PL219475B1 - Sposób odzysku aluminium z poprodukcyjnych odpadów wielomateriałowych i opakowaniowych zawierających tworzywa grupy poliolefin oraz aluminium i papier - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzysku aluminium z poprodukcyjnych odpadów wielomateriałowych i opakowaniowych zawierających tworzywa grupy poliolefin oraz aluminium i papier, znajdujący zastosowanie szczególnie w przemysłowej przeróbce i recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 209828 sposób przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych polegający na tym, że wsad stanowiący mieszaninę tworzyw po doprowadzeniu do reaktora upłynnia się i krakuje się w trakcie wymuszonego ruchu posuwisto-obrotowego skojarzonego z ogrzewaniem, przy czym frakcję gazowo-parową odprowadza się w sposób ciągły, natomiast zanieczyszczenia z procesu krakingu odprowadza się z reaktora okresowo. Część frakcji gazowo-parowej odprowadza się z reaktora drogą doprowadzającą do reaktora wsad i dopiero później tą część frakcji poddaje się schładzaniu, pozwala to na wykorzystanie ciepła frakcji gazowo-parowej do uplastycznienia wsadu. W najprostszym wykonaniu wynik ten uzyskuje się prowadząc część frakcji gazowo-parowej kanałem doprowadzającym wsad do reaktora przeciwprądowo względem ruchu wsadu na wybranym odcinku. Dla zachowania pewności ruchowej i ciągłości procesu poziom masy reakcyjnej w reaktorze w trakcie upłynniania i krakowania utrzymuje się zasadniczo na tym samym poziomie.

W opisie patentowym PL 196880 opisany jest sposób przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, którego istota polega na tym, że z zasobnika wprowadza się do kosza zasypowego wytłaczarki lub innego urządzenia podającego rozdrobnione tworzywo sztuczne wraz z katalizatorem krakingowym, które kieruje się do dolnej części reaktora, w którym w temperaturze 380-500°C zachodzi kraking łańcuchów polimerycznych tworzywa i utworzenie węglowodorów lekkich, które kieruje się z reaktora do chłodnicy powietrznej, z której mieszanina parowo cieczowa dostaje się do separatora. Frakcja ciekła zawracana jest do krakingu w reaktorze, a faza parowa do chłodnicy wodnej, skąd po kondensacji kieruje się do separatora, z którego faza gazowa kieruje się do zbiornika gazu krakingowego, frakcje ciekłą rozdziela się w kolumnie destylacyjnej na frakcję benzynową, którą kieruje się do jednego zbiornika, a olej napędowy do drugiego zbiornika. Kierunek ruchu krakowanego tworzywa sztucznego i spalin podgrzewających go w reaktorze krakingu tworzyw jest przeciwprądowy.

Znany jest również przykładowo z polskiego opisu patentowego PL 190053 sposób recyklingu termicznego mieszaniny odpadowych tworzyw sztucznych. Zgodnie z wynalazkiem wyodrębnione ze śmieci mieszanina tworzyw sztucznych, ewentualnie rozdrobnione do wielkości 0,1-20 mm podaje się do zbiornika zasobowego i miesza z organicznym rozpuszczalnikiem węglowodorowym i lub paliwem i ogrzewa do temperatury 70-430°C do uzyskania jednorodnego paliwa, przy czym składniki mogą być mieszane ze sobą naraz lub dozowane porcjami. Organiczny rozpuszczalnik węglowodorowy może być w trakcie ogrzewania oddestylowywany. W trakcie ogrzewania mieszaniny tworzyw sztucznych z rozpuszczalnikiem i lub paliwem w podwyższonej temperaturze zachodzi proces łagodnej inwersji i powolnej pirolizy tworzyw. W podanych warunkach tworzywa ulegają upłynnieniu. Uzyskane paliwo pozbawia się w sposób konwencjonalny, na filtrach, zanieczyszczeń stałych takich jak pyły mineralne, resztki papieru i folie metalowe, a następnie podaje do przewodów wtryskowych pompy wtryskowej. Przewody wtryskowe ogrzewa się ciepłem spalin do temperatury 300-800°C, a następnie paliwo rozpyla się w komorze spalania silnika wysokoprężnego.

W opisie patentowym PL 182199 przedstawiony jest sposób cieplno-mechanicznego krakingu i uwodorniania zwłaszcza węglowodorów w postaci ciekłej lub stałej, węglanów, łupek naftowych, piasku roponośnego, piasku bitumicznego, podawanego materiału rafineryjnego, pozostałości ropy naftowej z rafinerii i z den zbiorników nieprzerobionego surowca, pozostałości naftowych i tworzyw sztucznych, polegający na tym, że kraking i uwodornianie substancji w obecności chemikaliów uwalniających wodór jak woda, przeprowadza się w reaktorze zawierającym elementy cierne w mechanicznie ustalonym złożu fluidalnym o drobnoziarnistych cząstkach stałych oraz powoduje się, że działanie mechaniczne w złożu fluidalnym wytwarza ciepło biorące udział w krakingu.

Znany jest z także polskiego opisu patentowego PL 194550 sposób recyklingu przedmiotu opartego na co najmniej jednym polimerze chlorku winylu, zwłaszcza recyklingu folii, opartych na polimerach chlorku winylu, który charakteryzuje się tym, że poddaje się przedmiot rozdrabnianiu na fragmenty o średnim wymiarze od 1 cm do 50 cm, w przypadku gdy przekracza on te wymiary, suche fragmenty przedmiotu rozpuszcza się w rozpuszczalniku zdolnym do rozpuszczenia chlorku winylu, zasadniczo bezwodnym, tworzącym z wodą azeotrop. Następnie wytrąca się polimer rozpuszczony w rozPL 219 475 B1 puszczalniku przez wstrzyknięcie pary wodnej, w ilości dającej duży nadmiar wody względem składu kompozycji azeotropowej i pozwalającej osiągnąć przez mieszaninę temperaturę wrzenia wody. Ponadto przeprowadza się destylację azeotropową rozpuszczalnik-woda do otrzymania mieszaniny składającej się zasadniczo z wody i stałych cząstek polimeru, po czym zbiera się cząstki polimeru, przy czym mieszaninę reakcyjną poddaje się mieszaniu. Sposób w korzystnym rozwiązaniu charakteryzuje się także tym, że rozpuszczanie wykonuje się w zbiorniku, w którym jest perforowany bęben rotacyjny. W sposobie tym stosuje się rozpuszczalnik z grupy obejmującej keton metylowo-etylowy ₅ (MEK), keton metylowo-izobutylowy i tetrahydrofuran. Rozpuszczanie pod ciśnieniem od 2x10⁵ Pa do 1x10⁶ Pa w ilości nie przekraczającej 200 g na litr rozpuszczalnika. W przypadku gdy przedmiot jest wzmacniany przez włókna wzmacniające, stosuje się taki rozpuszczalnik by włókna były w nim zasadniczo nierozpuszczalne, i przed wytrąceniem rozpuszczonego polimeru, oddziela się włókna od rozpuszczalnika zawierającego rozpuszczony polimer. Ponadto w odmianie wykonania wynalazku mieszaninę wody i cząstek polimeru ogrzewa się, zmniejszając ślady rozpuszczalnika, które jeszcze przenikałyby polimer i polepszając morfologię przed zebraniem polimeru. Do otrzymanego w ten sposób azeotropu dodaje się środek rozdzielający powodujący jego dekantację na fazę wodną i fazę złożoną zasadniczo z rozpuszczalnika. Jako środek rozdzielający stosuje się korzystnie sól nierozpuszczalną w rozpuszczalniku. Jako przedmiot stosuje się folię.

W opisie patentowym PL 205 867 opisany jest sposób odzysku surowców z opakowań wielowarstwowych, powszechnie nazywanych tetra-pakami, przeznaczonych do przechowywania cieczy. Wielowarstwowe opakowania mogące zawierać dodatkowo makulaturę, zakrętki i zatyczki plastikowe a także torby i folie oraz taśmy spinające, ewentualnie wstępnie rozdrobnione i/lub wysuszone, poddaje się działaniu rozpuszczalnika organicznego o temperaturze wrzenia 60-200°C. Jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się węglowodory aromatyczne, korzystnie toluen, ksylen lub dwuetylobenzen, węglowodory aromatyczne podstawione chlorowcem, a także chlorobenzen, węglowodory cykloalifatyczne, węglowodory cykloalifatyczne podstawione chlorowcem, w tym cyklochloroheksan, chlorowcopochodne węglowodory alifatyczne, korzystnie 1,2-dwuchloropropan, 1,2-dwuchloroetan lub trójchloroetylen. Można również stosować mieszaniny w/w rozpuszczalników. W zależności od stosowanego rozpuszczalnika i jego temperatury wrzenia proces ekstrakcji można prowadzić pod ciśnieniem różnym od atmosferycznego tzn. niższym lub wyższym od atmosferycznego. Proces ekstrakcji prowadzi się w temperaturze nie przekraczającej temperatury wrzenia stosowanego rozpuszczalnika. W przypadku stosowania surowca bez wstępnego procesu suszenia oddestylowuje się azeotrop wodarozpuszczalnik. Następnie oddziela się fazę organiczną zawierającą tworzywa sztuczne a pozostałość korzystnie poddaje się działaniu kolejnych porcji rozpuszczalnika aż do założonego poziomu zawartości tworzyw sztucznych w pozostałości poekstrakcyjnej. Uzyskane fazy organiczne kieruje się do dalszego przerobu a mieszaninę zawierającą folię aluminiową oraz karton rozdziela się. Rozdział ten może być prowadzony metodą separacji powietrznej po uprzednim usunięciu rozpuszczalnika lub metodą separacji w rozpuszczalniku. W drugim przypadku karton od opadających ku dołowi zgniecionych kawałków folii aluminiowej można oddzielić na sitach lub siatkach a rozpuszczalnik usuwa się z każdego odzyskanego surowca oddzielnie. Proces ekstrakcji tworzyw sztucznych może być prowadzony metodą periodyczną lub ciągłą. Przy stosowaniu metody ciągłej opakowania wielowarstwowe kontaktuje się z rozpuszczalnikiem w przeciwprądzie. Sposobem tym uzyskuje się ilościowo osobno tekturę i osobno aluminium oraz prawie ilościowo tworzywa, które następnie mogą być rozdzielone według gatunku w zależności od potrzeb.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest to, że uzyskana uplastyczniona i częściowo upłynniona mieszanina odpadów jest przetłaczana do reaktora głównego i podgrzana do temperatury nie przekraczającej 200°C a następnie w reaktorze głównym pozostałe nierozpuszczone wcześniej cząsteczki stałe tworzywa są rozpuszczane w otoczeniu płynnych węglowodorów aromatycznych, które po nasyceniu przepływają układem rurowym do reaktora kompensacyjnego. Nadmiar frakcji ciekłej poliolefin, będącej przedmiotem krakingu z obu reaktorów, jest przesyłany rurociągiem do reaktora separacyjnego a wydzielające się w trakcie procesu we wszystkich reaktorach frakcje lotne węglowodorów, są kierowane rurociągami do skrubera celem ich skroplenia. Dodatkowo nieskroplone gazy, przepuszczone przez filtr wodny, są magazynowane w zbiorniku gazów technologicznych, przy czym połączenia rurociągowe odprowadzające frakcje lotne poliolefin z każdego z reaktorów i połączenie zwrotne skrubera z reaktorem kompensacyjnym, poprzez blok zaworów, stanowią zabezpieczenie przed niekontrolowanym wzrostem ciśnienia w układzie i zapewniają ciągłe uzupełnienie ubytków węglowodorów aromatycznych niezbędnych do realizacji procesu krakingu w reaktorach w zamkniętym cyklu.

PL 219 475 B1

Korzystnym jest gdy nadmiar upłynnionych poliolefin ze wszystkich reaktorów jest odprowadzany bezpośrednio lub poprzez zbiornik odsączający do zbiornika podstawowego. Istotnym także jest to, że reaktor kompensacyjny jest dodatkowo zasilany w płynne poliolefiny ze zbiornika podstawowego. Ponadto frakcje stałe odpadów wraz z aluminium osadzone na dnie reaktora głównego są transportowane podajnikiem upłynnionych węglowodorów do zbiornika odsączającego i poddawane procesowi segregacji na odpady stałe i czyste aluminium składowane w zbiorniku. Także frakcje stałe wraz z aluminium są dodatkowo wytrącane i osadzają się na dnie w reaktorze separacyjnym i poddawane dalszemu procesowi segregacji na odpady stałe i czyste aluminium. Korzystnym jest także gdy reaktor separacyjny jest oddzielnie zasilany w mieszaninę odpadów z tworzyw sztucznych.

Zaletą rozwiązania sposobu według wynalazku jest to, że proces krakingu i separacji aluminium odbywa się w cyklu zamkniętym w sposób ciągły, bez konieczności zasilania procesu w płynne węglowodory z zewnętrznego źródła zasilania. Nadmiar uzyskanych w wyniku procesu upłynnionych węglowodorów może być poddawany dalszemu procesowi uzdatniania w zależności od przeznaczenia np. jako olej opałowy KTS do zasilania układów grzewczych lub napędowych urządzeń.

Sposób według wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku w postaci schematu ideowego, na którym wstępnie rozdrobnione i wymieszane tworzywa sztuczne zawierające aluminium, składowane w silosie, kierowane są ze zbiornika magazynowego 1, poprzez podajnik 2 do zasypu grzanego podajnika ślimakowego 3, w którym następuje mieszanie i upłynnienie surowca. Tak przygotowana mieszanina tworzywa, aluminium i innych odpadów, podgrzana wstępnie do temperatury ok. 120°C, jest przetłaczana do reaktora głównego 4 i podgrzana za pomocą grzałek 16 do temperatury nie przekraczającej 200°C. W reaktorze głównym 4 pozostałe nierozpuszczone wcześniej cząsteczki stałe tworzywa są rozpuszczane w otoczeniu płynnych węglowodorów aromatycznych, które po nasyceniu przepływają układem rurowym do reaktora kompensacyjnego 5. Nadmiar frakcji ciekłej poliolefin, będącej przedmiotem krakingu z obu reaktorów, jest przesyłany rurociągiem do reaktora separacyjnego 8, a także do zbiornika podstawowego 13, który połączony jest także za pomocą rurociągu z reaktorem separacyjnym 8. Wydzielające się w trakcie procesu we wszystkich reaktorach frakcje lotne węglowodorów, są kierowane rurociągami do skrubera 7 celem ich skroplenia. Stałą temperaturę procesu technologicznego zapewniają grzałki 16, odpowiednio rozmieszczone w wewnętrznym płaszczu każdego reaktora. Dodatkowo nieskroplone gazy, przepuszczone przez filtr wodny 14, są magazynowane w zbiorniku gazów technologicznych 15. Połączenia rurociągowe odprowadzające frakcje lotne poliolefin z każdego z reaktorów i połączenie zwrotne skrubera 7 z reaktorem kompensacyjnym 5, poprzez blok zaworów 19 stanowią zabezpieczenie przed niekontrolowanym wzrostem ciśnienia w układzie i zapewniają ciągłe uzupełnienie ubytków węglowodorów aromatycznych niezbędnych do realizacji procesu krakingu w reaktorach w zamkniętym cyklu. W przykładzie wykonania reaktor separacyjny 8 posiada dodatkowo niezależne zasilanie w surowiec w postaci zbiornika magazynowego 1, podajnika 2 i grzanego podajnika ślimakowego 3, w którym następuje mieszanie i upłynnienie surowca. Ponadto reaktor kompensacyjny 5 jest dodatkowo zasilany w płynne poliolefiny ze zbiornika podstawowego 13, co zapewnia ciągłość procesu technologicznego bez konieczności uzupełniania frakcji ciekłych poliolefin w procesie krakingu z zewnętrznego źródła zasilania. Mieszadło 17 zapewnia dodatkowo ujednorodnianie procesu upłynniania poliolefin w reaktorze kompensacyjnym 5. Substancje nierozpuszczone tj. aluminium, papier oraz inne pozostałości za pomocą mieszadeł 18 są kierowane do części spustowych reaktorów głównego 4 i separacyjnego 8. W chwili napełnienia się reaktorów głównego 4 i/lub separacyjnego 8 substancjami stałymi (aluminium, papier, kwarc) do określonego poziomu, wyłączany jest grzany podajnik ślimakowy 3. Zostają zamknięte automatycznie wszystkie bloki zaworów 6, a otwarty zostaje zawór spustowy 20 i podajnikiem 10, wspomaganym mieszadłem 18, zanieczyszczone aluminium zostaje usunięte z reaktora i skierowanie do zbiornika odsączającego 11 w celu wypłukania pozostałości rozpuszczonych poliolefin. Osuszone i oczyszczone aluminium jest przetłaczane do zbiornika aluminium 12. Odseparowane zanieczyszczenia są usuwane systematycznie na zewnątrz urządzenia. Poliolefiny gromadzone w zbiorniku podstawowym 13 i mogą być poddawane dalszemu procesowi uzdatniania w zależności od przeznaczenia.

Oznaczenia rysunkowe

1. Zbiornik magazynowy - Silos

2. Podajnik

3. Podgrzewany podajnik ślimakowy

4. Reaktor główny

PL 219 475 B1

5. Reaktor kompensujący

6. Blok zaworów reaktora głównego i separacyjnego

7. Skruber - skraplacz węglowodorów gazowych

8. Reaktor separacyjny

9. Blok zaworów reaktora kompensacyjnego

10. Podajnik zanieczyszczonego aluminium

11. Zbiornik odsączający

12. Zbiornik aluminium

13. Zbiornik podstawowy

14. Filtr wodny

15. Zbiornik gazów technologicznych

16. Grzałki

17. Mieszadło

18. Mieszadło

19. Blok zaworów

20. Zawór spustowy.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odzysku aluminium z poprodukcyjnych odpadów wielomateriałowych i opakowaniowych zawierających tworzywa, grupy poliolefin oraz aluminium i papier, w którym wstępnie rozdrobnione i/lub wysuszone odpady, podgrzane wstępnie do temperatury nie przekraczającej 120°C, wymieszane i uplastycznione w podgrzewanym podajniku ślimakowym, upłynnia się, następnie poddaje się termicznemu i/lub katalityczno-termicznemu krakowaniu w ciśnieniu otoczenia, a w końcu uzyskaną gazowo-płynną frakcję i odzyskane aluminium odprowadza się i poddaje końcowemu procesowi segregacji, znamienny tym, że uzyskana uplastyczniona i częściowo upłynniona mieszanina odpadów jest przetłaczana do reaktora głównego (4) i podgrzana do temperatury nie przekraczającej 200°C a następnie w reaktorze głównym (4) pozostałe nierozpuszczone wcześniej cząsteczki stałe tworzywa są rozpuszczane w otoczeniu płynnych węglowodorów aromatycznych, które po nasyceniu przepływają układem rurowym do reaktora kompensacyjnego (5), przy czym nadmiar frakcji ciekłej poliolefin, będącej przedmiotem krakingu z obu reaktorów, jest przesyłany rurociągiem do reaktora separacyjnego (8), a wydzielające się w trakcie procesu we wszystkich reaktorach frakcje lotne węglowodorów, są kierowane rurociągami do skrubera (7) celem ich skropienia, dodatkowo nieskroplone gazy, przepuszczone przez filtr wodny (14), są magazynowane w zbiorniku gazów technologicznych (15), przy czym połączenia rurociągowe odprowadzające frakcje lotne poliolefin z każdego z reakto rów i połączenie zwrotne skrubera (7) z reaktorem kompensacyjnym (5), poprzez blok zaworów (19), stanowią zabezpieczenie przed niekontrolowanym wzrostem ciśnienia w układzie i zapewniają ciągłe uzupełnienie ubytków węglowodorów aromatycznych niezbędnych do realizacji procesu krakingu w reaktorach w zamkniętym cyklu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar upłynnionych poliolefin ze wszystkich reaktorów jest odprowadzany bezpośrednio lub poprzez zbiornik odsączający (11) do zbiornika podstawowego (13).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor kompensacyjny (5) jest dodatkowo zasilany w płynne poliolefiny ze zbiornika podstawowego (13).
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcje stałe odpadów wraz z aluminium osadzone na dnie reaktora głównego (4) są transportowane podajnikiem (10) upłynnionych węglowodorów do zbiornika odsączającego (11) i poddawane procesowi segregacji na odpady stałe i czyste aluminium składowane w zbiorniku (12).
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcje stałe wraz z aluminium są dodatkowo wytrącane i osadzają się na dnie w reaktorze separacyjnym (8) i poddawane dalszemu procesowi segregacji na odpady stałe i czyste aluminium.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor separacyjny (8) jest oddzielnie zasilany w mieszaninę odpadów z tworzyw sztucznych.