18), ze strefy rozpadu i grawitacyjnie wprowadza się, te zanieczyszczenia do zbiornika zanieczyszczeń stałych (21).

17. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że okresowo odbiera się zanieczyszczenia wypływające ponad warstwę (1b) upłynnionego wsadu (1a).

18. Urządzenie do ciągłego przetwarzania odpadów organicznych, zwłaszcza silnie zanieczyszczonych odpadowych tworzyw sztucznych oraz zużytych opon pojazdów mechanicznych, w którym wsad upłynnia się, a następnie poddaje krakingowi otrzymując produkt w fazie gazowej, przy czym wsad wprowadza się do gorącej kąpieli w postaci ciekłego medium nieorganicznego, przemieszcza przez strefy topnienia i rozpadu, a następnie od góry odbiera się produkty gazowe rozpadu i co najmniej jednym przenośnikiem wyprowadza się zanieczyszczenia, zawierające obudowę, układ grzejny, układ załadowczy, układ przemieszczania wsadu, układ odbioru produktów gazowych, oraz układ wyprowadzania zanieczyszczeń w postaci co najmniej jednego przenośnika, znamienne tym, że posiada ono prostopadłościenną zintegrowaną budowę modułową.

19. Urządzenie według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że obudowa ma postać dolnej osłony termicznej (9) i górnej izolacyjnej osłony termicznej (12), otaczających stalowe dno wanny (2), płaszcz (13) i pokrywę górną (15).

20. Urządzenie według zastrzeżenia 19, znamienne tym, że płaszcz (13) posiada konstrukcję wzmacniającą (13a), korzystnie w postaci kratownicy.

21. Urządzenie według zastrzeżenia 19, znamienne tym, że pokrywa górna (15) stanowi zespół demontowalnych głowic, zamontowanych za pomocą zespołu ścisków (14).

22. Urządzenie według zastrzeżenia 19, znamienne tym, że układ grzejny stanowi komora grzewcza (1) i/lub zespół rur grzejnych (3).

23. Urządzenie według zastrzeżenia 21, znamienne tym, że zespół rur grzejnych (3) stanowi co najmniej jedna warstwa rur poziomych, skośnych, korzystnie pod kątem 40 do 50° względem osi wzdłużnej, umieszczonych wyłącznie w dolnej warstwie gorącej kąpieli (5).

24. Urządzenie według zastrzeżenia 21, znamienne tym, że zespół rur grzejnych (3) stanowią co najmniej dwie warstwy rur poziomych skośnych, przy czym rury w kolejnej warstwie ustawione są prostopadle względem rur w poprzedniej warstwie.

25. Urządzenie według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że układ załadowczy posiada urządzenie załadowcze (11) bezpośrednio wciskające wsad (1a) poprzez śluzę wprowadzającą (4), korzystnie w postaci sprasowanych pakietów lub całych opon, do gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium nieorganicznego.

26. Urządzenie według zastrzeżenia 24, znamienne tym, że urządzenie załadowcze (11) stanowi pneumatyczna prasa dwutaktowa.

PL 199 261 B1

27. Urządzenie według zastrzeżenia 24, znamienne tym, że urządzenie załadowcze (11) stanowi pneumatyczna prasa jednotaktowa.

28. Urządzenie według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że układ przemieszczania wsadu (1a) posiada ażurową konstrukcję (6) zabezpieczenia upłynnionego wsadu (1a) przed wypłynięciem z gorącej kąpieli (5) w postaci ciekłego medium.

29. Urządzenie według zastrzeżenia 27, znamienne tym, że ażurowa konstrukcja (6) stanowi zamkniętą obwodowo taśmę perforowaną.

30. Urządzenie według zastrzeżenia 28, znamienne tym, że układ przemieszczania wsadu (1a) stanowi dwubębnowy zespół przewijania (8) ażurowej konstrukcji (6) w postaci taśmy perforowanej.

31. Urządzenie według zastrzeżenia 29, znamienne tym, że zespół przewijania (8) ażurowej konstrukcji (6) w postaci taśmy perforowanej zawiera prowadnice taśmy (7).

32. Urządzenie według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że układ odbioru produktów gazowych posiada otwór wylotowy (16), korzystnie prostokątny, w górnej części bocznego płaszcza (13), do rurociągu odbioru produktów gazowych.

33. Urządzenie według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że układ wyprowadzania zanieczyszczeń stanowi zespół dwóch prostych przeciwbieżnych przenośników taśmowych, tj. przenośnika taśmowego górnego (17) i przenośnika taśmowego dolnego (18), prowadzących od końca strefy rozkładu do strefy grawitacyjnego zrzutu zanieczyszczeń, korzystnie do śluzy przyłącza (20) zbiornika zanieczyszczeń stałych (21).