PL209474B3 - Urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych, pracujące pod ciśnieniem normalnym, podwyższonym lub obniżonym stanowiące ulepszenie urządzenia według patentu nr 194973.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 194973 urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych składające się z reaktora ogrzewanego przeponowe dozownika odpadowych tworzyw sztucznych oraz wylotu produktów pirolizy, przy czym reaktor posiada zamontowany wewnątrz komory reakcyjnej, co najmniej jeden element grzejny w postaci rury grzejnej o kształcie krzywoliniowym o stosunku długości do średnicy co najmniej 10, korzystnie 50-250 charakteryzujące się tym, że na wlocie rury grzejnej, w jej wnętrzu, zamontowany jest palnik, przy czym korzystnie rura grzejna podparta jest co najmniej jedną podporą

Urządzenie znane z polskiego opisu patentowego nr 194973 jest efektywne, jednakże nie udało się w pełni uniknąć niekorzystnego zjawiska osadzania się powstającego koksu na elemencie grzewczym. Zjawisko to ma miejsce szczególnie w przypadku, gdy surowiec poddawany pirolizie zawiera resztki celulozy i pyłów mineralnych oraz metalicznych, które jako zawiesina osadzają się na elemencie grzewczym i powodują niekorzystny efekt zakoksowywania powierzchni tego istotnego elementu.

Optymalnym byłoby wprowadzenie mieszaniny reakcyjnej w ruch jednakże standardowe stosowanie mieszadeł i pomp obiegowych wymaga ciągłej kontroli ze względu na możliwość pojawienia się nieszczelności, co przy pracy w temperaturach powyżej samozapłonu grozi nie tylko skażeniem środowiska, ale także pożarem. Jednakże korzyści wynikające z mieszania są na tyle duże, że poszukiwano nowej lepszej metody, która nie wymaga stosowania podatnych na awarię urządzeń mechanicznych umieszczonych w strefie wysokiej temperatury a tym samym stałej ich kontroli. Oczywistym nasuwającym się rozwiązaniem było studzenie masy depolimeryzujących tworzyw poniżej temperatury samozapłonu. Okazało się, że rozwiązanie takie poza oczywistą stratą wysokotemperaturowej energii cieplnej ma dyskwalifikującą wadę - spadek temperatury spowodował na tyle duży wzrost lepkości, że do przetłaczania cieczy trzeba by było zastosować trudnodostępne, drogie pompy o dużym zużyciu energii elektrycznej. Pompy takie w wykonaniu specjalnym są drogie a ich wykonanie trwa długo. Ponadto takie urządzania napędzane energią elektryczną były nieodporne na awarię zewnętrznej sieci elektrycznej.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wad tych pozbawione jest mieszanie gazem, przy czym korzystnie jest stosować gaz palny, gdyż wtedy nieskraplające się gazy pochodzące z instalacji zaliczane są do gazów wysokokalorycznych chętniej zużywanych ze względu na powszechne dostosowanie palników. Nie wyklucza to stosowania dwutlenku węgla, azotu, spalin, ale trzeba zwrócić uwagę na fakt, że uzyska się gaz rozcieńczony zastosowanym medium.

Urządzenie według wynalazku zaopatrzone jest w części dolnej reaktora w rurę barbotażową, z co najmniej jednym otworem, wywoł ują c ą efekt mieszania przez doprowadzenie medium roboczego, korzystnie węglowodorowego. Rura może mieć wolny wylot i/lub otwory, może być też zaopatrzona w dodatkową rurę pomagają cą wywoł a ć efekt pompy strumieniowej. Dodatkowa rura korzystnie posiada przekrój prostokątny a dodatkowo może być odchylona od pionu. Podając medium robocze wywołuje się w czasie pracy aparatu intensywne mieszanie przyspieszające parowanie produktów, rozpuszczanie i rozpraszanie surowców oraz rozprowadzanie ciepła. W efekcie zwiększa się intensywność pracy aparatu przy zmniejszonej produkcji smoły i koksu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji, fig. 2 przedstawia część rury barbotażowej z otworami, fig. 3 przedstawia przekrój podłużny urządzenia z dodatkową prostokątną rurą (dla uproszczenia bez elementu grzewczego) a fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny urządzenia pokazanego na fig. 3.

Poniższe przykłady wyjaśniają bliżej sposób według wynalazku nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d I. Wszystkie prace wykonano z zastosowaniem urządzenia naszkicowanego na rysunku fig. 1. Składało się ono z leżącego zbiornika reaktora 1 w kształcie cylindra o średnicy 2100 mm, długości 4500 mm, grubości ścianki 6 mm obustronnie zamkniętego wspawanymi, płaskimi dennicami 2a i 2b grubości ścianki 10 mm. Zbiornik wzmocniono trzema wręgami. Na górze pośrodku cylindra reaktora 1 znajdował się kołpak 3 o średnicy 400 mm wysokości 1000 mm zamykany pokrywą, w której umieszczono termoparę. Na dole cylindra reaktora 1, w pobliżu pokrywy 2b wspawano króciec 9 o średnicy 150 mm służący do odprowadzania zawiesiny zanieczyszczeń. Zbiornik reaktora 1 wraz z pokrywami i kołpakiem zaizolowano wełną mineralną i folią aluminiową na tyle dokładnie, że obliczone

PL 209 474 B1 straty energii nie przekraczały 18 kW na godzinę w temperaturze 415°C i umieszczono na ramie urządzenia wagowego 4. W pokrywie przedniej 2a wykonano właz o wymiarach 1400 mm x 800 mm w którym zamontowano element grzejny 15 składają cy się z czterech rur 168,1 mm x 4,5 mm i pią tej 114,3 mm x 4,5 mm wygiętych w kształcie litery U. Na wlocie każdej z tych rur zamontowano palnik 5 zasilany paliwem gazowym E utworzonym w zbiorniku 6 poprzez zmieszanie gazu G propan - butan z nieskroplonymi gazami pochodzącymi z prowadzonego w reaktorze 1 procesu. Łączna moc czterech palników zamontowanych na rurach o średnicy 168,1 mm wynosiła 740 kW. W pokrywie tej w górnej jej części zamontowano też system załadowczy 7 umożliwiający ładowanie tworzyw w zmiennym tempie do około 550 kg/godz. W tylnej pokrywie 2b poza elementami pomiarowymi i kontrolnymi umieszczono dwa króćce: rezerwowy 8 o średnicy 114,3 mm na samym dole dennicy oraz powrotny 10 o średnicy 150 mm służący do powrotu oczyszczonego od zanieczyszczeń złoż a pobranego poprzez króciec 9 i oczyszczonego w urządzeniu 11 służącym do wyłapywania zanieczyszczeń stałych. W koł paku 3 wspawano odpł yw dla oparów wytworzonych w reaktorze 1. Zamontowaną tam nieizolowaną poziomą rurą oparową odprowadzano opary depolimeryzatu do systemu chłodniczego umożliwiającego wykroplenie frakcji olejowej O, benzynowej B i eteru naftowego L gromadzonych w odpowiednich zbiornikach. Frakcja krzepnąca parafin P skroplona w rurze oparowej była odbierana osobno a nieskroplone gazy jak wcześniej wspomniano kierowano do zbiornika 6. Energetyczność i ilość paliwa E regulowano ilością wykroplonej frakcji L oraz ilością doprowadzanego gazu propan - butan. Przez rezerwowy króciec 8 wprowadzono rurę barbotażową 12 z otworami 13 długości 2000 mm, przymocowano ją do wręgi wewnątrz reaktora by nie ulegała przemieszczeniu, jej koniec zaślepiono przyspawaną zatyczką, w której zrobiono otwór średnicy 4 mm. Na zewnątrz reaktora rurę 12 podłączono do zbiornika gazu propan -butan poprzez zawór kulowy służący do regulacji ilości tego gazu. Aparaturę uruchomiono i doprowadzono do stanu normalnej pracy tzn. 240 kg ładowanych tworzyw na godzinę w temperaturze 395°C przy zasilaniu mocą cieplną 52% mocy maksymalnej 740 kW. Dalsze zwiększanie ilości ładowanych tworzyw oraz zwiększanie podawanej mocy cieplnej powoduje wzrost temperatury a w efekcie wzrost ilości produkowanego koksu. Uruchomiono podawanie gazu i po kilku minutach zaobserwowano spadek temperatury w pirolizerze, co umożliwiło zwiększenie podawania mocy cieplnej. Zwiększono moc palników i ilość podawanych tworzyw sztucznych do 289 kg/godz. Osiągnięto ponownie temperaturę 395°C w pirolizerze utrzymując stałą masę aparatury. Z powyższego wynika, że wydajność aparatury wzrosła o ok. 20%.

P r z y k ł a d II. Aparatura jak w przykładzie I.

Do płaskiej dennicy, przez którą wsunięto element grzejny zamocowano węższym bokiem dodatkową prostokątną rurę 14 ze stali OH18N9T wysokości 1000mm o przekroju 400 mm x 100 mm wykonaną z blachy o grubości 3 mm. Rurę 14 nachylono pod kątem ok. 20° od pionu w kierunku części wlotowej rur grzejnych, tej najsilniej obciążonej cieplnie. Rurę 14 postawiono na dnie aparatu ale oba jej długie boki usunięto od dna na wysokość 100 mm. Przez rezerwowy króciec 8 wprowadzono rurę 12 o wymiarach 17,2 mm x 1,6 mm ze stali 00H18N10 na pełną długość reaktora tak, że jej zaślepiony koniec wsunięto przez otwór średnicy 17,5 mm wykonany w krótszym boku dodatkowej rury prostokątnej 14 pośrodku na wysokości 200 mm licząc od dołu. Rurę 12 przymocowano dodatkowo do obu wręg reaktora. W części rury 12, wsuniętej do wnętrza dodatkowej rury prostokątnej 14 wykonano sześć otworów 13 w górnym boku wiertłem o średnicy 2 mm - pierwszy 50 mm od zaślepionego końca rury 12 a potem każdy następny w odległości 60 mm od poprzedniego. Na zewnątrz rurę 12 podłączono do butli ze skroplonym dwutlenkiem węgla poprzez reduktor obniżający ciśnienie do 0,1 MPa. Aparaturę uruchomiono i doprowadzono do stanu normalnej pracy a następnie otwarto zawór butli i jak poprzednio regulują c ilość gazu, ilość podawanych tworzyw oraz moc grzejną palników znaleziono, że temperatura około 395°C w pirolizerze wymaga podawania 360kg tworzyw na godzinę przy pracy cieplnej palników zasilających szacowanej na 80%. Zaobserwowano większe zużycie gazu zewnętrznego propan - butan służącego jako uzupełnienie gazu własnego pirolizera. Przerób 360 kg//godz tworzyw oznacza wzrost w stosunku do pracy normalnej o 50%.

Claims (4)

1. Urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych składające się z reaktora ogrzewanego przeponowo, dozownika odpadowych tworzyw sztucznych oraz wylotu produktów pirolizy, przy czym reaktor posiada zamontowany wewnątrz komory reakcyjnej, co najmniej jeden element grzejny

PL 209 474 B1 w postaci rury grzejnej o kształcie krzywoliniowym o stosunku długości do ś rednicy, co najmniej 10, korzystnie 50-250, posiadające na wlocie rury grzejnej, w jej wnętrzu, zamontowany palnik, przy czym korzystnie rura grzejna podparta jest, co najmniej jedną podporą według patentu nr 194973, znamienne tym, że w części dolnej reaktora (1) umiejscowiona jest rura barbotażowa (12) z co najmniej jednym otworem (13).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wolny koniec rury barbotażowej (12) z otworami (13) umiejscowiony jest wewną trz dodatkowej rury (14).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że dodatkowa rura (14) ma przekrój prostokąta.

4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że dodatkowa rura (14) odchylona jest