CZ2019645A3

CZ2019645A3 - Zařízení pro termicko-katalytický rozklad – pyrolýzu odpadních látek organického původu

Info

Publication number: CZ2019645A3
Application number: CZ2019-645A
Authority: CZ
Inventors: David Šilhán
Original assignee: Aikona Ltd
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-07-29
Also published as: GB2603370A; CA3157347A1; CZ308537B6; US12350659B2; EP4045612A1; HUP2200205A1; GB2603370B; BG4334U1; MY209548A; GB202204409D0; KR20220084090A; US20240123414A1; EP4045612B1; JP2023501889A; PH12022550791A1; JP7659548B2; WO2021074872A1; CA3157347C

Abstract

Je popsáno zařízení pro termicko-katalytický rozklad – pyrolýzuodpadních látek organického původu, které zahrnuje: zásobník (1) odpadních látek, propojený přívodním vedením (2) s reaktorem (4), kde ve vedení (2) je uspořádán ventil (3) pro regulaci vstupního množství odpadních látek. Reaktor (4) obsahuje topný element (5) pro ohřev a/nebo zářič (5a) pro rozklad odpadních látek umístěný vně nebo uvnitř reaktoru (4), maximálně v 1/3 výšky ode dna (7) reaktoru (4). Z víka (9) reaktoru (4) vystupuje výstupní vedení (10) pro vzniklé plynné složky produktů s navazujícím chladičem (16) pro zkapalnění plynných složek produktů, přičemž konec výstupního vedení (10) je zaústěn do jímadla (17) zkapalněných produktů přes odbočku (21) pro odvod produktových plynů.

Description

Zařízení pro termicko-katalytický rozklad - pyrolýzu odpadních látek organického původu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro pyrolýzní (termické) štěpení materiálu organického původu a tímto postupem vyrobeného pyrolýzního oleje.

Dosavadní stav techniky

V současné době dochází k silnému tlaku na omezení využití neobnovitelných surovin, jako je ropa a další zdroje fosilního uhlíku, pro výrobu kapalných paliv zejména pro pozemní dopravu. Součástí paliv pro zážehové motory motorových vozidel jsou především bioetanol vyrobený fermentací zemědělských plodin s vysokým podílem sacharidů a metylestery mastných kyselin, vyrobené re-esterifikací rostlinných olejů, případně živočišných tuků. Malou část produkce paliv z obnovitelných zdrojů tvoří uhlovodíky získané hydrogenací rostlinných olejů (HVO). Užitné vlastnosti bioetanolu a metylesterů mastných kyselin jsou v některých aspektech horší než vlastnosti klasických fosilních paliv - u bioetanolu se jedná především o jeho mísitelnost s vodou a z toho vyplývající potenciální problémy se zhoršením kvality paliva při dlouhodobém skladování za přístupu vzdušné vlhkosti, u metylesterů mastných kyselin je problémem nižší skladovací stabilita a termooxidační stabilita. Výroba hydrogenovaných rostlinných olejů, jejich užitné vlastnosti pro použití ve vznětových motorech jsou velmi dobré, je pak provázena velkou spotřebou vodíku a nižší životností hydrogenačních katalyzátorů, které jsou ve výrobě nezbytné.

Další možnosti výroby kapalných paliv z obnovitelných zdrojů v současné době nejsou rozšířeny. Předpokládá se jejich produkce z biomasy různého původu především procesy, jejichž prvním krokem je termický nebo termicko-katalytický rozklad na látky s nižším bodem varu, který odpovídá rozmezí bodu varu běžných kapalných paliv. Produkty tohoto rozkladu pak musí být dále upraveny tak, aby výsledné vlastnosti odpovídaly kvalitativním požadavkům na konečné produkty distribuované ke spotřebitelům. Alternativním postupem je pak pyrolýza s produkcí syntézního plynu a následná syntéza uhlovodíků vhodných pro výrobu kapalných paliv.

Patent CZ 306462 B6 popisuje pyrolýzu rostlinných olejů a živočišných tuků v zařízení se stíraným filmem na otápěném vnitřním povrchu pyrolýzního reaktoru. Využití deoxidačního činidla ve směsi s rostlinnými oleji a dalšími surovinami biologického původu v reaktoru vybaveném ohřevem pomocí zářiče, přenášejícího část energie v infračervené oblasti, a za současného působení magneto-elektrického pole popisuje patent EP 2129746 AI. Další patentované postupy spočívají v působení katalyzátoru v průběhu štěpení suroviny.

Například ve zveřejněné americké přihlášce US 2011289826 AI je uveden postup pyrolytického štěpení suroviny na bázi rostlinných olejů v kontaktu s kalcinovaným dolomitem jako katalytickým činidlem. Výroba pyrolýzního oleje termokatalytickým rozkladem odpadních materiálů ve dvou fázích v zařízení zahrnujícím zónu předúpravy a zónu pyrolýzy zpracovávaného materiálu je popsána v patentu EP 3132004 T3. Provedení pyrolýzy rostlinných olejů a dalších kapalných surovin v peci trubkového tvaru s přívodem suroviny prostřednictvím trysky, kterou se nastřikovaný materiál ultrazvukově atomizuje, uvádí zveřejněná americká přihláška US 2019144758 AI. Současně s nástřikem suroviny se do reaktoru zavádí amoniak, metanol nebo vodík, část reaktoru pak zahrnuje katalytické lože s náplní na bázi zeolitů, oxidů kovů, pevných kyselých či bazických katalyzátorů. Kromě specifických konstrukcí reaktorů pro pyrolýzu rostlinných olejů a dalších je popsáno i použití tradičních rafmérských technologií, jako je tomu u zveřejněné americké přihlášky US 20070007176 AI, kde se k rozkladu suroviny využívá jednotka fluidního katalytického krakování (FCC) s klasickým krakovacím katalyzátorem i obvyklým postupem jeho cyklické regenerace po pyrolýzním kroku.

- 1 CZ 2019 - 645 A3

Pokud je pyrolýza provozována za účelem produkce kapalných podílů, využitelných například pro další zpracování s cílem výroby kvalitních motorových paliv, je žádoucí maximalizovat výtěžek kapalné fáze na úkor plynů, koksu, případně nezreagované suroviny. Protože za podmínek štěpení (vysoké teploty, současná produkce pyrolýzního plynu) dochází zpravidla k pronikání části nerozštěpené suroviny do produktu, je třeba jej vrátit zpět do procesu termického rozkladu.

Podstata vynálezu

Předkládané řešení se podle vynálezu týká zařízení pro provádění způsobu změny chemické struktury buňky původní hmoty organického původu na strukturu buňky jinou podle potřeb, a tím vytvoření zcela nové složení buňky organické hmoty. Při tomto způsobu se může měnit nejen původní struktura, ale též původní skupenství.

Cílem vynálezu je za pomoci konkrétního zařízení a technologicky nenáročných podmínek (provedení za atmosférického tlaku, absence vodíku), případně s katalyzátorem získat produkt s nižší molekulovou hmotností a vysokým obsahem uhlovodíků, resp. nízkým obsahem zbytkového kyslíku, vhodný pro následnou rafmaci na složky motorových paliv.

Kyslík obsažený v esterových skupinách triglyceridů mastných kyselin je v rámci deoxygenačních reakcí odváděn především ve formě oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého. Rozsah deoxygenace byl podpořen přídavkem zbytkové ropné frakce, dalšího významného snížení obsahu kyslíkatých skupin bylo dosaženo přídavkem katalyzátoru do reakční směsi.

Podstatou vynálezu je zařízení, pro termicko-katalytický rozklad - pyrolýzu odpadních látek organického původu, přičemž zahrnuje:

zásobník 1 odpadních látek, propojený přívodním vedením 2 s reaktorem 4, kde ve vedení 2 je uspořádán ventil 3 pro regulaci vstupního množství odpadních látek, přičemž reaktor 4 obsahuje topný element 5 pro ohřev a/nebo zářič 5a pro rozklad odpadních látek umístěný vně nebo uvnitř reaktoru 4, maximálně přibližně v 1/3 výšky ode dnaý7 reaktoru 4;

přičemž, z víka_9 reaktoru 4 vystupuje výstupní vedení IQpro vzniklé plynné složky produktů s navazujícím chladičem 16pro zkapalnění plynných složek produktů, přičemž konec výstupního vedení 10 je zaústěn do jímadla 17 zkapalněných produktů přes odbočku 21 pro odvod produktevých plynů.

Výhodně jsou mezi senzorem 11 a chladičem 16 ve výstupním vedení 10 za sebou uspořádány kontrolní senzor 12 pro kontrolu chemického složení vystupující směsi plynů z reaktoru 4 a škrticí klapka 13 pro úpravu rychlosti průtoku plynů, přičemž ve výstupním potrubí 10 je dále uspořádán mezichladič 14 spojený jednak s navazujícím chladičem 16. jednak s refluxem 15. zaústěným do reaktoru 4 mimo topný element 5.

S výhodou je u topného elementu a/nebo zářiče umístěn teplotní senzor 6 pro regulaci přívodu energie, umístěný maximálně přibližně v 1/3 výšky ode dnaý7 reaktoru_4·

Dále je výhodné v horní polovině reaktoru 4 umístit teplotní senzor 8 pro zjištění teploty vzniklých plynných složek produktů z odpadních látek.

V jednom provedení je ve výstupním vedení 10 výhodně uspořádán senzor 11 teploty a průtoku plynných složek produktu.

-2 CZ 2019 - 645 A3

Počet a umístění senzorů v zařízení podle vynálezu jsou jako výhodná provedení dány podmínkami prováděného způsobu, typem zařízení a konkrétním druhem suroviny nebo směsi surovin včetně případných aditiv, jež mají být v daném zařízení zpracovány.

Zářič 5a je v reaktoru s výhodou uspořádaný těsně pod hladinou odpadních látek, jejichž výška hladiny v reaktoru 4_sahá maximálně těsně pod reflux 15.

V dalším výhodném provedení v je zařízení podle vynálezu topným elementem 5 indukční element, nebo hořák na plynná paliva.

Jiným výhodným provedením podle vynálezu je, že před reaktorem 4 je v přívodním vedení 2 zařazen předehřívač 18 pro předehřátí odpadních látek před vstupem do reaktoru 4.

S výhodou je před reaktorem ve vedení ještě zařazen T-kus 19 pro připojení stavoznaku 20. s výhodou skleněného, jako ukazatele výšky hladiny v reaktoru sjeho zaústěním do víka reaktoru.

Ještě dalším výhodným provedením podle vynálezu je, že v blízkosti zářiče 5a je v reaktoru 4 uspořádaný uzavírací rošt 22 pro hermetické zamezení přístupu kyslíku do reaktoru.

S výhodou se podle vynálezu k surovině do zásobníkuj. s odpadní látkou dále přidalo až 20 % hmotn. materiálu s převažujícím podílem vysokovroucích uhlovodíků a dalších organických látek, například destilačních zbytků a vakuových destilátů ropného původu, výhodněji s katalyzátorem na bázi hydroxidu alkalického kovu, nejvýhodněji směsi KOH a NaOH.

Celé zařízení bylo vyrobeno z nerezavějící oceli a opatřeno izolací ze skelného vlákna. Vedení elektrické energie do topného elementu uvnitř reaktoru bylo provedeno pomocí keramických průchodek.

Výhodným pyrolýzním reaktorem je zejména kotlíkový nebo trubkový reaktor.

Hladina suroviny v reaktoru byla s výhodou kontrolována pomocí skleněného stavoznaku, zapojeného mezi spodek reakční nádoby propojené se zásobníkem čerstvé suroviny, a vrchní část reaktoru s výhodou kovovou kapilárou tvořící impulsní potrubí.

V zařízení byly výhodně umístěny teploměmé jímky osazené termočlánky pro měření teploty pod hladinou suroviny, teploty par nad hladinou a teploty par opouštějících reakční nádobu před vstupem do vodního chladiče.

Faktický průběh reakce

I. Část: INICIACE (počáteční spuštění)

Do této části jsou vpraveny látky, jejichž přeměna má proběhnout spolu s látkami, které jsou k této přeměně nezbytně nutné, a to bud ve směsi homogenní nebo heterogenní anebo jednotlivě a postupně.

Počáteční energie, nutná k iniciaci štěpení a další přeměny suroviny, je dodána do rektoru bud zářičem umístněným uvnitř reaktoru, a to v prostoru, kde nejlépe a nej rychleji vytvoří tyto iniciační podmínky anebo energií do reakčního prostoru vloženou zvenčí indukčním ohřevem, který působí svou energií na vnitřní obal reaktoru nebo na zářič, umístněný uvnitř reaktoru a nebo kombinovaně anebo plynovým či jiným plamenným ohřevem.

-3 CZ 2019 - 645 A3

Prvotní impuls je dán vstupem energie, a to v takové míře, aby využil teplotního rozdílu zápalu nebo termického rozkladu jednotlivých látek. V momentě dosažení této teploty se látka začne termicky štěpit a při vznikající radikálové reakci, se následně začnou štěpit i ostatní látky v reaktoru přítomné. V tento moment jsou veškeré látky převedeny do plynného skupenství o teplotě od 60 až po 600 st. C

II. Část: PROPAGACE

a) průběh reakce a její částečné řízení v reaktoru

Při probíhající radikálové reakci, kdy za složitého mechanismu probíhají různé slučovací a rozkladné procesy, vznikají a zase se rozpadají jednotlivé meziprodukty či produkty, a to až do doby poslední fáze reakce - terminace (ukončení), která nastává ochlazením posledních zbytků plynných radikálů na teplotu, kdy už se dál přestanou rozkládat a mezi s sebou navzájem reagovat.

V této části rektoru jsou prostorově umístěna čidla (měřící senzory) času, tlaku, teplot, množství, průtoku se zpětnými vazbami na jednotlivé části technologie tak, aby byli schopny přes impulsy zpětných vazeb na ovládání ostatních části technologie udržet nastavené reakční podmínky.

Reakce tedy není řízena přímo a podle spočítaného chemismu, ale nepřímo udržováním nastavených optimálních podmínek, pro danou předpokládanou reakci v toleranci, neovlivňující zásadně její průběh.

Při sledování a srovnávání dat poskytnutých jednotlivými senzory v průběhu reakce je sledován průběh, a ověřována správnost procesu, případně míra odchylky a její případný vliv na kvalitu výsledného produktu.

b) průběh reakce a její vyhodnocení a případná opatření - mimo reaktor

V momentě, kdy ještě mezi s sebou reagující jednotlivé radikály opouštějící reaktor ve formě horkých plynů, jsme schopni na základě vyhodnocení informací z jednotlivých senzorů měření, částečně selektovat sloučeniny, které byly cílem výroby i ty, které byly v dané chvíli nežádoucí v konečném výrobku a tyto zachytit a zpětně vrátit do reakčního prostoru k další chemické přeměně na sloučeniny pro danou chvíli žádoucí.

V další fázi ukončování chemické přeměny dochází k prudkému ochlazení horkých plynů a tím zastavení radikálové reakce s tím, že dál se již vzniklé produkty nemění a ani měnit nebudou a jejich složení je stálé a poměrně stabilní a svým složením odpovídají sloučeninám, které byly cílem výroby.

V dalším zpracování vyrobených sloučenin se tyto dále upravují nebo zušlechťují podle potřeby, a to jak ve skupenství kapalném, tak plynném případně i pevném.

S výhodou lze použít na výrobu paliv a maziv z obnovitelných zdrojů, zejména rostlinného původu s tím, že takto lze vyrobit velmi čisté uhlovodíky s délkou uhlíkového řetězce stejnou nebo jinou jako byla v původní surovině anebo takové sloučeniny, které obsahují všechny možné kombinace prvků, obsažených v původních látkách jako např. VMK (volné mastné kyseliny), alkoholy, fenoly, ketony, glycerin, estery a jiné látky, obsahující zejména uhlík (C), vodík (H), kyslík (O), dusík (N), fosfor (P), vápník (Ca) nebo draslík (K).

Princip je založen na částečném řízení průběhu radikálové reakce v konkrétním zařízení reaktoru, jejíž vznik je založen na využití rozdílu teplot vzplanutí anebo termickém rozkladu jednotlivých látek do reakce vstupujících, a to jak homogenních, tak heterogenních anebo

-4 CZ 2019 - 645 A3 agresivitou jedné z látek takové intenzity, že je schopna narušit strukturu molekuly buňky jiné suroviny a tím nastartovat radikálovou reakci.

Při vytvoření určitých časových, teplotních, tlakových a případně jiných podmínek pro průběh radikálové reakce v reakčním prostoru a následném ochlazení vzniklých plynů v právě v tu danou chvíli dostaneme právě takovou strukturu složení organické hmoty, pro jejíž vznik jsme vytvořili právě optimální podmínky.

Ktéto přeměně chemických struktur původních látek využíváme multifůnkční zařízení pyrolýzní reaktor rozkladu a následné zpracování výsledných chemických sloučenin, které se skládá z několika na sebe navazujících částí, ve kterých se tato přeměna postupně utváří.

Termickým štěpením za zvýšené teploty bez přístupu kyslíku se přeměňuje výchozí organický materiál obsahujících uhlík, vodík, případně kyslík a další prvky zejména na kapalný pyrolyzát (pyrolýzní olej), pyrolýzní plyn, případně pevný uhlíkatý zbytek. Poměr výtěžků těchto produktů závisí na složení suroviny a podmínkách procesu, zejména teplotě a době zdržení. Průměrná molekulová hmotnost sloučenin obsažených v pyrolýzním oleji je nižší než u původní suroviny. Tou mohou být upotřebené rostlinné oleje, živočišné tuky a další kapalné směsi organického původu.

Vyrobený pyrolýzní olej může být s výhodou použit pro výrobu kapalných paliv.

Jedno z výhodných provedení zařízení pro pyrolýzu (termické štěpení materiálu) organického původu, zejména odpadních materiálů, zahrnuje části zařízení pro předehřev suroviny, pyrolýzní reaktor, parciální kondenzátor a kondenzátor pyrolýzního oleje. Předehřev suroviny je zajištěn výměníkem, kde se surovina předehřívá na teplotu 300 °C až 400 °C. Za výměníkem předehřevu materiál vstupuje do pyrolýzního reaktoru, kde se přivádí další teplo k zajištění štěpných reakcí při teplotě 350 °C až 430 °C. Produkty štěpení jsou odváděny v parní fázi do chladiče, kde dochází k částečné kondenzaci podílů s nevyšším bodem varu. Tyto podíly jsou pak zpětně míšeny se surovinou vstupující do pyrolýzního reaktoru. Podíl produktu nezkondenzovaný v chladiči pro parciální kondenzaci se odvádí do dalšího chladiče (výměníku tepla), kde dochází k úplné kondenzaci s výjimkou pyrolýzních plynů. Z pyrolýzního reaktoru je dále postupně odváděna malá část nerozštěpené suroviny obsahující pevné podíly (koks).

Před vstupem do zařízení je s výhodou surovina míšena s malým množstvím materiálu s velkým podílem vysokovroucích uhlovodíků a dalších organických látek, například destilačních zbytků a vakuových destilátů ropného původu.

Energie nezbytná pro přivedení suroviny na teplotu štěpení je přiváděná do pyrolýzního reaktoru přímo prostřednictvím zářiče umístěného uvnitř reaktoru nebo nepřímo indukčním ohřevem, kdy je potřebná energie přenesena na zářič prostřednictvím cívky umístěné mimo prostor reaktoru. Tento způsob ohřevu reaktoru může být kombinován s ohřevem prostřednictvím hořáku na plynná paliva. V tomto hořáku může být s výhodou využit plynný podíl pyrolýzního produktu.

Odvod části nezreagované suroviny ze dna pyrolýzního reaktoru s obsahem nerozpustných látek (koksu) zajišťuje, že se tyto nerozpustné látky nebudou hromadit v reaktoru v průběhu kontinuálního provozu zařízení.

Při termickém štěpení postupem v popsaném zařízení je možné nastavením podmínek procesu, zejména reakčni teploty pyrolýzy, výškou hladiny v pyrolýzním reaktoru, dobou zdržení, teplotou chladiče parciální kondenzace a množství přidávaného materiálu obsahující vysokovroucí uhlovodíky a další organické látky, ovlivňovat složení pyrolýzního produktu zejména s ohledem na obsah nenasycených uhlovodíků a kyslíkatých látek.

-5 CZ 2019 - 645 A3

Složení pyrolýzního produktu může být dále ovlivněno s cílem snížení obsahu kyslíkatých látek přídavkem katalyzátoru do pyrolýzního reaktoru. Jako katalyzátoru je použita tavenina hydroxidů alkalických kovů, zejména Na a K.

Co se týká termínu heterogenní a homogenní deoxidace, u homogenní deoxidace je deoxydační činidlo s kapalnou surovinou mísitelné (ropný destilační zbytek), u heterogenní deoxidace není (saze).

Objasnění výkresů

Obr. 1 - zobrazuje první provedení zařízení podle vynálezu - s kotlíkovým reaktorem, bez refluxu;

Obr. 2 - zobrazuje druhé provedení zařízení podle vynálezu - s kotlíkovým reaktorem, s refluxem, s homogenní deoxidací;

Obr. 3 - zobrazuje třetí provedení zařízení podle vynálezu - s kotlíkovým reaktorem, s refluxem, s heterogenní deoxidací;

Obr. 4 - zobrazuje čtvrté provedení zařízení podle vynálezu - s trubkovým reaktorem, s refluxem.

Příklady uskutečnění vynálezu:

Vstupní látky podrobené pyrolýze: oleje potravinářské kvality:

Řepkový olej:	Hustota při 15 °C: 919,1 kg.m^-3 Kinematická viskozita při 40 °C: 39,8 mm²s'¹ Bod vzplanutí: 235 °C Kyselina palmitová: 3,8 % hmota. Kyselina stearová: 2,1 % hmota. Kyselina olejová: 61,8 % hmota. Kyselina linolová: 32,3 % hmota.
Slunečnicový olej:	Hustota při 15 °C: 919,1 kg.m^-3 Kinematická viskozita při 40 °C: 38,3 mm²s'¹ Bod vzplanutí: >250 °C Kyselina palmitová: 7,6 % hmota., Kyselina stearová: 4,9 % hmota., Kyselina olejová: 21,1 % hmota., Kyselina linolová: 66,4 % hmota.

Vakuový ropný zbytek z ruské exportní směsi (VZ PSP, rafinerie Litvínov):

Penetrace: 213 p.j. Hustota: 1006,2 kg.m^-3 Viskozita při 100 °C: 1850mPa.s Viskozita při 150 °C: 156mPa.s Obsah asfaltenů: 5,8 % hmota. Obsah síry: 2,1 % hmota.

Atmosférický destilační zbytek ze směsi rop Azeri Light a CPC (rafinerie Kralupy n. Vit.):

CZ 2019 - 645 A3

Hustota: 960,5 kg.m^-3

Viskozitapři 100 °C: 180mPa.s Obsah síry: 2,1 % hmotn.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1: kotlíkový reaktor bez zapojeného refluxu (viz OBR. 1)

Ze zásobníku 1 se pomocí přívodního vedení 2 přivede regulačním ventilem 3_do kotlíkového reaktoru 4 kapalná surovina (slunečnicový olej-potravinářská kvalita), kde je podrobována pyrolýznímu rozkladu v rozmezí teplot 380 až 430 °C, pomocí zářiče 5a, jímž je odporový drát, který prochází těsně pod hladinou pyrolýzně rozkládané kapaliny, zhruba v % výšky ode dna reaktoru, přičemž rozsah pyrolýzních teplot je snímán senzorem 6 ve formě termočlánku v teploměmé jímce.

Hladina suroviny v reaktoru je sledována výhodně pomocí stavoznaku 20, s výhodou skleněného stavoznaku zaústěného do víka 9 reaktoru 4.

Teplota vzniklých pyrolýzních plynů je snímána senzorem 8 a výstupním vedením 10 jsou vedeny k vyhodnocení k senzoru 11 průtoku a teploty a následně jsou ochlazovány a zkapalňovány v chladiči 16, přičemž zbylá plynná část uhlovodíků je členem 21 odvedena mimo jímadlo 17 kapalného produktu..

Příklad 2: kotlíkový reaktor se zapojeným refluxem (homogenní deoxidace) (viz OBR. 2)

Použije se ropný destilační zbytek a rostlinný olej tak, že destilační zbytek se napustí do reaktoru, předehřeje se na teplotu těsně před teplotou jeho intenzivního krakování (cca 410 stupňů), s výhodou se může přidat katalyzátor typu směsi KOH a NaOH. Po dosažení teploty 410 stupňů se k zářiči umístěnému těsně pod hladinou destilačního zbytku připojí napájení začne se dávkovat směs oleje s 5% destilačního zbytku a nebo sazí do reaktoru.

V prostoru, který je zaplněn destilačním zbytkem (sazemi) jsou tyto tři senzory:

1) Senzor 6 teploty destilačního zbytku, zpětná vazba zapíná příp. chlazení;

2) Senzor 6b hladiny destilačního zbytku, zpětná vazba zvyšuje nástřik reakční směsi tak, aby účinný zářič byl stále těsně ponořen;

3) Senzor 6a teploty zářiče, zpětná vazba zvyšuje jeho příkon v případě poklesu teploty.

Senzory umístěné v reaktoru:

4) Senzor 8 teploty par produktu vznikajícího v reaktoru;

Umístěný senzor za reaktorem:

5) Senzor č. 1 la za reaktorem při odchodu plynů do chladiče pro kontrolu směsi plynů, zda odpovídá předpokládanému složení (cílovému stavu), zpětná vazba otevírá vstup do refluxního zařízení / nebo přímo do chladiče;

Z refluxního zařízení je odvod, který vrací zachycené výševroucí podíly zpět do reakčního prostoru.

Příklad 3: kotlíkový reaktor se zapojeným refluxem (heterogenní deoxidace) (viz OBR. 3)

-7 CZ 2019 - 645 A3

Byl použit destilační zbytek a rostlinný olej s tím že uhlí (koks) bylo napuštěno do reaktoru, předehřáto na teplotu cca 700 stupňů, s výhodou lze přidat katalyzátor typu směsi KOH a aNaOH. Po dosažení teploty 700 stupňů bylo k zářiči umístěnému těsně pod hladinou destilačního zbytku připojeno napájení a v tu chvíli byla dávkována směs oleje s 5 % hmotn. destilačního zbytku a nebo sazí do reaktoru.

Rozdíl oproti příkladu 2 je v tom, že se jedná se o heterogenní deoxidaci.

Z hlediska technologie, jev zařízení navíc umístěn rošt 22, který musí být hermeticky uzavřen s okolním prostředím.

1) Senzor 6 teploty destilačního zbytku, zpětná vazba zapíná příp. chlazení

2) Senzor 6b hladiny uhlí (koksu), zpětná vazba doplňuje surovinu, tak aby účinný zářič byl v surovině

3) Senzor 6a teploty zářiče, zpětná vazba přidává nebo ubírá příkon

Senzory umístěné v reaktoru:

4) Senzor č. 8 teploty vzniklých plynů v reaktoru

5) Senzor č. 11 teploty a průtok vzniklých plynů, zpětná vazba na dávkování směsi

Umístěný senzor za reaktorem:

6) Senzor č. 1 la za reaktorem při odchodu plynů do chladiče pro kontrolu směsi plynů, zda odpovídá předpokládanému složení (cílovému stavu), zpětná vazba otevírá vstup do refluxního zařízení / nebo přímo do chladiče

Z refluxního zařízení je odvod, který vrací zachycené výšeovroucí podíly zpět do reakčního prostoru.

Příklad 4: trubkový reaktor se zapojeným refluxem (viz OBR. 4)

Indukcí byl rozehřát celý povrch trubkového reaktoru a po dosažení reakční teploty rovnoměrně po celé ploše rozehřátého prostoru byla rozstříknuta směs skládající se z oleje a příměsi destilačního zbytku (nebo sazí), v tomto případě podíl destilačního zbytku je v rozsahu 5-70 % hmotn.

1) Senzor 6a teploty reakčního povrchu, zpětná vazba snížení nebo zvýšení příkonu

2) Senzor 6 teploty plynů, zpětná vazba snížení nebo zvýšení rychlosti dávkování suroviny

3) Senzor 8 teploty vzniklých plynů v reaktoru

4) Senzor 11 teploty a průtok vzniklých plynů, zpětná vazba na dávkování přidávání směsi, snížení zvýšení tlaku v reaktoru (příp. reakční doby strávené v reaktoru)

5) Senzor 11a za reaktorem při odchodu plynů do chladiče pro kontrolu směsi plynů, zda odpovídá předpokládanému složení (cílovému stavu), zpětná vazba otevírá vstup do refluxního zařízení / nebo přímo do chladiče

Získané produkty byly analyzovány pomocí FTIR spektrometrie, jak je znázorněno na obr. 5.

-8 CZ 2019 - 645 A3

Surovina	Znacess kap. produktu	Poznámka
SiusecntasvÝ alej.	PL8
stel, atmosférický rojmý zbytek, katalyzátor AWs	PL9
S&tne&fc&vý stej, atmosférický rsprsý zbytek, FCC katalyzátor	PL1O
Kaftenítok	Plil
Shrne&fcwý atej, katalyzátor íto*	PLÍ2	Prvfsi sjdběr produktu
PL13	Druhý odběr produktu
PL14	Třetí odběr produktu

FTIR spektra jednotlivých vzorků viz výše, v následující tabulce jsou vyčísleny poměry ploch pásů FTIR spekter odpovídajících karbonylovým a karboxylovým skupinám vůči plochám pásů odpovídajících skupinám uhlíkatých skeletů jak samotných uhlovodíků, tak uhlovodíkových řetězců dalších sloučeniny, jako jsou karboxylové kyseliny, estery karboxylových kyselin apod. Použitím katalyzátoru v nástřiku došlo k významnému snížení obsahu karbonylových a karboxylových skupin ve výsledném produktu (PL12 až PL14).

Kapalný pyrolýzní produkt	Poměr řntenzšt pásů 155-Ο-185Ο on⁴ / 2700- 3DS0 ob¹
PIS	0,78
PIS	O,5S
PL'10	0,68
Plil	0,88
Plil	0,12
Pii 5	0,08
FL14	0,19

Infračervená spektra

Níže jsou ukázány příklady infračervených spekter získaných analýzou produktů z poslední fáze experimentů. Jedná se o vzorky Sample 1 - Sample 4. Vzorky 3 a 4 byly získány přidáním katalyzátoru na bázi sodíku k reakční směsi, vzorky označené jako Sample 1 a 2 slouží pro kontrolu. Přidání aditiva vedlo k pozitivnímu efektu, který lze shrnout následujícím způsobem: Ze spekter lze na základě podílů spektrálních pásů při 1700 a 2900 cm¹ usoudit, že kyslíkobsahující sloučeniny jsou ve vzorcích přítomny již pouze jen v jednotkách procent. Vzorky obsahují především nasycené uhlovodíkové řetězce, což indikuje nízký pás C=C-H vibrací při 3100 cm¹.

Složení produktů je ovlivněno nastavením reakčních podmínek, případně složením suroviny, přídavkem katalyzátoru nebo jiného oxidačního, hydrogenačního nebo naopak dezoxidačního a dehydrogenačního činidla.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení, pro termicko-katalytický rozklad - pyrolýzu odpadních látek organického původu, vyznačující se tím, že zahrnuje:

zásobník (1) odpadních látek, propojený přívodním vedením (2) s reaktorem (4), kde ve vedení (2) je uspořádán ventil (3) pro regulaci vstupního množství odpadních látek, přičemž reaktor (4) obsahuje topný element (5) pro ohřev a/nebo zářič (5a) pro rozklad odpadních látek umístěný vně nebo uvnitř reaktoru (4), maximálně přibližně v 1/3 výšky ode dna (7) reaktoru (4); přičemž, z víka (9) reaktoru (4) vystupuje výstupní vedení (10) pro vzniklé plynné složky produktů s navazujícím chladičem (16) pro zkapalnění plynných složek produktů,

-9 CZ 2019 - 645 A3 přičemž konec výstupního vedení (10) je zaústěn do jímadla (17) zkapalněných produktů přes odbočku (21) pro odvod produktových plynů.
2. Zařízení, podle nároku 1, vyznačující se tím, že u topného elementu a/nebo zářiče je umístěn teplotní senzor (6) pro regulaci přívodu energie, umístěný maximálně přibližně v 1/3 výšky ode dna (7) reaktoru (4).
3. Zařízení, podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v horní polovině reaktoru (4) je umístěn teplotní senzor (8) pro zjištění teploty vzniklých plynných složek produktů z odpadních látek.
4. Zařízení, podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ve výstupním vedení (10) je uspořádán senzor (11) teploty a průtoku plynných složek produktu.
5. Zařízení, podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mezi senzorem (11) a chladičem (16) jsou ve výstupním vedení (10) za sebou uspořádány kontrolní senzor (12) pro kontrolu chemického složení vystupující směsi plynů z reaktoru (4) a škrticí klapka (13) pro úpravu rychlosti průtoku plynů, přičemž ve výstupním potrubí (10) je dále uspořádán mezichladič (14) spojený jednak s navazujícím chladičem (16), jednak s refluxem (15), zaústěným do reaktoru (4) mimo topný element (5).
6. Zařízení, podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zářič (5a) jev reaktoru uspořádaný těsně pod hladinou odpadních látek.
7. Zařízení, podle nároku 1, vyznačující se tím, že topným elementem (5) je indukční element, nebo hořák na plynná paliva.
8. Zařízení, podle nároku 1 až 7, vyznačující se tím, že před reaktorem (4) je ve vedení (2) zařazen předehřívač (18) pro předehřátí odpadních látek před vstupem do reaktoru (4).
9. Zařízení, kteréhokoliv nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že před reaktorem (4) je ve vedení (2) zařazen T-kus (19) pro připojení stavoznaku (20) jako ukazatele výšky hladiny v reaktoru (4) s jeho zaústěním do víka (9) reaktoru (4).
10. Zařízení podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že v blízkosti zářiče (5a) je v reaktoru (4) uspořádaný uzavírací rošt (22) pro hermetické zamezení přístupu kyslíku do reaktoru (4).
11. Zařízení, podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že zásobník (1) odpadních látek dále obsahuje až 20 % hmotn. materiálu s převažujícím podílem vysokovroucích uhlovodíků a dalších organických látek, například destilačních zbytků a vakuových destilátů ropného původu.

- 10CZ 2019 - 645 A3
12. Zařízení, podle kteréhokoliv nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že zásobník (1) odpadních látek dále obsahuje katalyzátor na bázi alkalických kovů, zejména KOH a NaOH