PL191891B1 - Sposób otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych i urządzenie do realizacji tego sposobu - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych stopionych w temperaturze powyżej 300°C z zastosowaniem krakingu, znamienny tym, że w topielniku (1) topi się w temperaturze 300-350°C odpady z tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpady poliolefinowe i strumień stopionego polimeru zawierający również zanieczyszczenia dostaje się przewodem (2) do dolnej części niżej usytuowanego i podgrzewanego do temperatury 300-350°C zbiornika (3) pod znajdujący się w nim filtr (4), przy czym do zbiornika (3) doprowadza się przewodem (7) również strumień najcięższej frakcji z kolumny rektyfikacyjnej (9), potem rozdziela się zanieczyszczenia na filtrze (4) i w leju zbiornika (3), następnie miesza się dokładnie oba strumienie mieszadłem (5) znajdującym się w górnej części zbiornika (3), a ciekły polimer dozuje się do reaktora rurowego (11) wypełnionego katalizatorem, gdzie w temperaturze 320-380°C przeprowadza się kraking katalityczny........................... 2. Urządzenie do otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych zawierające topielnik, reaktor z katalizatorem i kolumnę rektyfikacyjną, znamienne tym, że składa się z topielnika (1) połączonego przewodem (2) ze zbiornikiem (3), w którym znajduje się filtr (4) oraz mieszadło (5), a w lejowej części zawór (6), przy czym zbiornik (3) połączony jest

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych i urządzenie do realizacji tego sposobu.

Wzrastające w miarę rozwoju cywilizacji zużycie tworzyw sztucznych powoduje coraz większy ich udział w odpadach komunalnych i przemysłowych. Odporność tworzyw sztucznych na biodegradację oraz problemy z ich składowaniem zmuszają do prac nad rozwiązaniem tego wciąż rosnącego problemu.

Stosunkowo prostym sposobem wykorzystania odpadów z tworzyw sztucznych po wstępnym sortowaniu jest przetworzenie ich na produkty mało uszlachetnione, takie jak worki na śmieci czy pewne wyroby dla budownictwa itp. Inną możliwością zagospodarowania odpadów komunalnych i przemysłowych z tworzyw sztucznych jest ich spalanie w celach energetycznych w specjalnych spalarniach. Jednak wysoka emisja do atmosfery niezwykle toksycznych związków, takich jak dioksyny, furany, tlenki azotu i siarki oraz inne produkty niepełnego spalania powoduje że proces spalania tych odpadów musi być ograniczony ze względu na szkodliwe następstwa dla człowieka i ekologii.

Wiadomo, że tworzywa sztuczne jako związki organiczne ulegają degradacji w wysokich temperaturach z równoczesnym wydzielaniem produktów gazowych, ciekłych, smolistych i stałych. Wiele ośrodków, naukowych skoncentrowało swoje badania nad rozwojem technologii pirolizy w celu łatwiejszego uzyskiwania bardziej uszlachetnionych produktów przemiany, takich jak paliwa ciekłe w tym benzyny, olej napędowy, olej opałowy czy też parafiny, przy równoczesnym ograniczeniu produkcji koksu, smoły czy gazu.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 4344848 sposób otrzymywania mikrowosków, parafin i olejów z wysokocząsteczkowych węglowodorów polegający na rozkładzie termicznym, polimerów w kubie kolumny rektyfikacyjnej w temperaturze 400-450°C pod próżnią, od 1 mbara do ciśnienia atmosferycznego i jednoczesnej rektyfikacji powstających produktów reakcji. Proces prowadzony jest w sposób periodyczny.

Znany jest również z niemieckiego opisu patentowego nr 4444209 sposób otrzymywania parafin twardych z wysoko zanieczyszczonych odpadów poliolefinowych polegający na rozkładzie termicznym polimerów w ogrzewanym kubie kolumny rektyfikacyjnej i następnie oddestylowaniu powstających lotnych składników. Proces jest prowadzony dwustopniowo w pierwszym stopniu pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze 360 - 400°C a w drugim stopniu pod próżnią w zakresie 10 -100 mbarów i temperaturze 400 - 450°C. Proces ma charakter periodyczny.

W obu wyżej przytoczonych sposobach, w trakcie realizacji procesu zmienia się skład produktów krakowania i kolumna pracuje w sposób nieustabilizowany co ma wpływ na gorszy rozdział produktów krakingu. Konieczność stosowania wysokich temperatur jest niekorzystna z energetycznego punktu widzenia, natomiast stosowanie próżni pociąga za sobą zwiększenie objętości aparatury. Również niekorzystny jest duży udział parafin w końcowym produkcie, bowiem parafiny mają ograniczony rynek zbytu.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P 318 844 znany jest sposób termicznej przeróbki polimerów węglowodorowych. Pirolizę poliofin prowadzi się przy użyciu katalizatora, co pozwala na obniżenie temperatury procesu, z jednoczesnym zwiększeniem w produktach ciekłych zawartości ciężkich benzyn i oleju opałowego. Proces prowadzony jest w reaktorze zbiornikowym pod ciśnieniem atmosferycznym. Urządzenie to składa się z reaktora laminarnego ciągłego działania w postaci zbiornika na dnie którego umieszczone jest reakcyjne złoże nieorganiczne o rozwiniętej powierzchni, domieszkowane pierwiastkami lub związkami pierwiastków.

Reaktor zaopatrzony jest w otwór do podawania surowca oraz otwór wylotowy do chłodnicy. Podstawa zbiornika może mieć różne kształty geometryczne. Reaktor zaopatrzony jest w czujnik temperatury i zawór bezpieczeństwa. W wyniku procesu otrzymuje się również produkty gazowe i parafiny. Produkty gazowe odprowadzane są do atmosfery - co jest szkodliwe dla środowiska i nieekonomiczne. Otrzymany w wyniku reakcji produkt będący mieszanin np. parafin, ciężkich benzyn i frakcji oleju opałowego krzepnie w temperaturze 10 -30°C co nie jest korzystne w dalszym wykorzystywaniu, ponieważ wymaga rozfrakcjonowania. Kolejną wadą przytoczonego sposobu jest to, że stopiony polimer ma wysoką lepkość i zazwyczaj jest zanieczyszczony co stwarza duże trudności w równomiernym podawaniu stopionego polimeru do reaktora, a zanieczyszczenia gromadzące się na katalizatorze zmniejszają jego aktywność. Poza tym nierównomierny rozdział stopionego polimeru na złożu kataliPL 191 891 B1 zatora powoduje, że temperatura w różnych miejscach złoża jest różna, co zwiększa niejednorodność otrzymywanych produktów.

W sposobie i urządzeniu według wynalazku proponuje się rozwiązania, które pozwolą uniknąć wad i trudności technologicznych występujących w przytoczonym stanie techniki.

Sposób według wynalazku polega na tym, że w topielniku 1 topi się w temperaturze 300 - 350°C odpady z tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpady poliolefinowe. Strumień stopionego polimeru wraz z zanieczyszczeniem dostaje się przewodem 2 do dolnej części niżej usytuowanego i podgrzewanego do temperatury 300 - 350°C zbiornika 3 pod znajdujący się w nim filtr 4. Do zbiornika 3 odprowadza się przewodem 7 również strumień najcięższej frakcji z kolumny rektyfikacyjnej 9. Oba strumienie mieszają się w dolnej części zbiornika 3i jeszcze dodatkowo przy pomocy mieszadła 5 w górnej części zbiornika 3. Na znajdującym się w zbiorniku 3 filtrze 4 zatrzymują się zanieczyszczenia lżejsze od stopionego polimeru, natomiast zanieczyszczenia cięższe opadają do leja zbiornika 3.

Ciekły polimer dozuje się do reaktora rurowego 11 wypełnionego katalizatorem i w temperaturze 320 - 380°C przeprowadza się kraking katalityczny stopionych polimerów. Z reaktora rurowego 11 przewodem 13 gazowe produkty reakcji kieruje się do kolumny rektyfikacyjnej 9, a następnie po ich wzbogaceniu w lotne składniki, przewodem 19 kieruje się je do deflegmatora 17 skąd przewodem 18 odpływają nieskroplone gazy poprzez zamknięcie hydrauliczne 20. Również z deflegmatora 17 przewodem 16 zawraca się kondensat benzynowy, który częściowo odprowadza się przez zawór 15, a częściowo zawraca się do kolumny rektyfikacyjnej 9 jako orosienie. Orosienie spływa w dół kolumny rektyfikacyjnej 9 i po wzbogaceniu w cięższe składniki część orosienia odbiera się jako frakcję olejową przez zawór 14, a spływające do dołu kolumny rektyfikacyjnej 9 resztę orosienia przewodem 7 kieruje się do zbiornika 3 lub przez zawór 8 znajdujący się w przewodzie 7 odbiera się na zewnątrz. Proces w reaktorze rurowym 11 i kolumnie rektyfikacyjnej 9 prowadzi się przy nadciśnieniu od 1 do 5 kPa, korzystnie 3 kPa.

Sposób według wynalazku ma następujące zalety: 1) zastosowanie zbiornika 3, w którym zachodzi rozdzielenie zanieczyszczeń przedłuża żywotność i aktywność katalizatora, 2) zastosowanie reaktora rurowego, powoduje, że skład frakcyjny produktów jest bardziej jednorodny, 3) odprowadzenie oparów z reaktora rurowego bezpośrednio do kolumny rektyfikacyjnej umożliwia jej pracę bez wyparki. W porównaniu z instalacjami krakingu i rozdziału pracującymi rozdzielnie, to rozwiązanie powoduje, że niższe są koszty inwestycyjne - bo nie ma wyparki, oraz koszty eksploatacyjne - bo nie zużywa się energii na odparowanie, 4) najmniej wartościowe frakcje produktów rozdzielanych w kolumnie rektyfikacyjnej zagospodarowywane są w instalacji, czyli frakcja najcięższa zawracana jest do obiegu, a frakcja gazowa wykorzystywana jest w instalacji do celów grzewczych.

Urządzenie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunku i składa się z topielnika (1) połączonego przewodem (2) ze zbiornikiem (3), w którym znajduje się filtr (4), mieszadło (5) oraz zawór (6) do odprowadzania cięższych zanieczyszczeń, przy czym zbiornik (3) połączony jest również z kolumną rektyfikacyjną (9) przewodem (7), w którym znajduje się zawór (8) i przewodem (10) z reaktorem rurowym (11) wypełnionym katalizatorem, pod którym znajduje się zbiornik (12) na osypujące się pyły, oraz reaktor rurowy 11 połączony jest przewodem 13 z kolumną rektyfikacyjną (9), która poprzez przewód (19) połączona jest z deflegmatorem (17), który z kolei połączony jest z zamknięciem hydraulicznym (20) poprzez przewód (18) i ze szczytem kolumny rektyfikacyjnej (9) poprzez przewód (16), przy czym w przewodzie (16) znajduje się zawór (15) do odbioru frakcji benzynowej, a w środkowej części kolumny rektyfikacyjnej (9) znajduje się zawór (14) do odprowadzania frakcji olejowej, zaś dół kolumny rektyfikacyjnej (9) przewodem (7) zawierającym zawór (8) połączony jest ze zbiornikiem (3).

Przykład zrealizowano w urządzeniu według wynalazku. Rozdrobnione i wstępnie oczyszczone tworzywa sztuczne, zwłaszcza poliolefiny wrzucono do topielnika 1, który podobnie jak zbiornik 3 i reaktor rurowy 11 ogrzewany był spalinami. W dolnej części topielnika 1 oraz w zbiorniku 3 i reaktorze rurowym 11 mierzone były temperatury i ogrzewanie było tak regulowane aby temperatura w topielniku 1i zbiorniku 3była w zakresie 300 - 350°C a w reaktorze rurowym 11w zakresie 320 - 380°C. W topielniku 1 i zbiorniku 3 utrzymywano ciśnienie atmosferyczne, natomiast w reaktorze rurowym 11 i kolumnie rektyfikacyjnej 9 nadciśnienie wynosiło około 3kPa i utrzymywane było przy pomocy zamknięć hydraulicznych znajdujących się na przewodach 7 i 10 oraz odprowadzaniu gazu 20. Ilość stopionego polimeru podawana do katalizatora znajdującego się w reaktorze rurowym 11 tak była regulowana aby nie uległ on zalaniu. Z dołu reaktora rurowego 11 odprowadzano w formie gazowej produkty rozkładu katalitycznego poliolefin wraz z pyłami koksu i innych produktów stałych. Produkty

PL 191 891 B1 stałe oddzielane były i zbierane w zbiorniku 12, natomiast produkty gazowe odprowadzano do kolumny rektyfikacyjnej 9, gdzie ulegały rozfrakcjonowaniu. Produkty o najwyższej temperaturze wrzenia gromadziły się w dolnej części kolumny rektyfikacyjnej i odprowadzane były do zbiornika 3, natomiast frakcje lżejsze jak olej opałowy odbierany był przez zawór 14 z półki kolumny rektyfikacyjnej 9, na której temperatura cieczy odpowiadała temperaturze wrzenia tej frakcji. Natomiast lżejsze frakcje benzynowe odbierane były z przewodu rosienia 16 przez zawór 15. Nieskraplające się w deflegmatorze 17 gazy odbierane byty poprzez zamknięcie hydrauliczne 20 skąd kierowane były do palnika. Proces prowadzono w sposób ciągły.

Stwierdzono, że skład produktów i podział między poszczególne frakcje zależał od temperatury w reaktorze 11 i obciążenia katalizatora. Podwyższając temperaturę otrzymywało się więcej frakcji lżejszych i gazów. Po zwiększeniu obciążenia katalizatora zwiększał się udział frakcji ciężkich zawracanych do procesu.

W przykładzie otrzymano: 10% gazów, 35% frakcji benzynowych oraz 50% frakcji olejowych, straty wyniosły 5% w stosunku do masy wsadu.

Średnia z wielu prób wykazała jednak, że otrzymać można 10-15% gazów, 30-40% frakcji benzynowych i 50-55% frakcji olejowych. Straty wynosiły 5-20% w stosunku do masy wsadu i zależały od stopnia zanieczyszczenia i zawilgocenia odpadów tworzyw sztucznych poddawanych obróbce.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych stopionych w temperaturze powyżej 300°C z zastosowaniem krakingu, znamienny tym, że w topielniku (1) topi się w temperaturze 300-350°C odpady z tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpady poliolefinowe i strumień stopionego polimeru zawierający również zanieczyszczenia dostaje się przewodem (2) do dolnej części niżej usytuowanego i podgrzewanego do temperatury 300-350°C zbiornika (3) pod znajdujący się w nim filtr (4), przy czym do zbiornika (3) doprowadza się przewodem (7) również strumień najcięższej frakcji z kolumny rektyfikacyjnej (9), potem rozdziela się zanieczyszczenia na filtrze (4) i w leju zbiornika (3), następnie miesza się dokładnie oba strumienie mieszadłem (5) znajdującym się w górnej części zbiornika (3), a ciekły polimer dozuje się do reaktora rurowego (11) wypełnionego katalizatorem, gdzie w temperaturze 320-380°C przeprowadza się kraking katalityczny stopionych polimerów, następnie z reaktora rurowego (11) przewodem (13) gazowe produkty reakcji kieruje się do kolumny rektyfikacyjnej (9), a następnie po ich wzbogaceniu w lotne składniki, przewodem (19) kieruje się do deflegmatora (17), skąd przewodem (18) odpływają nieskroplone gazy poprzez zamknięcie hydrauliczne (20), a przewodem (16) zawraca się kondensat benzynowy, który częściowo odprowadza się przez zawór (15). a częściowo zawraca się go do kolumny rektyfikacyjnej (9) jako orosienie, które spływa w dół kolumny rektyfikacyjnej (9) i po wzbogaceniu w cięższe składniki część orosienia odbiera się jako frakcję olejową przez zawór (14) z dołu kolumny rektyfikacyjnej (9) resztę orosienia przewodem (7) kieruje się do zbiornika (3) lub przez zawór (8) odbiera się na zewnątrz, przy czym proces w reaktorze rurowym (11) i kolumnie rektyfikacyjnej (9) prowadzi się przy nadciśnieniu od 1 do 5 kPa, korzystnie 3kPa.

2. Urządzenie do otrzymywania paliw ciekłych z odpadów tworzyw sztucznych, zwłaszcza odpadów poliolefinowych zawierające topielnik, reaktor z katalizatorem i kolumnę rektyfikacyjną, znamienne tym, że składa się z topielnika (1) połączonego przewodem (2) ze zbiornikiem (3), w którym znajduje się filtr (4) oraz mieszadło (5), a w lejowej części zawór (6), przy czym zbiornik (3) połączony jest również z kolumną rektyfikacyjną (9) przewodem (7) posiadającym zawór (8) i przewodem (10) z reaktorem rurowym (11) wypełnionym katalizatorem, pod którym znajduje się zbiornik (12) i dodatkowo reaktor rurowy (11) połączony jest przewodem (13) z kolumną rektyfikacyjną (9), która poprzez przewód (19) łączy się z deflegmatorem (17), który łączy się z kolei z zamknięciem hydraulicznym (20) poprzez przewód (18), i dodatkowo deflegmator (17) przewodem (16) połączony jest ze szczytem kolumny rektyfikacyjnej (9), przy czym w przewodzie (16) znajduje się zawór (15) do odbioru frakcji benzynowej, a w środkowej części kolumny rektyfikacyjnej (9) znajduje się zawór (14) do odprowadzania frakcji olejowej, zaś dół kolumny rektyfikacyjnej (9) przewodem (7) zawierającym zawór (8) połączony jest ze zbiornikiem (3).